關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探究

高 沖

唐山銘嘉建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司

關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探究

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建筑工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到人們的生命安全。建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)繁重而又責(zé)任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和合理性。為了提高建筑質(zhì)量，消除隱患，本文指出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見問題，并進(jìn)行分析，提出解決措施，以避免或減少類似的情況發(fā)生，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于工程人員的疏漏或者其他方面的原因可能致使設(shè)計(jì)中出現(xiàn)一些問題，對(duì)建筑質(zhì)量產(chǎn)生一定程度上的影響。筆者對(duì)常見問題進(jìn)行簡要探討，希望對(duì)工程實(shí)際中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

1.嵌固端的設(shè)置問題

高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算之前必須首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取卻面臨著各種不同情況，設(shè)有地下室但其層數(shù)或多或少，且基礎(chǔ)形式不同等。根據(jù)以上情況正確選取其結(jié)構(gòu)嵌固端，是高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中的一個(gè)重要假定，它不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性，而且還影響結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的真實(shí)性，以及結(jié)構(gòu)局部的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師需要注意如下幾個(gè)方面：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題。

2.建筑結(jié)構(gòu)的共振及水平位移問題

當(dāng)建筑場(chǎng)地發(fā)生地震時(shí)，如果建筑物的自振周期和場(chǎng)地的特征周期接近，建筑物和場(chǎng)地就會(huì)發(fā)生共振。因此在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對(duì)預(yù)估的建筑場(chǎng)地特征周期，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的層數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)類別和結(jié)構(gòu)體系，擴(kuò)大建筑物的自振周期與建筑場(chǎng)地特征周期的差別，避免共振的發(fā)生。水平位移滿足建筑設(shè)計(jì)的要求，需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地震力的大小與結(jié)構(gòu)剛度直接相關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度小，結(jié)構(gòu)并不合理時(shí)，由于地震力小則結(jié)構(gòu)位移也小，位移在規(guī)范允許范圍內(nèi)，此時(shí)并不能認(rèn)為該結(jié)構(gòu)合理。同時(shí)，結(jié)構(gòu)周期長、地震力小并不安全；其次，位移曲線應(yīng)連續(xù)變化，除沿豎向發(fā)生剛度突變外，不應(yīng)有明顯的拐點(diǎn)或折點(diǎn)。

3.主梁有次梁處應(yīng)加附加筋

一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認(rèn)為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補(bǔ)上，象板上洞口附加筋。位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定?？偟脑瓌t，當(dāng)主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí)，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內(nèi)是一樣的，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對(duì)主梁截面、荷載較小時(shí)，也可滿足。

4.應(yīng)確保整體結(jié)構(gòu)的合理性

建筑整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。規(guī)范用于控制結(jié)構(gòu)整體性的主要指標(biāo)主要如下：

4.1周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。它的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說，周期比不是要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是要求結(jié)構(gòu)承載布局合理。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。

4.2位移比(層間位移比)是判斷結(jié)構(gòu)平面是否規(guī)則的重要指標(biāo)。規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定作出的。在位移比滿足要求后，再去掉對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。此外，對(duì)選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，應(yīng)正確選用。

4.3剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。它是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數(shù)。該值如果不滿足《高規(guī)》的下限要求，則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，應(yīng)當(dāng)足夠重視。

4.4剪重比是抗震設(shè)計(jì)中很重要的參數(shù)。由于地震長期作用下，地震影響系數(shù)下降較快，由此計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。因此，出于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最小值，該值如不滿足要求，則說明結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位，必須進(jìn)行調(diào)整。

5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的具體問題

5.1關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL布置時(shí)，不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長筋，較節(jié)約。此外，若箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角面積在整個(gè)基礎(chǔ)底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角；如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。

5.2關(guān)于梁、板的計(jì)算跨度：一般的手冊(cè)或教科書上所講的計(jì)算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁高比板厚大不了多少時(shí)，應(yīng)將計(jì)算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。

5.3縱筋搭接長度為若干倍鋼筋直徑d，一般情況下，當(dāng)大直徑鋼筋強(qiáng)度并未充分利用時(shí)，d取鋼筋直徑的較小值。否則應(yīng)取鋼筋直徑的較大值。如框架結(jié)構(gòu)頂層的柱子縱筋有時(shí)比下層大，d應(yīng)取較大的鋼筋直徑，甚至縱筋應(yīng)向下延伸一層。其實(shí)，兩根鋼筋放一起，用鐵絲捆一下，能起多大用，還消弱了鋼筋與混凝土的握裹力。所以，鋼筋如有可能盡量采用機(jī)械連接或焊接。

5.4柱子造價(jià)在框架結(jié)構(gòu)中是很小的，而在抗震時(shí)起的作用是決定性的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，考慮空間作用時(shí)，柱子縱筋加大至計(jì)算值的2.5倍左右才可保證塑性鉸不出現(xiàn)在柱子上?？刹话从?jì)算配筋，大幅度增加縱筋，同時(shí)增大箍筋。

6.結(jié)束語

建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)復(fù)雜繁重，設(shè)計(jì)人員借助使用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，可以極大地提高工作效率。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真學(xué)習(xí)規(guī)范，努力提高理論知識(shí)，依據(jù)工程的實(shí)際情況，結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，把握工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)計(jì)算結(jié)果作出正確的分析和判斷，采取相應(yīng)處理方法進(jìn)行必要的調(diào)整完善，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量、高品質(zhì)的工程。

[1]宿宗英，趙麗艷.在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何提高建筑的安全性[J].科技資訊.2010(7)

[2]石善民，韓素容.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及規(guī)范應(yīng)用中若干問題的探討[J].工程質(zhì)量.2010(3)