建筑工程土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)分析

何菡昕

安徽眾誠工程設(shè)計(jì)有限公司 安徽 合肥 230009

引言

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)在滿足相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，采用經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方法，最大限度地實(shí)現(xiàn)建筑的預(yù)期耐久性、安全性和可用性。隨著大量土建工程的建設(shè)，土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到了提高，但仍存在相應(yīng)的問題，如建筑設(shè)計(jì)不合理，抗震程度不滿足要求，這將影響建筑的使用安全及使用壽命。因此，一定要高度重視，嚴(yán)格按照相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則來指導(dǎo)設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)過程中做好工作，確保建筑的質(zhì)量和安全。

1 土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

1.1 剛?cè)岵?jì)原則

剛?cè)岵?jì)是指“剛?cè)帷钡恼{(diào)和。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的剛?cè)崾?后的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮建筑應(yīng)用需要承擔(dān)的壓力，以提高建筑物的阻力在設(shè)計(jì)應(yīng)合理控制剛度的建筑，建筑調(diào)制剛度適中，以保證建筑物的正常應(yīng)用。一般來說，標(biāo)準(zhǔn)合理的建筑結(jié)構(gòu)體系遵循軟硬結(jié)合的原則。每一座建筑都有特殊的設(shè)計(jì)理念和要求，所以不能復(fù)制，所以不能統(tǒng)一調(diào)節(jié)建筑的剛度和靈活性。在土木工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際情況確定建筑的剛度和柔性。

1.2 多重防御工事的原理

多層設(shè)防的主要目的是提高建筑結(jié)構(gòu)體系的安全性。就這種情況而言，大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)都是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，建筑物中能夠抵抗外力的結(jié)構(gòu)必須協(xié)同抵抗外力，但此時(shí)，如果某一部分出現(xiàn)問題，就會給整個建筑物帶來致命的影響。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展中，設(shè)計(jì)者應(yīng)進(jìn)行多層設(shè)防設(shè)計(jì)，以確保建筑能夠抵抗外力的影響。此外，設(shè)計(jì)師還應(yīng)了解和應(yīng)用靜不定結(jié)構(gòu)體系。建筑設(shè)計(jì)工作者在進(jìn)行精確計(jì)算的同時(shí)還應(yīng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全風(fēng)險(xiǎn)，考慮建筑結(jié)構(gòu)的安全性，從而有效地保證建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的抵抗外力的能力。

1.3 整體性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性是指將所有的部分組合成一個整體，研究整體的功能和設(shè)計(jì)規(guī)律，從整體和部分中發(fā)現(xiàn)整體的特征。

1.4 結(jié)構(gòu)性

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，充分了解其結(jié)構(gòu)和要素是非常重要的。建筑結(jié)構(gòu)決定了建筑的性能和質(zhì)量，影響其在建筑中的使用和發(fā)展。同時(shí)也是性能的載體，可以對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反應(yīng)。結(jié)構(gòu)各要素的運(yùn)動穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[1]。

1.5 優(yōu)化性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有差異也有融合，使建筑的各個部分合理的結(jié)合在一起。不同的部分相互補(bǔ)充，相互支持，相互需要，以保證整體性能。建筑結(jié)構(gòu)的形成離不開差異和融合，這充分體現(xiàn)了它的重要性。在設(shè)計(jì)過程中要注意這一點(diǎn)。

1.6 動態(tài)性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的動態(tài)原則是把握系統(tǒng)的內(nèi)外關(guān)系，以及發(fā)展趨勢、動態(tài)規(guī)律、模式等，從而提供更好的混凝土在建筑中的應(yīng)用，滿足需求，把握時(shí)代的發(fā)展方向，跟隨時(shí)代的腳步。

2 土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)做好以下幾個方面的工作

2.1 計(jì)算簡圖的選擇應(yīng)符合整體施工要求

在選擇計(jì)算圖時(shí)，要掌握整個建設(shè)項(xiàng)目的運(yùn)行情況。同時(shí)，施工計(jì)算圖能否更好地滿足施工的整體要求，成為整個施工環(huán)節(jié)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在選擇施工計(jì)算簡圖時(shí)，要對整個工程進(jìn)行計(jì)算分析，充分比較簡圖的適用性，減少施工中不必要的問題。在土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要保證計(jì)算圖與工程結(jié)構(gòu)一致，以保證施工效果。

