探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及所存在的技術(shù)問題

【摘要】文章簡(jiǎn)單探討了建筑設(shè)計(jì)的一般原則，并指出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的技術(shù)問題，供同行借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；原則分析；存在問題

前言：

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大致可以分為二個(gè)階段：結(jié)構(gòu)方案性構(gòu)思階段，結(jié)構(gòu)建模計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性及功能要求，建筑所地理位 的抗震設(shè)防烈度、工程地質(zhì)勘查報(bào)告、建筑場(chǎng)地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)， 架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)及復(fù)合結(jié)構(gòu)等等，以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不 結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來布胃結(jié)構(gòu)的承重體系和各受力構(gòu)件。

一 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則

（1）剛?cè)嵯酀?jì)設(shè)計(jì)原則。合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。結(jié)構(gòu)剛度過火則適應(yīng)變形能力差，強(qiáng)人的破壞力瞬問襲來時(shí)，需要承受的荷載很大，容易造成局部受損至最后全部毀壞；而剛度過柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的釋樂、傳遞外力，但容易造成變形過大而無(wú)法運(yùn)用甚至全體傾覆。結(jié)構(gòu)是剛多一點(diǎn)好，還是柔多一點(diǎn)好？到什么程度才算合適呢？這些問題需要建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師認(rèn)真的揣摩與衡量。

（2）多層設(shè)防設(shè)計(jì)原則。安全的結(jié)構(gòu)體系是多層設(shè)防的，在實(shí)際應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)中，絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)都為超靜定結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)?shù)卣鸷惋L(fēng)害的來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在協(xié)同工作，如果這個(gè)時(shí)候，局部構(gòu)件設(shè)計(jì)或者施工有所缺憾，出現(xiàn)了微小的瑕疵，一旦由于裂縫等問題而影響了局部構(gòu)件承受荷載的能力，而使局部構(gòu)件產(chǎn)生破壞的時(shí)候，靜定結(jié)構(gòu)體系帶來的后果是不堪設(shè)想。鑒于2008年的四川5.12大地震，國(guó)家更是迅速把這方面的抗震規(guī)范補(bǔ)充的更加細(xì)致，超靜定結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用，尤其是在砌體結(jié)構(gòu)的樓梯問處表現(xiàn)更為突出。這時(shí)候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個(gè)單一的構(gòu)件上，是相當(dāng)危險(xiǎn)的。超靜定結(jié)構(gòu)體系，儀僅理解為縱抗震墻或者框架柱設(shè)置為縱貫三道，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)到較為復(fù)雜的高層建筑，也要考慮到局部破壞對(duì)整體跨塌的影響，例如美國(guó)的9.1 l市什給我們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師帶來的深思。理解和活用超靜定結(jié)構(gòu)體系安全設(shè)置就是體現(xiàn)了多層設(shè)置防線的設(shè)計(jì)思路。

（3）圈出節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則。在結(jié)構(gòu)體系中，所謂節(jié)點(diǎn)，是指各構(gòu)件交接之處.或連接異常的地方。不同類型的構(gòu)件相連接，同一構(gòu)件截面改變之處，都會(huì)形成需要在設(shè)計(jì)圖中表示清楚的節(jié)點(diǎn)。廣義上，諸如結(jié)構(gòu)錯(cuò)層，體型改變，設(shè)置轉(zhuǎn)換層是大型節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)無(wú)處不在， 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系乃是錯(cuò)綜變化的統(tǒng)一。當(dāng)強(qiáng)大的荷載突然襲來之時(shí)，對(duì)

于單一的構(gòu)件，力量傳遞合理，因而可以控制。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，各節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性難于預(yù)測(cè)和控制，即使從理論 保證了每個(gè)組成構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，但因各個(gè)節(jié)點(diǎn)的普遍存在，力量傳遞往往不很順暢而出現(xiàn)應(yīng)力集中而無(wú)法傳遞甚至中斷，破壞由此而發(fā)生。歷次災(zāi)害表明，從設(shè)計(jì)不合理的節(jié)點(diǎn)開始破壞的建筑占了相當(dāng)大的比例。

（4） “以人為本”設(shè)計(jì)原則。建筑最終是服務(wù)丁人類的，創(chuàng)造出使人生理、心理、現(xiàn)實(shí)、未來的需求都能得以滿足且具有健康特質(zhì)的建筑是設(shè)計(jì)師的一個(gè)原則。近年來，隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)自身的居住空間的需求也在不斷的提升。如今生活在都市的人們都渴望回歸自然，希望更多的與人自然接觸，但是單純的綠色還不能說具有生態(tài)型，生態(tài)型建筑是以綠色為基礎(chǔ)涵概生態(tài)、環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展等多種理念。尊重設(shè)計(jì)地段內(nèi)的十地、環(huán)境、及植被特點(diǎn)，全面的考慮設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部與外部環(huán)境的關(guān)系，體現(xiàn)出入與環(huán)境的和諧共存，不可分割的特征。

