建筑結構設計質量評價方法的研究

吳迪，亓艷強

（山東省建筑設計研究院有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

城市化進程不斷加快背景下，我國房地產行業呈現出了迅猛發展的態勢，在社會發展中發揮著支柱作用。不過也因此引發了激烈的市場競爭，原本粗放式的發展模式暴露出的問題越來越多，對建筑產品的質量提出了更高的要求。建筑結構設計的質量對于工程整體質量、建設成本等有著不容忽視的影響，而現階段相關研究中，唐京華[1]在教育實用與效果的建筑結構設計優化方法中，從經濟、安全、整體效果等角度進行了綜合考慮，對建筑結構空間漏送優化進行了分析；李玉蘭[2]等通過設計方案優化、地基處理優化等的研究，強調在符合國家規范的情況下，減少混凝土和鋼筋等材料的用量，以獲取最佳的設計效果。但是在這些研究中，對于建筑結構設計質量的評價方法相對單一，存在一定的問題，無法取得理想的效果。對此，需要采取更加有效的方法，對建筑結構設計質量進行評價，以確保能夠及時找出建筑結構設計方案中存在的問題，做好方案的調整和優化。

1 建筑結構設計內容

1.1 整體設計

整體設計是從建筑工程所處的環境條件著眼，依照建筑功能、性質和高度等，確定最佳的建筑結構體系，如筒體結構、框架結構等，然后針對內部構件如梁體、柱體等的尺寸數據進行研究。在這個環節，需要切實做好內力計算。同時，應該結合建筑所處區域的地質水文環境，做好建筑基礎設計，要求基礎設計能夠實現與上部結構條件的完全吻合[3]。整體設計包含的內容眾多，如基礎選型、結構確定、剪力墻分布等，能夠為后續的部件設計奠定堅實基礎。

1.2 部件設計

部件設計需要在整體結構設計完成后進行，包含了各個部件內力、配筋比的計算，以單向板為例，數據計算環節可以看作是同等寬度梁體，在完成單向板數據計算后，可以依照專業理論，對雙向板數據進行明確。考慮到墻體、梁體以及柱體的計算方法并不適用于樁承臺、深梁等結構的數據計算，因此需要設計人員選擇更加科學的方法，以確保計算結果的精準性。

2 建筑結構設計常見問題

近年來，我國建筑行業呈現出了迅猛發展的態勢，也因此促進了建筑設計產業的發展，以先進的計算機技術和計算機軟件為支撐，建筑結構設計的質量得到了顯著提升，不過不同設計單位在設計水平上存在參差不齊的情況。開發商為了搶占更大的市場份額，留給設計單位的設計時間較短，導致設計人員無法對結構設計方案進行充分論證，容易引發結構選擇不合理、技術方案不成熟的問題，在后期施工建設中可能出現頻繁的設計變更。建設部門頒布的審圖規定存在著比較嚴重的教條化現象，只能判斷建筑結構設計方案是否合格，并不能對設計質量進行合理區分，破壞了以往的施工圖質量對比淘汰機制，也在一定程度上打擊了設計單位提升設計質量的積極性[4]。

建筑結構設計存在的問題主要體現在兩個方面：

從業主方面，一是過分關注建筑造型，忽視了結構的重要性，沒有認識到結構對于建筑經濟性、安全性、適用性等的影響。二是在設計招標環節，盲目選擇設計費用最低的方案，沒有對設計單位的實力進行考量，而實際上，設計費用在建筑全生命周期費用中的占比較少，但是設計質量卻能夠決定建筑成本75%以上的比重，如果結構設計質量較差，最終會得不償失。三是部分業主并沒有留出足夠的設計時間，在任務過于緊迫的情況下，設計單位給出的設計方案并沒有經過充分論證，結構設計的質量無法得到保障，容易引發項目建設環節設計反復變更的情況。

從設計人員方面，一是不重視設計質量，認為只需要滿足國家規范的要求即可，很少會去考慮建筑施工功能滿意度以及方案可持續性的提高，沒有從業主需求的角度去對結構設計進行思考。二是在面對復雜結構設計需求時[5]，部分設計人員因為本身能力水平和經驗的限制，無法保障計算結果的合理性，認為只要滿足安全性和可靠性的要求即可，隨意增加鋼筋用量，引發了資源浪費的問題。三是認為構件尺寸越大越好，實際上，建筑結構構件的設計需要關注整體性，而不是只看單個構件的尺寸和強度，例如，在結構抗震設計中，需要滿足“強柱弱梁”的基本原則，如果梁體強度過高，反而會導致結構抗震性的下降。

3 建筑結構設計質量評價

3.1 工程概況

某商務建筑整體占地面2269.56m2，高度30m，上部結構長寬分別為116m 和21m，屬于超長結構，建筑抗震設防烈度為7 度，特征周期0.65s，設計使用年限50 年。建筑本身處于城市次中心區域，周邊交通便利，氣候環境和人文環境優越。建筑總體平面如圖1 所示。

圖1 建筑平面結構

3.2 評價原則

建筑結構設計質量評價應該堅持以下幾個基本原則：（1）依照國家現行規范、標準的要求，對結構設計績效評價，切實保障結構設計評價結果的合理性和客觀性。（2）應該強化設計人員和業主對于結構設計質量的認識，通過對新技術新材料和新工藝的應用，推動結構設計與環節的協調發展。（3）結構設計應該分階段進行，不同階段有著不同的工作內容和不同的影響因素，在結構設計評價中，需要將每一個階段的評價指標考慮在內，確保指標能夠對結構設計質量進行正確反映[6]。（4）結構設計質量評價不單單是對結構設計質量的區分，還可以引導結構設計人員和業務形成對于結構設計重要性的合理認知，及時發現設計中存在的問題，采取有效的措施對問題進行解決，保障結構設計的合理性。（5）必須在確保結構使用安全的前提下，提升建筑工程項目的經濟性。結構設計質量評價更加應該關注結構選型、先進技術應用、材料選擇等，對經濟性、適用性、耐久性和安全性進行綜合考量，確定好最為科學的結構設計方案。

