李杰

(煤炭工業(yè)太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030001)

近年來,由于中國社會經(jīng)濟的發(fā)展及其民眾生活水平的日趨改善,對建筑的安全、穩(wěn)定性、美觀性、節(jié)能環(huán)保等特性提出了全新的技術需求。所以,在建筑架構設計施工中,也要以綠色施工的發(fā)展理念為引導,利用科技優(yōu)勢提高施工架構設計的技術水平與服務質量。建筑架構設計施工人員,必須符合相關的技術設計規(guī)范條件,能科學利用優(yōu)化科技手段,對建筑物的總體構造、平面構造、承重結構構件和細部構造等所有的工程設計細節(jié)均實施了科技優(yōu)化,同時,還應當按照新型建筑物給排水和電氣系統(tǒng)的特點,對現(xiàn)代建筑物構造總體設計方案加以優(yōu)化完善,以滿足現(xiàn)代建筑物多樣功用的需要。所以,在建筑物結構設計技術優(yōu)化時,要充分考慮建筑物外形美觀等要素,以便更加優(yōu)化的建筑物結構設計方案,從而促使中國的建設向綠色可持續(xù)發(fā)展目標升級發(fā)展。

1 建筑結構設計原則研究

建筑結構設計管理主要按照保證基礎施工圖設計的計算結果準確性原理,要在制定好基礎總體設計方案以后及時的開展基礎初步設計工作,認真研究每一建筑構件的設計數(shù)據(jù),以保證計算準確性,并做好基礎工程設計報告以增強建筑物空間結構的穩(wěn)定性;其次是,要按照建筑物架構設計的科技合理化設計原則,要針對實際具體情況做好基礎構思結構設計工作,對基礎等材料做出科學合理的變形試驗,并做好地質研究報告,選用科學合理的新材料,以便編制出良好建筑構造的總體設計方案;最后要貫徹結合與對策完善的原理,不但要顧及到建筑結構組成的延伸性,還加強對施工架構設計中相對脆弱的環(huán)節(jié)加以嚴密把控,從而確保施工架構設計質量達到最佳,做到建筑結構施工的穩(wěn)定安全與效益達到最佳,從而提升結構施工的總體品質與管理水平[1]。

2 建筑結構設計管理中存在的問題

2.1 建筑結構設計不合理、不合規(guī)

當今社會，一些房地產(chǎn)開發(fā)商為了吸引眼球和輿論，會設計一些非常規(guī)結構的建筑。一些宅基地自建戶或房主為了建造自己理想的房屋或達到某種目的，會隨意對老房子進行改造。他們的結構設計方案大多都是不合理、不合規(guī)的，回望過去有1907年的魁北克大橋坍塌事件，工程師為了建造當時世界上最長的橋梁，沒有經(jīng)過精準的荷載計算就擅自增加了橋梁主跨度，導致魁北克大橋在僅投入使用四年之久就掉進了圣勞倫斯河中。回到現(xiàn)在，有一個新聞事件，一名業(yè)主在杭州敲掉了承重墻，導致整個建筑變得危險。

2.2 為了追求美觀與經(jīng)濟效益，不注重安全性

建筑結構設計不是一種能充分發(fā)揮其隨意性的藝術作品。它應該遵循一定的規(guī)范設計過程。然而，目前還存在著建筑工程的結構設計被個人的喜好所左右的現(xiàn)象，結構設計人員一味地追求世界最高、最長、最美等而忽視建筑結構的合理性，造成了在建筑施工過程中以及投入使用后的大量施工故障。比如,2004年法國戴高樂機場2E候機廳坍塌事件,2E候機樓的非常規(guī)結構形式的殼體屋蓋,在沒有明顯外加荷載的情況下突然坍塌。其結構設計的安全性問題不僅關系施工人員的生命安全,而且在日后投入使用的過程中如果出現(xiàn)了施工事故也會威脅到附近住宅用戶的的生活和財產(chǎn)安全,在中國地產(chǎn)規(guī)模不斷擴大的今天，有些房地產(chǎn)開放商為了節(jié)約材料成本，選用安全質量不達標的建筑材料，或在建筑結構設計時偷工減料，置建筑的安全性于不顧，如某一房地產(chǎn)開發(fā)商在修建商品房的時候，為了獲得更多經(jīng)濟上的效益，在建筑結構設計中采用了底部框架九層磚混結構，嚴重違反了國家建筑質量標準[2]。

