建筑設(shè)計評職范文試論結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

　　摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的建筑業(yè)也得到了快速發(fā)展，取得了巨大的成就，但同時也存在一些問題，本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的幾個問題在此提出，與大家共勉。

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu),設(shè)計,問題,策略

　　引言

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項繁重而又責(zé)任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經(jīng)濟(jì)和合理性，但在實際設(shè)計工作中，常常發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的種種概念和方法上的差錯，這些差錯的產(chǎn)生，有的是由于設(shè)計人員沒有對一般住宅尤其是多層住宅設(shè)計引起高度重視，盲目參照或套用其他的設(shè)計的結(jié)果;有的則是由于設(shè)計對設(shè)計規(guī)范和設(shè)計方法缺乏理解;還有的是由于設(shè)計者的力學(xué)概念模糊，不能建立正確的計算模式，對結(jié)構(gòu)電算結(jié)果也缺乏判斷正確與否的經(jīng)驗。

　　一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需遵循的基本原則

　　1取大舍小的原則

　　“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”等是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理念，結(jié)構(gòu)由構(gòu)件組成，每個構(gòu)件發(fā)揮著不同的作用，按照重要性劃分也有應(yīng)所區(qū)別。一旦有不可預(yù)測的破壞力產(chǎn)生，每個構(gòu)件之間應(yīng)具備協(xié)作抵抗的能力，以保護(hù)結(jié)構(gòu)免受摧毀或者延長被摧毀的時間，做到“大震不倒，中震可修，小震不壞”，保護(hù)人民群眾的生命財產(chǎn)安全。若設(shè)計中讓構(gòu)件處于平均用力的位置，那么會發(fā)生“玉石俱焚”的場面，造成巨大的經(jīng)濟(jì)和社會損失。因此，在建筑結(jié)構(gòu)中，為避免“房倒屋塌，人財兩失”的惡果，設(shè)計中分清主次，做到取大舍小。

　　2剛?cè)岵?jì)

　　“剛?cè)岵?jì)”是每一個合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)遵循的原則之一。結(jié)構(gòu)剛度大的構(gòu)件變形能力就差，當(dāng)承受巨大的偶然荷載時，建筑結(jié)構(gòu)剛度大的構(gòu)件承受的外力大，產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力就較大，容易造成局部嚴(yán)重受損而導(dǎo)致整體破壞;若結(jié)構(gòu)太柔，雖然能夠助于消減外力，但是容易引發(fā)大幅度的變形而最終整體傾覆。因此，雖然建筑結(jié)構(gòu)究竟是剛好還是柔好，目前尚未有明確的界定，但是剛?cè)岵?jì)是當(dāng)前設(shè)計者堅持的原則。

　　3多道防線

　　在一個安全的建筑結(jié)構(gòu)體系中，應(yīng)該是按照多道防線設(shè)防的。當(dāng)災(zāi)難帶來的外力作用時，建筑中每一個構(gòu)件都應(yīng)共同抵抗外力。若將保障建筑安全的希望寄托在某一個單獨(dú)的構(gòu)件上，那是非常危險的。單片墻不如多肢墻，純框架不如框架剪力墻等，這都是多道防線設(shè)計思路的表現(xiàn)形式。

　　4打通關(guān)節(jié)

　　在建筑結(jié)構(gòu)體系中，由于結(jié)構(gòu)體系是一種變化的統(tǒng)一，因此關(guān)節(jié)無處不在。從以往的災(zāi)害中可以看出，相當(dāng)大比例的建筑破壞是從節(jié)點開始的。所以，合理的建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是渾然一體、沒有任何關(guān)節(jié)的，這樣有助于外力迅速地傳遞并消減。基于對此的分析，設(shè)計者應(yīng)考慮將建筑結(jié)構(gòu)中的關(guān)節(jié)“打通”，讓力量在關(guān)節(jié)處的疏散暢通無阻。

