建筑结构设计

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建筑结构设计分析

张亚超 魏强 西安骊山建筑规划设计院

摘 要：本文主要介绍建筑结构的基本内容,然后针对目前建筑结构设计当中墨守成规的现象,提倡采用概念设

计思想来促进结构工程师的创造性,推动结构设计的发展，对建筑结构设计常见问题做了分析，为以后的设计提供参考。

关键词：建筑；结构设计；方法；概念设计

而建筑结构设计优化方法的应用则既能满足建筑美观、造型优美的要求，又能使房屋结构安全、经济、合理，成为实质意义上的“经济适用”房。

1 结构设计的基本内容

1.1 屋顶（面）结构图

当建筑是坡屋面时,结构的处理方式有两种:梁板式及折板式。梁板式适用于建筑平面不规整,板跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。反之,则适用折板式。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于 120 厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法, 建议采用剖面示意图加大样详图的表示方法（实践证明此方法便于施工人员正确理解图纸）。1.2 结构平面图

在绘制结构平面布置图前有个问题需要说明一下, 就是要不要输入结构软件进行建模的问题。当建筑地处抗震设防烈度为 6 度区时,根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算的但应符合有关的抗震措施要求。那么对于砌体结构来讲如果时间不是很充足的话应该可以不用在软件中建模的,直接设计即可,但要注意受压和局部受压的问题。必要时进行人工复核。对于局部受压的防御措施是要按规定对梁下设梁垫以及设置构造柱等措施。如果时间不是很紧张的话建议还是输入建模较好, 有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算。另外，当建筑地处抗震设防烈度为 7 度及以上时我的观点是必须要输入软件建模计算的, 绘制结构平面图时如果没有建模的话就可以直接在建筑的条件图上来绘制结构图了, 这一步必不可少的是删除建筑图中对结构来讲没有用的部分,简单快捷的方法是利用软件的图层功能,直接冻结相关的层。然后再建立新的结构图层:圈梁层、构造柱层、梁层、文字层、板钢筋层等等。这样做的目的是提高绘图效率, 方便在不同结构平面图间的拷贝移动和删除。1.3 楼梯

楼梯梯板要注意挠度的控制, 梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求, 梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。阁楼层处的楼梯由于有

分户墙的存在要设置抬墙梁。注意梁下的净空要求, 并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题, 必要时应设梯梁。1.4 基础

基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。基础的配筋应满足最小配筋率的要求（施工图审查中心重点审查部位）。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用,应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度（因软件计算的是墙下的平均轴力）。基础图中的构造柱,当定位不明确时应给予准确定位。

2 概念设计

所谓的概念设计一般指不经数值计算, 尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中, 依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想, 从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法, 可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的经济可靠性能，同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

概念设计的重要性：概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是，随着社会分工的细化，大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿（不敢）创新，有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳（害怕承担创新的责任）。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果的明显不合理、甚至错误不能及时发现。

3 建筑结构设计常见问题

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应措施使桥面吊机保持同步性。起吊合龙段 MH 至合龙口底部，并在起吊过程中同步均匀移走中跨合龙口换重荷载。

b) 待晚上温度适宜时段将合龙段吊入合龙口进行初匹配，先初匹配一端，待匹配端高程、轴偏、转角等参数基本满足要求后锁定临时匹配件。3.6 主梁回移

合拢段初匹配完成后，进行主梁回移至原位置施工。其步骤与顶推主梁步骤相似，张拉千斤顶分级逐步释放张拉力，使主梁逐渐回移 10cm 至原位置。3.7 匹配焊接

利用临时匹配件精调合拢口状态及焊缝宽度，待合拢口高程、转角、轴偏及焊缝宽度等参数均满足要求后，立即锁定钢箱梁临时匹配件，当结构温度变化逐渐平缓后锁定劲性骨架，然后对环缝进行焊接，在当天晚上 6:00 前必须完成合龙段腹板等刚度较大位置的焊接工作。为减小合拢梁段环口焊缝温度次内力，白天不进行剩余环缝施焊，应在次日夜间0:00～6:00之间完成剩余环缝的焊接。3.8 体系转换完成合龙

