多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】結(jié)構(gòu)理論和建筑技術(shù)不斷得到提高，結(jié)構(gòu)形式也開(kāi)始趨于多樣化發(fā)展，其表現(xiàn)形式也是多種多樣，但是也隨之出現(xiàn)了很多房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)所要施工的房屋建筑的表達(dá)。本文針對(duì)多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和基本方法，以及在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行探討，希望對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，能夠具備扎實(shí)的理論知識(shí)，靈活創(chuàng)新的思維和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，并密切配合相關(guān)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】房屋結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全問(wèn)題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)而言之就是用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)建筑師及其它專(zhuān)業(yè)工程師所要表達(dá)的內(nèi)容。用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等結(jié)構(gòu)元素來(lái)構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡(jiǎn)潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。

1、房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的原則

1.1 選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖：結(jié)構(gòu)計(jì)算式在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故常常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來(lái)保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的鉸結(jié)點(diǎn)和剛結(jié)點(diǎn)，但與計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

1.2 選擇合適的基礎(chǔ)方案：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案，設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)一些缺少地質(zhì)報(bào)告的建筑應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看和參考臨近建筑資料。通常情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜用兩種不同的類(lèi)型。

1.3 合理選擇構(gòu)方案：一個(gè)合理的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，也就是要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡(jiǎn)捷。同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則?？偠灾仨殞?duì)工程的設(shè)計(jì)要求、材料供應(yīng)、地理環(huán)境、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑、電、水、暖等專(zhuān)業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。

1.4 正確分析計(jì)算結(jié)果：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是由于目前軟件種類(lèi)繁多，不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、條件等進(jìn)行全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，由于結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。

1.5 采取相應(yīng)的構(gòu)造措施：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終要牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉原則”，注意構(gòu)件的延性性能；加強(qiáng)薄弱部位；注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度，尤其是鋼筋的直線段錨固長(zhǎng)度；考慮溫度應(yīng)力的影響力。

2、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.1建筑設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段，同樣房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊隨建筑設(shè)計(jì)也煩為三階段：結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。

方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場(chǎng)地的類(lèi)別及建筑的高度和層數(shù)來(lái)確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來(lái)組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來(lái)布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

2.2結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來(lái)進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。第二，結(jié)構(gòu)整體分析，重點(diǎn)分析房屋結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，包括平面規(guī)則、豎向規(guī)則，扭轉(zhuǎn)規(guī)程、還有結(jié)構(gòu)整體抗力等。第三，構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊(cè)上推薦的試算方法來(lái)初步確定構(gòu)件的截面。第四，內(nèi)力的計(jì)算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來(lái)進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對(duì)構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來(lái)復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿(mǎn)足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿(mǎn)足要求為止。

2.3施工圖設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容：結(jié)構(gòu)施工圖的繪制就是對(duì)前面結(jié)構(gòu)工程師對(duì)建筑布置、分析、計(jì)算結(jié)果的表達(dá)。一份好的結(jié)構(gòu)施工圖不僅要清晰的圖面，重要的還在施工單位能通過(guò)結(jié)構(gòu)施工圖紙領(lǐng)會(huì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)工程的受力分析思路傳力路徑和結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的精髓。好的施工圖具備如下特點(diǎn)。

1）合法性。即符合國(guó)家的各種規(guī)范，特別是規(guī)范的各種構(gòu)造要求。

2）準(zhǔn)確性。日面表達(dá)應(yīng)只有一種解釋?zhuān)此^的唯一性，不應(yīng)含糊不清。3）通俗性。即圍面應(yīng)易懂、簡(jiǎn)捷明了。

4）可操作性。施工要簡(jiǎn)單、易行。在施工圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者往往對(duì)鋼筋數(shù)量的選取較為認(rèn)真，而忽視有關(guān)的構(gòu)造問(wèn)題。該類(lèi)問(wèn)題處理不好，不但會(huì)影響施工進(jìn)度，也會(huì)影響施工質(zhì)量，降低結(jié)構(gòu)安全度，減少使用壽命。

3、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)

3.1關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽(yáng)角問(wèn)題

3.1.1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。

3.1.2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。

3.2關(guān)于箱、筏基礎(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，較節(jié)約；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。

3.3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（下轉(zhuǎn)67頁(yè)）（上接65頁(yè)）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)為是一變截面板。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。

3.4關(guān)于縱筋搭接問(wèn)題

縱筋搭接長(zhǎng)度為若干倍鋼筋直徑d，一般情況下，d取鋼筋直徑的較小值。這有個(gè)前提，即大直徑鋼筋強(qiáng)度并未充分利用。否則，應(yīng)取鋼筋直徑的較大值。如框架結(jié)構(gòu)頂層的柱子縱筋有時(shí)比下層大，d應(yīng)取較大的鋼筋直徑，甚至縱筋應(yīng)向下延伸一層。其實(shí)，兩根鋼筋放一起，用鐵絲捆一下，能起多大作用，還削弱了鋼筋與混凝土的握裹力。所以，鋼筋如有可能盡量采用機(jī)械連接或焊接。

3.5抗震縫加大問(wèn)題

抗震縫應(yīng)加大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，按規(guī)范要求設(shè)的防震縫在地震時(shí)有40%發(fā)生了碰撞。故應(yīng)增大抗震縫間距。

.6主梁有次梁處加附加筋

一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認(rèn)為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無(wú)法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補(bǔ)上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應(yīng)絕對(duì)。規(guī)范說(shuō)的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說(shuō)，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時(shí)，應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時(shí)，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當(dāng)主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對(duì)不大主梁也可不加附加筋?？偟脑瓌t，當(dāng)主梁上次梁開(kāi)裂后，從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí)，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內(nèi)是一樣，所以抗剪滿(mǎn)足，集中力處自然滿(mǎn)足。主次深梁及次梁相對(duì)主梁截面、荷載較小時(shí)，也可滿(mǎn)足。

結(jié)語(yǔ)：

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。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，任何在這過(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)雜或使設(shè)計(jì)結(jié)果存在不安全因素。

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