房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容與存在問題分析

王聰軍

衡水寶力房地產(chǎn)開發(fā)有限責(zé)任公司 河北 衡水 053000

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，決定了整個(gè)建筑工程的安全性、適用性與耐久性。然而，縱觀我國建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍存在一系列亟待解決的突出問題，影響了整體建筑工程的質(zhì)量。為此，全面探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題及解決策略就尤為重要。

1 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

在房屋建筑的架構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),一般設(shè)計(jì)者都必須給出不同的構(gòu)造建筑效果圖。首先是構(gòu)造平面圖。盡管近年來地震較頻繁，但由于各個(gè)地方房屋的抗震能力條件是不相同的，因此屋頂構(gòu)造的建筑設(shè)計(jì)也需要滿足當(dāng)?shù)亟ㄖ脑O(shè)計(jì)條件，而對于地震較頻繁地帶，一般設(shè)計(jì)者也必須做出散射截面的抗震驗(yàn)算[1]。設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮各個(gè)組合構(gòu)件的受力,在方案設(shè)計(jì)完成后使用專門的軟件系統(tǒng)進(jìn)行建模，并查找原設(shè)計(jì)圖中出現(xiàn)的問題，不斷修正驗(yàn)證,直至滿足建筑物的基本設(shè)計(jì)條件；其次是設(shè)計(jì)屋頂架構(gòu)圖,此類建筑設(shè)計(jì)效果圖通常是在建設(shè)特別是坡屋面建設(shè)時(shí)必須采用，一般包括了梁板式與折板式二類結(jié)構(gòu)，但二者所使用的設(shè)計(jì)條件卻截然恰恰相反，梁板式適合于地板跨度很大，且建筑物房屋斜坡與屋脊線轉(zhuǎn)變比較繁復(fù)的坡屋面，而折板式則適合于一般建筑物平面比較規(guī)整,且建筑物房屋斜坡較小,屋脊轉(zhuǎn)變較為簡單的坡屋面，其中特點(diǎn)是用剖面結(jié)構(gòu)示意圖的方法來體現(xiàn)，使施工設(shè)計(jì)人員可以正確理解其基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；最后是設(shè)計(jì)建筑物大樣,通常是在正確的工程詳圖上進(jìn)行繪出的，需要保持建筑物形狀平穩(wěn)，保持高度與外形尺寸的準(zhǔn)確性，盡量地增加建筑物構(gòu)造的合理性，而且直觀形象，可以使施工人員容易看得明白，而且實(shí)用又有效。

2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需遵循的原則

房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求相當(dāng)嚴(yán)苛，對設(shè)計(jì)者的專業(yè)素質(zhì)要求較高,相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須需具有堅(jiān)實(shí)的理論、技術(shù)基礎(chǔ)，才可以勝任這一崗位。在建筑設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員必須要獲取足夠多的信息資源，包含地形景觀資料、地產(chǎn)開發(fā)商的住宅建筑理念及其需求等，并且在確保施工品質(zhì),使建筑造型更加漂亮。目前，國家對居住建筑群的總體設(shè)計(jì)有著相當(dāng)嚴(yán)苛的規(guī)定，而目前不少住房建筑工程設(shè)計(jì)中仍然存在的工程質(zhì)量問題，很多設(shè)計(jì)部門不能嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馗鶕?jù)國家建筑施工設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，因此為了更好地完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持如下原則:首先，設(shè)計(jì)師必須清楚每個(gè)建筑材料形成構(gòu)造的主要受力特點(diǎn)和作用，并確定了建設(shè)構(gòu)造和原材料對總體工程質(zhì)量的影響，要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匕凑战ㄖ┕ぴO(shè)計(jì)圖紙來選用合格的建設(shè)原材料，同有關(guān)建筑材料供給人員交流；其次，確定各種結(jié)構(gòu)其力學(xué)效應(yīng)的影響,要針對各種建筑類型,進(jìn)行科學(xué)的流體力學(xué)工程設(shè)計(jì)。最后，確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剛度,一般而言,如果建筑構(gòu)件過軟，其剛性不夠，其承載能力較大,但是容易變形,而如果建筑鋼結(jié)構(gòu)過硬，其彈性效應(yīng)比較差,雖然可以承載很大的外力作用但是容易破損，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須綜合考慮這一問題，設(shè)計(jì)合格的鋼結(jié)構(gòu)[2]。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見的問題

