建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題與解決對策分析

孫娜 劉芳 王文哲

中聯(lián)西北工程設(shè)計研究院有限公司 陜西 西安 710077

引言

建筑作人們居住的庇護所，也是人類最重要的發(fā)明之一[1]。現(xiàn)階段，隨著現(xiàn)代化社會的不斷發(fā)展，人們對建筑的居住需求更多的轉(zhuǎn)向?qū)ㄖδ堋⒚烙^設(shè)計的追求，追求更高品質(zhì)的生活、更加多元化的居住需要。在整個建筑設(shè)計過程中，最重要的便是結(jié)構(gòu)部分，不同結(jié)構(gòu)的建筑具有不同的結(jié)構(gòu)功能，如果在建設(shè)過程中，對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計缺乏合理性，那么就很容易出現(xiàn)各種問題。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一個理論知識與現(xiàn)實情況相結(jié)合的過程，不能脫離實際空談設(shè)計。因此，需要設(shè)計人員重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，綜合考慮建設(shè)場地所處的地理環(huán)境，總結(jié)其中不足之處，借鑒國內(nèi)外的成功設(shè)計案例，結(jié)合建筑工程的建設(shè)要求，提高建筑設(shè)計的合理性。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性與原則

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

目前，我國的建筑數(shù)量不斷增加，建筑規(guī)模不斷擴大[2]。但是，在實際的建設(shè)中，受到各種因素的影響，有效、優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作實施起來難度較大，無法將設(shè)計優(yōu)化的功能最大化，其優(yōu)越性難以體現(xiàn)，因此，加強對建筑質(zhì)量的管控就顯得尤為重要，而提高建筑質(zhì)量的前提，便是需要做好對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作。現(xiàn)階段，我國的整體建筑設(shè)計的技術(shù)含量不斷提高，充分提示建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計將會逐漸向復(fù)雜化的方向發(fā)展。在不斷提高的設(shè)計要求之下，設(shè)計人員需要在保證建筑質(zhì)量、在滿足人們的居住需求的基礎(chǔ)上，提高建筑的功能性，與此同時，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計逐漸進步的過程中，設(shè)計人員需要解決的難題也越來越多，難度越來越大。因此，需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進一步完善，找出設(shè)計方案中的不足之處，并采取措施進行解決，而結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，是需要設(shè)計人員對整體設(shè)計和細節(jié)設(shè)計全面掌握，選擇合理的建筑材料，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重難點進行分析，保證最終設(shè)計圖紙的質(zhì)量。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，為了充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的功能價值，就需要將合理性、準確性作為設(shè)計原則[3]。其中合理性是指設(shè)計人員在深入建筑工程施工現(xiàn)場的前提下，對實際的施工環(huán)境進行實地觀察、調(diào)查，對設(shè)計方案進一步優(yōu)化，將施工現(xiàn)場的地理位置、自然條件、施工條件等充分納入設(shè)計考慮的范圍內(nèi)。準確性是指設(shè)計人員應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖進行準確的參數(shù)計算，保證最終的計算結(jié)果無誤，避免對建筑的安全性、使用性造成影響。在具體的設(shè)計過程中，設(shè)計人員需要做到有主有次，將設(shè)計重點進行突出，例如強柱弱梁，能夠提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在強烈地震作用下倒塌；強剪弱彎，能夠使結(jié)構(gòu)在遭受強烈地震作用時出現(xiàn)延性破壞形式，使結(jié)構(gòu)擁有良好的變形能力和耗能能力；強節(jié)點弱構(gòu)件，要保證節(jié)點的承載力應(yīng)高于連接構(gòu)件，因節(jié)點失效意味著與之相連的梁與柱都失效。設(shè)計人員需要具有嚴謹?shù)臄?shù)學(xué)思維，熟知力學(xué)設(shè)計的原理，掌握計算機技術(shù)，保證最終的參數(shù)計算準確，為圖紙設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持；注意與居民生活密切相關(guān)的采光、溫度、通風(fēng)等方面的設(shè)計；隨著現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，設(shè)計人員需要摒棄傳統(tǒng)建筑設(shè)計中的糟粕，融入創(chuàng)新思維，彰顯結(jié)構(gòu)的特殊性，避免千篇一律。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1 設(shè)計圖紙不夠規(guī)范

