探究房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則與方法

摘要：在建筑工程的建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重要一環(huán)，建筑結(jié)構(gòu)關(guān)系到房屋的安全性和實(shí)用性。本文將從房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行論述，并探討結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本方法，以提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；原則；方法

在建筑工程的建設(shè)中，建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到房屋的穩(wěn)定性、安全性和實(shí)用性，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，是要使房屋具備美觀、安全、經(jīng)濟(jì)、適用等功能，而這對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平也提出了較高的要求。在房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員不僅要充分運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，還要遵循房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，在工作中靈活運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本方法，以提高房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和房屋設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

一、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1、剛?cè)岵?jì)，平衡結(jié)構(gòu)體系

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要遵循剛?cè)岵?jì)的原則，這樣才能更好的平衡建筑結(jié)構(gòu)體系。一般來講，如果建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過于剛的話，那么整個(gè)建筑的變形能力就比較差，在遭受到強(qiáng)大的破壞力時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)需要承受的力過大，往往造成建筑結(jié)構(gòu)部件受損，進(jìn)而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)全部損壞。而且過剛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要使用的鋼筋材料更多，造成建筑工程造價(jià)過高，建設(shè)不經(jīng)濟(jì)；而如果建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過柔的話，雖然變形能力較強(qiáng)，能夠很好的抵御外力，但是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太柔的結(jié)果，往往是造成變形過大，而使得建筑缺少可依賴的支柱，全體傾覆。當(dāng)然在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剛度，目前只是一個(gè)籠統(tǒng)的范圍，還無法足夠精確，而這需要設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中不斷探索。

2、多道防線，降低結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要構(gòu)建多道防線，不能將房屋的結(jié)構(gòu)安全寄托在某個(gè)局部構(gòu)件上，以降低結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。安全完善的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，要層層設(shè)防，當(dāng)突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)，所有建筑結(jié)構(gòu)都相互支撐，共同抵御外力，經(jīng)過多重結(jié)構(gòu)的削減以后，外力作用將大大降低，整個(gè)建筑框架遭受的損害將會(huì)減少。而如果在外力來襲時(shí)，僅僅依靠單個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，那么對(duì)于建筑的穩(wěn)定性而言是非常危險(xiǎn)的，就如簡(jiǎn)單的土建結(jié)構(gòu)中，多肢墻的穩(wěn)定性要超過單片墻，這實(shí)際上就體現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多道防線的作用。

3、保全重要結(jié)構(gòu)，抓大放小

在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要遵循的一個(gè)另外原則就是，區(qū)分結(jié)構(gòu)構(gòu)件中主要構(gòu)件和才要構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中要確保次要構(gòu)件優(yōu)先承受外力，而切忌建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各個(gè)構(gòu)件平均受力，如果結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都平均受力，反而會(huì)使結(jié)構(gòu)存在隱患。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁和柱的作用是不同的，梁倒了，柱還可能繼續(xù)支撐建筑，而要是柱倒了，那梁也不可能繼續(xù)存在，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)該將梁承受更多的外力，而阻止對(duì)柱的破壞，將柱的損壞降到最低。“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等概念是房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要的說法，對(duì)于這些，有許多經(jīng)驗(yàn)少的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員持保留態(tài)度，他們認(rèn)為所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件都強(qiáng)的建筑應(yīng)該更加安全，但是實(shí)際上卻并非如此，所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件都強(qiáng)的建筑往往存有較大的安全隱患。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不同構(gòu)件的功能是不同的，因此其重要性也會(huì)有所差別，在面對(duì)外力沖擊時(shí)，不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互協(xié)作，共同抵御外力，能夠使建筑中最主要的構(gòu)件免遭損壞，或者在最后才會(huì)被損壞。

4、結(jié)構(gòu)結(jié)合

完美的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該能夠使建筑結(jié)構(gòu)體系成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，減少不必要的關(guān)節(jié)，這樣房屋建筑受到任何外力沖擊時(shí)都能夠在這個(gè)結(jié)構(gòu)體系中迅速傳遞、化解。建筑中如果存在比較多的關(guān)節(jié)，在遭受外力作用時(shí)，就是建筑物的死角，使外力無法傳遞，而造成對(duì)建筑構(gòu)件的破壞?；诮Y(jié)構(gòu)結(jié)合這個(gè)原則，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就要注意將建筑中的各個(gè)關(guān)節(jié)打通，使其暢通無阻，能夠最大限度地減少外力作用。上述探討的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的原則：剛?cè)岵?jì)、多道防線、保全重要結(jié)構(gòu)等實(shí)施的效果就是使房屋結(jié)構(gòu)渾然一體。而總的來說，設(shè)計(jì)者將原有的構(gòu)件進(jìn)行結(jié)合以后，形成相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，在受到外力沖擊時(shí)，依然能夠保持平衡。

