建筑构造设计及优化的研究与探讨

[关键词]建筑构造；设计 

　　0 引言 

　　建筑构造设计是指构成建筑空间实体的设计，即各组成部分和各部分的组成构件（或配件） 之间的相互联系，各自的建造方法、相互的连接方法。建筑物的实体由支撑系统和围护分隔系统两大部分构成，它们分别有各自的组成部分：建筑物的楼地层、屋顶等水平构件， 墙体、柱、基础等垂直构件、楼梯等倾斜构件共同组成了建筑物的支撑系统；门窗作为分隔空间界面的隔墙和支撑系统中同时作为围合空间界面的屋顶、外墙、楼地层则组成了建筑物的围护分隔系统。这些系统与其相应的组成部分均在建筑。 

　　1 建筑构造设计的途径 

　　空间的构成中起到各自不同的作用。从目前已有的设计理论和工程技术经验的积累以及发展趋势来看，进行建筑构造设计不外两种途径：（1）以建筑设计的总体意图为指导，直接选择和局部调整现成标准构造，作为建筑构造设计的最终成果；（2）依据建筑构造的设计原理和构造所处的特定环境，进行全新的设计。 

　　2 建筑构造设计的方法 

　　2.1 由设计对象的特定环境，确定构造设计的方向 

　　所谓设计对象的特定环境是指，所要设计的构造是处于那一幢建筑的那一个部位。它决定着我们所设计构造的以下特征：它的使用对象是谁；它是构成建筑空间的支撑系统还是围护分隔系统或是同时起到两者的作用；与它相关的建筑空间有什么特殊的功能要求；它是否属于围合空间界面的一部分等。这些特征显示了构造所必须满足的功能信息，决定了构造设计的方向。比如，我们要进行一座幼儿园活动室的楼层挑阳台的构造设计，由于此构造所处的特定环境，显示了以下的功能信息：它的主要支撑构件必须满足悬挑构件的抗倾覆要求；由于构造的使用者主要是婴幼儿，栏杆的花饰间距和高度一定得小于幼儿头部所能通过的宽度和能防止婴幼儿的攀爬、翻越；防止阳台上的雨水积集、倒灌；阳台栏杆的稳定性必须得到妥善的解决；其作为围合空间界面，是参与立面造型的重要构成元素，因此整体的造型和表面质感要服从立面造型的需要。这也就确定了本项目的设计方向。 

　　2.2 分析结构与材料、施工的可能性，形成构造方案 

　　构造设计中结构的可能性是指构造各组成部分之间合理的传力关系，即构造设计中支撑与被支撑、支持与被支持、稳定与被稳定的合理性关系。比如，对于雨棚的构造设计，我们就必须考虑，作用在它上面的荷载以怎样的途径传递到建筑的主体结构上，使其被相应的主体结构构件合理支撑、支持并保证其稳定性，因此，可考虑成有柱、悬挑、悬挂等的平板式、网架式或是梁板式等多种可能的结构形式。构造设计中材料的可能性是指材料的力学性能、围护性能（防水、导热、透光、吸声等）、安全性能（防火、防辐射、无毒等）、机械强度和加工性能等在构造中的适应程度。 

　　施工的可能性是指有足够的施工空间，施工方便简捷。如屋顶女儿墙装饰筒瓦斜顶的斜面构造，因考虑施工的方便而采用预制平板斜搭在其压顶与屋顶圈梁的水平挑板之间，而不采用整体现浇的构造方式。结构、材料与施工的可能情况，是确定构造方案的物质依据，是构造得以变成现实的前提。 

　　2.3 审视构造方案的可持续性，调整现有方案 

　　建筑构造方案的可持续性是基于生态建筑而言的。它是指构造设计所体现出来的环保意识、节能措施、可重复改造的可能性。构造设计应尽量选用绿色建材，如采用低能耗制造工艺和无污染环境生产技术的石膏墙板和热工性能好的绝热复合材料，大量使用甲醛、重金属含量严格控制在限量范围内的或水溶性的涂料等。构造设计应充分考虑节能措施。如夏热冬冷地区，外围护墙体的构造应考虑设置空气间层和金属反射层、合理设置进出风口等节能措施，来增强墙体的保温隔热性能。构造设计必须考虑重复改造和改造过程中对废弃材料的重复利用的可能。在进行墙面装修设计时，应考虑面层装修的更改，而不至于破坏原有结构。对于隔墙构造方案的设计，则应把握便于分隔方案的改变和材料的重复利用的原则。 

