关于建筑结构设计方法及注意问题的探讨

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  摘要: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。本文分析了建筑结构设计方法,探讨了建筑结构设计要注意的问题。
  关键词:建筑;结构设计;方法;注意问题
  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、结构设计的基本方法
  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。
  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120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)。
  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。
  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。
  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。
  二、建筑结构设计要注意的问题
  1、基础设计问题
  “万丈高楼平地起”,基础对整个建筑来说很重要,基础结构设计包括基础埋深、基础选型、上部传力荷载形式等等。对于基础埋深问题在满足结构受力的情况下一般倾向于浅埋基础,考虑到地下水位的变动对建筑结构的浮力及冻土对结构的冻融破坏,因此在埋深这一块需要充分因地制宜全面考虑。现在很多结构设计人员都是采用电算程序计算出各种荷载效应的标准荷载和同一地基或者桩基承载力特征进行设计。风荷载及地震效应引起建筑边角竖向轴力较大,若将这种短期荷载和永久荷载等同对待,显然会导致边角竖向结构的基础过大,而未能增强中部竖向结构的基础,从而会导致地下基础结构部分的横向墙体产生裂纹。因此当风力荷载和重力荷载组合时,应适当的将承载力特征值提高到1.1到1.2倍,当重力荷载与地震作用组合时,可要求适当提高承载力特征值。
  桩基设计也须因地制宜,目前很多地区都有各地比较成熟的经验,在桩基设计过程中应依据当地的地区规范来设计。桩基和承台设计应该依据上部结构类型、荷载大小、桩穿越的土层、桩端持力层土类型、地下水位、施工条件和经验、当地材料供应情况等等因素综合考虑。
  对于甲级设计等级、建筑体型复杂、桩端以下存在软弱土层的乙级设计等级、沉降有严格要求及采用摩擦桩的桩基础必须进行沉降计算。对桩基承受比较大的永久水平作用或者对水平位移有特别要求时,必须进行水平验算。
  对于有地下室的高层建筑必须要综合考虑上部荷载、岩土压力以及地下水等不利因素,地下室外墙必须满足水压力、土压力以及地面其他荷载的侧压力作用的影响因素。外墙的水平和竖向的配筋率不得低于0.3%,钢筋间距应小于15cm。地下室外墙混凝土强度应该大于C25以上,必须考虑防水,设计成防水混凝土有利于结构自防水的实现。地下室防水问题确实值得大家重视。结构设计在一块防水等级尽量满足一定的系数,因为在很多施工过程中对于防水这一块不是很严格,因此也存在很多基础结构渗水的问题。
  2、钢筋混凝土结构梁柱抗震设计问题
  对于钢筋混凝土的抗震问题,我们在设计中通常是坚持强柱弱梁的原则,这是结合我们设计中能达到建筑物遇到小的地震时不被损坏,遇到中型地震后能够修复,遇到大的地震时整个建筑物不倒塌的目标而提出来的,并且一直以来我们设计人员也是这样坚持的。提出的所谓强柱弱梁主要是考虑到如果一个建筑物的梁坏了,只会导致建筑物局部受到损坏,但是如果柱子坏了,就会导致建筑物的整个受力结构发生变化,出现整体建筑坍塌的现象。但是,在实际操作过程中我们发现,建筑物的柱也不是越强越好,柱的轴压比也不能太高,如果轴压比过高,在大地震发生时将对建筑物的边柱产生最少30%以上的附加轴力,这对建筑物的安全问题是致命性的。因此,不是强柱弱梁就一定能够保证建筑物不倒塌。我们通常要注意以下几个方面(: 1)控制好建筑物的柱轴压比,保证这个比率在各种建筑物中不超过1%,并且要对重点部位的柱断面和配筋进行特别处理,对角柱和边柱要加强,通常要加密箍筋。(2)科学配置框架柱和小截面柱的钢筋,确保不小于Φ20,矩形的柱面我们要采用对称配筋的方法,增强稳定性。(3)巧妙设计梁配筋,对于梁的配筋来说我们应该加强梁中部的配筋,而支座部分的配筋可以根据情况适当降低,这样有利于形成梁铰机制,当地震发生时,因梁端的塑性铰作用而增加柱的实际承载能力。
  3、设置多道防线
  在进行房屋结构设计时,安全是第一位的,设置多道防线,形成多重安全保障是设计人员需要考虑的,一旦遭遇结构破坏,所有抵抗外力的结构构件都在“层层把关”、通力合作。比如说,在剪力墙设计中,设置多肢墙要比单片墙好,框架剪力墙要比纯框架好等,这些都体现了设置多道防线的设计思路。这对我们设计人员来讲应该形成一种设计习惯,在日常设计中,能够较为娴熟的进行运用,使设计的房子不仅坚固耐久,而且即使遭遇地震也不至于发生倒塌破坏,从而切实保障人民的生命财产安全。
  房屋建筑结构设计是个系统、全面的工作。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,加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究,以不断提高自身的结构设计水平,使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水準、更合理和更经济的结构形式。
  参考文献:
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