淺析建筑結構設計問題

摘 要：經濟的快速發展，帶動了人們物質文化生活的不斷提高，同時城市資源的緊張，使高層建筑開始發展起來，高層建筑的出現，有效的緩解了城市土地資源緊張的問題。但高層建筑不同于多層建筑，其不僅垂直高度較大，同時其結構也非常復雜，所以其結構設計是十分重要的，同時也是影響建筑質量的一個重要環節。本文詳細講述了建筑結構設計的特點并對高層建筑結構分析的幾種基本假定進行了分析，同時進一步對建筑結構設計中的常見問題進行具體的闡述。

關鍵詞：建筑結構；設計；概念設計

前言

一幢建筑物在建筑設計后才能進行結構設計，可以說結構設計反制于建筑，二者相互制約，結構設計需要在建筑設計的基礎上進行，結構設計對于整幢建筑物的適用性、安全性、美觀性及經濟性都具有極其重要的意義。所以需要設計人員具有良好的基本功，加強對結構設計中一些問題的研究，從而使自己的設計水平不斷的提升，使其設計出來的結構設計方案具有更高的水準。

1 建筑結構設計特點

1.1 水平荷載成為決定因素

在建筑的結構設計中，其要對水平荷載及豎向荷載進行計算，這需要從二個方面進行考慮，對于豎構件而言，當樓房自重和樓面使用荷載所引起的軸力和彎矩的數值是與樓房的高度一次方成正比，而水平荷載在豎構件上所引起的軸力則與樓房的高度兩次方成正比；另一方面，當樓房的高度確定后，其豎荷載基本上是定值，而其水平荷載其數值則會隨著結構特性的不同而有不同的變化。

1.2 軸向變形不容忽視

高層建筑由于其垂直高度較高，所以其豎向荷載的數值較大，這樣就會導致柱中的軸向變形也較大，導致連續梁的彎矩發生改變，使其負彎矩值減小，而跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；而預制構件的下料長度則需要根據軸向變形來進行其值的計算，所以其下料長度也需要進行調整；而當軸向變形發生時，對于構件的剪力及側移還會產生一定的影響，使其所計算出來的結果與安全結果有所差距。

1.3 側移成為控制指標

高層建筑不同于多層建筑，其高度的不斷增加，使其水平荷載下的結構發生側移的機率較大，當側行色匆匆不斷增大時，也會高層結構設計的不安全隱患產生，所以對于高層結構設計中，需要將結構在水平荷載下的側移限定在某一個特定的限度范圍內。

1.4 結構延性是重要設計指標

高層建筑具有其垂直高度較大，所以需要其結構上比多層結構具有更好的柔性，這樣就需要高層建筑結構具有更好的變形能力，這樣一旦地震發生，則會使高層建筑進入塑性變形，從而避免發生倒塌的危險，所以在設計時需要設計人員采取必要的措施，從而滿足結構上的延性需要。

2 高層建筑結構分析的幾種基本假定

2.1 彈性假定。目前工程上實用的高層建筑結構分析方法均采用彈性的計算方法。在垂直荷載或一般風力作用下，結構通常處于彈性工作階段，這一假定基本符合結構的實際工作狀況。但是在遭受地震或強臺風作用時，往往會產生較大的位移，進入到彈塑性工作階段。此時仍按彈性方法計算內力和位移時不能反映結構的真實工作狀態的，應按彈塑性動力分析方法進行設計。

2.2 小變形假定。小變形假定也是各種方法普遍采用的基本假定。但有不少人對幾何非線性問題（P-Δ效應）進行了一些研究。一般認為，當頂點水平位移Δ與建筑物高度H的比值Δ/H>1/500時， P-Δ效應的影響就不能忽視了。

2.3 剛性樓板假定。許多高層建筑結構的分析方法均假定樓板在自身平面內的剛度無限大，而平面外的剛度則忽略不計。一般來說，對框架體系和剪力墻體系采用這一假定是完全可以的。但是，對于豎向剛度有突變的結構，樓板剛度較小，主要抗側力構件間距過大或是層數較少等情況，樓板變形的影響較大。特別是對結構底部和頂部各層內力和位移的影響更為明顯。可將這些樓層的剪力作適當調整來考慮這種影響。

2.4 計算圖形的假定。高層建筑結構體系整體分析是通常采用計算圖形的假定來進行。以一維協同分析、二維協同分析、三維空間分析為主。

3 建筑結構設計中常見問題分析

3.1 地基與基礎方面

3.1.1 在一些多層建筑當中，往往只是參照附件的建筑物的基礎設計資料就開始進行施工圖的設計，而沒有進行詳細的地質勘探，更沒有相關的數據報告，這就很難保證地基與基礎的合理性和安全性。所以在實際設計工作中，一定要依據地質勘察資料來進行，綜合多方面的因素來進行基礎和結構的設計。

3.1.2 對于在軟土地薦上進行的設計，許多時候一些設計人員只是憑借以往的經驗來用砂墊層進行簡單的處理，使其承載力有所增加，但對于墊層的寬度和厚度則沒有進行詳細的計算，從而使其基礎的安全性埋下了隱患。

3.2現澆鋼筋混凝土樓板的裂縫問題

3.2.1 從鋼筋混凝土現澆樓板各種受力體系分析，無論是按哪種設計中對其受力狀態考慮都是局限于樓板平面的應力變化（按彎矩配置抵抗正、負彎矩的受力鋼筋）、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節點產生彎矩，也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產生的應力。在樓板受力體系分析時，對于現澆結構構件之間在三維空間中如何分配內力、協調變形，根本沒有考慮。

3.2.2 在進行樓板鋼筋的配置設計時，部分設計人員只按單向板來進行計算，只是以分離式負彎矩鋼筋來作為支座處的支撐，這種設計方法所計算出來的受力情況與實際受力情況存在著較大的出入，所以導致混凝土樓面抗拉能力不均，很容易導致局部裂縫的產生，同時由于對于構造配盤及放射筋等重視度不夠，所以一些薄弱環節沒有加強筋的配置，為質量安全埋下了隱患。

3.3 連續梁按單梁進行設計

這種情況多發在陽臺邊梁的設計中。為了受力分析方便，設計者把實際應為連續梁的梁按單簡支梁進行設計，致使梁在支座處上部負筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區出現豎向裂縫，進而引起梁上部攔板出現豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時，問題將會變得更加嚴重。

3.4 懸挑梁的梁高選用過小

設計者往往只注意了對梁的強充和傾覆進行驗算，而忽略了對梁手撓度的驗算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區應力過高，梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁板出現裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的回大而加寬，影響了房屋的正常使用。

4 結束語

目前在我國建筑結構設計上開始引入概念，這是保證建筑物達到合理抗震而進行的設計，其采用先進的計算理念，對加載到破壞的全過程進行詳細的分析，從而保證其設計及方案的最優化。這是未來結構設計的發展方向。因此在未來的結構設計中，不僅要對其結構抗力進行加強，同時還要使其作用效應得到降低，這對增強結構的安全性和經濟性具有極其重要的意義，同時在設計中還要注重對新型材料的應用，從而使建筑的自重得以減輕，使建筑結構設計的安全性和穩定性得以保證。

參考文獻

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