建筑结构设计方法探讨

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  摘要:本文作者介绍了建筑结构设计的基本方法,同时提出了应注意的一些问题。
  关键词:建筑;结构设计方法;探讨
  中图分类号:TU984 文献标识码:A 文章编号:
  
  建筑结构设计是个系统的,全面的工作。需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行始于足下,设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计。在工作中应事无巨细,应善于反思和总结工作中的经验和教训。
  1 建筑结构设计的基本方法
  建筑结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师所要表达的东西。建筑结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系。
  1.1 结构平面图
  在绘制结构平面布置图前有个问题需要说明一下。就是要不要输入结构软件进行建模的问题。当建筑地处抗震设防烈度为6度区时(建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外),根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算但应符合有关的抗震措施要求。那么对于砌体结构来讲如果时间不是很充足的话应该可以不用在软件中建模的,直接设计即可,但要注意受压和局部受压的问题。必要时进行人工复核。对于局部受压的防御措施是要按规定对梁下设梁垫以及设置构造柱等措施。如果时间不是很紧张的话建议还是输入建模较好,有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算。另外当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时我的观点是必须要输入软件建模计算的,绘制结构平面图时如果没有建模的话就可以直接在建筑的条件图上来绘制结构图了,这一步必不可少的是删除建筑图中对结构来讲没有用的部分,简单快捷的方法是利用软件的图层功能,直接冻结相关的层。然后再建立新的结构图层:圈梁层,构造柱层,梁层,文字层,板钢筋层等等。这样做的目的是提高绘图效率,方便在不同结构平面图间的拷贝移动和删除。
  1.2 屋顶(面)结构图
  当建筑是坡屋面时,结构的处理方式有两种:梁板式及折板式。梁板式适用于建筑平面不规整,板跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。反之,则适用折板式。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120mm厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法,建议采用剖面示意图加大样详图的表示方法(实践证明此方法便于施工人员正确理解图纸)。
  1.3 大样详图
  大样详图的绘制可以在建筑详图的基础上直接绘制,前提是建筑详图的准确无误。也可以在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。要注意的是在保持建筑外形的前提下尽量的使结构受力和理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。需要提醒的是建筑标高和结构标高的关系要搞清楚。该减的减,不该减的就不要减。
  1.4 楼梯
  楼梯梯板要注意挠度的控制,梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求,梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。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。阁楼层处的楼梯由于有分户墙的存在要设置抬墙梁。注意梁下的净空要求,并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题,必要时应设梯梁。
  1.5 基础
  基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。(通常情况下可采用C25)基础的配筋应满足最小配筋率的要求(施工图审查中心重点审查部位)。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。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。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度(因软件计算的是墙下的平均轴力)。基础图中的构造柱,当定位不明确时应给与准确定位。
  2 建筑结构设计的基本过程
  建筑工程的结构设计可以分为:结构方案、结构计算、施工图设计这三个部分
  2.1 结构计算
  建筑工程的计算荷载有:外部荷载和内部荷载,它们的计算要依照荷载规范的规定及要求使用不同的组合值系数及永久值系数等进行不同工况下的组合计算;对于构件的试算,要依照计算出的荷载值、构造措施的要求、使用要求和各种计算手册上的试算方法来对构件的截面进行初步的确定。
  2.2 设计方案
  根据工程地质报告、建筑场地类别、建筑物高度和层数、建筑物的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度等情况对建筑的结构形式进行确定。在确定了建筑结构的形式之后,要依据不同结构形式的特点及要求来对建筑结构的受力构件和承重体系进行布置。
  2.3 施工图设计
  对于建筑工程内力的计算要依照已经确定的构件截面及荷载值来进行计算,它包括:拉力、弯矩、轴心压力、扭矩、剪力等。根据最后计算出的结构内力和规范对构件的要求及限制,对结构试算的构件是否满足规范的要求进行复核。若不满足,则要调整构件的截面或者布置,直到满足要求为止。
  3 建筑结构设计应注意的问题
  3.1 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,可以砍了。可砍成直角或斜角;如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋;
  3.2 关于箱、筏基础底板的挑板问题从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较节约。
  出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。能降低整体沉降,当荷载偏心时,在特定部位设挑板,还可调整沉降差和整体倾斜。窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能与内部墙体连通时,可灵活考虑。
  3.3 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,如净跨的1.1倍等,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,简单地讲,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。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。(借用臺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。
  3.4 纵筋搭接长度为若干倍钢筋直径d,一般情况下,d取钢筋直径的较小值,这是有个前提,即大直径钢筋强度并未充分利用。否则应取钢筋直径的较大值。如框架结构顶层的柱子纵筋有时比下层大,d应取较大的钢筋直径,甚至纵筋应向下延伸一层。其实,两根钢筋放一起,用铁丝捆一下,能起多大用,还消弱了钢筋与混凝土的握裹力。所以,钢筋如有可能尽量采用机械连接或焊接。
  3.5 柱子造价在框架结构中是很小的,而在抗震时起的作用是决定性的。经实验,考虑空间作用时,柱子纵筋加大至计算值的2.5倍左右才可保证塑性铰不出现在柱子上。可不按计算配筋,大幅度增加纵筋,同时增大箍筋。
  3.6 抗震缝应加大,经统计,按规范要求设的防震缝在地震时有40%发生了碰撞。故应增大抗震缝间距。
  结构设计是个系统的,全面的工作。需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行始于足下,设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计。在工作中应事无巨细,应善于反思和总结工作中的经验和教训。
  参考文献:
  [1] 倪荣荣.高层建筑结构设计若干问题探讨.2011,(23).
  [2] 郑军红.论高层民用建筑结构设计问题的研究.2012,(24).
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