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摘 要：适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则.结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”建筑设计.结构设计不能破坏建筑设计,建筑设计不能超出结构设计的能力范围.结构设计决定建筑设计能否实现,在这个意义上,结构设计就显得尤为重要.
关键词：建筑；结构设计
1 关于建筑结构设计安全度的概念
从事建筑结构设计的基本目的,是在一定的经济条件下,赋予结构以适当的安全度,使结构在预定的使用期限内,能满足所预期的各种功能要求,一般来说,建筑结构必须满足的功能要求是：1）能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用,且在突发事件中,仍能保持整体稳定性,即建筑结构需具有的安全性；2）在正常使用时具有良好的工作性能建筑结构需具有的适用性；3）在正常维护下具有足够的耐久性.
上述安全性、适用性和耐久性,是建筑结构安全和否的标志,总称为结构的可靠性,对这些性能的度量,即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的安全度.
2 关于我国结构设计安全度的现状分析
我国的建筑结构设计安全度已不适应当前国情的需要.自20世纪50年代以来,我国建筑结构的设计方法,经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化.在结构设计标准中,安全度主要表现为安全系数(容许应力法、破损阶段法)、分项系数(极限状态法)和可靠指标(概率极限状态法)同时还和其它许多因素有关,如结构的构造规定、荷载标准值和材料强度标准值的取值、构件承载力计算公式及结构内力分析的精度等.从50年代到现在,我国建筑结构的设计标准不论在方法或具体内容上都有了很大的发展和提高,但在结构设计的安全度要求上,却一直没有大的变动,和国际通用设计标准相比始终处于低水平的安全度.这并不是一个单纯的技术问题,从根本上说,结构设计安全度的高低,是国家经济和资源状况,社会财富以及设计施工技术水平和材料质量水准的综合反映.提高结构的安全度,必然会增加结构造价和耗费更多的材料,但能相应降低结构失效的风险.所以确定建筑结构设计的安全度,还应体现投资者或业主的利益,在结构造价和结构风险之间权衡得失,寻求较优的选择.我国建筑结构安全度的现状是：设计规范取用的荷载值比国外低,材料强度的取值比国外高,所用结构承载力计算公式的安全度比国外低,甚至在个别情况下偏于不安全,对结构的构造规定又远比国外要求低.也就是说,在设计结构安全度的各个环节中,几乎没有一个环节比国外更偏于安全的.
3 关于建筑结构设计的原则
适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则.一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合.完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现.
结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计.结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则.结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要,虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就.
4 建筑结构设计特点
4.1 科学性
建筑结构设计是以数学、力学为理论基础,借助现代计算机技术进行的一种应用性技术.一个结构工程师应该善于抽象建筑结构的理论模型,善于用数学和力学只是分析建筑结构的工作机理,只有这样才能具有较强的认识能力和适应能力.
4.2 应用性
建筑结构设计必须讲究经济效益,一个成功的建筑结构设计,技术上先进合理,经济上效益显著.
4.3 实践性
建筑结构设计是一种工程实践活动,没有一个工程师是直接从大学毕业生马上变成一个成熟的工程师,而是必须经过一个较长时间的工程设计锻炼.
4.4 复杂性
建筑结构设计的复杂性首先表现在设计中各种因素的不确定性,建筑结构设计是一个具有多解而没有标准答案的问题,作为一名结构工程师,我们需要找到一个相对最优的方案.
4.5 创新性
建筑结构设计作为一种技术服务行业,在设计市场竞争激烈形势下,要想获得开发商的项目,必须提供比别人更加合理经济的结构方案,这就需要工程师的创新能力.
5 建筑结构设计中应注意的相关问题
5.1 底部抗震墙框架结构
(1)底部抗震墙应双向布置,应注意纵向抗震墙不要偏少.
(2)上部抗震墙和底部框架、抗震墙应对齐或基本对齐.“基本对齐”要求:(对于7度设防区)每结构单元不宜多于一道或每三道抗震墙不多于一道和下部框架、抗震墙不对齐,尽量减少次梁托换的数量,减少传力途径.
(3)托墙梁支座处应设柱,对于支承于抗震墙的托墙梁支座应采取加强措施.
(4)底框结构转换层楼板应适当加强,避免开大洞,避免板标高变化产生错层.
5.2 关于箱、筏基础底板的挑板问题
从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较节约;出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基;能降低整体沉降,当荷载偏心时,在特定部位设挑板,还可调整沉降差和整体倾斜;窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板.虽然在计算时此处板并不应按挑板计算.当然此问题并不绝对,当有数层地下室,窗井横隔墙较密,且横隔墙能和内部墙体连通时,可灵活考虑;当地下水位很高,出基础挑板,有利于解决抗浮问题;从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法.
5.3 建筑结构设计和暖通专业设计的协调
高层建筑空调设备(风道、冷热水管、空调箱、空调机组等)通常和电梯、电梯厅、楼梯、电气间、卫生间集中布置在核心区,构成维持整个高层建筑活动机能的关键部分.在竖向布置上又和给排水、电气等集中布置在设备层.结构设计时应充分注意核心区及设备层的特点:
(1)楼面负荷大,在内力分析及楼板设计时应考虑.
(2)预埋管道附件多,注意局部荷载超过设计荷载.
(3)设备层层高不同于标准层层高,而且应力集中,是抗震薄弱环节,要考虑抗震加固措施.
各构件之间的协同工作对协同工作的理解,还在于当结构受力时,结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平.在多高层结构设计时,应尽可能避免短柱,其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时,能同时达到最大承载能力,但随着建筑物的高度和层数的加大,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱,为了避免这种现象的出现,对于大截面柱,可以通过对柱截面开竖槽,使矩形柱成为田形柱,从而增大长细比,避免短柱的出现,这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下,达到最大的水平承载力.
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参考文献：
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