建筑結構設計要點及優化措施分析

趙淑娟

摘 要：隨著國民經濟的快速發展，加上科學技術的不斷進步，我國高層建筑行業取得了重大的突破。越來越多的高層建筑對我們的設計提出了新的課題，節約成本降低造價成為開發商必談的話題，因此結構優化成為我們設計師面臨的新課題，高層建筑結構設計是否合理，不僅僅影響到高層建筑安全性，而且還直接影響到高層建筑的工程造價。本文主要研究高層建筑結構設計原則，探討高層建筑結構設計要點與優化策略。

關鍵詞：結構設計；典型問題；解決措施；概念設計

1 建筑結構設計的基本原則

建筑結構的設計應符合以下原則：在正常的施工和使用過程中，建筑結構可以承受來自內部和外部的各種作用；在正常使用的過程中結構具有良好的工作性能；在正常維護的狀況下，可以表現出持久性；設計規范中規定的偶然事件發生時可以保持必要的穩定性。建筑結構在規定的時限內、條件下對完成其預定的功能可以表現出足夠的可靠性，且此種可靠性可以進行計算度量。設計時應利用概率理論為基礎的極限狀態設計方法，既保證在極端情況下不會對社會造成嚴重的危害。

2 建筑結構設計要點與優化措施

2.1 部分建筑底層挑梁裂縫

出現此種情況的原因是原始設計中各層的挑梁都是按照本層的載荷進行計算和驗算的，在實際的結構中懸挑梁的上部墻體為整體砌筑，而下部墻體同事是也起到了底模的作用，此時挑梁上部的墻體載荷就形成自上而下的作用力。這樣原有的挑梁設計與實際形成的載荷的傳遞方式就出現了差異，從而使得原有的承載能力不足以滿足實際的載荷，出現裂縫也就可以得到解釋了。要解決此問題就要根據實際的需求進行改進，使得受力傳遞路線符合實際情況，或者在施工圖設計時注意對施工順序的規范，這樣就可以防止出現類似情況。

2.2 砌體結構設計與抗震性能提高

（1）橫墻承載是的結構布置要點，通常建筑的平面為矩形，其橫向剛度要遠遠小于縱向，所以需要足夠數量的橫向結構對其進行支撐，從而提高其抗震的性能。因為地震對墻體的破壞為剪切性破壞，所以為了提高橫向墻的抗震能力就需要提高其強度。其主要的方式就是對材料進行規范，使用強度等級高的材料 ，增加橫墻上的軸壓力，將橫墻設計為具有承載和阻隔雙重能力的結構體。

（2）縱橫墻承載結構。當建筑的開間增加時，設計沿進深的梁支支撐在縱墻上，使得縱向承載能力增加。樓板沿縱向設置擱置形成橫墻承載，橫墻的間距大時就可以按照抗震的要求，同時縱墻的抗震性能也會因為軸壓的增加而提高。另外也可利用縱墻承載、橫墻承載沿豎向而交替布置，此種措施應用較少。

（3）縱向墻承載。此種設計方式是橫墻的間距大數量少，同時軸壓較小，所以結構的抗震性能較差，縱墻多則容易引起彎曲破壞也應慎重選擇并進行細致驗算。

（4）混合承載設計。這樣的設計可以形成多種組合方式，如內框架砌體結構、底層框架砌體結構、局部框架砌體結構等等。此類結構體系是由結構材料彈性模量、動力性能差異較大的兩種結構組合而成，因此其并不是一種較好的抗震結構。但是其滿足的是建筑的使用有要求，可以提供較大的空間，經濟性也優勢明顯。在設計中無論使用和在砌體形式都是結構抗震性能保證的關鍵，此時就需要利用概念設計的思路，綜合性的提高建筑的整體抗震性能，以此彌補結構上的不足之處，盡量做到綜合性能上的最優。

