探析建筑结构设计的要点

李明明

（重庆市江津区建筑勘察设计院，重庆 402260）

0 引言

建筑结构的设计工作是整个建筑工程当中的基础环节，没有良好的设计图纸就很难有高质量的建筑工程，建筑结构的设计也会直接影响到后期的建筑施工和整个项目工程的推进。与时代发展相适应，建筑结构方面的设计也趋向多元化发展，同时，作为整个项目工程的基础环节，结构设计也渐渐显露出一些问题，行业也迎来了新的挑战。目前，在整个建筑行业，能够借助主动解决建筑设计与项目实际施工过程中的矛盾来进行一定调和，一定程度上能够保证项目的推进和质量水平。但在设计人员进行设计工作的过程中，必须实现考虑好结构设计程序，严格遵照国家相应的规范和科学要求来合理设计执行每个工作步骤。必须严格遵照保护环境、经济发展、安全美观等基本原则，确保设计阶段能够科学高效进行。

1 建筑结构设计的特点

（1）复杂性。建筑结构设计的复杂性体现在两个主要方面：①处理技术是经济和合理的，在结构安全的条件下，同一设计任务可以包括多个结构设计方案。即使使用相同的组件，也可以使用不同的加固方案。因此，在建筑结构的设计方面，一般没有完全标准的方案，只有相较而言较优的方案，对于一个优秀的设计师而言，其重要的能力之一就在于能够从诸多方案中选取最佳方案。②结构设计中还会存在许多不确定因素，例如材料设计、结构载荷、部件应力和应变[1]。

（2）应用性。建筑结构设计的最终目的是要运用到实践当中，是需要指导项目的实施与推进，因此要求具体、简介与灵活。设计师在实际设计时可能难以直接获得相关的计算结构，但能够结合实际需要进行及时有效的调整，然后选择相类似且更佳的方案。

（3）创新性。对于任何设计人员来说，创新是他们工作的灵魂，当传统的设计方法遇到瓶颈或者难以满足现代社会的需求时，设计人员有责任进行改进与创新，同时不断研发新的技术手段，推动该领域的进步与发展。

2 建筑结构设计的原则

（1）对于主导目标要参照相应规范要求。

（2）对于设计过程中计算公式的运用，要遵循简便、直接、常见且概念清晰的原则。此外，在整个设计过程中，对于传力构件的使用方面，要尽可能避免以抗扭作为主导的关键性传力构件的使用[2]。

（3）构件的设计要均匀且连续，杜绝软弱层、上下层弯曲刚度与轴压刚度突变的现象

（4）要重视结构相互作用的机理，在设计规划过程中参照规范与相应机理。

3 建筑结构设计中的常见问题

（1）基础建模不合理。基础建模不合理不单单会造成施工现场的地质下沉，还会进一步增加施工难度，极大了影响了建筑物的质量、安全性和整个地基的承载力，使其更容易变形。

（2）结构计算问题。在进行结构设计时也要关注结构计算问题，主要包括以下方面：①下部框架的砌体结构进行计算的过程中，针对层较弱的部位通常采用下部剪切法，而对刚度比较均匀的多层结构才能够采用下部剪切法。②要注意负载值的取值。比如，在进行基础设计时需要考虑风荷载。③要注意周期性的折减系数问题。

（3）结构设计人员的设计水平存在问题。对于设计工作我们发现，存在相当一部分设计人员难以实时掌握新规范、新标准和新要求，自主学习能力差，总习惯使用原有或者已经废止的规范要求，这显然也会直接影响他们进行结构设计时的思路，甚至是使设计不合标准，这实际上对于项目的质量也有直接的影响。

（4）建筑框架结构的不合理设计。对框架结构进行设计的过程中，如果承重柱的高度过小，那么柱头的抗弯强度也会相应降低，一旦出现地震，房屋安全问题就难以保障。针对建筑框架设计诸多不合理的地方，建筑结构设计时一般会忽略垂直框架的设计要求。对于竖向框架的设计来说，其主旨在于抗震，若忽略这方面的要求或者设计不科学，那么也会导致建筑物难以承受地震带来的影响，进而造成配筋与胯中纵筋的分布不均。此外，对于剪刀墙的结构来说，墙壁连接处的四个分支连接坡为单梁。这一设计中最为常见的例子是阳台的设计，这是由于阳台横梁的负载较小，工作人员会将其设计为单梁，一方面能够减少梁的承载能力，同时也会给房屋安全性带来一定影响。

4 设计工作中的要点剖析

（1）基础建模。建筑师在计算建筑基础建模的工程数据时需要确保数据准确性，如果不符合要求，则需要先解决，除此之外，有必要进行重复的计算测试。在基础建模时，有必要对建筑物的几何形状和地质条件进行合理分析，并做出合理的选择。

