建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺談

摘 要: 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。結(jié)構(gòu)語言就是結(jié)構(gòu)師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡化出來的結(jié)構(gòu)元素，然后用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物或構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容由上可知為:基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞: 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)階段 基本方法 規(guī)范、手冊及標(biāo)準(zhǔn)圖集

自2006年工作以來，我一直在搞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概念和要求的認(rèn)識，隨著時(shí)間的推移也不斷地深入，下面就一些方面談?wù)勑牡谩?/p>

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)容

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。結(jié)構(gòu)語言就是結(jié)構(gòu)師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡化出來的結(jié)構(gòu)元素，包括基礎(chǔ)、墻、柱、梁、板、樓梯、大樣細(xì)部等。然后用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物或構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系，把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容由上可知為:基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和細(xì)部設(shè)計(jì)。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的階段大體可以分為三個(gè)階段:結(jié)構(gòu)方案階段、結(jié)構(gòu)計(jì)算階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。

1.方案階段的內(nèi)容

根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)防烈度，工程地質(zhì)勘查報(bào)告，建筑場地的類別，以及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結(jié)構(gòu)形式(例如磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等)。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

2.結(jié)構(gòu)計(jì)算階段的內(nèi)容

(1)荷載的計(jì)算。荷載包括外部荷載(例如風(fēng)荷載、雪荷載、施工荷載、地下水的荷載、地震荷載、人防荷載等)和內(nèi)部荷載(例如結(jié)構(gòu)的自重荷載、使用荷載、裝修荷載等)。上述荷載的計(jì)算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計(jì)算。

(2)構(gòu)件的試算。根據(jù)計(jì)算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計(jì)算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。

(3)內(nèi)力的計(jì)算。根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計(jì)算，包括彎矩、剪力、扭矩、軸心壓力及拉力等。

(4)構(gòu)件的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對構(gòu)件的要求和限制(比如軸壓比、剪跨比、跨高比、裂縫和撓度等)來復(fù)核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求，則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。

3.施工圖設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，來最終確定構(gòu)件布置和構(gòu)件配筋，以及根據(jù)規(guī)范的要求來確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造措施。

三、各設(shè)計(jì)階段的基本方法

根據(jù)方案階段的主要內(nèi)容，其基本方法就是根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的適用范圍和特點(diǎn)來確定結(jié)構(gòu)應(yīng)該使用的最佳結(jié)構(gòu)形式，這要看規(guī)范中對于各種結(jié)構(gòu)形式的界定和工程的具體情況而定，關(guān)鍵是清楚各種結(jié)構(gòu)形式的極限適用范圍，還要考慮合理性和經(jīng)濟(jì)性。

1.結(jié)構(gòu)計(jì)算階段

根據(jù)方案階段確定的結(jié)構(gòu)形式和體系，依據(jù)規(guī)范上規(guī)定的具體的計(jì)算方法來進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算。規(guī)范上的方法有多種，關(guān)鍵是結(jié)合工程的實(shí)際情況來選擇合適的計(jì)算方法，以樓板為例，就有彈性計(jì)算法、塑性計(jì)算法及彈塑性計(jì)算法。所以選擇符合工程實(shí)際的計(jì)算方法是合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，是十分重要的。

2.在施工圖設(shè)計(jì)階段

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果來用結(jié)構(gòu)語言表達(dá)在圖紙上。首先表達(dá)的東西要符合結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，同時(shí)還要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求，最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對規(guī)范要很好地理解和把握。另外還要對施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)，才會是合理的結(jié)構(gòu)。

四、規(guī)范、手冊及標(biāo)準(zhǔn)圖集在具體工作中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和依據(jù)就是各種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)圖集。在進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)時(shí)必須緊扣不同的規(guī)范，但這些規(guī)范又都是相互聯(lián)系、密不可分的。在不同的工程中往往會使用多種規(guī)范，在一個(gè)工程確定了結(jié)構(gòu)形式后，首先要根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》來確定建筑的可靠度和重要性;然后根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》、《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》確定建筑在抗震設(shè)防方面的規(guī)定和要求;在荷載的取值時(shí)要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來確定，這是建筑總體需要運(yùn)用的規(guī)范。在工程的具體設(shè)計(jì)方面，涉及砌體部分的要遵循《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定;涉及混凝土部分的要遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定;涉及鋼筋部分的要遵循《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》和《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定;在基礎(chǔ)部分的設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的是《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。最后在結(jié)構(gòu)繪圖時(shí)則要符合《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊都給出了該結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的原理、方法，一般規(guī)定和計(jì)算的算例，以及用來直接選用的各種表格。這對于深刻理解和具體設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)形式具有良好的指導(dǎo)作用。我們建議最好參照設(shè)計(jì)手冊來手算典型的結(jié)構(gòu)形式。標(biāo)準(zhǔn)圖集是依據(jù)規(guī)范來制定的國家和省市地方統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工做法構(gòu)造。不同的結(jié)構(gòu)形式有不同的標(biāo)準(zhǔn)圖集。設(shè)計(jì)中常用的有，結(jié)構(gòu)繪圖時(shí)采用平法制圖(03G101-1)，砌體中的鋼筋混凝土過梁采用過梁(L03G303)，磚混結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造詳圖采用L03G313，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造詳圖采用L03G323，地溝及蓋板采用02J331。需要說明的是，在選用標(biāo)準(zhǔn)圖集時(shí)一定要根據(jù)具體工程的實(shí)際情況來酌情選用，必要時(shí)應(yīng)說明選用的頁號和圖集號，不可盲目采用。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行，始于足下，設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工作中應(yīng)事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。