建筑结构设计中存在的问题与对策分析.pdf

江西建材规划设计与建筑1392023年6 月建筑结构设计中存在的问题与对策分析刘凤谊深圳和华国际工程与设计有限公司，福建 泉州 362000摘 要：文中就建筑结构设计原则以及重要性进行了论述，分析了建筑结构设计中存在的问题，提出了建筑结构设计对策，包括完善建筑结构方案、明确计算参数含义、强化结构设计的计算和验算等。关键词：建筑结构设计；问题；措施中图分类号：TU20文献标识码：B文章编号：1006-2890（2023）06-0139-03Analysis of Problems and Countermeasures in Architectural Structural DesignLiu FengyiShenzhen Hehua International Engineering and Design Co.Ltd.,Quanzhou,Fujian 362000Abstract:In this paper,the principles and importance of building structure design are discussed,the problems existing in building structure design are analyzed,and the countermeasures of building structure design are put forward,including improving the building structure scheme,clarifying the meaning of calculation parameters,strengthening the calculation and checking of structural design,etc.Key words:Architectural structural design;Problem;Measure作者简介：刘凤谊（1982-），男，福建莆田人，硕士，工程师，主要研究方向为结构设计。1 建筑结构设计的原则及其重要性（1）稳定性与安全性原则。面对自然灾害和人为破坏，建筑结构必须具备稳定性，确保人们生命财产安全。（2）经济效益原则。通过合理选择材料和优化设计方案，最大程度降低成本，提高经济效益1。（3）功能性原则。设计需要满足使用者需求、适应环境，以提供舒适便利的体验。空间组织、设施配置、动线设计等都需考虑功能需求。（4）审美性原则。设计应注重建筑的视觉效果和艺术价值，为使用者带来良好的审美体验，同时提升其社会价值。（5）可持续性原则。设计需考虑环保和能源利用率，采用绿色建筑材料和技术，从设计初期开始就着眼于降低建筑生命周期内对环境的不利影响，实现建筑的可持续性。2 建筑结构设计中存在的问题2.1 建筑结构过渡设计建筑结构过渡设计通常被称为“超限设计”。一方面，过于保守的设计可能导致强度高、耐久性强的材料过度使用，如钢筋、混凝土等；结构系统的过度设计，如超常规空间结构和超高层建筑，不仅增加了成本、材料、施工和维护费用，还会对建筑的功能和外观造成负面影响。另一方面，过大的结构设计会占据室内空间，进一步影响舒适度和使用功能。2.2 建筑基础选型不科学在建筑结构设计中，基础选型不科学是一个重要问题。基础是建筑物的支撑结构，负责将建筑载荷传递到地基中，它的设计和选型直接影响到建筑的稳定性和安全性。（1）如果基础选型不科学，基础选型和地质条件不匹配，会导致建筑物在使用过程中出现沉降或倾斜，这将严重影响建筑物的安全性和稳定性。（2）基础选型不科学影响建筑物在特定环境或自然灾害（如地震、洪水等）中的耐受性。如果选型不当，会导致建筑物无法抵御自然灾害，埋下巨大的安全隐患。（3）不科学的基础选型可能会对环境产生负面影响。例如，选型不当可能会对地下水、土壤等造成污染，违反可持续原则。