建筑结构设计中常出现的问题及解决措施

建筑结构设计中常出现的问题及解决措施摘要：现代建筑的日趋丰富，个性鲜明的建筑比比皆是，这种跟个性化的设计给结构设计带来较大的难度。建筑结构的设计是建筑工程的重要环节，设计的成败将直接影响到工程的使用、成本、安全等各个方面。因此在设计的过程中应当对关键性问题进行控制和解决，避免出现遗漏和误差，力求将结构设计做的合理而优化这才是结构设计的目标。关键词：结构设计；典型问题；解决措施；概念设计一、建筑结构设计概述随着我国建筑行业的不断发展，各类房屋建筑面积逐年上升，房屋建筑设计水平也在不断的提高，综合性建筑的发展使平面布置和体型日益复杂；使结构体系日益多样化。在实际的建筑结构的设计当中，还是有由于工程人员的疏漏或者其他方面的原因致使设计中出现问题，这些问题无论大小都对房屋的建筑质量产生了一定程度上的影响。因此做好建筑结构设计是关系到建筑安全，作为建筑结构设计人员，必须充分了解建筑结构设计内容及其结构体系，只有这样才能使结构设计达到技术先进经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。1、 建筑结构设计的相关内容建筑结构设计简单的看就是利用结构语言对建筑进行描述，将用户所需达到的目的利用建筑学的语言表达并可以被施工人员理解，并按照此种描述完成建筑的结构施工。所谓的结构语言就是设计是从建筑和专业图纸中提取的单元，其中包括基础、梁柱、墙、楼板等等。然后将这些结构单元组合起来构成整个建筑的结构体系，这个体系将承担建筑的水平和竖向的载荷。这些载荷将通过结构传递给建筑的基础部分，从而实现建筑的使用功能。结构设计的内容也就可以照此分为基础设计、上部设计等。2、 结构设计的基本方法通常建筑结构的设计分为三个阶段：建筑结构方案设计阶段、结构计算验算阶段、施工图设计阶段。在设计过程中每个阶段都有不同内容，如方案设计阶段，主要是根据建筑中的重要性开展建筑的防震烈度设定、工程地质勘测、建筑场地评价、建筑高度和层数确定、建筑结构形式确定等，其中建筑结构形式是结构设计的基础，其需要确定建筑的结构类型，如框架、框剪、筒体结构等组合形式。确定了结构形式之后就应当根据不同的方案特点来布置结构的承载和受力构件。3、 建筑结构设计的基本原则建筑结构的设计应符合以下原则：在正常的施工和使用过程中，建筑结构可以承受来自内部和外部的各种作用；在正常使用的过程中结构具有良好的工作性能；在正常维护的状况下，可以表现出持久性；设计规范中规定的偶然事件发生时可以保持必要的稳定性。建筑结构在规定的时限内、条件下对完成其预定的功能可以表现出足够的可靠性，且此种可靠性可以进行计算度量。设计时应利用概率理论为基础的极限状态设计方法，既保证在极端情况下不会对社会造成严重的危害。二、建筑结构设计中的常见问题与解决措施1、 部分建筑底层挑梁裂缝底层框架设计中剪力墙砌体结构与挑梁裂缝的问题。底层使用框架剪力墙砌体结构的建筑，主要就是底层是钢筋混凝土结构的剪力墙结构，其上部多为多层的砌体结构型建筑。这种建筑是需要对底层结构进行经济性优化的建筑结构形式。在设计有时为了追求建筑的空间扩大和增加使用面积将二层以上的部分横向墙和外层挑墙转移到悬挑梁上，也因此各个层面都有挑梁设计，但是在实际情况中底层度的挑梁往往会出现裂缝的情况，该类挑梁设计形式与出现裂缝的情况通常集中出现在临街的建筑中。出现此种情况的原因是原始设计中各层的挑梁都是按照本层的载荷进行计算和验算的，在实际的结构中悬挑梁的上部墙体为整体砌筑，而下部墙体同事是也起到了底模的作用，此时挑梁上部的墙体载荷就形成自上而下的作用力。这样原有的挑梁设计与实际形成的载荷的传递方式就出现了差异，从而使得原有的承载能力不足以满足实际的载荷，出现裂缝也就可以得到解释了。要解决此问题就要根据实际的需求进行改进，使得受力传递路线符合实际情况，或者在施工图设计时注意对施工顺序的规范，这样就可以防止出现类似情况。2、 砌体结构设计与抗震性能提高1） 横墙承载是的结构布置要点，通常建筑的平面为矩形，其横向刚度要远远小于纵向，所以需要足够数量的横向结构对其进行支撑，从而提高其抗震的性能。因为地震对墙体的破坏为剪切性破坏，所以为了提高横向墙的抗震能力就需要提高其强度。其主要的方式就是对材料进行规范，使用强度等级高的材料，增加横墙上的轴压力，将横墙设计为具有承载和阻隔双重能力的结构体。2） 纵横墙承载结构。当建筑的开间增加时，设计沿进深的梁支支撑在纵墙上，使得纵向承载能力增加。楼板沿纵向设置搁置形成横墙承载，横墙的间距大时就可以按照抗震的要求，同时纵墙的抗震性能也会因为轴压的增加而提高。另外也可利用纵墙承载、横墙承载沿竖向而交替布置，此种措施应用较少。