建筑結(jié)構(gòu)設計要點及計算模型調(diào)整

林 濤，張景禎

1.河北省唐山市規(guī)劃建筑設計研究院，河北 唐山 063000 2.九源（北京）國際建筑顧問有限公司，陜西 榆林 750001

1 結(jié)構(gòu)破壞機制分析

1）對于框架結(jié)構(gòu)來說，地震作用下首先在梁端產(chǎn)生朔性鉸，消耗地震能量。隨著強震作用，底層柱底彎矩增大，導致底層柱底最終出現(xiàn)朔性鉸，結(jié)構(gòu)進入失穩(wěn)狀態(tài)成為幾何可變體系。在設計高層結(jié)構(gòu)時，應保證底層柱的抗彎和抗剪強度，以有效地延遲底層柱朔性鉸的出現(xiàn)，提高底層柱的延性?？刹扇〉拇胧┦牵簩α汗潭藦澗剡M行適當調(diào)幅；框架梁的下部鋼筋如不是計算需要和構(gòu)造要求，以不伸入柱中或不完全錨固在柱中為好。通過人為方式對不同構(gòu)件設置不同的安全等級；

2）對于剪力墻結(jié)構(gòu)來說，鑒于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大，重點設計其抗彎和抗剪強度。在設計剪力墻結(jié)構(gòu)時，為了有效確保剪力墻結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)樓層破壞，剪力墻內(nèi)豎向鋼筋的配筋率不宜過小，避免在大震作用下產(chǎn)生脆性破壞。水平分布筋直徑不宜過小間距不宜過大，否則對混凝土起不到約束作用；豎向鋼筋直徑更不能太細間距不宜過大；對于墻厚大于160mm時，采取雙層鋼筋，而且水平筋應放在豎向筋的外側(cè)。在剪力墻的端部以及墻與墻交叉處應該設置暗柱；同時尤其注意剪力墻的與樓板的連接；

3）對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)來說，鑒于框架結(jié)構(gòu)剛度比較小，為了有效確保結(jié)構(gòu)有良好的延性和變形能力，即框架結(jié)構(gòu)設計的重點在于延性，而剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大，設計中首先遇到的問題是強度設計，包括抗彎和抗剪強度設計，同時也要保證剪力墻有良好的延性。在設計中可采取的措施：剪力墻的數(shù)量應比所謂的合理數(shù)量要求高一些；平面布置剪力墻時，應采取相對集中和分散布置相結(jié)合的原則，要盡量使橫向與縱向剪力墻連成整體構(gòu)成十字形，T字形或L字形。這樣既可省材料，又可增大結(jié)構(gòu)的整體剛度和穩(wěn)定性，同時還有利于抗扭。

2 建筑結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置分析

2.1 結(jié)構(gòu)體系選取

對于建筑結(jié)構(gòu)設計時，可選擇的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架－剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框支剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)等。設計中選取何種結(jié)構(gòu)，需經(jīng)過方案比較，這主要比較建筑物的高度、用途、施工、條件以及經(jīng)濟等。如果擬建建筑物為宿舍，而且高度有比較高，則適宜選取剪力墻結(jié)構(gòu)，這樣便充分結(jié)合居住建筑要求足夠多隔墻的要求。當建筑物的底部需要設商店和大開間的門廳時，則適宜采用框支－剪力墻結(jié)構(gòu)。

2.2 結(jié)構(gòu)布置

在建筑體型和結(jié)構(gòu)體系選定后，結(jié)構(gòu)布置時結(jié)構(gòu)設計的重要一環(huán)。結(jié)構(gòu)布置應充分考慮到以下要求：結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的結(jié)構(gòu)平面布置盡量做到均勻?qū)ΨQ；各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心應力求靠近水平作用合力的作用線，以減少扭轉(zhuǎn)影響；抗震結(jié)構(gòu)體系宜為多道防地震的體系?？拐鸾Y(jié)構(gòu)設計時宜少采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。筆者結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，總結(jié)了一些關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)布置的設計經(jīng)驗：

1）在建筑體型構(gòu)思，平面布置和豎向設計階段，建筑和結(jié)構(gòu)設計人員一定要密切配合，相互取長補短，既要充分考慮到建筑物使用合理，造型美觀，又要考慮到結(jié)構(gòu)受力明確，結(jié)構(gòu)設計經(jīng)濟合理，有利于抵抗水平作用和方便施工等。建筑物的體型對建筑結(jié)構(gòu)的受力和材料消耗又極其重要的作用，在相同的基本風壓作用下，采用圓形平面比采用正方形平面，風荷載可減小40%以上；

