探讨如何有效提高建筑结构设计质量

林振宇

摘要：本文分析了建筑结构的设计特点，以高层建筑结构设计理论为基础，以现行的国家相关规范标准为根据，对有效提高建筑结构设计水平进行了深入的分析研究，得出了一些具有实用价值的结论.

关键词：建筑结构 建筑设计 设计质量 结构优化

前言：随着我国城市化进程的加快,我国的房地产市场交易日益活跃,房屋价格节节攀升,对于老百姓而言,买房是平生的头等大事,几乎花掉大半生的积蓄.因此房屋的质量不仅关系到人们的切身利益,还在危急时刻直接影响到生命财产安全。作为一名结构工程师,我们必须把设计质量放到最最重要的位置,设计前深思熟虑,设计中一丝不苟,采取多种措施确保并提高结构设计质量。

我国建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有；

水平力是设计主要因素

在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层

建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

侧移成为控制指标

与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

3、抗震设计要求更高

有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

4、轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

5、结构延性是重要设计指标

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

二、有效提高建筑结构设计水平的措施

1、重视概念设计

人们在实践的基础上,由感性认识上升到理性认识,从而形成概念,它反映了客观事物的本质特征。概念设计是结构工程师一项不可或缺的基本功,正确的概念设计好比是选择了一条正确的道路,是结构设计合理、安全、经济的前提,它贯穿于工程设计的全过程。概念设计必须通过深厚的基础理论、对结构原理和力学性质的深刻理解和长期而丰富的工程经验积淀而成。结构工程师只有具备高水平的概念设计,才能完成高水平的设计成果。

2、正确运用计算机辅助设计

当前,计算机辅助设计系统在建筑设计领域被广泛应用,工程师在计算机上进行结构分析工作,用计算机辅助完成大部分的图纸设计,因此了解计算机程序的功能、正确使用设计软件直接影响到结构设计的水平。中国建筑科学研究院PKPMCAD 工程部开发的PKPM系列微机建筑工程CAD 系统、广东省建筑设计研究院和深圳市广厦科技有限公司联合开发的广厦建筑结构CAD 等等都是比较优秀的建筑设计软件,涉及的内容比较全面,与AUTOCAD兼容,可操作性强。需要指出的是设计软件都是根据国家现行规范的要求结合不同的结构体系的受力特点加以模拟简化得来,因而设计软件都有一个有效使用期限和合理适用范围。随着建筑业的发展,建筑物规模越来越大,形式也日趋复杂,使得建筑结构设计的内容增多,难度增大,这就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围,熟悉和掌握各项参数的选取条件,真正做到计算机为人服务,为工程设计服务。

3、综合考虑优化结构设计

在结构设计中要考虑优化设计,综合考虑各方面因素,尽量采用最为经济和合理的方案。全面考虑各个受力构件的可能承受的各种荷载,竖向承重构件把竖向荷载传递到基础上,还承受风和地震等水平荷载,以及温度应力,这些都要考虑到.布置时要把承重构件放在有利于承受水平荷载和温度应力的位置。要限制剪力墙的间距,确定楼板刚度满足整体工作的要求。水平承重构件的布置,也要综合考虑多方面因素,力争做到传力路径简短,以最快的方式将楼面上的荷载传递到主梁上,再由柱和剪力墙传递到基础和地基。在设计地基基础时,要根据基本理论知识,结合丰富的实际经验,预见可能出现的各种问题,并分析出合理的解决方案。计算过程要牢记“强柱弱粱、强剪弱弯、强压弱拉”的原则,不可随意加大配筋量,要考虑构件的延性性能,对薄弱部位注意加强。对于钢筋的锚固长度尤其是直线段锚固长度,要注意温度应力的影响。平面和立面的布置,要按照均匀、对称和规整原则进行,考虑多道防线,力争避免出现薄弱层。结构的选型和布置及计算的整个设计过程,要综合考虑各方面因素,并进行极限状态的验算,以保证结构设计的方案安全合理。

4、加强抗震设计的理念

高层建筑在承担必要的建筑物垂直荷载以外，更为重要的是要能有效承受侧向风荷载及地震的冲击。高层建筑结构之抗侧力刚度在高度的方向上在每一层均存在变化，所以，在建筑物的多层之间，将会出现部分相对薄弱的层面，这也是侧向变形与应力的集中之处，因而在建筑物结构设计时要全力避免。在高层建筑的设计中，应当努力减少各相邻层面间的刚度偏心矩之变化。比如，我国目前的抗震设计规范，对与建筑物的抗震提出三大水准之设防要求、两阶段的设计方式，其中，第一阶段之设计应当运用第一水准烈度之地震动参数，从而计算出建筑结构在弹性状态之下的地震效应及构件的截面大小。在第二阶段的设计中，应当采用第三水准烈度之地震参数核算结构薄弱层，或者对薄弱环节弹塑性层间进行侧向位移或转角，从而使设计小于规范所规定之限值。

5、建立有效的设计管理机制

与繁荣的建筑材料市场和日臻成熟规范的建筑装饰市场比较，建筑结构设计还没有形成一个健全的市场，似乎也没有形成一套可控的管理机制。由于在这一领域对保护知识产权概念的漠视，有相当多的开发商在项目发包时，文件载明不付设计费，由施工中标单位按低于国家收费标准替其支付给设计中标单位所需费用。也有施工单位为拿下工程项目，主动提出愿意提供“免费设计”。这实际是“羊毛出在羊身上”“，打掉牙往肚里咽”，从施工的利润中抽取必要的设计成本，因此自然会想方设法压低设计费的支出。设计单位没有拿到足够的经费，也有一套对应的办法。设计师“搬砖头”，电脑绘图员从过去用过的图形中随意粘贴，这样拼凑成的“设计”其水平可想而知。设计服务是劳动，设计成果是商品，设计“不要钱”严重违背了劳动价值规律和公平交易的市场准则。

三、结束语

总之，高层建筑结构设计的任务极为繁重，工程设计人员要认真地学习各项业务规范，不断提高自身理论知识水平，按照高层建筑工程的具体状况，结合自身实际工作经验，准确抓住高层建筑工程之设计要点，对所计算的结果进行合理的分析与科学的判断，运用恰当的处理方法作出一定的调整与完善，这样才能设计出具有过硬质量和优秀品质的高层建筑。

参考文献

[1]李志;高层建筑抗震设计分析[J];中外建筑;2010年01期.

[2]霍炬.浅谈高层住宅建筑结构形式及设计[J].建筑节能，2006（4）.