建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的探討

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的探討摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷開展， 我國(guó)建筑業(yè)也得到了快速開展， 取 得了巨大的成就， 但同時(shí)也存在一些問題。 實(shí)際設(shè)計(jì)工作中， 常常會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的種種概 念和方法上的過失， 這些過失的產(chǎn)生， 有的是由于設(shè)計(jì)人員沒有對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作引起高 度重視， 盲目參照或套用其他的設(shè)計(jì)的結(jié)果； 有的那么是由于設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方 法缺乏理解； 還有的是由于設(shè)計(jì)者的力學(xué)概念模糊， 不能建立正確的計(jì)算模式， 對(duì)結(jié)構(gòu)電算 結(jié)果也缺乏判斷正確與否的經(jīng)驗(yàn)。 通過對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析， 淺述了目前房屋結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)中存在的問題，提出了相關(guān)的評(píng)述和建議。關(guān)鍵詞：建筑

2、；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；方法；問題中圖分類號(hào)： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)而言之就是用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言來表達(dá)建筑師所要表達(dá)的東西。建筑結(jié)構(gòu)語(yǔ)言就是 結(jié)構(gòu)師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡(jiǎn)化出來的結(jié)構(gòu)元素。包括根底，墻，柱，梁，板， 樓梯， 大樣細(xì)部等等。 然后用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物或構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)體系。 本人通過多 年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出應(yīng)注意的一些問題，并給建議。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本方法1 平面圖的設(shè)計(jì) 在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖前有個(gè)問題需要說明一下。就是要不要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模的問 題。當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為 6 度區(qū)時(shí)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是可以不用進(jìn)行截面 抗震驗(yàn)算但應(yīng)符合有關(guān)的抗震措

3、施要求。 那么對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)來講如果時(shí)間不是很充足的話應(yīng) 該可以不用在軟件中建模的， 直接設(shè)計(jì)即可。 繪制結(jié)構(gòu)平面圖時(shí)可直接在建筑的條件圖上來 繪制結(jié)構(gòu)圖， 這一步必不可少的是刪除建筑圖中對(duì)結(jié)構(gòu)來講沒有用的局部， 簡(jiǎn)單快捷的方法 是利用軟件的圖層功能， 直接凍結(jié)相關(guān)的層。 然后再建立新的結(jié)構(gòu)圖層： 圈梁層，構(gòu)造柱層， 梁層， 文字層， 板鋼筋層等等。 這樣做的目的是提高繪圖效率，方便在不同結(jié)構(gòu)平面圖間的 拷貝移動(dòng)和刪除。 但對(duì)于墻體受壓或局部受壓、 托梁、陽(yáng)臺(tái)、樓梯、樓板等構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。 除了必要的計(jì)算外， 還應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施。 墻體局部受壓時(shí)除應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行 計(jì)算外還應(yīng)在梁下墻體

4、采用設(shè)梁墊或設(shè)置構(gòu)造柱等措施。 如果時(shí)間不是很緊張的話建議還是 輸入建模較好， 建模后可以利用軟件來進(jìn)行荷載導(dǎo)算、 構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算及驗(yàn)算等。 當(dāng)建筑地 處抗震設(shè)防烈度為 7 度及以上時(shí)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因需要計(jì)算地震作用，所以必 須要輸入軟件建模計(jì)算的。 這樣可以利用軟件來進(jìn)行繁瑣計(jì)算工作。 根據(jù)程序的計(jì)算結(jié)果再 繪制結(jié)構(gòu)平面圖。2 框架結(jié)構(gòu)的 “強(qiáng)柱弱梁根據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn) “強(qiáng)柱弱梁 的設(shè)計(jì)原那么，我們希望柱的承載能力要大于梁的承載能力， 也就是說當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇地震作用時(shí)應(yīng)該是梁端首先出現(xiàn)塑性鉸， 梁出鉸后結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的塑性 變形，因此就能消耗地震能量。但要真正做到 “強(qiáng)柱弱梁是有一定難度的。目

