建筑結(jié)構(gòu)布局與運(yùn)用的幾點(diǎn)思考

王艾培（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，南京 210000）

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建筑結(jié)構(gòu)布局與運(yùn)用的幾點(diǎn)思考

王艾培
（南京國(guó)聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，南京 210000）

摘 要：隨著社會(huì)的高速發(fā)展各種新型材料新設(shè)計(jì)思潮的逐步取代更新，現(xiàn)代社會(huì)中對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)要求越來越嚴(yán)格，伴隨著這種變化，在建筑行業(yè)中也有一些新興的變化，如建筑物結(jié)構(gòu)體中也越來越多、越來越廣泛的出現(xiàn)超大、超長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，所以設(shè)計(jì)師在選用材料進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)除了要考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材料外，更加要注重設(shè)計(jì)布局的合理性、美觀性、安全性及耐用性。本文將就建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行一點(diǎn)淺薄的思考和分析。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)布局；結(jié)構(gòu)運(yùn)用

0　引言

結(jié)構(gòu)是建筑體的根本，沒有結(jié)構(gòu)的建筑是不存在的，結(jié)構(gòu)就像人體之骨骼，沒有骨骼的人是不能夠站立行走，而建筑體的結(jié)構(gòu)承擔(dān)著支撐建筑物荷載的重要作用。因此合理的建筑結(jié)構(gòu)布局除了能保證了建筑的力學(xué)平衡、穩(wěn)定的空間還能夠保證建筑體的強(qiáng)度、剛度和韌性。所以在現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)布局運(yùn)用當(dāng)中要充分考慮結(jié)構(gòu)體與空間、空間與結(jié)構(gòu)布局之間的潛移默化關(guān)系。

1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

建筑計(jì)劃是依據(jù)建筑設(shè)計(jì)來制定的，這就要求在建造之前先要將施工的每個(gè)環(huán)節(jié)、隱患的各類問題以文本方案的形式制定出來。建筑設(shè)計(jì)也是整個(gè)建筑工程各環(huán)節(jié)中各個(gè)部件協(xié)調(diào)配合運(yùn)行的依據(jù)，為工程提供詳細(xì)的施工方案。而建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的依據(jù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)建筑體的功能、形體藝術(shù)和目的要求等，為之提供與之相適應(yīng)的構(gòu)造解決方案。在設(shè)計(jì)中不僅要綜合考慮材料選用、施工方法及結(jié)構(gòu)部件的制造工藝，以滿足建筑物區(qū)域化功能要求，還要考慮整個(gè)建筑物的安全可靠性。隨著社會(huì)進(jìn)步，建筑專業(yè)化水準(zhǔn)也越來越高，建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也必將逐漸融合并發(fā)展的相互一直與協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)布局是保障整個(gè)建筑物安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、美觀的根本。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是在力學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行的，建筑設(shè)計(jì)是在形體美學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，一個(gè)完美的建筑既是完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善的建筑設(shè)計(jì)，又是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與建筑藝術(shù)美學(xué)的結(jié)合。所以現(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)布局中應(yīng)更多的思考結(jié)構(gòu)與形體的結(jié)合，材料與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)合，結(jié)構(gòu)布局與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的結(jié)合。

2　結(jié)構(gòu)布局幾點(diǎn)問題

在建筑結(jié)構(gòu)布局中需需重點(diǎn)考慮建筑結(jié)構(gòu)中存在的水平側(cè)向位移，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，不規(guī)則受力體等。建筑結(jié)構(gòu)體的非規(guī)則受力和特殊受力點(diǎn)都是影響建筑結(jié)構(gòu)布局的因素，在結(jié)構(gòu)布局上應(yīng)充分計(jì)算設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的受力畸變點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)和布局建筑結(jié)構(gòu)，也必然會(huì)將結(jié)構(gòu)體本身的作用發(fā)揮到極致。

（1）建筑結(jié)構(gòu)布局中的水平側(cè)向位移。建筑的水平側(cè)向位移效應(yīng)是目前為止較難準(zhǔn)確計(jì)算的受力效應(yīng)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能就算是達(dá)到了規(guī)定的結(jié)構(gòu)要求，不能完全表明結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)的合理性。建筑體的水平側(cè)向位移不僅要考慮建筑體受力大小、力量幅度周期和地質(zhì)地震等綜合因素。建筑的側(cè)向水平位移受到的影響包括抗震設(shè)計(jì)、地震強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。結(jié)構(gòu)剛度小的建筑結(jié)構(gòu)不合理時(shí)，地震力對(duì)建筑作用過小造成建筑結(jié)構(gòu)的位移范圍也小，導(dǎo)致的結(jié)果是建筑體水平側(cè)向位移在結(jié)構(gòu)容許的范圍內(nèi)，但此建筑結(jié)構(gòu)不能因此被認(rèn)為合理。在建筑結(jié)構(gòu)布局中合理的水平側(cè)向位移力的位移曲線應(yīng)該是連續(xù)變化的，有明確的拐點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)。剪力墻的結(jié)構(gòu)位移曲線應(yīng)是彎曲的，而框架結(jié)構(gòu)的位移曲線應(yīng)該是剪切的。高層建筑中結(jié)構(gòu)受水平力荷載，所以中、高層建筑體是以水平荷載為主要控制荷載，高層建筑結(jié)構(gòu)布局中要充分考慮抗震和抗風(fēng)的要求。高層建筑體選用結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸要滿足相應(yīng)材料構(gòu)件剛度和構(gòu)件布局效果要求。結(jié)構(gòu)布局中可預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)構(gòu)體所受的水平側(cè)向位移影響，作出合理解決方案降低其影響作用。

