1 建筑結構設計的概念

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

　　2 建筑結構設計的特點

　　高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有;

　　2.1　水平力是設計主要因素

　　在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，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件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，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，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

　　2.2　側移成為控制指標

　　與較低樓房不同，結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

　　2.3　抗震設計要求更高

　　有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構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，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續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;還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。

　　2.5　結構延性是重要設計指標。

　　相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

　　3 根據上述所講的建筑結構設計特點，來制定建筑結構設計計算步驟

　　3.1 計算開始以前參數的正確設定

　　3.1.1 最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用,結構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構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設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,設計人員如發現該角度絕對值大于15度時,應將該數值回填(代入設計參數中)到軟件的“水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算,以體現最不利地震作用方向的影響。

　　3.1.2 結構基本周期是計算風荷載的重要指標。設計人員如果不能事先知道其準確值,可先按經驗公式: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“結構基本周期”選項,重新計算即可。

　　3.2 確定整體結構的科學性和合理性

　　3.2.1 剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數。該值如果不滿足要求，則可能引起結構失穩倒塌，應當引起設計人員的足夠重視。

　　3.2.2 剛度比和層間受剪承載力之比是控制結構豎向不規則的重要指標。①剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉換結構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換結構;③地震力與層間位移比是執行《抗震規范》第3.4.2條和《高規》4.3.5條的相關規定,通常絕大多數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)是控制結構平面不規則性的重要指標。其限值在《建筑抗震設計規范》和《高規》中均有明確的規定，不再贅述。需要指出的是，新規范中規定的位移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結構模型中設定了彈性板，則必須在軟件參數設置時選擇“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，以彈性樓板設定進行后續配筋計算。

　　此外，位移比的大小是判斷結構是否規則的重要依據，對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設計人員應正確選用。

　　3.2.4 剪重比是抗震設計中非常重要的參數。規范之所以規定剪重比,主要是因為長期作用下,地震影響系數下降較快,由此計算出來的水平地震作用下的結構效應可能太小。而對于長周期結構,地震動態作用下的地面加速度和位移可能對結構具有更大的破壞作用,若剪重比小于0.02,結構剛度雖然滿足水平位移限制要求(框架結構層間位移角≤1/550),但往往不能滿足結構的整體穩定條件。所以設計人員應在設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，如最小地震剪力調整、特殊結構地震作用下內力調整、0.2Q0調整、強柱弱梁與強剪弱彎調整等等，這些就不再一一闡述了。

　　3.3 梁、柱、剪力墻軸壓比計算,構件截面優化設計等

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

　　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。出現以上超筋信息時,設計人員可采用下列方法做以下調整: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鋼筋面積,受拉區鋼筋面積不變,使梁受壓區高度減小,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》和《抗震規范》中的規定并不完全一樣，《抗震規范》第6.3.7條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值既包括地震組合，也包括非地震組合，而《高規》第6.4.2條規定，計算軸壓比的柱軸力設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計值計算。因此設計人員會發現，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構的延性，新的《高規》和《抗震規范》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》中規定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同，設計人員可以酌情考慮。

　　3.3.4 構件截面優化設計：計算結構不超筋，并不表示構件初始設置的截面和形狀合理，設計人員還應進行構件優化設計，使構件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理，并節省材料。但需要注意的是，在進行截面優化設計時，應以保證整體結構合理性為前提，因為構件截面的大小直接影響到結構的剛度，從而對整體結構的周期、位移、地震力等一系列參數產生影響，不可盲目減小構件截面尺寸，使結構整體安全性降低。

　　4 結束語

　　綜上所述，結構設計是個系統、全面的工作。設計人員要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然。在工作中應事無巨細，善于反思和總結工作中的經驗和教訓。

　　參考文獻：

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