試論提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的措施

【摘要】隨著建設(shè)行業(yè)的日新月異，建筑造型和功能的多樣化，住宅設(shè)計(jì)變成一項(xiàng)繁重而又責(zé)任重大的工作。建筑物規(guī)模越來越大，形式越來越復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容多了，難度也大了，這對建筑設(shè)計(jì)人員而言，是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了今后的建設(shè)有更好的質(zhì)量和更高的水平，設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷努力，銳意進(jìn)取，以求精益求精。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)質(zhì)量

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

1.1建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)

其主要包括：結(jié)構(gòu)體系選擇、基礎(chǔ)選型、柱網(wǎng)布置、剪力墻分布等。建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)通常分為：主體與基礎(chǔ)兩部分進(jìn)行。根據(jù)建筑物的性質(zhì)、重要程度、層數(shù)、高度，以及當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力、抗震設(shè)防烈度等條件，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)體系，國內(nèi)常見的建筑結(jié)構(gòu)體系以框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)等為主。在建筑結(jié)構(gòu)體系選定后，應(yīng)確定柱、梁、剪力墻的分布與尺寸等。在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意對于各種內(nèi)力的分析與計(jì)算，以此作為各構(gòu)件設(shè)計(jì)主要依據(jù)；在建筑基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)中，主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的相關(guān)計(jì)算結(jié)果，以及項(xiàng)目所在地的地質(zhì)水文條件、抗震烈度等，確定基礎(chǔ)的形式。從而基本完成建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)工作。

1.2建筑結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)完成后，則要進(jìn)行相關(guān)部件的設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)主要是指梁、柱、板、墻、塊體等五種部件的內(nèi)力與配筋計(jì)算，其中梁與柱通常被視為細(xì)長桿件，兩者的內(nèi)力情況、計(jì)算體系基本相同；單向板一般簡化為單位寬度的梁進(jìn)行計(jì)算，雙向板則要采取相應(yīng)的專業(yè)計(jì)算理論，異型板的受力情況與計(jì)算相對復(fù)雜，應(yīng)盡量避免；對于單片剪力墻的計(jì)算，一般是將其假設(shè)為薄壁柱進(jìn)行近似至的計(jì)算，要考慮到翼緣的實(shí)際情況作用；在進(jìn)行筒體結(jié)構(gòu)中剪力墻的計(jì)算時(shí)，則要用充分利用空間力學(xué)的計(jì)算方法；塊體與梁、柱、板、墻的計(jì)算存在較大的差異，由于其三個(gè)方向的尺寸都相對較大，難以視為細(xì)長桿件或者簡化為平面體系進(jìn)行計(jì)算，例如：樁的承臺(tái)、獨(dú)立基礎(chǔ)、深梁等是較為常見的塊體，其受力情況較為復(fù)雜，難以進(jìn)行精確的分析與計(jì)算，所以，在塊體的計(jì)算中，一般是采取較高的安全系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)的整體安全性。

2、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的若干問題分析

2.1結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)注意的問題

（1）盡量避免荷載計(jì)算的錯(cuò)誤。例如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值不當(dāng)?shù)那闆r：鋼筋混凝土多層框架房屋多采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱黏性土層時(shí)，不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷載相當(dāng)?shù)亩鄬涌蚣軓S房，可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算。但這些房屋在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。

（2）底框砌體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算問題。底部剪力法僅適用于剛度比較均勻的多層結(jié)構(gòu)，對具有薄弱層的底層框架混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮塑性變形集中的影響，通常對底層地震剪力乘以1.2～1.5的增大系數(shù)；底層框架混合結(jié)構(gòu)的剪力分配不能簡單地按框架抗震墻的方法。因?yàn)榈讓涌蚣芙Y(jié)構(gòu)中只有底層框架抗震墻，應(yīng)采用雙保險(xiǎn)的方法，抗震墻承擔(dān)全部剪力，框架按剛度比例承擔(dān)剪力。剛度計(jì)算時(shí)框架不折減，抗震墻折減到彈性剛度的20%～30%，應(yīng)考慮底層框架柱中地震作用產(chǎn)生傾覆力矩所引起的附加軸力。

