建筑結構與鋼結構設計問題探討

【摘要】人們所居住的住宅，購物的商店、商場，觀看體育比賽的看臺及體育館，還有辦公樓等等，這些人們賴以生活、學習、工作的場所即建筑物，無論是簡單還是復雜，其中都包含有基礎、柱、樓蓋及屋蓋等結構構件，它們組成房屋的骨架，支撐著建筑，承受著各種外部作用，因此，在建筑設計中，結構的設計是有著舉足輕重的地位的，本文就建筑結構設計談談看法。

【關鍵字】建筑結構 功能 鋼結構 開裂

一、建筑結構的功能要求

結構在規定的設計使用年限內，應滿足安全性、適用性、耐久性等各項功能要求。

1.結構安全要性要求

在正常施工和正常使用時，能承受可能出現的各種作用。

在設計規定的偶然事件發生時及發生后，仍能保持必需的整體穩定性。所謂整體穩定性，是指在偶然事件發生時和發生后，建筑結構僅僅產生局部的損壞而不致發生連續倒塌。正確的結構計算時保證建筑物安全的前提，除對建筑結構、構件進行必要的計算外，對陽臺欄桿、樓梯扶手、構件接縫等，要采取必要的措施，保證其在使用過程中的安全和可靠。

2.結構耐久性要求

結構在正常維護下具有足夠的耐久性能，所謂足夠的耐久性能，是指結構在規定的工作環境中，在預定時期內，其材料性能的惡化不致導致結構出現不可接受的失效概率。從工程概念上講，就是指在正常維護條件下結構能夠正常使用到規定的設計使用年限。

3.結構適用性要求

結構在正常使用時具有良好的工作性能，如受彎構件在正常使用時不出現過大的撓度等。由于建筑物所處的環境和使用性質不同，除滿足空間尺寸要求外，還要滿足某些建筑物的特殊要求，如保溫、通風、隔熱、吸聲等，在構造設計時要綜合相關專業的技術知識，優化設計，選擇經濟合理的構造措施，滿足建筑使用功能要求。

二、地基與基礎設計

基礎的設計是指基礎底面積計算、基礎結構選型以及材料、構造措施的確定等一系列工作，地基承載力是基礎設計的重要參數，它是指在地基穩定的條件下，地基單位面積所能承受的最大壓力，也稱為耐力，如果基礎對地基的壓力小于地基承載力，地基將是安全和穩定的。反之，地基將會出現較大的沉降變形，甚至是更嚴重的破壞。

2.地基與基礎的設計要求

（1）具有足夠的強度、剛度和穩定性

基礎是建筑物的底部構件，對建筑物的安全起著決定性的作用，因此，基礎需具有足夠的強度來承擔和傳遞整個建筑物的上部荷載，為保證建筑物的正常工作，還應保證基礎和上部結構有足夠的剛度。

（2）具有較高的經濟合理性

基礎工程量、造價和工期在整個建筑物中占有相當的比重，基礎工程的造價可占工程造價的1/3，應選擇良好的地基場地，合理的構造方案，價廉物優的建筑材料等，以減少基礎工程的投資。

具有良好的耐久性

（3）由于基礎埋設在地下土層中，給建成后的檢修和加固帶來了不便，因此，在選擇基礎的構造形式與材料時，要充分考慮建筑物的耐久年限，防止提前破壞影響建筑物。

三、鋼結構設計

鋼結構是指用熱軋型鋼、鋼板、鋼管或冷加工的薄壁型鋼等鋼材通過焊接、螺栓連接成鉚接等方式制造的結構。設計鋼結構時，應從工程實際出發，合理的選用材料、結構方案和制造措施，滿足結構構件在運輸、安裝和使用過程中的強度、穩定性很熱剛性要求，并符合防火、防腐蝕的要求。宜優先采用通用和標準化的結構和構件，減少制作和安裝工作量。

鋼結構的特點

組成鋼結構的鋼材，由于其內部組織均勻，各向同性，是較理想的勻質材料，因而與其他結構材料相比有一系列優點。

（1）鋼材的強度高，抗拉和抗壓性能都好，因此，采用鋼結構可以大大減輕自重。例如，與同樣跨度、同樣受力的鋼筋混凝土屋架相比，剛屋架的重量僅為鋼筋混凝土屋架的1/3——1/4。

