建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及程序的應(yīng)用

殷瑜

（七臺(tái)河市政勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江七臺(tái)河 154600）

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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及程序的應(yīng)用

殷瑜

（七臺(tái)河市政勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江七臺(tái)河 154600）

摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證結(jié)構(gòu)物的安全性、使用性和耐久性。其設(shè)計(jì)程序?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種工具，只有充分掌握計(jì)算機(jī)程序的本質(zhì)，才能使程序有助于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、建筑結(jié)構(gòu)施工圖。設(shè)計(jì)程序包括建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的選擇、程序計(jì)算結(jié)果正確性判斷、程序繪制施工圖等。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；程序；應(yīng)用

1　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的分類

1.1簡單的設(shè)計(jì)程序

主要應(yīng)用于單體構(gòu)件在已知設(shè)計(jì)內(nèi)力情況下，構(gòu)件截面的配筋計(jì)算，或用于在已知荷載作用條件下，簡單結(jié)構(gòu)（連續(xù)梁、矩形水池、擋土墻、樁基承臺(tái)等）構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算和截面配筋計(jì)算、裂縫計(jì)算、撓度計(jì)算等，有時(shí)會(huì)包含截面繪圖功能。

1.2依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范編制的專用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序

主要用于建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)的整體建模輸入、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析及組合、結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)造及繪圖。

1.3通用有限元程序

適用于各種行業(yè)（土木等）、材料及組合材料、材料特性（彈性、塑性、彈塑性等）、受力狀態(tài)（熱氣壓、壓力等）的分析。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為非專用程序，其建筑結(jié)構(gòu)物建模和數(shù)據(jù)輸入比較復(fù)雜，主要用于復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)物分析（內(nèi)力及整體控制信息）的計(jì)算復(fù)核。計(jì)算機(jī)和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件應(yīng)用非常普及，然而各種程序都有其局限性，須在充分理解程序的條件下應(yīng)用。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證結(jié)構(gòu)物的可靠性、使用性和耐久性。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種工具，只有充分掌握計(jì)算機(jī)程序的本質(zhì)，才能使程序有利于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

在建筑方案設(shè)計(jì)或建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)選型和布置是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是在特定的建筑空間中用整體概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并相應(yīng)地處理結(jié)構(gòu)與構(gòu)件、構(gòu)件與構(gòu)件的關(guān)系。合理的建筑結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置方案應(yīng)該是剛?cè)嵯酀?jì)、多道防線、安全可靠、經(jīng)濟(jì)性能良好的。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從分析建筑的空間組成得到建筑結(jié)構(gòu)具體的整體形式，即所給定的形式代表一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，按整個(gè)結(jié)構(gòu)分析確定結(jié)構(gòu)的總荷載（作用）和抵抗能力。包括：第一，總荷載作用下的地基承載能力、豎向支承結(jié)構(gòu)的承載能力。第二，結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的抗傾覆能力、抗滑移能力。第三，整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度沿豎向的變化、平面抗側(cè)移構(gòu)件布置的規(guī)則性。

2.2結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

第一，結(jié)構(gòu)的計(jì)算。實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的簡化和實(shí)際作用荷載（外荷載、地震作用、風(fēng)荷載、溫度效應(yīng)等）計(jì)算簡化。實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的簡化包括：結(jié)構(gòu)空間的計(jì)算體系簡化、支座條件的簡化、構(gòu)件間連接的節(jié)點(diǎn)簡化、受力構(gòu)件的構(gòu)件特性簡化。采用的計(jì)算方法不同，所選取的計(jì)算簡圖會(huì)有所不同。第二，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算。根據(jù)結(jié)構(gòu)物材料可采用彈性計(jì)算方法、塑性計(jì)算方法或彈塑性計(jì)算方法。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的內(nèi)力分析一般情況下選用彈性計(jì)算方法。結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計(jì)算按不同的計(jì)算假定，可采用平面計(jì)算方法和空間計(jì)算方法等。第三，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力組合不同的作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響也不同，通過按規(guī)范設(shè)定不同的荷載系數(shù)及效應(yīng)組合系數(shù)，反映各項(xiàng)作用的影響。有些特殊的結(jié)構(gòu)物需按實(shí)際結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)分析，設(shè)定各種系數(shù)。第四，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算和驗(yàn)算由結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，得到結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖，按各構(gòu)件截面的內(nèi)力計(jì)算設(shè)計(jì)構(gòu)件，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用性。

3　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序?yàn)閷Ｓ玫脑O(shè)計(jì)程序。程序作用是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，并繪制施工圖。

