探讨建筑结构设计要点

张德成

兰州寰球工程公司　甘肃兰州　730060

摘　要：如何能够让建筑在地震中保持安全，不受严重的损害，是当前建筑结构设计必须要考虑的一个大问题，特别是近年来地震频繁，人们的生命财产受到严重威胁，建筑安全则成了社会安全的一个重要影响因素。为保证建筑的抗震能力，设计人员必须要根据相关标准及规范，设计出具有相当抗震能力的房屋。本文介绍抗震设计相关要点，设计思路及需要注意的问题，以求更清晰地、合理地进行建筑的结构抗震设计。

关键词：建筑；结构设计；要点

中图分类号：TU3 文献标识码：A

1　建筑结构设计特点

1.1 科学性

建筑结构设计是以数学、力学为理论基础，借助现代计算机技术进行的一种应用性技术。一个结构工程师应该善于抽象建筑结构的理论模型，善于用数学和力学只是分析建筑结构的工作机理，只有这样才能具有较强的认识能力和适应能力。

1.2 应用性

建筑结构设计必须讲究经济效益，一个成功的建筑结构设计，技术上先进合理，经济上效益显著。

1.2 实践性

建筑结构设计是一种工程实践活动，没有一个工程师是直接从大学毕业生马上变成一个成熟的工程师，而是必须经过一个较长时间的工程设计锻炼。

1.3 复杂性

建筑结构设计的复杂性首先表现在设计中各种因素的不确定性，建筑结构设计是一个具有多解而没有标准答案的问题，作为一名结构工程师，我们需要找到一个相对最优的方案。

1.4 创新性

建筑结构设计作为一种技术服务行业，在设计市场竞争激烈形势下，要想获得开发商的项目，必须提供比别人更加合理经济的结构方案，这就需要工程师的创新能力。

2　建筑结构设计要点

2.1 刚柔并重的结构体系

正确合理的建筑结构体系应当是刚柔并重，工程实践表明，结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆。显然对于结构设计人员来说，结构怎样选取以达到刚柔并重这是设计核心之一。较柔的结构体系易于找到共同受力的构件以协同消化和抵抗外力，但结构过柔将产生变形以适应外力，太柔的结果必然是太大的变形，甚至会导致立足不稳而失去根本。必然结构体系最适宜就是做到刚柔并重。必要刚度可有效地控制建筑变形在允许范围内，而必要的柔将有效地提高建筑消化转换外力的能力。

2.2 多道防线设计

安全的建筑结构体系必须做到层层设防的，当遇到突如其来的荷载时，建筑中所有抵抗外力的结构都在通力合作，而不应当把荷载全部寄托在某个单一的构件上。如工程实践表明，多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。即使在设计中结构的计算是正确的，但要绝对安全的防备构件是不存在的，所以多道防线设计是应当考虑的。

2.3 强柱弱梁的设计思想

就是地震力作用下，让梁先屈服，而且是梁的支座位置屈服并且形成塑性铰，从使之变成类似阻尼器的耗能构件，消耗掉地震力，用弃卒保帅的方法保护整体结构的安全。而不理想的受力，就是塑性铰出现在柱子上，那么整个结构就变成了几何可变体。结构将在瞬间就会倒塌。所以很明显，就是把柱子做的尽量强，配筋考虑加大（不要过于加大截面，因为截面越大刚度越大，刚度越大则分到的地震力也就越大）。梁的配筋则相对考虑减小一些，尤其是支座位置的配筋不要过于超过计算值。具体的量是靠经验的，如果经验不足，有个比较简单的方法：在设计柱子的时候，把“中梁刚度放大系数”减小一些，而设计其他构件和计算书的时候则填写正常数值。这样做的原理，就是设计柱子的时候考虑柱子分担的地震力多一些，并且以这个标准布置配筋。

