建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題與解決措施

文/杜澤輝 保定維民建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 河北保定 071051

1、引言

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性直接對建筑的整體產(chǎn)生影響，不僅影響其安全性能，同時(shí)也對居住的舒適程度產(chǎn)生影響。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須要意識到現(xiàn)階段建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足，并利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念有效解決，加強(qiáng)不同環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)建筑的穩(wěn)定發(fā)展。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性

目前我國建筑多為多層或高層，建筑單位應(yīng)充分考慮，從而選擇既能減少投入資金，也能保障整個(gè)建筑設(shè)計(jì)符合時(shí)代和社會發(fā)展的需求的方法，這也是整個(gè)建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。在對房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，施工技術(shù)人員需充分考慮整個(gè)建筑工程的質(zhì)量和安全，其中包括對材料和設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管和調(diào)控，依據(jù)規(guī)定對其規(guī)格和運(yùn)行問題進(jìn)行檢測，減少由于設(shè)備和材料的安全引發(fā)的質(zhì)量問題。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化的房屋建造可減少約15%的經(jīng)費(fèi)。但在實(shí)際的操作過程中，由于受到自然和人為因素等各方面因素限制，許多建筑施工工程開展起來十分困難。一些企業(yè)過于追求施工進(jìn)度，一些設(shè)計(jì)人員缺乏實(shí)際設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，甚至一些設(shè)計(jì)人員過于強(qiáng)求某一部分的設(shè)計(jì)規(guī)劃，而忽略了整體建筑效果。這些都是制約建筑設(shè)計(jì)方案實(shí)施的重要阻礙，影響了整個(gè)工程造價(jià)的進(jìn)一步規(guī)劃。

3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

3.1 具有耐用性和安全性

建筑的耐用性和安全性是高層住宅結(jié)構(gòu)最基本的要求。建筑在實(shí)行商品化后，逐漸成為人民的耐用消費(fèi)品，其長久的使用壽命是與其他消費(fèi)品不同之處，因此，建筑結(jié)構(gòu)耐久性和安全性是住宅設(shè)計(jì)的最基本要求，在選擇建筑材料時(shí)，要選擇使用壽命長、防水、抗腐蝕、抗風(fēng)抗震的建筑材料，從根本上保證建筑耐久性與安全性。

3.2 具有舒適性

建筑設(shè)計(jì)目的是為用戶提供舒適性居住環(huán)境，在建筑設(shè)計(jì)中可以將室內(nèi)居住空間靈活分割，對人居住環(huán)境嚴(yán)格要求，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，大量開采空間的布置，充分考慮住戶入住后對建筑進(jìn)項(xiàng)改裝的可能性，給居住人員創(chuàng)造一個(gè)舒適環(huán)境。

3.3 具有經(jīng)濟(jì)性

建筑要根據(jù)建筑實(shí)際特點(diǎn)、建筑層數(shù)多少、平面效果，在滿足耐用性、安全性、舒適性基礎(chǔ)上對經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)格要求。嚴(yán)格遵循建筑要求，避免建筑浪費(fèi)，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)可行的方案，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)使用少量鋼鐵，在一定程度上降低了建筑成本。一方面對于開發(fā)投資商來說，高層建筑投資少、資金周轉(zhuǎn)方便，回報(bào)高等特點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)樓房，開發(fā)投資商更愿意選擇高層建筑進(jìn)項(xiàng)施工；另一方面對于購房者來說，高層建筑滿足了購房者居住和生活上的基本需求，為購房者提供了更舒適的生活空間。因此，高層建筑具有經(jīng)濟(jì)性，是開發(fā)商和房屋購買者都更青睞高層建筑。

4、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

4.1 設(shè)計(jì)圖紙不合理

設(shè)計(jì)圖紙是展開正常施工的保障，一份科學(xué)合理的建筑設(shè)計(jì)圖紙需要對建筑中的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)，如：結(jié)構(gòu)類型選擇、抗震設(shè)計(jì)、建筑材料選擇等。但是在當(dāng)前的建筑設(shè)計(jì)中，部分建筑設(shè)計(jì)十分不規(guī)范，不僅在平面配筋圖中采用不規(guī)范的圖集，同時(shí)對結(jié)構(gòu)的標(biāo)高、梁柱的編號等標(biāo)注不清晰，導(dǎo)致在實(shí)際建筑施工過程中出現(xiàn)現(xiàn)場混亂的情況，甚至?xí)鹨恍┎槐匾慕ㄖ鹿实陌l(fā)生。

