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【摘 要】 现阶段,建筑工程行业高速发展,建筑工程设计的质量和安全也越来越受到重视,因此需加强对建筑工程设计的研究和管理,避免因建筑结构的设计问题而导致建筑生产事故的发生。建筑结构设计人员应该主动的探索建筑结构的创新设计以及主动的总结以往的设计经验从而做到确保建筑结构的设计质量,这对于我国建筑业的健康发展具有重要的经济效益和现实意义。笔者根据多年工作经验对建筑结构设计中存的问题进行分析,并提出一些见建议供同仁参考。
【关键词】 建筑结构;结构设计;分析
一、建筑结构设计中存在的问题
1.建筑结构设计图纸简单粗糙、结构布置方案不合理
建筑设计图纸是施工的基础。一份合格的建筑图纸需要详细地说明结构设计的每一个细节,譬如结构类型、抗震设计、抗震等级、抗震设防烈度、墙体材料等。近些年来,复杂的高层建筑大量涌现,其结构一般都是不规则的,这给结构抗震设计带来了许多难点。各国的抗震规范对结构的不规则性都做出了控制规定,但大多是针对不规则性的一些主要类型,实际工程中会遇到很多规范中没有提到的不规则性类型,在设计中需要设计人员具体分析、识别并采取有效措施。以下是我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)所规定的建筑形体及其构件布置的平面和竖向不规则性,主要针对混凝土房屋、钢结构房屋和钢一混凝土混合结构房屋中存在的一些不规则类型,详见表1和表2。
在了解平面、竖向不规则类型的同时,还要注意区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度,避免采用严重不规则的设计方案:
1)不规则,指存在表和表中所列举的六个主要不规则类型以及类似的不规则类型中的一项及以上。2)特别不规则,一般指同时具有表和表所列六个主要不规则类型的三个或三个以上。3)严重不规则,指形体复杂,多项不规则指标超过表和表中不规则指标的上限值或某一项大大超过规定值,有不能克服的严重的抗震薄弱环节,可能导致地震破坏的严重后果。
2、设计人员缺乏经验、漏算错算较多
在部分工程设计中,设计人员因缺乏经验,经常出现以下不合理的设计:一、结构受力体系选择不合理,在剪力墙结构中布置超量剪力墙;二、选用错误的抗震等级、场地分类等,从而造成整个设计都建立在错误的基础上;三、有些设计中对于荷载的取值不合理,盲目取大值过于保守,或出现错算以及漏算;综上所述,如果在建筑设计中没有严格把关,就会存在非常严重的质量安全隐患。
3、地下室外墙设计不合理
地下室外墙设计是建筑结构设计中相当重要的部分,但出现的问题也是最严重的。地下室外墙的设计要求是非常严格的,墙体的厚度、混凝土的强度、防水性能等都应有明确的设计要求,而一些设计人员并没有认识到其中的重要性或未充分的研究场地地质情况,未充分考虑地下水位的高低、地下部分的总层数及地下室顶板及周边道路的施工荷载,或造成墙体厚度及配筋的不必要的增加,带来经济上的浪费;或未精确计算,墙体厚度及配筋不足,带来质量及安全上的隐患。
4.工程材料的选择上存在问题
要想使建筑既安全实用,又科学合理,建筑的材料选择是非常重要的。作为一个建筑工程师或工程设计人员,对于各种建筑材料的熟悉和有效使用是基本前提。尤其是现代科技推动下的建筑设计,高层和超高层的建筑不断增多,在建筑材料的选用上,特别是钢材、混凝土、水泥等主要材料的选用上,更是建筑設计人员需要十分注意的。根据我国对于建筑的防震抗震有关规定和要求,在一个单体的结构设计中是不应采用两种或者两种以上的结构类型,因为这样会影响抗震性能,而在实际的建筑设计中,这样情况的却屡见不鲜。
二、建筑结构设计应该遵循的原则
1.结构设计应遵循安全、可靠、经济、合理的原则
除按荷载大小及结构要求确定构件的基本截面尺寸外,对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计,都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。
2、应遵循结构准确计算的原则
科学技术的不断进步促进了高层建筑的发展,尤其是计算机技术广泛应用有效提高了结构计算的精确性。虽然经过一段时间的发展,相关计算软件得到很大程度的发展与提高,但是这些计算软件本身还是存在一些问题,主要是一些参数的设置不够准确。要提高软件计算的精确性就要认真仔细的研究软件的计算原理,合理的输入各种计算参数,反复进行数据核算,并对计算结果进行合理性分析,并运用概念设计的理念指导计算软件的计算方向,从而保证计算结果的合理与安全。
