李世鑫

摘要：建筑的結(jié)構(gòu)造型是一個(gè)城市文化底蘊(yùn)和精神面貌的體現(xiàn)，它對(duì)于人們的生活有著重要的影響。如何從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，建造出美觀、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的建筑作品一直就是建筑業(yè)關(guān)注的重要問題和追求方向。本文將根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用范圍等方面入手，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑工程中的應(yīng)用做一些分析介紹。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);建筑工程;應(yīng)用

引言

隨著改革開放的深入，人民生活水平和生活追求不斷提高，這需要建筑行業(yè)不斷開拓創(chuàng)新，建筑的設(shè)計(jì)建造不僅需要經(jīng)濟(jì)合理，還需要美觀安全，這給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)牽涉面很廣，它對(duì)整個(gè)建筑工程的建造難度、經(jīng)濟(jì)預(yù)算和整體效果都有決定性的影響。所以我們?cè)谶M(jìn)行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須首先深入了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用范圍、影響因素等，然后結(jié)合實(shí)際情況和消費(fèi)需求進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免無根據(jù)的天馬行空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后給建筑的施工和成本帶來管理困難。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.1水平方向的應(yīng)力方面

一般情況下以建筑重力為主的豎向載荷決定著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的受力控制。在水平受力方面，因?yàn)槠錁菍拥?，載荷小等特點(diǎn)，使得水平應(yīng)力基本不對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定等造成大的影響。而對(duì)于高層建筑來說，水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，是與樓層高度的兩次方成正比，加之水平載荷的風(fēng)載荷和地震的影響，它的數(shù)值隨著這些因素的動(dòng)態(tài)變動(dòng)而有著較低層建筑更大的變動(dòng)。所以對(duì)于高層建筑而言，水平載荷才是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定性因素

1.2結(jié)構(gòu)延性方面

對(duì)于低層建筑而言，更加注重的是豎向的結(jié)構(gòu)延伸性，因?yàn)槠渲饕氖芰κ羌性谥亓橹鞯呢Q向應(yīng)力，它的建筑風(fēng)格更加固化和硬質(zhì)一些。而對(duì)于高層建筑，考慮到水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以、風(fēng)載荷以及地震載荷，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要更加柔和一些。為了應(yīng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)塑性變形后還能有較強(qiáng)的變形能力，這就需要使用一些特殊的延展性較強(qiáng)的材料和特殊的工藝方法，保證建筑結(jié)構(gòu)具有較好的結(jié)構(gòu)延展性。

1.3側(cè)移控制方面

在側(cè)移方面，低層建筑比較好控制，主要就是保證地基的穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，盡量使受力在豎向平衡的分布。而對(duì)于高層建筑而言結(jié)構(gòu)側(cè)移是一個(gè)關(guān)鍵因素，隨著建筑高度的不斷增加，水平側(cè)移力不斷增加，加上高層建筑為了減少自重會(huì)采用一些新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，這使得側(cè)向位移控制難度大大增加。

二、建筑結(jié)構(gòu)的總體布置

科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即需要有合理的結(jié)構(gòu)體系還需要有完美的結(jié)構(gòu)布置。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布置會(huì)影響到建筑設(shè)計(jì)方案的效果，影響到建筑的安全和功能的使用。結(jié)構(gòu)的總體布置要考慮控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形、平面布置、豎向布置、縫的設(shè)置和構(gòu)造等幾個(gè)方面。

2.1平面布置

平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況來確定，如果是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，則采用形狀較為簡(jiǎn)單，而且要根據(jù)相對(duì)應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，高層建筑單個(gè)的結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長(zhǎng)，否則在發(fā)生地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的兩端可能會(huì)出現(xiàn)反相位的振動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致建筑被過早地破壞，同時(shí)威脅到人們的安全。

2.2豎向布置

為了避免過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強(qiáng)度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)高處以防止錯(cuò)層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對(duì)高層建筑時(shí)，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度發(fā)生變化的情況，對(duì)于這種情況，應(yīng)逐漸變化。

2.3控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形

建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時(shí)承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會(huì)使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移和相對(duì)的位移，有時(shí)甚至?xí)?yán)重地破壞非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)來解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。

