談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及流程

姚 海 芳

(山西省陽泉市建筑設(shè)計院，山西 陽泉 045008)

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談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點及流程

姚 海 芳

(山西省陽泉市建筑設(shè)計院，山西 陽泉 045008)

簡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，基于建筑的構(gòu)成與類別，從增大截面、增設(shè)支點、剪力調(diào)整、強柱弱梁四方面，探討了建筑結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計要點，旨在確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

房屋建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計，框架結(jié)構(gòu)，剪力墻

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進入關(guān)鍵階段，政府高層對新建在建房屋的質(zhì)量非常重視。我們作為建筑行業(yè)的從業(yè)人員深刻了解建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作對于房屋建筑的工程質(zhì)量有著至關(guān)重要的意義，要充分發(fā)揮房屋建筑整體的安全性和實用性，保證房屋建筑能夠發(fā)揮最大的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

為了提升建筑質(zhì)量以及建筑結(jié)構(gòu)的安全性，施工單位需要在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時遵循以下基本原則。

1.1 抓大放小原則

施工單位設(shè)計人員需要對建筑物各種結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進行明確的描述與分類，在確保結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的基礎(chǔ)上提高實用性，然而當(dāng)安全性與實用性相沖突時，設(shè)計人員需要在較小的范圍內(nèi)一定程度上放棄建筑結(jié)構(gòu)的實用性，同時能夠充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的主要性能，確保建筑結(jié)構(gòu)在安全性方面萬無一失，當(dāng)出現(xiàn)危險情況時，要保證受損的只是部分次要建筑結(jié)構(gòu)，只有保護好核心建筑結(jié)構(gòu)，建筑整體才不至于完全倒塌。

1.2 剛?cè)嵯酀瓌t

對建筑結(jié)構(gòu)整體進行加固設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的重要組成部分，而在加固施工中，除了需要高強度的剛性材料之外，還需要輔以一定量的柔性材料，提高建筑結(jié)構(gòu)的韌性，使建筑整體在外力作用下更加穩(wěn)定。這就需要設(shè)計人員在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，要同時預(yù)留出剛性加固材料與柔性加固材料的置入空間，優(yōu)化加固材料的置入結(jié)構(gòu)，既要發(fā)揮出加固材料的最大性能潛力，同時也要盡量節(jié)省加固材料，控制建筑施工成本。

1.3 多重設(shè)防原則

安全性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的首要要求，我國是一個地震災(zāi)害頻發(fā)的國家，當(dāng)發(fā)生地震時，經(jīng)常由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，對外力作用的承受能力不足，造成房屋坍塌的后果。遵循多重設(shè)防原則，既需要加強每一道加固的穩(wěn)定性，也要注重各項加固工程的關(guān)聯(lián)性，充分發(fā)揮多重設(shè)防施工加固的安全性優(yōu)勢。

1.4 打通關(guān)節(jié)原則

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理要求設(shè)計人員通過各種設(shè)計手段，提高房屋建筑整體性，盡可能多地打通建筑整體內(nèi)部各個不同結(jié)構(gòu)之間的連接點，提高房屋建筑整體的穩(wěn)定性，延長建筑壽命。

2 建筑的構(gòu)成與類別

2.1 筒體構(gòu)成

筒體構(gòu)成在社會公共建筑中應(yīng)用的較多，這種構(gòu)成的優(yōu)點是其平面設(shè)計的形式比較豐富，建筑的空間結(jié)構(gòu)比較多樣，采用筒體結(jié)構(gòu)的建筑物具有較強的抗側(cè)力并且抵抗扭壓的能力更強，其外形可以兼容圓形、正方形以及三角形，如果所設(shè)計的平面結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，則需要采用長寬比小于2的矩形來做模板。

2.2 砌體構(gòu)成

這種構(gòu)成方式所采用的材料比較單一，具有施工效率高、施工程序簡單以及技術(shù)門檻低等優(yōu)點，其側(cè)體構(gòu)成墻面可以承受更大的重量，使得建筑物本身的立體作用更加牢固，其缺點是抗震性差，所以不適合運用于高層建筑中。

2.3 框架結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)所采用的材料包括石子、水泥砂漿以及鋼筋等，具有抗壓、抗彎和抗震等優(yōu)點，所以這種結(jié)構(gòu)在高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。隨著樓層的升高，建筑的獨立性越來越重要，承受重量和保護的效益必須分別進行檢查。這種結(jié)構(gòu)的框架構(gòu)成不受墻壁的影響，其平面設(shè)計的形式十分多樣化。

