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摘要:随着我国经济快速发展,建筑业也正在发生着广泛而深刻的变化,结构设计的优良,关系着建筑物的经济合理化、适用、美观、安全等众多方面。本文结合自己的实际工作主要阐述了建筑结构设计的原则以及结构设计的程序和要求,并对建筑结构设计中应注意的问题,提出了一些自己的看法和见解,以供学习参考。
关键词:建筑结构;设计;应注意问题
中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:
引言.近年来,我国建筑行业的发展甚猛,各类房屋建筑面积均有逐年上升趋势, 房屋建筑设计水平也在不断的提高,建筑结构是建筑物的基本组成部分,是建筑物赖以存在的物质基础。但由于各种因素影响,在实际的建筑结构的设计当中,依然存在着若干问题,对建筑结构质量造成了一定的影响(如工程人员的疏漏或者其他方面的原因致使设计中出现问题),这些问题无论大小都对建筑质量造成了一定的影响。
1建筑结构设计概述
建筑产品的适用、安全、耐久、经济、美观、便于施工等都是建筑结构设计的基本要素。成功的建筑结构设计师往往是这六个方面的最完美的结合。建筑结构设计的完美建筑产品就是在努力追求这六个方面的最佳结合的必然产物,这六个方面的施工也是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计但又“反制”于建筑设计,结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则,结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要。虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、耐久、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。
2建筑结构设计的类型和要求
(1)建筑结构的类型。
建筑结构是由各个构件组织而成。在房屋建筑中,组成结构的构件有柱、梁、板、屋架、墙和基础等。建筑结构设计中涉及的主要结构内容按照结构用料区分可包括混凝土结构、砌体结构、钢结构及木结构;按照结构体系区分可包括混合结构体系、框架结构体系、剪力墙体系、框架一剪力墙结构、筒体结构、桁架结构体系、网架结构、拱式结构、悬索结构、薄壁空间结构等其他形式的结构。
(2)建筑结构设计的要求。
建筑结构设计除了应该遵循经济、适用、安全、耐久、美观、施工方便等设计原则,还需要注意以下几个问题,以保证建筑结构设计的适用性,安全性,耐久性。
①计算内容。为了保证建筑结构具有一定的承载能力,需要进行必要的计算和验算,要求结构构件必须进行承载能力极限状态的验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。
②结构组合优化。倘若结构体系中存在多种结构形式混合在一起,必须经过结构分析分别计算得出每一种结构作用效果,找到彼此之间的最不利的结构组合,以及最优化组合,进而优化结构组合。
③抗震设计。地震按成因分为火山地震、塌陷地震和构造地震,房屋结构抗震主要是研究构造地震。在我国发生的绝大多数地震属于浅源构造地震。在强烈地震作用下,建筑物的破坏机理和過程十分复杂,对一个建筑物要进行精确的抗震计算是非常困难的;因此,在对建筑物进行抗震设防的设计时,根据以往地震灾害的经验和科学研究成果首先进行“概念设计”,进而对地震作用效果进行数值设计定量计算。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。
3.建筑结构设计常见的问题
3.1有关电气专业设计
建筑结构设计与电气专业设计的协调。电气专业的室内敷线,原则上应以导线在线槽或线管中沿墙及楼板暗设,这对于预制装配整体框架、框架一剪力墙结构是很困难的。因此,对于该类结构体系,穿梁的垂直管道要在预制梁制作时预留孔道,并且梁宽和墙厚应尽量一致,如不一致则要求墙的一侧与梁的侧面平齐,使穿梁管不露墙外。
3.2.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。
3.3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,较为节约;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;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,此问题也并不是绝对的,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。当地下水位较高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题;从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。
3.4钢筋混凝土承重结构体系选型、布置方面存在的问题。钢筋混凝土承重结构的合理布置应使结构尽可能“规则”,是抗震概念设计中十分重要的环节,这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。但我国很多钢筋混凝土承重结构布置不合理,体型不规则。由于引起结构不规则的因素太多,特别是对于复杂的建筑体型,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围。如钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程,仅规定了规则结构的准则,没有对规则与不规则作出定量的划分,也没有对不规则结构作出相应的设计规定。导致有些设计人员往往对结构规则性难以把握,有时甚至听任业主和建筑师的要求,从而在实际工程中出现了不少规则性错误。另外配筋构造也不合理或不符合有关规定,柱箍筋没有按规范要求采用焊接封闭式,对框支柱和框架柱,没有按抗震规范的要求对箍筋进行全高加密等。
