1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可簡單理解為建筑設(shè)計師用基礎(chǔ)，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等結(jié)構(gòu)元素來構(gòu)成建筑物的結(jié)構(gòu)體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產(chǎn)生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎(chǔ)。

　　2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置，不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有;

　　2.1　水平力是設(shè)計主要因素

　　在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。

　　2.2　側(cè)移成為控制指標

　　與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

　　2.3　抗震設(shè)計要求更高

　　有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

　　2.4　軸向變形不容忽視

　　高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大;還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計算值，對下料長度進行調(diào)整;另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結(jié)果。

　　2.5　結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標。

　　相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　3 根據(jù)上述所講的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，來制定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計算步驟

　　3.1 計算開始以前參數(shù)的正確設(shè)定

　　3.1.1 最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用,結(jié)構(gòu)地震反映的大小也各不相同,那么必然存在某各角度使得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值最大的最不利地震作用方向。設(shè)計軟件可以自動計算出最大地震力作用方向并在計算書中輸出,設(shè)計人員如發(fā)現(xiàn)該角度絕對值大于15度時,應(yīng)將該數(shù)值回填(代入設(shè)計參數(shù)中)到軟件的“水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算,以體現(xiàn)最不利地震作用方向的影響。

　　3.1.2 結(jié)構(gòu)基本周期是計算風荷載的重要指標。設(shè)計人員如果不能事先知道其準確值,可先按經(jīng)驗公式:T1=0.25+0.35×10-3H2/3√B計算代入軟件,亦可以保留軟件的缺省值,待計算后從計算書中讀取其值,填入軟件的“結(jié)構(gòu)基本周期”選項,重新計算即可。

　　3.2 確定整體結(jié)構(gòu)的科學性和合理性

　　3.2.1 剛重比是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。它是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數(shù)。該值如果不滿足要求，則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，應(yīng)當引起設(shè)計人員的足夠重視。

　　3.2.2 剛度比和層間受剪承載力之比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標。①剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對地下室嵌固條件的判定;②剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu);③地震力與層間位移比是執(zhí)行《抗震規(guī)范》第3.4.2條和《高規(guī)》4.3.5條的相關(guān)規(guī)定,通常絕大多數(shù)工程都可以用此法計算剛度比,這也是軟件的缺省方式。

　　3.2.3 位移比(層間位移比)是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標。其限值在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《高規(guī)》中均有明確的規(guī)定，不再贅述。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時選擇“對所有樓層強制采用剛性樓板假定”，以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求后，再去掉“對所有樓層強制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設(shè)定進行后續(xù)配筋計算。

　　此外，位移比的大小是判斷結(jié)構(gòu)是否規(guī)則的重要依據(jù)，對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設(shè)計人員應(yīng)正確選用。

　　3.2.4 剪重比是抗震設(shè)計中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比,主要是因為長期作用下,地震影響系數(shù)下降較快,由此計算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對于長周期結(jié)構(gòu),地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用,若剪重比小于0.02,結(jié)構(gòu)剛度雖然滿足水平位移限制要求(框架結(jié)構(gòu)層間位移角≤1/550),但往往不能滿足結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定條件。所以設(shè)計人員應(yīng)在設(shè)計過程中綜合考慮剛重比與剪重比的合理取值。

　　3.2.5 除以上計算分析以外，如最小地震剪力調(diào)整、特殊結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力調(diào)整、0.2Q0調(diào)整、強柱弱梁與強剪弱彎調(diào)整等等，這些就不再一一闡述了。

　　3.3 梁、柱、剪力墻軸壓比計算,構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計等

　　3.3.1 軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況:①當梁的彎矩設(shè)計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時,提示超筋;②規(guī)范對混凝土受壓區(qū)高度限制:

　　四級框架及非抗震框架:ξ≤ξb;

　　二、三級框架:ξ≤0.35( 計算時取AS ’=0.3 AS);

　　一級框架:ξ≤0.25( 計算時取AS ’=0.5 AS)。

　　當ξ不滿足以上要求時,程序提示超筋;③《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%,當大于此值時,提示超筋;④混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求,如不滿足則提示超筋。出現(xiàn)以上超筋信息時,設(shè)計人員可采用下列方法做以下調(diào)整:一是增大梁截面,提高混凝土強度等級。二是增大對雙筋梁受壓區(qū)鋼筋面積,受拉區(qū)鋼筋面積不變,使梁受壓區(qū)高度減小,從而使ξ減小。

　　3.3.2 柱軸壓比計算： 柱軸壓比的計算在《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》中的規(guī)定并不完全一樣，《抗震規(guī)范》第6.3.7條規(guī)定，計算軸壓比的柱軸力設(shè)計值既包括地震組合，也包括非地震組合，而《高規(guī)》第6.4.2條規(guī)定，計算軸壓比的柱軸力設(shè)計值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計算柱軸壓比時，當工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計值計算;當該工程不考慮地震作用時，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計值計算。因此設(shè)計人員會發(fā)現(xiàn)，對于同一個工程，計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結(jié)果會不一樣。

　　3.3.3 剪力墻軸壓比計算：為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是，軟件在計算斷指剪力墻軸壓比時，是按單向計算的，這與《高規(guī)》中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同，設(shè)計人員可以酌情考慮。

　　3.3.4 構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計：計算結(jié)構(gòu)不超筋，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理，設(shè)計人員還應(yīng)進行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計，使構(gòu)件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理，并節(jié)省材料。但需要注意的是，在進行截面優(yōu)化設(shè)計時，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提，因為構(gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響，不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。

　　4 結(jié)束語

　　綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)、全面的工作。設(shè)計人員要從一個個基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然。在工作中應(yīng)事無巨細，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗和教訓。

　　參考文獻：

　　[1]于險峰.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及其體系[J].建筑技術(shù)，2009(24).

　　[2]葉倩.異形柱和短肢剪力墻體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計[D].合肥工業(yè)大學,2006.

　　[3]沈蒲生.樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].科學出版社.2003.12.