建筑結構選型及其設計探討

1、<p>　　建筑結構選型及其設計探討</p><p>　　摘要：從工程實踐表明，對于建筑結構選型應當充分考慮到結構的抗震設計，根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經(jīng)技術、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。 </p><p>　　關鍵詞：建筑結構；結構選型；結構設計；抗震設計 </p><p>　　中圖分類號：S6

2、11 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　抗震結構體系要通過綜合分析，采用合理而經(jīng)濟的結構類型。結構體系應根據(jù)建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經(jīng)技術、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定。 </p><p>　　基于抗震設計的結構選型 </p

3、><p>　　結構的地震反應同場地購特性有密切關系，場地的地面運動特性又同地震震源機制、震級大小、震中的遠近有關；建筑的重要性、裝修的水準對結構的側向變形大小育所限制，從而對結構選型提出要求；結構的選型又受結構材料和施工條件的制約以及經(jīng)濟條件的許可等。這是一個綜合的技術經(jīng)濟問題。 </p><p>　　從結構材料的抗震性能方面分析，鋼結構由于具有良好的延性、可靠的節(jié)點，在低周往復荷載下飽滿穩(wěn)定

4、的滯回曲線，結構變形能力和耗能能力強，歷次地震中，鈉結構建筑的表現(xiàn)部很好，但也有個別建筑因設計不良或堅向支撐失效而破壞?？偟那闆r來看，鋼結構的抗震性能優(yōu)于其他各類結構。當然，其材料也是較昂貴的。 </p><p>　　2.1鋼筋混凝土結構 </p><p>　　現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構在歷次地震中也有一定數(shù)量遭到嚴重破壞，但多數(shù)是因為設計不良及施工質量較差造成的。事實說明，經(jīng)過合理的抗震設計和較

5、好的施工質量的保證，現(xiàn)澆混凝土結構是有足夠的抗震可靠度的。由于它可以通過現(xiàn)場澆筑，形成具有整體性節(jié)點的連續(xù)性結構；有較大的側移剛度，可以減少結構的側移量，從而減少非結構構件的破壞；經(jīng)過良好的設計使結構有相當?shù)难有圆⑶以靸r較低，使得現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構在地震區(qū)得到廣泛的應用。需要說明的是，鋼筋混凝土結構也存在著難以克服的缺點：周期性往復水平荷載作用下，構件剛度因裂縫開展而遞減；構件開裂處鋼筋的塑性拉伸，使裂縫不能閉合；低周往復荷載下，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”。這些缺點使得混凝上結構一旦進入彈塑性狀態(tài)，結構就會出現(xiàn)永久性損壞而必須經(jīng)過修復方可繼續(xù)使用。 </p><p><b>　　2.2砌體結構 </b></p><p>　　砌體結構是由塊體加砂漿所形成的材料構成的，其材料本身脆件性質決定了砌體結構抗剪的、抗拉、抗彎強度低，變形能力差，結構自重大，因此它的抗震

7、能力是比較差的。但由于砌體結構造價低，施工技術簡申，居住性能好，在我國還是有著廣泛的應用，同時震害調查表明，不僅在7、8度區(qū)，甚至人9度區(qū)，砌體結構房屋震害輕微、甚至基本完好的事例還是不少的。實踐證明，經(jīng)過合理的抗震設計，構造措施到位，施工質量良好，在中，強地震區(qū)，砌體結構是具有一定的抗震能力的。 </p><p><b>　　結構體系選取 </b></p><p>

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

9、，布著良好的抗震件能，但因為墻體間距的限制使得該結構形式的應用受到—定限制；筒體結構是一種個間受力體系，側向剛度很大，一般用于較腐的高層建筑巾。 </p><p>　　在選擇抗震結構體系時，還要注意結構剛度與場地條件的關系。當結構的自振周期與場地的自振周期一致時，容易產(chǎn)生類共振現(xiàn)象而加重建筑物的震害。在抗震設計之初，應了解場地和場地土的性質，采取各種措施調整結構剛度，避開共振周期。 </p><