　　3 建筑构造中设计不当的现象及对策分析 

　　当前，我国建筑构造设计不当是工程质量通病的部分根源。现以常见的几种裂缝、渗漏问题加以剖析。 

　　3.1 砖砌女儿墙开裂、渗漏 

　　我国大部分地区的屋顶上四周均设有砖砌女儿墙。这种女儿墙虽比混凝土女儿墙（屋顶钢筋混凝土栏板）节省费用，但其弊端多。 

　　调查发现：女儿墙顶部大多数抹水泥砂浆处理， 竣工使用不久，水从抹面粉刷裂缝处渗入砖墙内，墙内含水饱和后流入室内或室外。女儿墙根经常出现裂缝，屋面雨水从裂缝处渗入室内；往往经过一个冬夏季节的变换， 女儿墙在长度方向产生通长裂缝，有些每隔3 m～5 m就有竖直裂缝产生（在转角处裂缝既长又宽），雨水由此进入墙内，继而渗入室外墙体。砖砌女儿墙顶部用水泥砂浆抹面， 由于砂浆在硬化过程中收缩变形及抹灰面直接暴露在大气中， 经风吹雨淋， 导致该部位常常发生横向贯通裂缝，水沿抹面砂浆裂缝渗入砖墙， 从而影响屋面防水层的防水效果。 

　　从以上分析可看出，砖砌女儿墙部位温度变形差异是产生裂缝并造成渗漏的根本原因。为消除这一通病，设计屋面泛水节点图建议做如下处理：凸出屋面的女儿墙，在砖墙砌筑前，应先浇一层150 mm～200 mm高的素混凝土挡水，女儿墙在长度方向必须设钢筋混凝土构造柱与屋顶圈梁拉结，这样要变长墙为短墙，化大裂缝为小裂缝或不裂缝；屋顶取消水泥砂浆抹面作法，改为细石混凝土压顶，且与女儿墙中构造柱连接，以增强其整体刚度。 

　　3.2 外墙面抹灰开裂、渗漏 

　　纵观外墙面抹灰工程，裂缝现象普遍存在。基层处理不好面层粘结不牢固。虽然可归结为施工原因，但究其根源亦与设计有关。通常建筑物外墙所设计的普通抹面砂浆并不是防水砂浆，作为普通的抹面砂浆在使用过程中很难与建筑物整体的使用年限相吻合，即使竣工时很好，但时间一长，由于砂浆与砖砌体的线膨胀系数不同，且砖墙本身也可能开裂，就有可能使抹灰层发生起壳和裂缝。 

　　加之一般设计人员在建筑立面图的墙面抹灰分隔缝划分中仅考虑门窗洞口位置，以上、下口在水平方向进行分隔， 未考虑大面积的砂浆抹灰面会受温度影响产生裂缝这一因素，很少有竖向分隔。致使抹灰面层块体过大、分隔太少，发生裂缝几率增大。设计改进措施：凡外墙面选用普通砂浆抹面时，分隔缝应适当增加，一般以3 mm～5mm为宜。在外墙面抹面层上可涂刷防水剂，以增强防水效果。为保障这类建筑物外墙不致因外抹灰裂缝而造成返潮或渗漏，建议外墙面改用防水砂浆抹面。 

　　3.3 框架柱、梁和墙面接缝处理不当造成墙面抹面裂缝 

　　目前对钢筋混凝土框架结构填充墙一般都采用空心砖或加气混凝土砌块，尽管设计及有关施工规程中明确规定，填充墙砌筑时两端均与钢筋混凝土柱伸出的锚筋拉结，在顶部采用实心粘土砖斜向顶紧或木楔加紧等措施，但内外墙面抹灰后均可发现在框架柱、梁与墙面接缝处有断续或连通裂缝发生。这种裂缝一般与框架梁、柱平行。产生这种裂缝的原因：同一种面层材料抹刷在不同的基体上，各基体的线膨胀系数、吸水性能不同，在相同温度和湿度影响下，其变形值不同，就必然在不同基层接缝处出现裂缝。 

　　设计改进措施：设计在接缝处增设加强基层整体连接的构造措施。例如，可在接缝处抹灰打底时布设宽500mm左右的钢丝网片，亦可加设大孔麻布片等，以增强该处抹灰砂浆的抗拉力。 

　　参考文献 

　　[1] 陆伟良.智能建筑导论[M].北京：中国建筑工业出版社，1996（6）. 

　　[2] 张瑞武.智能建筑[M].北京：清华大学出版社，1996（8）.