建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

【摘要】通過(guò)對(duì)以往的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可以提高建筑的安全性和延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。本研究概述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的和基本原則，同時(shí)闡述了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以及詳細(xì)分析了高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；建筑設(shè)計(jì)；要點(diǎn)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑的質(zhì)量息息相關(guān)，其在建筑行業(yè)中占據(jù)舉足輕重的地位。隨著科技的發(fā)展，我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面已經(jīng)取得了令人欣慰的成績(jī)，并且積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但是時(shí)代在發(fā)展，可以既在進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)的發(fā)展仍然任重而道遠(yuǎn)。所以，我國(guó)在建筑領(lǐng)域中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中投入了大量的人力和物力，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量的研究，并且也見(jiàn)到了一定的成效。建筑工程的質(zhì)量的高低直接決定著人民的生命財(cái)產(chǎn)是否安全，而設(shè)計(jì)和施工是決定工程質(zhì)量好壞的兩個(gè)重要因素。因此，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)的介紹存在一定的必要性。

1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的

建筑行業(yè)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定的目的性，而這些目的主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。第一方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要目的具有安全性，所謂的安全性是指所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能夠承受外界帶來(lái)的負(fù)載和變性，這樣可以確保建筑的安全，從而保證人民的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全；第二方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了建筑的適用性，換而言之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證在建筑投入使用時(shí)，建筑的各個(gè)方面都具有工作性；第三方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于建筑的耐久性，在建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，都有相應(yīng)的使用年限，尤其是在投入使用時(shí)，要確保建筑的耐久性，從而確保建筑的使用年限。

2. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)原則

遵循建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)原則，可以保證建筑結(jié)構(gòu)具有安全性、適用性和耐久性。首先，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮抗震，可以通過(guò)抗震試驗(yàn)分析抗震指數(shù)，從而確定剪力墻的數(shù)量，這樣對(duì)抗震性能的提高具有顯著的作用；其次，電梯井壁的設(shè)計(jì)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素之一，其需要用粘土磚砌筑；再次，在有地下水位較高時(shí)，在設(shè)計(jì)是要對(duì)其進(jìn)行防水處理；最后，布局規(guī)范性也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素之一，具體情況具體分析，策劃出一套較好的結(jié)構(gòu)方法和措施。

3. 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本決定因素是水平荷載。就一般情況而言，豎構(gòu)件中在有外力的荷載時(shí)會(huì)導(dǎo)致軸力的產(chǎn)生和樓面發(fā)生彎矩，而且這種變化以及樓房的自重均是隨著樓房高度的變化而發(fā)生變化，且呈現(xiàn)正比的關(guān)系。而且，在豎構(gòu)件中產(chǎn)生的軸力以及力矩的水平外力荷載與樓房高度的平方成正比例關(guān)系。在建筑結(jié)構(gòu)里，尤其具有一定高度的建筑，其豎向的荷載有固定的值，但是在發(fā)生地震時(shí)產(chǎn)生的水平荷載和風(fēng)荷載卻隨著外界的變化而變化，因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)存在一定的差異性，而使得地震時(shí)發(fā)生的振幅不同。因此，在對(duì)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要將水平荷載這一重要因素考慮其中。

3.2 控制建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本指標(biāo)

與低層的建筑結(jié)構(gòu)存在很大的不同，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要因素之一是結(jié)構(gòu)側(cè)移。當(dāng)在外力作用下產(chǎn)生了水平荷載時(shí)，建筑就會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)側(cè)移，結(jié)構(gòu)側(cè)移的距離與建筑結(jié)構(gòu)的高度呈正比的關(guān)系，這一定程度上也確保了結(jié)構(gòu)側(cè)移在一定的水平范圍內(nèi)。水平位移和外力荷載的關(guān)系直接關(guān)系到建筑質(zhì)量的高低，而只有控制好了建筑中的水平位移和外力荷載的相應(yīng)關(guān)系，才能提高建筑的相應(yīng)質(zhì)量。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)軸向變形

對(duì)于高層建筑而言，其在受到很強(qiáng)的豎向荷載時(shí)，建筑中承受主要力量的柱子內(nèi)部會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的軸向變，與此同時(shí)，也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的連續(xù)彎矩，這樣無(wú)疑增加了端支座負(fù)彎矩的值和跨中正彎矩的值，同時(shí)負(fù)彎矩值在一定程度上得到了降低。軸向變形也影響著建筑構(gòu)件中的下料的長(zhǎng)度，如果想調(diào)整對(duì)預(yù)制構(gòu)件中的下料的長(zhǎng)度，就要對(duì)調(diào)整軸向變形的計(jì)算值。