設(shè)計圖紙是結(jié)構(gòu)設(shè)計中最關(guān)鍵的前提工作，設(shè)計圖紙的合理性、科學(xué)性直接影響著最終作業(yè)成果的質(zhì)量、建設(shè)企業(yè)的資金投入[3]。在實際的圖紙設(shè)計中，圖紙設(shè)計不規(guī)范的問題時有發(fā)生，例如，圖紙設(shè)計選用的規(guī)范不標準，建筑的地上、地下結(jié)構(gòu)的參數(shù)信息不明確，結(jié)構(gòu)圖紙與建筑圖紙互相矛盾，這些問題均有可能導(dǎo)致建筑工程的現(xiàn)場施工不規(guī)范，施工混亂。分析其原因主要為：圖紙設(shè)計本身是一項十分復(fù)雜的工作，其中涉及的工序和流程較多，因此在設(shè)計時，設(shè)計人員難以對全部環(huán)節(jié)進行掌握和考慮，最終降低了建筑工程的質(zhì)量。例如，在地上結(jié)構(gòu)的設(shè)計圖紙中，梁柱等的參數(shù)未按照設(shè)計標準進行標注，對梁柱配筋圖紙的設(shè)計較為混亂，未進行清晰的標明，或者在圖紙設(shè)計中使用到的結(jié)構(gòu)符號不夠準確，以上因素均會影響建筑工程的最終質(zhì)量，延長施工工期，甚至存在相應(yīng)的安全隱患。

2.2 建筑選材不夠合理

設(shè)計人員為了滿足企業(yè)高層的要求，在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，將建筑工程的安全性、穩(wěn)定性與實用性拋之腦后，不僅降低了建筑工程的質(zhì)量，還無法滿足人們多元化的居住需求，與現(xiàn)代化的發(fā)展不相符。此外，建筑材料的質(zhì)量問題也是建筑選材方面最突出和最常見的問題，建設(shè)企業(yè)為了降低在建筑材料上的資金投入，往往選用價格低廉、品質(zhì)低下的原材料，從而對成本進行控制，然而該類劣質(zhì)材料中的含鐵量明顯較低，無法保障建筑工程的最終質(zhì)量，適得其反。

2.3 結(jié)構(gòu)式設(shè)計參數(shù)不準確

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計本身作為一項較為復(fù)雜的工作，其中涉及的內(nèi)容較多。因此，為了確保建筑工程的實用性與安全性，就需要對其中的大量參數(shù)進行計算，保證計算結(jié)果的精確性，以為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供數(shù)據(jù)參考。但在實際的設(shè)計中，部分設(shè)計參數(shù)的準確率卻較低，比如，在設(shè)計樓板時，可能出現(xiàn)設(shè)計值過大、嵌固端布局不合理的現(xiàn)象，并且在設(shè)計中未將板上的線荷載、樓板的彎矩納入設(shè)計的考慮因素之內(nèi)，施工安全隱患較大。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中問題的解決對策

3.1 確保圖紙設(shè)計的合理性

在進行工程施工前，建設(shè)企業(yè)必須結(jié)合現(xiàn)場的現(xiàn)實情況，對圖紙進行嚴格、詳細的審查與核對，確保圖紙符合施工要求和相關(guān)規(guī)定后，才可以開展建設(shè)[4]。為了保證圖紙設(shè)計的合理性，需要設(shè)計人員深入現(xiàn)場，進行實地考察，打好設(shè)計基礎(chǔ)；設(shè)計人員需要對施工周圍的客觀因素進行分析，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、建筑布局等；工程建設(shè)管理者，必須具備良好的專業(yè)素養(yǎng)的工作能力，具有較高的識圖能力，能夠?qū)κ┕D紙進行完全的理解，同時，還需要掌握施工圖紙中容易出現(xiàn)問題的重要環(huán)節(jié)，把控相關(guān)的技術(shù)要點。如果圖紙存在問題，對其中問題存在的不合理性進行探討，對其進行復(fù)核。另外，設(shè)計人員需要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中產(chǎn)生的各項參數(shù)進行多次核算，保證數(shù)據(jù)的正確性，對結(jié)果進行科學(xué)論證，保證數(shù)據(jù)的科學(xué)性，以提高房屋建筑的整體安全系數(shù)。

3.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系的選型設(shè)計

設(shè)計人員需要根據(jù)建筑設(shè)計的要求、地質(zhì)環(huán)境、施工水平等，對選型設(shè)計進行綜合性的考察，提前做好準備工作，最大程度保持結(jié)構(gòu)設(shè)計的協(xié)調(diào)、配合、緊密，保證建筑物的造型美觀，結(jié)構(gòu)合理，符合實際的使用情況[5]。例如，設(shè)計人員需要充分掌握建筑外觀的設(shè)計要求，了解建設(shè)場地周圍的地質(zhì)條件，在不脫離設(shè)計圖紙設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，探討其中不足之處，以提高建筑的穩(wěn)定性，保證居民的居住安全。在設(shè)計墻體等時，需要考慮對剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，結(jié)合建筑的實際情況，盡量保持和建筑的功能統(tǒng)一，簡潔大方。

