试论建筑结构设计

试论建筑结构设计冯忠涛河北华热工程设计有限公司摘要：本文分析了建筑结构设计坚持的具体原则以及结构设计的程序和要求，探讨了建筑结构设计应该注意的问题。关键词：建筑；结构设计；原则；注意问题中图分类号：S61文献标识码：A建筑结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础、墙、柱、梁、板、楼梯、大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系，把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。一、建筑结构设计坚持的具体原则1、优劣互补。科学的建筑结构体系需要坚持优劣互补的原则，结构太刚其变形能力差，若建筑受到巨大的破坏力时，则应具备的承受的力更大，经常会发生局部受损以至于全部毁坏，而太柔的结构尽管能够限制外力，但经常因为变形过大而难以正常运用。2、重大轻小。建筑结构设计中常常涉及到了很多关键的理念，如“强柱弱梁、强剪弱弯”等，这些都是设计师们需要重视的问题。尽管对于结构体系而言，其是由不同的构件协调构建起的，而由于不同的构件都发挥着不同的作用，其在整个建筑中也有轻重之分。3、层层设置。安全的结构体系在设计过程中必须要层层设置，尤其是当灾难发生时将会在抵抗外在破坏中发挥有效作用。若仅仅将抗风险的希望都集中寄托在建筑的某一个结构上，这是很不稳定的。多肢墙好于单片墙，框架剪力墙好于纯框架等等，这些都是层层防线的设计思路的重要表现。二、建筑结构设计的程序和要求1、结构设计的程序建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计、结构分析、构件设计和绘施工图。2、建筑物结构设计的要求(1)计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计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)结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。(3)抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,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。三、建筑结构设计应该注意的问题1、提高设计质量。第一，提高设计质量保证结构安全。质量责任制重在责任追究，从设计行业来看，在有些方面还需继续完善。比如制定合理设计周期、建立工程设计各级行政和技术人员责任制，工程设计签字制度统一规定。第二，推行工程设计咨询和强化设计审查。设计院对某些已建成工程进行回访时，甲方反映在工程开始阶段对发展趋势不了解建成后在使用功能和内部设施方面感到滞后，留下不少遗憾，希望设计单位在工程前期多介绍一些超前的设计思想。可以预见，开展设计咨询的必要性将会逐步被认识，设计审查有利于政府对设计质量实行监督。设计是工程建设的龙头，抓好设计审查对保证结构安全，节约投资将起到重要作用。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，可以砍了，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、关于梁、板的计算跨度。一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨的1.倍等，这些规定和概念仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是一变截面板在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋，取二者大值配筋。4、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，原则上应以导线在金属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。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。高层建筑平面电梯井道的位置确定后，电梯机房位置也就确定下来，电梯机房内孔洞、预埋件较多，电梯机房荷载也比较大，因此应详细了解所选型号、电梯土建条件并注意单台布置和多台布置的差别。由于电梯井道一般作为钢筋混凝土剪力墙，除承受竖向荷载外，还承受水平力作用，因此应校核洞口削弱后的强度。5、主梁有次梁处加附加筋，一般应优先加箍筋，附加箍筋可认为是:主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺而在次梁两侧补上。附加筋一般要有，但不应绝对。规范说的清楚，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担。也就是说，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大，次梁荷载较大时，应加附加筋。当主梁高度很高，次梁截面很小，荷载很小时，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大，如工艺要求形成的主次深梁，而荷载相对不大主梁也可不加附加筋。总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时,主梁可不加附加筋。梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。6、关于柱子造价问题。柱子造价在框架结构中是很小的，而在抗震时起的作用是决定性的。经实验，考虑空间作用时，柱子纵筋加大至计算值的2.5倍左右才可保证塑性铰不出现在柱子上，可不按计算配筋，大幅度增加纵筋，同时增大箍筋。7、关于回弹再压缩。基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，如独立基础，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。8、在多高层结构设计时，应尽可能避免短柱。其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载能力，但随着建筑物的高度与层数的加大，巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大，从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱，为了避免这种现象的出现，对于大截面柱，可以通过对柱截面开竖槽，使矩形柱成为田形柱，从而增大长细比，避免短柱的出现，这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下，达到最大的水平承载力。9、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；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，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；当地下水位很