建筑結構設計及程序的應用

殷瑜

（七臺河市政勘察設計院，黑龍江七臺河 154600）

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建筑結構設計及程序的應用

殷瑜

（七臺河市政勘察設計院，黑龍江七臺河 154600）

摘要：建筑結構設計必須保證結構物的安全性、使用性和耐久性。其設計程序為建筑結構設計提供了一種工具，只有充分掌握計算機程序的本質，才能使程序有助于建筑結構設計。結構設計包括結構概念設計、結構的設計計算、建筑結構施工圖。設計程序包括建筑結構設計程序的選擇、程序計算結果正確性判斷、程序繪制施工圖等。

關鍵詞：建筑結構；設計；程序；應用

1　建筑結構設計程序的分類

1.1簡單的設計程序

主要應用于單體構件在已知設計內力情況下，構件截面的配筋計算，或用于在已知荷載作用條件下，簡單結構（連續梁、矩形水池、擋土墻、樁基承臺等）構件的內力計算和截面配筋計算、裂縫計算、撓度計算等，有時會包含截面繪圖功能。

1.2依據建筑結構設計規范編制的專用建筑結構設計程序

主要用于建筑結構的整體設計，包括結構的整體建模輸入、結構的內力分析及組合、結構的整體構造及繪圖。

1.3通用有限元程序

適用于各種行業（土木等）、材料及組合材料、材料特性（彈性、塑性、彈塑性等）、受力狀態（熱氣壓、壓力等）的分析。對于建筑結構設計為非專用程序，其建筑結構物建模和數據輸入比較復雜，主要用于復雜建筑結構物分析（內力及整體控制信息）的計算復核。計算機和建筑結構設計分析軟件應用非常普及，然而各種程序都有其局限性，須在充分理解程序的條件下應用。

建筑結構設計必須保證結構物的可靠性、使用性和耐久性。建筑結構設計程序為建筑結構設計提供了一種工具，只有充分掌握計算機程序的本質，才能使程序有利于建筑結構設計。

2　結構設計

2.1結構概念設計

在建筑方案設計或建筑結構設計過程中，結構選型和布置是建筑結構設計的重要環節之一。結構概念設計是在特定的建筑空間中用整體概念來完成結構總體方案的設計，并相應地處理結構與構件、構件與構件的關系。合理的建筑結構體系和結構布置方案應該是剛柔相濟、多道防線、安全可靠、經濟性能良好的。結構概念設計從分析建筑的空間組成得到建筑結構具體的整體形式，即所給定的形式代表一個整體結構，按整個結構分析確定結構的總荷載（作用）和抵抗能力。包括：第一，總荷載作用下的地基承載能力、豎向支承結構的承載能力。第二，結構在水平荷載作用下的抗傾覆能力、抗滑移能力。第三，整體結構的抗側移剛度沿豎向的變化、平面抗側移構件布置的規則性。

2.2結構的設計計算

第一，結構的計算。實際結構計算模型的簡化和實際作用荷載（外荷載、地震作用、風荷載、溫度效應等）計算簡化。實際結構計算模型的簡化包括：結構空間的計算體系簡化、支座條件的簡化、構件間連接的節點簡化、受力構件的構件特性簡化。采用的計算方法不同，所選取的計算簡圖會有所不同。第二，結構的內力計算。根據結構物材料可采用彈性計算方法、塑性計算方法或彈塑性計算方法。在建筑結構設計中的內力分析一般情況下選用彈性計算方法。結構內力分析計算按不同的計算假定，可采用平面計算方法和空間計算方法等。第三，結構的內力組合不同的作用對結構的影響也不同，通過按規范設定不同的荷載系數及效應組合系數，反映各項作用的影響。有些特殊的結構物需按實際結構的試驗分析，設定各種系數。第四，結構構件的計算和驗算由結構內力計算，得到結構內力圖，按各構件截面的內力計算設計構件，驗算結構構件的使用性。

