劉 瀏

（南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

在建筑設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是主要的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)之一。結(jié)構(gòu)工程師究竟是做什么的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容有哪些呢。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作實(shí)踐出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容進(jìn)行一次梳理、解析和總結(jié)。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為三大步驟，建筑方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

結(jié)構(gòu)工程師首先通過(guò)建筑方案圖，對(duì)項(xiàng)目有個(gè)初步了解，包括項(xiàng)目的地理位置、建筑規(guī)模、建筑類(lèi)型等；具體到單體建筑的平、立、剖面圖等。這個(gè)階段需要就建筑結(jié)構(gòu)方面配合建筑師進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。其次熟悉工程的地質(zhì)勘察報(bào)告，勘察報(bào)告上要注意的關(guān)鍵內(nèi)容和信息包括：

（1）地勘報(bào)告中關(guān)于場(chǎng)地的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造與環(huán)境地質(zhì)條件，場(chǎng)地土層分布規(guī)律及土層工程特性。

（2）場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，場(chǎng)地地下水類(lèi)型、透水性評(píng)價(jià)，地下水對(duì)建筑材料的腐蝕性評(píng)價(jià)。

（3）巖土層承載力及變形參數(shù)情況，以此確定基礎(chǔ)形式。估算建筑柱底荷載或剪力墻荷載，再根據(jù)地基承載力，確定基礎(chǔ)形式，如天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、復(fù)合地基等；也可以參考報(bào)告中建議的基礎(chǔ)形式及承載力計(jì)算值。

（4）關(guān)注場(chǎng)地有無(wú)不良地質(zhì)作用以及對(duì)工程的危害性；關(guān)注場(chǎng)地穩(wěn)定性與適宜性評(píng)價(jià)、場(chǎng)地的地震效應(yīng)評(píng)價(jià)，特別注意抗震烈度、設(shè)計(jì)地震分組等參數(shù)。

（5）需要判斷地下室是否需要抗浮設(shè)計(jì)，應(yīng)關(guān)注抗浮設(shè)計(jì)水位的取值。

（6）對(duì)于深基坑基礎(chǔ)，應(yīng)關(guān)注基坑開(kāi)挖與支護(hù)的相關(guān)情況，對(duì)地質(zhì)條件可能造成的工程風(fēng)險(xiǎn)要有預(yù)判及應(yīng)對(duì)的措施。

2 結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)

在建筑方案設(shè)計(jì)之后，要做初步設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)是對(duì)結(jié)構(gòu)整體及各部分方案進(jìn)行初步確定、布置和計(jì)算，判斷結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)是否滿(mǎn)足規(guī)范的要求。如果是高層建筑，還要判斷結(jié)構(gòu)是否超限，如果結(jié)構(gòu)超限，需做超限專(zhuān)項(xiàng)審查，協(xié)調(diào)配合甲方，組織專(zhuān)家進(jìn)行審查。

在結(jié)構(gòu)方案的確定過(guò)程中，結(jié)構(gòu)工程師需要面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題就是確定建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)體系。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型包括混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等。在各類(lèi)建筑物中應(yīng)用最廣泛的混凝土結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)體系分為：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)以及板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)等。鋼筋混凝土的不同結(jié)構(gòu)體系有如下應(yīng)用：

（1）對(duì)于常見(jiàn)的民用類(lèi)建筑，諸如辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、商場(chǎng)、圖書(shū)館等需要較大的開(kāi)間的建筑，當(dāng)房屋高度不超過(guò)按抗震烈度要求的限值時(shí)（如7度區(qū)60m，按規(guī)范確定），一般采用框架結(jié)構(gòu)；當(dāng)房屋高度較高時(shí)，可選擇框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

（2）對(duì)于高層公寓、住宅、辦公、酒店等民用建筑，開(kāi)間要求較小，一般選擇剪力墻結(jié)構(gòu)。有些高層建筑的底部樓層因布置諸如商業(yè)、大門(mén)廳等功能區(qū)域，需要大空間，一般采用部分框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

