摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的，全面的工作。作為設(shè)計(jì)人員，要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程，保證設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全，還要善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)。本文根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法及進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)注意的事項(xiàng)進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基本方法；問(wèn)題

中圖分類號(hào)：TD229文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)容

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)而言之就是用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言來(lái)表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。結(jié)構(gòu)語(yǔ)言就是結(jié)構(gòu)師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡(jiǎn)化出來(lái)的結(jié)構(gòu)元素。包括基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等等。然后用這些結(jié)構(gòu)元素來(lái)構(gòu)成建筑物或構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡(jiǎn)潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容由上可知為：基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程及基本方法

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程大體可以分為三個(gè)階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場(chǎng)地的類別及建筑的高度和層數(shù)來(lái)確定建筑的結(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來(lái)組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來(lái)布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

2.2 各設(shè)計(jì)階段的基本方法

根據(jù)方案階段的主要內(nèi)容，其基本方法就是根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的適用范圍和特點(diǎn)來(lái)確定結(jié)構(gòu)應(yīng)該使用的最佳結(jié)構(gòu)形式，這要看規(guī)范中對(duì)于各種結(jié)構(gòu)形式的界定和工程的具體情況而定，關(guān)鍵是清楚各種結(jié)構(gòu)形式的極限適用范圍。還要考慮合理性和經(jīng)濟(jì)性。

在結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，就是根據(jù)方案階段確定的結(jié)構(gòu)形式和體系，依據(jù)規(guī)范上規(guī)定的具體的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，規(guī)范上的方法有多種，關(guān)鍵是結(jié)合工程的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的計(jì)算方法，以樓板為例，就有彈性計(jì)算法，塑性計(jì)算法及彈塑性計(jì)算法。所以選擇符合工程實(shí)際的計(jì)算方法是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，是十分重要的。

在施工圖設(shè)計(jì)階段，就是根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果來(lái)用結(jié)構(gòu)語(yǔ)言表達(dá)在圖紙上。首先表達(dá)的東西要符合結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，同時(shí)還要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求，最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)規(guī)范要很好的理解和把握。另外還要對(duì)施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)，才會(huì)是合理的結(jié)構(gòu)。

3 進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

3.1 完成整體參數(shù)的正確設(shè)定問(wèn)題

計(jì)算開始以前，設(shè)計(jì)人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊(cè)對(duì)參數(shù)意義的描述，以及工程的實(shí)際情況，對(duì)軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置，必須對(duì)每個(gè)參數(shù)確定其合理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。有些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等，在計(jì)算前很難估計(jì)，需要經(jīng)過(guò)測(cè)試才能得到，將這些對(duì)全局有控制作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來(lái)，正確設(shè)置，否則其后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。

3.2 確定整體結(jié)構(gòu)的合理性問(wèn)題

整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)容。用于控制結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)為：周期比、位移比、軸壓比、剪重比、剛度比、剛重比、層間受剪承載力之比、參與陣型質(zhì)量比、傾覆力矩比、樓層最大位移與層高之比，這些指標(biāo)要滿足規(guī)范限值的要求，也不應(yīng)超出規(guī)范過(guò)多。同時(shí)對(duì)電算結(jié)果作出合理判斷，可從以下幾個(gè)方面檢查結(jié)果是否合理:

3.2.1 周期、陣型判斷:如非耦聯(lián)計(jì)算，其第一周期一般在以下范圍(其中N為計(jì)算層數(shù)且N≤40):框架:T1=(0.1~0.15)N；框剪：T1=(0.08~0.12)N；剪力墻:T1=（0.04~0.08）N。查看陣型曲線是否光滑連續(xù)，零點(diǎn)位置是否符合一般規(guī)律，比如:第一陣型無(wú)零點(diǎn)，第二陣型在（0.7~0.8）H處，第三陣型分別在（0.4~0.5）H及（0.8~0.9）H處。

