建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法及常見(jiàn)問(wèn)題分析

摘要：本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了分析總結(jié)，并詳細(xì)分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的常見(jiàn)問(wèn)題，相關(guān)研究工作可為設(shè)計(jì)師提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)方法；獨(dú)立基礎(chǔ)；懸挑梁

1 前言

建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般在建筑設(shè)計(jì)之后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)相互依存又彼此制約。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能破壞建筑設(shè)計(jì)，同時(shí)建筑設(shè)計(jì)也不能超出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力范圍。但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定建筑設(shè)計(jì)能否實(shí)現(xiàn)，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得更為重要。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可分為整體設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)和概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

2 整體設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)就是進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是指正確的解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的目的。概念設(shè)計(jì)是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，難以精確計(jì)算而提出來(lái)的一種從宏觀上實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)合理抗震，避免無(wú)必要的繁瑣計(jì)算，同時(shí)為抗震計(jì)算創(chuàng)造有利條件，使計(jì)算分析結(jié)果更能反映在地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)反應(yīng)的實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方法。采用先進(jìn)的計(jì)算理論，空間受力分析、非彈性變形分析、塑性內(nèi)力分析、由加載到破壞的全過(guò)程受力分析、時(shí)程分析、最優(yōu)化設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化等先進(jìn)科學(xué)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理論將得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

通過(guò)概念設(shè)計(jì)盡可能的降低作用效應(yīng)。因?yàn)榻档妥饔眯?yīng)，對(duì)增加結(jié)構(gòu)安全性、降低造價(jià)、節(jié)約國(guó)家投資意義重大。使用具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保等特點(diǎn)的新型建材，建筑物的自重在結(jié)構(gòu)計(jì)算中占很大的比重，使用輕質(zhì)、高強(qiáng)的建材，將使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生革命性的變化。

整體設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)體系的選擇、柱網(wǎng)的布置、梁的布置、剪力墻的分布、基礎(chǔ)的選型等。

整體設(shè)計(jì)一般分為主體和基礎(chǔ)兩部分進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑物的性質(zhì)、高度、重要程度、當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度、風(fēng)力情況等條件來(lái)選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)體系。是采用磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、筒體，還是巨型框架等其它結(jié)構(gòu)，選定結(jié)構(gòu)體系后，就要具體決定柱、梁、墻（剪力墻）的分布和尺寸等。

在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算后，主體結(jié)構(gòu)底截面的內(nèi)力成了基礎(chǔ)選型和計(jì)算的重要依據(jù)。內(nèi)力計(jì)算一般盡量簡(jiǎn)化為平面體系來(lái)計(jì)算，但有時(shí)必須采用空間受力體系來(lái)計(jì)算。無(wú)論怎樣，內(nèi)力計(jì)算最終是對(duì)柱、梁、板、墻（剪力墻）和塊體這五種部件的計(jì)算。也就是說(shuō)，進(jìn)行整體設(shè)計(jì)后，就要進(jìn)行部件設(shè)計(jì)。

3 部件設(shè)計(jì)

梁和柱一般可以看作細(xì)長(zhǎng)桿件，內(nèi)力情況與計(jì)算體系相符合。單向板可簡(jiǎn)化為單位寬度的梁來(lái)計(jì)算，雙向板的計(jì)算理論也較成熟，異型板的計(jì)算就較為復(fù)雜，應(yīng)盡量避免。對(duì)于單片的剪力墻，一般把它視作薄壁柱來(lái)近似計(jì)算，有時(shí)要考慮翼緣的作用；對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)中的剪力墻則要用空間力學(xué)的方法來(lái)計(jì)算。塊體不同于梁、柱、板、墻，它在空間三個(gè)方向的尺寸都比較大，難以視作細(xì)長(zhǎng)桿件或簡(jiǎn)化為平面體系來(lái)計(jì)算。如單獨(dú)基礎(chǔ)，樁的承臺(tái)，深梁都是塊體，受力情況很復(fù)雜，難以精確分析，所以在計(jì)算中往往加大安全系數(shù)，以策安全。

4 概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法

建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算、容許應(yīng)力法、破損階段計(jì)算、極限狀態(tài)計(jì)算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段。

