簡述概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

趙宏偉

摘要：筆者在本文中就建筑工程的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用問題進行了探討，以期為廣大的從業(yè)者提供有效的幫助。

關(guān)鍵詞：概念設(shè)計;結(jié)構(gòu)措施;建筑結(jié)構(gòu);應(yīng)用

在實際的設(shè)計工作中，人們將概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計上，用以提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的科學(xué)合理性，確保建筑工程能夠順利展開，進而推動建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施

概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，指的是從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程師利用與建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的抗震設(shè)計知識，來對建筑物進行從宏觀到微觀的分析，在分析的過程中發(fā)現(xiàn)問題，并采取有效的手段予以解決，從而保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法，其關(guān)鍵點在于“概念”。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐工作中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員會在制定建筑結(jié)構(gòu)總方案大綱時，開始使用概念設(shè)計，這利于對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的總體布局進行大方向的調(diào)控。

此外，從宏觀角度來講，概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，可以及時發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題并對其進行分析。同時，利用合理的方式對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中涉及到的有關(guān)數(shù)據(jù)進行反復(fù)核算，并依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)以及概念來判斷建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱部位，進而對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行優(yōu)化和創(chuàng)新。在這個過程中，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的思維判斷能力要求較高，需要工作人員能夠準而快的從大量的成功經(jīng)驗中，找出符合建筑工程要求的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時借助概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，及時發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題并加以解決。

2概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實際應(yīng)用

2.1工程概況

本文以某地上商住樓項目為分析對象，該項目擬建建筑物層數(shù)27層，其中地上25層、地下2層，建筑總計約2.9萬m2，地上2層為商業(yè)，其上23層為住宅，該建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)，場地土類別為III類，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計地震分組為第二組。

2.2施工場地要求與地基基礎(chǔ)選型

本文案例項目在建筑工程的設(shè)計方案初步完成前，已經(jīng)對附近的地質(zhì)地貌進行了詳細勘測，確認本項目場地及場地附近無全新活動斷裂通過，亦未發(fā)現(xiàn)危及本工程安全及場地穩(wěn)定性的其它不良地質(zhì)作用，擬建場地可視為穩(wěn)定場地，可進行本工程建設(shè)。依據(jù)地質(zhì)勘察報告，在擬建建筑物0.000以下，最大深度約7米范圍內(nèi)存在濕陷性黃土層，地基濕陷等級為II級。因此依據(jù)地質(zhì)情況以及綜合設(shè)備專業(yè)需求，選擇地下一層層高為3.3米，地下二層層高為3.0米，經(jīng)初步估算后選擇筏型基礎(chǔ)，基礎(chǔ)筏板厚1.4米，至此濕陷性土層全部挖除，規(guī)避了濕陷性土層對于基礎(chǔ)及地基處理的影響，基礎(chǔ)埋深也能滿足規(guī)范要求。

2.3確定建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系

確定好建筑工程施工場地的特陛后，要對建筑結(jié)構(gòu)的體系進行確定。因為現(xiàn)行的建筑機構(gòu)設(shè)計規(guī)范針對不同的建筑結(jié)構(gòu)體系提出了與之相匹配的適用高度和高寬比，這就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，必須熟練的掌握各種建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點、使用條件以及相匹配的適用高度和高寬比，并結(jié)合建筑工程的實際要求來確定建筑結(jié)構(gòu)的體系。項目平面布置如下圖所示。

2.4抗震等級

建筑物的抗震設(shè)防類別，在某種程度上決定了該項目工程的建筑物最終的抗震等級和抗震性。相關(guān)的設(shè)計人員在對建筑物抗震進行設(shè)計時，必須依據(jù)國家現(xiàn)行的抗震標準，并根據(jù)項目的建筑結(jié)構(gòu)體系類型和建筑高度，來制定合適的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，保障最終建造的建筑工程的抗震性能達到預(yù)期的要求。

2.5設(shè)置防震縫與后澆帶

從結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計角度而言，在規(guī)范允許的條件下建筑應(yīng)盡可能不設(shè)縫，因為必須對設(shè)縫的位置進行防水、保溫等多個系列的復(fù)雜作業(yè)，這在增加成本的同時，也會給施工進度帶來不便，建筑物的整體美觀也會有所影響。如果必須設(shè)置如伸縮縫、防震縫、沉降縫等結(jié)構(gòu)縫，如下圖所示，那就要根據(jù)相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范來對結(jié)構(gòu)縫進行設(shè)計。在允許的條件下，為利于作業(yè)常常用后澆帶來替代伸縮縫。本案例項目由于建筑體型為“十”字形連拼，經(jīng)初步試算后，根據(jù)我省有關(guān)規(guī)定，屬超限高層建筑，且全樓總長度已達80米。投資方接受設(shè)計方建議，采用設(shè)置結(jié)構(gòu)縫的措施，有效的減小了溫度應(yīng)力，控制了結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，規(guī)避了薄弱部位的產(chǎn)生。

