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摘要:虽然我国建筑事业已经取得了不錯的发展,建筑技术和设计方面水平都得到了不断提升,但建筑结构设计中还是存在一些问题需要设计师去注意并解决,要分析这些问题与对策,只有不断纠正和解决结构设计中的问题才能保证建筑结构的稳定性,保证建筑工程质量。
关键词:建筑结构设计;问题;对策
中图分类号:S611文献标识码: A
前言
建筑结构设计是建筑工程的开端,其需要设计师具有扎实理论功底和创新思维,以及严谨的设计工作态度。对于结构设计中出现的问题,设计师要积极采取相应的措施进行解决,保证建筑结构设计的合理性和科学性,以此来保证建筑结构的稳定性和建筑工程质量,推动建筑行业的不断向前发展。
一、结构设计定义
结构设计由两部分组成: 概念设计和理论设计。概念设计指的是设计过程中不需要经过较精细的#较理性的分析,也不需要处理规范中难以界定的问题,只需要根据从结构体系整体与部分间的力学关系、工作经验、地震灾害以及实验现象中总结的设计原则和理念,从而确定建筑结构的设计和细部的设计构造过程。而理论设计则是工程人员对设计好的结构模型进行计算和应力假定前提下,依据设计规范和计算原理计算出结果,再根据结果进行合理的设计。
二、建筑结构设计分析
1、满足建筑抗震要求
在进行建筑结构设计时,需要确保其结构各部分的刚度是对称的、是均匀的,各结构单元的平面形状也需要尽量保持简单和规则。其结构如果比较复杂,并且不规则、不对称,那么对其复杂的地震应力就非常难以进行计算和处理,比如说应力集中和扭转等,这些对于建筑抗震设计非常不利。所以说,在进行高层建筑结构设计的时候,就需要尽量使地震力作用中心和建筑刚度中心进行重合,一般其偏心距e不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。同时还可以采用比较利于抗震的竖向布置,但是竖向布置中需要对刚度的均匀性以及连续性进行确保。
(1)合理处理建筑的防震缝
若建筑结构不规则,需处理好建筑的防震缝。设置防震缝期间,应将建筑划分为相互独立且规则的结构。防震缝两边需具备足够宽度,彻底分开防震缝两边的上部建构。并顺着建筑高度,在防震缝两侧布置墙体。
(2)规则性设计建筑结构
在建筑的结构设计上,均匀分布结构刚度与质量、规则设计建筑平面与立体结构等是保障建筑抗震性能的一个重要环节。若建筑具有平面设计复杂,而质量、刚度等分布混乱的情况,在面临地震时,建筑将会产生扭转情况,使建筑受到严重破坏。其次,在建筑整体结构的设计中,建筑若具有规则性,在地震期间发生扭转的可能性较大。并且若建筑采用错落立面,将会因为高度过高而引起鞭梢效应。
(3)合理布置建筑的纵横墙
墙体属于建筑的主要承重构件,由于建筑的刚度大小主要取决于墙体数量,若承重墙体上,将会加大墙体间隔,进而降低建筑的刚度以及抗震能力。因此在设计期间,需均匀分布建筑的横墙以及纵墙,从而确保建筑的整体抗震性能。
2、对沉降、温度收缩以及体型的复杂性等因素进行综合考虑
在进行建筑结构设计中,需要对其沉降缝、防震缝以及伸缩缝进行合理布置和处理,以能够有效地应对沉降、温度收缩以及建筑体型的复杂性等因素,对建筑所产生的影响力,提高建筑安全。由于现代结构分析技术和计算手段的提高,现代建筑呈现出不规则、不对称或是曲线形的平面设计,耗能减震技术在现代建筑中也得到了实际应用。但是建筑的尺度设计方面要把握好抗震性能、以及建筑的强度、刚度和延性。
3、建筑结构的节能保温设计
在重要建筑、中高层建筑、高层建筑的结构设计中,除了进行建筑结构的承载力计算外,还需要在建筑物的外墙设计中,可以采用具有节能的材料作为保温层,增加墙体对建筑物的保温隔热措施。同时采用这种措施不仅可以起到保温的作用,还可以隔热、抗裂缝、抗侧移、耐火等具有很好的作用,但不足之处就是增加建筑费用。通过对我国的建筑房顶形状进行研究发现,主要有两种形式,即平顶和坡房顶。北方由于雨水较少,房顶多建成平定形式,在建设平顶的隔热层主要为实体材料,使用具有较强的稳定性的物料,能够很好的确保房顶内的温度,隔绝外界温度传递过去。
