建筑結構設計中存在的問題與解決對策分析

劉紀伍

（恒泰工程咨詢集團有限公司，安徽 合肥 230000）

前言：

在建筑結構設計工作開展期間，需要嚴格遵循適用性、安全性、經濟性、美觀性、環保性原則。確保選擇的建筑結構體系能夠切實符合業主的要求，保障建筑工程建設期間的綜合效益。建筑工程結構設計工作需要遵循建筑設計原理，但不可完全受制于建筑設計。結構設計需要在不破壞建筑設計的基礎上滿足各類建筑工程建設要求，也不可超出安全、經濟與合理的結構設計標準。

一、建筑結構體系

（一）框架結構

建筑工程框架結構內部包括梁、柱、基礎結構，是一種平面框架體系。框架結構需要與承重結構、其他平面框架結構連接在一起，形成空間結構體系。在框架結構應用過程中，可對建筑平面布置進行靈活控制。如在外墻中使用非承重構件，使建筑立面設計的可變性更強，可切實滿足建筑工程立面要求與功能要求。

在鋼筋混凝土框架結構中，梁及柱可借助節點形成承載結構，施工流程較為便捷。但在建筑層高不斷增長的情況下，水平荷載作用的影響會使框架梁柱構件的彎矩值及剪力值增大，導致后續建筑平面及空間設計更為復雜，因此該種結構形式被主要應用在非抗震區域及普通建筑工程中。

（二）剪力墻結構

剪力墻結構主要就是將建筑墻體作為承受豎向荷載、抵抗水平荷載的重要結構體系。墻體也可作為建筑工程內部空間規劃的部件，對建筑工程后期空間規劃具有直接影響。

通常情況下，建筑工程剪力墻結構的間距一般為3～8 米。在剪力墻結構為鋼筋混凝土材料的情況下，墻體整體性能更好、剛度大、在水平荷載作用下的側向變形較小，現被廣泛應用在建筑結構設計過程中。

剪力墻結構的抗震性能更為顯著，鋼材用量較少，結構頂點水平及層間位移量均能夠被控制在合理范圍之內。同時，剪力墻結構還有一定的延性，能夠將振動荷載力均勻傳給建筑整體結構，是現階段應用較為廣泛的建筑工程結構形式。

（三）框架-剪力墻結構

框架-剪力墻結構是框架結構與剪力墻結構的結合體，可充分發揮出兩結構的應用優勢，切實保障建筑工程。在該結構中，剪力墻主要肩負起承受水平荷載力的重要職責，框架結構需協同剪力墻結構，形成更加穩固的結構體系。因剪力墻結構的高度較大，可以承受大部分水平力與側移變形量，可以從根本上提升結構整體的側向剛度。框架需承受建筑豎向荷載，節約工程結構應用空間。

通過將框架結構與剪力墻結構配合使用，能夠在保障建筑結構抗震能力、承載力的基礎上，提升結構空間規劃期間的合理性，保障建筑工程整體建設效果。

（四）簡體結構

建筑中的簡體結構主要有一個和多個簡體組成，用于幫助結構抵抗水平荷載力。簡體結構具備空間受力性質，可分為實腹筒與空腹筒兩種形式。其中，實腹筒主要由平面或曲面墻圍成，是三面豎向結構單體。空腹墻則主要由密排樁、窗裙梁以及鋼筋混凝土外墻結構組成，是一種空間受力構件。

相較于其他結構體系而言，簡體結構的空間受力性能更為顯著。其內部的高度及強度較大，抗風力、抗震性能良好，被主要應用在大跨度、超高層建筑工程設計過程中。

二、建筑結構設計重要內容

現在建筑結構形式種類較多，實際設計工作更為復雜。結構設計重要內容主要體現在以下幾方面：

（一）上部結構設計

上部結構設計是建筑工程結構設計重要內容，需要設計人員結合建筑平面設計方案確定結構體系、明確結構材料、結構平面布置。結合自身經驗確定各構件截面尺寸。做好上部結構荷載力計算工作，選擇適宜的荷載效應組合形式。

（二）基礎結構設計

設計人員應當結合建筑工程地質勘查報告及所選擇的上部結構類型、上部結構荷載效應，確定建筑基礎為復合地基、樁基礎以及獨立基礎形式。為從根本上保障建筑結構整體的穩定性與安全性，還應當做好建筑基礎底面積與承載力驗算工作，選擇適宜的基礎內力以及配筋方式。

