淺談建筑結(jié)構(gòu)設計現(xiàn)存問題及對策

何艷 李政

（杭州市建筑設計研究院有限公司，浙江 杭州 310008）

一、建筑結(jié)構(gòu)設計行業(yè)現(xiàn)狀

近年來我國經(jīng)濟的高速發(fā)展及城市化進程的不斷加快，建筑的類型、規(guī)模和功能也更加復雜化。尤其在一、二線城市，建筑設計也在由規(guī)劃、設計、施工到管理各階段分步分塊走向統(tǒng)一協(xié)調(diào)的一體化過程轉(zhuǎn)變發(fā)展，綠色建筑、海綿城市及裝配率要求等，設計過程中需要考慮的因素越來越多，對設計師們自身掌握的知識及與各工種各部門之間的配合要求也越來越高。這對建筑行業(yè)帶來考驗的同時，也促進了建筑行業(yè)的發(fā)展。因此，對于設計建筑結(jié)構(gòu)當中出現(xiàn)的問題，設計師需科學有效的調(diào)整設計，解決相應的問題，促進建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

二、建筑結(jié)構(gòu)設計的作用及遵循的基本原則

（一）建筑結(jié)構(gòu)設計的重要性

設計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設計之前，首先需對施工現(xiàn)場的水文情況和地質(zhì)情況進行詳細的科學分析，其次在建筑結(jié)構(gòu)設計的工作過程中，根據(jù)建筑的平面功能及立面體型，對建筑基礎進行科學合理的設計，保障建筑工程的安全性和穩(wěn)定性。然后，選擇安全經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)體系，合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并與各工種配合以減少圖紙矛盾，提高設計的質(zhì)量。目前，許多大型的建筑物其內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)設計比較復雜，所以設計難度相對較高，對此為保障建筑結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量，相關設計人員必須以施工單位的技術(shù)水平和實際現(xiàn)場的地質(zhì)勘測信息為依據(jù)，進行科學的建筑結(jié)構(gòu)設計。確保建筑結(jié)構(gòu)的設計方案科學、可行。

（二）建筑結(jié)構(gòu)設計遵循的基本原則

結(jié)構(gòu)功能的可靠性主要體現(xiàn)在安全性、適用性以及耐久性三方面。安全性是建筑結(jié)構(gòu)自身在外力作用下不發(fā)生破壞，整體穩(wěn)定，即承載力極限狀態(tài),對于建筑突然受到一些外力影響時，確保其只發(fā)生一些細微部位的損壞，而不會出現(xiàn)整體性的破壞,例如在地震時做到小震不壞,中震可修,大震不倒；適用性指在正常使用階段，科學判斷其綜合性，無較大的裂縫和變形產(chǎn)生，即正常使用極限狀態(tài)；耐久性指結(jié)構(gòu)在正常使用環(huán)境作用下，在設計使用年限內(nèi)，對建筑物進行科學有效的正常維修養(yǎng)護，避免其發(fā)生風化、滲漏和銹蝕，使其能完成預定功能。以人為本，充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的功能是建筑結(jié)構(gòu)設計的基本原則，在此基礎之上還要實現(xiàn)經(jīng)濟、施工方便、美觀等高標準要求。

三、建筑結(jié)構(gòu)設計中常見問題

（一）基礎結(jié)構(gòu)設計中所存在的問題

結(jié)構(gòu)的基礎設計是建筑安全的重中之重，包括場地周邊相鄰建筑情況，地質(zhì)水文情況對基礎形式及施工方式的選擇都有非常緊密的聯(lián)系。地下土質(zhì)與周邊環(huán)境隨著不同的項目場地都有著不同的實際問題與不利情況，這就要求在設計基礎時需要多方面的綜合考慮及經(jīng)驗積累。然而現(xiàn)在在較高強度的設計過程中，設計人員容易想當然，按常規(guī)情況布置設計，使整個建筑基礎存在相當大的隱患。例如淤泥地區(qū)大面積堆載造成的樁負摩阻力等。

（二）建筑設計圖紙中所存在的問題

在進行建筑設計時，圖紙是不可或缺的一部分，然而圖紙的質(zhì)量有待提高。一些常見的建筑設計問題中，圖紙質(zhì)量就是其中之一。影響圖紙質(zhì)量的因素非常多，如各工種之間協(xié)調(diào)問題、施工計劃的調(diào)整頻率過高及相關設計人員的專業(yè)技能不過關等，圖紙質(zhì)量降低會影響到建筑的整體質(zhì)量，及后期施工的施工進度。尤其常見的是結(jié)構(gòu)與建筑、設備專業(yè)之間互相矛盾，造成凈高問題等，頂板、坡道、樓梯、屋面等功能復雜部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件與管道碰頭，造成后期敲鑿開洞，都會對施工質(zhì)量造成較大的影響。

