淺談建筑結構設計現存問題及對策

何艷 李政

（杭州市建筑設計研究院有限公司，浙江 杭州 310008）

一、建筑結構設計行業現狀

近年來我國經濟的高速發展及城市化進程的不斷加快，建筑的類型、規模和功能也更加復雜化。尤其在一、二線城市，建筑設計也在由規劃、設計、施工到管理各階段分步分塊走向統一協調的一體化過程轉變發展，綠色建筑、海綿城市及裝配率要求等，設計過程中需要考慮的因素越來越多，對設計師們自身掌握的知識及與各工種各部門之間的配合要求也越來越高。這對建筑行業帶來考驗的同時，也促進了建筑行業的發展。因此，對于設計建筑結構當中出現的問題，設計師需科學有效的調整設計，解決相應的問題，促進建筑行業的可持續性發展。

二、建筑結構設計的作用及遵循的基本原則

（一）建筑結構設計的重要性

設計人員在進行建筑結構設計之前，首先需對施工現場的水文情況和地質情況進行詳細的科學分析，其次在建筑結構設計的工作過程中，根據建筑的平面功能及立面體型，對建筑基礎進行科學合理的設計，保障建筑工程的安全性和穩定性。然后，選擇安全經濟的結構體系，合理布置結構構件，并與各工種配合以減少圖紙矛盾，提高設計的質量。目前，許多大型的建筑物其內部的建筑結構設計比較復雜，所以設計難度相對較高，對此為保障建筑結構設計的質量，相關設計人員必須以施工單位的技術水平和實際現場的地質勘測信息為依據，進行科學的建筑結構設計。確保建筑結構的設計方案科學、可行。

（二）建筑結構設計遵循的基本原則

結構功能的可靠性主要體現在安全性、適用性以及耐久性三方面。安全性是建筑結構自身在外力作用下不發生破壞，整體穩定，即承載力極限狀態,對于建筑突然受到一些外力影響時，確保其只發生一些細微部位的損壞，而不會出現整體性的破壞,例如在地震時做到小震不壞,中震可修,大震不倒；適用性指在正常使用階段，科學判斷其綜合性，無較大的裂縫和變形產生，即正常使用極限狀態；耐久性指結構在正常使用環境作用下，在設計使用年限內，對建筑物進行科學有效的正常維修養護，避免其發生風化、滲漏和銹蝕，使其能完成預定功能。以人為本，充分發揮建筑結構的功能是建筑結構設計的基本原則，在此基礎之上還要實現經濟、施工方便、美觀等高標準要求。

三、建筑結構設計中常見問題

（一）基礎結構設計中所存在的問題

結構的基礎設計是建筑安全的重中之重，包括場地周邊相鄰建筑情況，地質水文情況對基礎形式及施工方式的選擇都有非常緊密的聯系。地下土質與周邊環境隨著不同的項目場地都有著不同的實際問題與不利情況，這就要求在設計基礎時需要多方面的綜合考慮及經驗積累。然而現在在較高強度的設計過程中，設計人員容易想當然，按常規情況布置設計，使整個建筑基礎存在相當大的隱患。例如淤泥地區大面積堆載造成的樁負摩阻力等。

（二）建筑設計圖紙中所存在的問題

在進行建筑設計時，圖紙是不可或缺的一部分，然而圖紙的質量有待提高。一些常見的建筑設計問題中，圖紙質量就是其中之一。影響圖紙質量的因素非常多，如各工種之間協調問題、施工計劃的調整頻率過高及相關設計人員的專業技能不過關等，圖紙質量降低會影響到建筑的整體質量，及后期施工的施工進度。尤其常見的是結構與建筑、設備專業之間互相矛盾，造成凈高問題等，頂板、坡道、樓梯、屋面等功能復雜部位結構構件與管道碰頭，造成后期敲鑿開洞，都會對施工質量造成較大的影響。

