摘要：房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件設(shè)計(jì)、繪制施工圖這幾個(gè)部分。本文對(duì)這幾點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。
　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基本內(nèi)容
　　通常可以把建筑物的設(shè)計(jì)分為建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、和采暖與通風(fēng)設(shè)計(jì)等。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，它是以建筑設(shè)計(jì)的要求為基礎(chǔ)，根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況，確定建筑物的結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和評(píng)估，然后以分析結(jié)果和相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范為依據(jù)，進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)。
　　一、方案設(shè)計(jì)
　　結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)選型、布置和主要構(gòu)件尺寸的估計(jì)和結(jié)構(gòu)的初步分析等。
　　1、結(jié)構(gòu)選型
　　結(jié)構(gòu)選型主要有上部結(jié)構(gòu)選型和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型這兩種。對(duì)結(jié)構(gòu)選型的確定必須要經(jīng)過(guò)方案比較、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，加以確定。在結(jié)構(gòu)的選型上，一般要以建筑物的功能要求、國(guó)家現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)要求、場(chǎng)地土的工程地質(zhì)條件、施工技術(shù)、建設(shè)工期和環(huán)境要求等作為主要的依據(jù)。對(duì)于方案的選擇，其關(guān)鍵就是要以先進(jìn)性、科學(xué)性、可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性這四個(gè)要素作為前提。首先，“先進(jìn)性”就是指所用的材料、技術(shù)、工藝和結(jié)構(gòu)都是最新最先進(jìn)的，具有國(guó)際或國(guó)內(nèi)的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)；其次，“科學(xué)性”就是指?jìng)髁ν緩胶徒Y(jié)構(gòu)受力都要明確合理；再次，“可實(shí)施性”就是指用現(xiàn)有的施工技術(shù)建造，因地制宜，因地選材，從實(shí)際出發(fā)，方便施工建設(shè)；最后，“經(jīng)濟(jì)性”則是指降低材料的消耗、減少勞動(dòng)力的使用量以及建筑物的維護(hù)費(fèi)用等，以求最低的成本建筑高質(zhì)量的工程建筑物，滿足施工企業(yè)的利潤(rùn)要求。不管采用哪一種結(jié)構(gòu)體系，都要以工程建筑物的用途、施工條件高度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等作為重要的依據(jù)，然后再經(jīng)過(guò)方案比較后討論確定下來(lái)。通常情況下，是按照砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)的順序來(lái)考慮結(jié)構(gòu)體系的選擇。
　　2、結(jié)構(gòu)的初步分析
　　結(jié)構(gòu)的初步分析是結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。建筑物的初步設(shè)計(jì)需要把建筑結(jié)構(gòu)、給排水、電氣暖通等各專業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)之間的相互合作、相互制約，直至最后達(dá)成一致并形成初步設(shè)計(jì)文件，才能進(jìn)入施工圖設(shè)計(jì)階段。在方案設(shè)計(jì)階段，要求建筑師對(duì)樓板的厚度、梁柱的截面尺寸進(jìn)行預(yù)估，確定層高、門窗洞口的尺寸。而同時(shí)也要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)初步評(píng)估所確定的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)估所選的結(jié)構(gòu)體系在各種作用下的反映，以便評(píng)價(jià)所選的結(jié)構(gòu)體系是否合理。
　　二、結(jié)構(gòu)分析
　　1、計(jì)算模型
　　結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，主要是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)。分析結(jié)果要求能夠解釋和評(píng)估真實(shí)結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)作用下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)分析是否科學(xué)合理直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。