3.3 評價方法

3.3.1 設計階段評價方法

建筑結構設計階段，設計人員并不需要給出專門的圖紙，但是需要依照建筑形式、抗震需求等，從整體層面把握方案的有效性，依照不同結構形式的特點和適用性，選擇最佳的結構形式。結構選型方面，應該注意，高層建筑應該采用盡可能簡單的結構，避免出現規則性差的問題，不規則結構需要通過結構布置或者設置接縫的方式，降低結構的不規則效應[7]。同時，在結構選型時應該綜合考慮結構的經濟性、安全性和效益性，通過方案比選的方式確定最佳方案。設計階段的質量評價需要建立起相應的評價標準，重要的評價指標是包括受力合理性（剛度適應性、高度合理性、場地適應性、空間整體性）、功能適應性（建筑實用空間適用性、使用功能需求適應性）、經濟有效性（材料與勞動力成本的節約、工程造價、縮短工期帶來的效益、日常維護及改造費用等）以及施工便捷性（施工質量控制難度、施工方便性、施工技術水平）等。方案設計階段在建筑結構設計中發揮著決定性作用，如果方案設計工作沒有做好，結構設計質量想要提高難度巨大。

3.3.2 計算階段評價方法

在結構計算階段，設計人員需要結合結構受力特征，將其轉化為計算模型，確定模型和實際結構存在的誤差，在后續工作中做出相應調整，以保證計算結果的準確度[8]。結構設計階段，可以對照方案設計得到的成果，做好調整和細化，選擇恰當的計算軟件，同時也需要對計算參數進行合理選擇，以保障計算結果的可靠性，確定好建筑的基本結構形式以及構件尺寸。結構計算階段同樣需要確定相應的質量評價標準，針對計算參數合理性進行研究，包括混凝土容重、周期折減系數、計算振型個數、中梁剛度增大系數等，同時也需要做好計算結構分析，關注層間位移角、結構扭轉周期比、位移比、質量比、風振加速度等計算結果的合理性，確保其能夠滿足建筑結構設計相關規范的要求[9]。

3.3.3 項目綜合評價方法

結合上文提到的評價指標，由行業專家對指標進行評分，最終評價結果取平均值。對于一些可以量化的評價指標，可以采用1～5 分打分機制，5 分為優秀，2 分為合格；對于措施類評價指標，同樣需要對應相應的等級，分別為不合格、合格、中等、良好、優秀，子項評價指標可以采用加權平均法確定分數。本文中的建筑結構設計質量評價強調分階段進行，若前一個階段的評價結果不合格，不管后面階段的評價結果如何，都認定整體結構設計質量不合格。

3.4 評價結果分析

3.4.1 方案設計階段評價

（1）結構體系。總體分值為3.87 分，高度合理性得分為5分，其余各項參數的得分均為4分，最終得分取平均值4.2分[10]。

（2）功能適應性。總體得分為4 分，建筑結構形式對使用空間高度及大小的適應性指標得分為4 分，結構對于空間及布局調整的適應性指標得分同樣為4 分。

（3）經濟有效性。總體得分2.75 分，材料與勞動力節約指標得分為3 分，工期縮短帶來的效益指標得分為3 分，基礎和上部結構的建造成本得分較低，只有2分，剛剛達到合格標準。

（4）施工便捷性。總體得分為3.5 分，施工質量控制難度指標得分最低，為3 分，施工便捷性指標得分為3.5，技術水平指標得分為4。

3.4.2 結構計算階段評價

（1）模型建立和計算。總體得分為3.88 分，其中，計算模型合理性以及計算簡圖合理性指標的得分分別為3.5 和4 分，模型與簡圖誤差調整指標得分為4分，計算方法合理性得分4分。

（2）計算采納數合理性。總體得分4.63 分，混凝土容重指標的取值采用的是框剪結構的參考值27，設計人員在結合建筑工程實際的情況下，沿用了這一指標，得分中等（3 分），周期折減系數、計算振型個數等都是直接參考相關標準給出的最佳值，指標得分均為5 分[11]。

（3）計算結果分析。總體得分為3.38 分，層間位移角的計算結果為X=1/717，Y=1/663，達到及格標準，得分為2 分，層間受剪承載力計算結果為X 向1.00，Y 向1.00，得分為4 分，剪重比、剛重比和軸壓比等參照相關規范提供的數值，計算結果可以達到優秀的標準，得分為5 分。

3.4.3 最終評價結果分析

建筑結構設計質量評價結果如表1 所示。

表1 結構設計質量評價得分

由表1 可知，方案設計階段結構設計的評價得分為3.93 分，結構計算階段的得分為3.95 分，除去可持續性的得分相對較低（2.67 分），區域三級指標的得分均比較高，工程結構設計質量的最終得分為3.80，屬于良好的范疇[12]。

4 結論

總而言之，為了能夠更好地適應市場發展需求，建設設計人員在建筑結構設計中，需要考慮各方面的影響因素，也導致了建筑設計方案變得越發復雜化，需要借助科學的方法對結構設計質量進行分析評價。本文結合具體工程案例，從方案設計和結構計算兩個階段，提出了一種有效的建筑結構設計質量評價的方法，實踐結果表明，借助該方法可以實現對建筑結構設計質量的合理評價，在提高建筑結構設計整體效果方面，能夠發揮出理想的作用。