結構設計就是用結構語(yǔ)言來(lái)表達工程師所要表達的東西。結構語(yǔ)言就是結構師從建筑及其它專(zhuān)業(yè)圖紙中所提煉簡(jiǎn)化出來(lái)的結構元素,包括基礎、墻、柱、梁、板、樓梯、大樣圖等。然后用這些結構元素來(lái)構成建筑物或構筑物的結構體系,包括豎向和水平的承重及抗力體系,再把各種情況產(chǎn)生的荷載傳遞至基礎。

　　一、建筑結構設計的類(lèi)型與基本內容

　　(一)建筑結構的類(lèi)型。建筑物有各種不同的使用功能要求,因此有許多類(lèi)型及分類(lèi)方法。根據建筑物的用途,可以分為工業(yè)建筑與民用建筑。根據建筑物的層數,可以分為單層、多層、高層和超高層建筑。建筑物根據所使用的結構材料可以分為:木結構、砌體結構、混凝土結構、鋼結構和混合結構等。建筑物根據其結構形式,可以分為排架結構、框架結構、剪力墻結構、筒體結構和大路結構等。

　　(二)建筑結構設計的基本內容:

　　1、結構設計的程序

　　建筑物的設計包括建筑設計、結構設計、給排水設計、暖氣通風(fēng)設計和電氣設計等。每一部分的設計都應圍繞設計的四個(gè)基本要求:即功能要求、美觀(guān)要求、經(jīng)濟要求和環(huán)保要求。

　　建筑結構是一個(gè)建筑物發(fā)揮其使用功能的基礎,結構設計是建筑物設計的一個(gè)重要組成部分,主要包括以下四個(gè)過(guò)程:方案設計→結構分析→構件設計→繪施工圖。

　　2.建筑物結構設計的要求

　　為保證建筑結構的可靠度達到設計要求,在設計中,必須遵循以下要求:(1)計算內容:結構構件應進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計算和正常使用極限狀態(tài)的驗算,如直接承受動(dòng)力荷載的構件應進(jìn)行疲勞強度驗算;(2)結構上多種作用效應同時(shí)發(fā)生時(shí),應通過(guò)結構分析分別求出每一種作用下的效應后,考慮其可能的最不利組合;(3)抗震設計:我國的抗震設防烈度為6至9度,建筑結構根據所在地區的烈度、結構類(lèi)型和房屋高度采用不同的抗震等級。對應不同的抗震等級,有不同的計算和構造要求。

　　二、建筑結構設計的原則

　　適用、安全、經(jīng)濟、美觀(guān)、便于施工是進(jìn)行建筑結構設計的原則。一個(gè)優(yōu)秀的建筑結構設計往往是這五個(gè)方面的最佳結合。完美的建筑結構設計就是在努力追求這五個(gè)方面的最佳結合的過(guò)程中產(chǎn)生的,適用、安全、經(jīng)濟、美觀(guān)、便于施工是結構設計人員最終努力的目標,是結構設計的最佳體現。

　　結構設計一般在建筑設計之后,“受制”于建筑設計,但又“反制”于建筑設計。結構設計不能破壞建筑設計,應滿(mǎn)足、實(shí)現各種建筑要求;建筑設計不能超出結構設計的能力范圍,不能超出安全、經(jīng)濟、合理的結構設計原則。結構設計決定建筑設計能否實(shí)現,從這個(gè)意義上講,結構設計顯得更為重要,雖然一棟標志性建筑物建成后,人們只知道建筑師的名字,但一個(gè)適用、安全、經(jīng)濟、美觀(guān)、便于施工的結構設計也是工程師們的驕傲和成就。

　　三、進(jìn)行建筑結構設計時(shí)應特別注意的問(wèn)題

　　(一)關(guān)于箱、筏基礎底板挑板的陽(yáng)角問(wèn)題。一是陽(yáng)角面積在整個(gè)基礎底面積中所占比例極小,可砍成直角或斜角;二是如果底板鋼筋雙向雙排,且在懸挑部分不變,陽(yáng)角不必加輻射筋。

　　(二)關(guān)于箱、筏基礎底板的挑板問(wèn)題。從結構角度來(lái)講,如果能出挑板,能調勻邊跨底板鋼筋,特別是當底板鋼筋通長(cháng)布置時(shí),不會(huì )因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長(cháng)筋,較為節約;出挑板后,能降低基底附加應力,當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí),加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降,當荷載偏心時(shí),在特定部位設挑板,還可調整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認為是挑板上砌墻,不宜再出長(cháng)挑板。雖然在計算時(shí)此處板并不應按挑板計算。當然,此問(wèn)題也并不是絕對的,當有數層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內部墻體連通時(shí),可靈活考慮;當地下水位較高,出基礎挑板,有利于解決抗浮問(wèn)題;從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。

　　(三)關(guān)于梁、板的計算跨度。一般的手冊或教科書(shū)上所講的計算跨度,如凈跨的1.1倍等,這些規定和概念僅適用于常規的結構設計,而在應用的寬扁梁中卻是不適用的。梁板結構,簡(jiǎn)單點(diǎn)講,可認為是在梁的中心線(xiàn)上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統一認為是一變截面板。在扁梁結構中,梁高比板厚大不了多少時(shí),應將計算長(cháng)度取至梁中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用臺階式獨立基礎變截面處的概念)柱子也可認為是超大截面梁,所以梁配筋時(shí)應取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才時(shí)有問(wèn)題的。

　　(四)基坑開(kāi)挖時(shí),摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計算沉降時(shí),應按基底附加應力計算。當基坑很大時(shí),相對受到較小約束,如箱基,計算沉降時(shí)應按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分可以作為安全儲備,這也是計算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

　　(五)關(guān)于回彈再壓縮�；�坑開(kāi)挖時(shí),摩擦角范圍內坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎較小,坑底受到很大約束,如獨立基礎,回彈可以忽略,在計算沉降時(shí),應按基底附加應力計算。當基坑很大時(shí),相對受到較小約束,如箱基,計算沉降時(shí)應按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分當作安全儲備,這也是計算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。

　　(六)主梁有次梁處加附加筋。一般應優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無(wú)法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側補上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對的。規范中說(shuō)的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載,應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說(shuō),位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內的集中荷載可根據具體情況而定。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時(shí),應加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時(shí),如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大,主梁也可不加附加筋�？偟脑瓌t,當主梁上次梁開(kāi)裂后,從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí),主梁可不加附加筋。梁上集中力,產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內是一樣,所以抗剪滿(mǎn)足,集中力處自然滿(mǎn)足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時(shí),也可滿(mǎn)足。

　　(七)通常情況,懸挑梁宜做成等截面,尤其出挑長(cháng)度較短時(shí)。與挑板不同,挑梁的自重占總荷載的比例很小,作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋,每個(gè)都不一樣,加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當然,外露的大挑梁,可適當變截面,使感官效果更好些。

　　總之,結構設計是建筑工程的重要組成部分,是建筑安全應用的基礎。因此,設計人員要從一個(gè)個(gè)基本的構件算起,做到知其所以然,深刻理解規范和規程的含義,并密切配合其他專(zhuān)業(yè)來(lái)進(jìn)行設計。在工作中應事無(wú)巨細,善于反思和總結工作中的經(jīng)驗和教訓。只有這樣才能做好建筑結構設計,促進(jìn)建筑工程質(zhì)量的不斷提高。