建筑結構設計方法的探討

1、建筑結構設計方法的探討建筑結構設計方法的探討摘 要：隨著國民經(jīng)濟的不斷開展， 我國建筑業(yè)也得到了快速開展， 取 得了巨大的成就， 但同時也存在一些問題。 實際設計工作中， 常常會發(fā)生結構設計的種種概 念和方法上的過失， 這些過失的產(chǎn)生， 有的是由于設計人員沒有對建筑結構設計工作引起高 度重視， 盲目參照或套用其他的設計的結果； 有的那么是由于設計人員對設計標準和設計方 法缺乏理解； 還有的是由于設計者的力學概念模糊， 不能建立正確的計算模式， 對結構電算 結果也缺乏判斷正確與否的經(jīng)驗。 通過對房屋建筑結構設計進行分析， 淺述了目前房屋結構 設計中存在的問題，提出了相關的評述和建議。關鍵詞：建筑

2、；結構設計；方法；問題中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 建筑結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師所要表達的東西。建筑結構語言就是 結構師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡化出來的結構元素。包括根底，墻，柱，梁，板， 樓梯， 大樣細部等等。 然后用這些結構元素來構成建筑物或構筑物的結構體系。 本人通過多 年的結構設計，對結構設計提出應注意的一些問題，并給建議。結構設計的根本方法1 平面圖的設計 在繪制結構平面布置圖前有個問題需要說明一下。就是要不要輸入結構軟件進行建模的問 題。當建筑地處抗震設防烈度為 6 度區(qū)時，根據(jù)建筑抗震設計標準，是可以不用進行截面 抗震驗算但應符合有關的抗震措

3、施要求。 那么對于砌體結構來講如果時間不是很充足的話應 該可以不用在軟件中建模的， 直接設計即可。 繪制結構平面圖時可直接在建筑的條件圖上來 繪制結構圖， 這一步必不可少的是刪除建筑圖中對結構來講沒有用的局部， 簡單快捷的方法 是利用軟件的圖層功能， 直接凍結相關的層。 然后再建立新的結構圖層： 圈梁層，構造柱層， 梁層， 文字層， 板鋼筋層等等。 這樣做的目的是提高繪圖效率，方便在不同結構平面圖間的 拷貝移動和刪除。 但對于墻體受壓或局部受壓、 托梁、陽臺、樓梯、樓板等構件應進行計算。 除了必要的計算外， 還應按標準要求采取適當?shù)臉嬙齑胧?墻體局部受壓時除應按規(guī)定進行 計算外還應在梁下墻體

4、采用設梁墊或設置構造柱等措施。 如果時間不是很緊張的話建議還是 輸入建模較好， 建模后可以利用軟件來進行荷載導算、 構件的強度計算及驗算等。 當建筑地 處抗震設防烈度為 7 度及以上時，根據(jù)建筑抗震設計標準，因需要計算地震作用，所以必 須要輸入軟件建模計算的。 這樣可以利用軟件來進行繁瑣計算工作。 根據(jù)程序的計算結果再 繪制結構平面圖。2 框架結構的 “強柱弱梁根據(jù)抗震標準 “強柱弱梁 的設計原那么，我們希望柱的承載能力要大于梁的承載能力， 也就是說當結構遭遇地震作用時應該是梁端首先出現(xiàn)塑性鉸， 梁出鉸后結構產(chǎn)生較大的塑性 變形，因此就能消耗地震能量。但要真正做到 “強柱弱梁是有一定難度的。目

5、前我們在幾 方面做法值得商榷。梁端負彎矩計算。在框架結構設計中，梁的計算跨度是取兩節(jié)點間的距離。梁端負彎矩的 最大值出現(xiàn)在梁柱交點上。 如用此彎矩進行截面計算所得到的配筋量肯定要比用柱邊截面處 彎矩計算所得到的配筋量要大，這就增加了實現(xiàn) “強柱弱梁的難度。因此，在對梁端進行 截面計算要考慮柱截面尺寸對構件內力計算的影響，采用柱邊截面處的彎矩。梁端的實際配筋。在實際工程中，梁端超配筋的現(xiàn)象很普遍，這樣的結果就會使梁端的實 際承載能力大于計算所需的承載能力， 就造成柱與梁的承載能力之間的差值減小或低于梁的 承載能力。所以，我們在設計中應該合理的控制梁端實配鋼筋與計算配筋之間的比例關系， 梁端負彎矩