目前國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所用的設(shè)計(jì)方法是概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，作用效應(yīng)S必須小于等于結(jié)構(gòu)抗力R，結(jié)構(gòu)要滿足強(qiáng)度條件和位移條件。內(nèi)力計(jì)算采用的力學(xué)模型一般是彈性模型，要考慮塑性變形內(nèi)力重分布時(shí)，往往是把利用彈性模型計(jì)算所得的內(nèi)力乘以一個(gè)調(diào)整系數(shù)。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。作用效應(yīng)S小于等于結(jié)構(gòu)抗力R是結(jié)構(gòu)計(jì)算的普遍適用公式。

5 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題

設(shè)計(jì)人員對(duì)工作不重視。有些建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)的重要程度不夠，同時(shí)對(duì)規(guī)范的理解和學(xué)習(xí)不夠深，對(duì)涉及的很多工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容考慮不全面，往往會(huì)漏掉很多方面。有的甚至不動(dòng)腦筋就直接照搬其它工程的設(shè)計(jì)成果，對(duì)工程沒(méi)有做足夠的實(shí)地比較分析，認(rèn)為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的少許偏差對(duì)工程質(zhì)量無(wú)足輕重。有的對(duì)新規(guī)范[1]的學(xué)習(xí)不夠，仍然套用舊規(guī)范，結(jié)構(gòu)導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)不到要求。

建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不妥當(dāng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一般的問(wèn)題有很多種，其中包括基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)，它主要表現(xiàn)的有基礎(chǔ)拉梁的設(shè)計(jì)和計(jì)算不盡合理，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值不準(zhǔn)確。鋼筋混凝土多層框架建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層時(shí)，可不必進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗(yàn)算，但這些建筑在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)荷載的影響。另一種情況是在設(shè)計(jì)獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，對(duì)作用在基礎(chǔ)頂面上的外荷載取值不當(dāng)。基礎(chǔ)拉梁的設(shè)計(jì)和計(jì)算不盡合理是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牧硪粋€(gè)重要問(wèn)題，用總剛分析方法進(jìn)行計(jì)算，有時(shí)雖然樓板厚度取零，也定義彈性節(jié)點(diǎn)。采用程序進(jìn)行計(jì)算，常忽略建筑平面不規(guī)則的問(wèn)題。在基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)方案也受框架底層高和埋置深度的影響，往往使得在設(shè)計(jì)方案上對(duì)這些實(shí)際分析不透，造成設(shè)計(jì)方案選擇不當(dāng)。

樁間距過(guò)小。樁間距過(guò)小，不滿足規(guī)范[2]對(duì)樁的最小中心距的規(guī)定。特別是試樁、錨樁之間的間距，往往被設(shè)計(jì)人員忽視，這可能會(huì)直接影響試樁結(jié)果的正確性。

樁身鋼筋籠長(zhǎng)度不足。對(duì)擠土灌注樁，樁身鋼筋籠長(zhǎng)度沒(méi)有穿越軟弱土層的層底深度，不能滿足樁基規(guī)范[3]“對(duì)于沉管灌注樁，配筋長(zhǎng)度不應(yīng)小于軟弱土層層底深度”的規(guī)定，這也是工程設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題。

承重磚基礎(chǔ)采用多孔磚砌筑。根據(jù)多孔磚墻體結(jié)構(gòu)構(gòu)造，地面以下或室內(nèi)防潮層以下的基礎(chǔ)不得采用多孔磚砌筑。

建筑高度、高寬比超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的限值現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程給出了建筑的最大適用高度和高寬比限值。某些高層建筑建筑高度超過(guò)最大適用高度或高寬比超出規(guī)定限值，甚至個(gè)別建筑高度和高寬比均超出規(guī)定限值。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于建筑高度、高寬比和體型復(fù)雜程度超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的高層建筑，應(yīng)按超限高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，另一點(diǎn)不容忽視的問(wèn)題是，建筑適用高度除與結(jié)構(gòu)體系類(lèi)型及抗震設(shè)防烈度有關(guān)外，還與場(chǎng)地類(lèi)別與結(jié)構(gòu)是否規(guī)則等因素有關(guān)，當(dāng)位于Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地或結(jié)構(gòu)平面與豎向布置不規(guī)則時(shí)，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低。

6 結(jié)論

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面的工作。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，加深對(duì)當(dāng)前建筑建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常用方法和設(shè)計(jì)中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)與研究，課以不斷提高自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。論文分析總結(jié)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法及常見(jiàn)問(wèn)題，希望對(duì)設(shè)計(jì)人員有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010

[2]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50007-2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ94-2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008