房屋建筑结构设计内容与存在问题分析

2022-11-25王聪军

城市建设理论研究（电子版） 2022年17期

王聪军

衡水宝力房地产开发有限责任公司河北衡水 053000

建筑结构设计的合理性，决定了整个建筑工程的安全性、适用性与耐久性。然而，纵观我国建筑行业发展现状可以发现，建筑结构设计中仍存在一系列亟待解决的突出问题，影响了整体建筑工程的质量。为此，全面探究建筑结构设计中的问题及解决策略就尤为重要。

1 房屋建筑结构设计的基本内容

在房屋建筑的架构设计环节,一般设计者都必须给出不同的构造建筑效果图。首先是构造平面图。尽管近年来地震较频繁，但由于各个地方房屋的抗震能力条件是不相同的，因此屋顶构造的建筑设计也需要满足当地建筑的设计条件，而对于地震较频繁地带，一般设计者也必须做出散射截面的抗震验算[1]。设计者在结构设计时，必须充分考虑各个组合构件的受力,在方案设计完成后使用专门的软件系统进行建模，并查找原设计图中出现的问题，不断修正验证,直至满足建筑物的基本设计条件；其次是设计屋顶架构图,此类建筑设计效果图通常是在建设特别是坡屋面建设时必须采用，一般包括了梁板式与折板式二类结构，但二者所使用的设计条件却截然恰恰相反，梁板式适合于地板跨度很大，且建筑物房屋斜坡与屋脊线转变比较繁复的坡屋面，而折板式则适合于一般建筑物平面比较规整,且建筑物房屋斜坡较小,屋脊转变较为简单的坡屋面，其中特点是用剖面结构示意图的方法来体现，使施工设计人员可以正确理解其基本结构设计；最后是设计建筑物大样,通常是在正确的工程详图上进行绘出的，需要保持建筑物形状平稳，保持高度与外形尺寸的准确性，尽量地增加建筑物构造的合理性，而且直观形象，可以使施工人员容易看得明白，而且实用又有效。

2 房屋建筑结构设计需遵循的原则

房屋建筑的结构设计的要求相当严苛，对设计者的专业素质要求较高,相关设计人员必须需具有坚实的理论、技术基础，才可以胜任这一岗位。在建筑设计过程中，设计人员必须要获取足够多的信息资源，包含地形景观资料、地产开发商的住宅建筑理念及其需求等，并且在确保施工品质,使建筑造型更加漂亮。目前，国家对居住建筑群的总体设计有着相当严苛的规定，而目前不少住房建筑工程设计中仍然存在的工程质量问题，很多设计部门不能严谨地根据国家建筑施工设计准则进行施工设计，因此为了更好地完成建筑结构的设计，应当坚持如下原则:首先，设计师必须清楚每个建筑材料形成构造的主要受力特点和作用，并确定了建设构造和原材料对总体工程质量的影响，要严谨地按照建筑施工设计图纸来选用合格的建设原材料，同有关建筑材料供给人员交流；其次，确定各种结构其力学效应的影响,要针对各种建筑类型,进行科学的流体力学工程设计。最后，确定建筑结构设计的刚度,一般而言,如果建筑构件过软，其刚性不够，其承载能力较大,但是容易变形,而如果建筑钢结构过硬，其弹性效应比较差,虽然可以承载很大的外力作用但是容易破损，因此结构设计师必须综合考虑这一问题，设计合格的钢结构[2]。

3 房屋建筑结构设计常见的问题

3.1 设计人员理念落后

房屋建筑架构设计的决定性原因在于建筑设计人才的专业能力及其理念认知，由于建筑设计人员的设计理念和设计模式较为落后，导致房屋建筑架构设计无法适应现代化大众的需求。此外，由于我国地区幅员辽阔，根据各个地方的天气特点及地貌不同，在从事住宅建筑物架构设计的工作过程中，很多设计人员由于自身的原因，忽视了对当地气候条件、施工环境等方面的分析，导致房屋建筑现场施工较难开展。

3.2 设计方案不合理

房屋建筑构造设计方案是以图纸设计的根本的，但如果在设计方法上或者图纸的设计方向与实施过程存在重大误差，就无法真正地把房屋结构设计合理，进而给后期工程建设和施工方面留下了潜在隐患。设计方案没有科学化和与施工前期的工地测量工作有着很大的关系，实施时工地周围环境的测量数据，作为图纸方案设计的最主要依据来源，如果施工测量发生了误差就会使得方案设计和图纸设计工作没有了意义，进而造成后期的施工效果[3]。

