房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

摘要：建筑結(jié)構(gòu)的可靠度、穩(wěn)定性很大程度取決于建筑結(jié)構(gòu)加固處理，在這里筆者論述了建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計，設(shè)計的過程以及基本方法。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加固設(shè)計、受力分析

引言：我國是自然災(zāi)害高發(fā)國家之一，其中三分之二的大中城市均處于地震高發(fā)區(qū)域，則加強對既有建筑結(jié)構(gòu)加固處理迫在眉睫。此外，建筑物存在使用年限，即建筑物在正常的使用情況下，若超過了使用年限，其勢必會出現(xiàn)老化現(xiàn)象相當嚴重，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在上個世紀90年代建成的建筑占據(jù)整個建筑總量的40%，這給整個社會及人民的生命安全及財產(chǎn)損失造成極大的威脅，所以，加強建筑結(jié)構(gòu)加固處理勢在必行。

1房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法

1.1結(jié)構(gòu)平面圖。在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時，是否要輸入結(jié)構(gòu)軟件進行建模呢？當建筑地處抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)時，根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范，是可以不用進行截面抗震驗算的，但必須符合有關(guān)的抗震措施要求。因此對于砌體結(jié)構(gòu)來說可以不用在軟件中建模，直接設(shè)計即可，但設(shè)計中需要注意受壓和局部受壓的問題。當然，如果時間允許的情況下還是輸入建模較好，有一個便利就是可以利用軟件來進行荷載導(dǎo)算何樂而不為呢？需要注意的是，當建筑地處抗震設(shè)防烈度為7度及以上時是必須要輸入軟件建模計算的。

1.2屋頂（面）結(jié)構(gòu)圖。當建筑是坡屋時，結(jié)構(gòu)的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面。折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時應(yīng)由部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應(yīng)有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法，這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計人員真正的心知肚明，結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須喲具備一定的空間概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，要結(jié)合門窗頂設(shè)置圈梁來降低墻的計算高度。

2建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)設(shè)計

2.1框架結(jié)構(gòu)加固方法

增補受拉鋼筋法是將受拉鋼筋增設(shè)于建筑物砼梁結(jié)構(gòu)受拉部位，從而提高建筑梁結(jié)構(gòu)承載能力。該方法適用于承載能力增加要求不高且建筑結(jié)構(gòu)截面高度驗算結(jié)果與達標梁間存在一致性。增補受拉鋼筋法具體包括粘結(jié)法、全焊接法、半焊接法。

2.2磚混加固法

若建筑物為磚混結(jié)構(gòu)墻，其加固材料允許使用砼板墻鋼筋網(wǎng)片、鋼筋網(wǎng)片及水泥砂漿等，其施工方法應(yīng)以噴射砼法為主。若被加固建筑物為層數(shù)少、抗震驗算差值小建筑，亂宜的加固方法為水泥砂漿鋼筋網(wǎng)片法。若被加固建筑物為高層建筑（超過4層），適宜的加固方法為砼板墻鋼筋網(wǎng)片法。

在處理建筑物橫墻間距過大或空心樓板時，應(yīng)以樓蓋結(jié)構(gòu)及屋蓋形式為依據(jù)，科學(xué)選取建筑加固方案。若建筑物為空心樓板屋蓋或樓蓋，適宜的加固方法為現(xiàn)澆鋼筋網(wǎng)片疊合層，干理由是其不僅符合了建筑橫墻建筑的需要，且克服了建筑整體性能差及樓層剛度低的缺陷。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程

結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段答題可以分為三個階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計算階段和施工圖設(shè)計階段，方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，簡體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)計算階段的內(nèi)容為：首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準永久值系數(shù)等來進行不同工況下的組合計算。其次，構(gòu)件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。再次，內(nèi)力的計算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進行內(nèi)力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構(gòu)件的計算。根據(jù)計算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置到滿足要求為止。

