建筑结构设计研究

摘要:人们所居住的住宅,购物的商店、商场,观看体育比赛的看台及体育馆,还有办公楼等等,这些人们赖以生活、学习、工作的场所即建筑物,无论是简单还是复杂,其中都包含有基础、柱、楼盖及屋盖等结构构件,它们组成房屋的骨架,支撑着建筑,承受着各种外部作用,因此,在建筑设计中,结构的设计是有着举足轻重的地位的,本文就建筑结构设计谈谈看法。

关键字:建筑结构 功能 钢结构 开裂

Abstract: people live in houses, shopping stores, shopping malls, stand and the stadium watching sports, and office buildings, etc., on which the people live, learn, work places or buildings, whether simple or complex, which contains base, column, floor and roof structures, they constitute the skeleton of the building, to support the construction, under various external effect, therefore, in the architectural design, structural design is has a pivotal position, in this paper, the structure design ideas.

Key words: steel structure building structure crack

中***分类号:TU3 文献标识码:A文章编号:

一、建筑结构的功能要求

结构在规定的设计使用年限内,应满足安全性、适用性、耐久性等各项功能要求。

1.结构安全要性要求

在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用。

在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性。所谓整体稳定性,是指在偶然事件发生时和发生后,建筑结构仅仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。正确的结构计算时保证建筑物安全的前提,除对建筑结构、构件进行必要的计算外,对阳台栏杆、楼梯扶手、构件接缝等,要采取必要的措施,保证其在使用过程中的安全和可靠。

2.结构耐久性要求

结构在正常维护下具有足够的耐久性能,所谓足够的耐久性能,是指结构在规定的工作环境中,在预定时期内,其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上讲,就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。

3.结构适用性要求

结构在正常使用时具有良好的工作性能,如受弯构件在正常使用时不出现过大的挠度等。由于建筑物所处的环境和使用性质不同,除满足空间尺寸要求外,还要满足某些建筑物的特殊要求,如保温、通风、隔热、吸声等,在构造设计时要综合相关专业的技术知识,优化设计,选择经济合理的构造措施,满足建筑使用功能要求。

二、地基与基础设计

基础的设计是指基础底面积计算、基础结构选型以及材料、构造措施的确定等一系列工作,地基承载力是基础设计的重要参数,它是指在地基稳定的条件下,地基单位面积所能承受的最大压力,也称为耐力,如果基础对地基的压力小于地基承载力,地基将是安全和稳定的。反之,地基将会出现较大的沉降变形,甚至是更严重的破坏。

为了保护建筑物的稳定和安全,必须控制建筑物基础底面积的平均压力不超过地基承载力。

2.地基与基础的设计要求

(1)具有足够的强度、刚度和稳定性

基础是建筑物的底部构件,对建筑物的安全起着决定性的作用,因此,基础需具有足够的强度来承担和传递整个建筑物的上部荷载,为保证建筑物的正常工作,还应保证基础和上部结构有足够的刚度。

(2)具有较高的经济合理性

基础工程量、造价和工期在整个建筑物中占有相当的比重,基础工程的造价可占工程造价的1/3,应选择良好的地基场地,合理的构造方案,价廉物优的建筑材料等,以减少基础工程的投资。

具有良好的耐久性

(3)由于基础埋设在地下土层中,给建成后的检修和加固带来了不便,因此,在选择基础的构造形式与材料时,要充分考虑建筑物的耐久年限,防止提前破坏影响建筑物。

三、钢结构设计

钢结构是指用热轧型钢、钢板、钢管或冷加工的薄壁型钢等钢材通过焊接、螺栓连接成铆接等方式制造的结构。设计钢结构时,应从工程实际出发,合理的选用材料、结构方案和制造措施,满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性很热刚性要求,并符合防火、防腐蚀的要求。宜优先采用通用和标准化的结构和构件,减少制作和安装工作量。

钢结构的特点

组成钢结构的钢材,由于其内部组织均匀,各向同性,是较理想的匀质材料,因而与其他结构材料相比有一系列优点。

(1)钢材的强度高,抗拉和抗压性能都好,因此,采用钢结构可以大大减轻自重。例如,与同样跨度、同样受力的钢筋混凝土屋架相比,刚屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的1/3——1/4。

