论文部分内容阅读
摘要：本文就建筑结构设计的一些要注意的问题进行分析，提出了设计的基本要求，然后着重结构的设计过程分析了设计方法，从而阐述了解决问题的对策，以完善建筑结构设计。关键词：建筑结构设计；问题；设计要求与方法
Abstract: In this paper analyzes some issues of structural design analysis, proposed the basic requirements of design, then focus on the design process of structure and analyzes the design method, which described the solutions to this problem, in order to improve the design of building structures.Key words: design of building structures; problems; design requirements and methods
中图分类号：TU20文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
0前言建筑结构是支撑和满足建筑空间环境及功能的力学体系，结构设计是一门历史悠久而古老的学科，并随着科学技术及新材料的发展而不断进步。但是，其最原始最基本的原理却一直保持着不变性，这些基本原理构成了结构设计最根本的理论依据，虽然它们并不一定直接地体现在工程师的图纸上，但是这些基本原理却始终指导和贯穿着结构设计全过程。一、建筑结构设计中常见的问题a.结构施工图错误。图纸图面质量问题较多,“错、漏、碰、缺”现象随处可见,设计交代不清,画法含糊。b.构造错误。结构设计中常见的构造错误有:采用后浇带代替伸缩缝设置,设置后浇带主要是减少施工期间混凝土收缩以及提高混凝土抵抗温度变化的能力,伸縮缝是为减少使用阶段温度变化对结构的影响,不能互相代替等等。c.设计荷载取错。经常出现荷载取值粗放、偏大,但经常忘记验算基础沉降、地下室水反力、裂缝宽度等特殊要求的设计项目验算。有的设计荷载不按规范取,缺乏依据;有的设计漏掉部分荷载。d.计算错误。夹层结构不作为结构曾参与结构整体计算,导致结构水平地震作用与实际不符;在框架中布置钢筋混凝土电梯井,不考虑电梯井作用而按纯框架结构计算,结构水平地震作用与实际不符,结构偏于不安全等等。由于计算模型或计算简化的错误,导致结构可靠性下降。e.设计方案不当。成熟的结构师在结构的方案阶段,应能迅速有效地对结构方案进行构思、比较和选择,能运用概念设计创造适用、经济、安全的完美结构。而目前计算机辅助设计的普遍采用,使得结构设计师对概念的理解越来越淡化,难以产生优秀方案。f.可施工性差。结构设计未考虑施工时可能出现的不利受力条件。结构设计主要是按照结构使用期间的受力情况,而施工过程中受自然气候、操作技术、施工方法等不利因素的影响,结构发生与使用时不一致的受力情况;结构设计采用容易造成施工偏差的结构做法。二、建筑结构设计的基本要求2.1结构的规则性。(1)不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案，应符合下列要求：a.应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；b.应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；c.对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。（2）高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求：a.结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；b.宜具有多道抗震防线。2.2规则结构的主要特征。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。规则结构一般指：体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。2.3规则平面布置需满足的要求。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均
