建筑结构设计中的几个问题思考

蔡慧

摘 要：本文从建筑结构设计的结构体系、概念、方案比选、设计调研四个方面，举例阐述了结构设计中存在的一些问题。对结构设计的几个问题做出了思考，归纳了结构设计的四个原则，全面考虑安全、经济、可建造性，设计出优秀作品。

关键词：结构体系；设计调研；可建造性；设计原则

1 引言

建筑是满足人们美好生活向往的空间，结构则为之提供安全保障。结构设计质量直接关乎人身财产安全，发生事故后果无法估量。结构工程师必须坚持原则、精心设计，确保设计质量，为保证建筑安全、经济和美观提供保障。

2 建筑结构设计中的问题与思考

2.1 拘泥于建筑表象，结构体系效率低

由于不同结构形式具有不同的适用性，通常建筑方案确定后，结构工程师能根据建筑的功能和布局，直接判断出合适的结构体系。比如商场多为框架结构，高层住宅采用剪力墙结构，工业厂房则采用钢结构门式刚架。但是有时如果打破常规思维，创新性运用结构体系也能取得更好的效果。

如图1所示，是一个既有混凝土刚架的仓库，采用桩基础承担竖向压力和水平推力。受右侧不远处一基坑降水影响，右侧柱脚处土体松动，造成柱脚产生位移，刚架出现裂缝，业主委托设计单位进行加固设计。原加固方案是在加固混凝土刚架，基础增设工程桩并加大承台，工程量及施工难度巨大，且基础加固质量较难保证优化方案是不改变原有基础，在两端承台之间增设无粘结预应力梁，用以抵抗刚架的水平推力。该方案不仅极大地降低了成本和缩短工期，施加预应力内部消化水平推力的结构体系，充分发挥了材料的性能，效果明显优于增加工程桩方案。

2.2 概念不清晰，过度依赖计算机

结构分析软件为结构设计提供了极大便利，但是软件有其局限性，对一些特殊情况无法识别，计算含糊不清。而实际工程中，我们经常会遇到软件无法处理或者处理不当的情况，如果自身概念不清晰，对计算结果无法进行判断和把握，按計算结果设计出图，很可能由于模型与实际不符，造成设计结果安全度不够。

单层地下室外墙设计，通常简化为上端简支、下端固定的单向受力板计算模型，但是在设计过程中，需要根据实际情况判别是否符合这一计算假定。比如在顶板处存在较大开洞时，墙顶虽然设有框架梁，但是在水平力作用下，框架梁无法对墙顶水平位移形成足够约束，墙体更接近悬臂状态。这种情况下，如果还按照上述计算假定，则造成墙底弯矩计算值偏小，地下室回填后，很可能造成墙体开裂甚至破坏。

2.3 基础选型草率，缺乏方案比选

结构基础施工图是整套设计图纸付诸实践的第一步，基础设计又必须在上部结构布置、荷载确定后才能进行，很多工程中甚至采取边施工基础边进行地上结构设计的方式赶工期。因此存在设计人员来不及仔细考虑，便根据地勘选取最直接的建议方案进行基础设计的情况，一方面容易因考虑不当造成安全隐患，另一方面由于未进行有效的方案比选较大的增加了工程成本。

笔者最近接触的一个案例，设计师在进行地下室和基础设计时，采取梁板式筏板+抗拔桩基础，采取筏板降标高、基础梁和承台上翻至底部与筏板平、回填土至建筑标高的方式辅助抗浮。单从抗浮这一方面来比较，减少了一定量的抗拔桩，看似是节省了造价。然而设计师没有考虑到的是，这种上翻梁需要大量的吊模，模板和人工消耗巨大。更为麻烦的是，上返梁将底板划分成8.4mx8.4m的棋盘网格，回填工作难度极大，且回填土压实质量很难得到保证。业主的工期要求，底板施工完成后，正好赶上建设所在地区禁止土方作业，必须先施工上层楼板，待土方作业禁令接触后再回填土，上翻梁的存在又限制了机械运土的净空要求。最后根据笔者提出的取消上翻梁，底板采用倒无梁楼盖的优化方案，赶在工期节点前出具优化施工图，既节省了人工、材料费用，又保证了工期。

2.4 设计调研不充分，不能因地制宜

我国幅员辽阔、资源丰富，但是资源分布不均衡，经济发展也存在巨大差距。同一个建筑方案，在不同地区可能就得采取不同的建筑材料或施工工艺，如果设计阶段不进行充分的调研和资料搜集，就可能因设计原因，给建设单位的采购、施工等带来较大风险和困难。

比如西南部分地区，砌体填充墙多采用的是页岩多孔砖，如果设计采用加气混凝土砌块，而设计荷载又未放大，就可能后期由于必须改页岩多孔砖造成墙体设计荷载不够。再比如某个偏远山区县城的学校，局部大跨度，设计采用预应力混凝土梁，而当地周边地区都没有具备预应力施工能力和经验的公司，最后不得不为一两根梁从外地聘请预应力施工单位。

3 结构设计应遵循的原则

3.1 合理选择结构体系，实现建筑之美

随着计算机科学、材料科学的发展，建筑设计不再拘泥于规则化、模数化的方案，在建筑高度、结构跨度、独特造型等方面的要求越来越高。根据不同建筑方案，通常需要对结构体系进行比选、组合，才能更好的实现或者优化建筑方案。

3.2 强调概念设计，优化结构模型

当前结构设计的建模和计算工作，都离不开计算机软件的支持，尤其是一些超高、超限结构，还需要多软件的计算复核。但是不同结构的计算假定、荷载传递路径、部分计算参数和分析模式各有不同，而软件中对一些非常规布置并不能进行智能处理，这就需要结构设计人员对结构概念有清晰的认识，能够对计算模型的准确性和合理性进行判断和调整。

3.3 重视地勘报告，优化基础选型

基础是建筑结构设计的重中之重，在基础设计时，除了关注地勘报告中提供的土层的分布和物理参数，还需要关注建设场地内可能存在的不良地质灾害、特殊性土、抗浮设计水位、地下水的腐蚀性等诸多可能因素。对地勘报告建议的基础形式，应根据地上结构布置、设计标高、施工可行性等，结合所在地区工程经验，进行全面比选，选出最合理的基础方案。

3.4 结合工程实际，设计服务建造

设计工作是决定建筑优劣的重要环节，但实际建造过程则直观的决定工程的质量和效果。设计人员除了关注设计，还需要考虑建造的可行性与便利性，否则施工单位拿到不切实际的图纸，强行施工可能很难保证工程质量，或者无形中增加建造成本，浪费社会资源。

4 结束语

结构设计关乎人身财产安全，需要本着面对工程无小事的态度开展每一个细节的设计。结构工程师除了从结构本身出发，还要不断拓展工程施工、工程经济方面的知识，在保证建筑安全、美观的同时，使自己的作品更经济、更切合实际建造需求。

参考文献：

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[2] 刘克非.EPC工程总承包管理中设计的思考[J].轻金属，2008（8）：3～5.

[3]王凯鹏.地下室外墙设计探讨[J].福建建设科技，2006（6）：27～29.