摘 要：為深入探究現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素，提升設(shè)計品質(zhì)并改善工程質(zhì)量，本文系統(tǒng)分析了影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的諸多要素，涵蓋工程地質(zhì)條件、建筑平面布置、建筑結(jié)構(gòu)材料以及抗側(cè)力構(gòu)件等；同時，深入探討了概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施在實際應(yīng)用中的策略，如科學(xué)選定建筑工程基址等，并結(jié)合實例進行了詳盡的論證分析。研究結(jié)果表明，概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的有效運用，對于確保并提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量、增強建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗震性能具有顯著作用。因此，全面優(yōu)化概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施，對于顯著提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平具有至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；概念設(shè)計；結(jié)構(gòu)措施文章編號：2095-4085（2025）02-0082-03

0 引言

當(dāng)前，我國建筑行業(yè)正飛速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為確保建筑質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，其重要性亦日益凸顯。這一過程不僅要求緊密圍繞建筑多樣化的空間功能需求進行概念設(shè)計，還必須精準(zhǔn)把握建筑結(jié)構(gòu)受力特性，從力學(xué)等多重視角出發(fā)，對結(jié)構(gòu)方案進行深度優(yōu)化，旨在不斷拓展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的新境界。概念設(shè)計側(cè)重于引入前沿設(shè)計理念與方法，通過與傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗的對比與融合，不斷完善設(shè)計方案。在此環(huán)節(jié)中，結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性成為首要考量，而在建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計中，概念設(shè)計更需從宏觀視角，如震感機制、結(jié)構(gòu)失效原理等，對設(shè)計形式進行革新優(yōu)化，以確保建筑結(jié)構(gòu)在抗震性能、承載能力、剛度及強度等方面的卓越表現(xiàn)。本文聚焦于影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素，深入探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用，并結(jié)合實例分析具體對策，旨在推動我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展與進步。

1 影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的因素

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是后續(xù)工程安全與穩(wěn)定性的重要保障。影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要因素有工程地質(zhì)條件、建筑平面布置、結(jié)構(gòu)材料以及建筑抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)置等。

（1）工程地質(zhì)條件。很多房屋建筑工程在施工建設(shè)之前，需提前勘查、了解所處地區(qū)工程地質(zhì)條件，如地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)勘查不到位等因素會極大影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平和質(zhì)量，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計要素與工程實際地質(zhì)條件匹配度不高，進而影響建筑物穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)布局。同時，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需進一步了解工程所處地區(qū)氣候條件、自然環(huán)境水平及抗震要求，要避免出現(xiàn)建筑功能需求與結(jié)構(gòu)設(shè)計相悖的情況。若目標(biāo)建筑所處地區(qū)地質(zhì)條件水平不達(dá)標(biāo)，如軟土地基、溶洞、濕陷性黃土等特殊巖土或地質(zhì)，需在地基和基礎(chǔ)設(shè)計環(huán)節(jié)進行專項優(yōu)化，以避免影響建筑質(zhì)量，造成多種安全隱患問題。通常，可進行地基強化處理或直接換土重填，并配合樁基礎(chǔ)施工技術(shù)，來改善建筑物結(jié)構(gòu)承載力及穩(wěn)定性水平。

（2）建筑平面布置。若建筑平面規(guī)劃布局存在過度凹凸或不規(guī)則的情況，則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)凹凸部位受力不均，平面布置存在薄弱部位，這樣的布局容易在地震工況下產(chǎn)生較大變形和裂縫甚至坍塌等風(fēng)險問題［1］。

（3）建筑結(jié)構(gòu)材料。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可應(yīng)用新材料等新型技術(shù)手段，全面提升建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，以確保建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點牢固、準(zhǔn)確、可靠，進而提升結(jié)構(gòu)剛度與強度。建筑結(jié)構(gòu)布局需立足于建筑內(nèi)不同空間功能需求，兼顧人們未來生活與休閑需要，對結(jié)構(gòu)布置要素進行優(yōu)化，以免構(gòu)件及桿件數(shù)量增加而造成結(jié)構(gòu)模塊資源浪費問題；也可以積極應(yīng)用各類新型綠色施工建筑材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，降低工程建設(shè)成本。