2.4抗震设计简单平面位于地震区的高层建筑，水平地震作用的分布取决于质量分布。为使楼层水平地震作用沿平面分布均匀，避免引起结构的扭转振动，楼层平面更应尽可能采用图示的方形、矩形、圆形等简单平面。2.5不规划平面在一个城市中，由于城市规划对街景的要求，或者由于建筑场地形状的限制，高层建筑不可能千篇一律地采用方形、矩形等简单平面形状，有时需要采用L型、丁字形、三叉形或十字形等比较复杂的平面形状。不过，为了避免地震时发生较强烈的扭转振动以及水平地震作用沿平面的不均匀分布，对于图中所示的各种平面形状，应该控制凸出部分的厚度t与宽度b的比值。当t/b≤1.0和t/d≤0.3时，均可视为较规则的平面形状，地震区的高层建筑可以采用。当t/b＞1.0或t/d＞0.3时，均应划归不规则平面形状，用于地震区高层建筑时，就应该对结构进行精细的地震反应分析，以便取得各构件较确切的地震内力和变形。
2.6实践经验表明，不同的结构类型，不同的结构体系，各有其适用的最大高度。框架体系的抗侧力刚度和承载力较小，符合经济合理原则的房屋最大适用高度就较低。框-撑、框-墙和筒体等结构体系，抗侧力刚度和承载力逐级增大，它们所适用的最大房屋高度也就逐级增高。此外，钢材的强度和变形能力比混凝土高得多。所以，钢结构所适用的最大房屋高度要比混凝土-钢混合结构更高一些。2.7房屋高宽比是指房屋总高度与房屋底部顺风（地震）向宽度的比值。它的数值的大小直接影响到结构的抗推刚度、风振加速度和抗倾覆能力。一般来说，房屋的高宽比越大，则结构越柔，风或地震作用下的侧移、阵风引起的振动加速度就越大，结构的抗倾覆能力越低。所以，进行高层建
三、房屋体形建筑的平面形状与抗风设计①对称平面高层建筑的高度越大，所受到的风荷载也越大，为了控制结构侧移和风振加速度建筑平面应该尽量采用方形、矩形、圆形正六边形、正八边形和椭圆形等双轴对称的平面形状。楼层平面形状不对称，高层建筑在风荷载作用下就会发生扭转振动，为使大风作用下，高层建筑的摇晃不致住者感到不适，就必须控制结构的顺风向振动加速度和横风向振动加速度。②流线型平面合理地选择楼层平面形状，能够显著降低风对高层建筑的作用，取得较好的经济效果。高层建筑采用圆形、椭圆形等流线型平面，与采用矩形平面相比较，风载体型系数约可减小30%以上。③带切角的矩形平面正六边形、正八边形、Y形和十字形平面的风载体型系数，也都比矩形平面要小。不过，在实际工程中，高层建筑还是以采用矩形平面居多，从减小风载体型系数的角度出发，对矩形平面进行切角处理，也能取得一定的效果。此外，对于采用框筒和框筒束体系的高层建筑，进行切角处理，还可降低风荷载作用下角柱的峰值应力。 四、结语总之．随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。通过对建筑工程的结构进行优化设计处理，可以更好的实现建筑结构设计的整体优化，从而达到经济、科学及合理的设计要求
Abstract: In this paper analyzes some issues of structural design analysis, proposed the basic requirements of design, then focus on the design process of structure and analyzes the design method, which described the solutions to this problem, in order to improve the design of building structures.Key words: design of building structures; problems; design requirements and methods
中图分类号：TU20文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
0前言建筑结构是支撑和满足建筑空间环境及功能的力学体系，结构设计是一门历史悠久而古老的学科，并随着科学技术及新材料的发展而不断进步。但是，其最原始最基本的原理却一直保持着不变性，这些基本原理构成了结构设计最根本的理论依据，虽然它们并不一定直接地体现在工程师的图纸上，但是这些基本原理却始终指导和贯穿着结构设计全过程。一、建筑结构设计中常见的问题a.结构施工图错误。图纸图面质量问题较多,“错、漏、碰、缺”现象随处可见,设计交代不清,画法含糊。b.构造错误。结构设计中常见的构造错误有:采用后浇带代替伸缩缝设置,设置后浇带主要是减少施工期间混凝土收缩以及提高混凝土抵抗温度变化的能力,伸縮缝是为减少使用阶段温度变化对结构的影响,不能互相代替等等。c.设计荷载取错。经常出现荷载取值粗放、偏大,但经常忘记验算基础沉降、地下室水反力、裂缝宽度等特殊要求的设计项目验算。有的设计荷载不按规范取,缺乏依据;有的设计漏掉部分荷载。d.计算错误。夹层结构不作为结构曾参与结构整体计算,导致结构水平地震作用与实际不符;在框架中布置钢筋混凝土电梯井,不考虑电梯井作用而按纯框架结构计算,结构水平地震作用与实际不符,结构偏于不安全等等。由于计算模型或计算简化的错误,导致结构可靠性下降。