康 樂 山西晉設拓凡建筑設計咨詢有限公司工程師
建筑結(jié)構(gòu)設計中,應充分考慮現(xiàn)實情況,嚴格遵循國家相關(guān)規(guī)范標準的要求,確保建筑結(jié)構(gòu)設計的合理性??蚣芙Y(jié)構(gòu)是建筑工程目前常用的結(jié)構(gòu)形式之一,為提高框架結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量,應在正確認識框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,把握好框架結(jié)構(gòu)設計的要點,尤其是要注意細節(jié)問題,從而充分發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,提高建筑結(jié)構(gòu)設計水平。
建筑結(jié)構(gòu)設計中,建筑造型如果為規(guī)則形體,則可保證側(cè)面與豎向剖面受力的均勻。但在實際建筑設計中,為確保造型的新穎性,很多設計人員盲目增加結(jié)構(gòu)設計的復雜程度,不僅無法滿足受力要求,還會導致抗震性能降低[1]。因此在實際開展建筑結(jié)構(gòu)設計的時候,應采取有效的措施確保水平荷載可以得到順利傳遞,確保剛度重心、結(jié)構(gòu)重心的重合,預防結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、偏心現(xiàn)象的發(fā)生,保障建筑物建成后的穩(wěn)定性[2]。
建筑是關(guān)系到民生的重要基礎(chǔ)設施,在建筑結(jié)構(gòu)設計中,不僅要確保其具備居住功能滿足人們的需求,還要具備一些其他功能,如安全、健康、綠色環(huán)保等。當前,人們的經(jīng)濟條件得到了明顯提高,對物質(zhì)文化生活的要求不斷提高,因此對建筑物的要求也有所提高。為此在實際開展結(jié)構(gòu)設計時,要充分考慮受力是否簡單、明確,并且對各結(jié)構(gòu)的受力情況進行準確評估,從而確保建筑物的使用功能。
無論是何種類型的工程項目,安全性均是應當首要考慮的問題。建筑物的安全性對人們的居住舒適性、人身財產(chǎn)安全等產(chǎn)有著直接影響。影響安全性的因素多種多樣,如果在設計階段考慮得不夠全面,則可能帶來安全隱患,無法為施工提供有效的指導,甚至威脅施工安全。因此建筑結(jié)構(gòu)設計中,必須高度重視安全問題,加強安全管理,對設計師開展安全培訓,提高設計師的安全意識,預防安全問題的發(fā)生。
隨著科技的迅速發(fā)展,建筑領(lǐng)域的研究與實踐不斷增多,涌現(xiàn)了一些新的建筑結(jié)構(gòu)形式。同時,為適應市場需求的個性化、多樣化轉(zhuǎn)變,各種不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)形式越來越多。面對新的建筑結(jié)構(gòu)形式,如果依然采取傳統(tǒng)設計方法,便不可避免地會出現(xiàn)一些問題,造成大量的資源與資金浪費。在以往的建筑設計中,設計師將側(cè)重點放到了提高安全性方面,但在很多時候會提高建筑工程的成本,影響其經(jīng)濟效益,還會導致資源的不必要浪費,無法提高資源利用效率,不符合綠色建筑理念。
隨著生活水平的不斷提高,人們對建筑物提出了更高的要求,不僅要具有安全性,也要具備更好的使用功能。在建筑物中,框架結(jié)構(gòu)通常情況下是作為承重結(jié)構(gòu)使用,其是由梁、柱進行剛性連接而構(gòu)成的,框架結(jié)構(gòu)的縱向荷載、水平荷載是由梁、柱共同抵抗的[3]。框架結(jié)構(gòu)具有材料用量小、重量輕、空間布置更加靈活的特征,可以更好地滿足人們對建筑物的多樣化、個性化需求。因此,建筑結(jié)構(gòu)設計中,應高度重視框架結(jié)構(gòu)設計。
框架結(jié)構(gòu)設計的特點主要體現(xiàn)在以下兩方面。
