建筑工程中概念設計與結構構造措施的應用淺析

梁立暉

山西運城建工集團有限公司 山西 運城 044000

引言

設計建筑工程的結構構造是建筑工程建設過程中最為基礎，也十分重要的一步。每一個精美的建筑工程都有一張十分優秀的建筑工程結構構造設計圖紙，不僅影響建筑工程的具體施工步驟，還會對建筑工程后期的安全性以及美觀性產生不可忽視的影響。因此，建筑設計師應該嚴格要求自己的建筑工程結構構造的設計成果，為后續的建筑工程施工打下良好基礎。

1 概念設計的重要性

概念設計既是一位工程設計師能力的反映，又是一個建筑工程后續大部分施工工作開展的依據。一般來說，結構工程師的設計水平與其年齡和實踐能力成正比。一位好的結構工程師，能夠借助自己工作經歷的增加以及知識水平，對各種建筑結構設計有一個總體的把握，并會通過自身所積累的經驗盡量避開爛大街的建筑設計，從而實現自身對建筑理解的升華，設計出自身所追求的建筑工程結構構造的創新設計。在如今的現代社會，建筑工程的甲方對建筑工程的要求更為嚴格，也更為復雜，工程師僅僅通過對圖紙的仔細檢查以及在工地上的實地考察往往會忽略掉一些不合客戶要求的細節，久而久之，不僅工程師的設計水平不能得到有效提高，而且在工程的最后交付期時，甲方與乙方還會出現一些本可以避免的沖突。這種情況既不利于建筑單位的可持續發展，也不利于行業建筑工程結構構造設計水平以及創新能力的提升。

概念設計之所以在現代建筑工程行業發展過程中被逐漸重視起來，是由于目前存在的建筑工程結構設計思路與相關素材依然具有明顯的經驗主義特征，不僅不利于建筑工程施工前夕對施工標準的精準規劃，還極有可能會出現由于建筑施工數據不精準而導致的建筑工程結構不標準、構建搭配混亂以及突發狀況頻出等情況。并且，隨著現代科學技術的不斷發展，現代國民對于建筑工程施工成果的要求也十分嚴格。例如：有些甲方在對房屋施工提出要求時，不僅要求外在框架的美觀，還會具體到對房屋承重能力的要求。這就需要建筑單位依靠現代科學技術對建筑工程材料受力情況與甲方要求進行匹配，并詳細分析，最終才能使建筑的實際效果與客戶要求的符合程度達到高度一致的效果。因此，結構工程師必須在結合現代科學技術的同時，通過自身建筑工程結構構造設計應用的經驗，將現代科學技術賦予的建筑工程的精確性，在結構工程師所賦予建筑工程的人文性下發揮作用。如此這般，既能釋放結構工程師自身對建筑工程產生的靈感，又能保證建筑工程自身具有足夠的嚴密性，確保后續建筑工程的安全性與穩定性。

概念設計的重要性還可以通過其本身具有的人工性來體現。采用創新性的新科技固然可以被充分利用到建筑結構的施工過程中，但是對于建筑工程最初的概念設計、風格設計方面，則不能使用現代科技手段來代替人工。這就要求結構工程師必須要努力積累結構設計方案，并清楚認識到各種結構的用途，結合現代科學技術，設計出最符合甲方意愿的建筑工程結構構造設計方案[1]。

2 框架結構的主要類型

梁與柱是建筑工程結構構造的主要組成部分，這兩種結構組成了建筑工程的大框架，并承受著建筑施工過程以及完工之后外部材料帶給建筑本身的壓力。不過，要想梁與柱能夠發揮出其最佳的承重與固定能力，二者就必須要相互銜接，互相配合梁與柱的銜接也有許多不同的方式。

2.1 按承重對象來分類

這種分類方式可以將建筑工程結構構造設計分為3類，分別為：全框架結構、底層框架結構以及內框架結構。這三類框架結構各有各的用途。對于全框架結構來說，其框架結構相對較完整，支撐部件多，對建筑的支撐力強，整體抗震功能較為突出，適合被應用于地質條件不太好的地區。對于底層框架結構來說，在一些占地面積比較大的建筑工程中會經常用到此種架構，采用這種構造結構，能夠靈活根據建筑的不同部分對建筑的構造方式進行調整，有效節省成本。最后一個就是內框架結構，內框架結構需要由混合材料做支撐，即需要鋼筋混凝土與磚塊進行混合，制造出一種另外的材料來對建筑工程進行施工。