（4）科學(xué)合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件。其是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵要素，適用于克服剪力墻及中心支撐構(gòu)件的抗側(cè)力體系。若房屋建筑平面設(shè)置為不規(guī)則形態(tài)，可應(yīng)用抗側(cè)力構(gòu)件著力改善建筑抗扭及抗震效果，同時也可針對建筑結(jié)構(gòu)薄弱部位設(shè)置與之適配的構(gòu)件布置形式。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施

2.1 合理選擇建筑工程基址

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑基址對于結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要。當(dāng)前，不同類型建筑如大型商業(yè)綜合體建筑、高層建筑、工業(yè)廠房建筑等，在抗震與安全性方面要求各不一致，但不同類型的建筑工程均需選擇高抗震屬性的區(qū)域。另外，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計前，需開展地質(zhì)勘查，提前了解工程所處地區(qū)以及相應(yīng)場地的水文地質(zhì)條件，要避免選取地震活動頻繁或地基為軟土、薄弱地基等不良基礎(chǔ)區(qū)域。在地震頻發(fā)的地區(qū)，建筑結(jié)構(gòu)在地震力的沖擊下穩(wěn)固性大幅降低，加之建筑上部結(jié)構(gòu)承載力的疊加效應(yīng)，建筑坍塌的風(fēng)險會顯著增加。若因特殊條件需在不良地質(zhì)區(qū)域施工，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須實施專項加固處理。在規(guī)劃結(jié)構(gòu)時，需全面考慮建筑上部結(jié)構(gòu)的承載能力、地基基礎(chǔ)的沉降等關(guān)鍵因素，以降低設(shè)計風(fēng)險［2］。

以軟土地基為例，因其綜合承載力較弱，需進行地基加固處理。水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）是理想的加固選擇，它兼具穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。CFG樁采用工業(yè)廢料粉煤灰，有助于控制工程造價，且作為高粘結(jié)強度樁，廣泛應(yīng)用于多樁型復(fù)合地基、條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)，以及飽和與非飽和粘性土等多種地質(zhì)條件。憑借其廣泛的適用性和高效的加固效果，CFG樁已成為建筑領(lǐng)域常用的地基處理技術(shù)。

2.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)選型與布局

概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計在側(cè)重點、成果及工作內(nèi)容上各具特色。概念設(shè)計注重從宏觀到微觀的構(gòu)思過程，依賴于設(shè)計師的實踐經(jīng)驗進行定性判斷；而結(jié)構(gòu)設(shè)計則基于前期地質(zhì)勘探等理論基礎(chǔ)，進行精確的定量計算，繪制施工圖。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，融合概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施，旨在優(yōu)化結(jié)構(gòu)選型與布局，確保后續(xù)建筑功能的實現(xiàn)。

設(shè)計結(jié)構(gòu)形式時，需兼顧結(jié)構(gòu)的對稱性與連續(xù)性，避免盲目追求建筑美學(xué)與獨特性而采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)。對于高抗震要求的項目，可采用框架結(jié)構(gòu)結(jié)合加減隔震技術(shù)，并依據(jù)建筑內(nèi)部功能需求進行功能定位與綜合分析，從而確保結(jié)構(gòu)布局的科學(xué)合理性。在此過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可借鑒以往經(jīng)驗，以提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。例如，某工程采用鋼框架主體與鋼筋桁架樓層板廊板，通過抗震縫將E形平面劃分為多個規(guī)則矩形，此選型與布局不僅節(jié)省成本，還顯著增強了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力［3］。

