浅析现代建筑结构设计中的要点

摘　要： 近年来随着我国建筑的迅速发展 , 建筑的结构设计越来越受重视。从目前看来，建筑的建设和结构设计已经进入发展热潮，成为城市空间中不可或缺的元素。每个结构设计师对于同一个建筑设计都有自己的建筑风格。本文就现代建筑结构设计中的要点进行论述
关键词：现代建筑，结构设计；要点
随着我国国民经济的高速增长，带动了建筑业的快速、持续的发展。同时，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对现代建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进设计理论，加强先进技术的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠和经济是现代建筑结构设计的发展方向。
　　一、结构设计的目的
　　在现有技术基础上，用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求，包括安全性、适用性、耐久性。
　　1.1 安全性：指结构应能承受正常使用时可能出现的各种荷载和变形等作用，在偶然事件(如地震、强风)发生时及发生后结构仍能保持必需的整体稳定性，即结构仅产生局部损坏而不致发生倒塌。
　　1.2 适用性：指结构在正常使用过程中，应具有良好的工作性能。
　　1.3 耐久性：指结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，能够正常使用到预定的设计使用期限结构的功能要求概括起来为结构的可靠性，即在规定的时间内(设计使用年限)，在规定的条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护)，结构完成预定功能(安全性、适用性、耐久性)的能力。
　　二、现代建筑结构设计的技术原则
　　2.1 抗震验算时不同的楼盖及布置决定理论计算方法。抗震验算时应特别注意场地的类别。尽量加剪力墙，可大大改善结构的抗震性能。结构应设计成双向梁柱刚接体系，应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，《规范》给出的垂直地震作用明显不足。
　　2.2 雨篷不得从填充墙内出挑。大跨度雨篷、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯矩乘以跨度的一半。
　　2.3 框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。
　　2.4 当地下水位很高时，暖沟应做防水。一般可做 U 型混凝土暖沟，暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时，混凝土应抗渗，等级 S6 或 S8，混凝土等级应大于等于 C25，混凝土内应掺入膨胀剂。
　　2.5 当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置，并采取相应的构造措施。

　　三、现代建筑结构设计中的要点
　　3.1 加强建筑物地基结构设计
　　为防止或减少由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。地基的结构设计应分别就高层建筑与多层建筑考虑不同的设计。
　　3.1.1 对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式。此时应保证箱体的整体刚度；当土层有较大起伏时，应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中并应考虑可能产生的液化影响。
　　3.1.2 对多层建筑而言，从经济的角度考虑，一般不愿意采用长桩的方案。但对软土层覆盖层厚度较大的地区，一般都需要经过地基处理的方式来达到控制建筑物沉降的目的。常用的软土地基处理方式类型较多，但在选择地基处理方案前，必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况，并根据工程设计要求，确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标，以及各种处理方面的适用性。同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验，进行多方案比较，最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后，还必须满足规范所规定的强度和变形要求。
　　3.2 防止由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏。预防或减少不均匀沉降的危害，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。应该引起重视的是：对高层建筑来说，由于需要一定的埋置深度，从经济的角度考虑，基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式，此时应保证箱体的整体刚度，群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合。常用的软土地基处理方式类型较多，但在选择地基处理方案前，必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况，并根据工程设计要求，确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标，以及各种处理方面的适用性，同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验，进行多方案比较，最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后，还必须满足规范所规定的强度和变形要求。
　　3.3 关于高层建筑高宽比
　　《高层建筑混凝土结构技术规程》对高层建筑适用的最大高宽比有明确要求，但在计算高宽比时，对建筑宽度的取法却无明确规定，在第4.2.3 条的条文说明中指出“一般场合，可按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比，对于不宜采用最小投影宽度计算高宽比的情况，应由设计人员根据实际情况确定合理的计算方法”，对设计人员来说，难以确定何为合理的计算方法，而且这是一个涉及建筑是否为超限高层建筑的敏感问题，应该有一个较为明确的取法，以便设计及审查人员掌握。
　　3.4 框支梁支放在剪力墙上的设计问题
　　《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对框支梁和框支柱的截面及配筋都有详尽规定，但对框支梁支放在混凝土剪力墙上时却未作任何规定或建议。事实上，当框支梁支放在混凝土剪力墙上时，相当于施加给剪力墙一个大的集中荷载，这个集中荷载包括竖向和水平向、集中压力和推拉力以及集中弯矩和扭矩。尽管剪力墙沿墙长度方向具有较强的承载能力，但垂直于剪力墙支放的框支大梁所传荷载的作用方向正是剪力墙的弱轴方向。因此，当框支梁直接支放在混凝土剪力墙上时，笔者建议按以下方面考虑剪力墙的设计：
　　(1)按底部加强部位无翼墙的要求(即层高的 1/12)，参照《高层建筑混凝土结构技术规程》有关对框支柱截面高度的限制，以及框支梁钢筋水平段的锚固要求等初步确定剪力墙的厚度。
　　(2)在不小于框支梁宽度范围内的剪力墙中按框支柱要求设置暗柱，进行构造计算和配筋。
　　(3)针 对框支梁所传集中荷载进行局部抗力验算。
　　3.5 关于强柱弱梁的设计理念
　　强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆，而梁破坏仅是某个区威失效，因此柱较之梁破坏的损害更大，我们设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。其一必须严格控制柱轴压比。我们的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力(有文章表明约增加30%)，则柱子根本不可能有这点安全储备，因此应对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于 1%。所有框架柱，不包括小截面柱。
　　四、现代建筑结构设计的发展趋势
　　随着社会的需求，计算理论的发展，计算机的应用，新型建材的研究与应用，今后建筑结构设计的会有如下的发展趋势：
　　4.1 概念设计将发挥越来越大的作用
　　概念设计是根据抗震设计的复杂性，难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现合理抗震，避免无必要的繁琐计算，同时为抗震计算创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况的设计方法。
　　4.2 采用先进的计算理论
　　空间受力分析、非弹性变形分析、塑性内力分析、时程分析、最优化设计、方案优化等先进科学的设计方法、设计理论将得到越来越多的应用。
　　4.3 使用具有高强、轻质、环保等特点的新型建材
　　建筑物的自重在结构计算中占很大的比重，使用轻质、高强的建材，将使建筑结构设计发生革命性的变化。
　　五、结语
　　总之，建筑结构设计是个系统、全面的工作。作为结构设计人员，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度，加深对现代建筑结构设计中常见问题的认识与研究，以不断提高自身的结构设计水平，使设计的作品比现阶段的其它建筑具有更高的水准、更合理和更经济的结构形式。