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      試論房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題及改進(jìn)措施分析

      2024-01-31 20:15:26高超
      建筑與裝飾 2023年24期
      關(guān)鍵詞:房屋結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)剪力墻

      高超

      中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 上海 200070

      引言

      房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是房屋建造的重要環(huán)節(jié)之一,它直接影響到房屋的安全性、穩(wěn)定性和使用壽命。因此,房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),并且需要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算和檢驗(yàn),以確保房屋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全可靠。本文將從常見問題和改進(jìn)措施兩個(gè)方面對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。

      1 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

      房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是房屋建造的重要環(huán)節(jié)之一,它直接影響到房屋的安全性、穩(wěn)定性和使用壽命。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須符合相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),并且需要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算和檢驗(yàn),以確保房屋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全可靠;房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到房屋的使用壽命,合理選擇材料和結(jié)構(gòu)形式,以延長房屋的使用壽命;房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到房屋的舒適性和節(jié)能性,合理設(shè)計(jì)房屋的通風(fēng)、采光、隔音等方面,以提高房屋的舒適性和節(jié)能性;房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到房屋的經(jīng)濟(jì)效益,合理控制建造成本,以提高房屋的經(jīng)濟(jì)效益[1]。為了滿足實(shí)際使用功能要求和設(shè)計(jì)要求,應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮建筑物所承受的荷載類型、大小以及分布情況等因素,根據(jù)具體情況選用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)類型和布置方式。同時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定合理、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式和截面尺寸等參數(shù),并確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足房屋建筑工程安全性要求。

      2 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題

      在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,常見的問題包括抗震設(shè)計(jì)不足、耐久性設(shè)計(jì)不夠、強(qiáng)度設(shè)計(jì)不合理、結(jié)構(gòu)布局不合理、局部元素設(shè)計(jì)不當(dāng)和材料選擇不合理等。這些問題可能會導(dǎo)致房屋在使用過程中出現(xiàn)各種安全隱患和功能失效。首先,抗震設(shè)計(jì)不足是一個(gè)普遍存在的問題。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),不合理的抗震設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)的破壞,甚至倒塌。為了解決這個(gè)問題,設(shè)計(jì)師需要對地震力進(jìn)行充分的分析和計(jì)算,并采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?,如增加結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度,使用抗震支撐系統(tǒng)等。此外,耐久性設(shè)計(jì)不夠和強(qiáng)度設(shè)計(jì)不合理也會影響房屋的使用壽命和安全性。房屋結(jié)構(gòu)在長期使用中可能會受到自然環(huán)境、機(jī)械荷載等的影響,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損壞和破壞。為了解決這個(gè)問題,設(shè)計(jì)師需要考慮結(jié)構(gòu)的耐久性和強(qiáng)度,并選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾褪┕し椒?。另外,結(jié)構(gòu)布局不合理、局部元素設(shè)計(jì)不當(dāng)和材料選擇不合理也會影響房屋的整體性能和穩(wěn)定性。合理的結(jié)構(gòu)布局可以提高房屋的空間利用率和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,而不當(dāng)?shù)木植吭卦O(shè)計(jì)和材料選擇可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)和功能缺陷。為了優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以采取一系列改進(jìn)措施。優(yōu)化結(jié)構(gòu)壽命可以通過考慮結(jié)構(gòu)的耐久性和維護(hù)性,選擇合適的材料和施工方法來延長房屋的使用壽命。整體與局部設(shè)計(jì)優(yōu)化可以通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)的布局和局部元素的設(shè)計(jì),提高房屋的整體性能和穩(wěn)定性。框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可以通過增加結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度,提高房屋的抗震能力。上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以通過合理選擇上部結(jié)構(gòu)的材料和施工方法,提高房屋的防水性能和耐久性。

      3 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的改進(jìn)措施

      3.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)壽命

      在實(shí)際的房屋建筑施工過程中,由于技術(shù)水平、施工管理等方面存在問題,使得建筑的結(jié)構(gòu)抗震性能較差,不能滿足人們的使用需求。在當(dāng)前我國地震頻發(fā)的大環(huán)境下,加強(qiáng)對房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視,采取有效措施降低地震災(zāi)害所帶來的影響和損失,優(yōu)化房屋結(jié)構(gòu)壽命成為當(dāng)前社會發(fā)展過程中所關(guān)注的重點(diǎn)問題。在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行,并且需要充分考慮當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒忧闆r,合理設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度和設(shè)防水平。此外還需要加強(qiáng)對建筑材料的合理選擇,在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,盡量采用強(qiáng)度高、耐久性好、質(zhì)量輕以及價(jià)格低的材料。還應(yīng)重視對建筑構(gòu)件進(jìn)行質(zhì)量檢測和維護(hù)保養(yǎng),防止建筑構(gòu)件在使用過程中出現(xiàn)變形或損壞[2]。

