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建筑結構設計問答及分析范文第1篇

［關鍵詞］：建筑結構設計；樁基先行設計；可行性；利弊

中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號：

在建筑結構設計中，經常面臨特殊問題需要特別處理，比如樁基先行的設計方法?！皹痘刃小奔词侵冈诮ㄖY構設計中樁基先行設計，其他部分施工圖再后續(xù)配合完善出圖的情況。“樁基先行”的設計，在一定程度上不利于最大限度地控制成本，也可能導致各方面細節(jié)配合的不到位，出現(xiàn)設計不合理的情況，然而“樁基先行”又可以較大程度地節(jié)省工期，對于建設單位時間意味著經濟效益。因此“樁基先行”在建筑結構設計中是確實存在的一個情況，本文將以項目實例（福州貴安某高層住宅）為分析對象，分析“樁基先行”的利與弊及其在實際施工操作中的可行性，對建筑結構設計中“樁基先行”的設計方法進行淺簡的探討與思考。

一、實例項目的簡要工程概況

（一）實例項目概況

本項目位于福州市連江縣潘渡鄉(xiāng)，基地交通便利，該項目規(guī)劃用地包括經營性房地產用地、商業(yè)金融用地、旅游文化服務用地以及其它用地。地塊占地面積77701.01m2，由22棟住宅樓、13棟商業(yè)樓及純地下車庫組成，總建筑面積231643m2，其中住宅樓地下一層與純地下車庫相連通，商業(yè)樓沿小區(qū)規(guī)劃道路而建。本文主要介紹20#樓的樁基設計。20#樓地上32層，其中一~三十二層均為住宅。地下一層為停車庫、設備用房等。具體剖面見20#樓1-1剖圖（如圖1）。該樓屬于A級高度的高層建筑。

（二）實例項目結構設計參數(shù)

1、地質概況。本工程地表下30米內的土層主要有5層(如圖2)，從上到下依次為殘積土、全風化凝灰?guī)r、砂土狀強風化凝灰?guī)r、碎塊狀強風化凝灰?guī)r、中風化凝灰?guī)r。本工程建設不受地下水影響，可不考慮地下水的腐蝕性。

2、抗震設防標準。本工程建筑抗震設防類別為標準設防類（丙類），結構設計使用年限為50年，上部結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級；工程抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第三組，結構阻尼比在多遇地震作用下的彈性分析時取0.05，地震影響系數(shù)最大值為0.04；場地類別為2類，場地特征周期為Tg=0.45s。本工程基本風壓按照50年重現(xiàn)期取值，為0.80 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

二、“樁基先行”設計方法的利弊與可行性

（一）“樁基先行”設計方法的弊處

1、不利于最大限度地控制成本。建筑結構設計中，如果樁基先行設計，其他部分施工圖再后續(xù)配合完善出圖，如果單從最大限度節(jié)約成本的角度上，是不太可取的。因為樁基設計時，專業(yè)間配合尚處于不是非常完善的程度，后面伴隨著或多或少的調整，從這個意義上，樁基設計時承載力適當富余是勢在必行的，畢竟結構整體安全是結構設計的底線。所以說樁基先行設計在一定程度上不利于最大限度地控制成本。

2、不利于各專業(yè)配合，可能導致設計不合理。正常情況下，施工圖設計是個各專業(yè)往返提資配合，最終協(xié)調到位并出圖的過程。隨著社會經濟發(fā)展，建筑設計的門檻和要求也變得越來越高，大方向確定的前提下，建筑細節(jié)變得尤為重要。而建筑細節(jié)的合理設計，正是這么一個慢慢磨合、協(xié)調甚至妥協(xié)的過程。樁基先行設計這個環(huán)節(jié)里，通常只是結構專業(yè)打頭陣，其他各專業(yè)很難介入較深，由此較容易造成各方面細節(jié)配合的不到位，造成設計的不合理情況的出現(xiàn)。

（二）“樁基先行”設計方法的益處

1、可以較大程度地節(jié)省工期。樁基先行設計最為突出的優(yōu)勢就是可以較大程度地節(jié)省工期。畢竟施工圖設計的整個周期少則一兩個月，多則三五個月甚至以上，而時間通常意味著經濟效益，也往往是建設單位最為注重的方面。樁基施工通常是個冗長的過程，按照統(tǒng)籌方法，施工圖設計深化的幾個月時間，用來施工樁基，自然是較佳的選擇。

（三）“樁基先行”設計方法的可行性

從上述利弊分析可以得知，在地質勘察報告通過施工圖審查單位審查，建筑專業(yè)平立面達到初步設計（或以上）深度，設備專業(yè)基本配合完畢的情況下，樁基先行設計是可行的，對注重工期的建設單位而言，更是至關重要。

