浅谈建筑结构设计策略

浅谈建筑结构设计策略刘丽（深圳市华蓝设计有限公司广西南宁530011）黄翔（广西华蓝设计（集团）有限公司广西南宁530011）摘要：改革开放以来，建筑业得到飞跃式的发展，与此同时，建筑结构设计的整体水平也发生了质的变化。本文阐述了建筑结构设计过程和原则，提出了建筑结构设计中应该注意的问题。关键词：建筑；结构；设计；策略。1、落实建筑结构的设计过程结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。结构计算阶段的内容为：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。最后，构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。2、遵循建筑结构设计的原则适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要,虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。3、合理选择结构形式建筑物地面以上的结构形式对工程造价有很大影响。目前我国民用建筑结构形式主要有砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、装配式大板、大模板结构、排架结构等。不同的建筑结构形式各有优劣，应比较各种结构的布置方案、受力体系及经济性能，结合实际，因地制宜，综合考虑以上因素，尽量采用适合本地区的经济合理的结构形式，建设出低造价、高质量、高标准的民用建筑。混合结构的造价仅为钢筋混凝土框架结构造价的60%-70%，其钢筋混凝土用量少，适用于7层以下的建筑物。但混合结构是由墙体承重，对墙体布置有一定要求，不如框架结构灵活，其使用功能受到限制。7层以上12层以下的建筑宜采用框架结构，在其合适的位置上设置几道抗震剪力墙，可减小柱、梁的截面尺寸和配筋，从而达到节省材料的目的，且可以明显提高建筑物的抗震能力。框一剪结构一般适用于12层以上20层以下的建筑物，为增强建筑物的整体刚度，可其适当的位置上设置刚性筒体，也可以起到节省材料的效果。4、考虑抗震设计采用正确的设防烈度和建筑分类标准是结构设计的基本前题,但偏离规范的设计也时有发生。抗震设计基本原则：（1）只有结构简单，才能够对结构的计算模型、内力与位移分析，限制薄弱部位的出现易于把握，因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。建筑抗震设计规范(GB50oll一2001)第3.5.2条作为强制性条文要求“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”（2）结构的规则性和均匀性。建筑抗震设计规范(GB500ll—2001)第3.4.2条要求，“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面布置宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”（3）结构的刚度和抗震能力水平。地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。5、严格单项工程设计步骤（1）建筑专业提出较成熟的初步建筑设计方案。（2）结构专业根据建筑方案进行结构选型和结构布置，并确定有关结构尺寸，对建筑方案提出必要的修正。（3）建筑专业根据修改后的建筑方案进行建筑施工图设计。（4）结构专业根据修改后的建筑方案和结构方案进行荷载计算、内力分析、截面设计和构造设计，并绘制结构施工图。6、建筑结构设计与设备专业设计的协调电气专业的室内敷线，原则上应以导线在金属管中沿墙及楼板暗设，这对于预制装配整体框架、框架一剪力墙结构是很困难的。穿梁的垂直管道要在预制梁制作时预留孔道，并且梁宽和墙厚尽量一致，如不一致则要求墙的一侧与梁的侧面平齐，使穿梁管不露墙外。高层建筑平面电梯井道的位置确定后，电梯机房位置也就确定下来，电梯机房内孔洞、预埋件较多，电梯机房荷载也比较大，因此应详细了解所选型号电梯土建条件并注意单台布置和多台布置的差别。由于电梯井道一般作为钢筋混凝土剪力墙，除承受竖向荷载外，还承受水平力作用，因此应校核洞口削弱后的强度。7、设计考虑施工，施工配合设计设计人员在设计过程中应周密考虑各方面因素的影响，采取一定设计技术措施，并对施工方面明确提出要求以保证设计假定的实现。对设计计算中已考虑诸多施工方面因素，图纸上应注明，比如水灰比限制、水泥用量、养护天数、后浇缝间隔天数等。另在设计中注意构造温度筋的配置，配筋尽可能选小直径、小间距，满足＠≤150mm及构造配筋率0.3%——0.5％的要求，设计人员应结合工程具体情况，了解工艺要求、施工技术，综合考虑设计选用参数，把精心设计落到实处，在努力降低工程造价的同的，与施工配合，尽量防止与控制裂缝的出现与发展。另方面设计人员对施工未按正常工期等施工失误产生的裂缝处理，也应有所了解、准备，克服单纯设计观念，扩展自己在施工方面的知识，对当前常用处理裂缝及堵漏的方法、材料有所了解，更好地完成设计后期。8、规范、手册及标准图集在具体工作中的应用：结构设计的准则和依据就是各种规范和标准图集。在进行不同结构型式的设计时必须要紧扣不同的规范，但这些规范又都是相互联系密不可分的。在不同的工程中往往会使用多种规范，在一个工程确定了结构形式后，首先要根据《建筑结构可靠度设计统一标准》来确定建筑的可靠度和重要性；然后再根据《中国地震动参数区划图》，《建筑抗震设防分类标准》《建筑抗震设计规范》确定建筑在抗震设防方面的规定和要求，在荷载的取值时要按照《建筑结构荷载规范》来确定，这是建筑总体需要运用的规范。在工程的具体设计方面，涉及到砌体部分的要遵循《砌体结构设计规范》的规定；涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土结构设计规范》的规定；涉及到钢筋部分的要遵循《钢筋焊接及验收规程》和《钢筋机械连接通用技术规程》的规定；在基础部分的设计时需要遵循的是《建筑地基基础设计规范》的规定。最后在结构绘图时则要符合《建筑结构制图标准》的要求。总之,结构设计是个系统的、全面的工作。需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行始于足下，设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计。在工作中应事无巨细，应善于反思和总结工作中的经验和教训。参考文献：[1]曾昭豪．新编混凝土结构设计手册[M]．中国建筑工业出版社．2004．7；[2]马文涛等．民用建筑结构设计与工程造价控制研究[J]．现代商贸工业．2009年第15期；[3]李洪涛．我国建筑结构设计问题与展望分析[J]．现代商贸工业．2010年07期。