e.设计方案不当。成熟的结构师在结构的方案阶段,应能迅速有效地对结构方案进行构思、比较和选择,能运用概念设计创造适用、经济、安全的完美结构。而目前计算机辅助设计的普遍采用,使得结构设计师对概念的理解越来越淡化,难以产生优秀方案。f.可施工性差。结构设计未考虑施工时可能出现的不利受力条件。结构设计主要是按照结构使用期间的受力情况,而施工过程中受自然气候、操作技术、施工方法等不利因素的影响,结构发生与使用时不一致的受力情况;结构设计采用容易造成施工偏差的结构做法。二、建筑结构设计的基本要求2.1结构的规则性。(1)不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案，应符合下列要求：a.应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；b.应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；c.对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。（2）高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求：a.结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位；b.宜具有多道抗震防线。2.2规则结构的主要特征。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。规则结构一般指：体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。2.3规则平面布置需满足的要求。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均
2.4抗震设计简单平面位于地震区的高层建筑，水平地震作用的分布取决于质量分布。为使楼层水平地震作用沿平面分布均匀，避免引起结构的扭转振动，楼层平面更应尽可能采用图示的方形、矩形、圆形等简单平面。2.5不规划平面在一个城市中，由于城市规划对街景的要求，或者由于建筑场地形状的限制，高层建筑不可能千篇一律地采用方形、矩形等简单平面形状，有时需要采用L型、丁字形、三叉形或十字形等比较复杂的平面形状。不过，为了避免地震时发生较强烈的扭转振动以及水平地震作用沿平面的不均匀分布，对于图中所示的各种平面形状，应该控制凸出部分的厚度t与宽度b的比值。当t/b≤1.0和t/d≤0.3时，均可视为较规则的平面形状，地震区的高层建筑可以采用。当t/b＞1.0或t/d＞0.3时，均应划归不规则平面形状，用于地震区高层建筑时，就应该对结构进行精细的地震反应分析，以便取得各构件较确切的地震内力和变形。
2.6实践经验表明，不同的结构类型，不同的结构体系，各有其适用的最大高度。框架体系的抗侧力刚度和承载力较小，符合经济合理原则的房屋最大适用高度就较低。框-撑、框-墙和筒体等结构体系，抗侧力刚度和承载力逐级增大，它们所适用的最大房屋高度也就逐级增高。此外，钢材的强度和变形能力比混凝土高得多。所以，钢结构所适用的最大房屋高度要比混凝土-钢混合结构更高一些。2.7房屋高宽比是指房屋总高度与房屋底部顺风（地震）向宽度的比值。它的数值的大小直接影响到结构的抗推刚度、风振加速度和抗倾覆能力。一般来说，房屋的高宽比越大，则结构越柔，风或地震作用下的侧移、阵风引起的振动加速度就越大，结构的抗倾覆能力越低。所以，进行高层建
三、房屋体形建筑的平面形状与抗风设计①对称平面高层建筑的高度越大，所受到的风荷载也越大，为了控制结构侧移和风振加速度建筑平面应该尽量采用方形、矩形、圆形正六边形、正八边形和椭圆形等双轴对称的平面形状。楼层平面形状不对称，高层建筑在风荷载作用下就会发生扭转振动，为使大风作用下，高层建筑的摇晃不致住者感到不适，就必须控制结构的顺风向振动加速度和横风向振动加速度。②流线型平面合理地选择楼层平面形状，能够显著降低风对高层建筑的作用，取得较好的经济效果。高层建筑采用圆形、椭圆形等流线型平面，与采用矩形平面相比较，风载体型系数约可减小30%以上。③带切角的矩形平面正六边形、正八边形、Y形和十字形平面的风载体型系数，也都比矩形平面要小。不过，在实际工程中，高层建筑还是以采用矩形平面居多，从减小风载体型系数的角度出发，对矩形平面进行切角处理，也能取得一定的效果。此外，对于采用框筒和框筒束体系的高层建筑，进行切角处理，还可降低风荷载作用下角柱的峰值应力。 四、结语总之．随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。通过对建筑工程的结构进行优化设计处理，可以更好的实现建筑结构设计的整体优化，从而达到经济、科学及合理的设计要求