3.3 加強信息化建設(shè)設(shè)計

在設(shè)計優(yōu)化中，可以充分利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展成果，引進先進的技術(shù)設(shè)備，例如BIM技術(shù)，通過搭建信息化的結(jié)構(gòu)，運用先進的設(shè)計優(yōu)化理論知識，利用自動化的軟件，以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的最終效果，與此同時還能將安全、質(zhì)量、成本等納入優(yōu)化范圍，綜合優(yōu)化，確保最終建筑設(shè)計優(yōu)化方案具有建筑質(zhì)量高、建設(shè)成本低的特點。例如，現(xiàn)階段，BIM技術(shù)的研發(fā)與運用，能夠彌補常規(guī)的CAD等二維圖紙設(shè)計軟件的缺點，建模更加立體，直觀性更強，能夠?qū)F(xiàn)場施工的情況與建模充分結(jié)合，構(gòu)建起直觀、形象的三維模型，使得設(shè)計人員能夠更好的建筑模型進行設(shè)計，方便高效，避免因忽略部分設(shè)計要素而引起的設(shè)計缺陷，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終質(zhì)量。

3.4 結(jié)構(gòu)規(guī)則性設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要著重考慮建筑結(jié)構(gòu)的中心、幾何形心、剛度中心這三個方面的因素。在后續(xù)的圖紙設(shè)計中，需要保持結(jié)構(gòu)中心、幾何形心、剛度中心三者相統(tǒng)一，避免建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，著重關(guān)注結(jié)構(gòu)在受力下的安全保障。如果建筑發(fā)生了扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在受到水平荷載的影響時，便會產(chǎn)生震動效應(yīng)，進一步對建筑結(jié)構(gòu)造成破壞[6]。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡量保持建筑受到的水平力均勻分布，從而降低發(fā)生結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的可能。在進行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，首先需要加強轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的抗震水平，作為整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵，抗震性能是保證建安全性的重要指標，在汶川地震發(fā)生后，為建設(shè)單位敲響了警鐘，國家更是將建筑的抗震性能作為建設(shè)過程中的一項重要建設(shè)參數(shù)。為了保證建筑物具有良好的抗震性能，抗震功能穩(wěn)定、可靠，就需要設(shè)計人員在相關(guān)規(guī)定和標準的基礎(chǔ)上，展開設(shè)計，嚴格遵守“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計原則，將建筑物地下與地上結(jié)構(gòu)的抗震性能進行區(qū)分，區(qū)別考慮，一般情況下，地上結(jié)構(gòu)的抗震性能需要高于地下結(jié)構(gòu)[7]。例如，對剪力墻的轉(zhuǎn)換設(shè)計，一般是設(shè)置在固定的層數(shù)上，因此就需要該剪力墻下部結(jié)構(gòu)進行抗震性能升級。

3.5 合理選擇建筑材料，統(tǒng)籌分配

在建設(shè)施工中，建筑材料的質(zhì)量與利用程度對整個建設(shè)項目的影響較大。設(shè)計人員在選擇建筑材料時，需要全面考慮，選擇符合設(shè)計要求的建筑材料，選用抗震性能良好的建筑材料，確保建筑在投入時候后長時間內(nèi)建筑材料的指標不會急劇衰減，影響建筑的質(zhì)量[8]。因此，為了提高建筑的抗震性能，就需要設(shè)計人員科學(xué)觀察建筑所處的自然環(huán)境，分析建筑材料需要具備的特點，選擇適宜的建筑材料。同時，還需要建筑材料需要達到的國家標準充分納入考慮范圍內(nèi)，如溫度、濕度等，保證建筑材料的選取建筑設(shè)計的要求。最后，建設(shè)企業(yè)在實際的建設(shè)中所使用的材料需要嚴格按照國家規(guī)范規(guī)定的要求，以保證結(jié)構(gòu)的安全性和使用性。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，人們的生活需求更多的是轉(zhuǎn)向?qū)ξ镔|(zhì)生活和精神文明的需要，需求逐漸多元化，人們對住宅的需求逐漸向建筑的多功能化、安全性與舒適性發(fā)展。作為建筑工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計在其中發(fā)揮著重要作用。在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，常會出現(xiàn)較多問題，因此，建設(shè)單位需要提高對建筑結(jié)構(gòu)式設(shè)計的重視，正面面對其中存在的問題，并采取積極、有效的措施進行解決，總結(jié)相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗，對設(shè)計方案進行優(yōu)化，對改進后的結(jié)果進行跟蹤調(diào)查，滿足人們更高層次的住房需求，盡量減少建設(shè)成本，實現(xiàn)建設(shè)單位的長遠發(fā)展，保證建設(shè)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。