试论建筑结构设计

试论建筑结构设计摘要：建筑结构设计是个系统的，复杂的，全面的工作。需要扎实的理论知识，过硬的功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。作为设计人员，要掌握结构设计的全过程，不仅要保证结构设计的安全，还要善于总结工作中的经验。本文根据笔者的工作经验，对建筑结构设计时要注意的事项进行阐述。关键词：建筑；结构设计；过程；注意事项；设计理念。中图分类号：s611文献标识码：a文章编号：建筑结构设计简单的说就是用建筑结构语言来表达建筑师及其他专业工程师所要表达的东西。用平面，立面，剖面，大样，基础，墙体，柱，梁，板，楼梯等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向的和水平的各种承重构件及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递给板、梁、柱、基础。1、建筑结构的设计过程建筑结构设计的阶段大体可分为三个阶段，建筑结构方案设计阶段，建筑结构计算设计阶段，建筑结构施工图设计阶段。方案设计阶段的主要内容为：根据建筑物的重要性，建筑所在地的水文地质构造、抗震设防烈度、工程地质勘察报告、建筑场地的类别及建筑高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，底框结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。结构计算阶段的内容为：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，检修荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同情况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再进行内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值进行内力计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力和拉力等。最后，构件的计算。根据计算出的结构内力和规范对构件的要求和限制（如，轴压比，剪跨比，高跨比，裂缝和绕度等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。2、进行结构设计应注意的事项2.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题2.1.1阳角面积在整个基础底面积所占比例极小，可砍成直角或斜角。2.1.2如果底板钢筋双向双排，且在悬挑部分不变，阳角部分不必加辐射筋。2.2关于箱、筏基础底板的挑板问题，从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算上此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横格墙较密，且横格墙能与内部墙体连接时，可灵活考虑；当地下水位较高，有基础挑板，有利于解决抗浮问题，从建筑角度讲，取消挑板，可方便揉性防水做法。2.3关于梁、板的计算跨度，一般的计算手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨的1.1倍等，这些规定和概念仅适用常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不适应的。梁板结构，，简单点讲，可认为在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心线，选梁中心处的弯矩和梁厚，及梁边弯矩和板厚配筋，取二值较大者配筋。（借用台阶式独立基础变截面处的概念）柱子也可认为超大截面梁，所以梁配筋时应取柱边弯矩。削峰是正常的，不削峰才有问题。2.4基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全筹备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。2.5抗震缝应加大，经统计，按规范要求设的沉降缝在地震时有40%发生了碰撞。故应增大抗震缝间距设置。2.6关于回弹再压缩，基坑开挖时，摩擦角范围内的坑底的基底土受到约束，不反弹，，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，如独立基础，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。2.7主梁有次梁处应加附加筋（箍筋或吊筋）：一般应优先附加箍筋，附加箍筋可认为是：主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺，在次梁两侧补上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不应绝对。规范说的很清楚，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担。也就是说，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大，次梁荷载较大时，应加附加筋。当主梁高度很高，次梁截面很小、荷载很小时，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土附加箍筋能承受次梁产生的剪力时，主梁可不加附加筋。梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时，也可满足。2.8一般情况下，悬挑梁宜做成等截面，尤其出挑长度较短时。与挑板不同，挑梁的自重占总荷载的比例很小，做成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋，每个都不一样，增大施工难度。变截面梁的绕度也大于等截面梁。当然，外露的大挑梁，可适当变截面，使感官效果更好些。2.9当建筑大多数房间较小，而仅一两处房间较大时，如按大房间确定基础板厚会造成浪费，而按小房间确定则造成配筋困难，当承载力能满足要求时，可在大房间中部垫聚苯卸载，按小房间确定基础板厚。2.10关于墙柱弱梁的设计理念墙柱弱梁的概念主要是针对小震不坏，中震可修，大震不倒的设计理念提出来的。柱破坏了整个建筑物都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，因此柱破坏较梁破坏损失更大，当前，我们的经济已高速发展，设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。其一必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力（有文章研究表明约增加30%），则柱子根本不可能有这点安全筹备，在大震即会破坏，那又何谈大震不到呢？笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%，且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%。所有框架柱，不包括小截面柱，笔者建议纵筋均应大于20，且纵筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋，而支座筋则可通过调幅让其适当降低，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先产生塑性铰，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。总之，结构设计是个系统的、复杂的、全面的工作，需要扎实的理论知识，过硬的功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行，始于足下。设计人员要从一个个基本的构件算起，不仅要做到知其然，还要做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其他专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。参考文献：1、砌体结构设计。中国计划出版社。2006.82、建筑结构设计施工质量控制。中国建筑工业出版社。2006.93、楼盖结构设计原理。科学出版社。2003.124、混凝土结构设计规范(gb50010-2002)。5、建筑地基基础设计规范(gb50007-2002)。6、建筑抗震设计规范（gb50011-2001）。7、砌体结构设计规范(gb50003-2001)。8、建筑结构荷载规范（gb50009-2001）。