4.2 建筑選型不合理

建筑的選型對建筑質(zhì)量有著直接影響，但是在目前，部分高層建筑的選型呈現(xiàn)出不合理的狀態(tài)，一方面，其選擇的建筑地質(zhì)不具有一定的地基承載力，不能達(dá)到相應(yīng)的變形要求，同時(shí)其調(diào)節(jié)能力較差，不能對不均勻降沉問題進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致建筑的安全系數(shù)低下，為人們的人身安全帶來威脅。另一方面，狠毒建筑采用的筏基方式不盡合理，施工人員在施工過程中不能夠很好地區(qū)分平板式與梁板式筏基的區(qū)別，為整個(gè)建筑埋下安全隱患。

4.3 地下室、樓板等設(shè)計(jì)不合理

地下室、樓板設(shè)計(jì)不合理對建筑安全性有著直接的影響。地下室的外墻設(shè)計(jì)要求十分嚴(yán)格，墻的厚度、混凝土強(qiáng)度等都有著明確的指標(biāo)，但是在實(shí)際施工過程中部分施工人員并沒有意識到上述內(nèi)容的重要性，忽略施工場地的環(huán)境條件、水位高低、地上負(fù)載等內(nèi)容，只是單純地壘墻，降低了建筑的安全系統(tǒng)。此外，澆混凝土樓板質(zhì)量差也是表現(xiàn)較為明顯的一點(diǎn)，建筑出現(xiàn)干縮開裂、支座負(fù)鋼筋倒伏等現(xiàn)象。由于使用的混凝土是廠家直接提供的，廠家為了提高其可泵性和經(jīng)濟(jì)效益，加入大量的水，降低了混凝土的性質(zhì)，使樓板開裂。

4.4 選材不合理

隨著建筑行業(yè)的競爭逐漸激烈，很多建筑商家為了提高經(jīng)濟(jì)效益而選擇降低成本。因此，目前最為常見的情況是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對于材料的選取沒有給予極大重視，相反，在很大程度上降低了建筑材料中的含鋼量，為整個(gè)建筑的安全性帶來威脅，并會影響各方面的效益。

4.5 均衡條件關(guān)系不合理

在建筑的結(jié)構(gòu)布局上，部分設(shè)計(jì)人員往往在沒有對建筑的地理位置進(jìn)行深入考察就進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)，導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)與周邊的環(huán)境格格不入。此外，一些設(shè)計(jì)人員沒有對相關(guān)規(guī)范進(jìn)行精細(xì)化研讀，使得設(shè)計(jì)方案與相關(guān)規(guī)定產(chǎn)生沖突，且沒有對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不符，在施工過程中容易出現(xiàn)不必要的問題。

5、提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的對策

5.1 合理設(shè)計(jì)工程圖紙

在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)注重工程圖紙的設(shè)計(jì)，不僅要使其能夠符合建筑地的實(shí)際情況，同時(shí)也要保證其合理性。因此，設(shè)計(jì)師可以參考一下建議：①需要設(shè)計(jì)師按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程圖紙的設(shè)計(jì)，對施工過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行明顯標(biāo)注，不能抱著“差不多”的心態(tài)對其進(jìn)行簡單標(biāo)注或是直接不標(biāo)注，以免為工程的安全帶來威脅。②設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)抱著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度進(jìn)行工程圖紙的設(shè)計(jì)，對施工過程中可能設(shè)計(jì)到的每一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)都進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并在圖紙初步完成后進(jìn)行自主審核，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題，通過科學(xué)的方式改正，防止不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

5.2 合理進(jìn)行建筑選型

建筑基礎(chǔ)選型是非常重要的環(huán)節(jié)，正確的選型對后續(xù)的設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生直接影響。因此，當(dāng)拿到提資圖時(shí)，設(shè)計(jì)師們不應(yīng)當(dāng)盲目建模計(jì)算，應(yīng)當(dāng)先考慮建筑地的地質(zhì)問題以及建筑的外形情況，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行全面分析，保證選型的合理性。此外，在建筑選型的過程中，還需要設(shè)計(jì)師們與相關(guān)工作人員協(xié)調(diào)工作，共同商討建筑方案，以商討出適合建筑地基本情況的建筑方案，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的合理性和可靠性。