（三）建筑結(jié)構(gòu)布置存在的問題

在建筑結(jié)構(gòu)設計中，結(jié)構(gòu)形式方案的選取尤為重要。隨著技術(shù)發(fā)展，設計人員往往會為了更加突顯建筑的功能，而無底線的犧牲結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間，相應地減少框架柱、剪力墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，建筑越來越多的大懸挑、轉(zhuǎn)換構(gòu)件等形式，很大程度上降低了構(gòu)件的抗震能力。

結(jié)構(gòu)平面布置時須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。然而部分建筑在設計初期就存在轉(zhuǎn)換層及首層開洞不符合規(guī)定的問題，導致建筑整體都不合理，在進行復雜的建筑結(jié)構(gòu)設計時，沒有充分考慮到平立面的尺寸及承載力所能夠承受的抗震能力，這些都是在設計布置時所呈現(xiàn)出來的一部分問題，需設計者不斷改進。

（四）異形柱的技術(shù)不夠成熟

許多設計人員為了建筑物的美觀及提升建筑物整體的觀感，建筑結(jié)構(gòu)設計不夠科學，導致建筑問題頻發(fā)。異形柱就是指在設計過程中將柱截面設計為 L 形、T 形、十字形。我國對于異形柱的研究還不夠深入，發(fā)展還不夠成熟，在運用過程中，許多設計人員由于自身的能力不足，并不具有隨心所欲地使用異形柱進行設計的能力，使建筑結(jié)構(gòu)存在大量的安全隱患。

（五）綠色結(jié)構(gòu)設計初步發(fā)展

建筑行業(yè)高速發(fā)展，必然帶來一定程度的環(huán)境污染，建造高樓的鋼材、混凝土等能否循環(huán)再利用，場地雜填土的處理，土地資源的日益減少都是建筑設計可持續(xù)發(fā)展的攔路虎。

四、建筑結(jié)構(gòu)設計中的安全問題

（一）材料使用不當

在建筑設計中，材料的采購非常重要。建筑除設計外最重要的就是建筑本身的材料。建筑材料的質(zhì)量將影響整個建筑的安全性和可靠性。由于對建筑的要求不同，所需的建筑材料也不同，一些施工單位為了控制工程的綜合造價，在設計建筑結(jié)構(gòu)時會選擇節(jié)約材料成本，留下安全隱患，影響施工者及建筑使用者的生命安全。

（二）建筑設計方法落后

在建筑行業(yè)里，設計理念是不斷更新的，但由于部分設計者自身的設計能力與理念相對落后，仍舊采用最傳統(tǒng)的建筑設計方法，缺乏各種因素所帶來的安全問題的綜合考慮，導致建筑工程的施工質(zhì)量與效率較低，很難保證建筑的安全性能。

五、建筑結(jié)構(gòu)設計改進策略

（一）優(yōu)化建筑地基基礎結(jié)構(gòu)

優(yōu)化設計建筑方案是關鍵，通過對地勘報告仔細判讀，合理分析并結(jié)合工程具體結(jié)構(gòu)所需的基礎承載力來選取合適經(jīng)濟的基礎形式。例如易被暴雨侵襲地區(qū)，水位上漲引起水浮力飆升，這就需要設計基礎時充分考慮當?shù)厮?，通過增加結(jié)構(gòu)荷載及剛度或布置抗拔樁、抗拔錨桿等抗浮構(gòu)件來抵抗建筑整體上浮。另外優(yōu)化樁筏基礎的布樁方式，而非一味按照傳統(tǒng)的“均勻布樁”方式，采取柱墻下布樁，可以有效地減少筏板基礎的局部彎矩，進而減小底板配筋；對于布樁強弱的調(diào)整，包括樁長、樁徑、樁間距以及樁身剛度，根據(jù)上部墻柱構(gòu)件剛度分布巧妙調(diào)節(jié)樁的布置可使樁筏基礎合理又經(jīng)濟。

（二）優(yōu)化設計自身及與跟部門的配合模式

設計階段設計人員應及時更新計算參考圖紙，在進行構(gòu)件的結(jié)構(gòu)節(jié)點的規(guī)劃設計時，必須保證計算參考圖紙的誤差值控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。另外在選取建筑物主體結(jié)構(gòu)的設計方案時不但需要參考其外觀形狀，還要參考相關設計方案的可行程度及經(jīng)濟指標是否合理，選取的設計方案需要符合建筑主體結(jié)構(gòu)外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關規(guī)定和需求。特別是對于荷載及其受力情況進行設計的時候，需要遵照傳力系統(tǒng)簡明、受力狀態(tài)均勻清晰的設計準則，防止出現(xiàn)受力集中導致建筑物的主體結(jié)構(gòu)剛度受到影響的情況。另外為保證施工進度提高施工效率及各部門之間的交流銜接，我過引入BIM 技術(shù)，將傳統(tǒng)二維圖紙三維立體化，項目中相關信息形成集成的工程數(shù)據(jù)模型，這樣建筑哪些位置有碰撞，哪些位置凈高不足更明確，將問題解決于施工前，可大大提升工程效率與質(zhì)量。

