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摘 要 建筑工程的结构设计周期可分为三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。本文重点介绍了这三个阶段所涉及的内容和一些应该注意的问题，为作者在建筑设计院工作近三年的一点心得和体会。
关键词 结构方案；结构计算；施工图设计
1、概述
结构设计要求设计者有良好的基础知识，熟悉结构规范、了解结构构造并能用施工图很好的表达出设计意图。一个工程的结构设计周期分为三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。结构方案阶段要根据建筑的重要性、抗震设防烈度、建筑的高度来确定结构形式，方案阶段强调概念设计，整体把握；结构计算阶段要确定计算软件，选取合理的设计参数，配合其他专业进行结构建模、计算和调整，计算完毕需对计算结果的合理性和可靠性进行分析；施工图设计阶段是将设计内容用图纸表达出来。本文将针对上述三个阶段进行详细的描述。
2、结构方案阶段
在本阶段，结构工程师要根据各种结构形式的适用范围和特点来选择最佳结构形式，要注意规范中对于各种结构形式的界定，清楚各种结构形式的使用范围，使结构方案尽量满足建筑要求，并考虑合理性和经济性。
2.1 高层建筑结构体系
1）框架结构
框架结构由立柱、梁和楼板一起形成的空间受力体系。优点是建筑平面布置灵活，立面设计方便；缺点是刚度小，水平侧移较大。主要适用于非抗震区和层数较小的建筑。
2）剪力墙结构
剪力墙结构是用剪力墙作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。剪力墙结构刚度大、空间整体性好，侧向变形小，适用于建造较高的高层建筑。
3）框架-剪力墙结构体系
框架-剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙主要承受水平力，是抗侧力的主体，框架则以承受竖向荷载为主。剪力墙克服了纯框架结构抗侧刚度低的缺点，框架则弥补了剪力墙结构布置不灵活的不足。框架-剪力墙结构普遍用于较高的宾馆和办公楼等公用建筑中。
4）筒体结构体系
筒体结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力，筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体结构具有很大的刚度，抵抗水平荷载能力很强，往往用于大跨度、大空间或超高层建筑。
2.2 结构选型的内容和要求
结构选型主要包括：选择合适的基础结构、竖向和水平承重结构。设计者要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求：
（1）建筑场地宜选有利地段，避开不利地段，远离危险地段，避免土质液化及地基土不均匀沉陷灾害；
（2）平面和立面形式简单、对称、规则，减小偏心
（3）抗侧力构件和质量分布在同层平面内宜基本对称，相邻层刚度和质量变化宜缓慢；
（4）地震区的高层建筑应具备多道抗震防线，有足够的承载力、刚度和延性；
（5）施工简便可行，经济合理且与周边环境和谐。
3.结构计算阶段
3.1 结构建模步骤
结构整体建模是结构计算关键的一步，要保证结构模型与实际相符，如层高、传力关系、边界条件等，除此之外还要注意以下问题：
（1）检查原始数据是否有误，是否遗漏荷载；
（2）计算简图是否与实际相符，计算程序是否选择正确；
（3）荷载是否准确，复核输入的荷载如建筑隔墙、电梯吊钩、消防水箱和特殊房间荷载等；
（4）计算参数必须逐一复核，使之与实际相符。
3.2 计算结果判断
建模计算完成后，需要对计算结果进行判断，看建模和计算分析是否合理。通过计算结果查看阵型曲线是否光滑连续，零点位置是否符合一般规律；位移曲线应上下渐变，位移值满足规范要求。高层建筑结构主要有如下控制参数：
（1）位移比
《高层规程》3.4.5规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，A级高度高层建筑的位移比不宜超过1.2，不应超过1.5；B级高度高层建筑的位移比不宜超过1.2，不应超过1.4。
（2）周期比