5.3 合理設(shè)計(jì)地下室外墻、提高澆混凝土樓板質(zhì)量

在對地下室的外墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑物整體質(zhì)量綜合考慮，如：地上負(fù)載、建筑地的水位等情況，并結(jié)合實(shí)際使用功能設(shè)計(jì)規(guī)范的墻體厚度、混凝土強(qiáng)度等，以便能夠保證地下室的外墻尺寸合理，同時(shí)也避免由于混凝土強(qiáng)度不符合相關(guān)規(guī)定而產(chǎn)生的開裂問題，影響建筑質(zhì)量。此外，對于澆混凝土樓板的質(zhì)量來說，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高其水灰比，或與供應(yīng)商家商定好需要的水灰比，同時(shí)注重溫度差對樓板質(zhì)量的影響，在溫差較大的時(shí)間內(nèi)適當(dāng)做好保溫措施。而對于一些已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的墻體，可以通過表面封閉法、樹脂灌注法等方式來進(jìn)行補(bǔ)救，提高樓板的質(zhì)量。

5.4 合理選材，加強(qiáng)剛度設(shè)計(jì)

合理的選材能夠提高建筑的質(zhì)量，因此，要考慮到建筑材料的受力特征、建筑環(huán)境對材料的影響等，同時(shí)要對性能進(jìn)行綜合考慮。建筑設(shè)計(jì)師們在材料的選取上應(yīng)當(dāng)結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)多種選材方案，并深入市場調(diào)查，綜合對比，選擇性價(jià)比最高的材料，保證建筑工程質(zhì)量的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，剛度設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)中較為重要的環(huán)節(jié)，由于建筑結(jié)構(gòu)抗震性受到抗側(cè)移剛度影響，因此，在地基穩(wěn)定性較好的地帶，剛度設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值可以稍微降低一些，提高抗震性的同時(shí)減少共振，保證建筑的質(zhì)量。

5.5 耐久性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)方案時(shí)，很多設(shè)計(jì)工作人員沒有將耐久性設(shè)計(jì)考慮在內(nèi)，在建筑建成經(jīng)常出現(xiàn)遭受外力和環(huán)境因素影響等問題，致使建筑容易受到破壞，影響建筑整體結(jié)構(gòu)安全性。因此，在建筑中，優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案，充分考慮建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證建筑方案的耐久性、合理性、實(shí)用性，降低建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)成本。根據(jù)情況設(shè)置合理的建筑優(yōu)化方案，首先，保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和對稱性，保證建筑質(zhì)量均勻分布，防止出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。其次，對建筑結(jié)構(gòu)布局合理化設(shè)計(jì)，創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證建筑具有耐用性。最后，設(shè)計(jì)方案要保證建筑美觀性，保證建筑與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)建筑多面、錯(cuò)層、與周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)等現(xiàn)象，從根本上增強(qiáng)建筑的美觀性和耐久性。

5.6 優(yōu)化消防結(jié)構(gòu)

為了防止消防結(jié)構(gòu)不合理為建筑帶來的危害，就要在設(shè)計(jì)過程中不斷優(yōu)化消防設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：①合理設(shè)置防火間距，設(shè)計(jì)師們要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作，精確地測量出建筑物之間的實(shí)際距離，保證在意外發(fā)生時(shí)居民能夠有足夠的時(shí)間撤離，同時(shí)也能以最快速度救援現(xiàn)場。②因地制宜，設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，有效利用建筑周圍的環(huán)境資源設(shè)置消防結(jié)構(gòu)。③合理設(shè)計(jì)安全疏散通道，通常情況下，垂直結(jié)構(gòu)的安全疏散通道是較為常見的，在設(shè)計(jì)過程中，要在條件允許的情況下多設(shè)計(jì)一些安全疏散通道，在意外發(fā)生時(shí)便于居民撤離。此外，還要在安全疏散通道中設(shè)計(jì)防煙區(qū)，采用分隔式設(shè)計(jì)方式，更好地控制火勢以及煙霧蔓延，為救援提供方便。優(yōu)化扭轉(zhuǎn)問題

