关于建筑结构设计的探讨

崔茜景维吉

摘要:建筑结构设计工程已经在我国设计行业发挥着越来越重要的作用，建筑结构设计工程的建设对解决我国的资源不足、人均居住面积小且分布不均等问题都起到了很好的作用。地球是我们人类赖以生存的人类家园，而土地、空间资源则是人生存的必要因素，如何合理有效的利用土地资源、维护人类生存的空间已成为当今世界所共同关注的问题。

关键字：建筑设计现实问题解决办法安全隐患

Abstract: The design of building structures projects plays an increasingly important role in the design industry in China, in the construction structure design of the building engineering resources to solve our country, the per capita living space is small and uneven distribution have played a good role.

Key words: architectural design; practical problems; solution; security risks

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：

我们要充分的对建筑设计的含义、发展历史了解，以便我们可以真正的把建筑设计的理念应用到生活中来。来为我们的生活带来益处。以下是我针对建筑结构设计的基本方法与在建筑结构设计中需要注意的问题进行探讨，希望对结构设计者在进行具体建筑设计中，给大家带来一些实质性的帮助。

一、建筑设计的含义

所谓建筑结构设计也就是建筑结构设计人员对所要施工的建筑的表达。建筑结构是指在建筑物（包括构筑物）中，由建筑材料做成用来承受各种荷载或者作用，以起骨架作用的空间受力体系。建筑结构因所用的建筑材料不同，可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构、轻型钢结构、木结构和组合结构等。

二、建筑设计的发展历史

随着我国社会经济的飞速发展，建筑业也得到了快速发展。

1.建筑结构设计主要分为三个阶段分别是，结构方案阶段、结构计算阶段与施工图设计阶段。

2.结构方案阶段的内容是：根据建筑的重要性，工程地质勘查报告，建筑所在地的抗震设防裂度，建筑的高度和楼层的层数以及建筑场地的类别来确定建筑的结构形式。在确定了结构的形式之后，就需要根据不同结构形式的要求和特点来布置结构的受力构件和承重体系。 在绘制建筑结构平面布置图前，需要说明一个问题，就是要不要输入结构软件进行建模的问题。

3.当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有两种：梁板式及折板式。大样详图的绘制可以在建筑详图的基础上直接绘制，前提是建筑详图的准确无误；也可以在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。

三、建筑设计主要内容

建筑结构设计概论、结构极限状态及作用、单层排架结构、框架结构、框架支撑结构、剪力墙结构、砌体结构以及常见基础结构的分析与设计方法。同时，对在我国日益广泛应用的新型结构形式，如短肢剪力墙结构、板柱结构等。

为了帮助大家了解建筑结构设计的计算机辅助方法，以下我将简要介绍了建筑结构施工图设计的平面表示方法和施工图设计的深度要求。希望可以为研究土木工程专业人士有所帮助，也可供建筑结构设计人员、建筑施工和工程监理人员参考。建筑结构设计就是建筑结构设计人员对所要施工的建筑的表达。

四、建筑设计具体实施的步骤/方法

1、建筑结构平面图 :在绘制建筑结构平面布置图前，需要说明一个问题，就是要不要输入结构软件进行建模的问题。当建筑工地处于抗震设防烈度为6度区时，根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算的，但应符合有关的抗震措施要求。对于砌体结构来讲，如果时间不是很充足，那么就应该可以不用再软件中建模，直接设计即可。但是要注意局部受压的问题，必要时进行人工复核。对于局部受压的防御措施[1]。如果时间不是很紧张，建议输入建模较好，有一个便利是可以利用软件来进行载荷导算。此外，当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时必须输入软件建模进行计算。

2、建筑屋顶（面）结构图 :当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有两种：梁板式及折板式。梁板式适用于建筑平面不规整、板跨度较大、屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面；反之，则适用折板式。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120mm 厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法，建议采用剖面示意图加大样详图的表示方法。

3、大样详图 :大样详图的绘制可以在建筑详图的基础上直接绘制，前提是建筑详图的准确无误；也可以在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。要注意的是在保持建筑外形的前提下尽量地使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。需要提醒的是建筑标高和结构标高的关系要搞清楚，该减的减，不该减的就不能减。

