建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑工程中的應(yīng)用簡述

李世鑫

摘要：建筑的結(jié)構(gòu)造型是一個城市文化底蘊和精神面貌的體現(xiàn)，它對于人們的生活有著重要的影響。如何從結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，建造出美觀、實用、經(jīng)濟的建筑作品一直就是建筑業(yè)關(guān)注的重要問題和追求方向。本文將根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點、結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用范圍等方面入手，對結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑工程中的應(yīng)用做一些分析介紹。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計;建筑工程;應(yīng)用

引言

隨著改革開放的深入，人民生活水平和生活追求不斷提高，這需要建筑行業(yè)不斷開拓創(chuàng)新，建筑的設(shè)計建造不僅需要經(jīng)濟合理，還需要美觀安全，這給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計牽涉面很廣，它對整個建筑工程的建造難度、經(jīng)濟預(yù)算和整體效果都有決定性的影響。所以我們在進行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須首先深入了解結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點、結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用范圍、影響因素等，然后結(jié)合實際情況和消費需求進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免無根據(jù)的天馬行空結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后給建筑的施工和成本帶來管理困難。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

1.1水平方向的應(yīng)力方面

一般情況下以建筑重力為主的豎向載荷決定著結(jié)構(gòu)設(shè)計中的受力控制。在水平受力方面，因為其樓層低，載荷小等特點，使得水平應(yīng)力基本不對結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定等造成大的影響。而對于高層建筑來說，水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，是與樓層高度的兩次方成正比，加之水平載荷的風(fēng)載荷和地震的影響，它的數(shù)值隨著這些因素的動態(tài)變動而有著較低層建筑更大的變動。所以對于高層建筑而言，水平載荷才是結(jié)構(gòu)設(shè)計決定性因素

1.2結(jié)構(gòu)延性方面

對于低層建筑而言，更加注重的是豎向的結(jié)構(gòu)延伸性，因為其主要的受力是集中在重力為主的豎向應(yīng)力，它的建筑風(fēng)格更加固化和硬質(zhì)一些。而對于高層建筑，考慮到水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以、風(fēng)載荷以及地震載荷，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要更加柔和一些。為了應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)塑性變形后還能有較強的變形能力，這就需要使用一些特殊的延展性較強的材料和特殊的工藝方法，保證建筑結(jié)構(gòu)具有較好的結(jié)構(gòu)延展性。

1.3側(cè)移控制方面

在側(cè)移方面，低層建筑比較好控制，主要就是保證地基的穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，盡量使受力在豎向平衡的分布。而對于高層建筑而言結(jié)構(gòu)側(cè)移是一個關(guān)鍵因素，隨著建筑高度的不斷增加，水平側(cè)移力不斷增加，加上高層建筑為了減少自重會采用一些新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)體系，這使得側(cè)向位移控制難度大大增加。

二、建筑結(jié)構(gòu)的總體布置

科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計即需要有合理的結(jié)構(gòu)體系還需要有完美的結(jié)構(gòu)布置。因為結(jié)構(gòu)布置會影響到建筑設(shè)計方案的效果，影響到建筑的安全和功能的使用。結(jié)構(gòu)的總體布置要考慮控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形、平面布置、豎向布置、縫的設(shè)置和構(gòu)造等幾個方面。

2.1平面布置

平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實際情況來確定，如果是獨立的結(jié)構(gòu)單元，則采用形狀較為簡單，而且要根據(jù)相對應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計的要求，高層建筑單個的結(jié)構(gòu)單元長度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長，否則在發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)的兩端可能會出現(xiàn)反相位的振動，這將會導(dǎo)致建筑被過早地破壞，同時威脅到人們的安全。

2.2豎向布置

為了避免過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標高處以防止錯層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對高層建筑時，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強度發(fā)生變化的情況，對于這種情況，應(yīng)逐漸變化。

2.3控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形

建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移和相對的位移，有時甚至?xí)乐氐仄茐姆墙Y(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和難點來解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。

