深论关于建筑结构设计的改进方法

摘　要：一座完美建筑物的诞生，是设计师的外观结构设计和美观设计的结晶，有的设计师的灵感源自于外观结构，比较注重于外观，美观，视觉上的冲击，有的是偏重于实用性和使用功能，合理的将外观设计和美观设计融合，才能建造出完美的建筑物。
关键词：建筑结构设计，协调性
1.前言
优秀的工程设计是建筑设计和结构设计的有机结合。随着科学技术的发展,专业化程度越高,建筑设计与结构设计相互配合更为重要。一个好的建筑设计,必须有一个好的结构体系才能实现,结构设计的好坏,关系到建筑物是否适用、经济、美观。特别在高烈度地震区,建筑设计必须在满足结构抗震要求的前提下,才能谈得上建筑物的造型美观、功能完善等等。因此要设计出既要满足建筑美观,造型优美,又要使结构安全、经济、合理的建筑物是每个建筑师与结构师都必须十分注意的问题。
　　工程建设中,无论工业建筑、民用建筑、大型公共建筑等概括起来可分为两类:一类是将优美的建筑造型,完善的使用功能,先进的结构体系和工业化制造与施工工艺有机地结合起来,创造出技术先进、新颖、经济适用的建筑物。另一类则是以追求某些新奇的艺术效果为主,创造出奇特怪诞的建筑造型,结构方案从属于不合理的建筑设计,放弃了结构设计的合理性和经济性。一般提倡和实施的是第一类建筑。

　　2.从两个设计例子来看建筑和结构的配合问题
　　例1:某加工厂厂房设计。加工厂设备较大,车间要求宽敞、净空要高,不设隔墙,防火要求较高。前几年设计均采用排架结构,墙体为240砖墙,屋盖为薄腹梁钢筋混凝土大板结构,建成后能满足厂方的使用要求,但设计不足之处是自重大、不经济、施工周期长,并且跨度受限制。根据结构设计必须考虑经济合理、施工方便的原则,近几年所设计的棉花加工厂,均采用门式刚架轻型房屋钢结构,标高1m 以下为砖砌体,以上墙体为压型彩钢板,屋盖相同。该设计既能满足使用要求,同时也克服了上述结构形式的不足。
　　对于像加工厂这一类的建筑,设计时必须满足生产工艺的要求,在功能布局上应该考虑生产活动和运输活动的方便及使生产取得的高效率,为工厂创造良好的工作环境,这是设计原则;建筑的艺术效果,则相对来说处于比较次要的地位。所以,在均能满足要求的前提下,经济、施工方便、施工周期短则成为首选方案,而对于民用建筑里的公共建筑,如下面所谈到的幼儿园之类的建筑,则与此不同,这类建筑的艺术效果就显得重要的多。

　　例2:某幼儿园的设计则从另一个侧面表现了建筑设计与结构设计的紧密配合。该建筑的设计以正南为主要朝向,总体布局合理,设计时满足了儿童安全防护、游戏运动、获取知识等要求。还考虑了幼儿建筑要活泼、明快,追求“新、奇、趣、美”的建筑风格,选择生动、鲜明有益于儿童身心健康的造型、材料和色彩。因此,该建筑的平面活泼多变,有伸有缩,立面高低错落,房屋各部分体形不一样。这样的建筑造型给结构设计带来了一些困难。但此时,建筑的艺术效果及便用功能是很重要的,结构设计就要想办法配合建筑设计,理解建筑设计的意图,相互配合解决问题。
　　例如:幼儿园层数不高(三层)但房屋高低错落,刚度、高度、重量相差悬殊,在地反力的作用下,由于自振频率不同,各部分的连接处会引起相互挤压,造成震害。因而采用了防震缝,伸缩缝二缝合一将建筑层数不同,结构形式不同,体型复杂的平面分成简单体型和独立的结构单元。在缝的两侧各设置墙体或框架。即双墙、双柱、双梁,其次用圈梁、构造柱及现浇楼、屋面板来加强房屋的整体性,使凸出部分与整体变形尽可能相互协调。该幼儿园地质情况较差,地基做开挖换上回填处理,保证地基承载力,控制基础沉降。又例如,该建筑有许多悬挑、悬挂结构,还有幼儿园入口处的重叠钢筋混凝土门式刚架,轻巧别致的钢结构屋顶风车,城堡式钢筋混凝土锥形屋顶及蘑菇形屋顶:这些奇特的建筑造型是为满足幼儿建筑需要而设计的,结构受力是合理可行的,经济上也是可以承受的。因此,结构设计通过认真地受力分析,选择相应的抗震构造措施及概念设计来满足建筑的需要,施工单位也改进施工工艺配合设计施工。通过建筑设计与结构设计相互间的密切配合,建成后的幼儿园造型优美、新颖、奇特,不仅增添了幼儿建筑的情趣与生机,还展现了建筑新材料、新技术的运用,使整个建筑具有高度的时代气息。

