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【摘要】随着建设行业的日新月异,建筑造型和功能的多样化,住宅设计变成一项繁重而又责任重大的工作。建筑物规模越来越大,形式越来越复杂,建筑结构设计的内容多了,难度也大了,这对建筑设计人员而言,是个巨大的挑战。为了今后的建设有更好的质量和更高的水平,设计人员应不断努力,锐意进取,以求精益求精。
【关键词】高层建筑;结构设计;设计质量
1、建筑结构设计的基本内容
1.1建筑结构整体设计
其主要包括:结构体系选择、基础选型、柱网布置、剪力墙分布等。建筑结构的整体设计通常分为:主体与基础两部分进行。根据建筑物的性质、重要程度、层数、高度,以及当地的风力、抗震设防烈度等条件,合理选择建筑结构体系,国内常见的建筑结构体系以框架结构、砖混结构、框支结构、框剪结构、筒体结构、巨型框架结构等为主。在建筑结构体系选定后,应确定柱、梁、剪力墙的分布与尺寸等。在主体结构设计中,应特别注意对于各种内力的分析与计算,以此作为各构件设计主要依据;在建筑基础部分的设计中,主要是根据上部结构的相关计算结果,以及项目所在地的地质水文条件、抗震烈度等,确定基础的形式。从而基本完成建筑结构的整体设计工作。
1.2建筑结构部件设计
建筑结构整体设计完成后,则要进行相关部件的设计。建筑结构部件设计主要是指梁、柱、板、墙、块体等五种部件的内力与配筋计算,其中梁与柱通常被视为细长杆件,两者的内力情况、计算体系基本相同;单向板一般简化为单位宽度的梁进行计算,双向板则要采取相应的专业计算理论,异型板的受力情况与计算相对复杂,应尽量避免;对于单片剪力墙的计算,一般是将其假设为薄壁柱进行近似至的计算,要考虑到翼缘的实际情况作用;在进行筒体结构中剪力墙的计算时,则要用充分利用空间力学的计算方法;块体与梁、柱、板、墙的计算存在较大的差异,由于其三个方向的尺寸都相对较大,难以视为细长杆件或者简化为平面体系进行计算,例如:桩的承台、独立基础、深梁等是较为常见的块体,其受力情况较为复杂,难以进行精确的分析与计算,所以,在块体的计算中,一般是采取较高的安全系数,以保证结构的整体安全性。
2、建筑结构设计中存在的若干问题分析
2.1结构计算应注意的问题
(1)尽量避免荷载计算的错误。例如,在结构设计中出现独立基础设计荷载取值不当的情况:钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础,当地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。
(2)底框砌体结构验算问题。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数;底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%~30%,应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
(3)关于结构周期折减系数的确定。框架结构及框架―剪力墙等结构,由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期,因此,算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的,但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取0.6~0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取0.9。只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减。
2.2构造设计应注意的问题
(1)地基基础(包括桩基)设计中出现的常见问题。首先,高层建筑基础有效埋置深度不足,如某高层建筑30层,H=106m,地下一层,设计采用桩筏基础,筏板基础埋深5.5m,小于JCJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技术规范中关于基础埋深的要求。
(2)在框架结构设计中,设计人员一般只注意横向框架的设计而忽视了纵向框架。现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,各方面的地震作用应由该方向的抗侧力构件来承担。在框架结构设计中,纵向框架横向框架有同等的重要性。
3、提高建筑结构设计质量的有效途径
3.1做好资料收集工作,认真确定计算参数
对于建筑工程来讲,由于其所处的地理位置,决定了在进行结构设计时所涉及的具体参数会存在一定的特殊性。例如不同地区具有不同的风压、雪压、地震强度、土壤类别等,因此在进行参数的选取和计算时应充分考虑这些因素。另外对于比较特殊的建筑,还必须根据试验和以往类似工程的一些经验来确定有关参数的取值。
