建筑结构布局与运用的几点思考

发表时间:2015/10/15   来源:《工程建设标准化》2015年6月   作者:王艾培
[导读] 本文将就建筑设计中的结构布局进行一点浅薄的思考和分析。

【摘  要】随着社会的高速发展各种新型材料新设计思潮的逐步取代更新,现代社会中对建筑物的设计要求越来越严格,伴随着这种变化,在建筑行业中也有一些新兴的变化,如建筑物结构体中也越来越多、越来越广泛的出现超大、超长的结构,所以设计师在选用材料进行设计时除了要考虑经济实惠的材料外,更加要注重设计布局的合理性、美观性、安全性及耐用性。本文将就建筑设计中的结构布局进行一点浅薄的思考和分析。
【关键词】结构设计;结构布局;结构运用
        结构是建筑体的根本,没有结构的建筑是不存在的,结构就像人体之骨骼,没有骨骼的人是不能够站立行走,而建筑体的结构承担着支撑建筑物荷载的重要作用。因此合理的建筑结构布局除了能保证了建筑的力学平衡、稳定的空间还能够保证建筑体的强度、刚度和韧性。所以在现代建筑的结构布局运用当中要充分考虑结构体与空间、空间与结构布局之间的潜移默化关系。
一、结构设计的意义
        建筑计划是依据建筑设计来制定的,这就要求在建造之前先要将施工的每个环节、隐患的各类问题以文本方案的形式制定出来。建筑设计也是整个建筑工程各环节中各个部件协调配合运行的依据,为工程提供详细的施工方案。而建筑的结构设计是建筑设计的依据。结构设计的主要任务是根据建筑体的功能、形体艺术和目的要求等,为之提供与之相适应的构造解决方案。在设计中不仅要综合考虑材料选用、施工方法及结构部件的制造工艺,以满足建筑物区域化功能要求,还要考虑整个建筑物的安全可靠性。随着社会进步,建筑专业化水准也越来越高,建筑设计与结构设计也必将逐渐融合并发展的相互一直与协调。结构设计布局是保障整个建筑物安全、可靠、经济、美观的根本。结构的设计是在力学基础进行的,建筑设计是在形体美学的基础上进行的,一个完美的建筑既是完美的结构设计完善的建筑设计,又是现代科学技术与建筑艺术美学的结合。所以现在的建筑结构布局中应更多的思考结构与形体的结合,材料与结构构件的结合,结构布局与结构优化的结合。
二、结构布局几点问题
        在建筑结构布局中需需重点考虑建筑结构中存在的水平侧向位移,扭转效应,不规则受力体等。建筑结构体的非规则受力和特殊受力点都是影响建筑结构布局的因素,在结构布局上应充分计算设计建筑结构的受力畸变点,合理设计和布局建筑结构,也必然会将结构体本身的作用发挥到极致。
2.1建筑结构布局中的水平侧向位移
        建筑的水平侧向位移效应是目前为止较难准确计算的受力效应,在建筑结构设计中能就算是达到了规定的结构要求,不能完全表明结构布局设计的合理性。建筑体的水平侧向位移不仅要考虑建筑体受力大小、力量幅度周期和地质地震等综合因素。建筑的侧向水平位移受到的影响包括抗震设计、地震强度和结构刚度。结构刚度小的建筑结构不合理时,地震力对建筑作用过小造成建筑结构的位移范围也小,导致的结果是建筑体水平侧向位移在结构容许的范围内,但此建筑结构不能因此被认为合理。在建筑结构布局中合理的水平侧向位移力的位移曲线应该是连续变化的,有明确的拐点或转折点。剪力墙的结构位移曲线应是弯曲的,而框架结构的位移曲线应该是剪切的。高层建筑中结构受水平力荷载,所以中、高层建筑体是以水平荷载为主要控制荷载,高层建筑结构布局中要充分考虑抗震和抗风的要求。高层建筑体选用结构构件截面尺寸要满足相应材料构件刚度和构件布局效果要求。结构布局中可预测评估结构体所受的水平侧向位移影响,作出合理解决方案降低其影响作用。



