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摘要：本文首先阐述建筑结构设计的原则，并针对建筑结构设计方面存在的主要问题提出了相应的防治方法，以满足建筑、结构更加安全合理。
关键词：建筑结构；设计；安全；合理
Abstract: This paper describes the principles of structural design, and put out methods for the main problems in the building structures design, to meet the building; structure is more reasonable and safe.Key words: building structure; design; security; reasonable
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1.建筑结构设计的原则
1.1水平力是设计的主要因素
在建筑结构中, 往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中, 尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响, 但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与建筑高度的一次方成正比; 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力, 是与建筑高度的两次方成正比。另一方面, 对一定高度建筑来说, 竖向荷载大体上是定值, 而作为水平荷载的风荷载和地震作用, 其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
1.2控制指标
随着建筑高度的增加, 水平荷载下结构的侧向变形迅速增大, 与建筑高度H 的4 次方成正比。另外, 高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大, 在设计中不仅要求结构具有足够的强度, 还要求具有足够的抗推刚度, 使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内, 否则会产生以下情况:
1.2.1因侧移产生较大的附加内力, 尤其是竖向构件, 当侧向位移增大时, 偏心加剧, 当产生的附加内力值超过一定数值时, 将会导致房屋侧塌。
1.2.2使居住人员感到不适或惊慌。
1.2.3使填充墙或建筑装饰开裂或损坏, 使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行。
1.2.4使主体结构构件出现大裂缝, 甚至损坏。
1.3轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中, 框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力, 中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时, 此种轴向变形的差异将会达到较大的数值, 其后果相当于连续梁中间支座沉陷, 从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小, 跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2. 结构设计的内容
方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式以及由这些结构来组合而成的结构形式。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
3. 结构设计主要问题分析
3.1剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架——剪力墙结构，上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼，底层为商店、餐厅、邮局等空间房屋，上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积，将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上，各层设计有挑梁，但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝，该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。
原因是原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算的。但在实际结构中，悬挑梁上部墙体均为整体砌筑，且下部墙体均兼上层挑梁的底摸，这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递的。上述挑梁的设计计算与实际工程中受力及传力路线不符是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因，解决的办法要么改变计算简图及受力路线，要么注意施工顺序和施工工序。
3.2关于箱、筏基础底板的挑板问题
从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，这样较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形成处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；当地下水位很高，出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。
3.3楼层平面刚度的问题
一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施时，采用楼板变形的计算程序。尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的，但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。据此进行的结构设计肯定存在这结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不至于出现根本性的误差，设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点，首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有变形的平面比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等。
3.4 关于梁、板的计算跨度
一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨度的1.1倍等，这些规定和概念仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的。梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁的中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用台阶式独立基础变截面处的概念）柱子也可认为是超大截面梁，所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题2.4基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，回弹可以忽略，在計算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
4.结构计算中重要参数的选取
4.1振型数的取值
振型数取值多少关系到结构计算的精度。对于平面不规则、刚度不均匀的复杂结构，尤其对于多塔结构、大底盘结构，在考虑扭转耦联计算时，很难确定应该取多少个振型来计算地震作用。若振型数取少了，有些高振型的地震作用计算不出来，结构抗震设计不安全；若振型数取得太多，又增加很多计算工作量。一般应遵循以下原则：当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于房屋的层数；如层数≤2时，振型数可取2或1，如层数=5层时，振型数可取3，而不能是6；对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，振型数应取≥9，结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，但又不能多于房屋层数的3倍。
4.2周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期。因此算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，所以对结构的计算周期进行折减是必要的。但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对于砌体填充墙，周期折减可取0.6~0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0.7~0.8；完全采用轻质墙体板材时，可取0.9；只有无墙的纯框架，计算周期才可以不折减。周期折减系数不改变结构的自振特性，只改变地震影响系数。
4.3梁跨中正弯矩放大系数
