淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容-建筑設(shè)計論文

1、淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容-建筑設(shè)計論文    淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容-建筑設(shè)計論文2011-06-22 09:36 來源：未知 瀏覽次數(shù)： 關(guān)鍵字： 建筑設(shè)計職稱論文,發(fā)表建筑設(shè)計論文,建筑設(shè)計論文發(fā)表淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容何誠 譚生榮 邵學(xué)兵摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑設(shè)計的重要組成部分，其基本內(nèi)容包括方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件設(shè)計、繪制施工圖等這幾個部分。本文將對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；建筑設(shè)計；建筑物通?？梢园呀ㄖ锏脑O(shè)計分為建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、給排水設(shè)計、和采暖與通風(fēng)設(shè)計等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，是建筑

2、設(shè)計的重要組成部分，它是以建筑設(shè)計的要求為基礎(chǔ)，根據(jù)建筑工程的實際情況，確定建筑物的結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系，同時進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和評估，然后以分析結(jié)果和相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范為依據(jù)，進(jìn)行施工圖設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容包括方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件設(shè)計、繪制施工圖這幾個部分。一、 方案設(shè)計結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)選型、布置和主要構(gòu)件尺寸的估計和結(jié)構(gòu)的初步分拆等。1、結(jié)構(gòu)選型結(jié)構(gòu)選型主要有上部結(jié)構(gòu)選型和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型這兩種。對結(jié)構(gòu)選型的確定必須要經(jīng)過方案比較、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，加以確定。在結(jié)構(gòu)的選型上，一般要以建筑物的功能要求、國家現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)要求、場地土的工程地質(zhì)條件、施工技術(shù)、建設(shè)工期和環(huán)境要求等作為

3、主要的依據(jù)。對于方案的選擇，其關(guān)鍵就是要以先進(jìn)性、科學(xué)性、可實施性、經(jīng)濟(jì)性這四個要素作為前提。首先，“先進(jìn)性”就是指所用的材料、技術(shù)、工藝和結(jié)構(gòu)都是最新最先進(jìn)的，具有國際或國內(nèi)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)；其次，“科學(xué)性”就是指傳力途徑和結(jié)構(gòu)受力都要明確合理；再次，“可實施性”就是指用現(xiàn)有的施工技術(shù)建造，因地制宜，因地選材，從實際出發(fā)，方便施工建設(shè)；最后，“經(jīng)濟(jì)性”則是指降低材料的消耗、減少勞動力的使用量以及建筑物的維護(hù)費(fèi)用等，以求最低的成本建筑高質(zhì)量的工程建筑物，滿足施工企業(yè)的利潤要求。不管采用哪一種結(jié)構(gòu)體系，都要以工程建筑物的用途、施工條件高度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等作為重要的依據(jù)，然后再經(jīng)過方案比較后討論確定下來。通

4、常情況下，是按照砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和簡體結(jié)構(gòu)的順序來考慮結(jié)構(gòu)體系的選擇。2、結(jié)構(gòu)的初步分析結(jié)構(gòu)的初步分析是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中的一項重要內(nèi)容。建筑物的初步設(shè)計需要把建筑結(jié)構(gòu)、給排水、電氣暖通等各專業(yè)設(shè)計結(jié)合起來，實現(xiàn)各專業(yè)之間的相互合作、相互制約，直至最后達(dá)成一致并形成初步設(shè)計文件，才能進(jìn)入施工圖設(shè)計階段。在方案設(shè)計階段，要求建筑師對樓板的厚度、梁柱的截面尺寸進(jìn)行預(yù)估，確定層高、門窗洞口的尺寸。而同時也要求結(jié)構(gòu)工程師對初步評估所確定的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行預(yù)測，評估所選的結(jié)構(gòu)體系在各種作用下的反映，以便評價所選的結(jié)構(gòu)體系是否合理。二、結(jié)構(gòu)分析1、計算模型結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)

5、容之一，主要是計算出結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)。分析結(jié)果要求能夠解釋和評估真實結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)作用下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)分析是否科學(xué)合理直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實用性。計算模型的確定是結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)節(jié)，它包括合理選擇計算簡圖和計算理論，這是結(jié)構(gòu)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。事實上，無論是哪種分析模型，都不可能全精確地描述真實結(jié)構(gòu)，實際上都只是要求對實際結(jié)構(gòu)在一定程度上的近似。一般情況下，建立結(jié)構(gòu)分析模型時，都會做一些假定。如：假定結(jié)構(gòu)材料是均質(zhì)連續(xù)的，這種假設(shè)對結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能不會引起顯著的誤差；只有主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與整體性能的效應(yīng)。這個假定忽略了次要構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對結(jié)構(gòu)性能的影響；可忽賂的剛度。即忽賂結(jié)構(gòu)中作

