結(jié)構(gòu)設計的原則及重要部位的處理

摘要：建筑設計與結(jié)構(gòu)設計是整個建筑設計過程中的兩個最重要的環(huán)節(jié)，對整個建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著至關重要的作用。而二者之間又存在著相互協(xié)調(diào)、互相制約的關系。特別是在高層建筑設計中，由于結(jié)構(gòu)是以水平荷載為主要控制荷載，故結(jié)構(gòu)體系的選型和結(jié)構(gòu)布置要考慮最有利于抗震和抗風的要求。同時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸還要滿足剛度和版性的要求。這樣便對建筑設計形成了一定的約束和限制，使建筑與結(jié)構(gòu)二者相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。二者還應不斷地相互配合，彼此滲透，這樣才能設計出真正滿意的建筑。本文針對結(jié)構(gòu)設計的原則與部分關鍵部位的處理做以闡述。

關鍵詞：結(jié)構(gòu)設計；原則；處理

1結(jié)構(gòu)設計應遵循的原則

1.1 剛?cè)嵯酀?/p>

合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應該是剛?cè)嵯酀摹＝Y(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強大的破壞力瞬間襲來時，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過大而無法使用甚至全體傾覆。

1.2 多道防線

安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設防的，災難來臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆后繼。這時候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個單一的構(gòu)件上，是非常非常危險的。多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設計思路。

1.3 抓大放小

“強柱弱梁”、“強剪弱彎”等是建筑結(jié)構(gòu)設計中非常重要的概念。在建筑結(jié)構(gòu)中，柱倒了，梁會跟著倒；而梁倒了，柱還可以不倒的。可見柱承擔的責任比梁大，柱不能先倒。所以關鍵時刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。

1.4 打通關節(jié)

在結(jié)構(gòu)體系中，所謂關節(jié)，是指變化相聚之處，或變化出現(xiàn)的地方。不同類型的構(gòu)件相接處，同一構(gòu)件截面改變之處，是關節(jié)。廣義上，諸如結(jié)構(gòu)錯層之處，體量改變之處，轉(zhuǎn)換層亦是關節(jié)。關節(jié)無處不在，因為結(jié)構(gòu)體系乃是變化的統(tǒng)一。外力突然襲來之時，對于單一的構(gòu)件，力量的傳遞簡明，因而容易控制。對于復雜的結(jié)構(gòu)體系，關節(jié)的復雜性難于預測和控制，即使從理論上保證了每個組成構(gòu)件的強度和剛度，但因關節(jié)的普遍存在，力量的傳遞往往不能暢通而出現(xiàn)集中甚至中斷，破壞由此而發(fā)生。

在設計的四項基本原則中，“剛?cè)嵯酀保岸嗟婪谰€”，“抓大放小”是設計概念中的戰(zhàn)略問題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實現(xiàn)，靠的是“打通關節(jié)”這個原則作為保證的，結(jié)構(gòu)設計的具體操作，最后全都歸到“打通關節(jié)”的貫徹和實施上來。

如何打通關節(jié)？在設計概念里，要解決的是外力在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)重分配的問題，要確保力量是按照各構(gòu)件的剛度大小進行分配的，避免出現(xiàn)不合理的集中，最終達致靜態(tài)的平衡。因結(jié)構(gòu)形體為“靜”，滅于“動”中。所有“動”的因素對于結(jié)構(gòu)均為不利。打通關節(jié)保持平衡的目的其實就是使其永遠處于原始的靜態(tài)，當力量不能暢通時，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機動，“動”即是死，即為終結(jié)。可見設計者是協(xié)調(diào)者，其任務是讓所有互不相關的靜態(tài)構(gòu)件相聚之后依然處于靜態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對的靜態(tài)之中。

2 重要部位設計的處理

2.1 關于梁筏基礎板筋位置

彈性梁筏基礎，由于考慮水浮力下底板所受向上的反向力，設計人員會要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有時較多甚至配置雙排筋，再加上梁箍筋則施工中引起板筋的彎折相當困難，遇到人防工程則更難施工。從受力傳遞過程來說，板筋設置必須準確，但考慮施工困難及相應板保護層的損失，可以作適當放松，底板面筋的一半鋼筋經(jīng)斜折后放置在支承基礎梁主筋下面，伸入梁內(nèi)不小于15d，這是合理的。

