浅谈关于建筑结构设计

浅谈关于建筑结构设计

钟翀

并提出具体措施解决。

关键词：建筑工程；结构设计；重要性

前言

结构设计的高低是衡量一个建筑工程质量的提前与关键因素。随着我国经济的发展，建筑工程的规模越来越大，导致结构设计也越来越复杂，结构设计是建筑工程过程中必要的部分。因此，加大对建筑设计结构中存在问题的关注度、重视性，并不断的找寻解决措施，只有这样，才能开创多赢的局面，造福于社会。

1建筑结构设计的重要性

结构在规定的设计使用年限内，对安全性、适用性、耐久性的要求。结构在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用；在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性。结构在正常使用时具有良好的工作性能。结构抵御使其材料性能恶化的各种侵蚀的能力。要求在正常维护下具有足够的这样的能力。建筑结构设计的重要性还体现在方案设计阶段，方案的初步设计只能靠人工来实现，不能用计算机系统帮助实现。这对结构工程师的要求就相对较高，要熟练掌握结构概念，有扎实的技术水平，能够科学合理的对结构方案进行选择，为工程带来最好的效益。

2建筑结构设计的要求

2.1结构功能要求

目前结构耐久性问题尚处于研究阶段，还达不到量化计算的程度，一般是通过设计、施工和维护等方面采取相关的措施来实现。混凝土结构耐久性问题取决于钢材和混凝土两种材料，一般情况下主要取决于内部钢筋是否锈蚀。混凝土的高碱性将在钢筋表面形成一层氧化膜（钝化膜），它能有效地保护钢筋。但是，由于大气中的二氧化碳或其他酸性介质，将使混凝土中性化而降低其碱度，这种现象称混凝土碳化。碳化、锈蚀均与环境和时间有关，另外，碳化还与混凝土的碱性程度有关。耐久性设计依据有环境等级、设计使用年限。耐久性措施主要有确定混凝土保护层厚度、限制裂缝宽度、限制混凝土中不利成分、钢筋防锈措施、使用阶段的维护和检测。（见表1）

2.2极限状态

整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态为该功能的极限状态。目前极限状态分为两类：（1）与结构安全直接相关，称为承载能力极限状态；（2）与结构适用和耐久相关，称为正常使用极限状态。

3建筑结构设计中存在的问题与措施

3.1框架柱剪力调整

其受力需要为框剪结构在小震作用下弹性计算变形协调所得的框架柱剪力较小，大震作用下，剪力墙、筒体及连梁出现裂缝后刚度退化框架柱剪力将大大增加抗震需要，提高结构二道防线的抗震能力。剪力调整计算原则：

框架层总剪力：

第i层框架剪力调整系数：

第i层j框架柱剪力弯矩调整：

相连第i层j框架梁梁端剪力弯矩调整：

其主要问题是是否需满足节点力系平衡，调整相连框架梁梁端剪力、弯矩。框架柱偏压、轴压比控制、配筋一般由构造控制。使用柱承载能力未能使剪力调整得到有效提高。框架梁纯弯、梁端弯矩调整、配筋成比例调整增大，梁承载能力使剪力调整得到明显提高。实际结构承载能力向强梁弱柱方向发展，不利于整体结构强柱弱梁延性抗震。所以在小震作用下柱剪力调整十分必要的；不必拘泥于地震作用下框架节点力系平衡；不必调整相连框架梁梁端弯矩、剪力。

3.2框架柱轴压比控制

抗震受力延性需要，避免大震作用下框架柱压屈脆性破坏。现行规范框架柱轴压比控制计算原则为控制框架柱小震作用组合下轴向压应力水平。在地震作用下中柱所受轴力较小，边柱、角柱所受轴力较大，尤其角柱迭加斜向扭转作用所受轴力最大。框架中、边、角柱轴压比控制宜参照1984年高层建筑结构学组《高层建筑结构设计建议》区别对待适当调整。中柱适当放松，边柱不变，角柱适当从严。