体系转换要求当天晚上 6:00 前完成，以避免合拢梁段承受由于日照温度变化而产生的较大的轴向力。根据焊接情况和解除所需时间，决定在凌晨 4:00～6:00 时间段内进行塔梁固结处剩余临时约束的解除及临时支座与永久支座受力的转换，使钢梁主塔区受力部位与成桥后的受力部位一致（转至永久支座上），过程中要应采取相应措施，保证施工安全。

合龙段环缝施焊完成后，拆除劲性骨架，吊装 M24 梁及合拢段风嘴并焊接，移除塔根 M1 梁压载，完成中跨合龙。

4 关键技术

4.1 合龙温度及合拢段长度确定

由于天气变化无常，合龙温度监测有一定的难度，且需要控制精确，所以在合龙前几天就需要对大气温度、钢梁顶、底板温差、合拢口宽度进行不间断的监测，根据监测数据统计分析确定最佳合龙温度及合拢段长度。4.2 顶推过程控制

为了实现对顶推和回移过程的精确控制，采取了以下控制措施：

a) 在解除中跨侧锚固索前，将主梁向边跨侧试牵引一微小位移，核算理论顶推力是否与实际情况相符。

b) 将主塔下横梁上临时支墩的 MGE 滑板上杂物清理干净，并涂油，以减少摩擦系数。

c) 随着千斤顶回油，锚圈配合跟进旋入，其安全性。d) 在钢箱梁上按照焊缝缝宽要求（一般为 6~10mm ）设置止推板。

5 中跨合龙实际施工概况

厦漳大桥北汊主桥于2012年 7 月 6 日正式合龙，监控单位提供的厦漳大桥北汊主桥合龙后《监测报告》数据显示：

a) 主梁结构线形平顺，连续性较好，梁顶面上下游偏差较少，满足线型误差要求。

b) 主梁轴线测试结果表明，在各梁段安装阶段，主梁轴线均控制在 ±15mm 范围内，满足控制精度要求。

c) 索力最大误差绝对值在 10% 以内，同索位上下游拉索索力误差小于 5%，各索应力均匀，安全系数满足要求。

d) 塔偏实测值和计算值吻合良好，满足控制指标要求。

6 结语

根据北汊主桥合龙的实际施工情况显示，全桥各项指标满足控制要求，达到了预期目标和规范要求。采用顶推辅助配切合龙施工法综合了温度自然合龙和顶推合龙的优点，同时减少了利用温度自然合龙时，温度对成桥结构和线形的影响，又避免了顶推合龙施工时间长的问题，既加快了施工进度又能确保施工精度，为同类型桥梁施工提供了实践经验。

参考文献：

[1] 福建厦漳跨海大桥施工设计图 2009

[2] 中铁大桥局福建厦漳跨海大桥I 标段施工组织设计 2009[3] 中铁大桥勘测设计院有限公司 福建厦漳跨海大桥施工监控方案 2012

[4]《公路施工手册桥涵》 交通部第一公路工程总公司 人民交通出版 2007

3.1 地基与基础方面

a) 现阶段还有很多现代的房屋建筑无地质勘察报告，而以前建设单位在建筑工程项目上的参考数据和设计图纸，或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。

b) 在地基处理上就简单的采用换土垫层进行软弱地基处理，而不是进行新的换土垫层设计和计算，只凭以往的设计经验处置。

c) 在我国的民用建筑物中柱、梁及基础的负荷未能按着设计规范乘以折减系数。

3.2 砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用

a) 构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对墙体的拉结和约束作用，而且结构一旦遭遇地震作用，在构造柱位置必然形成应力集中，破坏。

b) 构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压会出现裂缝。

3.3 承重柱截面高度设计过小

这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计者误

认为六度设防就是不设防，贪图受力分析方便，他们故意把柱子的截面高度设计得过小，使梁柱的线刚度比加大。

4 结束语

结构设计是个系统的,全面的工作，需要扎实的理论知识功底、灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。在工作中应事无巨细,应善于反思和总结工作中的经验和教训。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型、高强、轻质、环保建材的研究与应用, 使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中,打破建筑结构设计中的墨守成规,充分发挥结构工程师的创新能力,是相当必要的，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者，这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。

参考文献：

［1］孙鹏.建筑结构设计中的概念设计与结构措施.现代装饰（理论），2011

［2］张广生.建筑结构设计中的概念设计与结构措施.中国新技术产品，2011

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