浅议建筑结构设计

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浅议框架结构的加固设计

作者：林顺辉

来源：《城市建设理论研究》2013年第07期

摘要：随着人们的生活水平的提高，住房已成为人们的首要问题。因此房屋的构件与设计必须给人们带来安全感。为了满足人们日益增长的生活需求，本文具体阐述了框架结构的加固设计思路与方法，结合工程实例对框架结构的设计、计算和分析进行了探讨。

关键词:旧房改造;抗震加固;加层设计;构造

Abstract: with the development of people's living standard improving, housing has become the

primary problems for people. Therefore member and the housing design must bring people a sense of

security. In order to meet the growing needs of life, this paper expounds the structure reinforcement

design ideas and methods, combined with the engineering example of frame structure design,

calculation and analysis were discussed.

Keywords: transformation; seismic retrofit; plus layer structure design;

中图分类号：TU323.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

目前许多建筑物受当时经济条件的约束，原来的规划设计已不能满足当代的需求。对旧建筑物增层改造特别适合我国国情，它具有投资少、收效快、不占地、不需搬迁、节省城市配套费及美化市容等许多优点。对旧建筑进行增层扩建，可以扩大建筑面积，增加建筑物的使用功能，同时又基本不增加土地使用面积，是缓解建筑用地紧张的有效途径。但增层工程是一项复杂而细致的工作，增层得当，可节约投资，又避免了拆迁各项公共生活设施和市政设施。如果处理不当，则劳民伤财，甚至会危及人民生命财产安全。

218浅议高层建筑结构分析与设计 王优敏 陕西金钼集团金堆城花园建设工程指挥部 摘 要：高层建筑是近代工业化高度发达的产物，是衡量一个国家科技进步的重要指标。由于高层建筑结构的复杂性，对其结构设计的研究成为结构工程师的热点话题。本文对高层建筑结构设计遇到的问题进行了必要的介绍，同时归纳总结了结构设计要点和分析方法。 关键词：高层建筑；结构分析；方法1 前言高层建筑是人类向空间索取生存空间的一项创举，由于其具有优良的动、静工作性能，且能节约大量钢筋，经济效益显著，同时也是展示一个国家科技技术水平，城市繁荣富强的重要标志，因此日益成为各国所追宠的建筑结构形式。由于其建筑形式多样，受力复杂，地震、强风等灾害对其结构安全有重大的影响，故需要建筑工程师对其进行合理科学化设计，由于现在计算机技术的发展为高层建筑结构的结构分析提供了技术支撑，加之新的施工设备和方法也在不断出现，从而为其的广泛应用提供了必要的技术支撑。本文主要对高层建筑结构设计出遇到的问题进行简要介绍，同时对其的受力特点、结构形式进行了必要的分析总结。