3.3 施工要求尚未落实

施工单位在完成住房建设的过程中，并没有把有关图纸设计的细则和规定做好贯彻，这样使房屋设计的优势并没有得以切实体现，进而进一步降低了住房建造的效率。经过调查分析，发现施工单位的设计人员一般有农民工构成,文化层次较低，对施工结构设计的相关基础知识掌握程度较浅,不能切实看懂图纸设计要求,在施工过程中也不能有效贯彻施工规范，使得很多房屋建筑结构的施工无法落实。

3.4 框架设计缺乏科学性

房屋建筑构造的设计主体实际上是对钢筋、框架结构的总体设计过程，在这一总体设计流程中，需要结合纵横二个渠道，精确掌握结构特点，做好建筑材料的合理使用。当前，房建单位面临的主要问题是建筑工程的从业人员对空间结构的把控能力不强，以及纵向横向二种模式的转换水平不高。上述问题使得房屋建筑结构框架的设计中出现了许多不合理之处，使得房屋建筑结构的总体稳定性与承载力都受到了巨大的挑战。

4 推进房屋建筑结构设计优化的意义

4.1 有效提升房屋居住的安全性

房屋建筑架构设计的提高可以在构造与性能方面使房子的坚固度和防震能力有所提升，当面临地震时可以让住户争取更多的逃生时机,进而有效的改善其房子使用的安全性。房屋建筑结构设计的主要优势在工程设计技术人员知识的基础上，通过充分运用先进计算机技术,使设计图纸所提供的信息更为准确，并利用三D技术以及虚拟现实手段对施工流程进行了可视化仿真,这样就可以更准确的找到施工流程中潜在的安全隐患，从而做出针对性的改进和处理,有效的提高了施工效率和安全，进一步优化了施工细节设计，在确保施工结构对称与规范的基础上，进一步提高了房屋结构工程的稳定性[4]。

4.2 避免出现板裂缝、板弯曲现象

楼房建筑过程中楼层裂纹的产生主要是因为计量误差导致钢材使用量不够。建筑楼板结构主要分为单面板设计和双面板设计，双面板设计中因为在各个方面的数值计算结果上具有一定的差异，由于数字不同而使得有效宽度无法满足要求，也因此导致双面板设计产生了倾斜的现象。而住宅建筑结构设计中为增加住宅空间设计，将非承重墙体安置于同一楼层之上，非承重墙体的设计也需要严格遵循均布荷载的方法，以提高墙面承重统计的科学化。

5 完善房屋建筑结构设计的主要措施

5.1 结构抗震设计

在施工选址阶段,施工单位必须综合考虑现场的天气要求、地质要求和水文要求等。并通过实地考察明确了现场的地质状况,在房屋建筑构造体系设计阶段，必须及时评估分析地震自然灾害等可能会造成的土地沉降和建筑物移动等问题，并提出针对性的应变措施。在房屋建筑地基设计阶段，设计人员必须掌握建筑整体构造，以契合地基设计与主体结构设计。同时确保房屋建筑长度与标高的科学合理，并加强控制构造柱质量,按照比例合理调节水泥混凝土配比，以保证水泥混凝土与浇筑环节的施工质量。在设置抗震裂缝的过程中，必须正确规划建筑构造，建立适当的小范围,从上部构造中划分出抗震裂缝，并应根据建筑物实际高度设计抗震裂缝，保证建筑物构造的稳定性和结实性能，出现抗震灾害后能够合理抵御下沉和移动等现象。

5.2 注重钢结构设计

在运用材料优化技术展开建筑结构设计工作的过程中,必须着重加强对钢结构部分设计工作的关注力度。设计师不但需要对客户实际要求与住宅建设规范等信息进行详细分析，以做出合理材料与设备选型,同时需要对钢结构材料的优势与劣势进行全面剖析，以选择最适宜的结构材质和尺寸,确保了最终钢结构部分的建筑品质。同时为了提高重点结构施工品质，设计师方面还必须明确了实施注意事项和要点工艺实施的具体步骤,并找出应该进一步优化的主要环节，再对其进行适当调整；另一方面要在完成实施方案编制之后，和多方的技术人员进行研究，并估计出在施工中可能会发生的各类问题,并要根据问题制订出相应的解决办法，以保证在问题出现时能够及时进行处理，从而把各问题所造成的经济损失控制到最少，从而取得了理想化钢结构工程建设效益。

5.3 加强房屋建筑设计的均衡性

自然界中蕴藏着许多具有平衡性特色的事件,从而高效的适应了人类的欣赏需要。在从事房屋建筑结构设计的整个过程中,就必须全面的考虑到平衡性在建筑设计整个结构中的重要意义。只有在确保了建筑材料的平衡性特征的基石上,才可以良好的体现出建筑材料构造的美观性能特征。而楼房建造构成的平衡性主要包含着建筑材料内部空间、外形构造、利用功能等多方面的平衡。把上述各种因素都全面的考虑在楼房建筑构造的设计活动中,才能体现出楼房的平衡性特征,从而提高了其美观。