4、其次是楼梯 :楼梯梯板要注意挠度的控制，梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求，梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。阁楼层处的楼梯由于有分户墙的存在要设置抬墙梁。注意梁下的净空要求，并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题，必要时应设梯梁。

五、建筑设计的基础

基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。基础的配筋应满足最小配筋率的要求（施工图审查中心重点审查部位）。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用，应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度（因软件计算的是墙下的平均轴力）。基础图中的构造柱，当定位不明确时应给予准确定位。

六、建筑设计预防地震

1、首先让我们了解一些关于地震的一些常识。1、1震级，代表一次地震的大小，或者说释放能量的大小。因为地震中心距离的远近不同和震源深浅不同，震级的大小不能直接说明地震可能造成的破坏程度。1、2烈度，代表一次地震的破坏程度。通常6度以下的地震烈度不会造成大的破坏，7度以上则会造成破坏。设防烈度，代表一个建筑、一个城市、一个地区在一段时间内可能遭遇的概率比较大的地震烈度。重要建筑要提高设防烈度。2、关于建筑设计中的抗震设计。我们国家大部分城市是按照7度设防烈度进行建筑结构设计，对于医院、学校、电站、车站等重要公共建筑、生命线工程要提高1~2度设防。而此次地震估计震中烈度要超过10度，看电视画面估计绵阳、都江堰的烈度超过8度，因此大量建筑倒塌。我们国家抗震设计要求是大震不倒，中震可修，小震不损。下面就为大家具体的介绍抗震时建筑设计的具体措施2.1.定性设计，定性设计主要是指对于建筑抗震设计的总体要求，以及各种措施等。由于定性设计部分，一般是无法通过计算，而主要依靠结构概念和地震灾害的实践总结，因此个人认为它最能直接的体现人们对于结构抗震的认识，是最直接和有效的方式。因此，定性设计在某种程度上应该具有结构哲学意义，即归纳事实之后的演绎。

2.2.定量设计，记得曾经有人说过抗震设计是骗外行人的。这么说虽然有些过，但是也不无道理。

（1）首先，我们并未真正的认识地震的本质，连地震的真实状况都没搞清楚，之后的地震力实际上也是“假的”，因为我们设计所采用的“地震力”实际上是我们对于可能地震的预估，用于评价建筑物在此“预估侧向力”作用下的承载和变形能力。

（2）其次，一般的结构设计采用反应谱法和时程法，这两个方法对于目前的建筑抗震设计而言，存在一个致命的缺陷，就是地震的频谱特性是否正确预估了。

（3）举个例子：一般的建筑都带着几层的地下室，而规范的反应谱参数是从地面起算的，地震波从基岩传到结构基础的时候是没问题的，但是假如基础上面是原状土层的话，那么采用规范的场地类别和特征周期是合适的，可是实际上这里10-30米的土层已经被地下室所取代了，地震波通过地下室框架传到地面与通过原状土层传到地面不会是一样的。而特别采用地面频谱特性“选择”出来的地震波，就会大相径庭。因此，建立抗震定量设计一定要建立在实际情况中去

通过以上分析可见，在做结构设计的时候，应该特别重视结构抗震的定性设计，合理的定性设计，在某种程度上比定量设计更能体现地震对于结构的真实作用，因此各种通过历次血的教训所积累起来的构造措施必须被理解和执行。而定量设计也必不可少，虽然说它可能很难真实的反应地震作用，但是它能反应结构设计对于建筑可能具备何种抵抗“侧向力”能力的预估，定量的保证结构抵抗侧向力和变形的能力。

七、关于提高建筑结构设计安全度的意见

对提高建筑结构设计安全度问题，主要以下几点看法：①当前的建筑物安全事故，与结构设计可靠度无关；②结构设计，仍宜提倡节约；③我国建筑设计规范中的构造规定，尚属恰当：④规范与国际市场并无直接联系；⑤规范要根据国家政策而定。

