摘要:建筑结构设计是个系统的,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。作为设计人员,要掌握结构设计的过程,保证设计结构的安全,还要善于总结工作中的经验。
关键词:房屋建筑结构 结构设计 常见问题


结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最合适的方式传递至基础。
1.建筑结构设计管理的理念
  质量是产品的生命,没有好的质量,产品就没有市场,只有高质量的产品,在市场上才有竞争力,建筑设计也是同样如此。只有在建筑设计质量的优化管理上做文章,才能产出高质量的建筑设计成品。建筑设计,在某种意义上讲可等同于建筑产品,它是艺术创作与科学技术的结合体。它不能用工业化、工厂化、程序化的过程进行生产,对于不同使用功能、性质的建筑从内容到外表形态是不同的。
  建筑设计质量的优劣,确切地说是一个目标范围的界定,建筑规范、规程和标准是建筑设计合格的下限。建筑设计精品是在设计运行过程中优化取舍,完善完美。因此,设计质量的优化管理是十分值得重视的。
建筑设计质量的优化管理,就在于强化、强调了设计的“全过程管理”,这是动态管理。它也打破了过去静止的简单化的“结果管理”淘汰制。从而避免浪费时间和造成直接经济损失。建筑设计运行过程要自始至终,由部分到整体、由管理点到强化点,由方案到施工图,这些工作都要进行细化、优化和筛选。它是积极主动、极具挑战性的动态管理。
2.结构计算与分析
2.1结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWETATTBSAETABSSAP等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以,在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时间和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2.2是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及,只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下建筑结构计算自振周期折减系数。
2..3振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念,理措施进行设计。并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
2.4多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算。一段时间以来,大底盘,多塔楼的建筑类型大量涌现,而在计算分析该类型建筑时,是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算,还是将结构人为地分开进行计算,是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大,就有可能出现即使振型参与系数满足要求,但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大,从而便结构出现不安全的隐患。
2.5非结构构件的计算与设计。在建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处风荷载及多遇地震作用下的结构反应计算是结构设计中的重要内容,结构在风荷载及多遇地震作用下结构最大点位移和最大的层间位移角,可见在风荷载和地震作用下的层间位移角度均小于规范限值。
3.建筑结构设计措施
  3.1建筑地基设计
  对建筑来说,在抗震设计中,房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是地基基础整个工程造价的决定性因素,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂地基基础设计规范无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定,因此,作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
  3.2建筑不规则性设计
  当结构的位移比和周期比超规范规定时,说明结构的抗扭刚度相对结构的抗侧刚度偏小,结构的扭转效应较大。在结构抗侧刚度较大,结构的层间位移满足要求的情况下,可减小结构的抗侧刚度,对楼层中部结构做减法,可取消、减短、减薄剪力墙,减小连梁高度等。当结构的抗侧刚度较小,侧移较大时,可对楼层周边结构做加法,可增大周边构件的刚度。对带裙房高层建筑,带裙房部分楼层的位移比和周期比往往超规范规定。由于裙房高度不高,裙房楼层的绝对侧移值很小,因此可不按高层建筑的侧移控制条件来要求裙房,即位移比可适当放宽。对某些建筑,因功能需要,下部几层为大空间,上部为办公或客房,隔墙较多,上下层刚度差别较大,此时刚度变化处的下一层宜指定为薄弱层,进行内力放大调整。
  3.3建筑剪力墙结构设计
  剪力墙结构是特定的将剪力墙和框架两种结构相互组合,进而形成一种新的体系。那么建筑的竖向荷载是由剪力墙和框架共同进行承担的,但是其水平的作用则主要就是由拥有较大的抗侧刚度的剪力墙来进行承担。这样的结构设计不仅仅具有剪力墙较强的抗震能力和较大的刚度,同时还具有框架结构的使用方便和布置灵活的特点,因此能够被广泛的应用在高层的旅馆建筑和办公建筑当中。而高层建筑的水平力也主要是由剪力墙和框架共同进行承担,正是因为剪力墙和框架的共同协同工作,其内力分布和受力状况都得到了较好的改善。
  3.4建筑突出升高结构设计
  在建筑中由于存在用水(生活用及消防用)及设置电梯的客观要求,因此,位于高层建筑屋顶上的突出升高部分是难以避免的。对该部分由于有地震中的高振型影响,所受地震力相对较大,因此,设计中应设法减轻该部非承重结构部分的重量。同时将该部分的平面位置设置于接近抗侧力结构的刚度中心处,对于结构抗震将是相当有利的。正常规情况下,屋顶突出升高部分的设备重量有电梯机房与水箱两部分。由于消防对水压头的要求,水箱常是设置在突出升高部分的中间高度处的楼板上,一般建筑中该水箱的重量是比较大的,可达40-60吨,最大为100吨以上。因而由其产生的地震力将是相当大的。为减少此项影响,采用悬吊水箱的做法将是有效的。考虑到高振型的周期极短,同时吊索不能承担剪力,而当吊点的水平位移与吊索的长度相比又为极小时,则对悬吊水箱的全重所产生的地震力甚至是可以略计的。悬吊水箱的自振周期是较长的。常可做到3~4秒以上,此值与结构主体的第一振型自振周期以及地面的卓越周期相比都是相差较大的,与结构高振型的振动周期比将相差更大,因此是不会产生合拍共振的现象。值得注意的一点是。当采用悬吊水箱时,吊杆上下宜做成铰接。同时对进水管、出水管及溢流管与水箱的接头须采用柔性软接头处理。
4.结语
结构设计是个系统、全面、严谨的工作。作为结构设计人员,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。加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究,以不断提高自身的结构设计水平,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.颜兴强,《浅谈建筑结构设计方法》[J].沿海企业与科技,2009(5)
2.侯力更主编.砌体结构设计[M].中国计划出版社.2006.8.
   3.张吉人.建筑结构设计施工质量控制[M].中国建筑工业出版社.2006.9.