3　建筑結構設計程序

建筑結構設計程序為專用的設計程序。程序作用是進行建筑結構設計分析，并繪制施工圖。

3.1建筑結構設計程序的選擇

建筑結構設計程序按不同使用目的有不同的選擇。對于一般建筑結構設計，通常選擇專用建筑結構設計程序。對于上部結構，按結構計算的不同假定，可分為平面結構（平面框架、平面排架、平面剛架、連續梁、桁架等）計算、空間結構計算（三維空間桿件、空間有限元計算等）。按結構的特點、程序的計算假定及技術條件，合理選用結構計算程序，以達到結構設計所需結果。在運用程序進行計算機輔助設計時，應按實際情況選擇計算程序，調整簡化計算模型并設置應用程序中的各項參數，使其最大限度地反映實際工程情況，盡量使程序模擬計算模型的計算結果與實際結構模型相一致。

3.2程序計算結果正確性的判斷

程序的設置參數過程不應該只是應用程序，而應有更進一步思考。因此，必須充分了解軟件對各種計算模型的假定條件，使用者才能按實際情況選用不同的計算模型得到正確的、合乎邏輯的結果。因此，有些構件和參數的設定需要使用者按規范從實際受力情況確定。這樣才能使計算機的實用性和便利性在結構設計中充分體現出來。

在建筑特殊結構的設計中，計算結果容易出現問題。由于結構計算需要作一些簡化，或由于概念設計要求，有些計算結果需要修正和補充。如果結構計算輸入數據多，也難免出錯。這些都要求在使用程序時，對計算結果進行檢查、分析和判斷，不能盲目地、不加分析地使用輸出數據。例如對于周期和振型，要用經驗公式作估算比較，如果有較大差異，可能是計算出錯導致結果不正確，也可能是原定的結構不恰當（如柱墻剛度太小等），要修改設計（修改輸入數據）。計算只是設計的一部分，在計算機和計算程序相當發達的今天，要避免過分依賴計算機而忽視結果分析、概念設計等傾向。

計算結果的正確性，直接影響建筑結構物的安全性和建筑結構設計的經濟性。雖然在設計初步階段進行了結構的概念設計，但高層建筑結構或空間結構的受力復雜，計算機計算后數據輸出量大，必須對計算結果進行分析，判斷計算結果的合理性和正確性。從結構的自振周期比、振型曲線、地震作用大小、水平位移比特征、對稱性及合理性等主要方面進行分析。

3.3程序繪制施工圖

建筑結構設計的目的是為建筑物施工提供建筑結構施工圖。程序繪制施工圖按計算的結果、設計規范和建筑結構構造繪制施工圖。但對于獨特的建筑物，有其不同的構造，程序不可能完全代替人腦的思考。結構計算分析得到的是構件截面配筋量，繪制建筑結構施工圖還需要具體配筋和構造。程序繪制建筑結構施工圖，必須注意以下問題：第一，滿足建筑結構計算模式的結構構造措施（如構件間連接等）。第二，次要構件或附加件與主構件的連接。第三，不通過計算分析的構造（如樓板角邊配筋、柱梁箍筋直徑和間距）等。

參考文獻：

［1］朱茂存.高層建筑結構施工［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［2］姬慧.房屋建筑學［M］.北京：中國電力出版社，2013.

Application of building structure design and procedures

YIN Yu
(Qitaihe Municipal Survey and Design Institute,Qitaihe 154600,China)

Abstract:The building structure design must ensure its safety,utilization and durability.The design procedure provides a tool for building structure design,only by fully grasping the nature of the computer program can make procedure helpful to building structure design.Structure design includes conceptual design,design calculation and building structure drawings.Design procedure includes the choice of building structure design,validity judgement of program calculation results and procedure construction drawings.

Key words:Building structure;Design;Procedure;Application

中圖分類號：TU323

文獻標志碼：A

文章編號：1674-8646（2016）08-0046-02

收稿日期：2016-01-12

作者簡介：殷瑜（1989-），女，黑龍江七臺河人，助理工程師，主要從事土建結構設計工作。