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及到的四個原則，其中“取大舍小”、“剛?cè)岵?jì)”以及“多道防線”是設(shè)計理念中的戰(zhàn)略問題，但是實現(xiàn)這些戰(zhàn)略思想的根本保證則是“打通關(guān)節(jié)”這一原則。結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終操作，全部歸于“打通關(guān)節(jié)”的落實與實施。在設(shè)計的原則中，若想打通關(guān)節(jié)，首先要解決的是外力在結(jié)構(gòu)體系中重新分配，以確保力量根據(jù)各構(gòu)件的剛度情況而合理分配，避免集中用力，最終目標(biāo)則是靜態(tài)的平衡。打通關(guān)節(jié)而保持平衡的最終目的就是原始靜態(tài)的永恒，若力量無法暢通疏散，各構(gòu)件之間的靜態(tài)平衡就會被破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變化。

　　二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題分析

　　1選擇建筑基礎(chǔ)的問題

　　現(xiàn)代建筑越來越趨向于高層化，因此高層建筑應(yīng)該選擇整體性能好、能承受一定壓力、允許一定程度的變形且能夠調(diào)節(jié)不均勻沉降，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)與安全雙合理的目的。一般有筏板基礎(chǔ)、調(diào)性交叉梁基礎(chǔ)及箱形基礎(chǔ)等，應(yīng)按照上部結(jié)構(gòu)的類型、荷載力、地基承載力等選擇相應(yīng)的基礎(chǔ)形式。

　　2地下室設(shè)計中常見問題

　　地下室外墻混凝土的強(qiáng)度、厚度等，均要根據(jù)建筑現(xiàn)場的條件、地下水位狀況、上部結(jié)構(gòu)承載力等，與地下室的層數(shù)、埋深、水平荷載大小等進(jìn)行綜合考慮。高層建筑地下室的外墻厚度不能小于250mm，其混凝土強(qiáng)度應(yīng)選擇等級較低的，若混凝土強(qiáng)度的等級過高，會大量使用水泥造成收縮裂縫。地下室外墻配筋的選擇，主要考慮其受到垂直于墻面的水平荷載力的控制，這種水平荷載力包括室外地面荷載發(fā)生的側(cè)壓力、地下水壓力等。

　　3關(guān)于回彈再壓縮的問題

　　當(dāng)開始挖掘基坑時，處于摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土?xí)艿郊s束而不反彈，坑中心的地基土則會反彈，其回彈主要以彈性為主，回彈部分由人工清理。若基礎(chǔ)比較小，坑底受到的約束就會大，若是獨(dú)立基礎(chǔ)，可以忽略回彈現(xiàn)象，在計算其沉降時，要按照基底附加的應(yīng)力來計算;若基坑很大，受到的約束較小，在計算其沉降時應(yīng)按照基底的壓力來計算，將坑邊土被約束的部分作為安全儲備，這就是計算沉降常常大于實際情況的重要原因。

　　4連梁超筋的問題

　　在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，連梁超筋也是一種常見問題。某一段剪力墻的各墻肢通過連梁的方式形成了整體，成為壁式框架或者連肢墻，增強(qiáng)該墻段的抗側(cè)剛度，此現(xiàn)象的基礎(chǔ)則是倚靠連梁的約束彎矩。連梁超筋問題實際是計算剪力無法滿足剪壓比的要求。一般連梁超筋的位置在剪力墻結(jié)構(gòu)中，豎向在總樓層的約1/3左右高度，平面中則是較長墻段的中間部位易發(fā)生連梁超筋，若某個墻段中墻肢截面高度的大小懸殊不均，那么在大墻肢上的連梁容易超筋。