2.3 建筑結構設計過程中欠缺溝通

在在建筑結構設計過程中，建筑結構設計人員往往不注意與投資方和承包商的溝通，導致投資方對建筑效果的要求模糊不清，與承包商對建筑的具體施工方案沒有達成一致，這時結構設計方案中就會產(chǎn)生很多問題，如果結構設計人員在方案設計過程中沒有留出足夠的調整空間，勢必延誤整個建設項目的工期。

2.4 基礎造型不科學

不合理的建筑基礎結構形態(tài)設計,是在建筑結構設計中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于基礎構造是建筑的基礎,而建筑構造又必須通過對基本構造加以彌補與發(fā)展,因此一旦建筑基本構造設計不當,建筑構造的整體將難以達到實際建筑需要?；緲嬙煸O計不當,主要表現(xiàn)在建筑基礎過分注重建筑外形的結構要素,而忽略了建筑構造的功能要素,使得建筑基礎造型整體無法滿足建筑力學要求,從而導致基礎架構設計的陷入困境?；蛘呓ㄖA形態(tài)過于怪異,如建筑造型過分偏離中心部位,在現(xiàn)實建筑構造時就必須調節(jié)建筑中心以達到實際建筑需要,但同時受到建筑動力、建筑支撐結構等現(xiàn)實要素的影響,如果建筑造型的中心過于偏離,則建筑構造就會偏塌。建筑結構設計中常常忽略了造型和結構之間的相互聯(lián)系,當注重建筑美觀或造型特點之后,在工程設計中的結構選擇往往脫離了結構設計原理,從而出現(xiàn)下沉、塌陷、傾斜等建筑現(xiàn)象,從而嚴重損害了房屋的結構安全可靠性[3]。

2.5 結構設計方案欠合理

結構工程總體設計方案,包括了從建筑構件系統(tǒng)層的總體布局到梁、柱、壁、基礎等的結構材料、截面選擇與空間布局,建筑結構設計如圖1所示。

圖1 建筑結構設計圖

結構設計方案的合理化歷來是建筑學者和工程師們共同關心的問題,但這二種群體的研究問題出發(fā)點、科學研究的手段和思考方法都確有不同。技術人員通常更傾向于從數(shù)學上的理論最優(yōu)解來定義結構總體設計方法的合理性,而施工技術人員則更重視實際工程設計情況,并要求結構總體設計方法在安全的前提下必須具有最簡單有效的操控性。從這邊面來看,由于工程技術人員的工作出發(fā)點更接近于工程項目實踐,因此應該更適合于對工程結構設計方案的合理性做出評判,不過,由于受工作性質和工作內容的限制,很多工程技術人員都會受接觸到的實際工程經(jīng)驗的影響,再加上對于計算理論方面專業(yè)知識的儲備和更新程度不夠,因此無法進行對項目合理性的全面評估,也就無法進行設計方法的革新與突破?？蒲腥藛T在研究結構設計方案合理性問題時會缺乏對工程誤差與容許偏差的考察,因為對于工程誤差考察不夠會使得分析結論要么偏向于危險,而不考察容許偏差則會使得分析結論么偏向于保守。由此可見,基礎技術人員與工程設計人員間信息互通的不足使得基礎理論的研究成果與工程設計實踐要求并不能很好地一致,具體體現(xiàn)到構造設計方案方面則是對構造總體設計方法合理性的評價準則與研究深度不足、根據(jù)合理性實現(xiàn)構造總體設計方法的優(yōu)化水平不夠、工程實操性較低。而且,中國目前在建筑設計責任制的實施上,也處于不斷試探與調整的階段中,但現(xiàn)在依然是以法規(guī)為唯一準繩的階段,而法規(guī)在嚴厲約束了建筑設計人違法建設行為的同時,也提供給了建筑設計人一定的保護傘,如果不突破法規(guī)就能夠避免絕大部分責任,這也使得中國建筑設計人始終以“安全”為重,無所畏懼?？梢栽O想,在對結構工程總體設計方案合理性的探討階段,人們會放棄很多嘗試和思考,這限制著建筑結構的總體設計方案合理性可以從宏觀方面向更深層次的和方面發(fā)展。

