房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

陳琦

摘要：合理選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時要對建筑工程環(huán)境實(shí)施全面勘察，也包括建筑結(jié)構(gòu)類型和荷載分布情況，只有全方位綜合各種因素，才能選擇合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，才能在工程施工中最大程度地發(fā)揮建筑地基的內(nèi)在潛力作用。本文根據(jù)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則探討了建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加完善。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

隨著我國各個領(lǐng)域的快速發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)展迅速，房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用先進(jìn)技術(shù)，依托先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，同時加強(qiáng)對建筑材料研究，促使建筑結(jié)構(gòu)向更加安全、合理、可靠的方向發(fā)展。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)方案

根據(jù)工程地質(zhì)報告、建筑場地類別、建筑物高度和層數(shù)、建筑物的重要性、建筑所在地的抗震設(shè)防烈度等情況對建筑的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定。在確定了建筑結(jié)構(gòu)的形式之后，要依據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)及要求來對建筑結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件和承重體系進(jìn)行布置。

（二）結(jié)構(gòu)計(jì)算

建筑工程的計(jì)算荷載有：外部荷載和內(nèi)部荷載，它們的計(jì)算要依照荷載規(guī)范的規(guī)定及要求使用不同的組合值系數(shù)及永久值系數(shù)等進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算;對于構(gòu)件的試算，要依照計(jì)算出的荷載值、構(gòu)造措施的要求、使用要求和各種計(jì)算手冊上的試算方法來對構(gòu)件的截面進(jìn)行初步的確定。

（三）施工圖設(shè)計(jì)

對于建筑工程內(nèi)力的計(jì)算要依照已經(jīng)確定的構(gòu)件截面及荷載值來進(jìn)行計(jì)算，它包括：拉力、彎矩、軸心壓力、扭矩、剪力等。根據(jù)最后計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和規(guī)范對構(gòu)件的要求及限制，對結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否滿足規(guī)范的要求進(jìn)行復(fù)核。若不滿足，則要調(diào)整構(gòu)件的截面或者布置，直到滿足要求為止。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題

（一）現(xiàn)澆混凝土樓板的干縮開裂和支座負(fù)鋼筋倒伏的問題

1、干縮開裂問題

在進(jìn)行混凝土樓板澆筑時，澆筑完混凝土后，會在短時間內(nèi)出現(xiàn)樓面出現(xiàn)龜裂的現(xiàn)象，尤其在溫差較大的季節(jié)或地區(qū)這種現(xiàn)象非常明顯，而且這種現(xiàn)象多發(fā)于住宅樓，公用建筑和商用樓較為少見。這種龜裂多是由于混凝土的水灰比過大造成的，它降低了建筑結(jié)構(gòu)的剛度，增大了結(jié)構(gòu)的撓度，使整個結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性都明顯的降低。出現(xiàn)這種情況的原因是：由于現(xiàn)在的工程大多使用商品混凝土，混凝土是由預(yù)拌廠直接負(fù)責(zé)提供的，泵送混凝土要求混凝土的和易性要好，流動性要高具有較大的坍落度，商品混凝土為了達(dá)到這種效果就會加大水的配比，使混凝土的水灰比過大，嚴(yán)重的影響了混凝土的質(zhì)量。

2、支座負(fù)鋼筋倒伏的問題

當(dāng)進(jìn)行完樓板上的鋼筋綁扎后，隱蔽驗(yàn)收后才可以進(jìn)行混凝土的澆搗工作，但是在實(shí)際施工中，由于沒有注意保護(hù)好支座負(fù)鋼筋，使得鋼筋的倒伏隨處可見。剛進(jìn)的倒伏會造成支座負(fù)彎矩沒有足夠的鋼筋來支撐，引起支座板面出現(xiàn)裂縫，加大了撓度，降低了剛度，使板的受力狀態(tài)逐漸趨向間支，造成板配筋偏于不安全。

（二）柱體、墻體連接混亂

在對比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行布置時，往往會出現(xiàn)多方向柱網(wǎng)相連的地方。有的把每根柱和周圍各柱都用框架梁連接起來，形成多梁交匯于一柱，這給接點(diǎn)區(qū)的鋼筋錨固和混凝土的施工帶來了很大的不便嚴(yán)重的影響了施工的進(jìn)度。

