浅谈建筑结构设计现存问题及对策

何艳 李政

（杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310008）

一、建筑结构设计行业现状

近年来我国经济的高速发展及城市化进程的不断加快，建筑的类型、规模和功能也更加复杂化。尤其在一、二线城市，建筑设计也在由规划、设计、施工到管理各阶段分步分块走向统一协调的一体化过程转变发展，绿色建筑、海绵城市及装配率要求等，设计过程中需要考虑的因素越来越多，对设计师们自身掌握的知识及与各工种各部门之间的配合要求也越来越高。这对建筑行业带来考验的同时，也促进了建筑行业的发展。因此，对于设计建筑结构当中出现的问题，设计师需科学有效的调整设计，解决相应的问题，促进建筑行业的可持续性发展。

二、建筑结构设计的作用及遵循的基本原则

（一）建筑结构设计的重要性

设计人员在进行建筑结构设计之前，首先需对施工现场的水文情况和地质情况进行详细的科学分析，其次在建筑结构设计的工作过程中，根据建筑的平面功能及立面体型，对建筑基础进行科学合理的设计，保障建筑工程的安全性和稳定性。然后，选择安全经济的结构体系，合理布置结构构件，并与各工种配合以减少图纸矛盾，提高设计的质量。目前，许多大型的建筑物其内部的建筑结构设计比较复杂，所以设计难度相对较高，对此为保障建筑结构设计的质量，相关设计人员必须以施工单位的技术水平和实际现场的地质勘测信息为依据，进行科学的建筑结构设计。确保建筑结构的设计方案科学、可行。

（二）建筑结构设计遵循的基本原则

结构功能的可靠性主要体现在安全性、适用性以及耐久性三方面。安全性是建筑结构自身在外力作用下不发生破坏，整体稳定，即承载力极限状态,对于建筑突然受到一些外力影响时，确保其只发生一些细微部位的损坏，而不会出现整体性的破坏,例如在地震时做到小震不坏,中震可修,大震不倒；适用性指在正常使用阶段，科学判断其综合性，无较大的裂缝和变形产生，即正常使用极限状态；耐久性指结构在正常使用环境作用下，在设计使用年限内，对建筑物进行科学有效的正常维修养护，避免其发生风化、渗漏和锈蚀，使其能完成预定功能。以人为本，充分发挥建筑结构的功能是建筑结构设计的基本原则，在此基础之上还要实现经济、施工方便、美观等高标准要求。

三、建筑结构设计中常见问题

（一）基础结构设计中所存在的问题

结构的基础设计是建筑安全的重中之重，包括场地周边相邻建筑情况，地质水文情况对基础形式及施工方式的选择都有非常紧密的联系。地下土质与周边环境随着不同的项目场地都有着不同的实际问题与不利情况，这就要求在设计基础时需要多方面的综合考虑及经验积累。然而现在在较高强度的设计过程中，设计人员容易想当然，按常规情况布置设计，使整个建筑基础存在相当大的隐患。例如淤泥地区大面积堆载造成的桩负摩阻力等。

（二）建筑设计图纸中所存在的问题

在进行建筑设计时，图纸是不可或缺的一部分，然而图纸的质量有待提高。一些常见的建筑设计问题中，图纸质量就是其中之一。影响图纸质量的因素非常多，如各工种之间协调问题、施工计划的调整频率过高及相关设计人员的专业技能不过关等，图纸质量降低会影响到建筑的整体质量，及后期施工的施工进度。尤其常见的是结构与建筑、设备专业之间互相矛盾，造成净高问题等，顶板、坡道、楼梯、屋面等功能复杂部位结构构件与管道碰头，造成后期敲凿开洞，都会对施工质量造成较大的影响。

（三）建筑结构布置存在的问题

在建筑结构设计中，结构形式方案的选取尤为重要。随着技术发展，设计人员往往会为了更加突显建筑的功能，而无底线的牺牲结构构件的空间，相应地减少框架柱、剪力墙的结构构件的布置，建筑越来越多的大悬挑、转换构件等形式，很大程度上降低了构件的抗震能力。

结构平面布置时须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。然而部分建筑在设计初期就存在转换层及首层开洞不符合规定的问题，导致建筑整体都不合理，在进行复杂的建筑结构设计时，没有充分考虑到平立面的尺寸及承载力所能够承受的抗震能力，这些都是在设计布置时所呈现出来的一部分问题，需设计者不断改进。

（四）异形柱的技术不够成熟

许多设计人员为了建筑物的美观及提升建筑物整体的观感，建筑结构设计不够科学，导致建筑问题频发。异形柱就是指在设计过程中将柱截面设计为 L 形、T 形、十字形。我国对于异形柱的研究还不够深入，发展还不够成熟，在运用过程中，许多设计人员由于自身的能力不足，并不具有随心所欲地使用异形柱进行设计的能力，使建筑结构存在大量的安全隐患。

（五）绿色结构设计初步发展

建筑行业高速发展，必然带来一定程度的环境污染，建造高楼的钢材、混凝土等能否循环再利用，场地杂填土的处理，土地资源的日益减少都是建筑设计可持续发展的拦路虎。

四、建筑结构设计中的安全问题

（一）材料使用不当

在建筑设计中，材料的采购非常重要。建筑除设计外最重要的就是建筑本身的材料。建筑材料的质量将影响整个建筑的安全性和可靠性。由于对建筑的要求不同，所需的建筑材料也不同，一些施工单位为了控制工程的综合造价，在设计建筑结构时会选择节约材料成本，留下安全隐患，影响施工者及建筑使用者的生命安全。

