建筑結(jié)構(gòu)設計中常出現(xiàn)的問題及解決措施

建筑結(jié)構(gòu)設計中常出現(xiàn)的問題及解決措施摘要：現(xiàn)代建筑的日趨豐富，個性鮮明的建筑比比皆是，這種跟個性化的設計給結(jié)構(gòu)設計帶來較大的難度。建筑結(jié)構(gòu)的設計是建筑工程的重要環(huán)節(jié)，設計的成敗將直接影響到工程的使用、成本、安全等各個方面。因此在設計的過程中應當對關(guān)鍵性問題進行控制和解決，避免出現(xiàn)遺漏和誤差，力求將結(jié)構(gòu)設計做的合理而優(yōu)化這才是結(jié)構(gòu)設計的目標。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設計；典型問題；解決措施；概念設計一、建筑結(jié)構(gòu)設計概述隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，各類房屋建筑面積逐年上升，房屋建筑設計水平也在不斷的提高，綜合性建筑的發(fā)展使平面布置和體型日益復雜；使結(jié)構(gòu)體系日益多樣化。在實際的建筑結(jié)構(gòu)的設計當中，還是有由于工程人員的疏漏或者其他方面的原因致使設計中出現(xiàn)問題，這些問題無論大小都對房屋的建筑質(zhì)量產(chǎn)生了一定程度上的影響。因此做好建筑結(jié)構(gòu)設計是關(guān)系到建筑安全，作為建筑結(jié)構(gòu)設計人員，必須充分了解建筑結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)體系，只有這樣才能使結(jié)構(gòu)設計達到技術(shù)先進經(jīng)濟合理、安全適用、確保質(zhì)量的基本原則。1、 建筑結(jié)構(gòu)設計的相關(guān)內(nèi)容建筑結(jié)構(gòu)設計簡單的看就是利用結(jié)構(gòu)語言對建筑進行描述，將用戶所需達到的目的利用建筑學的語言表達并可以被施工人員理解，并按照此種描述完成建筑的結(jié)構(gòu)施工。所謂的結(jié)構(gòu)語言就是設計是從建筑和專業(yè)圖紙中提取的單元，其中包括基礎、梁柱、墻、樓板等等。然后將這些結(jié)構(gòu)單元組合起來構(gòu)成整個建筑的結(jié)構(gòu)體系，這個體系將承擔建筑的水平和豎向的載荷。這些載荷將通過結(jié)構(gòu)傳遞給建筑的基礎部分，從而實現(xiàn)建筑的使用功能。結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容也就可以照此分為基礎設計、上部設計等。2、 結(jié)構(gòu)設計的基本方法通常建筑結(jié)構(gòu)的設計分為三個階段：建筑結(jié)構(gòu)方案設計階段、結(jié)構(gòu)計算驗算階段、施工圖設計階段。在設計過程中每個階段都有不同內(nèi)容，如方案設計階段，主要是根據(jù)建筑中的重要性開展建筑的防震烈度設定、工程地質(zhì)勘測、建筑場地評價、建筑高度和層數(shù)確定、建筑結(jié)構(gòu)形式確定等，其中建筑結(jié)構(gòu)形式是結(jié)構(gòu)設計的基礎，其需要確定建筑的結(jié)構(gòu)類型，如框架、框剪、筒體結(jié)構(gòu)等組合形式。確定了結(jié)構(gòu)形式之后就應當根據(jù)不同的方案特點來布置結(jié)構(gòu)的承載和受力構(gòu)件。3、 建筑結(jié)構(gòu)設計的基本原則建筑結(jié)構(gòu)的設計應符合以下原則：在正常的施工和使用過程中，建筑結(jié)構(gòu)可以承受來自內(nèi)部和外部的各種作用；在正常使用的過程中結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能；在正常維護的狀況下，可以表現(xiàn)出持久性；設計規(guī)范中規(guī)定的偶然事件發(fā)生時可以保持必要的穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時限內(nèi)、條件下對完成其預定的功能可以表現(xiàn)出足夠的可靠性，且此種可靠性可以進行計算度量。設計時應利用概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，既保證在極端情況下不會對社會造成嚴重的危害。