設計效率高。設計效率高是建筑結(jié)構(gòu)設計中框架結(jié)構(gòu)設計的主要特點之一。具體來說,在框架結(jié)構(gòu)設計中,設計人員可以在復制單一設計內(nèi)容的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設計的有效完成。站在整體設計周期角度考慮,框架結(jié)構(gòu)設計的設計周期相對較短,因此有利于促進建筑工程項目建設周期的縮短、建設成本的降低。同時,開展連續(xù)性的設計,有利于降低設計中的誤差率,也可以有效提高后期的施工效率。
空間利用率高。建筑結(jié)構(gòu)設計中,空間利用率高也是框架結(jié)構(gòu)設計的一個主要特點。具體來說,在框架結(jié)構(gòu)設計中,各區(qū)域的設計均屬于直線設計,或者是功能性區(qū)域設計、必要的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計??蚣芙Y(jié)構(gòu)設計在增加建筑內(nèi)部有效使用面積、提高建筑內(nèi)部空間利用率方面發(fā)揮著良好的作用,同時解決了建筑內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)設計內(nèi)容過于復雜而導致的空間利用率低、內(nèi)部有效使用面積浪費的問題。
在建筑結(jié)構(gòu)設計中應用框架結(jié)構(gòu)時,大多數(shù)是選擇條形基礎(chǔ)或者是獨立基礎(chǔ),為確保建筑結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量,應做好基礎(chǔ)設計,充分考慮地基變形問題以及地基的承載性能,對地基大小進行合理的規(guī)劃設計[4]。在對地基表面淺基層進行設計時,應充分考慮變形問題、承載性能,并要合理控制成本,以確保建筑工程的經(jīng)濟效益。在框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設計過程中,可采取柱下條形基礎(chǔ)。
但在實踐過程中,必須要仔細觀察節(jié)點部位,明確基礎(chǔ)底部面積的實際情況,還要密切關(guān)注柱下擴展基層的情況,確保其寬度以及均勻性符合規(guī)范標準的要求。如果發(fā)現(xiàn)問題,便可以采取加寬地基基礎(chǔ)的方法予以處理,但要對寬度進行合理控制,確保地基埋深在3 m 以上即可。為確保地基承載力,應做好防水工作,針對地下室,應注意預防地下室外板延伸。同時,在開展框架結(jié)構(gòu)設計的過程中,應注意確保后澆帶的長度符合標準要求。設置后澆帶的時候,應間隔40 m,以保障基礎(chǔ)的穩(wěn)定性[5]。
框架結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量在一定程度上受到梁柱中心線設計水平的影響,因此必須高度重視梁柱中心線設計。應嚴格按照相關(guān)規(guī)范標準的要求,對框架梁、框架柱中心線進行合理設計,確保梁柱中心重合,如果梁柱中心線發(fā)生偏移,則需要仔細分析梁柱節(jié)點的實際受力情況,并深入研究受力與構(gòu)造間的關(guān)系。
在建筑結(jié)構(gòu)設計中,針對大跨度柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu),必須對框架梁、框架柱之間的關(guān)系進行深入分析。在實際進行框架結(jié)構(gòu)設計的過程中,應有效處理短柱的構(gòu)造,采取短柱箍筋加密的方法,從而全面提升框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。對短柱進行分析發(fā)現(xiàn),其具有抗震性能較差的缺陷,如果建筑框架結(jié)構(gòu)中存在短柱,則會影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及建筑物的安全性。
針對有連續(xù)窗的過梁,在實際設計的過程中,容易出現(xiàn)外部框架形成短柱的現(xiàn)象。樓梯間平臺梁也會引起短柱問題。在建筑框架結(jié)構(gòu)設計過程中,必須充分考慮短柱問題,采取科學有效的手段解決短柱帶來的不利影響。在實際設計中,應嚴格遵循我國相關(guān)標準規(guī)范的要求,保證短柱抗震性能達標。