      在進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾點(diǎn):首先要選擇合適的房屋結(jié)構(gòu)類型;其次要加強(qiáng)對房屋建筑基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)管理;再次要加強(qiáng)對房屋建筑施工材料及設(shè)備質(zhì)量的管理;最后還需要加強(qiáng)對房屋建筑施工技術(shù)與施工質(zhì)量的控制。在實(shí)際的房屋建筑施工中,需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐卣鸹顒忧闆r進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。如在我國,地震活動強(qiáng)烈、分布不均、分布復(fù)雜、發(fā)生頻繁,導(dǎo)致很多地區(qū)在建設(shè)時(shí)都會選擇抗震能力強(qiáng)且便于施工的抗側(cè)力體系[3]。在進(jìn)行抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素:第一,要根據(jù)建筑物所處地區(qū)實(shí)際情況確定結(jié)構(gòu)形式;第二,要合理選擇抗震性能強(qiáng)且不易損壞的建筑材料;第三,要優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系。

      3.2 整體與局部設(shè)計(jì)優(yōu)化

      在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,可以采取以下改進(jìn)措施來提高整體與局部設(shè)計(jì)的優(yōu)化:通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以減少材料的使用量,提高房屋的承重能力和抗震性能,從而提高房屋的安全性和穩(wěn)定性;新型材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、防火等特點(diǎn),可以減少房屋的自重,提高房屋的抗震性能和耐久性,從而降低房屋的維護(hù)成本;通過優(yōu)化建造工藝,可以提高建造效率,降低建造成本,減少施工過程中的浪費(fèi)和損失;智能化技術(shù)可以提高房屋的舒適度和安全性,如智能化門鎖。智能化照明系統(tǒng)、智能化安防系統(tǒng)等;在房屋設(shè)計(jì)中,可以設(shè)計(jì)多功能空間,使得房屋的空間利用率更高,同時(shí)也能提高房屋的舒適度;采用可再生能源可以降低房屋的能源消耗,減少對環(huán)境的影響,同時(shí)也能降低房屋的運(yùn)營成本;可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)是一種以減少環(huán)境影響為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法,通過優(yōu)化建筑材料、能源利用和水資源管理等方面,實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的最小化影響,同時(shí)提高房屋的舒適度和健康性;先進(jìn)的建筑技術(shù)包括3D打印、預(yù)制構(gòu)件、模塊化建筑等,這些技術(shù)可以提高建筑效率和質(zhì)量,同時(shí)減少浪費(fèi)和成本;人性化設(shè)計(jì)是指在房屋設(shè)計(jì)中考慮到人的需求和行為,例如設(shè)計(jì)符合人體工學(xué)的家具、充足的自然采光和通風(fēng)等,這些設(shè)計(jì)可以提高房屋的舒適度和健康性;綠色屋頂是指在房屋屋頂種植植物,可以提高房屋的保溫性能和空氣質(zhì)量,同時(shí)還能減少雨水徑流和城市熱島效應(yīng);智能化管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對房屋的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理,例如遠(yuǎn)程控制溫度、濕度、照明等,這些系統(tǒng)可以提高房屋的舒適度和安全性,同時(shí)降低運(yùn)營成本。綜上所述,房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的改進(jìn)措施是多種多樣的,可以根據(jù)不同的需求和目標(biāo)采取不同的措施,以實(shí)現(xiàn)房屋的優(yōu)化設(shè)計(jì)和最大化的效益。

      3.3 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

      房屋建筑設(shè)計(jì)中,選擇合適的結(jié)構(gòu)體系和質(zhì)量較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是減少地震災(zāi)害損失最有效的方法之一。我國現(xiàn)在使用比較多的結(jié)構(gòu)體系有磚混結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-筒體結(jié)構(gòu)等,而質(zhì)量較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要有框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-筒體結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)時(shí),要綜合考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和氣候因素,選擇合適的建筑材料,尤其是對于容易發(fā)生地震災(zāi)害地區(qū)的房屋建筑,要選用質(zhì)量較好的鋼筋混凝土材料。除此之外,還應(yīng)考慮到房屋建筑使用功能要求,對于一些居住功能要求較高的建筑物可以采用磚木結(jié)構(gòu)、磚混和框架-剪力墻等。通過合理選擇房屋建筑設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土材料可以提高房屋建筑抗震性能。

      框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:整體性好,結(jié)構(gòu)布置靈活,平面內(nèi)剛度均勻;能夠充分利用柱的截面,能較好地滿足建筑布置對柱截面尺寸的要求,框架柱一般采用工字鋼和H型鋼;抗震性能好。框架結(jié)構(gòu)體系的缺點(diǎn)是:剛度大,層間位移大,易發(fā)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)效應(yīng);建筑平面內(nèi)剛度不均勻,容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞;框架柱承受著很大的軸壓比荷載,因而較易產(chǎn)生較大的塑性變形;框架結(jié)構(gòu)體系中的梁柱節(jié)點(diǎn),除受軸向壓力外,還同時(shí)承受彎矩和剪力;對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求高。框架結(jié)構(gòu)體系適用于多層及高層建筑結(jié)構(gòu)中,也適用于抗震設(shè)防烈度為6-9度的地區(qū)。但設(shè)計(jì)時(shí)要注意框架結(jié)構(gòu)不能只考慮其抗彎作用而忽略其抗剪和抗扭作用,更要注意其變形能力。

