建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題與解決措施分析

余炳波（深圳市華優(yōu)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)民的經(jīng)濟(jì)實(shí)力也在不斷地提高，人們對(duì)于建筑在安全、舒適度以及美觀性上都有了新的標(biāo)準(zhǔn)和要求，這就使得建筑的設(shè)計(jì)師們和房地產(chǎn)開發(fā)商對(duì)于建筑的外觀、造型和室內(nèi)的空間應(yīng)用上有了更高的要求，這在一定程度上提升了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜程度，這對(duì)建筑行業(yè)帶來(lái)考驗(yàn)的同時(shí)，也促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)師需科學(xué)有效的調(diào)整設(shè)計(jì)，解決相應(yīng)的問題，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用及遵循的基本原則

1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的水文情況和地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)分析，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，需要充分發(fā)揮自身的專業(yè)性，重視設(shè)計(jì)的質(zhì)量，根據(jù)建筑的功能需求對(duì)建筑基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，保障建筑工程的安全性和穩(wěn)定性[1]。目前，許多大型的建筑物其內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)難度相對(duì)較高，對(duì)此為保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須以施工單位的技術(shù)水平和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)勘測(cè)信息為依據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案科學(xué)、可行。

1.3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的基本原則

結(jié)構(gòu)功能要求主要體現(xiàn)在適用性、耐久性以及安全性三方面。適用性在正常使用階段，科學(xué)判斷其綜合性，無(wú)較大的裂縫和變形產(chǎn)生，在不出現(xiàn)震動(dòng)與變形的情況下可以正常地進(jìn)行使用；耐久性指在正常情況下對(duì)建筑物進(jìn)行科學(xué)有效的維修養(yǎng)護(hù)，避免其發(fā)生風(fēng)化和銹蝕，一定程度上延長(zhǎng)其使用壽命；安全性是建筑自身所能承受的正常作用，同時(shí)對(duì)于建筑突然受到一些外力影響時(shí)，確保其只發(fā)生一些細(xì)微部位的損壞，而不會(huì)出現(xiàn)整體性的破壞。充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的功能是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，在此基礎(chǔ)之上還要實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便、美觀的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題

2.1 建筑結(jié)構(gòu)重點(diǎn)部位的設(shè)計(jì)問題

2.1.1 地下基礎(chǔ)梁體設(shè)計(jì)問題

要想保障建筑的穩(wěn)定性，地下基礎(chǔ)梁體是非常關(guān)鍵的，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合建筑實(shí)際因素對(duì)基礎(chǔ)的寬度以及深度進(jìn)行科學(xué)的研究計(jì)算。要想確認(rèn)一個(gè)建筑物地下的基礎(chǔ)梁體是否符合標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)不均勻沉降進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況科學(xué)分析出實(shí)際的沉降程度，不可通過(guò)主觀臆斷去判斷建筑地下基礎(chǔ)梁體的設(shè)計(jì)是否合理。

2.1.2 建筑主體承重柱設(shè)計(jì)問題

在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面，主體承重柱也具有重要的作用，其主要功能是支撐建筑物的整體構(gòu)造。科學(xué)合理的布置承重柱是非常重要的，許多設(shè)計(jì)師過(guò)于追求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體的美觀性，沒有加強(qiáng)對(duì)于承重系數(shù)與安全性能的重視，沒有依據(jù)建筑物的實(shí)際情況，直接統(tǒng)一設(shè)置承重柱的尺寸和分布位置，這種設(shè)計(jì)方法是不具備合理性的。

2.1.3 外墻設(shè)計(jì)問題

建筑的外墻是建筑物內(nèi)外部分分界線，其為建筑劃分出不同的區(qū)域，滿足了人們對(duì)于建筑功能性的需求。就電子建筑行業(yè)的發(fā)展情況來(lái)說(shuō)，人們對(duì)于外墻的主要要求體現(xiàn)在穩(wěn)固、厚度、隔冷、隔熱、美觀等方面[3]。然而在進(jìn)行外墻的設(shè)計(jì)工作時(shí)，只考慮局部的美觀舒適，而忽視了基礎(chǔ)和承重墻的承受能力，這是非常不可取的。

