浅谈建筑结构设计的工程应用

李焕成

摘 要：随着我国城市化进程不断发展和加快，及国民经济的高速发展，我国建筑的需求也日益增多，这也给建筑结构设计带来了诸多挑战。在这样的情况下，如何设计出较为舒适、安全经济的建筑，现在已经成为设计人员要面对的问题。

关键词：结构设计；工程应用

1.建筑结构设计要点

建筑结构设计主要是指在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定，对建筑结构进行总体布置、技术经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的过程。建筑结构的设计特点主要可以分为以下几个方面：

（1）水平荷载是决定因素。水平荷载对高层建筑结构具有重要的作用，也是高层建筑结构设计中所主要考虑的因素。在高层建筑中，由于竖向荷载所引起的轴力与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载所引起的倾覆力矩及竖向构件的轴力与建筑高度的二次方成正比。由此可见，随着高层建筑高度的不断增加，这个值也会随之逐渐增大，对建筑结构的影响也必然会越来越大。

（2）结构延性成为重要设计指标。延性主要是在高层结构抗震设计中采用的，结构延性主要是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始至达到最大承载能力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。随着荷载的不断增加，受弯构件受拉位置的混凝土就会出现裂缝的情况，严重的还有可能导致构件被破坏。

（3）轴向变形也同样很重要。轴向变形在结构设计中也是不容忽视的。高层建筑中所涉及到的竖向荷载值往往都比较大，很容易引起柱中的轴向变形，从而对连续梁弯矩产生一定程度的影响，同时还会影响到预制构件的下料长度。因此，建筑设计师一定要对此给予高度的重视。

2.工程概况

大旺金鑫祥不锈钢有限公司综合楼和饭堂用地面积为8970平方米，实际用地面积为11200平方米。依照项目的规划设计，将两栋楼建成后形成一个整体性的结构体，将采用框架式现浇混凝土结构，其中办公楼高6层，饭堂高4层。

3.屋盖及楼盖结构设计

本项目结构类型采用现浇框架结构，抗震等级框架三级。为了有效地保证结构的整体受力性能，控制楼板裂缝，除特殊部位采用轻钢结构外，其余楼（屋）盖均采用现浇钢筋混凝土楼（屋）盖。结构布置合理，整体抗震性能良好，又能很好的满足建筑造型和使用功能的需要。同时为了满足房间内不露梁以及单元内房间可灵活分隔的建筑设计意图，部分楼板采用了跨度较大的异形楼板；地下车库和锅炉房的屋盖及楼盖结构均采用现浇钢筋混凝土梁板结构。地下车库的顶板为人防顶板，上覆3.0m厚的回填土，荷载很大，采用加设次梁的梁板结构，以减小楼板的跨度和厚度；梁采用反梁形式，以满足建筑空间净高的要求；人防地下室的顶板厚度为250mm，以承受核爆动荷载的作用，并对早期核辐射进行防护。

4.钢筋混凝土构造要求

构造要求在结构设计中起着重要的作用，其实保障结构设计的基础。在钢筋混凝土结构设计中，其构造要求包括混凝土保护层，钢筋锚固长度等，现将分别深入展开探讨。

（1）混凝土保护层。纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋，其混凝土保护层厚度（钢筋外边缘到混凝土表面的距离）不应小于钢筋的公称直径，且应符合混凝土设计规定要求。但值得注意的是，对于以下基层情况，其保护层的取值应特别留意。

1）基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm；当无垫层时不应小于70mm。

2）板、墙中分布筋的保护层厚度不应小于10mm；梁、柱中箍筋和构造钢筋的保护层厚度不应小于15mm。

（2）钢筋的锚固及搭接长度。钢筋的锚固长度除注明者外，对于钢筋直径大于25mm时，其锚固长度及搭接长度应乘以系数1.1。当钢筋在混凝土施工过程中易受扰动时，其锚固长度应乘以系数1.1。在任何情况下，钢筋锚固长度不得小于250mm。而对于施工中由于钢筋长度不足而需要搭接时，对于钢筋直径大于25mm时，搭接长度应乘以系数1.1。搭接长度按相互搭接钢筋的较小直径计算。在任何情况下，钢筋锚固长度不得小于300mm。