4、梁、板的跨度计算
在建筑结构设计的相关规范中的计算跨度,例如净跨度的1.05倍等,这些概念与规定只适应于常规的建筑结构设计,可是在宽扁梁的跨中挠度、配筋验算中却不适用。而对于梁板结构,其实际上可认为是在结构中线上设置以刚性支座,这样使梁的概念变得不再单一,将梁结构形式与板结构统一为一个变截面板结构。在扁梁结构计算中,梁的高度与板厚的范围较接近,因此在计算扁梁结构中,应选取梁高度的一半处的中线作为梁的弯矩取值。
5、对建筑配筋进行合理设计
钢筋是保证建筑强度和韧性的重要材料,在进行建筑设计时要充分考虑到钢筋的配比,在保证建筑结构稳定性的同时,最大限度的节约建筑成本。在剪力墙的设计时,一定要根据建筑结构要求进行配筋设计,按照横向钢筋在外,纵向钢筋在内的原则,平均的分配钢筋。但是在地下部分的建设时,就要考虑到土压力产生的侧向压力对墙体的影响,这时就要按照纵向钢筋在外,横向钢筋在内的原则进行钢筋分配,增大墙体的抗侧压能力。在需要重点加固的部分可以使用双层钢筋加密排列的办法进行设计,提高墙体强度。
6、科学合理地设置伸缩缝和沉降缝
伸缩缝,又被人们称为温度缝。上文中提到,在温差作用和混凝土结构本身收缩的影响下形成一种力量,而这个力在被约束的情况下逐渐变为内部拉应力,长期作用下,会造成屋面、墙体、和楼地面等出现裂缝,严重的甚至会损坏一部分建筑物体。因此,为了避免出现较大的危害性裂缝,就需要合理设置伸缩缝,并把建筑结构划分为两个以上的单体,尽量减少伸缩变形的的程度。与伸缩缝一样,设置沉降缝的目的也是为了减小危害性裂缝产生的几率。具体来说,就是依据建筑物高差较大、地基土质变异等地方的实际情况,以刚度为标准把建筑划分为不同的单元,让每个单元都可以自由下沉,从而避免不均匀沉降所引起的裂缝。
7、建筑设计中的安全问题探析
(1)建筑的防火问题
防火问题对于大多数建筑尤其是建筑来说异常重要,建筑设计师要对防火问题的设计进行加强。首先建筑的总体布局要保证安全通畅,出现紧急情况时能确保人员的疏散及时,采光设备和紧急照明设备要有保障。其次要有合理的防火分区,建筑楼道内的消防器械和疏散通道要分区合理,消火栓的位置要照顾到整个楼层。
(2)电气的问题
建筑的电气问题主要分为三个方面,一是消防电源与配电问题,要求供电电源来自不同发电厂或不同的区域变电站,以保证突发事件时供电及时解决。二是应急照明问题,建筑发生火灾或者其他突发状况时事故照明要正常。三是建筑的电梯安装问题,电梯的位置设置要合理,电梯运行过程中噪音不应太大,且最大荷载量应符合建筑的需要,方便快捷。
(3)防雷击问题
防雷击问题也是建筑设计的重点,应本着“整体防御、综合治理、多重保护、突出重点”的原则,从结构设计上做好防雷工作。建筑的顶端是防雷设计的重点,可以安装避雷针、避雷网或者避雷带等。同时要利用建筑中的钢筋作接地装置,建筑周围也要做避雷带,内部金属物体也要接地。
8、裂缝控制
由于温度变化,常常引起裂缝,因此为了防止建筑材料由于干燥收缩和热胀冷缩引起破裂,实际建筑施工过程中结构必须设置伸缩缝,将厂房设计结构分为很多温度变化区间段,这对减少结构温度破坏力起到一定作用。在伸缩缝处通常采用几排设计结构,这样做可以有效防止此类问题出现。此外,在保障施工安全适当增大伸缩缝间距时,必须采取切实可行的措施,将裂缝控制在可处理的范围,防止结构的开裂到不受控制,降低混凝土收缩变化带来的不利影响,对超长结构问题常采用施工后浇带等措施来解决。
结束语
要适应建筑设计市场需要,为业主创造一座既满足建筑使用功能、构造功能和形象功能的要求,又安全经济,且符合地理环境条件的建筑物,设计人员必须不断总结设计经验,提高自己的业务能力和技术水平,使之具备结构设计概念、经验、悟性、判断力和创造力。
参考文献
[1]吴毅宽.建筑结构设计基本原则及合理设计方案分析[J].建材与装饰(上旬刊),2013(01)
[2]温启平,殷欣.基于防震考虑的高层建筑结构设计要点探析[J].建筑知识(学术刊),2013(02).
