建筑結構工程中的耐久性與設計策略

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摘要：文章首先介紹了建筑結構的概念、組成及分類，就其在建設中的主要功能、極限狀態(tài)進行描述，并對其耐久性及安全性的設計思路進行了研究。

關鍵詞：建筑結構；耐久性；安全性；設計策略

1建筑結構的概念、組成及分類

建筑結構是指在建設過程中由多種組件所組成的可以承受力學負荷的建筑系統(tǒng)。其中，力學負荷在這里特指會導致房屋發(fā)生力學形變的多種影響因素［1］。建筑結構在不同的具體建設項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：（1）板：①特點。擁有較大平面尺寸，但厚度卻相對較小。屬于受彎構件；②功能。通過板將負荷傳輸?shù)搅夯驂μ?。?）梁：①特點。是板與柱之間的支撐構件。屬于受彎構件；②功能。承受來自板的負荷，并傳輸?shù)街?。?）柱：①特點。截面尺寸小于高度。受壓構件；②功能。承受與其縱軸方向相同的負荷，并將負荷傳輸至基礎上。（4）墻：①特點。豎向構件；②功能。承受與墻體方向相同的負荷，并將負荷傳輸至基礎上。（5）基礎：①特點。地面以下部分的結構構件；②功能。將柱、墻等傳來的上部結構負荷傳輸至地基。根據(jù)標準的不同，建筑結構也具有不同的分類，常見的分類模式見如下：（1）根據(jù)材料劃分。①混凝土結構：包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構。②砌體結構：由塊體（如磚、石和混凝土砌塊）及砂漿經(jīng)堆砌制成的結構。具有可以在建設地點取材以及成本低較等優(yōu)點。其穩(wěn)定性、持久性也較好。缺點是其強度不高、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鋼結構：以鋼為主要材料制成的結構。多應用于跨度較廣的屋頂建設，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。較高層建設的房屋骨架也應用該結構。鋼結構均一程度較高，有較好的強度。組件的截面積小，質量不重。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。缺點是鋼材易受到腐蝕，沒有較好的抗火性。成本較高。④木結構：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。具體多用于單層結構。（2）根據(jù)承重體系劃分。①墻承重結構：通過墻體來承接由屋頂、樓板傳來的負荷。適用于多層房屋。②排架結構：使用柱和屋架組成的排架作為其承重結構。其中，外圍起保護作用。多用于單層廠房。③框架結構：由柱、梁、板組成的空間結構系統(tǒng)作為支撐骨架。多用于小于10層的房屋。④剪力墻結構：該結構的樓板與墻體都為現(xiàn)場澆制或者預先準備的鋼筋混凝土。其多被用于高層住宅樓和公寓建筑。⑤框架—剪力墻結構：在支撐結構中部分設置為剪力墻，以此來使框架、剪力墻兩者結合起來。這樣可以使二者共同承受水平負荷。相比框架結構，在高層建筑中使用該結構成本更低。⑥筒體結構：使用鋼筋混凝土墻圍成側向剛度很大的筒體。該結構的受力特點類似于固定在基礎上的筒形懸臂構件。⑦大跨度空間結構：該類結構的中間部分常常無柱子的設計。其通過網(wǎng)架等空間結構將負荷傳輸至建筑周圍的墻、柱處。

2建筑結構的功能

2.1空間及美術需要

房屋與人為的生活密切相關，是人在社會活動中的物質設施。其在滿足人們生活的基礎硬件需求的同時，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、藝術內(nèi)涵［2］。

2.2承受多種載荷

房屋在使用過程中常會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建筑結構的極限狀態(tài)

3.1承載力極限

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

3.2正常極限

該狀態(tài)是指組件抵達正常應用規(guī)定的最大限值。當因為過分形變、部分破損而無法滿足正常應用的基本需求時即可視為到達該狀態(tài)。

4建筑結構的耐久性構設

4.1耐久性的構設需求

耐久性設計時要考慮到承載力極限狀態(tài)。該狀態(tài)的設計公式為：ys≤R。式中，y為結構重要性系數(shù)。s為內(nèi)力組合的設計值。R為結構組件的承載力設計值。在滿足該狀態(tài)的基礎下，還要考慮到使用時長及混凝土的持久性。一般情況下，臨時建筑使用5年，替換房屋25年，重大房屋100年。常規(guī)房屋混凝土強度應保持不小于C40，使用時長為50年，豎向承受力不小于40mm，無墊層時不小于70mm。

4.2材料的選取

在進行建材的選擇時，要結合房屋項目的具體特點來個性化地選擇建材的參數(shù)。以混凝土的選擇為例。當房屋建設地點周圍的氣溫較低時，要選擇有高穩(wěn)定性的混凝土。因為在低溫環(huán)境下，普通材質的混凝土會出現(xiàn)一定的形態(tài)學變化，由此降低房屋建筑的穩(wěn)定性。

4.3耐久性的檢驗

在房屋建設完成以后，應該根據(jù)建筑的特點制定一定的時間考察點?？疾斓捻椖恐饕欠课萃鈬膲γ?、玻璃墻等。如若在考察過程中發(fā)現(xiàn)了構造的老化、損壞，則要及時上報給相關部門并組織專業(yè)人員進行維修或者返修。

5建筑結構的安全性構設

5.1規(guī)范結構設計

經(jīng)過規(guī)范化設計的房屋結構可以具備一定的破壞負荷穩(wěn)定性。即使在劇烈因素的影響下會出現(xiàn)一定程度的破損，但仍然可以發(fā)揮基本的結構維持功能。規(guī)范的結構設計包括整體建筑的堅固程度、承受載荷以及持久性。

5.2安全設計組件承受力

組件承受設計主要包括組件負荷的分散設計、組件材料負荷的分散設計以及整體負荷安全分配。通過對以上方面的合理規(guī)劃可以使組件具有最大的負載值。在該設計中，負荷力的分配要參照房屋結構組件的整體負荷，并可以在適當范圍內(nèi)波動。

5.3設計建筑的牢固性

牢固性的設計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。在設計牢固性的同時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的穩(wěn)定性能。

6結束語

在我國房屋建設行業(yè)不斷發(fā)展及對其要求越來越高的時代背景下，就其建筑結構的安全、耐久的設計規(guī)劃進行了研究。文章首先介紹了建筑結構的基本概念、組成，并對其分類進行表格展示。文章還對建筑機構的主要功能進行介紹，主要包括空間及美術需要、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)。文章對建筑結構合理設計策略進行分析。其中，耐久性構設包括耐久性的構設需求、材料的選取以及耐久性的檢驗。安全性構設包括規(guī)范結構設計、安全設計組件承受力以及設計建筑的牢固性。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

［1］張俊友.建筑主體施工中混凝土模板技術的實施要點解析［J］.山東工業(yè)技術，2019（08）：106.

［2］馬立博.建筑結構抗震設計理念與方法分析［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)劃設計院有限公司