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【摘 要】 目前我国房屋建筑结构设计的大局上而言,已经发生了巨大的改变,然而却依旧存在着一些影响房屋建筑质量的因素存在。优化房屋建筑结构形式,实现房屋建筑质量的提升,同时也有效降低房屋建筑的成本,为此进行房屋建筑结构中存在的问题进行研究,具有非常重要的意义。本文对土木工程建筑结构设计中的问题与解决策略进行了分析和探讨。
【关键词】 土木工程;建筑结构;设计;问题;策略
1 引言
近年来我国经济发展的速度越来越快,在这样一个大环境中,我国的建筑业发展也取得了可喜可贺的成就。同时,建筑业的发展前景与未来走向也得到了广泛的关注,尤其是建筑的基础环节即建筑设计。建筑结构设计具有系统性和全面性,并不是如单单按图索骥那样简单。在设计当中,由于设计人员对实践中结构的设计和施工理念缺乏规范意识,设计者便很难分析其设计图稿和施工的规范措施,长此以往,便不知不觉中提升了工程的成本。对于土建建筑结构设计而言,最重要的莫过于通过设计来增强建筑结构的持久性和安全指数。本文将着重分析當前建筑结构设计中的问题并提出改进方案。
2 建筑结构设计中常见问题
2.1结构构件
2.1.1承重柱截面高度设计过小问题
在建筑结构设计中,通常在Ⅵ度抗震设防区,有一些设计者把承重柱的截面高度设计的过小,因为,这样的话受力分析比较简单。在截面高度过小时,梁柱的线刚度比就会变大,这是计算压力即可按照柱轴心所承受的压力计算。虽说计算简单了,却忽视了柱的约束弯矩,即梁柱间的刚结作用,便给建筑留下了安全隐患。梁柱结构的柱子抗弯强度在受力后会达不到规定的要求,造成梁底与柱子结合处出现裂纹,久而久之,形成塑性铰。柱子的带铰工作一方面有损房屋的耐久性,另一方面造成业主的恐慌不安心理。最严重的是,这样的建筑不符合“强柱弱梁”的设计原则,若遇到地震,便会坍塌。
2.1.2基础底板的挑板问题
从建筑角度讲,如果取消挑板会使柔性防水做法更见简单方便。而从结构角度来看,出挑板能使边跨底板钢筋调节的更加均匀,尤其是在当底板钢筋通长布置的情况下,可以节约钢筋的使用量,因为边跨钢筋的使用并不会增加底板的通常筋。加挑板可以采用天然地基当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,整体沉降在出挑板后能降低,同时出挑板还可以有效的减少基地附加应力。如果重心偏离,这是在特殊部位设置挑板就可以解决整体倾斜和沉降差问题。窗井部位不适合再用长挑板,这种情况可以视为挑板上砌墙。
2.1.3次梁处加附加筋
在次梁处要加附加筋时,一般应优先考虑加箍筋,附加箍筋的用途是:主梁箍筋缺少或者没有办法在次梁截面范围加箍筋,这是使用箍筋在次梁两侧补上。然而附加筋也并不是绝对要用,附加横向钢筋应承担位于梁截面高度范围内或梁下部的集中荷载。这就意味着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可以不必添加附加筋,而必须要用到附加筋的位置是梁下部的集中力处。但梁截面高度范围内的集中荷载要具体情况具体分析,不可一概而论。要遵循的大方向原则是当位于主梁上的次梁发生裂缝之后,主梁是不能够加附加筋的,只要从次梁的受压区顶到主梁底的截面高度的混凝土加箍筋时就可以承受次梁产生的剪力。比如当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的荷载相对不大的主次深梁也可不加附加筋。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时可满足。另外如果抗剪满足,集中力处就自然满足,因为两者的范围是一样的。
2.1.4关于短柱问题
短柱在地震时易发生破坏产生危险,短柱的定义是在框架结构中剪跨比小于等于2或柱净高与柱截面高度之比等于4。设计者应避免短柱问题的发生,当短柱的变形能力或者受剪承载力缺乏时会导致建筑物的损坏。形成短柱的原因有两个:①由于填充墙设置不当,引起某层的框架柱两侧不平衡,一边有填充墙一边无。无填充墙的那一侧柱子净高与柱截面之比往往小于等于4便形成了短柱。②在楼梯间半休息平台或结构局部错层导致两个框架梁之间的框架柱净高较小。面对这种情况,应改善柱的抗剪承载力及增强其变形能力来解决短柱问题。为了确保短柱的纵向钢筋对称布置,通常选择用JH复合箍筋,使每侧的纵向钢筋配筋率小于或等于1.2%,也可运用配X形钢筋或者外包钢板的措施来解决短柱问题。