2.4縫的設(shè)置和構(gòu)造

建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)帶來的不利影響?？梢岳贸两悼p、伸縮縫或防震縫把結(jié)構(gòu)分成若干個獨立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會對建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹慎對待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問題。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑工程中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計方面必須要考慮的因素主要有：建筑物結(jié)構(gòu)類型的選擇;基礎(chǔ)形式的選擇;上部結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件的確定;混凝土設(shè)計強度的確定等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計極大的影響著整個建筑工程的整體效果，它應(yīng)用于建筑工程的方方面面，比如施工進行、造價控制、安全美觀度。下面我們就從這三方面進行分析介紹：

3.1施工方面的應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對于施工的進行有著重要影響，什么樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計決定了什么樣的施工方案。施工方面分為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工和上部結(jié)構(gòu)施工，地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。對于上部結(jié)構(gòu)，我們要考慮建筑的穩(wěn)定性和造價的平衡，我們首先要保證建筑的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)之上嚴格控制造價。

3.2在造價控制上的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計在造價控制方面的目的就是在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過設(shè)計人員自身的判斷力和創(chuàng)造力對結(jié)構(gòu)方案進行優(yōu)化，以控制工程造價，滿足投資方的經(jīng)濟要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中影響建筑工程在造價的因素有：一.建造結(jié)構(gòu)形式的選擇。它對整個工程的建設(shè)影響極大，因為不同的結(jié)構(gòu)會有不同的施工方案，相應(yīng)的安全美觀度也不一樣，造價更是大不一樣。如高層建筑水平應(yīng)力其主要的控制作用，所以我們在選擇結(jié)構(gòu)形式的時候，水平應(yīng)力就應(yīng)該是主要的考慮因素，還應(yīng)根據(jù)實際需要選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，如筒體結(jié)構(gòu)。二.建筑材料的選擇。在建筑材料的選擇上，低層建筑而言我們一般選擇鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，但是對于高層建筑而言，我們要考慮減輕它的自重和地震等的影響，所以一般會選擇高強度混凝土可以減小結(jié)構(gòu)截面和減輕結(jié)構(gòu)自重，填充墻材料宜采用輕質(zhì)墻體。三.高寬比是建筑物的總高度和傾覆方向支承體系的總寬度之比。高寬比對高層建筑物的造價影響相當(dāng)大，有時甚至比建筑物的絕對高度影響更大。四.新技術(shù)的使用。近年來，隨著信息化的發(fā)展，很多新技術(shù)也不斷被建筑行業(yè)應(yīng)用，但是由于新技術(shù)帶來的成本提高，使得在應(yīng)用中我們必須要掌握好工程造價和新技術(shù)之間的使用平衡。

3.3在安全美觀方面

建筑的結(jié)構(gòu)和外觀造型體現(xiàn)著該地區(qū)的建筑水平和文化發(fā)展。所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計在安全美觀這方面，也有著積極的影響。如澳大利亞的悉尼歌劇院，圖中貝殼形尖屋頂，是由2194塊每塊重15.3噸的彎曲形混凝土預(yù)制件，用鋼纜拉緊拼成的，外表覆蓋著105萬塊白色或奶油色的瓷磚。外形美觀且有文化特點，它是悉尼藝術(shù)文化的殿堂，更是悉尼的靈魂，是公認的20世紀世界十大奇跡之一，是悉尼最容易被認出的建筑，這一切都歸功于偉大的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

對于目前我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中還應(yīng)該注意一些問題：如盡量采用節(jié)約型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以適應(yīng)我國節(jié)約型社會的發(fā)展趨勢;提倡使用概念性的設(shè)計方法;對于結(jié)構(gòu)設(shè)計采用一些量化的指標進行評定等。

結(jié)語

通過建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，不僅可以有效降低預(yù)算成本和工程造價，還可以滿足建筑的功能要求。在此過程中，需要強調(diào)的是經(jīng)濟收益、建筑質(zhì)量應(yīng)當(dāng)兼顧，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，既要實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，又要強化結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)性。

參考文獻

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