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【摘要】随着我国建筑规模和建筑速度的发展,建筑结构设计作为全面的、系统的工作,在结构的设计中存在着多种的问题,建筑结构的设计需要全面的理论基础,创新性思维能力以及认真严肃的工作态度。建筑结构设计是建设工程设计的重要环节,是保障建筑结构安全、实现建筑使用功能的灵魂。通过加深对建筑结构设计内容与原则的认识,注意结构设计中常见的问题,可以有效地提高结构设计水平。
【关键词】建筑结构设计;建筑结构类型
建筑结构设计就是用结构语言来表达工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素,包括基础、墙、柱、梁、板、楼梯、大样图等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系,再把各种情况产生的荷载传递至基础。
1.建筑结构设计的类型与基本内容
1.1建筑结构的类型
建筑结构类型是根据其使用功能、层数、建材、工艺、受力特点等来归类的:建筑物根据使用功能要求的不同,因此有了许多类型及分类方法;根据建筑物的用途,可以分为工业建筑與民用建筑;根据建筑物的层数,可以分为单层、多层、高层和超高层建筑;根据主要承重构件的建材划分为:木结构,钢结构,混合结构,钢筋混凝土结构等。钢筋混凝土结构根据其结构体系受力特点划分为:框架结构,剪力墙结构、框架剪力墙结构;根据施工工艺、建材划分为:预应力混凝土结构、现浇混凝土结构、装配式混凝土结构。
1.2建筑结构设计的基本内容
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
2.建筑结构设计的原则
适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。
3.进行建筑结构设计时应特别注意的问题
3.1正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术,但是由于目前软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时,由于结构实际情况与程序不相符合,或人工输入有误,或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断。采取相应的构造措施:结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”,注意构件的延性性能;加强薄弱部位;注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的执行段锚固长度;考虑温度应力的影响力。 结构计算式在计算简图的基础上进行的,计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生,所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点,但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
3.2关于箱、筏基础底板的挑板阳角问题
阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小,可砍成直角或斜角。如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然,此问题也并不是绝对的,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑;当地下水位较高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题;从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。
3.3梁扭矩的折减
现浇框架结构中.如果梁两边没有楼板或有弧形梁时.扭矩折减系数应为1.0:如果梁两侧均有楼板,应对梁的扭矩进行折减,折减系数一般为0.4。对于一般工程,梁的配筋应计算两次:一次对所有梁的扭矩折减,计算出两侧都有楼板的梁的配筋:另一次对所有的梁扭矩不折减。计算出一侧有楼板或两侧都没有楼板的梁的配筋。这样计算结构比较符合实际.这一点应引起设计人员的重视。
3.4关于纵筋搭接问题
纵筋搭接长度为若干倍钢筋直径d,一般情况下,d 取钢筋直径的较小值。这有个前提,即大直径钢筋强度并未充分利用。否则,应取钢筋直径的较大值。如框架结构顶层的柱子纵筋有时比下层大,d应取较大的钢筋直径,甚至纵筋应向下延伸一层。其实,两根钢筋放一起,用铁丝捆一下,能起多大作用,还削弱了钢筋与混凝土的握裹力。所以,钢筋如有可能尽量采用机械连接或焊接。在钢筋强度被充分利用的前提下的要求,在钢筋强度未被充分利用时,如梁上小挑沿纵筋,剪力墙的水平筋端部等,锚固长度可折减。如剪力墙的水平筋端部仅要求有10d的直钩即可。
3.5关于短柱问题
在框架结构中,如果柱净高与柱截面高度之比等于4或剪跨比小于等于2,那么该柱为短柱短柱在地震作用下,容易发生脆性破坏。因为短柱的受剪承载力及变形能力不足,会引起建筑物的严重破坏.设计上应尽可能避免。短柱的形成主要有两种原因:一是由于楼梯间半休息平台或结构局部错层造成两个框架梁之间的框架柱净高较小引起的;二是填充墙设置不当,造成某层的框架柱两侧一部分无填充墙,一部分有填充墙,无填充墙的柱净高与柱截面之比往往小于等于4。形成短柱处理短柱主要是增加柱的抗剪承载力及改善其变形能力,一般采用复合箍筋,箍筋沿全高加密;保证短柱的纵向钢筋对称布置.且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%的方式处理.也可以采用外包钢板、配x形钢筋等方式处理。
3.6一般情况下,悬挑梁宜做成等截面,尤其出挑长度较短时与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,作成变截面不能有效减轻自重
变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁。当然,外露的大挑梁,可适当变截面,使感官效果好些。当建筑大多数房间较小,而仅一两处房间较大时,如按大房间确定基础板厚会造成浪费,而按小房间确定则造成配筋困难,当承载力能满足要求时,可在大房间中部垫聚苯卸载,按小房间确定基础板厚。
4.结束语
结构设计是建筑工程的重要组成部分,是建筑安全应用的基础。设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计,在工作中应事无巨细,善于反思和总结工作中的经验和教训。只有这样才能做好建筑结构设计,促进建筑工程质量的不断提高。■
【参考文献】
[1]熊煜.建筑结构设计中若干问题分析.山西建筑,2009,(25).
