述当代建筑结构设计

摘 要：本文作者结合多年工作经验对当代建筑结构设计存在的问题；建筑结构设计的重点以及建筑结构的特点进行简述,望能给广大同行在理论和实际应用上提供一些参考.

关 键 词：建筑结构；结构设计；当代建筑

在城市建筑中,高层建筑的数量日益增多,为迎合人们对建筑产品的质量和功能要求.结构设计方面呈现多元化的特征.本文将从容积率、消防和抗震三方面的结构设计进行分析,确定三方面的基本内容,并结合施工设计的实践经验,提出相应的结构设计改善方案,以确保高层建筑在结构方面具有更高的质量、更完善的功能和更安全的能力.

一、高层建筑结构设计存在的问题

根据高层建筑的特点以及相关的建筑设计实践,笔者认为容积率、抗震和消防三方面是结构设计方面最值得探讨的内容,因为这方面直接涉及到项目的经济利益、项目业主住户的住宅安全等方面：①合理容积率的确定,关系到建筑物未来业主入住时的舒适程度.项目的占地面积一般是固定不变的,而通过层数、栋距改变建筑面积,可以让容积率也随着改变.层数的增加、栋距的减少,容积率将会得到提高,开发商的经济效益也会提高,但业主住起来的舒适程度将会大幅度降低；反之容积率的减少,业主住起来的舒适程度会得到提高,但会削弱开发商的经济效益.由此可见,层高和栋距作为一个结构设计时的可变因素,要在结合开发商和业主两方面因素进行综合考虑②消防结构设计方面,高层建筑的规模大、结构复杂、可燃物也比较多,发生火灾的概率往往大于普通的建筑物,而且火灾一旦发生,由于高温对流作用以及高空风大的特点,火势的蔓延速度快.高层建筑的层数多,垂直疏散距离长,从高层到下层的疏散,往往需要较长的时间,加上疏散通道宽度受到限制,容易产生疏散困难的问题.⑨高层建筑在抗震结构设计方面,是一个薄弱的环节,由于高层建筑的复杂性以及地震发生时震动的不确定性,以及建筑设计人员对地震的破坏性的理解处于模糊概念状态,致使抗震分析的准确度不高,笔者认为高层建筑的抗震结构设计要根据地震灾害的特点进行总体规划布置以及局部构造设计,进行灵活变动,以确保高层建筑的耐久性以及建筑使用者的生命财产安全.

二、建筑结构设计的重点

①延性耗能.在建筑结构的整体设计上要注意加强薄弱环节,尽量做到等强度.同时,应使建筑结构在一个恰当的部位能消耗大量的能量,在具体设计中即为各式各样的梁,如框架梁、联肢墙的连肢梁等.结构延性一般用延性系数表示,它表示的是结构极限变形（位移、转角、曲率）与屈服变形的比值,也可以分别用位移延性系数,转角延性系数等来表示,该比值越大,结构的延性越好在设计上为提高钢筋混凝土梁的延性,一般采取以下措施：（1）首先应选取合适的梁截面尺寸,以获得合适的配筋率,避免梁受拉筋过多或出现超筋.因此,对地震区梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率.（2）梁上部（跨中）和下部（端部）配置适量的受压筋.（3）提高梁混凝土强度等级,采用中低级钢筋对延性有利.（4）T形梁比矩形梁延性好.（5）注意加密箍筋.地震区钢筋混凝土梁的位移延性系数一般要求不得低于4.

②多道防线设计.现在有一种新的抗震概念：当建筑结构受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时,一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形,来耗散地震输入能量；另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作,使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系,实现结构周期的变化,以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应.这种通过对结构动力特性的适当控制,来减轻建筑物的破坏程度,是对付高烈度地震的一种经济有效的方法.

③妥善处理非结构部件.非结构部件一般是指在通常结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件,如内隔墙,框架填充墙,建筑处围墙板,楼梯等.实际上,在地震作用下,高层建筑中的这些部件或多或少地参与工作,从而改变了整个结构或局部构件的刚度,承载力和传力路线.造成未曾估计到的局部震害.在钢筋混凝土框架体系的高层建筑中,这些影响最为普遍.（1）砌体填充墙的抗震作用：①使结构刚度增大,自振周期缩短,水平地震力增大30%’50%.⑦改变了结构的地震剪力分布状况.③砌体填充墙具有较大的抗推刚度,限制了框架的变形,从而减小了整个结构的地震侧移幅值.（2）柱端震害,在地震中,角柱上端被嵌砌于框架问的砖墙顶断.这是典型的柱端震害.在框架体系设计中必须考虑,并采取恰当的预防措施.（3）形成短柱破坏.采用钢筋混凝土框架的高层建筑,就框架柱的受力状况和破坏形态而言,一般情况下属于长柱.由于窗裙墙对框架柱的刚性约束,减短了柱的有效长度,使它变成了短柱,承担的地震力大增,发生剪切破坏因此,采用贴砌围护方案或墙、柱柔性连接方案都是防止短柱破坏的有效手段.否则沿柱的全高,柱身箍筋的配置均应符合短柱的规定.这一点,在施工图中,应当说明清楚.

三、建筑结构设计特点

3.1轴向变形不容忽视

建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起交大的轴向变形,从而对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果.

3.2水平荷载成为决定因素

①因为楼房自重和楼面使用荷载在构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比：而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与连接区方高度的两次方成正比；②对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化.

3.3结构延性是重要设计指标

为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性.

3.4结构延性是重要的设计指标.

相对于较低的楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些.为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,尤其需要在构造上采取恰当的措施,以保证结构具有足够的廷陆.

四、建筑工程结构设计中提高建筑安全性的措施

加强工程结构设计安全性的管理要想保证建筑工程的质量,就必须要聘用好的设计单位,只有资质深的工程设计单位才能够设计出安全的建筑工程,因此,建筑工程结构设计相关单位一定要具备级别高的资质,而且要具备非常强大的实力,同时还要有先进的内部管理.这样的设计单位在设计理论比较扎实,设备齐全,同时设计工作者的知识丰富,具备非常高的素质,因此,设计出的工程结构更安全,让人放心.

结束语

综上所述,在建筑结构设计中保证建筑的安全性是当前所有建筑设计人员必须谨记的基本设计原则,并且需要在此基础上不断研发和改进设计技术,以进一步提高建筑的安全性能,使人们能够放心的进行社会活动,而不需担忧建筑安全事故的发生.此外,建筑施工的监督管理对于建筑安全性的保证也起到很大的作用,这也是需要在建筑结构设计方案中需要明确的问题,只有不断加强建筑结构设计方法的研究,提高结构设计的安全性,才能促使我国的建筑业得到更大的发展与进步.