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摘要:要想建筑物符合现代化的需求,那么,该建筑不仅要具有一定的使用价值,而且还需要一定的美学价值。我们在设计建筑结构的时候,一定要将五大基本问题考虑清楚,分别是施工便利、安全、经济、美观与实用。这也就要求我们在设计建筑结构,应该尽可能地让建筑工程的结构安全、合理与可靠。基于此,本文就建筑结构设计中的新思路进行分析与研究。
关键词:建筑结构;设计;新思路
中图分类号:TU3文献标识码: A
引言
随着社会经济的不断发展与进步,人们的生活水平也得到了不断提高,人们对生活质量的要求也越来越高。在建筑方面,人们不仅要求建筑必须要有一定的安全性与适用性,而且还要求建筑要具有一定的美观与经济性。但是,在实际操作的过程中,在设计建筑结构的时候,设计人员一定要对施工的便利性进行考虑,这样才能在规定的时间内完工。因此,在设计建筑结构的时候,采取适当的优化方法,不仅能充分满足人们对建筑结构的安全性、经济性以及合理性要求,而且还能满足人们对建筑结构的美观要求。因此,对建筑结构设计优化方法在建筑结构设计中的应用进行分析与研究具有非常重大的意义。
一、建筑结构设计中普遍存在的问题
(一)设计中容易出现的问题
1.建筑结构主架结构与基础问题,在建筑整体结构设计时,设计人员应该充分考虑到建筑结构的安全性,根据实际的地质情况,对各项检测资料进行了解和掌握,力求在建筑基础和结构设计等方面做到合理、实用。建筑工程的梁、柱和基础负荷应该根据我国现行的设计规定进行荷载值的计算,并根据不同的工况对所使用的相关系数值进行针对性选择。
2.墙体砌筑问题,在建筑工程建设过程中,对于多孔砖墙结构类型,应避免在地下或者防潮层使用多孔砖砌筑。另外,部分设计人员往往会出现忽视六度设防概念的情况,对于受力等问题不管不顾,随意设计柱的截面距离,直接导致梁柱线刚度比的大幅增加。
3.建筑工程设计中桩之间距离问题,在很多建筑结构设计过程中会忽略桩间距的问题,并导致设计结果无法满足相关要求的结果。很多建筑中试桩与锚桩之间的距离容易被设计人员所忽略,产生的直接后果是试桩结果出现误差,影响设计方案的准确性。
(二)异形柱结构设计中普遍存在的问题
1.板计算之间出现误差,板构件的使用是建筑工程建设当中必不可少,其主要作用就是将楼层当中各个位置的荷载传递到房梁或者墙纸之上,可以说,楼板的合理使用直接影响着房梁、墙壁以及各个柱之间的安全。如果没有保障设计的合理性,直接向错误的设计结果应用于建筑工程施工建设指导,就会给建筑工程结构的日后使用埋下安全隐患。在建筑的设计阶段,出于建设的方便性,或者相关设计人员的认识经验欠缺,容易出现将单向板替换成双向板计算的问题,对产生的实际受力与计算设计时出现误差,该局部位置的配筋使用必然出现误差,最终会在板上出现裂缝。
2.荷载数据出现误差,在建筑设计过程中,各个位置的荷载问题非常关键,在一些民用的建筑当中,在楼板上会设计非承重功能的隔墙,在建筑设计中就将该位置的线荷载转化为相同的均布荷载,进而对板结构的配筋进行计算。但是在实际的建筑设计当中,很多设计人员在认识上往往出现误差,将隔墙的荷载总量与建筑工程板的总面积进行联系计算。此外,也有的设计人员对板上的隔墙上端的处理出现错误,上端的面板使用立砖斜砌的方式施加力,严重导致上端板的受力支撑点数量增加,成为了连续板,在受力支撑点之上产生了相应的负向弯矩,最终导致该位置出现了裂缝。
二、建筑结构设计新思路分析
(一)局部优化与整体优化
复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两大特点。从复杂性方面来看,其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看,其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等,而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计建筑的时候,设计人员应该优化各个下属的系统,冲破各个布局间的横向关联,对工程进行叠加。因此,任何建筑工程在设计的过程中,优化的着眼点都应该是建筑工程结构整体而非局部。只有这样,才能达到真正设计优化的目的。
(二)协调优化结构与建筑
对建筑结构进行设计的时候,应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证,使得结构合理、造型美观的效果可以有效的实现出来。对建筑墙与柱进行布设的时候,应该和建筑工程平面的功能需求一样,每个房建的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统,不可以让柱与墙之间出现错位的情况,而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。
(三)优化上部结构