3.合理降低造价的原则
建筑结构设计应注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益平衡,即综合效益。在经济上注意节约建筑造价,降低能源消耗,降低日常运行、维修和管理的费用。但是,前提是必须保证工程质量,不能单纯追求效益而降低质量标准,应做到科学、合理降低造价。
三、提高设计质量的措施
1、提高建筑结构抗震性能
地震动是反复的荷载作用过程,结构设计时应将构件设置成两道甚至多道防线来抵抗地震,每道防线应能够独立工作,第一道防线被破坏后,后备防线能够接替工作,继续承受地震作用,从而保证结构的安全,避免倒塌破坏。结构的每一道防线破坏都相当于减轻了一部分自重,随着作为抗震防线构件的破坏结构自振周期也会逐渐变大,在刚性场地建造的建筑的自振周期会与场地周期错开,避免了由于共振效应引起的严重破坏。
结构延性是指结构不仅能抵抗地震作用,还应具有良好的变形和耗能能力。在抗震设计时,结构应有良好的延性以防止结构在地震反复荷载作用下的整体破坏,这需要将结构主要构件、主要构件中的核心部位的延性设计要求在结构总体延性的基础上逐步提高。在结构平面上,应提高建筑四周的转角处、平面有突变处及复杂平面连接处的构件延性;在竖向上,主要应提高薄弱层所在部位构件的延性。
2.发展新技术,推广钢结构建筑
随着时代的发展,科技的进步,新技术出现,建筑设计也必须做到与时俱进。钢结构及钢-钢筋混凝土混合结构,不仅降低了建筑成本,提高了投资效益,还可缩短工程建设周期。因此,在建筑工程中,加大新技术的投入与应用,是发展建筑的有效手段。
3.全方位、多角度的设计
在当前的设计工作中,仍然存在大量设计错、漏、碰的问题,因此,在设计时必须要提前充分的注意到这些问题。对于建筑要多突出它的实用意义,功能价值,不能只单纯的重外观,要重质量、重建筑价值的长远效益。因此在建筑的设计时要充分的考虑到建筑的功能性、实用性以及耐久性等。
在建筑设计时也应充分的考虑到节能性,如利用自然通透的空间设计,可以保持住宅空间冬暖夏凉的舒适环境。
注重细节设计,细节决定成败。
四、结束语
随着社会的快速发展,建筑结构设计的安全性已成为了设计工作的重中之重,出现质量问题除了不合理施工因素以外,不合理的结构设计方案也是影响建筑质量的重要原因。所以我们一定要选择正确、合理的结构设计方案。同时加强设计质量管理,只有这样,才能解决建筑结构设计存在的问题,才能够使建筑设计更加科学合理,进而提高建筑物的安全性。
【关键词】 建筑结构;结构设计;分析
一、建筑结构设计中存在的问题
1.建筑结构设计图纸简单粗糙、结构布置方案不合理
建筑设计图纸是施工的基础。一份合格的建筑图纸需要详细地说明结构设计的每一个细节,譬如结构类型、抗震设计、抗震等级、抗震设防烈度、墙体材料等。近些年来,复杂的高层建筑大量涌现,其结构一般都是不规则的,这给结构抗震设计带来了许多难点。各国的抗震规范对结构的不规则性都做出了控制规定,但大多是针对不规则性的一些主要类型,实际工程中会遇到很多规范中没有提到的不规则性类型,在设计中需要设计人员具体分析、识别并采取有效措施。以下是我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)所规定的建筑形体及其构件布置的平面和竖向不规则性,主要针对混凝土房屋、钢结构房屋和钢一混凝土混合结构房屋中存在的一些不规则类型,详见表1和表2。
在了解平面、竖向不规则类型的同时,还要注意区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度,避免采用严重不规则的设计方案:
1)不规则,指存在表和表中所列举的六个主要不规则类型以及类似的不规则类型中的一项及以上。2)特别不规则,一般指同时具有表和表所列六个主要不规则类型的三个或三个以上。3)严重不规则,指形体复杂,多项不规则指标超过表和表中不规则指标的上限值或某一项大大超过规定值,有不能克服的严重的抗震薄弱环节,可能导致地震破坏的严重后果。
2、设计人员缺乏经验、漏算错算较多
在部分工程设计中,设计人员因缺乏经验,经常出现以下不合理的设计:一、结构受力体系选择不合理,在剪力墙结构中布置超量剪力墙;二、选用错误的抗震等级、场地分类等,从而造成整个设计都建立在错误的基础上;三、有些设计中对于荷载的取值不合理,盲目取大值过于保守,或出现错算以及漏算;综上所述,如果在建筑设计中没有严格把关,就会存在非常严重的质量安全隐患。
