浅谈结构设计

袁野

摘要：本文作者结合多年工作实际，对什么是结构设计，如何做好结构设计的各阶段任务进行了简要探讨。

关键词：结构设计；设计阶段；设计内容

中图分类号：S611文献标识码： A

1结构设计简介

结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。可简单概括为：基础的设计、上部结构的设计和细部设计。那么这些设计内容又是怎样一步步完成的？下面结合工作实际，浅谈结构设计的阶段及具体内容。

2结构设计的阶段及内容

结构设计大体可以分为三个阶段，结构方案(选型)阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。

2.1结构方案阶段

结构型式的初步确定：依据工程经验，综合建筑方案所能提供的承重结构和抗侧力结构布置位置及结构的适用性，初步确定主要结构型式。具体步骤：

（1）明确功能要求和甲方要求。

在结构布置允许的情况下，尽量满足甲方及其他专业要求

（2）搜集必要的结构技术参数。

（3）根据建筑高度将竖向承重及抗侧体系作粗的定位。

根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

（4）根据层高净高、空间单元大小确定合理的楼盖形式。

（5）对技术经济作出初步的评定，适当考虑新技术的推广应用。

（6）再次审查结构与建筑功能有无矛盾，与其他专业协商解决。

（7）确定主要结构型式，完成此程序。

2.2结构计算阶段：

此阶段重点弄清楚四方面内容：

2.2.1正确使用计算程序

要正确使用计算程序，首先应明确几个问题：结构计算分析的基本假定、程序的选用原则、目前常用结构分析程序、正确输入信息的确定、正确分析计算结果等。

一是正确建立结构计算分析的基本假定

建筑结构是一个复杂的空间结构。它不仅平面形状多变，立面体型也各种各样，而且结构类型和结构体系各不相同，特别是高层建筑结构。一般来说，建筑结构都是一种高次超静定、多种结构构件组合在一起的三维空间结构。要进行内力和位移计算，就必须进行计算模型的简化，引入不同程度的计算假定。简化程度视所采用的计算工具，按必要和合理的原则决定。

结构分析的弹性静力假定

2）平面结构假定

3）楼板在自身平面内刚性假定

4）水平荷载按位移协调原则分配

二是合理选用结构分析程序软件

当前国内常用的建筑结构分析与设计软件主要包括以下几大类：

1）通用性的有限元分析软件。

常用的软件有：SAP2000中文版、ANSYS的软件。

2）建筑结构分析与设计软件。这一类软件针对建筑结构的特点，结合现行的国家规范，进行结构整体分析，然后进行结构和构件设计与校核，有些软件可以同时对混凝土结构、钢结构和混合结构进行分析与设计，对钢结构还能继续截面自动优化。常用的软件有：PKPM系列、ETABS中文版、TBSA、GSCZAD、TUS、3D3S、MTS等。

3）基本构件设计软件。这一类软件针对特定的常用构件来设计，包括承载力验算、挠度验算、配筋、选筋等，常用的软件有理正工具箱等。

4）施工图绘制软件。这一类软件读取其它（或自身）结构分析与设计软件的结果，来进行相应的施工图绘制，常用的软件有探索者系列、SAScad、CBCAD等。

三是正确确定输入信息

总体信息是控制全局的参数，每个程序都有所不同，应用程序时应熟读和理解其说明，且应在正确理解参数物理概念的基础上，根据所设计工程的实际情况及规范相关要求经分析后方能确定。

四是认真分析计算结果

一个复杂的结构，计算结果要经过多次反复。每次计算后都要对比结构布置图仔细进行对比，并分析计算结果，如：梁、柱、墙等主要构件的尺寸与计算书是否一致等，特别是在施工图阶段。设计人员应根据力学概念、结构知识、工程实际和设计经验，对程序有正确的理解和对输出的结果进行必要的鉴别、分析和调整，并根据其可靠性，决定能否作为设计的依据。

2.2.2荷载的计算

荷载的计算。荷载包括外部荷载和内部荷载，上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。

一是部荷载的计算：外部荷载包括：风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等

二是内部荷载的计算：

内部荷载包括：结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等

2.2.3建模计算

到了这一步，首先要确定建筑基本上不会再发生大的改变了。通常做法是先根据事先拟好的结构方案，进行一次快速建模计算，主要是检验结构选型的可行性和结构的整体稳定性，主要看结构的周期，振型，位移等主要参数是否有明显的超规现象，有没有涉及结构整体稳定性到必须修改方案设计的大问题出现。如果有，则及时进行调整。如果没有，则开始进行详细的结构计算。在这一步，一定要特别注意抗震设计和构造设计，也就是各种参数一定要合理，各种构件的截面大小尺寸一定要精确输入，特别是在程序计算过程中，有一些重要的参数要特别注意：一是结构的基本周期及周期折减。二是计算振型数及地震作用调整。三是结构整体性能控制，包括位移控制，周期控制，层刚比控制等，在这儿，如果发现某些指标稍微超规，就要采取适当的构造措施来调整，尽量避免去调整方案。四是结构构件计算，包括剪力墙和柱轴压比，剪力墙的约束边缘构件和构造边缘构件等。

2.2.4基础的合理选型和计算

基础设计一般都是一个工程中的难点、重点，它涉及土层的选择、埋深、地质报告的分析、地基处理等等:

合理确定基础形式：

1）先看清楚地质资料中对场地的评价和基础选型的建议，对场地的大致情况有一个大概的了解；如：是否发现影响基础的不利地质情况，如土洞、溶洞、软弱土、地下水情况（是否有腐蚀性）等等。

2）根据地质剖面图和各土层的物理指标对场地的地质结构、土层分布、场地稳定性、均匀性进行评价和了解。

3）粗算上部结构传下来的荷载然后和地基承载力进行比值；看当地的常规做法和经验；看当地的施工工艺和水平，确定基础形式。

4）根据基础形式，确定地基持力层、基础埋深、土层数据等。5）沉降数据分析；重点对天然地基、复合地基和桩基等进行科学计算和分析。

2.3施工图设计阶段（结构设计成果表达）

结构专业施工图设计是对初步设计的深化和完善。由于初步设计已经确定了结构的选型，此阶段的主要工作是依据相关文件及结构分析计算结果的资料对结构布置，构件尺寸进行必要的调整，对节点构造进行详细设计。必要时对结构进行补充计算。

2.3.1钢筋混凝土结构图纸构成

一是图纸目录；

二是设计总说明；

三是 设计图纸：结构施工图包括：：1）基础平面图；2）基础详图；3）结构平面图；4）钢筋混凝土构件详图；5）节点构造详图；6）其他图纸（楼梯、预埋件、水池等）。

3结论

建筑结构设计是一项内容繁多，系统的工程，结构设计的好坏直接影响建筑施工成本和建筑施工质量。因此，我们结构设计人员应满图建筑方案要求、结构布置简洁合理，结构计算过程思路清晰，选用方法合适。计算过程及采用的假定指标符合有关规范要求，表达清楚。不仅要深刻领会各种规范中的实质性内容，也要根据实际情况在设计当中灵活运用，对一些规范中规定不是很明确的问题，要多进行调查研究，绝对不能闭门造车。