關于建筑結構設計的探究

高 沖

唐山銘嘉建筑設計咨詢有限公司

關于建筑結構設計的探究

高 沖

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建筑工程質量的優劣直接關系到人們的生命安全。建筑設計是一項繁重而又責任重大的工作，直接影響到建筑物的安全、適用、經濟和合理性。為了提高建筑質量，消除隱患，本文指出建筑結構設計過程中常見問題，并進行分析，提出解決措施，以避免或減少類似的情況發生，使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟合理。

建筑；結構設計

在建筑結構的設計當中，由于工程人員的疏漏或者其他方面的原因可能致使設計中出現一些問題，對建筑質量產生一定程度上的影響。筆者對常見問題進行簡要探討，希望對工程實際中的建筑結構設計有一定的指導作用。

1.嵌固端的設置問題

高層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取卻面臨著各種不同情況，設有地下室但其層數或多或少，且基礎形式不同等。根據以上情況正確選取其結構嵌固端，是高層建筑結構計算模型中的一個重要假定，它不僅關系到結構中某些構件內力分配的準確性，而且還影響結構產生側移的真實性，以及結構局部的經濟性。結構設計工程師需要注意如下幾個方面：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題。

2.建筑結構的共振及水平位移問題

當建筑場地發生地震時，如果建筑物的自振周期和場地的特征周期接近，建筑物和場地就會發生共振。因此在建筑方案設計時就應針對預估的建筑場地特征周期，通過調整結構的層數，選擇合適的結構類別和結構體系，擴大建筑物的自振周期與建筑場地特征周期的差別，避免共振的發生。水平位移滿足建筑設計的要求，需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。同時，結構周期長、地震力小并不安全；其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外，不應有明顯的拐點或折點。

3.主梁有次梁處應加附加筋

一般應優先加箍筋，附加箍筋可認為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側補上，象板上洞口附加筋。位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內的集中荷載可根據具體情況而定。總的原則，當主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產生的剪力在整個梁范圍內是一樣的，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。

4.應確保整體結構的合理性

建筑整體結構的科學性和合理性是規范特別強調的內容。規范用于控制結構整體性的主要指標主要如下：

4.1周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。它的目的是使抗側力的構件的平面布置更有效更合理，使結構不至出現過大的扭轉。也就是說，周期比不是要求結構足夠結實，而是要求結構承載布局合理。如果周期比不滿足規范的要求，說明該結構的扭轉效應明顯，需要增加結構周邊構件的剛度，降低結構中間構件的剛度，以增大結構的整體抗扭剛度。

4.2位移比(層間位移比)是判斷結構平面是否規則的重要指標。規范中規定的位移比限值是按剛性板假定作出的。在位移比滿足要求后，再去掉對所有樓層強制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設定進行后續配筋計算。此外，對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，應正確選用。

4.3剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數。該值如果不滿足《高規》的下限要求，則可能引起結構失穩倒塌，應當足夠重視。

4.4剪重比是抗震設計中很重要的參數。由于地震長期作用下，地震影響系數下降較快，由此計算出來的水平地震作用下的結構效應可能太小。因此，出于安全考慮，規范規定了各樓層水平地震力的最小值，該值如不滿足要求，則說明結構可能出現比較明顯的薄弱部位，必須進行調整。

5.結構設計應注意的具體問題

5.1關于箱、筏基礎底板的挑板問題從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當底板鋼筋通長布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節約。此外，若箱、筏基礎底板挑板的陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角；如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。

5.2關于梁、板的計算跨度：一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規定和概念僅適用于常規的結構設計，在應用日廣的寬扁梁中是不合適的。在扁梁結構中，梁高比板厚大不了多少時，應將計算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。

5.3縱筋搭接長度為若干倍鋼筋直徑d，一般情況下，當大直徑鋼筋強度并未充分利用時，d取鋼筋直徑的較小值。否則應取鋼筋直徑的較大值。如框架結構頂層的柱子縱筋有時比下層大，d應取較大的鋼筋直徑，甚至縱筋應向下延伸一層。其實，兩根鋼筋放一起，用鐵絲捆一下，能起多大用，還消弱了鋼筋與混凝土的握裹力。所以，鋼筋如有可能盡量采用機械連接或焊接。

5.4柱子造價在框架結構中是很小的，而在抗震時起的作用是決定性的。經實驗，考慮空間作用時，柱子縱筋加大至計算值的2.5倍左右才可保證塑性鉸不出現在柱子上。可不按計算配筋，大幅度增加縱筋，同時增大箍筋。

6.結束語

建筑的結構設計任務復雜繁重，設計人員借助使用結構計算軟件，可以極大地提高工作效率。設計人員應當認真學習規范，努力提高理論知識，依據工程的實際情況，結合自己的實踐經驗，把握工程設計要點，對計算結果作出正確的分析和判斷，采取相應處理方法進行必要的調整完善，才能設計出高質量、高品質的工程。

[1]宿宗英，趙麗艷.在建筑結構設計中如何提高建筑的安全性[J].科技資訊.2010(7)

[2]石善民，韓素容.建筑結構設計及規范應用中若干問題的探討[J].工程質量.2010(3)