2.2 施工方案的選擇應(yīng)適合土建施工

在基礎(chǔ)工程施工過程中，施工方案的選擇對施工項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)和施工有很大的影響。因此，選擇合理的施工方案是非常重要的。在選擇基本方案時(shí)，要對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件進(jìn)行分析。同時(shí)對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、工程類型、承載能力等條件進(jìn)行研究。對各種因素進(jìn)行分析，可以更好地滿足整體施工中各種要素的要求。在設(shè)計(jì)過程中，要發(fā)揮地基的潛力，同時(shí)要檢查地基可能出現(xiàn)的變形情況，對設(shè)計(jì)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告的要求要更詳細(xì)，在施工設(shè)計(jì)時(shí)可以更符合設(shè)計(jì)原則。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析正確

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果對整個設(shè)計(jì)方案的實(shí)施有很大的影響。在設(shè)計(jì)工程計(jì)算方案時(shí)，應(yīng)保證設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，工程設(shè)計(jì)多采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，計(jì)算機(jī)可以快速簡便地得到設(shè)計(jì)結(jié)果。但是，相關(guān)數(shù)據(jù)的輸入和計(jì)算仍然需要手工完成。在這個過程中，會出現(xiàn)一些錯誤，這將對整個工程建設(shè)產(chǎn)生致命的影響。土木工程方案設(shè)計(jì)，以確保非常合適，錯誤的結(jié)果給整個項(xiàng)目施工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益會帶來嚴(yán)重的影響，因此，作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，相關(guān)計(jì)算過程嚴(yán)格控制，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行[2]。

3 土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

3.1 基本設(shè)計(jì)問題

土木工程要求非常高的施工技術(shù)水平。在施工開始前，要對施工現(xiàn)場的地質(zhì)、水文條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，確定勘察隊(duì)伍的專業(yè)性。因?yàn)闇y量人員的綜合素質(zhì)關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，而測量結(jié)果又直接關(guān)系到土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，因此，最根本的要求還是在于測量隊(duì)伍的管理。建設(shè)單位要從各個環(huán)節(jié)做起，促進(jìn)勘察工作的順利開展。針對勘察結(jié)果中反映的問題，施工單位應(yīng)到施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地勘察并最終確定，從而設(shè)計(jì)最終的土建結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)師需要注意的是，不同的分析側(cè)重點(diǎn)會帶來不同的結(jié)果，對土木工程的整體施工也會造成不同的影響。

3.2 樓板設(shè)計(jì)中存在的問題

任何房屋建筑工程都會涉及樓板的設(shè)計(jì)，樓板的主要作用是將壓力傳遞到墻體上，對整個建筑工程的承載能力起著重要的作用。樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，嚴(yán)格控制誤差。設(shè)計(jì)工作中常見的問題是，原來是雙向板，但是計(jì)算人員已經(jīng)采用了單向板計(jì)算。設(shè)計(jì)單位在選擇具體的計(jì)算方法時(shí)，不僅要考慮計(jì)算量，還要對結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行全面的分析，否則會嚴(yán)重降低計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的之一就是要保證安全，任何超出土建工程存在范圍的誤差都會帶來更大的安全風(fēng)險(xiǎn)，給施工人員帶來更多的施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 土木工程梁板設(shè)計(jì)中存在的問題

梁板施工是土木工程施工中非常重要的一項(xiàng)工程，它直接關(guān)系到土木工程的整體質(zhì)量。在梁、板的設(shè)計(jì)中，一定要重視計(jì)算工作，盡量把計(jì)算結(jié)果的誤差控制在合理范圍內(nèi)。否則會嚴(yán)重降低土建工程的施工質(zhì)量，樓板上會出現(xiàn)不同尺寸的裂縫。一般情況下，土木工程中梁板凈跨比為1∶1，但在特殊情況下，該比會發(fā)生相應(yīng)的變化。在土建工程設(shè)計(jì)的過程中，要多注意和體現(xiàn)設(shè)計(jì)原則，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大限度地保證設(shè)計(jì)和施工的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)對樓板支座的認(rèn)識，用正確的計(jì)算方法做好樓板支座的計(jì)算，盡量防止計(jì)算錯誤的發(fā)生。

3.4 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)選擇

結(jié)構(gòu)體系的選擇應(yīng)從建筑、結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)條件、建筑材料、經(jīng)濟(jì)等專業(yè)綜合考慮。①結(jié)構(gòu)的規(guī)律性。這方面有相當(dāng)多的限制，如平面規(guī)律性信息、嵌固端上下兩層剛度比信息等。此外，強(qiáng)制性條文明確規(guī)定，“建筑物不得采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師必須特別注意遵守規(guī)范，避免在后期施工圖設(shè)計(jì)階段被動工作。②結(jié)構(gòu)超高。在抗震規(guī)范和高規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度有嚴(yán)格的限制。除了將原來的限定高度設(shè)置為A級建筑外，增加了B級建筑。因此，必須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)高度。一旦結(jié)構(gòu)為B級建筑或超過B級建筑，其設(shè)計(jì)方法和處理措施都會有很大變化。