5.4 合理统筹安排和运用建筑材料

工作人员开展建筑物结构设计的时候,需要对一些建材选定的进行。根据建材的选择需要参考到的参数包括建筑物的受力特性、建材使用的操作条件。与此同时,选择的建材必须满足材料使用特点,尽可能的使材料的损失、浪费等减少。整个流程中必须考虑的一点是工程架构设计人员需要针对工程项目建设的具体实况,确定出许多建材的选择策略,运用技术比较模型,选择经济优势、技术优点突出的建材设计方案。

5.5 注重数字技术运用

建筑结构布局方法的研究项目也相对较多，对于一个建筑,通常具备多个结构布局方法和空间结构分析。但因为空间结构分析与建筑质量有着很大关系，所以必须进行分析选型，才能找出质量最好的设计方案。而目前，较为理想且使用效果较好的结构分析方法，大多以数据分析方法居多，BIM等新进技术的应用，让建筑数据分析显得更为直接、有效。工程设计技术人员可以根据预先收集到的资料，按照实际施工条件，进行模拟结果的建筑模型建设，然后再根据三D立体模型设计，对每个细部方案加以调整，可达到对各个局部设计方案的细致研究，可以及时发现建筑设计缺陷和交叉的不合理情况,也可以为最优预测解决方案提供理论支撑。

5.6 合理设置嵌固端

针对不是地下室建筑的一般房屋结构，其构造的嵌入端部位较为明显；针对具有地下室建筑物结构，但地下室的建筑刚性和剪切强度不足时，地下室建筑顶部可以用作嵌入端;针对具有地下室建筑物结构，但地下室建筑顶部因为有地上地下高层中庭、开高窟窿、半地下室等因素，而无法达到嵌入要求的,此时的地下室建筑顶部也是无法用作嵌入段端的，但嵌入端部位却可以下移；针对有底盘结构的地下室建筑，当上层建筑物结构地下室顶部与周边地下室建筑顶部出现高差时，如果其高度不足于首层层高度的三分之一，而嵌入端达到建筑刚性和承重能力的最高要求时，嵌入端可取在地下室建筑顶部处，并应进行加固措施；当该高度差不低于首层层高度的三分之一时，地下室建筑顶部不得作为嵌入端，并须对高差所在处的柱或墙体进行竖向或斜支撑等的处理方法。

5.7 规范房屋的变形缝设置

住宅建筑物的沉降裂缝设置中应当综合考虑环境温度变更，因为气温变化会引起房屋热胀冷缩变化，从而改变了房屋的长度。根据抗震裂缝结构的设置可进行对建筑物构造的合理分类，可区分为多个抗侧力构造单元，抗震裂缝长度不宜超过70mm，在砌体构造中，长度不宜超过50mm。下沉裂缝的设计可提高房屋建筑构造的稳定性和强度，通过合理选取建筑平面转折部位、适当设置或分期建造房屋衔接部位等，均可防止建筑地面出现不平衡下沉，一般下沉裂缝的距离宜维持在15.0～25.0m。施工必须考虑的各种因素较多，须着重注意土质因素对建筑强度的负面影响，同时建筑架构设计人员还应科学使用验证公式加以测算，防止在设计方案与建筑实际状况之间出现错位问题，避免在房屋细节部分发生裂缝的现象。并采用建筑架构设计优化法,以全面保障住宅施工的设计水平，同时严格控制住宅细部构造的质量，以提高住宅细部构造的合理性[5]。

5.8 做好参数计算，绘制的楼板架构图和屋面结构图

正确的建筑结构设计参数，可以提高结构设计的规范性和建筑构件的稳定性，但同样以楼板为例，就必须测算好构造变形的范围，以确定最大变形数量，而根据结构设计规范推算的变形数值，也不可单靠个人主观意志确定。当对楼板荷载进行测算时，必须将其转换为实承重量，以保障计算正确可靠。楼板构造和屋面构造都是建筑施工中重要的结构构件。但在建筑设计过程中，因为设计师不符合建筑物实际空间概念的设计，对房屋造型与构造的考虑并不平衡，出现了一些情况，制作楼板架构图和屋面构造施工图时，就在对楼板构造与房屋的构造设计的过程中，有了具体的技术条件规定，例如坡屋面，有梁板式结构的解决的方法与有折板式构造解决的方法相对，梁板式结构在具体情况的建筑物中又有适应的特殊条件规定，如板跨度过大、平面的不规整等；而折板式构造在具体情况的建筑物中又有适应的特殊条件规定，与楼板式的技术特点恰恰相反。又由于建筑物构造多为偏心受拉的构造。综合方案中往往忽略了各个建筑结构的具体受力分析与总体协调能力，而是局部考虑并绘画成大样图纸，以便于施工顺利的进行。