談建築結構設計
[摘 要]建築結構設計是個系統的，全面的工作。需要紮實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。作為設計人員，要掌握結構設計的過程，保證設計結構的安全，還要善於總結工作中的經驗。本文根據筆者的工作經驗，對建築進行結構設計時要注意的事項進行闡述。
[關鍵詞]建築；結構設計；過程；注意事項
中圖分類號：X704 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X(2014)13-0177-01
結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建築師及其它專業工程師所要表達的東西。用基礎，牆，柱，樑，板，樓梯，大樣細部等結構元素來構成建築物的結構體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。
一、結構的設計過程
結構設計的階段大體可以分為三個階段，結構方案階段，結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據建築的重要性，建築所在地的抗震設防烈度，工程地質勘查報告，建築場地的類別及建築的高度和層數來確定建築的結構形式（例如，磚混結構，框架結構，框剪結構，剪力牆結構，筒體結構，混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式）。確定了結構的形式之後就要根據不同結構形式的特點和要求來佈置結構的承重體系和受力構件。
結構計算階段的內容為：首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內部荷載（例如，結構的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據荷載規範的要求和規定採用不同的組合值係數和準永久值係數等來進行不同工況下的組合計算。其次，構件的試算。根據計算出的荷載值，構造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構件的截面。再次，內力的計算，根據確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。
二、進行結構設計時應注意的事項
1、關於箱、筏基礎底板挑板的陽角問題
（1） 陽角面積在整個基礎底面積中所佔比例極小，可砍成直角或斜角。
（2） 如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。
2、關於箱、筏基礎底板的挑板問題 從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當底板鋼筋通長佈置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節約；出挑板後，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能採用天然地基；能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認為是挑板上砌牆，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板並不應按挑板計算。
3、關於樑、板的計算跨度 一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如淨跨的1.1倍等，這些規定和概念僅適用於常規的結構設計，在應用日廣的寬扁樑中是不合適的。樑板結構，簡單點講，可認為是在樑的中心線上有一剛性支座，取消樑的概念，將樑板統一認為是一變截面板。在扁樑結構中，樑高比板厚大不了多少時，應將計算長度取至樑中心，選樑中心處的彎距和樑厚，及樑邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用台階式獨立基礎變截面處的概念）柱子也可認為是超大截面樑，所以樑配筋時應取柱邊彎距。削峯是正常的，不削峯才有問題。
4、基坑開挖時，摩擦角範圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大於實際沉降的原因之一。
5、抗震縫應加大，經統計，按規範要求設的防震縫在地震時有40%發生了碰撞。故應增大抗震縫間距。
6、關於回彈再壓縮 基坑開挖時，摩擦角範圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，如獨立基礎，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大於實際沉降的原因之一。
