結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則及重要部位的處理

摘要：建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的兩個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。而二者之間又存在著相互協(xié)調(diào)、互相制約的關(guān)系。特別是在高層建筑設(shè)計(jì)中，由于結(jié)構(gòu)是以水平荷載為主要控制荷載，故結(jié)構(gòu)體系的選型和結(jié)構(gòu)布置要考慮最有利于抗震和抗風(fēng)的要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸還要滿足剛度和版性的要求。這樣便對(duì)建筑設(shè)計(jì)形成了一定的約束和限制，使建筑與結(jié)構(gòu)二者相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。二者還應(yīng)不斷地相互配合，彼此滲透，這樣才能設(shè)計(jì)出真正滿意的建筑。本文針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則與部分關(guān)鍵部位的處理做以闡述。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；原則；處理

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

1.1 剛?cè)嵯酀?jì)

合理的建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)的。結(jié)構(gòu)太剛則變形能力差，強(qiáng)大的破壞力瞬間襲來(lái)時(shí)，需要承受的力很大，容易造成局部受損最后全部毀壞；而太柔的結(jié)構(gòu)雖然可以很好的消減外力，但容易造成變形過(guò)大而無(wú)法使用甚至全體傾覆。

1.2 多道防線

安全的結(jié)構(gòu)體系是層層設(shè)防的，災(zāi)難來(lái)臨，所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)都在通力合作，前仆后繼。這時(shí)候，如果把“生存”的希望全部寄托在某個(gè)單一的構(gòu)件上，是非常非常危險(xiǎn)的。多肢墻比單片墻好，框架剪力墻比純框架好等等，就是體現(xiàn)了多道防線的設(shè)計(jì)思路。

1.3 抓大放小

“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要的概念。在建筑結(jié)構(gòu)中，柱倒了，梁會(huì)跟著倒；而梁倒了，柱還可以不倒的。可見(jiàn)柱承擔(dān)的責(zé)任比梁大，柱不能先倒。所以關(guān)鍵時(shí)刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。

1.4 打通關(guān)節(jié)

在結(jié)構(gòu)體系中，所謂關(guān)節(jié)，是指變化相聚之處，或變化出現(xiàn)的地方。不同類(lèi)型的構(gòu)件相接處，同一構(gòu)件截面改變之處，是關(guān)節(jié)。廣義上，諸如結(jié)構(gòu)錯(cuò)層之處，體量改變之處，轉(zhuǎn)換層亦是關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)無(wú)處不在，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系乃是變化的統(tǒng)一。外力突然襲來(lái)之時(shí)，對(duì)于單一的構(gòu)件，力量的傳遞簡(jiǎn)明，因而容易控制。對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，關(guān)節(jié)的復(fù)雜性難于預(yù)測(cè)和控制，即使從理論上保證了每個(gè)組成構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，但因關(guān)節(jié)的普遍存在，力量的傳遞往往不能暢通而出現(xiàn)集中甚至中斷，破壞由此而發(fā)生。

在設(shè)計(jì)的四項(xiàng)基本原則中，“剛?cè)嵯酀?jì)”，“多道防線”，“抓大放小”是設(shè)計(jì)概念中的戰(zhàn)略問(wèn)題，但要想得讓這些戰(zhàn)略思想得以實(shí)現(xiàn)，靠的是“打通關(guān)節(jié)”這個(gè)原則作為保證的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體操作，最后全都?xì)w到“打通關(guān)節(jié)”的貫徹和實(shí)施上來(lái)。

如何打通關(guān)節(jié)？在設(shè)計(jì)概念里，要解決的是外力在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)重分配的問(wèn)題，要確保力量是按照各構(gòu)件的剛度大小進(jìn)行分配的，避免出現(xiàn)不合理的集中，最終達(dá)致靜態(tài)的平衡。因結(jié)構(gòu)形體為“靜”，滅于“動(dòng)”中。所有“動(dòng)”的因素對(duì)于結(jié)構(gòu)均為不利。打通關(guān)節(jié)保持平衡的目的其實(shí)就是使其永遠(yuǎn)處于原始的靜態(tài)，當(dāng)力量不能暢通時(shí)，構(gòu)件與構(gòu)件之間，構(gòu)件的組成元素與元素之間的靜態(tài)平衡一旦被破壞，結(jié)構(gòu)變成機(jī)動(dòng)，“動(dòng)”即是死，即為終結(jié)?？梢?jiàn)設(shè)計(jì)者是協(xié)調(diào)者，其任務(wù)是讓所有互不相關(guān)的靜態(tài)構(gòu)件相聚之后依然處于靜態(tài)（也就是使其保持常態(tài)），或者是處在相對(duì)的靜態(tài)之中。

2 重要部位設(shè)計(jì)的處理

2.1 關(guān)于梁筏基礎(chǔ)板筋位置

彈性梁筏基礎(chǔ)，由于考慮水浮力下底板所受向上的反向力，設(shè)計(jì)人員會(huì)要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有時(shí)較多甚至配置雙排筋，再加上梁箍筋則施工中引起板筋的彎折相當(dāng)困難，遇到人防工程則更難施工。從受力傳遞過(guò)程來(lái)說(shuō)，板筋設(shè)置必須準(zhǔn)確，但考慮施工困難及相應(yīng)板保護(hù)層的損失，可以作適當(dāng)放松，底板面筋的一半鋼筋經(jīng)斜折后放置在支承基礎(chǔ)梁主筋下面，伸入梁內(nèi)不小于15d，這是合理的。

