建筑工程中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的應(yīng)用淺析

梁立暉

山西運城建工集團有限公司 山西 運城 044000

引言

設(shè)計建筑工程的結(jié)構(gòu)構(gòu)造是建筑工程建設(shè)過程中最為基礎(chǔ)，也十分重要的一步。每一個精美的建筑工程都有一張十分優(yōu)秀的建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計圖紙，不僅影響建筑工程的具體施工步驟，還會對建筑工程后期的安全性以及美觀性產(chǎn)生不可忽視的影響。因此，建筑設(shè)計師應(yīng)該嚴(yán)格要求自己的建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計成果，為后續(xù)的建筑工程施工打下良好基礎(chǔ)。

1 概念設(shè)計的重要性

概念設(shè)計既是一位工程設(shè)計師能力的反映，又是一個建筑工程后續(xù)大部分施工工作開展的依據(jù)。一般來說，結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計水平與其年齡和實踐能力成正比。一位好的結(jié)構(gòu)工程師，能夠借助自己工作經(jīng)歷的增加以及知識水平，對各種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有一個總體的把握，并會通過自身所積累的經(jīng)驗盡量避開爛大街的建筑設(shè)計，從而實現(xiàn)自身對建筑理解的升華，設(shè)計出自身所追求的建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造的創(chuàng)新設(shè)計。在如今的現(xiàn)代社會，建筑工程的甲方對建筑工程的要求更為嚴(yán)格，也更為復(fù)雜，工程師僅僅通過對圖紙的仔細檢查以及在工地上的實地考察往往會忽略掉一些不合客戶要求的細節(jié)，久而久之，不僅工程師的設(shè)計水平不能得到有效提高，而且在工程的最后交付期時，甲方與乙方還會出現(xiàn)一些本可以避免的沖突。這種情況既不利于建筑單位的可持續(xù)發(fā)展，也不利于行業(yè)建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計水平以及創(chuàng)新能力的提升。

概念設(shè)計之所以在現(xiàn)代建筑工程行業(yè)發(fā)展過程中被逐漸重視起來，是由于目前存在的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計思路與相關(guān)素材依然具有明顯的經(jīng)驗主義特征，不僅不利于建筑工程施工前夕對施工標(biāo)準(zhǔn)的精準(zhǔn)規(guī)劃，還極有可能會出現(xiàn)由于建筑施工數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)而導(dǎo)致的建筑工程結(jié)構(gòu)不標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)建搭配混亂以及突發(fā)狀況頻出等情況。并且，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代國民對于建筑工程施工成果的要求也十分嚴(yán)格。例如：有些甲方在對房屋施工提出要求時，不僅要求外在框架的美觀，還會具體到對房屋承重能力的要求。這就需要建筑單位依靠現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對建筑工程材料受力情況與甲方要求進行匹配，并詳細分析，最終才能使建筑的實際效果與客戶要求的符合程度達到高度一致的效果。因此，結(jié)構(gòu)工程師必須在結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的同時，通過自身建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計應(yīng)用的經(jīng)驗，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)賦予的建筑工程的精確性，在結(jié)構(gòu)工程師所賦予建筑工程的人文性下發(fā)揮作用。如此這般，既能釋放結(jié)構(gòu)工程師自身對建筑工程產(chǎn)生的靈感，又能保證建筑工程自身具有足夠的嚴(yán)密性，確保后續(xù)建筑工程的安全性與穩(wěn)定性。

概念設(shè)計的重要性還可以通過其本身具有的人工性來體現(xiàn)。采用創(chuàng)新性的新科技固然可以被充分利用到建筑結(jié)構(gòu)的施工過程中，但是對于建筑工程最初的概念設(shè)計、風(fēng)格設(shè)計方面，則不能使用現(xiàn)代科技手段來代替人工。這就要求結(jié)構(gòu)工程師必須要努力積累結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，并清楚認(rèn)識到各種結(jié)構(gòu)的用途，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，設(shè)計出最符合甲方意愿的建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計方案[1]。

2 框架結(jié)構(gòu)的主要類型

梁與柱是建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造的主要組成部分，這兩種結(jié)構(gòu)組成了建筑工程的大框架，并承受著建筑施工過程以及完工之后外部材料帶給建筑本身的壓力。不過，要想梁與柱能夠發(fā)揮出其最佳的承重與固定能力，二者就必須要相互銜接，互相配合梁與柱的銜接也有許多不同的方式。

2.1 按承重對象來分類

這種分類方式可以將建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計分為3類，分別為：全框架結(jié)構(gòu)、底層框架結(jié)構(gòu)以及內(nèi)框架結(jié)構(gòu)。這三類框架結(jié)構(gòu)各有各的用途。對于全框架結(jié)構(gòu)來說，其框架結(jié)構(gòu)相對較完整，支撐部件多，對建筑的支撐力強，整體抗震功能較為突出，適合被應(yīng)用于地質(zhì)條件不太好的地區(qū)。對于底層框架結(jié)構(gòu)來說，在一些占地面積比較大的建筑工程中會經(jīng)常用到此種架構(gòu)，采用這種構(gòu)造結(jié)構(gòu)，能夠靈活根據(jù)建筑的不同部分對建筑的構(gòu)造方式進行調(diào)整，有效節(jié)省成本。最后一個就是內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)框架結(jié)構(gòu)需要由混合材料做支撐，即需要鋼筋混凝土與磚塊進行混合，制造出一種另外的材料來對建筑工程進行施工。

