建筑結(jié)構(gòu)工程中的耐久性與設(shè)計(jì)策略

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摘要：文章首先介紹了建筑結(jié)構(gòu)的概念、組成及分類，就其在建設(shè)中的主要功能、極限狀態(tài)進(jìn)行描述，并對其耐久性及安全性的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；耐久性；安全性；設(shè)計(jì)策略

1建筑結(jié)構(gòu)的概念、組成及分類

建筑結(jié)構(gòu)是指在建設(shè)過程中由多種組件所組成的可以承受力學(xué)負(fù)荷的建筑系統(tǒng)。其中，力學(xué)負(fù)荷在這里特指會(huì)導(dǎo)致房屋發(fā)生力學(xué)形變的多種影響因素［1］。建筑結(jié)構(gòu)在不同的具體建設(shè)項(xiàng)目中具有不同的組成，但其基本組成大多一致，各基本組成及發(fā)揮的功能、特點(diǎn)：（1）板：①特點(diǎn)。擁有較大平面尺寸，但厚度卻相對較小。屬于受彎構(gòu)件；②功能。通過板將負(fù)荷傳輸?shù)搅夯驂μ?。?）梁：①特點(diǎn)。是板與柱之間的支撐構(gòu)件。屬于受彎構(gòu)件；②功能。承受來自板的負(fù)荷，并傳輸?shù)街?。?）柱：①特點(diǎn)。截面尺寸小于高度。受壓構(gòu)件；②功能。承受與其縱軸方向相同的負(fù)荷，并將負(fù)荷傳輸至基礎(chǔ)上。（4）墻：①特點(diǎn)。豎向構(gòu)件；②功能。承受與墻體方向相同的負(fù)荷，并將負(fù)荷傳輸至基礎(chǔ)上。（5）基礎(chǔ)：①特點(diǎn)。地面以下部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；②功能。將柱、墻等傳來的上部結(jié)構(gòu)負(fù)荷傳輸至地基。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，建筑結(jié)構(gòu)也具有不同的分類，常見的分類模式見如下：（1）根據(jù)材料劃分。①混凝土結(jié)構(gòu)：包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。②砌體結(jié)構(gòu)：由塊體（如磚、石和混凝土砌塊）及砂漿經(jīng)堆砌制成的結(jié)構(gòu)。具有可以在建設(shè)地點(diǎn)取材以及成本低較等優(yōu)點(diǎn)。其穩(wěn)定性、持久性也較好。缺點(diǎn)是其強(qiáng)度不高、自身的重量大、建筑過程中堆砌較慢、工程量大等。而且磚塊制備要占據(jù)一定量的土地。③鋼結(jié)構(gòu)：以鋼為主要材料制成的結(jié)構(gòu)。多應(yīng)用于跨度較廣的屋頂建設(shè)，例如體育廠、戲劇院等。除此之外，還有噸位很大的吊車及跨度很廣的廠房骨架和吊車梁。較高層建設(shè)的房屋骨架也應(yīng)用該結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)均一程度較高，有較好的強(qiáng)度。組件的截面積小，質(zhì)量不重。還具備很好的可焊性。其制作工藝較為簡便，因此易于工業(yè)化建設(shè)。缺點(diǎn)是鋼材易受到腐蝕，沒有較好的抗火性。成本較高。④木結(jié)構(gòu)：我國木材資源相對較為缺乏，因此僅在部分山、林區(qū)以及農(nóng)村有一定的使用。具體多用于單層結(jié)構(gòu)。（2）根據(jù)承重體系劃分。①墻承重結(jié)構(gòu)：通過墻體來承接由屋頂、樓板傳來的負(fù)荷。適用于多層房屋。②排架結(jié)構(gòu)：使用柱和屋架組成的排架作為其承重結(jié)構(gòu)。其中，外圍起保護(hù)作用。多用于單層廠房。③框架結(jié)構(gòu)：由柱、梁、板組成的空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為支撐骨架。多用于小于10層的房屋。④剪力墻結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)的樓板與墻體都為現(xiàn)場澆制或者預(yù)先準(zhǔn)備的鋼筋混凝土。其多被用于高層住宅樓和公寓建筑。⑤框架—剪力墻結(jié)構(gòu)：在支撐結(jié)構(gòu)中部分設(shè)置為剪力墻，以此來使框架、剪力墻兩者結(jié)合起來。這樣可以使二者共同承受水平負(fù)荷。相比框架結(jié)構(gòu)，在高層建筑中使用該結(jié)構(gòu)成本更低。⑥筒體結(jié)構(gòu)：使用鋼筋混凝土墻圍成側(cè)向剛度很大的筒體。該結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)類似于固定在基礎(chǔ)上的筒形懸臂構(gòu)件。⑦大跨度空間結(jié)構(gòu)：該類結(jié)構(gòu)的中間部分常常無柱子的設(shè)計(jì)。其通過網(wǎng)架等空間結(jié)構(gòu)將負(fù)荷傳輸至建筑周圍的墻、柱處。

2建筑結(jié)構(gòu)的功能

2.1空間及美術(shù)需要

房屋與人為的生活密切相關(guān)，是人在社會(huì)活動(dòng)中的物質(zhì)設(shè)施。其在滿足人們生活的基礎(chǔ)硬件需求的同時(shí)，對于精神層面的需要也具有重要意義。因此，BS需要具備一定的文化、藝術(shù)內(nèi)涵［2］。