（2）鋼結構加工制造簡便、構件精確度高，施工周期短。鋼材在冶煉和軋制過程中的質量易于控制，材質的波動范圍小。

（3）鋼材的塑性好、抗沖擊韌性強，適宜于承受動力荷載和對抗震能力要求高的結構。

與其他結構構件的受力相同，鋼結構構件按受力形式分為軸心受力、偏心受力和受彎構件，其設計計算方法是以概率論為基礎的極限狀態設計法，由于鋼結構構件強度高、截面小，因此，應對其長細比進行限制，對受彎構件尚應進行撓度驗算。

鋼結構構件的焊接是基本的連接方法，螺栓連接在安裝連接中應用較多，按焊縫的截面形狀分為對接焊縫金額角焊縫，前者的受力性能好，主要是用于工廠的接料和重要部位連接，后者便于加工，是最常見的焊接形式，焊接應進行強度計算并應滿足有關構造要求，螺栓連接應滿足構造要求并應按不同受力形式進行強度計算。

四、混合結構房屋的結構構造

混合結構房屋的墻體布置，可分為縱墻承重、橫墻承重、縱橫墻混合承重、內框架承重等布置方案。根據房屋的空間受力性能（主要是抗側移剛度的大小），可分為三種靜力計算方案：剛性方案、剛彈性方案、彈性方案。其劃分主要依據是剛性橫墻的間距及樓蓋屋蓋的類型，大量的多層民用建筑一般都屬于剛性方案。

墻、柱應進行高厚比驗算，其目的是保證使用階段和施工階段的穩定性。對于帶壁柱的墻，除進行整片墻的高厚比驗算外，還應進行壁柱間墻的驗算。

圈梁、過梁和挑梁是混合結構房屋中經常遇到的構件，圈梁應按規定設置，過梁上的荷載與過梁上的砌體的高度有關系，當超過一定高度時，由于拱的卸荷作用，上部的荷載可直接傳到支座或洞口兩側的墻體上。挑梁的抗傾斜驗算，關鍵在于確定傾覆點位置和抗傾覆力矩，在設計中應予以重視。

剛性方案房屋的墻體、柱的計算實際上是受壓構件的計算，在豎向荷載作用下，各層墻體可視為上部偏心受壓、下部軸心受壓的構件，荷載由上向下傳遞，在風荷載的作用下，滿足一定條件時可不考慮其影響。

墻體裂開是混合結構房屋中常見的現象，其原因是多方面的，除在結構設計中進行計算外，考慮構造上的要求采取適當的措施十不可缺少的，設計和施工中都應重視。以下是防止墻體開裂的措施：

1.防止溫差和墻體干縮引起的裂縫

由于溫差和墻體干縮等原因，可能引起房屋在正常使用條件下出現墻體豎向開裂。為此，應在墻中設置伸縮縫，伸縮縫應設在因溫度和收縮變形可能引起應力集中，砌體產生裂縫可能性最大的地方。溫度伸縮縫的間距可按表中確定。

2.防止或減輕房屋頂層墻體裂縫的措施

屋面應設置保溫、隔熱層；屋面保溫層或屋面剛性面層及砂漿找平層設置分隔縫（間距不大于6m并與女兒墻隔開，縫寬不小于30mm）；

在鋼筋混凝土屋面板與墻體圈梁的接觸面處設置滑動層，對于長縱墻，可只在其兩端的2——3個開間內設置，對于橫墻可只在其兩端各l/4范圍內設置（l為橫墻長度）；

頂層屋面板下設置現澆鋼筋混凝土圈梁，并沿內外墻拉通，房屋兩端圈梁下的墻體內宜適當設置水平鋼筋；

頂層及女兒墻砂漿強度等級不低于M5，女兒墻應設置間距不大于4m的構造柱，構造柱應伸至女兒墻頂并與現澆鋼筋混凝土壓頂整澆在一起，在房屋頂層端部墻體內適當增設構造柱。

結束語：在建筑設計中，要清楚的了解建筑構造設計的重要性，建筑類型很多，各類建筑使用性質和組成類型也不相同，在設計中應當充分的考慮到各個方面的問題，以避免設計中出現不必要的失誤。

參考文獻：

1.熊丹安，建筑結構，華南理工大學出版社，2009年版

2.宋占海，宋東，賈建東建筑結構設計，中國建筑工業出版社，2007年版