何艷 李政

（杭州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310008）

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)現(xiàn)狀

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑的類型、規(guī)模和功能也更加復(fù)雜化。尤其在一、二線城市，建筑設(shè)計(jì)也在由規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工到管理各階段分步分塊走向統(tǒng)一協(xié)調(diào)的一體化過(guò)程轉(zhuǎn)變發(fā)展，綠色建筑、海綿城市及裝配率要求等，設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的因素越來(lái)越多，對(duì)設(shè)計(jì)師們自身掌握的知識(shí)及與各工種各部門之間的配合要求也越來(lái)越高。這對(duì)建筑行業(yè)帶來(lái)考驗(yàn)的同時(shí)，也促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。因此，對(duì)于設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)師需科學(xué)有效的調(diào)整設(shè)計(jì)，解決相應(yīng)的問(wèn)題，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用及遵循的基本原則

（一）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，首先需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的水文情況和地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)分析，其次在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，根據(jù)建筑的平面功能及立面體型，對(duì)建筑基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，保障建筑工程的安全性和穩(wěn)定性。然后，選擇安全經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系，合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并與各工種配合以減少圖紙矛盾，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。目前，許多大型的建筑物其內(nèi)部的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)難度相對(duì)較高，對(duì)此為保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須以施工單位的技術(shù)水平和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)勘測(cè)信息為依據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。確保建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案科學(xué)、可行。

（二）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的基本原則

結(jié)構(gòu)功能的可靠性主要體現(xiàn)在安全性、適用性以及耐久性三方面。安全性是建筑結(jié)構(gòu)自身在外力作用下不發(fā)生破壞，整體穩(wěn)定，即承載力極限狀態(tài),對(duì)于建筑突然受到一些外力影響時(shí)，確保其只發(fā)生一些細(xì)微部位的損壞，而不會(huì)出現(xiàn)整體性的破壞,例如在地震時(shí)做到小震不壞,中震可修,大震不倒；適用性指在正常使用階段，科學(xué)判斷其綜合性，無(wú)較大的裂縫和變形產(chǎn)生，即正常使用極限狀態(tài)；耐久性指結(jié)構(gòu)在正常使用環(huán)境作用下，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，對(duì)建筑物進(jìn)行科學(xué)有效的正常維修養(yǎng)護(hù)，避免其發(fā)生風(fēng)化、滲漏和銹蝕，使其能完成預(yù)定功能。以人為本，充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的功能是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，在此基礎(chǔ)之上還要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、施工方便、美觀等高標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)問(wèn)題

（一）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所存在的問(wèn)題

結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑安全的重中之重，包括場(chǎng)地周邊相鄰建筑情況，地質(zhì)水文情況對(duì)基礎(chǔ)形式及施工方式的選擇都有非常緊密的聯(lián)系。地下土質(zhì)與周邊環(huán)境隨著不同的項(xiàng)目場(chǎng)地都有著不同的實(shí)際問(wèn)題與不利情況，這就要求在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)需要多方面的綜合考慮及經(jīng)驗(yàn)積累。然而現(xiàn)在在較高強(qiáng)度的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員容易想當(dāng)然，按常規(guī)情況布置設(shè)計(jì)，使整個(gè)建筑基礎(chǔ)存在相當(dāng)大的隱患。例如淤泥地區(qū)大面積堆載造成的樁負(fù)摩阻力等。

（二）建筑設(shè)計(jì)圖紙中所存在的問(wèn)題

在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，圖紙是不可或缺的一部分，然而圖紙的質(zhì)量有待提高。一些常見(jiàn)的建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題中，圖紙質(zhì)量就是其中之一。影響圖紙質(zhì)量的因素非常多，如各工種之間協(xié)調(diào)問(wèn)題、施工計(jì)劃的調(diào)整頻率過(guò)高及相關(guān)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技能不過(guò)關(guān)等，圖紙質(zhì)量降低會(huì)影響到建筑的整體質(zhì)量，及后期施工的施工進(jìn)度。尤其常見(jiàn)的是結(jié)構(gòu)與建筑、設(shè)備專業(yè)之間互相矛盾，造成凈高問(wèn)題等，頂板、坡道、樓梯、屋面等功能復(fù)雜部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件與管道碰頭，造成后期敲鑿開(kāi)洞，都會(huì)對(duì)施工質(zhì)量造成較大的影響。

（三）建筑結(jié)構(gòu)布置存在的問(wèn)題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)形式方案的選取尤為重要。隨著技術(shù)發(fā)展，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)為了更加突顯建筑的功能，而無(wú)底線的犧牲結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間，相應(yīng)地減少框架柱、剪力墻的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，建筑越來(lái)越多的大懸挑、轉(zhuǎn)換構(gòu)件等形式，很大程度上降低了構(gòu)件的抗震能力。