三、“樁基先行”設計方法的步驟

1.確定結構計算參數(shù)

根據(jù)地質報告及相關規(guī)范，確定科學可行的結構計算參數(shù)。

2.試算

確定好結構計算參數(shù)之后，接下來較為重要的環(huán)節(jié)就是試算，用以確定結構體系。唯有結構體系完全確定下來，樁基設計才能隨之進行，有序展開。對于本工程這種普通住宅而言，很大程度上，剪力墻的合理布置（須基本做到不對建筑的使用功能產生不良影響、不影響建筑立面效果、墻柱面積與建筑面積的比值基本在合理經濟的范圍內等等）即意味著結構體系的初步確定。還有一些重要的細節(jié)，必須在這一個環(huán)節(jié)得以確認，否則很有可能引起后期的返工、修改，如梁、板、墻混凝土強度等級分層變化、各非標準層的計算層高、地下室周邊覆土情況、屋面以及電梯機房屋面的大概布置情況等等。

3.深化配合

對于普通高層住宅而言，樁基先行設計階段中的結構專業(yè)深化配合，一般是指標準層要完全細化到位。建筑方案達到擴初（或以上）深度的時候，標準層平面基本上已經確定。此時標準層的細化工作即可隨之開展。荷載細化自然是至關重要的一方面，其他關鍵的細節(jié)在于剪力墻墻厚（影響使用空間），墻肢長度（影響門窗寬度或者地下車位使用），外圈梁高（影響立面造型以及結構電算位移）等等。

4.預留一定富余量

如前文所說，結構整體安全是結構設計的底線，所以在建筑專業(yè)圖紙尚未完全完善的階段，既要先行設計樁基，又要在大的結構體系確定、不動搖的情況下，將結構各方面荷載考慮周全，確保后期施工圖設計的時候不出現(xiàn)大范圍增加以至于影響樁基安全度，則是對結構設計師很大的考驗和挑戰(zhàn)。

以本工程為例，建筑提資圖紙深度略有不足，立面線腳、屋面、機房屋面均未完全深化設計。故在樁基設計時，本人大概估算了并預留了整棟樓周圈線腳的總重量（約為30KN/m），考慮了大屋面、電梯機房屋面找坡荷載【1.5 KN/㎡（跨度≤3m）；2.0 KN/㎡（3m＜跨度≤5）；2.5 KN/㎡（5m＜跨度≤7m】、電梯吊鉤荷載，充分考慮了地下室頂板周邊結構布置情況（因建筑地下室無法提資到位，故暫按周邊均為9m跨度的頂板代入結構參與計算）做到了不疏忽、不遺漏、不浪費，確保了施工圖階段的建筑調整不會影響結構樁基的安全儲備，使后期設計保持了一定的彈性。事實證明，也唯有正確、周到地考慮好這一切，并嚴格地執(zhí)行，才可能做好樁基設計工作。

四、“樁基先行”設計與常規(guī)設計的后期比較

本工程于2012年1月順利通過樁基施工圖審查，并于3月份通過全部施工圖審查。相比之下，建設單位比正常流程（全套施工圖設計——審查通過——樁基施工）多獲得了兩個月的寶貴時間，由此也收獲了較為客觀的經濟效益。

為了確保前期樁基設計的安全，本工程在施工圖設計階段的末段，對之前已出圖的樁基進行了復核，原樁基均滿足設計要求，且最終的剪力墻墻下內力均與樁基設計時偏差較?。s2%~3%）。由此可知，樁基先行設計方案是可行的，設計也較為合理。

通過上述對項目實例（福州貴安某高層住宅）的具體分析，本文認為“樁基先行”的設計方案存在利與弊，但在現(xiàn)實施工操作中，只要按照嚴謹科學的設計步驟，將結構各方面荷載考慮周全，本著對工程負責的態(tài)度，積極協(xié)調各專業(yè)的配合設計，“樁基先行”設計方法是可行的，具有操作性的。

參考文獻：

[1]王寶燁.樁基基礎的發(fā)展及其應用[M].建材技術與應用，2002.

[2]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析[M].中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[3]建筑樁基技術規(guī)范（JGJ94-2008）.