2.1.4 屋面樓板設(shè)計(jì)問題

建筑樓板的主要功能就是用來(lái)分割上下兩層建筑，形成獨(dú)立的兩個(gè)使用空間。一個(gè)合格的建筑設(shè)計(jì)師，在進(jìn)行屋面樓板的設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要對(duì)設(shè)計(jì)建筑的使用性能進(jìn)行充分的了解，這樣才能根據(jù)實(shí)際的建筑物情況，設(shè)計(jì)出合理的屋面樓板數(shù)據(jù)。就建筑物的整體穩(wěn)定性來(lái)講，在進(jìn)行梁、柱、內(nèi)墻和外墻設(shè)計(jì)時(shí)，都應(yīng)該從建筑整體的角度出發(fā)，保障建筑物的整體性和穩(wěn)定性。

2.2 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

建筑結(jié)構(gòu)類型主要包括框架結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等，其中最為常見的建筑結(jié)構(gòu)類型是框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，需要對(duì)框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行有效的把控，合理地設(shè)計(jì)框架的梁和柱。但是一部分設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中對(duì)于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求沒有足夠的重視，致使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。除了以上情況，一些設(shè)計(jì)人員通過(guò)縮減框架柱設(shè)計(jì)尺寸的方式，來(lái)滿足在建筑功能上的要求，然后框架柱尺寸不合理的縮減必然會(huì)導(dǎo)致其抗彎能力減低，使得建筑物的抗震能力減弱。

2.3 結(jié)構(gòu)布局不合理

為了保障建筑設(shè)計(jì)的質(zhì)量，設(shè)計(jì)人員在工作過(guò)程中需要對(duì)影響施工的因素進(jìn)行科學(xué)的分析，優(yōu)化整體建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)建筑整體的穩(wěn)定性。但是，在實(shí)際的調(diào)查研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一些設(shè)計(jì)人員在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作時(shí)，過(guò)度追求建筑的美觀性，輕視了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要性；更有一些設(shè)計(jì)人員一味追求建筑面積的擴(kuò)大，縮減了承重墻的尺寸，這都導(dǎo)致了建筑的抗震等級(jí)不達(dá)標(biāo)，影響了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全[2]。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的解決措施

3.1 重點(diǎn)部分的設(shè)計(jì)

3.1.1 科學(xué)計(jì)算主體承重柱分布

承重柱直接影響建筑結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，根據(jù)詳細(xì)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際數(shù)據(jù)，科學(xué)地計(jì)算出主體承重柱的尺寸，結(jié)合建筑物的質(zhì)量分布情況，制定承重柱的具體分布數(shù)量。如：某高層或超高層寫字樓，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)分析，建議用平板式筏形的基礎(chǔ)架構(gòu)，建筑標(biāo)準(zhǔn)層建議設(shè)計(jì)為普通的框架梁結(jié)合現(xiàn)澆的空心板結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合框架與核心筒，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般采用的是立面和平面相結(jié)合的規(guī)則，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)多是立面和平面相結(jié)合的規(guī)則。而基礎(chǔ)多是天然的樁基。若發(fā)現(xiàn)建筑混凝土的折算厚度較大，會(huì)影響配筋量，且會(huì)加大自重，進(jìn)而造成主樓板、筏板的基礎(chǔ)承載力不足等后果。若梁截面較大或者是板較厚，則沒有很好地落實(shí)經(jīng)濟(jì)效益，不利于墻柱弱梁功能的實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)自重也會(huì)受到影響，地震力受到加強(qiáng)，豎向構(gòu)件安全性較低。相對(duì)來(lái)說(shuō)，核心筒剪力墻內(nèi)隔墻的受力偏小，則在設(shè)計(jì)上相應(yīng)的厚度也會(huì)偏大。在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，側(cè)重“以柔克剛”方式，但是需要保障各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。自重增加的原因有很多，科學(xué)計(jì)算主體的承重分布顯得尤為重要。