（4）基础选型不合理还可能导致建筑结构的耐用性降低，增加建筑物的维护成本。如基础不能适应地质环境的变化，会导致建筑结构在使用过程中需要大量的维护成本。2.3 建筑结构设计忽视环境因素在建筑结构设计中，环境因素的忽视会带来所谓的“环境盲区”问题。（1）忽视土壤类型、地下水位、地震带等地质条件，会导致地基承载力不足，产生地基沉降和裂缝等问题。（2）忽视气候条件，如温度、湿度、风速等，会降低建筑的热效能，影响室内温湿度，或引发结构热疲劳和腐蚀等问题。（3）对周围环境，如噪音、振动、污染等因素的忽视，可能导致建筑声学性能下降，降低居住者生活质量。3 建筑结构设计对策3.1 完善建筑结构方案（1）合理选择结构类型和材料。建筑结构类型和材料是影响建筑物整体性能的关键因素，设计师需要根据项目的特点、地理环境、功能需求和成本预算等综合考虑，选择合适的结构类型和材料。例如，钢结构具有较高的强度和延性，适用于大跨度、高层和超高层建筑；混凝土结构具有较好的耐火性和耐江西建材规划设计与建筑1402023年6 月久性，适用于住宅、商业和公共建筑等。在选择结构材料时，应考虑材料的强度、刚度、稳定性、耐久性、防火性能等因素。同时，可持续性和环保性也不容忽视。例如，绿色建筑材料，如竹材、木材等具有可再生、低碳等优点，可作为传统建筑材料的替代品。（2）优化结构布局和设计。结构布局和设计直接影响建筑物的力学性能和使用寿命。设计师应整体考虑结构构件的几何尺寸、连接形式和支承条件，以满足建筑物的受力和变形要求。在设计中，不仅要充分利用空间，还要避免大跨度悬挑构件和柱子截面过小等不利因素。在构件设计中，要根据受力特点选择合适的截面形式和尺寸，保证构件的承载能力和刚度。为了提高结构的抗震性能和抗风性能，设计师还需要在布局和构件设计中采取相应的措施。例如，设置剪力墙或核心筒以提高结构的整体刚度和稳定性；采用柔性连接和隔震措施以减小地震对结构的影响；设置开敞式的外墙结构以降低风压力的作用2。3.2 明确计算参数含义在建筑结构设计中，计算步骤和计算参数的含义至关重要。计算参数和步骤的明确有助于设计师设计出安全、稳定的建筑。3.2.1 计算参数的含义（1）荷载。其分为静态荷载和动态荷载。静态荷载，包括了自重荷载和使用荷载。动态荷载包括风荷载，地震荷载等。（2）应力和应变。这是衡量材料在受力后的内部反应的重要参数，应力是力的分布情况，应变是材料的变形程度。（3）材料强度。这是建筑材料在特定环境下能承受的最大力量。（4）抗倾覆性。这是建筑物在受到风、地震等横向力时的稳定性。（5）刚度。这是材料抵抗变形的能力。3.2.2 计算步骤（1）设计参数的确定。根据建筑物的使用性质和地理位置，确定设计参数如荷载类型、大小等。（2）结构分析。根据荷载和材料性质，运用相关理论进行结构分析，计算出结构各部位的应力、应变、位移等。（3）选材与设计。根据结构分析的结果，选择合适的材料和设计，确保其在设定的荷载下能安全工作。（4）安全检验。根据相关标准，对设计进行安全检验，如抗倾覆性、刚度等。（5）优化设计。通过检验的设计需要根据检验结果进行优化，直至满足所有安全和使用需求。在这个过程中，正确理解和使用计算参数是至关重要的，任何参数的理解错误都可能导致结构设计的不合理，进而可能导致结构出现事故。因此，深入理解这些参数的含义，严格按照计算步骤进行，是保证建筑结构设计安全有效的关键。3.2.3 强化结构设计的计算计算是建筑结构设计中的重要环节，可以保证结构方案的科学性和合理性。设计师需要根据国家标准、规范和实际工程经验，对结构方案进行严格的计算。在计算过程中，要考虑各种荷载组合、极限状态和稳定性等因素，确保结构的安全性和可靠性3。结构设计软件是提高计算效率的重要工具。设计师应熟练掌握各种结构设计软件，如 SAP2000、ETABS、PKPM等，以便快速、准确地进行计算。同时，设计师还需要与其它专业的工程师密切交流合作，以确保各方面的要求得到满足。