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正文

关于建筑结构设计几个问题浅谈

摘 要:随着我国经济实力的提升以及城市化进程的加快,工业与民用建筑也随之迅猛发展,由于建筑结构设计人员专业水平参差不齐,部分设计人员对建筑结构一些概念理解欠缺,导致设计过程中出现一些问题;本文针对设计中常见几个问题进行简单讨论,为今后    的建筑结构设计相关人员提供参考和依据。
关键词:抗震措施;独立基础;填充墙
一、关于“抗震措施”与“抗震构造措施”的理解
       目前,结构设计中有部分设计人员对“抗震措施”与“抗震构造措施” 的认识不是特别清晰,抗震措施指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括抗震构造措施,因此抗震构造措施是抗震措施的一部分;对于某一工程抗震措施与抗震构造措施的等级可以不同,但是构造措施等级必须是在抗震措施等级的基础上进行适当调整而来,它们是相关联的;从我国抗震设计规范可以看出,目前建筑结构抗震设计主要包括抗震承载力与延性两个方面,抗震构造措施应该完全属于延性的范畴,“延性构造的高、中、低要求”与抗震构造措施的抗震等级“一、二、三、四”相对应(抗震等级一级为高延性,抗震等级四级为低延性);抗震措施中计算要求部分应该属于抗震承载力范畴,抗震设计关系见图 1。
抗震设计关系_论文发表



图 1  抗震设计关系
二、关于钢筋混凝土独立基础设计的理解
       独立基础设计对于结构设计人员都很熟悉,对于多层建筑结构在地基承载力不是很低的情况下,通常优先选择采用独立基础,但是对于部分结构设计人员并非能够完全掌握并做到熟练应用。首先,结构设计过程中,独立基础设计是按基底反力呈直线分布来进行一系列计算分析的,根据试验结果,除岩石地基以外,基础台阶高宽比小于或者等于 2.5 时,独立基础的外挑刚度可以实现使基底反力呈直线分布。因此,基础高宽比是独立基础设计的前提;其次,独立基础平面尺寸通常受上部结构荷载、地基承载力特征值(包括承载力修正)以及回填土厚度与地面荷载情况等主要因素有关;上部结构荷载主要可以分为两种情况,一种为竖向荷载起控制左右,该情况下基础宜优先采用方形或者矩形截面,另一种为竖向荷载较小,弯矩起控制作用,该情况较多发生于大跨度轻钢结构,该情况下独立基础宜按照矩形设计;地基承载力特征值对于平面尺寸的影响主要体现在深度承载力修正系数上,对于宽度修正及承载力结构设计人员一般无异议。其实,设计人员若能深刻理解以下两点,就不难做到对独立基础深度修正的把握:①深度修正的实质是考虑基础两侧的超载压重能抵抗土体向上滑动,从而使提供土体的稳定性;②地基承载力特征值不仅体现在强度上,另一方面亦是地基变形特征的表现形式。只要深刻理解该两点就可对不同地下情况进行灵活应用修正深度。例如,某四层工业厂房,原天然地面标高比设计地面标高底 1m,若地基土为砂质类土,排水性良好,该种情况下只要要求基础施工完成后及时回填填土至设计标高,独立基础设计完全可以按照设计地面标高进行深度修正,这样可以大大减小基础截面尺寸,节省不必要浪费。再次,很多结构设计人员认为,独立基础高度是由冲切与剪切控制的,其实事实并非如此;当基底净反力不是很大(一般低于 200kPa)情况下,独立基础的截面高度是由构造控制的,即基础台阶高宽比与基础边缘高度等因素控制,只有当基础净反力较大情况下、截面高度才由冲切与剪切控制;另外基础高度还与混凝土强度、柱纵筋直锚长度(≥20d)等因素有关。总之, 结构设计人员只有对独立基础与地基土间受力机理有深刻理解,才能灵活应用于实际工程。
三、填充墙对主体结构影响
       对于高层建筑结构设计,设计人员往往简单按照《高规》第 4.3.17 条进行自振周期折减系数进行取值,通常会忽略填充墙对结构规则性的影响,规范中自振周期折减系数取值是考虑填充墙对主体结构刚度的均匀作用,事实上,建筑功能布置往往是区域性的,填充墙布置很难做到整栋建筑均匀。如何能够准确判别并减轻填充墙不均匀布置对主体结构的影响,首先,建议建筑设计师对不合理布置进行调整,调整建筑方案布置往往很难实现;其次、结构设计师应对主体结构进行概念设计,从结构体系以及构造上减轻填充墙对主体结构的影响;然后,通过电算与手算相结  合的方式进行填充墙不利布置分析,并采用包络设计的办法考虑其不利布置的影响。例如,某一底层商业上部住宅的房屋,一层填充墙很少,上部楼层填充墙较多,若简单的取同一周期折减系数,计算结果可能会掩  盖底层与上部楼层实际层刚度差异,很难发现薄弱层或者软弱层,正确的做法应采用同一计算模型取不同的填充墙对结构周期的折减系数进行分别计算,手工验算底部商业层与上层的侧向刚度比,避免软弱层或   者薄弱层的出现,这样使结构设计更合理、更安全。因此,填充墙不仅仅会导致短柱的问题,还会引起上下层结构刚度的突变以及造成结构平面扭转等不利影响。