2.1.5连续梁按单梁进行设计
在阳台边梁的设计中通常采用连续梁按单梁进行设计。设计者为了受力分析更加便捷,一般都不重视边梁上的小的荷载力。由于设计者按单简支梁的方式设计,而不是用连续梁的梁,使得梁在支座处上部负筋配置数量减少。钢筋数量一旦减少,就会造成梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝,然后梁上部拦板也会随之出现竖向裂缝。情况会更加严重在该边梁长度较长时,因为单简支梁通常是在室外的,很容易受温度环境的影响。当外界环境的温度发生变化时,梁内会产生收缩应力,因为梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束,该收缩应力在原已产生的梁上裂缝处发生作用,使得整个梁界面都发生裂缝,梁便丧失了本应有的承载力,安全性大大降低。完全不符合建筑首要的安全性的要求。
2.2体系布置和选型
2.2.1选择建筑结构类型
建筑结构类型有不同的区分标准:①根据建筑物的结构形式,可以分为剪力墙结构、框架结构、简体结构、大路结构和排架结构等。②依据建筑物的高度,可以分为低层和高层。③按照功能,可把建筑物分为民用的和工业用的。④根据结构材料可以分为砌体结构、木结构、钢结构、混合结构和混凝土结构等。
2.2.2结构布置不合理,体型不规则
结构设计中至关重要的因素是合理的结构布置,因为很多因素都会引起结构不规则,所以结构布置要尽可能的“规则”,特别是对一些复杂的建筑体型,很难有一个简单的定量标准来区分其程度并划定限制运用范围。由于缺乏规范依据及相应的设计规定,另外对结构抗震设计概念缺乏了解,设计者无法很好的把握结构性规则在设计时,有时为了美观会遵从业主的一些无理要求,使得实际工作中发生建造出结构抗震性能差,规则性劣质的高层建筑。
2.3正确分析计算结果
在结构设计中通常都选择运用计算机技术,但是由于目前软件种类繁多,而且不同的软件往往会产生不同的计算结果。目前在建筑设计业界,最常用的计算构件实际受力模型有三种,它们分别是板梁墙元模型、薄壁柱模型,板梁墙元模型和壳元;它们的适用范围是不同的,因为各自的不同特点。因此为了保证计算结果的正确性,以及对建筑的高度责任感,设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在某些设计过程中,由于计算软件在建模过程中所做的各种假设条件很可能会与结构中某些构件的实际情况不相符(例如边界条件、受力状态等),即使设计人员选用了适合的结构计算软件对工程模型进行电算,也会使得实际受力数据与在模型计算时的结果不一样。但只要误差很小还是可以允许的,此时设计人员应该根据偏差原因进行分析、对实际情况进行合理调整。所以保证结构安全的重要条件是选择运用合适的计算简图。在用软件进行模型电算时,要根据计算结果进行必要的甄别和判断,并进行适当地调整在选择与实际情况相吻合的模型和程序之后。
3 结语
建筑结构设计中有着各种各样的问题,我们要理性对待这些问题,通过不断的完善设计内容来解决设计中的问题。针对以上提到的四五个在设计当中容易出现的问题,建筑结构设计人员要防患于魏然,通过合理的布置建筑结构,正确的分析测评结果来解决在结构设计中出现的问题,这样在后期的建造过程当中才会减小阻力。设计人员要注意每个阶段的设计问题,只有拥有整体的观念同时做好每一个细节才能提升对结构设计问题的预防能力,是设计工作更加的合理安全规范化。各位设计者应集思广益,把建筑结构设计中常出现的问题运用适当的方式加以解决,为创造良好的安全的建筑设计环境做贡献。
参考文献:
[1]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法[J].沿海企业与科技,2009(5).