3.3 建模前处理3.3.1 确定几何形状在任何建筑结构设计中，首先需要确定结构的几何形状，这将决定结构如何满足各种荷载和环境条件作用。例如，一个高层建筑更多的是需要考虑风荷载，而桥梁则需要考虑交通荷载。因此，确定合适的几何形状是建筑结构建模的第一步。3.3.2 划分网格一旦确定了几何形状，下一步就是进行网格划分。网格是将复杂的结构形状分解为许多小的、简单的形状（例如，三角形或四边形）。这样做的目的是简化后续的计算过程，因为对于简单的形状，我们可以更容易地计算应力、应变等参数。在网格划分过程中，需要注意的是，应尽可能保持各单元大小一致，并且需要在结构应力集中或突变的地方进行细化划分。3.3.3 选择材料参数结构模型的另一个重要参数是材料，这包括材料的密度、弹性模量、泊松比、屈服强度等。这些参数需要从材料的实际测试数据中获取，并准确输入到模型中。在选择材料参数时，需要考虑到实际设计中可能出现的材料差异和加工偏差，因此，通常需要选择较为保守的参数。3.3.4 定义边界条件在实际建筑结构中，某些部位可能被约束，无法自由移动或旋转。在模型中，这些约束条件需要以边界条件的形式定义。边界条件可以包括固定约束、滑动约束、自由约束等4。3.3.5 应用荷载最后一步是将预期的荷载应用到模型中。其中包括自重、风荷载、雪荷载、地震荷载、使用荷载等。在应用荷载时，需要考虑各种荷载的组合，以确保结构在所有可能的荷载组合下都能安全工作。3.4 利用信息模型技术优化建筑结构设计3.4.1 数据信息化的应用信息模型技术，特别是建筑信息模型（BIM）技术，已经成为现代建筑结构设计中的重要工具。通过 BIM技术，设计师可创建一个包含各种参数的三维数字模型，这使得建筑的设计、建造和管理过程更加协同和高效。（1）数据信息化在BIM中扮演着关键角色。所有的设计参数，包括几何尺寸、材料属性、装配顺序、维护信息等，都被数字化并嵌入到模型中。这种数据的集成提供了一个全面、准确的建筑视图，有助于设计者、承包商和设施经理做出更好的决策。（2）信息模型技术可以优化建筑结构设计方法。它可以提高设计的准确性，通过实时的碰撞模拟减少设计错误，通过参数化设计实现设计自动化，从而大大提高设计效率5。3.4.2 模型建设的应用（1）几何建模。BIM允许设计者在三维空间中直接进行建模，大大提高了设计的直观性和准确性。此外，与二维设计相比，三维模型可以更好地展示建筑结构的细部，有助于检查设计的完整性和一致性。（2）参数化设计。在 BIM中，设计元素（如墙、梁、柱等）不仅包含了几何信息，还包含了许多其他参数，如材料、尺寸、位置等。这使得设计者可以轻松地进行参数化设计，即通过改变参数来改变设计，从而提高设计的灵活性和效率。（3）协同设计。BIM模型是一个集成的数据库，所有设计团队成员都可以访问和修改模型。这使得不同专业的设计者可以在同一模型中进行协同工作，减少了设计差异和冲突，提高（下转第143页）江西建材规划设计与建筑1432023年6 月单根立杆承受的荷载为58.8 kN。立杆压强计算公式如下：（5）式中，为立杆压强（kPa）；Nw为立杆承受的荷载（kN）；Mwk为风荷载对立杆产生弯矩（kN m）；W为立杆截面模量（mm）；A为立杆的横截面积（mm2）；为立杆轴心受压稳定系数。根据（5）式求得：kPa。因为181022.3 kPa f=300 MPa，所以，组合风荷载时，立杆稳定性满足要求。4 结语通过上述对现浇梁盘扣支架的承载力计算分析，得到以下结论。（1）根据支架实际受力工况，充分考虑水平荷载和竖向荷载，以及两者的组合作用效果，确保在最不利工况下，支架承载力能够满足安全使用要求。（2）根据混凝土箱梁截面结构，其翼缘板下立杆、底板下立杆、腹板下立杆、墩顶实腹段下立杆，设计时应做受力分析，通过调整支架立杆间距，保证支架强度、刚度及稳定性满足规范要求。参考文献 1 班晓军.桥梁现浇箱梁盘扣式满堂支架安全设计与验算分析 J.北方交通，2019（1）：14-18，22.2 余孟军，朱跃球.