2.6 結構設計施工圖說明不夠詳細

在目前的建筑施工架構與設計項目管理流程中,不少公司都出現(xiàn)了結構設計與施工圖紙解釋不細致的問題,主要體現(xiàn)在二大方面,一是圖紙的細部描述含糊,不能對關鍵細部化問題做出細致的說明,這也給建筑單位帶來了一定的困難,很有可能會產(chǎn)生施工的質量問題。例如,計量單位的設計一致性、數(shù)據(jù)計算結果出現(xiàn)了偏差等;其二是由于圖紙信息和實際現(xiàn)場的施工情況有著很大差異,在對施工結構設計時,可能會因為工程設計人員的疏漏,沒能及時準確的反映現(xiàn)場施工信息,甚至是由于圖紙的表述不精確等,包括梁柱編號和構造標準的不清晰等,施工活動將很難順利進行,進而拖延工期,從而增加不必要的成本。

2.7 對樁基工程測量的技術要求過于隨意

在建筑物架構設計與管理過程中,單樁靜態(tài)承載力測試是十分必要的,可以對建筑物樁基的穩(wěn)定性作出全面考察與檢測,但是目前大多數(shù)的基礎建設工程中基本都使用了靜載試驗法來測定樁身的單樁強度,卻忽視出低應變動力檢測法對樁體(混凝土灌注樁)的結構完整性的判斷,太過隨意。

2.8 對低含鋼率盲目追求

在當下中國建筑國內外市場競爭劇烈的大背景下,不少建筑施工架構與設計人員為提高建筑含鋼額度,開始對低含鋼材料進行了盲目的追求與利用,有的人甚至于還在建筑計量模型上做過文章,而這也導致了建筑結構材料具有特定的重大安全隱患,含鋼率是建筑構造材料穩(wěn)定性的最主要保障,而大規(guī)模利用低含鋼材料將會造成建筑物總體的構造穩(wěn)定性力度不夠,乃至存在倒塌的可能性,給建筑施工安全與使用安全都帶來了很大的隱患[4]。

3 建筑結構設計管理問題的解決策略

3.1 建筑結構防腐設計

建筑構件防腐蝕設計既是增強建筑構件抗腐蝕能力的重要途徑,又是保障建筑構件安全性的重要舉措。因此在建筑施工過程中,建筑施工應當掌握各種材料的品質。在使用建材時,工作人員應當保存好材料,以防止因搬運方式不合理和存放不善而引起破損。同時,工作人員也應當搞好房屋的防潮、防水等工作,以避免材料因泄漏問題而危害建筑物的安全和耐久性,如圖2。針對有特殊要求的建筑物,管理人員必須采取相應措施降低或消除這種危險。因此,非承重墻鋼筋可用作保溫墻體構件;抗裂型水泥可用作增強保溫木材的抗裂性能,增加保溫木材的表層強度。

圖2 房屋防潮施工圖

3.2 建筑結構設計經(jīng)濟性管理

由于建筑結構可以大大提高建設單位的工程經(jīng)濟性,因此建筑架構的工程設計管理者在進行建筑架構設計時應當重視工作的經(jīng)濟效益,對工程架構設計的適用性和安全性加以管理,以便改善施工設備和原材料的整體品質。工程設計管理人員也要按照建設結構設計效率問題的規(guī)范把握管理要領,并按照建設構造安全性問題的規(guī)范,認真分析建筑構件的受力情況,在力學理論和規(guī)范指導下正確設計施工構件,以確保建設工程能在適當管理條件下有序實施。正確使用滿足工程質量要求的施工材料,進一步提高材料的效率,使建設工程在實現(xiàn)建設求的同時,合理地控制生產(chǎn)成本。在施工架構設計階段,管理者要從經(jīng)營的角度重視各項管理活動,按照工作要求調整工作方法,使管理形式更為靈活多樣,以適應施工架構設計的管理特點,使施工架構設計達到合同要求。

3.3 基礎結構設計的優(yōu)化

在優(yōu)化建筑架構設計中,工程設計部門必須要充分考慮住宅建筑空間結構對住宅建筑整體安全穩(wěn)定情況產(chǎn)生的影響。所以,在建筑基礎設施的優(yōu)化設計過程中,工程設計者往往需要先從整體、多角度、綜合考察基礎建筑物的空間結構控制,在初步擬定后期建筑工序方案的同時,再進行對基礎建筑結構設計的進一步優(yōu)化。以樁基建設項目施工安裝過程為例,在實施該基礎建設項目施工過程時,施工人員就需要認真考察樁基建設項目施工過程中的直徑高度。另外,為進一步完成對建筑物基礎架構設計的優(yōu)化,設計部門還需要對施工成本加以合理限制,明確了施工中使用的前沿科技,并且需要充分確保房屋建筑的基本架構設計與當前行業(yè)形勢和社會發(fā)展的戰(zhàn)略理念相符合。最后,設計者還應當保證建筑物架構設計可以適應當前建筑使用者多元化的審美要求,為今后的建筑維護工作打下了較好的基石。

