建筑結(jié)構(gòu)選型及其設(shè)計(jì)探討

1、<p>　　建筑結(jié)構(gòu)選型及其設(shè)計(jì)探討</p><p>　　摘要：從工程實(shí)踐表明，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)選型應(yīng)當(dāng)充分考慮到結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)選型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：S6

2、11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　抗震結(jié)構(gòu)體系要通過綜合分析，采用合理而經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。 </p><p>　　基于抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型 </p

3、><p>　　結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)同場(chǎng)地購特性有密切關(guān)系，場(chǎng)地的地面運(yùn)動(dòng)特性又同地震震源機(jī)制、震級(jí)大小、震中的遠(yuǎn)近有關(guān)；建筑的重要性、裝修的水準(zhǔn)對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形大小育所限制，從而對(duì)結(jié)構(gòu)選型提出要求；結(jié)構(gòu)的選型又受結(jié)構(gòu)材料和施工條件的制約以及經(jīng)濟(jì)條件的許可等。這是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。 </p><p>　　從結(jié)構(gòu)材料的抗震性能方面分析，鋼結(jié)構(gòu)由于具有良好的延性、可靠的節(jié)點(diǎn)，在低周往復(fù)荷載下飽滿穩(wěn)定

4、的滯回曲線，結(jié)構(gòu)變形能力和耗能能力強(qiáng)，歷次地震中，鈉結(jié)構(gòu)建筑的表現(xiàn)部很好，但也有個(gè)別建筑因設(shè)計(jì)不良或堅(jiān)向支撐失效而破壞?？偟那闆r來看，鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)于其他各類結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，其材料也是較昂貴的。 </p><p>　　2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) </p><p>　　現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在歷次地震中也有一定數(shù)量遭到嚴(yán)重破壞，但多數(shù)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不良及施工質(zhì)量較差造成的。事實(shí)說明，經(jīng)過合理的抗震設(shè)計(jì)和較

5、好的施工質(zhì)量的保證，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)是有足夠的抗震可靠度的。由于它可以通過現(xiàn)場(chǎng)澆筑，形成具有整體性節(jié)點(diǎn)的連續(xù)性結(jié)構(gòu)；有較大的側(cè)移剛度，可以減少結(jié)構(gòu)的側(cè)移量，從而減少非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞；經(jīng)過良好的設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)有相當(dāng)?shù)难有圆⑶以靸r(jià)較低，使得現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。需要說明的是，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在著難以克服的缺點(diǎn)：周期性往復(fù)水平荷載作用下，構(gòu)件剛度因裂縫開展而遞減；構(gòu)件開裂處鋼筋的塑性拉伸，使裂縫不能閉合；低周往復(fù)荷載下，桿件塑

6、性鉸區(qū)反向斜裂縫的出現(xiàn)，將混凝土壓碎，產(chǎn)生永久性的“剪切滑移”。這些缺點(diǎn)使得混凝上結(jié)構(gòu)一旦進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)永久性損壞而必須經(jīng)過修復(fù)方可繼續(xù)使用。 </p><p><b>　　2.2砌體結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　砌體結(jié)構(gòu)是由塊體加砂漿所形成的材料構(gòu)成的，其材料本身脆件性質(zhì)決定了砌體結(jié)構(gòu)抗剪的、抗拉、抗彎強(qiáng)度低，變形能力差，結(jié)構(gòu)自重大，因此它的抗震

7、能力是比較差的。但由于砌體結(jié)構(gòu)造價(jià)低，施工技術(shù)簡(jiǎn)申，居住性能好，在我國還是有著廣泛的應(yīng)用，同時(shí)震害調(diào)查表明，不僅在7、8度區(qū)，甚至人9度區(qū)，砌體結(jié)構(gòu)房屋震害輕微、甚至基本完好的事例還是不少的。實(shí)踐證明，經(jīng)過合理的抗震設(shè)計(jì)，構(gòu)造措施到位，施工質(zhì)量良好，在中，強(qiáng)地震區(qū)，砌體結(jié)構(gòu)是具有一定的抗震能力的。 </p><p><b>　　結(jié)構(gòu)體系選取 </b></p><p>