5.7 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題

結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)實(shí)際上就是在設(shè)計(jì)過程中沒有做到“建筑三心”合而為一，進(jìn)而在水平荷載的作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)震動的現(xiàn)象。為了保證建筑能夠在最大程度上的穩(wěn)固性，設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中選擇合適的結(jié)構(gòu)形式以及建筑平面布局，在最大限度上讓“建筑三心”保持一致。需要注意的是，在很多情況下，由于城市的規(guī)劃布局、街道兩旁景觀的要求、建筑場地自身的限制等有緣，建筑往往不能直接采用平面布局的形式。在這種情況下，就需要采用不規(guī)則的平面形式，如T形、十字形等，此時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)好突出部分的寬度和厚度，保證其在允許的范圍內(nèi)，且盡可能使結(jié)構(gòu)對稱，注重外形設(shè)計(jì)的美感。此外，剪力墻與框架共同構(gòu)成剪力墻結(jié)構(gòu)體系對扭轉(zhuǎn)問題產(chǎn)生直接影響，其承擔(dān)著豎向和水平方向的荷載。剪力墻的存在不僅能夠降低框架各個(gè)層梁以及柱彎矩值，同時(shí)也能夠減小各個(gè)層梁與柱彎在高度方向上的差異，使其在數(shù)值上能夠保持在均勻的狀態(tài)。由此可見，剪力墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用非常重要，其間距通常設(shè)計(jì)在3～8m之間，距離過大會導(dǎo)致平面布局不靈活，使結(jié)構(gòu)自身的重量過大，影響“建筑三心”，難以保持一致。

5.8 加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)

為了解決超高的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)師們在設(shè)計(jì)的過程中必須要按照嚴(yán)格的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免高層建筑超高的現(xiàn)象發(fā)生。此外，為了提高建筑的質(zhì)量，就要加強(qiáng)建筑的抗震設(shè)計(jì)，使其能夠達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的終極狀態(tài)。因此，在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)選擇“輕質(zhì)高強(qiáng)”的設(shè)計(jì)方案，即：在強(qiáng)度滿足要求的同時(shí)減輕材料的自重，在充分運(yùn)用“分合原則”的同時(shí)利用好抗震縫；在設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)優(yōu)先使用現(xiàn)階段成熟的技術(shù)和新型產(chǎn)品，以便取得更好的而經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，設(shè)計(jì)師們應(yīng)當(dāng)意識到通過建筑自身的抗震性來抵抗地震是非常被動的，一旦發(fā)生嚴(yán)重性破壞，將會對人身和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，在設(shè)計(jì)的過程匯總要注重減震結(jié)構(gòu)的控制，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中添加控制裝置。控制裝置的作用不僅是對地震進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)還要與建筑結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)地震作用，減輕地震對建筑造成的影響。在此過程中，基礎(chǔ)隔震是現(xiàn)階段相對較好的控制方式，其通過設(shè)置隔震層來延長結(jié)構(gòu)的使用壽命和周期，使其處在“彈性工作”的狀態(tài)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，使其不易倒塌。而耗能減震則與基礎(chǔ)隔震不同，其主要通過設(shè)置耗能減震裝置來消耗或是直接吸收掉地震帶來的能量波，減小建筑結(jié)構(gòu)的地震反映，以達(dá)到減震的目的。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，兩種方式可以結(jié)合使用，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑實(shí)際需求選擇合適的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，增強(qiáng)建筑的穩(wěn)固性。

結(jié)語：

總之，隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到越來越多的關(guān)注。設(shè)計(jì)師在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)找到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的主觀、客觀問題，在提高自身設(shè)計(jì)水平的同時(shí)從多個(gè)方面對設(shè)計(jì)問題加以改善，確保建筑的性能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也保證建筑質(zhì)量。

[1]張莉,阮景,滿敬濤.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題及改進(jìn)措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2015,1214:49.

[2]劉玉坤,王之明.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的問題與解決措施[J].科技展望,2015,2530:27.

[3]宋志剛.基于煩惱率模型的工程結(jié)構(gòu)振動舒適度設(shè)計(jì)新理論[D].浙江大學(xué),2003.

[4]陳偉.填充墻模型研究及其對RC框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[D].廣東工業(yè)大學(xué),2012.

[5]熊航.當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題及其優(yōu)化措施分析[J].四川水泥,2017,10:93.