淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題與解決措施

郭建起

摘要：文章從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論出發(fā)，分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意的問(wèn)題，并探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與措施在高層建筑的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);存在問(wèn)題;解決措施

前 ?言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，使得在城市化建設(shè)中需要越來(lái)越多的建筑設(shè)施，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為整個(gè)建筑工程的基礎(chǔ)，在此階段若能對(duì)針對(duì)安全性進(jìn)行周密設(shè)計(jì)，將會(huì)有助于整個(gè)工程順利、高質(zhì)量完工。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

1.關(guān)于箱、統(tǒng)基礎(chǔ)底板的挑板問(wèn)題

從結(jié)構(gòu)角度來(lái)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。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，能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時(shí)，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜，窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻，不宜再出長(zhǎng)挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。當(dāng)然此問(wèn)題并不絕對(duì)，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缓芨?，出基礎(chǔ)挑板，有利于解決抗浮問(wèn)題，從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。

2.關(guān)于箱、鏡基礎(chǔ)底板挑板的陽(yáng)角問(wèn)題

陽(yáng)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。如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽(yáng)角不必加輻射筋。

3.通常情況下，懸挑梁宜做成截面，尤其出挑長(zhǎng)度較短時(shí)

與挑板不同，挑梁的自重總荷載的比例很小，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。

4.關(guān)于梁、板的計(jì)算跨度

一般的手冊(cè)或教科書(shū)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)，在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單點(diǎn)講，可認(rèn)為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統(tǒng)一認(rèn)為是變截面板。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(wèn)題。

5.回彈再壓縮基坑開(kāi)挖

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，如獨(dú)立基礎(chǔ)，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當(dāng)做安全儲(chǔ)備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體措施

1.建筑地基設(shè)計(jì)

對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)，在抗震設(shè)計(jì)中，房屋的高寬比是一個(gè)需慎重考慮的問(wèn)題。不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是地基基礎(chǔ)整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問(wèn)題。由于我國(guó)占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類(lèi)型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。

2.高層建筑不規(guī)則性設(shè)計(jì)

當(dāng)結(jié)構(gòu)的位移比和周期比超規(guī)范規(guī)定時(shí)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對(duì)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度偏小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大。在結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大，結(jié)構(gòu)的層間位移滿足要求的情況下，可減小結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，對(duì)樓層中部結(jié)構(gòu)做減法，可取消、減短、減薄剪力墻，減小連梁高度等。當(dāng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度較小，側(cè)移較大時(shí)，可對(duì)樓層周邊結(jié)構(gòu)做加法，可增大周邊構(gòu)件的剛度。對(duì)帶裙房高層建筑，帶裙房部分樓層的位移比和周期比往往超規(guī)范規(guī)定。由于裙房高度不高，裙房樓層的絕對(duì)側(cè)移值很小，因此可不按高層建筑的側(cè)移控制條件來(lái)要求裙房，即位移比可適當(dāng)放寬。對(duì)某些建筑，因功能需要，下部幾層為大空間，上部為辦公或客房，隔墻較多，上下層剛度差別較大，此時(shí)剛度變化處的下一層宜指定為薄弱層，進(jìn)行內(nèi)力放大調(diào)整。

3.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層剪力墻結(jié)構(gòu)是特定的將剪力墻和框架兩種結(jié)構(gòu)相互組合，進(jìn)而形成一種新的體系。那么高層建筑的豎向荷載是由剪力墻和框架共同進(jìn)行承擔(dān)的，但是其水平的作用則主要就是由擁有較大的抗側(cè)剛度的剪力墻來(lái)進(jìn)行承擔(dān)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅具有剪力墻較強(qiáng)的抗震能力和較大的剛度，同時(shí)還具有框架結(jié)構(gòu)的使用方便和布置靈活的特點(diǎn)，因此能夠被廣泛的應(yīng)用在高層的旅館建筑和辦公建筑當(dāng)中。而高層建筑的水平力也主要是由剪力墻和框架共同進(jìn)行承擔(dān)，正是因?yàn)榧袅涂蚣艿墓餐瑓f(xié)同工作，其內(nèi)力分布和受力狀況都得到了較好的改善。

4.高層建筑突出升高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑中由于存在用水（生活用及消防用）及設(shè)置電梯的客觀要求，因此，位于高層建筑屋頂上的突出升高部分是難以避免的。對(duì)該部分由于有地震中的高振型影響，所受地震力相對(duì)較大，因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)法減輕該部非承重結(jié)構(gòu)部分的重量。同時(shí)將該部分的平面位置設(shè)置于接近抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度中心處，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震將是相當(dāng)有利的。正常情況下，屋頂突出升高部分的設(shè)備重量有電梯機(jī)房與水箱兩部分。由于消防對(duì)水壓頭的要求，水箱常是設(shè)置在突出升高部分的中間高度處的樓板上，一般高層建筑中該水箱的重量是比較大的，可達(dá)40-60噸，最大為100噸以上。因而由其產(chǎn)生的地震力將是相當(dāng)大的。為減少此項(xiàng)影響，采用懸吊水箱的做法將是有效的?？紤]到高振型的周期極短，同時(shí)吊索不能承擔(dān)剪力，而當(dāng)?shù)觞c(diǎn)的水平位移與吊索的長(zhǎng)度相比又為極小時(shí)，則對(duì)懸吊水箱的全重所產(chǎn)生的地震力甚至是可以略計(jì)的。懸吊水箱的自振周期是較長(zhǎng)的。?？勺龅?～4秒以上，此值與結(jié)構(gòu)主體的第一振型自振周期以及地面的卓越周期相比都是相差較大的，與結(jié)構(gòu)高振型的振動(dòng)周期比將相差更大，因此不會(huì)產(chǎn)生合拍共振的現(xiàn)象。值得注意的一點(diǎn)是。當(dāng)采用懸吊水箱時(shí)，吊桿上下宜做成鉸接。同時(shí)對(duì)進(jìn)水管、出水管及溢流管與水箱的接頭須采用柔性軟接頭處理。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，任何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中的遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加復(fù)雜或存在不安全。因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須以精心設(shè)計(jì)來(lái)保證。在設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)管理過(guò)程中，對(duì)此必須給予高度重視。

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