8、　　除了結(jié)構(gòu)材料的選擇外，結(jié)構(gòu)體系的確定是結(jié)構(gòu)選型的另一項(xiàng)任務(wù)，選擇結(jié)構(gòu)體系需要考慮的主要因素有：抗震設(shè)防烈度、建筑高度、建筑的使用功能的要求和經(jīng)濟(jì)條件的情況。常見的結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、框架—抗震墻結(jié)構(gòu)、框架—支撐結(jié)構(gòu)、抗震堵結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)等，柜架結(jié)構(gòu)使用靈活、方便，但側(cè)移剛度較低，常用于多層和較底的高層建筑；框架—抗震墻和框架—支撐結(jié)構(gòu)既可提供較大室內(nèi)空間，又有較大側(cè)向剛度，可廣泛的用于各類高居建筑中；抗震墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度大，整體件好

9、，布著良好的抗震件能，但因?yàn)閴w間距的限制使得該結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用受到—定限制；筒體結(jié)構(gòu)是一種個(gè)間受力體系，側(cè)向剛度很大，一般用于較腐的高層建筑巾。 </p><p>　　在選擇抗震結(jié)構(gòu)體系時(shí)，還要注意結(jié)構(gòu)剛度與場(chǎng)地條件的關(guān)系。當(dāng)結(jié)構(gòu)的自振周期與場(chǎng)地的自振周期一致時(shí)，容易產(chǎn)生類共振現(xiàn)象而加重建筑物的震害。在抗震設(shè)計(jì)之初，應(yīng)了解場(chǎng)地和場(chǎng)地土的性質(zhì)，采取各種措施調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度，避開共振周期。 </p><

10、;p>　　實(shí)際上，結(jié)構(gòu)的自振周期是很難精確計(jì)算的。雖然建筑物的質(zhì)量—般個(gè)會(huì)有太大的變化，但結(jié)構(gòu)的剛度就很難計(jì)算準(zhǔn)確，它除了與結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身的剛度及共所處的彈塑性狀態(tài)有關(guān)外，還與主體結(jié)構(gòu)連接的填充墻，焊接外墻板，室內(nèi)設(shè)備等以及基礎(chǔ)和地下室周圍的土質(zhì)情況有關(guān)，影響因素較多。所以在此僅提出可以通過調(diào)整相關(guān)的影響因素改變結(jié)構(gòu)周期，以避開共振周期的抗震設(shè)計(jì)概念。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)的總體布置設(shè)計(jì) </p&

11、gt;<p>　　一般來說地震力的垂直分量較小，只有水平分量的1/3~2/3， 在很多情況下可主要考慮水平地震力的影響，相應(yīng)地，抗震結(jié)構(gòu)的總體布置主要是抵抗水平力的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（框架，抗震墻，支撐，筒體等）的布置。結(jié)構(gòu)的總體布置是影響建筑抗震性能的關(guān)鍵問題。結(jié)構(gòu)的平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載，受力明確，傳力直接，建筑的各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的分布應(yīng)當(dāng)力求簡(jiǎn)單規(guī)則，均勻?qū)ΨQ，減少扭轉(zhuǎn)的影響。 </p

12、><p>　　地震作用是由于地面運(yùn)動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)而產(chǎn)生的慣性力，其作用點(diǎn)在結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心，如果結(jié)構(gòu)中各抗側(cè)力結(jié)構(gòu)抵抗水平力的合力點(diǎn)與結(jié)構(gòu)的重心不重合，則結(jié)構(gòu)即使在地面平動(dòng)作用下，也會(huì)激起扭轉(zhuǎn)震動(dòng)。扭轉(zhuǎn)的結(jié)果是，離剛心較遠(yuǎn)一側(cè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由于側(cè)移量加大很多，所分擔(dān)的水平地震剪力也顯著增大，很容易出現(xiàn)因超出允許抗力和變形極限而發(fā)生嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)因一側(cè)構(gòu)件失效而倒塌。對(duì)于抗震建筑，即使結(jié)構(gòu)布置是對(duì)稱的，建筑的

