關于建筑結構設計的幾點探討

【摘 要】結構設計是一項集結構分析、數學優化方法以及計算機技術于一體的綜合性技術工作，是一項對國家建設有重大意義的工作，同時，亦是一門實用性很強的工作。建筑結構設計的工作內容主要是由設計的依據，抗震等級，人防等級，地基情況及承載力，材料等級等信息組成，本文就此做一闡述。

【關鍵詞】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?？偟脑瓌t，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：（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。（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。（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）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。對于長周期結構，地震動態作用下的地面加速度和位移可能對結構具有更大的破壞作用，采用振型分解法時無法對此作出準確的計算。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 剪力墻結構

剪力墻的受力特性與變形狀態主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的計算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。

6 砌體結構

（1）設防烈度為6、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1m。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。（2）房屋四角與其余部位構造柱一樣配筋。房屋四角構造柱可適當加大截面及配筋。有的設計不分部位一樣設置，構造柱對提高墻體受剪承載力有限，但對墻體的約束和防止墻體開裂后磚的散落有明顯的作用，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，而其余部位的構造如同外墻四角一樣設計，其作用不能充分發揮，結果造成浪費。（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，但是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。

7 筒體結構

筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。一種是只作幾何分布上的連續化，以便用連續函數描述其內力；另一種是作幾何和物理上的連續處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。等效離散化方法是將連續的墻體離散為等效的桿件，以便應用適合桿系結構的方法來分析。這一類方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子結構法等。比等效連續化和等效離散化更為精確的計算模型是完全按三維空間結構來分析筒體結構體系，其中應用最廣的是空間桿－薄壁桿系矩陣位移法。這種方法將高層結構體系視為由空間梁元、空間柱元和薄壁柱元組合而成的空間桿系結構。

總之，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。

參考文獻：

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