6、不應超配筋。在計算梁的剛度時根據(jù)標準要求計算樓板對梁剛度的奉獻，樓板的有效寬度取多少可以充 分考慮梁與板的整體作用， 還有樓板有效寬度內的鋼筋對梁端的影響， 這都是一些不確定的 因素。樓板有效寬度取值的大小很大程度上也影響能否真正實現(xiàn) “強柱弱梁的實現(xiàn)?，F(xiàn)有的抗震標準通過柱端彎矩的增大系數(shù)來提高柱在軸力作用下的正截面受彎承載力，并 規(guī)定柱端彎矩大于梁端彎矩， 使梁端出現(xiàn)塑性鉸的時間要早于柱。 這些都是延性框架的最根 本要求。3 砌體結構中房屋構造柱與承重柱混淆不清 在砌體結構中，構造柱不但能夠提高墻體的抗剪能力，而且構造柱與圈梁聯(lián)結在一起，形 成對砌體的約束， 這對于限制墻體裂縫的開展， 維持

7、豎向承載力， 提高結構的抗震性能有著 重要的作用。 在當前結構設計中， 構造柱還經(jīng)常被作為承重柱使用， 這種作法將引起以下幾 個問題：構造柱作為承重柱使用后，使得構造柱提前受力，這不但會降低構造柱對砌體的拉結和約 束作用， 而且結構一旦遭遇地震作用時， 在構造柱位置必然形成應力集中， 而構造柱的截面 尺寸與配筋均較小， 混凝土強度等級一般也比擬低，所以造成構造柱首先破壞。這樣， 構造 柱不但起不到其應有的作用，反而成為房屋結構中的一個薄弱的部位。構造柱一般生根于地圈梁中，不需要另設根底，構造柱兼作承重柱使用后，柱底根底的抗 沖切、 抗彎及局部承壓強度必然不能滿足要求。 柱底根底一旦發(fā)生沖切或局

8、部承壓破壞， 將 導致構造柱下沉， 引起其周圍的墻體出現(xiàn)裂縫， 最后導致建筑物倒塌。 建議承重大梁下應按 標準要求設計成墻垛。這樣做即平安又簡單、 經(jīng)濟。假設梁上荷載和跨度都比擬小時， 構造 柱也可布置于梁下， 但此時必須按不考慮構造柱作用來驗算梁下墻體的局部承壓和抗彎強度。 經(jīng)驗算滿足后，方可在梁下布置構造柱。像標準中規(guī)定的 “樓梯斜梯段對應的墻體處，應設 置構造柱，就是屬于這種情況。因為斜梯段處一般設有樓梯梁，梁上的荷載也比擬小。構造柱作為承重柱使用，還能造成結構形式的混用。這種結構形式在結構設計中是最忌諱 的。因為砌體結構的墻體是由磚、砂漿砌筑而成，它的特點是剛度很大而承載力相對較低。

9、當建筑物遭遇地震作用時， 吸收了很大的地震能量， 但砌體的承載能力較低， 所以很快就因 破壞而退出工作。 這時結構就將荷載全部或大局部的轉嫁給構造柱來承當， 很顯然， 構造柱 由于截面尺寸及配筋均較小， 是不能抵御地震作用的， 所以， 就容易造成建筑物的破壞或倒 塌。4 懸挑梁的梁高選用過小 現(xiàn)在的設計者往往只注意了對梁的強度和傾覆進行驗算，而忽略了對梁端撓度的驗算。梁 高選用過小， 引起梁截面的受壓區(qū)應力過高， 在正常使用狀態(tài)下， 梁截面受壓區(qū)產(chǎn)生非線性 徐變， 梁撓度隨時間的推移不斷加大。 挑梁的變形引起梁上板出現(xiàn)裂縫， 裂縫寬度隨著挑梁 變形的加大而加寬， 影響了房屋的正常使用。 據(jù)觀察