2.6建筑結(jié)構(gòu)的計算分析要求

設(shè)計人員在對建筑內(nèi)結(jié)構(gòu)的位移與荷載進行計算分析時，應(yīng)確保所假設(shè)的環(huán)境條件、受力方向、計算模型等因素?zé)o限接近本項目投入使用后的實際情況;在對位移與受力情況進行計算時，可以認為結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的工作狀態(tài)為彈性，采用線性方法分析;而其結(jié)構(gòu)不規(guī)則或有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致重大地震破壞的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行罕遇地震下的彈塑性變形分析。例如：樓板平面上的開洞在超過一定的規(guī)定后，樓板的平面剛度假定難以實現(xiàn)，就必須考慮樓板平面所產(chǎn)生的變形，防止因計算分析誤差較大而影響建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的科學(xué)及合理性。

2.7調(diào)整系數(shù)的確定

（1）分析方法的確定及剛性樓板假定的應(yīng)用。整體指標的計算與分析應(yīng)讀取平面剛性假定的模型進行分析，對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋結(jié)果應(yīng)讀取非平面剛性假定的模型進行設(shè)計。本項目由于頂部樓層復(fù)式設(shè)計，導(dǎo)致樓板開洞多且大，個別墻肢被取消，所以還要進行談情時程分析補充包絡(luò)計算，并加強頂部樓層的構(gòu)造措施，如暗柱全高加密，樓板加厚等等。

（2）實際的周期折減系數(shù)。由于結(jié)構(gòu)體系的實際剛度會隨著填充墻體對建筑物總體剛度作用效果的增大而增大，使得周期折減系數(shù)遞減。而正常的周期折減系數(shù)為0.8-1.0，結(jié)合本項目的情況，可以得出合理的周期折減系數(shù)。

（3）振型數(shù)與高寬比?？紤]到結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解法計算，振型數(shù)不得少于15個;如果項目具有多塔結(jié)構(gòu)，那么其振型數(shù)必須至少是塔數(shù)的9倍，且在確定計算振型數(shù)時，必須保障振型參與總質(zhì)量的數(shù)量在90%以上才算合格，本項目應(yīng)依照此原則計算振型數(shù)。建筑物高度77.85米，等效寬度15.8米，建筑物高寬比4.93，滿足規(guī)范要求。

（4）以荷載大小確定梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)。由于建筑結(jié)構(gòu)中的梁結(jié)構(gòu)在受到豎向荷載后，其塑性內(nèi)力會進行重新分布，因此要以荷載大小確定梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)，同時增加相應(yīng)的跨中彎矩，確保梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)可取0.8-0.9。

（5）連梁剛度折減系數(shù)。本項目建筑物較高，且所屬地理位置抗震設(shè)防烈度為8度，這使得設(shè)計人員在建筑抗震設(shè)計中會出現(xiàn)連梁剛度相對墻體較小的問題（設(shè)計中會采用略長的墻段來保證墻體的抗剪承載力以及控制結(jié)構(gòu)位移），進而導(dǎo)致連梁配筋困難。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在對其進行計算的過程中，可以在連梁不受豎向荷載的基礎(chǔ)上適當折減連梁剛度，同時確保最終得出的剛度折減系數(shù)數(shù)值在0.5-0.7的區(qū)間內(nèi)。

（6）樓面梁剛度增大系數(shù)。本項目的樓板與梁整體在實際的施工中按照T形截面梁的結(jié)構(gòu)體系進行施工，但是在計算時要按照矩形的計算方式來對梁截面進行計算。通常情形下，邊框梁的取值為1.5，中間框架梁取值為2.0，可以以此作為判斷依據(jù)來對本項目的剛度增大系數(shù)進行取值。

3結(jié)束語

總而言之，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員可以通過概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的具體應(yīng)用，來對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行不斷的優(yōu)化和革新，進而有效保障建筑工程的質(zhì)量安全，實現(xiàn)企業(yè)工程建設(shè)效益的最大化。