（3）關(guān)于結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定?？蚣芙Y(jié)構(gòu)及框架―剪力墻等結(jié)構(gòu)，由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的，但對框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期不折減或折減系數(shù)取得過大都是不妥當(dāng)?shù)?。對框架結(jié)構(gòu)，采用砌體填充墻時(shí)，周期折減系數(shù)可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時(shí)，可取0.7～0.8；完全采用輕質(zhì)墻體板材時(shí)，可取0.9。只有無墻的純框架，計(jì)算周期才可以不折減。

2.2構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

（1）地基基礎(chǔ)（包括樁基）設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的常見問題。首先，高層建筑基礎(chǔ)有效埋置深度不足，如某高層建筑30層，H=106m，地下一層，設(shè)計(jì)采用樁筏基礎(chǔ)，筏板基礎(chǔ)埋深5.5m，小于JCJ6-99高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范中關(guān)于基礎(chǔ)埋深的要求。

（2）在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員一般只注意橫向框架的設(shè)計(jì)而忽視了縱向框架?，F(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求水平地震作用應(yīng)按兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算，各方面的地震作用應(yīng)由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件來承擔(dān)。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，縱向框架橫向框架有同等的重要性。

3、提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效途徑

3.1做好資料收集工作，認(rèn)真確定計(jì)算參數(shù)

對于建筑工程來講，由于其所處的地理位置，決定了在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所涉及的具體參數(shù)會(huì)存在一定的特殊性。例如不同地區(qū)具有不同的風(fēng)壓、雪壓、地震強(qiáng)度、土壤類別等，因此在進(jìn)行參數(shù)的選取和計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素。另外對于比較特殊的建筑，還必須根據(jù)試驗(yàn)和以往類似工程的一些經(jīng)驗(yàn)來確定有關(guān)參數(shù)的取值。

3.2合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件

隨著各種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件的普及，人們已經(jīng)擺脫了過去復(fù)雜繁重的手工計(jì)算方法，但也導(dǎo)致人們對計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)構(gòu)軟件的過分依賴，作者認(rèn)為在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，不能只是盲目的信任計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果，而是應(yīng)該對所有的結(jié)果進(jìn)行充分的分析判斷，確認(rèn)其合理有效后，才能用于工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。

3.3重視結(jié)構(gòu)計(jì)算與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果是施工圖設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，并且計(jì)算結(jié)果是否正確直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和安全性，所以必須引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。例如在樓板計(jì)算中應(yīng)選用正確的計(jì)算方法進(jìn)行樓板計(jì)算，對于連續(xù)板不能選用單向板的計(jì)算方法，對于雙向板計(jì)算應(yīng)考慮材料泊松比對其的影響，以避免由于未調(diào)整跨中彎矩而造成計(jì)算值不準(zhǔn)確；基于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大多數(shù)結(jié)構(gòu)計(jì)算均采用電腦程序進(jìn)行計(jì)算，這種計(jì)算結(jié)果雖然精確度很高，但是缺少與必要的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，所以必須對電算結(jié)果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，以此判斷其正確與否，可否作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

3.4加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)的理念

由于地震的不可預(yù)見性，我們能做到的就只有最大限度的“抗震”而不是“防震”。我國是一個(gè)地震災(zāi)害發(fā)生比較頻繁的國家，我們不斷地從地震后的房屋中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，我國的《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范》也在歷次大地震后做了修編和完善，從76年版到84年版，2001年版到2008年版，再到汶川、玉樹地震后的2010年版（2010年12月1日開始實(shí)施），結(jié)構(gòu)工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)嚴(yán)格按照“抗規(guī)”中的抗震設(shè)計(jì)原則和抗震設(shè)計(jì)構(gòu)造的要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，只有做到了有效的抗震設(shè)計(jì)才能有效的降低地震突然發(fā)生所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

3.5重視概念設(shè)計(jì)存在的差異進(jìn)而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

在概念設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際建筑所處的空間和地理?xiàng)l件，結(jié)合考慮建筑所要求必備的功能以及建筑結(jié)構(gòu)的適用性、安全性、美觀性、經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，最終確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體方案，并且能夠利用整體結(jié)構(gòu)與基本桿件間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及施工現(xiàn)場賦予的資源條件，科學(xué)、合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題。同時(shí)在概念設(shè)計(jì)中應(yīng)處理好總體布局與關(guān)鍵細(xì)節(jié)之間的關(guān)系，使兩者兼顧，從而全面提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。

4、結(jié)語

總而言之，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，涉及到多方面因素，需要設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)從不同角度進(jìn)行綜合考慮、分析，找到最為有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制途徑，只有這樣才能全面提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

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