浅谈建筑结构设计及其注意事项探讨

1、浅谈建筑结构设计及其注意事项探讨 【摘要】随着我国经济和科技水平的不断发展，建筑结构体系在逐渐的发生变化，同时高层建筑结构也快速的出现在生活和视野之中。建筑结构设计是个系统的、全面的工作，尤其是在高层结构建筑中，结构设计对建设、安全、养护等方面显得极其重要。所以合理的建筑结构设计是优秀建筑的基础，同时也可取得更好的经济效益。本文就结构设计的内容、原则、注意事项等对建筑结构设计进行分析探讨，对今后的建筑实践具有一定的现实意义。 【关键词】建筑结构设计，合理性，注意事项 1引言 随着科技和社会的逐步前进，高层建筑越来越多的出现在人们的生活中，规模越来越大，结构形式千变万化1。建筑结构设计是一个庞大

2、复杂的工程，房屋结构设计追求适用、安全、经济、美观和易于施工五大目标2。首先，建筑结构设计要满足抗震、抗风等结构力学性能，保证住人的安全性；其次，建筑物的结构设计需满足科学性和合理性的要求，在安全的基础上取得良好的经济效益，节约成本3。 2结构设计的基本内容 2.1结构设计的流程 建筑物的设计包括建筑、结构、给排水、暖通和电气等专业设计。其中，结构设计是整个建筑物设计中的一个重要组成部分，建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础，结构设计主要包括以下四个过程：结构方案设计、结构分析、构件设计、绘施工图4。 2.2结构设计的要求 在设计过程中，为保证建筑结构的可靠度达到设计要求，必须遵循以下要求

3、：（1）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还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，考虑其最不利组合；（3）抗震设计：根据我国的相关标准规定，对于抗震设防烈度不低于6级的地区，要进行抗震的设计。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。通常取该地区50年内超越10%的地震烈度5。对应不同的抗震等级，有不同的计算和抗震构造要求。（4）抗风设计：根据建筑结构载荷规范6，对于高层建筑物，风载作用对其结构的承载力和稳定性有着较大影响，根据不同地区的基本风压大小以及要求

4、的使用年限，随着高度的上升，风载系数取值也在逐渐增大。基本风压的大小也可根据贝努利公式按照50年一遇的最大风速进行计算。 2.3结构设计坚持的原则 （1）重大轻小。建筑结构设计中常常涉及到很多关键的概念，如：“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等，这些都是需要重视的问题。尽管结构体系是由不同的构件协调构建起来，但由于不同的构件都发挥着不同的作用，因此，在整个建筑物中构件也有轻重之分。 （2）多道防线。安全的结构体系必须设置多道防线，尤其是当发生灾难时将会在抵抗外力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物的某一个结构构件或者局部结构上，这是很危险且不稳定的。因此，我们要有成熟的设计概念，

5、如多肢墙好于单片墙，框架剪力墙好于纯框架好等等，这些都是多道防线的设计思路的重要表现。 （3）优劣互补。科学合理的结构体系需要坚持优劣互补的原则。结构体系刚度大，使其变形能力差，如果建筑物受到巨大的破坏作用力时，则其承受的力更大，进而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的破坏程度，但经常因为变形过大而难以正常运用。 3结构合理性确定 3.1主要控制指标 整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。 （1）层间受剪承载力之比是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考抗震规范和高规的有关规定。

6、 （2）刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效应的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌，应当引起设计人员的足够重视。 （3）剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比，主要是因为长期作用下，地震影响系数下降较快，由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此，出于安全考虑，规范规定了各楼层水平地震力的最小值，该值如果不满足要求，则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位，必须进行调整。 3.2确定方法和

7、途径 对于简单的建筑结构，过去人们通常采用人工手算的方法，也能较好的对结构进行核算，但是这种方法计算效率低，对于复杂的工程问题，也不能准确的进行计算和设计，随着专业的有限元软件的普及和应用，越来越多的实用型软件可以更为精确的模拟结构的受力特征，逐渐的被人们所接受，并投入到设计计算中来，其中midas、ansys、pkpm等有限元软件已被广为使用，大大提高了复杂的结构工程的安全性和计算效率，提高了经济效益。 4设计过程的注意事项 4.1地基与基础设计问题 地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅是由于该阶段设计过程的好与坏直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础是整个工程造

8、价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本地基基础设计规范无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。 4.2抗震设计相关问题 （1）剪力墙结构体系中连梁的设计 连梁是与剪力墙墙肢相