二、建筑結(jié)構(gòu)設計中的常見問題與解決措施1、 部分建筑底層挑梁裂縫底層框架設計中剪力墻砌體結(jié)構(gòu)與挑梁裂縫的問題。底層使用框架剪力墻砌體結(jié)構(gòu)的建筑，主要就是底層是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剪力墻結(jié)構(gòu)，其上部多為多層的砌體結(jié)構(gòu)型建筑。這種建筑是需要對底層結(jié)構(gòu)進行經(jīng)濟性優(yōu)化的建筑結(jié)構(gòu)形式。在設計有時為了追求建筑的空間擴大和增加使用面積將二層以上的部分橫向墻和外層挑墻轉(zhuǎn)移到懸挑梁上，也因此各個層面都有挑梁設計，但是在實際情況中底層度的挑梁往往會出現(xiàn)裂縫的情況，該類挑梁設計形式與出現(xiàn)裂縫的情況通常集中出現(xiàn)在臨街的建筑中。出現(xiàn)此種情況的原因是原始設計中各層的挑梁都是按照本層的載荷進行計算和驗算的，在實際的結(jié)構(gòu)中懸挑梁的上部墻體為整體砌筑，而下部墻體同事是也起到了底模的作用，此時挑梁上部的墻體載荷就形成自上而下的作用力。這樣原有的挑梁設計與實際形成的載荷的傳遞方式就出現(xiàn)了差異，從而使得原有的承載能力不足以滿足實際的載荷，出現(xiàn)裂縫也就可以得到解釋了。要解決此問題就要根據(jù)實際的需求進行改進，使得受力傳遞路線符合實際情況，或者在施工圖設計時注意對施工順序的規(guī)范，這樣就可以防止出現(xiàn)類似情況。2、 砌體結(jié)構(gòu)設計與抗震性能提高1） 橫墻承載是的結(jié)構(gòu)布置要點，通常建筑的平面為矩形，其橫向剛度要遠遠小于縱向，所以需要足夠數(shù)量的橫向結(jié)構(gòu)對其進行支撐，從而提高其抗震的性能。因為地震對墻體的破壞為剪切性破壞，所以為了提高橫向墻的抗震能力就需要提高其強度。其主要的方式就是對材料進行規(guī)范，使用強度等級高的材料，增加橫墻上的軸壓力，將橫墻設計為具有承載和阻隔雙重能力的結(jié)構(gòu)體。2） 縱橫墻承載結(jié)構(gòu)。當建筑的開間增加時，設計沿進深的梁支支撐在縱墻上，使得縱向承載能力增加。樓板沿縱向設置擱置形成橫墻承載，橫墻的間距大時就可以按照抗震的要求，同時縱墻的抗震性能也會因為軸壓的增加而提高。另外也可利用縱墻承載、橫墻承載沿豎向而交替布置，此種措施應用較少。3） 縱向墻承載。此種設計方式是橫墻的間距大數(shù)量少，同時軸壓較小，所以結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，縱墻多則容易引起彎曲破壞也應慎重選擇并進行細致驗算。4）混合承載設計。這樣的設計可以形成多種組合方式，如內(nèi)框架砌體結(jié)構(gòu)、底層框架砌體結(jié)構(gòu)、局部框架砌體結(jié)構(gòu)等等。此類結(jié)構(gòu)體系是由結(jié)構(gòu)材料彈性模量、動力性能差異較大的兩種結(jié)構(gòu)組合而成，因此其并不是一種較好的抗震結(jié)構(gòu)。但是其滿足的是建筑的使用有要求，可以提供較大的空間，經(jīng)濟性也優(yōu)勢明顯。在設計中無論使用和在砌體形式都是結(jié)構(gòu)抗震性能保證的關(guān)鍵，此時就需要利用概念設計的思路，綜合性的提高建筑的整體抗震性能，以此彌補結(jié)構(gòu)上的不足之處，盡量做到綜合性能上的最優(yōu)。3、 樓層平面剛度設計問題某些設計在缺少基本的結(jié)構(gòu)觀念或者結(jié)構(gòu)布置的必要措施的時候，采用樓板變形計算程序。雖然程序的編寫在數(shù)學力學模型上是沒有錯誤的，但是確定樓板變形的程度上卻不能做到準確估算。作為計算的大方向都不能做到準確的定性，就更不會得到想要的準確結(jié)果。由此可見結(jié)構(gòu)設計中一定會存在結(jié)構(gòu)上的安全隱患，或者某些結(jié)構(gòu)件的性能儲備過大的情況。為了使得程序計算的結(jié)果準確起來，即計算的結(jié)果可以基本反映真實受力的情況而不出現(xiàn)嚴重的誤差，設計的時候應盡量對樓層設計進行剛性化處理。要做到這一點就應當先在建筑設計或者方案提出階段就避免采用存在變形較大的樓面，如樓層上開洞、外伸的部分太長、塊體之間存在縮頸連接、凹槽缺口過深等情況；再要從結(jié)構(gòu)布置和配筋設計上進行控制，對于功能性必要或者建筑效果十分優(yōu)越的建筑設計方案來說，如果平面不能完全采用剛性樓板在結(jié)構(gòu)設計的時候就必須考慮采用增設連接梁板、暗梁、提高連系梁板、暗梁邊梁配筋調(diào)整、斜向配筋等方式進行補強，即利用各種可行的措施對彌補樓板剛性損失，也即是滿足剛性樓板的基本假定或者出現(xiàn)的計算誤差。