建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則與合理設(shè)計方案

■張 路 ■江西新鋼設(shè)計院，江西 新余 338001

近些年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的快速進(jìn)步和人民生活水平的迅速提高，人們對于建筑的要求正不斷增加，除對以往如安全性、適用性、耐久性等建筑結(jié)構(gòu)的基本預(yù)定功能提出要求之外，更對建筑的質(zhì)量、舒適性以及環(huán)保性等方面提出了更高的要求?？茖W(xué)、合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是達(dá)到這些要求的根本保證，因而這也對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來了較大的挑戰(zhàn):必須保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性、合理性和規(guī)范性，才能滿足當(dāng)前時期人們對于建筑包括安全性、適用性、耐久性、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、舒適性以及環(huán)保性等在內(nèi)的各種要求。因此，探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則以及如何保證設(shè)計方案的合理性，意義重大，不僅直接關(guān)系著建筑行業(yè)自身的生存、發(fā)展，更關(guān)系著我國國民經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展和人民的生命財產(chǎn)安全。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所應(yīng)遵循的基本原則

對于建筑而言，其最重要、最基本的預(yù)定功能是安全性，其次是適用性和耐久性，在這些基本預(yù)定功能的基礎(chǔ)上，才有可能實現(xiàn)高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、舒適性以及環(huán)保性等要求。因而，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則也應(yīng)當(dāng)遵循此順序為:

1．1 多道防線，層層設(shè)防

安全性是建筑最為重要的預(yù)定功能。對于一個建筑而言，其安全性體現(xiàn)在該建筑面臨災(zāi)害時整體的對抗性，單個構(gòu)件對于災(zāi)害的抵抗力是有限的和不穩(wěn)定的。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過設(shè)置多道防線，層層設(shè)防，聯(lián)合各個構(gòu)件、環(huán)節(jié)使整個建筑作為一個有機(jī)整體來抵御災(zāi)害，是最大限度降低災(zāi)害后果最為有效的方式之一。在實際設(shè)計中，以框架剪力墻取代純框架好、以多肢墻取代單片墻等，便是一個很好的例證。

1．2 分清主次，抓大放小

對于建筑的安全性而言，除聯(lián)合各個構(gòu)件層層設(shè)防外，還必須認(rèn)識到組成建筑整體的不同構(gòu)件所能承受的外力和所擔(dān)負(fù)的作用是不同的。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還應(yīng)遵循分清主次，抓大放小的原則，重點確保核心構(gòu)件的安全性，如在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中就有“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等重要概念，這樣才能保證建筑在遭受損害后核心構(gòu)件、主要構(gòu)件依然能夠最大限度的發(fā)揮職能，從而降低災(zāi)害損失。

1．3 打通關(guān)節(jié)，靜態(tài)平衡

一個好的建筑，其結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是渾然一體的，這樣可以快速傳播、消解整個建筑所遭受的外力。但實際情況則往往是建筑結(jié)構(gòu)組合部位處所留下的節(jié)點使得建筑的整體性大大降低，不僅影響建筑的安全性，也影響著建筑的耐久性。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)當(dāng)貫徹打通關(guān)節(jié)的理念:即按照構(gòu)建剛度的大小合理分配各構(gòu)件的受力大小，避免受力出現(xiàn)不合理的集中的現(xiàn)象，以實現(xiàn)建筑整體的靜態(tài)平衡。

1．4 剛?cè)嵯酀?jì)，合理和諧

剛性和柔性兩大特性是建筑同時具備的，若建筑結(jié)構(gòu)的剛度過強(qiáng)，則其變形能力就較差，將會大大降低建筑抵抗外力的能力;若建筑結(jié)構(gòu)的柔性過強(qiáng)，雖可有效消解外力，但也會因為變形過大而導(dǎo)致建筑整體的傾覆，無法支撐整個建筑的正常使用。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須做到剛?cè)嵯酀?jì)，根據(jù)構(gòu)件的性質(zhì)合理安排建筑不同部位的剛?cè)岜戎?，并使建筑整體的剛性、柔性達(dá)到和諧。

1．5 以人為本，綠色環(huán)保

在滿足安全性、適用性、耐久性的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前人們的實際需求，還應(yīng)盡量使建筑達(dá)到舒適性和環(huán)保性。首先，建筑的根本用途是服務(wù)人類，隨著人們對建筑舒適程度的要求越來越高，因而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需加入以人為本的原則。其次，在全球尤其是我國生態(tài)環(huán)境急劇惡化的形勢下，對建筑環(huán)保性的要求也日益凸顯，因而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還需加入綠色環(huán)保的原則。