4房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的問題

4.1地基與基礎(chǔ)方面

多層房屋無地質(zhì)詳勘報告，僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計資料就進行施工圖設(shè)計是不科學(xué)的。地基與基礎(chǔ)設(shè)計要做到合理，安全適用，設(shè)計人員必須依據(jù)地質(zhì)勘察資料，統(tǒng)一考察多方面因素進行基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)的詳細勘測方可設(shè)計，僅憑地耐力這一數(shù)據(jù)是不全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容許值取得小一些就認為萬無一失了。采用換土墊層進行軟弱地基處理，不進行換土墊層設(shè)計，只憑經(jīng)驗處置。有時設(shè)計者對軟弱地基的危害認識不足，只是簡單地憑借經(jīng)驗采用沙石墊層加強一下承載力，沒有進行墊層寬度和厚度計算，只能使軟弱地基處理既不安全，又不經(jīng)濟。

4.2磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用

在磚混結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造柱不但能夠提高墻體的抗震能力，而且構(gòu)造柱與圈梁聯(lián)結(jié)在一起，形成對砌體的約束，這對于限制墻體裂縫，維持豎向承載力，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。

在當前結(jié)構(gòu)設(shè)計中，構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承柱使用，這種做法將引起以下幾個問題。

構(gòu)造柱作為承重柱使用后，使得構(gòu)造柱提前受力，這不但會降低構(gòu)造柱對墻體的拉結(jié)和約束作用，而且結(jié)構(gòu)一旦遭遇地震作用時，在構(gòu)造柱位置必然形成應(yīng)力集中，首先破壞。這樣構(gòu)造柱不但起不倒其應(yīng)有的作用，反而成為房屋結(jié)構(gòu)中的一個薄弱的部位。

4.3在框架機構(gòu)設(shè)計中，只注意了橫向框架的設(shè)計而忽視了縱向框架的設(shè)計。現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求，水平地震作用應(yīng)按兩個主軸方向分別計算，各方面的地震作用應(yīng)由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件來承擔(dān)。就是說，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，縱向框架與橫向框架有同等的重要性。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計者對以上非抗震設(shè)計，只按縱向的普通的連續(xù)梁進行設(shè)計，梁柱的節(jié)點和框架中的縱筋、箍筋的配置無法滿足框架的構(gòu)造要求。由于沒有考慮地震的縱向作用，在實際設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負筋，跨中縱筋及箍筋的配置均不足的現(xiàn)象。

5高層建筑結(jié)構(gòu)受力分析方法。

（1）框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑內(nèi)力于位移的計算分析，大都采用連梁連續(xù)化假定。可由框架結(jié)構(gòu)與剪力墻水平位移或轉(zhuǎn)角相等的位移協(xié)調(diào)條件，建立位移與外荷載之間關(guān)系的微分布方程進行求解。（2）剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特征與變形主要取決于墻體的開洞情況。單片剪力墻按其受力特性的不同，可分為單肢墻、小開口整體墻、聯(lián)肢墻等各種類型，不同類型的剪力墻結(jié)構(gòu)其截面應(yīng)力分布的規(guī)律也不相同，計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形位移時需采用相對應(yīng)的計算方法。（3）按照對計算模型處理的手法不同，筒體結(jié)構(gòu)的實用分析方法通常可分為：等效連續(xù)化法、等效離散化法和三維空間分析法。等效連續(xù)化方法的具體應(yīng)用包括有連續(xù)化微分方程求解法、有限單元法、能量法等；等效離散化方法則包括等代角柱法、核心筒的框架分析法等；相對于等效連續(xù)化方法和等效離散化方法的筒體結(jié)構(gòu)計算模型，完全按三維空間結(jié)構(gòu)建立計算模型來分析筒體結(jié)構(gòu)體系的受力性能更為精確。三維空間分析法將高層筒體建筑結(jié)構(gòu)體系看作是由若干個空間梁單元、空間柱單元和薄壁柱單元組合而成的空間桿系結(jié)構(gòu)體系進行計算分析，更符合受力結(jié)構(gòu)體系的實際工作狀態(tài)。