淺析建筑結構設計中的幾個問題

摘要:建筑工程質量的優劣關系到人們的生命安全，建筑質量主要由設計質量和施工質量兩個方面來衡量。建筑結構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。文章結合筆者多年工作經臉，重點就當前建筑結構設計中存在的主體結構設計問題、安全問題進行了研究和探討，并就此提出了自己意見和建議。

關鍵詞:建筑結構 高層 砌體 結構設計

0 引言

建筑結構是支撐和滿足建筑空間環境及功能的力學體系，結構設計是一門歷史悠久而古老的學科，并隨著科學技術及新材料的發展而不斷進步。但是，其最原始最基本的原理卻一直保持著不變性，這些基本原理構成了結構設計最根本的理論依據，雖然它們并不一定直接地體現在工程師的圖紙上，但是這些基本原理卻始終指導和貫穿著結構設計全過程。

1 多層砌體結構

1.1 設計問題

1.1.1 多層砌體房屋的建筑局部尺寸未滿足抗震要求，該部位未設構造筋。《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第7.1.6條規定，抗震設防烈度為6度、7度時，承重窗間墻最小寬度、承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離、非承重外墻盡端至門窗洞邊的最小距離、內墻陽角至門窗洞邊的最小距離不宜小于lm。這些局部部位是結構破壞較為敏感的地方，當這些部位不能滿足要求時，結構應采取相應的彌補措施，如采用加強的構造柱或增加橫向配筋措施等。

1.1.2 房屋四角與其余部位構造柱采用一樣的配筋。《建筑抗震設計規范》(GB500l1-2001) 第7.3.2條第一款規定，房屋四角構造柱可適當加大截面及配筋。而部分人員設計不分部位采用相同設置的行為，將致使各種柱體的作用得不到充分發揮，還會造成浪費。例如房屋外墻四角是容易損壞的部位，其構造柱的設計一般應加強，若其余部位的構造按照外墻四角的要求進行設置，將造成極大的浪費。

1.1.3 構造柱截面設計時未考慮相連的小墻垛。雖然小墻垛通過拉接筋與構造柱相連接，但實際上這部分小墻體很難發揮有效作用，并且施工也不方便.所以設計時應該把兩者合二為一。

1.2 屋面梁與配筋

1.2.1 屋面梁配筋太少。結構建模時，設計人員圖方便，屋面梁直接拷貝下層梁的尺寸。由于屋面梁荷載較小，計算結果配筋不多，這樣屋面梁在溫度變化、混凝土收縮和受力等作用下因配筋率過低而裂縫寬度較大。

1.2.2 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。對于一般的梁，為了保持鋼筋骨架的剛度，同時為了承受溫度和收縮應力及防止梁腹出現過大的裂縫，一般構造措施為梁腹板高度大于450mm時加設腰筋，其間距不大于200mm，然后拉筋勾連。對于受扭構件《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)第10.2.5條第二款規定，其縱向受力鋼筋的間距不應大于200mm和梁截面短邊長度。對于設置懸挑檐口的屋面梁，在結構設計中誤等同一般梁，未按受扭構件設計配筋。

1.2.3 樓層平面剛度 一些設計在缺乏基本的結構觀念或結構布置缺乏必要措施時，采用樓板變形的計算程序。盡管程序的編程在數學力學模型上是成立的甚至是準確無誤的，但在確定樓板變形程度上卻很難做到準確。作為計算的大前提都無法“準確”，就不可能指望其結果會“正確”了。據此進行的結構設計肯定存在著結構不安全成分或者結構某些部位或構件安全儲備過大等現象。為了使程序的計算結果基本上反映結構的真實受力狀況而不至

于出現根本性的誤差，設計時應盡可能將樓層設計成剛性樓面。

2 高層建筑結構設計問題

2.1 高層建筑結構平面及立面形式的選擇 在高層建筑結構設計中，應盡量使建筑的三心(幾何形心、剛度中心、結構重心)盡可能匯于一點，達到三心合一。如若在結構設計中沒有做到三心合一，由此就會產生扭轉問題。扭轉問題就是結構在水平荷載作用下發生的扭轉振動效應。扭轉振動效應在風載等水平荷載載荷情況下會對結構產生危害，為避免其危害應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一，所以平面和立面形式的選擇很關鍵。高層建筑的平面宜采用簡單、規則、對稱的形狀，避免過于復雜的平面形式，大量震害的資料表明，高層建筑物平面布置不對稱、過多的外凸、內凹等復雜形式都容易造成震害。在高層結構的抗震設計中，結構體系的選擇、布置、構造措施比軟件的計算結果是否精確更能影響結構的安全，除了考慮結構安全因素外，還要綜合考慮建筑美觀、結構合理及便于施工和工程造價等多方面因素。資料和力學分析表明，在不對稱結構中，結構在凹凸拐角等處容易造成應力集中而遭到破壞，所以應盡量避免。而在完全對稱的結構中，也應注意凸出部分的尺寸比例。如凸出部分較長，要在結構設計中采取相應的補救措施。結構的豎向布置要盡力做到剛度均勻且連續，避免結構的剛度突變和出現軟弱層。剛度突變及軟弱層的出現往往是由于切斷剪力墻所致，如果在結構設計中必須要切斷少數剪力墻時，其他剪力墻在該切斷層處應給以加強。總之，標新立異的平面及立面設計是以結構的抗震和安全性能為代價的。

2.2 高層建筑結構設計中的側移和振動周期問題

高層建筑結構設計中的側移和振動周期建筑結構的振動周期問題包含兩方面: ①合理控制結構的自振周期;②控制結構的自振周期使其盡可能錯開場地的特征周期。

2.2.1 結構自振周期 高層建筑的自振周期(T1)宜在下列范圍內:

框架結構 :T1=(0.1～0.15)N

框-剪、框-筒結構:T1=(0.08～0.12)N

剪力墻、筒中筒結構:T1=(0.04～0.10) N;N為結構層數。

結構的第二周期和第三周期宜在下列范圍內:

第二周期:T2=(1/3～1/5) T1;

第三周期:T2=(1/5～1/7)T1

2.2.2 共振問題 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。

2.2.3 水平位移特征 水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還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。因為結構周期長、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。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型;框架結構的位移曲線應為剪切型;框-剪結構和框-筒結構的位移曲線應為彎剪型。

3 結語

結構工程師是結構設計革命的推動者和執行者。要使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟，適應社會經濟

的發展和人們生活水平的提高對建筑結構設計也提出了更高的要求。就必須打破建筑結構設計中的墨守成規，充分發揮結構工程師的創新能力。這就需要工程界和教育界進行共同的努力。除去加強計算機的應用，加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用之外，推廣概念設計思想是一種有效的辦法。為結構工程師和建筑師在設計中創造性地相互配合，設計出令人滿意的建筑奠定基礎。相信概念設計必然會成為今后結構設計的主流思想，而關于概念設計的加深研究和應用實踐也必定為我們的設計水平、實際工作帶來長足的發展。

參考文獻:

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[4]建筑杭震設計規范[M].(B50011-2001).