探討建筑結構設計原則及所存在的技術問題

【摘要】文章簡單探討了建筑設計的一般原則，并指出了結構設計中容易出現的技術問題，供同行借鑒和參考。

【關鍵詞】建筑結構；原則分析；存在問題

前言：

建筑結構設計的階段大致可以分為二個階段：結構方案性構思階段，結構建模計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據建筑的重要性及功能要求，建筑所地理位 的抗震設防烈度、工程地質勘查報告、建筑場地的類別及建筑的高度和層數來確定建筑的結構形式（例如，磚混結構， 架結構、框剪結構、剪力墻結構、鋼結構、木結構及復合結構等等，以及由這些結構來組合而成的結構形式）。確定了結構的形式之后就要根據不 結構形式的特點和要求來布胃結構的承重體系和各受力構件。

一 建筑結構設計的一般原則

（1）剛柔相濟設計原則。合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構剛度過火則適應變形能力差，強人的破壞力瞬問襲來時，需要承受的荷載很大，容易造成局部受損至最后全部毀壞；而剛度過柔的結構雖然可以很好的釋樂、傳遞外力，但容易造成變形過大而無法運用甚至全體傾覆。結構是剛多一點好，還是柔多一點好？到什么程度才算合適呢？這些問題需要建筑結構設計師認真的揣摩與衡量。

（2）多層設防設計原則。安全的結構體系是多層設防的，在實際應用的建筑結構中，絕大多數結構都為超靜定結構體系。當地震和風害的來臨，所有抵抗外力的結構都在協同工作，如果這個時候，局部構件設計或者施工有所缺憾，出現了微小的瑕疵，一旦由于裂縫等問題而影響了局部構件承受荷載的能力，而使局部構件產生破壞的時候，靜定結構體系帶來的后果是不堪設想。鑒于2008年的四川5.12大地震，國家更是迅速把這方面的抗震規范補充的更加細致，超靜定結構體系應用，尤其是在砌體結構的樓梯問處表現更為突出。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構件上，是相當危險的。超靜定結構體系，儀僅理解為縱抗震墻或者框架柱設置為縱貫三道，是遠遠不夠的。當我們設計到較為復雜的高層建筑，也要考慮到局部破壞對整體跨塌的影響，例如美國的9.1 l市什給我們結構設計師帶來的深思。理解和活用超靜定結構體系安全設置就是體現了多層設置防線的設計思路。

（3）圈出節點設計原則。在結構體系中，所謂節點，是指各構件交接之處.或連接異常的地方。不同類型的構件相連接，同一構件截面改變之處，都會形成需要在設計圖中表示清楚的節點。廣義上，諸如結構錯層，體型改變，設置轉換層是大型節點。節點無處不在， 因為結構體系乃是錯綜變化的統一。當強大的荷載突然襲來之時，對

于單一的構件，力量傳遞合理，因而可以控制。對于復雜的結構體系，各節點的復雜性難于預測和控制，即使從理論 保證了每個組成構件的強度和剛度，但因各個節點的普遍存在，力量傳遞往往不很順暢而出現應力集中而無法傳遞甚至中斷，破壞由此而發生。歷次災害表明，從設計不合理的節點開始破壞的建筑占了相當大的比例。

（4） “以人為本”設計原則。建筑最終是服務丁人類的，創造出使人生理、心理、現實、未來的需求都能得以滿足且具有健康特質的建筑是設計師的一個原則。近年來，隨著生活水平的不斷提高，人們對自身的居住空間的需求也在不斷的提升。如今生活在都市的人們都渴望回歸自然，希望更多的與人自然接觸，但是單純的綠色還不能說具有生態型，生態型建筑是以綠色為基礎涵概生態、環保，可持續發展等多種理念。尊重設計地段內的十地、環境、及植被特點，全面的考慮設計區域內部與外部環境的關系，體現出入與環境的和諧共存，不可分割的特征。