3.4 根據(jù)建筑給排水技術要求優(yōu)化結構設計

給排水技術是現(xiàn)代建筑中不能缺少的一部分。所以,在進行現(xiàn)代建筑物結構技術設計時,應當充分考慮建筑物供水系統(tǒng)的技術特點。供水系統(tǒng)中通常要求采用數(shù)量較多的設備及其管網(wǎng)設施,但這種設備在客觀上增加了對建筑物結構的負荷,而在施工時又往往會對建筑物框架梁柱結構產(chǎn)生損害。因此為提高建筑物結構的安全與穩(wěn)定性,并保證供水系統(tǒng)能順利工作,在施工結構設計中應優(yōu)化供水設備的布局情況,并科學布置預留孔和預留空間,以盡量避免在后期施工時給排水管道貫穿,對建筑物框架梁柱結構有一定的沖擊影響。對預留孔與穿墻口做好了必要的密封處理,以提高建筑物結構的穩(wěn)定性。

3.5 提升建筑結構設計方案的合理性

為了提高建筑結構設計方案的合理性，為了建筑美觀和經(jīng)濟效益，必須避免忽視建筑安全。要在充分考慮了結構方案，進行了結構計算和施工圖設計后再追求建筑最大限度地實現(xiàn)美觀性與經(jīng)濟效益。一個好的建筑結構設計首先要在結構方案選擇時對施工現(xiàn)場的地質條件、自然環(huán)境等進行勘測，然后根據(jù)場地條件、建筑高度和建筑層數(shù)來確定采用磚混結構、框架結構、還是混合結構等，再來根據(jù)不同結構特征進行承重體系和受力構件的布置。最后再進行內外部荷載的準確計算、構建的試算與內力的計算。以確保施工過程與施工質量驗收都符合國家建筑質量標準，其次在進行建筑結構非常規(guī)化設計的時候，我們應該加倍努力調查以前類似的案例和建筑工地，并始終對結構理論保持懷疑態(tài)度，避免盲目自信導致建筑工程整體崩潰。

3.6 合理選材，保證安全性

為提高建筑物的使用年限和穩(wěn)定性,在建筑的結構設計中,應當保證對建筑物的材料選擇滿足結構方案的規(guī)定。不要因為壓縮工期與節(jié)省材料而降低成本,忽略選擇的合理性和安全性,在實際選用建材的時候,也要充分考慮建筑材料的熱荷載、密度、延伸性等,并在成本可控的基礎上優(yōu)選品質較好的建筑材料,而材料的選用也應當與施工結構設計圖紙與施工設計任務書相結合,避免因錯誤選擇和多次選擇造成材料浪費。

3.7 保證結構設計人員及時有效的溝通

在結構方案設計過程中，結構設計人員應始終與投資方和承包商保持溝通，充分討論建筑結構設計方案的制定和具體施工要求，多到施工現(xiàn)場進行實地的查看，給結構設計方案留足修改的余地，以備在交流中發(fā)現(xiàn)問題時能快速修改完善，在聽取各方意見并完成細致的預測工作后，最終確定了建筑結構設計的基本方案。需要施工部門和現(xiàn)場施工人員特別注意的地方，應在圖紙和相關文件上予以說明。

3.8 分析

為了在建筑結構的優(yōu)化設計中取得良好的效果，如圖3，除了早期科學的方法歸納、布局調整和最優(yōu)施工數(shù)據(jù)的選擇外，還需要對數(shù)據(jù)引起的結果進行分析和判斷。為了對大量數(shù)據(jù)進行操作和分析，可以利用先進的計算機技術通過高級程序對基礎數(shù)據(jù)進行計算和分析。在形成具體的分析細節(jié)和內容后，相關設計人員可以從數(shù)據(jù)中了解該方案的優(yōu)缺點，并對缺陷區(qū)域進行改進和優(yōu)化。建筑設計內容多，流程復雜，需要更多的人力、財力和物力。通過對計算機系統(tǒng)的結果分析，我們可以清楚地了解施工過程中需要花費的人力、物力和其他資源，并對施工成本進行預算。設計師可以從相關數(shù)據(jù)中進行優(yōu)化，最終通過考慮各種因素找到質量與成本的平衡點，在保證建筑結構高質量的同時，也可以有效地控制施工成本。此外，通過對系統(tǒng)的結果分析，還可以減少一些不必要的資源消耗和浪費，降低設計師的試錯成本，保證住宅建設項目的施工進度。

