建筑工程结构设计再探析

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  【摘 要】建筑的结构设计是一项非常复杂的工作,它不仅需要有扎实的理论基础,还要具备严谨的工作态度以及灵活的创新思维,除此之外,要熟练掌握结构设计的过程,确保结构设计的完美,还要善于汲取实际操作中的经验教训。本文对建筑工程结构设计的现状、存在问题、解决方法与发展进行了分析与阐述。
  【关键词】建筑工程 结构设计 问题 解决方法 发展
  中图分类号:TD353.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)35-143-01
  随着社会的发展进步,各个行业都普遍认识到建筑行业的重要性并且积极地投入到建筑领域的建设事业中。安全是建筑工程最基本的任务,建筑工程是否合格、能否投入使用在建筑行业是非常重要的,一旦出现问题后果不堪设想。建筑的安全性在很大程度上取决于建筑的结构是否牢固,也就是要求建筑工程的结构设计必须合乎规范,才能是建筑实现安全化。建筑工程设计的关键在于建筑的结构设计,结构设计的科学合理可以加强建筑工程的使用性能。建筑工程的结构设计要尽可能做到经济、适用、可靠,使建筑工程在结构上可以满足各种预定的功能要求。在工程的结构设计中常常会出现一些问题,影响到工程结构设计的合理性, 在城市化进程中,平房变楼房,楼房变高房,不断拆、不断建,一个招牌砸下来可以砸到很多人,建筑工程的结构设计在建筑行业中是非常受重视的。一个建筑企业要想拥有强大的市场竞争力就必须在结构设计上进行优化改革和创新,结构设计的稳定性关系到一个国家的稳定和人民的生命安全,决不能任其自由发展。建筑工程的结构设计一旦出错,哪怕是一点点的疏忽就可能会造成难以想象的灾难,就会给这个社会带来巨大的危害。
  一、建筑结构设计的基本过程
  建筑的结构就是指在建筑物内部,有建筑材料制成的用来承受各种荷载或者作用,起到骨架作用的空间受力体系。建筑结构设计由于所用的建材各不相同,可以分为:组合结构设计、混凝土结构设计、砌体结构设计、钢结构设计等。建筑工程的结构设计可以分为:结构方案、结构计算、施工图设计这三个部分。
  1 . 结构计算
  建筑工程的计算荷载有:外部荷载和内部荷载,它们的计算要依照荷载规范的规定及要求使用不同的组合值系数及永久值系数等进行不同工况下的组合计算;对于构件的试算,要依照计算出的荷载值、构造措施的要求、使用要求和各种计算手册上的试算方法来对构件的截面进行初步的确定。
  2 . 设计方案
  根据工程地质报告、建筑场地类别、建筑物高度和层数、建筑物的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度等情况对建筑的结构形式进行确定。在确定了建筑结构的形式之后,要依据不同结构形式的特点及要求来对建筑结构的受力构件和承重体系进行布置。
  3 . 施工图设计
  对于建筑工程内力的计算要依照已经确定的构件截面及荷载值来进行计算,它包括:拉力、弯矩、轴心压力、扭矩、剪力等。根据最后计算出的结构内力和规范对构件的要求及限制,对结构试算的构件是否满足规范的要求进行复核。若不满足,则要调整构件的截面或者布置,直到满足要求为止。
  二、建筑工程结构设计的现状
  1.对设计软件的过度依赖
  作为建筑设计专业技术人员不能把那些设计软件奉为权威来使用,那些软件的程序设计是固定的,而实际情况却是时刻在发生变化的,所以很多不定因素是那些设计软件所不能预料的。在这种情况下如果设计人员还是一味地依赖于设计软件就会严重影响工程设计的准确性和精确性。而且对电脑的过分依赖还会导致设计人员不顾及理论知识,不考虑软件给出的结果是否合乎规范就上报,这对于建筑工程来说是非常危险的。
  2.忽视设计人员的资质