2.3 樓層平面剛度設計問題

某些設計在缺少基本的結構觀念或者結構布置的必要措施的時候，采用樓板變形計算程序。雖然程序的編寫在數學力學模型上是沒有錯誤的，但是確定樓板變形的程度上卻不能做到準確估算。作為計算的大方向都不能做到準確的定性，就更不會得到想要的準確結果。由此可見結構設計中一定會存在結構上的安全隱患，或者某些結構件的性能儲備過大的情況。為了使得程序計算的結果準確起來，即計算的結果可以基本反映真實受力的情況而不出現嚴重的誤差，設計的時候應盡量對樓層設計進行剛性化處理。要做到這一點就應當先在建筑設計或者方案提出階段就避免采用存在變形較大的樓面，如樓層上開洞、外伸的部分太長、塊體之間存在縮頸連接、凹槽缺口過深等情況；再要從結構布置和配筋設計上進行控制，對于功能性必要或者建筑效果十分優越的建筑設計方案來說，如果平面不能完全采用剛性樓板在結構設計的時候就必須考慮采用增設連接梁板、暗梁、提高連系梁板、暗梁邊梁配筋調整、斜向配筋等方式進行補強，即利用各種可行的措施對彌補樓板剛性損失，也即是滿足剛性樓板的基本假定或者出現的計算誤差。

2.4 屋面梁和配筋設計

這個設計項目中應當注意一下幾個參數的取值和設計

（1）振型數的設定。振型數的大小將直接影響到結構計算的精確度。對于平面規則、剛度分布不均勻的復雜建筑結構，尤其是多塔結構、大型底盤結構等，在考慮到扭轉耦聯計算的時候，通常不容易確定振型的數量，并支持計算地震作用。如果振型數偏少，有限高振幅的地震作用就無法進行計算，結構抗震的設計存在隱患；如果振型數過大，直接增加了計算的工作量，也容易導致累計誤差。通常設計中需要掌握的原則是：在不考慮扭轉耦聯計算的時候應大于3；振型數大于3是則應保證為3的倍數，但應小于建筑的層數；如層數較少小于2時，振型數則應為2或者1；如為5層則振型數為3；對于不規則的結構應考慮扭轉耦聯的效果，此時振型數應不小于9，結構層數較多或者結構剛性突然變大的時候，振型數應適當增加但是不能高于建筑層數的3倍。

（2）周期折減。框架結構因為填充墻的存在，使得結構的實際剛度會大于設計計算剛度，計算周期就會大于實際。所以計算的出的地震剪力就偏小，從而導致結構設計存在隱患，所以對框架結構的計算周期進行折減是必要的措施。但是對框架結構的計算周期的折減系數過大或者過小甚至不折減也是不可取的。具體的取值如：在設計中對砌體填充墻周期折減應在0.6-0.7之間；砌體填充較少的或者輕質材料時可以取0.7-0.8；完全采用輕質材料的墻體則應取0.9；只有沒有砌體墻而采用純框架的結構其計算周期才不用折減。周期折減系數不會改變結構的自振性能只會影響地震影響系數。

（3）梁跨正彎矩放大系數。這個系數在設計中主要是對樓面出現活動載荷較大的多層建筑而設置，不能一概而論。當梁上不計算活動載荷或者不考慮活動載荷的不利影響時，通常在取值是放大系數為1.2，以此彌補梁跨中彎矩過小而出現的不足；當多層建筑分析和推導載荷的時候，將永久載荷與樓面活動載荷是分開計算的，并對活動載荷進行不利布置，此時系數可為1，即不需要放大。通常計算高層建筑時為了簡化計算，永久載荷與樓面的活動載荷和在一起進行計算，也不做活動載荷的不利布置，所以通常其梁跨中正彎矩的放大系數取1.2，以滿足結構承載要求。

3 結束語

現代建筑的日趨豐富，個性鮮明的建筑比比皆是，這種跟個性化的設計給結構設計帶來較大的難度。建筑結構的設計是建筑工程的重要環節，設計的成敗將直接影響到工程的使用、成本、安全等各個方面。因此在設計的過程中應當對關鍵性問題進行控制和解決，避免出現遺漏和誤差，力求將結構設計做的合理而優化這才是結構設計的目標。

參考文獻：

[1] 王艷輝.淺談房屋建筑結構設計中常見問題分析[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2010（2）.

[2] 袁能武.建筑結構設計各專業設計的協調[J].科協論壇（下半月），2008（9）.

[3] 邢振強，畢繼斌.提高建筑結構設計安全度的幾點看法[J].科技致富向導，2010（9）.