（二）建筑设计方法落后

在建筑行业里，设计理念是不断更新的，但由于部分设计者自身的设计能力与理念相对落后，仍旧采用最传统的建筑设计方法，缺乏各种因素所带来的安全问题的综合考虑，导致建筑工程的施工质量与效率较低，很难保证建筑的安全性能。

五、建筑结构设计改进策略

（一）优化建筑地基基础结构

优化设计建筑方案是关键，通过对地勘报告仔细判读，合理分析并结合工程具体结构所需的基础承载力来选取合适经济的基础形式。例如易被暴雨侵袭地区，水位上涨引起水浮力飙升，这就需要设计基础时充分考虑当地水文，通过增加结构荷载及刚度或布置抗拔桩、抗拔锚杆等抗浮构件来抵抗建筑整体上浮。另外优化桩筏基础的布桩方式，而非一味按照传统的“均匀布桩”方式，采取柱墙下布桩，可以有效地减少筏板基础的局部弯矩，进而减小底板配筋；对于布桩强弱的调整，包括桩长、桩径、桩间距以及桩身刚度，根据上部墙柱构件刚度分布巧妙调节桩的布置可使桩筏基础合理又经济。

（二）优化设计自身及与跟部门的配合模式

设计阶段设计人员应及时更新计算参考图纸，在进行构件的结构节点的规划设计时，必须保证计算参考图纸的误差值控制在规定的范围之内。另外在选取建筑物主体结构的设计方案时不但需要参考其外观形状，还要参考相关设计方案的可行程度及经济指标是否合理，选取的设计方案需要符合建筑主体结构外观及内部结构的相关规定和需求。特别是对于荷载及其受力情况进行设计的时候，需要遵照传力系统简明、受力状态均匀清晰的设计准则，防止出现受力集中导致建筑物的主体结构刚度受到影响的情况。另外为保证施工进度提高施工效率及各部门之间的交流衔接，我过引入BIM 技术，将传统二维图纸三维立体化，项目中相关信息形成集成的工程数据模型，这样建筑哪些位置有碰撞，哪些位置净高不足更明确，将问题解决于施工前，可大大提升工程效率与质量。

（三）做好重点部分的设计

1.科学计算主体框架柱分布

框架柱在框架结构中直接影响建筑结构安全系数，根据建筑平面功能结合建筑的质量分布情况，制定框架柱的具体布置方案，科学地计算出主体框架柱的尺寸。框架柱截面尺寸主要受轴压比控制，柱的延性随轴压比增加而减小，设计时应使轴压比留有余地以提高柱的延性。柱的截面形式宜采用正方形或长宽比较小的矩形；尽量避免短租；尽量使柱受力为大偏心受压；采用复合箍增强对混凝土的约束等方法来提高轴压比优化柱子延性。保证构件的“强柱弱梁”，设计时考虑板的翼缘作用，控制梁钢筋的超配系数，相应加强柱纵筋和箍筋，切实提高柱端受弯承载力，注意梁柱节点处钢筋过多易造成柱箍筋难以加密，这些问题不引起重视都会造成框架节点破坏。

2.提升剪力墙结构设计的合理性

在剪力墙结构设计过程中，在考虑满足室内舒适性的同时，还要考虑外墙对于承重方面的影响，不能过度的追求舒适性而轻视建筑承重的极限。所以，在保证外墙尺寸合理的情况下，利用一些供暖以及制冷的方法提高建筑物的舒适性是非常可取的。如：高层建筑纯剪力墙结构设计同样也是允许的，刚度明显大于剪力墙－框架结构，在抗震性能上，要明显地优于框－剪结构，但是结构建设的成本要高于前者，若建设周期长或者是市场定位是高档住宅小区等，优先设计剪力墙结构，但是同时也应避免大开式的剪力墙设计。并且，当剪力墙结构增加少量框架时，在结构体系的设计上，需要围绕剪力墙进行全方位的分析，采取包络设计等，且结构体系要清晰，框架柱按照EA 实际情况确定数值，EI 的取值要偏小等等。

（四）优化结构绿色设计

首先设计人员在选择结构形式和建筑材料时，不仅只要考虑建筑的安全性，更应注重材料的可持续发展。设计人员对于材料质量要严格把关，还要考虑到材料的耐用程度，如何设计出材料消耗最少的方案，是设计者需特别注意的一个方面，既注重建筑安全又能够使材料发挥最大的功效。现在国家也在各地区大力推广装配式建筑，要求设计达到不同程度的装配率，促进楼板、楼梯、墙体等构件的再利用。

（五）设计人员自身能力的提高

许多建筑设计的问题，除了材料、地形、天气等因素的影响，最不应忽视的就是设计者自身的能力，由于个别设计者能力有限，易导致建筑结构设计时出现问题。在招聘设计师时，要提升对设计能力的要求。对于已经招聘的设计人员，要定期进行专业的培训及技术能力的培养，提升设计人员的专业能力。在工作之余，设计人员之间还可相互进行交流探讨，更好地提升与发展设计能力。最后，设计者还应提升自身的责任意识，保证设计的建筑质量达标。

结束语

综上所述，建筑结构设计的重要性有目共睹，一个建筑工程质量的好与坏对人们的安全有着直接的影响。建筑设计是一种专业性极强、责任非常重大的工作，优秀的建筑设计能够有效提升建筑物的安全性、适用性、合理性与经济性，然而在实际的设计工作过程中，比较容易出现多种建筑结构设计方法与概念上的错误，这些错误的出现，第一，是因为设计人员没有重视对于一般建筑的设计工作，没有结合实际情况，盲目的套用以往的设计；第二，则是因为在设计方法与设计规范等职业素养上的不足；第三，一些设计人员对于力学的知识不明晰，无法对结构的验算结构有着准确的判断，无法建立出准确地计算模式，减少或者避免这些错误的出现，对提升建筑结构设计的质量有重要的价值。