建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題探討

趙 洋

(山西中方森特建筑工程設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030002)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員結(jié)構(gòu)構(gòu)想與工程施工的重要紐帶，其對工程造價(jià)也有著十分顯著的影響。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分遵照國家的規(guī)定和要求，有效減少不必要的支出。另外在工程建設(shè)的過程中還要充分考慮建筑構(gòu)造的性能，掌握設(shè)計(jì)的原則，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 建筑混凝土工程結(jié)構(gòu)特征分析

1.1 延性較好

與低層建筑相比，高層建筑的結(jié)構(gòu)柔性更強(qiáng)，受到地震作用時(shí)也更容易出現(xiàn)變形問題。建筑結(jié)構(gòu)的抗震性與結(jié)構(gòu)的承載力及變形能力有較為密切的聯(lián)系。為了保證結(jié)構(gòu)在塑性形變階段依然具有良好的變形能力，防止建筑受到較大地震作用力后，出現(xiàn)倒塌的問題，應(yīng)在保證其強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，優(yōu)化其概念設(shè)計(jì)，同時(shí)采取更加科學(xué)完善的構(gòu)造措施，進(jìn)而增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，而這也在一定程度上提高了結(jié)構(gòu)薄弱層的變形能力，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的延性?？傊?，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮上述因素的影響，維護(hù)設(shè)計(jì)的合理性，增大建筑結(jié)構(gòu)的綜合強(qiáng)度。

1.2 剛度適中

現(xiàn)如今，建筑高度不斷增長，而且側(cè)向位移較大的建筑數(shù)量也在不斷增多，所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和適用性，從而提高結(jié)構(gòu)振動頻率的合理性，對水平層位移予以嚴(yán)格控制。

1.3 具有較強(qiáng)的側(cè)向力

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，側(cè)向力對結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理性影響較大。建筑的自重、活荷載、負(fù)荷以及地震作用力會集中作用于建筑結(jié)構(gòu)之中，水平荷載內(nèi)力以及位移也會隨著作用力的增大而不斷增加，所以水平荷載和地震作用力也成為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須要嚴(yán)格控制的兩個(gè)要素。

2 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

2.1 結(jié)構(gòu)性

在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)全面了解并掌握結(jié)構(gòu)的多個(gè)要素。建筑結(jié)構(gòu)對建筑的質(zhì)量及性能有著決定性的作用，而且建筑結(jié)構(gòu)也會對建筑的使用情況產(chǎn)生較大的影響。這里需注意其對建筑結(jié)構(gòu)也具有一定的反作用。

2.2 整體性

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性主要是指將結(jié)構(gòu)的多個(gè)部分通過合理的組合，使其形成一個(gè)有機(jī)整體，充分研究整體的功能以及設(shè)計(jì)的基本規(guī)律，進(jìn)而在工程中充分展現(xiàn)其整體特征。

2.3 最優(yōu)性

在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多種組合形式可使不同的部分成為一個(gè)整體，不同結(jié)構(gòu)相互補(bǔ)充，相互支撐，在對其進(jìn)行合理的組合后，可使建筑結(jié)構(gòu)具有良好的性能。且建筑結(jié)構(gòu)成型的過程中也需要整合不同的部分，在這一環(huán)節(jié)也展現(xiàn)出了其一定的積極作用，故而在設(shè)計(jì)工作中，我們也應(yīng)對此予以高度重視。

3 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 結(jié)構(gòu)選型

在結(jié)構(gòu)選型的過程中，要考慮結(jié)構(gòu)的規(guī)則性、結(jié)構(gòu)超高和嵌固端的合理設(shè)置等問題。建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范修訂后與原有的規(guī)范內(nèi)容相比發(fā)生了較大的變化。在新規(guī)當(dāng)中，增加了結(jié)構(gòu)的限制條件，同時(shí)新規(guī)中明確規(guī)定不宜采用不規(guī)則設(shè)計(jì)方案。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要全面了解新規(guī)舊規(guī)在內(nèi)容上的差異，防止在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中過于被動。在抗震規(guī)范和高度規(guī)范當(dāng)中對建筑的總體高度有著十分嚴(yán)格的要求。且新規(guī)當(dāng)中對建筑超高問題也有了一定的調(diào)整。除了a級高度的建筑外，對b級建筑的高度也進(jìn)行了十分嚴(yán)格的限定。因此在建筑結(jié)構(gòu)選型期間，必須要高度重視超高的問題。當(dāng)前大部分建筑均帶有地下室，所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中也要將嵌固端設(shè)置作為一項(xiàng)重要的內(nèi)容。

3.2 概念設(shè)計(jì)