建筑結構設計問答及分析范文第2篇

關鍵詞：.高層建筑；地下室；結構設計

高層建筑地下室結構設計的深入研究涉及到諸多方面，不少問題尚待研究。本文從宏觀控制而又力求深入探討的角度闡述地下室結構設計中的一些問題。

1如何合理確定地下抗浮水位

地下水的設防水位應取建筑物使用年限內（包括施工期）可能產生的最高水位；結構底板承受的水壓力應按全水頭計算。關于建筑物使用年限內（包括施工期）可能產生的最高水位一般是由巖土工程勘察報告給出的，設計人員可從巖土工程勘察報告中直接選用。但現(xiàn)在有些巖土工程勘察報告給出的僅僅是測量期間的最高水位，并沒有給出使用年限內（包括施工期）可能產生的最高水位，這兩個水位對建筑物來說是不同的，有時甚至相差較大。如果巖土工程勘察報告中沒有提供地下水的最高水位，地下水的設防水位可取建筑物的室外地坪標高。對于許多建于坡地上的建筑物來說，由于建筑物的室外地坪標高是隨著地形變化的，如果取一個統(tǒng)一的地下水的設防水位可能就不太合適了。

某順山而建的建筑，地下室連通，長度達500m。圖1為擬建坡地上建筑物的地質剖面，查閱地質報告后發(fā)現(xiàn)，測量期間的地下水位是隨坡地的升高而升高的，最高點水位為50.03m，最低點水位為41.55m，兩者相差8.48m。因此，此處的地下室一側在地下而另一側則在地上。顯然地下室所受的浮力是變化的。處理辦法是將地下室按實際埋深的大小分成若干部分，每一部分取建筑物的室外地坪標高作為地下水的設防水位來計算地下室的水浮力。實踐證明，這樣分段來取地下水的設防水位與實際情況是比較相符的。

2遇到短樁應采取的措施

一般按照有效樁長（由承臺底算起）的長短來判定長短樁。對于混凝土灌注樁而言，一般以6m的有效樁長為界限，大于6m有效樁長的樁認為是樁，小于6m有效樁長的樁認為是墩。對于預應力高強混凝土管樁而言，一般以8m有效樁長為界限，大于8m有效樁長的樁認為是中長樁，小于8m有效樁長的樁認為是短樁，小于6m有效樁長的樁認為是超短樁。筆者認為樁長并非判定短樁的唯一依據(jù)，還應按照樁的實際受力情況和所起的作用來判定短樁，并采取相應的措施。

與中長樁相比，短樁的受力較為不利：1）短樁的樁周土易發(fā)生隆起破壞；2）因樁長較短，樁周土對樁的約束較差，在水平力的作用下樁身易繞樁尖發(fā)生旋轉；3）對于靜壓樁或錘擊樁，短樁的后期承載力提高較少甚至因土層應力的釋放承載力反而會有所下降；4）當相鄰短樁較多時，施工期間樁基礎易產生浮樁現(xiàn)象。工程實踐證明，預鉆孔沉樁對解決上述問題有一些作用，但預鉆孔也常會帶來一些不利因素：1）預鉆孔時，轉機控制不好會鉆成傾斜孔，沉樁時樁身也會傾斜；2）樁定位會產生偏差；3）預鉆孔沉樁后當樁尖位于較好巖層時，因樁徑大于孔徑，孔徑大的巖石會卡住樁身使沉樁時樁底存在空隙，對樁基礎質量會有一定的影響。

3 合理確定消防車荷載的取值

由于消防車荷載較大，其取值對構件的截面和配筋影響都比較大。由《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001） （2012年版）第3.1.1條條文說明可知：偶然荷載是在結構使用期間不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時間很短的荷載。通常的設計中常遇到的偶然荷載有撞擊、爆炸、火災等。

在使用結構計算軟件進行整體計算時，輸入的消防車荷載應根據(jù)其荷載輸入的類型進行折減后輸入，否則，計算機進行整體計算時，程序將自動乘以荷載對應的分項系數(shù)，就會將消防車荷載放大。并且荷載規(guī)范中給出的消防車荷載是樓面荷載，計算梁、柱時應進行荷載折減。使用結構計算軟件進行整體計算的過程同時也是梁柱的計算過程，如果直接將荷載規(guī)范中給出的消防車荷載輸入程序進行計算，計算結果會比實際情況偏大。

4 懸臂基礎板的處理

在一些樁筏、樁箱基礎工程中，由于功能或其它原因，主體地下室周圍一部分升至地面上1～2層（作裙房）或僅至地面即收掉。這些部分因荷載很輕，可直接由地基土來承受而不需打樁。這樣，對整個帶樁的筏板基礎來講，周圍不打樁的這部分底板就成為懸臂基礎板了。

圖6所示為某工程地下室基礎底板平面圖。受場地及城市規(guī)劃所限，軸①一②部分地下室升至地面后即收掉而成為主樓的室外場地?，F(xiàn)對軸①一②這部分基礎底板設計作如下分析處理。

（1）軸①一⑧是一塊1800mm厚的整體樁基承臺板，具有相當?shù)恼w剛度。隨著上部荷載的作用，建筑物逐漸沉降，建筑物荷載通過基礎底板分別傳給樁基礎和地基土。在樁及基底土反力作用下，基礎（承臺）板如同倒置于上部混凝土墻柱之上。顯然，由于軸①處沒有如同軸②一⑧上多、高層混凝土墻柱巨大剛度的豎向支撐，必然要沿著軸②產生彎曲，、因此，軸①一②底板即如同懸臂板一樣受力。