（3）對(duì)于高度較高甚至超高的高層建筑，一般采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)或筒中筒結(jié)構(gòu)，這類(lèi)結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)剛度較強(qiáng)，適應(yīng)超高層建筑抗震、抗風(fēng)的需要。

在結(jié)構(gòu)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)體系確定之后，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)布置結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)和確定結(jié)構(gòu)樓蓋的形式。結(jié)構(gòu)合理布置柱網(wǎng)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）柱網(wǎng)布置應(yīng)結(jié)合建筑平面布置及建筑功能的需要，盡可能規(guī)則布置，柱網(wǎng)距離宜平均，柱網(wǎng)從上到下宜對(duì)應(yīng)，避免不必要的轉(zhuǎn)換。

（2）多層框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架，宜避免布置少墻框架結(jié)構(gòu)、短肢墻結(jié)構(gòu)，多層建筑可考慮異形柱框架結(jié)構(gòu)，諸如別墅、花園洋房之類(lèi)的建筑。

（3）合理控制柱網(wǎng)間距，常規(guī)的柱網(wǎng)8m～9m，大跨柱網(wǎng)（一般超過(guò)12m）可考慮采用鋼梁、鋼骨混凝土梁、鋼骨混凝土柱等。

結(jié)構(gòu)樓蓋形式的確定注意以下幾點(diǎn)：

（1）布置主梁而不布置次梁的樓蓋，主要用于地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)崁固端的情況下，樓蓋面內(nèi)剛度較大，利于傳遞水平剪力，也能夠滿(mǎn)足崁固端的剛度比要求。

（2）布置主梁而且布置次梁的樓蓋，通常有單向主次梁，單向雙次梁、井字梁、十字梁等形式。這種樓蓋形式最常見(jiàn)，適用于大多數(shù)條件下的平面樓層，從經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，單向板板跨宜為3m左右，雙向板板跨宜為4m左右。

（3）既不布置主梁也不布置次梁的樓蓋，這種樓蓋板一般是空心樓板，厚度較大，但是又比布置主梁的高度小，有利于滿(mǎn)足樓層凈高的使用需要，但是計(jì)算方法較復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)的要求較高，特別是板柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，需要設(shè)置柱帽、暗梁等加強(qiáng)構(gòu)件。這種樓蓋一般常用于地下車(chē)庫(kù)，大空間的商業(yè)建筑等[1-3]。

在結(jié)構(gòu)的初步方案確定后，就可以建模進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。計(jì)算時(shí)，要按照規(guī)范要求以及地勘報(bào)告提供的相關(guān)參數(shù)，選擇合理的控制指標(biāo)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷，需要重點(diǎn)關(guān)注的計(jì)算結(jié)果包括：結(jié)構(gòu)的平動(dòng)周期、扭轉(zhuǎn)周期、結(jié)構(gòu)周期比、結(jié)構(gòu)層間位移角、層間位移比、樓層受剪承載力、剛度比、豎向構(gòu)件的軸壓比、主要構(gòu)件的配筋率等。通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)分析，來(lái)判斷結(jié)構(gòu)方案是否合理、是否滿(mǎn)足規(guī)范的相關(guān)要求，進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)方案再做進(jìn)一步優(yōu)化。

當(dāng)結(jié)構(gòu)方案確定之后，初步設(shè)計(jì)要形成文本，內(nèi)容包括初步設(shè)計(jì)說(shuō)明、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)布置圖、豎向構(gòu)件（框架柱、剪力墻）布置圖、各層樓面布置圖、結(jié)構(gòu)初步計(jì)算書(shū)等。

3 結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)

施工圖設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段和主要成果，是現(xiàn)場(chǎng)施工的依據(jù)，工作量最大，也是設(shè)計(jì)工期最長(zhǎng)的部分。施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)工程師要與建筑、人防、電氣、給排水、暖通等各專(zhuān)業(yè)的工程師進(jìn)行密切配合，要滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)的相關(guān)條件，因?yàn)樯婕敖Y(jié)構(gòu)的整體以及局部安全、建筑功能使用的適用性和建設(shè)成本的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)過(guò)程中要嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真，精益求精。