2.2 按施工方式來分類

如果按照這種分類方式對建筑工程中的結構構造進行劃分，同樣可以把結構類型分成四類，分別是：裝配整體式框架、全現澆式框架、半現澆式框架以及裝配式框架。首先，對于裝配整體式框架，其結合了另外兩種框架結構的優勢特點，并且對于現在建筑工程施工行業中，這種建筑結構構架相較于其他兩種結構來講更廣為使用。其次，對于全現澆式框架來說，其要求施工人員在施工現場對即將組成工程建筑結構構架的各種材料板、裝修梁和柱子等，并且施工人員還需要在現場對各個零部件之間的組裝工作進行梳理，這樣的工作要求也使得這種結構相較于其他兩種結構具有較好的抗震功能，并且可以使后續的建筑工程施工工作顯得更加系統化、有序化。不過，這種結構所要求的施工方式也使得使用該結構構造的建筑工程多耗費的成本更多。因為一般來講，這種結構構架習慣性用于規模龐大的工程建設現場，并且將組裝材料運往施工地區就會消耗大量的時間成本與運輸成本等。還有一個就是半現澆式框架，這種結構構架與第二種結構構架有一個相似之處，那就是采用這兩種結構構架的建筑工程所使用的梁和柱都需要在施工前進行洗滌，并且在施工之前建筑單位還應該提前準備好施工模板。施工模板的準備使建筑工程中所需要的鋼筋混凝土等材料的需求量大大降低，這就減少了建筑工程所需要的建筑材料成本，但是這種簡單機械的施工方式也讓最終的施工成果顯得老套、不美觀。最后一個就是裝配式框架，裝配式構架的結構與第二種結構構架相去甚遠，其不同之處就在于，這種建構需要施工人員在現場將施工過程中所需要的施工零件進行焊接，這樣做的好處就是能夠減少建筑過程中建材模板的使用，降低建筑材料的利用率，并且在施工前不需要專門去生產材料模板，也能縮短施工所需要的時間。這種結構構架的突出缺陷也是抗震性能不好，因此，建筑單位要注意，不要在地殼活動較為劇烈的地區使用這種結構構架來進行施工[2]。

3 框架結構的設計原則依據

3.1 從框架柱和梁格兩方面考量結構構造的設計

建筑工程行業對于框架結構的設計主要提出了如下的要求：一是要以建筑物的用途方向為導向對建筑物的柱網進行設計。盡量使柱網的風格與建筑的隔斷風格相一致。二是要堅持整齊劃一以及規律等原則，根據建筑物的梁跨對柱網的比例進行設計。三是應該盡量從后續的施工程序來對柱網的設計進行考量。結構工程師應該在了解了施工需求之后對框架結構進行合理選擇，在此之前，設計團隊不僅要考慮對施工材料的節約，還應該根據建筑工程的整體性對建筑本身的工程造價進行規劃，這樣不僅能夠使整個施工時間的節奏控制松弛有度，提高建筑工程施工效率，還能對整個工程建筑的材料選取以及其他方面的技術要求進行充分把握，從而提高該建筑工程的施工質量。