2.4 剪力墻的構(gòu)成

這種構(gòu)成的優(yōu)勢在于其具有很好的承載能力、空間性以及整體性。通常用來作為高層建筑的抗側(cè)力構(gòu)件，是建筑物的主要承重構(gòu)件，但其結(jié)構(gòu)形式十分單一，在住宅區(qū)的建設(shè)中應(yīng)用較多。

3 結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計要點

3.1 增大截面

增大截面是指在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)添加混凝土澆層，可增加截面有效高度，擴大截面面積，從而提高構(gòu)件正截面抗彎能力，斜截面抗剪能力和截面剛度，起到加固補強的作用。這是我們經(jīng)常采用的并且技術(shù)上已經(jīng)非常成熟的結(jié)構(gòu)加固方法之一。

3.2 置換混凝土

置換混凝土加固法的施工原理與增大截面法相似，是一種相對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法，但是它對于結(jié)構(gòu)加固所起到的作用是不可替代的。當(dāng)在施工中遇到強度等級偏低的混凝土，施工單位必須對其進行置換，幾乎沒有其他的解決辦法。采用混凝土置換還可以避免增大截面而引起房屋空間壓縮的問題。但是這種施工的問題在于施工難度大，在長時間的濕作業(yè)過程中，持續(xù)發(fā)熱的化工工廠就不適用，例如鋼鐵廠。

3.3 增設(shè)支點

增設(shè)支點加固是對房屋建筑增設(shè)額外支架從而使得結(jié)構(gòu)的計算跨徑減少，以此改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，從而提高結(jié)構(gòu)的承載力。

這些增設(shè)的支點通常用來分擔(dān)房屋建筑原有的鋼架、梁柱的受力并為建筑提供縱向支撐。在抗震設(shè)計中，要注意構(gòu)件的配筋率，必須保證在地震發(fā)生時，建筑結(jié)構(gòu)的延性，以及最小配筋率的要求。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，建筑結(jié)構(gòu)要盡可能地使用規(guī)則結(jié)構(gòu)，設(shè)置防震縫，以此來增加建筑物的抗震能力。

3.4 剪力調(diào)整問題

我國的高層建筑結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，尤其是采用了不對稱設(shè)計的建筑中含有大量的斜柱結(jié)構(gòu)。相比于傳統(tǒng)的垂直結(jié)構(gòu)，斜柱結(jié)構(gòu)傾角十分明顯，這就需要建筑結(jié)構(gòu)具有更大的剪力。目前的國內(nèi)建筑設(shè)計人員在對建設(shè)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計工作時，通常會將垂直構(gòu)件簡化為柱子，將斜柱簡化為斜桿。雖然在一般情況下，這種做法不會對建筑的整體穩(wěn)定性造成太大影響，但是在對框架柱剪力進行調(diào)整的過程中則會影響到建筑的穩(wěn)定性。由于建筑物中的斜柱主要起到橫向支撐的作用，但也需要一定程度的豎直荷載作為豎向支撐，所以這一部分荷載就會對剪力的計算造成較大的影響。由此可見，設(shè)計人員在對剪力進行調(diào)整時一定要充分考慮到豎直方向荷載的影響。依照建筑區(qū)域的具體環(huán)境，合理調(diào)整建筑物的剪力，充分發(fā)揮建設(shè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.5 強柱弱梁的設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，需要對梁和柱的兩個方面做整體的考慮。為了提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性，在水平荷載較大或者面臨強震時，建筑結(jié)構(gòu)中的塑性鉸一定要出現(xiàn)在梁上，這可以在劇烈水平震動的情況下維持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并提高建筑的抗壓性，在受力過后更容易回到初始形態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要對梁與柱的設(shè)計進行彈塑性方面的計算與分析。通過分析的結(jié)果來確定塑性鉸是否出現(xiàn)在梁上。

4 結(jié)語

當(dāng)前我國建筑市場的競爭越來越激烈，市場和社會都對房屋建筑有越來越高的要求，為了在建筑市場上贏得更多的生存空間、為我國高速發(fā)展的城鎮(zhèn)化作出積極貢獻，建筑行業(yè)從業(yè)人員一定要在各自的工程施工過程中著重注重建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。在結(jié)構(gòu)加固施工中，選擇合適的加固技術(shù)，全心全意為居民的生命安全負(fù)責(zé)，保障房屋建筑的安全質(zhì)量。

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Discussion on the design key points and process of building structure

Yao Haifang

(ShanxiYangquanArchitecturalDesignInstitute,Yangquan045008,China)

This paper briefly described the basic principle of building structure design, based on building structure and category, from increasing section, additional pivot, shear adjustment, strong column and weak beam four aspects, discussed the design main points of building structure reinforcement, to ensure the safety of building structures.

housing construction, structural design, frame structure, shear wall

1009-6825(2016)32-0064-02

2016-09-04

姚海芳(1974- )，女，工程師

TU318

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