10、;p>　　實際上，結構的自振周期是很難精確計算的。雖然建筑物的質量—般個會有太大的變化，但結構的剛度就很難計算準確，它除了與結構構件本身的剛度及共所處的彈塑性狀態(tài)有關外，還與主體結構連接的填充墻，焊接外墻板，室內設備等以及基礎和地下室周圍的土質情況有關，影響因素較多。所以在此僅提出可以通過調整相關的影響因素改變結構周期，以避開共振周期的抗震設計概念。 </p><p>　　結構的總體布置設計 </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，相應地，抗震結構的總體布置主要是抵抗水平力的抗側力結構（框架，抗震墻，支撐，筒體等）的布置。結構的總體布置是影響建筑抗震性能的關鍵問題。結構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，建筑的各結構單元的平面形狀和抗側力結構的分布應當力求簡單規(guī)則，均勻對稱，減少扭轉的影響。 </p

12、><p>　　地震作用是由于地面運動引起的結構反應而產(chǎn)生的慣性力，其作用點在結構的質量中心，如果結構中各抗側力結構抵抗水平力的合力點與結構的重心不重合，則結構即使在地面平動作用下，也會激起扭轉震動。扭轉的結果是，離剛心較遠一側的結構構件，由于側移量加大很多，所分擔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)生嚴重破壞，甚至導致整體結構因一側構件失效而倒塌。對于抗震建筑，即使結構布置是對稱的，建筑的

13、質量分布也很難做到均勻分布，質心和剛心的偏離在所難免．更何況地面運動不僅僅是平動，還件有轉動分量，地震時結構出現(xiàn)扭轉振動是可能的。所以，在結構布置時除了要求各向對稱外，還希望能夠具有較大的抗扔剛度，因此，有著很大側移剛度的抗震墻最好能沿建筑外培的周邊領置，以提高結構的整體抗扭剛度。 </p><p>　　結構豎向布置設計應當盡量位結構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。在實際工程設計中

14、，往往沿堅向分段改變構件截面尺寸和材料強度，這種改變使剛度發(fā)生變化，也應自下而上遞減。從施工方便來說，改變次數(shù)不宜太多；但從結構受力角度來看，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，混凝土強度降低一個等級為宜。最好尺寸減少與強度降低錯開樓層，避免同層同時改變。沿豎向剛度突變除了因為建筑的堅向體形發(fā)生突變而使得結構剛度在豎向發(fā)生突變外，還經(jīng)常

15、由于抗側力結構的突然改變布置而出現(xiàn)結構豎向剛度突變。如底層或底部若十層需要大的室內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，應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度等級，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)，其余墻體和柱應加強配筋，以抵抗由被取消的培體所承擔的地震剪力。在上述兩種情況下，還

16、應注意加大</p><p>　　在結構豎向布置時需要強調的是，不應采用上部剛廢人，底層僅有柱的“雞腳”建筑。這類結構往往出現(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置成太空間而設計成框架結構，上部因只有小房間而采用砌體墻或混凝土墻體。這樣的結構上部側移剛度大，下部樓層側移剛度小，結構柔軟層出現(xiàn)在結構底部，地震中很容易遭到嚴重破壞，而且從設汁上很難采取措施避免震吉的發(fā)生。 </p>&l

17、t;p>　　同一樓層的抗側力構件，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，以保證各構件能夠共同受力，避免在地震中因受力懇殊而被各個擊破。歷次地震中都曾發(fā)生過這樣的震例。結構布置設計完成后形成的抗震結構體系應符合下列各項要求。結構應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。結構體系受力明確，傳力合理且傳力路經(jīng)不間斷，使結構的抗震分析更符合結構在地震時的實際表現(xiàn)，對提高結構抗震性能十分有利，是結構選型與布置結構抗側

18、力體系時首先考慮的因素之一。同時結構設計應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。 </p><p><b>　　結論 </b></p><p>　　對于建筑結構設計人員往往不夠重視結構設計經(jīng)濟性及其抗震安全性問題，導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浪費。通過基于抗震性能對結構優(yōu)化設計進行探討，有效地確保結構抗震性

19、能安全的前提下，降低高層建筑的造價成本，有著非常重要的現(xiàn)實意義。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 宋艷宏. 結構選型在設計中的重要作用[J]. 中國高新技術企業(yè). 2009(11)：102-103． </p><p>　　[2] 李新. 綜合建筑設計中的結構選型經(jīng)濟性分析[J]. 山西建筑.