(2)钢结构加工制造简便、构件精确度高,施工周期短。钢材在冶炼和轧制过程中的质量易于控制,材质的波动范围小。

(3)钢材的塑性好、抗冲击韧性强,适宜于承受动力荷载和对抗震能力要求高的结构。

与其他结构构件的受力相同,钢结构构件按受力形式分为轴心受力、偏心受力和受弯构件,其设计计算方法是以概率论为基础的极限状态设计法,由于钢结构构件强度高、截面小,因此,应对其长细比进行限制,对受弯构件尚应进行挠度验算。

钢结构构件的焊接是基本的连接方法,螺栓连接在安装连接中应用较多,按焊缝的截面形状分为对接焊缝金额角焊缝,前者的受力性能好,主要是用于工厂的接料和重要部位连接,后者便于加工,是最常见的焊接形式,焊接应进行强度计算并应满足有关构造要求,螺栓连接应满足构造要求并应按不同受力形式进行强度计算。

连接节点板的强度应进行计算,对常用的桁架节点板可进行有效宽度计算并选择适当厚度。

四、混合结构房屋的结构构造

混合结构房屋的墙体布置,可分为纵墙承重、横墙承重、纵横墙混合承重、内框架承重等布置方案。根据房屋的空间受力性能(主要是抗侧移刚度的大小),可分为三种静力计算方案:刚性方案、刚弹性方案、弹性方案。其划分主要依据是刚性横墙的间距及楼盖屋盖的类型,大量的多层民用建筑一般都属于刚性方案。

墙、柱应进行高厚比验算,其目的是保证使用阶段和施工阶段的稳定性。对于带壁柱的墙,除进行整片墙的高厚比验算外,还应进行壁柱间墙的验算。

圈梁、过梁和挑梁是混合结构房屋中经常遇到的构件,圈梁应按规定设置,过梁上的荷载与过梁上的砌体的高度有关系,当超过一定高度时,由于拱的卸荷作用,上部的荷载可直接传到支座或洞口两侧的墙体上。挑梁的抗倾斜验算,关键在于确定倾覆点位置和抗倾覆力矩,在设计中应予以重视。

刚性方案房屋的墙体、柱的计算实际上是受压构件的计算,在竖向荷载作用下,各层墙体可视为上部偏心受压、下部轴心受压的构件,荷载由上向下传递,在风荷载的作用下,满足一定条件时可不考虑其影响。

墙体裂开是混合结构房屋中常见的现象,其原因是多方面的,除在结构设计中进行计算外,考虑构造上的要求采取适当的措施十不可缺少的,设计和施工中都应重视。以下是防止墙体开裂的措施:

1.防止温差和墙体干缩引起的裂缝

由于温差和墙体干缩等原因,可能引起房屋在正常使用条件下出现墙体竖向开裂。为此,应在墙中设置伸缩缝,伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中,砌体产生裂缝可能性最大的地方。温度伸缩缝的间距可按表中确定。

2.防止或减轻房屋顶层墙体裂缝的措施

屋面应设置保温、隔热层;屋面保温层或屋面刚性面层及砂浆找平层设置分隔缝(间距不大于6m并与女儿墙隔开,缝宽不小于30mm);

在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置滑动层,对于长纵墙,可只在其两端的2——3个开间内设置,对于横墙可只在其两端各l/4范围内设置(l为横墙长度);

顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁,并沿内外墙拉通,房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋;

顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于M5,女儿墙应设置间距不大于4m的构造柱,构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起,在房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。

结束语:在建筑设计中,要清楚的了解建筑构造设计的重要性,建筑类型很多,各类建筑使用性质和组成类型也不相同,在设计中应当充分的考虑到各个方面的问题,以避免设计中出现不必要的失误。

参考文献:

1.熊丹安,建筑结构,华南理工大学出版社,2009年版

2.宋占海,宋东,贾建东建筑结构设计,中国建筑工业出版社,2007年版

3.何益斌建筑结构,中国建筑工业出版社,2005年版

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