关键词:建筑结构设计;问题;对策
中图分类号:S611文献标识码: A
前言
建筑结构设计是建筑工程的开端,其需要设计师具有扎实理论功底和创新思维,以及严谨的设计工作态度。对于结构设计中出现的问题,设计师要积极采取相应的措施进行解决,保证建筑结构设计的合理性和科学性,以此来保证建筑结构的稳定性和建筑工程质量,推动建筑行业的不断向前发展。
一、结构设计定义
结构设计由两部分组成: 概念设计和理论设计。概念设计指的是设计过程中不需要经过较精细的#较理性的分析,也不需要处理规范中难以界定的问题,只需要根据从结构体系整体与部分间的力学关系、工作经验、地震灾害以及实验现象中总结的设计原则和理念,从而确定建筑结构的设计和细部的设计构造过程。而理论设计则是工程人员对设计好的结构模型进行计算和应力假定前提下,依据设计规范和计算原理计算出结果,再根据结果进行合理的设计。
二、建筑结构设计分析
1、满足建筑抗震要求
在进行建筑结构设计时,需要确保其结构各部分的刚度是对称的、是均匀的,各结构单元的平面形状也需要尽量保持简单和规则。其结构如果比较复杂,并且不规则、不对称,那么对其复杂的地震应力就非常难以进行计算和处理,比如说应力集中和扭转等,这些对于建筑抗震设计非常不利。所以说,在进行高层建筑结构设计的时候,就需要尽量使地震力作用中心和建筑刚度中心进行重合,一般其偏心距e不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。同时还可以采用比较利于抗震的竖向布置,但是竖向布置中需要对刚度的均匀性以及连续性进行确保。
(1)合理处理建筑的防震缝
若建筑结构不规则,需处理好建筑的防震缝。设置防震缝期间,应将建筑划分为相互独立且规则的结构。防震缝两边需具备足够宽度,彻底分开防震缝两边的上部建构。并顺着建筑高度,在防震缝两侧布置墙体。
(2)规则性设计建筑结构
在建筑的结构设计上,均匀分布结构刚度与质量、规则设计建筑平面与立体结构等是保障建筑抗震性能的一个重要环节。若建筑具有平面设计复杂,而质量、刚度等分布混乱的情况,在面临地震时,建筑将会产生扭转情况,使建筑受到严重破坏。其次,在建筑整体结构的设计中,建筑若具有规则性,在地震期间发生扭转的可能性较大。并且若建筑采用错落立面,将会因为高度过高而引起鞭梢效应。
(3)合理布置建筑的纵横墙
墙体属于建筑的主要承重构件,由于建筑的刚度大小主要取决于墙体数量,若承重墙体上,将会加大墙体间隔,进而降低建筑的刚度以及抗震能力。因此在设计期间,需均匀分布建筑的横墙以及纵墙,从而确保建筑的整体抗震性能。
2、对沉降、温度收缩以及体型的复杂性等因素进行综合考虑
在进行建筑结构设计中,需要对其沉降缝、防震缝以及伸缩缝进行合理布置和处理,以能够有效地应对沉降、温度收缩以及建筑体型的复杂性等因素,对建筑所产生的影响力,提高建筑安全。由于现代结构分析技术和计算手段的提高,现代建筑呈现出不规则、不对称或是曲线形的平面设计,耗能减震技术在现代建筑中也得到了实际应用。但是建筑的尺度设计方面要把握好抗震性能、以及建筑的强度、刚度和延性。
3、建筑结构的节能保温设计
在重要建筑、中高层建筑、高层建筑的结构设计中,除了进行建筑结构的承载力计算外,还需要在建筑物的外墙设计中,可以采用具有节能的材料作为保温层,增加墙体对建筑物的保温隔热措施。同时采用这种措施不仅可以起到保温的作用,还可以隔热、抗裂缝、抗侧移、耐火等具有很好的作用,但不足之处就是增加建筑费用。通过对我国的建筑房顶形状进行研究发现,主要有两种形式,即平顶和坡房顶。北方由于雨水较少,房顶多建成平定形式,在建设平顶的隔热层主要为实体材料,使用具有较强的稳定性的物料,能够很好的确保房顶内的温度,隔绝外界温度传递过去。
4、梁、板的跨度计算
