淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要性與問(wèn)題措施

王卓

（中油遼河工程有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124010）

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

衡量一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師是否合格的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能否展現(xiàn)出先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，抓住設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在有限的特定空間內(nèi)，完成一個(gè)完整性和實(shí)用性并存的方案設(shè)計(jì)。同時(shí)在細(xì)節(jié)處理方面，要有意識(shí)的捋順結(jié)構(gòu)和構(gòu)件、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，在建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域也逐漸擁有了自己的作用。與此同時(shí)，相應(yīng)的問(wèn)題也隨之而來(lái)，計(jì)算理論的不完善使得計(jì)算結(jié)果仍然存在很多缺陷和不可計(jì)算性。由于計(jì)算機(jī)結(jié)果具有高度準(zhǔn)確的特點(diǎn)，往往會(huì)給設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)對(duì)之前累計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)的懷疑。這不僅是對(duì)結(jié)構(gòu)工程師的結(jié)構(gòu)概念培養(yǎng)提出了更高層次的要求，還從另一個(gè)方面強(qiáng)調(diào)了概念設(shè)計(jì)的重要性。

所謂概念設(shè)計(jì)，就是指在不依賴(lài)數(shù)值計(jì)算的情況下，尤其是在一些客觀條件影響下，不能用過(guò)精密計(jì)算、按常規(guī)難以解決時(shí)，依靠整體結(jié)構(gòu)體系和分部機(jī)構(gòu)體系之間的關(guān)系、根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞基本原理和震害情況，由結(jié)構(gòu)工程師制定一整套符合設(shè)計(jì)原則和客觀條件的方案，從整體的角度來(lái)確定建筑物的整體布置和抗震結(jié)構(gòu)安全方面的宏觀調(diào)控。概念是在頭腦中形成的對(duì)現(xiàn)象本質(zhì)深刻認(rèn)識(shí)的思維形式，它是將所能感知的事物的共同點(diǎn)抽象出來(lái)并加以概括總結(jié)而形成的。概念設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中始終貫穿，是一種根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和想象，而非定量的分析，是整體宏觀控制、基本設(shè)計(jì)原理和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合體。合理有效的運(yùn)用設(shè)計(jì)概念的設(shè)計(jì)方法，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初級(jí)階段迅速有效的對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有總體的構(gòu)思，經(jīng)過(guò)比較和選擇，使得方案的思路更加清晰明確，避免之后的設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)一些瑣碎的運(yùn)算，保證整個(gè)設(shè)計(jì)具有良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的工作經(jīng)驗(yàn)，學(xué)歷閱歷、膽識(shí)包括對(duì)工程各個(gè)學(xué)科的掌握和運(yùn)用都是工程實(shí)踐中合理運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。提倡概念設(shè)計(jì)，也是強(qiáng)調(diào)以人為本，強(qiáng)化了人本身在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮的主導(dǎo)作用。

一個(gè)工程設(shè)計(jì)想通過(guò)計(jì)算機(jī)全面合理的完成目前來(lái)看還不現(xiàn)實(shí)，所以簡(jiǎn)單的認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)范加計(jì)算的模式是極其錯(cuò)誤的。對(duì)于錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，往往通過(guò)概念設(shè)計(jì)就是很快發(fā)現(xiàn)，甚至有的錯(cuò)誤只能用概念近似計(jì)算才能做出正確判斷。所以，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用者在確保基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入無(wú)誤的情況下，對(duì)設(shè)計(jì)理論的適用范圍要完全吃透，特別是邊緣假定和實(shí)際受力情況一定要相符合。掌握好概念設(shè)計(jì)不僅可以保證審計(jì)的正確性，還可以通過(guò)它來(lái)解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的誤差和問(wèn)題，提高整個(gè)設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性還體現(xiàn)在整個(gè)設(shè)計(jì)方案初期階段，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以結(jié)構(gòu)工程師還要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有效果和造價(jià)方面的宏觀概念，運(yùn)用已經(jīng)掌握的結(jié)構(gòu)概念和資料，不斷豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，有思想有靈魂的運(yùn)用好它們。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)建筑物的重要性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化也不能被忽略。一座成功的建筑，應(yīng)該是外表美觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互緊密協(xié)調(diào)的結(jié)果。設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要存在于兩個(gè)方面，一是房屋工程分部的機(jī)構(gòu)優(yōu)化，另一方面則是建筑物結(jié)構(gòu)總體的優(yōu)化設(shè)計(jì)量。工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化還分為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)等。以上幾個(gè)方面要從總體布置，受力分析，造價(jià)分析等方向出發(fā)，在實(shí)施工程中，圍繞實(shí)際情況對(duì)建筑物的綜合經(jīng)濟(jì)適用效益進(jìn)行考量，最終達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，盡量使得平面的布置規(guī)則協(xié)調(diào)，減小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平方向的荷載就不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成過(guò)大的扭曲。豎向荷載方面應(yīng)主動(dòng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換層，避免荷載應(yīng)力過(guò)渡集中造成結(jié)構(gòu)破壞。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題和措施