要想模型建立与优化建筑的上部结构,首先就要对剪力墙进行合理的布设,对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样,楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合,从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果建筑工程的类型允许的话,那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造,并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做,不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减,还可以确保刚度能够与相关标准相符合,并以此作为前提与基础,有效地降低混凝土的使用数量。此外,因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材,通过大开间的剪力墙构造应用,是可以有效缩减钢筋的使用数量。
(四)分阶段优化与寿命优化
在限定时间内,每一个项目工程都有使用的期限,而且在每一个环节中,都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说,在每个阶段,都可以对方案进行优化。因此,建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候,可以将各个阶段的性质作为依据,从而优化整体工程的寿命,并对建筑的施工质量予以保障,使得企业的经济收益能够有所增加。
(五)水平构件布置优化
在建筑结构中,水平构件主要是楼层梁板构件。对于楼层梁板构件在布置上首先要使内力能够合理的传递,其次要有良好的使用效果,最后才是要节省用钢量。针对不同的楼盖使用功能以及荷载等情况,水平构件的布置优化有着不同的优化方案。结合工程实践经验,笔者总结如下:对于公共建筑楼层中,鉴于该类型建筑的两个主轴方向尺寸相差无几时,则适宜考虑采取两向井字型次梁;对于两方向的主轴尺寸相差较大时,则适宜将大尺寸的设置为主框架,小尺寸的设置为次框架,这种即是典型的主次梁楼盖。当使用到高强度钢筋时,为了充分运用到其高强度的性能,应用内力控制来进行配筋,避免按构造配筋。应尽量避免板跨过小和布置过多的梁,这样会增加用钢量,而且会使楼层的受力复杂且不合理。在大面积客厅中,如果楼层采用普通的混凝土平板,由于较大的跨度和自重会造成较多的用钢量。大跨度的楼板可以通过改变其结构形式来减少自重,采用的技术有现浇双向空心楼板、双向密肋楼板等。
(六)构件的配筋构造
在结构设计过程中,通过合理的结构布置优化得到计算结果,根據计算结果进行构件配筋时,有必要再对构件配筋进行优化。
1.柱配筋优化策略。在柱构件设计中应通过混凝土强度的合理选择来控制柱子的截面尺寸和轴压比,尽量达到柱子的构造配筋。此时根据最小配筋率则可配置主筋,而对于柱箍筋的体积配筋率,为了节省钢筋用量,则适宜采用高强度的钢筋。鉴于顶层的边柱主要为大偏心受压,因此,其主筋配筋率都是由内力控制,通常可采用改变柱竖向形状的方法来降低用钢量。
2.梁配筋优化策略。梁构件主要为受力控制配筋,为节省用钢量,从配筋率公式可知可通过减小混凝土强度等级,且有利于提高梁的抗裂性能。其次可以通过采用高强度的钢筋。鉴于较小截面宽度会导致较大用钢量的梁出现多排钢筋布置,这减小了截面的有效高度,在不影响使用和美观的前提下,可通过合理增大梁截面宽度,尽量采取单排布置形式,这样可以起到节省用钢量的作用。当悬臂梁的悬挑长度较大时,其弯矩内力都是急剧降低的,在面筋较多的情况下,除了角筋可延伸出梁端外,其余钢筋都可适当的在跨中截断,这样不仅可以降低用钢量又有利于施工。当梁承受集中荷载时,要在受荷处配置附加横向钢筋。正常情况下,在梁侧配置加密箍筋即可满足要求了,因此不可盲目的加配吊筋,这样只会造成钢筋的浪费。
结束语
建筑工程建筑的结构设计虽然是一项复杂且具有较强系统性的工作,但工作水平将会对建筑工程建筑的安全性、经济性、实用性等产生直接的影响。所以,设计人员在不断学习和掌握先进设计理念与方法的同时,还应在工作中结合工程的实际情况,对建筑的结构与材料使用进行高水平的优化与完善,只有这样,才能使施工单位建设出集安全性、可观性、实用性与一身的建筑工程建筑,为人民群众生命财产安全以及生产生活秩序提供更多的保障。
参考文献:
[1]郎彦明.探讨建筑结构设计中的新思路分析[J].门窗,2014,02:85.
[2]郭峰,梁利生.探讨建筑结构设计中的概念设计[J].科技与企业,2013,13:169+171.
[3]吴庆.探讨建筑结构设计中裂缝成因及防治[J].中国建筑金属结构,2013,18:136.
[4]范俊梅.高层建筑结构设计中的几个问题分析[J].山西建筑,2009,15:54-56.
[5]严毓纯,孙建军.探讨建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施[J].企业技术开发,2012,16:53-54.
