現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探析

摘 要：隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)建筑物的質(zhì)量和外觀要求越來(lái)越高，這不斷的把建筑推向越來(lái)越高的高度和更加華麗的外觀。隨著建筑高度的增加，務(wù)必會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)提出更多的要求來(lái)支持建筑本身，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮到各種因素，并運(yùn)用成熟的、先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，從而給建筑設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。文章結(jié)合了國(guó)內(nèi)的某工程進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一系列闡述。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；工程案例

引言

因?yàn)榭萍嫉陌l(fā)展導(dǎo)致建筑技術(shù)的進(jìn)步，建筑工程面臨著越來(lái)越高的要求。好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案不但要經(jīng)濟(jì)性、可行性、合理性等特點(diǎn)，而且要有相當(dāng)?shù)睦碚摷夹g(shù)作為基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的幾年，我國(guó)城市涌現(xiàn)出越來(lái)越多的高層和超高層建筑，隨著數(shù)量的加大，一系列的設(shè)計(jì)弊端和問題在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也體現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)人員必須在事件中不斷的積累經(jīng)驗(yàn)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，豐富自己的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新，才會(huì)在未來(lái)的城市建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)設(shè)計(jì)的核心價(jià)值。

一、 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

1. 軸向變形是現(xiàn)代高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中須要考慮的設(shè)計(jì)要素。有些情況下可能會(huì)由于數(shù)值較大的豎向荷載，在柱中可能引起一定程度軸向變形，引起連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小越來(lái)越明顯，會(huì)產(chǎn)生影響預(yù)制構(gòu)件下料的長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)人員要依據(jù)軸向變形的實(shí)際計(jì)算值，合理調(diào)整下料長(zhǎng)度，而達(dá)到不影響連續(xù)梁彎矩的目的。

2. 現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中水平荷載是一項(xiàng)必須重視的因素，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，樓面使用荷載和建筑物的自重等豎向荷載，將在豎向構(gòu)件中引起與建筑物高度一次方成正比例的一定數(shù)值的軸力與彎矩，而水平荷載對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩及其在豎構(gòu)件中引起的軸力，則是與建筑物高度的二次方成正比，豎向荷載基本是定值，而地震作用、風(fēng)荷載等水平荷載的數(shù)值則會(huì)隨著建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同，而會(huì)出現(xiàn)很大幅度的變化，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，這種情況經(jīng)常出現(xiàn)，這是必須在設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算與周密分析的原因所在。

3. 設(shè)計(jì)工作還有一項(xiàng)重要的控制指標(biāo)——側(cè)移，必須將水平荷載作用下的建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移控制在一定的限度之內(nèi)，側(cè)移在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)成為重要的控制指標(biāo)，特別是伴隨著建筑物高度不斷增加，建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形在相同水平荷載下增大顯著，這是與與多層建筑完全不同的。

4. 設(shè)計(jì)工作還有另一項(xiàng)重要指標(biāo)—結(jié)構(gòu)延性，相比較于小高層、多層建筑而言，層數(shù)較高的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)相對(duì)更加柔一些，在相同的地震作用下變形更大些。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須采取相應(yīng)的工藝與技術(shù)措施，以保證建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性，這都是為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段后，依然會(huì)具有非常合理的變形能力，避免建筑物倒塌或者發(fā)生其他的危險(xiǎn)。

二、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程案例

本論文以某高層住宅建筑工程項(xiàng)目為例，需要指出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本流程與注意事項(xiàng)如下：這個(gè)建筑工程項(xiàng)目位于某城市的市中心繁華的地段，地上20 層，地下1 層，建筑總高度78.3 m，建筑總面積約25萬(wàn)m2。建筑結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比為3.8～7.4，高寬比為5.6～10.1。項(xiàng)目所在地地形平坦，表層土以人工填土為主，土層在垂直與水平方向有著穩(wěn)定的分布，基礎(chǔ)一般在第四紀(jì)沉積土層的以下部分。結(jié)構(gòu)為二級(jí)安全等級(jí)，抗震設(shè)防重要性為丙類，基本風(fēng)壓0.45kN/m2，抗震設(shè)防烈度為9 度。

