简述概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用

摘要:笔者在本文中就建筑工程的概念設计与结构措施在建筑结构设计中的实际应用问题进行了探讨,以期为广大的从业者提供有效的帮助。

关键词:概念设计;结构措施;建筑结构;应用

在实际的设计工作中,人们将概念设计与结构措施应用到建筑结构设计上,用以提高建筑结构设计方案的科学合理性,确保建筑工程能够顺利展开,进而推动建筑行业的健康发展。

1建筑结构设计中的概念设计与结构措施

概念设计在建筑结构设计中,指的是从事建筑结构设计的工程师利用与建筑结构相关的抗震设计知识,来对建筑物进行从宏观到微观的分析,在分析的过程中发现问题,并采取有效的手段予以解决,从而保证结构具有优良抗震性能的一种方法,其关键点在于“概念”。在进行建筑结构设计的实践工作中,建筑结构设计人员会在制定建筑结构总方案大纲时,开始使用概念设计,这利于对结构设计方案的总体布局进行大方向的调控。

此外,从宏观角度来讲,概念设计和结构措施在建筑结构中的应用,可以及时发现建筑结构设计中存在的问题并对其进行分析。同时,利用合理的方式对建筑结构设计中涉及到的有关数据进行反复核算,并依据相应的数据以及概念来判断建筑结构中的薄弱部位,进而对建筑结构设计方案进行优化和创新。在这个过程中,对建筑结构设计人员的思维判断能力要求较高,需要工作人员能够准而快的从大量的成功经验中,找出符合建筑工程要求的相关数据,同时借助概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用,及时发现建筑结构设计中存在问题并加以解决。

2概念设计与结构措施在建筑结构设计中的实际应用

2.1工程概况

本文以某地上商住楼项目为分析对象,该项目拟建建筑物层数27层,其中地上25层、地下2层,建筑总计约2.9万m2,地上2层为商业,其上23层为住宅,该建筑采用剪力墙结构,场地土类别为III类,抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第二组。

2.2施工场地要求与地基基础选型

本文案例项目在建筑工程的设计方案初步完成前,已经对附近的地质地貌进行了详细勘测,确认本项目场地及场地附近无全新活动断裂通过,亦未发现危及本工程安全及场地稳定性的其它不良地质作用,拟建场地可视为稳定场地,可进行本工程建设。依据地质勘察报告,在拟建建筑物0.000以下,最大深度约7米范围内存在湿陷性黄土层,地基湿陷等级为II级。因此依据地质情况以及综合设备专业需求,选择地下一层层高为3.3米,地下二层层高为3.0米,经初步估算后选择筏型基础,基础筏板厚1.4米,至此湿陷性土层全部挖除,规避了湿陷性土层对于基础及地基处理的影响,基础埋深也能满足规范要求。

2.3确定建筑结构的结构体系

确定好建筑工程施工场地的特陛后,要对建筑结构的体系进行确定。因为现行的建筑机构设计规范针对不同的建筑结构体系提出了与之相匹配的适用高度和高宽比,这就要求建筑结构设计人员在对建筑结构进行设计时,必须熟练的掌握各种建筑结构体系的优缺点、使用条件以及相匹配的适用高度和高宽比,并结合建筑工程的实际要求来确定建筑结构的体系。项目平面布置如下图所示。

2.4抗震等级

建筑物的抗震设防类别,在某种程度上决定了该项目工程的建筑物最终的抗震等级和抗震性。相关的设计人员在对建筑物抗震进行设计时,必须依据国家现行的抗震标准,并根据项目的建筑结构体系类型和建筑高度,来制定合适的建筑结构设计方案,保障最终建造的建筑工程的抗震性能达到预期的要求。