[2]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法.沿海企业与科技,2009,(05).
[3]孔雅莎.建筑结构设计杂谈.建筑结构,2006,(03).
【关键词】建筑结构设计;建筑结构类型
建筑结构设计就是用结构语言来表达工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素,包括基础、墙、柱、梁、板、楼梯、大样图等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系,再把各种情况产生的荷载传递至基础。
1.建筑结构设计的类型与基本内容
1.1建筑结构的类型
建筑结构类型是根据其使用功能、层数、建材、工艺、受力特点等来归类的:建筑物根据使用功能要求的不同,因此有了许多类型及分类方法;根据建筑物的用途,可以分为工业建筑與民用建筑;根据建筑物的层数,可以分为单层、多层、高层和超高层建筑;根据主要承重构件的建材划分为:木结构,钢结构,混合结构,钢筋混凝土结构等。钢筋混凝土结构根据其结构体系受力特点划分为:框架结构,剪力墙结构、框架剪力墙结构;根据施工工艺、建材划分为:预应力混凝土结构、现浇混凝土结构、装配式混凝土结构。
1.2建筑结构设计的基本内容
结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
2.建筑结构设计的原则
适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。
3.进行建筑结构设计时应特别注意的问题
3.1正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术,但是由于目前软件种类繁多,不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。在计算机辅助设计时,由于结构实际情况与程序不相符合,或人工输入有误,或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析,慎重校核,做出合理判断。采取相应的构造措施:结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”,注意构件的延性性能;加强薄弱部位;注意钢筋的锚固长度,尤其是钢筋的执行段锚固长度;考虑温度应力的影响力。 结构计算式在计算简图的基础上进行的,计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生,所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点,但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。
3.2关于箱、筏基础底板的挑板阳角问题
阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小,可砍成直角或斜角。如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然,此问题也并不是绝对的,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑;当地下水位较高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题;从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。
3.3梁扭矩的折减
现浇框架结构中.如果梁两边没有楼板或有弧形梁时.扭矩折减系数应为1.0:如果梁两侧均有楼板,应对梁的扭矩进行折减,折减系数一般为0.4。对于一般工程,梁的配筋应计算两次:一次对所有梁的扭矩折减,计算出两侧都有楼板的梁的配筋:另一次对所有的梁扭矩不折减。计算出一侧有楼板或两侧都没有楼板的梁的配筋。这样计算结构比较符合实际.这一点应引起设计人员的重视。
3.4关于纵筋搭接问题
纵筋搭接长度为若干倍钢筋直径d,一般情况下,d 取钢筋直径的较小值。这有个前提,即大直径钢筋强度并未充分利用。否则,应取钢筋直径的较大值。如框架结构顶层的柱子纵筋有时比下层大,d应取较大的钢筋直径,甚至纵筋应向下延伸一层。其实,两根钢筋放一起,用铁丝捆一下,能起多大作用,还削弱了钢筋与混凝土的握裹力。所以,钢筋如有可能尽量采用机械连接或焊接。在钢筋强度被充分利用的前提下的要求,在钢筋强度未被充分利用时,如梁上小挑沿纵筋,剪力墙的水平筋端部等,锚固长度可折减。如剪力墙的水平筋端部仅要求有10d的直钩即可。
3.5关于短柱问题
在框架结构中,如果柱净高与柱截面高度之比等于4或剪跨比小于等于2,那么该柱为短柱短柱在地震作用下,容易发生脆性破坏。因为短柱的受剪承载力及变形能力不足,会引起建筑物的严重破坏.设计上应尽可能避免。短柱的形成主要有两种原因:一是由于楼梯间半休息平台或结构局部错层造成两个框架梁之间的框架柱净高较小引起的;二是填充墙设置不当,造成某层的框架柱两侧一部分无填充墙,一部分有填充墙,无填充墙的柱净高与柱截面之比往往小于等于4。形成短柱处理短柱主要是增加柱的抗剪承载力及改善其变形能力,一般采用复合箍筋,箍筋沿全高加密;保证短柱的纵向钢筋对称布置.且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%的方式处理.也可以采用外包钢板、配x形钢筋等方式处理。
3.6一般情况下,悬挑梁宜做成等截面,尤其出挑长度较短时与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,作成变截面不能有效减轻自重
变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁。当然,外露的大挑梁,可适当变截面,使感官效果好些。当建筑大多数房间较小,而仅一两处房间较大时,如按大房间确定基础板厚会造成浪费,而按小房间确定则造成配筋困难,当承载力能满足要求时,可在大房间中部垫聚苯卸载,按小房间确定基础板厚。
4.结束语
结构设计是建筑工程的重要组成部分,是建筑安全应用的基础。设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计,在工作中应事无巨细,善于反思和总结工作中的经验和教训。只有这样才能做好建筑结构设计,促进建筑工程质量的不断提高。■
【参考文献】
[1]熊煜.建筑结构设计中若干问题分析.山西建筑,2009,(25).
[2]颜兴强.浅谈建筑结构设计方法.沿海企业与科技,2009,(05).
[3]孔雅莎.建筑结构设计杂谈.建筑结构,2006,(03).