探析建筑結構設計的要點

李明明

（重慶市江津區建筑勘察設計院，重慶 402260）

0 引言

建筑結構的設計工作是整個建筑工程當中的基礎環節，沒有良好的設計圖紙就很難有高質量的建筑工程，建筑結構的設計也會直接影響到后期的建筑施工和整個項目工程的推進。與時代發展相適應，建筑結構方面的設計也趨向多元化發展，同時，作為整個項目工程的基礎環節，結構設計也漸漸顯露出一些問題，行業也迎來了新的挑戰。目前，在整個建筑行業，能夠借助主動解決建筑設計與項目實際施工過程中的矛盾來進行一定調和，一定程度上能夠保證項目的推進和質量水平。但在設計人員進行設計工作的過程中，必須實現考慮好結構設計程序，嚴格遵照國家相應的規范和科學要求來合理設計執行每個工作步驟。必須嚴格遵照保護環境、經濟發展、安全美觀等基本原則，確保設計階段能夠科學高效進行。

1 建筑結構設計的特點

（1）復雜性。建筑結構設計的復雜性體現在兩個主要方面：①處理技術是經濟和合理的，在結構安全的條件下，同一設計任務可以包括多個結構設計方案。即使使用相同的組件，也可以使用不同的加固方案。因此，在建筑結構的設計方面，一般沒有完全標準的方案，只有相較而言較優的方案，對于一個優秀的設計師而言，其重要的能力之一就在于能夠從諸多方案中選取最佳方案。②結構設計中還會存在許多不確定因素，例如材料設計、結構載荷、部件應力和應變[1]。

（2）應用性。建筑結構設計的最終目的是要運用到實踐當中，是需要指導項目的實施與推進，因此要求具體、簡介與靈活。設計師在實際設計時可能難以直接獲得相關的計算結構，但能夠結合實際需要進行及時有效的調整，然后選擇相類似且更佳的方案。

（3）創新性。對于任何設計人員來說，創新是他們工作的靈魂，當傳統的設計方法遇到瓶頸或者難以滿足現代社會的需求時，設計人員有責任進行改進與創新，同時不斷研發新的技術手段，推動該領域的進步與發展。

2 建筑結構設計的原則

（1）對于主導目標要參照相應規范要求。

（2）對于設計過程中計算公式的運用，要遵循簡便、直接、常見且概念清晰的原則。此外，在整個設計過程中，對于傳力構件的使用方面，要盡可能避免以抗扭作為主導的關鍵性傳力構件的使用[2]。

（3）構件的設計要均勻且連續，杜絕軟弱層、上下層彎曲剛度與軸壓剛度突變的現象

（4）要重視結構相互作用的機理，在設計規劃過程中參照規范與相應機理。

3 建筑結構設計中的常見問題

（1）基礎建模不合理。基礎建模不合理不單單會造成施工現場的地質下沉，還會進一步增加施工難度，極大了影響了建筑物的質量、安全性和整個地基的承載力，使其更容易變形。

（2）結構計算問題。在進行結構設計時也要關注結構計算問題，主要包括以下方面：①下部框架的砌體結構進行計算的過程中，針對層較弱的部位通常采用下部剪切法，而對剛度比較均勻的多層結構才能夠采用下部剪切法。②要注意負載值的取值。比如，在進行基礎設計時需要考慮風荷載。③要注意周期性的折減系數問題。

（3）結構設計人員的設計水平存在問題。對于設計工作我們發現，存在相當一部分設計人員難以實時掌握新規范、新標準和新要求，自主學習能力差，總習慣使用原有或者已經廢止的規范要求，這顯然也會直接影響他們進行結構設計時的思路，甚至是使設計不合標準，這實際上對于項目的質量也有直接的影響。

（4）建筑框架結構的不合理設計。對框架結構進行設計的過程中，如果承重柱的高度過小，那么柱頭的抗彎強度也會相應降低，一旦出現地震，房屋安全問題就難以保障。針對建筑框架設計諸多不合理的地方，建筑結構設計時一般會忽略垂直框架的設計要求。對于豎向框架的設計來說，其主旨在于抗震，若忽略這方面的要求或者設計不科學，那么也會導致建筑物難以承受地震帶來的影響，進而造成配筋與胯中縱筋的分布不均。此外，對于剪刀墻的結構來說，墻壁連接處的四個分支連接坡為單梁。這一設計中最為常見的例子是陽臺的設計，這是由于陽臺橫梁的負載較小，工作人員會將其設計為單梁，一方面能夠減少梁的承載能力，同時也會給房屋安全性帶來一定影響。

4 設計工作中的要點剖析

（1）基礎建模。建筑師在計算建筑基礎建模的工程數據時需要確保數據準確性，如果不符合要求，則需要先解決，除此之外，有必要進行重復的計算測試。在基礎建模時，有必要對建筑物的幾何形狀和地質條件進行合理分析，并做出合理的選擇。