2.2承受多種載荷

房屋在使用過程中常會(huì)受到多種因素的影響，為保證其穩(wěn)定性，BS要確保房屋在各種負(fù)荷的影響下保持穩(wěn)定性及使用性。

2.3提高建材的使用效能

建材是用來進(jìn)行建筑的各種用材。純粹的建材無法發(fā)揮良好的建筑功能，需要對其賦予一定的表觀形態(tài)才可以使其各種建筑效能得到有效的利用。

3建筑結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)

3.1承載力極限

該狀態(tài)是指過多承受外界的負(fù)荷作用使其構(gòu)建出現(xiàn)破損現(xiàn)象，以至于無法繼續(xù)發(fā)揮承受負(fù)荷的功能。主要類型有組件自身或各組件之間連接出現(xiàn)破損或嚴(yán)重變形；部分BS出現(xiàn)缺損；基礎(chǔ)遭受破壞。

3.2正常極限

該狀態(tài)是指組件抵達(dá)正常應(yīng)用規(guī)定的最大限值。當(dāng)因?yàn)檫^分形變、部分破損而無法滿足正常應(yīng)用的基本需求時(shí)即可視為到達(dá)該狀態(tài)。

4建筑結(jié)構(gòu)的耐久性構(gòu)設(shè)

4.1耐久性的構(gòu)設(shè)需求

耐久性設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到承載力極限狀態(tài)。該狀態(tài)的設(shè)計(jì)公式為：ys≤R。式中，y為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。s為內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值。R為結(jié)構(gòu)組件的承載力設(shè)計(jì)值。在滿足該狀態(tài)的基礎(chǔ)下，還要考慮到使用時(shí)長及混凝土的持久性。一般情況下，臨時(shí)建筑使用5年，替換房屋25年，重大房屋100年。常規(guī)房屋混凝土強(qiáng)度應(yīng)保持不小于C40，使用時(shí)長為50年，豎向承受力不小于40mm，無墊層時(shí)不小于70mm。

4.2材料的選取

在進(jìn)行建材的選擇時(shí)，要結(jié)合房屋項(xiàng)目的具體特點(diǎn)來個(gè)性化地選擇建材的參數(shù)。以混凝土的選擇為例。當(dāng)房屋建設(shè)地點(diǎn)周圍的氣溫較低時(shí)，要選擇有高穩(wěn)定性的混凝土。因?yàn)樵诘蜏丨h(huán)境下，普通材質(zhì)的混凝土?xí)霈F(xiàn)一定的形態(tài)學(xué)變化，由此降低房屋建筑的穩(wěn)定性。

4.3耐久性的檢驗(yàn)

在房屋建設(shè)完成以后，應(yīng)該根據(jù)建筑的特點(diǎn)制定一定的時(shí)間考察點(diǎn)。考察的項(xiàng)目主要是房屋外圍的墻面、玻璃墻等。如若在考察過程中發(fā)現(xiàn)了構(gòu)造的老化、損壞，則要及時(shí)上報(bào)給相關(guān)部門并組織專業(yè)人員進(jìn)行維修或者返修。

5建筑結(jié)構(gòu)的安全性構(gòu)設(shè)

5.1規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過規(guī)范化設(shè)計(jì)的房屋結(jié)構(gòu)可以具備一定的破壞負(fù)荷穩(wěn)定性。即使在劇烈因素的影響下會(huì)出現(xiàn)一定程度的破損，但仍然可以發(fā)揮基本的結(jié)構(gòu)維持功能。規(guī)范的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括整體建筑的堅(jiān)固程度、承受載荷以及持久性。

5.2安全設(shè)計(jì)組件承受力

組件承受設(shè)計(jì)主要包括組件負(fù)荷的分散設(shè)計(jì)、組件材料負(fù)荷的分散設(shè)計(jì)以及整體負(fù)荷安全分配。通過對以上方面的合理規(guī)劃可以使組件具有最大的負(fù)載值。在該設(shè)計(jì)中，負(fù)荷力的分配要參照房屋結(jié)構(gòu)組件的整體負(fù)荷，并可以在適當(dāng)范圍內(nèi)波動(dòng)。

5.3設(shè)計(jì)建筑的牢固性

牢固性的設(shè)計(jì)需要考慮多方而非單一局部組件，由此提高房屋整體的牢固程度。在設(shè)計(jì)牢固性的同時(shí)還要考慮到建筑的延展性能。良好的延展性能可以使建筑在極端條件，例如地震中仍然保留基礎(chǔ)的穩(wěn)定性能。

6結(jié)束語

在我國房屋建設(shè)行業(yè)不斷發(fā)展及對其要求越來越高的時(shí)代背景下，就其建筑結(jié)構(gòu)的安全、耐久的設(shè)計(jì)規(guī)劃進(jìn)行了研究。文章首先介紹了建筑結(jié)構(gòu)的基本概念、組成，并對其分類進(jìn)行表格展示。文章還對建筑機(jī)構(gòu)的主要功能進(jìn)行介紹，主要包括空間及美術(shù)需要、承受多種載荷以及提高建材的使用效能，并介紹了其承載力、正常極限狀態(tài)。文章對建筑結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)策略進(jìn)行分析。其中，耐久性構(gòu)設(shè)包括耐久性的構(gòu)設(shè)需求、材料的選取以及耐久性的檢驗(yàn)。安全性構(gòu)設(shè)包括規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)組件承受力以及設(shè)計(jì)建筑的牢固性。本文期望可以為我國房屋建筑行業(yè)水平的提高提供合理的理論參考。

參考文獻(xiàn)

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［2］馬立博.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念與方法分析［J］.綠色環(huán)保建材，2019（03）：72

作者：張海鵬 單位：福建省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司