基于本构关系的建筑结构设计方法分析

【摘要】近年来，随着计算机技术的快速发展以及数值计算的不断深入研究，人们开始越来越重视建筑结构设计。结构设计是在实施建筑设计的前提下进行的有效设计，其在不同程度上均受到建筑设计的约束，相对的建筑设计在一定程度上也受到结构设计的约束，所以建筑设计不得高出结构设计的规定范围。本文简要叙述了建筑结构设计的基本原则和鉴于本构关系的建筑工作，同时详细说明了建筑结构设计的具体方法，以期为建筑工程的建设提供强有力参考依据。

【关键词】建筑结构；设计方法；本构关系

中国分类号：TU34文献标识码：A   文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02

 

1.建筑结构设计的基本原则

为了保证建筑结构设计的合理性与科学性，在实际设计过程中应严格遵循以下几点基本原则：①多道防线。设计时运用多道防线措施才能达到有关规定的安全标准，构建出符合建筑要求的结构体系。②抓大放小。将所有构件有效结合起来形成一个安全、可靠的结构体系，并根据各个构件的相应特性来分配在结构中担任的职责，达到强柱弱梁、强剪弱弯的目的。③刚柔相济。在整个设计工作中，刚柔相济是决定建筑结构体系是否合理的关键因素。如果建筑结构的刚度过大，那么其变形能力就会不断削弱，当破坏力越大时，其承受力就会越小，导致建筑结构极易受到严重损坏；如果建筑结构的刚度过小，虽然在一定程度上能够降低外力作用，但会出现较大的变形，导致效用无法得到充分发挥。因此，在设计过程中要高度重视刚柔相济原则[1]。④打通关节。由于建筑结构体系中存在着各式各样的关节，导致外力无法快速消除和传递。为了能够迅速消减与传递各种外力，在设计建筑结构时一定要打通所有关节，实现维持结构平衡的目标。如果力量畅通无阻，那么各构件之间存在的静态平衡就会被严重损毁，导致建筑结构产生巨大变化。设计结构时，除了不能破坏建筑之外，还要满足有关规定的诸多建筑要求。此外，还要注意建筑设计不得高于结构设计，并控制好双方的设计范围，真正做到经济、合理与安全。

2.鉴于本构关系的建筑工程

应力张量和应变张量之间的关系称为本构关系。在本构关系的基础上对建筑结构进行设计时，可将建筑结构物有效划分成混凝土结合钢筋的连接单元、混凝土单元以及钢筋单元，并以此作为依据合理建立三维空间有限元模型。在限制模型与增加荷载的情况下，通过有限元求解器来详细分析模型，以便能够进一步深入设计处于应力应变层上的结构物。构件截面层次、结构层次、材料层次和构件层次等方面均属于建筑工程的本构关系[2]。

3.基于本构关系的建筑结构设计方法

3.1分析结构

在建筑结构设计过程中，分析结构是一项极为关键的工作，主要是将各种作用下的结构效应合理计算出来，其分析得出的结果一定要能够准确地评定与说明在预设作用下的结构效应，分析结构的合理性与科学性会对结构安全、可靠、经济造成直接性影响。确定计算模型属于分析结构的重要工作环节，其主要内容有计算理论与计算简图，这两个内容是分析结构的难点与重点。在实际设计工作中，不管是什么类型的分析模型，都无法准确地表达实际结构，所以有关规定要求只要在一定程度上与实际结构相近即可。通常情况下，设置结构做模型分析时，都应采取一些假定措施，例如假定建筑结构材料属于均质连续性材料，这一假定对于结构来说并不会产生严重偏差，只有将重要建筑结构的构件加入到整体性能的相关效应中，才会对建筑结构造成直接性影响，主要是因为这个假定没有充分考虑到次要构件以及非结构构件[3]。假定设计时忽略了建筑结构的刚度，也就是忽略了主要结构中具有较小作用的刚度，这一假定需要全面了解和掌握构件所能发挥出的实际效用方可做出判定，若变形情况不严重的话可直接忽略。