2.5设置防震缝与后浇带

从结构专业的设计角度而言,在规范允许的条件下建筑应尽可能不设缝,因为必须对设缝的位置进行防水、保温等多个系列的复杂作业,这在增加成本的同时,也会给施工进度带来不便,建筑物的整体美观也会有所影响。如果必须设置如伸缩缝、防震缝、沉降缝等结构缝,如下图所示,那就要根据相应的设计规范来对结构缝进行设计。在允许的条件下,为利于作业常常用后浇带来替代伸缩缝。本案例项目由于建筑体型为“十”字形连拼,经初步试算后,根据我省有关规定,属超限高层建筑,且全楼总长度已达80米。投资方接受设计方建议,采用设置结构缝的措施,有效的减小了温度应力,控制了结构扭转,规避了薄弱部位的产生。

2.6建筑结构的计算分析要求

设计人员在对建筑内结构的位移与荷载进行计算分析时,应确保所假设的环境条件、受力方向、计算模型等因素无限接近本项目投入使用后的实际情况;在对位移与受力情况进行计算时,可以认为结构与构件的工作状态为弹性,采用线性方法分析;而其结构不规则或有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏的建筑结构,应进行罕遇地震下的弹塑性变形分析。例如:楼板平面上的开洞在超过一定的规定后,楼板的平面刚度假定难以实现,就必须考虑楼板平面所产生的变形,防止因计算分析误差较大而影响建筑结构设计方案的科学及合理性。

2.7调整系数的确定

(1)分析方法的确定及刚性楼板假定的应用。整体指标的计算与分析应读取平面刚性假定的模型进行分析,对于结构构件的配筋结果应读取非平面刚性假定的模型进行设计。本项目由于顶部楼层复式设计,导致楼板开洞多且大,个别墙肢被取消,所以还要进行谈情时程分析补充包络计算,并加强顶部楼层的构造措施,如暗柱全高加密,楼板加厚等等。

(2)实际的周期折减系数。由于结构体系的实际刚度会随着填充墙体对建筑物总体刚度作用效果的增大而增大,使得周期折减系数递减。而正常的周期折减系数为0.8-1.0,结合本项目的情况,可以得出合理的周期折减系数。

(3)振型数与高宽比。考虑到结构的不规则性,应按扭转耦联振型分解法计算,振型数不得少于15个;如果项目具有多塔结构,那么其振型数必须至少是塔数的9倍,且在确定计算振型数时,必须保障振型参与总质量的数量在90%以上才算合格,本项目应依照此原则计算振型数。建筑物高度77.85米,等效宽度15.8米,建筑物高宽比4.93,满足规范要求。

(4)以荷载大小确定梁端负弯矩调幅系数。由于建筑结构中的梁结构在受到竖向荷载后,其塑性内力会进行重新分布,因此要以荷载大小确定梁端弯矩调幅系数,同时增加相应的跨中弯矩,确保梁结构的稳定性,梁端负弯矩调幅系数可取0.8-0.9。

(5)连梁刚度折减系数。本项目建筑物较高,且所属地理位置抗震设防烈度为8度,这使得设计人员在建筑抗震设计中会出现连梁刚度相对墙体较小的问题(设计中会采用略长的墙段来保证墙体的抗剪承载力以及控制结构位移),进而导致连梁配筋困难。因此,建筑结构设计人员在对其进行计算的过程中,可以在连梁不受竖向荷载的基础上适当折减连梁刚度,同时确保最终得出的刚度折减系数数值在0.5-0.7的区间内。

(6)楼面梁刚度增大系数。本项目的楼板与梁整体在实际的施工中按照T形截面梁的结构体系进行施工,但是在计算时要按照矩形的计算方式来对梁截面进行计算。通常情形下,边框梁的取值为1.5,中间框架梁取值为2.0,可以以此作为判断依据来对本项目的刚度增大系数进行取值。

3结束语

总而言之,在建筑结构设计中,设计人员可以通过概念设计与结构措施的具体应用,来对建筑结构设计方案进行不断的优化和革新,进而有效保障建筑工程的质量安全,实现企业工程建设效益的最大化。

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