2 建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計方案

2．1 從結(jié)構(gòu)計算和構(gòu)造出發(fā)

在結(jié)構(gòu)計算計算方面，主要應(yīng)當(dāng)注意以下幾個問題:一是底框砌體結(jié)構(gòu)的驗算;二是避免使用錯誤的方法計算樓板;三是避免荷載計算錯誤;四是應(yīng)當(dāng)運(yùn)用實際經(jīng)驗對計算結(jié)果做出合理的分析、判斷，并決定能否依據(jù)其進(jìn)行施工設(shè)計。

在構(gòu)造方面，主要應(yīng)當(dāng)注意以下幾個問題:一是應(yīng)注意構(gòu)件配筋率的極限值，對于具有抗震要求的建筑，在設(shè)計過程中不僅需要考慮建筑的延伸性，還需保證構(gòu)件滿足最小配筋率的要求;二是必須選用符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼筋，并保證鋼筋滿足不同位置的延伸、搭接和錨固的長度的要求;三是及時采取融熱通風(fēng)等措施，避免屋面溫度的應(yīng)力引起的墻體開裂等現(xiàn)象的出現(xiàn);四是具有抗震性能的構(gòu)造柱應(yīng)在建筑內(nèi)部實現(xiàn)上下對準(zhǔn)貫通。

2．2 從抗震要求出發(fā)

建筑尤其是民宅建筑需要具備一定程度的抗震能力，已經(jīng)越來越受到重視，因而在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中必須要考慮到抗震功能，一般可采用二階段設(shè)計來實現(xiàn)三個水準(zhǔn)的設(shè)防要求。對于一般的多層砌體結(jié)構(gòu)的住宅建筑而言，應(yīng)優(yōu)先選用橫墻承重或是縱橫墻承重的結(jié)構(gòu)體系，并在保證縱橫墻的均勻?qū)ΨQ和上下連續(xù);樓梯不應(yīng)設(shè)置在房屋轉(zhuǎn)角處和盡頭處，以避免在地震時發(fā)生坍塌;對于多層或者高層的鋼筋混凝土住宅建筑而言，應(yīng)采用規(guī)則的結(jié)構(gòu)將抗震墻和框架等抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行雙向布置，并控制好抗震墻之間屋蓋和樓蓋的長寬比，還可在較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)上設(shè)置防震縫。

2．3 從地基情況出發(fā)

由于建筑構(gòu)件會隨地基的沉降情況而遭到不同程度的破壞或發(fā)生不同程度的開裂，對于需要將地基做一定深度的埋置的高層建筑而言，這種情況會更加顯著。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，必須要將地基沉降這一因素考慮在內(nèi)。對于高層建筑而言，基礎(chǔ)一般可采用樁筏或樁箱的結(jié)合形式，在布置群樁的形心時需跟上部的結(jié)構(gòu)重心相一致以保證箱體的整體剛度。對于多層建筑而言，一般遇到的情況是軟土層厚度較大，此時可采用軟土地基處理法來控制多層建筑的沉降情況。在選擇處理方法時，需將地基情況、建筑上部結(jié)構(gòu)特點和周邊環(huán)境綜合考慮，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的實際設(shè)計情況，確定出地基的處理范圍和處理完成后應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。在綜合考量各處理方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性、實用性的基礎(chǔ)上，確定最佳處理方案

3 結(jié)束語

我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展帶動了建筑行業(yè)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速進(jìn)步和人民生活水平的迅速提高，人們對于建筑的要求也不斷增加，除對以往如安全性、適用性、耐久性等建筑結(jié)構(gòu)的基本預(yù)定功能提出要求之外，更對建筑的質(zhì)量、舒適性以及環(huán)保性等方面提出了更高的要求。這對于建筑行業(yè)而言，既是機(jī)遇，又是挑戰(zhàn)。這就要求在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須依據(jù)相關(guān)原則，保證其設(shè)計過程的科學(xué)性、合理性和規(guī)范性，從而設(shè)計出最為合理的方案。這將是建筑行業(yè)自身得以生存和發(fā)展的根本保障。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與適宜性對于整個建筑物的質(zhì)量和安全都起著重要的作用。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，要不斷提高專業(yè)技能，認(rèn)真思考，綜合考慮各方面因素，以確保設(shè)計的建筑物結(jié)構(gòu)滿足使用要求。

［1］余金鳳．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則與合理設(shè)計方案［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2013．

［2］任斌．建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則及合理設(shè)計方案［J］．城市建筑，2013．