2）在建筑物豎向設計上，如能將頂部削成斜面，對抗風和抗震都有利的。另外，為了有效地減小結(jié)構(gòu)自重，優(yōu)先采用輕質(zhì)隔墻。當建筑物需進行抗震設計時，其體型應盡量簡單和規(guī)則。設計中應優(yōu)先考慮通過調(diào)整平面形狀和尺寸達到盡量采用不設防震縫的方案。當建筑物有較大的錯層，應用防震縫將各部分分成規(guī)則，均勻的獨立結(jié)構(gòu)單元。

2.3 多道抗震防線設計原則

絕大多數(shù)地震都有前震和余震，這就要求設計時一定要考慮多道防線的問題。在結(jié)構(gòu)平面設計時應有意識地加強某些豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。例如，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，將某幾片剪力墻特別加強其抗剪抗彎能力。強震下，其它剪力墻雖已出現(xiàn)朔性鉸，但加強了的這幾片剪力墻仍然處于彈性階段。又如在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，讓框架承受更多較多的水平作用。另外，在每榀框架抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中也有所側(cè)重，設計時也應該有意識的對不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件給予不同的可靠度，而且在構(gòu)件的抗彎抗剪設計中，不同的部位也應適當不同的安全度。例如，在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中，應讓地震能量首先在彎曲變形中耗散掉，從而有效地避免了剪切破壞先于彎曲破壞，即鋼筋混凝土剪力墻的底部抗剪可靠度一定要給夠，應超過一般構(gòu)件抗剪驗算的可靠度。充分認識各種結(jié)構(gòu)的破壞機制和其朔性鉸出現(xiàn)的順序，對考慮多道防線設計的原則是很有幫助的。

3 結(jié)構(gòu)計算及模型調(diào)整

設計參數(shù)已經(jīng)選定的情況下接下來的工作就是結(jié)構(gòu)建模計算和調(diào)整修改的工作，這項工作大多數(shù)要往返多次才能取得合理的結(jié)構(gòu)模型。

1）初次建模時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及技術(shù)條件都是以設計經(jīng)驗和規(guī)范確定的，建模完成后便進行結(jié)構(gòu)計算，在結(jié)構(gòu)計算前處理部分，特別要注意計算程序所要求輸入的各項軟件所需的參數(shù)，一類是技術(shù)參數(shù)，一類是條件參數(shù)。條件參數(shù)是工程本身在特定條件下所具有的；技術(shù)參數(shù)，主要是軟件內(nèi)部根據(jù)規(guī)范或設計常規(guī)所需要確定的，例如是否考慮P-Δ效應，選CQC法，選取振型個數(shù)等；

2）在計算完成后，要檢查層間位移是否滿足規(guī)范要求，如不滿足表明梁柱剛度過小，應加大梁柱尺寸或提高砼強度等級。另外建筑物的高寬比不得超過規(guī)范，如框架結(jié)構(gòu)要求小于4。對于第一自振周期T1應是在將結(jié)構(gòu)模型調(diào)整合理的情況，在返回重填重算，以求得接近實際的計算結(jié)果?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比，A級高度建筑不應大于0.9，這也是調(diào)整樓面剛度梁柱尺寸的依據(jù)；

3）其次要檢查軸壓比是否超規(guī)范，如超需調(diào)整柱尺寸以及混凝土等級。如柱縱向筋，是否超筋，有沒有辦法配筋，規(guī)范要求縱筋凈距不大于200，同時又不得小于50，對角柱中柱最小配筋率如不滿足同樣要調(diào)整柱。再次，檢查梁的計算結(jié)果信息：縱筋的超筋情況、配箍超筋情況，雖未超筋，但實際是否可配，梁縱向鋼筋要放幾排，每排根數(shù)，此兩項是梁尺寸、砼強度等級調(diào)整的依據(jù)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合筆者從事工程設計實踐經(jīng)驗，提出建筑結(jié)構(gòu)設計應從概念設計出發(fā)來合理選取結(jié)構(gòu)布置，同時對計算模型采取合理的調(diào)整，以使得結(jié)構(gòu)更加合理。

[1]王順卿.當前建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計的應用[J].山西建筑，2006(6).

[2]賴運強.地下結(jié)構(gòu)設計的荷載模型、方法的確定[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010(5).