3.1 設(shè)計(jì)人員理念落后

房屋建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)的決定性原因在于建筑設(shè)計(jì)人才的專業(yè)能力及其理念認(rèn)知，由于建筑設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)模式較為落后，導(dǎo)致房屋建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)無法適應(yīng)現(xiàn)代化大眾的需求。此外，由于我國地區(qū)幅員遼闊，根據(jù)各個(gè)地方的天氣特點(diǎn)及地貌不同，在從事住宅建筑物架構(gòu)設(shè)計(jì)的工作過程中，很多設(shè)計(jì)人員由于自身的原因，忽視了對當(dāng)?shù)貧夂驐l件、施工環(huán)境等方面的分析，導(dǎo)致房屋建筑現(xiàn)場施工較難開展。

3.2 設(shè)計(jì)方案不合理

房屋建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)方案是以圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的根本的，但如果在設(shè)計(jì)方法上或者圖紙的設(shè)計(jì)方向與實(shí)施過程存在重大誤差，就無法真正地把房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，進(jìn)而給后期工程建設(shè)和施工方面留下了潛在隱患。設(shè)計(jì)方案沒有科學(xué)化和與施工前期的工地測量工作有著很大的關(guān)系，實(shí)施時(shí)工地周圍環(huán)境的測量數(shù)據(jù)，作為圖紙方案設(shè)計(jì)的最主要依據(jù)來源，如果施工測量發(fā)生了誤差就會使得方案設(shè)計(jì)和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作沒有了意義，進(jìn)而造成后期的施工效果[3]。

3.3 施工要求尚未落實(shí)

施工單位在完成住房建設(shè)的過程中，并沒有把有關(guān)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的細(xì)則和規(guī)定做好貫徹，這樣使房屋設(shè)計(jì)的優(yōu)勢并沒有得以切實(shí)體現(xiàn)，進(jìn)而進(jìn)一步降低了住房建造的效率。經(jīng)過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)施工單位的設(shè)計(jì)人員一般有農(nóng)民工構(gòu)成,文化層次較低，對施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)基礎(chǔ)知識掌握程度較淺,不能切實(shí)看懂圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求,在施工過程中也不能有效貫徹施工規(guī)范，使得很多房屋建筑結(jié)構(gòu)的施工無法落實(shí)。

3.4 框架設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性

房屋建筑構(gòu)造的設(shè)計(jì)主體實(shí)際上是對鋼筋、框架結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)過程，在這一總體設(shè)計(jì)流程中，需要結(jié)合縱橫二個(gè)渠道，精確掌握結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，做好建筑材料的合理使用。當(dāng)前，房建單位面臨的主要問題是建筑工程的從業(yè)人員對空間結(jié)構(gòu)的把控能力不強(qiáng)，以及縱向橫向二種模式的轉(zhuǎn)換水平不高。上述問題使得房屋建筑結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了許多不合理之處，使得房屋建筑結(jié)構(gòu)的總體穩(wěn)定性與承載力都受到了巨大的挑戰(zhàn)。

4 推進(jìn)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的意義

4.1 有效提升房屋居住的安全性

房屋建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)的提高可以在構(gòu)造與性能方面使房子的堅(jiān)固度和防震能力有所提升，當(dāng)面臨地震時(shí)可以讓住戶爭取更多的逃生時(shí)機(jī),進(jìn)而有效的改善其房子使用的安全性。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢在工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員知識的基礎(chǔ)上，通過充分運(yùn)用先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù),使設(shè)計(jì)圖紙所提供的信息更為準(zhǔn)確，并利用三D技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)手段對施工流程進(jìn)行了可視化仿真,這樣就可以更準(zhǔn)確的找到施工流程中潛在的安全隱患，從而做出針對性的改進(jìn)和處理,有效的提高了施工效率和安全，進(jìn)一步優(yōu)化了施工細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，在確保施工結(jié)構(gòu)對稱與規(guī)范的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了房屋結(jié)構(gòu)工程的穩(wěn)定性[4]。