参考文献：《建筑结构设计》ISBN：9787030166029

《 高层建筑结构设计》ISBN：7562326118

《 高层建筑结构设计》ISBN：9787112080588

《关于建筑结构设计优化的一些看法》

王胜国

摘要:我国建筑业发展迅速，设计思想也不断更新，结构体系日趋多样化。这就给从事结构设计者提出了更高的要求，本文主要是对建筑结构设计进行了探讨。仅供参考。

关键词:建筑；结构设计

TU318

1、高大建筑的整体稳定性

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。近年来出现了许多板式住宅,其立面高度很大而房屋进深尺寸有限,即高宽比超过了规范限值。建筑物的高宽比愈大,也就是说建筑愈瘦高,在地震作用下的侧移就愈大,地震引起的倾覆作用就愈严重,巨大的倾覆力矩在柱中和基础中引起的拉力和压力比较难处理。笔者结合多年来的工程实践,有以下几点体会:

1).对整个建筑进行抗倾覆稳定性验算,使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交界面上的合力作用点,不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的1/4。

2).加大建筑物下部几层的宽度,使其满足规范高宽比的限值,但要避免形成大底盘建筑。必要时通过设置类似扶壁的钢筋混凝土构件,来增加基础底板的悬挑宽度,达到扩大基础底面积的效果,从而保证上部结构的稳定。

3).保证基础有足够的埋置深度。在部分设计图纸上,发现裙楼和主楼从地上到地下用变形缝彻底分开,导致主楼基础埋深不够或者根本没有埋深,地震时会使建筑物发生滑移、整体倾斜甚至倾覆。

4).对于高宽比很大的建筑,建议尽可能采用深基础,如采用配有钢筋的桩基础,同时要求桩基础钢筋在承台内的锚固长度要足够大。因为桩是埋在土中的细长构件,由于桩土摩擦力的存在,桩的抗拔性能较好,从而能很好地抵抗上部结构的倾覆。尽可能避免采用天然地基或复合地基上的浅基础。

2、剪力墙设计中需要注意的几个问题

2.1钢筋混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。

1)为了提高抗震墙的变形能力,避免发生剪切破坏,对于一道截面较长的抗震墙,应该利用洞口设置弱连梁,使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙,并使每个墙段的高宽比不小于2。所谓弱连梁,是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20%;连梁不能太强,以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉,这是比较危险的。但是,考虑到耗能,连梁又不能太弱,连梁弱到成为一般小梁时,墙肢就变成单肢墙,而单肢墙的延性很差,仅为多肢墙的一半,且单肢墙仅具有一道抗震防线,超静定次数少,在地震作用下是很不利的。目前,有许多设计人员将结构中门洞连梁、窗洞连梁都改为截面高度极小的二力杆件,这对结构抗震是很不好的。

2)在实际设计中,对连梁的刚度都要进行折减,这是因为剪力墙的刚度一般都很大,在水平力作用下,剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值,可靠的办法是让这些连梁先屈服,要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏,连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求,对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。

2.2规范规定,剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。

这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱,当结构的刚度较小,地震作用下层间位移和顶点位移较大时,边缘构件所起的作用也就越大,此时暗柱的截面和配筋就应加大。如果剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值较大,且房屋高度较小、楼座面积较大时,墙端部的暗柱面积和配筋量就不需按规范要求设置那么多。

2.3在钢筋混凝土全墙结构中,采用大开间剪力墙结构好,还是采用小开间剪力墙结构好,这一直是一个争论的焦点问题。大开间剪力墙结构的优点较多:

1)墙体数量少,相应的混凝土用量少,墙体的约束构件少,结构自重轻;

2)相对小开间剪力墙结构,其抗推刚度小,自振周期长,水平地震作用小;

3)墙体的配筋率适当,结构的延性增加,地震时能充分发挥墙体约束构件的作用;

4)使用空间大,建筑布置灵活。缺点是:1)楼板跨度大,钢筋用量大;2)要求设置高效轻质的隔墙,造价高。

3、屋面高大女儿墙的设计方法

对于建筑,为了照顾立面效果,屋顶女儿墙往往做的很高,其荷载效应对主体结构的影响越来越明显,这一点常常被设计者所忽略。在设计上,女儿墙无法直接参与主体结构的分析,所以在计算时往往仅考虑女儿墙的自重,当女儿墙较低时,这种方法是符合精度要求的,不会影响结构的安全;但是,随着女儿墙高度的增加,其地震荷载和风荷载效应也在增加,对主体结构的影响越来越大。因此,当女儿墙较高时,要仔细计算女儿墙所受水平荷载的情况。由于其侧向刚度较小,女儿墙一般采用钢筋混凝土材料,配筋计算可按支承于屋顶的悬臂板来考虑,且应配双层钢筋。为保证屋面女儿墙与主体结构的可靠连接,屋面女儿墙所在的框架梁或墙必须具有足够的抗弯、抗扭刚度,即对框架梁要根据女儿墙的底部计算弯矩配置受扭钢筋。

