论建筑结构布置设计要点

论建筑结构布置设计要点

张超群

身份证：22012219861020431X

摘要：建筑结构设计对于建筑工程有着重要的作用，其不仅关系着建筑物的使用性能，还关系着工程施工的具体方案，影响了工程的经济效益。而设计人员要必须重视每个基本构件，根据建筑工程的实际需要展开设计工作，本文在此从房屋体形、结构布置和基础设计三个大方面对结构设计的详细要点做了简要的分析。

关键词：结构；体形；房屋基础

一、房屋体形

1、建筑平面形状

（1）抗风设计

①对称平面高层建筑的高度越大，所受到的风荷载也越大，为了控制结构侧移和风振加速度建筑平面应该尽量采用方形、矩形、圆形正六边形、正八边形和椭圆形等双轴对称的平面形状。楼层平面形状不对称，高层建筑在风荷载作用下就会发生扭转振动，为使大风作用下，高层建筑的摇晃不致住者感到不适，就必须控制结构的顺风向振动加速度和横风向振动加速度。

②流线型平面合理地选择楼层平面形状，能够显著降低风对高层建筑的作用，取得较好的经济效果。高层建筑采用圆形、椭圆形等流线型平面，与采用矩形平面相比较，风载体型系数约可减小30%以上。

③带切角的矩形平面正六边形、正八边形、Y形和十字形平面的风载体型系数，也都比矩形平面要小。不过，在实际工程中，高层建筑还是以采用矩形平面居多，从减小风载体型系数的角度出发，对矩形平面进行切角处理，也能取得一定的效果。

（2）抗震设计

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：a）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。b）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。c）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。

2、房屋高度

（1）房屋总高度

实践经验表明，不同的结构类型，不同的结构体系，各有其适用的最大高度。框架体系的抗侧力刚度和承载力较小，符合经济合理原则的房屋最大适用高度就较低。框-撑、框-墙和筒体等结构体系，抗侧力刚度和承载力逐级增大，它们所适用的最大房屋高度也就逐级增高。所以，钢结构所适用的最大房屋高度要比混凝土-钢混合结构更高一些。

（2）房屋高宽比

房屋高宽比是指房屋总高度与房屋底部顺风（地震）向宽度的比值。它的数值的大小直接影响到结构的抗推刚度、风振加速度和抗倾覆能力。一般来说，房屋的高宽比越大，则结构越柔，风或地震作用下的侧移、阵风引起的振动加速度就越大，结构的抗倾覆能力越低。所以，进行高层建筑钢结构的抗风和抗震设计时应该控制房屋的高宽比。既然房屋的高宽比值决定着结构的抗推刚度和抗倾覆承载力。因此，房屋高宽比的允许最大值，应该随水平荷载的大小而异.

二、结构布置

1、抗侧力构件的平面布置

钢或钢筋混凝土结构高层建筑的动力特性取决于各抗侧力构件的平面布置状况。为使各构件受力均匀，获得抵抗水平荷载的最大承载力，抗侧力构件沿平面纵横方向的布置，应符合下列基本原则：抗侧力构件的布置应务求各楼层抗推刚度中心与楼层水平剪力的合力中心重合，以减少结构的扭转振动效应；框筒、墙筒、支撑筒等抗推刚度较大的芯筒，在平面上应居中或对称布置；具有较大受剪承载力的预制钢筋混凝土墙板，应尽可能由楼层平面中心部位移至楼层平面周边，以提高整个结构的抗倾覆和抗扭转能力；建筑的开间、进深应尽量统一，以减少构件规格，便利制作和安装；

平面不规则结构，考虑抗震设防的钢或钢筋混凝土结构高层建筑，在结构平面布置上具有下列情况之一者，则属于平面不规则结构；结构平面形状带有缺口，缺口在两个方向的凹进深度和长度，分别超过楼层平面各该方向边长的25%楼盖不连续或存在水平刚度突变，或者开洞面积超过该楼层总面积的50%；抗侧力构件出现垂直于所在平面方向的错位。具有较在抗推刚度的抗侧力构件，既不平行又不对称结构体系的两个相互垂直的主轴。