（5）綠色環(huán)保設(shè)計(jì)原則。未來的世紀(jì)是一個(gè)注重生態(tài)，環(huán)保，追求人與自然科學(xué)整體協(xié)調(diào)發(fā)展的社會(huì)。近年來南于我國(guó)的大中城市存在林木普遍稀少，樓房與人口日益密集以及T業(yè)與交通集聚擴(kuò)充而引發(fā)了大氣污染，水污染和躁聲污染等一系列的城市環(huán)境問題，而日‘不少城市由于周邊林草植被遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致水士流失，水源枯竭，風(fēng)沙危害等惡化的生態(tài)環(huán)境，影響城市整體協(xié)調(diào)發(fā)展。其次，城市生態(tài)環(huán)境的惡化，影響居民的健康與生活。建筑設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮設(shè)計(jì)區(qū)域的自然條件，利用城市的自然地貌特征和原有的植被、水體、花卉等，本著保護(hù)和恢復(fù)原始生態(tài)的原則，按照體現(xiàn)不同城市特點(diǎn)的要

求，盡可能的協(xié)調(diào)綠地，水體和建筑物之間的關(guān)系。以大型公園，植物園為“面”，以小型的街心綠地為“點(diǎn)，以建筑物之間的通道為“線”，對(duì)建筑與環(huán)境進(jìn)行緊密的結(jié)合，體現(xiàn)出現(xiàn)代城市的建筑特征。

二 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

（1）高層建筑基礎(chǔ)的選型問題。高層建筑應(yīng)選用整體性好、能滿足地基承載力和建筑物允許變形要求、并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式，達(dá)到安全實(shí)用和經(jīng)濟(jì)合理的目的。一般有筏板基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、條形交叉梁基礎(chǔ)等應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)、荷載及地基承載力選用合理的基礎(chǔ)形式。筏形基礎(chǔ)有梁板式和平板式， 當(dāng)建筑物層數(shù)較多，地下室柱距較大、基底反力很大時(shí)，宜優(yōu)先選用平板式。采用梁板式筏基時(shí)，基礎(chǔ)梁截面大必然增加基礎(chǔ)埋置深度，當(dāng)水位高時(shí)更為不利，梁板的混凝土需分層澆筑，梁支模費(fèi)事，因而增長(zhǎng)工期，綜合經(jīng)濟(jì)效益反而比平板式差。筏形基礎(chǔ)的雙向底板的厚度，除滿足正截面承載力外，主要由沖切、剪切承載力確定。有人認(rèn)為高層建筑的基礎(chǔ)底板厚度按每層若干厘米（例如每層5am）來確定這種說法是不科學(xué)也是不確切的。

（2）地下室外墻的設(shè)計(jì)問題。地下室外墻的厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及防水要求，應(yīng)根據(jù)建筑場(chǎng)地條件、地下水位高低、上部結(jié)構(gòu)荷載與地下室層數(shù)、層高、埋深、水平荷載的大小及使用功能等綜合考慮確定。高層建筑地下室外墻的厚度不應(yīng)小于250mm。地下室外墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)宜低不宜高，混凝土強(qiáng)度等級(jí)過高，水泥用量大，易產(chǎn)生收縮裂縫，但高層建筑不應(yīng)低于C30，當(dāng)?shù)?F室有防水要求時(shí)，地下室外墻的抗?jié)B等級(jí)應(yīng)由最大水頭與墻厚之比確定，但任何情況下都不應(yīng)低于0.6MPa。地下室外墻的配筋主要南垂直于墻面的水平荷載控制。水平荷載包括室外地面活荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力、地基土的側(cè)壓力、地下水壓力等。地下室外墻近似按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。地下室外墻在垂直于墻面的地基土側(cè)壓力作用下，通常不會(huì)發(fā)生整體側(cè)移，土壓力類似于靜止土壓力，工程上通常取靜止土壓力系數(shù)K=O.5來進(jìn)行計(jì)算。

（3）連梁超筋問題。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中連梁超筋是一種常見現(xiàn)象。某段剪力墻各墻肢通過連粱形成整體，成為連肢墻或壁式框架，使此墻段具有較大的抗側(cè)剛度，能達(dá)到此目的主要依靠連梁的約束彎矩。連梁的超筋實(shí)質(zhì)是計(jì)算剪力不滿足剪壓比要求。連梁易超筋的部位，在一般剪力墻結(jié)構(gòu)中，豎向在總高度1/3左右的樓層；平面中，當(dāng)墻段較長(zhǎng)時(shí)其中部的連粱易超筋；某墻段中墻肢截面高度（即平面中的長(zhǎng)度）大小懸殊不均勻時(shí)，在大墻肢上的連梁易超筋。

（4）關(guān)于回彈再壓縮?；娱_挖時(shí)，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人 ：清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，如獨(dú)立基礎(chǔ)，同彈可以忽略，在計(jì)算沉降時(shí)，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí)，相對(duì)受到較小約束，如箱基。計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算，被坑邊土約束的部分當(dāng)作安全儲(chǔ)備，這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

三 結(jié)束語(yǔ)：

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的，全面的工作。需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行始于足下，設(shè)計(jì)人員是要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解原則和規(guī)范、規(guī)程的含義，并密切配合其它各專業(yè)所提及的資料來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工作中應(yīng)事無(wú)巨細(xì)，應(yīng)善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。