3.1.2 提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在考慮滿足室內(nèi)舒適性的同時(shí)，還要考慮外墻對(duì)于承重方面的影響，不能過(guò)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常可取的。如：高層建筑純剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)的成本要高于前者，若建設(shè)周期長(zhǎng)或者是市場(chǎng)定位是高檔住宅小區(qū)等，優(yōu)先設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，但是同時(shí)也應(yīng)避免大開式的剪力墻設(shè)計(jì)，墻體厚度為90mm，為增加用戶使用面積起到了作用。并且，剪力墻結(jié)構(gòu)需要適量地增加框架，在結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)上，需要圍繞剪力墻進(jìn)行全方位的分析，采取包絡(luò)設(shè)計(jì)等，且結(jié)構(gòu)體系要清晰，框架柱按照EA實(shí)際情況確定數(shù)值，EI的取值要偏小等等。不僅如此，軸壓比前提下，板梁混凝土的強(qiáng)度等級(jí)可以參考C25。

3.2 優(yōu)化柱箍筋間距和框架梁

針對(duì)不同的抗震等級(jí)框架梁，柱箍筋的加密區(qū)最大和最小之間的距離需明確規(guī)定，按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，建筑工程施工取值上，梁和柱箍筋的加密區(qū)的間距是100mm，非加密區(qū)的柱箍筋最大間距是其二倍。相比較來(lái)說(shuō)，電算程度規(guī)定的梁和柱箍筋的加密區(qū)間距是100mm，按照此項(xiàng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定柱箍筋的面積。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)確定肢數(shù)和柱箍筋直徑。但是，需要強(qiáng)調(diào)的是，程序內(nèi)定，框架梁跨中存在次梁或者是荷載集中作用下，兩肢柱箍筋，適當(dāng)?shù)卦黾又拷铋g距及其直徑。框架柱的內(nèi)定加密區(qū)柱箍筋是100mm，也可能存在非加密區(qū)的200mm也會(huì)造成配箍的不足問題。

3.3 優(yōu)化建筑地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑方案是關(guān)鍵，針對(duì)地基結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)為主則應(yīng)按照施工現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)條件確定樁基類型，遵循資源節(jié)約與環(huán)境友好原則。樁端持力層在灌注樁長(zhǎng)方面具有較大影響。荷載取值是對(duì)于獨(dú)立的樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而確定的。25m以下且不超過(guò)8層的建筑，一房可以選擇不進(jìn)行地基抗震承載力的驗(yàn)算，但是需要結(jié)合風(fēng)荷載問題。對(duì)此，鋼筋混凝土的多層框架計(jì)算分析，風(fēng)荷載因素不能忽略。尤其是獨(dú)立設(shè)計(jì)地基結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)值沒有確定好，也會(huì)影響基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸，進(jìn)而影響到建筑施工整體質(zhì)量，特別是建筑上部結(jié)構(gòu)。可以說(shuō)，整體計(jì)算與局部計(jì)算應(yīng)該相結(jié)合。

4 結(jié)語(yǔ)

一個(gè)建筑工程質(zhì)量的好與壞對(duì)人們的安全有著直接的影響。建筑設(shè)計(jì)是一種專業(yè)性極強(qiáng)、責(zé)任非常重大的工作，優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)能夠有效提升建筑物的適用性、安全性、合理性與經(jīng)濟(jì)性，然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，比較容易出現(xiàn)多種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與概念上的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤的出現(xiàn)，第一，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員沒有重視對(duì)于一般建筑的設(shè)計(jì)工作，沒有結(jié)合實(shí)際情況，盲目的套用以往的設(shè)計(jì)；第二，則是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)規(guī)范等職業(yè)素養(yǎng)上的不足；第三，一些設(shè)計(jì)人員對(duì)于力學(xué)的知識(shí)不明晰，無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算結(jié)構(gòu)有著準(zhǔn)確的判斷，無(wú)法建立出準(zhǔn)確的計(jì)算模式，減少或者避免這些錯(cuò)誤的出現(xiàn)，對(duì)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量有重要的價(jià)值。