關于建筑結構設計的分析

隨著社會經濟的迅速發展，人民物質生活水平的不斷提高，居住條件的不斷改善，高層住宅如雨后春筍一座座拔地而起。一個優秀的建筑結構設計往往是適用、安全、經濟、美觀、便于施工的最佳結合。完美的建筑結構設計就是在努力追求這五個方面的最佳結合的過程中產生的。

一、建筑結構設計的概念

結構設計簡而言之就是用結構語言表達建筑師及其它專業工程師所要表達的內容。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。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、上部結構設計和細部設計。

二、建筑結構設計的原則

建筑結構設計可分為整體設計和部件設計兩部分。整體設計包括結構體系的選擇、柱網的布置、梁的布置、剪力墻的分布、基礎的選型等。整體設計一般分主體和基礎兩部分進行。設計人員根據建筑物的性質、高度、重要程度及當地的抗震設防烈度、風荷載情況等條件來選擇合適的結構體系。選定結構體系后，就要具體決定柱、梁、墻（剪力墻）的分布和尺寸等。

在進行主體結構內力計算后，主體結構底截面的內力就是基礎選型和計算的重要依據。進行整體設計后，就要進行部件設計。部件設計是指柱、梁、板、墻（剪力墻）和塊體這5 部分內力和配筋計算。梁和柱一般可看作細長桿件，內力情況與計算體系相符合。單向板可簡化為單位寬度的梁來計算，雙向板的計算理論也較成熟。異型板的計算較為復雜，應盡量避免。對于單片的剪力墻，一般把它視為薄壁柱作近似計算，有時要考慮翼緣作用；對于簡體結構中的剪力墻則要用空間力學的方法來計算。塊體不同于梁、柱、板、墻，它在空間3 個方向的尺寸都比較大，難以視作細長桿件或簡化為平面體系來計算。如單獨基礎、樁的承臺、深梁都是塊體，受力情況很復雜，難以精確分析，以在計算中往往加大安全系數，以保安全。

三、建筑結構設計方法

⑴ 結構平面圖。當建筑地處抗震設防烈度為6 度區時，根據建筑抗震設計規范，是可以不用進行截面抗震驗算但應符合有關的抗震措施要求。那么對于砌體結構來講如果時間不是很充足的話應該可以不用在軟件中建模的，直接設計即可，但要注意受壓和局部受壓的問題。必要時進行人工復核，對于局部受壓的防御措施是要按規定對梁下設梁墊以及設置構造柱等措施。如果時間不是很緊張的話建議還是輸入建模較好，有一個便利就是可以利用軟件來進行荷載導算。另外當建筑地處抗震設防烈度為7 度及以上時我的觀點是必須要輸入軟件建模計算的，繪制結構平面圖時如果沒有建模的話就可以直接在建筑的條件圖上來繪制結構圖了，這一步必不可少的是刪除建筑圖中對結構來講沒有用的部分，簡單快捷的方法是利用軟件的圖層功能，直接凍結相關的層，然后再建立新的結構圖層：圈梁層，構造柱層，梁層，文字層，板鋼筋層等等。這樣做的目的是提高繪圖效率，方便在不同結構平面圖問的拷貝移動和刪除。

⑵ 屋頂結構圖。當建筑是坡屋面時，結構的處理方式有兩種：梁板式及折板式。粱板式適用于建筑平面不規整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面，反之，則適用折板式。兩種形式的板均為偏心受拉構件，板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力，板厚基于構造需要一般不宜小于120 厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應有大樣示意圖，至于坡屋面板的平面畫法，建議采用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法。

⑶ 大樣詳圖。大樣詳圖的繪制可以在建筑詳圖的基礎上直接繪制，前提是建筑詳圖要準確無誤，也可以在以前做過的詳圖的基礎上來局部改進繪制。要注意的是在保持建筑外形的前提下盡量地使結構受力合理和施工方便，在標高和外形尺寸上一定要和建筑專業協調一致。需要提醒的是建筑標高和結構標高的關系要搞清楚，該減的減，不該減的就不要減。

⑷ 樓梯。樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統一，局部不合適處可以采用折板樓梯，折板樓梯鋼筋在內折角處要斷開分別錨固，防止局部的應力集中。

⑸ 基礎。基礎要注意混凝土的標號選擇應符合結構耐久性的要求。基礎的配筋應滿足最小配筋率的要求，條基交接部位的鋼筋設置應有詳圖或選用標準圖，條基交叉處的基底面積不可重復利用，應注意調整基礎寬度，局部墻體中有局部的較大荷載時也要調整基礎的寬度，基礎圖中的構造柱，當定位不明確時應給與準確定位。

四、建筑結構設計步驟

⑴ 完成整體參數的正確設定。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。但有幾個參數是關系到整體計算結果的，必須首先確定其合理取值，才能保證后續計算結果的正確性。這些參數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構周期等，在計算前很難估計，需要經過試算才能得到。 ①振型組合數是軟件在做抗震計算時考慮振型的數量。該值取值太小不能正確反映模型應當考慮的振型數量，使計算結果失真；取值太大，不僅浪費時間，還可能使計算結果發生畸變。 ②最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結構地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某個角度使得結構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設計軟件可以自動計算出最大地震力作用方向并在計算書中輸出，設計人員如發現該角度絕對值大于15 度，應將該數值回填到軟件的“水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算，以體現最不利地震作用方向的影響。 ③結構基本周期是計算風荷載的重要指標。設計人員如不能事先知道其準確值，可以保留軟件的缺省值，待計算后從計算書中讀取其值，填入軟件的“結構基本周期”選項，重新計算即可。上述的計算目的是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。

⑵ 確定整體結構的合理性： ①周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。它的目的是使抗側力的構件的平面布置更有效更合理，使結構不至出現過大的扭轉。也就是說，周期比不是要求構件足夠結實，而是要求結構承載布局合理。 ②位移比是控制結構平面不規則性的重要指標。其限值在《建筑抗震設計規范》和《高規》中均有明確的規定。此外，位移比的大小是判斷結構是否規則的重要依據，對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設計人員應正確選用。 ③剛度比是控制結構豎向不規則的重要指標。根據《抗震規范》和《高規》的要求，軟件提供了三種剛度比的分別是剪切剛度、剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比。 ④層問受剪承載力之比也是控制結構豎向不規則的重要指標，其限值可參考《抗震規范》和《高規》的有關規定。 ⑤剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定性的重要因素，也是影響重力二階效應的主要參數，該值如果不滿足要求，則可能引起結構失穩倒塌，應當引起設計人員的足夠重視。

五 結語

建筑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。結構工程師只有正確理解規范條文，認真執行強制性條文，選擇符合實際工作狀態的計算模型，準確把握事關全局的總信息，采用合適的構造措施，確保設計質量，保證結構安全合理。在工作中應事無巨細，應善于反思和總結工作中的經驗和教訓。這樣才能做好建筑結構設計，才能取得最優的方案和經濟效益。