淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程應(yīng)用

李煥成

摘 要：隨著我國城市化進程不斷發(fā)展和加快，及國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國建筑的需求也日益增多，這也給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了諸多挑戰(zhàn)。在這樣的情況下，如何設(shè)計出較為舒適、安全經(jīng)濟的建筑，現(xiàn)在已經(jīng)成為設(shè)計人員要面對的問題。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；工程應(yīng)用

1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是指在滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟和施工可行的要求下，按有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對建筑結(jié)構(gòu)進行總體布置、技術(shù)經(jīng)濟分析、計算、構(gòu)造和制圖工作，并尋求優(yōu)化的過程。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點主要可以分為以下幾個方面：

（1）水平荷載是決定因素。水平荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)具有重要的作用，也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中所主要考慮的因素。在高層建筑中，由于豎向荷載所引起的軸力與建筑高度的一次方成正比，而水平荷載所引起的傾覆力矩及豎向構(gòu)件的軸力與建筑高度的二次方成正比。由此可見，隨著高層建筑高度的不斷增加，這個值也會隨之逐漸增大，對建筑結(jié)構(gòu)的影響也必然會越來越大。

（2）結(jié)構(gòu)延性成為重要設(shè)計指標(biāo)。延性主要是在高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中采用的，結(jié)構(gòu)延性主要是指材料的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或構(gòu)件的某個截面從屈服開始至達到最大承載能力或達到以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形能力。隨著荷載的不斷增加，受彎構(gòu)件受拉位置的混凝土就會出現(xiàn)裂縫的情況，嚴(yán)重的還有可能導(dǎo)致構(gòu)件被破壞。

（3）軸向變形也同樣很重要。軸向變形在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也是不容忽視的。高層建筑中所涉及到的豎向荷載值往往都比較大，很容易引起柱中的軸向變形，從而對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生一定程度的影響，同時還會影響到預(yù)制構(gòu)件的下料長度。因此，建筑設(shè)計師一定要對此給予高度的重視。

2.工程概況

大旺金鑫祥不銹鋼有限公司綜合樓和飯?zhí)糜玫孛娣e為8970平方米，實際用地面積為11200平方米。依照項目的規(guī)劃設(shè)計，將兩棟樓建成后形成一個整體性的結(jié)構(gòu)體，將采用框架式現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，其中辦公樓高6層，飯?zhí)酶?層。

3.屋蓋及樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目結(jié)構(gòu)類型采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，抗震等級框架三級。為了有效地保證結(jié)構(gòu)的整體受力性能，控制樓板裂縫，除特殊部位采用輕鋼結(jié)構(gòu)外，其余樓（屋）蓋均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓（屋）蓋。結(jié)構(gòu)布置合理，整體抗震性能良好，又能很好的滿足建筑造型和使用功能的需要。同時為了滿足房間內(nèi)不露梁以及單元內(nèi)房間可靈活分隔的建筑設(shè)計意圖，部分樓板采用了跨度較大的異形樓板；地下車庫和鍋爐房的屋蓋及樓蓋結(jié)構(gòu)均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。地下車庫的頂板為人防頂板，上覆3.0m厚的回填土，荷載很大，采用加設(shè)次梁的梁板結(jié)構(gòu)，以減小樓板的跨度和厚度；梁采用反梁形式，以滿足建筑空間凈高的要求；人防地下室的頂板厚度為250mm，以承受核爆動荷載的作用，并對早期核輻射進行防護。

4.鋼筋混凝土構(gòu)造要求

構(gòu)造要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計中起著重要的作用，其實保障結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其構(gòu)造要求包括混凝土保護層，鋼筋錨固長度等，現(xiàn)將分別深入展開探討。

（1）混凝土保護層?？v向受力的普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋，其混凝土保護層厚度（鋼筋外邊緣到混凝土表面的距離）不應(yīng)小于鋼筋的公稱直徑，且應(yīng)符合混凝土設(shè)計規(guī)定要求。但值得注意的是，對于以下基層情況，其保護層的取值應(yīng)特別留意。

1）基礎(chǔ)中縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應(yīng)小于40mm；當(dāng)無墊層時不應(yīng)小于70mm。

2）板、墻中分布筋的保護層厚度不應(yīng)小于10mm；梁、柱中箍筋和構(gòu)造鋼筋的保護層厚度不應(yīng)小于15mm。

（2）鋼筋的錨固及搭接長度。鋼筋的錨固長度除注明者外，對于鋼筋直徑大于25mm時，其錨固長度及搭接長度應(yīng)乘以系數(shù)1.1。當(dāng)鋼筋在混凝土施工過程中易受擾動時，其錨固長度應(yīng)乘以系數(shù)1.1。在任何情況下，鋼筋錨固長度不得小于250mm。而對于施工中由于鋼筋長度不足而需要搭接時，對于鋼筋直徑大于25mm時，搭接長度應(yīng)乘以系數(shù)1.1。搭接長度按相互搭接鋼筋的較小直徑計算。在任何情況下，鋼筋錨固長度不得小于300mm。

（3）鋼筋接頭宜優(yōu)先采用機械連接，也可采用綁扎搭接及焊接?？蛑Я?、框支柱及抗震等級二級以上的柱（含暗柱）的縱筋，抗震等級為一級的框架梁縱筋，抗震等級三級的框架底層柱，均應(yīng)采用機械連接。其余接頭，也可采用綁扎搭接和等強對焊連接。對普通樓層梁，如未注明，當(dāng)鋼筋直徑≤28mm時，可采用綁扎搭接。另外對于受拉鋼筋的直徑>28mm及受壓鋼筋的直徑>32mm時，不應(yīng)采用綁扎搭接。鋼筋接頭位置的定取主要是考慮避免在構(gòu)件受力部位進行搭接，結(jié)合設(shè)計實踐，鋼筋接頭位置宜設(shè)在受力較小處，在同一根鋼筋上應(yīng)盡量少設(shè)接頭；尤其是受力鋼筋接頭位置應(yīng)相互錯開，當(dāng)采用綁扎的搭接接頭時，搭接接頭連接區(qū)段的長度為1.3倍搭接長度。當(dāng)采用焊接接頭和機械接頭時其連接區(qū)段的長度為35d（d為縱向受力鋼筋的較大直徑）且不小于500mm。

