建筑结构设计应注意的因素

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  【摘 要】本文结合建筑结构设计建筑及建筑结构的设计过程,针对在建筑结构设计中存在的问题及建筑结构设计应注意的因素两方面,进行了简要分析,以供参考。
  【关键词】建筑结构设计;问题;注意的因素
  一、建筑结构设计简述
  在建筑结构设计中,先要对建筑的整体有一个把握。在进行建筑结构设计时,一般要注意进行层次的设计,根据人的需求为标准,同时要追求环保健康。在实际的建筑结构之中,为了保证建筑結构的稳固性,就要对结构的设计上不能采用单一的结构。
  因为如果建筑出现了裂缝,从而使整个建筑的局部受力产生了影响,一旦破坏的比较厉害,那么这种结构所导致的后果会不堪设想,这就是建筑结构设计在层次上的设计。所以,我们可以采用多层次的结构设计来代替单一的层次设计。
  对于一些大型的建筑,其结构体系比较复杂,在设计时考虑到了安全性的问题,但是如果设计的节点不好,那么所有的受力不能均匀分配,那么建筑受压过重,同样会发生安全方面的问题。在建筑结构设计中,因为建筑本来就是给人设计的,而且由于人们的生活水平的提高,因此对该方面的要求也相应增多,那么在建筑的结构设计时一定注意要环保和健康。如果设计的对象是高层的建筑,那么在设计时一定考虑到建筑的垂直和水平方向的共同受力问题。建筑的高度增加,那么其垂直的受力要加强,因为高度所导致的风力的影响比较大,那么这时对水平受力也要注意受力设计。因此,建筑的结构设计要考虑各方面的因素,才能保证建筑的各类指标的达标。
  二、建筑结构的设计过程
  结构设计师通过结构语言来将建筑结构元素有效的表达出来,利用基础、墙、柱、梁、板、楼梯等来组成建筑物的结构体系,而且利用竖向或是水平的体系来进行承重和抗力。在设计过程中还需要确保建筑结构在各种不同情况下都能够将其所产生的荷载传递到基础,所以基础要具有较好的稳固性。在进行结构设计时,通常会包括三个部分,即结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。
  (一)方案阶段的内容。目前建筑结构形式种类较多,主要包括砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体结构和混合结构等,这就要求设计人员在进行设计方案确定时,需要根据建筑所在地的抗震设防烈度、工程地质勘查报告及建筑类型来进行确定,只有当建筑结构形式确定后,才能进行承重体系和受力构件的布置。
  (二)结构计算阶段的内容。首先,荷载的计算。建筑结构使用过程中存在着外荷载及内荷载,其中风、雪、施工、地下水、地震及人防等都属于外荷载,而结构自重、使用及装修等荷载则属于内部载体,但无论是外荷载还是内荷载在进行结构设计时都需要对其进行计算,而且计算时需要严格依照具体的规范要求和规定来进行,需要利用不同的组合值系数、准永久值系数来根据工况的不同来进行组合式计算。其次,构件的试算。为了确保计算能够更好的与规范的规定和要求相符合,需要利用根据计算出来的结构内力和规范对构件的要求和限制来进行复核结构试算,对于复核结构试算过程中无法达到规定的要求的,则需要通过对构件的截面和布置来进行调整确保其能够达到规范的相关要求。
  (三)施工图设计阶段的内容。这一阶段主要通过图纸,把设计者的意图和全部设计结果表达出来,作为施工制作的依据,它是设计和施工工作的桥梁。这一阶段主要包括:设计总说明,总平面布置及说明,各专业全项目的说明及室外管线图,工程总概算;各建筑物、构筑物的设计文件;建筑、结构、水暖、电气、卫生、热机等专业图纸及说明,以及公用设施、工艺设计和设备安装,非标准设备制造详图、单项工程预算等。
  三、在建筑结构设计中存在的问题
