建筑结构设计现状与问题分析

孙志永

【摘要】伴随着社会主义市场经济的逐步发展，居民的物质生活水平与精神文化水平得到了前所未有的进步，民众对于其生活的环境以及居住的水平也有了相应的提高。在这样的社会背景下，建筑结构设计得到了快速发展，与我国其他行业一样，在迅猛发展的过程中，由于经济与科学技术的制约，建筑结构设计在实际发展中出现了一些问题。下面，本文将从建筑结构设计陷入僵化，建筑高度问题，材料的选用和结构体系问题，轴压比与短柱问题，以及在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施5个方面来阐述建筑结构设计现状与问题分析这一命题。

【关键词】建筑施工；结构设计；现状分析

前言

由于我国正处于社会主义发展的初级阶段，我国的国情决定了建筑结构设计在发展的过程中会出现这样或是那样的问题，笔者认为，现阶段最为突出的就是建筑结构设计者的设计出现了僵化，不能提出新颖优秀的设计方案。下面，笔者将根据多年的实际工作经验来对相关问题进行探讨和论述。

1.建筑结构设计陷入僵化

计算机的应用利弊兼有。计算机进入了人们的生活，深刻地改变着各行各业的发展，建筑业也不例外。建筑结构设计者的设计经验会随着建筑业的不断发展而丰富，设计的建筑质量也在逐年提高。加上计算机设计建筑结构程序的使用，在一定程度上简化了工作，计算机设计建筑结构程序使建筑设计单位脱离了以往图版设计，在电脑上就可以进行操作，但是操作简单了，相应的也带来了弊端，造成建筑结构设计师过分依赖计算机，似乎缺少了创作灵感，而只是为了完成任务，拼凑和复制计算机上的东西，而自身的知识和能力都没能充分发挥出来，在建筑结构设计交流中就很容易产生意见分歧。

对于上述情况，建筑结构设计工作应进行两个方面的改进：一方面，对于建筑结构设计者要增强他们的专业能力和职业素养。首先，定期的对相关的建筑結构设计者进行培训，不断地增强他们的业务能力，提高专业素质，启发他们的设计灵感；其次，要积极地组织建筑结构设计者进行有效地交流与沟通，使其在经验总结的过程中扬长避短，发现并克服自身在设计中的缺陷。另一方面，就是要正确的利用计算机，设计工作者可以借鉴网络中优秀的设计方案，并且利用计算机进行设计工作，但是，设计者不能照搬照抄，要具备高尚的职业素养。

2.建筑高度问题

按我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定，综合考虑经济与适用的原则，给出了各种常见结构体系的最大适用高度.这个高度是在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土木工程规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制，如：采用组合结构体系的金茂大厦，高达420.15m（建筑高度）；采用混凝土结构体系的中信广场，也高达322m（建筑高度）。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

3.材料的选用和结构体系问题

在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。我国150m以上的建筑，采用了三种主要结构体系：框一筒、筒中筒和框架一支撑。这些也是其他国家高层建筑经常采用的主要结构体系。但国外在地震区，多是以钢结构为主，而在我国，钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，在国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，且加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量降低其本身刚度，以减少不利影响。

在高层建筑中，根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后，为减小风振，钢骨（钢管）混凝土通常作为首选。采用格构式的型钢时，震害严重，采用实腹式的热轧型钢或焊接工字钢的，则震害要减少许多

4.轴压比与短柱问题

在钢筋混凝土建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。

5.在某些烈度区采用较低的抗震措施与构造措施

现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度己不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则，在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准比较低，当取50年为分析年限时，小震烈度对应的被超越概率为63.2%，重现期为50年，中震烈度对应的被超越的概率为10%，重现期为475年，大震对应的超越的概率为2%左右，重现期为2000年左右，同时规定抗震设防烈度与设计基本地震加度的对应关系。

设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外；在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上，与外国相比，也有异同，其中的8度区，我国就明显不如外国严格。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，因而结构在设防烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。

总 结

综上所述，首先，在建筑结构设计中一定要注意材料的选用，所谓“工欲善其事，必先利其器”，优质的建筑材料不仅能够增强建筑的质量，保证建筑结构设计的美观安全，还能够保证居民的生活安全，国家的长治久安。其次，对于抗震措施采用较低的问题，国家应发挥主导的作用，提高建筑结构的安全程度。以上，就是笔者对于建筑结构设计现状与结构分析的相关论述，行文中也许存在不足之处，希望在以后的发展中相关问题能够得到解决和完善。

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