建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

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1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及特點(diǎn)

在目前的建筑設(shè)計(jì)，尤其是高層建筑設(shè)計(jì)中，建筑的水平荷載往往在許多影響因素中占據(jù)關(guān)鍵位置。樓房自身重量和建筑所受荷載在軸向受力構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，與建筑高度的一次方成正比，而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，以及在軸向構(gòu)件中引起的壓力，是與建筑高度的平方成正比。對(duì)高度已經(jīng)確定的建筑來說，結(jié)構(gòu)軸向荷載的大小一般很難發(fā)生變化，而水平方向上風(fēng)力荷載和地震作用的力的大小往往會(huì)隨高層建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性不同而變化。由此可見，水平荷載對(duì)建筑物的影響必然成為首要考慮的問題。同時(shí)，建筑的軸向變形也是一個(gè)需要注意的問題。在高層建筑中，軸向力往往很大，能夠給建筑軸向支撐引起較大的軸向變形，從而對(duì)建筑內(nèi)部連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大，連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小。在考慮軸向變形時(shí)，不能簡(jiǎn)單的按一次加載考慮，否則會(huì)出現(xiàn)一些不合理的計(jì)算結(jié)果，還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，還能對(duì)構(gòu)件側(cè)移產(chǎn)生作用，在考慮構(gòu)件豎向變形時(shí)，會(huì)得出質(zhì)量安全出現(xiàn)問題的結(jié)果。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，側(cè)移也是一個(gè)重要的控制指標(biāo)。

2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素

2.1結(jié)構(gòu)選型

建筑物的結(jié)構(gòu)選型，要求建筑物具有足夠的承載力，可承擔(dān)自身重力及輔助建筑重力。而且要具有足夠抵抗水平荷載的強(qiáng)度，使建筑在水平力作用下所產(chǎn)生的側(cè)向位移限制在安全的距離內(nèi)。基于上述原則，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的功能適應(yīng)性、受力合理性、抗災(zāi)減災(zāi)能力、經(jīng)濟(jì)性、施工方便等因素。建筑的功能適應(yīng)性包括使用空間、使用功能等要求，在建筑選型時(shí)應(yīng)首要考慮。選取不同的結(jié)構(gòu)型式，建筑物所能獲得的使用空間大小和高度均不同。各種建筑結(jié)構(gòu)體系有截然不同的受力特征，在抗風(fēng)抗震等各方面各不相同，結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)認(rèn)真考慮建筑結(jié)構(gòu)受力合理性。

2.2軸向變形

在低層建筑結(jié)構(gòu)分析中，通常只考慮建筑所受彎矩，因?yàn)檩S力對(duì)建筑安全影響很小。但對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，情況卻截然相反。由于高層建筑高度大，因此軸力值很大，再加上因高度增長而帶來的軸向變形高度增長，軸向變形會(huì)使高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力大小與分布改變。當(dāng)建筑很高時(shí)，軸向變形將會(huì)達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使其負(fù)彎矩值減小，還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長度進(jìn)行調(diào)整。另外，軸向變形對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移也會(huì)產(chǎn)生一定影響。在考慮軸向變形影響時(shí)，要考慮施工過程中，豎向荷載是分層施加的，不能簡(jiǎn)單地按一次加載考慮，否則就會(huì)出現(xiàn)一些不合理的計(jì)算結(jié)果。

2.3結(jié)構(gòu)延性

結(jié)構(gòu)延性是建筑設(shè)計(jì)需要的考慮的因素之一。我國是地震多發(fā)國家之一，提高房屋抗震性能，保證人民群眾財(cái)產(chǎn)安全是建筑設(shè)計(jì)最重要的課題。高層建筑相對(duì)低層建筑而言，在遇到地震時(shí)，震動(dòng)作用下的建筑結(jié)構(gòu)變形會(huì)更大。增大建筑結(jié)構(gòu)延性，可做好防震設(shè)計(jì)，避免建筑倒塌，可使建筑在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，給人員撤離留下充足時(shí)間。建筑中的延性是指指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能。對(duì)當(dāng)代建筑中常用的混凝土受彎構(gòu)件來說，隨著荷載增加，受拉區(qū)混凝土首先出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性變形。然后受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)長度減小，受壓區(qū)混凝土壓碎，構(gòu)件最終破壞。延性結(jié)構(gòu)有很大變形能力，又有較大的強(qiáng)度，發(fā)生地震時(shí)，延性結(jié)構(gòu)可以吸收較多能量，從而極大地減小了結(jié)構(gòu)倒塌率，保證建筑安全。

2.4水平荷載與側(cè)移

水平荷載的決定因素是不容忽視的，在現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，雖然重力等軸向荷載起決定作用，但在高層建筑中起控制作用的其實(shí)是水平荷載。原理等同于杠桿作用，隨樓層高度增加，水平荷載引起的彎矩增加迅速。因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，水平荷載必須進(jìn)行周密分析與計(jì)算。同樣，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)側(cè)移的大小直接關(guān)系到建筑是否可以使用，所以結(jié)構(gòu)側(cè)移在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中位置相當(dāng)重要。隨著建筑高度的增加，同等大小的水平荷載會(huì)使結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形倍增。高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求具有足夠的抗側(cè)移能力，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一距離之內(nèi)，保證良好的居住和工作條件。過大的側(cè)向變形會(huì)造成極大的安全隱患與財(cái)產(chǎn)損失，所以要將側(cè)移控制在安全的范圍內(nèi)。

3結(jié)語

生命財(cái)產(chǎn)安全高于一切，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，必須綜合考慮各種影響因素與條件，采取合理的措施來減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)的問題，保證施工的準(zhǔn)確性，提高建筑安全。

作者：李迪單位：黑龍江佳木斯市建筑設(shè)計(jì)研究院