1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的類型與基本內(nèi)容

　　1.1建筑結(jié)構(gòu)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(jù)建筑物的用途,可以分為工業(yè)建筑與民用建筑。建筑物根據(jù)所使用的結(jié)構(gòu)材料可以分為:木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)等。建筑物根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式,可以分為排架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)和大路結(jié)構(gòu)等。

　　1.2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

　　1.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的程序

　　建筑物的設(shè)計(jì)包括建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、暖氣通風(fēng)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)等。建筑結(jié)構(gòu)是一個(gè)建筑物發(fā)揮其使用功能的基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑物設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分,主要包括以下四個(gè)過程:方案設(shè)計(jì)→結(jié)構(gòu)分析→構(gòu)件設(shè)計(jì)→繪施工圖。

　　1.2.2建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

　　為保證建筑結(jié)構(gòu)的可靠度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,在設(shè)計(jì)中,必須遵循以下要求:(1)計(jì)算內(nèi)容:結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算,如直接承受動(dòng)力荷載的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算;(2)結(jié)構(gòu)上多種作用效應(yīng)同時(shí)發(fā)生時(shí),應(yīng)通過結(jié)構(gòu)分析分別求出每一種作用下的效應(yīng)后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設(shè)計(jì):我國的抗震設(shè)防烈度為6至9度,建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)所在地區(qū)的烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級(jí)。對(duì)應(yīng)不同的抗震等級(jí),有不同的計(jì)算和構(gòu)造要求。

　　2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

　　適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、便于施工是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則。一個(gè)優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往是這五個(gè)方面的最佳結(jié)合。完美的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是在努力追求這五個(gè)方面的最佳結(jié)合的過程中產(chǎn)生的,適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、便于施工是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員最終努力的目標(biāo),是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳體現(xiàn)。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般在建筑設(shè)計(jì)之后“,受制”于建筑設(shè)計(jì),但又“反制”于建筑設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定建筑設(shè)計(jì)能否實(shí)現(xiàn),從這個(gè)意義上講,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得更為重要,雖然一棟標(biāo)志性建筑物建成后,人們只知道建筑師的名字,但一個(gè)適用、安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、便于施工的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是工程師們的驕傲和成就。

　　3進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意的問題

　　3.1箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角問題。一是陽角面積在整個(gè)基礎(chǔ)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(chǔ)底板的挑板問題。從結(jié)構(gòu)角度來講,如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋,特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL(zhǎng)布置時(shí),不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長(zhǎng)筋,較為節(jié)約;出挑板后,能降低基底附加應(yīng)力,當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí),加挑板就可能采用天然地基;當(dāng)然,此問題也并不是絕對(duì)的,當(dāng)有數(shù)層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時(shí),可靈活考慮;當(dāng)?shù)叵滤惠^高,出基礎(chǔ)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(jì)算跨度。一般的手冊(cè)或教科書上所講的計(jì)算跨度，如凈跨的1.1倍等,這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而在應(yīng)用的寬扁梁中卻是不適用的。在扁梁結(jié)構(gòu)中,梁高比板厚大不了多少時(shí),應(yīng)將計(jì)算長(zhǎng)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(tái)階式獨(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認(rèn)為是超大截面梁,所以梁配筋時(shí)應(yīng)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(shí),摩擦角范圍內(nèi)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(dāng)基礎(chǔ)較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計(jì)算沉降時(shí),應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí),相對(duì)受到較小約束,如箱基,計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算,被坑邊土約束的部分可以作為安全儲(chǔ)備,這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

　　3.5關(guān)于回彈再壓縮。基坑開挖時(shí),摩擦角范圍內(nèi)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(dāng)基坑很大時(shí),相對(duì)受到較小約束,如箱基,計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算,被坑邊土約束的部分當(dāng)作安全儲(chǔ)備,這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

　　3.6主梁有次梁處加附加筋。一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認(rèn)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(cè)補(bǔ)上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對(duì)的。規(guī)范中說的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載,應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。當(dāng)主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時(shí),應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時(shí),如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當(dāng)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(duì)不大,主梁也可不加附加筋。總的原則,當(dāng)主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí),主梁可不加附加筋。梁上集中力,產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內(nèi)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(duì)主梁截面、荷載較小時(shí),也可滿足。

　　3.7通常情況,懸挑梁宜做成等截面,尤其出挑長(zhǎng)度較短時(shí)。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(gè)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(dāng)然,外露的大挑梁,可適當(dāng)變截面,使感官效果更好些。

