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摘要:首先阐述了建筑设计的类型和建筑结构设计的基本内容,归纳和列举了部分带有普遍性的常见问题并进行了探讨,旨在使结构设计人员能从中得到借鉴，以确保建筑物结构设计质量能进一步提高。
关键词:建筑结构；设计；问题
Abstract: Firstly expounds the basic content types and structural design of architectural design, lists some common problems with universal induction and are discussed, in order to make structural designers can learn from, in order to ensure the quality of building structure design can further improve.
Key words: building; design; problem
中图分类号：TU3
1 引言
结构设计大体可以分为三个阶段，结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。本文结合笔者多年来施工图设计和审查的实践经验,对结构设计特别是建筑结构设计的相关问题进行了阐述,以确保建筑物结构设计质量能上一个新的台阶。
2 建筑结构设计的概论
2.1建筑结构的类型
建筑物有各种不同的使用功能要求,因此有许多类型及分类方法。根据建筑物的用途,可以分为工业建筑与民用建筑。根据建筑物的层数,可以分为单层、多层、高层和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料可以分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式,可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构和大路结构等。
2.2 建筑结构设计的基本内容
（1)结构设计的程序。
建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计。每一部分的设计都应围绕设计的4个基本要求:功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,分为以下4个过程:方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。
（2)建筑物结构设计的基本要求。
为保证建筑结构的可靠度达到目标可靠度的要求,在设计中,应遵循以下基本要求:a.计算内容。结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算。b.结构上数种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。c.抗震设计。我国的抗震设防烈度为6度～9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,分为一、二、三、四4个等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。
3 建筑结构设计中存在的若干问题分析
3.1结构计算应注意的问题
（1)尽量避免荷载计算的错误。例如,在结构设计中出现独立基础设计荷载取值不当的情况:钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础,当地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中,必须输入风荷载,不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
（2)底框砌体结构验算问题。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构, 对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2～1.5的增大系数；底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时框架不折减, 抗震墙折减到弹性刚度的20%～30%,应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
（3)关于结构周期折减系数的确定。框架结构及框架—剪力墙等结构,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,因而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。对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取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。
3.2 构造设计应注意的问题
（1)地基基础(包括桩基)设计中出现的常见问题。首先,高层建筑基础有效埋置深度不足,如某高层建筑30层,H=106m,地下一层,设计采用桩基,筏板基础埋深5.5m,小于JCJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技术规范中关于基础埋深的要求( （2)在框架结构设计中,设计人员一般只注意横向框架的设计而忽视了纵向框架。现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用應按两个主轴方向分别计算,各方面的地震作用应由该方向的抗侧力构件来承担。在框架结构设计中,纵向框架横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对于非抗震设计,纵向按普通的连续梁进行设计,梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置不符合框架的构造要求。由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计中经常出现梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配置均不足的现象。
3.3关于高层建筑材料的选用和结构体系问题
对于采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。在高层建筑中,根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力,建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后,为减小风振,钢骨(钢管)混凝土通常作为首选。在实际工程中出现了不少规则性很差、对结构抗震十分不利的高层建筑。这里仅举几个例子:首先,平面凹凸不规则。其次,平面扭转不规则问题。如框架—剪力墙结构中,纵横剪力墙布置过分集中或仅布置在房屋的一端, 使结构刚度中心严重偏离质量中心,有时甚至是结构整体计算的第一振型为扭转振型。再次,高位转换问题。如某高层建筑采用框支抗震墙结构,高度约160m,IV类场地,6度设防,不仅房屋高度大大超过其最大适用高度,且在第6层～第7层处设置了厚板转换层,框支层数达到6层。楼层错层问题。高层建筑中带有较大范围的错层,使楼层的楼板不连续,对结构抗震十分不利。另外,某些高层建筑带有明显薄弱层,又没有采取有效的抗震加强措施。根据抗震对高层建筑规则性的要求,高层结构不宜同时采用两种以上的复杂结构。同一结构单元中采用两种不同的结构体系。如某多层框架结构,电梯井及两端山墙部位局部采用砖墙承重。最后,高层建筑楼板(特别是首层和转换层楼板)开洞过多过大,有的楼板开洞率甚至超过30%。因此,尽量避免采用不规则的结构,采取有效的抗震加强措施。
3.4施工图绘制达不到规定要求
一些设计人员制作图纸“偷工减料”,设计粗糙,过于简单,施工图中应有的系统图、大样图、相关剖视图漏缺；一些重要的、应该用图纸反映的内容只标注“见图集”“由设备厂家确定”等,施工图设计表述不全,细部大样不详,不能反映工程的全貌；一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等在设计总说明中没有标明或交待不全。
4 结语
建筑的结构设计是个系统的、全面的工作,在设计中存在的问题是多种多样的, 需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。文中如有不当之处,望各位同行指正。
参 考 文 献
[1]卢循.建筑结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2009
[2]孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构,2009
[3]陈天虹.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术,2010
[4]赵丽清.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].山西建筑,2010
关键词:建筑结构；设计；问题
Abstract: Firstly expounds the basic content types and structural design of architectural design, lists some common problems with universal induction and are discussed, in order to make structural designers can learn from, in order to ensure the quality of building structure design can further improve.