2.2 關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念

強(qiáng)柱弱梁的概念主要是針對(duì)小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)而提出的。柱破壞了建筑物整個(gè)都會(huì)傾覆，而梁破壞則僅是某個(gè)區(qū)域失效，因此柱較之梁破壞的損害更大，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中一定要將這一概念設(shè)計(jì)貫徹下去。其一必須嚴(yán)格控制柱軸壓比，軸壓比在任何情況下均不宜超過(guò)0.9%，且我們對(duì)柱斷面及配筋設(shè)置時(shí)應(yīng)分部位處理，建議邊柱，角柱應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，特別是角柱，建議應(yīng)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，建議縱筋均應(yīng)大于20，且柱筋品種不宜過(guò)多，矩形截面柱盡可能對(duì)稱配筋。而對(duì)梁配筋則建議應(yīng)配足梁中部筋，而支座筋則可通過(guò)調(diào)幅讓其適當(dāng)降低，以使地震作用下能形成梁鉸機(jī)制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產(chǎn)生塑性鉸，保證柱端的實(shí)際受彎承載力大于梁端的實(shí)際受彎承載力。

2.3 關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)問(wèn)題

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有幾個(gè)問(wèn)題值得我們重視，處理不當(dāng)經(jīng)常會(huì)成為薄弱點(diǎn)，這也是抗震審查中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。其一是對(duì)普通長(zhǎng)墻的界定，高規(guī)JGJ3-2002第7.1.2條中規(guī)定一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻，短肢剪力墻是指截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。這就給我們帶來(lái)一個(gè)困惑，高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻受力特性截然不同，由此而引起的配筋亦相差甚遠(yuǎn)。因此在布置長(zhǎng)墻時(shí)建議控制高厚比大于9，這樣就與短肢剪力墻有所區(qū)分而不會(huì)混淆。其二是關(guān)于小墻肢JGJ3-2002第7.2.5條規(guī)定矩形截面獨(dú)立墻肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因?yàn)楫?dāng)墻肢高厚比較小時(shí)受力特性是脆性破壞，屬抗震不利構(gòu)件。因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免次類(lèi)構(gòu)件的出現(xiàn)，特別是高厚比小于3的小墻肢應(yīng)不出現(xiàn)，如出現(xiàn)建議一種是按構(gòu)造柱考慮，不作為抗側(cè)力構(gòu)件，否則應(yīng)按框架柱設(shè)計(jì)，盡量降低軸壓比，加強(qiáng)配筋。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1 拿到作業(yè)圖不要盲目建模計(jì)算。先進(jìn)行全面分析，與建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行勾通，充分了解工程的各種情況（功能、選型等）。

3.2 建模計(jì)算前的前處理要做好。比方荷載的計(jì)算要準(zhǔn)確，不能估計(jì)。要完全根據(jù)建筑做法或使用要求來(lái)輸入。

3.3 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候，要了解每個(gè)參數(shù)的意義，不要盲目修改參數(shù)，修改時(shí)要有依據(jù)。

3.4 在計(jì)算中，要充分考慮在滿足技術(shù)條件下的經(jīng)濟(jì)性。不能隨意加大配筋量或加大構(gòu)件的截面。這一點(diǎn)要作為我們的設(shè)計(jì)理念之一來(lái)重視。

3.5 梁、柱、板等電算結(jié)束后要進(jìn)行大量的調(diào)整和修改，這都要有依據(jù)可循（可根據(jù)驗(yàn)算簡(jiǎn)圖等資料）。 具體有以下集中修改或注意事項(xiàng)。

3.5.1 梁：梁的標(biāo)高（是否確定梁底標(biāo)高及梁上翻等問(wèn)題）;梁的支座負(fù)筋不能太疏，要人為加密；梁的跨數(shù)要核對(duì)；盡量減少鋼筋的種類(lèi)和級(jí)差（≤2級(jí)）；有雨蓬等外挑構(gòu)件處的梁要加強(qiáng)（可以將此處的箍筋加密、設(shè)置抗扭鋼筋等措施）；鋼筋在梁中的放置必須滿足凈距要求，特別是梁上部鋼筋的凈距（≥1.5d或30mm）；碰到電算結(jié)果的井字梁（有主次關(guān)系）處，要分清主次關(guān)系，在主要梁支座處標(biāo)出支座筋；擱在邊梁上的連梁等，在靠邊梁處的支座筋不宜過(guò)大，宜減小，從而減少對(duì)邊梁的扭矩；有主次梁關(guān)系，從梁截面上也有區(qū)別，次梁適當(dāng)放小。

3.5.2 柱：滿足軸壓比要求（≤0.9）；大跨度的廠房等，柱子截面宜選用長(zhǎng)方柱；構(gòu)造柱的設(shè)置（細(xì)查規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》P72）

3.5.3 板：負(fù)筋不宜選用過(guò)細(xì)的鋼筋，可以用較大直徑的鋼筋代替，可避免施工時(shí)被踩下；較大直徑鋼筋不宜過(guò)疏，否則受力不力或容易開(kāi)裂；在結(jié)構(gòu)平面圖中須注明標(biāo)高及板剖面圖；屋面板的鋼筋須全部拉通；板配筋要表達(dá)清楚，不能讓施工人員猜測(cè)；在結(jié)構(gòu)平面圖中，注明雨蓬、陽(yáng)臺(tái)、檐口等位置及尺寸，并畫(huà)出大樣。

3.5.4 基礎(chǔ)：不能將深基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)混用；基礎(chǔ)荷載計(jì)算時(shí)，千萬(wàn)別漏算荷載（包括底層墻體荷載重量等）；基礎(chǔ)（包括地梁、承臺(tái)等）的標(biāo)高要滿足上部管線的通過(guò)，一般其上預(yù)留300mm。