3.2合理运用结构设计软件
随着各种计算机结构计算分析软件的普及,人们已经摆脱了过去复杂繁重的手工计算方法,但也导致人们对计算机计算结构软件的过分依赖,作者认为在进行结构计算时,不能只是盲目的信任计算机的计算结果,而是应该对所有的结果进行充分的分析判断,确认其合理有效后,才能用于工程设计当中。
3.3重视结构计算与地基基础设计
建筑结构计算结果是施工图设计的重要依据,并且计算结果是否正确直接关系到建筑结构设计的可靠性和安全性,所以必须引起设计人员的高度重视。例如在楼板计算中应选用正确的计算方法进行楼板计算,对于连续板不能选用单向板的计算方法,对于双向板计算应考虑材料泊松比对其的影响,以避免由于未调整跨中弯矩而造成计算值不准确;基于科学技术的不断发展,大多数结构计算均采用电脑程序进行计算,这种计算结果虽然精确度很高,但是缺少与必要的设计经验相结合,所以必须对电算结果进行分析、评价,以此判断其正确与否,可否作为建筑结构设计的依据。
3.4加强抗震设计的理念
由于地震的不可预见性,我们能做到的就只有最大限度的“抗震”而不是“防震”。我国是一个地震灾害发生比较频繁的国家,我们不断地从地震后的房屋中汲取经验教训,我国的《建筑设计抗震规范》也在历次大地震后做了修编和完善,从76年版到84年版,2001年版到2008年版,再到汶川、玉树地震后的2010年版(2010年12月1日开始实施),结构工程师在进行设计工作时严格按照“抗规”中的抗震设计原则和抗震设计构造的要求进行抗震设计,只有做到了有效的抗震设计才能有效的降低地震突然发生所造成的人员伤亡和财产损失。
3.5重视概念设计存在的差异进而对结构进行优化设计
在概念设计过程中,应根据实际建筑所处的空间和地理条件,结合考虑建筑所要求必备的功能以及建筑结构的适用性、安全性、美观性、经济性等多方面因素,最终确定建筑结构设计的总体方案,并且能够利用整体结构与基本杆件间的力学关系、结构设计准则以及施工现场赋予的资源条件,科学、合理地解决结构设计中存在的问题。同时在概念设计中应处理好总体布局与关键细节之间的关系,使两者兼顾,从而全面提高建筑结构的可靠性。
4、结语
总而言之,建筑结构设计是一项十分复杂的工程,涉及到多方面因素,需要设计师在进行设计时从不同角度进行综合考虑、分析,找到最为有效的结构设计质量控制途径,只有这样才能全面提高建筑结构设计的质量。
参考文献:
[1]叶杰辉.探讨建筑工程结构设计要点[J].城市建筑,2012.21.(33)
[2]郑荣涛.如何加强建筑工程结构设计的质量措施[J].陕西建筑,2011.47.(12)
【关键词】高层建筑;结构设计;设计质量
1、建筑结构设计的基本内容
1.1建筑结构整体设计
其主要包括:结构体系选择、基础选型、柱网布置、剪力墙分布等。建筑结构的整体设计通常分为:主体与基础两部分进行。根据建筑物的性质、重要程度、层数、高度,以及当地的风力、抗震设防烈度等条件,合理选择建筑结构体系,国内常见的建筑结构体系以框架结构、砖混结构、框支结构、框剪结构、筒体结构、巨型框架结构等为主。在建筑结构体系选定后,应确定柱、梁、剪力墙的分布与尺寸等。在主体结构设计中,应特别注意对于各种内力的分析与计算,以此作为各构件设计主要依据;在建筑基础部分的设计中,主要是根据上部结构的相关计算结果,以及项目所在地的地质水文条件、抗震烈度等,确定基础的形式。从而基本完成建筑结构的整体设计工作。
1.2建筑结构部件设计
建筑结构整体设计完成后,则要进行相关部件的设计。建筑结构部件设计主要是指梁、柱、板、墙、块体等五种部件的内力与配筋计算,其中梁与柱通常被视为细长杆件,两者的内力情况、计算体系基本相同;单向板一般简化为单位宽度的梁进行计算,双向板则要采取相应的专业计算理论,异型板的受力情况与计算相对复杂,应尽量避免;对于单片剪力墙的计算,一般是将其假设为薄壁柱进行近似至的计算,要考虑到翼缘的实际情况作用;在进行筒体结构中剪力墙的计算时,则要用充分利用空间力学的计算方法;块体与梁、柱、板、墙的计算存在较大的差异,由于其三个方向的尺寸都相对较大,难以视为细长杆件或者简化为平面体系进行计算,例如:桩的承台、独立基础、深梁等是较为常见的块体,其受力情况较为复杂,难以进行精确的分析与计算,所以,在块体的计算中,一般是采取较高的安全系数,以保证结构的整体安全性。
2、建筑结构设计中存在的若干问题分析
2.1结构计算应注意的问题
(1)尽量避免荷载计算的错误。例如,在结构设计中出现独立基础设计荷载取值不当的情况:钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础,当地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。