四、结 语
本文可以总结为以下几点:
1、抗震措施与抗震构造措施有广义与侠义之分,正确理解其各自定义本质,准确把握才能指导设计工作,使结构能在较低承载力情况   下具有较高延性,较高承载力情况下适当放宽延性要求,使建筑结构真正做到安全经济。
2、正确理解与把握独立基础与地基协同受力机理,熟练掌握独立基础设计要领,在一些复杂地质条件下做到准确判断独立基础方案的可行性以及是否需要采取必要的措施。
3、填充墙的不均匀布置对主体结构往往是不利的,结构设计师应该能够准确判断填充墙的影响结果并采取相应加强措施。本文通过工程中常见几个问题进行简单论述与分析,并结合本人近几年工程设计经验给出一些设计建议,为今后同行建筑结构设计师提供必要的参考。因本人知识技术水平及设计经验的限制,可能会有更好的设计理论与方法,我们结构工程师应该从设计中不断总结经验,提升自己专业基础知识与业务能力。
参考文献
1、混凝土结构设计规范:GB50010-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
2、高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
3、建筑抗震设计规范:GB50011-2016[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2016.
4、朱炳寅,编著.建筑抗震设计规范应用与分析.北京:中国建筑工业出版社,2011.
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关于建筑结构设计几个问题浅谈
摘 要:随着我国经济实力的提升以及城市化进程的加快,工业与民用建筑也随之迅猛发展,由于建筑结构设计人员专业水平参差不齐,部分设计人员对建筑结构一些概念理解欠缺,导致设计过程中出现一些问题;本文针对设计中常见几个问题进行简单讨论,为今后    的建筑结构设计相关人员提供参考和依据。
关键词:抗震措施;独立基础;填充墙
一、关于“抗震措施”与“抗震构造措施”的理解
       目前,结构设计中有部分设计人员对“抗震措施”与“抗震构造措施” 的认识不是特别清晰,抗震措施指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括抗震构造措施,因此抗震构造措施是抗震措施的一部分;对于某一工程抗震措施与抗震构造措施的等级可以不同,但是构造措施等级必须是在抗震措施等级的基础上进行适当调整而来,它们是相关联的;从我国抗震设计规范可以看出,目前建筑结构抗震设计主要包括抗震承载力与延性两个方面,抗震构造措施应该完全属于延性的范畴,“延性构造的高、中、低要求”与抗震构造措施的抗震等级“一、二、三、四”相对应(抗震等级一级为高延性,抗震等级四级为低延性);抗震措施中计算要求部分应该属于抗震承载力范畴,抗震设计关系见图 1。
抗震设计关系_论文发表



图 1  抗震设计关系
二、关于钢筋混凝土独立基础设计的理解
       独立基础设计对于结构设计人员都很熟悉,对于多层建筑结构在地基承载力不是很低的情况下,通常优先选择采用独立基础,但是对于部分结构设计人员并非能够完全掌握并做到熟练应用。首先,结构设计过程中,独立基础设计是按基底反力呈直线分布来进行一系列计算分析的,根据试验结果,除岩石地基以外,基础台阶高宽比小于或者等于 2.5 时,独立基础的外挑刚度可以实现使基底反力呈直线分布。