3.1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的選擇

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序按不同使用目的有不同的選擇。對(duì)于一般建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通常選擇專用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)計(jì)算的不同假定，可分為平面結(jié)構(gòu)（平面框架、平面排架、平面剛架、連續(xù)梁、桁架等）計(jì)算、空間結(jié)構(gòu)計(jì)算（三維空間桿件、空間有限元計(jì)算等）。按結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、程序的計(jì)算假定及技術(shù)條件，合理選用結(jié)構(gòu)計(jì)算程序，以達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需結(jié)果。在運(yùn)用程序進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況選擇計(jì)算程序，調(diào)整簡化計(jì)算模型并設(shè)置應(yīng)用程序中的各項(xiàng)參數(shù)，使其最大限度地反映實(shí)際工程情況，盡量使程序模擬計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)構(gòu)模型相一致。

3.2程序計(jì)算結(jié)果正確性的判斷

程序的設(shè)置參數(shù)過程不應(yīng)該只是應(yīng)用程序，而應(yīng)有更進(jìn)一步思考。因此，必須充分了解軟件對(duì)各種計(jì)算模型的假定條件，使用者才能按實(shí)際情況選用不同的計(jì)算模型得到正確的、合乎邏輯的結(jié)果。因此，有些構(gòu)件和參數(shù)的設(shè)定需要使用者按規(guī)范從實(shí)際受力情況確定。這樣才能使計(jì)算機(jī)的實(shí)用性和便利性在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)出來。

在建筑特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，計(jì)算結(jié)果容易出現(xiàn)問題。由于結(jié)構(gòu)計(jì)算需要作一些簡化，或由于概念設(shè)計(jì)要求，有些計(jì)算結(jié)果需要修正和補(bǔ)充。如果結(jié)構(gòu)計(jì)算輸入數(shù)據(jù)多，也難免出錯(cuò)。這些都要求在使用程序時(shí)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢查、分析和判斷，不能盲目地、不加分析地使用輸出數(shù)據(jù)。例如對(duì)于周期和振型，要用經(jīng)驗(yàn)公式作估算比較，如果有較大差異，可能是計(jì)算出錯(cuò)導(dǎo)致結(jié)果不正確，也可能是原定的結(jié)構(gòu)不恰當(dāng)（如柱墻剛度太小等），要修改設(shè)計(jì)（修改輸入數(shù)據(jù)）。計(jì)算只是設(shè)計(jì)的一部分，在計(jì)算機(jī)和計(jì)算程序相當(dāng)發(fā)達(dá)的今天，要避免過分依賴計(jì)算機(jī)而忽視結(jié)果分析、概念設(shè)計(jì)等傾向。

計(jì)算結(jié)果的正確性，直接影響建筑結(jié)構(gòu)物的安全性和建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。雖然在設(shè)計(jì)初步階段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，但高層建筑結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)的受力復(fù)雜，計(jì)算機(jī)計(jì)算后數(shù)據(jù)輸出量大，必須對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，判斷計(jì)算結(jié)果的合理性和正確性。從結(jié)構(gòu)的自振周期比、振型曲線、地震作用大小、水平位移比特征、對(duì)稱性及合理性等主要方面進(jìn)行分析。

3.3程序繪制施工圖

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是為建筑物施工提供建筑結(jié)構(gòu)施工圖。程序繪制施工圖按計(jì)算的結(jié)果、設(shè)計(jì)規(guī)范和建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造繪制施工圖。但對(duì)于獨(dú)特的建筑物，有其不同的構(gòu)造，程序不可能完全代替人腦的思考。結(jié)構(gòu)計(jì)算分析得到的是構(gòu)件截面配筋量，繪制建筑結(jié)構(gòu)施工圖還需要具體配筋和構(gòu)造。程序繪制建筑結(jié)構(gòu)施工圖，必須注意以下問題：第一，滿足建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模式的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施（如構(gòu)件間連接等）。第二，次要構(gòu)件或附加件與主構(gòu)件的連接。第三，不通過計(jì)算分析的構(gòu)造（如樓板角邊配筋、柱梁箍筋直徑和間距）等。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱茂存.高層建筑結(jié)構(gòu)施工［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］姬慧.房屋建筑學(xué)［M］.北京：中國電力出版社，2013.

Application of building structure design and procedures

YIN Yu
(Qitaihe Municipal Survey and Design Institute,Qitaihe 154600,China)

Abstract:The building structure design must ensure its safety,utilization and durability.The design procedure provides a tool for building structure design,only by fully grasping the nature of the computer program can make procedure helpful to building structure design.Structure design includes conceptual design,design calculation and building structure drawings.Design procedure includes the choice of building structure design,validity judgement of program calculation results and procedure construction drawings.

Key words:Building structure;Design;Procedure;Application

中圖分類號(hào)：TU323

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-8646（2016）08-0046-02

收稿日期：2016-01-12

作者簡介：殷瑜（1989-），女，黑龍江七臺(tái)河人，助理工程師，主要從事土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。