一個(gè)工程項(xiàng)目完整的施工圖應(yīng)包括施工總說(shuō)明、基礎(chǔ)部分、地下室部分、豎向構(gòu)件、各樓層平面、樓梯、坡道大樣等幾個(gè)主要部分。需要二次設(shè)計(jì)部分，圖紙上應(yīng)注明位置以及相關(guān)要求。各分部分的主要內(nèi)容即是模板圖和配筋圖。在這幾個(gè)部分之間，基礎(chǔ)部分往往需要最先完成。這是因?yàn)槭┕D設(shè)計(jì)往往需要一定的周期，特別是對(duì)大體量的建筑綜合體，或者分期建設(shè)的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，為了節(jié)省工期，流水作業(yè)，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可以提前，甚至基礎(chǔ)圖紙可以提前報(bào)審查，基礎(chǔ)審查通過(guò)后，現(xiàn)場(chǎng)可以先施工結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，特別是對(duì)于樁基礎(chǔ)而言，試樁，打樁都需要一定的工期，這種情況下，在建筑方案基本確定的情況下，完全可以考慮樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提前完成，然后現(xiàn)場(chǎng)先進(jìn)行打樁施工。結(jié)構(gòu)總說(shuō)明也是結(jié)構(gòu)施工圖的一部分，而且是首要部分，對(duì)施工圖具有總領(lǐng)作用，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工具有總指導(dǎo)性的作用。它應(yīng)該包含的內(nèi)容有：

（1）工程概況：包括工程場(chǎng)地位置，建筑使用功能，地下、地上層數(shù)，總高度，各單體的抗震等級(jí)，結(jié)構(gòu)體系崁固端位置等；

（2）設(shè)計(jì)依據(jù)：主要是指采用的現(xiàn)行主要規(guī)范和規(guī)程、地質(zhì)勘察報(bào)告等；

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正常使用年限、結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、抗震烈度、風(fēng)荷載取值、雪荷載取值等；

（4）地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)類(lèi)型，場(chǎng)地條件、持力層情況及地下水情況等；

（5）材料選用：包括砌體材料、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋和鋼材強(qiáng)度等級(jí)、地下防水等級(jí)要求；

（6）混凝土構(gòu)件構(gòu)造要求：鋼筋搭接、錨固長(zhǎng)度、接頭率、接頭方式，各構(gòu)件混凝土保護(hù)層厚度要求，混凝土耐久性要求，防火要求，防雷接地做法等；砌體施工要求；

（7）后澆帶設(shè)計(jì)要求、沉降觀(guān)測(cè)要求；預(yù)埋構(gòu)件預(yù)留孔洞設(shè)計(jì)要求；地下室設(shè)計(jì)相關(guān)要求；

（8）人防設(shè)計(jì)相關(guān)要求；

（9）綠建設(shè)計(jì)專(zhuān)篇；

（10）危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程設(shè)計(jì)專(zhuān)篇等。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)

本質(zhì)上講，結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)也屬于施工圖的一部分，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，它也是施工圖審查的重要內(nèi)容。結(jié)構(gòu)計(jì)算的正確性、合理性、合規(guī)性缺一不可，因此重視結(jié)構(gòu)計(jì)算以及結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)的整理，對(duì)提高整個(gè)設(shè)計(jì)質(zhì)量和準(zhǔn)確性，以及滿(mǎn)足審查要求，具有關(guān)鍵作用。

整理、匯總結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)時(shí)，需要注意的問(wèn)題是：

（1）計(jì)算書(shū)不要漏項(xiàng)，計(jì)算書(shū)應(yīng)整理目錄，把各項(xiàng)內(nèi)容與設(shè)計(jì)圖紙一一對(duì)應(yīng)；包括電算文本信息（設(shè)計(jì)總信息、周期、位移）、電算圖形文件（平面簡(jiǎn)圖、荷載輸入簡(jiǎn)圖、梁，板，柱配筋簡(jiǎn)圖）、基礎(chǔ)計(jì)算參數(shù)、樁設(shè)計(jì)、抗浮錨桿設(shè)計(jì)、底板設(shè)計(jì)（反力、配筋、沖切、局壓驗(yàn)算）、抗浮驗(yàn)算、沉降驗(yàn)算、地下室外墻計(jì)算、樓梯計(jì)算等。

