建筑结构设计三个重要环节

浅议建筑结构设计三个重要环节

摘要：本文结合多年建筑结构设计工作经验与教训，对建筑结构设计的三个重要环节中应注意的事项提出一定见解，供同行参考。

关键词：结构设计；问题；建筑结构

前言

结构选型、结构计算和结构构造是结构设计中的三个环节，结构选型是结构设计的首要环节，结构计算是结构设计的基础，结构构造是结构设计的保证，三者之间相互联系、相互独立、缺一不可。现结合多年建筑结构设计工作经验与教训，对建筑结构设计的三个重要环节中应注意的事项提出一定见解，供同行参考。

1 在结构概念设计中必须把握总体布置

一项建筑结构设计，首先应从概念出发，运用整体结构概念，进行结构选型和结构布置，结构设计是一种生产实际工作，设计前，设计人必须对建筑物使用要求、工程特点、材料供应、施工技术条件及地质地形等情况进行充分调查和研究分析，做到心中有数，力求使设计符合实际，结构设计要保证建筑物有足够的强度、刚度和稳定性；在抗震设计中，整体性好是建筑物抗震能力高低的关键，必须要使节点的承载能力大于构件的承载能力，要从构件上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化，节点的设计应遵循“强节点、强锚固”的原则。

2 结构选型与结构布置是首要环节

为了达到安全与坚固的目的，各种结构体系都是由构件按一定的规律组成的，结构型式是不能简单地计算出来的，而必须是设计出来的，合理的结构型式是塑造空间体形、构件形象、减少浪费的重要前提，因此建筑结构选型是结构设计中确定方案的重要内容，结构型式的选择是建筑结构设计的重大课题，所以必须要根据不同的地区、不同的施工条件、不同的建筑要求，在可能的条件下综合考虑、合理选用，设计建造出坚固、安全、适用、美观的工程。

结构设计，首先应对各类结构中的各种构件的受力性能、计算原理有较为清晰的概念，明确如何遵循规范进行构件设计，将各构件进行有机地组合，形成结构体系结构的选型工作，是结构设计的第一步，同时也是结构设计中最为关键的一步。它不仅关系到土建造价的多少，而且也关系到功能的好坏。

结构选型，即是要确定结构的体系、结构的形式，也就是要确定结构的方案，这是进行结构设计的首要任务。确定结构选型的主要原则有：要与建筑物的功能要求和建筑物造型相配合；要在国家或业主规定的投资额度范围内，力求经济；要与当前的施工技术水平相适应；要考虑材料的供应情况。

总之，一个好的结构方案，不但受力明确，结构新颖，安全可靠，经济合理，同时还能满足建筑要求，施工方便，及早投产，在合理确定结构型式和体系后，结构的布置就成为建筑抗震的重要问题，抗震不利的结构布置会导致严重震害。

在抗震设计中，应慎重研究结构布置的抗震问题，不同型式的

结构，在布置时应采用抗震缝分开，使成为互不影响的二个结构单元，对于常用的钢筋砼结构和砖混结构，由于强度、刚度、变形和抗震性能各不相同，如不分开，刚在地震时会产生偏心扭转等复杂的地震应力，从而导致严重震害，在地震时，建筑物主要是承受水平地震作用，此时建筑物有如一个悬臂杆件，其整体刚度是很关键的抗震性能，如果建筑物的整体刚度不够，则地震时将产生过大的变形，不但会导致主体结构的严重震害，非结构构件的门窗、隔墙、填充墙和吊顶等更会遭到严重破坏，这是抗震设计必须注意的。

3 结构计算简图的选取与结构计算结果的验证是基础

选取合理的结构计算模式，对结构设计是至关重要的，合理的计算模式是实际结构真实的力学反映，因此合理的计算模式关系到计算结果的正确性，关系到结构设计的合理性和可靠性，也关系到设计的经济性。

要使计算结果比较真实地反映实际结构的受力特性，必须使得选取的计算简图合理，结构分析有三方面的内容，即强度、变形和稳定，要使简图中结构材料的布置符合实际结构，实际结构中受力大的地方，要增加结构材料的布置，要使刚度与实际结构的刚度相符，这样才能保证计算结果中内力和变形的真实性；要使简图成为超静定次数较多的几何不变体系，确保结构的整体稳定性。结构计算简图最主要要保证力的传递连续性和位移传递的连续性，即保证刚度和强度的合理性。

结构设计时，内力计算的结果是结构设计的重要依据。但是每

个设计人员都应明白，结构的内力计算结果是和所选用的计算简图直接有关的，符合基本假定的不同计算简图会使结构的内力计算结果不完全相同。实际上计算简图是进行结构计算时用以代表实际结构的经过简化的模型，选择计算简图的原则一是要反映实际结构的工作性能；二是要便于计算。选取计算简图时，必须分清主次，抓住本质和主流，略去不重要的细节，计算简图的选择是力学计算的基础、极为重要。如果把计算简图取错了，就会出设计差错，甚至造成严重的工程质量事故。计算简图一经确定，就需采取适当的构造措施，使实际结构尽量符合简图的特点，选定符合实际结构的计算简图和在构造上采取措施保证其简图特点的实现，是一个问题的两个方面，必须统筹考虑。影响计算简图的主要因素如下：结构愈重要，简图应愈精确；初设可粗略，技术设计阶段应精确；静力计算可用较复杂的简图，动力和稳定计算可用较简略的简图；计算工具愈先进，简图可愈精确。

具体地说，在抽取计算简图时，支座形式是较为重要的，注意使支座简图必须与支座的实际构造和变形特点相符合。对于结构体系的简化而言，一般结构实际上都是空间结构，为简化计算可分解为平面结构，平面结构又可分解为基本部分和附属部分。荷载传递可分为主要途径和次要途径，以及主要变形和次要变形。

结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据，必须认真对待。选择合适的计算假定、计算简图、计算方法及计算程序，是得到正确计算结果的关键。关于结构计算问题，是每个结构

设计人员必须掌握、应该精通的基本专业技能，其重要性不言而喻，这里不再进行讨论。

合理地选取计算简图，进行结构计算后，应对计算结果的正确性进行判别，这一点非常重要，也是对计算简图合理性的一个检验，要分析计算结果的可靠性，必须了解各种结构体系的基本变形特征和动力特征，保证结构周期在一个大致的范围，调整结构刚度，使计算结果偏离不大，使水平位移特征符合结构的基本特征。如框架结构呈剪切型的变形曲线，剪力样结构呈弯曲型的变形曲线，框剪结构介于二者之间，变形曲线呈反s型。

4 结构构造设计是保证

构造设计既是结构设计的重要环节，也是计算简图比较真实地反映实际结构的受力特性的根本保证，因此其必须从概念设计入手，加强连接，保证结构有较好的整体性和足够的强度、刚度。对有抗震设防要求的结构，尚应保证结构的弹塑性和延性，对结构的关键部位和薄弱部位，应加强构造措施。每个结构设计人员都应清楚，结构构造设计是结构设计中不可缺少的关键环节，必须给予足够的重视，构造措施是通过大量的工程实践经验总结、提炼出来的，对整体结构起着非常重要的作用。抗震设计原则是小震不坏、中震可修、大震不倒，保证大震不倒是重点，解决这个问题主要靠构件延性和结构构造，支撑竖向荷载的结构构件的强度要高，各结构件的连接性要好，构造的处理要以简图、现行规范和设计经验为基础，按计算简图中要求的连接类型处理。