6、用較小的剛度。該假定的采用需要根據(jù)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)整體性能中應(yīng)發(fā)揮的作用來進(jìn)行確定；相對較小的和影響較小的變形可以忽略。2、計算理論計算理是建模的重要組成部分。用于建筑結(jié)構(gòu)分析的計算理論主要有線性理論和非線性理論。而其中又以線性理論最為成熟，是我國建筑結(jié)構(gòu)分析所普遍采用的一種計算理論，主要用于常用結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)分折；非線性又可以分為材料非線性和幾何非線性。材料非線性是指材料、截面或構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系，如應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、彎短曲率關(guān)系或荷載位移關(guān)系等是非線性的。幾何非線性是指由于結(jié)構(gòu)變形對其內(nèi)力的二階效應(yīng)使荷載效應(yīng)與荷載之間呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。選擇結(jié)構(gòu)的非線性分析還是線性分析要看工

7、程的具體情況而定。一般來說線性分析比較簡便，在一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常使用線性分析。但是，如果建筑結(jié)構(gòu)跨度大、屬于超高層，結(jié)構(gòu)變形的二階效應(yīng)就會比較大，因此，還必須運(yùn)用非線性分析。3、結(jié)構(gòu)分析中的數(shù)學(xué)方法建筑結(jié)構(gòu)分析中所采用的數(shù)學(xué)方法主要有解析法和數(shù)值法兩種。解析法通常只適用于簡單的結(jié)構(gòu)模型求解。如果建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多數(shù)結(jié)構(gòu)很難抽象成一個可以用連續(xù)函數(shù)表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，而且其邊界條件也沒有辦法用連續(xù)函數(shù)表達(dá)，就不適宜使用這種方法了。因此，在通常情況下都需要用數(shù)值方法來求解。數(shù)值方法又可以分為有限單元法、有限差分法、有限條法等。而目前有限單元法是應(yīng)用最為廣泛的。其原理是把結(jié)構(gòu)拆分為一個有限單元的組合

8、體，以便夠解析地模擬或逼近真實結(jié)構(gòu)的解域。通常情況下可以模擬幾何形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)解域，因為，單元能夠按不同的連接方式組合在一起，而單元本身又可以有不同的幾何形狀。最常用的有限單元結(jié)構(gòu)分析軟件有PKPM系列、T陽A、SAP系列、ANSYS以及ADINA等。4、結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計概念設(shè)計指的是在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計過程中，在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，完成結(jié)構(gòu)體系的選擇和布置，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)特性的總體把握，保證把結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)的各種作用下的反應(yīng)控制在預(yù)期的范圍內(nèi)。其主要內(nèi)容有：結(jié)構(gòu)的選型、結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置、結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的控制、溫度作用的考慮和對策等。5、結(jié)構(gòu)的總體布置科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計即需要有合理的結(jié)構(gòu)體系還需要有完美的

9、結(jié)構(gòu)布置。因為結(jié)構(gòu)布置會影響到建筑設(shè)計方案的效果，影響到建筑的安全和功能的使用。結(jié)構(gòu)的總體布置要考慮控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形、平面布置、豎向布置、縫的設(shè)置和構(gòu)造等幾個方面。、控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過大側(cè)移和相對的位移，有時甚至?xí)?yán)重地破壞非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)來解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。、平面布置平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實際情況來確定，如果是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，則采

10、用形狀較為簡單，而且要根據(jù)相對應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計的要求，高層建筑單個的結(jié)構(gòu)單元長度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長，否則在發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)的兩端可能會出現(xiàn)反相位的振動，這將會導(dǎo)致建筑被過早地破壞，同時威脅到人們的安全。、豎向布置 為了避免過大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強(qiáng)度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)高處以防止錯層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對高層建筑時，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度發(fā)生變化的情況，對于這種情況，應(yīng)逐漸變化。、縫的設(shè)置和構(gòu)造建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對

11、結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。可以利用沉降縫、伸縮縫或防震纏把結(jié)構(gòu)分成若干個獨(dú)立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會對建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹(jǐn)慎對待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問題。三、構(gòu)件設(shè)計和繪制施工圖構(gòu)件設(shè)計主要有截面設(shè)計和節(jié)點(diǎn)設(shè)計兩個部分。因為截面尺寸在方案設(shè)計階段已初步確定，構(gòu)件設(shè)計階段所做的工作是確定鋼筋的類型、放置位置和數(shù)量，因此，截面設(shè)計在混凝土結(jié)構(gòu)中，也稱可以稱為配筋計算。節(jié)點(diǎn)設(shè)計在鋼結(jié)構(gòu)中的使用比在截面設(shè)計中的使用更為廣泛，一般來說，節(jié)點(diǎn)設(shè)計也可以稱為連接設(shè)計。而構(gòu)件設(shè)計主要有兩個部分組成：一是計算；二是構(gòu)造，兩者共同組成了結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容主要是根據(jù)計算和構(gòu)造來確定的，計算是構(gòu)造的基礎(chǔ)，構(gòu)造是計算的重要補(bǔ)充，兩者是相互補(bǔ)充，相互聯(lián)系的。繪制施工圖是設(shè)計的最后一個階段。施工圖是工程師的語言，工程師的設(shè)計意圖主要是通過施工圖紙來表達(dá)，施工圖紙是施工人員進(jìn)行施工的主要依據(jù)，關(guān)系到施工的質(zhì)量和效率，也關(guān)系到工程的質(zhì)量和使用功能的