二、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法

1、確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是一種概念設(shè)計(jì)，對(duì)于房屋抗震設(shè)計(jì)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案尤其重要。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，首先需要確定房屋的上部結(jié)構(gòu)形式。房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照建筑要求、遵守規(guī)范，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和使用范圍，進(jìn)而確定采取哪種結(jié)構(gòu)體系，如框架、剪力墻、框剪、筒體、以及其他復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式。其次，要確定房屋基礎(chǔ)形式，一般根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式的不同，需要采用不同的房屋基礎(chǔ)形式。框架結(jié)構(gòu)由于柱下獨(dú)基較多，如果存在地下室時(shí)，可以另外增加防水板，或采用較薄的筏基，以滿足經(jīng)濟(jì)效益和工期的需求。而剪力墻結(jié)構(gòu)有地下室時(shí)，采用筏基比較常見。對(duì)于基礎(chǔ)的確定，也要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)形式，如果上部結(jié)構(gòu)重量較小，則可采用天然地基，如果需要進(jìn)行地基處理，一般采用CFG樁或樁基形式。此外，在局部調(diào)整中，如果梁柱需要承重較大，則可采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼骨砼結(jié)構(gòu)，而板跨度較大時(shí)，可采用井字梁或預(yù)應(yīng)力空心樓板結(jié)構(gòu)。而對(duì)非結(jié)構(gòu)部位，主要考慮其對(duì)主體的影響，保證連接構(gòu)造的可靠。

在確定房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，需要將房屋高度、地理環(huán)境、施工條件，豎向荷載、風(fēng)荷載及地震作用對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)等考慮進(jìn)去，并分析所選用的結(jié)構(gòu)形式的關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)，預(yù)估和控制各類結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件塑性鉸區(qū)可能出現(xiàn)的部位和范圍。

2、結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算，一般運(yùn)用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行，如PKPM軟件、廣廈軟件等等。原理都是將建筑轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)模型，再模擬計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果。建模前，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求確定結(jié)構(gòu)參數(shù)，如按照我國建筑的防震設(shè)計(jì)要求及建筑功能、高度等確定結(jié)構(gòu)物的抗震等級(jí)；再如按照建筑物所在地確定風(fēng)荷載參數(shù)等。這些參數(shù)是模擬計(jì)算的基礎(chǔ)，能直接影響計(jì)算結(jié)果，故不能出錯(cuò)。建模時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照建筑圖中的平面尺寸，不得隨意改動(dòng)。選定好結(jié)構(gòu)方案后，再根據(jù)使用功能、跨度等初步確定梁、柱、墻等構(gòu)件的截面尺寸及荷載參數(shù)，以此作為初步模型。再經(jīng)過反復(fù)運(yùn)算，結(jié)合計(jì)算結(jié)果，如周期比、位移比、軸壓比、配筋信息等參數(shù)，進(jìn)一步修改結(jié)構(gòu)平面布置及構(gòu)件尺寸，優(yōu)化模型；如此反復(fù)，達(dá)到比較合理的構(gòu)件參數(shù)。

計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的步驟，故在確認(rèn)計(jì)算模型參數(shù)無誤且得到計(jì)算結(jié)果后，仍需要進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的復(fù)核，而不能完全依賴計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算的結(jié)果。復(fù)核基本的方法有比較法、手算對(duì)比法等。比較法可以選擇本模型中，條件（如跨度、荷載等）相近的構(gòu)件進(jìn)行比較；也可以和其它結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。手算對(duì)比法就是采用手算的方式取代軟件計(jì)算，進(jìn)而將兩者計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

3、繪制結(jié)構(gòu)施工圖

結(jié)構(gòu)計(jì)算完畢后且復(fù)核無誤后，將進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工圖的繪制。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要的步驟。優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)施工圖，能清晰、全面地反映整個(gè)建筑物的結(jié)構(gòu)信息，為建筑物的施工奠定良好的基礎(chǔ)。施工圖的繪制，現(xiàn)在主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)的Auto CAD軟件，再借助Auto CAD平臺(tái)上的輔助軟件，如TSSD、天正等進(jìn)行繪制。圖紙的深度要滿足制圖規(guī)范、圖集的要求。結(jié)構(gòu)施工圖一般包括以下內(nèi)容：目錄、說明、基礎(chǔ)圖、墻柱圖、平面梁板圖、樓梯圖、大樣圖等。

三、結(jié)語

房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有全面性、系統(tǒng)性的特點(diǎn)，通過對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和方法的探究發(fā)現(xiàn)，要設(shè)計(jì)出安全性、穩(wěn)定性、實(shí)用性都較高的房屋建筑，就需要重視房屋結(jié)構(gòu)的各個(gè)組成部分，而且還需要設(shè)計(jì)師對(duì)常見問題進(jìn)行研究，不斷提高自身設(shè)計(jì)水平。

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