淺議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

王曉英 史海波

摘要：建筑是技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合，它是在一定科學(xué)和技術(shù)的條件下，人類智慧的結(jié)晶。每個時期的建筑都能體現(xiàn)當(dāng)時的科技水平，另一方面建筑又背負(fù)著很大的社會、歷史、民族責(zé)任。尤其是在經(jīng)濟(jì)、政治、文化日益全球化的今天，在全球范圍內(nèi)普遍開始重視地區(qū)建筑的研究和創(chuàng)新。如何提高建筑設(shè)計水平已成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的首要任務(wù)之一。本人認(rèn)為要想提高設(shè)計水平，必須要對什么是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計有一個全面的了解，下面結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)就此一問題進(jìn)行簡單闡述。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計過程；注意事項(xiàng)

中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

建筑設(shè)計(Architectural Design )是指建筑物在建造之前，設(shè)計者按照建設(shè)任務(wù)，把施工過程和使用過程中所存在的或可能發(fā)生的問題，事先作好通盤的設(shè)想，擬定好解決這些問題的辦法、方案，用圖紙和文件表達(dá)出來。作為一名建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，不僅要掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程，保證設(shè)計結(jié)構(gòu)的安全，還要善于總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)。下面，本人結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及設(shè)計時要注意的事項(xiàng)進(jìn)行簡單闡述。

1建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計簡而言之就是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)建筑師及其它專業(yè)工程師所要表達(dá)的東西。用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細(xì)部等結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。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(shè)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(shè)計階段。

1.1方案階段的內(nèi)容：根據(jù)根據(jù)建筑的重要性，建筑所在地的抗震設(shè)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(diǎn)和要求來布置結(jié)構(gòu)的承重體系和受力構(gòu)件。

1.2結(jié)構(gòu)計算階段的內(nèi)容：首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風(fēng)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(zhǔn)永久值系數(shù)等來進(jìn)行不同工況下的組合計算。其次，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。再次，內(nèi)力的計算，根據(jù)確定的構(gòu)件截面和荷載值來進(jìn)行內(nèi)力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，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(fù)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。

1.3施工圖設(shè)計階段的內(nèi)容：這一階段主要通過圖紙，把設(shè)計者的意圖和全部設(shè)計結(jié)果表達(dá)出來，作為施工制作的依據(jù)，它是設(shè)計和施工工作的橋梁。這一階段主要包括：設(shè)計總說明，總平面布置及說明，各專業(yè)全項(xiàng)目的說明及室外管線圖，工程總概算；各建筑物、構(gòu)筑物的設(shè)計文件：建筑、結(jié)構(gòu)、水暖、電氣、衛(wèi)生、熱機(jī)等專業(yè)圖紙及說明，以及公用設(shè)施、工藝設(shè)計和設(shè)備安裝，非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制造詳圖、單項(xiàng)工程預(yù)算等。

2進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的事項(xiàng)

2.1關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角問題。

2.1.1陽角面積在整個基礎(chǔ)底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。

2.1.2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。

2.2關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當(dāng)?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；出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當(dāng)荷載偏心時，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認(rèn)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(yīng)按挑板計算。當(dāng)然此問題并不絕對，當(dāng)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；當(dāng)?shù)叵滤缓芨撸龌A(chǔ)挑板，有利于解決抗浮問題；從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。

2.3關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計，在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu)，簡單點(diǎn)講，可認(rèn)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(rèn)為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁高比板厚大不了多少時，應(yīng)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(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認(rèn)為是超大截面梁，所以梁配筋時應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。

2.4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(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計算沉降時，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計算。當(dāng)基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應(yīng)按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲備，這也是計算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

2.5抗震縫應(yīng)加大，經(jīng)統(tǒng)計，按規(guī)范要求設(shè)的防震縫在地震時有40%發(fā)生了碰撞。故應(yīng)增大抗震縫間距。

2.6關(guān)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(dāng)基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，如獨(dú)立基礎(chǔ)，回彈可以忽略，在計算沉降時，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計算。當(dāng)基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應(yīng)按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲備，這也是計算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

2.7主梁有次梁處加附加筋：一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認(rèn)為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補(bǔ)上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應(yīng)絕對。規(guī)范說的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時，應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當(dāng)主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對不大，主梁也可不加附加筋?？偟脑瓌t，當(dāng)主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產(chǎn)生的剪力在整個梁范圍內(nèi)是一樣，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。

2.8一般情況下，懸挑梁宜做成等截面，尤其出挑長度較短時。與挑板不同，挑梁的自重占總荷載的比例很小，作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋，每個都不一樣，加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當(dāng)然，外露的大挑梁，可適當(dāng)變截面，使感官效果好些。

2.9當(dāng)建筑大多數(shù)房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎(chǔ)板厚會造成浪費(fèi)，而按小房間確定則造成配筋困難，當(dāng)承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎(chǔ)板厚。

3 結(jié)束語

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)、全面的工作，不僅需要扎實(shí)的理論知識功底，更需要靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行，始于足下。作為一名設(shè)計人員，我們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(jìn)行設(shè)計，在工作中應(yīng)事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。