4、 屋面梁和配筋設計這個設計項目中應當注意一下幾個參數(shù)的取值和設計：1）振型數(shù)的設定振型數(shù)的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)計算的精確度。對于平面規(guī)則、剛度分布不均勻的復雜建筑結(jié)構(gòu)，尤其是多塔結(jié)構(gòu)、大型底盤結(jié)構(gòu)等，在考慮到扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的時候，通常不容易確定振型的數(shù)量，并支持計算地震作用。如果振型數(shù)偏少，有限高振幅的地震作用就無法進行計算，結(jié)構(gòu)抗震的設計存在隱患；如果振型數(shù)過大，直接增加了計算的工作量，也容易導致累計誤差。通常設計中需要掌握的原則是：在不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的時候應大于3；振型數(shù)大于3是則應保證為3的倍數(shù)，但應小于建筑的層數(shù)；如層數(shù)較少小于2時，振型數(shù)則應為2或者1；如為5層則振型數(shù)為3；對于不規(guī)則的結(jié)構(gòu)應考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的效果，此時振型數(shù)應不小于9,結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或者結(jié)構(gòu)剛性突然變大的時候，振型數(shù)應適當增加但是不能高于建筑層數(shù)的3倍。2）周期折減框架結(jié)構(gòu)因為填充墻的存在，使得結(jié)構(gòu)的實際剛度會大于設計計算剛度，計算周期就會大于實際。所以計算的出的地震剪力就偏小，從而導致結(jié)構(gòu)設計存在隱患，所以對框架結(jié)構(gòu)的計算周期進行折減是必要的措施。但是對框架結(jié)構(gòu)的計算周期的折減系數(shù)過大或者過小甚至不折減也是不可取的。具體的取值如：在設計中對砌體填充墻周期折減應在0.6-0.7之間；砌體填充較少的或者輕質(zhì)材料時可以取0.7-0.8；完全采用輕質(zhì)材料的墻體則應取0.9；只有沒有砌體墻而采用純框架的結(jié)構(gòu)其計算周期才不用折減。周期折減系數(shù)不會改變結(jié)構(gòu)的自振性能只會影響地震影響系數(shù)。梁跨正彎矩放大系數(shù)這個系數(shù)在設計中主要是對樓面出現(xiàn)活動載荷較大的多層建筑而設置，不能一概而論。當梁上不計算活動載荷或者不考慮活動載荷的不利影響時，通常在取值是放大系數(shù)為1.2,以此彌補梁跨中彎矩過小而出現(xiàn)的不足；當多層建筑分析和推導載荷的時候，將永久載荷與樓面活動載荷是分開計算的，并對活動載荷進行不利布置，此時系數(shù)可為1，即不需要放大。通常計算高層建筑時為了簡化計算，永久載荷與樓面的活動載荷和在一起進行計算，也不做活動載荷的不利布置，所以通常其梁跨中正彎矩的放大系數(shù)取1.2，以滿足結(jié)構(gòu)承載要求。三、結(jié)束語在建筑結(jié)構(gòu)設計中，隨著設計理念的更新和計算模式的改進，建筑工程的結(jié)構(gòu)設計業(yè)隨之出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，首先概念設計將在結(jié)構(gòu)設計中發(fā)揮更大的作用。此種設計思路實際上是一種著眼與整體的設計理念，即正確的解決總體方案、材料使用、細部構(gòu)造等問題，以此使得建筑整體達到合理的抗震目標。概念設計主要就是針對的是抗震設計中遇到的復雜計算過程和難于精確計算某些設想而提出的一種宏觀調(diào)控的思路，即在宏觀上實現(xiàn)合理的抗震，利用理念的定性分析來避免繁瑣計算，為抗震設計創(chuàng)作必要的條件，使得計算分析的結(jié)果可以反映實際的地震影響，此種設計將引導建筑結(jié)構(gòu)設計步入新的空間。這些先進的設計理念將使得建筑設計更加的趨向最優(yōu)。參考文獻：王艷輝.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設