科學(xué)理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

白雪楓

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑規(guī)模越來(lái)越大，形式多樣化的同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越做越復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。不同于其它的專業(yè)設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念和質(zhì)量直接影響著工程周期、節(jié)能環(huán)保、成本節(jié)約?？梢哉f(shuō)是一個(gè)工程中重要的靈魂。文章就從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和原則出發(fā)，探討科學(xué)理念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：科學(xué)理念；建筑結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合反復(fù)的過(guò)程，任何失誤、遺漏都會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果不理想，甚至?xí)苯佑绊懙皆O(shè)計(jì)過(guò)程以及施工過(guò)程。為了防止建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)從消費(fèi)者較高使用需求以及建筑美的視角出發(fā)，采用科學(xué)的原理深入探析設(shè)計(jì)方案，樹(shù)立系統(tǒng)的前沿理念，努力提高建筑結(jié)構(gòu)的使用價(jià)值，完善建筑結(jié)構(gòu)的多樣化功能，最大限度地追求設(shè)計(jì)應(yīng)用的整體效益，大幅度增強(qiáng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的實(shí)效性。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及其原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括許多內(nèi)容，通常有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、暖氣通風(fēng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)和給排水設(shè)計(jì)等。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一個(gè)部分都要滿足功能性、環(huán)保性、美觀性以及經(jīng)濟(jì)性的要求。由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響到建筑的綜合水平，為了確保科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)，必須要通過(guò)認(rèn)真計(jì)算，計(jì)算出結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)和對(duì)正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。另一方面，當(dāng)多種作用效應(yīng)同時(shí)發(fā)生在結(jié)構(gòu)上時(shí)，應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)分析分別求出每一種作用下的效應(yīng)，考慮其有可能產(chǎn)生的最不利組合。最后，在抗震性方面，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須因地制宜，依據(jù)其所在地區(qū)的地質(zhì)地形，對(duì)于相對(duì)應(yīng)的抗震標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行不同的計(jì)算與設(shè)計(jì)。下面就規(guī)則性原則作簡(jiǎn)要的分析。

1.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系，不僅會(huì)導(dǎo)致建筑難以具備必要的承載能力、變形能力和剛度，而且由于部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承受風(fēng)荷載、重力荷載和地震作用的能力。結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置應(yīng)當(dāng)具有合理的承載力分布和剛度，避免因局部突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位。面對(duì)這種情況，要對(duì)可能出現(xiàn)問(wèn)題的薄弱部位，采取有效的措施予以加強(qiáng)。建筑的結(jié)構(gòu)體系宜具有多道抗震防線。

1.2 規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征

規(guī)則結(jié)構(gòu)通常是指建筑體型（平面和立面）規(guī)則，結(jié)構(gòu)對(duì)稱并具有較好的抗扭剛度且平面分布均勻。結(jié)構(gòu)豎向布置均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和承載力分布均勻，沒(méi)有突變。建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)向剛度和承載力突變的情況；建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜對(duì)稱、規(guī)則，并且具有良好的整體性。

1.3 規(guī)則平面布置需滿足的要求

結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮到抵抗水平和豎向荷載的問(wèn)題，應(yīng)滿足受力明確、均勻?qū)ΨQ、傳力直接、減少扭轉(zhuǎn)的條件。在地震作用下，建筑平面應(yīng)力求簡(jiǎn)單規(guī)則，而風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬?？拐鹪O(shè)防的建筑，平面形狀宜簡(jiǎn)單、對(duì)稱、規(guī)則，以減少震害。在建筑的獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，應(yīng)當(dāng)使結(jié)構(gòu)平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則，承載力和剛度分布均勻。不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置，減少偏心。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)理念

從我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和基本原則，可以清晰的看出我國(guó)對(duì)于建筑業(yè)的要求。但是就目前情況來(lái)說(shuō)，過(guò)多的建筑商一味追求經(jīng)濟(jì)效益，忽視社會(huì)效益，追求速度，忽視質(zhì)量，在我國(guó)的建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展水平與國(guó)際水平還有一定的差距的基礎(chǔ)上。更加不利于建筑業(yè)的健康發(fā)展。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持的科學(xué)理念，以助建筑業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展。

2.1 人性化設(shè)計(jì)