結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，力爭(zhēng)均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。然而部分建筑在設(shè)計(jì)初期就存在轉(zhuǎn)換層及首層開(kāi)洞不符合規(guī)定的問(wèn)題，導(dǎo)致建筑整體都不合理，在進(jìn)行復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有充分考慮到平立面的尺寸及承載力所能夠承受的抗震能力，這些都是在設(shè)計(jì)布置時(shí)所呈現(xiàn)出來(lái)的一部分問(wèn)題，需設(shè)計(jì)者不斷改進(jìn)。

（四）異形柱的技術(shù)不夠成熟

許多設(shè)計(jì)人員為了建筑物的美觀及提升建筑物整體的觀感，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，導(dǎo)致建筑問(wèn)題頻發(fā)。異形柱就是指在設(shè)計(jì)過(guò)程中將柱截面設(shè)計(jì)為 L 形、T 形、十字形。我國(guó)對(duì)于異形柱的研究還不夠深入，發(fā)展還不夠成熟，在運(yùn)用過(guò)程中，許多設(shè)計(jì)人員由于自身的能力不足，并不具有隨心所欲地使用異形柱進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力，使建筑結(jié)構(gòu)存在大量的安全隱患。

（五）綠色結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步發(fā)展

建筑行業(yè)高速發(fā)展，必然帶來(lái)一定程度的環(huán)境污染，建造高樓的鋼材、混凝土等能否循環(huán)再利用，場(chǎng)地雜填土的處理，土地資源的日益減少都是建筑設(shè)計(jì)可持續(xù)發(fā)展的攔路虎。

四、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全問(wèn)題

（一）材料使用不當(dāng)

在建筑設(shè)計(jì)中，材料的采購(gòu)非常重要。建筑除設(shè)計(jì)外最重要的就是建筑本身的材料。建筑材料的質(zhì)量將影響整個(gè)建筑的安全性和可靠性。由于對(duì)建筑的要求不同，所需的建筑材料也不同，一些施工單位為了控制工程的綜合造價(jià)，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)選擇節(jié)約材料成本，留下安全隱患，影響施工者及建筑使用者的生命安全。

（二）建筑設(shè)計(jì)方法落后

在建筑行業(yè)里，設(shè)計(jì)理念是不斷更新的，但由于部分設(shè)計(jì)者自身的設(shè)計(jì)能力與理念相對(duì)落后，仍舊采用最傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法，缺乏各種因素所帶來(lái)的安全問(wèn)題的綜合考慮，導(dǎo)致建筑工程的施工質(zhì)量與效率較低，很難保證建筑的安全性能。

五、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)策略

（一）優(yōu)化建筑地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑方案是關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)地勘報(bào)告仔細(xì)判讀，合理分析并結(jié)合工程具體結(jié)構(gòu)所需的基礎(chǔ)承載力來(lái)選取合適經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)形式。例如易被暴雨侵襲地區(qū)，水位上漲引起水浮力飆升，這就需要設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)充分考慮當(dāng)?shù)厮?，通過(guò)增加結(jié)構(gòu)荷載及剛度或布置抗拔樁、抗拔錨桿等抗浮構(gòu)件來(lái)抵抗建筑整體上浮。另外優(yōu)化樁筏基礎(chǔ)的布樁方式，而非一味按照傳統(tǒng)的“均勻布樁”方式，采取柱墻下布樁，可以有效地減少筏板基礎(chǔ)的局部彎矩，進(jìn)而減小底板配筋；對(duì)于布樁強(qiáng)弱的調(diào)整，包括樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距以及樁身剛度，根據(jù)上部墻柱構(gòu)件剛度分布巧妙調(diào)節(jié)樁的布置可使樁筏基礎(chǔ)合理又經(jīng)濟(jì)。

（二）優(yōu)化設(shè)計(jì)自身及與跟部門的配合模式

設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)人員應(yīng)及時(shí)更新計(jì)算參考圖紙，在進(jìn)行構(gòu)件的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證計(jì)算參考圖紙的誤差值控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。另外在選取建筑物主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案時(shí)不但需要參考其外觀形狀，還要參考相關(guān)設(shè)計(jì)方案的可行程度及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否合理，選取的設(shè)計(jì)方案需要符合建筑主體結(jié)構(gòu)外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)定和需求。特別是對(duì)于荷載及其受力情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要遵照傳力系統(tǒng)簡(jiǎn)明、受力狀態(tài)均勻清晰的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，防止出現(xiàn)受力集中導(dǎo)致建筑物的主體結(jié)構(gòu)剛度受到影響的情況。另外為保證施工進(jìn)度提高施工效率及各部門之間的交流銜接，我過(guò)引入BIM 技術(shù)，將傳統(tǒng)二維圖紙三維立體化，項(xiàng)目中相關(guān)信息形成集成的工程數(shù)據(jù)模型，這樣建筑哪些位置有碰撞，哪些位置凈高不足更明確，將問(wèn)題解決于施工前，可大大提升工程效率與質(zhì)量。

（三）做好重點(diǎn)部分的設(shè)計(jì)