  企业为了实现利益最大化的目标,会把一些重要的任务交给那些没有工作经验的应届毕业生或者是一些资质不够的设计人员,他们通常会认为他们可以在电脑的辅助作用下工作都变得很容易,他们能够轻松的解决问题,当然这是非常错误的举动和想法。电脑再普及、再精细,也是需要工作人员来设计的。如果设计人员的经验不足、资质不够、基本知识掌握得不扎实,是很容易出现疏漏的。而且市场上的电脑软件的质量良莠不齐,设计人员若在这方面没有一定的经验是很难做到合理利用电脑软件的,有一些不定因素都是在时刻变化着的,所以再精良的设计软件和实际的现实情况都是存在一定的误差的,设计人员必须有能力减小这些误差,而且设计人员的态度必须端正,要对自己负责设计的结构设计高度重视,确保无误,建筑的结构安全直接关系到人们的生命财产安全,马虎不得。
  三、建筑结构设计中常见的问题
  1 . 现浇砼楼板的干缩开裂和支座负钢筋倒伏的问题
  (1)干缩开裂问题。在进行混凝土楼板浇筑时,浇筑完混凝土后,会在短时间内出现楼面出现龟裂的现象,尤其在温差较大的季节或地区这种现象非常明显,而且这种现象多发于住宅楼,公用建筑和商用楼较为少见。这种龟裂多是由于混凝土的水灰比过大造成的,它降低了建筑结构的刚度,增大了结构的挠度,使整个结构的安全性和耐久性都明显的降低。出现这种情况的原因是:由于现在的工程大多使用商品砼,混凝土是由预拌厂直接负责提供的,泵送混凝土要求混凝土的和易性要好,流动性要高具有较大的坍落度,商品砼为了达到这种效果就会加大水的配比,使混凝土的水灰比过大,严重的影响了混凝土的质量。
  (2)支座负钢筋倒伏的问题。当进行完楼板上的钢筋绑扎后,隐蔽验收后才可以进行混凝土的浇捣工作,但是在实际施工中,由于没有注意保护好一家好的支座负钢筋,使得钢筋的倒伏随处可见。刚进的倒伏会造成支座负弯矩没有足够的钢筋来支撑,引起支座板面出现裂缝,加大了挠度,降低了刚度,是般的受力状态逐渐趋向间支,造成板配筋偏于不安全。
  2 . 柱体、墙体连接混乱
  在对比较复杂的结构平面进行布置时,往往会出现多方向柱网相连的地方。有的把每根柱和周围各柱都用框架梁连接起来,形成多梁交汇于一柱,这给接点区的钢筋锚固和混凝土的施工带来了很大的不便严重的影响了施工的进度。   3 . 结构电算或设计方法存在问题
  (1)实际施工图纸和电算的计算简图不符。问题主要表现在剪力墙开洞的大小、剪力墙的长度、厚度、门窗洞口的位置、框架计算高度等和施工图纸不相符。这大多是由于结构专业的计算进行的过早,建筑平面经过多次的调整,又没有来得及发馈给结构专业,使专业间相互脱节,等到了施工图纸进入校审的阶段,大多都只注意在图面上,没有核对建筑图,进而造成了这类错误,这回事某些构件的配筋失真,造成配筋不足的危险。
  (2)抗震概念设计不足。建筑抗震设防的三个目标可以用小震不坏、中震可修、大震不倒来进行总结,第一目标可以利用承载力的计算来保证;第二目标可以利用结构可靠度标准分项系数来达到损坏可修的目标;但第三目标就要通过概念设计和各种抗震构造措施来实现。这就要求结构要具有良好的吸能、耗能能力,具有较高的静不定次数、避免竖向承载力和刚度突变、结构的构件尽可能为延性构件。
  4 . 钢筋混凝土结构概念设计淡薄
  概念设计通常是指不经过数值的计算,根据整体结构体系和分体系间的力学关系、震害、试验现象、工程经验等,来获得基本设计的原则和思想。在现行的抗震规范中规定,一般结构设计的弹性计算是以多余地震方面为出发点的,其超越概率为6 3 . 2 % ,比一般设防烈度低,规范要求设计不但要负荷概念设计的规定,还要加强抗震措施,这样才能达到设防标准,但一些工程只注重计算结果,忽略了概念设计和对抗震的要求。
  四、解决建筑结构设计中常見问题的有效途径
  1. 确定整体结构的科学性以及合理性
  (1)结构刚度与重力荷载之间的比被称为刚重比。它影响着结构整体的稳定性,也是影响重力二阶效应的重要参数。一般都会使用增大刚重比的方法来考虑重力的二阶效应。结构的刚重比增大则二阶效应就会减小,二阶效应要控制在2 0 %以内如果改制不能达到要求,则可能引起结构的失稳导致坍塌。