13、質(zhì)量分布也很難做到均勻分布，質(zhì)心和剛心的偏離在所難免．更何況地面運(yùn)動(dòng)不僅僅是平動(dòng)，還件有轉(zhuǎn)動(dòng)分量，地震時(shí)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)是可能的。所以，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)除了要求各向?qū)ΨQ外，還希望能夠具有較大的抗扔剛度，因此，有著很大側(cè)移剛度的抗震墻最好能沿建筑外培的周邊領(lǐng)置，以提高結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)豎向布置設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡量位結(jié)構(gòu)的承裁力和豎向剛度白下何上逐漸減少，變化均勻、連續(xù)，不出現(xiàn)突變。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中

14、，往往沿堅(jiān)向分段改變構(gòu)件截面尺寸和材料強(qiáng)度，這種改變使剛度發(fā)生變化，也應(yīng)自下而上遞減。從施工方便來說，改變次數(shù)不宜太多；但從結(jié)構(gòu)受力角度來看，改變次數(shù)太少，每次變化太大則容易產(chǎn)生剛度突變。所以一般沿豎向變化不超過4次，每次變化，梁、柱尺寸減少50-100 mm，墻厚減少50mm，混凝土強(qiáng)度降低一個(gè)等級(jí)為宜。最好尺寸減少與強(qiáng)度降低錯(cuò)開樓層，避免同層同時(shí)改變。沿豎向剛度突變除了因?yàn)榻ㄖ膱?jiān)向體形發(fā)生突變而使得結(jié)構(gòu)剛度在豎向發(fā)生突變外，還經(jīng)常

15、由于抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的突然改變布置而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)豎向剛度突變。如底層或底部若十層需要大的室內(nèi)空間而取消一部分抗震墻或框架柱產(chǎn)生的剛皮突變。這時(shí)，應(yīng)盡量加大落地抗震墻和下層柱的截面尺寸，并提高這些樓層的混瀕土強(qiáng)度等級(jí)，盡量減少剛度削弱的程度。又如中間樓層或頂層由于建筑功能的需要設(shè)置空曠的大房間，取消部分抗震培或框架柱，則取消的墻不宜多于墻體總數(shù)的1/3，不得超過半數(shù)，其余墻體和柱應(yīng)加強(qiáng)配筋，以抵抗由被取消的培體所承擔(dān)的地震剪力。在上述兩種情況下，還

16、應(yīng)注意加大</p><p>　　在結(jié)構(gòu)豎向布置時(shí)需要強(qiáng)調(diào)的是，不應(yīng)采用上部剛廢人，底層僅有柱的“雞腳”建筑。這類結(jié)構(gòu)往往出現(xiàn)在臨街的建筑物中。由于商業(yè)的需要，底層或底部幾層需要設(shè)置成太空間而設(shè)計(jì)成框架結(jié)構(gòu)，上部因只有小房間而采用砌體墻或混凝土墻體。這樣的結(jié)構(gòu)上部側(cè)移剛度大，下部樓層側(cè)移剛度小，結(jié)構(gòu)柔軟層出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)底部，地震中很容易遭到嚴(yán)重破壞，而且從設(shè)汁上很難采取措施避免震吉的發(fā)生。 </p>&l

17、t;p>　　同一樓層的抗側(cè)力構(gòu)件，宜具有大致相同的剛度、承載力和延件，截面尺寸不宜相差過大，以保證各構(gòu)件能夠共同受力，避免在地震中因受力懇殊而被各個(gè)擊破。歷次地震中都曾發(fā)生過這樣的震例。結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)完成后形成的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求。結(jié)構(gòu)應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。結(jié)構(gòu)體系受力明確，傳力合理且傳力路經(jīng)不間斷，使結(jié)構(gòu)的抗震分析更符合結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)，對(duì)提高結(jié)構(gòu)抗震性能十分有利，是結(jié)構(gòu)選型與布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)

18、力體系時(shí)首先考慮的因素之一。同時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。 </p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往不夠重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性及其抗震安全性問題，導(dǎo)致同一工程其抗震性能并不優(yōu)越，而且還帶來不必要的造價(jià)浪費(fèi)。通過基于抗震性能對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，有效地確保結(jié)構(gòu)抗震性

19、能安全的前提下，降低高層建筑的造價(jià)成本，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 宋艷宏. 結(jié)構(gòu)選型在設(shè)計(jì)中的重要作用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè). 2009(11)：102-103． </p><p>　　[2] 李新. 綜合建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)選型經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 山西建筑.