建筑结构设计原则与要点探析

建筑结构设计原则与要点探析
【摘要】改革开放以来，中国经济快速发展，一栋栋建筑如雨后春笋般拔地而起，城市化进程不断加快，建筑结构的设计就显得尤为重要。

建筑结构设计是个系统、全面的工作，本文阐述了建筑结构设计的原则与要点，希望为今后实践提供帮助。

【关键词】建筑结构；设计；原则与要点
1 结构设计的目的
在现有技术基础上，用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求，包括安全性、适用性、耐久性。

1.安全性：指结构应能承受正常使用时可能出现的各种荷载和变形等作用，在偶然事件（如地震、强风）发生时及发生后结构仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部损坏而不致发生倒塌。

2.适用性：指结构在正常使用过程中，应具有良好的工作性能。

3.耐久性：指结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，能够正常使用到预定的设计使用期限结构的功能要求概括起来为结构的可靠性，即在规定的时间内（设计使用年限），在规定的条件下（正常设计、正常施工、正常使用和维护），结构完成预定功能（安全性、适用性、耐久性）的能力。

2 建筑结构设计的概念
建筑结构设计就实质而言，分为两个层面，一方面是建筑设计，另一方面是结构设计。

建筑设计侧重于建筑物的功能方面的设计，
如建筑物的外观形态、建筑风格等等；结构设计侧重于建筑物的结构安全性能方面的设计，如建筑物的抗震能力、建筑物防风能力等等。

就我们经常说的建筑结构设计而言，其实侧重于第二个侧面，即建筑物的结构设计。

就是结构设计师用结构语言把自己所要表达内容完整无误的表达出来。

其中设计用到的结构语言就是协助建筑师把自己的建筑结构思想表达出来所用到的语言符号，或者是设计专业图纸中所用到的结构元素。

故此，建筑结构设计就是结构设计师用特定的结构语言符号或者结构元素把建筑的结构体系表达出来。

3 建筑结构设计的内容
建筑结构设计的内容主要包含如下四个环节：方案设计、结构设计、构件设计和绘制施工图四个部分。

1.方案设计
结构方案设计包括结构选型、结构布置、主要构件的尺寸估计和结构的初步分拆等内容。

结构选型包含上部结构选型和基础结构选型两方面内容。

对结构选型实际是对未来建筑物的结构设计提供各种不同设计方案，然后通过一定的评判标准来确定方案的优劣，最终选定最满意的结构。

2.初步设计
初步设计部分要把建筑物本体结构、给排水、电气线路和设备、工艺，暖通等内容全部囊括在内，进行综合考虑，形成设0计的初步方案。

在这个阶段，结构设计师要对结构设计涉及到的如楼板厚
度、梁柱的尺寸等内容给一个初步的数据范围，然后再依据一定的标准对该结构体系进行初步计算和分析，判断结构体系是安全可靠。

在初步设计阶段，让建筑物达到以下几个方面的要求：1）抗震设计，根据我国的《建筑抗震设计规范》的要求，一般建筑物的抗震设防烈度范围为6度到9度，根据建筑物所处的不同区域和建筑物的重要性来确定；2）计算结构构件的承载能力，构件在建筑物中承载能力不能到达一个构件的极限承载能力，这样保证了建筑物的安全性。

3.详细工程设计
结构设计之后，就要进行详细工程设计。

详细工程设计是指柱、梁、板、墙（剪力墙）和块体这5部分的内力和配筋计算。

梁和柱可看作细长杆件，内力情况与计算体系相符合。

单向板可简化为单位宽度的梁来计算，双向板的计算理论也较成熟，异型板的计算较为复杂，应尽量避免。

对于单片的剪力墙，一般把它视为薄壁柱作近似计算，有时要考虑翼缘的作用；对于筒体结构中的剪力墙，则要用空间力学的方法来计算。

块体不同于梁、柱、板、墙，它在空间3个方向的尺寸都比较大，难以视作细长杆件或简化为平面体系来计算。

如单独基础、柱的承台、深梁等都是块体，受力情况复杂，难以精确分析，所以在计算中往往加大安全系数，以保安全。

整个建筑结构设计的最后一个环节是绘制施工图。

建筑和结构设计师的所有想法和创意都体现在施工图中。

因此，施工图是工程师的语言，工程师的设计意图主要是通过施工图纸来表达，施工图纸是
施工人员进行施工的主要依据，关系到施工的质量和效率，也关系到工程的质量和使用功能的发挥。