梁的底部縱向鋼筋的接長，可選擇在支座或支座兩側(cè)1/3跨度范圍內(nèi)，不應(yīng)在跨中接長。梁的上部縱向鋼筋可選擇在跨中1/3跨度范圍接長，不應(yīng)在支座處接長。對于框架梁端、柱端及剪力墻底部應(yīng)避免在節(jié)點核心區(qū)和加密區(qū)接頭。當(dāng)確不能避免時，須采用機械連接接頭，且鋼筋接頭面積百分率不應(yīng)超過50%。

（4）鋼筋混凝土現(xiàn)澆板。板的底部鋼筋伸入梁支座≥5d且不小于1/2梁寬，板式樓梯底板受力鋼筋伸入梁支座≥15d，且不小于150。板的中間支座上部鋼筋（負筋）兩端設(shè)直鉤，直鉤長度應(yīng)比板厚小15mm。板的邊支座負筋一般應(yīng)伸至梁外皮留保護層厚度，錨固長度如已滿足受拉鋼筋的最小錨固長度，直鉤長度同另一端。如不滿足時，此端加垂直段至滿足錨固長度。當(dāng)HPB235級鋼筋時，端部另設(shè)彎鉤。當(dāng)邊梁較寬時，負筋不必伸至梁外皮，按受拉鋼筋的最小錨固長度或按圖中注明尺寸施工。雙向板的底筋短向筋放在底層，長向筋放在短向筋之上。角板應(yīng)雙向配置上部構(gòu)造鋼筋φ8@100，其伸出梁邊的長度不應(yīng)小于L1/4，（L1為單向板的跨度或雙向板的短邊跨度）。

5.地下室設(shè)計

對于結(jié)構(gòu)設(shè)計，尤其是超長結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮到結(jié)構(gòu)縫（伸縮縫、沉降縫和防震縫）的設(shè)置。同樣對于地上部分平面尺寸超出規(guī)范要求結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距的建筑物，應(yīng)在合適的位置設(shè)置伸縮縫或后澆帶等措施來控制建筑物因溫差產(chǎn)生的不利影響。由于地下室通過在合適的位置設(shè)置伸縮縫、后澆帶、改善混凝土的性能及適當(dāng)提高配筋率等措施，消除混凝土收縮及溫度應(yīng)力的影響。

地下室頂板每隔不超過55m設(shè)置永久性伸縮一道，縫寬100mm，上部結(jié)構(gòu)按規(guī)范要求的間距45m設(shè)縫。屋面長度或?qū)挾热绯^35m，在房屋縱橫向中間位置設(shè)一條800mm寬的后澆帶。上述后澆帶應(yīng)在其兩側(cè)結(jié)構(gòu)施工完一個月后，采用比相應(yīng)構(gòu)件部位混凝土強度等級高一級的微膨脹混凝土進行補澆。

本工程地下室部分采用甲類核六級人防平戰(zhàn)相結(jié)合。人防地下室頂板厚250mm，非人防地下室頂板厚180mm，外墻板厚300～350mm，底板厚400mm。地下室面積較大，地下室頂板采用鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)，考慮各種因素，地下室不設(shè)逢。在主樓與地下室之間設(shè)沉降后澆帶，待主樓結(jié)頂后再施工。對地下室及結(jié)構(gòu)單元長度超過規(guī)范規(guī)定的最大伸縮縫間距要求的部分，設(shè)置溫度伸縮后澆帶，待兩側(cè)混凝土達到強度后一個月以上封閉。

6.樁基工程

本工程考慮樁基礎(chǔ)，樁基擬采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其具有造價低，施工過程中質(zhì)量易控制，施工工藝簡單，施工工期相對較短，同時樁身質(zhì)量容易保證等優(yōu)點。鑒于本工程場地地質(zhì)條件以及當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)計情況來考慮，本工程基礎(chǔ)采用高強預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁（PHC）樁基礎(chǔ)，樁徑φ400，基礎(chǔ)持力層為全風(fēng)化混合巖層或強風(fēng)化混合巖，單樁承載力特征值為1200kN。對于地下水位較高，基坑開挖時，應(yīng)采取妥善的降水、排水措施，加強井壁支護，防止井壁坍塌以及產(chǎn)生流泥、流沙，并應(yīng)考慮降水對周圍已建建筑物的影響。同時需要考慮工程地下水水質(zhì)是否對混凝土具有弱腐蝕性，±0.000以下結(jié)構(gòu)需按有關(guān)規(guī)范規(guī)程進行處理。

7.結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程的重要內(nèi)容，對建筑物使用性能有很大影響。因此，應(yīng)特別注意建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。設(shè)計人員在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)從基本構(gòu)件著手，理解建筑設(shè)計規(guī)范的要求，加強與其他專業(yè)的溝通和交流，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，做好鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能提高建筑工程的質(zhì)量。

參考文獻

[1] 劉志偉、張曉新.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（12）.

[2] 吳新剛、劉杰.論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要注意的一些問題[J].商品與質(zhì)量：建筑與發(fā)展，2011（7）.

[3] 徐濤.對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2010（03）.