摘要：本文針對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中梁、柱、剪力墻等等是如何支撐起這一建筑體系等等問題，就這些結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)問題做一些簡要探討，期望能為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；建筑工程；結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計；探討

前言

混凝土建筑結(jié)構(gòu)的使用已經(jīng)有一百多年的歷史，混凝土結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點很多，其耐火性好、結(jié)構(gòu)自重比較小、抗震能力強等等，因而被廣泛使用[1]。然而混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，就需要對于相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范以及結(jié)構(gòu)形式等等有一些深層次的研究。怎么樣實現(xiàn)最優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，是所有設(shè)計者孜孜追求的。所謂最優(yōu)化設(shè)計是指實現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載力的最大化、造價的最小化、結(jié)構(gòu)的最美化等等要求。當然，要是結(jié)構(gòu)的支撐設(shè)計同時達到最優(yōu)化，是不可能辦到的。但是，設(shè)計者可以以此為目標進行結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計，讓設(shè)計盡可能實現(xiàn)最優(yōu)化。

1 混凝土框架結(jié)構(gòu)的支撐設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)計算

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先要根據(jù)使用要求、抗震等級要求、場地類別等等因素進行綜合考慮，然后對結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖進行精確計算，驗算是否所有的結(jié)構(gòu)都處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（1）正確選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計抗震等級要求

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，各類建筑抗震等級的要求是必須要考慮的因素之一。具體的選擇過程如下：根據(jù)《建筑抗震等級設(shè)計規(guī)范》中給定的各類建筑抗震等級要求來選擇。一般民用建筑為丙類建筑，這類建筑的抗震等級需按當?shù)氐卣鹪O(shè)防烈度來計算。一般情況下，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計的保險起見，抗震等級的選定比當?shù)氐卣鹪O(shè)防烈度要高一級。例如，某地丙類建筑設(shè)計的地震設(shè)防烈度為6度，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)按7度地震來考慮。

（2）基本地震加速度的規(guī)范化設(shè)計

《建筑抗震等級設(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定，地震設(shè)防烈度為7度時，其地震加速度規(guī)范化設(shè)計為0.1g和0.15g；地震設(shè)防烈度為8度時，其地震加速度規(guī)范化設(shè)計為0.2g和0.3g .計算過程中，應(yīng)嚴格依據(jù)規(guī)范來選取相關(guān)系數(shù)。

（3）各類荷載值參數(shù)

《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》明確規(guī)定出框架結(jié)構(gòu)外墻、內(nèi)墻、板、柱等等自重與活荷載值的計算，以及樓梯上活荷載的計算方法。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)嚴格按照其規(guī)范要求來進行設(shè)計。還有很多參數(shù)需要通過相關(guān)的規(guī)范進行確定，如當?shù)仫L荷載值、雪荷載值等等，選好這些系數(shù)只是設(shè)計的第一步。

1.2 多層框架結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計具體要求

（1）強柱弱梁的節(jié)點設(shè)計要求

強柱弱梁是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中很常見的一句話，這句話的含義是指，框架結(jié)構(gòu)中柱的作用是用作承受建筑物墻體的自重以及板和梁傳遞給柱的荷載，因此對于混凝土柱的強度要求是很高的，柱的抗壓能力要求很高，這就是強柱；弱梁只是相對于強柱而言，是說梁體主要承受的是板以及活荷載的彎矩作用，因此對于梁的抗壓能力要求不像柱那么高，即強柱弱梁。但是柱和梁的節(jié)點處的設(shè)計需要嚴格驗算。一般情況下，為了使得柱受壓時，不至于使得結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)移，實際施工過程中，將盡可能的放大柱的截面尺寸來放大柱的軸壓比，使其滿足具體的規(guī)范要求。除此之外，梁體的縱向配筋率不得太高，否則地震荷載作用下，梁體會發(fā)生塑性鉸的轉(zhuǎn)移。所以，對于框架結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)強柱弱梁這一標準進行調(diào)整放大，不能只單一放大或調(diào)整柱或梁。

（2）強剪弱彎剪力墻的設(shè)計要求

為了提高框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，一般情況下會采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，這樣可以大程度的避免地震荷載作用下的剪切破壞。框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，剪力墻設(shè)計為幾個小開口墻或者幾個小的單肢墻，相關(guān)規(guī)范規(guī)定，各部分小墻體的高寬比不小于2。

實際項目的設(shè)計過程中，一般所設(shè)計的梁體需要進行折減計算，這主要是要考慮剪力墻的水平作用這一因素。因為剪力墻受地震水平荷載時，先會將其所承受荷載傳遞給梁，梁受到水平荷載作用，不會使得梁發(fā)生脆性破壞而是導致梁產(chǎn)生塑性鉸。強剪弱彎是為了保證構(gòu)件在荷載作用下時的延伸性，延伸性差的混凝土就容易發(fā)生脆性破壞，這種破壞一般情況下是不可修復的。綜上所述，當設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)需要抵抗較高等級地震作用時，需要結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)來保證梁體不會出現(xiàn)脆性剪切破壞。與此同時，對于多層建筑的框架剪力墻結(jié)構(gòu)需要特別驗算梁體的抗剪能力是否符合相關(guān)規(guī)范要求。

