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1、 结构设计在建筑工程中的应用 房屋建筑混凝土结构设计摘要：新世纪的来临，对建筑工程的考验越来越大。 高层建筑，超高层建筑一座座拔地而起。 因此作为一名结构设计师， 责任是深远而重大的。文章主要围绕结构设计的原则性和结构设计的特点， 并根据平时的一些工作经验来进行探讨。关键词：结构设计；设计原则；设计特点；注意问题一 建筑的结构设计原则1.1选用合理的计算简图：结构计算是在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择合理的计算简图是保证结构安全的重要条件。计算简图还应有相应的构造措施来保证。 实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设
2、计允许范围之内。1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布， 相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案， 设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。 基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。1.3合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷。同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总而言之，必须对工程的设
3、计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析， 并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。1.4正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。因此设计师应对程序的适用范围、 条件等进行全面了解。 在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果， 因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。1.5采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压若拉原则”，注
4、意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度， 尤其是钢筋的执行段锚固长度； 考虑温度应力的影响力。二 高层建筑结构设计的特点2.1轴向变形不容忽视：高层建筑中，竖向载荷很大，能在柱中引起较大的轴向变形， 对连续梁弯矩产生影响， 造成连续梁中间支座处的负弯矩减小， 跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大； 此外还会对预测构件的下料长度产生影响， 要求根据轴向变形计算值， 对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响， 与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。2.2结构延性是重要设计指标：相对于低层建筑而言，高层建筑的结构更柔和一些， 在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进
5、入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力， 消耗地震能量，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施， 来保证结构具有足够的延性。2.3水平荷载成为决定因素：一方面，因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比； 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说， 竖向荷载大体上是定值， 而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。三 对建筑进行结构设计时应特别注意的问题3.1 关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题。一是阳角面积在整个基础底面积中所
6、占比例极小 , 可砍成直角或斜角 ; 二是如果底板钢筋双向双排 , 且在悬挑部分不变 , 阳角不必加辐射筋。3.2 关于箱、筏基础底板的挑板问题。 从结构角度来讲 , 如果能出挑板 , 能调匀边跨底板钢筋 , 特别是当底板钢筋通长布置时 , 不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋 , 较为节约 ; 出挑板后 , 能降低基底附加应力 , 当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时 , 加挑板就可能采用天然地基 ; 能降低整体沉降 , 当荷载偏心时 , 在特定部位设挑板 , 还可调整沉降差和整体倾斜 ; 窗井部位可以认为是挑板上砌墙, 不宜再出长挑板。 虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。 当然
7、, 此问题也并不是绝对的 , 当有数层地下室 , 窗井横隔墙较密 , 且横隔墙能与内部墙体连通时 , 可灵活考虑 ; 当地下水位较高 , 出基础挑板 , 有利于解决抗浮问题 ; 从建筑角度讲 , 取消挑板 , 可方便柔性防水做法。3.3 关于梁、板的计算跨度。一般的手册或教科书上所讲的计算跨度 , 如净跨的 1.1 倍等 , 这些规定和概念仅适用于常规的结构设计, 而在应用的宽扁梁中却是不适用的。梁板结构 , 简单点讲 , 可认为是在梁的中心线上有一刚性支座 , 取消梁的概念 , 将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中 , 梁高比板厚大不了多少时 , 应将计算长度取至梁中心 , 选梁中心处的
8、弯矩和梁厚 , 及梁边弯矩和板厚配筋 , 取二者大值配筋。( 借用台阶式独立基础变截面处的概念 ) 柱子也可认为是超大截面梁 , 所以梁配筋时应取柱边弯矩。 削峰是正常的 , 不削峰才时有问题的。3.4基坑开挖时 , 摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束, 不反弹, 坑中心的地基土反弹 , 回弹以弹性为主 , 回弹部分被人工清除。当基础较小 , 坑底受到很大约束 , 回弹可以忽略 , 在计算沉降时 , 应按基底附加应力计算。当基坑很大时 , 相对受到较小约束 , 如箱基 , 计算沉降时应按基底压力计算 , 被坑边土约束的部分可以作为安全储备 , 这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。3.5关于回
9、弹再压缩。基坑开挖时 , 摩擦角范围内坑边的基底土受到约束 , 不反弹 , 坑中心的地基土反弹 , 回弹以弹性为主 , 回弹部分被人工清除。当基础较小 , 坑底受到很大约束 , 如独立基础 , 回弹可以忽略 , 在计算沉降时 , 应按基底附加应力计算。当基坑很大时 , 相对受到较小约束 , 如箱基 , 计算沉降时应按基底压力计算 , 被坑边土约束的部分当作安全储备 , 这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。3.6 主梁有次梁处加附加筋。 一般应优先加箍筋 , 附加箍筋可认为是 : 主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺 , 在次梁两侧补上 , 像板上洞口附加筋。 附加筋一般要有 , 但也不
10、是绝对的。 规范中说的比较清楚 , 位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载 , 应全部由附加横向钢筋承担。也就是说 , 位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。 位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。 当主次梁截面相差不大 , 次梁荷载较大时 , 应加附加筋。当主梁高度很高 , 次梁截面很小、荷载很小时 , 如快接近板上附加暗梁 , 主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大 , 如工艺要求形成的主次深梁 , 而荷载相对不大 , 主梁也可不加附加筋。总的原则 , 当主梁上次梁开裂后 , 从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加
11、箍筋能承受次梁产生的剪力时 , 主梁可不加附加筋。 梁上集中力 , 产生的剪力在整个梁范围内是一样 , 所以抗剪满足 , 集中力处自然满足。 主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时 , 也可满足。3.7 通常情况 , 悬挑梁宜做成等截面 , 尤其出挑长度较短时。与挑板不同 , 挑梁的自重占总荷载的比例很小 , 作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋 , 每个都不一样 , 加大施工难度。 变截面梁的挠度也大于等截面梁。当然 , 外露的大挑梁 , 可适当变截面 , 使感官效果更好些。四 结束语结构设计的好坏对建筑物具有十分重大意义。在实际工程中，结构工程师不能只仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应根据具体情况进行具体分析， 用掌握的知识处理工程中遇到了各种问题。_：1 范小平，高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析J 福建建材， xx2 熊煜 , 建筑结构设计中若干问题分析 J. 山西建筑,xx(25).3赵西安现代高层建筑结构设计M 北京：科学出版社，xx.内容仅供参考