（2）建筑結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)體布局的重要中心包括建筑幾何形態(tài)中心、結(jié)構(gòu)體剛度中心和結(jié)構(gòu)構(gòu)件物理中心。因此在建筑設(shè)計(jì)布局要充分讓這三個(gè)中心集中于一點(diǎn)，達(dá)到三點(diǎn)合一。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)的過程中建筑體的三個(gè)重要中心點(diǎn)沒有合一或相互有偏差從而造成在水平荷載作用下出現(xiàn)受力不均勻的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。建筑體布局設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能的避免由于在水平荷載等外力作用在建筑體三點(diǎn)不一出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)從而發(fā)生損害的問題，合理設(shè)計(jì)布局，竭力使建筑物所受荷載作用力的三心合一，從而能夠避免扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（3）建筑結(jié)構(gòu)共振問題 。當(dāng)建筑體周圍有震源時(shí)，如果出現(xiàn)建筑的自振周期和場(chǎng)地的特征周期接近，就會(huì)造成建筑物和附近震源產(chǎn)生共振現(xiàn)象。因此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的特征周期評(píng)估，以此為依據(jù)來選擇適合的結(jié)構(gòu)類別和系統(tǒng)，并盡量增加自振周期和特征周期差異，避免出現(xiàn)共振現(xiàn)象。

3　建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)用

合理、有效的布局，通過了解各類建筑的特點(diǎn)，進(jìn)而能利用優(yōu)點(diǎn)來化解劣勢(shì)。在結(jié)構(gòu)布局中結(jié)合建筑體的區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)布局運(yùn)用，使之美觀、大方、經(jīng)濟(jì)。

（1）建筑暗梁。建筑結(jié)構(gòu)中暗梁結(jié)構(gòu)充當(dāng)樓面梁結(jié)構(gòu)是常用錯(cuò)誤運(yùn)用。其本身的剛度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此荷載不能準(zhǔn)確進(jìn)行傳遞，不能有效的進(jìn)行從樓面荷載到板到暗梁再到柱的傳遞，這樣必然會(huì)降低對(duì)板內(nèi)力的評(píng)估。結(jié)構(gòu)布局在集中力處沿著最短距離設(shè)置暗梁，只為暗梁結(jié)構(gòu)在受集中力作用時(shí)代替主梁的作用，讓暗梁來承受抗彎強(qiáng)度和裂縫的要求，而在剛度變化較大的結(jié)構(gòu)體中應(yīng)用梁。

（2）框架結(jié)構(gòu)。建筑體井筒因其特殊的構(gòu)造特點(diǎn)能夠吸收地震剪力，所以框架結(jié)構(gòu)所能承受的地震剪力的受力也會(huì)減小。因此應(yīng)盡量避免設(shè)置鋼筋砼樓電梯小井筒結(jié)構(gòu)或者降低井筒的壁厚，或者通過利用豎縫、結(jié)構(gòu)洞等方式將建筑結(jié)構(gòu)體的剛度削弱。建筑結(jié)構(gòu)體在復(fù)核時(shí)除了將框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算外，還應(yīng)該將帶井筒的框架結(jié)構(gòu)以及與井墻連接的柱子配筋進(jìn)行加強(qiáng)穩(wěn)固等進(jìn)行計(jì)算。在設(shè)計(jì)框架梁結(jié)構(gòu)時(shí)要注意樓宇頂樓層的電梯間與建筑體內(nèi)水箱等結(jié)構(gòu)物間的承重結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量避免使用砌體墻這種結(jié)構(gòu)。一些構(gòu)件如遮雨棚、天臺(tái)窗等樓層構(gòu)件不應(yīng)該從承重墻中挑出，而是從建筑體承重梁上設(shè)計(jì)挑出。

4　總結(jié)

在現(xiàn)代社會(huì)建筑設(shè)計(jì)中建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)日新月異，建筑體外型已由以前的常規(guī)建筑形態(tài)改變?yōu)樾滦吞厣ㄖY(jié)構(gòu)形體，相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的布局也由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)到了現(xiàn)在設(shè)計(jì)，建筑體的要求中除了基本功能要求外，還對(duì)建筑體的外型美觀時(shí)尚形體簡(jiǎn)約大方、應(yīng)用功能多樣等提出了更高的設(shè)計(jì)要求。因此建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)不僅要求考慮建筑本身的質(zhì)感、美感、實(shí)用性、適用性，在設(shè)計(jì)過程中的考慮也必將變得越來越嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、人文。在倡導(dǎo)以人為本、可持續(xù)發(fā)展的今天，建筑結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)過程中，要更加注重適合人類的、保護(hù)生態(tài)的、環(huán)保的、能夠可持續(xù)發(fā)展的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］林同炎.SD斯多臺(tái)斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999

［2］劉炳寅.高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的現(xiàn)實(shí)問題［J］.山西建筑，2009，（3）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.118