3.2.2 地震力判斷:根據(jù)目前許多工程的計(jì)算結(jié)果，截面尺寸、結(jié)構(gòu)布置比較正常的結(jié)構(gòu)，其底部剪力大約在以下范圍（G為結(jié)構(gòu)總質(zhì)量）:8度，二類場(chǎng)地:FEK=（0.03~0.06）G；7度，二類場(chǎng)地:FEK=（0.015~0.03）G。

3.2.3 平衡性分析:分析在單一重力荷載或風(fēng)荷載作用下，內(nèi)外力平衡條件是否滿足。必要時(shí)可檢查底層的平衡條件。如:∑Ni=G，∑Vi=∑P；其中，Ni為柱墻在單組重力荷載下的軸力，其和應(yīng)等于總重量G，校核時(shí)不應(yīng)考慮分層加載；Vi為風(fēng)荷載作用下的底層墻柱剪力，∑P為全部風(fēng)力值。

3.2.4 合理性:設(shè)計(jì)校正的結(jié)構(gòu)，一般而言，不應(yīng)有太多超筋界面，基本上符合以下規(guī)律:

一是柱墻軸力設(shè)計(jì)值絕大部分為壓力；二是柱墻大部分為構(gòu)造配筋；三是梁基本上無(wú)超筋；四是除個(gè)別墻段外，剪力墻基本上滿足截面的抗剪要求。

3.2.5 漸變性:豎向剛度、質(zhì)量變化較均勻的結(jié)構(gòu)，在較均勻變化的外力作用下，其內(nèi)力位移等計(jì)算結(jié)果，自上而下也均勻變化，不應(yīng)有大正、大負(fù)、大出大進(jìn)等突變。

3.3 對(duì)單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題

前幾步主要是對(duì)結(jié)構(gòu)整體合理性的計(jì)算和調(diào)整，這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個(gè)構(gòu)件內(nèi)力和配筋計(jì)算，包括梁、柱、剪力墻軸壓比計(jì)算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

3.3.1 軟件對(duì)混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有以下情況：

一是當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值M大于梁的極限承載彎矩Mu時(shí)，提示超筋。

二是規(guī)范對(duì)混凝土受壓區(qū)高度限制:四級(jí)及非抗震:ξ≤ξb；二、三級(jí):ξ≤0.35（計(jì)算時(shí)取AS'＝0.3AS）；一級(jí):ξ≤0.25（計(jì)算時(shí)取AS'＝0.5AS）。當(dāng)ξ不滿足以上要求時(shí)，程序提示超筋。

三是《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當(dāng)大于此值時(shí)，提示超筋；

四是混凝土梁斜截面計(jì)算要滿足最小截面的要求，如不滿足則提示超筋。

3.3.2 剪力墻超筋分三種情況

一是剪力墻暗柱超筋:軟件給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒有最大配筋率，所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮。

二是剪力墻水平筋超筋則說(shuō)明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整。

三是剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對(duì)剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會(huì)出現(xiàn)塑性變形，即連梁開裂。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。

3.3.3 柱軸壓比計(jì)算:柱軸壓比的計(jì)算在《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》中的規(guī)定并不完全一樣。《抗震規(guī)范》第6.3.7條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值既包括地震組合，也包括非地震組合；而《高規(guī)》第6.4.2條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)與施工僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計(jì)算柱軸壓比時(shí)，當(dāng)工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算；當(dāng)該工程不考慮地震作用時(shí)，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算。因此設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一個(gè)工程，計(jì)算地震力和不計(jì)算地震力其柱軸壓比結(jié)果會(huì)不一樣。

3.4 滿足規(guī)范抗震措施的要求問(wèn)題

在施工圖設(shè)計(jì)階段，還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求?！痘炷烈?guī)范》、《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定，這些措施是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也是保證結(jié)構(gòu)安全的最后一道防線，設(shè)計(jì)人員不可麻痹大意。

結(jié)束語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)的，全面的工作。需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行始于足下，設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在對(duì)規(guī)范的理解的基礎(chǔ)上靈活處理有關(guān)問(wèn)題，從大體上把握結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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