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摘 要本文笔者结合多年工作经验,对建筑结构设计方面的相关问题进行论述,以确保建筑物结构设计质量方面上一个新的台阶。
关键词建筑;结构设计;问题
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)061-0215-01
1建筑结构设计的概论
1.1建筑结构的类型
每栋建筑物都有各种不一样的使用功能和使用要求;因此,它有着许多类型及分类方法。根据每栋建筑物的用途的区别,可以分为工业建筑和民用建筑。根据建筑物的层数,可以分为单层建筑、多层建筑、高层建筑和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料不同可以分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式,可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、简体结构和大路结构等。
1.2结构设计的基本内容
1)结构设计的程序。建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计。每一部分的设计都应围绕设计的4个要求:功能、美观、经济和环保要求。
建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的重要组成部分,分为4个过程:方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。
2)结构设计的基本要求。为了保证建筑结构的可靠度达到目标要求;在设计中,应做到严格遵循以下基本要求:①计算内容。结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算。②结构上数种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。③抗震设计。在我国的抗震设防烈度为6度到9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,分为一、二、三、四不同的等级。我们对于应不同的抗震级别,有着不一样的结构计算和构造的要求。
2建筑结构设计中存在问题分析
2.1结构计算应注意的问题
1)避免荷载计算出现错误。比如,如果在设计中出现独立基础设计荷载取值不正确的情况下: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层而且高度在25m以下的民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,都可以不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但在这些房屋基础设计的时候,应当把风荷载的影响考虑进去。
2)底框砌体结构验算问题。底部剪力法仅仅适用刚度比较均匀的多层结构房屋,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应当考虑塑性变形集中的严重影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数;对于底层框架混合结构的剪力分配,不可以只是简单地按照框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,我们应当采用双保险的方法,抗震墻来承担全部的剪力,而框架按刚度比例承担剪力。刚度计算的时候框架不折减,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)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,这样使结构的实际的刚度大于计算的刚度,计算的周期大于实际的周期,为此,算出的地震剪力偏小,使结构偏向不安全的情况,为此,我们对结构的计算周期进行折减是非常必要的,但是,对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大也都是不妥当的。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;如果在采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;全部采用轻质墙体板材时,可取0.9。只有在无墙的纯框架情况下,计算周期才可以不折减。
2.2构造设计应注意的问题
1)在地基基础设计中出现的比较常见问题。①高层建筑基础有效埋置深度不足。②桩基的选型不合理或者对桩基施工的可行性、成桩质量的可靠性及桩基施工对周围环境的影响等方面考虑得不够全面。③桩的间距过小,不能满足规范对桩的最小中心距的规定,特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被很多设计人员都忽视了,所以,直接影响了试桩结果的准确性。
2)在框架结构设计中,我们设计人员一般情况下都只是注意横向框架的设计而忽视了纵向框架的设计。现行的建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴的方向分别进行计算,各方面的地震作用应当由该方向的抗侧力构件来承担。在框架结构设计中,纵向框架与横向框架同等重要。一些结构设计从业者对于非抗震设计,纵向按普通的连续梁进行设计,梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置不符合框架的构造之要求。由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计工作中经常出现了梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配置不足的现象。
2.3高层建筑材料的选用和结构体系问题
对于采用什么样的建筑材料或者结构体系怎么样才较为合理,是我们工程技术人员非常重视的问题。在高层建筑中,根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工能力,本人建议尽量采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,这样可以减小柱断面尺寸,并且可以改善结构的抗震性能。当超过一定高度后,为了减小风振的作用,钢骨(钢管)混凝土通常是我们的首选。
在我们现实的工程中,出现了不少规则性很差和对结构抗震相当不利的高层建筑。这里仅举几个例子:①平面凹凸不规则。②平面扭转不规则问题。③高位转换问题。
2.4施工图绘制达不到规定要求
有一些设计人员在图纸制作的时候进行“偷工减料”,设计过于粗糙和简单,在施工图中应该有的系统图或者大样图、相关剖视图都没有绘制出来;还有一些非常重要的、应该用图纸反映的内容只是标注“见图集”或者“由设备厂家确定”等等,施工图的表述不全,相关细部不详,不能反映工程的全貌;更离谱的是还有一些重要的设计根据、参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等等在设计说明中都交待不全面。
3结束语
建筑的结构设计是个非常系统而全面的设计事务,在设计的过程中存在问题是多种多样的,需要我们有扎实的功底,而且有灵活创新的思维模式和认真态度。文中如有不当之处,望各位同行指正。
参考文献
[1]赵西安,编著.现代高层建筑结构设计[M].科学出版社,2000.