盘扣支架在现浇箱梁施工中的应用J 西部交通科技，2018（4）：140-143 3 黎祥.盘扣式脚手架在长沙磁浮工程中的应用J.公路与汽运，2017（1）：161-162，182 4 尹德智.现浇箱梁施工用盘扣支架布置优化及结构计算分析 J.低温建筑技术，2021（8）：11-17.5 徐鑫哲，宁亚瑜.盘扣式与碗扣式支架性能对比及应用探讨J.广东建材，2021（2）：70-71.6 张裕超，李健宁，李军.现浇连续梁满堂支架模板设计与验算 J.土工基础，2012（6）：59-61，95.分别达到了0.661%和0.420次/h。相比之下，在本文设计方法的测试结果中，交通冲突率和交通冲突密度受车流速度的影响程度与方法一和方法二的测试结果相比明显偏小，其中，交通冲突率始终稳定在0.645%以内（车流速度达到110 km/h时），分别低于方法一和方法二0.022%和0.016%，交通冲突密度始终稳定在0.345次/h以内（车流速度达到110 km/h时），分别低于方法一和方法二0.071次/h和0.075次/h。综合上述测试结果可以得出结论，本文提出基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法，可以有效保障道路的通行需求。3 结语为了最大限度地发挥互通立交在道路交通运行期间的作用价值，合理规划设计互通立交的间距极为必要。为此，本文提出基于绿色公路理念的互通立交最小间距设计方法研究，在分析了影响互通立交间距的因素构成基础上，实现对互通立交最小间距的设计。在本文设计方法下，互通立交的交通冲突率和交通冲突密度得到了有效控制，有效保障了道路的通行需求。本文的设计与研究，希望能够为实际的互通立交间距规划提供参考借鉴。参考文献 1 梅本胜，杨丽珍.双层立体复合式高速公路互通立交改扩建方案设计：以常虎、莞深高速公路改扩建工程为例J.工程技术研究，2022，7（19）：154-156.2 尹少飞.城市道路互通立交优化设计研究：以广州市某城市道路工程为例J.工程技术研究，2022，7（15）：176-178.3 周明刚.空间受限条件下的互通设计研究：以南京机场高速九龙湖互通工程为例J.工程技术研究，2023，8（4）：161-164.4 袁泽华.高速公路改扩建中互通式立体交叉方案设计分析：以道滘互通立交为例J.工程技术研究，2023，8（2）：167-169.5 易凌云，殷红光.高速公路互通立交方案的设计：以 G5 京昆高速成绵复线二绕复合互通为例J.福建建材，2022（11）：83-85.6 贾胜勇.绿色公路理念在高速公路设计中的实践J.交通世界，2021，（12）：21-23.了设计的效率6。（4）模拟分析。BIM模型不仅可以用于设计，还能与各种工程分析软件进行联动，进行结构分析、热环境分析、能耗分析等，从而优化设计方案。4 结语尽管建筑结构设计中存在着各种问题，但通过明确计算参数的含义，做好建模前处理，以及借助信息模型技术，可帮助设计师有效地解决这些问题。在实际的设计过程中，还需探索新的设计理念和技术，以应对日益复杂的建筑设计需求。参考文献 1 钱晨，张婷.整合表现主义与相对便宜主义：日本大跨体育建筑结构设计的两种批判性转向J.建筑学报，2022（4）：51-55.2 刘加平，谢静超.广义建筑围护结构热工设计原理与方法J.建筑科学，2022，38（8）：1-8.3 于恒兵，徐诗童，糜斌，等.重庆某山地掉层建筑边坡支挡及结构设计J.建筑结构，2022，52（14）：50-58，97.4 金振奋，戎子涵，吴强，等.温州凯迪中心超限高层建筑结构设计J.建筑结构，2022，52（17）：59-65，91.5 罗远明.房屋建筑结构设计中的常见问题与解决措施探究J.居舍，2021（3）：92-93.6 周正海.房屋建筑结构设计中常见问题及解决措施J.工程技术研究，2019，4（2）：171-172.（上接第140 页）（上接第138 页）