[2]吴晓琳.浅析建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业,2009(11).
[3]孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构,2006(3)
【关键词】 土木工程;建筑结构;设计;问题;策略
1 引言
近年来我国经济发展的速度越来越快,在这样一个大环境中,我国的建筑业发展也取得了可喜可贺的成就。同时,建筑业的发展前景与未来走向也得到了广泛的关注,尤其是建筑的基础环节即建筑设计。建筑结构设计具有系统性和全面性,并不是如单单按图索骥那样简单。在设计当中,由于设计人员对实践中结构的设计和施工理念缺乏规范意识,设计者便很难分析其设计图稿和施工的规范措施,长此以往,便不知不觉中提升了工程的成本。对于土建建筑结构设计而言,最重要的莫过于通过设计来增强建筑结构的持久性和安全指数。本文将着重分析當前建筑结构设计中的问题并提出改进方案。
2 建筑结构设计中常见问题
2.1结构构件
2.1.1承重柱截面高度设计过小问题
在建筑结构设计中,通常在Ⅵ度抗震设防区,有一些设计者把承重柱的截面高度设计的过小,因为,这样的话受力分析比较简单。在截面高度过小时,梁柱的线刚度比就会变大,这是计算压力即可按照柱轴心所承受的压力计算。虽说计算简单了,却忽视了柱的约束弯矩,即梁柱间的刚结作用,便给建筑留下了安全隐患。梁柱结构的柱子抗弯强度在受力后会达不到规定的要求,造成梁底与柱子结合处出现裂纹,久而久之,形成塑性铰。柱子的带铰工作一方面有损房屋的耐久性,另一方面造成业主的恐慌不安心理。最严重的是,这样的建筑不符合“强柱弱梁”的设计原则,若遇到地震,便会坍塌。
2.1.2基础底板的挑板问题
从建筑角度讲,如果取消挑板会使柔性防水做法更见简单方便。而从结构角度来看,出挑板能使边跨底板钢筋调节的更加均匀,尤其是在当底板钢筋通长布置的情况下,可以节约钢筋的使用量,因为边跨钢筋的使用并不会增加底板的通常筋。加挑板可以采用天然地基当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,整体沉降在出挑板后能降低,同时出挑板还可以有效的减少基地附加应力。如果重心偏离,这是在特殊部位设置挑板就可以解决整体倾斜和沉降差问题。窗井部位不适合再用长挑板,这种情况可以视为挑板上砌墙。
2.1.3次梁处加附加筋
在次梁处要加附加筋时,一般应优先考虑加箍筋,附加箍筋的用途是:主梁箍筋缺少或者没有办法在次梁截面范围加箍筋,这是使用箍筋在次梁两侧补上。然而附加筋也并不是绝对要用,附加横向钢筋应承担位于梁截面高度范围内或梁下部的集中荷载。这就意味着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可以不必添加附加筋,而必须要用到附加筋的位置是梁下部的集中力处。但梁截面高度范围内的集中荷载要具体情况具体分析,不可一概而论。要遵循的大方向原则是当位于主梁上的次梁发生裂缝之后,主梁是不能够加附加筋的,只要从次梁的受压区顶到主梁底的截面高度的混凝土加箍筋时就可以承受次梁产生的剪力。比如当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的荷载相对不大的主次深梁也可不加附加筋。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时可满足。另外如果抗剪满足,集中力处就自然满足,因为两者的范围是一样的。
2.1.4关于短柱问题
短柱在地震时易发生破坏产生危险,短柱的定义是在框架结构中剪跨比小于等于2或柱净高与柱截面高度之比等于4。设计者应避免短柱问题的发生,当短柱的变形能力或者受剪承载力缺乏时会导致建筑物的损坏。形成短柱的原因有两个:①由于填充墙设置不当,引起某层的框架柱两侧不平衡,一边有填充墙一边无。无填充墙的那一侧柱子净高与柱截面之比往往小于等于4便形成了短柱。②在楼梯间半休息平台或结构局部错层导致两个框架梁之间的框架柱净高较小。面对这种情况,应改善柱的抗剪承载力及增强其变形能力来解决短柱问题。为了确保短柱的纵向钢筋对称布置,通常选择用JH复合箍筋,使每侧的纵向钢筋配筋率小于或等于1.2%,也可运用配X形钢筋或者外包钢板的措施来解决短柱问题。