（三）建筑結構布置存在的問題

在建筑結構設計中，結構形式方案的選取尤為重要。隨著技術發展，設計人員往往會為了更加突顯建筑的功能，而無底線的犧牲結構構件的空間，相應地減少框架柱、剪力墻的結構構件的布置，建筑越來越多的大懸挑、轉換構件等形式，很大程度上降低了構件的抗震能力。

結構平面布置時須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭均勻對稱，減少扭轉的影響。然而部分建筑在設計初期就存在轉換層及首層開洞不符合規定的問題，導致建筑整體都不合理，在進行復雜的建筑結構設計時，沒有充分考慮到平立面的尺寸及承載力所能夠承受的抗震能力，這些都是在設計布置時所呈現出來的一部分問題，需設計者不斷改進。

（四）異形柱的技術不夠成熟

許多設計人員為了建筑物的美觀及提升建筑物整體的觀感，建筑結構設計不夠科學，導致建筑問題頻發。異形柱就是指在設計過程中將柱截面設計為 L 形、T 形、十字形。我國對于異形柱的研究還不夠深入，發展還不夠成熟，在運用過程中，許多設計人員由于自身的能力不足，并不具有隨心所欲地使用異形柱進行設計的能力，使建筑結構存在大量的安全隱患。

（五）綠色結構設計初步發展

建筑行業高速發展，必然帶來一定程度的環境污染，建造高樓的鋼材、混凝土等能否循環再利用，場地雜填土的處理，土地資源的日益減少都是建筑設計可持續發展的攔路虎。

四、建筑結構設計中的安全問題

（一）材料使用不當

在建筑設計中，材料的采購非常重要。建筑除設計外最重要的就是建筑本身的材料。建筑材料的質量將影響整個建筑的安全性和可靠性。由于對建筑的要求不同，所需的建筑材料也不同，一些施工單位為了控制工程的綜合造價，在設計建筑結構時會選擇節約材料成本，留下安全隱患，影響施工者及建筑使用者的生命安全。

（二）建筑設計方法落后

在建筑行業里，設計理念是不斷更新的，但由于部分設計者自身的設計能力與理念相對落后，仍舊采用最傳統的建筑設計方法，缺乏各種因素所帶來的安全問題的綜合考慮，導致建筑工程的施工質量與效率較低，很難保證建筑的安全性能。

五、建筑結構設計改進策略

（一）優化建筑地基基礎結構

優化設計建筑方案是關鍵，通過對地勘報告仔細判讀，合理分析并結合工程具體結構所需的基礎承載力來選取合適經濟的基礎形式。例如易被暴雨侵襲地區，水位上漲引起水浮力飆升，這就需要設計基礎時充分考慮當地水文，通過增加結構荷載及剛度或布置抗拔樁、抗拔錨桿等抗浮構件來抵抗建筑整體上浮。另外優化樁筏基礎的布樁方式，而非一味按照傳統的“均勻布樁”方式，采取柱墻下布樁，可以有效地減少筏板基礎的局部彎矩，進而減小底板配筋；對于布樁強弱的調整，包括樁長、樁徑、樁間距以及樁身剛度，根據上部墻柱構件剛度分布巧妙調節樁的布置可使樁筏基礎合理又經濟。

（二）優化設計自身及與跟部門的配合模式

設計階段設計人員應及時更新計算參考圖紙，在進行構件的結構節點的規劃設計時，必須保證計算參考圖紙的誤差值控制在規定的范圍之內。另外在選取建筑物主體結構的設計方案時不但需要參考其外觀形狀，還要參考相關設計方案的可行程度及經濟指標是否合理，選取的設計方案需要符合建筑主體結構外觀及內部結構的相關規定和需求。特別是對于荷載及其受力情況進行設計的時候，需要遵照傳力系統簡明、受力狀態均勻清晰的設計準則，防止出現受力集中導致建筑物的主體結構剛度受到影響的情況。另外為保證施工進度提高施工效率及各部門之間的交流銜接，我過引入BIM 技術，將傳統二維圖紙三維立體化，項目中相關信息形成集成的工程數據模型，這樣建筑哪些位置有碰撞，哪些位置凈高不足更明確，將問題解決于施工前，可大大提升工程效率與質量。