（三）做好重點部分的設計

1.科學計算主體框架柱分布

框架柱在框架結(jié)構(gòu)中直接影響建筑結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，根據(jù)建筑平面功能結(jié)合建筑的質(zhì)量分布情況，制定框架柱的具體布置方案，科學地計算出主體框架柱的尺寸?？蚣苤孛娉叽缰饕茌S壓比控制，柱的延性隨軸壓比增加而減小，設計時應使軸壓比留有余地以提高柱的延性。柱的截面形式宜采用正方形或長寬比較小的矩形；盡量避免短租；盡量使柱受力為大偏心受壓；采用復合箍增強對混凝土的約束等方法來提高軸壓比優(yōu)化柱子延性。保證構(gòu)件的“強柱弱梁”，設計時考慮板的翼緣作用，控制梁鋼筋的超配系數(shù)，相應加強柱縱筋和箍筋，切實提高柱端受彎承載力，注意梁柱節(jié)點處鋼筋過多易造成柱箍筋難以加密，這些問題不引起重視都會造成框架節(jié)點破壞。

2.提升剪力墻結(jié)構(gòu)設計的合理性

在剪力墻結(jié)構(gòu)設計過程中，在考慮滿足室內(nèi)舒適性的同時，還要考慮外墻對于承重方面的影響，不能過度的追求舒適性而輕視建筑承重的極限。所以，在保證外墻尺寸合理的情況下，利用一些供暖以及制冷的方法提高建筑物的舒適性是非?？扇〉?。如：高層建筑純剪力墻結(jié)構(gòu)設計同樣也是允許的，剛度明顯大于剪力墻－框架結(jié)構(gòu)，在抗震性能上，要明顯地優(yōu)于框－剪結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)建設的成本要高于前者，若建設周期長或者是市場定位是高檔住宅小區(qū)等，優(yōu)先設計剪力墻結(jié)構(gòu)，但是同時也應避免大開式的剪力墻設計。并且，當剪力墻結(jié)構(gòu)增加少量框架時，在結(jié)構(gòu)體系的設計上，需要圍繞剪力墻進行全方位的分析，采取包絡設計等，且結(jié)構(gòu)體系要清晰，框架柱按照EA 實際情況確定數(shù)值，EI 的取值要偏小等等。

（四）優(yōu)化結(jié)構(gòu)綠色設計

首先設計人員在選擇結(jié)構(gòu)形式和建筑材料時，不僅只要考慮建筑的安全性，更應注重材料的可持續(xù)發(fā)展。設計人員對于材料質(zhì)量要嚴格把關，還要考慮到材料的耐用程度，如何設計出材料消耗最少的方案，是設計者需特別注意的一個方面，既注重建筑安全又能夠使材料發(fā)揮最大的功效?，F(xiàn)在國家也在各地區(qū)大力推廣裝配式建筑，要求設計達到不同程度的裝配率，促進樓板、樓梯、墻體等構(gòu)件的再利用。

（五）設計人員自身能力的提高

許多建筑設計的問題，除了材料、地形、天氣等因素的影響，最不應忽視的就是設計者自身的能力，由于個別設計者能力有限，易導致建筑結(jié)構(gòu)設計時出現(xiàn)問題。在招聘設計師時，要提升對設計能力的要求。對于已經(jīng)招聘的設計人員，要定期進行專業(yè)的培訓及技術(shù)能力的培養(yǎng)，提升設計人員的專業(yè)能力。在工作之余，設計人員之間還可相互進行交流探討，更好地提升與發(fā)展設計能力。最后，設計者還應提升自身的責任意識，保證設計的建筑質(zhì)量達標。

結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設計的重要性有目共睹，一個建筑工程質(zhì)量的好與壞對人們的安全有著直接的影響。建筑設計是一種專業(yè)性極強、責任非常重大的工作，優(yōu)秀的建筑設計能夠有效提升建筑物的安全性、適用性、合理性與經(jīng)濟性，然而在實際的設計工作過程中，比較容易出現(xiàn)多種建筑結(jié)構(gòu)設計方法與概念上的錯誤，這些錯誤的出現(xiàn)，第一，是因為設計人員沒有重視對于一般建筑的設計工作，沒有結(jié)合實際情況，盲目的套用以往的設計；第二，則是因為在設計方法與設計規(guī)范等職業(yè)素養(yǎng)上的不足；第三，一些設計人員對于力學的知識不明晰，無法對結(jié)構(gòu)的驗算結(jié)構(gòu)有著準確的判斷，無法建立出準確地計算模式，減少或者避免這些錯誤的出現(xiàn)，對提升建筑結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量有重要的價值。