3.5楼板设计中存在的问题。楼板是建筑工程中的主要承重构件之一,它将楼面,屋面的荷载传给其周围的梁或墙上,楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周,很容易出现设计质量问题。楼板设计中常见以下问题:
①设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足,简单地将双向板作为单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向仅按构造配筋,造成配筋严重不足,致使板出现裂缝。
②板承受线荷载时弯矩计算问题,在民用建筑中,常常在楼板上布置一些非承重隔墙,故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载除以板的总面积。
3.6抗震设计计算方面存在的问题。有抗震设防的建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载以外,还必须使结构具有良好的抗震性能,即实现小震不坏,中震可修,大震不倒的三水准设计。建筑结构是否具有抗震能力,是由承载力和变形能力两者共同决定的。钢筋混凝土是一种弹塑性材料,其结构具有塑性变形能力。当地震作用下结构达到屈服以后,利用结构塑性变形来吸收能量。增加结构的延性,不仅能减弱地震反应,而且提高了结构抗御强烈地震的能力。我们设计中所谓的强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件及强锚固,强结构底部等都是保证结构延性的具体手段。另外抗震设计的结构不能任意以强代弱,结构的承载力、刚度要适应在地震作用下的动力要求并应均匀连续分布。某一部分超强就可能造成结构的相对薄弱部位。因此,高层结构梁端、柱端及剪力墙的加强部位,受弯钢筋在满足承载力和抗震构造要求的条件下,应采取措施减少钢筋超配。
4.结束语
综上所述,我国建筑业迅速发展的今天,人们对建筑结构设计的要求也越来越高。建筑结构设计是一项系统的、全面的工作,且建筑工程表现为工程投资大、建设周期长,其工程设计质量不仅关系到工程的投资效益、使用要求,还直接关系到人民群众的生命财产安全。在设计中存在的问题是多种多样的,作为结构设计人员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。并在工作实践中要严格遵照设计规范、标准进行,加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究,通过加深对建筑结构设计内容与原则的认识,注意结构设计中常见的问题,可以有效地提高结构设计水平。
参考文献
[1]贾永萍.试论民用建筑结构设计.科技传播,2011,(1 6).
[2]董姝男.如何在设计中解决建筑结构的问题.科技与企业,2012,[3]王志新,晓翠.深基坑支护的设计与施工Ⅲ.山西建筑,2007(9).
[4]冯勇,薛强,侍克斌.复杂环境下卵石和基石岩地基的深基坑支护设计与施工[J]建筑科学,2008(3).
关键词:建筑结构;设计;应注意问题
中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:
引言.近年来,我国建筑行业的发展甚猛,各类房屋建筑面积均有逐年上升趋势, 房屋建筑设计水平也在不断的提高,建筑结构是建筑物的基本组成部分,是建筑物赖以存在的物质基础。但由于各种因素影响,在实际的建筑结构的设计当中,依然存在着若干问题,对建筑结构质量造成了一定的影响(如工程人员的疏漏或者其他方面的原因致使设计中出现问题),这些问题无论大小都对建筑质量造成了一定的影响。
1建筑结构设计概述
建筑产品的适用、安全、耐久、经济、美观、便于施工等都是建筑结构设计的基本要素。成功的建筑结构设计师往往是这六个方面的最完美的结合。建筑结构设计的完美建筑产品就是在努力追求这六个方面的最佳结合的必然产物,这六个方面的施工也是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计但又“反制”于建筑设计,结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则,结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要。虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、耐久、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。
2建筑结构设计的类型和要求
(1)建筑结构的类型。
建筑结构是由各个构件组织而成。在房屋建筑中,组成结构的构件有柱、梁、板、屋架、墙和基础等。建筑结构设计中涉及的主要结构内容按照结构用料区分可包括混凝土结构、砌体结构、钢结构及木结构;按照结构体系区分可包括混合结构体系、框架结构体系、剪力墙体系、框架一剪力墙结构、筒体结构、桁架结构体系、网架结构、拱式结构、悬索结构、薄壁空间结构等其他形式的结构。
(2)建筑结构设计的要求。
建筑结构设计除了应该遵循经济、适用、安全、耐久、美观、施工方便等设计原则,还需要注意以下几个问题,以保证建筑结构设计的适用性,安全性,耐久性。
①计算内容。为了保证建筑结构具有一定的承载能力,需要进行必要的计算和验算,要求结构构件必须进行承载能力极限状态的验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。
②结构组合优化。倘若结构体系中存在多种结构形式混合在一起,必须经过结构分析分别计算得出每一种结构作用效果,找到彼此之间的最不利的结构组合,以及最优化组合,进而优化结构组合。