5、前我們?cè)趲?方面做法值得商榷。梁端負(fù)彎矩計(jì)算。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁的計(jì)算跨度是取兩節(jié)點(diǎn)間的距離。梁端負(fù)彎矩的 最大值出現(xiàn)在梁柱交點(diǎn)上。 如用此彎矩進(jìn)行截面計(jì)算所得到的配筋量肯定要比用柱邊截面處 彎矩計(jì)算所得到的配筋量要大，這就增加了實(shí)現(xiàn) “強(qiáng)柱弱梁的難度。因此，在對(duì)梁端進(jìn)行 截面計(jì)算要考慮柱截面尺寸對(duì)構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算的影響，采用柱邊截面處的彎矩。梁端的實(shí)際配筋。在實(shí)際工程中，梁端超配筋的現(xiàn)象很普遍，這樣的結(jié)果就會(huì)使梁端的實(shí) 際承載能力大于計(jì)算所需的承載能力， 就造成柱與梁的承載能力之間的差值減小或低于梁的 承載能力。所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中應(yīng)該合理的控制梁端實(shí)配鋼筋與計(jì)算配筋之間的比例關(guān)系， 梁端負(fù)彎矩

6、不應(yīng)超配筋。在計(jì)算梁的剛度時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求計(jì)算樓板對(duì)梁剛度的奉獻(xiàn)，樓板的有效寬度取多少可以充 分考慮梁與板的整體作用， 還有樓板有效寬度內(nèi)的鋼筋對(duì)梁端的影響， 這都是一些不確定的 因素。樓板有效寬度取值的大小很大程度上也影響能否真正實(shí)現(xiàn) “強(qiáng)柱弱梁的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的抗震標(biāo)準(zhǔn)通過柱端彎矩的增大系數(shù)來提高柱在軸力作用下的正截面受彎承載力，并 規(guī)定柱端彎矩大于梁端彎矩， 使梁端出現(xiàn)塑性鉸的時(shí)間要早于柱。 這些都是延性框架的最根 本要求。3 砌體結(jié)構(gòu)中房屋構(gòu)造柱與承重柱混淆不清 在砌體結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造柱不但能夠提高墻體的抗剪能力，而且構(gòu)造柱與圈梁聯(lián)結(jié)在一起，形 成對(duì)砌體的約束， 這對(duì)于限制墻體裂縫的開展， 維持

7、豎向承載力， 提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著 重要的作用。 在當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 構(gòu)造柱還經(jīng)常被作為承重柱使用， 這種作法將引起以下幾 個(gè)問題：構(gòu)造柱作為承重柱使用后，使得構(gòu)造柱提前受力，這不但會(huì)降低構(gòu)造柱對(duì)砌體的拉結(jié)和約 束作用， 而且結(jié)構(gòu)一旦遭遇地震作用時(shí)， 在構(gòu)造柱位置必然形成應(yīng)力集中， 而構(gòu)造柱的截面 尺寸與配筋均較小， 混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般也比擬低，所以造成構(gòu)造柱首先破壞。這樣， 構(gòu)造 柱不但起不到其應(yīng)有的作用，反而成為房屋結(jié)構(gòu)中的一個(gè)薄弱的部位。構(gòu)造柱一般生根于地圈梁中，不需要另設(shè)根底，構(gòu)造柱兼作承重柱使用后，柱底根底的抗 沖切、 抗彎及局部承壓強(qiáng)度必然不能滿足要求。 柱底根底一旦發(fā)生沖切或局