4.2 避免出現(xiàn)板裂縫、板彎曲現(xiàn)象

樓房建筑過程中樓層裂紋的產(chǎn)生主要是因?yàn)橛?jì)量誤差導(dǎo)致鋼材使用量不夠。建筑樓板結(jié)構(gòu)主要分為單面板設(shè)計(jì)和雙面板設(shè)計(jì)，雙面板設(shè)計(jì)中因?yàn)樵诟鱾€(gè)方面的數(shù)值計(jì)算結(jié)果上具有一定的差異，由于數(shù)字不同而使得有效寬度無法滿足要求，也因此導(dǎo)致雙面板設(shè)計(jì)產(chǎn)生了傾斜的現(xiàn)象。而住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為增加住宅空間設(shè)計(jì)，將非承重墻體安置于同一樓層之上，非承重墻體的設(shè)計(jì)也需要嚴(yán)格遵循均布荷載的方法，以提高墻面承重統(tǒng)計(jì)的科學(xué)化。

5 完善房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要措施

5.1 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在施工選址階段,施工單位必須綜合考慮現(xiàn)場的天氣要求、地質(zhì)要求和水文要求等。并通過實(shí)地考察明確了現(xiàn)場的地質(zhì)狀況,在房屋建筑構(gòu)造體系設(shè)計(jì)階段，必須及時(shí)評估分析地震自然災(zāi)害等可能會造成的土地沉降和建筑物移動(dòng)等問題，并提出針對性的應(yīng)變措施。在房屋建筑地基設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員必須掌握建筑整體構(gòu)造，以契合地基設(shè)計(jì)與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)確保房屋建筑長度與標(biāo)高的科學(xué)合理，并加強(qiáng)控制構(gòu)造柱質(zhì)量,按照比例合理調(diào)節(jié)水泥混凝土配比，以保證水泥混凝土與澆筑環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。在設(shè)置抗震裂縫的過程中，必須正確規(guī)劃建筑構(gòu)造，建立適當(dāng)?shù)男》秶?從上部構(gòu)造中劃分出抗震裂縫，并應(yīng)根據(jù)建筑物實(shí)際高度設(shè)計(jì)抗震裂縫，保證建筑物構(gòu)造的穩(wěn)定性和結(jié)實(shí)性能，出現(xiàn)抗震災(zāi)害后能夠合理抵御下沉和移動(dòng)等現(xiàn)象。

5.2 注重鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在運(yùn)用材料優(yōu)化技術(shù)展開建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中,必須著重加強(qiáng)對鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)工作的關(guān)注力度。設(shè)計(jì)師不但需要對客戶實(shí)際要求與住宅建設(shè)規(guī)范等信息進(jìn)行詳細(xì)分析，以做出合理材料與設(shè)備選型,同時(shí)需要對鋼結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢與劣勢進(jìn)行全面剖析，以選擇最適宜的結(jié)構(gòu)材質(zhì)和尺寸,確保了最終鋼結(jié)構(gòu)部分的建筑品質(zhì)。同時(shí)為了提高重點(diǎn)結(jié)構(gòu)施工品質(zhì)，設(shè)計(jì)師方面還必須明確了實(shí)施注意事項(xiàng)和要點(diǎn)工藝實(shí)施的具體步驟,并找出應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化的主要環(huán)節(jié)，再對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；另一方面要在完成實(shí)施方案編制之后，和多方的技術(shù)人員進(jìn)行研究，并估計(jì)出在施工中可能會發(fā)生的各類問題,并要根據(jù)問題制訂出相應(yīng)的解決辦法，以保證在問題出現(xiàn)時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行處理，從而把各問題所造成的經(jīng)濟(jì)損失控制到最少，從而取得了理想化鋼結(jié)構(gòu)工程建設(shè)效益。

