淺談建筑結構設計方法

[摘要]建筑結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師所要表達的東西。建筑結構語言就是結構師從建筑及其他專業(yè)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，同時，通過建筑施工實踐，提出應注意的問題。

[關鍵詞]建筑；結構設計；方法

[作者簡介]顏興強，佛山市南海城鄉(xiāng)建筑設計有限公司結構工程師，研究方向：建筑結構設計，佛山南海，5282020

[中圈分類號]TU318[文獻標識碼]A[文章編號]1007—7723(2009)05-0121-0002

結構設計的階段大體可以分為三個階段：結構方案階段、結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內(nèi)容為：根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設防烈度，工程地質(zhì)勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數(shù)來確定建筑的結構形式(例如，磚混結構、框架結構、框剪結構、剪力墻結構、簡體結構、混合結構等以及由這些結構來組合而成的結構形式)。確定了結構的形式之后就要根據(jù)不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。

一、結構設計的基本方法

(一)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(qū)時(建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外)，根據(jù)建筑抗震設計規(guī)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(guī)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。

(二)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(guī)整、板跨度較大、屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)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120ram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(實踐證明此方法便于施工人員正確理解圖紙)。正確繪圖和設計的關鍵是設計人員真正的心知肚明，結構設計者必須要具備一定的空問概念，正確理解建筑圖紙和意圖。設計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高，應結合門窗頂設置圈梁來降低墻的計算高度。

(三)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(yè)協(xié)調(diào)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。

(四)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(tǒng)一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內(nèi)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。

(五)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(diào)整基礎寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時也要調(diào)整基礎的寬度(因軟件計算的是墻下的平均軸力)?；A圖中的構造柱，當定位不明確時應給予準確定位。

二、結構設計應注意的問題

(一)關于箱、筏基礎底板挑板的陽角問題

1陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。

2如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。

(二)關于箱、筏基礎底板的挑板問題

1從結構角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節(jié)約。

2出挑板后，能降低基底附加應力。當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可以采用天然地基。必要時可加較大跨度的周圈窗井。

3能降低整體沉降。當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜

4窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板，雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對，當有數(shù)層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時，可靈活考慮。

(三)關于梁、板的計算跨度

一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結構設計，在應用廣泛的寬扁梁中是不合適的。梁板結構，簡單點講，可認為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統(tǒng)一認為是一變截面板。在扁梁結構中，梁高比板厚大不了多少時，應將計算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋(借用臺階式獨立基礎變截面處的概念)。柱子也可認為是超大截面梁，所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。

(四)關于縱筋搭接問題

縱筋搭接長度為若干倍鋼筋直徑d，一般情況下，d取鋼筋直徑的較小值。這有個前提，即大直徑鋼筋強度并未充分利用。否則，應取鋼筋直徑的較大值。

如框架結構頂層的柱子縱筋有時比下層大，d應取較大的鋼筋直徑，甚至縱筋應向下延伸一層。其實，兩根鋼筋放一起，用鐵絲捆一下，能起多大作用，還削弱了鋼筋與混凝土的握裹力。所以，鋼筋如有可能盡量采用機械連接或焊接。

(五)關于柱子的問題

柱子造價在框架結構中是很小的，而在抗震時起的作用是決定性的。經(jīng)實驗，考慮空間作用時，柱子縱筋加大至計算值的2．5倍左右才可保證塑性鉸不出現(xiàn)在柱子上?？刹话从嬎闩浣?，大幅度增加縱筋，同時增大箍筋。

(六)關于抗震縫的問題

抗震縫應加大，經(jīng)統(tǒng)計，按規(guī)范要求設的防震縫在地震時有40％發(fā)生了碰撞。故應增大抗震縫間距。

(七)關于回彈再壓縮

基坑開挖時，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，如獨立基礎，回彈可以忽略。在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束。如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當作安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。

三、結語

結構設計是個系統(tǒng)的、全面的工作，需要扎實的理論知識功底、靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。千里之行始于足下。設計人員要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其他專業(yè)來進行設計。在工作中應事無巨細，善于反思和總結工作中的經(jīng)驗和教訓。