2.4縫的設(shè)置和構(gòu)造

建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的不利影響?？梢岳贸两悼p、伸縮縫或防震縫把結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)獨(dú)立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會(huì)對(duì)建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹(jǐn)慎對(duì)待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問題。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑工程中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面必須要考慮的因素主要有：建筑物結(jié)構(gòu)類型的選擇;基礎(chǔ)形式的選擇;上部結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件的確定;混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的確定等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極大的影響著整個(gè)建筑工程的整體效果，它應(yīng)用于建筑工程的方方面面，比如施工進(jìn)行、造價(jià)控制、安全美觀度。下面我們就從這三方面進(jìn)行分析介紹：

3.1施工方面的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于施工的進(jìn)行有著重要影響，什么樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了什么樣的施工方案。施工方面分為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工和上部結(jié)構(gòu)施工，地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價(jià)。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，我們要考慮建筑的穩(wěn)定性和造價(jià)的平衡，我們首先要保證建筑的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)之上嚴(yán)格控制造價(jià)。

3.2在造價(jià)控制上的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在造價(jià)控制方面的目的就是在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過設(shè)計(jì)人員自身的判斷力和創(chuàng)造力對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化，以控制工程造價(jià)，滿足投資方的經(jīng)濟(jì)要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響建筑工程在造價(jià)的因素有：一.建造結(jié)構(gòu)形式的選擇。它對(duì)整個(gè)工程的建設(shè)影響極大，因?yàn)椴煌慕Y(jié)構(gòu)會(huì)有不同的施工方案，相應(yīng)的安全美觀度也不一樣，造價(jià)更是大不一樣。如高層建筑水平應(yīng)力其主要的控制作用，所以我們?cè)谶x擇結(jié)構(gòu)形式的時(shí)候，水平應(yīng)力就應(yīng)該是主要的考慮因素，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如筒體結(jié)構(gòu)。二.建筑材料的選擇。在建筑材料的選擇上，低層建筑而言我們一般選擇鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于高層建筑而言，我們要考慮減輕它的自重和地震等的影響，所以一般會(huì)選擇高強(qiáng)度混凝土可以減小結(jié)構(gòu)截面和減輕結(jié)構(gòu)自重，填充墻材料宜采用輕質(zhì)墻體。三.高寬比是建筑物的總高度和傾覆方向支承體系的總寬度之比。高寬比對(duì)高層建筑物的造價(jià)影響相當(dāng)大，有時(shí)甚至比建筑物的絕對(duì)高度影響更大。四.新技術(shù)的使用。近年來，隨著信息化的發(fā)展，很多新技術(shù)也不斷被建筑行業(yè)應(yīng)用，但是由于新技術(shù)帶來的成本提高，使得在應(yīng)用中我們必須要掌握好工程造價(jià)和新技術(shù)之間的使用平衡。

3.3在安全美觀方面

建筑的結(jié)構(gòu)和外觀造型體現(xiàn)著該地區(qū)的建筑水平和文化發(fā)展。所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安全美觀這方面，也有著積極的影響。如澳大利亞的悉尼歌劇院，圖中貝殼形尖屋頂，是由2194塊每塊重15.3噸的彎曲形混凝土預(yù)制件，用鋼纜拉緊拼成的，外表覆蓋著105萬塊白色或奶油色的瓷磚。外形美觀且有文化特點(diǎn)，它是悉尼藝術(shù)文化的殿堂，更是悉尼的靈魂，是公認(rèn)的20世紀(jì)世界十大奇跡之一，是悉尼最容易被認(rèn)出的建筑，這一切都?xì)w功于偉大的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

對(duì)于目前我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中還應(yīng)該注意一些問題：如盡量采用節(jié)約型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以適應(yīng)我國(guó)節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì);提倡使用概念性的設(shè)計(jì)方法;對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一些量化的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定等。

結(jié)語

通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，不僅可以有效降低預(yù)算成本和工程造價(jià)，還可以滿足建筑的功能要求。在此過程中，需要強(qiáng)調(diào)的是經(jīng)濟(jì)收益、建筑質(zhì)量應(yīng)當(dāng)兼顧，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，既要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，又要強(qiáng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 李能能，董斌.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用探討[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2013，12：73-75.

[2] 周漢杰.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居（下旬刊），2014，01：117.