(2)底框砌体结构验算问题。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数;底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%~30%,应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
(3)关于结构周期折减系数的确定。框架结构及框架―剪力墙等结构,由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期,因此,算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的,但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取0.6~0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取0.9。只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减。
2.2构造设计应注意的问题
(1)地基基础(包括桩基)设计中出现的常见问题。首先,高层建筑基础有效埋置深度不足,如某高层建筑30层,H=106m,地下一层,设计采用桩筏基础,筏板基础埋深5.5m,小于JCJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技术规范中关于基础埋深的要求。
(2)在框架结构设计中,设计人员一般只注意横向框架的设计而忽视了纵向框架。现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,各方面的地震作用应由该方向的抗侧力构件来承担。在框架结构设计中,纵向框架横向框架有同等的重要性。
3、提高建筑结构设计质量的有效途径
3.1做好资料收集工作,认真确定计算参数
对于建筑工程来讲,由于其所处的地理位置,决定了在进行结构设计时所涉及的具体参数会存在一定的特殊性。例如不同地区具有不同的风压、雪压、地震强度、土壤类别等,因此在进行参数的选取和计算时应充分考虑这些因素。另外对于比较特殊的建筑,还必须根据试验和以往类似工程的一些经验来确定有关参数的取值。
3.2合理运用结构设计软件
随着各种计算机结构计算分析软件的普及,人们已经摆脱了过去复杂繁重的手工计算方法,但也导致人们对计算机计算结构软件的过分依赖,作者认为在进行结构计算时,不能只是盲目的信任计算机的计算结果,而是应该对所有的结果进行充分的分析判断,确认其合理有效后,才能用于工程设计当中。
3.3重视结构计算与地基基础设计
建筑结构计算结果是施工图设计的重要依据,并且计算结果是否正确直接关系到建筑结构设计的可靠性和安全性,所以必须引起设计人员的高度重视。例如在楼板计算中应选用正确的计算方法进行楼板计算,对于连续板不能选用单向板的计算方法,对于双向板计算应考虑材料泊松比对其的影响,以避免由于未调整跨中弯矩而造成计算值不准确;基于科学技术的不断发展,大多数结构计算均采用电脑程序进行计算,这种计算结果虽然精确度很高,但是缺少与必要的设计经验相结合,所以必须对电算结果进行分析、评价,以此判断其正确与否,可否作为建筑结构设计的依据。
3.4加强抗震设计的理念
由于地震的不可预见性,我们能做到的就只有最大限度的“抗震”而不是“防震”。我国是一个地震灾害发生比较频繁的国家,我们不断地从地震后的房屋中汲取经验教训,我国的《建筑设计抗震规范》也在历次大地震后做了修编和完善,从76年版到84年版,2001年版到2008年版,再到汶川、玉树地震后的2010年版(2010年12月1日开始实施),结构工程师在进行设计工作时严格按照“抗规”中的抗震设计原则和抗震设计构造的要求进行抗震设计,只有做到了有效的抗震设计才能有效的降低地震突然发生所造成的人员伤亡和财产损失。
3.5重视概念设计存在的差异进而对结构进行优化设计
在概念设计过程中,应根据实际建筑所处的空间和地理条件,结合考虑建筑所要求必备的功能以及建筑结构的适用性、安全性、美观性、经济性等多方面因素,最终确定建筑结构设计的总体方案,并且能够利用整体结构与基本杆件间的力学关系、结构设计准则以及施工现场赋予的资源条件,科学、合理地解决结构设计中存在的问题。同时在概念设计中应处理好总体布局与关键细节之间的关系,使两者兼顾,从而全面提高建筑结构的可靠性。
4、结语
总而言之,建筑结构设计是一项十分复杂的工程,涉及到多方面因素,需要设计师在进行设计时从不同角度进行综合考虑、分析,找到最为有效的结构设计质量控制途径,只有这样才能全面提高建筑结构设计的质量。
参考文献:
[1]叶杰辉.探讨建筑工程结构设计要点[J].城市建筑,2012.21.(33)
[2]郑荣涛.如何加强建筑工程结构设计的质量措施[J].陕西建筑,2011.47.(12)