3.2设置结构

建筑结构设计的合理性与科学性，除了需要健全的结构体系之外，还需要无任何缺点的结构设置，主要是因为结构设置会对建筑设计方案的最终成效造成一定程度的影响，严重时甚至会直接影响到整个建筑的安全性能以及实际功能的运用情况。设置建筑结构时，应全面考虑到结构缝设置、结构竖向设置、结构平面设置等多方面的控制。

（1）结构缝设置。对整个建筑结构进行设置时，应高度重视形体复杂、沉降与温度收缩等因素可能对建筑结构造成的威胁。应用防震缠、沉降缝和伸缩缝将结构有效划分成多个单独存在的单元，有利于去除形体复杂、沉降差异和温度应力对建筑结构造成的威胁。但如果做结构缝的设置，就会给建筑的防水处理、使用标准以及立面效果带来诸多不便，所以在设置结构缝时一定要细心对待，尽可能从设置整体建筑结构的角度出发，采取合理科学的相应措施来处理因形体复杂、沉降和温度收缩等因素而引发的问题。

（2）结构竖向设置。为了防止建筑结构出现过大的内收与外挑现象，做竖向结构设置时必须严格遵守强度、刚度与形体规范顺着高度平均分布的基本原则，对于处在同一楼层的楼面，应合理安设在相同的标高位置，以避免发生错层与局部夹层情况。对于高层建筑则要有效处理好结构刚度与强度之间存在的变化问题[4]。

（3）结构平面设置。按照建筑工程的具体情况对结构平面的设置方法进行确定，若建筑结构属于独立型结构单元，那么即可采用单纯的形状，同时要严格按照相互协调和相互对应的基本规律执行，承载力与刚度在分布过程中要始终维持平均形态。除此之外，还要按照有关规定的抗震设计标准，对高层建筑独立型结构单元的实际长度进行合理控制，注意一定要控制在规定范围内，禁止出现过长现象，否则地震发生时，建筑结构的两端在不同程度上均有可能产生反相位振动情况，这不仅会严重损毁建筑物，还直接危害到人们的生命安全。

3.3计算结构

建筑结构的计算主要表现在以下几个方面：①计算荷载。外部荷载与内部荷载均属于荷载内容，其中外部荷载包括人防荷载、施工荷载、地震荷载、地下水荷载、风荷载与雪荷载等，内部荷载包括装修荷载、自重荷载与使用荷载等，这些荷载的结构计算均要按照有关规定的荷载标准与荷载规范应用互不相同的准永久值系数以及组合值系数做不同情况下的组合计算。②试算构件。按照计算得出的荷载值与结构布局要求，应用与之相适应的计算方法对构件截面进行初步确定。③计算内力。按照计算得出的荷载值以及经确定得出的构件截面对内力进行合理计算，内力的主要内容有轴心压力、弯矩、扭矩、拉力和剪力等。④计算构件。按照计算得出的结构内力和有关规定标准对试算构件得出的结果进行复核，查看挠度、裂缝、轴压比、跨高比和剪跨比等方面是否与建筑结构规范和要求相符，若不符合有关规定的规范与要求，就要对构件截面进行适当调整，直至符合规定要求为止[5]。

4.结束语

    在建筑工程设计中，结构设计属于极为重要的组成部分之一，具有一定系统性和全面性，所以展开设计工作时必须充分了解和掌握基本理论知识，并以灵活的创造性思维和严谨的工作态度对建筑结构进行合理设计。建筑设计人员应先计算出基本构件，只有这样才能全面认识到建筑结构设计的本质，理解有关规定的设计规范和设计规程，最终达到建筑结构设计合理、安全、可靠的目的。

【参考文献】

[1]丁柏峰.关于有效提高建筑结构抗震性能措施的分析探讨[J].黑龙江科技信息,2010(25):321.

[2]来庆杰,邢建奋.概念设计及结构的规则性[J].科技情报开发与经济,2010,20(04):150-152.

[3]江华.建筑工程造价在建筑结构设计中的应用[J].科技风,2010,(10):117-125.

[4]侯伟雄.提高建筑物抗震性能措施探讨[J].科技风,2010,(11):171.

[5]白芙蓉.浅谈建筑结构设计中应注意的一些问题[J].民营科技,2009,(03):230-103.

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