9、连的梁，当遇到水平地震作用时，连梁可以耗散水平地震作用能量，减轻墙肢的破坏程度。在墙肢和连梁的协同作用中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁可以产生塑性铰。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。根据高层建筑混凝土结构技术规程的规定：“在内力与位移的计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架-剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于0.55。”一般在实际设计中我们在0.55-1之间取值，以符合截面设计的要求。

10、在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁的刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。 （2）满足规范抗震措施的要求 由于前人不断总结震害经验与抗震的理论和进行实验探索，我们对在地震作用下的建筑物响应认识得到了很大提升。针对建筑结构的抗震性能设计，我们国家制定了建筑抗震设计规范，让建筑抗震的设计更加安全合理。建筑结构抗震理论的发展主要有抗震静力理论、反应谱理论、动力理论和减震控制理论四个时期。现在大多使用的方法有底部剪力法、振型分解反应谱法与时程分析法。现今进行建筑抗震设计时，

11、通常把“小震（超越概率63%）不坏、中震（超越概率10%）可修、大震（超越概率2%）不倒”当作设防的原则，建筑结构的抗震能力主要通过承载力进行调控，如果地震时承载力能达到设计标准，就可以保证建筑结构的安全可靠性。不过震害、试验与理论分析显示：通常倒塌的原因为建筑物在大震时的变形性能不够与耗能性能太小。对于改进当前抗震性能设计的理论，让建筑在以后地震中的能力与目标相符是尚需完善的课题。 （1）建筑物必须具备相当的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的能力。建筑物当以“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”作为标准。可能引起建筑相对薄弱位置，须使用办法提升抗震性能。重要的耗能结构尽量避免承

12、担太多的竖向荷载。 （2）尽量多地设计抗震的防线。好的建筑抗震系统当是多个延性良好的分体系构成，且由延性优良的结构体系进行相连一同工作。比如延性的框架和剪力墙两个分体系构成框架-剪力墙体系。余震通常在强烈的地震之后会出现多次，倘若只设一道防线，那么在首次破坏后余震再袭，就可能由于损伤的积累出现坍塌。抗震的建筑体系须留有最大可能数量的内部、外部富余量，屈服的区域应当被系列地分布，使得重要的耗能结构拥有良好的延性与合适的刚度，从而让大量的地震能量被结构体系吸收与耗散掉，使得体系的抗震能力得到提升，减少在大震来袭时的坍塌破坏。建筑构件的强弱关系需进行合理处理，同一楼层内的重要耗能构件屈服后，剩下的抗

13、侧力结构应当还处在弹性的状态，保持较长时间的“有效屈服”形态，确保体系的延性与抗坍塌性能。对结构进行抗震设计时，某些结构的设计超强，就可能引起体系的其他构件相对薄弱，所以当设计时，应合理与慎重地进行加强和在施工时以大带小，改变抗侧力结构的配筋。 （3）对相对的薄弱结构部位，须使用方法提升其抗震性能。结构在强烈地震下没有强度的安全储备，通过实际的承载性能来判断构件的薄弱位置。应当让楼层（部位）的实际承载性能与设计的弹性受载的比值在大体上维持较为均匀的变化，只要楼层（部位）的比值突然变化，就会因为塑性内力的重新分布使得结构出现集中的塑性变形。应避免因局部的增强而忽略了整体的各构件的刚度、承载力的协

14、调。在抗震设计时合理掌控薄弱构件，让它拥有相当的变形性能且不让薄弱层进行转移，是提升体系整体抗震能力的可行方法。 5结束语 建筑结构设计是整个建筑工程项目实施前的基本准备，是建筑工程的重要组成部分，是一项综合性的复杂工作，对于建筑的建造和施工有着指导性作用。随着建筑越来越高，规模越来越大，对于建筑结构设计的要求也随着提高。本文阐述了建筑结构设计所要做的主要内容，分析了所应遵循的原则，剖析了结构设计合理性的确定，对设计时应注意的事项进行了说明。建筑结构设计是经验性很强的工作，要善于总结经验和教训，严格遵守规范和规程也必不可少。只有这样才能做好建筑结构设计，促进建筑工程质量的不断提高。使整个设计合理完善，让工程项目顺利实施。 参考文献： 1 许新春.建筑结构设计的问题探讨.城市建设理论研究 2 于险峰.高层建筑结构设计特点及其体