關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方法及發(fā)展趨勢的探討

【摘要】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是整個建筑工程的藍(lán)圖，對建筑物的安全、質(zhì)量和適用有著決定作用。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作非常關(guān)鍵。隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也不斷創(chuàng)新。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；方法；發(fā)展趨勢

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法

1.1結(jié)構(gòu)平面圖 在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖前有個問題需要說明一下，就是要不要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模的問題。當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)時（建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外），根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，是可以不用進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算，但應(yīng)符合有關(guān)的抗震措施要求。那么對于砌體結(jié)構(gòu)來講如果時間不是很充足的話應(yīng)該可以不用在軟件中建模，直接設(shè)計(jì)即可，但要注意受壓和局部受壓的問題，必要時進(jìn)行人工復(fù)核。對于局部受壓的防御措施是要按規(guī)定對梁下設(shè)梁墊以及設(shè)置構(gòu)造柱等措施。如果時間不是很緊張，建議還是輸入建模較好，有一個便利就是可以利用軟件來進(jìn)行荷載導(dǎo)算。另外，當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為7度及以上時是必須要輸入軟件建模計(jì)算的。繪制結(jié)構(gòu)平面圖時，如果沒有建模就可以直接在建筑的條件圖上來繪制結(jié)構(gòu)圖了，這一步必不可少的是刪除建筑圖中對結(jié)構(gòu)來講沒有用的部分，簡單快捷的方法是利用軟件的圖層功能，直接凍結(jié)相關(guān)的層。然后再建立新的結(jié)構(gòu)圖層：圈梁層、構(gòu)造柱層、梁層、文字層、板鋼筋層，等等。這樣做的目的是提高繪圖效率，方便在不同結(jié)構(gòu)平面圖間的拷貝移動和刪除。

1.2屋頂（面）結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)建筑是坡屋面時，結(jié)構(gòu)的處理方式有兩種：梁板式及折板式。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整、板跨度較大、屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面；反之，則適用折板式。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時應(yīng)有部分或全部的板負(fù)筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120mm厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應(yīng)有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫法，建議采用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法。

1.3大樣詳圖 大樣詳圖的繪制可以在建筑詳圖的基礎(chǔ)上直接繪制，前提是建筑詳圖的準(zhǔn)確無誤；也可以在以前做過的詳圖的基礎(chǔ)上來局部改進(jìn)繪制。要注意的是在保持建筑外形的前提下盡量地使結(jié)構(gòu)受力合理和施工方便。在標(biāo)高和外形尺寸上一定要和建筑專業(yè)協(xié)調(diào)一致。需要提醒的是建筑標(biāo)高和結(jié)構(gòu)標(biāo)高的關(guān)系要搞清楚，該減的減，不該減的就不要減。

1.4樓梯 樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統(tǒng)一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內(nèi)折角處要斷開分別錨固防止局部的應(yīng)力集中。閣樓層處的樓梯由于有分戶墻的存在要設(shè)置抬墻梁。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問題。首段梯板的基礎(chǔ)應(yīng)注意基礎(chǔ)的沉降問題，必要時應(yīng)設(shè)梯梁。

1.5基礎(chǔ) 基礎(chǔ)要注意混凝土的標(biāo)號選擇應(yīng)符合結(jié)構(gòu)耐久性的要求（通常情況下可采用C25）。基礎(chǔ)的配筋應(yīng)滿足最小配筋率的要求（施工圖審查中心重點(diǎn)審查部位）。條基交接部位的鋼筋設(shè)置應(yīng)有詳圖或選用標(biāo)準(zhǔn)圖。條基交叉處的基底面積不可重復(fù)利用，應(yīng)注意調(diào)整基礎(chǔ)寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時也要調(diào)整基礎(chǔ)的寬度（因軟件計(jì)算的是墻下的平均軸力）?；A(chǔ)圖中的構(gòu)造柱，當(dāng)定位不明確時應(yīng)給予準(zhǔn)確定位。

2、我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢

2.1 以功能為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

功能設(shè)計(jì)的概念在于根據(jù)災(zāi)害荷載的不確定性（發(fā)生時間、強(qiáng)度、作用歷時等的變化）以及抗力的不確定性特點(diǎn)對不同風(fēng)險度水平的災(zāi)害荷載作用（地震等），將建筑物設(shè)計(jì)成滿足不同的功能要求，既保障建筑物在稀有大震時的安全，同時又使建筑物在整個運(yùn)行期充分發(fā)揮功能，維護(hù)和改建方便，符合經(jīng)濟(jì)目的。這是我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范體現(xiàn)的“小震不壞，中震可修，大震不倒”原則的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2系統(tǒng)可靠度、結(jié)構(gòu)的冗余度與防止連鎖破壞

