探究房屋建筑結構設計的原則與方法

摘要：在建筑工程的建筑設計中，結構設計是重要一環，建筑結構關系到房屋的安全性和實用性。本文將從房屋建筑結構設計的原則進行論述，并探討結構設計中的基本方法，以提高建筑結構穩定性。

關鍵詞：房屋建筑；結構設計；原則；方法

在建筑工程的建設中，建筑的結構設計關系到房屋的穩定性、安全性和實用性，而建筑結構設計的目的，是要使房屋具備美觀、安全、經濟、適用等功能，而這對設計人員的專業水平也提出了較高的要求。在房屋建筑結構的設計中，設計人員不僅要充分運用所學專業知識，還要遵循房屋結構設計的原則，在工作中靈活運用結構設計中的基本方法，以提高房屋建筑結構設計的效率和房屋設計的質量。

一、房屋建筑結構設計的原則

1、剛柔并濟，平衡結構體系

在房屋建筑結構設計中一定要遵循剛柔并濟的原則，這樣才能更好的平衡建筑結構體系。一般來講，如果建筑的結構設計過于剛的話，那么整個建筑的變形能力就比較差，在遭受到強大的破壞力時，建筑結構需要承受的力過大，往往造成建筑結構部件受損，進而導致建筑結構全部損壞。而且過剛的結構設計，需要使用的鋼筋材料更多，造成建筑工程造價過高，建設不經濟；而如果建筑的結構設計過柔的話，雖然變形能力較強，能夠很好的抵御外力，但是建筑結構設計太柔的結果，往往是造成變形過大，而使得建筑缺少可依賴的支柱，全體傾覆。當然在結構設計中，對于結構設計的剛度，目前只是一個籠統的范圍，還無法足夠精確，而這需要設計人員在實際設計中不斷探索。

2、多道防線，降低結構風險

房屋建筑結構設計要構建多道防線，不能將房屋的結構安全寄托在某個局部構件上，以降低結構風險。安全完善的房屋建筑結構設計體系，要層層設防，當突發狀況發生時，所有建筑結構都相互支撐，共同抵御外力，經過多重結構的削減以后，外力作用將大大降低，整個建筑框架遭受的損害將會減少。而如果在外力來襲時，僅僅依靠單個結構構件上，那么對于建筑的穩定性而言是非常危險的，就如簡單的土建結構中，多肢墻的穩定性要超過單片墻，這實際上就體現了建筑結構設計中多道防線的作用。

3、保全重要結構，抓大放小

在房屋建筑結構設計中，要遵循的一個另外原則就是，區分結構構件中主要構件和才要構件，在設計中要確保次要構件優先承受外力，而切忌建筑結構設計中各個構件平均受力，如果結構中的所有構件都平均受力，反而會使結構存在隱患。在結構設計中，梁和柱的作用是不同的，梁倒了，柱還可能繼續支撐建筑，而要是柱倒了，那梁也不可能繼續存在，因此在設計時，就應該將梁承受更多的外力，而阻止對柱的破壞，將柱的損壞降到最低。“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等概念是房屋建筑結構設計中非常重要的說法，對于這些，有許多經驗少的結構設計人員持保留態度，他們認為所有結構構件都強的建筑應該更加安全，但是實際上卻并非如此，所有結構構件都強的建筑往往存有較大的安全隱患。在建筑結構設計中，不同構件的功能是不同的，因此其重要性也會有所差別，在面對外力沖擊時，不同結構構件相互協作，共同抵御外力，能夠使建筑中最主要的構件免遭損壞，或者在最后才會被損壞。

4、結構結合

完美的房屋建筑結構設計，應該能夠使建筑結構體系成為一個整體結構，減少不必要的關節，這樣房屋建筑受到任何外力沖擊時都能夠在這個結構體系中迅速傳遞、化解。建筑中如果存在比較多的關節，在遭受外力作用時，就是建筑物的死角，使外力無法傳遞，而造成對建筑構件的破壞。基于結構結合這個原則，在進行房屋建筑結構設計時，就要注意將建筑中的各個關節打通，使其暢通無阻，能夠最大限度地減少外力作用。上述探討的建筑結構設計中的原則：剛柔并濟、多道防線、保全重要結構等實施的效果就是使房屋結構渾然一體。而總的來說，設計者將原有的構件進行結合以后，形成相對靜止狀態，在受到外力沖擊時，依然能夠保持平衡。