5.3 加強(qiáng)房屋建筑設(shè)計(jì)的均衡性

自然界中蘊(yùn)藏著許多具有平衡性特色的事件,從而高效的適應(yīng)了人類的欣賞需要。在從事房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中,就必須全面的考慮到平衡性在建筑設(shè)計(jì)整個(gè)結(jié)構(gòu)中的重要意義。只有在確保了建筑材料的平衡性特征的基石上,才可以良好的體現(xiàn)出建筑材料構(gòu)造的美觀性能特征。而樓房建造構(gòu)成的平衡性主要包含著建筑材料內(nèi)部空間、外形構(gòu)造、利用功能等多方面的平衡。把上述各種因素都全面的考慮在樓房建筑構(gòu)造的設(shè)計(jì)活動(dòng)中,才能體現(xiàn)出樓房的平衡性特征,從而提高了其美觀。

5.4 合理統(tǒng)籌安排和運(yùn)用建筑材料

工作人員開展建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,需要對一些建材選定的進(jìn)行。根據(jù)建材的選擇需要參考到的參數(shù)包括建筑物的受力特性、建材使用的操作條件。與此同時(shí),選擇的建材必須滿足材料使用特點(diǎn),盡可能的使材料的損失、浪費(fèi)等減少。整個(gè)流程中必須考慮的一點(diǎn)是工程架構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要針對工程項(xiàng)目建設(shè)的具體實(shí)況,確定出許多建材的選擇策略,運(yùn)用技術(shù)比較模型,選擇經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出的建材設(shè)計(jì)方案。

5.5 注重?cái)?shù)字技術(shù)運(yùn)用

建筑結(jié)構(gòu)布局方法的研究項(xiàng)目也相對較多，對于一個(gè)建筑,通常具備多個(gè)結(jié)構(gòu)布局方法和空間結(jié)構(gòu)分析。但因?yàn)榭臻g結(jié)構(gòu)分析與建筑質(zhì)量有著很大關(guān)系，所以必須進(jìn)行分析選型，才能找出質(zhì)量最好的設(shè)計(jì)方案。而目前，較為理想且使用效果較好的結(jié)構(gòu)分析方法，大多以數(shù)據(jù)分析方法居多，BIM等新進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，讓建筑數(shù)據(jù)分析顯得更為直接、有效。工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員可以根據(jù)預(yù)先收集到的資料，按照實(shí)際施工條件，進(jìn)行模擬結(jié)果的建筑模型建設(shè)，然后再根據(jù)三D立體模型設(shè)計(jì)，對每個(gè)細(xì)部方案加以調(diào)整，可達(dá)到對各個(gè)局部設(shè)計(jì)方案的細(xì)致研究，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)缺陷和交叉的不合理情況,也可以為最優(yōu)預(yù)測解決方案提供理論支撐。

5.6 合理設(shè)置嵌固端

針對不是地下室建筑的一般房屋結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造的嵌入端部位較為明顯；針對具有地下室建筑物結(jié)構(gòu)，但地下室的建筑剛性和剪切強(qiáng)度不足時(shí)，地下室建筑頂部可以用作嵌入端;針對具有地下室建筑物結(jié)構(gòu)，但地下室建筑頂部因?yàn)橛械厣系叵赂邔又型?、開高窟窿、半地下室等因素，而無法達(dá)到嵌入要求的,此時(shí)的地下室建筑頂部也是無法用作嵌入段端的，但嵌入端部位卻可以下移；針對有底盤結(jié)構(gòu)的地下室建筑，當(dāng)上層建筑物結(jié)構(gòu)地下室頂部與周邊地下室建筑頂部出現(xiàn)高差時(shí)，如果其高度不足于首層層高度的三分之一，而嵌入端達(dá)到建筑剛性和承重能力的最高要求時(shí)，嵌入端可取在地下室建筑頂部處，并應(yīng)進(jìn)行加固措施；當(dāng)該高度差不低于首層層高度的三分之一時(shí)，地下室建筑頂部不得作為嵌入端，并須對高差所在處的柱或墻體進(jìn)行豎向或斜支撐等的處理方法。

