1、建筑结构与钢结构设计问题探讨 【摘要】人们所居住的住宅，购物的商店、商场，观看体育比赛的看台及体育馆，还有办公楼等等，这些人们赖以生活、学习、工作的场所即建筑物，无论是简单还是复杂，其中都包含有基础、柱、楼盖及屋盖等结构构件，它们组成房屋的骨架，支撑着建筑，承受着各种外部作用，因此，在建筑设计中，结构的设计是有着举足轻重的地位的，本文就建筑结构设计谈谈看法。 【关键字】建筑结构 功能 钢结构 开裂 一、建筑结构的功能要求 结构在规定的设计使用年限内，应满足安全性、适用性、耐久性等各项功能要求。 1.结构安全要性要求 在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。 在设计规定的偶然事件发生时
2、及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。所谓整体稳定性，是指在偶然事件发生时和发生后，建筑结构仅仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。正确的结构计算时保证建筑物安全的前提，除对建筑结构、构件进行必要的计算外，对阳台栏杆、楼 梯扶手、构件接缝等，要采取必要的措施，保证其在使用过程中的安全和可靠。 2.结构耐久性要求 结构在正常维护下具有足够的耐久性能，所谓足够的耐久性能，是指结构在规定的工作环境中，在预定时期内，其材料性能的恶化不致导致结构出现不可接受的失效概率。从工程概念上讲，就是指在正常维护条件下结构能够正常使用到规定的设计使用年限。 3.结构适用性要求 结构在正常使用时具有良好的工作性能，如受弯
3、构件在正常使用时不出现过大的挠度等。由于建筑物所处的环境和使用性质不同，除满足空间尺寸要求 外，还要满足某些建筑物的特殊要求，如保温、通风、隔热、吸声等，在构造设计时要综合相关专业的技术知识，优化设计，选择经济合理的构造措施，满足建筑使用功能要求。 二、地基与基础设计 基础的设计是指基础底面积计算、基础结构选型以及材料、构造措施的确定等一系列工作，地基承载力是基础设计的重要参数，它是指在地基稳定的条件下，地基单位面积所能承受的最大压力，也称为耐力，如果基础对地基的压力小于地基承载力，地基将是安全和稳定的。反之，地基将会出现较大的沉降变形，甚至是更严重的破坏。 2.地基 与基础的设计要求 （ 1
4、）具有足够的强度、刚度和稳定性 基础是建筑物的底部构件，对建筑物的安全起着决定性的作用，因此，基础需具有足够的强度来承担和传递整个建筑物的上部荷载，为保证建筑物的正常工作，还应保证基础和上部结构有足够的刚度。 （ 2）具有较高的经济合理性 基础工程量、造价和工期在整个建筑物中占有相当的比重，基础工程的造价可占工程造价的 1/3，应选择良好的地基场地，合理的构造方案，价廉物优的建筑材料等，以减少基础工程的投资。 具有良好的耐久性 （ 3）由于基础埋设在地下土层中，给建成后的检修和加固带来了不便，因此，在选择基础的构造形式与材料时，要充分考虑建筑物的耐久年限，防止提前破坏影响建筑物。 三、钢结构设
5、计 钢结构是指用热轧型钢、钢板、钢管或冷加工的薄壁型钢等钢材通过焊接、螺栓连接成铆接等方式制造的结构。设计钢结构时，应从工程实际出发，合理的选用材料、结构方案和制造措施，满足结构构件在运输、安装和使用过程中的强度、稳定性很热刚性要求，并符合防火、防腐蚀的要求。宜优先采用通用和标准化的结构和构件，减少制作和安装工作量。 钢结构的特点 组成钢结构的钢材，由于其内部组织均匀，各向同性，是较理想的匀质材料，因而与其他结构材料相比有一系列优点。 （ 1）钢材的强度高，抗拉和抗压性能都好，因此，采用钢结构可以大大减轻自重。例如，与同样跨度、同样受力的钢筋混凝土屋架相比，刚屋架的重量仅为钢筋混凝土屋架的 1