3.5 “設(shè)置接縫”

溫度伸縮縫、沉降縫和抗震縫是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要構(gòu)造措施。溫度伸縮縫的影響因素很多。規(guī)范使用結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距進(jìn)行控制，還規(guī)定最大間距應(yīng)適當(dāng)減小和放寬。相關(guān)規(guī)定應(yīng)根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的具體情況執(zhí)行。如北京朝陽商業(yè)中心和廣東佛山醫(yī)院的地上結(jié)構(gòu)均超過100m，由于措施可靠，無溫度伸縮縫，取得了良好的效果。沉降縫是由同一建筑物內(nèi)地基的明顯沉降差引起的。在設(shè)計(jì)中，沉降縫通常通過“釋放”、“抵抗”和“調(diào)整”來解決，即設(shè)置沉降縫，采用高剛度的基礎(chǔ)，調(diào)整各部分的基礎(chǔ)形式或施工順序。目前廣州、深圳多采用基巖端承樁，主樓、裙房無接縫；北京高層建筑普遍采用施工時(shí)留后澆帶的做法。設(shè)計(jì)師在實(shí)踐中要靈活?？拐鹂p在規(guī)范中有明確規(guī)定，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)放寬或縮小。

3.6 結(jié)構(gòu)選擇和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制

與傳統(tǒng)的地面建筑相比，高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對整體結(jié)構(gòu)體系沒有更高的要求。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相應(yīng)的建筑現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)抗震墻的抗震等級主要根據(jù)施工前的總體規(guī)劃和現(xiàn)澆混凝土抗震墻的結(jié)構(gòu)體系來確定。同時(shí)，要合理選擇內(nèi)隔墻材料，確保整個高層建筑工程的基礎(chǔ)類型符合相關(guān)規(guī)定。比如在高層建筑工程中，主要采用現(xiàn)有的屋面現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)墻體材料內(nèi)隔墻，以保證整個建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)外工程質(zhì)量滿足相關(guān)施工要求。在確定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型后，施工人員應(yīng)根據(jù)目前高層建筑的結(jié)構(gòu)形式，適當(dāng)控制高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際高度。在高層建筑混凝土施工過程中，經(jīng)常會發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)高度超過預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)高度超過預(yù)定值的情況，會對整個高層建筑的抗震性能產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)整個高層建筑高度的變化，總體設(shè)計(jì)和規(guī)劃水平應(yīng)有不同的要求。基于此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)整個結(jié)構(gòu)的實(shí)際變化，合理設(shè)計(jì)高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)。此外，在設(shè)置高層混凝土結(jié)構(gòu)變形縫的過程中，應(yīng)根據(jù)建筑整體長度和高層混凝土結(jié)構(gòu)分布施工區(qū)域的壓力要求，斷開結(jié)構(gòu)變形縫。同時(shí)，在預(yù)埋端的設(shè)計(jì)過程中，由于高層建筑有地下室和人防設(shè)施，預(yù)埋端應(yīng)合理設(shè)置在地下室頂板和人防頂板。在預(yù)埋端的設(shè)計(jì)過程中，相應(yīng)高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)在結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)中更加重視預(yù)埋端的上下層、預(yù)埋端的樓板、預(yù)埋端上下層的剛度、預(yù)埋端的類型等設(shè)計(jì)工作，以保證地下結(jié)構(gòu)頂部預(yù)埋端的實(shí)際有效性能夠穩(wěn)定發(fā)揮。

3.7 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)

建筑結(jié)構(gòu)的幾何質(zhì)心、剛度中心和結(jié)構(gòu)重心是建筑的三個中心。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求建筑三個中心盡可能匯聚在一點(diǎn)，即三個中心一體化。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)，而沒有三個中心的整合。為了避免建筑物因水平荷載而發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布置，使建筑物盡可能完整。在水平荷載作用下，高層建筑的扭轉(zhuǎn)作用取決于質(zhì)量分布。為了使樓板的水平力沿平面均勻分布，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動，建筑平面應(yīng)盡可能采用正方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單的平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對街道景觀的要求和施工場地的限制，不可能所有的高層建筑都采用簡單的平面形式。當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等復(fù)雜平面形式時(shí)，凸出部分的厚度與寬度之比應(yīng)控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。同時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能處于對稱狀態(tài)[3]。

4 結(jié)束語

土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的因素多，技術(shù)要求高，難度大。廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)在分析研究影響設(shè)計(jì)質(zhì)量問題的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則，采取有效對策，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高設(shè)計(jì)水平，為社會貢獻(xiàn)更多更好的建筑質(zhì)量。