2.1.5连续梁按单梁进行设计
在阳台边梁的设计中通常采用连续梁按单梁进行设计。设计者为了受力分析更加便捷,一般都不重视边梁上的小的荷载力。由于设计者按单简支梁的方式设计,而不是用连续梁的梁,使得梁在支座处上部负筋配置数量减少。钢筋数量一旦减少,就会造成梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝,然后梁上部拦板也会随之出现竖向裂缝。情况会更加严重在该边梁长度较长时,因为单简支梁通常是在室外的,很容易受温度环境的影响。当外界环境的温度发生变化时,梁内会产生收缩应力,因为梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束,该收缩应力在原已产生的梁上裂缝处发生作用,使得整个梁界面都发生裂缝,梁便丧失了本应有的承载力,安全性大大降低。完全不符合建筑首要的安全性的要求。
2.2体系布置和选型
2.2.1选择建筑结构类型
建筑结构类型有不同的区分标准:①根据建筑物的结构形式,可以分为剪力墙结构、框架结构、简体结构、大路结构和排架结构等。②依据建筑物的高度,可以分为低层和高层。③按照功能,可把建筑物分为民用的和工业用的。④根据结构材料可以分为砌体结构、木结构、钢结构、混合结构和混凝土结构等。
2.2.2结构布置不合理,体型不规则
结构设计中至关重要的因素是合理的结构布置,因为很多因素都会引起结构不规则,所以结构布置要尽可能的“规则”,特别是对一些复杂的建筑体型,很难有一个简单的定量标准来区分其程度并划定限制运用范围。由于缺乏规范依据及相应的设计规定,另外对结构抗震设计概念缺乏了解,设计者无法很好的把握结构性规则在设计时,有时为了美观会遵从业主的一些无理要求,使得实际工作中发生建造出结构抗震性能差,规则性劣质的高层建筑。
2.3正确分析计算结果
在结构设计中通常都选择运用计算机技术,但是由于目前软件种类繁多,而且不同的软件往往会产生不同的计算结果。目前在建筑设计业界,最常用的计算构件实际受力模型有三种,它们分别是板梁墙元模型、薄壁柱模型,板梁墙元模型和壳元;它们的适用范围是不同的,因为各自的不同特点。因此为了保证计算结果的正确性,以及对建筑的高度责任感,设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在某些设计过程中,由于计算软件在建模过程中所做的各种假设条件很可能会与结构中某些构件的实际情况不相符(例如边界条件、受力状态等),即使设计人员选用了适合的结构计算软件对工程模型进行电算,也会使得实际受力数据与在模型计算时的结果不一样。但只要误差很小还是可以允许的,此时设计人员应该根据偏差原因进行分析、对实际情况进行合理调整。所以保证结构安全的重要条件是选择运用合适的计算简图。在用软件进行模型电算时,要根据计算结果进行必要的甄别和判断,并进行适当地调整在选择与实际情况相吻合的模型和程序之后。
3 结语
建筑结构设计中有着各种各样的问题,我们要理性对待这些问题,通过不断的完善设计内容来解决设计中的问题。针对以上提到的四五个在设计当中容易出现的问题,建筑结构设计人员要防患于魏然,通过合理的布置建筑结构,正确的分析测评结果来解决在结构设计中出现的问题,这样在后期的建造过程当中才会减小阻力。设计人员要注意每个阶段的设计问题,只有拥有整体的观念同时做好每一个细节才能提升对结构设计问题的预防能力,是设计工作更加的合理安全规范化。各位设计者应集思广益,把建筑结构设计中常出现的问题运用适当的方式加以解决,为创造良好的安全的建筑设计环境做贡献。
参考文献:
[1]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法[J].沿海企业与科技,2009(5).
[2]吴晓琳.浅析建筑结构设计与特点[J].中国高新技术企业,2009(11).
[3]孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构,2006(3)