2.2 按施工方式來分類

如果按照這種分類方式對建筑工程中的結(jié)構(gòu)構(gòu)造進行劃分，同樣可以把結(jié)構(gòu)類型分成四類，分別是：裝配整體式框架、全現(xiàn)澆式框架、半現(xiàn)澆式框架以及裝配式框架。首先，對于裝配整體式框架，其結(jié)合了另外兩種框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢特點，并且對于現(xiàn)在建筑工程施工行業(yè)中，這種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)架相較于其他兩種結(jié)構(gòu)來講更廣為使用。其次，對于全現(xiàn)澆式框架來說，其要求施工人員在施工現(xiàn)場對即將組成工程建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)架的各種材料板、裝修梁和柱子等，并且施工人員還需要在現(xiàn)場對各個零部件之間的組裝工作進行梳理，這樣的工作要求也使得這種結(jié)構(gòu)相較于其他兩種結(jié)構(gòu)具有較好的抗震功能，并且可以使后續(xù)的建筑工程施工工作顯得更加系統(tǒng)化、有序化。不過，這種結(jié)構(gòu)所要求的施工方式也使得使用該結(jié)構(gòu)構(gòu)造的建筑工程多耗費的成本更多。因為一般來講，這種結(jié)構(gòu)構(gòu)架習(xí)慣性用于規(guī)模龐大的工程建設(shè)現(xiàn)場，并且將組裝材料運往施工地區(qū)就會消耗大量的時間成本與運輸成本等。還有一個就是半現(xiàn)澆式框架，這種結(jié)構(gòu)構(gòu)架與第二種結(jié)構(gòu)構(gòu)架有一個相似之處，那就是采用這兩種結(jié)構(gòu)構(gòu)架的建筑工程所使用的梁和柱都需要在施工前進行洗滌，并且在施工之前建筑單位還應(yīng)該提前準(zhǔn)備好施工模板。施工模板的準(zhǔn)備使建筑工程中所需要的鋼筋混凝土等材料的需求量大大降低，這就減少了建筑工程所需要的建筑材料成本，但是這種簡單機械的施工方式也讓最終的施工成果顯得老套、不美觀。最后一個就是裝配式框架，裝配式構(gòu)架的結(jié)構(gòu)與第二種結(jié)構(gòu)構(gòu)架相去甚遠，其不同之處就在于，這種建構(gòu)需要施工人員在現(xiàn)場將施工過程中所需要的施工零件進行焊接，這樣做的好處就是能夠減少建筑過程中建材模板的使用，降低建筑材料的利用率，并且在施工前不需要專門去生產(chǎn)材料模板，也能縮短施工所需要的時間。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)架的突出缺陷也是抗震性能不好，因此，建筑單位要注意，不要在地殼活動較為劇烈的地區(qū)使用這種結(jié)構(gòu)構(gòu)架來進行施工[2]。

3 框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則依據(jù)

3.1 從框架柱和梁格兩方面考量結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計

建筑工程行業(yè)對于框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要提出了如下的要求：一是要以建筑物的用途方向為導(dǎo)向?qū)ㄖ锏闹W(wǎng)進行設(shè)計。盡量使柱網(wǎng)的風(fēng)格與建筑的隔斷風(fēng)格相一致。二是要堅持整齊劃一以及規(guī)律等原則，根據(jù)建筑物的梁跨對柱網(wǎng)的比例進行設(shè)計。三是應(yīng)該盡量從后續(xù)的施工程序來對柱網(wǎng)的設(shè)計進行考量。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該在了解了施工需求之后對框架結(jié)構(gòu)進行合理選擇，在此之前，設(shè)計團隊不僅要考慮對施工材料的節(jié)約，還應(yīng)該根據(jù)建筑工程的整體性對建筑本身的工程造價進行規(guī)劃，這樣不僅能夠使整個施工時間的節(jié)奏控制松弛有度，提高建筑工程施工效率，還能對整個工程建筑的材料選取以及其他方面的技術(shù)要求進行充分把握，從而提高該建筑工程的施工質(zhì)量。