建筑工程行業對于梁格的設計主要提出了如下的要求：一是針對橫向架構的承重措施，也即該框架結構主要用于承擔橫向梁柱的壓力。在整個建筑工程中，由于增加主要的梁柱預先設計的梁截面會使建筑物對其側面壓力的抵抗力與承受力不斷增加，因此，橫向構架主要應用于建筑工程的較窄區域。也正是這種設計模式使得該結構構架模式特別需要建設團隊注意對其梁柱承壓的縱向設計。目前，應用較好的一個方案就是增強縱向設計的梁柱的硬度，這種設計可以使該結構構造模式揚長避短，更為合理。二是針對縱向架構的承重措施。縱向架構的承重措施與橫向架構的承重措施各不相同。縱向架構主要通過增加縱向梁柱來對整個建筑工程進行承重，并且通過系梁將縱向的承重梁與橫向梁柱進行銜接。這種建構方式雖然能使縱向的承梁柱的承重能力增強，但是其橫向承梁柱的承重能力卻遠遠達不到標準。三是針對縱橫向架構的承重措施。不論是針對縱向，抑或是針對橫向的承重措施，都難免會存在顧此失彼的問題，因此，如若建筑工程沒有特殊情況，結構工程師一般會采取縱橫向架構的承重方式，將縱向梁與橫向梁結合起來構建立體的承重框架。這種結構相較于其他兩種來說較為穩妥，是目前建筑工程較為普遍采取的結構模式。

3.2 從高度的方面考量結構構造的設計

由于我國國內的建筑大多樓層都比較高，而且樓層的高度對于框架結構的設計影響較大，因此我國結構工程師在對建筑工程進行概念設計以及結構構造設計師，不能忽視對建筑物樓層高度的考量。對于樓層數較多或者是處于較高樓層的建筑，避免使用鋼筋混凝土進行修建。因為高空中建筑物所具有的重力很大，如果此時建筑物的建筑材料選用了鋼筋混凝土這類自身重量較大的材料，就很容易會造成整體構架的變化。建筑物會受到氣壓的影響，一般來講，越高的樓層的建筑物，其結構構架就會越偏離原先的設計構架[3]。

4 框架結構設計時要注意的問題

框架結構設計必須要追求嚴謹的態度，否則，稍有不慎，就會誤導建筑施工工程走入錯誤的道路，最終很有可能會出現嚴重的安全事故。因此，結構工程師應該尤其注意以下幾個較為突出的問題。

4.1 確定框架計算簡圖

對于各種不同類型的建筑，在進行房屋框架設計時，應該確定房屋的大致形態。例如：對于較為常規的，地面上的房子一般會通過將地基打入地下，從而確定底層基礎的空間形態。在獲得底層基礎基本形態之后，根據情況，按照埋深越大，位移越少的原則，對房屋整體的穩定性進行加固。更重要的是，在這時，應該把地下一層當成第一層進行結構規劃，這樣能夠增強建筑概念設計的系統性，防止脫節。

4.2 計算基礎寬度與面積

由于我國國內建筑行業許多單位的力學模型不夠先進，往往會導致建筑工程前期數據的獲取不夠詳細與準確，這就會造成建筑工程實際中的寬度和面積與資料不符的情況。這時，通常會采用較為集中的力量向墻體的下部發力，減少墻面受損傷的范圍，不僅能夠提高建筑單位對于建筑工程的設計標準以及施工水平，還能順便獲取該建筑的一些較為基本的承重能力。

4.3 確定建筑工程使用的混凝土保護層的厚度

鋼筋混凝土中的鋼筋一旦受到氧化作用的侵蝕，就會開始腐朽，降低混凝土對于整個建筑工程結構的支撐力。混凝土保護層就很好地避開了這樣的麻煩。這種保護層不僅很好地減少了鋼筋混凝土與空氣的接觸，而且還能增強鋼筋混凝土的耐力性能。不過在確定建筑工程使用的混凝土保護層的厚度時，通常會出現各種各樣的問題。例如：在水泥梁與水泥柱中，工作人員往往貪圖省心，一味增強主筋的耐力性能，而忽略掉了其他箍筋的耐受力，這會造成主筋壓力過大，從而使建筑工程有倒塌的風險。這就表明了結構工程師應該兼顧主筋與箍筋的作用，讓二者共同支撐建筑結構，從而實現建筑工程結構構架的完整性與完美性[4]。

5 結束語

建筑工程的概念設計與結構構造的應用模式多種多樣，然而面向對于建筑工程行業要求愈高的人民大眾，建筑單位應該使用敢于創新、考慮周全的結構工程師，以提高自身工作素養與行業整體工作水平為目標，踏踏實實地做好建筑工程的概念設計與結構構造設計的工作。