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所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:197

副标题#e#
　　影响建筑结构选型的因素
　　苏青
　　南京市园林经济开发有限责任公司
　　摘要：在建筑物的方案设计中，结构选型被放在重要地位。结构选型的影响因素也从以往单一力学角度向多方位发展。
　　关键词：结构选型功能结构设计建筑材料
　　在建筑工程建设中，建筑的安全性和耐久性主要取决于建筑物的结构能否满足要求。此外，对于大多数建筑物，工程造价中约有30%-40%应用于结构工程。而结构工程的施工工期也约占建筑物施工总工期的40%-50%。因此，搞好结构工程对于建筑建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用。
　　搞好结构工程的关键在于建筑结构方案设计，如果选型不当，即使结构计算很精确，也有可能给结构的安全和耐久性带来无法弥补的缺陷，或者延误工期，提高工程造价。因此，在建筑物的方案设计中，必须将结构造型放在重要地位，通过技术经济分析，来进行选型决策。
　　1、建筑物的功能要求及现场自然条件对结构选型的综合影响
　　1.1对基础选型的影响
　　基础是建筑物中重要的结构部件，它对于整个建筑物的建筑质量起重要作用。相对于同种类型的地质情况有着不同的结构选型范围，譬如南京中山门的标志性建筑-----“辟邪”当初在设计时，设计人员到现场查看过土质情况。发现其所处的土层情况较复杂（以前为池塘），地基承载力非常低，考虑到“辟邪”的上部雕塑为玻璃钢制作，下部基台选用为砖砌，对于基础来说，总体重量并不太重，因受当时周边环境和场地的制约，不可能采用桩基础，如果草率地在软弱下卧层上设置基础，必然会引起不均匀沉降。如采用换土处理，压实密度不够时，会使承载力不足，不能满足设计要求，导致沉降过大，甚至会引起“辟邪”基座底部砖砌体的开裂，影响整个建筑物的建筑质量。在这种情况下，设计人员考虑采用了先挖去上层淤泥质土，不去扰动下层土质，然后再大面积抛一层块石，隔一段时间以后，再抛一层块石。在每层块石之间填铺较大粒径碎石。这部分工序完成之后，再要求施工人员定期进行仔细检查，有无明显沉降，在无明显沉降后，再在上部铺设200cm厚的最大粒径不超过20mm的碎石垫层。在基本夯实后，根据荷载受力情况，分别在基础范围-0.60处，设置地圈梁，其钢度和强度也适当加强，在台基砖砌墙下采用受力筋，直径为￠8@200的钢筋混凝土条基，并设置地肋粱，地圈梁和地肋梁之间设置短构造柱，以加强整体性，形成组合梁，预防和减少裂缝的产生。几年下来，从实际效果看，基础的处理是不错的。同样对于软弱地基，某处纪念阁工程，采用的就是人工挖孔灌注桩。此建筑的勘察资料表明纪念阁所处的土层只有在室外地坪-10.250m处才存在中等风化岩面层，而纪念阁是一个三层框架体系（单层层高>4.5m），采用浅基础是不可能的。而且当时这一工程是座落在古河道上，整个建筑有一半以上是跨在古河道上，只有一小部分处于较好的基层上。在考虑到复杂的土层结构和场地局限情况下，经过反复的结构选型方案分析和计算并考虑造价等方面的因素，最后决定采用人工挖土灌注桩，直至-10.25处桩端直达中等风化岩层。在计算机桩垂直承载力时，考虑到冻胀、膨胀对垂直承载力的影响，在计算中按规范要求没有计入冻胀、膨胀深度范围的桩侧摩阻力。桩端进入持力层后的进入深度，也按规范要求计算。抗压钢筋因为是端承桩，所以沿桩身通长配置，基桩钢筋直接伸入桩帽，上部结构桩筋也锚入桩帽，形成固接。与上部的框架体系形成呼应，从而形成稳固的建筑结构体系。（图纸照片）
　　1.2 对主体结构选型的影响
　　主体结构选型一般是由建筑物的功能要求，包括使用空间要求、使用要求以及美观要求所决定的，不同的功能要求相对于不同的结构选型。如南京某敬老院工程在设计主体结构时，采用了砖混结构。因为此#p#副标题#e#建筑物是一栋二层局部仿古建筑，在使用功能上有较高的层高，以及布局合理归整。在考虑稳定性的同时要控制造价，在了解了建筑物的周边环境以及建筑图纸以后，在房屋静力计算方案的确定上采用了刚性方案。在横向荷载作用下，此建筑水平位移很少，可以忽略。墙柱内力可按不动铰支承的竖向构件计算。在竖向荷载作用下，墙柱在每层高度范围内，近视地似作两端铰支的竖向构件。在对本层的竖向荷载，考虑了对墙柱的实际偏心影响，当梁端支承于墙上时，梁端支承压力到墙内边的距离，对屋盖梁取梁端有效支承长度的0.33倍，对楼盖梁取梁端有效支承长度的0.40倍。对于上面楼层传来的荷载可视作作用于上一楼层的墙柱的截面重心处。在与楼板梁系和墙体圈梁及楼梯梁（楼梯采用现浇钢筋混凝土梁式楼梯）联结在一起。