（2）结构计算。首先，我们需要注意负载的适当值。在设计私人多层建筑物（少于8 层）时，使用独立的基座可以消除通用基础主要承重部分中的弱粘性土层，从而使其成为典型的私人建筑物，高度不超过35m，无须计算基础的抗震性。但是，对于不在地震区或属于低层建筑物的私人建筑物，需要确保输入风荷载。其次，确定建筑结构的周期性折减系数，并且所计算的地震剪切力也较小，因此，我们要求要缩短计算过程中的周期。最后，对于下部框架的砌体结构设计和计算，若使用下部剪切法进行计算，需要刚度较为均匀的多层建筑，单弱建筑层较弱，便要对结构塑性变形的情况予以考量。

（3）屋面活荷载取值。对于框架荷载的有关参数研究已经有了成熟且科学的体系，相关参数也得到多年实践的验证与考验，目前仍取0.3kN/m2，在整个设计过程中不予以额外修改。但在屋面结构类型的设计方面，有檀条与屋面板，本文中将活荷载参数预设定为0.5kN/m2。参照《钢结构设计规范》的设计要求在无人登上的屋面荷载设计为0.5kN/m2，但对于荷载面积要求超过60m2的可以乘折减系数0.6[3]。

（4）屋脊垂度要控制。框架斜梁的竖向挠度限值在通常情况下有一定限制，要求为1/180，除了要对坡面斜梁挠度进行有关验算之外，对于是否需要进行跨中下垂度验算的要求，在以往的相关规范中要求较为模糊。据目前掌握的数据我们了解到，在美国，进行框架分析时一般需要将此类内容纳入考虑。美国的框架分析一般要求将对构件实行分段，借助计算截面积的程序进行计算，同时在整个计算过程中要将每一段运算的结果纳入下一个进行的水平和竖直位移的计算当中，每步关联的运算均不能够超过限定值，也就是说要求进行验算跨中垂度。

（5）钢柱换混凝土柱。在现实生活中存在一部分的单位会在设计过程中采用门式刚架，此类钢架的特点在于通常是由混凝土材质的土柱与轻型钢斜梁构成，轻钢材质的斜梁通过混凝土柱中的预埋螺栓与竖放式的端板相接，二者之间进行刚性连接。通过这种连接，施工单位能够有效减少钢材的使用进而降低生产成本，增加利益。对于一些厂房的设计，虽然也会有使用混凝土柱和钢桁架连接而成的结构，但这时的梁柱只能采取铰接的连接途径，不能够使用刚性连接的方式。对于楼层比较多的建筑物来说，钢梁和墙的连接方式与上述方法一致。对于混凝土来说，其在建筑体中通常是一种脆性的材料状态，虽然可以通过建筑构件相互之间的配筋来进行剪力或者承受弯矩的分配，但实际上对于连接处的位置其抗拉性能与抗冲切能力较弱，在受到外界的作用力时非常容易产生松动或者损坏等问题。还有一些公司企业在设计好门式刚架之后，为了促使交易的成功，完全不理会国家对于有关事项的规范与要求，一味纵容业主需求，将钢柱换成混凝土柱，但是却对梁截面需要进行配套修正的规范不予理会。值得注意的是，如果将混凝土柱加钢梁设计成排架这时是合乎标准要求的，但是若将钢架上的钢柱替换为混凝土柱，而钢梁仍为原来的状态，这一操作是不符合国家的安全规范标准与要求的。如果想对建筑体的结构或者材质进行更改，那么相对应的，原有的连接方式也需要进行调整，这也会造成建筑物内部构件和各个部位的受力状况发生变化[4]。建筑结构与几何结构学密切相关，如果在设计和施工过程中不考虑力学规范和科学要求，随意更改或变换，势必会在日后造成不必要的安全隐患。这也提示我们，国家要在今后的工作中，对建筑行业的发展进一步的规范，对一些安全性要求较高的法规进行及时、广泛的发布和宣传。

（6）建筑结构设计图标记清楚。设计人员在进行图纸设计的过程中必须要秉承着严格认真的工作态度，不能有丝毫的马虎大意。在设计过程中，工作人员必须要进行事先检查，并对项目施工过程中存在的一些细节与信息进行必要的标记与关注，图纸信息标注要清晰有效便于查找，而实际施工过程中要求严格遵照设计人员的设计图纸来推进项目的实施，因此，如果设计出的图纸当中相关的数据信息含糊不清或者标记不明会直接影响到整个项目的实施与推进。图纸的设计也需要工作人员进行多次检查与验证，以确保图纸的准确性。工作人员要能够及时发现图纸当中存在的各种问题，并进行必要的修复或补偿，确保整个工程项目的有序推进。

5 结语

简而言之，受整个社会经济发展的变化与影响，人们的需求也在不断地调整和变化，为了满足社会日益增长的人口需要，建筑物的结构在设计方面也开始进行相应的调整，逐渐呈现出多样化的设计特点。因此，在整个建筑物结构设计趋向多元化发展的背景下，也对我们相关的设计人员提出了新的时代要求，设计人员要有高度的责任感，并在实践过程中不断提升自身的工作能力与综合素质，是自己能够在工作过程中及时发现并改正建筑物结构设计中存在的不足与缺陷，确保建筑结构及今后施工的安全性、稳定性与连贯性，进而为整个建筑行业的绿色可持续发展做出相应的贡献。