淺談對于建筑結(jié)構(gòu)設計的幾點認識

摘要：結(jié)構(gòu)設計簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達建筑師及其它專業(yè)工程師所要實現(xiàn)的東西。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設計 荷載 應用

適用、安全、經(jīng)濟、美觀、便于施工是進行建筑結(jié)構(gòu)設計的原則。這五個方面各有所重，又互為矛盾，一個優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)設計往往是這五個方面的最佳結(jié)合。往往設計人員注意到適用、安全、經(jīng)濟、美觀，而忽略了便于施工。 有時設計人員為圖方便，用偏于安全的簡化方法計算，雖然既省事又保證安全，卻增加了造價。結(jié)構(gòu)設計一般在建筑設計之后，“受制”于建筑設計，但又“反制” 建筑設計。結(jié)構(gòu)設計不能破壞建筑設計，建筑設計不能超出結(jié)構(gòu)設計的能力范圍。結(jié)構(gòu)設計決定建筑設計能否實現(xiàn)，在這個意義上，結(jié)構(gòu)設計顯得更為重要。但一棟標志性建筑建成后，往往建筑師便成為了人們心目中的建造者，為了實現(xiàn)該建筑設計而付出辛勤勞動一絲不茍的結(jié)構(gòu)師并不為人們所知。但無論如何，設計一個適用、安全、經(jīng)濟、美觀、便于施工的結(jié)構(gòu)設計方案是結(jié)構(gòu)設計人員的責任。

一、結(jié)構(gòu)設計的概念及內(nèi)容

結(jié)構(gòu)設計簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達建筑師及其它專業(yè)工程師所要實現(xiàn)的東西。結(jié)構(gòu)語言就是結(jié)構(gòu)師從建筑及其它專業(yè)圖紙中所提煉簡化出來的結(jié)構(gòu)元素。包括基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等等。然后用這些結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物或構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)設計的內(nèi)容可分為：基礎(chǔ)的設計，上部結(jié)構(gòu)的設計和細部設計。

二、結(jié)構(gòu)設計的階段

結(jié)構(gòu)設計的階段大體可以分為三個階段，結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式（例如，磚混結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)等等以及由這些結(jié)構(gòu)來組合而成的結(jié)構(gòu)形式）。確定了結(jié)構(gòu)的形式之后就要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)計算階段的內(nèi)容為：

1.荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內(nèi)部荷載（例如，結(jié)構(gòu)的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據(jù)荷載規(guī)范的要求和規(guī)定采用不同的組合值系數(shù)和準永久值系數(shù)等來進行不同工況下的組合計算。

2.構(gòu)件的試算。根據(jù)計算出的荷載值，構(gòu)造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構(gòu)件的截面。

3.內(nèi)力的計算。根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進行內(nèi)力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。

4.構(gòu)件的計算。根據(jù)計算出的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及規(guī)范對構(gòu)件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復核結(jié)構(gòu)試算的構(gòu)件是否符合規(guī)范規(guī)定和要求。如不滿足要求則要調(diào)整構(gòu)件的截面或布置直到滿足要求為止。

施工圖設計階段的內(nèi)容為：根據(jù)上述計算結(jié)果，來最終確定構(gòu)件布置和構(gòu)件配筋以及根據(jù)規(guī)范的要求來確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造措施。

三、各設計階段的基本方法

根據(jù)方案階段的主要內(nèi)容，其基本方法就是根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的適用范圍和特點來確定結(jié)構(gòu)應該使用的最佳結(jié)構(gòu)形式，這要看規(guī)范中對于各種結(jié)構(gòu)形式的界定和工程的具體情況而定，關(guān)鍵是清楚各種結(jié)構(gòu)形式的極限適用范圍。還要考慮合理性和經(jīng)濟性。

在結(jié)構(gòu)計算階段，就是根據(jù)方案階段確定的結(jié)構(gòu)形式和體系，依據(jù)規(guī)范上規(guī)定的具體的計算方法來進行詳細的結(jié)構(gòu)計算，規(guī)范上的方法有多種，關(guān)鍵是結(jié)合工程的實際情況來選擇合適的計算方法，以樓板為例，就有彈性計算法，塑性計算法及彈塑性計算法。所以選擇符合工程實際的計算方法是合理的結(jié)構(gòu)設計的前提，是十分重要的。

在施工圖設計階段，就是根據(jù)結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果來用結(jié)構(gòu)語言表達在圖紙上。首先表達的東西要符合結(jié)構(gòu)計算的要求，同時還要符合規(guī)范中的構(gòu)造要求，最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結(jié)構(gòu)設計人員對規(guī)范要很好的理解和把握。另外還要對施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設計出的結(jié)構(gòu)，才會是合理的結(jié)構(gòu)。

四、規(guī)范、手冊及標準圖集和計算機在具體工作中的應用

結(jié)構(gòu)設計的準則和依據(jù)就是各種規(guī)范和標準圖集。在進行不同結(jié)構(gòu)形式的設計時必須要緊扣不同的規(guī)范，但這些規(guī)范又都是相互聯(lián)系密不可分的。在不同的工程中往往會使用多種規(guī)范，在一個工程確定了結(jié)構(gòu)形式后，首先要根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》來確定建筑的可靠度和重要性；然后再根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，《建筑抗震設防分類標準》《建筑抗震設計規(guī)范》確定建筑在抗震設防方面的規(guī)定和要求，在荷載的取值時要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來確定，這是建筑總體需要運用的規(guī)范。在工程的具體設計方面，涉及到砌體部分的要遵循《砌體結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的規(guī)定；涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》的規(guī)定；涉及到鋼筋部分的要遵循《鋼筋焊接及驗收規(guī)程》和《鋼筋機械連接通用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定；在基礎(chǔ)部分的設計時需要遵循的是《建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》的規(guī)定。最后在結(jié)構(gòu)繪圖時則要符合《建筑結(jié)構(gòu)制圖標準》的要求。

在各種結(jié)構(gòu)設計手冊中，給出了該結(jié)構(gòu)形式設計的原理，方法，一般規(guī)定和計算的算例以及用來直接選用的各種表格。這對于深刻理解和具體設計各種結(jié)構(gòu)形式具有良好的指導作用。推薦最好能參照設計手冊來手算典型的結(jié)構(gòu)形式。

標準圖集是依據(jù)規(guī)范來制定的國家和省市地方統(tǒng)一的設計標準和施工做法構(gòu)造。不同的結(jié)構(gòu)形式有不同的標準圖集。設計中常用的有，結(jié)構(gòu)繪圖時采用：平法制圖（03G101-1），砌體中的鋼筋混凝土過梁采用：過梁（L03G303），磚混結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造詳圖采用：L03G313，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造詳圖采用：L03G323，地溝及蓋板采用：02J331。需要說明的是，在選用標準圖集時一定要根據(jù)具體工程的實際情況來酌情選用，必要時應說明選用的頁號和圖集號，不可盲目采用。

計算機在結(jié)構(gòu)設計設計中起著極其重要的作用，現(xiàn)在工程中已經(jīng)很少用手來繪制施工圖，絕大部分的圖紙是靠計算機來完成的。這就需要設計者要精通設計軟件和軟件的計算原理?，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)設計中用到的軟件種類很多，其中以中國建筑科學研究院的PKPM最為普及，當然還有很多應用CAD，天正，廣夏結(jié)構(gòu)等等。

總之，結(jié)構(gòu)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(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來進行設計。