7、主樑有次樑處加附加筋：一般應優先加箍筋，附加箍筋可認為是：主樑箍筋在次樑截面範圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次樑兩側補上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應絕對。規範説的清楚，位於樑下部或樑截面高度範圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是説，位於樑上的集中力如樑上柱、樑上後做的樑如水箱下的墊樑不必加附加筋。位於樑下部的集中力應加附加筋。但樑截面高度範圍內的集中荷載可根據具體情況而定。當主次樑截面相差不大，次樑荷載較大時，應加附加筋。
三、建築結構經濟性分析
建築結構經濟性包括內容注重經濟性的建築設計包含非常廣泛的內容。傳統中只強調改進建築材料保温性、改善建築體形係數、提高建築材料的氣密性等一系列節能降耗措施，現在建築隨着形勢的發展，人們對居住環境不僅從結構性出發，更要在建築結構的經濟性角度考慮，如空間組織、技術組織、結構設置、能源與資源利用，以及建築循環再利用等方面全面地確立經濟性的原則、方法。
建築結構的經濟性就是隻以較少的成本來獲得最大的效用。其中由美國建築師、工程師R?B?富勒提出的“少費多用”原則是較常用普通的原則。“少費多用(more withless)”原則的含義是，憑藉有效的手段或方式，利用最小化的量的材料、資源來投資，目的在於獲得儘可能大的發展效益。“少費多用”原則，順應目前的發展形勢，在建築堅持可續費發展的思路上，該原則是一條重要的、有效的、節約型的設計方式。
在富勒的實踐中，“少費多用”原則最具代表性地表現在他對空間結構及建材應用的創意中。他的短杆網架穹隆結構體系（geodesic dome ）被稱為人類迄今為止最輕、最高效、最為有力的空間圍合手段，在造型、尺寸、材料選用上具有很大的靈活性，且造價低廉、營造方便。
“少費多用”原則還體現在建築空間組織、利用的高效化方面。原則堅持對平面面積的充分利用，還注重三維空間的挖掘。比如某市圖書館設計中提出了“ 模塊式”圖書館的創作思路，將圖書館劃分成不同的功能模塊，採用不同的層高、柱網，進行類比佈局。這樣可以減少“三統一”標準空間所造成的浪費，充分發揮空間效益。某高效空間住宅的設計中則對廚房、廁所的上區、卧區上下等潛在空間進行了有效的利用。將每户主、次二個開間設置為不同層高，對應於不同的功能使用要求，大大提高了住宅空間的使用效益。
總之，結構設計是個系統、全面的工作，需要紮實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。千里之行，始於足下。設計人員要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然，深刻理解規範和規程的含義，並密切配合其它專業來進行設計，在工作中應事無鉅細，善於反思和總結工作中的經驗和教訓。
參考文獻
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生態建築設計淺析
摘要：本文作者結合實際工作經驗，對生態建築設計進行了分析探討，提出了自己的見解。
關鍵詞：生態；建築設計；淺析
在生態危機日益嚴重，作為走在社會前沿的建築業，對生態環境的創造更是有着不容忽視作用。城市是人類文明發展的重要標誌，而建築是一個城市的靈魂，一個有着高貴靈魂的城市，必然有高貴的建築。衡量高貴建築的一個重要標尺就是建築以外的配套設施和環境的塑造。人類聚居在一起對人類是有益的，但是對於我們自己生存環境的破壞所可能帶來的後果我們尚未考慮完善。毫無疑問，一個缺乏靈魂和個性的冰冷的建築並不是我們所需要的。
1 生態環境藝術
建築設計中除了建築本身優美動人的造型外，其配套設施也是衡量生態環境的重要指標，城市綠地系統是城市中唯一有生命的基礎設施，在保持城市生態平衡、改善城市面貌方面，具有其他設施不可替代的功效。是我們創造生態環境的一個必不可少的依託條件。只有搞好城市綠化，創造優美、清新、健康、舒適的人居環境才能更好的滿足人民生活的需要。目前全球環保人士呼籲保護好我們的家園，地球是我們唯一家。作為設計師尤其是建築設計師，營造良好的生存環境，創造宜人的生活空間是我們義不容辭的職責。
2 建築設計