　　三、改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的措施

　　1注意收集資料

　　注意資料的收集與整理，利于準(zhǔn)確確定計算參數(shù)。由于建筑工程受到所處地理位置的制約，在設(shè)計中需涉及一些特殊性的參數(shù)。例如基本雪壓、基本風(fēng)壓、場地圖類別以及抗地震烈度等參數(shù)的選擇，可根據(jù)《全國基本雪壓分布圖》、《全國基本風(fēng)壓分布圖》以及該工程的地質(zhì)報告來最終確定參數(shù)。

　　另外，墻體圍護(hù)的主材料會因地區(qū)差異而有所區(qū)別，因此要根據(jù)實際選用的材料來確定墻體荷載情況。而且一些特殊的重要建筑結(jié)構(gòu)，還要根據(jù)類似工程的經(jīng)驗來確定如何取值各種參數(shù)。在設(shè)計開始之前，要充分收集在設(shè)計中所需的各種規(guī)范、資料等，根據(jù)不同的地區(qū)、工程類型等確保計算參數(shù)的準(zhǔn)確度，以此避免由參數(shù)不合理等問題造成的資源浪費(fèi)或者返工。

　　2熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計輔助軟件

　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模這一環(huán)節(jié)時，需對每一個參數(shù)的含義都有所了解，修改參數(shù)要有依據(jù)，不能隨意而行。要注意參數(shù)適用的范圍，同一個參數(shù)會有其自身的適用性，在磚混結(jié)構(gòu)中適用的準(zhǔn)確參數(shù)，但是未必能應(yīng)用到框架結(jié)構(gòu)中;在多層結(jié)構(gòu)中適用的準(zhǔn)確參數(shù)，在高層結(jié)構(gòu)中卻無法應(yīng)用，這種參數(shù)的適用性在軟件計算時要有所考慮，每一種計算的理論都有本身的假定條件，軟件的編制一般均符合這一種特定的技術(shù)，所以在軟件使用前要對其技術(shù)條件有充分的了解，否則無法解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際問題，還會帶來錯誤的判斷。因此，有些時候設(shè)計輔助軟件也需手算來復(fù)核，不能完全依賴軟件計算的結(jié)果，尤其是帶轉(zhuǎn)換的構(gòu)件。

　　3加強(qiáng)與其他專業(yè)的溝通與配合

　　首先，拿到提資圖后不要盲目開始建模計算與上機(jī)繪圖，要先開展全面的分析，同時與建筑設(shè)計人員及時溝通，對工程的各種情況如選型、功能等充分了解，對建筑圖的意圖及平立剖的關(guān)系要有透徹的理解。必要時要組織各專業(yè)之間開展協(xié)調(diào)會議，明確每個專業(yè)之間需要配合并注意的地方，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及做法，確定出原則性的解決方案，讓各專業(yè)的條件圖發(fā)揮真正作用，避免已經(jīng)出圖后還需返工調(diào)整方案，推遲工期。

　　4做好建模前的處理工作

　　在開始建模計算前要做好處理工作。例如對荷載能力要準(zhǔn)確計算、不能估算，要根據(jù)建筑做法或者使用要求來輸入懸挑構(gòu)件和轉(zhuǎn)換層構(gòu)件能否考慮施工活荷載的不利而影響到樓梯洞口的輸入局部開澗的處理，以及飄窗部位倚載處理等，一些比較難處理的復(fù)雜地方，要運(yùn)用力學(xué)的知識來簡化，進(jìn)行等效處理，以減少用于計算的工作時間。

　　5注重結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

　　在計算時，既要考慮滿足技術(shù)條件，又要顧及經(jīng)濟(jì)性。不能“少動腦筋，多加鋼筋”，盲目加大配筋量或構(gòu)件截面，導(dǎo)致粗梁、胖柱、深基礎(chǔ)，一些設(shè)計人員計算不準(zhǔn)，加鋼筋及層層附加保險性“，而造成超筋梁柱，將延性構(gòu)件設(shè)計成脆性構(gòu)件。在設(shè)計中，要始終遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)壓弱拉、強(qiáng)剪弱彎”的原則，同時注意構(gòu)件延性的性能，關(guān)注薄弱部位，關(guān)注鋼筋的錨固長度尤其是直線段錨固，考慮到溫度應(yīng)力產(chǎn)生的影響。

