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[摘 要]随着我国经济的发展和人口的增长建筑事业在国民经济中的命脉和基础产业地位愈加突出;建筑事业的地位决定了建筑基础设施重要性。因此,如何搞好建筑结构设计的管理,如何应对工程招投标中面临的挑战,确保工程质量,促进经济发展意义十分重要。
[关键词]建筑结构设计;概念设计;剪力墙设计;注意事项
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)36-0315-01
结构设计是建筑工程的重要组成部分,是建筑安全应用的基础。因此,设计人员要从一个个基本的构件算起,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其他专业来进行设计。结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。要在确定了结构的形式之后根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
一、建筑设计的类型及其基本内容
1、建筑结构的类型
根据建筑物的用途,可以分为工业建筑与民用建筑;根据建筑物的层数,可分为单层、多层、高层和超高层建筑;建筑物根据所使用的结构材料可分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等;建筑物根据其结构形式,可分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构和大路结构等。?
2、建筑结构设计的基本内容
(1)结构设计的程序。建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。
(2)建筑物结构设计的要求。为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,须遵循以下要求:计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算;结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。
二、建筑结构设计的具体分析
1、将概念设计应用于建筑结构设计中
概念设计是建筑设计非常重要的环节,这在于方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其把握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,要求工程师不断丰富自己的结构概念,深入了解各类结构的性能,并做到有意识、灵活地运用。
2、框支梁支放在剪力墙上的设计
当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时,应对底部进行认真的考虑,如果底部加强部位没有翼墙的要求,可以参考有关规定中对框支柱截面高度的限制要求,及框支梁钢筋水平段的锚固要求,先初步确定剪力墙的厚度;在大于框支梁宽度范围内的剪力墙中按照框支柱的要求设置暗柱,并按照严格的构造计算,确定配筋;还应对框支梁所受的集中荷载进行局部抗力验算。?
3、剪力墙的设计
因为柱、短肢剪力墙和一般剪力墙的所承载的特性不同,对剪力墙构造的要求也有较大差别。因构造标准的提高导致截面厚度的增大,使构件定义改变,这种情况下构件截面增大是整体性的,增大的幅度也是有限的,因此其受力特性不会有太大的变化,更不会对局部构件造成新的危害,原则上不必要提高原确定的结构抗震等级;增大截面后的墙肢应比原构件的承载能力提高;当因建筑功能需要而改变局部墙肢的截面尺寸,使其受力性能发生变化时,应给予加强。
4、从抗震要求出发,进行合理的结构设计
(1)对一般多层砌体住宅结构,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处;不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。?
(2)对钢筋砼多、高层结构住宅,力求做到框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接;结构布置应尽量采用规则结构,对复杂结构,可以设置防震缝。
三、建筑结构设计的注意事项
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,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。
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,较節约;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;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。
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,而在应用的宽扁梁中却是不适用的。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。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。
4、基坑开挖时,摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除
当基础较小,坑底受到很大约束,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束。
5、主梁有次梁处加附加筋
位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。
6、通常情况,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,作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁。
7、平面刚度
在建筑结构设计中,如缺乏基本结构观念或者结构布置措施不合理,采用楼板变形计算程序进行计算,虽然数学力学模型上是合理的,但很难确保楼板变形程度准确无误。为确保程序的计算结果能够反映出结构的真实受力情况,在设计中应尽量将楼层设计成为刚性的。
结束语
结构设计是个系统、全面的工作,不仅需要扎实的理论知识功底,更需要灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为一名设计人员,我们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,善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献
[1] 钱立彬,李勇.高层建筑结构设计的影响因素[J].黑龙江科技信息,2010,(1).
[2] 徐涛.对高层建筑结构设计的分析[J].建材技术与应用,2011,(3).
[3] 刘志伟,张晓新.建筑结构设计中需要注意的问题[J].科技创新与应用,2012,(12).
[4] 董晓明.建筑结构设计的原则及其问题研究[J].科技资讯.2010(23).
[关键词]建筑结构设计;概念设计;剪力墙设计;注意事项
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)36-0315-01
结构设计是建筑工程的重要组成部分,是建筑安全应用的基础。因此,设计人员要从一个个基本的构件算起,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其他专业来进行设计。结构设计的阶段大体可以分为三个阶段,结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。要在确定了结构的形式之后根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
一、建筑设计的类型及其基本内容
1、建筑结构的类型
根据建筑物的用途,可以分为工业建筑与民用建筑;根据建筑物的层数,可分为单层、多层、高层和超高层建筑;建筑物根据所使用的结构材料可分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等;建筑物根据其结构形式,可分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构和大路结构等。?
2、建筑结构设计的基本内容
(1)结构设计的程序。建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。
(2)建筑物结构设计的要求。为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,须遵循以下要求:计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算;结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。
二、建筑结构设计的具体分析
1、将概念设计应用于建筑结构设计中
概念设计是建筑设计非常重要的环节,这在于方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其把握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,要求工程师不断丰富自己的结构概念,深入了解各类结构的性能,并做到有意识、灵活地运用。
2、框支梁支放在剪力墙上的设计
当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时,应对底部进行认真的考虑,如果底部加强部位没有翼墙的要求,可以参考有关规定中对框支柱截面高度的限制要求,及框支梁钢筋水平段的锚固要求,先初步确定剪力墙的厚度;在大于框支梁宽度范围内的剪力墙中按照框支柱的要求设置暗柱,并按照严格的构造计算,确定配筋;还应对框支梁所受的集中荷载进行局部抗力验算。?
3、剪力墙的设计
因为柱、短肢剪力墙和一般剪力墙的所承载的特性不同,对剪力墙构造的要求也有较大差别。因构造标准的提高导致截面厚度的增大,使构件定义改变,这种情况下构件截面增大是整体性的,增大的幅度也是有限的,因此其受力特性不会有太大的变化,更不会对局部构件造成新的危害,原则上不必要提高原确定的结构抗震等级;增大截面后的墙肢应比原构件的承载能力提高;当因建筑功能需要而改变局部墙肢的截面尺寸,使其受力性能发生变化时,应给予加强。
4、从抗震要求出发,进行合理的结构设计
(1)对一般多层砌体住宅结构,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处;不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。?
(2)对钢筋砼多、高层结构住宅,力求做到框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接;结构布置应尽量采用规则结构,对复杂结构,可以设置防震缝。
三、建筑结构设计的注意事项
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,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。
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,较節约;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;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。
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,而在应用的宽扁梁中却是不适用的。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。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。
4、基坑开挖时,摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除
当基础较小,坑底受到很大约束,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束。
5、主梁有次梁处加附加筋
位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高,次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。
6、通常情况,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,作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁。
7、平面刚度
在建筑结构设计中,如缺乏基本结构观念或者结构布置措施不合理,采用楼板变形计算程序进行计算,虽然数学力学模型上是合理的,但很难确保楼板变形程度准确无误。为确保程序的计算结果能够反映出结构的真实受力情况,在设计中应尽量将楼层设计成为刚性的。
结束语
结构设计是个系统、全面的工作,不仅需要扎实的理论知识功底,更需要灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为一名设计人员,我们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,善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献
[1] 钱立彬,李勇.高层建筑结构设计的影响因素[J].黑龙江科技信息,2010,(1).
[2] 徐涛.对高层建筑结构设计的分析[J].建材技术与应用,2011,(3).
[3] 刘志伟,张晓新.建筑结构设计中需要注意的问题[J].科技创新与应用,2012,(12).
[4] 董晓明.建筑结构设计的原则及其问题研究[J].科技资讯.2010(23).