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摘 要:随着经济的发展人民生活水平的不断提高,同时,建筑业也得到了突飞猛进的发展,结构设计是整个建筑工程中十分重要的一个环结,它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。作为设计人员,要掌握结构设计的过程,保证设计结构的安全,还要善于总结工作中的经验。本文根据笔者的工作经验,对建筑进行结构设计时要注意的事项进行阐述。关键词:建筑结构设计;阶段;注意事项
构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。一、结构的设计过程的三个阶段
结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要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。结构计算阶段的内容为:首先,荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次,构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次,内力的计算,根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。最后,构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(比如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
二、进行结构设计时应注意的事项
(一)关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题1. 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。2. 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。
(二)关于箱、筏基础底板的挑板问题1. 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。2. 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,加挑板就可以采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。3. 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4. 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。(三)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,在应用广泛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。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。削峰是正常的,不削峰才有问题。
(四)关于纵筋搭接问题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,能起多大作用,还削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。
(五)关于柱子的问题
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。
(六)关于抗震缝的问题
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。
(七)關于回弹再压缩
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,如独立基础,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。如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分当作安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。以上几点是本人对建筑设计中应注意的几个问题的一些分析,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,善于反思和总结工作中的经验和教训。
构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。一、结构的设计过程的三个阶段
结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。方案阶段的内容为:根据建筑的重要性,建筑所在地的抗震设防烈度,工程地质勘查报告,建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式(例如,砖混结构,框架结构,框剪结构,剪力墙结构,筒体结构,混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式)。确定了结构的形式之后就要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。结构计算阶段的内容为:首先,荷载的计算。荷载包括外部荷载(例如,风荷载,雪荷载,施工荷载,地下水的荷载,地震荷载,人防荷载等等)和内部荷载(例如,结构的自重荷载,使用荷载,装修荷载等等)上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次,构件的试算。根据计算出的荷载值,构造措施要求,使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次,内力的计算,根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算,包括弯矩,剪力,扭矩,轴心压力及拉力等等。最后,构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制(比如,轴压比,剪跨比,跨高比,裂缝和挠度等等)来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
二、进行结构设计时应注意的事项
(一)关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题1. 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。2. 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。
(二)关于箱、筏基础底板的挑板问题1. 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。2. 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,加挑板就可以采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。3. 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4. 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。(三)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,在应用广泛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。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。削峰是正常的,不削峰才有问题。
(四)关于纵筋搭接问题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,能起多大作用,还削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。
(五)关于柱子的问题
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。
(六)关于抗震缝的问题
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。
(七)關于回弹再压缩
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,如独立基础,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。如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分当作安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。以上几点是本人对建筑设计中应注意的几个问题的一些分析,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,善于反思和总结工作中的经验和教训。