（2）關于懸臂基礎板下的地基反力問題，已如前述，將有部分荷載通過基礎板傳至地基。對于本工程這塊具有相當整體剛度的基礎板來講，各部分地基反力可視為均勻一致，考慮本工程（W類場地土）地基軟弱，將發(fā)生一定沉降，根據(jù)有關文獻，取建筑物總荷載的10%作為地基的反力（不含水浮力），并與懸臂基礎板范圍內的恒活載所產生的地基反力進行比較，取大值。當然，這部分地基反力的取值也不能超過地基土的承載力。

（3）在地基反力及水浮力作用下，懸臂板將沿以軸②柱下樁排為縱向嵌固條帶向上翹曲，見圖6b所示，并以樁排外皮至基礎板外邊沿的距離作為懸臂計算長度。

（4）縱向嵌固條帶作為懸臂基礎板的嵌固端，承受著懸臂基礎板傳來的彎矩和剪力。同時，嵌固條帶還是整個基礎板沿軸②上的一條柱上板帶。也就是說，視整個基礎板為倒置于混凝土墻柱之上的無梁樓蓋。在樁群及地基反力作用下，按無梁樓蓋理論，即縱向嵌固條帶也是柱上板帶，擔負著樁及地基土傳來的大量反向荷載。因此，嵌固條帶的計算寬度可以按縱向樁排兩樁外皮間的距離計，也可以按柱上板帶的寬度計算方法進行計算，但懸臂一側宜按樁外皮計算，見圖6。

（5）在計算懸臂基礎板上部荷載時，懸臂板端部混凝土外墻及頂板傳下來的荷載為集中線荷載，且僅考慮恒載部分，可不計覆土重量。

5 總結

高層建筑地下室結構設計的深入研究涉及到諸多方面，不少問題尚待研究。本文從宏觀控制而又力求深入探討的角度闡述地下室結構設計中的一些問題。

參考文獻

[1] 黃世敏，楊沈.建筑震害涉及對策[M].北京：中國計劃出版社， 2009： 128.

建筑結構設計問答及分析范文第3篇

【關鍵詞】剪力墻平面布置 扭轉剛度 剛心 質心

引言

剪力墻是鋼筋混凝土多高層建筑中不可缺少的基本構件，由于它是截面高度達而厚度相對很小的“片”狀構件，雖然它有承載力大和平面內剛度大等優(yōu)點，但也具有剪切變形相對較大、平面外較薄弱的不利性能；此外開洞后的剪力墻形式變化多，受力狀況比較復雜，因而了解剪力墻的特性，發(fā)揮其所長，克服其所短，是正確設計剪力墻的關鍵。

1、剪力墻的合理布置

剪力墻結構應雙向布置，抗震設計時雙方向的抗側剛度宜接近，避免懸殊。衡量雙方向抗側剛度是否接近可檢查電算結果中兩個方向的第一振型的周期和樓層層間最大位移與層高之比u/h是否接近。

在框架結構中適當?shù)牟贾眉袅蓮浹a框架抗側剛度不足，扭轉剛度不足的缺點。算例1中，有一10層的框剪結構，由于業(yè)主的要求往往要求設置砼電梯筒，砼筒體偏置導致結構第一周期為扭轉，這時只需在合適的地方布置剪力墻就能實現(xiàn)結構扭轉剛度的增大。以下用四種方式布剪力墻來說明這一點。前兩種為縱向布墻見圖1.1，發(fā)現(xiàn)Y向剛度調整過度，扭轉仍為第一周期。后兩種為橫向布墻見圖1.2，剛心與質心的坐標已較為接近，第一周期為平動。具體模型結果參數(shù)比較詳見表1.1圖1.3，框架及框剪結構中，由于剪力墻的數(shù)量較少，通過改變剪力墻的數(shù)量可使結構剛心的位置產生明顯的變化，但是在剪力墻結構中，墻體的數(shù)量已經很多，增加或減少墻體已經很困難了，則可以通過改變墻體的厚度或開洞的大小來實現(xiàn)剛心位置和質心位置的盡量靠近。

因建筑功能要求剪力墻偏置的結構，應通過剪力墻墻厚的變化、洞口的設置等措施，確保結構剛度中心與質量中心基本重合，以減小結構的扭轉。在另一方向遠離樓層剛心處設置足夠數(shù)量的剪力墻，也可有效的限制一方向抗側力構件偏置引起的結構扭轉。

