结构建筑学理念导向下的建筑结构设计及应用分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：徐磊（1987），男，汉族，江西上饶人，大专学历，助理工程师，研究方向为建筑结构设计及应用。-165-结构建筑学理念导向下的建筑结构设计及应用分析 徐 磊 深圳市联合创艺建筑设计有限公司上饶分公司，江西 上饶 334000 摘要：摘要：建筑结构的设计是否科学合理直接决定了建筑的安全性，在建筑结构的设计中，应合理的应用结构建筑学理念，提高建筑结构的科学性。为此，本文首先简单的阐述了建筑结构设计的原则和主要内容，然后对建筑结构的设计要点进行探讨，并以工程案例为对象分析了优化建筑结构设计的措施，希望通过本文分析可以为相关工作者提供参考。关键词：关键词：建筑结构；结构设计；结构建筑学 中图分类号：中图分类号：TU318 1 建筑结构设计原则 1.1 主次分明原则 在建筑结构设计过程中，设计者需要深入分析各构件的类型、位置及功能，明确其在建筑整体结构中所扮演的角色，保证设计方案的有效性，有效提高建筑的整体承载力与稳定性。如果采用“强剪弱弯”的设计理念，以提高房屋结构的抗剪力能力，降低结构整体受剪的不利影响。又如、设计人员根据强柱弱梁的原理进行梁柱设计，当柱和梁连在一起时，由于柱结构需要承担整栋建筑的竖向载荷，因此必须保证柱的承载力超过梁的。1.2 层层设置原则 在建筑结构设计中，采用分层稳定结构，可有效规避外界因素对建筑结构的不利影响，提高结构的稳定性与安全性，同时应对外界应力与荷载作用的挑战。为了保证建筑工程的质量和居民的居住安全，就需要加强建筑结构设计的科学性和合理性，不断提高建筑设计水平，从而确保整个建筑工程的质量。所谓“层层设置”，就是在对建筑整体结构进行优化与完善的基础上，科学合理地设置各层构件，充分利用剪力墙、梁柱等多种结构型式，科学调整各层构件的布置位置，保证各层结构间的连接，从而真正提升建筑对外界应力的抵抗力。1.3 刚柔适度 建筑结构设计中应遵循“刚柔适中”的原则，否则过多的柔度将导致结构变形，对结构产生不利影响。这就要求设计者合理规划布局，保证结构在满足刚度和强度要求的基础上，同时兼顾建筑内部的舒适性，降低地震对人体的损伤。当构件达到一定强度等级时，可保证各构件间的协调配合，提高结构的延性，使结构在承受较大荷载作用下，能达到最优变形。在评价建筑物刚度与柔度时，应参考结构刚重比、剪重比等关键指标。在地震作用下，地震剪力小、层间位移角大的情况下，结构可能向柔软型发展，为保证结构刚度满足规范要求，有必要增加墙柱截面。由于建筑物本身受各种因素的影响，其柔化程度也各不相同。刚柔关系的合理设计可提高结构的抗震性能，在设计中应严格遵循刚柔适中的原则。1.4 多道防线 在确定结构体系安全水平时，应将设防层数考虑在内。在结构设计中，钢筋、水泥用量大，且连接部位多，在地震作用下容易产生水平位移等问题。由于这些节点均为薄弱环节，极易产生裂缝或破坏，从而影响结构的正常工作。因此，在进行结构设计时，应设置多种保护措施，以保证结构的整体稳定。在突发事件发生时，要保证建筑构件具有足够的保护能力，以保证建筑物的稳定。在此基础上，还应加强各部位的加固处理，提高结构整体承载力，保证人民生命和财产安全。如果仅仅依靠某一种构件，就有可能造成结构的破坏，从而影响结构的整体性能。对于高层建筑而言，由于其高度和结构的复杂性，使其在地震作用下比普通建筑更易发生地震。2 建筑结构设计主要内容 2.1 地基设计 地基是建筑工程的基础，要保证房屋的稳定与安中国科技期刊数据库 工业 A-166-全，就必须保证高质量的基础建设，要提高住宅建筑的整体水平，设计师就必须重视房屋建筑的基础设计。传统的基础设计方法已不能适应现代建筑工程尤其是大规模的高层建筑的发展需要，在现代建筑的基础结构设计中，设计师要科学、有效地对房屋建筑基础进行分析。在建筑基础设计实践中，设计人员必须深入研究传统基础设计中存在的不足，制定科学合理的优化策略。本文就地基结构设计提出如下建议：（1）设计人员在选择建设场地时可以采用概念设计思路，而对场地地形特征的深入探讨与分析则是实践应用中的关键。