4、地下室外墙的设计方法

在一般情况下,地下室外墙所承受的主要荷载为结构自重、地面活载、侧向土压力等。在我国已建成的建筑中,地下室外墙的墙厚和配筋相差很大,墙厚在200mm～700mm之间,每米截面配筋在565mm2～4909mm2之间,可见在结构可靠与经济之间选择一个合理的平衡,始终是一个值得探讨的课题。地下室外墙的受力状况与上部结构类型及平面布置有很大关系。当上部结构为框架结构时,上部填充砌体及±0.00楼板对地下室外墙顶端的约束程度很小,此时可假定墙体顶端为铰接。当上部结构为钢筋混凝土剪力墙结构时,剪力墙及±0.00楼板对地下室外墙顶部的约束程度很大,此时可假定墙壁顶端为固接。基础的刚度一般远大于墙体刚度,所以墙的下端一般视为固定端。在实际情况中,考虑到边界条件不十分明确,为安全起见,可对同一边界采用两种不同的假设,如按端部固定计算墙端弯矩,按端部铰接计算墙跨中弯矩。一般来讲,当上部结构为框架时,地下室外墙的墙厚和配筋要大些;当上部结构为剪力墙时,由于正压应力的存在,墙体厚度和配筋相对要小些。计算表明,外墙壁配筋满足裂缝宽度要求后,一般能同时满足承载力计算和构造要求;而当外墙配筋满足承载力计算时,却不一定满足最大裂缝宽度允许值要求。有人认为外墙内外侧配筋应根据内力值计算大小分别配置,其实没有必要,最好等量对称配筋。另外,外墙厚度还要考虑防水要求,不应小于250mm,混凝土的抗渗等级不应小于S6(0.6MPa)。

5、超长结构的温度变形和混凝土干缩变形

钢筋混凝土结构规范规定,在室内条件下现浇框架结构伸缩缝的最大间距为55m,现浇剪力墙结构伸缩缝的最大间距为45m;在露天条件下,结构伸缩缝的间距还要小,这样规定的目的就是解决两个方面的问题:

1)现浇混凝土在凝固硬化时会产生收缩应力,以致在结构中形成干缩裂缝,结构越长,干缩的影响越大。

2)结构在使用期间必然要经过春夏秋冬季节的变化,大气温度的变化会使结构产生热胀冷缩,从而在结构中造成温度裂缝,同样,结构越长,温度的影响越大。但是,在实际工程中超长建筑物常常出现。如果按规定去设伸缩缝,就会出现双墙、双柱、双梁,给建筑物的立面处理、防水构造带来很大的困难。

为了解决超长结构混凝土干缩裂缝的问题,目前常常采用的一种办法是设置混凝土后浇带,即将较大的楼板面积划分成小的区格,首先用混凝土浇筑小的区格,当小区格混凝土干缩变形大部分完成后,再浇筑区格之间的预留带。这样可以在很大程度上减少结构的干缩裂缝。

但是,后浇带不能完全代替结构的温度伸缩缝。因为后浇带混凝土硬化后,楼板连接成一个较长的整体,后浇带的作用不再存在。有资料表明,在温差作用下,结构的应力变化规律如下:1)屋面或屋面下1层～2层应力较大,以下各层迅速递减;2)同一层楼板处中间应力大,两边应力小;3)对剪力墙来讲则是两端应力大,中间应力小;4)对于山墙来讲顶部几层的拉应力大;5)结构刚度突变的一层应力大,比如结构转换层上面的那一层。

根据以上温度应力变化规律,对于超长结构除设置后浇带以外，还可以采取以下措施:1)加强屋面、外墙面的保温隔热措施,减少阳光对结构的直接辐射;2)对温度应力较大的部位加强配筋,温度钢筋要设置的细而密;3)对屋顶外露挑檐板、女儿墙等构件,每隔15m左右设置一道缝,缝宽20mm,缝内纵向钢筋可以不断开。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。