建筑结构设计

【摘 要】结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西.设计人员是主导者,应该运用个人才智,控制整个设计,让设计出来的成品体现你的智慧和水平.本文根据笔者的多年工作经验,对建筑进行结构设计时要注意的事项进行阐述.

【关 键 词】计算分析；概念设计；建筑结构设计

引言

建筑结构设计简单来说就是用结构语言来表达建筑师及其它相关专业工程师所要表达的东西.是个系统的,整体的工作.用基础,柱子,墙,梁,板,楼梯,大样详图等构件元素来构成建筑物的结构体系,包括水平和竖向的承重及抗力体系.把各种情况产生的内力以最简单的方式传递至基础.

1.结构设计的过程

1.1初步设计（结构方案）,初步设计的内容为：根据业主的要求,建筑物的重要性,建筑的使用功能、工程地质勘查报告,建筑所在地的抗震设防烈度,建筑场地的类别及建筑的层数和高度来确定建筑的结构形式（例如,砖混结构,框架结构,剪力墙结构,框剪结构,筒体结构,混合结构等等）.结构的形式确定后就根据不同形式结构的受力要求和特点来确定结构的受力构件和承重体系.

1.2结构计算：（1）首先,结构荷载的计算.包括内部荷载（例如,结构的使用荷载,自重荷载,装修荷载等等）和外部荷载（例如,风荷载,施工荷载,雪荷载,地震荷载,人防荷载等等）,上述各种荷载的计算要按照荷载相关规范的规定和要求,合理采用不同的荷载标准值系数和组合值系数等来进行不同工况下的组合计算.（2）其次,内力的分析,根据确定的构件截面和荷载值来进行结构内力的计算,包括弯矩,扭矩,剪力,轴心拉力及压力等等.（3）最后,构件的设计.根据计算出的结构内力及规范对构件的限制和要求（比如,周期比,位移比,剪跨比,轴压比,跨高比,挠度和裂缝等等）来复核结构试算的构件是否符合规范条文的要求和规定.如不符合要求则要调整构件的截面尺寸或布置直到满足要求为止.

1.3施工图设计：施工图是工程师的语言,要想让别人了解自己的设计,必须通过施工图来表达.施工图设计过程,需要根据现行各种规范对施工图的每一个细节进行核对,这是个复杂的过程,需要仔细再仔细,认真再认真.结构师在绘图时还需要针对电算的配筋及截面大小进一步的确定,适当加强薄弱环节,使施工图更符合实际情况,总的来讲,结构施工图包括设计总说明,基础平面布置及基础大样图,如果是桩基础就还有桩位图,柱网布置及柱平面法大样图,每层的梁平法配筋图,每层板配筋图,层面梁板的配筋图,楼梯大样图等.

2.结构设计的要点

2.1、重视概念设计概念是人们在实践活动的基础上,通过感性认识上升到理性认识而形成的.是一种反映事物本质特征的思维形式,它反映的是客观事物的本质的、一般的特征.概念设计就是以工程概念为依据,对所设计的对象作宏观的控制,具体地说就是选定方案,包括总结构体系和所有分结构体系的布局和处理原则.

概念设计的水平,取决于深厚的基础理论,对力学性质和结构原理的深刻理解、丰富的工程实际经验,以及设计人员分析问题、解决问题的能力,它是一种综合设计能力的体现.只有富于创新并具有丰富实践经验的结构设计人员才能协同建筑师去实现理想的构思.这种设计理念从宏观角度弥补了以往设计思路对建筑结构设计思考的不足之处,为今后的工民建结构设计开辟了新路.

2.2、刚柔相济良好的建筑结构体系应该是刚柔相济的.太柔的结构虽然可以很好的消减外力,但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆.结构太刚则变形能力差,强大的破坏力（如地震）瞬间袭来时,会吸收较大的能力,容易造成局部受损最后全部毁坏；而结构是设计得柔多一些好,还是刚多一些好?刚到什么程度或柔到什么程度才算合理呢?这些问题都是结构专家们历来争论的热点,现今的规范无法提供精确的答案,给出的也只是一些控制的指标.但是,专家们都达成难以用语言准确表达的共识：刚柔相济的结构乃是设计者的最高追求.

2.3做好抗震设计我国是一个多地震国家,给我们带来了惨痛的教训,保证建筑物的抗震性能以减少地震发生时的人员伤亡和财产损失是一个关乎民生的重要问题.因此,提高建筑结构抵抗地震的能力是提高建筑结构设计水平的一个必不可少的组成部分.对于抗震设计,我国目前建筑结构的抗震设防原则是“大震（超越概率2%）不倒、中震（超越概率10%）可修、小震（超越概率63%）不坏”.地震具有随机性、复杂性和不确定性,目前是很难做到准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数.而建筑物本身又是一个庞大复杂的系统,在遭受地震作用后其破坏过程和破坏机理十分复杂.由于未能充分考虑结构的非弹性性质、阻尼变化、空间作用、材料时效等多种因素,在结构分析方面也存在着不确定性.因此,结构抗震设计问题不能完全依赖“计算设计”解决.应立足于长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念及工程抗震基本理论,从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应,灵活运用抗震设计准则,按照结构的破坏过程,全面合理地解决结构设计中的基本问题,既注意到关键部位的细节构造,又顾及总体布置上的大原则,从根本上提高结构的抗震能力.

2.4、多道设防安全的结构体系应多层设防,如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上,是非常非常危险的,一旦此构件遭受破坏,后果不堪设想,有可能造成整个结构体系摧毁.所以灾难来临时,所有抵抗外力的结构都应在通力合作,形成一个整体.如多肢墙比单片墙好,框架剪力墙比纯框架好等等,就是体现了多道防线的设计思路.也许我们会自信计算结果的正确性,但更要牢记各种荷载的作用具有不确定性,绝对安全的防备构件是不存在的,应该多多考虑：当第一道防线垮了,还有第二道防线,甚至第三、第四道,结构应该预留足够的安全储备.

综上所述,结构设计是个系统、全面的过程,需要扎实的力学理论知识功底,设计人员应该运用个人才智,控制整个设计,让设计出来的成品体现你的智慧和水平.千里之行,始于足下.设计人员应从一个个基本的构件算起,深刻理解规范和规程的含义,做到知其所以然,并密切配合其它专业来进行设计,在工作中应联系实际,善于反思,不断总结工作中的经验和教训,才能做好结构设计.