計(jì)算模型的確定是結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)節(jié)，它包括合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算理論，這是結(jié)構(gòu)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　事實(shí)上，無(wú)論是哪種分析模型，都不可能全精確地描述真實(shí)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上都只是要求對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)在一定程度上的近似。一般情況下，建立結(jié)構(gòu)分析模型時(shí)，都會(huì)做一些假定。如：假定結(jié)構(gòu)材料是均質(zhì)連續(xù)的，這種假設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能不會(huì)引起顯著的誤差；只有主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與整體性能的效應(yīng)。這個(gè)假定忽略了次要構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響；可忽賂的剛度。即忽賂結(jié)構(gòu)中作用較小的剛度。該假定的采用需要根據(jù)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)整體性能中應(yīng)發(fā)揮的作用來(lái)進(jìn)行確定；相對(duì)較小的和影響較小的變形可以忽略。
　　2、計(jì)算理論
　　計(jì)算理論是建模的重要組成部分。用于建筑結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算理論主要有線性理論和非線性理論。而其中又以線性理論最為成熟，是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)分析所普遍采用的一種計(jì)算理論，主要用于常用結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)分折；非線性又可以分為材料非線性和幾何非線性。材料非線性是指材料、截面或構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系，如應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、彎短—曲率關(guān)系或荷載—位移關(guān)系等是非線性的。幾何非線性是指由于結(jié)構(gòu)變形對(duì)其內(nèi)力的二階效應(yīng)使荷載效應(yīng)與荷載之間呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。
　　選擇結(jié)構(gòu)的非線性分析還是線性分析要看工程的具體情況而定。一般來(lái)說(shuō)線性分析比較簡(jiǎn)便，在一般的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常使用線性分析。但是，如果建筑結(jié)構(gòu)跨度大、屬于超高層，結(jié)構(gòu)變形的二階效應(yīng)就會(huì)比較大，因此，還必須運(yùn)用非線性分析。
　　3、結(jié)構(gòu)分析中的數(shù)學(xué)方法
　　建筑結(jié)構(gòu)分析中所采用的數(shù)學(xué)方法主要有解析法和數(shù)值法兩種。解析法通常只適用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)模型求解。如果建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大多數(shù)結(jié)構(gòu)很難抽象成一個(gè)可以用連續(xù)函數(shù)表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，而且其邊界條件也沒(méi)有辦法用連續(xù)函數(shù)表達(dá)，就不適宜使用這種方法了。
　　因此，在通常情況下都需要用數(shù)值方法來(lái)求解。數(shù)值方法又可以分為有限單元法、有限差分法、有限條法等。而目前有限單元法是應(yīng)用最為廣泛的。其原理是把結(jié)構(gòu)拆分為一個(gè)有限單元的組合體，以便夠解析地模擬或逼近真實(shí)結(jié)構(gòu)的解域。通常情況下可以模擬幾何形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)解域，因?yàn)椋瑔卧�能夠按不同的連接方式組合在一起，而單元本身又可以有不同的幾何形狀。最常用的有限單元結(jié)構(gòu)分析軟件有PKPM系列、T陽(yáng)A、SAP系列、ANSYS以及ADINA等。
　　4、結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)
　　概念設(shè)計(jì)指的是在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，完成結(jié)構(gòu)體系的選擇和布置，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)特性的總體把握，保證把結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)的各種作用下的反應(yīng)控制在預(yù)期的范圍內(nèi)。其主要內(nèi)容有：結(jié)構(gòu)的選型、結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置、結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的控制、溫度作用的考慮和對(duì)策等。
　　5、結(jié)構(gòu)的總體布置
　　科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即需要有合理的結(jié)構(gòu)體系還需要有完美的結(jié)構(gòu)布置。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)布置會(huì)影響到建筑設(shè)計(jì)方案的效果，影響到建筑的安全和功能的使用。結(jié)構(gòu)的總體布置要考慮控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形、平面布置、豎向布置、縫的設(shè)置和構(gòu)造等幾個(gè)方面。