  (一)在建筑结构设计时对地基建造不够注重。目前在大多的建筑图中,是按照建筑的基础设计图进行施工,对于地质勘查方面并没有太多的信息和数据,因此,在建筑施工中,就没有对地基的建设给予过多的关注。这样在建筑结构设计中没有对地基的建设重视,很可能就会导致建筑的安全性和扎实性出现问题。为了让建筑更加稳固,就要对地质情况进行勘察同时查看相关的地质信息,考虑到各方面的因素来进行建筑的结构设计。在建筑施工中,设计人员一般会根据自己的想法和经验来建造砂垫层,这样建筑物的承受力就会大大折扣,从而可能成为未来建筑安全性的潜在隐患。
  (二)混凝土的楼板容易出现裂缝。在建筑结构设计中,比较常见的一类问题就是混凝土楼板会出现裂缝的现象。现在一般都是用混凝土直接进行建造楼板,对于楼板受力的分析仅仅局限于对楼板平面受力的考虑,这种考虑是日后楼板的裂缝的直接原因。因此,对楼板的受力分析时,必须考虑到对三维空间上的受力和协调,这样才能保证楼板的均匀受力。
  对楼板的钢筋结构进行设计时,设计人员一般只是考虑到采用单向板来进行计算,用分离式负弯矩钢筋来作为支撑,这样计算设计出的楼板实际受力和计算相差比较多,所以会导致混凝土铸造的楼板在日后因为受力过重而导致了裂缝。
  (三)对梁高的选择可能会发生错误。在阳台的建筑结构设计中,对于梁的设计显得尤为重要。设计人员一般为了简化计算和设计中的繁琐过程,就将连续梁的设计简化为单梁来进行设计,这样会使梁的数量较少,不堪重负,从而埋下安全隐患。在梁高的选择上,设计人员可能只是考虑到梁的强充和倾覆,从而对梁手挠度的设计没有考虑周全,就会导致梁高过小。如果梁高选择小了,这样的失误就会导致梁截面的受力过多,时间长了以后就会使得挑梁发生变形,致使梁板出现断裂或者裂缝。
  四、建筑结构设计应注意的因素
  (一)注重钢结构设计
  1、选择合适的钢材
  在钢结构建筑中,钢材的选择非常关键,直接关系到整个结构的各项性能标准,所以钢材要具有较好的延伸性,在抗拉强度、屈服强度方面符合标准。为了保证焊接的质量,要符合含碳量指标。如果在地震区的钢结构建筑,还要充分考虑抗震性的需求,要对钢材进行冲击实验,保证具有良好的韧性。   为保证钢材的各项性能都符合标准,一定要进行相关的实验,检测合格后准予使用。对于有其他性能需求的,要按照建筑的规范标准操作,确保钢材的质量符合标准要求。
  2、楼面结构设计
  在楼面结构设计中,比较常见的问题是裂缝,如果设计不当将直接影响楼面的施工质量。在楼面设计中,应该根据施工材料的不同设计不同的方案,因为材料的性质不同,伸缩缝的设计长度也不相同。所以在钢结构建筑中,对于楼面的设计可以使用现浇混凝土的方法,伸缩缝的长度可以按照混凝土结构预留,以避免施工中楼面出现裂缝。
  3、网架结构计算
  在实际工作中,设计人员通常将网架与下部结构进行分开计算。在计算过程中,假定网架支座的刚度是无限大的,且各支座刚度相等,将支座反力与下部结构相加即可得出网架结构的设计值。下部结构可能为梁,也可能是其他的形式,其刚度差异很大。因此,在这种假设下计算出来的网架、支座力与实际需要的刚度是不同的,将网架与下部分开计算并不合理。
  (二)注重地基结构设计
  1、基础设计
  地基是整个建筑的基础,地基的结构设计水平直接影响到上层建筑的质量。因为地基的基础不仅要承受来自上层建筑的荷载,同时还会受到地下各种应力的影响。基础的结构设计需要考虑的因素较多,在设计之前,需要对基础的地质条件、水文状况、荷载的分布情况、周围建筑的基础、抗震等级等各项要素进行详细的调查分析,然后根据建筑的整体需求,设计出高水平的结构方案。