此系数主要是对那些楼面活荷载较大的多层建筑设置的，不能泛用。当梁上不计算活荷载或不考虑活荷载的不利布置时，一般取放大系数1.2以弥补梁跨中弯矩偏小之不足；当多层建筑推导荷载时，将永久荷载与楼面活荷载分开计算，并作活荷载不利布置，此时系数应取1.0，不再放大。
关键词：建筑结构；设计；安全；合理
Abstract: This paper describes the principles of structural design, and put out methods for the main problems in the building structures design, to meet the building; structure is more reasonable and safe.Key words: building structure; design; security; reasonable
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1.建筑结构设计的原则
1.1水平力是设计的主要因素
在建筑结构中, 往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中, 尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响, 但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值, 仅与建筑高度的一次方成正比; 而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力, 是与建筑高度的两次方成正比。另一方面, 对一定高度建筑来说, 竖向荷载大体上是定值, 而作为水平荷载的风荷载和地震作用, 其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
1.2控制指标
随着建筑高度的增加, 水平荷载下结构的侧向变形迅速增大, 与建筑高度H 的4 次方成正比。另外, 高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大, 在设计中不仅要求结构具有足够的强度, 还要求具有足够的抗推刚度, 使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内, 否则会产生以下情况:
1.2.1因侧移产生较大的附加内力, 尤其是竖向构件, 当侧向位移增大时, 偏心加剧, 当产生的附加内力值超过一定数值时, 将会导致房屋侧塌。
1.2.2使居住人员感到不适或惊慌。
1.2.3使填充墙或建筑装饰开裂或损坏, 使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行。
1.2.4使主体结构构件出现大裂缝, 甚至损坏。
1.3轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中, 框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力, 中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时, 此种轴向变形的差异将会达到较大的数值, 其后果相当于连续梁中间支座沉陷, 从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小, 跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
2. 结构设计的内容
方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式以及由这些结构来组合而成的结构形式。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
3. 结构设计主要问题分析
3.1剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架——剪力墙结构，上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼，底层为商店、餐厅、邮局等空间房屋，上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积，将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上，各层设计有挑梁，但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝，该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。
原因是原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算的。但在实际结构中，悬挑梁上部墙体均为整体砌筑，且下部墙体均兼上层挑梁的底摸，这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递的。上述挑梁的设计计算与实际工程中受力及传力路线不符是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因，解决的办法要么改变计算简图及受力路线，要么注意施工顺序和施工工序。
3.2关于箱、筏基础底板的挑板问题
从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，这样较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形成处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；当地下水位很高，出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。
3.3楼层平面刚度的问题
一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施时，采用楼板变形的计算程序。尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的，但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。据此进行的结构设计肯定存在这结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不至于出现根本性的误差，设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点，首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有变形的平面比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等。
3.4 关于梁、板的计算跨度
一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨度的1.1倍等，这些规定和概念仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的。梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁的中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用台阶式独立基础变截面处的概念）柱子也可认为是超大截面梁，所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题2.4基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，回弹可以忽略，在計算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
4.结构计算中重要参数的选取
4.1振型数的取值
振型数取值多少关系到结构计算的精度。对于平面不规则、刚度不均匀的复杂结构，尤其对于多塔结构、大底盘结构，在考虑扭转耦联计算时，很难确定应该取多少个振型来计算地震作用。若振型数取少了，有些高振型的地震作用计算不出来，结构抗震设计不安全；若振型数取得太多，又增加很多计算工作量。一般应遵循以下原则：当不考虑扭转耦联计算时，至少应取3；当振型数多于3时，宜取3的倍数，但不应多于房屋的层数；如层数≤2时，振型数可取2或1，如层数=5层时，振型数可取3，而不能是6；对于不规则的结构，当考虑扭转耦联时，振型数应取≥9，结构层数较多或结构刚度突变较大，振型数应多取，但又不能多于房屋层数的3倍。
4.2周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期。因此算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，所以对结构的计算周期进行折减是必要的。但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对于砌体填充墙，周期折减可取0.6~0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0.7~0.8；完全采用轻质墙体板材时，可取0.9；只有无墙的纯框架，计算周期才可以不折减。周期折减系数不改变结构的自振特性，只改变地震影响系数。
4.3梁跨中正弯矩放大系数
此系数主要是对那些楼面活荷载较大的多层建筑设置的，不能泛用。当梁上不计算活荷载或不考虑活荷载的不利布置时，一般取放大系数1.2以弥补梁跨中弯矩偏小之不足；当多层建筑推导荷载时，将永久荷载与楼面活荷载分开计算，并作活荷载不利布置，此时系数应取1.0，不再放大。