以建筑結(jié)構(gòu)抗震能力為依據(jù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方式需設(shè)計(jì)人員具有較高的專業(yè)能力，其必須要在設(shè)計(jì)中嚴(yán)格執(zhí)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的規(guī)范及要求。設(shè)計(jì)中還需對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加科學(xué)和全面的分析，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性及合理性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需高度重視結(jié)構(gòu)選型和平面布置的基本規(guī)律，選擇抗震能力和抗風(fēng)性較強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性良好的結(jié)構(gòu)形式，并且還應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖，確保結(jié)構(gòu)地震力的有效傳遞。

此外，注意保證兩個(gè)主軸方向具有相似的動力特征。這里概念設(shè)計(jì)還可讓建筑結(jié)構(gòu)在受到中等地震作用后，只要采取針對性修復(fù)措施便能夠繼續(xù)使用，在遇到大規(guī)模地震時(shí)能夠防止建筑發(fā)生倒塌的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合工程實(shí)際提出設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)還要采取多種措施不斷增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性，提高建筑的彈性，進(jìn)而不斷完善建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

4.1 設(shè)縫

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，溫度伸縮縫、沉降縫和防震縫都是較為常見的構(gòu)造措施。溫度伸縮縫會受諸多因素的影響。規(guī)范中明確規(guī)定了結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距，并且對最大間距能夠減小或放寬的情況進(jìn)行了詳細(xì)的描述。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際來執(zhí)行新規(guī)的內(nèi)容。沉降縫是由于建筑物當(dāng)中的不同部分產(chǎn)生了基礎(chǔ)沉降差而出現(xiàn)的縫隙。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一般采用設(shè)置沉降縫來提高基礎(chǔ)剛度，調(diào)整不同環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)形式及施工順序。且新規(guī)中對防震縫也做出了十分明確的規(guī)定，而在設(shè)計(jì)中需結(jié)合工程實(shí)際對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4.2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

在選擇結(jié)構(gòu)體系的過程中，必須要充分考慮到建筑、結(jié)構(gòu)、工程的基本施工條件、建材的選擇以及結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性等要素。這里新規(guī)就對結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做出了十分嚴(yán)格的限定。如平面規(guī)則性的參數(shù)要求、嵌固端上下層剛度比的信息等多項(xiàng)內(nèi)容。此外，相關(guān)文件中也規(guī)定建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)最大限度避免使用不規(guī)則性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案。

綜上，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中需要考慮上述固定問題，防止工程施工后期出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更的現(xiàn)象。且結(jié)構(gòu)超高問題也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分注意的內(nèi)容。再者，抗震規(guī)范和高度規(guī)范對建筑結(jié)構(gòu)的總高度有著十分嚴(yán)格的要求。原有的規(guī)定當(dāng)中只對A類建筑的總高度做出了明確的要求，而新規(guī)中則對B類建筑的總高度也進(jìn)行了限定。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，需嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的高度，若在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了超高的問題，則設(shè)計(jì)的手法和處理的措施也會隨之發(fā)生非常明顯的變化。

4.3 側(cè)向位移限值

高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移與建筑的高度有著較大的關(guān)系，建筑高度越高，則建筑的水平位移就越大。為了有效控制建筑的水平位移，新規(guī)對頂點(diǎn)位移和層間位移都做出了非常細(xì)致的要求。加大頂點(diǎn)位移的控制力度主要是為了提升建筑內(nèi)的舒適度，避免建筑在受到罕見地震作用時(shí)發(fā)生倒塌。但是結(jié)構(gòu)極限變形能力才是房屋在罕見地震下不倒塌的主要因素。另外，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中全面考慮建筑結(jié)構(gòu)的多種效應(yīng)。這里對層間位移予以嚴(yán)格控制主要是為了避免填充墻和裝飾物等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)損壞。

4.4 扭轉(zhuǎn)

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)保證建筑的幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心能夠匯集在一個(gè)點(diǎn)上。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題主要是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有將幾何形心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心匯集在一個(gè)點(diǎn)上，然后受到水平荷載的作用使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)。為了有效避免建筑物受到水平荷載作用發(fā)生嚴(yán)重的損壞，可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中維護(hù)結(jié)構(gòu)選型的合理性，同時(shí)還要做好平面布局工作，從而最大限度地保證三心合一。

質(zhì)量分布決定了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)作用的大小，為了讓樓層水平作用力均勻地作用在平面上，有效減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，在建筑平面設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇方形、矩形和正多邊形等平面形式。在部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)槌鞘幸?guī)劃對景觀街道和建筑場地有著較大的限制，高層建筑無法采用簡單的結(jié)構(gòu)平面形式。若采用L形、T形等復(fù)雜的平面形式時(shí)，則要嚴(yán)格控制寬度與厚度比，將其控制在相對合理的范圍之內(nèi)，同樣需要注意的是，在設(shè)計(jì)平面結(jié)構(gòu)的過程中注意加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的對稱性。

5 結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，需要考慮多種因素對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果的影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對重點(diǎn)環(huán)節(jié)加大控制力度，這樣才能在完善工程性能的同時(shí)，也能更好地推動工程的快速竣工。