因此,基础高宽比是独立基础设计的前提;其次,独立基础平面尺寸通常受上部结构荷载、地基承载力特征值(包括承载力修正)以及回填土厚度与地面荷载情况等主要因素有关;上部结构荷载主要可以分为两种情况,一种为竖向荷载起控制左右,该情况下基础宜优先采用方形或者矩形截面,另一种为竖向荷载较小,弯矩起控制作用,该情况较多发生于大跨度轻钢结构,该情况下独立基础宜按照矩形设计;地基承载力特征值对于平面尺寸的影响主要体现在深度承载力修正系数上,对于宽度修正及承载力结构设计人员一般无异议。其实,设计人员若能深刻理解以下两点,就不难做到对独立基础深度修正的把握:①深度修正的实质是考虑基础两侧的超载压重能抵抗土体向上滑动,从而使提供土体的稳定性;②地基承载力特征值不仅体现在强度上,另一方面亦是地基变形特征的表现形式。只要深刻理解该两点就可对不同地下情况进行灵活应用修正深度。例如,某四层工业厂房,原天然地面标高比设计地面标高底 1m,若地基土为砂质类土,排水性良好,该种情况下只要要求基础施工完成后及时回填填土至设计标高,独立基础设计完全可以按照设计地面标高进行深度修正,这样可以大大减小基础截面尺寸,节省不必要浪费。再次,很多结构设计人员认为,独立基础高度是由冲切与剪切控制的,其实事实并非如此;当基底净反力不是很大(一般低于 200kPa)情况下,独立基础的截面高度是由构造控制的,即基础台阶高宽比与基础边缘高度等因素控制,只有当基础净反力较大情况下、截面高度才由冲切与剪切控制;另外基础高度还与混凝土强度、柱纵筋直锚长度(≥20d)等因素有关。总之, 结构设计人员只有对独立基础与地基土间受力机理有深刻理解,才能灵活应用于实际工程。
三、填充墙对主体结构影响
       对于高层建筑结构设计,设计人员往往简单按照《高规》第 4.3.17 条进行自振周期折减系数进行取值,通常会忽略填充墙对结构规则性的影响,规范中自振周期折减系数取值是考虑填充墙对主体结构刚度的均匀作用,事实上,建筑功能布置往往是区域性的,填充墙布置很难做到整栋建筑均匀。如何能够准确判别并减轻填充墙不均匀布置对主体结构的影响,首先,建议建筑设计师对不合理布置进行调整,调整建筑方案布置往往很难实现;其次、结构设计师应对主体结构进行概念设计,从结构体系以及构造上减轻填充墙对主体结构的影响;然后,通过电算与手算相结  合的方式进行填充墙不利布置分析,并采用包络设计的办法考虑其不利布置的影响。例如,某一底层商业上部住宅的房屋,一层填充墙很少,上部楼层填充墙较多,若简单的取同一周期折减系数,计算结果可能会掩  盖底层与上部楼层实际层刚度差异,很难发现薄弱层或者软弱层,正确的做法应采用同一计算模型取不同的填充墙对结构周期的折减系数进行分别计算,手工验算底部商业层与上层的侧向刚度比,避免软弱层或   者薄弱层的出现,这样使结构设计更合理、更安全。因此,填充墙不仅仅会导致短柱的问题,还会引起上下层结构刚度的突变以及造成结构平面扭转等不利影响。
四、结 语
本文可以总结为以下几点:
1、抗震措施与抗震构造措施有广义与侠义之分,正确理解其各自定义本质,准确把握才能指导设计工作,使结构能在较低承载力情况   下具有较高延性,较高承载力情况下适当放宽延性要求,使建筑结构真正做到安全经济。
2、正确理解与把握独立基础与地基协同受力机理,熟练掌握独立基础设计要领,在一些复杂地质条件下做到准确判断独立基础方案的可行性以及是否需要采取必要的措施。
3、填充墙的不均匀布置对主体结构往往是不利的,结构设计师应该能够准确判断填充墙的影响结果并采取相应加强措施。本文通过工程中常见几个问题进行简单论述与分析,并结合本人近几年工程设计经验给出一些设计建议,为今后同行建筑结构设计师提供必要的参考。因本人知识技术水平及设计经验的限制,可能会有更好的设计理论与方法,我们结构工程师应该从设计中不断总结经验,提升自己专业基础知识与业务能力。
参考文献
1、混凝土结构设计规范:GB50010-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
2、高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3-2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
3、建筑抗震设计规范:GB50011-2016[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2016.
4、朱炳寅,编著.建筑抗震设计规范应用与分析.北京:中国建筑工业出版社,2011.