整體性要求結(jié)構(gòu)具有必要的冗余度與延性，能適應(yīng)較大的變形并具有較強(qiáng)的耗能能力。此外，整體性還要求加強(qiáng)結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的相互連接，特別是加強(qiáng)邊梁和結(jié)構(gòu)的連接。整體性促進(jìn)了結(jié)構(gòu)冗余度的研究。冗余度表示結(jié)構(gòu)具有多重傳力途徑，代表結(jié)構(gòu)抵御破壞和抵御運(yùn)行事故的能力。在新建結(jié)構(gòu)中一般不宜采用單一傳力途徑。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全度評價方法常常建立在單一構(gòu)件分析的基礎(chǔ)上，對于具有并行系統(tǒng)（冗余度）的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的抗力和單個構(gòu)件抗力之間的關(guān)系變得比較復(fù)雜。因?yàn)檫@種系統(tǒng)某一部件超出承載極限以后，作用力將在其它部件之間進(jìn)行重分配。系統(tǒng)的可靠度取決于并行系統(tǒng)的數(shù)目、構(gòu)件材料的力學(xué)性質(zhì)（本構(gòu)模型）和作用力重分配的方式等。這是目前可靠度研究中的一個重要方面。

2.3結(jié)構(gòu)投資的合理分配

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法根據(jù)滿足某一最低要求的安全度出發(fā)，安全系數(shù)的確定在很大程度上依靠經(jīng)驗(yàn)和判斷，顯然不能滿足工程建設(shè)日益發(fā)展的要求。一些研究者提出了運(yùn)用期費(fèi)用（life-cydecost）的期望值為最低的概念。運(yùn)用期費(fèi)用包括建造費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、災(zāi)害事件（如強(qiáng)地震、強(qiáng)風(fēng)）發(fā)生造成的破壞損失及修理費(fèi)用、傷亡損失費(fèi)用等。同時還要考慮不同時間費(fèi)用和損失的貼現(xiàn)（均化為按現(xiàn)時價格計(jì)算）。采用一定的計(jì)算模型可以得出運(yùn)行期費(fèi)用的解析表達(dá)式，從而獲得最優(yōu)解，求出最合理的設(shè)計(jì)荷載和杭力水平。

2.4結(jié)構(gòu)振動控制

在強(qiáng)震區(qū)，新建房屋或?qū)ΜF(xiàn)有建筑進(jìn)行維修加固，采用各種控制技術(shù)在美、日等國已經(jīng)相當(dāng)普遍。房屋隔震中比較廣泛應(yīng)用的是疊層橡膠支承。但橡膠材料在低溫時性能不好，需要加熱。隔震目的在于利用支承的柔性延長房屋周期，減小地震力。通常橡膠支承延長周期依靠增大垂直應(yīng)力，使橡膠變軟、變細(xì)，這相應(yīng)增加了不穩(wěn)定性。采用摩擦支承可以使情況得到改善。可以將橡膠支承與摩擦支承聯(lián)合運(yùn)用，調(diào)節(jié)它們承擔(dān)側(cè)力的比例。

2.5新材料與新結(jié)構(gòu)

近10年來，新型建筑材料與結(jié)構(gòu)型式得到很大發(fā)展。首先值得提出的是高性能混凝土（HPC一凡ghPer10rmaneeC石nerete）在許多國家受到日益廣泛的重視并在很多類型的工程中得到應(yīng)用。HPC最初指高強(qiáng)混凝土HSC，由于HPC采用低水灰比，具有高密實(shí)度，目前HPC的含義還包括低透水性混凝土、抗化學(xué)侵蝕混凝土以及其它特殊性能的混凝土等。加拿大高強(qiáng)混凝土在橋梁和房屋建筑中運(yùn)用的經(jīng)驗(yàn)表明HPC施工速度快，構(gòu)件斷面小，自重輕，可提供更多的利用空間，從而帶來經(jīng)濟(jì)效果。HPC由于低水灰比，自然增加了耐久性。HPC也有利于增強(qiáng)鋼筋的防腐蝕性，提高抗老化能力。HPC可做到對氯離子有較低的穿透力和低導(dǎo)電性，這就使鋼筋的壽命得以延長。

3、結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個系統(tǒng)的、全面的工作，設(shè)計(jì)結(jié)果直接決定建筑物的壽命和正常使用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者和科學(xué)家不斷創(chuàng)新，研究更科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，以便更好的為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和群眾生活服務(wù)。本文介紹了目前我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的基本方法，并分析了其發(fā)展趨勢。

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