關于建筑結構設計基本方法及發展趨勢的探討

【摘要】建筑結構設計工作是整個建筑工程的藍圖，對建筑物的安全、質量和適用有著決定作用。因此，建筑結構設計工作非常關鍵。隨著社會的進步和科學技術的發展，建筑結構設計方法也不斷創新。

【關鍵詞】建筑結構設計；方法；發展趨勢

1、結構設計的基本方法

1.1結構平面圖 在繪制結構平面布置圖前有個問題需要說明一下，就是要不要輸入結構軟件進行建模的問題。當建筑地處抗震設防烈度為6度區時（建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外），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，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，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間的拷貝移動和刪除。

1.2屋頂（面）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。梁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120mm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。

1.3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，前提是建筑詳圖的準確無誤；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。

1.4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。閣樓層處的樓梯由于有分戶墻的存在要設置抬墻梁。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問題。首段梯板的基礎應注意基礎的沉降問題，必要時應設梯梁。

1.5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（通常情況下可采用C25）。基礎的配筋應滿足最小配筋率的要求（施工圖審查中心重點審查部位）。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（因軟件計算的是墻下的平均軸力）。基礎圖中的構造柱，當定位不明確時應給予準確定位。

2、我國建筑結構設計的發展趨勢

2.1 以功能為基礎的設計

功能設計的概念在于根據災害荷載的不確定性（發生時間、強度、作用歷時等的變化）以及抗力的不確定性特點對不同風險度水平的災害荷載作用（地震等），將建筑物設計成滿足不同的功能要求，既保障建筑物在稀有大震時的安全，同時又使建筑物在整個運行期充分發揮功能，維護和改建方便，符合經濟目的。這是我國建筑抗震設計規范體現的“小震不壞，中震可修，大震不倒”原則的進一步發展。

2.2系統可靠度、結構的冗余度與防止連鎖破壞

整體性要求結構具有必要的冗余度與延性，能適應較大的變形并具有較強的耗能能力。此外，整體性還要求加強結構各構件的相互連接，特別是加強邊梁和結構的連接。整體性促進了結構冗余度的研究。冗余度表示結構具有多重傳力途徑，代表結構抵御破壞和抵御運行事故的能力。在新建結構中一般不宜采用單一傳力途徑。傳統的結構安全度評價方法常常建立在單一構件分析的基礎上，對于具有并行系統（冗余度）的結構，系統的抗力和單個構件抗力之間的關系變得比較復雜。因為這種系統某一部件超出承載極限以后，作用力將在其它部件之間進行重分配。系統的可靠度取決于并行系統的數目、構件材料的力學性質（本構模型）和作用力重分配的方式等。這是目前可靠度研究中的一個重要方面。

2.3結構投資的合理分配

傳統的設計方法根據滿足某一最低要求的安全度出發，安全系數的確定在很大程度上依靠經驗和判斷，顯然不能滿足工程建設日益發展的要求。一些研究者提出了運用期費用（life-cydecost）的期望值為最低的概念。運用期費用包括建造費用、維護費用、災害事件（如強地震、強風）發生造成的破壞損失及修理費用、傷亡損失費用等。同時還要考慮不同時間費用和損失的貼現（均化為按現時價格計算）。采用一定的計算模型可以得出運行期費用的解析表達式，從而獲得最優解，求出最合理的設計荷載和杭力水平。

2.4結構振動控制

在強震區，新建房屋或對現有建筑進行維修加固，采用各種控制技術在美、日等國已經相當普遍。房屋隔震中比較廣泛應用的是疊層橡膠支承。但橡膠材料在低溫時性能不好，需要加熱。隔震目的在于利用支承的柔性延長房屋周期，減小地震力。通常橡膠支承延長周期依靠增大垂直應力，使橡膠變軟、變細，這相應增加了不穩定性。采用摩擦支承可以使情況得到改善。可以將橡膠支承與摩擦支承聯合運用，調節它們承擔側力的比例。

2.5新材料與新結構

近10年來，新型建筑材料與結構型式得到很大發展。首先值得提出的是高性能混凝土（HPC一凡ghPer10rmaneeC石nerete）在許多國家受到日益廣泛的重視并在很多類型的工程中得到應用。HPC最初指高強混凝土HSC，由于HPC采用低水灰比，具有高密實度，目前HPC的含義還包括低透水性混凝土、抗化學侵蝕混凝土以及其它特殊性能的混凝土等。加拿大高強混凝土在橋梁和房屋建筑中運用的經驗表明HPC施工速度快，構件斷面小，自重輕，可提供更多的利用空間，從而帶來經濟效果。HPC由于低水灰比，自然增加了耐久性。HPC也有利于增強鋼筋的防腐蝕性，提高抗老化能力。HPC可做到對氯離子有較低的穿透力和低導電性，這就使鋼筋的壽命得以延長。

3、結語

結構設計是個系統的、全面的工作，設計結果直接決定建筑物的壽命和正常使用。因此，結構設計工作者和科學家不斷創新，研究更科學的設計方法，以便更好的為社會經濟發展和群眾生活服務。本文介紹了目前我國建筑結構設計所采用的基本方法，并分析了其發展趨勢。

參考文獻：

[1]林皋. 廿一世紀建筑結構設計和建造技術的發展動向[J]. 建筑結構，1999，（8）.

[2]王有為. 中國的建筑結構及發展[J]. 建筑學報， 2002， （02）.