③抗震设计。地震按成因分为火山地震、塌陷地震和构造地震,房屋结构抗震主要是研究构造地震。在我国发生的绝大多数地震属于浅源构造地震。在强烈地震作用下,建筑物的破坏机理和過程十分复杂,对一个建筑物要进行精确的抗震计算是非常困难的;因此,在对建筑物进行抗震设防的设计时,根据以往地震灾害的经验和科学研究成果首先进行“概念设计”,进而对地震作用效果进行数值设计定量计算。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。
3.建筑结构设计常见的问题
3.1有关电气专业设计
建筑结构设计与电气专业设计的协调。电气专业的室内敷线,原则上应以导线在线槽或线管中沿墙及楼板暗设,这对于预制装配整体框架、框架一剪力墙结构是很困难的。因此,对于该类结构体系,穿梁的垂直管道要在预制梁制作时预留孔道,并且梁宽和墙厚应尽量一致,如不一致则要求墙的一侧与梁的侧面平齐,使穿梁管不露墙外。
3.2.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。
3.3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,较为节约;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;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,此问题也并不是绝对的,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。当地下水位较高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题;从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。
3.4钢筋混凝土承重结构体系选型、布置方面存在的问题。钢筋混凝土承重结构的合理布置应使结构尽可能“规则”,是抗震概念设计中十分重要的环节,这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。但我国很多钢筋混凝土承重结构布置不合理,体型不规则。由于引起结构不规则的因素太多,特别是对于复杂的建筑体型,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围。如钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程,仅规定了规则结构的准则,没有对规则与不规则作出定量的划分,也没有对不规则结构作出相应的设计规定。导致有些设计人员往往对结构规则性难以把握,有时甚至听任业主和建筑师的要求,从而在实际工程中出现了不少规则性错误。另外配筋构造也不合理或不符合有关规定,柱箍筋没有按规范要求采用焊接封闭式,对框支柱和框架柱,没有按抗震规范的要求对箍筋进行全高加密等。
3.5楼板设计中存在的问题。楼板是建筑工程中的主要承重构件之一,它将楼面,屋面的荷载传给其周围的梁或墙上,楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周,很容易出现设计质量问题。楼板设计中常见以下问题:
①设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足,简单地将双向板作为单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向仅按构造配筋,造成配筋严重不足,致使板出现裂缝。
②板承受线荷载时弯矩计算问题,在民用建筑中,常常在楼板上布置一些非承重隔墙,故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载除以板的总面积。
3.6抗震设计计算方面存在的问题。有抗震设防的建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载以外,还必须使结构具有良好的抗震性能,即实现小震不坏,中震可修,大震不倒的三水准设计。建筑结构是否具有抗震能力,是由承载力和变形能力两者共同决定的。钢筋混凝土是一种弹塑性材料,其结构具有塑性变形能力。当地震作用下结构达到屈服以后,利用结构塑性变形来吸收能量。增加结构的延性,不仅能减弱地震反应,而且提高了结构抗御强烈地震的能力。我们设计中所谓的强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件及强锚固,强结构底部等都是保证结构延性的具体手段。另外抗震设计的结构不能任意以强代弱,结构的承载力、刚度要适应在地震作用下的动力要求并应均匀连续分布。某一部分超强就可能造成结构的相对薄弱部位。因此,高层结构梁端、柱端及剪力墙的加强部位,受弯钢筋在满足承载力和抗震构造要求的条件下,应采取措施减少钢筋超配。
4.结束语
综上所述,我国建筑业迅速发展的今天,人们对建筑结构设计的要求也越来越高。建筑结构设计是一项系统的、全面的工作,且建筑工程表现为工程投资大、建设周期长,其工程设计质量不仅关系到工程的投资效益、使用要求,还直接关系到人民群众的生命财产安全。在设计中存在的问题是多种多样的,作为结构设计人员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。并在工作实践中要严格遵照设计规范、标准进行,加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究,通过加深对建筑结构设计内容与原则的认识,注意结构设计中常见的问题,可以有效地提高结构设计水平。
参考文献
[1]贾永萍.试论民用建筑结构设计.科技传播,2011,(1 6).
[2]董姝男.如何在设计中解决建筑结构的问题.科技与企业,2012,[3]王志新,晓翠.深基坑支护的设计与施工Ⅲ.山西建筑,2007(9).
[4]冯勇,薛强,侍克斌.复杂环境下卵石和基石岩地基的深基坑支护设计与施工[J]建筑科学,2008(3).