探析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)和原則

文/崔海濤 北京維拓時(shí)代股份有限公司 北京 100123

1、建筑結(jié)構(gòu)種類及設(shè)計(jì)要求

1.1 建筑結(jié)構(gòu)種類

建筑結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需在設(shè)計(jì)期間注重梁板、屋架及墻體等結(jié)構(gòu)之間關(guān)系，因此為切實(shí)提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率，相關(guān)設(shè)計(jì)人員將建筑結(jié)構(gòu)整體劃分為幾大部分。具體而言，依據(jù)材料不同，可將建筑結(jié)構(gòu)劃分為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)；依據(jù)建筑類型標(biāo)準(zhǔn)，如承載力等，可將結(jié)構(gòu)劃分為剪力墻結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)與排架結(jié)構(gòu)。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確以下要求：第一，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，應(yīng)結(jié)合具體施工案例及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力等重要參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行精密計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性及科學(xué)性[1]；第二，針對(duì)多種混合建筑結(jié)構(gòu)，需事先對(duì)單一結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，選擇出最佳結(jié)構(gòu)組合，以切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)在后期使用期間的耐久性；第三，注重建筑結(jié)構(gòu)防震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。由于我國國土遼闊，部分地區(qū)處于地震多發(fā)地帶，因此需針對(duì)不同區(qū)域建筑項(xiàng)目，制定不同建筑結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)，確保結(jié)構(gòu)最終防震性能可符合相關(guān)規(guī)定。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在建筑設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備工作中，設(shè)計(jì)人員需對(duì)工程施工各環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致調(diào)查，如施工場(chǎng)地地質(zhì)條件、水體分布特征及周邊人文地理環(huán)境等，并將此些因素與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有機(jī)融合，以提升建筑工程與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性。同時(shí)，為更好的發(fā)揮出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益、安全效益及社會(huì)效益，相關(guān)設(shè)計(jì)工作者也需注重以下原則：

2.1 協(xié)調(diào)性原則

建筑結(jié)構(gòu)每一部分發(fā)揮出的作用具有極大差異性，有的結(jié)構(gòu)需承載巨大變形壓力，而也有部分結(jié)構(gòu)需具備一定韌性，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，應(yīng)切實(shí)提升不同結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性，做到剛?cè)岵?jì)，相互制衡[2]。同時(shí)，針對(duì)不同建筑結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用的大小，明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)順序，即注重承重部位設(shè)計(jì)，而后再逐步完善其他小構(gòu)件設(shè)計(jì)。

2.2 平衡性原則

建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)各構(gòu)件存在一定平衡性，需在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間打通各關(guān)節(jié)來維持結(jié)構(gòu)之間平衡靜止?fàn)顟B(tài)。具體而言，確保建筑結(jié)構(gòu)所受得外力的通暢性，均衡各結(jié)構(gòu)承受力，保持建筑結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。

2.3 安全性原則

為切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)耐久性，降低建筑安全事故發(fā)生幾率，相關(guān)設(shè)計(jì)人員也應(yīng)保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性，通過設(shè)置多層防線等手段，更好的抵御外力壓迫對(duì)結(jié)構(gòu)造成的不利影響。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)也應(yīng)在試用期間承受住各種荷載或變形等作用，在特殊以天氣狀況，如大風(fēng)等也可始終保持整體性，保障建筑用戶的人身及財(cái)產(chǎn)安全。

2.4 經(jīng)濟(jì)性原則

在保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，提升建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)用性及耐久性。一方面，確保建筑正常使用期間具備良好的工作功能[3]；另一方面，注重建筑結(jié)構(gòu)后期養(yǎng)護(hù)工作，延長結(jié)構(gòu)全生命使用周期，以減少建筑后期維護(hù)期間所需成本，更好的實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)利益最大化目標(biāo)。

3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題

3.1 房屋高寬比缺乏規(guī)范性

在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，存在著房屋高寬比不符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)等問題。具體而言，部分建設(shè)單位為提升自身經(jīng)濟(jì)效益，使建筑結(jié)構(gòu)高度及寬度遠(yuǎn)超現(xiàn)行規(guī)定，不僅難以保障結(jié)構(gòu)安全性，更使得建筑工程在施工及后期使用期間面臨極大風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展緩慢

就目前來看，我國高層或小高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已開始使用異形柱結(jié)構(gòu)，但由于實(shí)際積累經(jīng)驗(yàn)較小，使得異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、體型不規(guī)范等問題頻發(fā)， 嚴(yán)重滯緩了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展進(jìn)程[4]。不僅如此，我國對(duì)異形柱節(jié)點(diǎn)承載力、結(jié)構(gòu)延性等研究不夠深入，需在實(shí)際使用過程中嚴(yán)格遵守建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性及平衡性原則。舉例而言，在對(duì)餐廳等公共服務(wù)場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可使用異形柱結(jié)構(gòu)來提升空間整體的觀感，但由于異形柱結(jié)構(gòu)承力點(diǎn)較為復(fù)雜，一旦使用不合理，就會(huì)使建筑結(jié)構(gòu)存在大量安全隱患，因此需在設(shè)計(jì)期間結(jié)合國內(nèi)外異形柱使用案例，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷完善及優(yōu)化，確保異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 結(jié)構(gòu)布置合理性有待提升