（2）明確構(gòu)件配筋的控制原則，比如地下室外墻、地下室頂板等構(gòu)件，須同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度控制、裂縫控制或人防控制等條件，應(yīng)同時(shí)提供幾種控制條件下的計(jì)算文件。

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算模型或原理應(yīng)準(zhǔn)確合理，比如地下室外墻應(yīng)按壓彎構(gòu)件計(jì)算，穿層柱、夾層柱應(yīng)按實(shí)際長(zhǎng)度確定計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，梁與剪力墻平面外連接應(yīng)設(shè)鉸支座、墻內(nèi)設(shè)置暗柱等。

5 結(jié)構(gòu)施工圖報(bào)審

毫無(wú)疑問(wèn)，施工圖報(bào)審是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是結(jié)構(gòu)工程師的重要工作，通過(guò)審查以后，施工圖設(shè)計(jì)成果才能交付施工。審圖專(zhuān)家將對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)審查，檢查是否滿(mǎn)足現(xiàn)行的各種國(guó)家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)等，以及對(duì)設(shè)計(jì)的合理性提出意見(jiàn)等。需要指出的是，施工圖審查是全專(zhuān)業(yè)同時(shí)進(jìn)行的，建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備各專(zhuān)業(yè)同時(shí)報(bào)審。

6 施工驗(yàn)收

施工圖報(bào)審合格通過(guò)后，在施工過(guò)程中，有幾個(gè)分部工程需要結(jié)構(gòu)工程師到現(xiàn)場(chǎng)參與驗(yàn)收。

6.1 鋼筋驗(yàn)收

鋼筋驗(yàn)收包括：

（1）鋼筋錨固，主要是檢查鋼筋錨固的長(zhǎng)度是否滿(mǎn)足圖紙要求；

（2）鋼筋數(shù)量與直徑，要檢查與圖紙是否一致；

（3）鋼筋間距，按梁、板、柱、墻等各構(gòu)件分別檢查是否滿(mǎn)足圖紙的要求；

（4）鋼筋保護(hù)層，按梁、板、柱、墻等各構(gòu)件分別檢查是否滿(mǎn)足圖紙的要求；

（5）箍筋設(shè)置是否與圖紙相符；（6）墻體、樓板內(nèi)是否按圖紙要求設(shè)置拉結(jié)筋；

（6）后澆帶位置鋼筋是否按圖紙加強(qiáng)；

（7）梁、柱內(nèi)鋼筋接頭部位、鋼筋連接方式、鋼筋搭接長(zhǎng)度及接頭率是否滿(mǎn)足規(guī)范要求；

（8）各批次的鋼筋是否有合格證以及試驗(yàn)報(bào)告。

6.2 驗(yàn)槽

驗(yàn)槽是在施工現(xiàn)場(chǎng)基坑開(kāi)挖完成以后，基礎(chǔ)底板施工之前，需要結(jié)構(gòu)工程師現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收的一個(gè)步驟。驗(yàn)槽時(shí)需確認(rèn)基坑土層實(shí)際情況是否與地勘報(bào)告中土層情況相符，并核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地基土層有無(wú)軟弱土層、暗塘、溶洞等異常情況；原鉆探孔深度及數(shù)量是否需設(shè)計(jì)需要，是否需要補(bǔ)充勘探，原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是否需修正。基坑持力層的承載力檢測(cè)值是否達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)采用的地勘報(bào)告提供的取值，持力層是否有差別，現(xiàn)場(chǎng)需會(huì)同勘察負(fù)責(zé)人員共同確認(rèn)；基坑開(kāi)挖深度是否與設(shè)計(jì)深度一致，是否超挖，超挖處理措施是否到位，基坑尺寸是與圖紙一致，軸線(xiàn)定位是否有偏差等；基坑是否有積水，基底土層是否被攪動(dòng)；基坑降水、基坑支護(hù)是否按要求施工到位，有無(wú)安全隱患等。

