建筑结构设计过程中常见的问题及措施

2015-10-31殷琪祥刘飞

建材与装饰 2015年20期

关键词：连梁结构设计设计师

殷琪祥　刘飞

（中联西北工程设计研究院有限公司陕西西安　710082）

建筑结构设计过程中常见的问题及措施

殷琪祥刘飞

（中联西北工程设计研究院有限公司陕西西安710082）

自改革开放以来，我国的建筑结构设计技术经历了数十年的发展历程，开始在建筑行业彰显出重要的应用价值。本文基于此，首先对建筑结构设计的相关理论进行了简要概述，然后对建筑结构设计过程中常见问题及相应的解决措施做出了详细探讨。

建筑结构设计；常见问题；解决措施

1　引言

随着现代社会的不断进步，我国建筑行业的发展也达到了新的高度，相关的建筑结构设计方法也逐渐渗透进人们的日常生活当中。但同样，随着人们对物质文化的需求逐渐多样化，建筑结构设计方面的需求也面临了新的挑战。相关的建筑结构人员不仅需要在设计过程中对整个建筑物进行全面规划，所设计建筑物的结构形式通过图纸或文件的方式向施工人员和客户进行全面展示，更需要考虑到设计过程中存在的一系列问题，以确保在所设计的建筑满足基础使用功能的前提下，进一步提升建筑的设计质量。

2　建筑结构设计的相关理论概述

2.1建筑结构设计的基本原则

相关建筑结构设计师在对建筑结构进行设计时，往往需要考虑建筑的经济性、安全性、艺术性等多重因素，而优秀的建筑设计师不仅能够把握住建筑结构设计的经济性和安全性，更可以在结构设计的过程中合理融入美学原理，进而反映出自身独特的设计理念和建筑的艺术效果。总体而言，建筑结构设计应当遵循以下三个基本原则：①整体性原则，建筑设计师在对建筑结构进行设计时，需要在把握整个建筑结构设计脉络的基础上，注重建筑物中整体结构与部分结构的相互依赖或制约，进而对彼此联系的不同方面进一步加以完善，从而达到充分表现建筑的特征规律的重要效果。②最优化原则，建筑设计师应当考虑到建筑物内部不同区域的不同作用，进而在考虑不同区域的发展趋势、功能使用方向、活动方式等因素的基础上，在结构设计的过程中利用剪力墙将建筑内部的不同区域划分为不同的功能区，从而设计出最优化的建筑结构。使得建筑结构的设计方案不仅能够满足现阶段建筑的多样化需求，更能够与时代发展紧密结合从而发挥更好的效果。③可行性原则，建筑设计师需要在保障所设计的建筑物具有一定观赏性的基础上，对建筑物采取的结构设计进行可行性分析，减少其中无用浮夸的成分，避免增加施工人员的施工难度，同时也应当在设计方案中进一步贯彻落实科学化的设计方法，从成本控制的角度出发协调好工程成本与观赏性的关系，最终使得所设计出的建筑结构具有一定的可行性。

2.2建筑结构设计的常用方法

一份优秀的设计图是建造一座艺术感与安全性集一身的建筑物的前提，再优秀的建筑结构设计师，也无法仅仅通过想象来完成一座建筑物的结构设计。现阶段建筑结构设计师在进行建筑结构设计时，最常用的方法为平面功能设计法，此外还有构图设计法、结构设计法、符号象征设计法等等。平面功能设计法需要建筑设计师从建筑使用者的宏观角度出发，通过自身对建筑使用目的的理解与分析，进一步完善建筑使用者的多样化需求以及整个建筑结构的平面功能设计。一般而言，流线分析模式是平面功能设计法中的常用分析模式，以公共性的建筑为例，建筑结构设计师需要在设计的过程中，依据建筑使用人员的流线型关系，从个人私密性、密集人群安全设计、抗震性、防火性等不同角度出发，进行不同功能平面的组合，从而设计出集安全、开放、稳定为一身的公共建筑结构。