人是環境的人，環境是人的環境，形式是人和環境所需要的形式。人和環境的交互作用主宰了設計的全過程，這就是建築設計。長久以來一直困惑大家一個問題就是人和環境之間的關係究竟是怎樣的，到底是人主宰環境還是環境影響了人，其實人在空間之中，人和環境的交互作用表現為刺激和效應，效應必須滿足人的需要。需要反映為人在刺激後的心理活動的外在表現和活動空間狀態的推移，也就是人的行為。這二者之間的關係是相輔相成，相互制約的。建築設計是解決室內空間的使用、美觀的要求，同時在外部形體上，具有一定特性風格的前提下與周圍環境、城市文脈及城市控制性規劃相協調的結果。一個全新的觀念進入了建築師的思想和他的人民生活之中。此後，建築逐漸成為空間的，被認為是一連串相互聯繫的空間。而何以為空間呢，空間的概念到底是什麼，著名建築學者馮紀忠教授在講課中提出過―――建築是空間，並生動的拿茶壺作比較，壺身是大空間，壺嘴是小空間。空間一詞用於建築是近百年的事情，後來對城市進行設計，空間便移植入城市中，成為城市空間……一直以來，建築物被西方人看作實體，被看作塑造的主體，建築師們如同雕塑雕像一樣極力刻畫着建築物本身。上世紀末，建築界發生了一場革命，人們看見了原先看不見的“空間”，建築師們先前的理念殿堂轟然倒塌了，似乎一切都“黑白顛倒”過來。中國人一直以來就不曾把建築單體當作主體來刻畫。中國建築工匠的注意力一直在建築羣體上，李允銖曾在《華夏意匠》中講到：“中國的建築是在平面上展開的”，中國建築工匠考慮的是建築與建築之間的“院落”。中國古代建築，以“院”為中心組織單座建築，“院”被稱為一個基本的組織單元，若干院落組成建築羣，所謂“無院不成羣”，而院與院的空間感受是絕不相同的，從而產生了豐富多彩的建築空間效果。西方建築師則更多的注重了建築物單體本身，很大精力花在建築單體的形體塑造上。因此，西方建築的形體要比中國古代建築形體複雜得多。另一方面，在城市空間設計上，中國是城市較早的，中國很早就把注意力集中在建築與建築之間上了。西方建築師這樣教授我們什麼是空間：這是一種圖底關係。把房子當作實體，周圍環境作底，我們只看得見房子；如果把房子當作底，房子周圍的形狀就出現了，這便是空間。
3 建築設計與環境藝術的關係
建築僅僅是環境的一個部分，建築美從整體上説是服從於周圍環境的。“建築”作為穩定的不可移動的具體形象，總是要藉助於周圍環境恰當而和諧的佈局才能獲得完美的造型表現。綠色植物的季節性變化和易修剪的特點使其在營造建築外部空間環境中成為必不可少的要素之一。獨特的地域景觀建築的外部空間環境不僅同建築形象有關，而且同建築室外綠化景觀密切相關，空間環境的特定性是建築不同於其他藝術門類的重要特徵。生長環境和民族文化喜好的不同使各地域的自然植物景觀呈現出巨大的差異，而建築與周圍自然環境的結合，不僅反映了人與自然的和諧關係，而且造就了豐富多彩的地域景觀。雖然現代資訊共享帶來人們生活方式、審美取向的日漸趨同，使建築風格的同化現象不可避免，但迥異的建築室內外綠化景觀卻為城市面貌帶來迥然不同的人文視覺景觀，這種不易消融的特點使其成為一幢建築或一座城市最不易磨滅的印記。從城市區域規劃出發設想建築與大環境的結合：建築的整體輪廓上，與周圍的現有建築呼應，立面上虛實對比、色彩處理與環境格調相協調，流線上，符合環境的肌理；從人的感覺出發想象建築局部小環境的處理：通過人的生理和心理的感受塑造空間，“環境是指與人類密切相關的、影響人類生活和生產活動的各種自然（包括人工干預下形成的第二自然）力量（物質和能量）或作用的總和。”環境問題是一個複合而複雜的問題，環境問題的可變性也就決定了“環境問題實質是發展問題”馬克思主義認為自然界“是我們人類即自然界的產物本身賴以生存的基礎”人的存在和生命的延續都依賴於自然界所饋贈的給養；同時，自然界也只有被納入到人的生活軌跡中，才能成為人的現實生活要素。人類的建築活動作為人類征服自然、改造自然的一種創造性勞動，毫無疑問具有明顯的實用功利目的，但同時又必須兼具審美意識和精神情趣。而地面綠色植物系統作為功能最複雜、結構最龐大的生態系統之一。一直同建築有着最為廣泛的聯繫。
4 生態型建築設計
“生態建築”不僅僅是指綠色植物的應用，單純的顏色改變，更為重要的是環保材料的應用、環保的施工。在各種污染日益嚴重的今天，為了我們能有個健康的生活環境，設計師義不容辭。建築是能源消耗的主要領域，人類對於建築的需求經歷了從遮掩一舒適一健康一綠色這樣一個發展過程。第一個階段是低能耗甚至零能耗階段，第二、三階段是高能耗階段，第四階段即現在所講的生態建築是高能量效率、大量利用可再生資源，突出強調能源節約和建築材料資源的循環利用，以及人與自然的和諧，避免和減少建築過程中對自然環境和資源的損害。目前中國建築業物質消耗佔全部物質消耗總量的15%左右，建築能耗約佔全部能耗的28%，建材生產，建築活動造成的污染約佔全部污染的34%。因此大力發展綠色建築，推進建築節能，對於解決中國能源問題，改善環境有着重要意義。同時隨着中國城市化的快速推進，人民生活水平提高對住房需求的增加，中國建築市場規模將進一步擴大，預計2020年全國房屋建築面積達690億m2，推進建築節能的任務將是十分艱鉅的。我國生態建築的發展，應該遵循可持續發展原則，體現綠色平衡理念，充分展示人文與建築、環境與科技的和諧統一，實現建築的選址規劃合理、資源利用高效循環、節能措施總和有效、建築環境健康舒適、功能靈活多樣的目標。
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