浅谈建筑结构设计的相关要点

浅谈建筑结构设计的相关要点

肖竞煜

珠海市规划设计研究院519000

摘要：结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。基于此，本文首先阐述了建筑结构的基本要求，分析了建筑结构设计的过程，并就其设计的相关要点进行了探讨。

关键词：建筑；结构设计；设计要点

引言：

结构是建筑物赖以存在的物质基础，在一定意义上，结构支配着建筑，这是因为，任何建筑物都要耗用大量的劳力和材料来建造，建筑物首先必须抵抗或承受各种外界的作用如风力、重力、地震等，合理的选择结构材料和结构型式，即可满足建筑物的美学原则，又可以带来经济效益，因此，对建筑结构设计的研究有着十分重要的现实意义。

1.建筑结构的基本要求

1.1稳定

整体结构或结构的一部分作为刚体不允许发生危险的运动，这种危险可能来自结构自身，也可能来自地基的不均匀沉陷或基土的滑移，例如意大利的比萨斜塔由于地基不均匀沉降引起的倾斜。

1.2平衡

平衡的基本要求就是保证结构和结构的任何一部分都不发生运动，力的平衡条件总能得到满足，从宏观上来看，建筑物总是静止的。平衡的要求是结构与“机构”即几何可变体系的根本区别，因此建筑结构的任何部分都应当是几何不变的。

1.3经济

现代建筑的结构部分造价通常不超过建筑总造价的30%，因此，结构的采用应当是使建筑的总造价最经济。结构的经济性并不是指单纯的造价，而是体现在多个方面，而且结构的造价受材料和劳动力价格比值的影响，还受施工方法、施工速度以及结构的维护费用的影响。

1.4美观

美学对结构的要求有时甚至超过承载能力的要求和经济要求，尤其是象征性建筑和纪念性建筑更是如此，应当懂得，纯粹质朴和真实的结构会增加美的效果，不正确的结构将明显的损害建筑物的美观。

1.5优化

应在建筑方案设计的基础上，在满足结构安全的前提下，充分优化结构设计，必要时应委托专业的设计公司进行结构设计和结构的优化设计，降低建筑物的自身荷载，减少主要材料的消耗，通过工程概算及其主要技术经济指标分析结构设计的优化程度。

2.建筑结构的设计过程

结构设计的阶段大体可以分为三个阶段，结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。

2.1方案阶段

根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

2.2计算阶段

首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。

2.3施工图设计阶段

根据建筑结构设计中的计算结果，建筑结构施工结构图主要表达房屋的结构类型，梁、板、柱（墙）等各构件布置，构件的材料、截面尺寸、配筋，以及构件间的连接、构造要求，在施工图中注明结构设计说明以及基础平面图与详图等施工图设计内容。

3.建筑结构设计要点

3.1重视概念设计

概念是人们在实践活动的基础上，通过感性认识上升到理性认识而形成的。是一种反映事物本质特征的思维形式，它反映的是客观事物的本质的、一般的特征。概念设计就是以工程概念为依据，对所设计的对象作宏观的控制，具体地说就是选定方案，包括总结构体系和所有分结构体系的布局和处理原则。

概念设计的水平，取决于深厚的基础理论，对力学性质和结构原理的深刻理解、丰富的工程实际经验，以及设计人员分析问题、解决问题的能力，它是一种综合设计能力的体现。只有富于创新并具有丰富实践经验的结构设计人员才能协同建筑师去实现理想的构思。这种设计理念从宏观角度弥补了以往设计思路对建筑结构设计思考的不足之处，为今后的工民建结构设计开辟了新路。

3.2刚柔相济

良好的建筑结构体系应该是刚柔相济的。太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力（如地震）瞬间袭来时，会吸收较大的能力，容易造成局部受损最后全部毁坏，因此在进行建筑结构设计的工程中，采取刚柔相济的设计方法是建筑结构设计的最优状态。

3.3做好抗震设计

我国是一个多地震国家，汶川地震给我们带来了惨痛的教训，保证建筑物的抗震性能以减少地震发生时的人员伤亡和财产损失是一个关乎民生的重要问题。因此，提高建筑结构抵抗地震的能力是提高建筑结构设计水平的一个必不可少的组成部分。对于抗震设计，我国目前建筑结构的抗震设防原则是“大震（超越概率2%）不倒、中震（超越概率10%）可修、小震（超越概率63%）不坏”。地震具有随机性、复杂性和不确定性，目前是很难做到准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数。而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏过程和破坏机理十分复杂。由于未能充分考虑结构的非弹性性质、阻尼变化、空间作用、材料时效等多种因素，在结构分析方面也存在着不确定性。因此，结构抗震设计问题不能完全依赖“计算设计”解决。应立足于长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念及工程抗震基本理论，从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应，灵活运用抗震设计准则，按照结构的破坏过程，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意到关键部位的细节构造，又顾及总体布置上的大原则，从根本上提高结构的抗震能力。

3.4多道设防

安全的结构体系应多层设防，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的，一旦此构件遭受破坏，后果不堪设想，有可能造成整个结构体系摧毁。所以灾难来临时，所有抵抗外力的结构都应在通力合作，形成一个整体。如多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。也许我们会自信计算结果的正确性，但更要牢记各种荷载的作用具有不确定性，绝对安全的防备构件是不存在的，应该多多考虑：当第一道防线垮了，还有第二道防线，甚至第三、第四道，结构应该预留足够的安全储备。

结束语：

总之，结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行，始于足下。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。

参考文献：

[1]纪荣洋.王文可.潘可明.建筑结构设计经验探讨[J].低温建筑技术.2012（13）.

[2]莫雪辉.深度探讨如何提高建筑结构设计水平[J].科技资讯.2012（05）.

[3]齐建民.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].科技资讯.2015（11）.