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，也存在著結(jié)構(gòu)布置合理性有待提升等問題，需相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑物平立面尺寸、結(jié)構(gòu)布置及承載力等進(jìn)行綜合分析。同時(shí)，在復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需依據(jù)國家對(duì)建筑抗震性提出的要求，對(duì)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行嚴(yán)格審核[5]。同時(shí)，也有部分建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)期間存在轉(zhuǎn)換層及首層開洞不合理等問題，需在實(shí)際設(shè)計(jì)期間避免使用不規(guī)則結(jié)構(gòu)，以提升整體建筑工程的穩(wěn)定性。

4、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的癥結(jié)所在

4.1 建筑結(jié)構(gòu)軟件應(yīng)用不善

現(xiàn)階段市面上存在的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件種類繁多，功能性更高，但由于部分設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)軟件操作技能 始終處于有待提升階段，導(dǎo)致實(shí)際設(shè)計(jì)期間存在著諸多誤區(qū)。不僅如此，還有部分設(shè)計(jì)人員缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，在使用設(shè)計(jì)軟件時(shí)沒有輸入或輸錯(cuò)樓板自重等參數(shù)數(shù)值，導(dǎo)致后期生成的圖紙無法使用，嚴(yán)重影響到了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量。

4.2 建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型不合理

建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型可直接影響到工程后期施工，但由于設(shè)計(jì)人員專業(yè)水平參差不齊，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型不合理等問題頻繁發(fā)生。部分建筑基礎(chǔ)選型沒有考慮到施工場(chǎng)地地質(zhì)條件等因素，使得計(jì)算模型及結(jié)構(gòu)與實(shí)際施工情況相去甚遠(yuǎn)，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性難以得到根本上的保障。

4.3 建筑結(jié)構(gòu)圖紙不精準(zhǔn)

建筑結(jié)構(gòu)圖紙應(yīng)包括結(jié)構(gòu)類型、抗震等級(jí)及結(jié)構(gòu)材料等諸多內(nèi)容，但由于受到設(shè)計(jì)水平及施工進(jìn)度等影響，導(dǎo)致部分建筑結(jié)構(gòu)圖紙內(nèi)容不精準(zhǔn)，如梁、墻體等標(biāo)號(hào)混亂，為后期施工帶來了嚴(yán)重不利影響。

5、提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性的具體措施

5.1 注重設(shè)計(jì)軟件操作技能的培訓(xùn)

注重對(duì)設(shè)計(jì)人員軟件操作技能及相關(guān)開發(fā)理論知識(shí)的培訓(xùn)，避免過于依賴軟件計(jì)算結(jié)果而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性不達(dá)標(biāo)等問題出現(xiàn)[6]。同時(shí)，在設(shè)計(jì)人員群體中強(qiáng)調(diào)應(yīng)用結(jié)構(gòu)概念的重要性，借助相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件，分析及修正結(jié)構(gòu)概念，以切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性。不僅如此，為有效培養(yǎng)設(shè)計(jì)人員嚴(yán)謹(jǐn)工作態(tài)度，相關(guān)管理部門也可采取業(yè)績考核與獎(jiǎng)懲機(jī)制相結(jié)合的手段，細(xì)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)責(zé)任制，力爭在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間營造出積極嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鞣諊?/p>

5.2 對(duì)建筑基礎(chǔ)選型及方案進(jìn)行比較

注重建筑基礎(chǔ)選型工作，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙與施工場(chǎng)地等情況相符合。首先，收集及分析施工場(chǎng)地地質(zhì)條件及類似工程地形特征的施工案例；其次，明確建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工期間可能會(huì)存在的風(fēng)險(xiǎn)性，并結(jié)合工程施工需求制定出更加完善且科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)控制機(jī)制；此后，分析地質(zhì)探測(cè)結(jié)果與建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)軸力計(jì)算結(jié)果的適應(yīng)性；最后，明確建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型，細(xì)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙及施工方案，并在經(jīng)上級(jí)監(jiān)管部門審核通過后再投入使用，以更好的保障建筑結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性。

5.3 加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙審核力度

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙可對(duì)工程施工流程進(jìn)行全面的指導(dǎo)與規(guī)范，因此為從根本上提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性，相關(guān)管理部門也應(yīng)從加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙審核力度等方面入手。依據(jù)建筑工程施工場(chǎng)地及需求，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中存在的不合理之處，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的完善及合理。同時(shí)，進(jìn)一步完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙細(xì)節(jié)，對(duì)圖紙中所涉及到的各類參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)算，確保結(jié)構(gòu)圖紙與工程實(shí)際情況相符。

