浅析城市建筑结构设计论文_苗永杰

浅析城市建筑结构设计论文_苗永杰

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摘要:随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计提出了更高的要求。发展先进设计理论,加强先进技术的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是建筑结构设计的发展方向。

关键词:建筑结构;设计原则;措施

建筑业是国民经济的重要物质生产部门,它与整个国家经济的发展、人民生活的改善有着密切的关系。在今天,城市建筑以其独特的方式传承着文化,散播着生活的韵味,不断地渗透进人们的日常生活中。同时,随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进设计理论,加强先进技术的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是建筑结构设计的发展方向。

一、建筑结构概述

建筑结构是指在建筑物中,由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用,以起骨架作用的空间受力体系。狭义的建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中,由若干构件,即组成结构的单元如梁、板、柱等,连接而构成的能承受作用的平面或空间体系。

二、建筑结构设计原则

1.刚柔相济

建筑物的设计,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。刚柔相济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。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。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.取大舍小

“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念。这里面首先包含着一个简单的道理:绝对安全的结构是没有的。简单地说,虽然整个结构体系是由各种构件协调组成一体,但各个构件担任的角色不尽相同,按照其重要性也就有轻重之分。一旦不可意料的破坏力量突然袭来,各个构件协作抵抗的目的,就是为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁,要让次要构件先去承担灾难。如果平均用力,可能会损失更大。在建筑结构中,柱倒了,梁会跟着倒;而梁倒了,柱还可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大,柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效,我们故意把梁设计成相对薄弱的环节,使其破坏在先,以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待,企图都坚不可摧,则可能会造成同时破坏,后果会更糟糕,损失会更大。所以关键时刻要分清主次,抓大放小。

4.打通关节

在结构体系中,所谓关节,是指变化相聚之处,或变化出现的地方。不同类型的构件相接处,同一构件截面改变之处,是关节。广义上,诸如结构错层之处,体量改变之处,转换层亦是关节。关节无处不在,因为结构体系乃是变化的统一。外力突然袭来之时,对于单一的构件,力量的传递简明,因而容易控制。对于复杂的结构体系,关节的复杂性难于预测和控制,即使从理论上保证了每个组成构件的强度和刚度,但因关节的普遍存在,力量的传递往往不能畅通而出现集中甚至中断,破坏由此而发生。历次灾害表明,从节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。

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三、建筑结构设计的有效措施

1.将概念设计应用于建筑结构设计

概念设计是建筑设计非常重要的环节,这在于方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其把握的结构概念,选择效果最好、造价最低的结构方案,这就要求工程师不断丰富自己的结构概念,深入了解各类结构的性能,并做到有意识、灵活地运用。对于建筑结构,协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合,共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力,协同工作,同时达到极限状态,还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上,必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把两者割裂开来处理。

在多高层结构设计时,应尽可能避免短柱,其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时,能同时达到最大承载能力,但随着建筑物的高度与层数的加大,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱,为避免这种现象的出现,对于大截面柱,可通过对柱截面开竖槽,使矩形柱成为田形柱,从而增大长细比,避免短柱的出现,这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下,达到最大的水平承载力。协同工作与材料利用率,协同工作设计的另一个目的,还在于对材料的充分利用。材料利用率越高,该结构的协同工作程度也越高,结构设计的目的就是花最少的钱,做最好的建筑,这就要求设计时对结构材料的充分利用,这从梁类构件的演变可以看出。

2.框支梁支放在剪力墙上的设计

当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时,应对底部进行认真的考虑,如果底部加强部位没有翼墙的要求,可以参考有关规定中对框支柱截面高度的限制要求,及框支梁钢筋水平段的锚固要求,先初步确定剪力墙的厚度;在大于框支梁宽度范围内的剪力墙中按照框支柱的要求设置暗柱,并按照严格的构造计算,确定配筋;还应对框支梁所受的集中荷载进行局部抗力验算。

3.剪力墙的设计

因为柱、短肢剪力墙和一般剪力墙的所承载的特性不同,对剪力墙构造的要求也有较大差别。因构造标准的提高导致截面厚度的增大,使构件定义改变,这种情况下构件截面增大是整体性的,增大的幅度也是有限的,因此其受力特性不会有太大的变化,更不会对局部构件造成新的危害,原则上不必要提高原确定的结构抗震等级;增大截面后的墙肢应比原构件的承载能力提高;当因建筑功能需要而改变局部墙肢的截面尺寸,使其受力性能发生变化时,应给予加强。

4.从抗震要求出发,进行合理的结构设计

(1)对一般多层砌体住宅结构,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处;不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。

(2)对钢筋砼多、高层结构住宅,力求做到:框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力。框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。结构布置应尽量采用规则结构,对复杂结构,可以设置防震缝。

结束语:

建筑结构设计的四项原则是建筑机构设计时首要考虑的前提,只有合理利用力学知识及自然的规律,根据不同的地理特点,发挥创新能力,以安全建设,合理利用为前提,加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究,不断提高建筑的结构设计水平,才能使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。

参考文献:

[1]宗兰,宋群.《建筑结构》机械工业出版社,2010(08).

[2]宿宗英,赵丽艳.在建筑结构设计中如何提高建筑的安全性[J].科技资讯.2010(20).

[3]钱立彬,李勇.高层建筑结构设计的影响因素[J].黑龙江科技信息,2010,(01).

论文作者:苗永杰

论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿

论文发表时间:2016/3/17

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