建筑結構設計研究

于浩

【摘 要】 建筑結構設計是建設項目進行全面規劃和具體描述實施意圖的過程.是工程建設的靈魂，是科學技術轉化為生產力的紐帶.是處理技術與經濟關鍵性環節。

【關鍵詞】 建筑結構；原則；常見問題

【Abstract】 The architectural structure design is the process of comprehensive planning and concrete description of the implementation intention of the construction project. It is the soul of engineering construction and the link between science and technology to productivity. It is a key link in processing technology and economy.

【Key words】 Building Structure；Principles；Frequently Asked Questions

1.建筑結構設計的原則

1.1 在建筑結構計算當中，選用適當的計算簡化結構計算式應當在計算簡圖的基礎上進行，否則計算簡圖選用不當則會導致結構安全的事故常常發生，所以選擇適當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的鉸結點和剛結點，但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。

1.2 選擇合適的基礎方案?；A設計應根據工程地質條件，上部結構類型與載荷分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進行綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案，設計時宜最大限度地發揮地基的潛力，必要時應進行地基變形驗算?；A設計應有詳盡的地質勘察報告，對一些缺少地質報告的建筑應進行現場查看和參考臨近建筑資料。

1.3 正確分析計算結果。在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此設計師應對程序的適用范圍、條件等進行全面了解。在計算機輔助設計時，由于結構實際情況與程序不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因而要求結構工程師在拿到電算結果時應認真分析，慎重校核，做出合理判斷。

1.4 打通關節。當結構體系中的力量傳遞不能暢通的時候，就會破壞各個構件之間的靜態平衡，要想使得結構體系永遠的保持原始的靜態或者在需要的范圍內保持，打通關節是我們不得不遵守的基礎性原則，其它的原則必須依賴于打通關節。而在建筑的結構體系中關節是無處不在的，結構工程師眼中的理想的結構體系，在理論上應該是一個整體，渾然天成的，不存在關節，依賴于這樣的理想的結構體系，任何外力的傳遞和消減可以是十分迅速的。

2. 建筑結構設計的常見問題

2.1 在當前結構設計中，構造柱經常被作為承重柱使用，構造柱作為承重柱使用后，使得構造柱提前受力，有可能會降低構造柱對砌體的拉結和約束作用，而且結構一旦遭遇地震作用時，在構造柱位置必然形成應力集中，首先破壞。這樣構造柱不但起不到其應有的作用，反而成為房屋結構中的一個薄弱的部位。另外構造柱一般生根于地圈梁中，沒有另設基礎，構造柱兼作承重柱使用后，柱底基礎的抗沖切、以及局部承壓強度必然不能滿足要求。柱底基礎一旦發生沖切或局部承壓被出現裂縫。本文建議承重大梁下的柱子應按承重柱設計。若梁上荷載和跨度都比較小時，構造柱也可布置于梁下，但此時必須按不考慮構造柱作用來驗算下墻體的局部承壓和抗彎強度。經驗算滿足，方可在梁下布置構造柱。

2.2 承重柱截面高度設計過小。一些結構設計得誤認為六度設防就是不設防，不圖受力分析方便，他們故意把柱子的截面高度設計得過小，使梁柱的線剛度比加大。把梁簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種情況多發生于六度抗震設防區。這種做法雖然易于進行結構受力分析，但卻給房屋結構埋下了隱患。因為這樣做往往會忽略了梁柱間的剛結作用，加之以柱截面的配筋都較小，結構一旦受力后，柱頂抗彎強度必然不足，從而柱子而梁底附近將會出現一條或多條水平裂縫，形成塑性餃。嚴重的是，這樣的結構一旦遭遇地震作用，即會倒塌。

3. 建筑結構設計應注意的問題

3.1 重視概念設計。

人們在實踐的基礎上，由感性認識上升到理性認識，從而形成概念，它反映了客觀事物的本質特征。概念設計是結構工程師一項不可或缺的基本功，正確的概念設計好比是選擇了一條正確的道路，是結構設計合理、安全、經濟的前提，它貫穿于工程設計的全過程。概念設計必須通過深厚的基礎理論、對結構原理和力學性質的深刻理解和長期而豐富的工程經驗積淀而成。結構工程師只有具備高水平的概念設計，才能完成高水平的設計成果。

3.2 做好與相關專業人員的溝通。

結構設計工作不能孤立獨行，需要與其他專業多溝通，多配合。因此要提高結構設計水平，不但要具備本專業的扎實的基本功，還要對相關專業有基本的了解并取得相關專業的支持和配合。涉及其他專業的技術問題，結構工程師要積極組織和參加各專業的協調會議，統一標準，達成共識，最終確定設計原則，做到透徹把握建筑意圖、充分了解設備專業的功能和需要，避免在出圖后因各專業不協調而導致的變更和返工。

