建筑结构设计的常见问题浅析
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摘 要：建筑工程质量直接关系到人民生命和财产的安全，建筑质量主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。本文提出了一些建筑设计中在结构设计方面存在的普遍性问题，并提出了针对这些问题的防治方法，以满足建筑、结构相协调，体现建筑安全、合理、经济的原则。
关键词：结构设计；问题；对策；整体；刚度
一、引言
我们在建筑设计中都是要严格按照《混凝土设计规范》(以下简称《规范》)的各项标准执行的，但是，在设计中我们发现，对于有些问题，规范中表述的相对笼统，或者这些问题就目前的情况来看，还不能做出更准确的规定，没有办法进一步量化。对于这些问题，我们就要结合实际，发挥主观能动性，科学、严密地进行设计[1]。接下来，我们对设计工作中遇到的实际问题进行一一探讨。
二、问题及对策
1．场地选择
选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。对于不利地段，结构工程师应提出避开要求[2]。当无法避开时，应采取有效措施，这时需考虑地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂等。
2．建筑平立面布置
建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。不规则的建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。
3．结构材料选择
结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料、什么样的结构体系，需要经过对其技术、经济条件比较后综合确定。同时力求结构的延性、刚度、强度完美比配，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型)相近的抗震概念[3]。
4．结构应具有多道抗震防线
尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据地震后倒塌的建筑物的分析研究，地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件2建筑结构设计常遇问题及对策的强弱关系，使其形成多道防线，是增强结构抗震能力的重要措施之一。如框架结构，框架就成为唯一的抗侧力构件，那么采用“强柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置；框架剪力墙结构，剪力墙作为第一道防线，框架作为第二道防线等。
5．选择合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性
具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到[4]。这就要求在做设计时要有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性，这是一种比较经济、有效的办法。如对于上刚下柔的框支墙结构，应重点提高转换层以下的各层的构件延性；对于框架和框架筒体结构，应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是在结构承载力无明显降低的前提下，控制构件的破坏形态，减小受压构件的轴压比(同时还应注意适当降低剪压比)，提高柱的延性。
6．确保结构的整体性
各构件之间的连接必须可靠，且应符合下列基本的要求：
(1)构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力。当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。
(2)预埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。
(3)装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作[5]。
(4)结构应具有连续性，注重施工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。
7．应用程序
(1)在建筑方案设计阶段，一般是很难借助于计算机来实现的，这就需要结构工程师综合运用自己掌握的结构概念，根据成熟的工程经验形成的设计原则、设计思想，创造性、灵活地运用它们，选择经济合理的结构方案。
(2)结构工程师应能比较客观、真实的理解结构的工作性能。因为，现行的结构设计理论与计算理论还存在许多的缺陷或不可计算性，如基于弹性理论的内力计算方法与基于塑性理论的极限状态设计方法之间的矛盾，使计算结果与实际结构的受力状态有时相差甚远，要弥补计算理论的缺陷，实现对工程中大量无法计算的结构构件的设计，就需要通过概念设计和构造措施来满足结构设计的目标。
(3)结构工程师应处理好结构的协同工作，保证结构构件在承载能力极限状态下能共同受力、共同工作，且具有共同的耐久性能。如基础与上部结构的共同工作性能应处理为一个有机整体；对结构中的各种“长、短”构件(长柱、短柱、长梁、短梁)应尽可能协调其长细比、跨高比；对边缘构件，如剪力墙、角柱、底层柱等，应恰当选择构件截面，布置合理，通过结构措施保证其强度和变形，满足结构受力、刚度和经济方面的要求[6]。
8．应注重结构刚度的控制
(1)结构设计的重要内容之一就是结构整体刚度和构件的相对刚度控制设计。在结构布置和结构计算分析时，结构工程师一般比较关注的是荷载的产生及其数值大小，即比较注重“力”的概念，而往往容易忽视或轻视结构或构件抵抗外力的变形能力、反映结构构件内在联系、影响构件内力及变形相互关系的“刚度”。事实上，结构中力的平衡、变形的协调以及由此产生的构件内力都是通过构件自身的线刚度，以及连接构件之间的相对刚度的大小来体现的。因此，结构工程师应十分重视、透彻理解结构刚度理论。在结构设计中对刚度理论科学地运用，不仅能够避免结构产生不安全因素，消除结构隐患，而且可以保证构件以至于整个结构在荷载作用下，受力合理并获得最佳的经济效益。
(2)结构设计的刚度控制应贯穿于结构设计的全过程。如将楼面刚度设计为无穷大，可使计算出的各抗侧力构件的内力较为准确，保证结构的安全性；将高层建筑设计成竖向刚度均匀连续变化，在任何楼层处不会产生位移突变，也就不会形成薄弱部位，在遭受罕遇地震时就不至于倒塌或发生危及人们生命的严重破坏；将建筑结构两个主轴方向的侧向刚度协调均衡，使建筑结构两向，甚至多方向的动力特性相近，可抑制结构的扭转效应，使结构变形简单，较好地保证结构的安全；在平面刚度发生突变、产生薄弱部位的地方，在采用“精确”计算和多种构造措施都难于满足抗震要求的部位，通过合理的设置防震缝，解决平面刚度突变的问题等。
(3)结构设计中应注重计算软件的选择。针对上述问题，结构工程师面对繁多的计算软件应该选择合适的软件。首先，应根据工程情况了解设计软件的使用条件。如一般情况下可首选空间分析程序对结构进行整体分析，包括底框结构也同样如此。其次，根据工程结构的复杂程度选择不同计算理论的空间分析程序。如建筑平面中有一贯穿两层的中庭，楼面刚度受到较大削弱，选用TAT程序计算就不妥，应选用SATWE计算，因其有楼板分块刚性假定。第三，还应对所计算的工程特点有针对地修改计算参数。如由于非结构构件的刚度存在，在计算上无法反映，房屋的实测周期(合理周期)将大于计算周期的2～3倍，导致地震作用偏小，不能满足最大层间位移角的限值，也不能满足最小剪重比的限值，因此必须进行周期折减，不能因直接采用程序提供的缺省数值而造成计算误差。第四，应了解程序计算原理对实际操作的影响。如一个工程由防震缝将上部结构分为独立的三个结构单元，在平面输入时为画图方便，将其作为一个工程输入、计算，这样在整体分析时程序是按三个单元在同一振型下进行分析的，这与工程实际是不符的。正确的做法应该是分成三个独立的工程进行输入、计算，计算完成后绘图时拼成一个工程。最后，结构工程师还必须具有对结构分析软件计算结果正确性的判断能力，如不同工程结构的自振周期的范围、不同场地土的底部剪力大小等。
三、结语
结构设计是随着经济发展及人们对建筑物功能要求改变，又随着科技的进步而得以实现和解决。以上所提到的问题是设计人员在工程设计中较易出差的地方，对设计者来说要把提高设计质量作为终身奋斗的目标，为祖国贡献自己的力量。
参考文献：
[1] 谢伟. 关于建筑结构设计过程的探讨[J]. 中国住宅设施, 2010,(11) .
[2] 周希永,周荣涛,王军. 混合结构住宅楼建筑抗震设计分析[J]. 中国住宅设施, 2010,(10) .
[3] 贾宗文. 砖混结构建筑加固设计实践分析[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊), 2010,(10) .
[4] 郭英伟. 对高层建筑结构设计探讨[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2010,(08) .
[5] 李建. 建筑结构设计问题浅析[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2010,(08) .
[6] 郭华. 浅谈钢筋混凝土斜坡屋面的结构设计[J]. 科技资讯, 2010,(27) .
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