建筑结构设计

结构设计在建筑设计之中不仅“受制”于建筑设计,而且“反制”建筑设计.结构设计不能破坏建筑设计,建筑设计不能超出结构设计的能力范围.结构设计决定建筑设计能否实现,在这个意义上,结构设计显得更为重要.无论如何,设计一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计方案是结构设计人员的责任.根据我对建筑结构的理解,建筑结构设计可分为整体设计和部件设计两部分.

一、建筑结构设计的基本方法

1.1结构平面图

在绘制结构平面布置图时,有时是要输入结构软件进行建模.当建筑地处抗震设防烈度为6度区时,根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算的,但必须符合有关的抗震措施要求.当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时是必须要输入软件建模计算的.

1.2屋顶结构图

当建筑是坡屋面时,结构的处理方式有梁板式和折板式两种.梁板式适用于建筑平面不规整,跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面.折板式适用于相反的条件.两种形式的板均为偏心受拉构件.板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力.板厚基于构造需要一般不宜小于120厚.至于坡屋面板的平面画法,通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法,这样更便于施工人员正确理解图纸.设计的图纸方能让施工人员明白.由于屋面的起坡会造成阁楼层的部分墙体超高,要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度.

1.3大样详图

在建筑详图的准确无误的基础上,大样详图的绘制可以在建筑详图的基础上直接绘制,也可在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制.这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量的使结构受力合理和施工方便.在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致.

1.4楼梯

楼梯梯板要注意挠度的控制,首段梯板的基础应注意基础的沉降问题,必要时应设梯梁.梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一,梯梁要注意梁下净高要满足建筑的要求.局部不合适处可以采用折板楼梯.折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中.注意梁下的净空要求,并要注意梯板宽度的问题.

1.5基础

基础的配筋应满足最小配筋率的要求.要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求.条基交叉处的基底面积不可重复利用,应注意调整基础宽度.条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图.局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度.

二、结构设计的注意事项

2.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题：阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小,可砍成直角或斜角.如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不交,阳角不必加辐射筋.．

2.2关于梁、板的计算跨度

一般的手册或教科书上所讲的计算跨度,这些规定和概念仅适用于常规的结构设计,在应用日广的宽扁梁中是不合适的.梁板结构,简单点讲,可认为是在梁的中心线上有一刚性支座,取消梁的概念,将梁板统一认为是一变截面板.(借用台阶式独立基础变截面处的概念)柱子也可认为是超大截面梁,所以梁配筋时应取柱边弯距.削峰是正常的,不削峰才有问题.在扁梁结构中,梁高比板厚大不了多少时,应将计算长度取至梁中心,选梁中心处的弯距和梁厚,及梁边弯距和板厚配筋,取二者大值配筋.

2.3平面扭转不规则问题.如框架一剪力墙结构中,纵横剪力墙布置过分集中或仅布置在房屋的一端,使结构刚度中心严重偏离质量中心.有时甚至是结构整体计算的第一振型为扭转振型.最常见的一种情况就是平面凹凸不规则.

2.4当建筑大多数房间较小,而仅一两处房间较大时,如按大房间确定基础板厚会造成资源的浪费,会进一步影响成本,而按小房间确定则造成配筋相当困难,从而影响工期,延误进程.当承载力能满足要求时,可在大房间中部垫聚苯卸载,按小房间确定基础板厚.

2.5结构缝设置不合理,缝宽度不足对于超长建筑物,为减少温度变化对结构的不利影响,合理地设置伸缩缝是必要的,它有助于减轻温度对材料的抗性,提高其利用率.有些设计人员用后浇带代替伸缩缝,其实这种做法存在一定的问题.因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响,不能解决温度变化对其造成的影响.后浇带处的混凝土封闭后,若结构再受温度变化的影响,后浇带就不能再起任何作用了.

2.6一般情况下,悬挑梁宜做成等截面,尤其出挑长度较短时.与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,做成变截面不能有效减轻自重.变截面挑梁的箍筋,如果每个都不一样,就会加大施工难度.变截面梁的挠度也大于等截面梁.当然,外露的大挑梁,可适当变截面,使感官效果好些.

二、对于高层建筑结构设计的几个问题的探讨

1.高层建筑结构受力性能

对于—个建筑物的最初的方案设计,建筑师考虑更多的是它的宅间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构.建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的,由于建筑物是由—些大而重的构件所组成.因此结构必须能将它本身的重量传至地面,结构的荷载总是向下作用于地面的.而建筑设计的—个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基上的承载力之间的关系.所以,在建筑设计的方案阶段,就必须对主要的承重柱和承重墙的数量和分布作出总体设想.

2.高层建筑结构设计中的扭转问题

建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心．在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即一心合一.结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应.为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能地使建筑物做到三心合一.在水平荷载作用下.高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布.为使楼层水平力作用沿平面分布均匀.减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、正多边形等简单平面形式.在某些情况下.由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单平面形式,当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态.

结语

总之,结构设计是个系统、全面的工作,需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维以及严肃认真负责的工作态度.千里之行,始于足下.设计人员要加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究,以不断提高自身的结构设计水平,使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式.