结构设计要点及规范+吴俊龙

结构设计要点及规范

吴俊龙

在项目决策阶段结束以后，进入项目的实施阶段，项目实施阶段的第一步是设计准备阶段，主要任务是编制设计任务书，然后进入设计阶段，主要内容包括初步设计、技术设计、施工图设计。设计方的项目管理主要服务于项目的整体利益和设计方本身的利益，包括：成本目标、设计的进度目标、设计的质量目标以及项目的投资目标。作为身处其中的结构设计师，我们扮演了很重要的角色，同时也受益良多。

1、结构设计条件的梳理：

1.1熟悉建筑图纸

在建筑方案设计阶段，建筑设计师首先画建筑物的主要平面图、立面图以及剖面图。结构工程师要通过这些图纸全面掌握拟建建筑物的结构要素，包括：建筑抗震等级、高度、最大跨度、平面规则性等。

1.2掌握外部环境条件

世界上没有两栋完全一样的房子，即使地上建筑设计完全一样，地下部分也不尽相同，拟建建筑物的外部条件对结构设计也会产生极大的影响。其中主要包括结构设计的几个要点，如：地震荷载、风荷载、地质条件、水文条件、耐久性等。地震荷载主要是根基地区选择抗震设防烈度，风荷载主要是根据建筑物的高度和地区选择基本风压，地质条件主要是地基承载能力和土体的稳定性，水文条件主要包括是否存在暗河以及地下水位，耐久性的影响因素主要包括高温、侵蚀性气体、地下水和土壤对建筑物的腐蚀性等。

2、结构选择和构件布置

2.1结构选型

建筑物的基础类型大致包括：独立基础、条形基础、筏板基础、箱型基础、桩基础、砖基础等。基础的选型时根据不同的荷载需求以及地基承载能力，选择能可靠传递荷载并控制建筑物沉降变形的基础形式。基础的选型对结构设计经济性控制起着至关重要的作用，尤其对于地基条件较为复杂的情况。要从成本控制方面选择经济型且符合建筑物上部结构承载力要求的基础。建筑物的上部结构体系主要包括：砌体结构、框架结构、框架-剪力墙结构以及筒体结构等。各种结构体系都有其自身的力学性能和适用范围。针对不同的荷载需求，选择合适的结构体系。

2.2构件布置

结构体系确定以后，构件材料也基本确定完成，同种非结构构件材料也应会同业主进行认定。构件布置主要内容包括确定构件的类型、截面尺寸以及布置位置，从而在PKPM软件里面建模。PKPM建模要求每一处的构件布置都协调好建筑的需求以及结构自身刚度的需求。截面尺寸的准确预估，布置位置的合理性，可以避免后续模型的大量反复的调整。

3、计算分析及指标控制

3.1准确建模及参数设定

目前，主体结构的计算分析主要采用PKPM软件，这是一款中国建筑科学研究院开发的结构计算辅助软件。准确的用PKPM建模是做好结构设计的前提。用

PKPM建模主要从截面尺寸、材料的强度、荷载的选择以及边界条件等方面进行控制。截面尺寸和材料强度必须与施工图完全一致。对于荷载来说，恒荷载应确保精确，活荷载应充分考虑建筑物使用阶段可能出现的荷载情况，地震和风荷载应该遵守规范要求选择修正系数，进行必要的修正。梁柱节点的刚性假定也是至关重要的一步，构件支座约束情况等便捷条件的设定应该充分体现实际的力学响应。PKPM软件设计参数主要包括：总信息、计算控制信息、荷载信息、设计配件信息等几大类。要充分理解每个参数的意义，掌握其对分析设计的影响，并且结合规范条文、PKPM使用手册以及自己的设计经验。其中主要的参数包括：楼板的刚性假定、箍筋间距、考虑双向地震作用、梁柱重叠部分刚域、柱配筋计算原则、抗震等级信息。这些参数对分析结构结果的重要指标及配筋控制起着重大的作用。

3.2补充计算

绝大多数的结构构件都能通过软件的整体分析完成设计，但是对于特殊构件或者节点，例如弧形梁、复杂的转换构件、重要的连接节点等需要借助于其他计算程序或者人工进行补充计算设计。目前，同我国规范结合比较好且应用较为普遍的结构分析软件有《3D3S》、《MIDAS》、《ETABS》;复杂节点应力分析、非线性分析一般采用通用有限元分析程序。如《ANSYS》、《ABAQUS》。对于特殊构件及复杂节点，结构设计者必须充分掌握其应力应变状态、承载力水平，在构造设计中才能做到有的放矢。

3.3指标控制

分析结构的各项指标控制实质是对结构设计经济、安全性的量化控制。重要的控制指标有：“刚度比”、“轴压比”、“位移比”、“周期比”、“刚重比”、

“抗剪承载力比”、“倾覆力矩百分比”、“剪重比”、“位移角”、“配筋率”、“有效质量系数”等。准确理解这些指标的概念、控制意义以及影响因素十分重要。只有理解了这些，才能有目的地进行结构布置的调整从而控制好各项指标，使拟建建筑的结构获得必要的强度与合理的刚度。

4、规范分析

我国建筑工程结构设计主要采用的标准规范有：《建筑抗震设防分类标准》、《建筑结构荷载规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《刚结构设计规范》、《砌体结构设计规范》、《高层民用建筑钢结构技术规范》、《工程结构可靠性设计统一标准》等。这些规范主要从“布置规定”、“材料选择”、“荷载计算”、“分析原则”、“计算控制”、“构造要求”等几部分构架了完整的结构设计规定，全面系统地制定了建筑工程结构设计的规则。我国的规范标准按等级可分为国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。相互之间的应满足：下一级标准必须遵守上一级标准，下一级标准的规定不得宽于上一级标准，但是可以严于上一级标准。由此可知，在运用下一级规范时我们需要掌握严于上一级的条文，另外就是结合行业或者当地实情细化的、更为明确的条文。规范条文按属性分为强制性条文和推荐性条文。强制性条文通常采用“应”提出遵守要求，对于黑体字着重提出的是强制性要求遵守的;推荐性条文通常采用“宜”提出遵守建议。总之，规范条文是最低的设计要求，通常情况都应该遵守采纳。

5、结语

结构设计师一定要理解配合施工的重要性，优秀的结构工程师一定是喜欢跑工地的，因为结构专业负责建筑安全，施工过程能否贯彻设计意图是非常重要的，只有通过施工才能将结构工程师的构想变成现实。设计是施工的先导，能指导施工的进程，而施工则是设计的最佳体现。只有提高设计与施工的配合度，才能使施工的效果达到最佳状态，给施工单位及建设单位都带来良好的经济效益，为建设项目增值。