4. 詳細(xì)分析高層建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑是目前建筑行業(yè)的重要新興建筑之一，也是社會(huì)發(fā)展催生出的重要產(chǎn)物之一，高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)成一般包括了分析簡(jiǎn)體框架和剪力墻，兩者通過(guò)水平平樓板相互連接。這樣就增加了分析高層建筑的結(jié)構(gòu)的難度，尤其是在三維的空間中進(jìn)行分析時(shí)。因此，在對(duì)高層建筑機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，需要引入相應(yīng)的假定計(jì)算模型。

4.1 剛性樓板假定模型

對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析時(shí)，由于實(shí)際情況要復(fù)雜的多，要想使分析順利進(jìn)行，需要進(jìn)行一些假設(shè)。例如，把建筑結(jié)構(gòu)平面外的剛度最小化，而使得結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的剛度最大化。進(jìn)行假設(shè)的好處主要有以下幾點(diǎn)，第一點(diǎn)是將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方法簡(jiǎn)單化了；第二點(diǎn)是結(jié)構(gòu)位移的自由度降至最低；第三點(diǎn)是提高了空間薄壁桿件理論在簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)計(jì)算是的利用率。這個(gè)假設(shè)模型一般適用于剪力墻和框架兩種體系中，但是不適用與突變的豎向剛度結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橥蛔儠r(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的樓板結(jié)構(gòu)變形。在遇到特殊的問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)剛性樓板假定進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，最顯著的例子是在層數(shù)不多、樓板剛度不高的情況下，抗側(cè)立結(jié)構(gòu)構(gòu)件的間距較大時(shí)，對(duì)其結(jié)構(gòu)頂部的位移、內(nèi)力、底部均會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

4.2 計(jì)算圖形的假定方法

一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)都會(huì)進(jìn)行三維空間分析。而三維空間分析的主要方法之一是計(jì)算圖形的假定方法。相對(duì)于二維協(xié)同的分析方法，三維空間分析將抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的公共節(jié)點(diǎn)在樓面外的位移考慮在內(nèi)。同時(shí)三維空間分析方法更加注重了結(jié)構(gòu)平面的扭轉(zhuǎn)剛度和剛度兩者方面。如果對(duì)桿單元中的單個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在六個(gè)自由度。然而在采用最為常用的符拉索夫薄壁桿理論進(jìn)行分析時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)分析的深度和廣度都有待于進(jìn)步。

4.3 小變形假定

小變形假定也是目前分析高層建筑結(jié)構(gòu)最為常用的方法之一，該種方法的主要特點(diǎn)是該方法的分析角度是進(jìn)行幾何非線性分析，即P-△效應(yīng)方面，這樣更接近與實(shí)際的情況。這個(gè)方法需要注意的一點(diǎn)是當(dāng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的水平位移比上建筑物的高度的值高于0.002時(shí)，P-△效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)影響會(huì)比較顯著。

4.4彈性假定

彈性假定的計(jì)算方法也是分析高層建筑結(jié)構(gòu)的重要方法之一。如果結(jié)構(gòu)在受到垂直荷載的情況下，彈性工作的時(shí)間會(huì)大大延長(zhǎng)，這樣大大增加了彈性假定與實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)的吻合度。但是，在實(shí)際生活中，不可避免的會(huì)發(fā)生地震、強(qiáng)風(fēng)等不可避免的自然災(zāi)害，這樣會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的位移，從而出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，這時(shí)的工作狀況就稱(chēng)為彈塑性的狀態(tài)。這時(shí)用彈塑性動(dòng)力分析法在分析建筑機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)揮了舉足輕重的作用，從而更加真實(shí)的反應(yīng)出建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)。

結(jié) 論

綜上所述，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)存在一定的目的性和原則性，只有在明確建筑結(jié)構(gòu)分析目的的情況下，才能更好的遵循建筑結(jié)構(gòu)分析中的基本原則，這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量和高要求。同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)技術(shù)不僅影響著建筑業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也直接影響著建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)技術(shù)涉及的內(nèi)同非常對(duì)、范圍比較廣，再加之我國(guó)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)方面的研究的深度還不夠，這使得我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還有很大的發(fā)展空間。所以我國(guó)要不斷的培養(yǎng)建筑領(lǐng)域的相關(guān)人才，加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)的分析和重視，從而研究出更有利于提高建筑的質(zhì)量，從而促進(jìn)建筑行業(yè)的快速發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介

姓名：蘇永光 性別：男 出生年月：1986年06月19日 職稱(chēng)：建筑結(jié)構(gòu)助理工程師 主要從事的工作：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作單位：廣東省惠陽(yáng)建筑設(shè)計(jì)院 郵編：516211