连接采用抗震要求，檩条与墙设置可靠连接，檐口瓦与屋面构件锚固连接。使得房屋在整体上的耐久性得到提高。同样是对主体结构选型，上文提到的某纪念阁的主体结构就采用了框架体系。因为此纪念阁在功能上要求提供较大的建筑空间，建筑平面布置需比较灵活，再加上荷载受力主要为竖向荷载，但同时又承受水平荷载，整体要求性比较高，故而在考虑结构选型时，采用的是框架体系。由于框架结构体系的抗侧刚度主要取决于梁柱的截面尺寸，一般梁柱的截面惯性矩比较小，在水平荷载作用下的侧向刚度较大，抗侧能力较弱，因此在建筑高度上受限制，最后确定底层框架高为5.5m，二层、顶层框架高为4.5m，采用现浇混凝土框架。由于建筑造型要求二层以上柱体外包一定厚度的装饰材料，致使框架柱必须采用变截面形式。框架柱沿建筑全高根据结构计算改变柱截面尺寸（一层和两层以上的为两种截面）。当柱截面尺寸改变时，再上下柱对齐竖向轴线，均匀内收，避免上下偏心，否则在计算中应考虑偏心的附加作用。此框架结构中采用砖砌体填充墙，在框架柱与填充墙的交接处，连高度每隔500mm用两根￠6钢筋与柱拉结。按规范要求在砖砌体填充墙的长度大于5m时，墙顶部与框架柱采用拉接连接；墙高度大于4m时，在墙高中部设置与框架柱连接的通长钢筋混凝土水平墙梁从而达到整体性和稳定性的效果。
　　2、 结构设计发展及计算手段的改进对于结构选型的影响
　　长时期以来，结构工程注重分析，而分析主要依靠力学。许多出色的成果常常集中于提高力学分析的精度。随着系统思想在现代科学尤其是工程科学领域的不断渗入，结构可靠性的研究由个别构件转向整体系统，建筑结构可靠性的应用由正常使用期的定量设计转向结构生命全过程的优化设计、监测及维修决策。近20年来，结构工程学科发展以从单纯依靠力学发展到依靠多学科的交叉。现代结构工程学科已经开始全面地突破传统的格式。在空间横向，由个别构件的分析扩展到到对整体结构及其耦连性系统的综合与控制；在时间纵向，由单纯考虑正常使用的设计延伸到考虑包括建造、使用和维修在内的全过程综合决策相应的使建筑结构形式也越来越复杂在结构选型上也渗透进节能工程、环保工程、风工程等方面的知识，使结构选型具有更深层次的要求。
　　在结构分析方面，随着计算机运算速度的加快和储存增大，使各种复杂的空间结构静力和动力计算问题迎刃而解，计算手段的改进，不仅可以使设计人员较方便的采用各种较复杂的结构形式，而且可以进一步对各种形式的结构进行比较取得优化。就拿专业结构计算软件PK-PM来讲，此软件是结构设计中应用最广泛的软件之一。它能有效地进行创新设计，模型比较等工作，极大地提高了结构设计的效率，并使较为复杂的工程结构在不同工况下的整体分析变成可能。
　　3、建筑材料的发展和环境因素对结构选型的影响
　　建筑材料的发展对结构选型产生了直接影响。如配筋材料作为混凝土结构的关键组成部#p#副标题#e#分，除了传统钢筋材料本身的物理力学性能将不断改善外，新型配筋材料和配筋形式也将不断发展，从而形成许多新的混凝土结构形式，极大地拓宽了混凝土结构的应用范围，使结构选型更加灵活。如在混凝土中掺入钢纤维等短纤维，形成纤维混凝土结构，可以有效地提高混凝土的抗拉、抗减等强度，改善混凝土抗裂、抗疲劳、抗冲击等性能；以高强度的碳纤维筋（其强度是普通钢筋强度的10倍以上）等作为配筋，形成纤维筋混凝土结构，可提高结构的承载能力和耐久性；把型钢和混凝土结构组合，形成钢-混凝土组合结构、钢骨混凝土结构和钢管混凝土结构，可以减少混凝土结构的截面尺寸，提高结构的承载力，改善结构的延性；在已有混凝土结构加固时，采用外贴钢板可以提高结构的承载力和刚度，或采用外贴碳纤维或玻璃纤维等材料，可以提高结构的承载能力和刚度的同时，保护原有结构，提高耐久性。
　　砌体结构作为最传统的建筑材料之一，同样取得了较大的发展。如采用配筋砌体、组合砌体和预应力砌体等新的结构构造形式，可克服砌体材料性能的不足，改善砌体结构的受力性能；采用空心承重砌块，以降低结构自重；采用新材料新技术，使砌体材料轻质高强，轻型建筑材料的选用是现在比较提倡的一种用法，它的采用可以减轻建筑物自重，使结构设计产生相应改变，有利于减少结构截面有利于采用浅基础，减少结构投资；有利于改善抗震性能。
　　4、 结束语
　　各种建筑的使用功能不同、各种人为因素对选型的影响，各种建筑结构对安全性、适用性、经济性和施工难以程度方面的侧重不同，会使得最终的选型结果不同；另一方面，有些影响结构选型因素又是模糊的，不可能用一个精确的量化指标来表达。因此结构选型必须不断发展与创新，以适应更多发展上的新变素。
　　参考文献
　　⑴杨伟军等.土木工程结构可靠度理论与设计.北京：人民交通出版社，1999.
　　⑵刘西拉.建筑结构的发展现状与展望.北京：人民交通出版社，1997.