α——整體性系數(shù)；I——剪力墻對組合截面形心的慣性矩； ——扣除墻肢慣性矩后的剪力墻慣性矩； ——第j列連梁的折算慣性矩； ——第j列連梁的截面慣性矩。 ——梁截面形狀系數(shù)，矩形截面時 =1.2； ——第j墻肢的慣性矩；m——洞口列數(shù)；h——層高； ——第j列洞口兩側墻肢形心間距離；H——剪力墻總高度； ——第j列洞口連梁計算跨度，取洞口寬度加連梁高度的一半； ——系數(shù)，

當3～4個墻肢時取0.8；5～7個墻肢時取0.85；8個以上墻肢時取0.9。彈性階段，剪力墻的性能與整體系數(shù)α有關。整體系數(shù)為連梁剛度與墻肢剛度的比值。彈性分析表明：連梁剛度小、α≤1時，連梁對墻肢的約束彎矩很小，可以忽略連梁對墻肢的約束，把連梁看成是鉸接連桿，只傳遞水平力，墻肢各自承擔水平力，剪力墻的剛度、承載力為各墻肢剛度、承載力之和；連梁剛度大、α≥10時，連梁對墻肢的約束大，在水平力作用下，剪力墻的截面應力分布接近直線，剪力墻接近整體墻，剪力墻的剛度，承載力大；1≤α≤10時，為聯(lián)肢剪力墻，工程中的剪力墻大部分為聯(lián)肢剪力墻；剪力墻洞口加寬，墻肢截面長度減小，而連梁與墻肢的剛度比增大，α>>10時，剪力墻逐步變化為框架兩端與剪力墻在平面內相連的梁為連梁。如果連梁以水平荷載作用下產生的彎矩和剪力為主，豎向荷載下的彎矩對連梁的影響不大（兩端彎矩仍然反號），那么該連梁對剪切變形十分敏感，容易出現(xiàn)剪切裂縫，則應按規(guī)范有關連梁設計的規(guī)定進行設計，一般是跨度較小的連梁；反之，則宜按框架梁進行設計，其抗震等級與所連接的剪力墻的抗震等級相同。

對于剪力墻連梁應根據(jù)連梁的強弱采用不同的計算模型，當為較強連梁（連梁的凈跨度ln與連梁截面高度h的比值ln/h5）時采用梁元模型計算。這樣更接近于真實情況。

高層建筑結構在水平力作用下幾乎都會產生扭轉，最大的位移角一般在結構單元的盡端處，所以提高結構本身的抗扭剛度，對滿足規(guī)范對位移角的限值有重大的意義。加大剛度的措施有：盡量在邊緣位置布置剪力墻；將周邊剪力墻加厚或加長；利用窗臺空間將框架梁或弱連梁加高變成強連梁等當梁的一端（或兩端）與剪力墻相連，且梁跨高比小于5的非懸臂梁稱為連梁?？拐鹪O計的連梁由于其跨高比小，剛度大，常作為主要的抗震耗能構件，在地震作用下（有時甚至在多遇地震作用下）連梁產生很大的塑性變形，剛度退化嚴重，而連梁的剛度退化加大了剪力墻的負擔，因此，在結構分析中應適當考慮連梁剛度過早退化的工作特點，加大墻肢的設計內力，對連梁的剛度折減是考慮連梁梁端出現(xiàn)的塑性變形，但不是連梁的失效。

剪力墻結構是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結構，其變形特點是彎曲型變形，目前有些項目采用了大部分由跨高比較大的框架梁聯(lián)系的剪力墻形成的結構體系，這樣的結構雖然剪力墻較多，但受力和變形特性接近框架結構，當層數(shù)較多時對抗震是不利的，宜避免。

3、實例分析：

某住宅33層，層高2.9米，主要屋面標高95.650，帶一層地下車庫，采用鋼筋混凝土剪力墻結構。平面長約43米，寬約16.65米。建筑功能布置詳見圖3.1，北面中部集中設置了一部樓梯和四個電梯筒，是剪力墻布置比較集中的地方。南面由于設置了陽臺，布置了大量的門連窗，需要剪力墻開大洞，因此形成了許多小墻肢。初算之后，結構的剛心質心偏離較大，結構的第二周期為扭轉。設計總體思路削弱北面的墻，加強南面的墻，加厚東西兩側山墻，盡量使剛心質心靠近。方案一：為避免北面小墻肢C，將墻肢C取消，開大洞口。北面由于墻體比較集中，將A墻肢取消。同時將南面墻厚及東西山墻加厚至300且延伸高度至26層。計算后周期較好，第二周期平動系數(shù)0.76，Y向風載位移1/1017，接近規(guī)范限值。詳見圖3.2，但筆者認為該方案，多處開大洞，連梁跨高比均大于5，形成框架梁。在地震作用下，連梁失去耗能意義，對抗震不利。方案二：根據(jù)“弱化中間，加強周邊”的原則，將AC處墻肢補上，開小洞，減少洞口寬度，形成ln/h