8、部承壓破壞， 將 導(dǎo)致構(gòu)造柱下沉， 引起其周圍的墻體出現(xiàn)裂縫， 最后導(dǎo)致建筑物倒塌。 建議承重大梁下應(yīng)按 標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)成墻垛。這樣做即平安又簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)。假設(shè)梁上荷載和跨度都比擬小時(shí)， 構(gòu)造 柱也可布置于梁下， 但此時(shí)必須按不考慮構(gòu)造柱作用來驗(yàn)算梁下墻體的局部承壓和抗彎強(qiáng)度。 經(jīng)驗(yàn)算滿足后，方可在梁下布置構(gòu)造柱。像標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的 “樓梯斜梯段對(duì)應(yīng)的墻體處，應(yīng)設(shè) 置構(gòu)造柱，就是屬于這種情況。因?yàn)樾碧荻翁幰话阍O(shè)有樓梯梁，梁上的荷載也比擬小。構(gòu)造柱作為承重柱使用，還能造成結(jié)構(gòu)形式的混用。這種結(jié)構(gòu)形式在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是最忌諱 的。因?yàn)槠鲶w結(jié)構(gòu)的墻體是由磚、砂漿砌筑而成，它的特點(diǎn)是剛度很大而承載力相對(duì)較低。

9、當(dāng)建筑物遭遇地震作用時(shí)， 吸收了很大的地震能量， 但砌體的承載能力較低， 所以很快就因 破壞而退出工作。 這時(shí)結(jié)構(gòu)就將荷載全部或大局部的轉(zhuǎn)嫁給構(gòu)造柱來承當(dāng)， 很顯然， 構(gòu)造柱 由于截面尺寸及配筋均較小， 是不能抵御地震作用的， 所以， 就容易造成建筑物的破壞或倒 塌。4 懸挑梁的梁高選用過小 現(xiàn)在的設(shè)計(jì)者往往只注意了對(duì)梁的強(qiáng)度和傾覆進(jìn)行驗(yàn)算，而忽略了對(duì)梁端撓度的驗(yàn)算。梁 高選用過小， 引起梁截面的受壓區(qū)應(yīng)力過高， 在正常使用狀態(tài)下， 梁截面受壓區(qū)產(chǎn)生非線性 徐變， 梁撓度隨時(shí)間的推移不斷加大。 挑梁的變形引起梁上板出現(xiàn)裂縫， 裂縫寬度隨著挑梁 變形的加大而加寬， 影響了房屋的正常使用。 據(jù)觀察

10、，這種挑梁的變形開展到后期，梁支座 截面上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。 梁受支座附近彎剪作用的影響， 豎向裂縫向下延 伸開展為斜裂縫， 此時(shí)梁已接近破壞。 當(dāng)為托墻挑梁時(shí)， 梁過大的撓度會(huì)引起梁上墻體在梁 支座附近出現(xiàn)裂縫。 裂縫在梁支座處沿豎直方向向上開展， 當(dāng)?shù)揭欢ǜ叨葧r(shí)沿斜向延伸， 裂 縫愈靠上愈寬。 挑梁的截面過小對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震也很不利。 懸挑結(jié)構(gòu)對(duì)豎向地震的作用最為敏 感。梁高小時(shí)， 截面的相對(duì)受壓區(qū)高度較大， 梁的延性減小， 在豎向地震作用下易發(fā)生脆性 破壞，失去承載力。5 連續(xù)梁按單梁進(jìn)行設(shè)計(jì) 這種情況主要發(fā)生在陽(yáng)臺(tái)邊梁的設(shè)計(jì)中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設(shè)計(jì)者的 重視

11、， 為圖受力分析方便， 設(shè)計(jì)者把實(shí)際應(yīng)為連續(xù)梁的梁按單簡(jiǎn)支梁進(jìn)行設(shè)計(jì)， 致使梁在支 座處上部負(fù)筋配置量過少。 這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫， 進(jìn)而引起 梁上部攔板出現(xiàn)豎向裂縫。 如果該邊梁長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)， 問題將會(huì)變得更加嚴(yán)重。 因?yàn)樵摿阂话?直接暴露在室外， 受環(huán)境溫度影響較大。 當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)， 梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的 約束， 在梁內(nèi)產(chǎn)生收縮應(yīng)力， 該收縮應(yīng)力作用于原已產(chǎn)生裂縫的梁上， 引起梁在支座附近沿 整個(gè)梁截面四周裂縫貫穿，梁承載力降低，直接影響了使用平安。 在實(shí)際工作中， 屢次發(fā)現(xiàn) 類似情況出現(xiàn)，因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)者的重視。6、根底設(shè)計(jì)中的方法與建議 目前，我們?cè)诮Y(jié)

