基于建筑與結構融合度提升的建筑結構設計創(chuàng)新分析

王 淼，畢正超

（1.中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100037；2.中核能源科技有限公司，北京 100080）

0 引言

如何將結構設計融入建筑設計一直是建筑設計人員追求的設計目標，結構設計不僅需滿足建筑設計要求，而且需注重對建筑結構的優(yōu)化，加大創(chuàng)新力度。結構設計創(chuàng)新過程也是結構與建筑融合的過程，設計人員需充分考慮結構體系，積極與建筑造型融合，有效降低施工成本，提高建筑綜合效益，延長其使用壽命。對設計進行創(chuàng)新過程中，需采取有效措施對建筑結構進行優(yōu)化，使建筑呈現多元化特點，在保證其實用性的前提下，使其具備豐富的功能。

1 建筑結構設計創(chuàng)新的意義

近年來隨著我國城市化步伐加快，人們對住房的需求也在不斷提高，由此高層建筑數量逐年增加，同時導致建筑結構重量不斷增加，建筑整體及墻壁的承載力明顯提高，為滿足其使用功能需求，必然會增加建造成本。結構設計創(chuàng)新便是在滿足建筑要求的基礎上，制定科學合理的設計方案，最大化提高其空間利用率，優(yōu)化建筑物土地使用比例，有效提高土地利用率，進而提高經濟效益?？茖W合理的設計方案不但能提高整體經濟效益，而且有助于降低施工成本，避免不必要的資源浪費。因此建筑結構設計創(chuàng)新過程也是設計水平不斷提高的過程，對于優(yōu)化與完善結構設計體系具有重要作用。

2 建筑設計與結構設計融合存在的問題

對建筑整體設計來說，不僅需重視其美觀性，而且需加強對結構設計的重視，因此需實現建筑和結構的深度融合。建筑設計與建筑結構密切相關，二者互為補充，互相制約，確保建筑結構設計效果是重要基礎，只有保證結構設計合理，才能進一步提高造型的美觀性和穩(wěn)定性。隨著人們對生活環(huán)境的重視，設計人員需堅持可持續(xù)理念，對結構進行優(yōu)化設計，提高資源利用率。

建筑設計與結構設計是建筑結構設計的重要組成部分，但在實際設計過程中，二者的融合深度存在不足，無法協調發(fā)展。部分設計人員過于注重創(chuàng)新設計，而忽視了結構的可行性。如德國某地區(qū)教堂結構設計如圖1所示，平面形狀為卵形，屋頂結構為馬鞍形，落地拱的拱身懸空斜交在地面的拱支座上，結構穩(wěn)定性較差，因此又設計了環(huán)梁，建立索網結構。環(huán)梁外采用短索錨穩(wěn)定斜拱。但斜拱僅具備挑檐的作用，并無其他結構上的作用，整個索網的構件是外墻的環(huán)梁，這一設計理念十分新穎，整個建筑的美觀性較強，但在結構設計方面存在諸多不足，因此使用20多年后受大風影響，建筑一側坍塌。因此如果未實現建筑設計與結構設計的有效融合，必然難以保證建筑的穩(wěn)定性和安全性。

3 結構設計創(chuàng)新在建筑設計中的應用

3.1 概念化設計

概念化設計是建筑設計的主要內容，同時是結構設計創(chuàng)新的重要體現。通過概念化設計能夠合理選擇結構系統(tǒng)，結合建筑功能和需求等情況明確建筑地點，從多個層面分析建筑布局情況，保證設計的合理性。概念化設計創(chuàng)新過程中，需采用合理的系統(tǒng)。對基礎設置來說，需根據建筑物的功能需求明確合理的基礎類型，降低建筑故障發(fā)生風險。同時，在結構概念化設計過程中，需避免建筑出現大開洞、大懸挑等情況，提高結構的抗震性能和穩(wěn)定性。在安全性方面，建筑結構概念化設計的應用效果理想是結構設計創(chuàng)新的重要體現。某商場空間的結構概念化設計如圖2所示。

圖2 某商場空間概念化設計

3.2 構件與細節(jié)設計

構件與細節(jié)設計也是建筑結構設計的關鍵。構件設計主要包括對建筑材料的合理選擇，保證結構配置的合理性，對構件尺寸進行合理選擇等，均為結構設計中構件優(yōu)化的主要內容。在設計階段，設計人員需認真考慮構件的配筋情況，確保在施工過程中全部構件配筋均處于配筋范圍內。如果設計人員缺乏對構件設計的重視，必然會對建筑結構設計的創(chuàng)新造成影響，同時在一定程度上導致安全隱患發(fā)生風險增加。因此需做好構件設計工作。細節(jié)設計主要指在整體建筑構件設計的基礎上，對細節(jié)問題進行分析，具體包括圈梁、壓頂、立面線腳等設計工作。該類設計工作極易被忽視，因此設計人員需加以重視，對細節(jié)進行優(yōu)化，從細節(jié)到整體層面實現對結構的有效控制。