4、結論

剪力墻結構布置原則首先結合建筑功能布局將剪力墻均勻布置于平面，使剛心坐標與質心坐標盡量靠近；其次根據(jù)“弱化中間，加強周邊”原則，加強周邊剪力墻，特別是離結構剛心最遠的剪力墻剛度以加大結構的抗扭剛度；然后根據(jù)位移等參數(shù)對墻體開必要的結構洞口，但是不宜形成過多的框架梁，保證結構的耗能特性。以上原則不分先后，也可同時進行。依據(jù)這些原則使結構設計變得有目的性和有規(guī)律可循。

參考文獻：

[1]高層建筑混凝土結構技術規(guī)程（JGJ3-2010）Techinical specification for concrete structures of tall building

[2]建筑結構設計問答及分析/朱炳寅編著?！本褐袊ㄖI(yè)出版社，2009 questions and analysis of building structure design—beijing： China Architecture & Building Press ，2009.

[3]多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例/李國勝編著。—2版。—北京中國建筑工業(yè)出版社，2011.1 processing and example problems of high rise reinforced concrete structure design/Li Guosheng. —beijing： China Architecture & Building Press ，2011.1.

建筑結構設計問答及分析范文第4篇

關鍵詞：工程師；結構原理；概念設計

Abstract： This article briefly discusses several issues that design of concept is the importance of the structural design， and aims to promote structural engineers to strengthen theoretical study， the pursuit of structural principles and a profound understanding of the mechanical properties， and thus， extensive structural conceptual design level.

Keywords： Engineer； Structural principle； Conceptual design

1.關于梁扭矩的折減系數(shù)

高規(guī)5.2.4條高層建筑結構樓面梁受扭計算時應考慮現(xiàn)澆樓板對梁的約束作用（有時候還有次梁的約束）。當計算中未考慮現(xiàn)澆樓蓋對梁扭轉的約束作用時，對梁的計算扭矩予以折減。折減系數(shù)的取值應根據(jù)梁周圍樓改的約束情況確定。常規(guī)設計中梁兩側都有現(xiàn)澆樓板時，可取0.4，當為獨立梁（兩側均無樓板）時，應取1.0計算。設計中有時候恰恰就容易忽略獨立梁的情況，對結構所有的梁扭矩統(tǒng)一進行了0.4的折減。需要特別注意：梁扭矩折減系數(shù)和彎矩折減調幅系數(shù)不同，程序對扭矩折減后一般都沒有進行節(jié)點扭矩和彎矩的平衡驗算，也就是說，被折減下來的扭矩實際上就缺失了（如果確實周邊沒有樓板的約束），這樣的話對獨立梁來說就存在風險。必須采取措施，一是調整結構布置，避免這種情況，二是取扭矩折減系數(shù)為1.0，不考慮扭矩折減進行復核驗算，并包絡設計。

2.對框架梁跨高比的認識

規(guī)范對框架梁的截面剪應力及截面尺寸及跨高比都有所規(guī)定，但總感覺還不是很透徹。實際上與長短柱混雜的概念一樣（一般設計上對短柱都有充分的認識）。長、短梁在同一榀框架中并存，也是極為不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正、負彎矩也很大，其配筋全部由水平力控制，豎向荷載基本上不起作用。同時，由于梁的剪力增大，也會使支撐柱的軸力大幅增大，這顯然不符合協(xié)同工作原則，結構造價也會提高。在一些公寓樓、辦公樓、教學樓中容易出現(xiàn)這樣在同一榀框架中出現(xiàn)長短梁的情況，需要引起足夠的重視。

3.強柱弱梁的實現(xiàn)

強柱弱梁概念作為抗震設計中的一個重要概念，實現(xiàn)框架抗震性能實現(xiàn)的重要措施。在結構設計中是必須要重視的，并要保證他的順利實現(xiàn)。汶川地震表明：強柱弱梁是框架實現(xiàn)梁鉸機制的重要結構措施。高規(guī)6.2.1條明確規(guī)定：抗震設計時，除頂層、柱軸壓比小于0.15者及框支柱節(jié)點（框支梁與框支柱的節(jié)點一般難以實現(xiàn)強柱弱梁，故可不驗算，而通過規(guī)定相應的抗震措施得以保證）外，框架的梁、柱節(jié)點處考慮地震作用M合的柱端彎矩設計值應符合下列要求：

