建筑工程结构设计要点及规范.docx
建筑工程结构设计要点及规范本文对建筑工程结构设计的要点作了总结，主要从设计 条件梳理、结构选型、构件布置、分析计算等方面进行阐述。 分析了主要设计规范的内容架构，指出了规范应用应当注意的 事项。近三十几年来，随着市场经济飞速发展，我国建筑业取得了举 世瞩目的成就。据国家统计局网站数据，我国建筑年竣工面积 从1996年6.00亿平方米增长到2015年的42.08亿平方米。就 建筑技术水平而言，迄今为之，建设完成的结构复杂、技术含 量高、设计理念超前的建筑不胜枚举。作为身处其中的结构设 计师，我们扮演了重要的角色，同时也受惠良多。1结构设计条件的梳理初识建筑，掌握其要素建筑方案设计阶段，建筑设计师会提供建筑物的主要平面、立 面及剖面图纸。如同解一道数学应用题，此时正是重要的读题 阶段。全面敏锐地关注涉及结构设计的建筑要素至关重要。这 些要素主要包括：建筑安全等级、高度、体量、最大跨度、平 面规则性、竖向规则性等。通过对这些要素的提炼，可以比较 全面地掌握拟建建筑的结构要素，将注意力集中在这些要素上 就可以避免出现忽视结构设计的重要先决条件。1.1 掌握环境条件拟建建筑存在的外部环境对结构设计会产生极大影响。这其中 主要包括外荷载、地质条件、耐久性影响因素等。外荷载主要 包括地震荷载以及风荷载，应着重关注地震设防烈度、基本风 压，其次还要注意地形地貌对设防烈度及基本风压的修正。地 质条件主要包括：场地是否存在地震断裂带、土体的稳定、地 基承载能力、是否处在暗河、溶洞等不利于承载区域等。耐久 性影响因素主要包括高温、高湿环境、侵蚀性气体、水及土壤 对建筑材料的腐蚀性等。1.2 评估建筑方案，提出修改建议方案评估和修改过程是结构设计师同建筑师重要的技术交流阶 段。也是最适合结构师提出拟建建筑可能造成结构设计的不适 宜、不合理、不经济等专业性建议的时间点。例如，场地与地 震断裂带的避让距离不足或土体存在滑裂破坏等地质灾害可能 导致的不适宜建造；地基承载力较低或抗震设防烈度较高对于 建造较高高层建筑的不经济；建筑竖向的严重不规则导致抗震、 抗风不利的不合理等。结合这些因素对建筑方案作出准确的量 化指标评价，综合权衡建筑物的安全、经济、美观适用要求， 提出必要的修改建议。这个阶段是规避方案性错误的重要阶段, 决定了之后结构设计的合理性甚至可行性。2结构选型和构件布置结构选型建筑上部结构体系大致分为：砌体结构、框架结构、框架-支 撑结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构以及筒体结构。各结 构体系有其自身的力学性能及适用范围。针对不同的承载需求, 提供合理的强度及刚度是结构选型的核心内容；当然，建筑空 间及外观的需求也是必须兼顾的。另外就是楼、屋面水平结构 受力体系的优化比选，尤其对于大跨、重荷载的情况一般应多 方案量化比较。通常采用的密肋楼盖、预应力混凝土结构、钢 实腹梁结构、钢桁架结构、乃至钢网架结构均有其适用情形。 基础选型同样如此，基础必须具备足够的承载及抗变形能力。 基础类型大致可分为：独立基础、条形基础、筏板基础、箱型 基础、桩基础。基础选型是针对不同的荷载需求及地基承载力, 选择能可靠传递荷载并控制建筑沉降变形的基础形式。基础选 型对结构设计经济性控制所起到重要作用，尤其对于地基条件 较为复杂的情况。因此，基础选型也应进行多方案比较，结合 当地及同条件项目经验显得尤为必要。2.1 构件布置结构体系一旦确定，结构材料也基本确定完成，同时非结构构 件材料也应会同业主进行认定，例如填充墙以及楼、屋面建筑 面层做法等。这些非结构构件材料的确认是为下一步荷载计算及截面预估做准备。构件布置主要内容包括确定结构构件的类 型、截面尺寸以及布置位置，从而绘制结构平面布置图（俗称 模板图）。模板图的设计要求在每一处构件布置时都应协调好 建筑的影响与结构自身构建的合理。