（三）結(jié)構(gòu)電算或設(shè)計(jì)方法存在問題

1、實(shí)際施工圖紙和電算的計(jì)算簡圖不符

問題主要表現(xiàn)在剪力墻開洞的大小、剪力墻的長度、厚度、門窗洞口的位置、框架計(jì)算高度等和施工圖紙不相符。這大多是由于結(jié)構(gòu)專業(yè)的計(jì)算進(jìn)行的過早，建筑平面經(jīng)過多次的調(diào)整，又沒有來得及反饋給結(jié)構(gòu)專業(yè)，使專業(yè)間相互脫節(jié)，等到了施工圖紙進(jìn)入校審的階段，大多都只注意在圖面上，沒有核對建筑圖，進(jìn)而造成了這類錯誤，這就是某些構(gòu)件的配筋失真，造成配筋不足的危險。

2、抗震概念設(shè)計(jì)不足

建筑抗震設(shè)防的三個目標(biāo)可以用小震不壞、中震可修、大震不倒來進(jìn)行總結(jié)，第一目標(biāo)可以利用承載力的計(jì)算來保證;第二目標(biāo)可以利用結(jié)構(gòu)可靠度標(biāo)準(zhǔn)分項(xiàng)系數(shù)來達(dá)到損壞可修的目標(biāo);但第三目標(biāo)就要通過概念設(shè)計(jì)和各種抗震構(gòu)造措施來實(shí)現(xiàn)。這就要求結(jié)構(gòu)要具有良好的吸能、耗能能力，具有較高的靜不定次數(shù)、避免豎向承載力和剛度突變、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件盡可能為延性構(gòu)件。

（四）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)淡薄

概念設(shè)計(jì)通常是指不經(jīng)過數(shù)值的計(jì)算，根據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系和分體系間的力學(xué)關(guān)系、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象、工程經(jīng)驗(yàn)等，來獲得基本設(shè)計(jì)的原則和思想。在現(xiàn)行的抗震規(guī)范中規(guī)定，一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的彈性計(jì)算是以多余地震方面為出發(fā)點(diǎn)的，其超越概率為63.2%，比一般設(shè)防烈度低，規(guī)范要求設(shè)計(jì)不但要負(fù)荷概念設(shè)計(jì)的規(guī)定，還要加強(qiáng)抗震措施，這樣才能達(dá)到設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，但一些工程只注重計(jì)算結(jié)果，忽略了概念設(shè)計(jì)和對抗震的要求

三、解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題的有效途徑

（一）確定整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性以及合理性

1、結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之間的比被稱為剛重比

它影響著結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，也是影響重力二階效應(yīng)的重要參數(shù)。一般都會使用增大剛重比的方法來考慮重力的二階效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的剛重比增大則二階效應(yīng)就會減小，二階效應(yīng)要控制在20%以內(nèi)如果改制不能達(dá)到要求，則可能引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)導(dǎo)致坍塌。

2、剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)

由于長時間的作用下，地震影響系數(shù)下降的會較快，根據(jù)這種情況計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能偏小。對于長周期的結(jié)構(gòu)，地震動態(tài)作用下的地面加速和位移會對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，如果剪重比<0.02，結(jié)構(gòu)的剛度才可以滿足水平位移限制的要求，但卻不能達(dá)到結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的條件，設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)過程中綜合的考慮剛重比和剪重比的合理取值。

（二）結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化

1、剪力墻下布樁

當(dāng)建筑的結(jié)構(gòu)為剪力墻或框剪結(jié)構(gòu)時，剪力墻主要承受地震水平力，它也是承受豎向荷載的重要構(gòu)件，所以要沿著剪力墻全廠布樁，樁的中心線要和剪力墻的中心線重合，布置雙排樁時，樁的承臺要具有足夠的剛度，并應(yīng)作承臺的抗彎和沖剪驗(yàn)算。

2、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

當(dāng)布樁僅按照豎向荷載作用進(jìn)行時，要對彎矩作用下的承臺底部邊樁的反力進(jìn)行驗(yàn)算。尤其是框剪結(jié)構(gòu)的剪力墻和剪力墻結(jié)構(gòu)核心筒底部彎矩及剪力對基礎(chǔ)承載力的影響較大，不能遺漏。對于水位較高的地下室和短肢剪力墻、大跨度結(jié)構(gòu)等彎矩較大的承臺底部樁基要驗(yàn)算其是否存在向上的抗拔力。

四、結(jié)語：

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，既要考慮用戶對房屋使用效果的要求，還要兼顧建筑的質(zhì)量、安全性、穩(wěn)定性等多方面的內(nèi)容。通過對建筑工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理，可以更好的實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體優(yōu)化，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、科學(xué)及合理的設(shè)計(jì)要求。

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