淺談建筑結構設計的工程應用

李煥成

摘 要：隨著我國城市化進程不斷發展和加快，及國民經濟的高速發展，我國建筑的需求也日益增多，這也給建筑結構設計帶來了諸多挑戰。在這樣的情況下，如何設計出較為舒適、安全經濟的建筑，現在已經成為設計人員要面對的問題。

關鍵詞：結構設計；工程應用

1.建筑結構設計要點

建筑結構設計主要是指在滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求下，按有關設計標準的規定，對建筑結構進行總體布置、技術經濟分析、計算、構造和制圖工作，并尋求優化的過程。建筑結構的設計特點主要可以分為以下幾個方面：

（1）水平荷載是決定因素。水平荷載對高層建筑結構具有重要的作用，也是高層建筑結構設計中所主要考慮的因素。在高層建筑中，由于豎向荷載所引起的軸力與建筑高度的一次方成正比，而水平荷載所引起的傾覆力矩及豎向構件的軸力與建筑高度的二次方成正比。由此可見，隨著高層建筑高度的不斷增加，這個值也會隨之逐漸增大，對建筑結構的影響也必然會越來越大。

（2）結構延性成為重要設計指標。延性主要是在高層結構抗震設計中采用的，結構延性主要是指材料的結構、構件或構件的某個截面從屈服開始至達到最大承載能力或達到以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形能力。隨著荷載的不斷增加，受彎構件受拉位置的混凝土就會出現裂縫的情況，嚴重的還有可能導致構件被破壞。

（3）軸向變形也同樣很重要。軸向變形在結構設計中也是不容忽視的。高層建筑中所涉及到的豎向荷載值往往都比較大，很容易引起柱中的軸向變形，從而對連續梁彎矩產生一定程度的影響，同時還會影響到預制構件的下料長度。因此，建筑設計師一定要對此給予高度的重視。

2.工程概況

大旺金鑫祥不銹鋼有限公司綜合樓和飯堂用地面積為8970平方米，實際用地面積為11200平方米。依照項目的規劃設計，將兩棟樓建成后形成一個整體性的結構體，將采用框架式現澆混凝土結構，其中辦公樓高6層，飯堂高4層。

3.屋蓋及樓蓋結構設計

本項目結構類型采用現澆框架結構，抗震等級框架三級。為了有效地保證結構的整體受力性能，控制樓板裂縫，除特殊部位采用輕鋼結構外，其余樓（屋）蓋均采用現澆鋼筋混凝土樓（屋）蓋。結構布置合理，整體抗震性能良好，又能很好的滿足建筑造型和使用功能的需要。同時為了滿足房間內不露梁以及單元內房間可靈活分隔的建筑設計意圖，部分樓板采用了跨度較大的異形樓板；地下車庫和鍋爐房的屋蓋及樓蓋結構均采用現澆鋼筋混凝土梁板結構。地下車庫的頂板為人防頂板，上覆3.0m厚的回填土，荷載很大，采用加設次梁的梁板結構，以減小樓板的跨度和厚度；梁采用反梁形式，以滿足建筑空間凈高的要求；人防地下室的頂板厚度為250mm，以承受核爆動荷載的作用，并對早期核輻射進行防護。

4.鋼筋混凝土構造要求

構造要求在結構設計中起著重要的作用，其實保障結構設計的基礎。在鋼筋混凝土結構設計中，其構造要求包括混凝土保護層，鋼筋錨固長度等，現將分別深入展開探討。

（1）混凝土保護層。縱向受力的普通鋼筋及預應力鋼筋，其混凝土保護層厚度（鋼筋外邊緣到混凝土表面的距離）不應小于鋼筋的公稱直徑，且應符合混凝土設計規定要求。但值得注意的是，對于以下基層情況，其保護層的取值應特別留意。

1）基礎中縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于40mm；當無墊層時不應小于70mm。

2）板、墻中分布筋的保護層厚度不應小于10mm；梁、柱中箍筋和構造鋼筋的保護層厚度不應小于15mm。

（2）鋼筋的錨固及搭接長度。鋼筋的錨固長度除注明者外，對于鋼筋直徑大于25mm時，其錨固長度及搭接長度應乘以系數1.1。當鋼筋在混凝土施工過程中易受擾動時，其錨固長度應乘以系數1.1。在任何情況下，鋼筋錨固長度不得小于250mm。而對于施工中由于鋼筋長度不足而需要搭接時，對于鋼筋直徑大于25mm時，搭接長度應乘以系數1.1。搭接長度按相互搭接鋼筋的較小直徑計算。在任何情況下，鋼筋錨固長度不得小于300mm。