截面尺寸的准确预估，布 置位置的合理，可以避免后续结构模型计算时的大量反复调整 工作。经验丰富的设计师能够高效率，很多时候是对模板图设 计的精准把握。3计算分析及指标控制准确建模及参数设定目前，主体结构计算分析大多采用中国建筑科学研究院开发的 PKPM系列软件。准确地建立计算模型是做好计算分析的前提。 主要应从截面尺寸、材料强度、荷载计算以及边界条件等方面 进行控制。截面尺寸与材料强度应力求与施工图精准一致。就 荷载布置而言，恒荷载应确保精确，活荷载应充分考虑使用阶 段可能出现的载荷情况；地震及风荷载应遵照规范条文进行必 要的修正。梁柱节点的刚性假定，构件支座约束情况等边界条 件的设定应充分体现实际力学响应，不合理的边界条件设定可 能导致构件乃至整个结构体系的受力分析错误，极易造成严重 的设计责任事故。PKPM软件分析和设计控制参数主要包括总 信息、计算控制信息、荷载信息、设计配筋信息等几大类。需 要充分理解参数的意义，掌握其对分析设计的响应，同时结合规范条文、软件使用手册、设计经验才能设定准确。这里例举部分重要的SATWE参数：“刚性楼板假定”、“考虑双向地震作用”、“抗震等级信息''、“梁柱重叠部分刚域”、柱配筋计算原则”、“箍筋间距”。这些参数对分析结果的重要指标及配筋 控制都起着很大的作用。3.1 补充计算绝大多数结构构件能通过软件的整体分析完成设计，但对于特 殊构件或节点，例如弧形梁、复杂的转换构件、重要的连接节 点等需要借助于其它计算程序或人工进行补充计算。另外，对 规范有明确要求进行多模型对比时，还应采用多款软件对整体 模型作必要的校核对比及修正分析。目前，同我国规范结合较 好且应用较为普遍的结构分析软件有3D3S、MIDAS、ETABS、SAP2000；复杂节点应力分析、非线性分 析一般采用通用有限元分析程序，如ANSYS、ABAQUS。对于特殊构件及复杂节点，结构设计者必须 充分掌握其应力应变状态、承载力水平，在构造设计中才能做 到有的放矢。3.2 指标控制分析结构的各项指标控制实质是执行规范条文，也即对结构设 计经济、安全性的量化控制。重要的控制指标有：“刚度比”、 “轴压比”、“位移比”、“周期比”、“刚重比”、“剪重比”、“抗剪 承载力比”、“倾覆力矩百分比”、“位移角”、“配筋率”、“有效 质量系数”等。准确理解这些指标的概念、控制意义以及影响 因素十分重要。只有理解了这些，才能有目的地进行结构布置 的调整从而控制好各项指标，使拟建建筑的结构获得必要的强 度与合理的刚度。4规范分析我国建筑工程结构设计主要采用的标准规范有：工程结构可 靠性设计统一标准、建筑抗震设防分类标准、建筑结 构荷载规范、混凝土结构设计规范、建筑抗震设计规 范、建筑地基基础设计规范、钢结构设计规范、砌体结构设计规范、高层建筑混凝土结构技术规范、 高层民用建筑钢结构技术规范等。这些规范主要从“布置 规定”、“材料选择”、“荷载计算”、“分析原则”、“计算控制”、 “构造要求”等几部分构架了完整的结构设计规定，全面系统地 制定了建筑工程结构设计的规则。我国规范标准按等级分为国 标、行标、地标、企标。相互之间的关系是：下一级标准必须 遵守上一级标准，下级标准的规定不得宽于上级标准，但可严 于上级标准。由此可知，在运用下级规范时我们需要掌握严于 上级的条文，另外就是结合行业或当地实情细化的、更为明确 的条文。规范条文按属性分为强制性条文和推荐性条文。强制 性条文通常采用"应'提出遵守要求，对于以黑体字着重提出的是强制性要求遵守的；推荐性条文通常采用"宜'提出遵守建议。 总之，规范条文是最低的设计要求，通常情况都应遵守采纳。5结语我国的建筑业尽管已经蓬勃发展了三十多年，但就目前所处的 城市化水平而言，建筑设计仍然有着很大的市场需求。加之老 旧建筑的改造加固以及新的结构材料、体系的出现，建筑结构 还有着很多技术领域等待探究。作为建筑工程设计者，我们始 终被委以重任；不断学习，不断总结才能肩负起这份职责。
