优化建筑结构设计的一些探究

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  摘要:建筑结构设计是个系统的,全面的工作。作为设计人员,要掌握结构设计的过程,设计结构的安全,还要善于总结工作中的经验。
  关键词:建筑;结构设计;过程;注意事项
  结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。
  1结构设计的主要程序
  结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
  结构计算阶段的内容为:首先,荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次,构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次,内力的计算,根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。
  2结构设计的重难点
  2.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题
  ⑴阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小,可砍成直角或斜角。
  ⑵如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。
  2.2关于箱、筏基础底板的挑板问题 从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较节约;出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基;能降低整体沉降,当荷载偏心时,在特定部位设挑板,还可调整沉降差和整体倾斜;窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。
  2.3 关于梁、板的计算跨度 一般的手册或教科书上所讲的计算跨度,如净跨的1.1倍等,这些规定和概念仅适用于常规的结构设计,在应用日广的宽扁梁中是不合适的。梁板结构,简单点讲,可认为是在梁的中心线上有一刚性支座,取消梁的概念,将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中,梁高比板厚大不了多少时,应将计算长度取至梁中心,选梁中心处的弯距和梁厚,及梁边弯距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用台阶式独立基础变截面处的概念)柱子也可认为是超大截面梁,所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的,不削峰才有问题。
  2.4基坑开挖时,摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除。当基础较小,坑底受到很大约束,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束,如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分当做安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
  2.5 抗震缝应加大,经统计,按规范要求设的防震缝在地震时有40%发生了碰撞。故应增大抗震缝间距。
  2.6 关于回弹再壓缩 基坑开挖时,摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除。当基础较小,坑底受到很大约束,如独立基础,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束,如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分当做安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
  2.7 主梁有次梁处加附加筋:一般应优先加箍筋,附加箍筋可认为是:主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺,在次梁两侧补上,象板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但不应绝对。规范说的清楚,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担。也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。
  3结构设计的优化建议
  3.1加大行政监督和加快设计监理工作。优化设计工作的推行,政府主管部门首先要重视,通过行政手段来保证优化工作的实施,加大对设计市场的管理力度,建立和完善相应法律法规,规范设计市场。其次建立设计监理制度已成为形势所迫,业主所需。目前还没有客观公正的“第三方”来监理结构设计的进行,所以通过设计监理的方式可以打破设计单位自己“控制”自己的单一局面。
  3.2建立必要的设计竞争机制。为保证设计市场的公平竞争,设计经营也应采用招标投标,并颁布相应的法规条例。各地可以成立合法的设计招标代理机构,符合条件的项目必须招标。招标时对投标单位的资质、信誉、技术等方面进行必要的资格审查,设立健全的评标机构,运用价值工程等手段对备选方案进行优化选择。设计单位为提高自身竞争能力,在内部管理上应把设计质量同个人效益挂钩,促使设计人员加强经济观念,把技术与经济统一起来,改变以前设计过程不算帐,设计完了概算见分晓的现象。
  3.3推广设计标准规范和标准设计。工程设计标准规范的形成,来源于大量成熟的、行之有效的实践经验和科技成果,是科技转化为生产力的必要途径。优秀的工程设计标准和规范,不仅优化了设计,减少设计的盲目性,还将大大提高设计速度,有效降低项目的全寿命费用。在标准规范中可以对一些重要的部位采取设计经济指标限额制度,对一些设计部位使用“宜”或“不宜”等引导性语言提示设计人员对方案进行优化,鼓励他们在设计中大胆使用新工艺和新材料。
  综上所述,建筑结构方案优化设计是一个系统工程,它真正体现了事前控制的思想,能起到事半功倍的效果,达到花小钱办大事的目的。只要我们严格遵守“经济、实用、合理”的原则,认清优化设计在造价控制中的重要性,确定合理目标,积极创造适宜条件,主动采用科学的控制方法,就一定能搞好设计阶段的造价控制。
  参考文献:
  [1]张吉人.建筑结构设计施工质量控制[M].中国建筑工业出版社. 2006.9
  [2]沈蒲生.楼盖结构设计原理[M].科学出版社.2003.12
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