对现代建筑设计与结构设计相结合的分析研究

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摘要：建筑结构设计是个系统的、全面的工作。一个好的建筑设计，必须有一个好的结构体系才能实现。以下本文对现代建筑设计与结构设计之间相互配合的问题进行分析研究。

关键词：建筑设计；结构设计；相结合；分析研究

Abstract: the design of the building structure is a system, comprehensive work. A good building design, must have a good structure system to realize. The following this paper the design and structure design of modern building mutual cooperation of problems were analyzed.

Keywords: architectural design; Structure design; combined; analysis

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 结构设计的重要性

建筑的空间形态是建筑的空间轮廓和空间形状，它能给人们以视觉上的美感。建筑空间艺术不仅是建筑内部功能的外在表现，而且是建筑结构技术的外在表现。结构为建筑空间提供有效的骨架和支撑，是建筑空间的物质材料，空间形态反映结构的规律，是结构内在理性和技术美学的外在表现。然而这只是结构作用的一部分，结构还通过对建筑空间的限定和组织，塑造丰富的空间形态，赋予建筑空间以丰富的精神和文化内涵，建筑精神也借助于空间或隐或显的几何形态及其组合的关系来实现，完整地表达了建筑空间的内在含义。结构不仅支撑建筑空间，而且将其美的形式和内容融入建筑。因此，在建筑设计中，结构构思非常重要。

2 现代建筑结构设计存在的问题

明确了建筑设计中需关注的问题后，再来看看建筑师对建筑物最初设计方案时的考虑：建筑师更多的是考虑空间组成特点及安全问题，而不是详细地确定它的具体结构。对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的，但是，随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素，其原因有两个：其一，较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒；其二，侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而随建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有条件相同时，在风荷载作用下，建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比，而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比，地震的作用效应更加明显。在现代高层建筑中，问题不仅仅是抗剪，而更重要的是整体抗弯和抵抗变形，可见，现代建筑的高层结构受力性能与低层建筑有很大的差异，存在扭转、共振、水平侧向位移及剪重比等问题。

2.1 现代建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能使建筑物做到三心合一。

2.2 现代建筑结构设计中的共振问题

当建筑场地发生地震时，如果建筑物的自振周期和场地的特征周期接近，建筑物和场地就会发生共振。因此在建筑方案设计时就应针对预估的建筑场地特征周期，通过调整结构的层数，选择合适的结构类别和结构体系，扩大建筑物的自振周期与建筑场地特征周期的差别，避免共振的发生。

2.3 水平侧向位移问题

水平侧向位移即使是满足建筑结构规程的要求，并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时，地震力的大小与结构刚度直接相关，当结构刚度小，结构并不合理时，由于地震力小则结构位移也小，位移在规范允许范围内，此时并不能认为该结构合理。因为结构周期长、地震力小并不安全淇次，位移曲线应连续变化，除沿竖向发生刚度突变外，不应有明显的拐点或折点。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型；框架结构的位移曲线应为剪切型；框一剪结构和框一筒结构的位移曲线应为弯剪型。

2.4 剪重比及单位面积重度问题

结构的剪重比A=VJG 是体现结构在地震作用下反应大小的一个指标, 其大小主要与结构地震设防烈度有关, 其次与结构体型有关, 当设防烈度为7、8、9 度时, 剪重比分别为0.012, 0.024, 0.040; 扭转效应明显或基本周期

3 现代建筑设计与结构设计的相结合

3.1 建筑设计应首要解决功能问题

功能就是空间使用者对空间环境的各种要求，包括生理要求和心理要求。人类大量的活动要在建筑中进行，所有与人生理有关的问题都应得到解决，如呼吸、行走、坐、卧、进食、排泄、取暖、避寒等等。这是建筑设计要解决的第一步，也是人为自己创造空间的基本要求。其次，作为高等动物的人有比其它动物更高的需求。如：羞耻感（隐秘性）、光线、适宜的高度、声音，最后，应满足人们社会性需求和精神文化需求。所以，功能所体现的就是人（设计者）在充分考虑自身多种需求的条件下为人（使用者）所创造的空间环境。然后，人（使用者）在这样的环境下长期生活，这样的空间的优缺点又在生理及心理或是文化习惯上影响着人类。

3.2 建筑设计与城市的关系

讨论建筑设计的作用首先应该讨论建筑设计与城市的关系。人类营造城市所投人的巨大劳动和智慧让一个个文明灿烂登场又黯然谢幕。今天即使古代文明灰飞烟灭了，但当我们看到遗迹的时候依然会为那壮美与精致而震惊。众所周知，人类在河流的渡口和道路的节点聚居形成了村镇，随着经济活动的开展，有了市场的出现，城市的功能骤然形成了，之后随着人口的剧增、交通的频繁和城市的扩展，人们创造了环境。所以建筑设计直接关系到城市的风格与文明程度，从而得出“人创造了空间，空间反过来又影响了人”的结论。

3.3 优化结构设计，降低工程造价

（1）优化结构设计，使结构受力均衡，技术应用得当，整体安全可靠度一致，任一结构都能同时发挥其最大作用，这样设计出的结构才能达到既经济，又合理的目的。

从结构设计整体布局来看，在水平荷载作用下，剪力墙的暗柱配筋往往是构造配筋，暗柱断面的确定与剪力墙的布置有密切的关系，而构造配筋与暗柱断面又有着一一对应关系。由于剪力墙布置的差异性，一片剪力墙两端暗柱的断面可能差6-10倍，配筋也相应差6-10倍。而剪力墙在不同方向的水平荷载作用下是具有对称性的，这样设计出的结构就会造成极大的浪费。因此，首先调整剪力墙的布置，尽可能使之对称。这样即节省了造价，又增加了结构安全性。

（2）造成结构浪费往往是由于设计人对某种结构概念理解不透而导致的。例如某42层综合楼，由内筒外框组成结构，外框柱距7.5m，外框与内筒距离9m。设计人员将外框边梁做成1000mm×700mm，目的是增加边梁的抗剪能力，引入剪力滞后的概念，加大外框结构的刚度。实际上，该工程由于外框柱距7.5m，很难产生剪力滞后效应，边梁采用1000mm×700mm与采用350mm×700mm对外框的变形是相同的，不会增加结构的刚度，反而会因为增加重量，加大结构自身的负担，对结构不利。设计人员如果不能准确把握结构概念，就会造成浪费。

3.4 设计中应充分考虑施工的可行性

设计人员一般都很注意结构方案的合理性和计算结果的精确性，但往往忽略施工的方便性和可行性。这可能会给施工带来困难，并影响施工质量，造成结构的不安全。例如，当地基土含有较厚的流沙层且地下水位又较高时，设计人员若忽视地质情况盲目采用人工挖孑L桩方案，穿越流沙层时将遇到很大的困难，可能会造成不应有的工程事故，导致工程工期拖延，投资大幅增加。

4 结束语

结构设计的好坏，关系到建筑物是否适用、经济、美观，一个优秀的工程设计是建筑设计和结构设计的有机结合。随着科学技术的发展，建筑设计与结构设计相互配合更为重要。