（3）钢筋接头宜优先采用机械连接，也可采用绑扎搭接及焊接。框支梁、框支柱及抗震等级二级以上的柱（含暗柱）的纵筋，抗震等级为一级的框架梁纵筋，抗震等级三级的框架底层柱，均应采用机械连接。其余接头，也可采用绑扎搭接和等强对焊连接。对普通楼层梁，如未注明，当钢筋直径≤28mm时，可采用绑扎搭接。另外对于受拉钢筋的直径>28mm及受压钢筋的直径>32mm时，不应采用绑扎搭接。钢筋接头位置的定取主要是考虑避免在构件受力部位进行搭接，结合设计实践，钢筋接头位置宜设在受力较小处，在同一根钢筋上应尽量少设接头；尤其是受力钢筋接头位置应相互错开，当采用绑扎的搭接接头时，搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度。当采用焊接接头和机械接头时其连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径）且不小于500mm。

梁的底部纵向钢筋的接长，可选择在支座或支座两侧1/3跨度范围内，不应在跨中接长。梁的上部纵向钢筋可选择在跨中1/3跨度范围接长，不应在支座处接长。对于框架梁端、柱端及剪力墙底部应避免在节点核心区和加密区接头。当确不能避免时，须采用机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50%。

（4）钢筋混凝土现浇板。板的底部钢筋伸入梁支座≥5d且不小于1/2梁宽，板式楼梯底板受力钢筋伸入梁支座≥15d，且不小于150。板的中间支座上部钢筋（负筋）两端设直钩，直钩长度应比板厚小15mm。板的边支座负筋一般应伸至梁外皮留保护层厚度，锚固长度如已满足受拉钢筋的最小锚固长度，直钩长度同另一端。如不满足时，此端加垂直段至满足锚固长度。当HPB235级钢筋时，端部另设弯钩。当边梁较宽时，负筋不必伸至梁外皮，按受拉钢筋的最小锚固长度或按图中注明尺寸施工。双向板的底筋短向筋放在底层，长向筋放在短向筋之上。角板应双向配置上部构造钢筋φ8@100，其伸出梁边的长度不应小于L1/4，（L1为单向板的跨度或双向板的短边跨度）。

5.地下室设计

对于结构设计，尤其是超长结构设计必须考虑到结构缝（伸缩缝、沉降缝和防震缝）的设置。同样对于地上部分平面尺寸超出规范要求结构伸缩缝最大间距的建筑物，应在合适的位置设置伸缩缝或后浇带等措施来控制建筑物因温差产生的不利影响。由于地下室通过在合适的位置设置伸缩缝、后浇带、改善混凝土的性能及适当提高配筋率等措施，消除混凝土收缩及温度应力的影响。

地下室顶板每隔不超过55m设置永久性伸缩一道，缝宽100mm，上部结构按规范要求的间距45m设缝。屋面长度或宽度如超过35m，在房屋纵横向中间位置设一条800mm宽的后浇带。上述后浇带应在其两侧结构施工完一个月后，采用比相应构件部位混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土进行补浇。

本工程地下室部分采用甲类核六级人防平战相结合。人防地下室顶板厚250mm，非人防地下室顶板厚180mm，外墙板厚300～350mm，底板厚400mm。地下室面积较大，地下室顶板采用钢筋混凝土梁柱结构，考虑各种因素，地下室不设逢。在主楼与地下室之间设沉降后浇带，待主楼结顶后再施工。对地下室及结构单元长度超过规范规定的最大伸缩缝间距要求的部分，设置温度伸缩后浇带，待两侧混凝土达到强度后一个月以上封闭。

6.桩基工程

本工程考虑桩基础，桩基拟采用先张法预应力混凝土管桩，其具有造价低，施工过程中质量易控制，施工工艺简单，施工工期相对较短，同时桩身质量容易保证等优点。鉴于本工程场地地质条件以及当地基础设计情况来考虑，本工程基础采用高强预应力钢筋混凝土管桩（PHC）桩基础，桩径φ400，基础持力层为全风化混合岩层或强风化混合岩，单桩承载力特征值为1200kN。对于地下水位较高，基坑开挖时，应采取妥善的降水、排水措施，加强井壁支护，防止井壁坍塌以及产生流泥、流沙，并应考虑降水对周围已建建筑物的影响。同时需要考虑工程地下水水质是否对混凝土具有弱腐蚀性，±0.000以下结构需按有关规范规程进行处理。

7.结束语

综上所述，建筑结构设计是建筑工程的重要内容，对建筑物使用性能有很大影响。因此，应特别注意建筑结构设计问题。设计人员在进行建筑结构设计时，应从基本构件着手，理解建筑设计规范的要求，加强与其他专业的沟通和交流，总结经验教训，做好钢结构设计、地基结构设计，才能提高建筑工程的质量。

参考文献

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