抗震設計在建筑框架結(jié)構(gòu)設計中占據(jù)著重要的地位,直接影響著建筑物的安全性、穩(wěn)定性。
柱的抗震設計是一項非常重要的工作,在實際進行設計的過程中,為提高柱的抗震設計水平,應充分考慮剪力、作用力方面的影響,合理設計柱截面。在進行抗震設計時,可以參考柱截面的標準高度與寬度,確保剪跨比大于2,并且根據(jù)相關(guān)規(guī)范標準的要求進行優(yōu)化設計,如在確保剪壓比符合要求的前提下,則要對柱端截面剪應力進行合理控制,確保其剪應力不超過3 N/mm2。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范標準的要求,結(jié)合建筑工程實際情況,合理設計縱向鋼筋的配筋率,盡可能地在符合標準要求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)配筋效力的提升,避免縱向鋼筋壓曲現(xiàn)象的發(fā)生,確保結(jié)構(gòu)強度。但受到地震力的持續(xù)作用,柱端鋼筋混凝土層有可能發(fā)生損壞,若是箍筋量不足,則會降低其約束力,導致鋼筋膨曲問題的發(fā)生,降低建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。面對這樣的情況,應科學設計箍筋。
為保障建筑物的安全性,應進行抗震優(yōu)化設計??刹扇〉拇胧┌ㄍ獠考庸淘O施,即在建筑外部安裝固定桿等來實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提高;內(nèi)部安裝抗震裝置,如使用抗震阻尼器來實現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)抗震能力的提高。
在框架結(jié)構(gòu)設計中,配筋設計也是一個重要組成部分。隨著建筑工程建設數(shù)量的增多、規(guī)模的擴大,框架結(jié)構(gòu)這一結(jié)構(gòu)形式得到了越來越多的應用。但在框架結(jié)構(gòu)設計中,應充分考慮頂層風荷載因素,確保建筑高度與軸向力大小之間成正比,預防頂柱存在偏心力。究其原因在于,如果頂層存在軸向應力則可能導致建筑截面重心偏離問題的出現(xiàn)。因此,在建筑框架結(jié)構(gòu)設計中,應根據(jù)相關(guān)標準的要求,對梁、柱配筋進行合理設計。
框架外挑梁配筋設計。建筑結(jié)構(gòu)往往會受到多種因素的影響,挑梁設計便是一個重要的方面。在對框架外挑梁進行設計時,建筑物的占地面積、使用功能均會在一定程度上影響設計質(zhì)量,其原因在于外挑梁、框架梁斷面之間存在著較大的差別。在對框架梁主筋進行設計時,應當采取向外挑梁上擴展的方法,這樣的方式可能會給結(jié)構(gòu)質(zhì)量帶來一定的影響,因此在計算的時候,應充分考慮框架外挑梁承載情況,對配筋進行合理設計,提高框架外挑梁的承載性能。
框架柱配筋設計。一般情況下,框架柱配筋比率并不高,發(fā)生地震的情況下,框架柱會承受較大的扭轉(zhuǎn)剪力。受到雙向偏心因素的影響,在地震發(fā)生時,內(nèi)柱有可能受到損傷,因此在配筋設計的時候,應充分考慮各方受力情況。若是建筑物所在地區(qū)為松軟土質(zhì),則要適當將框架柱的配筋進行增加,同時為了提高提升箍筋對混凝土的制約作用,實際設計中框架柱的扣筋方式通常情況下被設置為菱形或井字形。
站在應力優(yōu)化、應力控制角度考慮,在框架結(jié)構(gòu)設計中,應采取優(yōu)化多道放線設計,有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性,也可以保障后期施工安全。在實際開展框架結(jié)構(gòu)設計的過程中,針對優(yōu)化多道放線設計,可以對梁、板、柱結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計,如柱體構(gòu)件分布優(yōu)化、連續(xù)梁的設計等方面來促進框架結(jié)構(gòu)設計水平的提高,進而實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設計整體質(zhì)量的提高。對內(nèi)力應力分布進行優(yōu)化設計,也有利于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)應力均衡性的提高,有利于增強建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