关键词:建筑结构;设计;新思路
中图分类号:TU3文献标识码: A
引言
随着社会经济的不断发展与进步,人们的生活水平也得到了不断提高,人们对生活质量的要求也越来越高。在建筑方面,人们不仅要求建筑必须要有一定的安全性与适用性,而且还要求建筑要具有一定的美观与经济性。但是,在实际操作的过程中,在设计建筑结构的时候,设计人员一定要对施工的便利性进行考虑,这样才能在规定的时间内完工。因此,在设计建筑结构的时候,采取适当的优化方法,不仅能充分满足人们对建筑结构的安全性、经济性以及合理性要求,而且还能满足人们对建筑结构的美观要求。因此,对建筑结构设计优化方法在建筑结构设计中的应用进行分析与研究具有非常重大的意义。
一、建筑结构设计中普遍存在的问题
(一)设计中容易出现的问题
1.建筑结构主架结构与基础问题,在建筑整体结构设计时,设计人员应该充分考虑到建筑结构的安全性,根据实际的地质情况,对各项检测资料进行了解和掌握,力求在建筑基础和结构设计等方面做到合理、实用。建筑工程的梁、柱和基础负荷应该根据我国现行的设计规定进行荷载值的计算,并根据不同的工况对所使用的相关系数值进行针对性选择。
2.墙体砌筑问题,在建筑工程建设过程中,对于多孔砖墙结构类型,应避免在地下或者防潮层使用多孔砖砌筑。另外,部分设计人员往往会出现忽视六度设防概念的情况,对于受力等问题不管不顾,随意设计柱的截面距离,直接导致梁柱线刚度比的大幅增加。
3.建筑工程设计中桩之间距离问题,在很多建筑结构设计过程中会忽略桩间距的问题,并导致设计结果无法满足相关要求的结果。很多建筑中试桩与锚桩之间的距离容易被设计人员所忽略,产生的直接后果是试桩结果出现误差,影响设计方案的准确性。
(二)异形柱结构设计中普遍存在的问题
1.板计算之间出现误差,板构件的使用是建筑工程建设当中必不可少,其主要作用就是将楼层当中各个位置的荷载传递到房梁或者墙纸之上,可以说,楼板的合理使用直接影响着房梁、墙壁以及各个柱之间的安全。如果没有保障设计的合理性,直接向错误的设计结果应用于建筑工程施工建设指导,就会给建筑工程结构的日后使用埋下安全隐患。在建筑的设计阶段,出于建设的方便性,或者相关设计人员的认识经验欠缺,容易出现将单向板替换成双向板计算的问题,对产生的实际受力与计算设计时出现误差,该局部位置的配筋使用必然出现误差,最终会在板上出现裂缝。
2.荷载数据出现误差,在建筑设计过程中,各个位置的荷载问题非常关键,在一些民用的建筑当中,在楼板上会设计非承重功能的隔墙,在建筑设计中就将该位置的线荷载转化为相同的均布荷载,进而对板结构的配筋进行计算。但是在实际的建筑设计当中,很多设计人员在认识上往往出现误差,将隔墙的荷载总量与建筑工程板的总面积进行联系计算。此外,也有的设计人员对板上的隔墙上端的处理出现错误,上端的面板使用立砖斜砌的方式施加力,严重导致上端板的受力支撑点数量增加,成为了连续板,在受力支撑点之上产生了相应的负向弯矩,最终导致该位置出现了裂缝。
二、建筑结构设计新思路分析
(一)局部优化与整体优化
复杂性与层次性是任何一个项目建筑设计都具备的两大特点。从复杂性方面来看,其主要包括零部件的选取、建筑原材料的选取以及结构类型的选取等内容。从层次性方面来看,其主要包括建筑的结构体系、设计体系以及安装设计体系等,而在每一个体系之内又包括了很多个下属体系。在设计建筑的时候,设计人员应该优化各个下属的系统,冲破各个布局间的横向关联,对工程进行叠加。因此,任何建筑工程在设计的过程中,优化的着眼点都应该是建筑工程结构整体而非局部。只有这样,才能达到真正设计优化的目的。
(二)协调优化结构与建筑
对建筑结构进行设计的时候,应该尽可能地对建筑的结构与整体平面的配合紧密予以有效保证,使得结构合理、造型美观的效果可以有效的实现出来。对建筑墙与柱进行布设的时候,应该和建筑工程平面的功能需求一样,每个房建的开间与进深等都应该保持一致。尽可能地简洁建筑系统,不可以让柱与墙之间出现错位的情况,而且每一层的截面面积与高度都应该是一样的。
(三)优化上部结构
