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所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2010-09-02 11:46 熱度:
摘要:建筑結構設計是個系統的、全面的工作。建筑工程質量直接關系到人民生命和財產的安全,建筑質量主要由設計質量和施工質量兩個方面來衡量。
關鍵詞:建筑,結構設計,方法
建筑結構設計就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要表達的東西。在不斷的結構設計研究與實踐中,人們積累了大量有益的經驗,并體現在設計規范、設計手冊、標準圖集等等。
一、 結構的設計過程
結構設計的階段大體可分為三個階段:結構方案階段、結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為:根據建筑的重要性,建筑所在地的抗震設防烈度,工程地質勘查報告,建筑場地的類別及建筑的高度和層數來確定建筑的結構形式(例如:磚混結構,框架結構,框剪結構,剪力墻結構。筒體結構,混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式)。確定了結構的形式之后就要根據不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。
二、 進行結構設計時應注意的事項
1. 剪力墻砌體結構挑梁裂縫問題
底層框架剪力墻砌體結構房屋是指底層為鋼筋混凝土框架——剪力墻結構,上部為多層砌體結構的房屋。該類房屋多見于沿街的旅館、住宅、辦公樓,底層為商店、餐廳、郵局等空間房屋,上部為小開間的多層砌體結構。這類建筑是解決底層需要一種比較經濟的空間房屋的結構形式。部分設計者為追求單一的建筑立面造型來增加使用面積,將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上,各層設計有挑梁,但實際結構的底層挑梁承載普遍出現裂縫,該類挑梁的設計與出現裂縫在臨街砌體結構房屋中比較常見。
原因是原設計各層挑梁均按承受本層樓蓋及其墻體的荷載進行計算的。但在實際結構中,懸挑梁上部墻體均為整體砌筑,且下部墻體均兼上層挑梁的底摸,這樣挑梁上部的墻體及樓蓋的荷載實際上是由上往下傳遞的。上述挑梁的設計計算與實際工程中受力及傳力路線不符是導致底層挑梁承載力不足并出現受力裂縫的主要原因,解決的辦法要么改變計算簡圖及受力路線,要么注意施工順序和施工工序。
2. 關于箱、筏基礎底板的挑板問題
從結構角度來講,如果能出挑板,能調勻邊跨底板鋼筋,特別是當底板鋼筋通長布置時,不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋,這樣較節約;出挑板后,能降低基底附加應力,當基礎形成處在天然地基和其他人工地基的坎上時,加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降,當荷載偏心時,在特定部位設挑板,還可調整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認為是挑板上砌墻,不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對,當有數層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內部墻體連通時,可靈活考慮;當地下水位很高,出基礎挑板,有利于解決抗浮問題;從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。
3. 樓層平面剛度的問題
一些設計在缺乏基本的結構觀念或結構布置缺乏必要措施時,采用樓板變形的計算程序。盡管程序的編程在數學力學模型上是成立的甚至是準確無誤的,但在確定樓板變形程度上卻很難做到準確。據此進行的結構設計肯定存在這結構不安全成分或者結構某些部位或構件安全儲備過大等現象。為了使程序的計算結果基本上反映結構的真實受力狀況而不至于出現根本性的誤差,設計時應盡可能將樓層設計成剛性樓面。要做到這一點,首先應在建筑設計甚至方案階段就避免采用樓面有變形的平面比如樓層大開洞、外伸翼塊太長、塊體之間成“縮頸”連接、凹槽缺口太深等。
4. 關于梁、板的計算跨度
一般的手冊或教科書上所講的計算跨度,如凈跨度的1.1倍等,這些規定和概念僅適用于常規的結構設計,在應用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結構,簡單點講,可認為是在梁的中心線上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統一認為是一變截面板。在扁梁結構中,梁高比板厚大不了多少時,應將計算長度取至梁的中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用臺階式獨立基礎變截面處的概念)柱子也可認為是超大截面梁,所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才有問題2.4基坑開挖時,摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計算沉降時,應按基底附加應力計算。當基坑很大時,相對受到較小約束,如箱基,計算沉降時應按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分當做安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
三、 結構計算中幾個重要參數的合理選取
a振型數的取值
振型數取值多少關系到結構計算的精度。對于平面不規則、剛度不均勻的復雜結構,尤其對于多塔結構、大底盤結構,在考慮扭轉耦聯計算時,很難確定應該取多少個振型來計算地震作用。若振型數取少了,有些高振型的地震作用計算不出來,結構抗震設計不安全;若振型數取得太多,又增加很多計算工作量。一般應遵循以下原則:當不考慮扭轉耦聯計算時,至少應取3;當振型數多于3時,宜取3的倍數,但不應多于房屋的層數;如層數≤2時,振型數可取2或1,如層數=5層時,振型數可取3,而不能是6;對于不規則的結構,當考慮扭轉耦聯時,振型數應取≥9,結構層數較多或結構剛度突變較大,振型數應多取,但又不能多于房屋層數的3倍。
b周期折減系數
框架結構由于填充墻的存在,使結構的實際剛度大于計算剛度,計算周期大于實際周期。因此算出的地震剪力偏小,使結構偏于不安全,所以對結構的計算周期進行折減是必要的。但對框架結構的計算周期不折減或折減系數取得過大都是不妥當的。對于砌體填充墻,周期折減可取0.6~0.7;砌體填充墻較少或采用輕質砌塊時,可取0.7~0.8;完全采用輕質墻體板材時,可取0.9;只有無墻的純框架,計算周期才可以不折減。周期折減系數不改變結構的自振特性,只改變地震影響系數。
c梁跨中正彎矩放大系數
此系數主要是對那些樓面活荷載較大的多層建筑設置的,不能泛用。當梁上不計算活荷載或不考慮活荷載的不利布置時,一般取放大系數1.2以彌補梁跨中彎矩偏小之不足;當多層建筑推導荷載時,將永久荷載與樓面活荷載分開計算,并作活荷載不利布置,此時系數應取1.0,不再放大。一般計算高層建筑時,為了計算簡化起見,永久荷載與樓面活荷載不分開計算,也不作活荷載不利布置,此時梁跨中正彎矩放大系數應取1.2
四、結束語
砌體結構設計是隨著經濟發展及人們對建筑物功能要求改變,又隨著科技的進步而得以實現和解決。本文提出了一些建筑設計中在結構設計方面存在的普遍性問題。并提出了針對這些問題的防治方法,以滿足建筑、結構相協調,體現建筑安全、合理、經濟的原則。
參考文獻:
【1】 侯力更主編。砌體結構設計【M】.中國計劃出版社.2006.8.
【2】 張吉人.建筑結構設計施工質量控制【M】.中國建筑工業出版社.2006.9.
【3】 戴國瑩,李德虎,建筑結構抗震鑒定及加固的若干問題,建筑結構,1999(4)
文章標題:建筑結構設計
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