隨著城市化建設進程的加快,當前高層建筑的數(shù)量越來越多,由于建筑高度的增加,導致建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓力也在不斷提高。在框架結(jié)構(gòu)設計中,邊柱節(jié)點設計一直以來便是一項繁雜的工作,在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中更是如此,其原因主要是頂層風荷載的影響。很多高層建筑頂端存在著房柱偏離中心的問題,導致高層建筑最頂層邊柱節(jié)點偏離中心只有柱截面高度的1/2。
面對這種情況,進行框架結(jié)構(gòu)設計時,應對邊柱節(jié)點進行優(yōu)化設計。在高層建筑頂層的框架中,梁柱不應該少于兩根,且柱的寬度應遠遠大于梁的寬度。在這樣的要求下,實際開展框架結(jié)構(gòu)設計時,應在建筑邊柱柱角中塞入主鋼筋,并結(jié)合建筑工程施工要求進行優(yōu)化調(diào)整,確保邊柱節(jié)點符合建筑工程的實際情況。
不同的建筑工程,框架結(jié)構(gòu)的支管接入的高度、角度也會存在一定的差異,這就給模具提出了更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)設計中,對諸多建筑參數(shù)有著嚴格的要求。在開展計算工作的過程中,所應用的計算方法不同,計算結(jié)果也會出現(xiàn)一定的差異。應對模塊進行優(yōu)化設計,提升模塊應用價值,節(jié)約建筑資源。
對于建筑工程來說,豎向荷載、水平作用力之間存在著明顯的差別。在計算豎向載荷時,可以采取彎矩二次分配、分層法等計算方法。在采用彎矩二次分配法時,需對各節(jié)點不均衡的彎矩進行計算與分配,獲取相應的數(shù)值;在采用分層法的時候,需使用固定端支護,取代上下兩層部分彈性支撐,然后將各樓層線剛度與0.9 相乘,得到的乘積便是內(nèi)力值。在對水平作用力進行計算時,可以采用D 值法、反彎點法等計算方法。其中,D 值法的計算結(jié)果通常情況下更加準確。但是,梁和柱線剛度較大時,反彎點法精度更好。
建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析是一項比較煩瑣的工作,要求必須細致分析,相關(guān)人員必須全面考慮多方面的因素,才能獲得更加精準的數(shù)值。
在框架結(jié)構(gòu)設計過程中涉及一些計算問題。如在開展計算工作的過程中,往往會涉及一些力學公式。但由于受到各種因素的干擾,不可避免地會出現(xiàn)一定的誤差。應提前設計好力學計算模型,仔細核算計算結(jié)果,確保各個配梁上的受力部分都被準確分析,充分做好框架結(jié)構(gòu)空間預算,方可避免個別配梁的計算失誤,保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
在框架結(jié)構(gòu)設計中,只有選擇最良的荷載組合,才能計算出最大的可承受外力,也就是荷載效應。荷載包括兩種,即永久性荷載、可變性荷載,框架承重水平達到極限狀態(tài)的情況下,應逐一對應地計算對抗力與作用設計值。
為確保建筑結(jié)構(gòu)設計水平,應嚴格遵循相應的原則,包括保障建筑物的穩(wěn)定性、確保使用功能滿足要求、充分考慮安全問題等。框架結(jié)構(gòu)有著一定優(yōu)勢,在建筑工程中得到了越來越多的應用,實際進行框架結(jié)構(gòu)設計時,應根據(jù)相關(guān)規(guī)范標準要求,結(jié)合實際把握好基礎(chǔ)設計、梁柱中心線設計、短柱處理、抗震設計、配筋設計以及荷載取值規(guī)劃等要點,從細節(jié)入手,確??蚣芙Y(jié)構(gòu)設計質(zhì)量,充分發(fā)揮框架結(jié)構(gòu)的作用,為實現(xiàn)建筑工程建設質(zhì)量的提高奠定良好的基礎(chǔ)。