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1、建筑结构设计经验点滴谈 - 结构理论 建筑结构设计经验点滴谈摘要：房屋建筑结构设计的基本内容包括方案设计、结构分 析、构件设计、绘制施工图这几个部分。本文对这几点进行系统的 阐述。关键词：建筑结构；结构设计；基本内容通常可以把建筑物的设计分为建筑设计、结构设计、电气设 计、给排水设计、和采暖与通风设计等。建筑结构设计，是建筑设 计的重要组成部分，它是以建筑设计的要求为基础，根据建筑工程 的实际情况，确定建筑物的结构类型和结构体系，同时进行结构分 析和评估，然后以分析结果和相关结构设计的规范为依据，进行施 工图设计。一、方案设计结构方案设计，包括结构选型、布置和主要构件尺寸的估计 和结构的初步分
2、析等。1、结构选型结构选型主要有上部结构选型和基础结构选型这两种。对结 构选型的确定必须要经过方案比较、技术经济分析，加以确定。在 结构的选型上，一般要以建筑物的功能要求、国家现行结构设计规 范的有关要求、场地土的工程地质条件、施工技术、建设工期和环 境要求等作为主要的依据。对于方案的选择，其关键就是要以先进 性、科学性、可实施性、经济性这四个要素作为前提。首先， “先进性”就是指所用的材料、技术、工艺和结构都是最新最先进的，具有 国际或国内的先进标准；其次， “科学性” 就是指传力途径和结构受力 都要明确合理；再次， “可实施性” 就是指用现有的施工技术建造，因 地制宜，因地选材，从实际出发
3、，方便施工建设；最后， “经济性” 则 是指降低材料的消耗、减少劳动力的使用量以及建筑物的维护费用 等，以求最低的成本建筑高质量的工程建筑物，满足施工企业的利 润要求。不管采用哪一种结构体系，都要以工程建筑物的用途、施 工条件高度和经济指标等作为重要的依据，然后再经过方案比较后 讨论确定下来。通常情况下，是按照砌体结构、框架结构、框架 剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构的顺序来考虑结构体系的选择。2、结构的初步分析结构的初步分析是结构方案设计中的一项重要内容。建筑物 的初步设计需要把建筑结构、给排水、电气暖通等各专业设计结合 起来，实现各专业之间的相互合作、相互制约，直至最后达成一致 并形成初步
4、设计文件，才能进入施工图设计阶段。在方案设计阶段， 要求建筑师对楼板的厚度、梁柱的截面尺寸进行预估，确定层高、 门窗洞口的尺寸。而同时也要求结构工程师对初步评估所确定的结 构体系，进行预测，评估所选的结构体系在各种作用下的反映，以 便评价所选的结构体系是否合理。二、结构分析1、计算模型 结构分析是结构设计的重要内容之一，主要是计算出结构在 各种作用下的效应。分析结果要求能够解释和评估真实结构在预设 作用下的效应。结构分析是否科学合理直接影响到结构的安全性、 经济性和实用性。计算模型的确定是结构分析的核心环节，它包括 合理选择计算简图和计算理论，这是结构分析的重点和难点。事实上，无论是哪种分析模
5、型，都不可能全精确地描述真实 结构，实际上都只是要求对实际结构在一定程度上的近似。一般情 况下，建立结构分析模型时，都会做一些假定。如：假定结构材料 是均质连续的，这种假设对结构的宏观力学性能不会引起显著的误 差；只有主要结构构件参与整体性能的效应。这个假定忽略了次要 构件和非结构构件对结构性能的影响；可忽赂的刚度。即忽赂结构 中作用较小的刚度。该假定的采用需要根据构件在结构整体性能中 应发挥的作用来进行确定；相对较小的和影响较小的变形可以忽略。2、计算理论计算理论是建模的重要组成部分。用于建筑结构分析的计算 理论主要有线性理论和非线性理论。而其中又以线性理论最为成熟， 是我国建筑结构分析所普
6、遍采用的一种计算理论，主要用于常用结 构的承载力极限状态和正常使用极限状态的结构分折；非线性又可 以分为材料非线性和几何非线性。材料非线性是指材料、截面或构 件的本构关系，如应力应变关系、弯短曲率关系或荷载位移 关系等是非线性的。几何非线性是指由于结构变形对其内力的二阶效应使荷载效应与荷载之间呈现出非线性关系。选择结构的非线性分析还是线性分析要看工程的具体情况而 定。一般来说线性分析比较简便，在一般的结构设计中，通常使用 线性分析。但是，如果建筑结构跨度大、属于超高层，结构变形的 二阶效应就会比较大，因此，还必须运用非线性分析。3、结构分析中的数学方法建筑结构分析中所采用的数学方法主要有解析法