2.3 分析建筑結(jié)構(gòu)受力與結(jié)構(gòu)體系

建筑結(jié)構(gòu)受力分析是確保建筑結(jié)構(gòu)平衡的關(guān)鍵。當(dāng)前，部分建筑設(shè)計過于追求復(fù)雜性和現(xiàn)代感，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜度大幅提升。在應(yīng)用概念設(shè)計時，需深入分析建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，全面評估對標(biāo)建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，以便及時發(fā)現(xiàn)并糾正數(shù)據(jù)處理中的誤差，同時進行優(yōu)化。在綜合評估階段，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合過往經(jīng)驗制定結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)劃，并進行專業(yè)評估。建筑結(jié)構(gòu)受力分析與計算應(yīng)借助專業(yè)軟件，測定各節(jié)點受力情況，以評估變形風(fēng)險。對于不規(guī)則設(shè)計元素，需分析構(gòu)件受力及傳導(dǎo)關(guān)系。在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)體系時，既要考慮整體受力關(guān)系，也要關(guān)注單個構(gòu)件的受力水平，可運用BIM等三維建模軟件，結(jié)合概念與結(jié)構(gòu)設(shè)計要素，構(gòu)建豐富的建筑結(jié)構(gòu)模型，以評估設(shè)計方案的合理性。例如，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員需重點考慮剪力墻的抗側(cè)力、豎向受力及平面外受力，據(jù)此合理確定其厚度與長度，進而優(yōu)化結(jié)構(gòu)選型與布局的抗扭轉(zhuǎn)性能，提升建筑結(jié)構(gòu)的強度與剛度。

2.4 科學(xué)選擇建筑材料

隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，綠色、低碳的施工材料和技術(shù)在建筑領(lǐng)域的低碳轉(zhuǎn)型中占據(jù)著重要地位。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)積極融入新理念，采用新型施工技術(shù)與材料，以實現(xiàn)工程建設(shè)目標(biāo)，并確保結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量與性能。在此過程中，需精心挑選建筑結(jié)構(gòu)材料，明確各項指標(biāo)參數(shù)，如鋼筋、混凝土的選型與配置。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要全面了解當(dāng)前市場廣泛應(yīng)用的鋼筋混凝土材料質(zhì)量性能，在確保與工程結(jié)構(gòu)要求一致的前提下，提升材料性價比。例如，常規(guī)建筑工程可選用C25級以上的混凝土，在建筑結(jié)構(gòu)縱向加固中可采用高強度鋼筋，或選擇其他與結(jié)構(gòu)設(shè)計性能相匹配的材料。對于非抗震樓板構(gòu)件，可選用CRB 600H鋼筋，其強度達(dá)430N/mm2，完全滿足非抗震樓板構(gòu)件的運維需求，同時有助于降低材料采購成本，有效控制工程造價［4］。

2.5 確定關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

關(guān)鍵參數(shù)包括橫向剛度、振動周期和層間位移角等，需在概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施優(yōu)化中合理確定。例如，在剪力墻結(jié)構(gòu)中采用抗側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能承擔(dān)建筑主體80%的風(fēng)荷載和水平地震作用，可增強建筑的穩(wěn)定性和剛度。同時，還需優(yōu)化建筑周期比，明確結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動與扭轉(zhuǎn)剛度的分布，以防止建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)或形變。層間位移角作為樓層層高與層間位移的比例，可評估結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度與不規(guī)則性，通過控制該參數(shù)，可有效避免構(gòu)件形變導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)開裂問題。

3 應(yīng)用案例分析

本文以某地大型建筑為例，深入探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施。該建筑地上18層，地下2層，總建筑面積為72，865m2。為全面了解該建筑項目的具體情況，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員開展了全方位調(diào)查研究，并結(jié)合建筑功能需求確定了結(jié)構(gòu)設(shè)計要素，如結(jié)構(gòu)形式、地基、混凝土強度等級、結(jié)構(gòu)安全等級等。該建筑主體為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為筏板基礎(chǔ)、獨立承臺基礎(chǔ)。建筑抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級。