2.2 關于強柱弱梁的設計理念

強柱弱梁的概念主要是針對小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設防目標而提出的。柱破壞了建筑物整個都會傾覆，而梁破壞則僅是某個區(qū)域失效，因此柱較之梁破壞的損害更大，設計人員在設計中一定要將這一概念設計貫徹下去。其一必須嚴格控制柱軸壓比，軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%，且我們對柱斷面及配筋設置時應分部位處理，建議邊柱，角柱應適當加強，特別是角柱，建議應全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%。所有框架柱，不包括小截面柱，建議縱筋均應大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋則建議應配足梁中部筋，而支座筋則可通過調(diào)幅讓其適當降低，以使地震作用下能形成梁鉸機制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產(chǎn)生塑性鉸，保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。

2.3 關于剪力墻結(jié)構(gòu)中的幾個問題

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設計中有幾個問題值得我們重視，處理不當經(jīng)常會成為薄弱點，這也是抗震審查中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的問題。其一是對普通長墻的界定，高規(guī)JGJ3-2002第7.1.2條中規(guī)定一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻，短肢剪力墻是指截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。這就給我們帶來一個困惑，高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻受力特性截然不同，由此而引起的配筋亦相差甚遠。因此在布置長墻時建議控制高厚比大于9，這樣就與短肢剪力墻有所區(qū)分而不會混淆。其二是關于小墻肢JGJ3-2002第7.2.5條規(guī)定矩形截面獨立墻肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因為當墻肢高厚比較小時受力特性是脆性破壞，屬抗震不利構(gòu)件。因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設計中應盡量避免次類構(gòu)件的出現(xiàn)，特別是高厚比小于3的小墻肢應不出現(xiàn)，如出現(xiàn)建議一種是按構(gòu)造柱考慮，不作為抗側(cè)力構(gòu)件，否則應按框架柱設計，盡量降低軸壓比，加強配筋。

3結(jié)構(gòu)設計應注意的問題

3.1 拿到作業(yè)圖不要盲目建模計算。先進行全面分析，與建筑設計人員進行勾通，充分了解工程的各種情況（功能、選型等）。

3.2 建模計算前的前處理要做好。比方荷載的計算要準確，不能估計。要完全根據(jù)建筑做法或使用要求來輸入。

3.3 在進行結(jié)構(gòu)建模的時候，要了解每個參數(shù)的意義，不要盲目修改參數(shù)，修改時要有依據(jù)。

3.4 在計算中，要充分考慮在滿足技術條件下的經(jīng)濟性。不能隨意加大配筋量或加大構(gòu)件的截面。這一點要作為我們的設計理念之一來重視。

3.5 梁、柱、板等電算結(jié)束后要進行大量的調(diào)整和修改，這都要有依據(jù)可循（可根據(jù)驗算簡圖等資料）。 具體有以下集中修改或注意事項。

3.5.1 梁：梁的標高（是否確定梁底標高及梁上翻等問題）;梁的支座負筋不能太疏，要人為加密；梁的跨數(shù)要核對；盡量減少鋼筋的種類和級差（≤2級）；有雨蓬等外挑構(gòu)件處的梁要加強（可以將此處的箍筋加密、設置抗扭鋼筋等措施）；鋼筋在梁中的放置必須滿足凈距要求，特別是梁上部鋼筋的凈距（≥1.5d或30mm）；碰到電算結(jié)果的井字梁（有主次關系）處，要分清主次關系，在主要梁支座處標出支座筋；擱在邊梁上的連梁等，在靠邊梁處的支座筋不宜過大，宜減小，從而減少對邊梁的扭矩；有主次梁關系，從梁截面上也有區(qū)別，次梁適當放小。

3.5.2 柱：滿足軸壓比要求（≤0.9）；大跨度的廠房等，柱子截面宜選用長方柱；構(gòu)造柱的設置（細查規(guī)范《建筑抗震設計規(guī)范》P72）

3.5.3 板：負筋不宜選用過細的鋼筋，可以用較大直徑的鋼筋代替，可避免施工時被踩下；較大直徑鋼筋不宜過疏，否則受力不力或容易開裂；在結(jié)構(gòu)平面圖中須注明標高及板剖面圖；屋面板的鋼筋須全部拉通；板配筋要表達清楚，不能讓施工人員猜測；在結(jié)構(gòu)平面圖中，注明雨蓬、陽臺、檐口等位置及尺寸，并畫出大樣。

3.5.4 基礎：不能將深基礎與淺基礎混用；基礎荷載計算時，千萬別漏算荷載（包括底層墻體荷載重量等）；基礎（包括地梁、承臺等）的標高要滿足上部管線的通過，一般其上預留300mm。