建筑設(shè)計中贅件的影響

劉娜

【摘要】在現(xiàn)如今建筑設(shè)計中為造型使用了非承載構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，形成很多建筑結(jié)構(gòu)贅件，常被初學(xué)者忽略，埋下不安全隱患，常需結(jié)構(gòu)設(shè)計人員從概念設(shè)計著手，全面考慮結(jié)構(gòu)受力體系的安全性。現(xiàn)行文交流，供同行斧正。

【關(guān)鍵詞】非結(jié)構(gòu)構(gòu)件；承載結(jié)構(gòu)；贅件

隨著工程設(shè)計追求建筑整體造型個性化、標(biāo)志化，對建筑工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較多非承載力結(jié)構(gòu)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，即所謂的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接影響著承載結(jié)構(gòu)即結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全，對建筑工程整體的力學(xué)體系造成較復(fù)雜的影響。通過精化設(shè)計，不致使很多建筑結(jié)構(gòu)贅件被結(jié)構(gòu)設(shè)計人員忽略，本文將我指導(dǎo)學(xué)生、工程師門工程實(shí)踐的點(diǎn)滴心得，結(jié)合實(shí)際工程，將僅按構(gòu)造考慮相關(guān)問題加以分析解決，現(xiàn)例舉幾例于后。

1. 飄窗構(gòu)件的影響

1.1 建筑設(shè)計中建筑師們非常偏愛建筑造型中飄窗的設(shè)計，在承載結(jié)構(gòu)構(gòu)件用軟件設(shè)計時只是把荷載值給予局部提高，窗臺高度范圍內(nèi)僅按構(gòu)造考慮配筋。將窗臺高度范圍內(nèi)均做成鋼筋混凝土（見圖1）。

1.2 從構(gòu)造角度及局部安全角度來看并沒有任何問題，但是如果對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行分析，將此窗臺按梁輸入結(jié)構(gòu)模型，就會發(fā)現(xiàn)不僅會對結(jié)構(gòu)周期及位移有很大影響，連結(jié)構(gòu)墻體配筋都會發(fā)生很大變化，以下是二種情況的對比表（見表1）：請見圖2對比。

1.3 從上述結(jié)果可以看出二者有一定的區(qū)別，在非地震時沒有什么問題，在地震來臨時由于梁剛度計算為考慮導(dǎo)致飄窗兩側(cè)墻體因?yàn)榱簞偠仍谟嬎銜r未考慮導(dǎo)致梁兩側(cè)墻體地震力增大，實(shí)際配筋不足，輕微時墻體會開裂，嚴(yán)重時結(jié)果無法預(yù)知，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)分析飄窗窗臺構(gòu)造對整體結(jié)構(gòu)的影響，我們可以根據(jù)具體工程實(shí)踐，采取不同的解決方案。

（1）將窗臺部分做成混凝土?xí)r，應(yīng)將其真實(shí)高度輸入模型，周期、位移及配筋滿足按規(guī)范要求。

（2）若按高連梁輸入對位移、周期影響較大，墻體剪力大于規(guī)范要求，需要修改墻厚或混凝土標(biāo)號來進(jìn)行調(diào)整，與主體結(jié)構(gòu)同層其它部位很難協(xié)調(diào)，可將構(gòu)造詳圖相應(yīng)部位加以調(diào)整，與主體結(jié)構(gòu)采取弱連接，可按雙連梁輸入模型，也可用構(gòu)造圈梁將之與飄窗板相連，也可用豎向薄板與飄窗板相連，與墻厚不平齊部位可用加氣塊補(bǔ)齊。（見圖3、圖4）

2. 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件形成贅件影響

（1）為追求建筑設(shè)計中建筑整體外立面造型要求結(jié)構(gòu)設(shè)計用很多與結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件無關(guān)的非結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土柱贅件，或則要求結(jié)構(gòu)工程設(shè)計將外墻除窗外均做成鋼筋混凝土構(gòu)造柱，這樣建筑設(shè)計外觀穩(wěn)定感很強(qiáng)，但造成了很大的安全隱患，無形中增加了鋼筋及混凝土用量。存在兩大隱患，即使結(jié)構(gòu)力學(xué)傳載途徑不明確和局部剛度突變，地震來臨時局部破壞會很嚴(yán)重。

（2）因此在建筑設(shè)計時應(yīng)與結(jié)構(gòu)力學(xué)方案與結(jié)構(gòu)一并籌措，對局部鋼筋混凝土構(gòu)件作用加以分析，盡量少用或不用除主受力構(gòu)件外其它鋼筋混凝土柱贅件，必須做的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造柱應(yīng)注明施工順序，不應(yīng)與主體一塊施工。

3. 建筑裝飾掛線腳的影響

建筑通常窗臺、通常攔板、笨重女兒墻及框架梁下設(shè)計掛線腳等等對整體結(jié)構(gòu)整體抗震性能的影響，也不容忽視。

3.1 通常窗臺、通常攔板往往不被建筑設(shè)計人員重視，窗臺為非結(jié)構(gòu)墻，通常攔板僅手算配筋，在應(yīng)力分析時未將其考慮在。內(nèi)汶川地震的慘痛教訓(xùn)了我們，也給我們敲響了警鐘，細(xì)節(jié)的忽視會帶來很大的安全問題，這種通常布置的構(gòu)件、墻體會導(dǎo)致兩側(cè)框架柱成為短柱，地震來臨時，短柱之剛度大，而較其它正常柱吸收更大之水平力，引致此短柱剪應(yīng)力超過負(fù)荷而開裂破壞，此效應(yīng)稱為短柱效應(yīng)。

3.2 框架梁下掛線腳內(nèi)力計算通常不會考慮，同樣在層高不高的情況下實(shí)際柱計算高度會降低，有形成短柱的傾向，并且形成強(qiáng)梁弱柱，嚴(yán)重違背了結(jié)構(gòu)設(shè)計前提。這是所有結(jié)構(gòu)設(shè)計人員所不愿看到的。

4. 心得

4.1 采取柔連接的輕質(zhì)隔墻，此時要考慮連接構(gòu)件有足夠的承載力和變形能力。

4.2 墻體與框架住相連處預(yù)留縫或弱連接。

4.3 建筑笨重線腳用石材干掛或現(xiàn)場預(yù)制空心線腳。

通過以上不同工程實(shí)踐解說，不難看出建筑立面造型對結(jié)構(gòu)計算模型的影響是嚴(yán)重的是千萬不可忽視的，這就要求結(jié)構(gòu)工程師們在結(jié)構(gòu)力學(xué)方案階段充分考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對整體計算模型的影響，合理布置非結(jié)構(gòu)構(gòu)件減少建筑工程贅件不僅能減輕重量的同時減少結(jié)構(gòu)震害，還能節(jié)約有限資源，節(jié)省工程造價。更對國家節(jié)能減排創(chuàng)造優(yōu)美生活空間做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。