（2）結構計算。首先，我們需要注意負載的適當值。在設計私人多層建筑物（少于8 層）時，使用獨立的基座可以消除通用基礎主要承重部分中的弱粘性土層，從而使其成為典型的私人建筑物，高度不超過35m，無須計算基礎的抗震性。但是，對于不在地震區或屬于低層建筑物的私人建筑物，需要確保輸入風荷載。其次，確定建筑結構的周期性折減系數，并且所計算的地震剪切力也較小，因此，我們要求要縮短計算過程中的周期。最后，對于下部框架的砌體結構設計和計算，若使用下部剪切法進行計算，需要剛度較為均勻的多層建筑，單弱建筑層較弱，便要對結構塑性變形的情況予以考量。

（3）屋面活荷載取值。對于框架荷載的有關參數研究已經有了成熟且科學的體系，相關參數也得到多年實踐的驗證與考驗，目前仍取0.3kN/m2，在整個設計過程中不予以額外修改。但在屋面結構類型的設計方面，有檀條與屋面板，本文中將活荷載參數預設定為0.5kN/m2。參照《鋼結構設計規范》的設計要求在無人登上的屋面荷載設計為0.5kN/m2，但對于荷載面積要求超過60m2的可以乘折減系數0.6[3]。

（4）屋脊垂度要控制。框架斜梁的豎向撓度限值在通常情況下有一定限制，要求為1/180，除了要對坡面斜梁撓度進行有關驗算之外，對于是否需要進行跨中下垂度驗算的要求，在以往的相關規范中要求較為模糊。據目前掌握的數據我們了解到，在美國，進行框架分析時一般需要將此類內容納入考慮。美國的框架分析一般要求將對構件實行分段，借助計算截面積的程序進行計算，同時在整個計算過程中要將每一段運算的結果納入下一個進行的水平和豎直位移的計算當中，每步關聯的運算均不能夠超過限定值，也就是說要求進行驗算跨中垂度。

（5）鋼柱換混凝土柱。在現實生活中存在一部分的單位會在設計過程中采用門式剛架，此類鋼架的特點在于通常是由混凝土材質的土柱與輕型鋼斜梁構成，輕鋼材質的斜梁通過混凝土柱中的預埋螺栓與豎放式的端板相接，二者之間進行剛性連接。通過這種連接，施工單位能夠有效減少鋼材的使用進而降低生產成本，增加利益。對于一些廠房的設計，雖然也會有使用混凝土柱和鋼桁架連接而成的結構，但這時的梁柱只能采取鉸接的連接途徑，不能夠使用剛性連接的方式。對于樓層比較多的建筑物來說，鋼梁和墻的連接方式與上述方法一致。對于混凝土來說，其在建筑體中通常是一種脆性的材料狀態，雖然可以通過建筑構件相互之間的配筋來進行剪力或者承受彎矩的分配，但實際上對于連接處的位置其抗拉性能與抗沖切能力較弱，在受到外界的作用力時非常容易產生松動或者損壞等問題。還有一些公司企業在設計好門式剛架之后，為了促使交易的成功，完全不理會國家對于有關事項的規范與要求，一味縱容業主需求，將鋼柱換成混凝土柱，但是卻對梁截面需要進行配套修正的規范不予理會。值得注意的是，如果將混凝土柱加鋼梁設計成排架這時是合乎標準要求的，但是若將鋼架上的鋼柱替換為混凝土柱，而鋼梁仍為原來的狀態，這一操作是不符合國家的安全規范標準與要求的。如果想對建筑體的結構或者材質進行更改，那么相對應的，原有的連接方式也需要進行調整，這也會造成建筑物內部構件和各個部位的受力狀況發生變化[4]。建筑結構與幾何結構學密切相關，如果在設計和施工過程中不考慮力學規范和科學要求，隨意更改或變換，勢必會在日后造成不必要的安全隱患。這也提示我們，國家要在今后的工作中，對建筑行業的發展進一步的規范，對一些安全性要求較高的法規進行及時、廣泛的發布和宣傳。

（6）建筑結構設計圖標記清楚。設計人員在進行圖紙設計的過程中必須要秉承著嚴格認真的工作態度，不能有絲毫的馬虎大意。在設計過程中，工作人員必須要進行事先檢查，并對項目施工過程中存在的一些細節與信息進行必要的標記與關注，圖紙信息標注要清晰有效便于查找，而實際施工過程中要求嚴格遵照設計人員的設計圖紙來推進項目的實施，因此，如果設計出的圖紙當中相關的數據信息含糊不清或者標記不明會直接影響到整個項目的實施與推進。圖紙的設計也需要工作人員進行多次檢查與驗證，以確保圖紙的準確性。工作人員要能夠及時發現圖紙當中存在的各種問題，并進行必要的修復或補償，確保整個工程項目的有序推進。

5 結語

簡而言之，受整個社會經濟發展的變化與影響，人們的需求也在不斷地調整和變化，為了滿足社會日益增長的人口需要，建筑物的結構在設計方面也開始進行相應的調整，逐漸呈現出多樣化的設計特點。因此，在整個建筑物結構設計趨向多元化發展的背景下，也對我們相關的設計人員提出了新的時代要求，設計人員要有高度的責任感，并在實踐過程中不斷提升自身的工作能力與綜合素質，是自己能夠在工作過程中及時發現并改正建筑物結構設計中存在的不足與缺陷，確保建筑結構及今后施工的安全性、穩定性與連貫性，進而為整個建筑行業的綠色可持續發展做出相應的貢獻。