      框架梁截面尺寸及配筋設(shè)計(jì)優(yōu)化:在實(shí)際工程中,常見的框架梁截面尺寸為500mm×500mm或500mm×550mm,鋼筋為2.5-3.5級鋼筋。配筋方面主要存在以下問題:第一,如果采用多跨框架梁計(jì)算時(shí),會出現(xiàn)梁端截面配筋偏小的現(xiàn)象;第二,如果采用角柱計(jì)算時(shí),會出現(xiàn)梁端截面配筋偏小的現(xiàn)象;第三,如果采用柱端截面配筋率小于0.25%時(shí)(當(dāng)柱截面面積為250~350mm2時(shí))會出現(xiàn)柱端軸力偏小的現(xiàn)象;第四,如果采用角柱計(jì)算時(shí),會出現(xiàn)梁端彎矩增大的現(xiàn)象;第五,如果采用柱與梁連接方式計(jì)算時(shí)(當(dāng)柱直徑大于600mm且配筋率小于0.25%時(shí))會出現(xiàn)梁端截面受剪偏大的現(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量減少框架梁的跨度,降低截面尺寸。

      板與墻連接部位構(gòu)造優(yōu)化:在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對板與墻連接部位構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第一,對于填充墻和柱帽,要注意其長度以及洞口位置的確定;第二,對于填充墻與框架梁之間連接部位要加強(qiáng)配筋;第三,對于填充墻與柱之間連接部位要增加箍筋。由于在實(shí)際工程中,填充墻與框架梁之間大多沒有設(shè)置鋼筋混凝土圈梁來加強(qiáng)其整體性,因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要注意對圈梁的構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

      剪力墻結(jié)構(gòu)是指用鋼筋混凝土承重的墻體來承受豎向荷載,并將其分解為若干部分,使其成為一個(gè)整體。剪力墻結(jié)構(gòu)主要有以下優(yōu)點(diǎn):由于墻體是主要的抗側(cè)力構(gòu)件,結(jié)構(gòu)剛度大,整體性好,抗震性能好;墻與柱的協(xié)同工作能力強(qiáng),受力合理;剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑平面布置靈活,可以形成不同的空間結(jié)構(gòu)體系;剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的延性和耗能能力,適用于地震區(qū);剪力墻結(jié)構(gòu)中各部分構(gòu)件受力明確、傳力途徑明確;剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地滿足建筑平面布置、使用功能、立面造型等方面的要求;剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能好,可用于抗震設(shè)計(jì)時(shí)作為主要抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu);剪力墻結(jié)構(gòu)是一種適合于高層建筑的結(jié)構(gòu)形式,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用剪力墻結(jié)構(gòu)。

      3.4 上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

      合理的平面、立面布置,對提高建筑的空間使用效率,充分發(fā)揮建筑物的使用功能具有重要作用。如房屋的建筑高度、層數(shù)、層高等,都與房屋的平面、立面布置密切相關(guān)。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮建筑物平面、立面的布置,使房屋具有良好的空間效果和視覺效果。在確定建筑結(jié)構(gòu)類型時(shí),應(yīng)結(jié)合建筑功能要求、空間尺度、場地條件等因素合理選擇結(jié)構(gòu)形式。在房屋設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量采用整體穩(wěn)定,承載能力高的結(jié)構(gòu)形式,避免采用自重大、使用荷載大、施工難度大等問題的結(jié)構(gòu)形式[4]。同時(shí)應(yīng)盡可能降低工程造價(jià),提高房屋建筑的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。通過優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),可以提高房屋的通風(fēng)、采光等環(huán)境因素。例如,在設(shè)計(jì)房屋的屋頂時(shí),可以考慮采用天窗或者開放式的設(shè)計(jì),增加室內(nèi)的采光和通風(fēng)。此外,可以利用屋頂?shù)男泵嬖O(shè)計(jì),增加房屋的天然通風(fēng)效果,減少空調(diào)的使用,提高能源利用效率;在設(shè)計(jì)房屋的屋頂時(shí),可以考慮采用綠色屋頂或者太陽能板,增加房屋的隔熱效果和保溫性能,減少室內(nèi)溫度波動,提高房屋的舒適度??傊?,通過優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),可以提高房屋的環(huán)境因素、舒適度和美觀度,為居住者創(chuàng)造更加宜居、舒適和美好的居住環(huán)境。

      4 結(jié)束語

      房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程中非常重要的一環(huán),需要充分考慮安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等多方面因素。在設(shè)計(jì)過程中,需要不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,提高結(jié)構(gòu)的壽命和穩(wěn)定性,同時(shí)還要滿足人們對于舒適、美觀等方面的需求。只有通過不斷的創(chuàng)新和改進(jìn),才能建造出更加安全、環(huán)保、舒適的房屋。

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