（三）做好重點部分的設計

1.科學計算主體框架柱分布

框架柱在框架結構中直接影響建筑結構安全系數，根據建筑平面功能結合建筑的質量分布情況，制定框架柱的具體布置方案，科學地計算出主體框架柱的尺寸。框架柱截面尺寸主要受軸壓比控制，柱的延性隨軸壓比增加而減小，設計時應使軸壓比留有余地以提高柱的延性。柱的截面形式宜采用正方形或長寬比較小的矩形；盡量避免短租；盡量使柱受力為大偏心受壓；采用復合箍增強對混凝土的約束等方法來提高軸壓比優化柱子延性。保證構件的“強柱弱梁”，設計時考慮板的翼緣作用，控制梁鋼筋的超配系數，相應加強柱縱筋和箍筋，切實提高柱端受彎承載力，注意梁柱節點處鋼筋過多易造成柱箍筋難以加密，這些問題不引起重視都會造成框架節點破壞。

2.提升剪力墻結構設計的合理性

在剪力墻結構設計過程中，在考慮滿足室內舒適性的同時，還要考慮外墻對于承重方面的影響，不能過度的追求舒適性而輕視建筑承重的極限。所以，在保證外墻尺寸合理的情況下，利用一些供暖以及制冷的方法提高建筑物的舒適性是非常可取的。如：高層建筑純剪力墻結構設計同樣也是允許的，剛度明顯大于剪力墻－框架結構，在抗震性能上，要明顯地優于框－剪結構，但是結構建設的成本要高于前者，若建設周期長或者是市場定位是高檔住宅小區等，優先設計剪力墻結構，但是同時也應避免大開式的剪力墻設計。并且，當剪力墻結構增加少量框架時，在結構體系的設計上，需要圍繞剪力墻進行全方位的分析，采取包絡設計等，且結構體系要清晰，框架柱按照EA 實際情況確定數值，EI 的取值要偏小等等。

（四）優化結構綠色設計

首先設計人員在選擇結構形式和建筑材料時，不僅只要考慮建筑的安全性，更應注重材料的可持續發展。設計人員對于材料質量要嚴格把關，還要考慮到材料的耐用程度，如何設計出材料消耗最少的方案，是設計者需特別注意的一個方面，既注重建筑安全又能夠使材料發揮最大的功效。現在國家也在各地區大力推廣裝配式建筑，要求設計達到不同程度的裝配率，促進樓板、樓梯、墻體等構件的再利用。

（五）設計人員自身能力的提高

許多建筑設計的問題，除了材料、地形、天氣等因素的影響，最不應忽視的就是設計者自身的能力，由于個別設計者能力有限，易導致建筑結構設計時出現問題。在招聘設計師時，要提升對設計能力的要求。對于已經招聘的設計人員，要定期進行專業的培訓及技術能力的培養，提升設計人員的專業能力。在工作之余，設計人員之間還可相互進行交流探討，更好地提升與發展設計能力。最后，設計者還應提升自身的責任意識，保證設計的建筑質量達標。

結束語

綜上所述，建筑結構設計的重要性有目共睹，一個建筑工程質量的好與壞對人們的安全有著直接的影響。建筑設計是一種專業性極強、責任非常重大的工作，優秀的建筑設計能夠有效提升建筑物的安全性、適用性、合理性與經濟性，然而在實際的設計工作過程中，比較容易出現多種建筑結構設計方法與概念上的錯誤，這些錯誤的出現，第一，是因為設計人員沒有重視對于一般建筑的設計工作，沒有結合實際情況，盲目的套用以往的設計；第二，則是因為在設計方法與設計規范等職業素養上的不足；第三，一些設計人員對于力學的知識不明晰，無法對結構的驗算結構有著準確的判斷，無法建立出準確地計算模式，減少或者避免這些錯誤的出現，對提升建筑結構設計的質量有重要的價值。