　　①、控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形
　　建筑的結(jié)構(gòu)一般都要同時(shí)承受豎向荷載、水平荷載。水平荷載會(huì)使側(cè)移隨結(jié)構(gòu)的高度增加而變大，因此，在水平荷載的作用下，如果建筑高度超出一定的范圍后，就會(huì)造成結(jié)構(gòu)發(fā)生過(guò)大側(cè)移和相對(duì)的位移，有時(shí)甚至?xí)��?yán)重地破壞非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所以，我們要把控制側(cè)向位移作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)來(lái)解決，一般情況下，要以限制結(jié)構(gòu)的高度和高寬比為控制手段。
　　②、平面布置
　　平面布置的選擇主要是根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況來(lái)確定，如果是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，則采用形狀較為簡(jiǎn)單，而且要根據(jù)相對(duì)應(yīng)、相協(xié)調(diào)的原理，剛度和承載力分布要呈現(xiàn)出比較均勻的形狀。此外，根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，高層建筑單個(gè)的結(jié)構(gòu)單元長(zhǎng)度要控制在一定的范圍內(nèi)，不能太長(zhǎng)，否則在發(fā)生地震時(shí)，結(jié)構(gòu)的兩端可能會(huì)出現(xiàn)反相位的振動(dòng)，這將會(huì)導(dǎo)致建筑被過(guò)早地破壞，同時(shí)威脅到人們的安全。
　　③、豎向布置
　　為了避免過(guò)大的外挑和內(nèi)收，結(jié)構(gòu)的豎向布置應(yīng)遵循形體規(guī)則、剛度和強(qiáng)度沿高度均勻分布的原則，而在同一層的樓面，要設(shè)在統(tǒng)一標(biāo)高處以防止錯(cuò)層和局部夾層的情況出現(xiàn)。而在面對(duì)高層建筑時(shí)，還要注意解決結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度發(fā)生變化的情況，對(duì)于這種情況，應(yīng)逐漸變化。
　　④、縫的設(shè)置和構(gòu)造
　　建筑結(jié)構(gòu)的總體布置應(yīng)該要考慮到沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不利影響。可以利用沉降縫、伸縮縫或防震縫把結(jié)構(gòu)分成若干個(gè)獨(dú)立單元，以消除沉降差、溫度應(yīng)力和形體復(fù)雜對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。但如果設(shè)縫，就會(huì)對(duì)建筑的使用要求、立面效果、防水處理帶來(lái)不便。因此，在設(shè)縫上必須要謹(jǐn)慎對(duì)待，盡量能從總體布置上或構(gòu)造上采取其他有效的措施來(lái)減少沉降、溫度收縮和形體復(fù)雜引起的問(wèn)題。
　　三、構(gòu)件設(shè)計(jì)和繪制施工圖
　　構(gòu)件設(shè)計(jì)主要有截面設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。因?yàn)榻孛娉叽缭诜桨冈O(shè)計(jì)階段已初步確定，構(gòu)件設(shè)計(jì)階段所做的工作是確定鋼筋的類型、放置位置和數(shù)量，因此，截面設(shè)計(jì)在混凝土結(jié)構(gòu)中，也稱可以稱為配筋計(jì)算。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)中的使用比在截面設(shè)計(jì)中的使用更為廣泛，一般來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)也可以稱為連接設(shè)計(jì)。而構(gòu)件設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)部分組成：一是計(jì)算；二是構(gòu)造，兩者共同組成了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是根據(jù)計(jì)算和構(gòu)造來(lái)確定的，計(jì)算是構(gòu)造的基礎(chǔ)，構(gòu)造是計(jì)算的重要補(bǔ)充，兩者是相互補(bǔ)充，相互聯(lián)系的。
　　繪制施工圖是設(shè)計(jì)的最后一個(gè)階段。施工圖是工程師的語(yǔ)言，工程師的設(shè)計(jì)意圖主要是通過(guò)施工圖紙來(lái)表達(dá)，施工圖紙是施工人員進(jìn)行施工的主要依據(jù)，關(guān)系到施工的質(zhì)量和效率，也關(guān)系到工程的質(zhì)量和使用功能的發(fā)揮。因此，在繪制施工圖紙時(shí)，必須保證圖紙的表達(dá)正確、規(guī)范、簡(jiǎn)明和美觀，以便施工人員通過(guò)圖紙正確的理解設(shè)計(jì)意圖，保證施工工作與設(shè)計(jì)工作相聯(lián)系，保證施工的順利進(jìn)行。
　　四、結(jié)束語(yǔ)
　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)和施工都重要影響。作為建筑設(shè)計(jì)人員，必須要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有清楚的認(rèn)識(shí)，才能順利的完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，才能保證設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。
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