因此，在绘制施工图纸时，必须保证图纸的表达正确、规范、简明和美观，以便施工人员通过图纸正确的理解设计意图，保证施工工作与设计工作相联系，保证施工的顺利进行。

4 建筑结构设计的原则
1.安全性
安全性建筑结构设计的安全性原则是指建筑物在正常施工和正常使用的条件下，承受可能出现的各种作用的能力，以及在偶然事件发生时和发生后，仍保持必要的整体稳定性的能力，这里的偶然事件多指自然灾害如强震、剧烈爆炸、强风等。

如在建筑结构设计中用到的杆件，对其安全性要求就要考虑杆件的材料、压杆的截面形状与大小、压杆的长度和压杆的支撑情况等内容。

作为一个建筑物在保证适用性的同时，也要保证安全性。

2.适用性
建筑结构设计适用性原则是指建筑结构在正常使用过程中，应具有良好的工作性能。

任何一个建筑物，都有一定的建造目的，该原则说明，在建筑结构设计阶段要充分考虑到未来建筑物的建筑功用，即要满足建筑物的功能要求：如蓄水池能够蓄水，如果底部有裂缝，则蓄水池就失去了蓄水功能。

当然，在建筑结构设计阶段，考虑建筑物适用性的同时，还要综合考虑到我国现阶段的施工技术水平、建筑材料、地理环境、用户对建筑物的外观要求等因素。

3.经济性
经济性原则指的是在建筑结构设计过程中要考虑到经济因素。

这里有两个层面的经济性，一方面是说建筑物在满足适用性和安全性的条件下，造价经济、划算，另一方面说的是在耗费造价一定的条件下，产生收益最大化，这里的收益也就是效用最大化。

4.保证质量
对于建筑美观的追求没有止境，它会随着时代的前进而不断的发生变化，因此，建筑结构设计师应考虑美学因素。

就是要求设计师在建筑结构设计时既要做到保证建筑物的安全性、适用性、经济的前提，还要融入时代的美观因素，才能使得设计的建筑物在满足使用要求的同时，也满足了人们对建筑物在美观方面的要求，满足了建筑物所赋予人们在精神上的感受。

5.施工方便
建筑结构设计对施工难度影响很大，优秀的建筑结构设计师要时刻想到自己的设计是否便于施工，施工者不满意的设计就是一个失败的设计。

在设计过程中这些经验是可以汲取的：设计过程中尽量减少截面种类，减少制模工作，模板也可再次利用；各结构构件混凝土强度等级尽量统一；要充分了解使用功能，把握业主的要求和实际的使用要求，可避免后来业主要求的变更；钢筋排放不宜过密，太密捣砼的振动棒不好操作、梁柱节点处施工难度大，特别是顶层与边柱或角柱相连的梁负筋不宜配双层，因为钢筋都要锚入柱内，配双层对浇筑砼影响很大；梁、柱、基础编号时，尽量归并；
配置板钢筋时，板钢筋间距不要太多；注意有些结构做法，在施工图上看起来可行，觉得没什么不妥，但不一定能在现场施工，或很难进行施工；对一些复杂的建筑，应考虑它周边的建筑环境，还有和其他建筑物的关系以及施工队的装备情况。

因此，作为施工设计人员，这些便于施工的经验和技巧应该牢牢掌握。

参考文献
[1] 混凝土结构设计规范，gb50010-2010
[2] 刘征.结构设计与工程造价关系的探讨.工程建设与设计，2009（1），112-114.
[3] 陆海燕.基于遗传法和准则法的高层建筑结构优化设计研究.博士学位论文，大连理工大学，2009。