通过两个工程实例说明,一个好的建筑是建筑与结构设计相互密切配合的结果。但要分清具体配合的侧重点,有时是艺术、美观要求是重要的,有时又是使用功能、生产工艺是重要的。总之,建筑师的设计可以将优美的建筑造型,完善的使用功能与结构设计有机地结合,而不能简单地追求奇特。因此建筑设计不能离开具体的设计对象。
　　在当今世界上,从技术的观点看,几乎任何结构都是可以建造出来的,但从结构效益角度看,重要的问题是“应不应该这样造?”而不是“可不可能这样造?”结构设计与建筑设计都要讲求经济效益。只有正确符合结构逻辑的建筑才能具有真实的表现力和实际的实践性,单纯追求艺术表现而忽视结构原理,设计出来的只能是雕塑作品或是虚假的造型而已。如果能够利用和发挥结构本身所具有的造型特点,去塑造出新颖而富有个性的建筑艺术造型,这样设计的建筑才能是一个非常成功的建筑作品。以建筑构思和结构构思的有机融合去实践建筑个性的艺术表现,即便是从建筑艺术的角度来看,作为一个建筑师也应了解结构设计的概念、原理,提高自己运用结构的素养和技巧。同样,结构工程师也必须理解建筑设计的意图,打破一些旧的框框束缚,学习一些建筑艺术,提高艺术修养,敢于创新,用结构设计的原理完善建筑设计,使建筑设计与结构设计相互密切配合,设计出高水平的建筑工程。
　　建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个最重要的环节,对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。而二者之间又存在着相互协调、互相制约的关系。在建筑设计中,少数建筑师总是把结构放在从属地位,并要求结构必须服从建筑,一切以建筑为先导,这一观念分割了科学的完整性,忽略了基本的力学规律,片面地追求建筑技术与建筑艺术的结合和最大满足使用功能的要求,这样往往给某些建筑工程质量带来了质量隐患和不安全因素。
　　任何一个建筑设计方案,都会对具体的结构设计产生影响,而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计层次。因此,在做建筑设计的过程中,建筑 师应具备有一定的结构方面基础,能与结构设计适当结合,相互调协,使二者相统一,才能创作出真正优秀的建筑设计作品。
　　然而,许多建筑设计师,强调创作的美观、新颖、标新立异,强调创作的最大自由度,然而这样的建筑设计将会给结构设计带来很大的困难,作为建筑物本身必须承受起巨大的自重荷载和活载、水平风力、地震力、扭矩力等。如果建筑设计人员在进行平面设计和竖向设计构思时,不依据基本的结构技术原理和有关结构的受力特征,不征询结构设计师的意见,往往会使结构工程师不能有效地选择合理的结构体系,进行结构设计导致结构的不稳定等问题。比如将建筑物截面设计成为三角形,其抗弯矩力和抗侧能力比圆形截面、矩形、多边形截面要小得多。
　　再者,有一些建筑师缺乏对结构力学方面的基本常识,在设计过程中,往往忽视力学的基本规律。如:在需抗震设防的地区,高层电梯设置在大楼的某一侧,没有和整个建筑物的刚度中心重合。由于电梯筒的刚度很大,这样则使得刚度中心与荷载中心不能尽可能接近,即造成结构偏正,这样就会产生扭转,产生破坏。　　
　　3.结束语　
　　可见,建筑与结构两者之间有着最密切关系的,特别是在高层建筑设计中,由于结构是以水平荷载为主要控制荷载,故结构体系的选型和结构布置要考虑最有利于抗震和抗风的要求。同时,结构构件截面尺寸还要满足刚度和版性的要求。这样便对建筑设计形成了一定的约束和限制,使建筑与结构二者相互协调统一。二者还应不断地相互配合,彼此渗透,这样才能设计出真正满意的建筑。