建筑工程行業(yè)對于梁格的設(shè)計主要提出了如下的要求：一是針對橫向架構(gòu)的承重措施，也即該框架結(jié)構(gòu)主要用于承擔(dān)橫向梁柱的壓力。在整個建筑工程中，由于增加主要的梁柱預(yù)先設(shè)計的梁截面會使建筑物對其側(cè)面壓力的抵抗力與承受力不斷增加，因此，橫向構(gòu)架主要應(yīng)用于建筑工程的較窄區(qū)域。也正是這種設(shè)計模式使得該結(jié)構(gòu)構(gòu)架模式特別需要建設(shè)團隊注意對其梁柱承壓的縱向設(shè)計。目前，應(yīng)用較好的一個方案就是增強縱向設(shè)計的梁柱的硬度，這種設(shè)計可以使該結(jié)構(gòu)構(gòu)造模式揚長避短，更為合理。二是針對縱向架構(gòu)的承重措施。縱向架構(gòu)的承重措施與橫向架構(gòu)的承重措施各不相同?？v向架構(gòu)主要通過增加縱向梁柱來對整個建筑工程進行承重，并且通過系梁將縱向的承重梁與橫向梁柱進行銜接。這種建構(gòu)方式雖然能使縱向的承梁柱的承重能力增強，但是其橫向承梁柱的承重能力卻遠遠達不到標(biāo)準(zhǔn)。三是針對縱橫向架構(gòu)的承重措施。不論是針對縱向，抑或是針對橫向的承重措施，都難免會存在顧此失彼的問題，因此，如若建筑工程沒有特殊情況，結(jié)構(gòu)工程師一般會采取縱橫向架構(gòu)的承重方式，將縱向梁與橫向梁結(jié)合起來構(gòu)建立體的承重框架。這種結(jié)構(gòu)相較于其他兩種來說較為穩(wěn)妥，是目前建筑工程較為普遍采取的結(jié)構(gòu)模式。

3.2 從高度的方面考量結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計

由于我國國內(nèi)的建筑大多樓層都比較高，而且樓層的高度對于框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計影響較大，因此我國結(jié)構(gòu)工程師在對建筑工程進行概念設(shè)計以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計師，不能忽視對建筑物樓層高度的考量。對于樓層數(shù)較多或者是處于較高樓層的建筑，避免使用鋼筋混凝土進行修建。因為高空中建筑物所具有的重力很大，如果此時建筑物的建筑材料選用了鋼筋混凝土這類自身重量較大的材料，就很容易會造成整體構(gòu)架的變化。建筑物會受到氣壓的影響，一般來講，越高的樓層的建筑物，其結(jié)構(gòu)構(gòu)架就會越偏離原先的設(shè)計構(gòu)架[3]。

4 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時要注意的問題

框架結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要追求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，否則，稍有不慎，就會誤導(dǎo)建筑施工工程走入錯誤的道路，最終很有可能會出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。因此，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該尤其注意以下幾個較為突出的問題。

4.1 確定框架計算簡圖

對于各種不同類型的建筑，在進行房屋框架設(shè)計時，應(yīng)該確定房屋的大致形態(tài)。例如：對于較為常規(guī)的，地面上的房子一般會通過將地基打入地下，從而確定底層基礎(chǔ)的空間形態(tài)。在獲得底層基礎(chǔ)基本形態(tài)之后，根據(jù)情況，按照埋深越大，位移越少的原則，對房屋整體的穩(wěn)定性進行加固。更重要的是，在這時，應(yīng)該把地下一層當(dāng)成第一層進行結(jié)構(gòu)規(guī)劃，這樣能夠增強建筑概念設(shè)計的系統(tǒng)性，防止脫節(jié)。

4.2 計算基礎(chǔ)寬度與面積

由于我國國內(nèi)建筑行業(yè)許多單位的力學(xué)模型不夠先進，往往會導(dǎo)致建筑工程前期數(shù)據(jù)的獲取不夠詳細與準(zhǔn)確，這就會造成建筑工程實際中的寬度和面積與資料不符的情況。這時，通常會采用較為集中的力量向墻體的下部發(fā)力，減少墻面受損傷的范圍，不僅能夠提高建筑單位對于建筑工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及施工水平，還能順便獲取該建筑的一些較為基本的承重能力。

4.3 確定建筑工程使用的混凝土保護層的厚度

鋼筋混凝土中的鋼筋一旦受到氧化作用的侵蝕，就會開始腐朽，降低混凝土對于整個建筑工程結(jié)構(gòu)的支撐力?；炷帘Ｗo層就很好地避開了這樣的麻煩。這種保護層不僅很好地減少了鋼筋混凝土與空氣的接觸，而且還能增強鋼筋混凝土的耐力性能。不過在確定建筑工程使用的混凝土保護層的厚度時，通常會出現(xiàn)各種各樣的問題。例如：在水泥梁與水泥柱中，工作人員往往貪圖省心，一味增強主筋的耐力性能，而忽略掉了其他箍筋的耐受力，這會造成主筋壓力過大，從而使建筑工程有倒塌的風(fēng)險。這就表明了結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該兼顧主筋與箍筋的作用，讓二者共同支撐建筑結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)建筑工程結(jié)構(gòu)構(gòu)架的完整性與完美性[4]。

5 結(jié)束語

建筑工程的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)構(gòu)造的應(yīng)用模式多種多樣，然而面向?qū)τ诮ㄖこ绦袠I(yè)要求愈高的人民大眾，建筑單位應(yīng)該使用敢于創(chuàng)新、考慮周全的結(jié)構(gòu)工程師，以提高自身工作素養(yǎng)與行業(yè)整體工作水平為目標(biāo)，踏踏實實地做好建筑工程的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計的工作。