1建筑結構設計的類型與基本內容
1.1建筑結構的類型
建筑物有各種不同的使用功能要求,因此有許多類型及分類方法。根據建筑物的用途,可以分為工業建筑與民用建筑。建筑物根據所使用的結構材料可以分為:木結構、砌體結構、混凝土結構、鋼結構和混合結構等。建筑物根據其結構形式,可以分為排架結構、框架結構、剪力墻結構、筒體結構和大路結構等。
1.2建筑結構設計的基本內容
1.2.1結構設計的程序
建筑物的設計包括建筑設計、結構設計、給排水設計、暖氣通風設計和電氣設計等。建筑結構是一個建筑物發揮其使用功能的基礎,結構設計是建筑物設計的一個重要組成部分,主要包括以下四個過程:方案設計→結構分析→構件設計→繪施工圖。
1.2.2建筑物結構設計的要求
為保證建筑結構的可靠度達到設計要求,在設計中,必須遵循以下要求:(1)計算內容:結構構件應進行承載能力極限狀態的計算和正常使用極限狀態的驗算,如直接承受動力荷載的構件應進行疲勞強度驗算;(2)結構上多種作用效應同時發生時,應通過結構分析分別求出每一種作用下的效應后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設計:我國的抗震設防烈度為6至9度,建筑結構根據所在地區的烈度、結構類型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應不同的抗震等級,有不同的計算和構造要求。
2建筑結構設計的原則
適用、安全、經濟、美觀、便于施工是進行建筑結構設計的原則。一個優秀的建筑結構設計往往是這五個方面的最佳結合。完美的建筑結構設計就是在努力追求這五個方面的最佳結合的過程中產生的,適用、安全、經濟、美觀、便于施工是結構設計人員最終努力的目標,是結構設計的最佳體現。
結構設計一般在建筑設計之后“,受制”于建筑設計,但又“反制”于建筑設計。結構設計決定建筑設計能否實現,從這個意義上講,結構設計顯得更為重要,雖然一棟標志性建筑物建成后,人們只知道建筑師的名字,但一個適用、安全、經濟、美觀、便于施工的結構設計也是工程師們的驕傲和成就。
3進行建筑結構設計時應特別注意的問題
3.1箱、筏基礎底板挑板的陽角問題。一是陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小,可砍成直角或斜角;二是如果底板鋼筋雙向雙排,且在懸挑部分不變,陽角不必加輻射筋。
3.2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,較為節約;出挑板后,能降低基底附加應力,當基礎形式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;當然,此問題也并不是絕對的,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;當地下水位較高,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。
3.3梁、板的計算跨度。一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等,這些規定和概念僅適用于常規的結構設計,而在應用的寬扁梁中卻是不適用的。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。
3.4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可以作為安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
3.5關于回彈再壓縮。基坑開挖時,摩擦角范圍內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作安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
3.6主梁有次梁處加附加筋。一般應優先加箍筋,附加箍筋可認為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側補上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對的。規范中說的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載,應全部由附加橫向鋼筋承擔。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時,應加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大,主梁也可不加附加筋。總的原則,當主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產生的剪力時,主梁可不加附加筋。梁上集中力,產生的剪力在整個梁范圍內是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時,也可滿足。
3.7通常情況,懸挑梁宜做成等截面,尤其出挑長度較短時。與挑板不同,挑梁的自重占總荷載的比例很小,作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋,每個都不一樣,加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當然,外露的大挑梁,可適當變截面,使感官效果更好些。
3.8有些工程的結構設計中,框架梁或剪力墻連梁的抗震等級較高,對構件剪壓比驗算應予以重視,當電算超限時做必要的處理。
3.9一些高層建筑設計,南北側窗臺高度不同。如南側為落地窗或低窗臺(200-300mm),北側為高窗臺(900-1100mm)。在結構整體計算中,剪力墻的連梁高度均未考慮窗臺,且連梁剛度折減系數取規范最小值0.5,周期折減系數取1.0。因此,應按實際連梁高度進行整體計算,或采取以下措施:未作為連梁設計的窗臺后砌,采取有效施工措施防止不同墻體材料之間出現裂縫;減薄混凝土窗臺厚度或在窗臺墻與窗間墻連接處設控制縫。
3.10關于主次梁結點部位(梁面同高)的間接受荷情況,我國新老規范都明確規定應設置附加橫向鋼筋,并承擔全部集中荷載。同時,不允許用布置在集中荷載影響區內的斜截面受剪箍筋代替附加橫向鋼筋。
3.11主次梁樓蓋中,當抗震設計框架梁上的荷載以集中荷載為主時,如果按箍筋加密區間距進行電算,對抗震要求的箍筋加密區段以外的截面,因其剪力比支座截面衰減不多,故應驗算此截面的斜截面受剪承載力。如計算需要,應延長箍筋加密區的長度。
3.12抗震設計時的型鋼混凝土框支柱或框架柱,其箍筋設置除滿足規范規定的體積配箍率及構造要求以外,同一截面內的箍筋肢距,同樣要滿足規范對鋼筋混凝土框架柱的要求。必要時仍要設置復合箍。
3.13在較為復雜的結構平面布置中,經常存在多方向柱網相接區域。有些設計將每根柱與周圍各柱均用框架梁連接起來,形成不同方向的多梁交于一柱,導致節點區鋼筋錨固和混凝土施工困難。實際上,對于現澆梁板結構,水平地震力主要靠樓板傳遞,每根柱只要在兩個接近垂直的方向有梁連接即可,不必將所有柱都連起來。
4建筑結構設計的概念設計
4.1必須及早介入建筑結構的概念設計
住宅設計無論是多層磚混或框架剪力墻結構,都不同于以往的靜力設計,必須從抗震的角度,采用二階段設計來實現三個水準的設防要求。為此,結構設計人員必須及早介入建筑結構的概念設計,否則將會導致建筑結構設計的不合理,給以后的結構設計帶來難度。建筑物結構的概念設計是指一些在計算中或在規范中難以作出具體規定的問題,必須由工程師運用“概念”進行分析,作出判斷,以便采取相應的措施。住宅結構的概念設計在整個設計過程中起著舉足輕重的作用,一幢建筑物的設計,如果沒有事先經過全盤正確的概念設計,以后的計算模式再準確、計算再精確、配筋再合理,也不可能是一個經濟、合理的優秀設計工程。因此在建筑物的方案設計階段應正確把握建筑結構的概念設計,對不同形式的住宅建筑掌握各自概念設計中容易疏忽的要點。
(1)對一般多層砌體住宅結構,應按《建筑抗震設計規范》要求做到優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系:縱橫墻的布置宜均勻對稱,沿平面內宜對齊,沿豎向應上下連續;樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處;不宜采用無錨固的鋼筋砼預制挑檐。
(2)對鋼筋混凝土多、高層結構住宅,力求做到結構布置盡量采用規則結構。對復雜結構,可以設置防震縫,把它分割成各自規則的結構單元。框剪體系的各抗側力結構要形成空間共同工作狀態,除了控制抗震墻之間樓、屋蓋的長寬比及保證抗震墻本身的剛度外,還需采取措施,保證樓、屋蓋的整體性及其與抗震墻的可靠連接。
5結語
總之,建筑結構設計是建筑的前提基礎,是建筑工程的重要組成部分。因此,設計人員要從一個個基本的構件算起,做到知其所以然,深刻理解規范和規程的含義,并密切配合其他專業來進行設計。在工作中應事無巨細,善于反思和總結工作中的經驗和教訓。只有這樣才能做好建筑結構設計,促進建筑工程質量的不斷提高,以使結構設計工作做到更安全、更合理。
