摘 要:住宅直接关系到人们的基本生活保证,住宅建筑物的质量关系到人们的生命安全。住宅建筑物的设计工作繁重并且责任重大。建筑物的设计主要由以下几个部分组成:建筑设计、结构设计、给排水设计等。每个步骤都必须能满足功能、美观、经济和环保的要求。建筑结构设计是其中一项非常重要的内容。结构设计主要包括方案设计、结构分析、结构件的设计以及施工图出图几个步骤。本文针对在进行建筑结构设计中几个关键的问题进行了分析,方案设计时要注重概念设计分析,进行结构构件分析时必须保证对规范的正确理解,并在进行结构设计分析时存在的问题引起注意。
关键词:住宅建筑;结构设计;关键要素;
1 重视概念设计在建筑结构设计中的作用
概念设计,即工程设计人员根据工程的规律及经验,不采用任何数值方法所得到的对对象的概念把握。特别是在一些复杂的很难进行力学分析的问题中,设计师根据各种力学关系、破坏机理、各种试验特征以及自己的工程经验得到的设计思想,以能够从整体上把握建筑物的总体结构方案。
1.1 概念设计的重要性
美国的一些专家就曾经指出人们因为使用计算机而进行结构设计而导致的结构的破坏是不可避免的。由于各种结构设计软件的不同,有可能造成由于软件的使用不当造成建筑物的结构设计发生问题。这个在实际当中是很常见的。例如,很多设计者采用高层三维程序分析建筑底层框架、布置抗震强且满足不了刚度比,也不能反映地震时的受力。出现这样那样的问题都是由于设计者在设计初期未能有效的进行结构的概念设计。概念设计能够迅速而有效的进行结构体系的比较与选择。概念设计方案定性正确,能够避免后期中一些繁琐运算,有效节约时间和成本。正确的设计原则及设计水平的提高都有懒于概念设计运用。在实际中发现问题时,可以运用概念设计的方法检查问题的症结,直接明了,这样比电算方法更容易判断产生问题的缘由。
1.2 概念设计要点
(1) 结构方案选择
概念设计的目的在于所选的结构设计方案经济合理。因此,概念设计中必须选择可行的结构体系和形式。应能够做到建筑结构的总体方案、抗震及应力等等。同一结构单元不宜混用不同结构体系,力求平面和竖向规则。
(2) 计算简图的确定
结构发生安全事故往往是由于计算简图的不正确导致的。计算简图对于保证结构的安全是非常重要的。设计师要根据实际要求合理选择计算简图。保证相应的构造措施。
(3) 计算结果的分析
结构设计中不同的计算软件所得到的计算结果往往不相同。因此,设计师要对计算软件程序有着全面和深刻的了解。由于软件的缺陷都会产生计算结果错误。因此,设计师要根据自己的工程经验和理论专业知识,对计算结果进行认真比对分析,输入正确合理的计算参数,认真校核分析。
2 准确理解建筑结构设计规范
建筑结构设计规范每隔几年,都会根据当前社会和经济发展以及一些特殊的情况,对前版作出改进。《建筑结构可靠度设计统一标准》于2001年推出新版,该规范提出了建筑设计中新的概念和方法,与前版1989年版本有着较大的差别。很多设计师对规范可能有不同的理解,因此,在设计中难免会产生分歧。如此便有可能导致对建筑结构方案产生影响。因此要求在进行建筑结构设计时,设计人员应当准确地把握规范中的涵义,深刻理解建筑设计规范。
2.1 抗震等级与安全类别
《建筑抗震设防分类标准》中规定了抗震类别,其主要依据地震时建筑物产生的破坏和由此带来的对社会生产的影响程度,抗震类别分为4个级别:
2.2 设计使用年限与设计基准期问题
《建筑结构可靠度设计统一标准》中定义了设计使用年限,即指建筑结构物不用进行任何大型的修补而可以正常满足其使用功能所存在的时间。设计使用年限根据建筑结构物的重要程度以及建筑物结构件修补或替换的难以程度可以分为4个类别:5年、25年、50年和100年。但设计基准期是为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。规范中规定我国主要的建筑结构物设计基准期均为50年。因此,当结构设计使用年限与结构的设计基准期相同时,可以不予以提高结构物的强度及构造措施。但是当结构设计使用年限不是50年时,结构件的强度及构造措施需要做相应的改变。
2.3 基础的设计等级与结构的安全等级
基础的设计安全等级应根据国家的相关规定划分。《建筑地基基础设计规范》中,根据建筑物的功能和地基的复杂程度等等将地基基础分成了3个设计等级:
3 工程师进行结构构件分析时需要注意的问题
3.1 结构计算时应注意的问题
(1) 合理正确确定载荷的计算
建筑结构在施工时和交付使用时承受各种载荷作用。有直接施加在结构物的载荷,如设备载荷、风载、自重。也有由于外界条件的变化引起的载荷,如温度、地震引起地面运动,施工引起的地基沉降等。
在进行结构计算时,需要根据不同的设计要求及设计环境选用不同的载荷类型及数值。例如,以下几种情况可以不必进行地基的抗震能力计算:地基受力范围没有软弱黏性土层;楼层小于8层且楼层高度小于25m的民用框架结构房屋等。但是在钢筋混泥土框架房屋需考虑风载对结构稳定及强度的影响。
(2) 底框砌体结构验算问题
地层框架混合结构具有薄弱层时,应当考虑塑性变形的影响,此时底层剪力系数应当增大1.2~1.5倍。底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%~30%,应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
(3) 关于结构周期折减系数的确定
对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取0.6~0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取0.9。只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减。
3.2 构造设计应注意的问题
1) 地基基础设计中的常见问题
首先,高层建筑的地基基础埋深深度达不到,其埋深深度小于相应技术规范中关于基础埋深的规定。其次,地基桩施工不可靠及未能考虑周围建筑环境对建筑的影响。再次,桩间距不能满足规范中对桩距的规定。另外,桩身钢筋笼长度不足。
2) 框架结构中往往忽视纵向框架的设计
在现行的规范中要求纵向框架与横向框架的设计重要性应当同等对待。某些设计师在进行非抗震设计时,按普通的连续梁来进行纵向框架的设计,且纵筋和箍筋的配置不符合构造要求。由于没有考虑到地震的纵向作用,实际设计中便可能出现梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配置均不足的现象。
4 结论
总之,建筑结构设计工作需要系统和全面的统筹。在进行建筑结构设计时,要充分重视概念设计的重要性,并应用在工程结构设计中。进行结构设计前要充分理解规范中相关的概念。在进行结构设计时会存在很多问题,需要工程师的经验和丰富的理论知识以及认真的工作态度。
参考文献
[1] 高立人, 王跃. 结构设计的新思路-概念设计[J]. 工业建筑,1999,29(1):20-21,25
[2] 建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068―2001).北京:中国建筑工业出版社,2001