建筑结构设计及程序的应用

殷瑜

（七台河市政勘察设计院，黑龙江七台河 154600）



建筑结构设计及程序的应用

殷瑜

（七台河市政勘察设计院，黑龙江七台河 154600）

摘要：建筑结构设计必须保证结构物的安全性、使用性和耐久性。其设计程序为建筑结构设计提供了一种工具，只有充分掌握计算机程序的本质，才能使程序有助于建筑结构设计。结构设计包括结构概念设计、结构的设计计算、建筑结构施工图。设计程序包括建筑结构设计程序的选择、程序计算结果正确性判断、程序绘制施工图等。

关键词：建筑结构；设计；程序；应用

1　建筑结构设计程序的分类

1.1简单的设计程序

主要应用于单体构件在已知设计内力情况下，构件截面的配筋计算，或用于在已知荷载作用条件下，简单结构（连续梁、矩形水池、挡土墙、桩基承台等）构件的内力计算和截面配筋计算、裂缝计算、挠度计算等，有时会包含截面绘图功能。

1.2依据建筑结构设计规范编制的专用建筑结构设计程序

主要用于建筑结构的整体设计，包括结构的整体建模输入、结构的内力分析及组合、结构的整体构造及绘图。

1.3通用有限元程序

适用于各种行业（土木等）、材料及组合材料、材料特性（弹性、塑性、弹塑性等）、受力状态（热气压、压力等）的分析。对于建筑结构设计为非专用程序，其建筑结构物建模和数据输入比较复杂，主要用于复杂建筑结构物分析（内力及整体控制信息）的计算复核。计算机和建筑结构设计分析软件应用非常普及，然而各种程序都有其局限性，须在充分理解程序的条件下应用。

建筑结构设计必须保证结构物的可靠性、使用性和耐久性。建筑结构设计程序为建筑结构设计提供了一种工具，只有充分掌握计算机程序的本质，才能使程序有利于建筑结构设计。

2　结构设计

2.1结构概念设计

在建筑方案设计或建筑结构设计过程中，结构选型和布置是建筑结构设计的重要环节之一。结构概念设计是在特定的建筑空间中用整体概念来完成结构总体方案的设计，并相应地处理结构与构件、构件与构件的关系。合理的建筑结构体系和结构布置方案应该是刚柔相济、多道防线、安全可靠、经济性能良好的。结构概念设计从分析建筑的空间组成得到建筑结构具体的整体形式，即所给定的形式代表一个整体结构，按整个结构分析确定结构的总荷载（作用）和抵抗能力。包括：第一，总荷载作用下的地基承载能力、竖向支承结构的承载能力。第二，结构在水平荷载作用下的抗倾覆能力、抗滑移能力。第三，整体结构的抗侧移刚度沿竖向的变化、平面抗侧移构件布置的规则性。

2.2结构的设计计算

第一，结构的计算。实际结构计算模型的简化和实际作用荷载（外荷载、地震作用、风荷载、温度效应等）计算简化。实际结构计算模型的简化包括：结构空间的计算体系简化、支座条件的简化、构件间连接的节点简化、受力构件的构件特性简化。采用的计算方法不同，所选取的计算简图会有所不同。第二，结构的内力计算。根据结构物材料可采用弹性计算方法、塑性计算方法或弹塑性计算方法。在建筑结构设计中的内力分析一般情况下选用弹性计算方法。结构内力分析计算按不同的计算假定，可采用平面计算方法和空间计算方法等。第三，结构的内力组合不同的作用对结构的影响也不同，通过按规范设定不同的荷载系数及效应组合系数，反映各项作用的影响。有些特殊的结构物需按实际结构的试验分析，设定各种系数。第四，结构构件的计算和验算由结构内力计算，得到结构内力图，按各构件截面的内力计算设计构件，验算结构构件的使用性。

3　建筑结构设计程序

建筑结构设计程序为专用的设计程序。程序作用是进行建筑结构设计分析，并绘制施工图。

3.1建筑结构设计程序的选择

建筑结构设计程序按不同使用目的有不同的选择。对于一般建筑结构设计，通常选择专用建筑结构设计程序。对于上部结构，按结构计算的不同假定，可分为平面结构（平面框架、平面排架、平面刚架、连续梁、桁架等）计算、空间结构计算（三维空间杆件、空间有限元计算等）。按结构的特点、程序的计算假定及技术条件，合理选用结构计算程序，以达到结构设计所需结果。在运用程序进行计算机辅助设计时，应按实际情况选择计算程序，调整简化计算模型并设置应用程序中的各项参数，使其最大限度地反映实际工程情况，尽量使程序模拟计算模型的计算结果与实际结构模型相一致。

3.2程序计算结果正确性的判断

程序的设置参数过程不应该只是应用程序，而应有更进一步思考。因此，必须充分了解软件对各种计算模型的假定条件，使用者才能按实际情况选用不同的计算模型得到正确的、合乎逻辑的结果。因此，有些构件和参数的设定需要使用者按规范从实际受力情况确定。这样才能使计算机的实用性和便利性在结构设计中充分体现出来。

在建筑特殊结构的设计中，计算结果容易出现问题。由于结构计算需要作一些简化，或由于概念设计要求，有些计算结果需要修正和补充。如果结构计算输入数据多，也难免出错。这些都要求在使用程序时，对计算结果进行检查、分析和判断，不能盲目地、不加分析地使用输出数据。例如对于周期和振型，要用经验公式作估算比较，如果有较大差异，可能是计算出错导致结果不正确，也可能是原定的结构不恰当（如柱墙刚度太小等），要修改设计（修改输入数据）。计算只是设计的一部分，在计算机和计算程序相当发达的今天，要避免过分依赖计算机而忽视结果分析、概念设计等倾向。

计算结果的正确性，直接影响建筑结构物的安全性和建筑结构设计的经济性。虽然在设计初步阶段进行了结构的概念设计，但高层建筑结构或空间结构的受力复杂，计算机计算后数据输出量大，必须对计算结果进行分析，判断计算结果的合理性和正确性。从结构的自振周期比、振型曲线、地震作用大小、水平位移比特征、对称性及合理性等主要方面进行分析。

3.3程序绘制施工图

建筑结构设计的目的是为建筑物施工提供建筑结构施工图。程序绘制施工图按计算的结果、设计规范和建筑结构构造绘制施工图。但对于独特的建筑物，有其不同的构造，程序不可能完全代替人脑的思考。结构计算分析得到的是构件截面配筋量，绘制建筑结构施工图还需要具体配筋和构造。程序绘制建筑结构施工图，必须注意以下问题：第一，满足建筑结构计算模式的结构构造措施（如构件间连接等）。第二，次要构件或附加件与主构件的连接。第三，不通过计算分析的构造（如楼板角边配筋、柱梁箍筋直径和间距）等。

参考文献：

［1］朱茂存.高层建筑结构施工［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］姬慧.房屋建筑学［M］.北京：中国电力出版社，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

中图分类号：TU323

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）08-0046-02

收稿日期：2016-01-12

作者简介：殷瑜（1989-），女，黑龙江七台河人，助理工程师，主要从事土建结构设计工作。