建筑工程设计中建筑与结构专业密切配合的一些问题探讨

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuyuallen
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  摘要:在建筑方案确定和设计中,既要满足建筑的使用功能要求和立面效果要求,又要满足结构专业和设备专业的基本技术要求。
  对建筑设计人员来说,了解一些有关结构方面的知识,对处理好建筑专业与结构专业的关系,有着积极的促进作用。
  一个好的建筑作品,是各个专业密切配合,共同努力的结果。
  
  关键词:结构;建筑;配合
  
  引言
  在建筑工程设计中,一个工程的设计人员,是按建筑、结构、设备等专业分配,各司其责,依据本专业的功能要求和规范要求设计。就各自专业而言,都能满足设计要求,没有太大问题。而整个工程设计图结合在一起时,往往就会出现“打架”、“碰撞”,相互矛盾,相互影响等一些问题,甚至出现了一些大的不可调和的矛盾,需要各专业间反复修改,甚至多次设计。严重影响了设计质量,导致设计周期延长,浪费了设计人员大量的时间和精力。
  出现这些问题,小的问题各工种之间可以通过沟通、协调解决。大的问题或者一些原则性问题,各专业都不能违反自身的“强制性条文”,则这些矛盾就难以解决,需要动“大手术”,甚至对设计做根本性的修改。
  相对而言,建筑专业与结构专业之间矛盾会突出一些。
  结合在实际工程设计中,就一些建筑方案的确定与结构专业有着密切关系的一些技术性问题,和同行做些探讨。希望起到一定参考作用。
  1 建筑设计与砖混结构的一些相关问题要点
  建筑专业是工程设计中的“龙头”和先行。在建筑方案确定和初步设计中,既要满足建筑的使用功能要求和立面效果要求,又要满足结构专业和设备专业的基本要求。尤其是在确定结构形式,柱网布置和剪力墙设置等问题中,建筑专业与其它专业,有着一定的直接“冲突 ”,处理好建筑物的“适用、安全、经济、美观”基本要求,找到一个最佳“平衡点”,是有一定难度的。
  要根据建筑的高度、规模和层数,针对所采用的结构形式,在建筑设计中,对一些结构的技术指标加以控制。
  砖混结构适用于多层建筑,是最常见的较为经济的一种结构形式。
  1.1砖混结构层数限制
  依据工程所在地的设防烈度,如6、7、8度时:则丙类建筑最高层数限制为8、7、6层;乙类建筑最高层数限制为7、6、5层;对于医院、教学楼等横墙很少的建筑,则最高限制为6、5、4层。
  1.2 层高限制
  砖混结构的层高,不应超过3.6米。当使用功能确有需要时,采用约束砌体等加强措施的层高不应超过3.9米。底部框架-抗震墙房屋的底部层高不应超过4.5米。
  1.3 高宽比限制
  砖混结构房屋总高度与总宽度的最大比值,6、7、8度时:依次为2.5、2.5、2.0。
  1.4 设置缝的要求
  砖混结构的建筑物长度大于50米时,应设伸缩缝;当建筑物层数和层高存在较大差异时,或平面有较大拐折时,则应设置沉降缝或防震缝,缝宽70-100。
  1.5 砖混结构墙体设置原则和构造要求
  横墙间最大间距:6、7度时为18米,8度时为15米。
  建筑设置门、窗和洞口时,应注意保证短墙的水平长度。比如7度时,承重窗间墙最小宽度,应不小于1米。
  砖砌女儿墙高度大于0.5米时,应设置钢筋混凝土压顶和构造柱,构造柱水平间距不大于4米。
  纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀;门窗洞口不宜过大;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处;竖向通道不应削弱墙体;大空间房屋尽量设在顶层等等。
  装饰性构件和非承重结构构件应采取可靠连接。
  以上的结构基本技术要求,在建筑设计中,确实难以达到时,则应考虑改变结构承重形式。
  
  2建筑设计与框架结构的一些相关问题要点
  2.1 框架结构特点
  框架结构应用比较广泛,是一种常见的结构形式。它的优点是建筑平面布置灵活,可以组成较大空间,便于构件标准化,定型化,以縮短工期。具备较好的抗震性能。最大高度七度时55米。不要超过十五层。
  十层以内时,各项结构技术指标容易满足,比较经济。
  但是,框架结构也有较大缺点。当建筑高度或层高较大时,它的水平刚度较弱,变形较大。对建筑平面的规整性和竖向房间刚度的突变性,有着严格的要求。
  2.2 框架结构设计的基本要求
  在建筑平面设计时,要充分考虑柱网的合理布置,既要不影响建筑的正常使用,又要满足结构安全性能的要求。柱距和柱跨一般6-8米为宜,框柱布置要尽可能对称、均匀,纵横向尽量对齐、成组。非承重内墙采用轻质材料。
  多层时不宜采用单跨框架结构。高层时不应采用单跨结构。框柱截面不宜小于300X300,圆柱截面不宜小于350,框梁截面宽度不宜小于200。房屋高宽比不宜大于4。
  在框架结构中不允许采用两种不同的结构形式。电梯间、局部突出屋顶的房间,均不得采用砖墙承重。
  底部剪力墙-框架结构和框支结构,特点是“头重脚轻”,上刚下柔,受力状态不好。故应谨慎采用这两种结构形式。
  