3、地下室外墙设计不合理
地下室外墙设计是建筑结构设计中相当重要的部分,但出现的问题也是最严重的。地下室外墙的设计要求是非常严格的,墙体的厚度、混凝土的强度、防水性能等都应有明确的设计要求,而一些设计人员并没有认识到其中的重要性或未充分的研究场地地质情况,未充分考虑地下水位的高低、地下部分的总层数及地下室顶板及周边道路的施工荷载,或造成墙体厚度及配筋的不必要的增加,带来经济上的浪费;或未精确计算,墙体厚度及配筋不足,带来质量及安全上的隐患。
4.工程材料的选择上存在问题
要想使建筑既安全实用,又科学合理,建筑的材料选择是非常重要的。作为一个建筑工程师或工程设计人员,对于各种建筑材料的熟悉和有效使用是基本前提。尤其是现代科技推动下的建筑设计,高层和超高层的建筑不断增多,在建筑材料的选用上,特别是钢材、混凝土、水泥等主要材料的选用上,更是建筑設计人员需要十分注意的。根据我国对于建筑的防震抗震有关规定和要求,在一个单体的结构设计中是不应采用两种或者两种以上的结构类型,因为这样会影响抗震性能,而在实际的建筑设计中,这样情况的却屡见不鲜。
二、建筑结构设计应该遵循的原则
1.结构设计应遵循安全、可靠、经济、合理的原则
除按荷载大小及结构要求确定构件的基本截面尺寸外,对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计,都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。
2、应遵循结构准确计算的原则
科学技术的不断进步促进了高层建筑的发展,尤其是计算机技术广泛应用有效提高了结构计算的精确性。虽然经过一段时间的发展,相关计算软件得到很大程度的发展与提高,但是这些计算软件本身还是存在一些问题,主要是一些参数的设置不够准确。要提高软件计算的精确性就要认真仔细的研究软件的计算原理,合理的输入各种计算参数,反复进行数据核算,并对计算结果进行合理性分析,并运用概念设计的理念指导计算软件的计算方向,从而保证计算结果的合理与安全。
3.合理降低造价的原则
建筑结构设计应注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益平衡,即综合效益。在经济上注意节约建筑造价,降低能源消耗,降低日常运行、维修和管理的费用。但是,前提是必须保证工程质量,不能单纯追求效益而降低质量标准,应做到科学、合理降低造价。
三、提高设计质量的措施
1、提高建筑结构抗震性能
地震动是反复的荷载作用过程,结构设计时应将构件设置成两道甚至多道防线来抵抗地震,每道防线应能够独立工作,第一道防线被破坏后,后备防线能够接替工作,继续承受地震作用,从而保证结构的安全,避免倒塌破坏。结构的每一道防线破坏都相当于减轻了一部分自重,随着作为抗震防线构件的破坏结构自振周期也会逐渐变大,在刚性场地建造的建筑的自振周期会与场地周期错开,避免了由于共振效应引起的严重破坏。
结构延性是指结构不仅能抵抗地震作用,还应具有良好的变形和耗能能力。在抗震设计时,结构应有良好的延性以防止结构在地震反复荷载作用下的整体破坏,这需要将结构主要构件、主要构件中的核心部位的延性设计要求在结构总体延性的基础上逐步提高。在结构平面上,应提高建筑四周的转角处、平面有突变处及复杂平面连接处的构件延性;在竖向上,主要应提高薄弱层所在部位构件的延性。
2.发展新技术,推广钢结构建筑
随着时代的发展,科技的进步,新技术出现,建筑设计也必须做到与时俱进。钢结构及钢-钢筋混凝土混合结构,不仅降低了建筑成本,提高了投资效益,还可缩短工程建设周期。因此,在建筑工程中,加大新技术的投入与应用,是发展建筑的有效手段。
3.全方位、多角度的设计
在当前的设计工作中,仍然存在大量设计错、漏、碰的问题,因此,在设计时必须要提前充分的注意到这些问题。对于建筑要多突出它的实用意义,功能价值,不能只单纯的重外观,要重质量、重建筑价值的长远效益。因此在建筑的设计时要充分的考虑到建筑的功能性、实用性以及耐久性等。
在建筑设计时也应充分的考虑到节能性,如利用自然通透的空间设计,可以保持住宅空间冬暖夏凉的舒适环境。
注重细节设计,细节决定成败。
四、结束语
随着社会的快速发展,建筑结构设计的安全性已成为了设计工作的重中之重,出现质量问题除了不合理施工因素以外,不合理的结构设计方案也是影响建筑质量的重要原因。所以我们一定要选择正确、合理的结构设计方案。同时加强设计质量管理,只有这样,才能解决建筑结构设计存在的问题,才能够使建筑设计更加科学合理,进而提高建筑物的安全性。