建筑结构设计策略研究

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摘要：建筑结构设计是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。本文分析了建筑结构设计特点、坚持的具体原则以及结构设计的程序和要求，探讨了建筑结构设计策略。

关键词：建筑；结构设计；原则；策略

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

结构设计一般在建筑设计之后，“受制”于建筑设计，但又“反制”建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计，建筑设计不能超出结构设计的能力范围。结构设计决定建筑设计能否实现，在这个意义上，结构设计显得更为重要。但一栋标志性建筑建成后，往往建筑师便成为了人们心目中的建造者，为了实现该建筑设计而付出辛勤劳动一丝不苟的结构师并不为人们所知。但无论如何，设计一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计方案是结构设计人员的责任。

一、建筑结构设计的特点

1、 科学性

建筑结构设计是以数学、力学为理论基础, 借助现代计算机技术进行的一种应用性技术。一个结构工程师应该善于抽象建筑结构的理论模型, 善于用数学和力学只是分析建筑结构的工作机理, 只有这样才能具有较强的认识能力和适应能力。

2、 应用性

建筑结构设计必须讲究经济效益, 一个成功的建筑结构设计, 技术上先进合理, 经济上效益显著。

3、 实践性

建筑结构设计是一种工程实践活动, 没有一个工程师是直接从大学毕业生马上变成一个成熟的工程师, 而是必须经过一个较长时间的工程设计锻炼。

4、 复杂性

建筑结构设计的复杂性首先表现在设计中各种因素的不确定性, 建筑结构设计是一个具有多解而没有标准答案的问题, 作为一名结构工程师, 我们需要找到一个相对最优的方案。

5、 创新性

建筑结构设计作为一种技术服务行业, 在设计市场竞争激烈形势下, 要想获得开发商的项目, 必须提供比别人更加合理经济的结构方案, 这就需要工程师的创新能力。

二、 建筑结构设计坚持的具体原则

1、层层设置。安全的结构体系在设计过程中必须要层层设置，尤其是当灾难发生时将会在抵抗外在破坏中发挥有效作用。若仅仅将抗风险的希望都集中寄托在建筑的某一个结构上， 这是很不稳定的。 多肢墙好于单片墙，框架剪力墙好于纯框架等等，这些都是层层防线的设计思路的重要表现。

2、优劣互补。科学的建筑结构体系需要坚持优劣互补的原则，结构太刚其变形能力差，若建筑受到巨大的破坏力时，则应具备的承受的力更大，经常会发生局部受损以至于全部毁坏，而太柔的结构尽管能够限制外力，但经常因为变形过大而难以正常运用。

3、重大轻小。建筑结构设计中常常涉及到很多关键的理念，如“ 强柱弱梁、 强剪弱弯” 等，这些都是设计师门需要重视的问题。尽管对于结构体系而言， 其是由不同的构件协调构建起的， 而由于不同的构件都发挥着不同的作用，其在整个建筑中也有轻重之分。

三、建筑结构设计的程序和要求

1、结构设计的程序

建筑物的设计包括建筑设计、 结构设计、 给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求: 即功能要求、 美观要求、 经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础, 结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分, 主要包括以下四个过程: 方案设计、 结构分析、 构件设计和绘施工图。

2、 建筑物结构设计的要求

( 1) 计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算, 如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算。

( 2) 结构上多种作用效应同时发生时, 应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后, 考虑其可能的最不利组合。

( 3) 抗震设计:我国的抗震设防烈度为6 至9 度, 建筑结构根据所在地区的烈度、 结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。

四、建筑结构设计策略

1、合理选择结构形式

建筑物地面以上的结构形式对工程造价有很大影响。目前我国民用建筑结构形式主要有砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、装配式大板、大模板结构、排架结构等。不同的建筑结构形式各有优劣，应比较各种结构的布置方案、受力体系及经济性能，结合实际，因地制宜，综合考虑以上因素，尽量采用适合本地区的经济合理的结构形式，建设出低造价、高质量、高标准的民用建筑。混合结构的造价仅为钢筋混凝土框架结构造价的６０％－７０％，其钢筋混凝土用量少，适用于７层以下的建筑物。但混合结构是由墙体承重，对墙体布置有一定要求，不如框架结构灵活，其使用功能受到限制。７层以上１２层以下的建筑宜采用框架结构，在其合适的位置上设置几道抗震剪力墙，可减小柱、梁的截面尺寸和配筋，从而达到节省材料的目的，且可以明显提高建筑物的抗震能力。框一剪结构一般适用于１２层以上２０层以下的建筑物，为增强建筑物的整体刚度，可其适当的位置上设置刚性筒体，也可以起到节省材料的效果。

2、地基的基础设计

向来建筑结构工程师都比较重视地基与基础的设计,因为在该阶段的设计的好坏就会直接的影响到后续的设计工作,而且作为工程造价的决定性因素, 地基与基础的设计也起着决定性的作用,因此在这一个阶段,应该确保设计的万无一失。设计时应该严格按照国家的《地基基础设计规范》当中的要求和地方建设标准来进行,因此设计人员设计前必须对当地的地质条件和地方法规进行深入的学习。条基交叉处的基础面积不能循环利用,注意随时调整基础的宽度。

3、结构的计算和分析。在结构的计算和分析阶段既要准确又要强调高效, 因此结构工程师在这一阶段应该对一些比较常见的问题有一些清晰的认识。第一, 计算软件的选择。如果选择的软件不合适, 不仅会浪费大量的时间和精力, 还有可能对建筑结构产生一定的安全隐患。第二,要考虑到风载荷与建筑自振周期的影响。第三, 非结构构件的计算和设计。第四,振型的数目是否充足,因为在旧的规范当中, 没有提到振型参与系数的相关概念, 因为我们计算时应该按照新的规范来操作, 对计算结果中该振型参数进行有效的判断,从而决定要不要调整振型的数量。因此, 在设计时这也是设计人员应该值得重视的问题。

4、楼梯的设计

在楼梯的设计当中,要注意控制挠度,保证梯梁的位置和上下楼层的高度位置统一。

5、剪力墙的设计

剪力墙的布置必须做到均匀并且合理,使得整个建筑的质心和刚心在同一个位置。对于大多数的小高层的建筑来说,剪力墙的面比较的广,量比较的大,因此应该合理的控制住剪力墙的钢筋配置, 这点对于工程的安全性和经济意义是非常重大的。同时, 按照规范, 剪力墙应该按照《高层建筑混凝土结构技术规程》设置边缘型的构件。在这边认为在边缘构件的配筋当中,应该区分剪力墙的受力特性及其区别,在设计当中对于一个方向长肢另一个方向短肢的按照长肢进行配筋的做法是不可取的, 在这里计算中另一个方向短肢不进入刚度, 则此时可以不再考虑短肢方向的影响,再者计算短肢的进入刚度,那么在设计时就应该考虑方向短肢带来的不利影响。

总之，结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行，始于足下。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。

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