2 设计高层建筑结构时需注意的问题2.1 把握好结构强度与延性设计[1]高层建筑结构设计时要保证在遭遇强自然灾害时能够具有很强的变形能力，避免倒塌发生。因此在设计中一方面要保证其具有足够的强度，同时也要保证其具有必要的延性，从而避免脆性破坏。好的延性能够使结构进入弹塑性工作状态，通过塑性变形能够更好的吸收能量，抵御高烈度的地震。在高层建筑结构所用混凝土强度等级和截面尺寸确定之后，使各种非受力钢筋和受力钢筋满足恰当的配筋率，防止截面含钢量超标，这是控制结构刚度、强度和裂缝的重要手段。高层建筑构件的含钢量如果超出适当范围（低或是高），则会对结构的体系、布置或是刚度产生不利影响，应对结构重新进行调整设计。2.2 把握好高层建筑结构的稳定性为了保证高层结构的稳定性，避免发生倾覆事故，《高层建筑混凝土结构技术规范》对结构的高宽比 H/B 的比值进行了限值[2]。由于建筑物的倾覆力矩会随着建筑高度的增加而迅速扩大，所以 H/B 比值大的建筑物安全性往往比较差。对建筑安全性验证时，首先要进行抗倾覆稳定性验算，保证在地震力作用下，倾覆力矩和相应的重力在地基与基础交界处的合力点，不得超出力矩作用方向抗倾覆基础边长的1/4。结构抗倾覆性能受多种因素影响，当基础越深、尺寸越宽时，整体结构的抗倾覆性就非常好；由于桩基础在地下埋置深度够深，其抗拔性能优良，故高层建筑结构建议采用桩基础来增加其抗倾覆稳定性。同时对建筑的上部结构的刚度进行计算设计，使其在地质和自然灾害的作用下不会产生过大的变形。因此通过科学的上部和基础结构设计，保证结构的抗倾覆性和稳定性，此时就可以突破《高规》H/B 的限值。2.3 合理设计剪力墙连梁[1]通过实验数据和震害结果发现，对连梁的设计至关重要，它的破坏会导致剪力墙承载力严重丧失。按有关规定，设计时应使其具有足够的延性，不应过早发生剪切破坏。为满足连梁的抗剪要求，保证其配有足够的抗剪箍筋和具有一定的截面面积。连梁对高层建筑结构的抗震必不可少，为使其能在第一时间达到屈服形成塑性铰吸收能量，应使其保持在不高的刚度水平。当然也不能过分降低连梁的刚度，这样会导致小震就会使建筑物产生较多的裂缝，要满足正常承载力的使用要求。3 高层建筑结构设计要点a）水平荷载是控制核心。由于楼面的使用荷载与楼房自重在竖直方向的构件中引起的弯矩和轴力，与楼房高度成一次方关系；由水平荷载对整体结构引起的倾覆力矩，和它在竖直方向的构件上产生的轴力，与楼房高度成平方关系；同时对于高度一定的楼房来说，它所受到的竖向荷载一般是个定值，而由外力引起的水平荷载，它的数值会受到结构本身性能的影响而有较大幅度的变化。b）轴向变形不能忽视。由于高层结构自重大，在竖直方向作用在结构的荷载值较大，会从而使柱在轴向方向产生较大的变形，会对连续梁的弯矩产生不利影响，使连续梁跨中正弯矩的和以及两端支座的的负弯矩值升高，同时使中间支座的负弯矩减少。影响预制构件的下料长度，因为下料的长度往往是根据轴向变形值来确定计算的。c）侧向位移是控制指标。由于高层建筑受外力影响较低矮楼层要大得多，会在水平外力荷载的作用下产生较大的侧向位移，会对结构的安全造成不利的影响，因此在高层建筑设计中，结构的侧移已成为最为重要的控制指标，确保结构在水平荷载下侧移控制在一定范围内。d）延性成为重要指标。高层结构相比于低矮建筑，在外力作用下变形会更大一些。为避免结构倒塌，保证结构在塑性阶段具有较好的变形能力，应采取必要的设计措施，使结构具有相当大的延性。