6、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑各構(gòu)件內(nèi)部存在著必然聯(lián)系，需設(shè)計(jì)人員選擇合理設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)及樓板等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重視度，為切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

6.1 預(yù)制板布置

預(yù)制板布置可直接影響到建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，需設(shè)計(jì)人員在布置預(yù)制板結(jié)構(gòu)工作中，遵守以下要點(diǎn)：第一，明確預(yù)制板規(guī)格，確保預(yù)制板材料符合施工要點(diǎn)[7]；第二，嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算出預(yù)制板板縫尺寸及配筋數(shù)量；第三，在節(jié)約工程成本的前提下，采用垂直或水平直線布置形式，以切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)整體的安全性。

6.2 現(xiàn)澆板配筋設(shè)計(jì)

當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆板配筋存在板上配筋及板下配筋兩種方式，在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)前必須明確配筋板的厚度及尺寸數(shù)值。通常情況下，現(xiàn)澆板配筋半寸尺寸為180、150、120及180、160、120等兩種類型。配筋期間需將一級(jí)鋼與吊鋼連接在一起，其他結(jié)構(gòu)與二級(jí)鋼連接。同時(shí)，在現(xiàn)澆板配筋設(shè)計(jì)期間，還應(yīng)依照結(jié)構(gòu)整體承載力及最小配筋率明確板的配筋數(shù)量，切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性及安全性。

6.3 梁柱配筋設(shè)計(jì)

受多層架梁計(jì)算影響，需對(duì)縱向配筋及計(jì)算裂縫寬度進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，當(dāng)屋面 影響小于樓面時(shí)，需基于裂縫控制配筋情況進(jìn)行分析。不僅如此，箍筋大多由最小配筋率確定，框梁柱彎矩較大時(shí)，梁的縱筋增加，與軸力控制配筋情況無明顯差距，可使用二級(jí)鋼筋代替，以節(jié)約鋼材造價(jià)。

6.4 過梁及隔墻布置

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，框架梁及框架柱所運(yùn)用的混凝土等級(jí)差距較大。預(yù)制混凝土材料不可直接運(yùn)用到梁體施工過程中，需結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙細(xì)節(jié)，選用現(xiàn)澆混凝土[8]。如過梁存在較大的橫截面時(shí)，需驗(yàn)算最小配筋量；如需使用偏梁的情況下，需對(duì)梁體變形情況進(jìn)行驗(yàn)算。而在隔墻布置過程中，可選用以框架為主的填充墻，降低墻體質(zhì)量，確保其布置位置可滿足其他構(gòu)件位置要求。

6.5 基礎(chǔ)平面設(shè)計(jì)

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)平面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)國家針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所頒布的防震標(biāo)準(zhǔn)等，在建筑工程處于平緩地帶時(shí)，直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在建筑工程處于地震多發(fā)區(qū)情況時(shí)，將結(jié)構(gòu)承載力等數(shù)值輸入到結(jié)構(gòu)軟件模型中計(jì)算，確保建筑結(jié)構(gòu)具備較高的穩(wěn)定性。

6.6 屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

保障設(shè)計(jì)人員能夠掌握建筑結(jié)構(gòu)圖紙中要素及要求，切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)中的安全性、實(shí)用性及合理性。同時(shí)，在進(jìn)行屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需設(shè)計(jì)人員具備一定的空間感及設(shè)計(jì)感，更好的區(qū)分梁板式屋頂與折板式屋頂。

6.7 建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行建筑地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需依據(jù)地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告或周邊建筑形式繪制出的建筑設(shè)計(jì)圖紙。注重地基結(jié)構(gòu)的安全性，綜合多種因素開展地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。同時(shí)，考慮到地基不均勻沉降等對(duì)結(jié)構(gòu)整體帶來的風(fēng)險(xiǎn)，制定出多種軟土地基處理方案，如增設(shè)砂墊層等。最后，為更好的避免高層建筑結(jié)構(gòu)導(dǎo)致地基荷載值過大，需在進(jìn)行地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，對(duì)梁、柱等負(fù)荷值進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算處理，確保其符合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后再投入施工，以切實(shí)提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性。

總結(jié)：

總而言之，為從根本上降低建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性，建筑企業(yè)管理部門必須將建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管理及規(guī)范擺放在重要地位，明確現(xiàn)存在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程及方案中的諸多問題，嚴(yán)格遵照國家針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)頒布的系列法律法規(guī)，構(gòu)建起更加長效科學(xué)的設(shè)計(jì)管理機(jī)制。同時(shí)，提升建筑設(shè)計(jì)人員專業(yè)技能及職業(yè)素養(yǎng)，使其在日常工作中能夠始終保持嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，更好的掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)及原則，以在保障建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)，加強(qiáng)各類資源利用率，早日實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化發(fā)展目標(biāo)。