4 建筑結構設計原則

1）建筑結構設計需遵循全面考量與減輕自重的原則。在考量方面，需根據結構設計情況，認真分析建筑的長期效益，在保證其功能正常應用的基礎上，降低施工成本。結構設計的創(chuàng)新需積極利用先進技術、優(yōu)秀經驗，對設計工作進行全面分析，滿足工程結構要求。對減輕自重來說，主要指減輕建筑物重量，設計階段需要對各構件進行優(yōu)化，確保建筑具有良好的抗震性能，實現對結構自重的優(yōu)化。

2）結構設計需從實際情況出發(fā)，全面分析結構設計各環(huán)節(jié)存在的問題和情況。例如，認真考慮自然環(huán)境對建筑可能造成的影響。另外，需遵循合理受力原則，設計人員需對受力、對稱性等層面認真分析建筑物的受力及變形影響因素，結合受力和變形情況，選擇具有良好抗力性能的建筑材料，對建筑結構進行進一步優(yōu)化。

5 基于建筑與結構融合度提升的建筑結構設計創(chuàng)新策略

5.1 建立完善的建筑結構設計優(yōu)化模型與設計方案

為促進建筑和結構的深度融合，需建立建筑結構優(yōu)化模型，完成模型創(chuàng)建后，明確設計方案。首先要明確整體參數，在結構設計中，設計參數對設計水平有直接影響，參數的選擇需要考慮結構設計的重點，了解結構設計的整體工作量；其次，在明確整體參數的前提下，需要明確目標參數，對結構各項要求進行合理設計，優(yōu)化設計方案。在選擇設計方案的過程中，需結合實際情況，分析不同建筑設計、結構設計存在的差異性。在這一基礎上，加強對專業(yè)設計軟件的利用，通過精準計算獲得最優(yōu)模型。

5.2 保證建筑年限的基礎上進行階段性創(chuàng)新設計

建筑結構設計需要設計人員強化結構設計優(yōu)化理念，這樣才能降低建造成本，提高經濟效益。同時對建筑結構設計體系進行全面優(yōu)化，使建筑從整體層面得到優(yōu)化，保證建筑的美觀性和實用性能夠滿足人們的需求。為延長建筑使用壽命，需要設計人員在建筑可使用年限內，對各階段的設計方案進行優(yōu)化創(chuàng)新。因此需要設計人員充分掌握各階段的工程情況，提高各階段設計方案的創(chuàng)新水平，延長建筑壽命，提高其整體質量。建筑結構設計存在約束多、非線性等問題，對設計工作的順利開展造成阻礙。設計人員需對各階段進行優(yōu)化創(chuàng)新，在整體層面上進行創(chuàng)新，解決相關問題，為設計人員提供更優(yōu)的設計方案。

5.3 建筑主體上部結構設計創(chuàng)新

近年來我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，國家出臺諸多支持政策，建筑行業(yè)具有良好的發(fā)展態(tài)勢。但發(fā)展過程中的問題也在不斷增加，對人們的生活造成不利影響。因此需要加強對建筑結構設計質量和安全性的重視。隨著市場競爭加劇，結構設計的創(chuàng)新已成為建筑單位的重點內容。基于建筑和結構深度融合理念的指導，可對建筑上部結構進行優(yōu)化創(chuàng)新，這也是建筑結構創(chuàng)新的重點。設計過程中需根據具體情況，做好剪力墻設計工作，保證剪力墻的設計，使其具備均勻性的特點（見圖3），剪力墻的均勻分布能夠確保建筑上部結構的穩(wěn)定性。另外，在剪力墻設計時，盡量采用大開間的設計方法，減少混凝土的應用。同時需認真考慮剪力墻鋼材鑄造的構成情況，通過對上部結構設計的創(chuàng)新，有效降低施工成本，提高施工效率。

圖3 剪力墻結構

5.4 建筑結構和平面設計創(chuàng)新

在設計階段，需注重建筑整體結構與平面設計的融合，在這一基礎上保證建筑美學和結構的統(tǒng)一性。通過建筑與結構的深度融合，能夠進一步優(yōu)化結構設計體系，避免墻面發(fā)生開裂、錯位等不良情況。對于承重較多的轉角位置，需注重結構設計，將高性能建材作為主要承重材料，在保證結構穩(wěn)定的基礎上滿足人們的審美需求，同時對整個建筑結構設計體系進行優(yōu)化和創(chuàng)新。

6 結語

建筑結構設計的創(chuàng)新需充分結合實際情況，認識到創(chuàng)新設計在整個設計中的重要性，促進建筑與結構的深度融合，在這一基礎上加強對建筑結構設計創(chuàng)新的研究，有效提高建筑整體設計水平，滿足人們的需求，營造更好的建筑空間環(huán)境，為建筑行業(yè)的發(fā)展夯實基礎。