圖3 建筑結構圖

3.9 地基與框架結構優(yōu)化

對住宅結構,首先應進行框架設計與結構安裝,使住宅結構形成完善的框架結構,保證住宅結構的安全性,如圖4。工程結構設計的優(yōu)化,需要對基礎以及框架結構做出優(yōu)化設計:1)建筑工程基礎設計的優(yōu)化,因為地基承載著房屋建筑構造,對房屋建筑構造穩(wěn)固和安全非常重要,為保證基礎建筑設計的科學合理,設計者必須根據(jù)基礎地質勘察資料,經(jīng)過現(xiàn)場檢查,分析實際的基礎狀況后,針對基礎的地質狀況、水文地質情況、環(huán)境影響因素等做出綜合考量,并針對住宅建筑工程結合基礎時可能出現(xiàn)的危險性做好預案,及時做好安全預防,以保證基礎建筑施工的建筑結合安全性;2)住宅構架工程設計優(yōu)化,住宅建筑物的結構骨架分為縱貫構架和側向構架,在工程設計最佳優(yōu)化中,必須對構架加以整體考察,以研究構架的成立前提,從而確定了其縱構架工程設計的合理性,以及側向構架工程設計的科學性,以便于提高建筑設計效率;3)上部結構工程設計最佳優(yōu)化,上部構造為房屋結構的主要外部構件,在建筑設計優(yōu)化過程中,必須研究上部構件的水平向的承載能力、側向的平和性等情況,由于剪力墻構架具備的抗震性好、抗側剛度高等優(yōu)點,因此普遍地運用在各種屋頂結構工程設計中。在設計優(yōu)化中需要充分考慮剪力墻構件的穩(wěn)定性,以保證它可以耐受外界壓力,可以對抗自然災害,保障居民的生命安全。在產(chǎn)品設計優(yōu)化過程中,要保證關鍵參數(shù)的選取科學合理,設計過程結構模式的建立科學合理,滿足工程需要。

3.10 保障建筑結構安全的設計

目前,由于民用建筑架構的設計系統(tǒng)還不健全,造成民用建筑架構設計不合理,耐震設計也有一定缺陷。為提高民用建筑的使用安全,民用建筑的架構設計也需要更加科學合理。因此在建筑架構設計中,首先應選用較為合理的結構型式。例如目前使用得較為多的鋼結構,和鋼筋混凝土結構相對比具有較多的優(yōu)點,如鋼結構的重質輕量、強度相對高,而且工期也相對短等。因為這種結構比較符合民用建筑架構設計的特點,同時由于鋼結構的空隙設置面積相對大,也能夠使民用工程建筑的更加靈活性,這對于業(yè)主甚至是施工都十分方便。另外,鋼結構施工中可以盡量減少對砂石、碎石、混凝土等原料的運用,從一定程度上減少了施工成本,同時保證了工期和質量,鋼結構工程圖如圖5所示。

圖4 地基與框架圖

圖5 鋼結構工程圖

4 結語

建筑為人民大計,建筑的藝術成就同人民的生活與生產(chǎn)活動息息相關。身為建筑設計者,我們應始終保持結構優(yōu)化設計的意識,并不斷提升結構優(yōu)化設計的技能,積極地與項目中的各方通力合作,以推動中國建筑結構優(yōu)化設計事業(yè)的不斷進步。建筑事故的頻頻出現(xiàn)，追究其原因，與最初建筑結構設計管理的不成熟有關，要保證建筑結構設計方案能夠順利有效的實行就必須做好建筑結構設計的管理，優(yōu)化建筑結構設計，加強結構設計人員與相關人員的有效溝通，在成本控制的基礎上合理選材，需要特別注意的是，當建筑結構的創(chuàng)新設計超越傳統(tǒng)結構設計的常規(guī)時，我們可以大膽地做出假設，仔細驗證結構理論的科學性和合理性。只有這樣，才能從根本上解決建筑業(yè)的結構設計問題，促進建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。