  结构设计方案不仅要具有较高的技术性,同时还要满足经济性条件,才能够确保整个建筑的综合性能和质量符合标准。在砌体结构设计中,条形基础较为常见;对于多层框架结构的基础而言,因为容易发生不均匀沉降现象,所以常采用十字交叉条形基础,如果还无法满足标准,可以选择使用筏板基础;在框架结构的基础设计时,在防水要求较高的情况下,可以选择箱型基础或者筏板基础,如果防水要求较低,则选用独立桩基或者交叉条形基础。基础的结构形式主要取决于地基的荷载力、防水要求等因素,有针对性的选择基础类型。
  2、桩基深度
  在桩基深度设计方面,应选择硬岩石为桩端的持力层。在桩端进入到持力层时,应对其深度进行控制:以桩径(d)为标准,如果是粘性土,应大于2d;如果是强风化软质岩或砂土,应大于1.5d;如果是强风化硬质岩和碎石土,应大于1d,且应大于0.5m。在桩基进入到持力层时,桩断面进入到岩层的深度应大于0.5m,如果持力层为未风化的硬质岩或灰岩时,可适当减少其嵌岩深度,但也应在0.2m以上。
  3、后浇带设计
  在地基结构设计中,为了防止混凝土出现变形,经常会设计后浇带的施工方式,防止因为不均匀沉降而导致的裂缝。根据施工现场的土质结构以及混凝土的性质,合理的设计后浇带的宽度。
  从地基的基础层开始直至房屋顶板,都需要在相同的位置设置后浇带,其中混凝土的等级要比两侧混凝土高。在后浇带施工之后应该做好支撑,在后浇带完全封闭且混凝土的强度合格后再拆除支撑。
  在地基施工期间,因为结构应力的集中效果下降,在受到温度变化的影响下会影响混凝土出现收缩裂缝,所以会设计后浇带。在有些地基工程中是不允许设置后浇带的,所以在结构设计时,应该对后浇带的断面形式有明确的标注,在地下水位较高的情况下,基础后浇带的下方应该设置一层防水板。
  (三)加大对结构延性的关注度
  在建筑的结构设计中,其中一个重要的组成因素就是结构的延性。随着经济的发展,导致了环境的破坏,一些自然灾害也频频发生。其中比较常发生在我国的一种自然灾害就是地震,一旦发生地震,人们的生命财产都会受到威胁。
  因此,如果在建筑结构设计上考虑到加强抗震的功能,那么对人身安全也是一种保护。对于比较高的建筑,其在发生地震时,建筑的结构非常容易发生变形,那么如果在之前的建筑结构设计中有很好的考虑到建筑的延性,那么就能减少建筑的倒塌。
  在地震的级数比较大时,如果建筑物的延性设计比较高,那么可以给人们争取更多的时间逃离建筑内部。在现在建筑中,主要是由混凝土建构而成,一般是非弹性的状态,而延性又有很好的伸缩性,这样即使发生地震,延性也能吸收震动的能量,从而保证了建筑的安全。因此,必须加强对建筑结构的延性,这样才能使建筑更有伸缩性。
  (四)重视水平和侧移方面的设计
  对于建筑的水平的承载力的设计和侧移的设计,是建筑结构设计中不可忽视的一部分。
  在现在建筑结构设计中,一般建筑要重视垂直方向的轴向承受力,而在高层建筑中会更加重视水平承载力。因此,在进行建筑的结构设计中,特别是对高层建筑的建造,,一定注重对其水平的承载力进行精密的计算。同时因为高度的关系也影响到侧移的大小,因此对结构侧移的设计直接关系到建筑的稳固性。随着建筑高度的不断的增加,在进行建筑结构设计时要保证结构的强度和抗侧移的能力,即使发生侧移,也能在可控范围内。因此,必须注重对建筑结构的水平和侧移的承受力,才能保证建筑的安全性。
  结束语
  总之,随着社会经济的发展,各种类型的建筑不断出现,但是其建筑也可能会出现这样或那样的问题,这时就必须对建筑结构设计中存在的因素和问题给予关注。在整个建筑工程中,最重要的前提条件是建筑的结构设计,只有基础打好了,建筑施工才能安全有效的进行。对于,施工人员而言,建筑结构设计是建筑时所必须遵循的宗旨。因此,对建筑结构的注意因素进行介绍,希望可以促进建筑行业的长远发展。
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