　　3.8有些工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,框架梁或剪力墻連梁的抗震等級(jí)較高,對(duì)構(gòu)件剪壓比驗(yàn)算應(yīng)予以重視,當(dāng)電算超限時(shí)做必要的處理。

　　3.9一些高層建筑設(shè)計(jì),南北側(cè)窗臺(tái)高度不同。如南側(cè)為落地窗或低窗臺(tái)(200-300mm),北側(cè)為高窗臺(tái)(900-1100mm)。在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中,剪力墻的連梁高度均未考慮窗臺(tái),且連梁剛度折減系數(shù)取規(guī)范最小值0.5,周期折減系數(shù)取1.0。因此,應(yīng)按實(shí)際連梁高度進(jìn)行整體計(jì)算,或采取以下措施:未作為連梁設(shè)計(jì)的窗臺(tái)后砌,采取有效施工措施防止不同墻體材料之間出現(xiàn)裂縫;減薄混凝土窗臺(tái)厚度或在窗臺(tái)墻與窗間墻連接處設(shè)控制縫。

　　3.10關(guān)于主次梁結(jié)點(diǎn)部位(梁面同高)的間接受荷情況,我國新老規(guī)范都明確規(guī)定應(yīng)設(shè)置附加橫向鋼筋,并承擔(dān)全部集中荷載。同時(shí),不允許用布置在集中荷載影響區(qū)內(nèi)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(dāng)抗震設(shè)計(jì)框架梁上的荷載以集中荷載為主時(shí),如果按箍筋加密區(qū)間距進(jìn)行電算,對(duì)抗震要求的箍筋加密區(qū)段以外的截面,因其剪力比支座截面衰減不多,故應(yīng)驗(yàn)算此截面的斜截面受剪承載力。如計(jì)算需要,應(yīng)延長(zhǎng)箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度。

　　3.12抗震設(shè)計(jì)時(shí)的型鋼混凝土框支柱或框架柱,其箍筋設(shè)置除滿足規(guī)范規(guī)定的體積配箍率及構(gòu)造要求以外,同一截面內(nèi)的箍筋肢距,同樣要滿足規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土框架柱的要求。必要時(shí)仍要設(shè)置復(fù)合箍。

　　3.13在較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面布置中,經(jīng)常存在多方向柱網(wǎng)相接區(qū)域。有些設(shè)計(jì)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(dǎo)致節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋錨固和混凝土施工困難。實(shí)際上,對(duì)于現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu),水平地震力主要靠樓板傳遞,每根柱只要在兩個(gè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)

　　4.1必須及早介入建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

　　住宅設(shè)計(jì)無論是多層磚混或框架剪力墻結(jié)構(gòu),都不同于以往的靜力設(shè)計(jì),必須從抗震的角度,采用二階段設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防要求。為此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須及早介入建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì),否則將會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理,給以后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來難度。建筑物結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)是指一些在計(jì)算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題,必須由工程師運(yùn)用“概念”進(jìn)行分析,作出判斷,以便采取相應(yīng)的措施。住宅結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中起著舉足輕重的作用,一幢建筑物的設(shè)計(jì),如果沒有事先經(jīng)過全盤正確的概念設(shè)計(jì),以后的計(jì)算模式再準(zhǔn)確、計(jì)算再精確、配筋再合理,也不可能是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理的優(yōu)秀設(shè)計(jì)工程。因此在建筑物的方案設(shè)計(jì)階段應(yīng)正確把握建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì),對(duì)不同形式的住宅建筑掌握各自概念設(shè)計(jì)中容易疏忽的要點(diǎn)。

　　(1)對(duì)一般多層砌體住宅結(jié)構(gòu),應(yīng)按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求做到優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系:縱橫墻的布置宜均勻?qū)ΨQ,沿平面內(nèi)宜對(duì)齊,沿豎向應(yīng)上下連續(xù);樓梯間不宜設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;不宜采用無錨固的鋼筋砼預(yù)制挑檐。

　　(2)對(duì)鋼筋混凝土多、高層結(jié)構(gòu)住宅,力求做到結(jié)構(gòu)布置盡量采用規(guī)則結(jié)構(gòu)。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu),可以設(shè)置防震縫,把它分割成各自規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。框剪體系的各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)要形成空間共同工作狀態(tài),除了控制抗震墻之間樓、屋蓋的長(zhǎng)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(jié)語

　　總之,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑的前提基礎(chǔ),是建筑工程的重要組成部分。因此,設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起,做到知其所以然,深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義,并密切配合其他專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工作中應(yīng)事無巨細(xì),善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。只有這樣才能做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),促進(jìn)建筑工程質(zhì)量的不斷提高,以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作做到更安全、更合理。