3.1 選擇施工場地

該建筑工程開展結(jié)構(gòu)設(shè)計時，綜合應(yīng)用了概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施，在優(yōu)化前期工程選址，明確場地位置后，再通過地質(zhì)考察結(jié)果確定地基類型和地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在施工現(xiàn)場開展了地質(zhì)勘探調(diào)研，重點圍繞土層、水文等基礎(chǔ)信息收集數(shù)據(jù)，以此作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)。該建筑項目地基以上土質(zhì)分層主要為中等風(fēng)化花崗巖、砂土狀強風(fēng)化花崗巖、碎石強風(fēng)化花崗巖、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粘性土等。場地地下水初見水位埋深為0.2～8.5m，標(biāo)高為12.5～35.4m；鉆孔穩(wěn)定水位埋深為0.1～8m，標(biāo)高為12.7～35.9m。地基持力層及以下土為粗砂、粉質(zhì)黏土及雜（素）填土。該建筑工程根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果與地基受力結(jié)果確定地下1層與2層層高分別為3.2m和3m，應(yīng)用筏形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)厚度為1.5m。若施工中存在濕陷性土層，需開展換土重填，挖除濕陷性土層后再開展基礎(chǔ)施工。

3.2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震性能

該項目建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心在于優(yōu)化抗震性能。通過全面分析抗震性能的相關(guān)數(shù)據(jù)要素及其影響因素，對比不同施工材料的抗震性能，結(jié)合防震數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，精選適配的施工材料。同時，應(yīng)深入考察建筑材料市場，綜合廠家、性能、參數(shù)及性價比等因素，選定符合工程抗震需求的原材料，并明確其生產(chǎn)指標(biāo)，強化材料性能。例如，在剪力墻及結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要根據(jù)結(jié)構(gòu)需求精準(zhǔn)調(diào)整鋼筋、構(gòu)件等材料的尺寸與參數(shù)，從而實現(xiàn)指標(biāo)化管理，以確保所選材料能有效提升建筑的抗震能力［5］。

3.3 設(shè)置防震縫與后澆帶

防震縫是震區(qū)房屋設(shè)計的關(guān)鍵要素，能將建筑結(jié)構(gòu)分隔為多個獨立且規(guī)則、剛度均勻的單元，防止地震時相鄰結(jié)構(gòu)單元碰撞，減輕地震對建筑的負(fù)面影響。設(shè)置防震縫及后澆帶時，需精確定位防震縫位置，并同步采用保溫隔熱及防水設(shè)計，以避免施工難度增加、成本上升或影響建筑外觀。為增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，該建筑采用十字交叉型連拼結(jié)構(gòu)，通過增設(shè)后澆帶與防震縫，有效提升了混凝土澆筑質(zhì)量，改善了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)及溫度應(yīng)力問題。

3.4 調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)

該建筑應(yīng)用了框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，可以將實際周期折減系數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)之一。若該系數(shù)減小即具體剛度會隨著總剛度的增加而增加，可確保該建筑結(jié)構(gòu)的實際周期折減系數(shù)處于0.7～0.8。應(yīng)用多塔形式需要以三倍層數(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定振型數(shù)，同時考慮建筑豎向荷載參數(shù)對梁結(jié)構(gòu)的受力影響，可設(shè)置跨中彎矩，以改善梁體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域運用概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施時，需精準(zhǔn)識別并把握影響設(shè)計的核心要素，進而實現(xiàn)建筑工程基址的優(yōu)化遴選、建筑結(jié)構(gòu)選型與布局的合理性提升、結(jié)構(gòu)受力分析與體系構(gòu)建的精確性確定、建筑材料的科學(xué)選用，以及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)定。本文通過剖析具體的應(yīng)用案例，深入探討了概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的實踐應(yīng)用，旨在為建筑行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量優(yōu)化提供有益的參考與啟示。

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作者簡介：周偉（1987—），男，漢族，山西太原人，工程碩士，高級工程師。研究方向：建筑結(jié)構(gòu)/巖土。