12、構(gòu)設(shè)計(jì)中是將上部結(jié)構(gòu)、根底、地基土三者分開設(shè)計(jì)的。三者在設(shè)計(jì)中互 不關(guān)聯(lián)。 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮根底與地基土的剛度對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響； 在設(shè)計(jì)根底時(shí)也不 計(jì)上部結(jié)構(gòu)的剛度對(duì)根底的奉獻(xiàn)； 只是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給根底； 在地基土的承載力計(jì) 算及沉降計(jì)算時(shí)同樣沒考慮根底的剛度作用， 將上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載簡(jiǎn)化成均布荷載按傳統(tǒng) 方法 -直線分布法的原理進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于一般結(jié)構(gòu)的根底設(shè)計(jì)而言，采用這種方法簡(jiǎn)便快捷，對(duì)于排架結(jié)構(gòu)之類的上部柔性結(jié) 構(gòu)以及地基較好的獨(dú)立根底， 能夠得到較滿意的結(jié)果。 但是，對(duì)地基沉降較敏感的一類結(jié)構(gòu)， 如框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有較大的出入，對(duì)于地基較差的軟弱地基上的條形根

13、底， 按這種方法計(jì)算與實(shí)際差異也較大。 同樣對(duì)于高層剪力墻結(jié)構(gòu)下箱形根底置于一般性質(zhì)天然 地基這種情況，這種簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果也不能令人滿意。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，雖然這種簡(jiǎn)化的計(jì)算方式我們已經(jīng)采用了很多年，而且在一些簡(jiǎn)單 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們還在繼續(xù)采用。我們?cè)诟自O(shè)計(jì)時(shí)如何做到平安、可靠、合理、經(jīng)濟(jì)，很 顯然采用這種方法除了平安、可靠， 無論如何也不可能是經(jīng)濟(jì)、合理。 我們稍加思考就能發(fā) 現(xiàn)這種簡(jiǎn)化的方法的不合理之處。 首先任何一棟建筑物都包含上部結(jié)構(gòu)、 根底、地基三局部， 作為一個(gè)整體， 它們是即相互聯(lián)系、 影響，又相互約束和相互作用。 把三者分開來單獨(dú)計(jì)算， 不考慮相互之間的聯(lián)系與約束， 不考慮根

14、底的變形和位移， 因此計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)與實(shí)際受力 往往有很大的差異， 這種現(xiàn)象在底層及邊跨的梁柱中尤為明顯。 我們都知道任何一建筑物在 外力的作用下， 均會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，上部結(jié)構(gòu)、 根底、 地基他們根據(jù)各自的剛度對(duì)相互的 變形有著制約的作用，從而制約整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力、變形、 基底反力及沉降的變化， 同時(shí) 滿足內(nèi)力平衡、 變形一致。所以，最合理的設(shè)計(jì)計(jì)算方式就是應(yīng)按結(jié)構(gòu)整體考慮 共同作用。上部結(jié)構(gòu)、根底的剛度現(xiàn)在可以通過程序計(jì)算得到，地基土變形特性的計(jì)算模型及參數(shù)確 實(shí)定，是一個(gè)非常復(fù)雜和困難的課題，這需要我們不斷的摸索和研究。一般的建筑根底設(shè)計(jì)還是可以采用傳統(tǒng)方法-直線分布法，它的精度能滿足要求。高層及同一整體大面積根底上建有多棟高層或多層等復(fù)雜建筑的根底應(yīng)該采用上部結(jié)構(gòu)、 根底、 地 基土共同作用的方法來計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形。結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速開展，城市面貌日新月異，一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之各類房屋建筑 功能的不斷豐富，新穎的造型， 致使工程設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的、