在建筑结构设计的相关规范中的计算跨度,例如净跨度的1.05倍等,这些概念与规定只适应于常规的建筑结构设计,可是在宽扁梁的跨中挠度、配筋验算中却不适用。而对于梁板结构,其实际上可认为是在结构中线上设置以刚性支座,这样使梁的概念变得不再单一,将梁结构形式与板结构统一为一个变截面板结构。在扁梁结构计算中,梁的高度与板厚的范围较接近,因此在计算扁梁结构中,应选取梁高度的一半处的中线作为梁的弯矩取值。
5、对建筑配筋进行合理设计
钢筋是保证建筑强度和韧性的重要材料,在进行建筑设计时要充分考虑到钢筋的配比,在保证建筑结构稳定性的同时,最大限度的节约建筑成本。在剪力墙的设计时,一定要根据建筑结构要求进行配筋设计,按照横向钢筋在外,纵向钢筋在内的原则,平均的分配钢筋。但是在地下部分的建设时,就要考虑到土压力产生的侧向压力对墙体的影响,这时就要按照纵向钢筋在外,横向钢筋在内的原则进行钢筋分配,增大墙体的抗侧压能力。在需要重点加固的部分可以使用双层钢筋加密排列的办法进行设计,提高墙体强度。
6、科学合理地设置伸缩缝和沉降缝
伸缩缝,又被人们称为温度缝。上文中提到,在温差作用和混凝土结构本身收缩的影响下形成一种力量,而这个力在被约束的情况下逐渐变为内部拉应力,长期作用下,会造成屋面、墙体、和楼地面等出现裂缝,严重的甚至会损坏一部分建筑物体。因此,为了避免出现较大的危害性裂缝,就需要合理设置伸缩缝,并把建筑结构划分为两个以上的单体,尽量减少伸缩变形的的程度。与伸缩缝一样,设置沉降缝的目的也是为了减小危害性裂缝产生的几率。具体来说,就是依据建筑物高差较大、地基土质变异等地方的实际情况,以刚度为标准把建筑划分为不同的单元,让每个单元都可以自由下沉,从而避免不均匀沉降所引起的裂缝。
7、建筑设计中的安全问题探析
(1)建筑的防火问题
防火问题对于大多数建筑尤其是建筑来说异常重要,建筑设计师要对防火问题的设计进行加强。首先建筑的总体布局要保证安全通畅,出现紧急情况时能确保人员的疏散及时,采光设备和紧急照明设备要有保障。其次要有合理的防火分区,建筑楼道内的消防器械和疏散通道要分区合理,消火栓的位置要照顾到整个楼层。
(2)电气的问题
建筑的电气问题主要分为三个方面,一是消防电源与配电问题,要求供电电源来自不同发电厂或不同的区域变电站,以保证突发事件时供电及时解决。二是应急照明问题,建筑发生火灾或者其他突发状况时事故照明要正常。三是建筑的电梯安装问题,电梯的位置设置要合理,电梯运行过程中噪音不应太大,且最大荷载量应符合建筑的需要,方便快捷。
(3)防雷击问题
防雷击问题也是建筑设计的重点,应本着“整体防御、综合治理、多重保护、突出重点”的原则,从结构设计上做好防雷工作。建筑的顶端是防雷设计的重点,可以安装避雷针、避雷网或者避雷带等。同时要利用建筑中的钢筋作接地装置,建筑周围也要做避雷带,内部金属物体也要接地。
8、裂缝控制
由于温度变化,常常引起裂缝,因此为了防止建筑材料由于干燥收缩和热胀冷缩引起破裂,实际建筑施工过程中结构必须设置伸缩缝,将厂房设计结构分为很多温度变化区间段,这对减少结构温度破坏力起到一定作用。在伸缩缝处通常采用几排设计结构,这样做可以有效防止此类问题出现。此外,在保障施工安全适当增大伸缩缝间距时,必须采取切实可行的措施,将裂缝控制在可处理的范围,防止结构的开裂到不受控制,降低混凝土收缩变化带来的不利影响,对超长结构问题常采用施工后浇带等措施来解决。
结束语
要适应建筑设计市场需要,为业主创造一座既满足建筑使用功能、构造功能和形象功能的要求,又安全经济,且符合地理环境条件的建筑物,设计人员必须不断总结设计经验,提高自己的业务能力和技术水平,使之具备结构设计概念、经验、悟性、判断力和创造力。
参考文献
[1]吴毅宽.建筑结构设计基本原则及合理设计方案分析[J].建材与装饰(上旬刊),2013(01)
[2]温启平,殷欣.基于防震考虑的高层建筑结构设计要点探析[J].建筑知识(学术刊),2013(02).