  (2)剪重比是抗震设计中非常重要的参数。由于长时间的作用下,地震影响系数下降的会较快,根据这种情况计算出来的水平地震作用下的结构效应可能偏小。对于长周期的结构,地震动态作用下的地面加速和位移会对结构具有更大的破坏作用,如果剪重比<0 . 0 2 ,结构的刚度岁可以满足水平位移限制的要求,但却不能达到结构整体稳定的条件,设计人员要在设计过程中综合的考虑刚重比和剪重比的合理取值。
  2. 结构体系选型的设计方案和优化
  结构体系选型的优化可以在项目建设方案确定的过程中引入,这样可以避免建筑方案在结构方面的不合理,首先是建筑物的体形,其次是柱网尺寸,层高以及主要的抗侧力构件所在的位置。
  3 . 结构构件的设计方法和优化
  (1)剪力墙下布桩。当建筑的结构为剪力墙或框剪结构时,剪力墙主要承受地震水平力,它也是承受竖向荷载的重要构件,所以要沿着剪力墙全厂布桩,桩的中心线要和剪力墙的中心线重合,布置双排桩时,桩的承台要具有足够的刚度,并应作承台的抗弯和冲剪验
  算。
  (2)桩基础设计。当布桩仅按照竖向荷载作用进行时,要对弯矩作用下的承台底部边桩的反力进行验算。尤其是框剪结构的剪力墙和剪力墙结构核心筒底部弯矩及剪力对基础承载力的影响较大,不能遗漏。对于水位较高的地下室和短肢剪力墙、大跨度结构等弯矩较大的承台底部桩基要验算其是否存在向上的抗拔力。
  五、建筑工程结构设计的发展
  建筑工程结构设计的发展是关系到建筑行业未来发展的关键,是关乎广大人民群众生活环境的大事情,所以建筑结构设计的方展方向会直接影响到社会的安定与和谐,对国家的未来发展产生重大的影响。因此在社会发展的今天,企业必须高度重视建筑工程的结构设计,完善结构设计体系。
  1.结构设计的方向开始走向总体设计
  总体设计是根据安全的难以预测性和多层次性而提出来的一种从整体上避免非安全事件发生的设计方法。这里的非安全事件有自然因素也有社会因素。总体设计是在安全理论因素的基础上而确定的,是结构设计发展的基本发展方向。总体设计的方案是一个可以合理运用的可行性方案,选择合理的构件组成材料,以实现建筑安全的目标。
  2.科学的计算理论的应用
  在科技发展日益成熟的今天,企业的管理者应该具有一种超前意识,目光长远,不断更新的计算理论,以求在最短的时间里计算出最精确的结果。建筑工程的计算量很大的,如果按照传统的计算模式,企业不仅增加很多的人力和物力,还影响了结构设计的进程,并不能适应时代发展的步伐,所以使用科学的计算理论不仅可以节约成本,还可以加快结构设计的进程。
  3.实现了建筑材料的变革
  建筑材料是一个实际运用到建筑工程中的东西,建筑材料的升级也必然会带动结构设计的变革。不同的时期使用的建筑材料不同,所以结构设计也不一样。现在使用的建筑材料要求轻便、无污染和简洁,这不仅带来了建筑上的变革,也促进了结构设计的变革创新。
  4.实现了审美理念的变革
  审美是在结构设计的过程中必须要考虑的一个重要的影响因素。现在社会的物质水平不断提高,人民群众的精神水平也显著提高,对结构设计审美要求也随之加大,所以在新时期,审美将更多的影响建筑结构的结构设计的发展方向。审美需求是人的天性,所以在建筑工程进行结构设计的时候一定要遵循审美的理念。
  六、结束语
  建筑工程结构设计是一项系统而复杂的工作,它需要深厚的理论基础以及灵活的创新思维和严谨认真的工作态度。在进行设计时,既要考虑用户对房屋使用效果的要求,还要兼顾建筑的质量、安全性、稳定性等多方面的内容。这就要求从事设计的人员除了要具有丰富的设计理论和实践经验外,还要具备能够进行有效的统筹规划、合理进行配置的能力,同时还要对整个工程建筑设计的规范熟练的掌握,这样才能够避免结构设计中常出现的问题,确保建筑施工结构设计的安全性能。只有在重视结构设计的基础上,才能够把结构设计做好,才能更好地提升企业的竞争力。
  参考文献 :
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