（5）綠色環保設計原則。未來的世紀是一個注重生態，環保，追求人與自然科學整體協調發展的社會。近年來南于我國的大中城市存在林木普遍稀少，樓房與人口日益密集以及T業與交通集聚擴充而引發了大氣污染，水污染和躁聲污染等一系列的城市環境問題，而日‘不少城市由于周邊林草植被遭到破壞，進而導致水士流失，水源枯竭，風沙危害等惡化的生態環境，影響城市整體協調發展。其次，城市生態環境的惡化，影響居民的健康與生活。建筑設計時要充分考慮設計區域的自然條件，利用城市的自然地貌特征和原有的植被、水體、花卉等，本著保護和恢復原始生態的原則，按照體現不同城市特點的要

求，盡可能的協調綠地，水體和建筑物之間的關系。以大型公園，植物園為“面”，以小型的街心綠地為“點，以建筑物之間的通道為“線”，對建筑與環境進行緊密的結合，體現出現代城市的建筑特征。

二 建筑結構設計存在的問題

（1）高層建筑基礎的選型問題。高層建筑應選用整體性好、能滿足地基承載力和建筑物允許變形要求、并能調節不均勻沉降的基礎形式，達到安全實用和經濟合理的目的。一般有筏板基礎、箱形基礎、條形交叉梁基礎等應根據上部結構類型、層數、荷載及地基承載力選用合理的基礎形式。筏形基礎有梁板式和平板式， 當建筑物層數較多，地下室柱距較大、基底反力很大時，宜優先選用平板式。采用梁板式筏基時，基礎梁截面大必然增加基礎埋置深度，當水位高時更為不利，梁板的混凝土需分層澆筑，梁支模費事，因而增長工期，綜合經濟效益反而比平板式差。筏形基礎的雙向底板的厚度，除滿足正截面承載力外，主要由沖切、剪切承載力確定。有人認為高層建筑的基礎底板厚度按每層若干厘米（例如每層5am）來確定這種說法是不科學也是不確切的。

（2）地下室外墻的設計問題。地下室外墻的厚度、混凝土強度等級及防水要求，應根據建筑場地條件、地下水位高低、上部結構荷載與地下室層數、層高、埋深、水平荷載的大小及使用功能等綜合考慮確定。高層建筑地下室外墻的厚度不應小于250mm。地下室外墻的混凝土強度等級宜低不宜高，混凝土強度等級過高，水泥用量大，易產生收縮裂縫，但高層建筑不應低于C30，當地 F室有防水要求時，地下室外墻的抗滲等級應由最大水頭與墻厚之比確定，但任何情況下都不應低于0.6MPa。地下室外墻的配筋主要南垂直于墻面的水平荷載控制。水平荷載包括室外地面活荷載產生的側壓力、地基土的側壓力、地下水壓力等。地下室外墻近似按受彎構件設計。地下室外墻在垂直于墻面的地基土側壓力作用下，通常不會發生整體側移，土壓力類似于靜止土壓力，工程上通常取靜止土壓力系數K=O.5來進行計算。

（3）連梁超筋問題。剪力墻結構設計中連梁超筋是一種常見現象。某段剪力墻各墻肢通過連粱形成整體，成為連肢墻或壁式框架，使此墻段具有較大的抗側剛度，能達到此目的主要依靠連梁的約束彎矩。連梁的超筋實質是計算剪力不滿足剪壓比要求。連梁易超筋的部位，在一般剪力墻結構中，豎向在總高度1/3左右的樓層；平面中，當墻段較長時其中部的連粱易超筋；某墻段中墻肢截面高度（即平面中的長度）大小懸殊不均勻時，在大墻肢上的連梁易超筋。

（4）關于回彈再壓縮?；娱_挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人 ：清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，如獨立基礎，同彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基。計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當作安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。

三 結束語：

建筑結構設計是個系統的，全面的工作。需要扎實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。千里之行始于足下，設計人員是要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然，深刻理解原則和規范、規程的含義，并密切配合其它各專業所提及的資料來進行設計。在工作中應事無巨細，應善于反思和總結工作中的經驗和教訓。