（1）一級框架結構及9度時的框架：

ΣMc=1.2ΣMbua

（2）其他情況：

ΣMc=ηcΣMb

《抗規(guī)》6.2.2條及《混凝土規(guī)范》（第11.4.1條）均有類似規(guī)定。

梁端的正彎矩與其相鄰跨的梁端負彎矩組成強柱弱梁驗算中的梁端總彎矩，同樣梁端（梁端的頂部和底部）實配鋼筋直接影響梁端的實際受彎承載力，對強柱弱梁的實現(xiàn)意義重大。而設計中不合理的構造往往會影響強柱弱梁的實現(xiàn)，甚至與帶來災難。如不合理的構件裂縫寬度驗算加大了梁端實際配筋，驗算梁端截面的裂縫寬度時，內力取值與實際截面位置不統(tǒng)一（內力取自柱截面范圍內的梁計算端部，不是真正的梁端，應取柱邊緣處梁的真實截面），這種內力與計算截面的不一致，導致梁端計算彎矩過大，梁端裂縫寬度計算值大于實際值。同時，加大梁端配筋，對強柱弱梁的實現(xiàn)極為不利。二是人為的對梁端鋼筋的超配，加大了梁端實際受彎承載力與計算受彎承載力的差距，亦使強柱弱梁的實現(xiàn)困難。鑒于柱鋼筋在整個結構造價中的比重比較低，為保證強柱弱梁的順利實現(xiàn)，建議對柱子配筋做1.1～1.25的放大。而嚴格控制梁端的實配鋼筋，對梁端鋼筋不宜進行超配，甚至可以適當考慮現(xiàn)澆樓板中的鋼筋對框架梁端部實際的正截面抗震受彎承載力的影響。

4.對角柱要有足夠的重視

多高層結構設計的主要目的是為了抵抗水平力的作用，防止扭轉。為有效的抵抗水平力作用，平面上兩個正交方向的尺寸宜盡量接近，目的是保證這兩個方向上的“慣性矩”相等，防止一個方向強度（剛度）儲備太大，而另一個方向偏弱。因此，抗側力結構（墻、柱）宜四周布置，以增大整體的抗側剛度及抗扭剛度。防止扭轉的目的是因為在扭轉發(fā)生時，各柱節(jié)點水平位移不等，距扭矩中心較遠的角柱剪力很大，而中柱的剪力較小。破壞由外向里，先外后里。為了防止扭轉，抗側力結構應對稱布置，宜設在結構的兩端，緊靠四周設置，以增大抗扭慣性矩。因此高層建筑中，盡管角柱軸壓比較小，但其在抗扭過程中作用卻很大（弱角柱先壞，整個結構的扭轉剛度或強度下降，中柱必定依次破壞）。此外在水平力作用下，角柱軸力的變化幅度也會很大，這樣勢必要求角柱有較大的變形能力，足夠的強度儲備。像《高規(guī)》6.2.4條，抗震設計框架角柱應按雙向偏心受力構件進行正截面承載力驗算，一、二、三、四級框架角柱彎矩、剪力設計值應乘以不小于1.1的增大系數(shù)。以及6.4.4條邊柱、角柱以及剪力墻端柱考慮地震作用組合產生小偏心受拉時，柱內縱筋總截面面積應比計算值增加25%，可見角柱的重要性。因此，角柱設計時在承載力和變形能力上都應有較多考慮，如加大箍筋、縱筋，包括截面尺寸，以控制軸壓比限制，保證柱子的變形能力。

5.如何把握剪力墻結構的適宜剛度

在剪力墻結構中，一般結構側向剛度較大，而延性較差，有條件可以通過調整剪力墻的連梁剛度，并通過連梁的變形耗能，改善剪力墻結構的延性。但正如《高規(guī)》7.1.1條的條文說明敘述：本規(guī)程所指的剪力墻結構是以剪力墻及因剪力墻開洞形成的連梁組成的結構，其變形特點為彎曲型變形，目前有些項目采用了大部分由跨高比較大的框架梁聯(lián)系的剪力墻形成的結構體系，這樣的結構雖然剪力墻較多，但受力和變形特性接近框架結構，當層數(shù)較多時對抗震是不利的，宜避免。可見連梁的剛度也不是越小越好，過小的連梁剛度，減弱了連梁的耗能能力，使剪力墻結構成為全部為獨立墻肢加弱連梁的壁式框架結構，對抗震不利。因此，度的拿捏很重要。

6.框架-剪力墻結構的基礎設計

在框架-剪力墻結構中，剪力墻作為第一道防線吸收了很大部分的地震作用，同時當剪力墻布置相對集中時，考慮地震作用組合的基礎面積較大，而框架柱下的則基礎面積較小。這樣會帶來兩個問題，一是剪力墻下基礎面積過大，基礎設計很困難；二是在正常使用條件下框架柱與剪力墻基礎的差異沉降較大，影響結構的安全及正常使用?？蚣?核心筒、板柱-剪力墻等結構體系都有類似問題。因此當按地震作用標準組合效應確定基礎面積或樁數(shù)量時，必須對改問題有足夠的重視，可以充分考慮剪力墻下基礎的各種有利因素，如樁同作用等，以適當減少剪力墻下的基礎面積，并使剪力墻下基礎面積與正常使用狀態(tài)下需要的面積相差不要太多。