（三）建筑結構布局設計

在建筑工程結構設計期間，結構布局的科學性與合理性也可直接影響到建筑整體性能，如建筑結構布局平面，豎直面規則度、剛性等設置水平會使建筑工程整體承載力及力學性能發生變化。為從根本上保障建筑工程結構整體設計效果，建筑結構布局中的各構件分布應當保障規則且對稱，要求建筑中心及剛度中心始終處于重合狀態。豎直建筑結構布局需采用合理方式降低建筑重點，避免建筑工程出現錯落問題，對工程后續抗震性能造成嚴重不利影響；建筑結構墻體、支撐柱等強度及剛度需要滿足實際設計標準，確保此關鍵結構的抗震等級符合現行技術規范；做好抗震等級設定工作，確保建筑工程能夠在不同地震情況下就能夠保障完整安全。與地質勘查部門進行密切溝通，結合地區歷史地震發生資料，確定建筑結構抗震等級。

三、建筑結構設計存在問題

（一）參數設計不合理

現代建筑工程建筑結構體系較為復雜，為從根本上保障結構設計水平，還需要在具體設計工作開展期間做好參數設置工作。由于部分設計人員在開展建筑結構設計期間對參數設置不熟練，導致后期施工質量及安全，無法得到根本上保障。例如，在開展高層建筑樓板設計工作時，由于在設計板厚過程中存在較大偏差問題，沒有細致考慮彎矩荷載，也沒有結合建設工程整體情況對樓板參數性能進行測算分析，導致樓板結構性能參數不合理，在后續施工期間檢查會出現變更問題。

（二）結構選型不適宜

在建筑設計工作開展期間，結構設計工作可直接影響到建筑工程綜合建設效益。但就目前來看，建筑結構選擇不合理，地基及基礎結構承載力與穩定性無法從根本上保障，在建筑工程建設與運營期間極易出現以及沉降不均勻或者基礎側向位移等問題，嚴重影響到建筑工程全壽命運營周期。

（三）設計管理力度有待提升

在開展建筑結構設計工作中，設計人員專業水平及職業素養也可直接影響到建筑結構設計水平。部分建筑物結構設計人員存在專業技能與職業素養不達標問題，難以從根本上保障實際設計效果。隨著科技技術發展加快，在建筑結構設計階段涌現出了諸多功能完善的設計軟件，在保障建筑結構設計效率的基礎上，還能夠切實減輕設計人員工作量。但由于部分設計人員無法正確操作設計軟件，導致工程整體設計水平始終處于有待提升階段。

四、建筑結構設計要點

（一）加強抗震設計管控力度

建筑工程體系為多種延性分體系，不同分體系需要使用有效的延性連接方式，以從根本上保障結構整體抗震效果。以建筑工程中的框架-剪力墻結構為例，該結構主要就是將框架與剪力墻結構結合在一起。在地震等級較大的情況下，如單一分體系受到破壞，其他分體系依然可以保障建筑結構整體完整性，形成多道抗震防線。建筑結構可借助設置多道抗震防線來抵御地震破壞力，避免建筑在較強地震作用下出現倒塌問題。通過將多個分體系連接在一起，如使用剪力墻連梁結構，降低地震破壞作用下的建筑物整體塑性變形度，從根本上保障建筑主體結構的完整性。構優化工作，有效控制柱體結構截面積，滿足建筑結構內部空間使用需求。

（二）合理設置建筑結構高度

建筑工程中，鋼梁結構的應用范圍較廣，經常會面對對比分析鋼骨混凝土柱、混凝土梁與鋼管混凝土柱應用性能的情況。通過使用鋼梁組合樓蓋結構，能夠切實控制量數截面，滿足建筑結構凈高度使用要求。通過在結構中庭洞口中交錯布置鋼梁，也可切實提升施工效率，有效控制建筑標準層室內梁高，室內部凈高度可高出150～200 毫米。現階段鋼梁構件多數由工廠預制加工、現場統一拼裝即可，能夠有效控制工程施工期間的垃圾產出量，進一步縮短工程施工周期。

（三）做好建筑荷載計算工作

建筑工程建設成本巨大，在結構設計期間需重點關注建設期間的綜合效益。要求在建筑地下室設計期間，應當切實滿足功能性、安全性要求，著重分析人防等荷載力，進行合理的平面布置工作。通過對比分析各類設計方案，發現在常規柱網為8.5 米×8.5 米的情況下，建筑荷載增大。使用大板結構時，建筑物的含鋼量最低、經濟效益最好。