浅谈建筑结构设计的有效方法　

陈美萍浙江省武义县建筑设计院３２１２００　

【摘要】建筑结构设计是建筑水平和质量得以保证的源泉，因此要提高我国建筑业水平首先考虑的问题就是建筑结构设计问题。本文针对这一　

根本性的问题进行探讨，深入分析建筑结构设计的提点、原则，探索建筑结构设计的有效方法，以便能够在今后的建设施工过程中保证施工质量、提高　

工程效率。　

【关键词】结构设计设计原则　有效方法　

中图分类号：ＴＵ２文献标识码：Ｂ文章编号：１００９—４０６７（２０１０）０５—０１８４一Ｏｌ　

一、建筑结构设计的主要内容　

建筑结构设计总体上：分为两个步骤——宏观设计、具体设计，所谓　

宏观设计就是建筑的整体结构设计，主要包括对建筑结构体系的选择、　

基础的选型、承力墙的分布和柱网的布置等。设计过程主要由两部分组　

成即主体部分和　础部分。工程的设计者要结合建筑物质、高度、重要　

程度、以及奉地区的抗震裂度等具体条件来对结构体系进行适当的选　

择。　进行宏观设计之后后，接下来的就是需要进行具体设计。所谓具　

体设计是指对粱、十ｔ、板、势力墙、块体五个部分的内力和配筋计算。梁　

和柱一般呵以被看作足细长杆件，内力情况必须要与计算体系相一致。　

二、建筑结构设计的一般原则　

（一）建筑整体协调性的注重　

在建筑结构设计过程中有几个十分重要的概念如“强柱弱梁”、“强　

剪弱弯”等。我们知道整体结构是由不同的构件协调组合而成的，整体　

功能大于局部功能之和，各个构件所担任的角色是不相同的。因此其重　

要性自然有轻重之分，唯有整体结构合理，才能抵御外来的侵袭。才能　保证其安全性　

（二）注意安全性。层层防设　

层层设防是保证结构体系安全的重要措施，当灾难来临时，要保证　

所有的抵抗外力侵袭的结构都是在发挥作用的。但是如果将活的期望　

全都寄托在某一个单一的构件上的做法是十分危险的。因此就这点而　

言，我们就理解了为什么多肢墙要比片墙优越、框架剪力墙要比纯框架　

好等层层设防的设计思路了。　

工　术　浅议建筑钢结构的稳定性设计　罗辉　中钢集团工程设计研究院有限公司石家庄设计院　【摘要】钢结构具有独特优势，因此在土木建筑工程项目当中运　用钢结构也能得到较好的收益，但近年来发现因为建筑钢结构稳定性不　强的原因而引发的安全事故变得越来越多。本文分析了建筑项目当中钢结　构存在的缺陷，建筑钢结构的稳定性设计，稳定性设计所应坚持的原则与　要点以及稳定性设计的过程中不应忽视的问题。　【关键词】建筑钢结构；稳定性；设计　因为钢结构具有强度高以及自重轻等优点，所以在我国的建筑　工程建设项目当中，钢结构已经被广泛应用，并随着相关体系的建立　与重点项目的开发，钢结构已经获得了一定的发展［】】。但是，近年来发　现因为建筑钢结构稳定性不强的原因而引发的安全事故变得越来越　多，造成了恶劣影响；所以研究建筑钢结构的稳定性设计具有重要意　义，本文就此问题进行了简单的探讨。　１．建筑项目当中钢结构存在的缺陷　由于钢结构具有独特优势，因此在土木建筑工程项目当中运用　钢结构也能得到较好的收益，但是在长期实践中发现钢结构也存在　一定缺陷，主要表现如—　首先，钢材本身存在着不足，如在耐火性能　以及耐腐蚀性能方面，钢材的耐受能力均不高；因此，在建筑项目运　用钢结构时，需要对其进行严密防护，这样一来就需要花费较高的成　本［２１。其次，在耐热性能方面，钢结构虽然具有一定耐受能力，但是如　果对其进行施工时，温度已经达Ｎ１５ｏ摄氏度，则已经超过钢结构耐　受的能力，进而导致其出现变形等不良状况，因此需要将隔热层作为　保护手段；另外，钢结构不具备耐火陛能，在重要的建筑结构当中，还　需要对钢结构进行防火保护，以免发生意外。再次，钢结构的强度虽　然很高，但是由钢结构所制造的构件却不具备太高的强度，这是因为　钢结构的构件通常以薄壁形式出现，构件的横截面积也相对较小，在　施工中受到较大负荷的情况下，稳定要求以及强度要求都比较难以满　足。　２．建筑钢结构的稳定性设计分析　２．１关于稳定性设计　因为钢结构构件强度无法达到标准，且容易出现失稳现象，进　而破坏建筑结构。在这里的稳定与强度并不是同一个范畴的概念，强　度指的是应力方面的问题埘。