2.2建筑结构中的扭转效应
        建筑结构体布局的重要中心包括建筑几何形态中心、结构体刚度中心和结构构件物理中心。因此在建筑设计布局要充分让这三个中心集中于一点,达到三点合一。结构扭转效应在建筑结构布局设计的过程中建筑体的三个重要中心点没有合一或相互有偏差从而造成在水平荷载作用下出现受力不均匀的扭转振动效应。建筑体布局设计中应尽可能的避免由于在水平荷载等外力作用在建筑体三点不一出现扭转从而发生损害的问题,合理设计布局,竭力使建筑物所受荷载作用力的三心合一,从而能够避免扭转效应。
2.3建筑结构共振问题 
        当建筑体周围有震源时,如果出现建筑的自振周期和场地的特征周期接近,就会造成建筑物和附近震源产生共振现象。因此在进行建筑结构布局设计时,应进行相应的特征周期评估,以此为依据来选择适合的结构类别和系统,并尽量增加自振周期和特征周期差异,避免出现共振现象。
三、建筑结构运用
        合理、有效的布局,通过了解各类建筑的特点,进而能利用优点来化解劣势。
在结构布局中结合建筑体的区域特点进行有效的结构布局运用,使之美观、大方、经济。
3.1建筑暗梁
        建筑结构中暗梁结构充当楼面梁结构是常用错误运用。其本身的刚度未达到标准,因此荷载不能准确进行传递,不能有效的进行从楼面荷载到板到暗梁再到柱的传递,这样必然会降低对板内力的评估。结构布局在集中力处沿着最短距离设置暗梁,只为暗梁结构在受集中力作用时代替主梁的作用,让暗梁来承受抗弯强度和裂缝的要求,而在刚度变化较大的结构体中应用梁。如果建筑体不同高程的板之间的错台刚度大板的平面外刚度小,板上的荷载会传递到错台上,所以结构利用时应按满足要求抗剪钢筋的梁来设计。
3.2框架结构
        建筑体井筒因其特殊的构造特点能够吸收地震剪力,所以框架结构所能承受的地震剪力的受力也会减小。因此应尽量避免设置钢筋砼楼电梯小井筒结构或者降低井筒的壁厚,或者通过利用竖缝、结构洞等方式将建筑结构体的刚度削弱。建筑结构体在复核时除了将框架结构进行计算外,还应该将带井筒的框架结构以及与井墙连接的柱子配筋进行加强稳固等进行计算。在设计框架梁结构时要注意楼宇顶楼层的电梯间与建筑体内水箱等结构物间的承重结构,应尽量避免使用砌体墙这种结构。一些构件如遮雨棚、天台窗等楼层构件不应该从承重墙中挑出,而是从建筑体承重梁上设计挑出。楼梯梁与夹层梁等不能支撑力于填充墙上,而应该设计其受力荷载由承重柱支撑。
        总结:在现代社会建筑设计中建筑设计行业的发展已经日新月异,建筑体外型已由以前的常规建筑形态改变为新型特色建筑结构形体,相应建筑结构的布局也由传统设计到了现在设计,建筑体的要求中除了基本功能要求外,还对建筑体的外型美观时尚形体简约大方、应用功能多样等提出了更高的设计要求。因此建筑结构布局设计不仅要求考虑建筑本身的质感、美感、实用性、适用性,在设计过程中的考虑也必将变得越来越严谨、细致、人文。在倡导以人为本、可持续发展的今天,建筑结构布局设计过程中,要更加注重适合人类的、保护生态的、环保的、能够可持续发展的结构设计。
参考文献:
[1]林同炎.SD斯多台斯伯利.结构概念和体系[M].北京:中国建筑工业出版社,1999
[2]刘炳寅.高层框架结构设计和施工中的现实问题[J].山西建筑,2009,(3)
[3]郑峰.建筑设计必须与结构设计相结合[J].科技信息(科学教研),2012(02).   
[4]林东.浅谈建筑结构设计[J].科技创新导报,2011年20期 

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