关键词建筑;结构设计;问题
中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)061-0215-01
1建筑结构设计的概论
1.1建筑结构的类型
每栋建筑物都有各种不一样的使用功能和使用要求;因此,它有着许多类型及分类方法。根据每栋建筑物的用途的区别,可以分为工业建筑和民用建筑。根据建筑物的层数,可以分为单层建筑、多层建筑、高层建筑和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料不同可以分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式,可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、简体结构和大路结构等。
1.2结构设计的基本内容
1)结构设计的程序。建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计。每一部分的设计都应围绕设计的4个要求:功能、美观、经济和环保要求。
建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的重要组成部分,分为4个过程:方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。
2)结构设计的基本要求。为了保证建筑结构的可靠度达到目标要求;在设计中,应做到严格遵循以下基本要求:①计算内容。结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算。②结构上数种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。③抗震设计。在我国的抗震设防烈度为6度到9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,分为一、二、三、四不同的等级。我们对于应不同的抗震级别,有着不一样的结构计算和构造的要求。
2建筑结构设计中存在问题分析
2.1结构计算应注意的问题
1)避免荷载计算出现错误。比如,如果在设计中出现独立基础设计荷载取值不正确的情况下: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层而且高度在25m以下的民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,都可以不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但在这些房屋基础设计的时候,应当把风荷载的影响考虑进去。
2)底框砌体结构验算问题。底部剪力法仅仅适用刚度比较均匀的多层结构房屋,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应当考虑塑性变形集中的严重影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数;对于底层框架混合结构的剪力分配,不可以只是简单地按照框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,我们应当采用双保险的方法,抗震墻来承担全部的剪力,而框架按刚度比例承担剪力。刚度计算的时候框架不折减,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)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,这样使结构的实际的刚度大于计算的刚度,计算的周期大于实际的周期,为此,算出的地震剪力偏小,使结构偏向不安全的情况,为此,我们对结构的计算周期进行折减是非常必要的,但是,对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大也都是不妥当的。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;如果在采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;全部采用轻质墙体板材时,可取0.9。只有在无墙的纯框架情况下,计算周期才可以不折减。
2.2构造设计应注意的问题
1)在地基基础设计中出现的比较常见问题。①高层建筑基础有效埋置深度不足。②桩基的选型不合理或者对桩基施工的可行性、成桩质量的可靠性及桩基施工对周围环境的影响等方面考虑得不够全面。③桩的间距过小,不能满足规范对桩的最小中心距的规定,特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被很多设计人员都忽视了,所以,直接影响了试桩结果的准确性。
2)在框架结构设计中,我们设计人员一般情况下都只是注意横向框架的设计而忽视了纵向框架的设计。现行的建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴的方向分别进行计算,各方面的地震作用应当由该方向的抗侧力构件来承担。在框架结构设计中,纵向框架与横向框架同等重要。一些结构设计从业者对于非抗震设计,纵向按普通的连续梁进行设计,梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置不符合框架的构造之要求。由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计工作中经常出现了梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配置不足的现象。
2.3高层建筑材料的选用和结构体系问题
对于采用什么样的建筑材料或者结构体系怎么样才较为合理,是我们工程技术人员非常重视的问题。在高层建筑中,根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工能力,本人建议尽量采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,这样可以减小柱断面尺寸,并且可以改善结构的抗震性能。当超过一定高度后,为了减小风振的作用,钢骨(钢管)混凝土通常是我们的首选。
在我们现实的工程中,出现了不少规则性很差和对结构抗震相当不利的高层建筑。这里仅举几个例子:①平面凹凸不规则。②平面扭转不规则问题。③高位转换问题。
2.4施工图绘制达不到规定要求
有一些设计人员在图纸制作的时候进行“偷工减料”,设计过于粗糙和简单,在施工图中应该有的系统图或者大样图、相关剖视图都没有绘制出来;还有一些非常重要的、应该用图纸反映的内容只是标注“见图集”或者“由设备厂家确定”等等,施工图的表述不全,相关细部不详,不能反映工程的全貌;更离谱的是还有一些重要的设计根据、参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等等在设计说明中都交待不全面。
3结束语
建筑的结构设计是个非常系统而全面的设计事务,在设计的过程中存在问题是多种多样的,需要我们有扎实的功底,而且有灵活创新的思维模式和认真态度。文中如有不当之处,望各位同行指正。
参考文献
[1]赵西安,编著.现代高层建筑结构设计[M].科学出版社,2000.