1. 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這個(gè)項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中框架的抗震等級(jí)為二級(jí)，剪力墻的抗震等級(jí)為一級(jí)。建筑物中部布置剪力墻，形成筒體，并且將其作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，在筒體周圍結(jié)合建筑物的實(shí)際使用功能合理設(shè)置框架柱。地下室頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固端，其板厚設(shè)計(jì)為180mm，板配筋為雙層雙向形式滿布。地上部分的樓層主次梁沿Y 向布置，以利于減小主梁的高度，增加使用凈高，層樓板厚為110mm。

2. 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

依據(jù)本工程所在地的地質(zhì)勘察報(bào)告提供的地基承載力計(jì)算，確定本工程X 向基礎(chǔ)梁的尺寸為900×1800，Y 向基礎(chǔ)梁的尺寸為1000×2000 或1800×2000。由于受到筒體內(nèi)電梯基坑、集水井局部下沉的影響，設(shè)計(jì)采用梁板式筏形基礎(chǔ)，筒體四周的板厚為1.5m，其他部位板厚為1.0m。局部可能主梁不能正常貫通，筒體部位的豎向荷載也相對(duì)較大。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要特別重視各類技術(shù)資料與數(shù)據(jù)的收集和整理，計(jì)算采用彈性地基梁、板和有限元梁、板的設(shè)計(jì)軟件，確保計(jì)算結(jié)果真實(shí)性與可靠性。

3. 框支層設(shè)計(jì)

（1）框支墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了有效改善混凝土的受壓性能，增大結(jié)構(gòu)延性，在設(shè)計(jì)中合理控制墻肢軸壓比，其比值應(yīng)控制在0.5 以內(nèi)。核心筒落地剪力墻的厚度為40cm，核心筒以外，建筑四角分別布置L型剪力墻，厚度為70-90cm 。底部加強(qiáng)區(qū)域的剪力墻設(shè)計(jì)中，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范與技術(shù)要求設(shè)置相應(yīng)的約束邊緣構(gòu)件，其縱筋配筋率應(yīng)控制在≥1.2%，體積配箍率則要控制在≥1.4%。同時(shí)，在本工程長(zhǎng)厚比<5 的短墻計(jì)算中，按照柱輸入計(jì)算進(jìn)行分析與比較。墻體水平與豎向分布筋不但要滿足基本的計(jì)算要求，而且滿足最小配筋率為0.3%的限值要求。

（2）框支柱設(shè)計(jì)

本工程框支柱的抗震等級(jí)為二級(jí)，框支柱的剪力設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)值按照柱實(shí)配縱筋進(jìn)行計(jì)算，還應(yīng)控制剪壓比在0.15 以內(nèi)，剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以放大系數(shù)1.1。柱內(nèi)縱向鋼筋的配筋率應(yīng)<1.2%，體積配箍率均<1.5%，使得柱具有較為理想的延性，以符合“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)要求。軸壓比的限值為0.6。框支柱主要截面為1300×1300 和1300×2300 等，設(shè)計(jì)中的相關(guān)計(jì)算結(jié)果表明，全部框支柱的受力情況較為理想，軸壓比為0.41～0.52，所以，箱形轉(zhuǎn)換層下的框支柱變形控制效果較為理想。

（3）箱形轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，箱形轉(zhuǎn)換層的箱體的上下層板厚均為25cm，總高度為245cm。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用專業(yè)的ANSYS 有限元軟件對(duì)箱體上下層板的內(nèi)力進(jìn)行分析與計(jì)算。在不同的荷載工況條件下，在箱形轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)中，樓板裂縫≤0.2mm，雙層雙向通長(zhǎng)配筋。箱體上層板的最大壓應(yīng)力控制在1.2MPa 以內(nèi)，箱體下層板的最大拉應(yīng)力應(yīng)控制在2.0MPa 以內(nèi)。

三、 結(jié)語(yǔ)

由上述可以得出，對(duì)于設(shè)計(jì)中常見的效率與質(zhì)量的問題要引起特別的重視，必須綜合考慮各種影響因素在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的影響與作用。應(yīng)及時(shí)引入先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和方法，從而使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中更多的應(yīng)用新工藝、新技術(shù)和新材料，從而達(dá)到有效提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體品質(zhì)的目的，有利于項(xiàng)目建設(shè)工作的順利進(jìn)行。

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