表1　建筑结构设计常用方法及侧重点

3　建筑结构设计中常见的问题及处理措施分析

建筑的结构设计作为建筑设计中的核心环节，对于建筑的整体功能有着至关重要的影响。但现阶段，纵观我国各地的建筑结构设计，其或多或少在不同方面存在着一些问题，亟需取相应的措施进行解决与处理。

3.1建筑结构设计中的混凝土收缩缝问题及处理措施

混凝土结构工程作为我国建筑工程中同样普遍运用的一种结构，其质量的优劣往往与整个工程的实用性和安全性密不可分。但由于混凝土凝结初期或硬化过程中，可能会因温度变化出现收缩情况，使得相关设计人员无法按照弹性结构计算得出相应的施工参数，进而造成施工过程中混凝土结构中墙面产生竖直和水平方向的严重变形。因此，相关的建筑结构设计人员需要对建筑结构设计中的混凝土收缩缝问题加以重视。相关的解决措施如下：

（1）依据材料检测选用高质量的混凝土。由于混凝土是一种由多种材料合成而制作出的非均质材料，从物理的角度来看，非均质材料对于超声脉冲的吸收和散射的表现效果十分优越。相关人员可以利用超声波检测技术，根据混凝土自身的质量参数与超声波在混凝土中传播的声学参数的差异性以及信号频率的变化，筛选出更高质量的混凝土，从根本上避免混凝土收缩现象的产生。

（2）利用不同方法进行混凝土强度检测，再根据检测结果进行墙面的受力分析，从而在建筑结构中布置一定长度的后浇带，避免混凝土收缩缝影响建筑结构。对混凝土强度检测的方法主要有超声法、回弹法、钻芯法等等。其中超声法与材料检测中的超声法检测方式，回弹法则是利用回弹仪对混凝土表面硬度进行测量从而推算其内部的强度（见图1）。此外，对于部分因美观原因不可设置后浇带的建筑结构，施工人员则可以在混凝土中添加一定量的膨胀剂，用以弥补混凝土因温度变化产生的收缩应力。

图1　利用回弹法进行混凝土强度检测时的测试方法

3.2建筑结构设计中的地梁问题及处理措施

地梁作为建筑结构的支撑部分，其对建筑的整体结构有着重要影响。一方面，地梁是与建筑基础直接相连的，其起到的拉结作用能够有效调整建筑基础的不均匀沉降。另一方面，地梁还起到了支撑底层墙体的作用，通过将负载传给地基和框架柱，避免底层墙体的受力构件受到其它介质的约束。但在施工过程中，对于基础埋得较深的建筑，地梁就会降低框架柱的计算高度，影响整个建筑结构的内力分析。其负载传递的效果也使得土反力的和梁侧土摩擦阻力的计算精确度大幅度降低。基于此，有效处理建筑结构设计中的地梁问题值得相关的建筑结构设计人员进一步思考，笔者根据施工经验，提出两点解决方法。

①假设地量负载全部传递给框架柱，忽略地基土的影响，将地梁按一层框架梁进行内力计算；②在进行框架结构的整体计算时，将地梁当作简支梁且忽视地梁弯距的影响，按照其剪力全部传递框架柱进行计算。实际施工过程中，两种方法可结合运用，以起到提升结构设计精度的作用。

3.3建筑结构设计中的剪力墙连梁设计的问题及处理措施

随着人们对建筑要求越来越高，剪力墙连梁设计也由于其能够保证结构的刚度和减小建筑侧移的优点在建筑结构设计中彰显出重要价值。结构设计中，连梁的设计常受多因素制约，一方面梁的内力和结构抗侧力刚度需要考虑相连的剪力墙的墙肢刚度，如果在设计过程中，连梁跨高比过小，其往往会在反复荷载作用下产生斜裂缝，进而发生剪切破坏。因此，相关的建筑结构设计师需要对剪力墙连梁问题进行详尽处理。可考虑采用跨高比偏大的连梁（见表2），使其不过早地发生剪切破坏，保障连梁的可延性。同时在设计过程中应当进行内力分析，并对连梁刚力进行折减计算，从而降低连梁发生剪切破坏的概率。