不同建成区在地质、气候等地理环境等方面存在较大差异，各种外在因素对建筑物的稳定性有较大影响，这就要求设计者充分考虑这些因素，并在施工现场进行详细的地质调查。只有充分了解场地的地理条件，才能在此基础上制定更科学、更实用的施工方案，选取最适宜的施工场地，将场地对施工质量的不利影响降到最低。（2）提高建筑结构荷载水平。在地基承载力计算中，设计师除应采用基础计算公式外，还应按有关规范规定的容许承载力，并按规定修改基础容许承载力，从而提高建筑基础的承载力。为保证换土垫层厚度与宽度的合理性与科学性，并避免在服役期间出现差异沉降，设计团队需采用准确的计算模型，结合工程实践经验进行精细化设计。通过比较与验证，可减小计算误差，使设计数据更为准确。2.2 建筑结构缝设计 结构缝设计是房屋结构设计的核心环节，设计团队既要深入思考如何提升建筑设计品质，又要保证建筑的整体性能与生命周期。在建筑工程建设中常常会由于各种因素的影响，在施工后或者使用阶段出现建筑开裂的现象，为避免建筑结构发生裂缝等问题，设计者应充分认识结构缝设置的重要性，加强对结构缝的研究与分析，提高其专业技术水平。为保证房屋结构设计的合理性和安全性，设计人员还需注意解决建筑主体裂缝和抗震性能不佳等共性问题。对于施工企业而言，应加大对建筑结构设计的资助力度，将住宅结构未来的使用状况作为重点和重点，严控建筑结构设计质量，确保其在使用期间不会出现坍塌等隐患。设计者也要注意建筑工程的整体安全性和耐久性，以保证其安全符合相关规范。在建筑施工的实际操作过程中，设计小组一定要亲临现场，保证准确地复核建筑结构施工现场的全部数据，深入调查分析施工现场的情况，保证建筑结构施工的高质量，保证建筑结构缝的处理得当。如现行住宅建筑结构设计中普遍采用现浇板，设计者既要对结构受力状态进行全面评估，又要对现浇板在建筑结构中的受力状况进行深入研究，同时要对各种工况有充分的认识。设计师应结合实际工程，对建筑结构裂缝产生的原因进行具体分析，提出切实可行的对策，以保证建筑结构的整体安全性和稳定性，避免不必要的经济损失和社会影响。2.3 抗震设计 抗震设计是建筑结构设计中的一个重要环节，它直接关系到建筑物的安全与稳定。因此，加强建筑结构的抗震设计，提高结构的安全可靠度是十分必要的。不同型式的结构，其受力特征各不相同。柱的抗震设计有重要影响，设计阶段需对其进行全面分析，以提高其抗震性能，设计师应考虑抗剪力及荷载作用，对其截面形式进行优化。在进行结构抗震设计时，应充分考虑柱截面标准高及截面宽度，保证剪跨比的合理性，一般应大于 2。设计师要根据实际情况，对柱与梁的连接形式进行适当调整，改善整体受力状况，防止出现开裂、破坏等现象，保证建筑的正常使用功能，满足人们的需要。设计时应严格按照有关规范要求进行，以免产生偏差，影响到最后的设计结果。例如，在满足剪压比要求的情况下，对柱端截面剪应力进行合理控制，使其不大于 3N/mm2。此外，混凝土的抗压强度，配筋的间距和横向配筋也是值得关注的问题。根据规范要求，合理设计纵筋配筋率是保证建筑物抗震性能的重要措施。通过优化配筋设计，可有效防止钢筋弯曲变形，保证结构强度达到设计要求。对框架结构而言，在结构设计结束后，需要调整箍筋的位置和数量。在地震作用下，钢筋混凝土柱可能发生破坏。配箍量不足时，其约束能力将降低，不仅难以保证结构的稳定，还可能影响结构整体工作性能。因此，在建筑物设计时，必须对配箍圈进行有效的处理。为保证建筑结构抗震性能的要求，应结合工程实际，深入分析，合理设计箍筋。在此基础上，通过在建筑物外加设固定杆等措施，提高结构的稳定性，防止建筑物在地震作用下发生破坏。2.4 配筋设计 中国科技期刊数据库 工业 A-167-配筋设计是建筑结构设计中不可缺少的一环。配筋率指的是混凝土在混凝土中所占的比例。为保证建筑物高度与轴向力成正比，应结合上部风荷载分析，以降低柱顶偏心度带来的不利影响。对框架结构而言，当梁、柱两端的受力超过一定值时，就有可能引起重大的安全事故。当顶层产生轴向应力时，建筑物截面可能发生重心偏移。梁柱构件可由钢筋混凝土制成，以保证整体结构的强度。梁柱配筋过大或过小都会导致结构整体承载力下降，在结构设计阶段，应严格按照有关规范要求，保证梁柱配筋的合理性。对框架外挑梁的配筋还需进一步优化。在设计外挑梁时，建筑物所占空间及使用功能都会影响到设计的品质。