  3 高层建筑设计与结构相关问题要点
  10层及10层以上,或房屋高度超过24m的建筑为高层建筑。高层建筑一般常用框架结构、框架-抗震墙结构、以及抗震墙结构。高层建筑设计与结构关系更大、更密切。
  3.1 谨慎选址
  在总平面布置时,高层建筑要选择有利的场地。要远离滑坡体,避开断裂带,选择较好土层,保证建筑物的稳定性。控制相邻建筑的水平距离。
  3.2 对建筑平、立面的宏观控制要求
  对于建筑师和结构工程师来说,应优先采用简单、均匀、规则、对称的建筑结构方案。严格控制房屋的高宽比。结构构件平面布置的刚心力求与建筑物的质心相一致。结构沿竖向的构件布置宜等强,避免楼层刚度有较大的变化,保证结构构件在水平纵横向和房屋的竖直向的连续性。严格控制平面的凹凸尺寸、外挑尺寸、楼板开洞尺寸等。
  不宜采用不规则的建筑方案。不应采用严重不规则的建筑方案。对于严重不规则的建筑方案,根据建设部令,要求建筑师予以修改、调整。
  3.3 设置防震缝的要求
  体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构,可按实际需要在适当部位设置防震缝,形成多个较规则的结构单元。通过调整建筑平面形状和尺寸,尽可能不设缝。必须设置防震缝时,要留有足够的宽度(100以上),上部结构应完全分开,防止地震时相互碰撞。也就是说,分则彻底,连则牢固,不可“藕断丝连”。
  留缝宽度,要根据相邻较低建筑高度计算确定。
  3.4 结构构造设置的一些基本要点
  电梯井不宜设在建筑物角部或边部。由于受到框柱和基础梁影响,在做电梯井底坑和集水坑时,使用空间会受到不利影响,基础难以处理。
  在顶层设置水箱间或其它有较大荷载的设备构件时,要尽量选择直接设在跨度较小的框架梁上。使它的水平受荷面积加大,并控制设备构件的高度。
  在楼层布置框架间填充墙时,应尽量使楼层上下连续、均匀。最好采用柔性连接的轻型隔墙。
  
  4 高层建筑与框架-抗震墙结构设计要点
  随着高层建筑物高度的增加,一般十层以上时,框架结构的抗水平地震能力减弱,一味增加框柱断面是不可取的。而设置一些抗侧力较强的抗震墙,是最有效最可取的方法。
  4.1 抗震墙设置原则
  框架-抗震墙结构体系,抗震墙设置的数量多少,是以满足结构位移限制作为依据的。
  抗震墙布置应与建筑使用要求相结合,在进行建筑初步设计时,要考虑抗震墙的合理布置,既不影响使用,又要满足结构的受力要求。根据建筑物高度和刚度要求,可以采用L形、T形、工字形、十字形等形式,和框柱组合,形成较好的受力体系。
  抗震墙布置要对称、均匀、分散,靠近建筑外围布置。墙肢长度既不能太短,亦不能太长,尽可能使结构刚度中心与建筑物质量中心相一致。
  抗震墙布置应贯通全高,使结构楼层上下刚度连贯而均匀。抗震墙上开洞亦应尽量做到上下对齐、大小相同。
  抗震墙应沿两个主轴方向设置,刚度相接近。
  控制短肢抗震墙的设置数量。
  4.2 抗震墙构造要求
  抗震墙截面厚度不宜小于160,短肢剪力墙截面厚度不应小于200。墙肢水平截面长度不宜大于8m。
  框架-抗震墙结构也有缺点,抗震墙间距不能太大,平面布置不够灵活,难以满足公共建筑的使用要求。
  一个结构单元,不应采用两种不同的结构形式。
  
  5其它工程
  对于幼儿园、中小学教学用房、人流密集的大型多层商场、医院等乙类建筑,为重点设防类。抗震要求比一般建筑更高。
  建筑设计时要充分考虑结构的安全性。
  
  6 结束语
  总之,房屋的建筑设计与结构设计关系密切,相辅相成。
  合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的。一个建筑物的建筑设计,从选址开始,到平面布置,确定层数和层高,到选择结构形式,就已经和结构设计密不可分了。
  可以说,一个好的建筑设计作品,从某种程度讲,就是处理好建筑和结构矛盾的实践过程的结果。
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