6.3 主體驗(yàn)收

結(jié)構(gòu)主體驗(yàn)收，是在結(jié)構(gòu)主體施工完成以后，組織各參與方的對(duì)結(jié)構(gòu)各個(gè)部分進(jìn)行總體的、全面的驗(yàn)收，結(jié)構(gòu)工程師主要注意的內(nèi)容有以下幾方面：

（1）對(duì)結(jié)構(gòu)整體及各構(gòu)件的施工質(zhì)量有個(gè)總體的判斷，主要從觀(guān)感、外觀(guān)平整度，美觀(guān)度等方面去觀(guān)察。各混凝構(gòu)件尺寸是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其混凝土澆筑成形質(zhì)量如何，是否有蜂窩麻面、露筋等現(xiàn)象，是否有修補(bǔ)的痕跡，如有應(yīng)問(wèn)清修補(bǔ)的原因，是否有對(duì)結(jié)構(gòu)受力，結(jié)構(gòu)耐久性甚至安全有影響。

（2）砌體工程的砂漿是否飽滿(mǎn)，砌體的放樣是否平直，墻面是否平整。砌體中的構(gòu)造柱是否設(shè)槎，框架梁下砌體是否密實(shí)，圈梁是否按要求設(shè)置。墻面的砂漿找平層厚度是否過(guò)厚。墻面是否按要求設(shè)置鋼絲網(wǎng)片等。

（3）各專(zhuān)業(yè)設(shè)備預(yù)埋件是否按圖埋設(shè)，插筋是否預(yù)留；衛(wèi)生間、廚房間樓板標(biāo)高是否與圖紙相符，預(yù)留洞是否留設(shè)，對(duì)后封的洞口內(nèi)板鋼筋是否預(yù)留等。

（4）察看施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)沉降記錄，是否有過(guò)大的沉降差異。每層增加的沉降量，及各觀(guān)測(cè)點(diǎn)間的沉降差如何。

（5）查看施工記錄，各種材料合格證，試件的強(qiáng)度檢驗(yàn)報(bào)告等。

對(duì)于在主體驗(yàn)收過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有不滿(mǎn)足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的效果，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)提出問(wèn)題以及整改的意見(jiàn)，協(xié)同各參與驗(yàn)收單位，要求施工單位進(jìn)行整改，直至施工效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求為止。

7 竣工驗(yàn)收

竣工驗(yàn)收是工程驗(yàn)收的最后一關(guān)了，是指在工程項(xiàng)目竣工后，由甲方組織，會(huì)同建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備供應(yīng)單位及工程質(zhì)量監(jiān)督等部門(mén)，對(duì)該項(xiàng)目是否符合規(guī)劃設(shè)計(jì)要求以及建筑施工和設(shè)備安裝質(zhì)量進(jìn)行全面檢驗(yàn)后，總結(jié)整個(gè)建設(shè)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)，取得竣工合格資料、數(shù)據(jù)和憑證的過(guò)程。

竣工驗(yàn)收，是全面考核建設(shè)工作，檢查是否符合設(shè)計(jì)要求和工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該指出的是，竣工驗(yàn)收是建立在分階段驗(yàn)收的基礎(chǔ)之上，前面已經(jīng)完成驗(yàn)收的部分一般在房屋竣工驗(yàn)收時(shí)就不再重新驗(yàn)收。

8 結(jié)束語(yǔ)

以上就是結(jié)構(gòu)工程師的主要工作。當(dāng)然，一個(gè)工程師可能在同一時(shí)間接手兩個(gè)甚至多個(gè)項(xiàng)目，各個(gè)項(xiàng)目可能處在不同階段，以上的工作內(nèi)容可能是交叉進(jìn)行的，這對(duì)一名合格甚或優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師又提出了更高的要求。