建筑结构设计与概念设计的探讨

建筑结构设计与概念设计的探讨

陈世昌

陈世昌

（佛山市建筑工程质量监督站，广东，佛山，528000）

【摘要】本文介绍了建筑结构设计的相关内容以及结构概念设计的应用，并对结构设计经常出现的的几个问题进行解析，仅供参考。

【关键词】设计方法；概念设计；结构问题

1．建筑结构设计的基本方法

1.1结构方案确定及结构计算

结构设计方案是概念设计，尤其对于高层建筑的抗震设计，选取合适的方案就显得尤为重要。结构工程师首先根据建筑物使用功能、房屋高度、地理位置等条件初步确定上部结构形式（包括结构类型、竖向构件的布置、梁板的平面布置），然后依据上部结构形式及具体场地地质情况确定基础形式，从而形成初步的结构设计方案。

然后就是选择合适的结构计算软件，建立结构模型。模型建立阶段为结构设计方案的逐步细化过程，应考虑建筑使用功能和美观上的影响，以及结构设计上的优化。下一步就是进行结构计算，通过计算机编程，可以帮助设计师进行建筑物的整体计算和构件分析。根据计算结果及结构设计概念，分析结构的整体性、构件的承载力；分析结构破坏的机制和过程；分析结构的关键部位和薄弱环节。预估和控制各类构件塑性铰区可能出现的部位和范围，避免整体结构受力不规则，避免构件承载力突变和应力集中，对建筑物进行多道防线设计。从而对结构方案进一步优化，最终确定结构设计方案。

1.2基础的设计

依据场地地质情况（各土层及岩层的厚度、承载能力、地下水状况），并结合上部结构墙柱轴力大小、地下室层数及埋深、现场施工条件等资料，选用合适的基础类型，绘制基础平面图。常用的基础类型主要包括天然地基（人工地基）、桩基础、桩筏基础三大类。

天然地基属于浅基础，适用于上部结构荷载较小、地下土层较均匀土质较好、持力层埋深较浅的情况，因其经济性的优势，通常为低层建筑首选的基础形式。人工地基与天然地基并没有本质区别，所不同的是经人工加固处理过，能提高其承载力或减少压缩变形而采用的基础。

当建筑物荷载较大且地下土层土质较差，采用浅基础无法承担建筑物荷载时，通过特殊的施工方法将建筑物荷载传递到较深土层的基础称为深基础。桩基础即属于深基础，持力层埋深一般较深，按桩身受力情况可分为摩擦型桩（荷载主要由桩侧阻力承受）及端承型桩（荷载主要由桩端阻力承受）。

桩筏基础是两种基础形式的结合，由地基土和桩共同承担上部荷载，桩筏基础的桩通常是摩擦型桩，且基本是均匀密布的。

1.3绘制结构平面图

绘制结构平面图时可以利用建筑条件图上的图元，简单快捷的方法是利用图层功能，直接冻结或删除相关的层。然后再建立新的结构图层：梁图层（包括可见梁线和不可见梁线）、文字图层、钢筋图层、梁柱平面配筋层等等，这样做的目的是提高绘图效率,方便在不同结构平面图间的拷贝、移动和删除。

在结构平面图上梁柱配筋一般采用平法标注，根据结构模型计算结果，分别对每个构件标注截面及配筋，并核对是否影响建筑使用功能和美观、标注是否齐全、构件配筋是否满足规范要求等。最终分别绘制出板配筋图、梁配筋图、墙柱配筋图，并应和相应构件的构造通用图及说明配合使用。

1.4楼梯及大样详图

楼梯是一个立体空间结构，应结合平面和剖面一起看。楼梯设计前，必须先读懂楼梯的建筑图，特别是复杂楼梯，应对其空间形式非常清晰。结合建筑使用功能和结构工程师的经验，综合分析楼梯的结构布置，选用合理的结构形式，并考虑地震作用对楼梯构件的影响。

大样详图是针对某个节点或部位进行详细说明及解释的放大图，可在建筑大样图上配筋，基本上都是构造配筋，应注意最小配筋率、钢筋锚固长度等。

1.5结构施工图

施工图是工程师的“语言”，是设计者设计意图的体现，也是现场施工和工程预结算的重要依据。结构说明及构造通用图与上述图纸综合起来，就形成了完整的结构施工图，房屋建筑的结构安全与其密切相关，所以说结构施工图在整个房屋建筑中占有举足轻重的作用。图面清楚整洁、标注齐全、构造合理、符合国家制图标准和行业规范是对结构施工图的基本要求。