二、房屋建筑結構設計的基本方法

1、確定結構設計方案

結構設計方案是一種概念設計，對于房屋抗震設計而言，結構設計方案尤其重要。在結構設計方案中，首先需要確定房屋的上部結構形式。房屋建筑結構設計要嚴格按照建筑要求、遵守規范，根據不同結構形式的特點和使用范圍，進而確定采取哪種結構體系，如框架、剪力墻、框剪、筒體、以及其他復雜的結構形式。其次，要確定房屋基礎形式，一般根據上部結構形式的不同，需要采用不同的房屋基礎形式。框架結構由于柱下獨基較多，如果存在地下室時，可以另外增加防水板，或采用較薄的筏基，以滿足經濟效益和工期的需求。而剪力墻結構有地下室時，采用筏基比較常見。對于基礎的確定，也要根據上部結構形式，如果上部結構重量較小，則可采用天然地基，如果需要進行地基處理，一般采用CFG樁或樁基形式。此外，在局部調整中，如果梁柱需要承重較大，則可采用鋼結構或鋼骨砼結構，而板跨度較大時，可采用井字梁或預應力空心樓板結構。而對非結構部位，主要考慮其對主體的影響，保證連接構造的可靠。

在確定房屋結構設計方案中，需要將房屋高度、地理環境、施工條件，豎向荷載、風荷載及地震作用對不同結構體系的受力特點等考慮進去，并分析所選用的結構形式的關鍵部位和薄弱環節，預估和控制各類結構體系及構件塑性鉸區可能出現的部位和范圍。

2、結構計算

結構計算，一般運用計算機結構計算軟件進行，如PKPM軟件、廣廈軟件等等。原理都是將建筑轉化為結構模型，再模擬計算，得到計算結果。建模前，應根據規范要求確定結構參數，如按照我國建筑的防震設計要求及建筑功能、高度等確定結構物的抗震等級；再如按照建筑物所在地確定風荷載參數等。這些參數是模擬計算的基礎，能直接影響計算結果，故不能出錯。建模時應嚴格按照建筑圖中的平面尺寸，不得隨意改動。選定好結構方案后，再根據使用功能、跨度等初步確定梁、柱、墻等構件的截面尺寸及荷載參數，以此作為初步模型。再經過反復運算，結合計算結果，如周期比、位移比、軸壓比、配筋信息等參數，進一步修改結構平面布置及構件尺寸，優化模型；如此反復，達到比較合理的構件參數。

計算是結構設計中最重要的步驟，故在確認計算模型參數無誤且得到計算結果后，仍需要進行計算結果的復核，而不能完全依賴計算機軟件計算的結果。復核基本的方法有比較法、手算對比法等。比較法可以選擇本模型中，條件（如跨度、荷載等）相近的構件進行比較；也可以和其它結構計算軟件的計算結果進行比較。手算對比法就是采用手算的方式取代軟件計算，進而將兩者計算的結果進行對比。

3、繪制結構施工圖

結構計算完畢后且復核無誤后，將進行結構施工圖的繪制。這是結構設計重要的步驟。優秀的結構施工圖，能清晰、全面地反映整個建筑物的結構信息，為建筑物的施工奠定良好的基礎。施工圖的繪制，現在主要運用計算機的Auto CAD軟件，再借助Auto CAD平臺上的輔助軟件，如TSSD、天正等進行繪制。圖紙的深度要滿足制圖規范、圖集的要求。結構施工圖一般包括以下內容：目錄、說明、基礎圖、墻柱圖、平面梁板圖、樓梯圖、大樣圖等。

三、結語

房屋建筑結構設計工作具有全面性、系統性的特點，通過對房屋建筑結構設計原則和方法的探究發現，要設計出安全性、穩定性、實用性都較高的房屋建筑，就需要重視房屋結構的各個組成部分，而且還需要設計師對常見問題進行研究，不斷提高自身設計水平。

參考文獻

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[2]丁立瑛.淺析建筑結構設計原則及其存在的問題[J]中國西部科技，2009（14）