關于建筑結構設計方法及注意問題的探討

摘要：建筑結構設計是個系統的，全面的工作。作為設計人員，要掌握結構設計的過程，保證設計結構的安全，還要善于總結工作中的經驗。本文根據筆者的工作經驗，對進行建筑結構設計的基本方法及進行設計時注意的事項進行闡述。

關鍵詞：建筑；結構設計；基本方法；問題

中圖分類號：TD229文獻標識碼：A

1 結構設計的概念及內容

結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要表達的東西。結構語言就是結構師從建筑及其它專業圖紙中所提煉簡化出來的結構元素。包括基礎，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等等。然后用這些結構元素來構成建筑物或構筑物的結構體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。結構設計的內容由上可知為：基礎的設計。上部結構的設計和細部設計。

2 結構設計的過程及基本方法

2.1 結構設計的過程

結構設計的過程大體可以分為三個階段，結構方案階段，結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據建筑的重要性，建筑所在地的抗震設防烈度，工程地質勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數來確定建筑的結構形式（例如，磚混結構，框架結構，框剪結構，剪力墻結構，筒體結構，混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式）。確定了結構的形式之后就要根據不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。

2.2 各設計階段的基本方法

根據方案階段的主要內容，其基本方法就是根據各種結構形式的適用范圍和特點來確定結構應該使用的最佳結構形式，這要看規范中對于各種結構形式的界定和工程的具體情況而定，關鍵是清楚各種結構形式的極限適用范圍。還要考慮合理性和經濟性。

在結構計算階段，就是根據方案階段確定的結構形式和體系，依據規范上規定的具體的計算方法來進行詳細的結構計算，規范上的方法有多種，關鍵是結合工程的實際情況來選擇合適的計算方法，以樓板為例，就有彈性計算法，塑性計算法及彈塑性計算法。所以選擇符合工程實際的計算方法是合理的結構設計的前提，是十分重要的。

在施工圖設計階段，就是根據結構計算的結果來用結構語言表達在圖紙上。首先表達的東西要符合結構計算的要求，同時還要符合規范中的構造要求，最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結構設計人員對規范要很好的理解和把握。另外還要對施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設計出的結構，才會是合理的結構。

3 進行建筑結構設計需要注意的幾個問題

3.1 完成整體參數的正確設定問題

計算開始以前，設計人員首先要根據新規范的具體規定和軟件手冊對參數意義的描述，以及工程的實際情況，對軟件初始參數和特殊構件進行正確設置，必須對每個參數確定其合理取值，才能保證后續計算結果的正確性。有些參數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經過測試才能得到，將這些對全局有控制作用的整體參數先行計算出來，正確設置，否則其后的計算結果與實際差別很大。

3.2 確定整體結構的合理性問題

整體結構的科學性和合理性是規范特別強調內容。用于控制結構的主要指標為：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、參與陣型質量比、傾覆力矩比、樓層最大位移與層高之比，這些指標要滿足規范限值的要求，也不應超出規范過多。同時對電算結果作出合理判斷，可從以下幾個方面檢查結果是否合理:

3.2.1 周期、陣型判斷:如非耦聯計算，其第一周期一般在以下范圍(其中N為計算層數且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，零點位置是否符合一般規律，比如:第一陣型無零點，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:根據目前許多工程的計算結果，截面尺寸、結構布置比較正常的結構，其底部剪力大約在以下范圍（G為結構總質量）:8度，二類場地:FEK=（0.03~0.06）G；7度，二類場地: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荷載作用下，內外力平衡條件是否滿足。必要時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，其和應等于總重量G，校核時不應考慮分層加載；Vi為風荷載作用下的底層墻柱剪力，∑P為全部風力值。

3.2.4 合理性:設計校正的結構，一般而言，不應有太多超筋界面，基本上符合以下規律:

一是柱墻軸力設計值絕大部分為壓力；二是柱墻大部分為構造配筋；三是梁基本上無超筋；四是除個別墻段外，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、質量變化較均勻的結構，在較均勻變化的外力作用下，其內力位移等計算結果，自上而下也均勻變化，不應有大正、大負、大出大進等突變。

3.3 對單構件作優化設計問題

前幾步主要是對結構整體合理性的計算和調整，這一步則主要進行結構單個構件內力和配筋計算，包括梁、柱、剪力墻軸壓比計算，構件截面優化設計等。

3.3.1 軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況：

一是當梁的彎矩設計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時，提示超筋。

二是規范對混凝土受壓區高度限制:四級及非抗震:ξ≤ξb；二、三級:ξ≤0.35（計算時取AS'＝0.3AS）；一級:ξ≤0.25（計算時取AS'＝0.5AS）。當ξ不滿足以上要求時，程序提示超筋。

三是《抗震規范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當大于此值時，提示超筋；

四是混凝土梁斜截面計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，而各規范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構件方式給出，沒有最大配筋率，所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設計人員可以酌情考慮。

二是剪力墻水平筋超筋則說明該結構抗剪不夠，應予以調整。

三是剪力墻連梁超筋大多數情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規范中規定允許對剪力墻連梁剛度進行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現塑性變形，即連梁開裂。設計人員在進行剪力墻連梁設計時，還應考慮其配筋是否滿足正常狀態下極限承載力的要求。

3.3.3 柱軸壓比計算:柱軸壓比的計算在《高規》和《抗震規范》中的規定并不完全一樣。《抗震規范》第6.3.7條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值既包括地震組合，也包括非地震組合；而《高規》第6.4.2條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值設計與施工僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計算柱軸壓比時，當工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設計值計算；當該工程不考慮地震作用時，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設計值計算。因此設計人員會發現，對于同一個工程，計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結果會不一樣。

3.4 滿足規范抗震措施的要求問題

在施工圖設計階段，還必須滿足規范規定的抗震措施要求。《混凝土規范》、《高規》和《抗震規范》對結構的構造提出了非常詳盡的規定，這些措施是很多震害調查和抗震設計經驗的總結，也是保證結構安全的最后一道防線，設計人員不可麻痹大意。

結束語

結構設計是個系統的，全面的工作。需要扎實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。千里之行始于足下，設計人員要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然，深刻理解規范和規程的含義，并密切配合其它專業來進行設計。在對規范的理解的基礎上靈活處理有關問題，從大體上把握結構的安全性和經濟性。

參考文獻

[1]林同炎，S.D.思多臺斯伯利.結構概念和體系[M].建筑工業出版.

[2]戴國瑩，李德虎.建筑結構抗震鑒定及加固的若干[J].建筑結構，1999（4）.

[3]高立人，王躍.結構設計的新思路——概念設計，建筑，1999（1）.