3.1 關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板問(wèn)題。一是挑板陽(yáng)角的面積在整個(gè)基礎(chǔ)面積中所占的比例很小，可視為直角或者斜角。二是底板鋼筋如果按照雙向雙排布置，陽(yáng)角無(wú)需做加筋處理。從結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，能出挑板、特別是底板的鋼筋通長(zhǎng)布置的情況下，不應(yīng)該因?yàn)檫吙玟摻疃哟笳麄€(gè)地板通長(zhǎng)筋的用量，避免不必要的材料浪費(fèi)。當(dāng)?shù)叵滤桓邥r(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)挑板，有利于解決抗浮問(wèn)題。從建筑的整體角度來(lái)看，若能取消挑板，則能很大程度上方便柔性防水的施工工藝。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常遇到的問(wèn)題。近幾年來(lái)，由于人們對(duì)建筑物審美觀的不斷提升，許多建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始只追求自身的建筑特點(diǎn)，卻忽略了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的重要性，出現(xiàn)了許多形狀不規(guī)則、布置不合理的情況。與此同時(shí)，很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者過(guò)分強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的個(gè)性，不注意抗震設(shè)防方面，面對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)者應(yīng)該按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求對(duì)設(shè)計(jì)中存在的不規(guī)則混凝土構(gòu)件進(jìn)行模型計(jì)算，對(duì)相關(guān)的計(jì)算參數(shù)進(jìn)行有效的校正。另外還有一些計(jì)算構(gòu)件實(shí)際所采用的模型和程序設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)多次計(jì)算，獲得有效嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)。

3.3 縱向框架和橫向框架的問(wèn)題。很多設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中容易忽視縱向框架結(jié)構(gòu)，只考慮橫向框架結(jié)構(gòu)。按照當(dāng)前的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，兩個(gè)主軸方向都應(yīng)該分別計(jì)算水平地震作用，所有的地震作用力和一些相應(yīng)的應(yīng)力都應(yīng)該由該方向的抗側(cè)力構(gòu)建承受。換句話(huà)說(shuō)，在地震作用下，一個(gè)建筑物的縱向框架結(jié)構(gòu)和橫向框架結(jié)構(gòu)一樣有著重要的作用。有時(shí)候一些設(shè)計(jì)工作者僅僅按照縱向連續(xù)梁進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，卻忽略了縱向的柱梁節(jié)點(diǎn)和框架中的縱筋、箍筋的配置。這就直接導(dǎo)致了再設(shè)計(jì)過(guò)程中，梁支座輔筋、跨中縱筋的配筋量出現(xiàn)不足。

3.4 樓板設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題。樓板設(shè)計(jì)常見(jiàn)的問(wèn)題主要有兩個(gè)方面，第一，雙向樓板的有效高度取值存在一定的誤差。雙向樓板會(huì)在各個(gè)方向產(chǎn)生彎矩，因此雙向樓板中的彎矩鋼筋是縱向疊放的，短跨的應(yīng)該放在下面，長(zhǎng)跨的跨中鋼筋應(yīng)該放在短跨的上面，計(jì)算時(shí)要取雙方向的有效高度。不能因?yàn)樨潏D省事，或?qū)Π迨芰φJ(rèn)識(shí)不足，對(duì)有效高度進(jìn)行配筋計(jì)算不準(zhǔn)確，直接導(dǎo)致長(zhǎng)跨的高度偏大，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量保證大大降低。第二，對(duì)樓板的受力狀態(tài)認(rèn)識(shí)不足。有的設(shè)計(jì)工作者在設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算方便，就簡(jiǎn)單地將雙向板按照單項(xiàng)板的計(jì)算方法計(jì)算。這就導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果和受力狀態(tài)不符，出現(xiàn)一個(gè)方向配筋過(guò)大，進(jìn)而使樓板出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，影響質(zhì)量安全。

結(jié)語(yǔ)

建筑物和結(jié)構(gòu)兩者之間存在著密不可分的關(guān)系，隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制的發(fā)展，越來(lái)越多新、奇、特的建筑應(yīng)運(yùn)而生，隨之而來(lái)的，就是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重大挑戰(zhàn)。而基于對(duì)建筑物整體安全性能的考慮，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成了一定的約束和限制，若想使兩全其美，建筑和結(jié)構(gòu)兩者相互協(xié)調(diào)發(fā)展，就要設(shè)計(jì)工作者的想象力，工作力，執(zhí)行力得到質(zhì)的變化。只有設(shè)計(jì)工作者的能力提升了，才能使建筑和結(jié)構(gòu)兩者相得益彰，彼此滲透，創(chuàng)造出更多建筑領(lǐng)域的奇跡。

[1]高立人，王躍.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路-概念設(shè)計(jì)[J].工業(yè)建筑，2004（3）.

[2]李明.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考[J].建筑結(jié)構(gòu)，2004（5）.