談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程建設(shè)中的作用

于峰

（身份證號(hào)：370630197110240512）

談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程建設(shè)中的作用

于峰

（身份證號(hào)：370630197110240512）

建筑工程質(zhì)量問題備受關(guān)注，本文詳細(xì)分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)來闡述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中的作用。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；方案；作用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，它是以建筑設(shè)計(jì)的要求為基礎(chǔ)，根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況，確定建筑物的結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和評(píng)估，然后以分析結(jié)果和相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范為依據(jù)，進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。

1　方案的選擇

近年來，我國新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新工藝迅速發(fā)展，城市人口的增長(zhǎng)、地價(jià)的增高，房屋往高層發(fā)展，現(xiàn)代化設(shè)施也隨之增多，影響房屋造價(jià)的因素也越來越多，結(jié)構(gòu)工程師不僅要注意本專業(yè)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，更要顧及綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。時(shí)間也是衡量經(jīng)濟(jì)的重要因素，也是衡量設(shè)計(jì)優(yōu)劣的因素，方案的復(fù)雜、簡(jiǎn)單會(huì)使設(shè)計(jì)周期和施工周期延長(zhǎng)或縮短，縮短時(shí)間會(huì)減少物價(jià)上漲的風(fēng)險(xiǎn)，減少貸款利息。要準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)因素，得出最后的數(shù)據(jù)，即使有計(jì)算機(jī)的幫助也是非常困難的，設(shè)計(jì)人員要建立起經(jīng)濟(jì)的概念，能夠一般的評(píng)價(jià)和比較不同結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到受力明確，傳力簡(jiǎn)捷，安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

2　結(jié)構(gòu)分析

選擇結(jié)構(gòu)的非線性分析還是線性分析要看工程的具體情況而定。一般來說線性分析比較簡(jiǎn)便，在一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常使用線性分析。但是，如果建筑結(jié)構(gòu)跨度大、屬于超高層，結(jié)構(gòu)變形的二階效應(yīng)就會(huì)比較大，因此，還必須運(yùn)用非線性分析。

建筑結(jié)構(gòu)分析中所采用的數(shù)學(xué)方法主要有解析法和數(shù)值法兩種。解析法通常只適用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)模型求解。如果建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多數(shù)結(jié)構(gòu)很難抽象成一個(gè)可以用連續(xù)函數(shù)表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，而且其邊界條件也沒有辦法用連續(xù)函數(shù)表達(dá)，就不適宜使用這種方法了。

因此，在通常情況下都需要用數(shù)值方法來求解。數(shù)值方法又可以分為有限單元法、有限差分法、有限條法等。而目前有限單元法是應(yīng)用最為廣泛的。其原理是把結(jié)構(gòu)拆分為一個(gè)有限單元的組合體，以便夠解析地模擬或逼近真實(shí)結(jié)構(gòu)的解域。通常情況下可以模擬幾何形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)解域，因?yàn)?，單元能夠按不同的連接方式組合在一起，而單元本身又可以有不同的幾何形狀。最常用的有限單元結(jié)構(gòu)分析軟件有PKPM系列、T陽A、SAP系列、ANSYS以及ADINA等。

3　總體布置

科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即需要有合理的結(jié)構(gòu)體系還需要有完美的結(jié)構(gòu)布置。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布置會(huì)影響到建筑設(shè)計(jì)方案的效果，影響到建筑的安全和功能的使用。結(jié)構(gòu)的總體布置要考慮控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形、平面布置、豎向布置、縫的設(shè)置和構(gòu)造等幾個(gè)方面。

3.1控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形

建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時(shí)承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會(huì)使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移和相對(duì)的位移，有時(shí)甚至?xí)?yán)重地破壞非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)來解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。

3.2平面布置

平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況來確定，如果是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，則采用形狀較為簡(jiǎn)單，而且要根據(jù)相對(duì)應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，高層建筑單個(gè)的結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長(zhǎng)，否則在發(fā)生地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的兩端可能會(huì)出現(xiàn)反相位的振動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致建筑被過早地破壞，同時(shí)威脅到人們的安全。

3.3豎向布置

為了避免過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強(qiáng)度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)高處以防止錯(cuò)層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對(duì)高層建筑時(shí)，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度發(fā)生變化的情況，對(duì)于這種情況，應(yīng)逐漸變化。

3.4縫的設(shè)置和構(gòu)造

建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)帶來的不利影響?？梢岳贸两悼p、伸縮縫或防震縫把結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)獨(dú)立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會(huì)對(duì)建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹(jǐn)慎對(duì)待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問題。

4　構(gòu)件設(shè)計(jì)和繪制施工圖

構(gòu)件設(shè)計(jì)主要有截面設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。因?yàn)榻孛娉叽缭诜桨冈O(shè)計(jì)階段已初步確定，構(gòu)件設(shè)計(jì)階段所做的工作是確定鋼筋的類型、放置位置和數(shù)量，因此，截面設(shè)計(jì)在混凝土結(jié)構(gòu)中，也稱可以稱為配筋計(jì)算。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)中的使用比在截面設(shè)計(jì)中的使用更為廣泛，一般來說，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也可以稱為連接設(shè)計(jì)。而構(gòu)件設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)部分組成：①計(jì)算；②構(gòu)造。兩者共同組成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是根據(jù)計(jì)算和構(gòu)造來確定的，計(jì)算是構(gòu)造的基礎(chǔ)，構(gòu)造是計(jì)算的重要補(bǔ)充，兩者是相互補(bǔ)充，相互聯(lián)系的。

TU318

A

1673-0038（2015）28-0041-01

2015-5-26