關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的探討

王勁　劉偉

摘 要：作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，除了需要扎實的理論知識和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，還需要對建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程充分了解，才能設(shè)計出先進、穩(wěn)定、安全性高的建筑，本文作者根據(jù)多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作經(jīng)驗，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)的問題進行了探討。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；特點；注意問題

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）07-0094-01

引言

隨著城市化進程加快發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷涌現(xiàn)，建筑質(zhì)量出現(xiàn)的問題越來越多，也越來越嚴重。而建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計在建筑中起著至關(guān)重要的位置，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)，全面的工作。簡而言之，就是用基礎(chǔ)，墻、柱、梁、板、樓梯，大樣細部等結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，它包括豎向和水平的承重及抗力體系，把各種荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計的成果體現(xiàn)在繪制的結(jié)構(gòu)施工圖上，該圖紙是結(jié)構(gòu)工程師的語言，是直接面對施工現(xiàn)場及相關(guān)工程技術(shù)人員的，應(yīng)該按照一定的規(guī)范繪制。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

1.1 水平荷載成為決定性因素

建筑物自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑物高度成線性關(guān)系；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力，是與建筑物高度的二次方成正比。另外，對某一定高度建筑物而言，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

1.2 軸向變形不容忽視

建筑物中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大；還會對預制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響。

1.3 結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標

對低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮根據(jù)建筑物特點，考慮各個方面，為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的注意事項

2.1 關(guān)于框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是依據(jù)框架設(shè)計、抗震等級、人防等級、地基情況及承載力、防潮抗?jié)B做法，活荷載值、材料等級、施工中的注意事項、選用詳圖、通用詳圖或節(jié)點以及施工圖中未畫而通過說明來表達的信息。如混凝土的含堿量不得超過3kg/m3等。

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類型及概況，建筑結(jié)構(gòu)安全等級和設(shè)計使用年限，建筑抗震設(shè)防分類、抗震設(shè)防烈度（設(shè)計基本地震加速度及設(shè)計地震分組），場地類別和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震等級、地基基礎(chǔ)設(shè)計等級、砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制等級，基本雪壓和基本風壓，地面粗糙度，人防工程抗力等級等。

設(shè)計±0.000標高所對應(yīng)的絕對標高，考慮持力層土層類型及承載力特征值，地下水類型及標高、防水設(shè)計水位和抗浮設(shè)計水位，地基液化，濕陷及其他不良地質(zhì)作用，地基土凍結(jié)深度。

受力鋼筋混凝土保護層厚度，結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一做法和構(gòu)造要求，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程及標準圖選用，以及在施工圖中未畫出而通過說明來表達的信息。

2.2 關(guān)于框架剪力墻設(shè)計

在地震區(qū)，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般要限制框支墻的總榀數(shù)不超過全部橫墻榀數(shù)的50%，也就是說，框支墻占墻體的比例宜控制在l/2以內(nèi)。

增加落地剪力墻的厚度（但不宜超過原墻厚的2倍），提高落地前力墻與框架柱的強度等級，減少洞口尺寸，控制落地剪力墻的間距不宜大于建筑物寬度的2.5倍；把落地剪力墻組合布置成筒狀或工字形等來增加結(jié)構(gòu)底部的總抗側(cè)剛度。

為了保證剛度的變化能順利地傳遞和轉(zhuǎn)變，避免在框支樓蓋頂處發(fā)生剛度急劇突變。必須對框支樓蓋層的設(shè)計作特殊的要求，如板厚不宜小于180mm，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土且強度等級不宜低于C30，并應(yīng)采用雙向上下配筋、配筋率不宜低于0.25%；樓板的外側(cè)邊可利用縱向框架梁或底層外縱墻加強。樓板開洞位置距外側(cè)邊應(yīng)盡量遠一些，在框支墻部位樓板則不宜開洞。

根據(jù)建筑使用功能，也可將底層框架擴展為2～3層。剛度隨層高逐漸變化，使剛度逐漸減弱而避免突變。另外，在框架的最上面一層設(shè)置設(shè)備層，作為剛度的過渡層（即轉(zhuǎn)換層），使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下剛度較為接近。

框架梁柱是底部大空間部分的重要支承，它主要承受垂直荷載及地震傾覆力矩、其斷面尺寸要通過內(nèi)力分析，從結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定和變形等方面確定?？蚣芰焊叨纫话憧扇。?/8～1/6）梁跨，框架柱截面應(yīng)符合軸壓比N/fcbh，N為地震力及豎向荷載作用組合的計算軸力，fc為柱混凝土軸心受壓設(shè)計強度。

其他在結(jié)構(gòu)上還有若干注意問題，如在剪力墻肢端增設(shè)暗柱，以及規(guī)定一些最小配筋率及搭接長度等，其結(jié)構(gòu)加強措施視具體情況酌情處理和采用。

框支剪力墻在豎向布置時為防止剛度突變應(yīng)采取各種措施，使其大空間底層的層剛度變化率r接近于1，不宜大于2；不宜在地震區(qū)單獨使用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，即需要時可采取框支剪力墻與落地剪力墻協(xié)同工作結(jié)構(gòu)體系。

2.3 關(guān)于筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計

筒體在框-筒結(jié)構(gòu)中，是結(jié)構(gòu)受力的主要部分，因此，必須適當加入其剛度。

保證筒體外圍墻壁的厚度，目前設(shè)計的內(nèi)墻厚度一般采用200mm或250mm，而外圍墻體厚度根據(jù)建筑 高度等有所不同。從結(jié)構(gòu)受力的角度來看，外圍墻體對抗彎、抗扭效果會更好，同時還要承擔框架梁的垂直荷載，因此其厚度不能太薄。

加大筒體部分連梁的高度，一般筒體部分連梁高度由建筑物門窗等決定的。增加連梁高度可以建筑物敢賭，但是太高，容易造成配筋困難，在地震情況下容易出現(xiàn)裂縫，降低結(jié)構(gòu)的延性。高度大于2.5就可以。

2.4 關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

抗風柱與鋼梁有彈簧板相連接，理想的狀態(tài)是抗風柱為受彎構(gòu)件，只承受自重和風載。這時根據(jù)個人經(jīng)驗認為細長比可以適當放寬一些（220～250）。鋼規(guī)對抗風柱沒有明確規(guī)定，僅在5.3.8對受壓柱規(guī)定為150?，F(xiàn)實中很多彈簧板連接是失效的，有的干脆用Z型鋼板代替，這種情況下，抗風柱應(yīng)算做壓彎構(gòu)件，它要承受部分屋面荷載，長細比容許數(shù)還是保守些為好（180～200）。

3 結(jié)論

總之，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個全面、系統(tǒng)的設(shè)計工作，需要扎實的理論基礎(chǔ)，創(chuàng)新的思維和嚴謹負責的工作態(tài)度。作為一個設(shè)計人員，應(yīng)該從基層做起，理解規(guī)范，密切配合其他專業(yè)知識綜合考慮設(shè)計，并善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗和失敗教訓。

參考文獻

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