2、抗侧力构件的竖向布置

对于地震区的高层建筑，抗侧力构件沿高度方向的布置，应符合下列原则：各抗侧力构件所负担的楼层质量沿高度方向无剧烈变化；沿高度方向，各抗侧力构件是连续的，并位于同一竖直线上；由上而下，各抗侧力构件的抗推刚度和承载力逐渐加大，并与各构件所负担的水平剪力，弯矩和轴力成比例地增大。地下室通常又都采用钢筋混凝土剪力墙体系或框-墙体系，楼层抗推刚度极大，而地面以上部分所采用钢结构，楼层抗推刚度要小得多，以致从地下到地上，楼层刚度发生突变，从而使楼房的底层或底部几层形成相对柔弱楼层，很不利于抗震。解决的办法可以是，将与刚性地下室相衔接的底层或底部两三层改用型钢混凝土结构（SRC结构），地下室与上部钢结构之间形成一个具有较大抗推刚度的过渡层，以减缓楼层刚度的变化幅度，综合小相对柔弱楼层塑性变形集中效应，改善整个结构的耐震性能，提高结构的抗震可靠度。

三、基础设计

1.房屋基础和上部结构设计基本要求

房屋基础结构和上部结构是房屋结构设计的主要内容。结构设计方法采用概率极限状态的设计理论。房屋上部结构是在满足结构自身重力恒载、人、家具、设备等荷载的竖向静力作用和风压力、地震力的水平荷载的动力作用下，结构应有的强度、刚度、稳定性问题。房屋静载作用一般由上向下传递，地震作用则是通过基础传给上部结构。为适应上部的机构和下部的地基条件，基础结构建筑物地下的部分对建筑整天具有十分重要的影响。

由于建筑层数多，上部结构荷载很大，使其基础具有埋置深度大、材料用量多、施工周期长、工程造价高等特点。为此，建筑设计时应满足要求概括起来有如下几个方面：

（1）地下结构满足建筑防水的要求；

（2）满足天然地基或复合地基承载力及桩基承载力的要求；

（3）基础的总沉降量和差异沉降量应满足规范规定的允许值；

（4）应综合考虑经济效益，不仅考虑基础本身的用料和造价，还应考虑土方、降水、施工条件和工期等因素。

2、地基条件对基础受力状况的影响

基础受力状况还取决于地基土的压缩性及其分布的均匀性。当地基土不可压缩时，基础结构不仅不产生整体弯曲，局部弯曲亦很小；上部结构也不会因不均匀沉降产生次应力。实践中最常遇到的情况却是地基土有一定的可压缩性，且分布不均，这样，基础弯矩分布就截然不同。基础与地基界面处往往显示出摩擦特征。由于土的强度有限，形成的摩擦力也有限，不会超过土的抗剪强度。孔隙水压力的变化，可能改变压缩过程中摩擦力的大小与分布。

3、上部结构与基础和地基共同作用的概念及分析方法

上部结构与地基和基础三者是彼此不可分离的整体，每一部分的工作性状都是三者共同作用的结果。共同作用分析，就是把上部结构、基础和地基看成是一个彼此协调工作的整体，在连接点和接触点上满足变形协调的条件下求解整个系统的变形与内力。在共同作用分析中，上部结构和基础通常是由梁、板组成，因此可以采用有限单元法、有限条法、有限差分法或解析方法建立上部结构和基础的刚度矩阵，并利用变形协调条件与地基的刚度矩阵耦合起来。地基首先需确定采用何种地基模型：线弹性地基模型，非线弹性地基模型还是弹塑地基模型。然后建立地基的刚度矩阵。

参考文献：

[1]宋金兰.浅谈高层建筑结构设计问题[J].中国新技术新产品，2012（10）

[2]张瀚.关于高层建筑结构设计问题探讨[J].中国新技术新产品，2012（23）

[3]王续晶.高层建筑结构设计问题探讨[J].价值工程，2011（9）