當代建筑結構原理探討

喻龍龍

摘 要 本次設計主要對框架結構中一榀框架進行結構設計、抗震設計和結構計算。在確定框架結構的承重方案及計算簡圖之后，首先計算框架結構的層間荷載代表值，利用頂點位移法求出橫向框架的自振周期，并使用底部剪力法計算在水平地震荷載作用下橫向框架的層間剪力，進而求出在水平地震荷載作用下框架結構的內力;其次，采用彎矩二次分配法對在豎向荷載作用下框架結構的內力;再次，采用D值法計算水平風荷載作用下框架結構的內力;最后，對在水平和豎向荷載作用下框架結構的內力進行組合，找出一組或幾組最不利的內力組合，并按最不利組合進行截面設計及配筋計算。

關鍵詞 框架結構;結構設計;內力計算;配筋

1結構設計研究狀況及課題研究方法

建筑結構設計是研究建筑物各組成部分的構造原理和構造方法的學科。結構分析和計算提供了一個簡單的操作平臺，使結構分析和計算得到簡化。在建筑設計過程中，主要運用房屋建筑學以及規劃方面的有關知識及研究方法;在結構設計過程中，運用豎向載荷作用下的分層計算法、水平載荷作用下的D值法、地震作用的底部剪力法、延性框架設計和抗震概念等[1-4]。

2建筑設計原理

2.1 使用部分平面設計

本設計房間的面積、形狀和尺寸滿足室內使用活動和設備合理布置的要求;門窗的大小和位置考慮了房間的出入方便，疏散安全;房間的結構布置合理，施工方便，也要有利于房間之間的組合，所用材料應符合建筑標準及人們的使用和審美要求。

2.2 樓板層和地面

辦公樓設計采用現澆肋梁樓蓋，地面面層包括面層本身及踢腳線，踢腳線高120～150毫米。

2.3 基礎和地基

基礎是建筑物與土層直接接觸的部分，它承受建筑物的全部荷載，并把他們傳給地基，而地基是基礎下面的土層，承受由基礎傳來的整個建筑物的荷載。

2.4 樓梯設計

樓梯是建筑物中的重要組成部分，樓梯的主要功能是通行和疏散，本設計采用的是梁式樓梯。樓梯的位置與防火疏散、出入口位置、建筑物平面關系和藝術要求有關。

2.5 門廳的設計

①適當安排與分配休息、等候等其他功能要求的面積，防止堵塞交通。②門廳要有較好的天然采光，并保證必須的層高，且防雨、防風、防寒等要求。

2.6 室外臺階

建筑物室內地面必須高于室外地面，根據室內外的高差設置臺階。室外臺階的坡度比樓梯小，在15°～20°之間每級臺階高度約為100～150毫米，寬度在300～400毫米之間。

2.7 門和窗的設計

門窗的設計與布置考慮了以下幾點：①根據功能確定門的大小，使用具體要求確定門的數量;②窗的大小，窗的位置，窗的形式。

2.8 其他設計

（1）散水設計。散水用素混凝土現澆坡度為3%～5%。本次設計的散水寬度為600mm，坡度3%，具體做法為：300厚素土夯實寬L+300，60厚75號混凝土墊層，20厚1∶2水泥砂漿抹面。

（2）女兒墻設計。女兒墻是屋頂上直接受到風吹雨淋的一個構建，防止女兒墻滲水的辦法主要是在女兒墻的墻身中鋪設油氈防水層，或是防水層鋪過女兒墻。

（3）變形縫的設置。在結構總體布置中，為了降低地基沉降、溫度變化和體型復雜對結構的不利影響，可以設置沉降縫、伸縮縫和防震縫將結構分成若干獨立的單元。

3結構設計原理

3.1 工程概況

校內大學教學大樓，設計要求建筑面積約6000m2，五層，結構為鋼筋混凝土框架結構。教學樓采用橫向承重方案，豎向荷載主要由橫向框架承擔，樓板為預制板時應沿橫向布置，樓板為現澆板時，一般需設置次梁將荷載傳至橫向框架。橫向框架還要承受橫向的水平風載和地震荷載。在房屋的縱向則設置連系梁與橫向框架連接，承受平行于房屋縱向的水平風荷載和地震[5]。

3.2 構件初估

（1）柱截面尺寸的確定。柱截面高度可以根據經濟配筋率和層高可以初步估計截面尺寸;柱截面寬度可以取為，選定柱截面尺寸為500mm×500mm。

（2）梁尺寸確定。框架結構的主梁截面高度及寬度可由下式確定：

主梁：梁高 ? ?梁寬

（3）樓板厚度。樓板為現澆雙向板，根據經驗板厚取130mm。

3.3 基本假定

第一：平面結構假定：該工程平面為正交布置，可認為每一方向的水平力只由該方向的抗側力結構承擔，垂直于該方向的抗側力結構不受力。第二：結構體型規整，布置對稱均勻，結構在水平荷載作用下不計扭轉影響。

3.4 荷載計算

作用在框架結構上的荷載通常為恒載和活載。恒載包括結構自重、結構表面的粉灰重、土壓力、預加應力等。活荷載包括樓面和屋面活荷載、風荷載、雪荷載、安裝荷載等。

3.5 側移計算及控制

框架結構的側移由梁柱桿件彎曲變形和柱的軸向變形產生的。在層數不多的框架中，柱軸向變形引起的側移很小，可以忽略不計。在近似計算中，一般只需計算由桿件彎曲引起的變形。

3.6 內力計算及組合

（1）豎向荷載下的內力計算。豎向荷載下內力計算首先根據樓蓋的結構平面布置，將豎向荷載傳遞給每榀框架。框架結構在豎向荷載下的內力計算采用分層法計算各敞口單元的內力，然后在將各敞口單元的內力進行疊加;連梁考慮塑性內力重分布而進行調幅，按兩端固定進行計算。

（2）水平荷載下的計算。利用D值法計算出框架在水平荷載作用下的層間水平力，然后將作用在每一層上的水平力按照該榀框架各柱的剛度比進行分配，算出各柱的剪力，再求出柱端的彎矩，利用節點平衡求出梁端彎矩。

（3）內力組合。第一荷載組合：①恒荷載+活荷載、②恒荷載+風荷載、③恒荷載+活荷載+風荷載、④恒荷載+地震荷載+活荷載。第二控制截面及不利內力。框架梁柱應進行組合的層一般為頂上二層，底層，混凝土強度、截面尺寸有改變層及體系反彎點所在層。

3.7 基礎設計

荷載作用下，建筑物的地基、基礎和上部結構3部分彼此聯系、優先選用整體性較好的獨立基礎。

參考文獻

[1] 民用建筑設計規范：GBJI0I8-7[S].北京：中國建筑工業出版社.

[2] 建筑結構荷載規范：GB5009-2001[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[3] 混凝土結構設計規范：GB50010-2002[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4] 地基與基礎設計規范：GB5007-2002[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[5] 建筑抗震設計規范：GB50011-2001[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.