建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見問題分析

張勇

沈陽市華域建筑設(shè)計(jì)有限公司 遼寧沈陽 110000

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見問題及分析

1.1 承載力問題

于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化而言，第一應(yīng)該考慮的便是建筑結(jié)構(gòu)的承載力，其將直接影響建筑的力學(xué)性能，對于建筑的質(zhì)量安全具有直接的影響，所以于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需確保整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系優(yōu)良、穩(wěn)定性強(qiáng)，如此才能夠保障建筑的質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)需要，同步提升建筑質(zhì)量性能。尤其是在高層建筑以及超高層的建筑，水平與豎直承載力往往很難高效被建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件所均攤，如果某個(gè)部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力超出理論負(fù)荷，那么建筑體系在遭受外界因素的情況下，比如地震、大風(fēng)等荷載作用下，就會致使建筑受損。因此在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，首要考慮承載力問題，關(guān)注去解析力的組成與分配，把承載力科學(xué)均攤，確保建筑的質(zhì)量[1]。

1.2 抗震設(shè)計(jì)問題

我國地域遼闊，各省市抗震設(shè)防烈度均有差異。同一城市場地類別也可能不同?？拐鸬燃壥芙Y(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)高度、建筑物重要類別、抗震設(shè)防類別、場地類別等影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)結(jié)合規(guī)范及國家相關(guān)規(guī)定采用合理的抗震等級，確定抗震等級及設(shè)防類別時(shí)，應(yīng)該綜合考慮以上因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重視抗震設(shè)計(jì)，按規(guī)范相關(guān)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)，采取相對應(yīng)的構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)安全。防止因抗震等級取錯(cuò)，引起構(gòu)件配筋過小，截面取值過小等，影響結(jié)構(gòu)安全。

1.3 提高建筑抗風(fēng)荷載作用的能力

優(yōu)化建筑方案，不采用對風(fēng)荷載較敏感的結(jié)構(gòu)外輪廓，應(yīng)采用體型系數(shù)較小的結(jié)構(gòu)輪廓，從而降低垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)限制結(jié)構(gòu)外輪廓的高寬比，滿足規(guī)范要求，避免采用高寬比超限的結(jié)構(gòu)形式，減小風(fēng)荷載對建筑影響。針對于關(guān)鍵性且外型繁復(fù)的房屋和建筑物，必須由風(fēng)洞試驗(yàn)明確風(fēng)荷載體型系數(shù)，不應(yīng)盲目參考規(guī)范通用值，防止風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值過小，影響結(jié)構(gòu)安全。

1.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算模式的優(yōu)化研究

為了確保數(shù)據(jù)的各層面科學(xué)完整，必須對有關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)實(shí)施匯總，同步根據(jù)合理計(jì)算要求，運(yùn)用計(jì)算機(jī)體系對有關(guān)數(shù)據(jù)施行科學(xué)化整理以及解析計(jì)算。在實(shí)際建造結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)該對各類建造的數(shù)據(jù)實(shí)施計(jì)算處理，處理的結(jié)構(gòu)應(yīng)該實(shí)施綜合性研究以及解析，且認(rèn)真對結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)施調(diào)整優(yōu)化，保障優(yōu)化的數(shù)據(jù)不會給設(shè)計(jì)帶來影響，同樣不會造成出現(xiàn)額外的約束條件。同步，為了更好地符合建筑設(shè)計(jì)作業(yè)的具體需求，于設(shè)計(jì)優(yōu)化中，一般會采用多類型建筑機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)算體系，如此對同一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)施更加精確化處理，為后續(xù)的參數(shù)優(yōu)化給予更加精確的理論參考。

1.5 周期比不滿足時(shí)調(diào)整方法

周期比相關(guān)規(guī)定《高規(guī)》3.4.5及條文規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期Tl之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85?！犊挂?guī)》3.5.3及條文規(guī)定，結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近（周期和振型）。

結(jié)構(gòu)自振周期表示結(jié)構(gòu)自身的性能，周期的相對大小反映了結(jié)構(gòu)剛度的大小，二者成反比關(guān)系，即周期越小剛度越大。計(jì)算程序中的振型是以按周期的長短排序，結(jié)構(gòu)的第一、第二振型宜為平動(dòng)，扭轉(zhuǎn)周期宜出現(xiàn)在第三振型及以后[2]。

限制扭轉(zhuǎn)平動(dòng)周期比，主要是限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt同平動(dòng)為主的第一自振周期Tl之比，當(dāng)兩者相近時(shí)，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大顯著。限制周期比主要體現(xiàn)在關(guān)注結(jié)構(gòu)的抗扭能力的大小，使結(jié)構(gòu)具備必須的抗扭剛度，縮減扭轉(zhuǎn)同結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。周期比不符合規(guī)范規(guī)定，表明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相較于抗側(cè)剛度較小，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不科學(xué)。

只可以經(jīng)過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，提高結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。外圍的抗側(cè)力構(gòu)件于結(jié)構(gòu)的抗扭剛度作用最大，總的原則是強(qiáng)化結(jié)構(gòu)外圍豎向構(gòu)件以及梁的剛度，或恰當(dāng)減弱結(jié)構(gòu)中間豎向構(gòu)件的剛度。運(yùn)用結(jié)構(gòu)剛度同周期的反比關(guān)系，科學(xué)布置抗側(cè)力構(gòu)件，強(qiáng)化需要縮減周期方向（包含平動(dòng)方向及扭轉(zhuǎn)方向）的剛度，減弱需要加大周期方向的剛度。

（1）第一振型扭轉(zhuǎn)：說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于其兩個(gè)主軸（第二振型轉(zhuǎn)角方向和第三振型轉(zhuǎn)角方向，一般都靠近X軸和Y軸）的抗側(cè)剛度過小，此時(shí)宜沿兩主軸適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍的剛度，并適當(dāng)削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度。

（2）當(dāng)?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)期間：表明結(jié)構(gòu)沿兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)移剛度差異較大，結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相較于其中一主軸（第一振型轉(zhuǎn)角方向）的抗側(cè)移剛度是科學(xué)合理的；然而相較于另一主軸（第三振型轉(zhuǎn)角方向）的抗側(cè)移剛度反而過小，這時(shí)可以適當(dāng)減弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿“第三振型轉(zhuǎn)角方向”的剛度，且合理強(qiáng)化結(jié)構(gòu)外圍（關(guān)鍵是沿第一振型轉(zhuǎn)角方向）的剛度。

周期比的掌控在于結(jié)構(gòu)具有充足的抗扭轉(zhuǎn)剛度，而結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度貢獻(xiàn)最大。因此調(diào)試結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件剛度以掌控位移比時(shí)，必然對周期比產(chǎn)生較大影響?？紤]到對周期比的影響，調(diào)試位移比時(shí)，特別是當(dāng)周期比接近規(guī)范限值時(shí)，應(yīng)注意不要削弱結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件的剛度。同樣，對周期比的調(diào)整也可能影響位移比。特別是當(dāng)某主軸方向的位移比接近規(guī)范限值時(shí)，此時(shí)對抗側(cè)力構(gòu)件剛度的調(diào)整應(yīng)以結(jié)構(gòu)的質(zhì)心為中心盡量對稱[3]。

2 結(jié)語

總的來說，伴隨著我國建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性研究水平不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者在新的環(huán)境和形勢下，應(yīng)不斷提高自身的專業(yè)素質(zhì)和能力，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性，為建筑工程的順利、安全、可靠施工提供重要保障和支持。