3） 纵向墙承载。此种设计方式是横墙的间距大数量少，同时轴压较小，所以结构的抗震性能较差，纵墙多则容易引起弯曲破坏也应慎重选择并进行细致验算。4）混合承载设计。这样的设计可以形成多种组合方式，如内框架砌体结构、底层框架砌体结构、局部框架砌体结构等等。此类结构体系是由结构材料弹性模量、动力性能差异较大的两种结构组合而成，因此其并不是一种较好的抗震结构。但是其满足的是建筑的使用有要求，可以提供较大的空间，经济性也优势明显。在设计中无论使用和在砌体形式都是结构抗震性能保证的关键，此时就需要利用概念设计的思路，综合性的提高建筑的整体抗震性能，以此弥补结构上的不足之处，尽量做到综合性能上的最优。3、 楼层平面刚度设计问题某些设计在缺少基本的结构观念或者结构布置的必要措施的时候，采用楼板变形计算程序。虽然程序的编写在数学力学模型上是没有错误的，但是确定楼板变形的程度上却不能做到准确估算。作为计算的大方向都不能做到准确的定性，就更不会得到想要的准确结果。由此可见结构设计中一定会存在结构上的安全隐患，或者某些结构件的性能储备过大的情况。为了使得程序计算的结果准确起来，即计算的结果可以基本反映真实受力的情况而不出现严重的误差，设计的时候应尽量对楼层设计进行刚性化处理。要做到这一点就应当先在建筑设计或者方案提出阶段就避免采用存在变形较大的楼面，如楼层上开洞、外伸的部分太长、块体之间存在缩颈连接、凹槽缺口过深等情况；再要从结构布置和配筋设计上进行控制，对于功能性必要或者建筑效果十分优越的建筑设计方案来说，如果平面不能完全采用刚性楼板在结构设计的时候就必须考虑采用增设连接梁板、暗梁、提高连系梁板、暗梁边梁配筋调整、斜向配筋等方式进行补强，即利用各种可行的措施对弥补楼板刚性损失，也即是满足刚性楼板的基本假定或者出现的计算误差。4、 屋面梁和配筋设计这个设计项目中应当注意一下几个参数的取值和设计：1）振型数的设定振型数的大小将直接影响到结构计算的精确度。对于平面规则、刚度分布不均匀的复杂建筑结构，尤其是多塔结构、大型底盘结构等，在考虑到扭转耦联计算的时候，通常不容易确定振型的数量，并支持计算地震作用。如果振型数偏少，有限高振幅的地震作用就无法进行计算，结构抗震的设计存在隐患；如果振型数过大，直接增加了计算的工作量，也容易导致累计误差。通常设计中需要掌握的原则是：在不考虑扭转耦联计算的时候应大于3；振型数大于3是则应保证为3的倍数，但应小于建筑的层数；如层数较少小于2时，振型数则应为2或者1；如为5层则振型数为3；对于不规则的结构应考虑扭转耦联的效果，此时振型数应不小于9,结构层数较多或者结构刚性突然变大的时候，振型数应适当增加但是不能高于建筑层数的3倍。2）周期折减框架结构因为填充墙的存在，使得结构的实际刚度会大于设计计算刚度，计算周期就会大于实际。所以计算的出的地震剪力就偏小，从而导致结构设计存在隐患，所以对框架结构的计算周期进行折减是必要的措施。但是对框架结构的计算周期的折减系数过大或者过小甚至不折减也是不可取的。具体的取值如：在设计中对砌体填充墙周期折减应在0.6-0.7之间；砌体填充较少的或者轻质材料时可以取0.7-0.8；完全采用轻质材料的墙体则应取0.9；只有没有砌体墙而采用纯框架的结构其计算周期才不用折减。周期折减系数不会改变结构的自振性能只会影响地震影响系数。梁跨正弯矩放大系数这个系数在设计中主要是对楼面出现活动载荷较大的多层建筑而设置，不能一概而论。当梁上不计算活动载荷或者不考虑活动载荷的不利影响时，通常在取值是放大系数为1.2,以此弥补梁跨中弯矩过小而出现的不足；当多层建筑分析和推导载荷的时候，将永久载荷与楼面活动载荷是分开计算的，并对活动载荷进行不利布置，此时系数可为1，即不需要放大。通常计算高层建筑时为了简化计算，永久载荷与楼面的活动载荷和在一起进行计算，也不做活动载荷的不利布置，所以通常其梁跨中正弯矩的放大系数取1.2，以满足结构承载要求。三、结束语在建筑结构设计中，随着设计理念的更新和计算模式的改进，建筑工程的结构设计业随之出现了新的发展趋势，首先概念设计将在结构设计中发挥更大的作用。此种设计思路实际上是一种着眼与整体的设计理念，即正确的解决总体方案、材料使用、细部构造等问题，以此使得建筑整体达到合理的抗震目标。概念设计主要就是针对的是抗震设计中遇到的复杂计算过程和难于精确计算某些设想而提出的一种宏观调控的思路，即在宏观上实现合理的抗震，利用理念的定性分析来避免繁琐计算，为抗震设计创作必要的条件，使得计算分析的结果可以反映实际的地震影响，此种设计将引导建筑结构设计步入新的空间。这些先进的设计理念将使得建筑设计更加的趋向最优。参考文献：王艳辉.浅谈房屋建筑结构设