結語：

在一w化計算機結構程序設計全面應用的今天，對計算機的依賴越來越嚴重，甚至與計算機結果明細的不合理，甚至錯誤而不能及時發(fā)現(xiàn)。尤其是現(xiàn)行的結構設計理論與計算理論存在許多的缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態(tài)差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，都需要優(yōu)秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。為此，結構工程師只有加強結構概念的培養(yǎng)，不斷的學習，深入、深刻的了解給類結構的性能，不斷豐富自己的結構概念，并能有意識的運用他們，方能使設計成果越來越創(chuàng)新、完善。

參考文獻

[1] 高程建筑混凝土結構技術規(guī)程，JGJ 3-2010

[2] 建筑抗震設計規(guī)程，GB 50011-2010

[3] 朱炳寅.建筑結構設計問答及分析.第二版.

[4] 馬國庫、徐太安.淺談結構概念設計在建筑結構設計中的作用.黑龍江科技信息，2008（35）

建筑結構設計問答及分析范文第5篇

基坑開挖過程中需要土方外運，土方外運一般采用前四后八自卸車外運，所謂前四后八自卸車就是說前面是雙橋4個輪，，后面是雙橋8個輪子。

汽車荷載屬于動力荷載，當汽車荷載距離基坑坡頂線超過一定距離時，巖土對汽車荷載起緩沖和擴散作用，當汽車荷載距離超過1.0m時，輪壓荷載的動力影響已不明顯，可取動力系數(shù)為1.0。

前四后八荷載主要在后面雙橋上，后面雙橋軸距1.4m，輪距1.8m，后輪雙橋總軸重600kN，前四后八后橋平面尺寸見下圖：

假設汽車外側輪距離基坑坡頂線1.0m，計算汽車等效分布荷載作用大小時，車輪擴散壓力擴散角取30°。

后輪雙橋輪壓的擴散面積為（2.4+1×2）×（1.6+1×2）=15.84m2。

則汽車等效分布荷載P=600kN/15.84m2=37.88kPa。

計算車輪荷載等效分布深度時，取車輪擴散壓力擴散角取45°，則d=1.0m。

假設汽車外側輪距離基坑坡頂線2.0m，計算汽車等效分布荷載作用大小時，車輪擴散壓力擴散角取30°。

后輪雙橋的輪壓的擴散面積為（2.4+2×2）×（1.6+2×2）=35.84m2。

則汽車等效分布荷載P=600kN/35.84m2=16.74kPa。

計算車輪荷載等效分布深度時，取車輪擴散壓力擴散角取45°，則d=2.0m。

假設汽車外側輪距離基坑坡頂線3.0m，計算汽車等效分布荷載作用大小時，車輪擴散壓力擴散角取30°。

后輪雙橋的輪壓的擴散面積為（2.4+2×3）×（1.6+2×3）=63.84m2。

則汽車等效分布荷載P=600kN/63.84 m2=9.40kPa。

計算車輪荷載等效分布深度時，取車輪擴散壓力擴散角取45°，則d=3.0m。

現(xiàn)就汽車等效分布荷載大小及作用深度的車輪壓力擴散角取值不同做出說明：計算等效分布荷載大小時，現(xiàn)行《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79--2012）壓力擴散角取30°；計算等效分布荷載作用深度時，現(xiàn)行《建筑基坑支護技術規(guī)范》（JGJ120-2012）土壓力擴散角取45°；兩者取值不同主要是從安全角度考慮，計算等效分布荷載大小時，取30°對工程安全有利，計算等效分布荷載作用深度時，取45°對工程安全有利，這也是兩本規(guī)范土壓力擴散角取值不同的原因所在。

通過計算標明基坑邊緣車輛超載，距基坑邊線距離為1.0～3.0m時，汽車等效局部荷載為35.84～9.40kPa，等效分布深度為1.0～3.0m。

通過以上計算，現(xiàn)對坡頂汽車荷載等效分布荷載及作用深度表作簡化，提供如下表格供設計人員設計時使用。

基坑汽車等效分布荷載及作用深度表

綜上所述筆者建議：（1）基坑設計時汽車超載臨近基坑時，最近距離不宜超過1.0m，小于1.0m時，應考慮動力系數(shù)；汽車超載距離基坑頂邊線1.0～3.0m之間時，汽車等效分布荷載及作用深度按表1-1內插使用；3.0～1-2倍基坑開挖深度時按10kPa考慮，超過2倍基坑開挖深度時可不考慮汽車超載的影響。

參考文獻

[1]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析，2009年第一版.