6、/31/4 。 （ 2）钢结构加工制造简便、构件精确度高，施工周期短。钢材在冶炼和轧制过程中的质量易于控制，材质的波动范围小。 （ 3）钢材的塑性好、抗冲击韧性强，适宜于承受动力荷载和对抗震能力要 求高的结构。 与其他结构构件的受力相同，钢结构构件按受力形式分为轴心受力、偏心受力和受弯构件，其设计计算方法是以概率论为基础的极限状态设计法，由于钢结构构件强度高、截面小，因此，应对其长细比进行限制，对受弯构件尚应进行挠度验算。 钢结构构件的焊接是基本的连接方法，螺栓连接在安装连接中应用较多，按焊缝的截面形状分为对接焊缝金额角焊缝，前者的受力性能好，主要是用于工厂的接料和重要部位连接，后者便于加工，
7、是最常见的焊接形式，焊接应进行强度计算并应满足有关构造要求，螺栓连接应满足构造要求并应按不 同受力形式进行强度计算。 四、混合结构房屋的结构构造 混合结构房屋的墙体布置，可分为纵墙承重、横墙承重、纵横墙混合承重、内框架承重等布置方案。根据房屋的空间受力性能（主要是抗侧移刚度的大小），可分为三种静力计算方案：刚性方案、刚弹性方案、弹性方案。其划分主要依据是刚性横墙的间距及楼盖屋盖的类型，大量的多层民用建筑一般都属于刚性方案。 墙、柱应进行高厚比验算，其目的是保证使用阶段和施工阶段的稳定性。对于带壁柱的墙，除进行整片墙的高厚比验算外，还应进行壁柱间墙的验算。 圈 梁、过梁和挑梁是混合结构房屋中经常
8、遇到的构件，圈梁应按规定设置，过梁上的荷载与过梁上的砌体的高度有关系，当超过一定高度时，由于拱的卸荷作用，上部的荷载可直接传到支座或洞口两侧的墙体上。挑梁的抗倾斜验算，关键在于确定倾覆点位置和抗倾覆力矩，在设计中应予以重视。 刚性方案房屋的墙体、柱的计算实际上是受压构件的计算，在竖向荷载作用下，各层墙体可视为上部偏心受压、下部轴心受压的构件，荷载由上向下传递，在风荷载的作用下，满足一定条件时可不考虑其影响。 墙体裂开是混合结构房屋中常见的现象，其原因是多 方面的，除在结构设计中进行计算外，考虑构造上的要求采取适当的措施十不可缺少的，设计和施工中都应重视。以下是防止墙体开裂的措施： 1.防止温差
9、和墙体干缩引起的裂缝 由于温差和墙体干缩等原因，可能引起房屋在正常使用条件下出现墙体竖向开裂。为此，应在墙中设置伸缩缝，伸缩缝应设在因温度和收缩变形可能引起应力集中，砌体产生裂缝可能性最大的地方。温度伸缩缝的间距可按表中确定。 2.防止或减轻房屋顶层墙体裂缝的措施 屋面应设置保温、隔热层；屋面保温层或屋面刚性面层及砂浆找平层设置分 隔缝（间距不大于 6m 并与女儿墙隔开，缝宽不小于 30mm）； 在钢筋混凝土屋面板与墙体圈梁的接触面处设置滑动层，对于长纵墙，可只在其两端的 23 个开间内设置，对于横墙可只在其两端各 l/4 范围内设置（ l 为横墙长度）； 顶层屋面板下设置现浇钢筋混凝土圈梁，并沿内外墙拉通，房屋两端圈梁下的墙体内宜适当设置水平钢筋； 顶层及女儿墙砂浆强度等级不低于 M5，女儿墙应设置间距不大于 4m 的构造柱，构造柱应伸至女儿墙顶并与现浇钢筋混凝土压顶整浇在一起，在房屋顶层端部墙体内适当增设构造柱。 结束语：在建筑设计中，要清楚的了解建筑构造设计的重要性，建筑类型很多，各类建筑使用性质和组成类型也不相同，在设计中应当充分的考虑到各个方面的问题，以避免设计中出现不必要的失误。 参考文献： 1.熊丹安，建筑结构，华南理工大学出版社， 2009 年版 2.宋占海，宋东，贾建东建筑结构设计，中国建筑工业出版社， 2007 年版