　　5.1 從結(jié)構(gòu)計算角度，看結(jié)構(gòu)計算應(yīng)注意的問題：

　　避免荷載計算的錯誤。諸如漏算或少算荷載、活荷載折減不當(dāng)、建筑物用料與實際計算不符，基礎(chǔ)底板上多算或少算土重。

　　底框砌體結(jié)構(gòu)驗算時就應(yīng)注意：底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu)，對具有薄弱層的底層框架混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮塑性變形集中的影響，通常對底層地震剪力乘以1.2-1.5的增大系數(shù);底層框架混合結(jié)構(gòu)的剪力分配不能簡單地按框架抗震墻的方法。因為底框架結(jié)構(gòu)中只有底層框架抗震墻，應(yīng)采用雙保險的方法，抗震墻承擔(dān)全部剪力，框架按剛度比例承擔(dān)剪力。剛度計算時，框架不折減，抗震墻折減到彈性剛度的20%-30%;應(yīng)考慮底層框架柱中地震作用產(chǎn)生傾覆力矩所引起的附加軸力。

　　避免樓板計算中不正確方法。連續(xù)板計算不能簡單地用單向板計算方法代替;雙向板查表計算時，不能忽略材料泊松比的影響，否則，由于跨中彎矩未進(jìn)行調(diào)整，將使計算值偏小。

　　對電算結(jié)果的正確性進(jìn)行正確評價。目前結(jié)構(gòu)計算大多采用結(jié)構(gòu)設(shè)計計算程序進(jìn)行計算，如何對計算結(jié)果進(jìn)行分析、評價，是一個非常重要的方面。必須根據(jù)工程設(shè)計的經(jīng)驗對計算結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，根據(jù)其正確與否，決定能否作為施工圖設(shè)計的依據(jù)。

　　5.2 從構(gòu)造角度看應(yīng)注意的問題：

　　注意構(gòu)件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震設(shè)計中既要保證建筑結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時具有一定的延性，又必須滿足最小配筋的要求。

　　嚴(yán)格按照規(guī)范要求，保證鋼筋在各個部位所需滿足的錨固、延伸和搭接長度，材料選用也必須滿足強(qiáng)度要求。

　　為了防止屋面溫度應(yīng)力引起的墻體開裂，必須采取有效的通風(fēng)散熱措施。

　　按抗震構(gòu)造要求設(shè)置的構(gòu)造柱，應(yīng)在整個建筑物高度內(nèi)上下對準(zhǔn)貫通，上至女兒墻壓頂，下伸入基礎(chǔ)圈梁，或伸入室外地面以下500毫米，構(gòu)造柱與圈梁、樓板和墻體的拉接必須符合規(guī)范要求。

　　另外，還要注意按照對稱、均勻、規(guī)整的原則來考慮平面及立面的布置，綜合考慮多道防線抗震等，以避免薄弱層的存在。這些都可作為設(shè)計理念來重視。在優(yōu)化設(shè)計中，從結(jié)構(gòu)的選型、分析計算、布置到截面設(shè)計等細(xì)節(jié)的處理，在整個設(shè)計環(huán)節(jié)中均要考慮到各方面的綜合因素，最終達(dá)成合理分析、科學(xué)處理，力求經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)化設(shè)計方案。

　　四、結(jié)束語

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為一個系統(tǒng)性、全面性的工作，需要設(shè)計人員具備扎實的理論知識基本功及靈活創(chuàng)新的思維與能力，同時還需認(rèn)真謹(jǐn)慎的工作態(tài)度。設(shè)計人員在工作中應(yīng)做到反復(fù)思考、總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)，以保障建筑的實用性及安全性。

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