要想模型建立与优化建筑的上部结构,首先就要对剪力墙进行合理的布设,对剪力墙的质量均匀予以有效保证。这样,楼层的结构重心便能同楼层的平面刚度中心点实现重合,从而有效地削减了风力以及地震等外部荷载作用的扭转影响。如果建筑工程的类型允许的话,那么可以尽量使用大开间的剪力墙构造,并对剪力墙的墙肢长进行增加。这样做,不仅可以有效地对墙肢的数量进行缩减,还可以确保刚度能够与相关标准相符合,并以此作为前提与基础,有效地降低混凝土的使用数量。此外,因为剪力墙中的暗柱通常采用的都是钢筋建材,通过大开间的剪力墙构造应用,是可以有效缩减钢筋的使用数量。
(四)分阶段优化与寿命优化
在限定时间内,每一个项目工程都有使用的期限,而且在每一个环节中,都可以设计出多种方案以供参考与挑选。也就是说,在每个阶段,都可以对方案进行优化。因此,建筑结构的设计人员可在确定优化方法的时候,可以将各个阶段的性质作为依据,从而优化整体工程的寿命,并对建筑的施工质量予以保障,使得企业的经济收益能够有所增加。
(五)水平构件布置优化
在建筑结构中,水平构件主要是楼层梁板构件。对于楼层梁板构件在布置上首先要使内力能够合理的传递,其次要有良好的使用效果,最后才是要节省用钢量。针对不同的楼盖使用功能以及荷载等情况,水平构件的布置优化有着不同的优化方案。结合工程实践经验,笔者总结如下:对于公共建筑楼层中,鉴于该类型建筑的两个主轴方向尺寸相差无几时,则适宜考虑采取两向井字型次梁;对于两方向的主轴尺寸相差较大时,则适宜将大尺寸的设置为主框架,小尺寸的设置为次框架,这种即是典型的主次梁楼盖。当使用到高强度钢筋时,为了充分运用到其高强度的性能,应用内力控制来进行配筋,避免按构造配筋。应尽量避免板跨过小和布置过多的梁,这样会增加用钢量,而且会使楼层的受力复杂且不合理。在大面积客厅中,如果楼层采用普通的混凝土平板,由于较大的跨度和自重会造成较多的用钢量。大跨度的楼板可以通过改变其结构形式来减少自重,采用的技术有现浇双向空心楼板、双向密肋楼板等。
(六)构件的配筋构造
在结构设计过程中,通过合理的结构布置优化得到计算结果,根據计算结果进行构件配筋时,有必要再对构件配筋进行优化。
1.柱配筋优化策略。在柱构件设计中应通过混凝土强度的合理选择来控制柱子的截面尺寸和轴压比,尽量达到柱子的构造配筋。此时根据最小配筋率则可配置主筋,而对于柱箍筋的体积配筋率,为了节省钢筋用量,则适宜采用高强度的钢筋。鉴于顶层的边柱主要为大偏心受压,因此,其主筋配筋率都是由内力控制,通常可采用改变柱竖向形状的方法来降低用钢量。
2.梁配筋优化策略。梁构件主要为受力控制配筋,为节省用钢量,从配筋率公式可知可通过减小混凝土强度等级,且有利于提高梁的抗裂性能。其次可以通过采用高强度的钢筋。鉴于较小截面宽度会导致较大用钢量的梁出现多排钢筋布置,这减小了截面的有效高度,在不影响使用和美观的前提下,可通过合理增大梁截面宽度,尽量采取单排布置形式,这样可以起到节省用钢量的作用。当悬臂梁的悬挑长度较大时,其弯矩内力都是急剧降低的,在面筋较多的情况下,除了角筋可延伸出梁端外,其余钢筋都可适当的在跨中截断,这样不仅可以降低用钢量又有利于施工。当梁承受集中荷载时,要在受荷处配置附加横向钢筋。正常情况下,在梁侧配置加密箍筋即可满足要求了,因此不可盲目的加配吊筋,这样只会造成钢筋的浪费。
结束语
建筑工程建筑的结构设计虽然是一项复杂且具有较强系统性的工作,但工作水平将会对建筑工程建筑的安全性、经济性、实用性等产生直接的影响。所以,设计人员在不断学习和掌握先进设计理念与方法的同时,还应在工作中结合工程的实际情况,对建筑的结构与材料使用进行高水平的优化与完善,只有这样,才能使施工单位建设出集安全性、可观性、实用性与一身的建筑工程建筑,为人民群众生命财产安全以及生产生活秩序提供更多的保障。
参考文献:
[1]郎彦明.探讨建筑结构设计中的新思路分析[J].门窗,2014,02:85.
[2]郭峰,梁利生.探讨建筑结构设计中的概念设计[J].科技与企业,2013,13:169+171.
[3]吴庆.探讨建筑结构设计中裂缝成因及防治[J].中国建筑金属结构,2013,18:136.
[4]范俊梅.高层建筑结构设计中的几个问题分析[J].山西建筑,2009,15:54-56.
[5]严毓纯,孙建军.探讨建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施[J].企业技术开发,2012,16:53-54.