3.3 正確運用計算機輔助設計。

當前，計算機輔助設計系統在建筑設計領域被廣泛應用，工程師在計算機上進行結構分析工作，用計算機輔助完成大部分的圖紙設計，因此了解計算機程序的功能、正確使用設計軟件直接影響到結構設計的水平。中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部開發的PKPM系列微機建筑工程CAD系統、廣東省建筑設計研究院和深圳市廣廈科技有限公司聯合開發的廣廈建筑結構CAD等等都是比較優秀的建筑設計軟件，涉及的內容比較全面，與AUTOCAD兼容，可操作性強。需要指出的是設計軟件都是根據國家現行規范的要求結合不同的結構體系的受力特點加以模擬簡化得來，因而設計軟件都有一個有效使用期限和合理適用范圍。隨著建筑業的發展，建筑物規模越來越大，形式也日趨復雜，使得建筑結構設計的內容增多，難度增大，這就要求設計人員了解所使用軟件的特點和適用范圍，熟悉和掌握各項參數的選取條件，真正做到計算機為人服務，為工程設計服務。

3.4 綜合考慮優化結構設計。

在結構設計中要考慮優化設計，綜合考慮各方面因素，盡量采用最為經濟和合理的方案。全面考慮各個受力構件的可能承受的各種荷載，豎向承重構件把豎向荷載傳遞到基礎上，還承受風和地震等水平荷載，以及溫度應力，這些都要考慮到，布置時要把承重構件放在有利于承受水平荷載和溫度應力的位置。要限制剪力墻的間距，確定樓板剛度滿足整體工作的要求。水平承重構件的布置，也要綜合考慮多方面因素，力爭做到傳力路徑簡短，以最快的方式將樓面上的荷載傳遞到主梁上，再由柱和剪力墻傳遞到基礎和地基。在設計地基基礎時，要根據基本理論知識，結合豐富的實際經驗，預見可能出現的各種問題，并分析出合理的解決方案。計算過程要牢記“強柱弱粱、強剪弱彎、強壓弱拉”的原則，不可隨意加大配筋量，要考慮構件的延性性能，對薄弱部位注意加強。對于鋼筋的錨固長度尤其是直線段錨固長度，要注意溫度應力的影響。平面和立面的布置，要按照均勻、對稱和規整原則進行，考慮多道防線，力爭避免出現薄弱層。結構的選型和布置及計算的整個設計過程，要綜合考慮各方面因素，并進行極限狀態的驗算，以保證結構設計的方案安全合理。

3.5 加強抗震設計的理念。

由于地震的不可預見性，我們能做到的就只有最大限度的“抗震”而不是“防震”。我國是一個地震災害發生比較頻繁的國家，我們不斷地從地震后的房屋中汲取經驗教訓，我國的《建筑設計抗震規范》也在歷次大地震后做了修編和完善，從84年版到76年版，2001年版到2008年版，再到汶川、玉樹地震后的2010年版（2010年12月1日開始實施），結構工程師在進行設計工作時嚴格按照“抗規”中的抗震設計原則和抗震設計構造的要求進行抗震設計，只有做到了有效的抗震設計才能有效的降低地震突然發生的造成的人員傷亡和財產損失。2010年發生的青海玉樹7.1級地震造成大量人員傷亡，大量砌體結構發生整體倒塌，倒塌的主要原因有建筑材料質量低劣、結構不合理、結構傳力途徑不明確和抗震構造不規范，而且大多沒有經過專業設計人員的合理設計，抗震能力極差，地震來時極易倒塌。而智利發生的里氏8.8級特大地震造成的死亡人數卻較少，原因就是智力很多公共及民用建筑都采用了抗震性能較好的鋼結構（鋼結構質量輕、強度高，具有很好的延展性，發生強烈地震時，鋼結構只會變形，而不會崩塌和斷裂）。總之，結構工程師要重視概念設計，做好與相關專業人員的溝通，正確運用計算機輔助設計，綜合優化結構設計，加強抗震設計的理念，切實保證建筑結構設計的質量。

4. 結語

結構設計是樓層建設的重要組成部分，是一項系統、全面的工作，牽扯的知識面較廣，需要扎實的理論基礎、靈活的創新思維和嚴肅認真的工作態度，更需要我們具有理論聯系實際的能力。這就要求設計師在遵循設計規范的條件下，對結構設計方案進行有效地創新和完善，從而設計出高質量的建筑作品。

參考文獻

[1] 毛俊玲. 淺談建筑結構設計問題 [J]. 山西建筑，2010 （ 32 ）.

[2] 吳建，于峰. 試論建筑結構設計的抗震措施[J]. 黑龍江科技信息，2011 （ 6 ）.

[文章編號] 1619-2737（2018）01-25-676