2.4 相对静定结构体系

在建筑结构体系中，不同类型的构件相接处或者同一构件截面改变之处即为节点。考虑结构的受力特点，应主要从结构的轴力和弯矩进行分析，在无弯矩的情况下，轴力在截面上时均匀分布，能够充分利用材料的强度；而弯矩产生的应力在截面上为三角形分布，没有充分利用材料的强度，因此，在结构的受力特点分析中主要考虑结构中的弯矩的分布及最大值。在相同跨度和相同荷载下，简支粱的弯矩最大，伸臂粱、静定多跨粱、三铰刚架、组合结构的弯矩次之，而桁架结构的弯矩为零。在工程中简支粱多用于小跨度结构；伸臂粱、静定多跨粱、三铰刚架、组合结构可用于较大跨度的结构；而大跨度结构通常采用桁架结构或者拱结构。在实际工程中，除考虑受力特点之外，还应考虑结构的施工、几何特点、构造本身。如：简支粱结构简单，施工方便，桁架结构便于进行安装，但杆件较多，结点构造比较复杂。

3　结构方案选取

（1）横向框架承重方案。横向框架承重方案是在横向布置框架梁，楼面竖向荷载由横向梁传至柱而在纵向布置连系梁。横向框架往往跨数少，主梁沿横向布置有利于提高建筑物的横向抗侧刚度。而纵向框架则往往仅按构造要求布置较小的联系梁。这也有利于房屋内的采光与通风。（2）纵向框架承重方案。纵向框架承重方案是在纵向布置框架承重梁，在横向布置联系梁。因为楼面荷载由纵向梁传至柱子，所以横向梁的跨度较小，有利于设备管道的穿行；当在房屋开间方向需要较大空间时，可获得较高的室内净高；另外，当地基土的物理力学性能在房屋纵向有明显差异时，可利用纵向框架的刚度来调整房屋的不均匀沉降。纵向框架承重方案的缺点是房屋的横向抗侧刚度较差，进深尺寸受预制板长度的限制。

4　结构布置

4.1 楼梯方案

楼梯结构在建筑结构设计中通常都会遇到，整体式楼梯按照结构形式和受力特点不同，可分为板式楼梯、梁式楼梯、剪刀式楼梯和圆形楼梯、螺旋楼梯等。其中，应用较为经济的、广泛的是板式楼梯和梁式楼梯，剪刀式楼梯、圆形楼梯和螺旋式楼梯属于空间受力体系，外观美观，但结构受力复杂，设计与施工较困难，用钢量大，造价高，在实际中应用较少。板式楼梯由梯段板、平台板和平台梁组成。梯段板为带有踏步的斜板，其下表面平整，外观轻巧，施工支模方便，但斜板较厚，结构材料用量较多，不经济。故当梯段水平方向跨度小于或等于3.5m 时，才宜用板式楼梯。梁式楼梯由踏步板、斜梁、平台板和平台梁组成。踏步板支承在两端的斜梁上，斜梁可设在踏步下面，也可设在踏步上面。根据梯段宽度大小，梁式楼梯的梯段可采用双梁式，也可采用单梁式。一般当楼梯水平投影跨度大于3.5m 时，用梁式楼梯。结构中的楼梯采用板式楼梯。若采用梁式楼梯，支模困难，施工难度较大。采用梁式楼梯所带来的经济优势主要是钢筋用量较省，采用的楼梯板较薄，混凝土用量也较少，会被人工费抵消。

4.2 桩基础设计

桩基础设计也是建筑结构设计中经常会遇到的一个环节，合理的桩基础设计是确保结构基础受力以及节省桩工程造价的一个重要方面。所有桩基均应进行承载能力极限状态计算包含的以下几个方面：1）根据桩基的使用功能和受力特点进行桩基的竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算，某些条件下尚应考虑桩、土、承台相互作用产生的承载力群桩效应。2）对桩身及承台承载力进行计算，对于桩身露出地面或桩侧为液化土、软土中细长桩尚应进行桩身压曲验算，混凝土预制桩尚应按施工阶段吊运、运输和锤击作用进行强度验算。3）桩端平面以下存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的承载力。4）位于坡地、岸地的桩基应验算整体稳定性。5）对桩基抗震承载力验算。另外有些情况还需要验算的建筑桩基的变形。如桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物以及桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层得一级建筑桩基应验算沉降，并宜考虑上部结构与桩基的相互作用。承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平变位。

5　结语

总之，结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行，始于足下。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。

参考文献：

[1] 侯力更. 砌体结构设计[M]. 中国计划出版社，2009.8.

[2] 张吉人. 建筑结构设计施工质量控制[M]. 中国建筑工业出版社，2010，7__