2 框架--剪力墻結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計

2.1 剪力墻的數(shù)量

框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，其剪力墻的設(shè)置是為了提高建筑物的抗震等級而設(shè)置。剪力墻的數(shù)量取決于結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，即各剪力墻截面彎曲剛度之和 ， 的值越大，其建筑結(jié)構(gòu)的水平位移越小。所有層數(shù)越高，所需要設(shè)置的剪力墻數(shù)量越多。但是剪力墻的數(shù)目又不宜過多，否則使得建筑物的自重變大，使得結(jié)構(gòu)沉降量增加，同時也會提高造價。一般情況下，以滿足結(jié)構(gòu)的水平位移限值作為設(shè)置剪力墻數(shù)量的依據(jù)。如一些情況下通過計算表明剪力墻數(shù)量設(shè)置偏少，而由于使用要求不宜增加時，應(yīng)當增加框架結(jié)構(gòu)中柱的承載能力。

2.2 剪力墻的布置原則：

第一、剪力墻的間距不宜過大，通常情況下，均勻的布置在建筑物的周邊；電梯間與樓梯道處也應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻；還有些受到較大活荷載處與恒載很大的部位。這樣設(shè)置的目的是為了增強整體結(jié)構(gòu)的抗扭性能，彌補結(jié)構(gòu)的薄弱部位受力性能不足，同時防止外圍溫度應(yīng)力對于建筑結(jié)構(gòu)的影響。

第二、橫、縱向剪力墻所組成的剪力墻體系適宜組成T型或者是L型，使得縱墻的端部與橫墻的頭部相接，提高結(jié)構(gòu)的抗扭性能與承載能力。樓梯間與電梯間的剪力墻易布置在外側(cè)，這樣可以增強結(jié)構(gòu)的整體性，使得結(jié)構(gòu)的剛度增強。

第三、剪力墻的布置應(yīng)貫穿整個建筑，避免建筑結(jié)構(gòu)的區(qū)域剛度不同；與此同時，框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近[2]。

第四、框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架部分的設(shè)計與框架結(jié)構(gòu)設(shè)計基本相同，其結(jié)構(gòu)支撐原理也一樣。

3 支撐結(jié)構(gòu)的計算分析

不論是框架結(jié)構(gòu)還是框架剪力墻結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)體系進行相關(guān)計算分析時，需要確定總框架的剪切強度、梁體的等效剪切剛度以及剪力墻結(jié)構(gòu)的彎曲剛度。計算過程中，假設(shè)一些結(jié)構(gòu)參數(shù)與房屋的高度無關(guān)。

（1）總框架的剪切強度

框架結(jié)構(gòu)的總框架剪切強度為能使框架柱兩端產(chǎn)生相對側(cè)移所需要的水平剪力[3]，使用數(shù)學式表示如下：

式中： 表示總框架的剪切強度；

表示各層哥柱的剛度；

表示建筑物高度。

（2）梁體的等效剪切剛度

不論是框架結(jié)構(gòu)還是框架剪力墻結(jié)構(gòu)，梁體與柱或墻體接觸部分所需要的剛度很大，因此需要對梁體的剛度進行相關(guān)計算分析。假定梁與柱或墻體之間的接觸是剛性的，即整個結(jié)構(gòu)是一體式結(jié)構(gòu)。梁體的等效剪切剛度的數(shù)學計算式如下：

式中： 表示第i層梁體所受等效剪切剛度；

、 表示梁體兩端的轉(zhuǎn)動剛度。

（3）剪力墻的彎曲剛度

對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其剪力墻布置合理性就是通過剪力墻的彎曲剛度是否滿足規(guī)范要求來確定。對于剪力墻的彎曲剛度計算如下：

式中： 表示各段強度的彎曲剛度。

結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)的支撐設(shè)計時，需要考慮的因素有很多，其結(jié)構(gòu)布置是否合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計時候最經(jīng)濟實用，結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定等等。這些都是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的難點，規(guī)范熟悉的同時更需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計有著深刻的認識，這樣才能最大實現(xiàn)設(shè)計的意義。

參考文獻

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[2] 魏忠，伍庶.關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個問題.《四川建筑科學研究》.2005，31 （1）：30～32.

[3]王長永，趙權(quán).常見現(xiàn)澆混凝土樓蓋的工程應(yīng)用及造價分析.《建筑技術(shù)開發(fā)》.2003，30 （10）：88～90.