摘要:近些年来,随着人民生活水平的提高,国家经济实力的提升,我国建筑结构的设计也越来越花样繁多,新颖的建筑结构设计层出不穷。建筑结构设计成为了社会舆论的一大热点,本文就是对建筑结构设计进行分析论证,探讨一下在建筑结构设计中应注意的几点。
关键词:建筑结构设计;设计原则;问题;途径;
引言:结构设计在建筑设计之中不仅“受制”于建筑设计,而且“反制”建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,建筑设计不能超出结构设计的能力范围。结构设计决定建筑设计能否实现,在这个意义上,结构设计显得更为重要。无论如何,设计一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计方案是结构设计人员的责任。根据我对建筑结构的理解,建筑结构设计可分为整体设计和部件设计两部分。
一、建筑结构设计原则
1、刚柔相济
有时候觉得建筑物的设计,就好像为人的一声设计蓝图一样,人们在遇到不同的人不同的事情时,需要有能屈能伸的品质,同样合理的建筑结构体系也应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差,强大的破坏力瞬间袭来时,需要承受的力很大,容易造成局部受损最后全部毁坏;而太柔的结构虽然可以很好的消减外力,但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好,还是柔多一点好?刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢?这些问题历来都是专家们争论的焦点,现今的规范给出的也只是一些控制的指标,但无法提供“放之四海皆准”的 精确答案。最后,专家们达成难以准确言传的共识:刚柔相济乃是设计者的不变追求。
2、多道防线
安全的结构体系是层层设防的,灾难来临,所有抵抗外力的结构都在通力合作,前仆后继。这时候,如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上,是非常非常危险的。多肢墙比单片墙好,框架剪力墙比纯框架好等等,就是体现了多道防线的设计思路。也许我们会自信计算的正确性,但更要牢记绝对安全的防备构件是不存在的,还是应该多多考虑:当第一道防线跨了,应有第二道、第三道防线来顶住。尽力做到有备无患。
3、重大轻小
建筑结构设计中常常涉及到了很多关键的理念,如“ 强柱弱梁、强剪弱弯” 等,这些都是设计师们需要重视的问题。尽管对于结构体系而言,其是由不同的构件协调构建起的,而由于不同的构件都发挥着不同的作用,其在整个建筑中也有轻重之分。
4、层层设置
安全的结构体系在设计过程中必须要层层设置,尤其是当灾难发生时将会在抵抗外在破坏中发挥有效作用。若仅仅将抗风险的希望都集中寄托在建筑的某一个结构上,这是很不稳定的。多肢墙好于单片墙,框架剪力墙好于纯框架等等,这些都是层层防线的设计思路的重要表现。
二、建筑结构设计常见问题
1、构造柱提前受力问题
在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用,构造柱作为承重柱使用后,使得构造柱提前受力,有可能会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用,而且结构一旦遭遇地震作用时,在构造柱位置必然形成应力集中形成破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用,反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。另外构造柱一般生根于地圈梁中,没有另设基础,构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切、以及局部承压强度必然不能满足要求。
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2、承重柱截面高度设计过小
一些结构设计得误认为六度设防就是不设防,不图受力分析方便,他们故意把柱子的截面高度设计得过小,使梁柱的线刚度比加大。把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。这种情况多发生于六度抗震设防区。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做往往会忽略了梁柱间的刚结作用,加之以柱截面的配筋都较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子而梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。严重的是,这样的结构一旦遭遇地震作用,即会倒塌。
3、悬挑梁梁高设计选用不合理
一般设计者仅是注意到对梁的倾覆以及强度展开验算,忽视梁挠度的进一步验算。若选用的梁高高度过小,会导致梁截面受压区的应力太高,造成在正常应用情况下,梁截面的受压区出现非线性徐变,随着时间的不断推移,梁挠度会日益加大。除此之外,挑梁截面太窄也不利于建筑结构的抗震。一般悬挑结构对竖向地震最为敏感。若梁高太小,截面受压区的高度大时,梁延性则会减小,由于受竖向地震的影响,容易出现脆性破坏,最后失去结构的承载力,故必须确保悬挑梁的截面设计合宜。
三、提高建筑结构设计的途径
1、重视概念设计
人们在实践的基础上,由感性认识上升到理性认识,从而形成概念,它反映了客观事物的本质特征。概念设计是结构工程师一项不可或缺的基本功,正确的概念设计好比是选择了一条正确的道路,是结构设计合理、安全、经济的前提,它贯穿于工程设计的全过程。概念设计必须通过深厚的基础理论、对结构原理和力学性质的深刻理解和长期而丰富的工程经验积淀而成。结构工程师只有具备高水平的概念设计,才能完成高水平的设计成果。
2、做好与相关专业人员的沟通
结构设计工作不能孤立独行,需要与其他专业多沟通,多配合。因此要提高结构设计水平,不但要具备本专业的扎实的基本功,还要对相关专业有基本的了解并取得相关专业的支持和配合。涉及其他专业的技术问题,结构工程师要积极组织和参加各专业的协调会议,统一标准,达成共识,最终确定设计原则,做到透彻把握建筑意图、充分了解设备专业的功能和需要,避免在出图后因各专业不协调而导致的变更和返工。
3、正确运用计算机辅助设计
当前,计算机辅助设计系统在建筑设计领域被广泛应用,工程师在计算机上进行结构分析工作,用计算机辅助完成大部分的图纸设计,因此了解计算机程序的功能、正确使用设计软件直接影响到结构设计的水平。中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的PKPM系列微机建筑工程CAD系统、广东省建筑设计研究院和深圳市广厦科技有限公司联合开发的广厦建筑结构CAD等等都是比较优秀的建筑设计软件,涉及的内容比较全面,与AUTOCAD兼容,可操作性强。需要指出的是设计软件都是根据国家现行规范的要求结合不同的结构体系的受力特点加以模拟简化得来,因而设计软件都有一个有效使用期限和合理适用范围。随着建筑业的发展,建筑物规模越来越大,形式也日趋复杂,使得建筑结构设计的内容增多,难度增大,这就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围,熟悉和掌握各项参数的选取条件,真正做到计算机为人服务,为工程设计服务。
四、结束语
总之,建筑结构设计是个系统、全面的工作,需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行,始于足下。设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计,在工作中应事无巨细,善于反思和总结工作中的经验和教训。
参考文献
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论文作者:余东方
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/22
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