Key words: building; design; problem
中图分类号：TU3
1 引言
结构设计大体可以分为三个阶段，结构方案阶段,结构计算阶段和施工图设计阶段。本文结合笔者多年来施工图设计和审查的实践经验,对结构设计特别是建筑结构设计的相关问题进行了阐述,以确保建筑物结构设计质量能上一个新的台阶。
2 建筑结构设计的概论
2.1建筑结构的类型
建筑物有各种不同的使用功能要求,因此有许多类型及分类方法。根据建筑物的用途,可以分为工业建筑与民用建筑。根据建筑物的层数,可以分为单层、多层、高层和超高层建筑。建筑物根据所使用的结构材料可以分为:木结构、砌体结构、混凝土结构、钢结构和混合结构等。建筑物根据其结构形式,可以分为排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构和大路结构等。
2.2 建筑结构设计的基本内容
（1)结构设计的程序。
建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计。每一部分的设计都应围绕设计的4个基本要求:功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,分为以下4个过程:方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。
（2)建筑物结构设计的基本要求。
为保证建筑结构的可靠度达到目标可靠度的要求,在设计中,应遵循以下基本要求:a.计算内容。结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算。b.结构上数种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合。c.抗震设计。我国的抗震设防烈度为6度～9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,分为一、二、三、四4个等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。
3 建筑结构设计中存在的若干问题分析
3.1结构计算应注意的问题
（1)尽量避免荷载计算的错误。例如,在结构设计中出现独立基础设计荷载取值不当的情况:钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础,当地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中,必须输入风荷载,不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
（2)底框砌体结构验算问题。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构, 对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2～1.5的增大系数；底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时框架不折减, 抗震墙折减到弹性刚度的20%～30%,应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
（3)关于结构周期折减系数的确定。框架结构及框架—剪力墙等结构,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,因而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。对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取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。
3.2 构造设计应注意的问题
（1)地基基础(包括桩基)设计中出现的常见问题。首先,高层建筑基础有效埋置深度不足,如某高层建筑30层,H=106m,地下一层,设计采用桩基,筏板基础埋深5.5m,小于JCJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技术规范中关于基础埋深的要求(
3.3关于高层建筑材料的选用和结构体系问题
对于采用何种建筑材料或结构体系较为合理是工程技术人员非常重视的问题。在高层建筑中,根据现在我国建筑钢材的类型、品种和钢结构的加工制造能力,建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后,为减小风振,钢骨(钢管)混凝土通常作为首选。在实际工程中出现了不少规则性很差、对结构抗震十分不利的高层建筑。这里仅举几个例子:首先,平面凹凸不规则。其次,平面扭转不规则问题。如框架—剪力墙结构中,纵横剪力墙布置过分集中或仅布置在房屋的一端, 使结构刚度中心严重偏离质量中心,有时甚至是结构整体计算的第一振型为扭转振型。再次,高位转换问题。如某高层建筑采用框支抗震墙结构,高度约160m,IV类场地,6度设防,不仅房屋高度大大超过其最大适用高度,且在第6层～第7层处设置了厚板转换层,框支层数达到6层。楼层错层问题。高层建筑中带有较大范围的错层,使楼层的楼板不连续,对结构抗震十分不利。另外,某些高层建筑带有明显薄弱层,又没有采取有效的抗震加强措施。根据抗震对高层建筑规则性的要求,高层结构不宜同时采用两种以上的复杂结构。同一结构单元中采用两种不同的结构体系。如某多层框架结构,电梯井及两端山墙部位局部采用砖墙承重。最后,高层建筑楼板(特别是首层和转换层楼板)开洞过多过大,有的楼板开洞率甚至超过30%。因此,尽量避免采用不规则的结构,采取有效的抗震加强措施。
3.4施工图绘制达不到规定要求
一些设计人员制作图纸“偷工减料”,设计粗糙,过于简单,施工图中应有的系统图、大样图、相关剖视图漏缺；一些重要的、应该用图纸反映的内容只标注“见图集”“由设备厂家确定”等,施工图设计表述不全,细部大样不详,不能反映工程的全貌；一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等在设计总说明中没有标明或交待不全。
4 结语
建筑的结构设计是个系统的、全面的工作,在设计中存在的问题是多种多样的, 需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。文中如有不当之处,望各位同行指正。
参 考 文 献
[1]卢循.建筑结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2009
[2]孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构,2009
[3]陈天虹.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术,2010
[4]赵丽清.浅谈高层建筑结构分析与设计[J].山西建筑,2010