（3）鋼筋接頭宜優先采用機械連接，也可采用綁扎搭接及焊接。框支梁、框支柱及抗震等級二級以上的柱（含暗柱）的縱筋，抗震等級為一級的框架梁縱筋，抗震等級三級的框架底層柱，均應采用機械連接。其余接頭，也可采用綁扎搭接和等強對焊連接。對普通樓層梁，如未注明，當鋼筋直徑≤28mm時，可采用綁扎搭接。另外對于受拉鋼筋的直徑>28mm及受壓鋼筋的直徑>32mm時，不應采用綁扎搭接。鋼筋接頭位置的定取主要是考慮避免在構件受力部位進行搭接，結合設計實踐，鋼筋接頭位置宜設在受力較小處，在同一根鋼筋上應盡量少設接頭；尤其是受力鋼筋接頭位置應相互錯開，當采用綁扎的搭接接頭時，搭接接頭連接區段的長度為1.3倍搭接長度。當采用焊接接頭和機械接頭時其連接區段的長度為35d（d為縱向受力鋼筋的較大直徑）且不小于500mm。

梁的底部縱向鋼筋的接長，可選擇在支座或支座兩側1/3跨度范圍內，不應在跨中接長。梁的上部縱向鋼筋可選擇在跨中1/3跨度范圍接長，不應在支座處接長。對于框架梁端、柱端及剪力墻底部應避免在節點核心區和加密區接頭。當確不能避免時，須采用機械連接接頭，且鋼筋接頭面積百分率不應超過50%。

（4）鋼筋混凝土現澆板。板的底部鋼筋伸入梁支座≥5d且不小于1/2梁寬，板式樓梯底板受力鋼筋伸入梁支座≥15d，且不小于150。板的中間支座上部鋼筋（負筋）兩端設直鉤，直鉤長度應比板厚小15mm。板的邊支座負筋一般應伸至梁外皮留保護層厚度，錨固長度如已滿足受拉鋼筋的最小錨固長度，直鉤長度同另一端。如不滿足時，此端加垂直段至滿足錨固長度。當HPB235級鋼筋時，端部另設彎鉤。當邊梁較寬時，負筋不必伸至梁外皮，按受拉鋼筋的最小錨固長度或按圖中注明尺寸施工。雙向板的底筋短向筋放在底層，長向筋放在短向筋之上。角板應雙向配置上部構造鋼筋φ8@100，其伸出梁邊的長度不應小于L1/4，（L1為單向板的跨度或雙向板的短邊跨度）。

5.地下室設計

對于結構設計，尤其是超長結構設計必須考慮到結構縫（伸縮縫、沉降縫和防震縫）的設置。同樣對于地上部分平面尺寸超出規范要求結構伸縮縫最大間距的建筑物，應在合適的位置設置伸縮縫或后澆帶等措施來控制建筑物因溫差產生的不利影響。由于地下室通過在合適的位置設置伸縮縫、后澆帶、改善混凝土的性能及適當提高配筋率等措施，消除混凝土收縮及溫度應力的影響。

地下室頂板每隔不超過55m設置永久性伸縮一道，縫寬100mm，上部結構按規范要求的間距45m設縫。屋面長度或寬度如超過35m，在房屋縱橫向中間位置設一條800mm寬的后澆帶。上述后澆帶應在其兩側結構施工完一個月后，采用比相應構件部位混凝土強度等級高一級的微膨脹混凝土進行補澆。

本工程地下室部分采用甲類核六級人防平戰相結合。人防地下室頂板厚250mm，非人防地下室頂板厚180mm，外墻板厚300～350mm，底板厚400mm。地下室面積較大，地下室頂板采用鋼筋混凝土梁柱結構，考慮各種因素，地下室不設逢。在主樓與地下室之間設沉降后澆帶，待主樓結頂后再施工。對地下室及結構單元長度超過規范規定的最大伸縮縫間距要求的部分，設置溫度伸縮后澆帶，待兩側混凝土達到強度后一個月以上封閉。

6.樁基工程

本工程考慮樁基礎，樁基擬采用先張法預應力混凝土管樁，其具有造價低，施工過程中質量易控制，施工工藝簡單，施工工期相對較短，同時樁身質量容易保證等優點。鑒于本工程場地地質條件以及當地基礎設計情況來考慮，本工程基礎采用高強預應力鋼筋混凝土管樁（PHC）樁基礎，樁徑φ400，基礎持力層為全風化混合巖層或強風化混合巖，單樁承載力特征值為1200kN。對于地下水位較高，基坑開挖時，應采取妥善的降水、排水措施，加強井壁支護，防止井壁坍塌以及產生流泥、流沙，并應考慮降水對周圍已建建筑物的影響。同時需要考慮工程地下水水質是否對混凝土具有弱腐蝕性，±0.000以下結構需按有關規范規程進行處理。

7.結束語

綜上所述，建筑結構設計是建筑工程的重要內容，對建筑物使用性能有很大影響。因此，應特別注意建筑結構設計問題。設計人員在進行建筑結構設計時，應從基本構件著手，理解建筑設計規范的要求，加強與其他專業的溝通和交流，總結經驗教訓，做好鋼結構設計、地基結構設計，才能提高建筑工程的質量。

參考文獻

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