1.科學(xué)計(jì)算主體框架柱分布

框架柱在框架結(jié)構(gòu)中直接影響建筑結(jié)構(gòu)安全系數(shù)，根據(jù)建筑平面功能結(jié)合建筑的質(zhì)量分布情況，制定框架柱的具體布置方案，科學(xué)地計(jì)算出主體框架柱的尺寸。框架柱截面尺寸主要受軸壓比控制，柱的延性隨軸壓比增加而減小，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使軸壓比留有余地以提高柱的延性。柱的截面形式宜采用正方形或長(zhǎng)寬比較小的矩形；盡量避免短租；盡量使柱受力為大偏心受壓；采用復(fù)合箍增強(qiáng)對(duì)混凝土的約束等方法來(lái)提高軸壓比優(yōu)化柱子延性。保證構(gòu)件的“強(qiáng)柱弱梁”，設(shè)計(jì)時(shí)考慮板的翼緣作用，控制梁鋼筋的超配系數(shù)，相應(yīng)加強(qiáng)柱縱筋和箍筋，切實(shí)提高柱端受彎承載力，注意梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋過(guò)多易造成柱箍筋難以加密，這些問(wèn)題不引起重視都會(huì)造成框架節(jié)點(diǎn)破壞。

2.提升剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性

在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在考慮滿足室內(nèi)舒適性的同時(shí)，還要考慮外墻對(duì)于承重方面的影響，不能過(guò)度的追求舒適性而輕視建筑承重的極限。所以，在保證外墻尺寸合理的情況下，利用一些供暖以及制冷的方法提高建筑物的舒適性是非?？扇〉摹Ｈ纾焊邔咏ㄖ兗袅Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣也是允許的，剛度明顯大于剪力墻－框架結(jié)構(gòu)，在抗震性能上，要明顯地優(yōu)于框－剪結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)建設(shè)的成本要高于前者，若建設(shè)周期長(zhǎng)或者是市場(chǎng)定位是高檔住宅小區(qū)等，優(yōu)先設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)，但是同時(shí)也應(yīng)避免大開(kāi)式的剪力墻設(shè)計(jì)。并且，當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)增加少量框架時(shí)，在結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)上，需要圍繞剪力墻進(jìn)行全方位的分析，采取包絡(luò)設(shè)計(jì)等，且結(jié)構(gòu)體系要清晰，框架柱按照EA 實(shí)際情況確定數(shù)值，EI 的取值要偏小等等。

（四）優(yōu)化結(jié)構(gòu)綠色設(shè)計(jì)

首先設(shè)計(jì)人員在選擇結(jié)構(gòu)形式和建筑材料時(shí)，不僅只要考慮建筑的安全性，更應(yīng)注重材料的可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計(jì)人員對(duì)于材料質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)，還要考慮到材料的耐用程度，如何設(shè)計(jì)出材料消耗最少的方案，是設(shè)計(jì)者需特別注意的一個(gè)方面，既注重建筑安全又能夠使材料發(fā)揮最大的功效。現(xiàn)在國(guó)家也在各地區(qū)大力推廣裝配式建筑，要求設(shè)計(jì)達(dá)到不同程度的裝配率，促進(jìn)樓板、樓梯、墻體等構(gòu)件的再利用。

（五）設(shè)計(jì)人員自身能力的提高

許多建筑設(shè)計(jì)的問(wèn)題，除了材料、地形、天氣等因素的影響，最不應(yīng)忽視的就是設(shè)計(jì)者自身的能力，由于個(gè)別設(shè)計(jì)者能力有限，易導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。在招聘設(shè)計(jì)師時(shí)，要提升對(duì)設(shè)計(jì)能力的要求。對(duì)于已經(jīng)招聘的設(shè)計(jì)人員，要定期進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)及技術(shù)能力的培養(yǎng)，提升設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力。在工作之余，設(shè)計(jì)人員之間還可相互進(jìn)行交流探討，更好地提升與發(fā)展設(shè)計(jì)能力。最后，設(shè)計(jì)者還應(yīng)提升自身的責(zé)任意識(shí)，保證設(shè)計(jì)的建筑質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性有目共睹，一個(gè)建筑工程質(zhì)量的好與壞對(duì)人們的安全有著直接的影響。建筑設(shè)計(jì)是一種專業(yè)性極強(qiáng)、責(zé)任非常重大的工作，優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)能夠有效提升建筑物的安全性、適用性、合理性與經(jīng)濟(jì)性，然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，比較容易出現(xiàn)多種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與概念上的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤的出現(xiàn)，第一，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員沒(méi)有重視對(duì)于一般建筑的設(shè)計(jì)工作，沒(méi)有結(jié)合實(shí)際情況，盲目的套用以往的設(shè)計(jì)；第二，則是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)規(guī)范等職業(yè)素養(yǎng)上的不足；第三，一些設(shè)計(jì)人員對(duì)于力學(xué)的知識(shí)不明晰，無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算結(jié)構(gòu)有著準(zhǔn)確的判斷，無(wú)法建立出準(zhǔn)確地計(jì)算模式，減少或者避免這些錯(cuò)誤的出現(xiàn)，對(duì)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量有重要的價(jià)值。