住宅作為一種共同需要的商品，應(yīng)該充分滿足住宅居住者對(duì)住宅的生理和心理需要，同時(shí)需要保證居住者的安全、舒適和健康。所以對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者，在充分考慮建筑使用者上述需要的基礎(chǔ)上，調(diào)整設(shè)計(jì)思路，從全局出發(fā)，設(shè)計(jì)出符合建筑使用者的人性化需求的產(chǎn)品。對(duì)于具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，住宅的整體環(huán)境就是一種宏觀考慮，除了空間和環(huán)境品質(zhì)的物質(zhì)形態(tài)，還是以人及存在的環(huán)境的關(guān)系為中心的一種環(huán)境，它包括自然環(huán)境、社會(huì)生態(tài)環(huán)境、人文歷史環(huán)境等。整合居住區(qū)生活方式場(chǎng)所，使其更適于人居住和發(fā)展。從內(nèi)部來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的室內(nèi)環(huán)境，就要求將人的生活習(xí)慣、健康舒適、建筑風(fēng)格等都考慮在內(nèi)，尤其是在無(wú)障礙設(shè)計(jì)方面，如住宅出入口設(shè)置無(wú)障礙坡道，注意扶手高度；公共走道滿足無(wú)障礙設(shè)計(jì)的要求等等。人性化理念融入每一個(gè)細(xì)節(jié)是我國(guó)建筑業(yè)綜合水平提升的理念之一。

2.2 技術(shù)和人才的共同進(jìn)步

雖然在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中采用了CAD技術(shù)，但在結(jié)構(gòu)施工圖中還是會(huì)出現(xiàn)很多概念性的錯(cuò)誤以及計(jì)算錯(cuò)誤，其中有些錯(cuò)誤甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的后果。這些錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因是由于部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員雖然具備了一些初級(jí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的使用能力，但未受過(guò)系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)教育，從而導(dǎo)致缺乏整體結(jié)構(gòu)認(rèn)知概念。對(duì)軟件技術(shù)設(shè)定條件認(rèn)識(shí)不清或過(guò)分相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果從而導(dǎo)致計(jì)算出錯(cuò)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真考慮從模型簡(jiǎn)化、荷載匯總、結(jié)構(gòu)計(jì)算到施工圖繪制的每一環(huán)節(jié)，保證簡(jiǎn)化的計(jì)算模型與工程實(shí)際相符，這需要使用軟件的人熟悉設(shè)計(jì)軟件的適用條件及技術(shù)條件，正確的運(yùn)用PKPM軟件，保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。但是軟件技術(shù)發(fā)展再完善，也只是輔助設(shè)計(jì)程序，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)軟件參數(shù)設(shè)置有成熟的理解。不斷提高自己運(yùn)用結(jié)構(gòu)的素養(yǎng)和技巧，在創(chuàng)新的同時(shí)，了解并學(xué)習(xí)先進(jìn)的建筑技術(shù)，將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有建筑。

2.3 自然環(huán)境與設(shè)計(jì)的融合理念

自然環(huán)境與設(shè)計(jì)的融合理念主要包括以下兩個(gè)方面：一方面是節(jié)能環(huán)保，另一方面是因地制宜。通過(guò)對(duì)建筑的合理設(shè)計(jì)，合理選材，達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)保節(jié)能的目的?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)手段，把室內(nèi)自然溫度控制在人體舒適的溫度范圍之內(nèi)。例如合理使用太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能等以及各種建材與節(jié)水節(jié)電設(shè)備等。在降低建筑物的運(yùn)行能耗，提高用能效率的同時(shí)為居住者提供舒適、環(huán)保的居住空間。應(yīng)當(dāng)加大開(kāi)發(fā)和使用可再生能源以及新能源的力度，因?yàn)楣?jié)能環(huán)保與先進(jìn)的技術(shù)密不可分。所以學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)和創(chuàng)新是一項(xiàng)重要任務(wù)。而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的因地制宜就是指充分利用當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件，少動(dòng)土方，將原有的地理形勢(shì)與設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，最大程度地利用原有的地形地貌。另一方面是合理利用當(dāng)?shù)刈匀毁Y源，例如將園林植物、湖水等自然景觀與建筑風(fēng)格相融合。達(dá)到既降低了成本，又體現(xiàn)出自然舒適、親近大自然的目的。因地制宜的另一體現(xiàn)，就是將當(dāng)?shù)貧v史文化、地域特色、傳統(tǒng)習(xí)俗等人文軟資源融合到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中去。建筑之美并不是千篇一律的，應(yīng)當(dāng)是有特色的。真正好的建筑是可以代表一個(gè)地域，讓人眼前一亮，看到就可以聯(lián)想到特定的地域。這些特色是從當(dāng)?shù)亟ㄖ幕瘍?nèi)涵中來(lái)的。只有吸取合理的建筑思想，才可以創(chuàng)造出具有時(shí)代精神、民族傳統(tǒng)和地方特色的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)格，才可以將自然環(huán)境與設(shè)計(jì)完美融合，達(dá)到人與自然的和諧相處的境界。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的城市化建筑當(dāng)中，高層建筑的比例越來(lái)越大。對(duì)建筑使用功能的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，隨著越來(lái)越復(fù)雜的建筑類型與功能的出現(xiàn)，建筑高度的不斷增加，高層建筑數(shù)量的日漸加大，建筑結(jié)構(gòu)體系的多樣化，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視。只有全面了解建筑結(jié)構(gòu)體系及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)原則，將先進(jìn)的科學(xué)理念融入設(shè)計(jì)之中，才可以使設(shè)計(jì)應(yīng)用達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的目的。

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