3.3框支框架倾覆弯矩控制

现行规范规定框剪结构，控制框架结构承受倾覆弯矩≤50%整体结构倾覆弯矩。现行规范尚未提及框支框架结构承受倾覆弯矩的控制。对带转换层高层建筑结构增加地震作用下框支柱轴力水平量化控制，控制框支框架结构承受倾覆弯矩≤50%整体结构倾覆弯矩。有利于落地墙、筒体加强，有利于减轻框支柱受力，提高结构抗震、抗倒塌能力。

3.4建筑结构上的作用力及估算

直接施加于结构，使其产生内力效应的称为荷载。由于某种原因使结构产生约束变形，从而产生内力效应的原因称为作用。作用力分为三种：永久作用力、可变作用力、偶然作用力。

（1）重力荷载的估算

弄清总结构体系中竖向荷载的传力途径。估算竖向受力构件的受力面积。由竖向受力构件的受力面积乘单位面积竖向荷载平均值（经验数值）得到构件的轴向力。

（2）水平地震作用的估算

FEK=a1GeqFI=（GIHI/∑GJHJ）FEK

式中：Geq－结构等效总重力荷载，多质点可取总重力荷载代表值的85%。

a1－相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值。

3.5结构的承载力和承载力设计

结构设计的三个基本要求：结构应能承受正常使用、正常施工时可能出现的荷载或内力，不至因承载力不足而破坏（含失稳破坏）。结构应能承受正常使用、正常施工时可能出现的荷载，不至因抗倾覆能力不足而倾倒。结构在正常使用时有良好的工作性能，不至产生使用所不允许的过大变形、过宽裂缝等。

（1）构件截面承载力R

截面承载力－受拉、受压、受弯、受剪及受扭的抵抗破坏的能力。R与材料性能和构件截面尺寸的关系。

a.脆性材料

轴心受拉：R=NK=FKA

轴心受压：R=NK=FFKA

受弯截面：R=Mk=FK（I/y）

剪切截面：R=VH=FK（BI/S）

受扭截面：R=MTH=FKWT

b.理想塑性材料

轴心受拉：R=NK=FKA

轴心受压：R=NK=FFKA

受弯截面：R=Mk=FKU

剪切截面：R=VH=FKA

受扭截面：R=MTH=FKWPT

c.复合材料（钢筋混凝土）

轴心受压：R=NK=f（FCKAC+FYHAS）

（2）结构承载力

a.静定结构的承载力

静定结构的承载力由结构构件截面承载力决定。

b.超静定结构的承载力

静定结构的承载力由结构构件截面承载力、超静定次数、结构材料的塑性性能等决定。其承载力大于相同截面材料组成的静定结构的承载力。产生的原因有：超静定结构有多余联系，使得结构内力分布较均匀，故可提高承载力。超静定结构的破坏不是某一截面达到其极限承载力，而是一个从超静定到静定进而到几何可变体系的过程。这一过程中结构所承受的荷载不断增加，因而提高了结构承载力。需要注意的问题是：必须采用塑性材料做成超静定结构；超静定结构提高承载力的幅度是有限制的；超静定结构施工较为复杂。

3.6地基基础设计

地基基础设计控制的要素有控制长期重力荷载作用下地基基础的变形及其差异变形，满足重力荷载水平荷载组合作用下地基基础承载能力要求。产生的效果有强化中央区、弱化边缘区、减小重力荷载作用下地基基础最大沉降及盘式差异、沉降斜率、改善结构工作性能、提高结构安全度、更加的经济合理。

4结语

在建筑结构设计中要充分考虑到建筑与结构的关系，认识到结构设计的重要性，对于产生的问题要及时进行解决，为建筑设计创造良好的条件，建设出满意的建筑。

参考文献：

[1]王一民，赵启龙．建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J]．科技致富向导，2012（03）

[2]侯宁．高层建筑结构方案中的概念设计[J]．科技致富向导，2009（06）