现代建筑结构设计的探析

摘 要：随着时代的发展,人们对建筑物的质量和外观要求越来越高,这不断的把建筑推向越来越高的高度和更加华丽的外观.随着建筑高度的增加,务必会对建筑结构提出更多的要求来支持建筑本身,因此建筑结构设计中要考虑到各种因素,并运用成熟的、先进的设计技术,从而给建筑设计提供技术支持.文章结合了国内的某工程进行了结构设计的一系列阐述.

关 键 词：结构设计；设计要点；工程案例

引言

因为科技的发展导致建筑技术的进步,建筑工程面临着越来越高的要求.好的建筑结构设计的方案不但要经济性、可行性、合理性等特点,而且要有相当的理论技术作为基础.经济高速发展的几年,我国城市涌现出越来越多的高层和超高层建筑,随着数量的加大,一系列的设计弊端和问题在结构设计中也体现出来,设计人员必须在事件中不断的积累经验、总结经验,丰富自己的专业知识和设计创新,才会在未来的城市建筑结构设计中体现设计的核心价值.

一、现代建筑结构设计的要点分析

1.轴向变形是现代高层建筑在结构设计中须要考虑的设计要素.有些情况下可能会由于数值较大的竖向荷载,在柱中可能引起一定程度轴向变形,引起连续梁中间支座处的负弯矩值减小越来越明显,会产生影响预制构件下料的长度,设计人员要依据轴向变形的实际计算值,合理调整下料长度,而达到不影响连续梁弯矩的目的.

2.现代建筑结构设计中水平荷载是一项必须重视的因素,建筑结构设计的过程中,楼面使用荷载和建筑物的自重等竖向荷载,将在竖向构件中引起与建筑物高度一次方成正比例的一定数值的轴力与弯矩,而水平荷载对于建筑结构产生的倾覆力矩及其在竖构件中引起的轴力,则是与建筑物高度的二次方成正比,竖向荷载基本是定值,而地震作用、风荷载等水平荷载的数值则会随着建筑结构动力特性的不同,而会出现很大幅度的变化,在建筑结构设计过程中,这种情况经常出现,这是必须在设计工作中进行详细计算与周密分析的原因所在.

3.设计工作还有一项重要的控制指标――侧移,必须将水平荷载作用下的建筑结构侧移控制在一定的限度之内,侧移在高层建筑结构设计中已经成为重要的控制指标,特别是伴随着建筑物高度不断增加,建筑结构的侧移变形在相同水平荷载下增大显著,这是与与多层建筑完全不同的.

4.设计工作还有另一项重要指标―结构延性,相比较于小高层、多层建筑而言,层数较高的建筑结构会相对更加柔一些,在相同的地震作用下变形更大些.在结构设计中必须采取相应的工艺与技术措施,以保证建筑结构具有足够的延性,这都是为了保证高层建筑结构进入塑性变形阶段后,依然会具有非常合理的变形能力,避免建筑物倒塌或者发生其他的危险.

二、建筑结构设计工程案例

本论文以某高层住宅建筑工程项目为例,需要指出建筑结构设计的基本流程与注意事项如下：这个建筑工程项目位于某城市的市中心繁华的地段,地上20层,地下1层,建筑总高度78.3m,建筑总面积约25万m2.建筑结构的长宽比为3.8～7.4,高宽比为5.6～10.1.项目所在地地形平坦,表层土以人工填土为主,土层在垂直与水平方向有着稳定的分布,基础一般在第四纪沉积土层的以下部分.结构为二级安全等级,抗震设防重要性为丙类,基本风压0.45kN/m2,抗震设防烈度为9度.

1.主体结构设计

这个项目主体结构采用框架―剪力墙结构体系.其中框架的抗震等级为二级,剪力墙的抗震等级为一级.建筑物中部布置剪力墙,形成筒体,并且将其作为主要的抗侧力构件,在筒体周围结合建筑物的实际使用功能合理设置框架柱.地下室顶板作为结构嵌固端,其板厚设计为180mm,板配筋为双层双向形式满布.地上部分的楼层主次梁沿Y向布置,以利于减小主梁的高度,增加使用净高,层楼板厚为110mm.

2.基础设计

依据本工程所在地的地质勘察报告提供的地基承载力计算,确定本工程X向基础梁的尺寸为900×1800,Y向基础梁的尺寸为1000×2000或1800×2000.由于受到筒体内电梯基坑、集水井局部下沉的影响,设计采用梁板式筏形基础,筒体四周的板厚为1.5m,其他部位板厚为1.0m.局部可能主梁不能正常贯通,筒体部位的竖向荷载也相对较大.基础结构设计过程中,要特别重视各类技术资料与数据的收集和整理,计算采用弹性地基梁、板和有限元梁、板的设计软件,确保计算结果真实性与可靠性.

3.框支层设计

（1）框支墙结构设计

本工程结构设计中,为了有效改善混凝土的受压性能,增大结构延性,在设计中合理控制墙肢轴压比,其比值应控制在0.5以内.核心筒落地剪力墙的厚度为40cm,核心筒以外,建筑四角分别布置L型剪力墙,厚度为70-90cm.底部加强区域的剪力墙设计中,应按照相关规范与技术要求设置相应的约束边缘构件,其纵筋配筋率应控制在≥1.2%,体积配箍率则要控制在≥1.4%.同时,在本工程长厚比<5的短墙计算中,按照柱输入计算进行分析与比较.墙体水平与竖向分布筋不但要满足基本的计算要求,而且满足最小配筋率为0.3%的限值要求.

（2）框支柱设计

本工程框支柱的抗震等级为二级,框支柱的剪力设计中,设计值按照柱实配纵筋进行计算,还应控制剪压比在0.15以内,剪力设计值应乘以放大系数1.1.柱内纵向钢筋的配筋率应<1.2%,体积配箍率均<1.5%,使得柱具有较为理想的延性,以符合“强剪弱弯”的设计要求.轴压比的限值为0.6.框支柱主要截面为1300×1300和1300×2300等,设计中的相关计算结果表明,全部框支柱的受力情况较为理想,轴压比为0.41～0.52,所以,箱形转换层下的框支柱变形控制效果较为理想.

（3）箱形转换层楼板设计

本工程结构设计中,箱形转换层的箱体的上下层板厚均为25cm,总高度为245cm.结构设计中,采用专业的ANSYS有限元软件对箱体上下层板的内力进行分析与计算.在不同的荷载工况条件下,在箱形转换层楼板设计中,楼板裂缝≤0.2mm,双层双向通长配筋.箱体上层板的最大压应力控制在1.2MPa以内,箱体下层板的最大拉应力应控制在2.0MPa以内.

三、结语

由上述可以得出,对于设计中常见的效率与质量的问题要引起特别的重视,必须综合考虑各种影响因素在建筑结构设计工作中的影响与作用.应及时引入先进的设计理念和方法,从而使得建筑结构设计中更多的应用新工艺、新技术和新材料,从而达到有效提高建筑结构设计整体品质的目的,有利于项目建设工作的顺利进行.