10、，這種挑梁的變形開展到后期，梁支座 截面上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。 梁受支座附近彎剪作用的影響， 豎向裂縫向下延 伸開展為斜裂縫， 此時梁已接近破壞。 當為托墻挑梁時， 梁過大的撓度會引起梁上墻體在梁 支座附近出現(xiàn)裂縫。 裂縫在梁支座處沿豎直方向向上開展， 當?shù)揭欢ǜ叨葧r沿斜向延伸， 裂 縫愈靠上愈寬。 挑梁的截面過小對結構的抗震也很不利。 懸挑結構對豎向地震的作用最為敏 感。梁高小時， 截面的相對受壓區(qū)高度較大， 梁的延性減小， 在豎向地震作用下易發(fā)生脆性 破壞，失去承載力。5 連續(xù)梁按單梁進行設計 這種情況主要發(fā)生在陽臺邊梁的設計中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設計者的 重視

11、， 為圖受力分析方便， 設計者把實際應為連續(xù)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(qū)出現(xiàn)豎向裂縫， 進而引起 梁上部攔板出現(xiàn)豎向裂縫。 如果該邊梁長度較長時， 問題將會變得更加嚴重。 因為該梁一般 直接暴露在室外， 受環(huán)境溫度影響較大。 當環(huán)境溫度變化時， 梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的 約束， 在梁內產(chǎn)生收縮應力， 該收縮應力作用于原已產(chǎn)生裂縫的梁上， 引起梁在支座附近沿 整個梁截面四周裂縫貫穿，梁承載力降低，直接影響了使用平安。 在實際工作中， 屢次發(fā)現(xiàn) 類似情況出現(xiàn)，因此應引起設計者的重視。6、根底設計中的方法與建議 目前，我們在結

12、構設計中是將上部結構、根底、地基土三者分開設計的。三者在設計中互 不關聯(lián)。 上部結構設計時不考慮根底與地基土的剛度對上部結構的影響； 在設計根底時也不 計上部結構的剛度對根底的奉獻； 只是將上部結構的荷載傳遞給根底； 在地基土的承載力計 算及沉降計算時同樣沒考慮根底的剛度作用， 將上部結構傳來的荷載簡化成均布荷載按傳統(tǒng) 方法 -直線分布法的原理進行計算。對于一般結構的根底設計而言，采用這種方法簡便快捷，對于排架結構之類的上部柔性結 構以及地基較好的獨立根底， 能夠得到較滿意的結果。 但是，對地基沉降較敏感的一類結構， 如框架結構，計算結果與實際情況有較大的出入，對于地基較差的軟弱地基上的條形根

13、底， 按這種方法計算與實際差異也較大。 同樣對于高層剪力墻結構下箱形根底置于一般性質天然 地基這種情況，這種簡化計算結果也不能令人滿意。在建筑結構的設計中，雖然這種簡化的計算方式我們已經(jīng)采用了很多年，而且在一些簡單 的結構設計中我們還在繼續(xù)采用。我們在根底設計時如何做到平安、可靠、合理、經(jīng)濟，很 顯然采用這種方法除了平安、可靠， 無論如何也不可能是經(jīng)濟、合理。 我們稍加思考就能發(fā) 現(xiàn)這種簡化的方法的不合理之處。 首先任何一棟建筑物都包含上部結構、 根底、地基三局部， 作為一個整體， 它們是即相互聯(lián)系、 影響，又相互約束和相互作用。 把三者分開來單獨計算， 不考慮相互之間的聯(lián)系與約束， 不考慮根

14、底的變形和位移， 因此計算所得的結構與實際受力 往往有很大的差異， 這種現(xiàn)象在底層及邊跨的梁柱中尤為明顯。 我們都知道任何一建筑物在 外力的作用下， 均會產(chǎn)生相應的變形，上部結構、 根底、 地基他們根據(jù)各自的剛度對相互的 變形有著制約的作用，從而制約整個結構體系的內力、變形、 基底反力及沉降的變化， 同時 滿足內力平衡、 變形一致。所以，最合理的設計計算方式就是應按結構整體考慮 共同作用。上部結構、根底的剛度現(xiàn)在可以通過程序計算得到，地基土變形特性的計算模型及參數(shù)確 實定，是一個非常復雜和困難的課題，這需要我們不斷的摸索和研究。一般的建筑根底設計還是可以采用傳統(tǒng)方法-直線分布法，它的精度能滿足要求。高層及同一整體大面積根底上建有多棟高層或多層等復雜建筑的根底應該采用上部結構、 根底、 地 基土共同作用的方法來計算結構的內力及變形。結束語 我國經(jīng)濟的飛速開展，城市面貌日新月異，一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之各類房屋建筑 功能的不斷豐富，新穎的造型， 致使工程設計越來越復雜。結構設計是個系統(tǒng)的、