具体而言，就是指处于平衡稳定状态下　的单个构件或整个钢结构，承受荷载时其最大应力是否已经比建筑　材料最大的强度更大，其极限强度为钢结构的屈服点；稳定则是指变　形方面的问题，钢结构当中的构件内部所承受的抵抗力与外部所承受　的荷载两者是不平衡的，稳定性设计的关键在于在不平衡的受力当　中，寻在一个相对平衡的契合点，以避免钢结构发生急剧变形，造成　失稳，进而破坏建筑结构。　２．２稳定性设计所应坚持的原则与设计要点　在设计钢结构时，应综合考虑建筑具体实际情况以及在使用建　筑过程中的要求，使设计完成的钢结构刚度、强度以及稳定性能都　能符合标准。设计时，应在满足稳定性与强度要求的前提下，尽量节　约钢材。减少使用钢材的目的在于将结构本身所具有重量减小，从而　在出现较大负荷时，能够有效承载；在施工中，尽量缩短制造时间以　及安装时间，从而便于维护以及运输钢结构，使总成本得以降低。此　外，设计完成的钢结构应具备一定程度的审美价值，特别是在设计外　露结构时，应注意结合建筑美学标准。　在设计钢结构时，要使其具备充足稳定性，则应注意以下设计　要点。第一，在布置建筑钢结构的形式时，需要综合考量钢结构当中　不同组成部分所要求的稳定性以及建筑整体性能等多项内容。目前　在我国设计钢结构的稳定形式时，通常将平面体系范围作为设计的　出发点，例如框架结构；所以在计算钢结构平面稳定的设计值时，应　确保其与计算结构构件布置的方法相同，例如在计算前者时，应考虑　到是否增加计算支撑构件受力强度等。第二，实际计算时的计算方法　所依据的稳定设计简图应与计算结构稳定性水平所依据的简图保持　一致。在一般情况下，分析框架所具有的稳定性水平以及分析框架结　构的工作都比较粗糙，部分建筑工程甚至不进行该项工作，仅仅是计　算框架柱设计时的稳定值㈨。因为计算杆件稳定值时所依据的模型，　均为假设模型或简化模型，所以为了确保计算钢结构的稳定值符合要　求，则应使计算方法所依据的稳定设计简图应与计算结构稳定性水　平所依据的简图保持相同。　２．３稳定性设计的过程中不应忽视的问题　在设计住宅的钢结构时，应注意钢结构类型的住宅分为多层住　宅与低层住宅两种，别墅为低层住宅，而公寓则为多层住宅。相关标　准中提出，钢结构类型的住宅宜控制在１２层以下，以满足抗压以及抗　震要求。布置钢结构时的规则性会对住宅建成后的抗震性能造成影　响，所以，在布置钢结构平面时，应尽量做到对称与规则，避免在出　现地震时，遭到较大的破坏。　当前，计算机设计软件技术得到了较快的发展，因此，可以在设　计钢结构时，应用计算机作为辅助工具，并在计算机的帮助下完成整　体稳定以及平面构件强度的计算；设计人员则只需计算结构稳定水平　以及结构强度ｆ５】。因此计算机的介入使得稳定性设计过程变得相对方　便，工作效率也得以提高。　要使钢构件受弯部分的板件维持在稳定状态，则可以采用以下　方法。其一，对板件的厚度与宽度的比值进行控制，从而使板件在屈　曲时承载的能力达到极限，避免在钢构件出现整体失效之前，板件就　已经出现了屈曲现象，其二，如钢构件出现整体失效之前，板件就已　经发生了屈曲现象，则应利用屈曲强度来增强构件承载的能力。　对翼缘板的厚度与其外伸自由宽度两者的比值加以控制，或对　腹板的厚度与其计算高度两者的比值加以控制，都能够有效维护压　弯构件以及受压轴心构件的稳定；当钢结构中的受力构件是一种圆　管截面时，那么就应对其壁厚与外径之比进行控制。　３．结语　综上所述，建筑钢结构虽然具有着不可比拟的优势，但是在使　用的过程中，仍然存在着某些不足。笔者将多年的工作经验作为分析　基础，简要讨论了提高钢结构的稳定性方法，及优化设计钢结构。在　优化设计钢结构的过程中，笔者也提出了相关的注意事项，希望对相　关设计人员能够有所帮助。　参考文献　［１】董建设．小议现代建筑钢结构的设计与安装【Ｊ】．中小企业管理　与科技（下旬刊），２０１　０，１４（２３）：９０５－９０４　［２】王志军．高层住宅钢结构的设计流程及应注意的问题【Ｊ】．中小　企业管理与科技（上旬－ｒ，Ｊ），２０１０，２４（１４）：６５５－６５６　［５惆桓，刘冰．浅析建筑钢结构的施工与质量控制措施［Ｊ】．黑龙江　科技信息，２００９，２５（３６）：１０５４－１　０５５　［４】卢秋玉．对建筑钢结构设计及安装的探讨【Ｊ】．中小企业管理与　科技（下旬刊），２０１０，５６（２８）：７４９－７５０　［５】王亚刚．对变电站建筑框架结构及钢结构节点设计的探究［Ｊ】．　价值工程，２０１１，１　７（３８）：９０６７－－９０６８