為切實保障建筑建設及后期運營水平，還應當配合使用先進的設計軟件，對建筑工程結構荷載力進行模擬計算分析。發現存在于建筑結構建設過程中的危險因素，選擇適宜的結構設計方案，從根本上提升結構荷載力承受水平，確保建筑工程可實現安全可靠運營目標，抗震性能與經濟性能符合實際設計要求。

（四）選擇適宜建筑結構體系

如建筑工程以混凝土材質為主，工程結構不僅為受力體系，也為荷載傳遞體系，與建筑工程實際運營期間的安全性及可靠性關聯密切。在建筑結構設計工作開展時，還需要著重分析建筑物施工材料性能、建筑整體功能、建筑施工場地及環境要素。由于建筑工程抗震性能會受各類因素影響，因此需要在設計工作開展期間選擇適宜的建筑結構體系。

就目前來看，建筑工程結構體系種類較多，不同結構的優缺點顯著。如在建筑工程中使用剪力墻結構，能夠從根本上提升工程整體承載力及側向剛度，但由于其體積較大，無法適應大空間布置要求。框架結構布置靈活性較強，但在應用在剪切變形的柔性建筑結構中，抗震效果無法達到理想目標。因此現階段建筑工程抗震結構設計工作多采用剪力墻與框架相結合的方式，通過充分發揮出此兩種結構優勢，穩定提升工程整體抗震水平。框架-剪力墻建筑結構體系應用時，由于框架及剪力墻結構自身的剛度差異性較大，導致建筑工程在地震作用影響下的結構會呈現出不同大小的位移，因此需要在設計期間著重關注兩結構的變形協調性。

在建筑工程混凝土結構設計與選擇方案期間，需要保障結構體系簡單、實用，能夠充分承受來自地震荷載的變形力與沖擊度，使各構件相互協調配合，保障整體結構共同支撐水平。著重加固處理建筑工程薄弱之處，提升建筑工程布局合理性。舉例說明，在建筑工程為高層的情況下，可使用純剪力墻結構，最大限度增強建筑工程抗震水平。在建筑工程為綜合體的情況下，可使用簡體結構，滿足工程整體使用性能。

（五）加強建筑工程設計環節管控力度

依照現行規定開展建筑工程結構設計工作，確保設計方案具有較高的合規性與適用性，能夠與社會發展水平保持一致。現階段建筑工程所呈現出的政策性、綜合性更加顯著，因此需要加強設計環節管控力度。著重考量建筑工程結構設計環節的經濟效益，最大限度提升工程建設與運營期間的資源利用率，切實保障建筑工程建設全過程社會效益與環境效益；采用合理設計方式提高建筑空間利用率，有效緩解土地資源稀缺問題，有序推動建筑行業可持續發展進程。

在建筑工程設計期間注重使用可再生能源與清潔性能源。結合地區地質環境與氣候條件特征，對建筑施工方案進行進一步優化，確保建筑空間合理，通風及采光效果良好。建筑工程師的工作也需要具有一定的安全預見性。著重關注建筑防火與抗震設計工作，在建筑工程內配備功能完善的傳感器設施，及時預警火災問題出現，從根本上保障建筑用戶核心利益。

在建筑工程設計工作開展過程中，需要著重分析工程施工難易程度、工程運行期間的適用性，確保設計出的建筑結構能夠更好滿足工程建設效益最大化目標。具體來說，在設計方案選擇過程中，應當著重分析建筑結構施工材料運輸條件，設置合理的施工現場材料及機械設備存放場地。著重關注建筑工程施工材料設計工作，要求選擇出的施工材料應當具有較強的耐受性、耐久性以及抗磨損性能。注重分析建筑工程建設期間材料選擇標準，增強建筑工程建設細節涉及管控力度。要求在建筑結構設計工作開展期間，還需要嚴格控制建筑結構裂縫問題發生幾率，保障建筑結構受力合理。

進一步加強設計人員專業水平與職業素養，確保結構設計人員能夠正確認知到存在于建筑結構設計中的各類問題，針對此些問題制定出專項可行的解決方案。做好設計人員培養工作，不斷更新設計人員結構設計體系。

總結：

總而言之，隨著建筑行業發展速度不斷加快，建筑結構設計工作難度日漸增長。為從根本上提升建筑工程建設期間的綜合效益，還需要加強建筑結構設計環節管控力度。細致分析存在于建筑結構設計中的各類問題，制定出專項可行解決方案。建筑結構設計工作是保障建筑工程建設質量的重要基礎，還需要設計人員結合建筑工程具體建設要求，選擇適宜的建筑結構形式。從根本上提升設計人員專業水平，降低結構設計問題發生幾率。