5.7 規(guī)范房屋的變形縫設(shè)置

住宅建筑物的沉降裂縫設(shè)置中應(yīng)當(dāng)綜合考慮環(huán)境溫度變更，因?yàn)闅鉁刈兓瘯鸱课轃崦浝淇s變化，從而改變了房屋的長度。根據(jù)抗震裂縫結(jié)構(gòu)的設(shè)置可進(jìn)行對建筑物構(gòu)造的合理分類，可區(qū)分為多個(gè)抗側(cè)力構(gòu)造單元，抗震裂縫長度不宜超過70mm，在砌體構(gòu)造中，長度不宜超過50mm。下沉裂縫的設(shè)計(jì)可提高房屋建筑構(gòu)造的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，通過合理選取建筑平面轉(zhuǎn)折部位、適當(dāng)設(shè)置或分期建造房屋銜接部位等，均可防止建筑地面出現(xiàn)不平衡下沉，一般下沉裂縫的距離宜維持在15.0～25.0m。施工必須考慮的各種因素較多，須著重注意土質(zhì)因素對建筑強(qiáng)度的負(fù)面影響，同時(shí)建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)科學(xué)使用驗(yàn)證公式加以測算，防止在設(shè)計(jì)方案與建筑實(shí)際狀況之間出現(xiàn)錯(cuò)位問題，避免在房屋細(xì)節(jié)部分發(fā)生裂縫的現(xiàn)象。并采用建筑架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化法,以全面保障住宅施工的設(shè)計(jì)水平，同時(shí)嚴(yán)格控制住宅細(xì)部構(gòu)造的質(zhì)量，以提高住宅細(xì)部構(gòu)造的合理性[5]。

5.8 做好參數(shù)計(jì)算，繪制的樓板架構(gòu)圖和屋面結(jié)構(gòu)圖

正確的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范性和建筑構(gòu)件的穩(wěn)定性，但同樣以樓板為例，就必須測算好構(gòu)造變形的范圍，以確定最大變形數(shù)量，而根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范推算的變形數(shù)值，也不可單靠個(gè)人主觀意志確定。當(dāng)對樓板荷載進(jìn)行測算時(shí)，必須將其轉(zhuǎn)換為實(shí)承重量，以保障計(jì)算正確可靠。樓板構(gòu)造和屋面構(gòu)造都是建筑施工中重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。但在建筑設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師不符合建筑物實(shí)際空間概念的設(shè)計(jì)，對房屋造型與構(gòu)造的考慮并不平衡，出現(xiàn)了一些情況，制作樓板架構(gòu)圖和屋面構(gòu)造施工圖時(shí)，就在對樓板構(gòu)造與房屋的構(gòu)造設(shè)計(jì)的過程中，有了具體的技術(shù)條件規(guī)定，例如坡屋面，有梁板式結(jié)構(gòu)的解決的方法與有折板式構(gòu)造解決的方法相對，梁板式結(jié)構(gòu)在具體情況的建筑物中又有適應(yīng)的特殊條件規(guī)定，如板跨度過大、平面的不規(guī)整等；而折板式構(gòu)造在具體情況的建筑物中又有適應(yīng)的特殊條件規(guī)定，與樓板式的技術(shù)特點(diǎn)恰恰相反。又由于建筑物構(gòu)造多為偏心受拉的構(gòu)造。綜合方案中往往忽略了各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的具體受力分析與總體協(xié)調(diào)能力，而是局部考慮并繪畫成大樣圖紙，以便于施工順利的進(jìn)行。

6 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前建筑多樣化正成為當(dāng)前建筑發(fā)展的趨勢，進(jìn)一步優(yōu)化房屋建筑結(jié)構(gòu)，有利于推動(dòng)我國建筑行業(yè)的發(fā)展，提升房屋細(xì)部結(jié)構(gòu)的合理性。