7、和数值法两 种。解析法通常只适用于简单的结构模型求解。如果建筑结构复杂， 大多数结构很难抽象成一个可以用连续函数表达的数学模型，而且 其边界条件也没有办法用连续函数表达，就不适宜使用这种方法了。因此，在通常情况下都需要用数值方法来求解。数值方法又 可以分为有限单元法、有限差分法、有限条法等。而目前有限单元 法是应用最为广泛的。其原理是把结构拆分为一个有限单元的组合 体，以便够解析地模拟或逼近真实结构的解域。通常情况下可以模 拟几何形状复杂的结构解域，因为，单元能够按不同的连接方式组 合在一起，而单元本身又可以有不同的几何形状。最常用的有限单 元结构分析软件有 PKPM 系列、T 阳 A 、SA
8、P 系列、ANSYS 以及 ADINA 等。4、结构的概念设计概念设计指的是在结构方案设计过程中，在已有经验的基础 上，完成结构体系的选择和布置，实现对结构特性的总体把握，保证把结构在预设的各种作用下的反应控制在预期的范围内。其主要 内容有：结构的选型、结构的平面和竖向布置、结构侧向刚度的控 制、温度作用的考虑和对策等。5、结构的总体布置科学合理的建筑结构设计即需要有合理的结构体系还需要有 完美的结构布置。因为结构布置会影响到建筑设计方案的效果，影 响到建筑的安全和功能的使用。结构的总体布置要考虑控制结构的 侧向变形、平面布置、竖向布置、缝的设置和构造等几个方面。、控制结构的侧向变形建筑的结构
9、一般都要同时承受竖向荷载、水平荷载。水平荷 载会使侧移随结构的高度增加而变大，因此，在水平荷载的作用下， 如果建筑高度超出一定的范围后，就会造成结构发生过大侧移和相 对的位移，有时甚至会严重地破坏非结构构件，所以，我们要把控 制侧向位移作为高层建筑结构设计的重点和难点来解决，一般情况 下，要以限制结构的高度和高宽比为控制手段。、平面布置平面布置的选择主要是根据建筑工程的实际情况来确定，如 果是独立的结构单元，则采用形状较为简单，而且要根据相对应、 相协调的原理，刚度和承载力分布要呈现出比较均匀的形状。此外， 根据抗震设计的要求，高层建筑单个的结构单元长度要控制在一定 的范围内，不能太长，否则在
10、发生地震时，结构的两端可能会出现 反相位的振动，这将会导致建筑被过早地破坏，同时威胁到人们的安全。、竖向布置为了避免过大的外挑和内收，结构的竖向布置应遵循形体规 则、刚度和强度沿高度均匀分布的原则，而在同一层的楼面，要设 在统一标高处以防止错层和局部夹层的情况出现。而在面对高层建 筑时，还要注意解决结构刚度和强度发生变化的情况，对于这种情 况，应逐渐变化。、缝的设置和构造建筑结构的总体布置应该要考虑到沉降、温度收缩和形体复 杂对结构带来的不利影响。可以利用沉降缝、伸缩缝或防震缝把结 构分成若干个独立单元，以消除沉降差、温度应力和形体复杂对结 构的不利影响。但如果设缝，就会对建筑的使用要求、立面
11、效果、 防水处理带来不便。因此，在设缝上必须要谨慎对待，尽量能从总 体布置上或构造上采取其他有效的措施来减少沉降、温度收缩和形 体复杂引起的问题。三、构件设计和绘制施工图构件设计主要有截面设计和节点设计两个部分。因为截面尺 寸在方案设计阶段已初步确定，构件设计阶段所做的工作是确定钢 筋的类型、放置位置和数量，因此，截面设计在混凝土结构中，也 称可以称为配筋计算。节点设计在钢结构中的使用比在截面设计中 的使用更为广泛，一般来说，节点设计也可以称为连接设计。而构 件设计主要有两个部分组成：一是计算；二是构造，两者共同组成了结构设计的主要内容，结构设计内容主要是根据计算和构造来确 定的，计算是构造的
12、基础，构造是计算的重要补充，两者是相互补 充，相互联系的。绘制施工图是设计的最后一个阶段。施工图是工程师的语言， 工程师的设计意图主要是通过施工图纸来表达，施工图纸是施工人 员进行施工的主要依据，关系到施工的质量和效率，也关系到工程 的质量和使用功能的发挥。因此，在绘制施工图纸时，必须保证图 纸的表达正确、规范、简明和美观，以便施工人员通过图纸正确的 理解设计意图，保证施工工作与设计工作相联系，保证施工的顺利 进行。四、结束语建筑结构设计是建筑设计的重要组成部分，对建筑的结构和 施工都重要影响。作为建筑设计人员，必须要对建筑结构设计的基 本内容有清楚的认识，才能顺利的完成结构设计工作，才能保证设 计方案的质量。参考文献：【1】黄东升等编著.建筑结构设计.北京市：科学出版社,2005【2】何淅淅，黄林青编著.高层建筑结构设计精编本.武汉市： 武汉理工大学出版社,2007【3】熊丹安.21 世纪土木工程类专业丛书结构构造原 理与设计(第二版)M.武汉:武汉理工大学出版社,2003.