2．概念设计的主要内容

概念设计是指在建筑方案初期，结构工程师依据结构理论结合工程经验，从宏观的角度对建筑方案进行概念性的分析估算和比较选择，实现经济合理设计的目标，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的重要依据。“这根柱子阻碍我的车道了，可不可以挪个地方？”；“这片剪力墙严重影响我的商铺了，真的不能去掉？”；“这根梁影响美观，可不可以取消？”；“这个空间真的没有其他结构上的解决办法，还是你们的水平太差……”；“是你懒得修改吧，还是真的只能这样？”，对于建筑设计师的抱怨，结构工程师往往一笑而拒绝，心中暗骂“建筑佬连基本结构理论都没有，懒得跟他们废话”。这就是传统的建筑师与结构师合作的悲哀，结构设计仅仅是在建筑方案做好之后才出现的环节。

相对于传统结构设计而言，概念设计会参与到建筑结构设计的每一个细节中去，主张从整体到局部、局部到整体的视角来纵观整个建筑结构设计。这就要求结构工程师从建筑的方案阶段就开始介入，参与方案的讨论，运用自身的力学知识有效地对整体结构体系、构件的力学关系比较与选择,与建筑设计师进行紧密地合作。比如：结构工程师应提前考虑地下室的车位布置、车道的设置、首层商铺的间隔和实用性、梁的布置或高度对建筑美观上的影响等，因为这些都受到结构布置的影响。

结构设计是建筑设计背后强大的技术支撑，优秀的结构工程师，他应该充分了解建筑师的设计意图，立足于建筑师的理念，以正确的结构设计原则为依托，一般可不经计算机计算，做出相对精确理性分析，预先告知建筑设计师方案的合理性与经济性、后期设计阶段将会遇到的问题。通过相互的沟通，双方形成共识，商定出相对满意的方案。这样的方案往往概念清晰，定性准确，极大地避免了后期设计阶段中出现一些不必要的修改，建筑结构设计方案的经济合理是概念设计的最终目标。

3．结构设计常见问题

3.1地基与基础方面

（1）在地基处理上，采用换土垫层进行软弱地基处理，未对新的换土垫层进行设计和计算，仅凭以往的设计经验处置。根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012，3.0.5条强制性条文，应对处理后的地基进行验算。

（2）对于无地下室的高层建筑基础埋置深度不符合要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010，12.1.8条，①天然基础，可取房屋高度的1/15；②桩基础，可取房屋高度的1/18。

3.2结构计算方面

（1）建筑防护栏杆未按要求进行验算。根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012，5.5.2条强制性条文，栏杆顶部的水平活荷载标准值不应小于1.0kN/m；根据《中小学校设计规范》GB50099-2011，8.1.6条强制性条文，防护栏杆最薄弱处承受的最小水平推力应不小于1.5kN/m。

（2）应考虑楼梯的抗震设计。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,3.6.6条及其条文说明，地震中楼梯的梯板具有斜撑的受力状态，计算中应考虑楼梯构件的影响。

（3）在用计算程序进行结构计算时，未对特殊构件（如转换梁、转换柱）进行补充定义，未按规范要求对特殊构件的抗震等级重新设定。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010,10.2.6条、10.3.3条、10.4.4条、10.5.6条、10.6.4条，规范对复杂高层建筑结构设计有较明确的抗震等级要求。

3.3施工图绘制方面

（1）楼梯间外侧剪力墙设计时应把梯板钢筋锚固入剪力墙中，施工图上没有说明或图示，使外侧剪力墙计算长度加高，不满足稳定性要求。

（2）施工图中II、III级钢筋混用，因现场无法从外表区分，造成施工混淆，影响结构安全。

（3）应全长加密箍筋的柱子，箍筋未全长加密，如：一、二级框架的角柱；过楼梯间半平台处的柱等。规范要求见《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,6.3.9条第4)点。

4．结束语

建筑结构设计是房屋建设的重要组成部分，是一项系统、全面的工作，需要扎实的理论基础、灵活的创新思维和严肃认真的工作态度。因此，在进行建筑结构设计时，要抓好细节性工作，严把质量关，并密切配合其他专业来进行设计，力求做到尽善尽美，为社会提供功能齐全、设计美观、安全可靠的建筑精品。

参考文献：

[1]章吉牧.建筑结构设计常见问题探讨.江西建材，2011.

[2]张广生.建筑结构设计中的概念设计与结构措施.中国新技术产品，2011.