在梁主筋设计时，可采用向外挑梁外伸的方法，但这种方法对结构质量有一定的影响。在结构抗震设计中，应充分考虑外挑梁的受力要求，并针对其特点进行配筋截面设计，从而达到提高结构整体受力的目的。钢筋混凝土框架结构以梁、柱为主要构件，梁柱又是整个结构的关键构件。在柱配筋时，通常配筋比例偏小，受外力作用后，其结构将承受较大的剪力。为提高框架结构的整体抗震性能，需要合理配置钢筋。在配筋设计过程中，需对双向偏心问题进行深入分析，采取有效的优化措施，避免因地震等外界因素引起的结构破坏，并对各受力状态进行细致分析，保证设计能够达到预期的设计效果。在 RC 框架结构中，配筋的数量要合理，且配筋数量要与其它构件形成有效的配合。当建筑物处于土质松软地区时，应加大框架柱配筋，加强箍筋对混凝土的约束作用。为了保证设计的合理性，保证工程结构的受力性能符合相关要求，设计中常采用菱形或井字形的方式。3 结构建筑学理念导向下的建筑结构设计应用 在某机场 T1 航站楼改建工程中，除了要考虑建筑物的视觉效果，同时也要考虑结构性能均衡的要求，对既有结构问题进行妥善处理。在设计方案时，应充分考虑新旧建筑物的相互影响和相互影响。既有建筑构造已成为一种高维约束，亟需借助“结构建筑学”中的“结构功能化设计”方法，对各种约束条件进行综合考虑与整合，最终实现结构更新目标。3.1 结构体系选择 建筑的内部效果可以通过建筑物的结构表现出来，这也是设计阶段常用的一种表现形式。从某一角度看，建筑结构设计是建筑整体逻辑的直接体现，主要体现在建筑结构中的力量感。建筑结构设计的成功与否，直接影响到建筑形态的选择。在该工程结构设计中，工程从 A 楼一直延伸到办公楼，长约 260 米，深约 35米，要求在满足功能要求的基础上，设计大悬挑和大外伸部。如何在保证结构跨越的前提下，充分发挥结构的张力，仍是一项极具挑战的课题。目前解决这一问题的办法是把这一问题转换成一种悬挑构件，用一根杆件作支点，用节点连接形成钢架。该设计方法常用于桁架、张弦梁等大跨结构，可增加空间紧张感，但若采用单跨钢折梁，则增强了空间的沉重感与单调性。为进一步提高结构元素的简洁性和表现力，该工程采用梁-杆组合单元法进行结构设计。这种结构形式灵活多变，施工灵活。在此基础上，通过对关键部位如幕墙、天窗、顶棚、混凝土柱进行设计，形成一个完整的结构单元。其中，雨棚是其中的一个重要组成部分。但是，由于雨棚的跨度不能再进一步减小，所以需要增加一组斜撑来减小其跨度。该设计方案中，拉杆仅受轴向力作用，既能削弱梁柱受力，又能保证在竖向荷载时，弯距能达到 5 跨的要求。3.2 集约用地条件下敞开式地下车库的实现 本项目针对车库周边道路、管线、边坡等实际环境，在兼顾结构受力及空间效应的前提下，兼顾结构与建筑的协调性，选取了部分区域仅采用水平支撑，并采用暗梁对挡墙进行支撑，以增加支撑力。对于大多数区域，在保证竖向刚度和侧移能力的基础上，增加横向隔层，以提高结构的整体承载力。该工程地下停车场最大的制约因素就是用地紧张。但是经过结构设计者与建筑师的紧密合作，在结构性能规范、功能要求与空间效果三者之间取得了良好的平衡。4 结束语 结构学强调结构体系与建筑体系的相互配合与协调，以提高建筑设计的整体质量与审美价值为最终目的。因此，为确保建筑工程施工质量，必须做好结构设计工作。在建筑设计过程中，要注重建筑师与结构设计师的密切合作与交流，才能创造出更完美、更高效的作品。中国科技期刊数据库 工业 A-168-参考文献 1黎子晖.建筑结构设计工作中绿色发展理念的融入与运用J.居舍,2022(35):98-101.2吕潮,张洵.某车辆段上盖项目超限高层建筑结构设计与抗震性能分析J.四川水泥,2022(12):117-119.3胡道航,夏乐,夏长春.南京德基广场三期超高层建筑结构设计J.建筑结构,2023,53(02):75-84.4程江勇.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用分析J.中国建筑装饰装修,2022(23):87-89.5王淼.浅析生态环保理念下的建筑结构设计J.中华建设,2022(12):80-82.6任晶梅.框架结构设计在建筑结构设计中的应用研究J.中国住宅设施,2022(11):37-39.