《高层规程》3.4.5规定：A级高度高层建筑的周期比不应大于0.9，B级高度高层建筑的周期比不应大于0.85。
（3）刚度比
《高层规程》3.5.2规定：
1）对于框架结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度的平均值的比值不宜小于0.8。
2）对于框架剪力墙结构，剪力墙结构、筒体结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比（考虑层高修正）不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，侧向刚度比不宜小于1.1；对于结构底部嵌固层，侧向刚度比不宜小于1.5。
（4）层间受剪承载力之比
《高层规程》3.5.3规定：A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于相邻上一层受剪承载力的75%。
（5）剪重比
剪重比在某种程度上反应了结构的刚柔程度，剪重比太小，说明结构整体刚度偏柔，在地震力下的位移过大；剪重比太大，说明结构整体刚度偏刚，会引起很大的地震内力，不经济。《高层规程》4.3.12规定了结构各楼层的最小地震剪力。
（7）层间位移角
限制高层建筑的层间位移角主要目的有两点：一是保证主体结构基本处于弹性受力状态；二是保证填充墙和各种管线等非结构构件完好，避免产生明显的损伤。
4、施工图设计阶段
结构施工图的基本要求是：图面清楚整洁、标注齐全、构造合理、符合国家制图标准及行业规范，能很好的表达设计意图，并与计算书一致。结构施工图的内容主要包括：图纸目录、结构设计总说明、基础结构布置图、各楼层结构配筋图、竖向构件定位以及配筋图及结构大样等。结构施工图应该注意如下问题：
4.1 结构设计总说明
结构设计总说明是结构施工图纸非常重要的一部分，它反映了一个工程的总体情况、说明了一些常用结构构造的做法、介绍了工程的某些特殊情况。撰写结构设计总说明需要注意的问题有：总说明所列自然条件是否与有关部门提供的设计原始资料一致；所列设计规范是否有遗漏或者过时作废的；常用荷载超过荷载规范的规定是否有依据；当采用新技术、新材料、新工艺时，应予以补充说明；说明应针对工程的具体情况，内容简单明了。
4.2 违反规范强制性条文
图纸中常见的违反“强条”有：受力钢筋不满足最小配筋率要求；混凝土结构的抗震等级选择错误；框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，一级抗震小于0.5，二、三级抗震小于0.3；框架梁加密区的箍筋间距大于梁截面高度的1/4；梁端纵向钢筋配筋率大于2%时，箍筋直径没有比规定的构造数值加大一级等等。设计人员应该精读规范黑体字部分，避免在施工图中违反强制性条文规定。
4.3 其他图纸问题
（1）梁上部纵筋的净距不符合规范，上部纵筋过密会给混凝土的振捣带来困难；
（2）梁的配筋率不合适，配筋率过大说明梁截面偏小，反之说明梁截面偏大，梁的配筋率控制在1.5%～2.5%；
（3）主梁底标高高于次梁底标高。这种情况往往是由于涉及周期不合理，设计人员频于赶任务造成，现场一旦按图施工其实际受力状态与设计假定不符，造成结构不安全；
（4）次梁跨度较大时，应该验算其挠度。
5、总结
本文介绍了建筑结构设计的三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。结构方案阶段着重分析了不同结构体系的特点和适用范围，指出了结构选型的基本要求；结构计算阶段介绍了利用软件进行结构分析的基本过程以及计算结果的判断；施工图阶段则总结了结构施工图的绘制要求和容易出现的问题。以上是作者在设计院工作三年的一点心得和体会，希望能对刚接触结构设计的新人有所帮助。
参考文献
[1] JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程
[2] 孙海林，手把手教你建筑结构设计，北京：中国建筑工业出版社
关键词 结构方案；结构计算；施工图设计
1、概述
结构设计要求设计者有良好的基础知识，熟悉结构规范、了解结构构造并能用施工图很好的表达出设计意图。一个工程的结构设计周期分为三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。结构方案阶段要根据建筑的重要性、抗震设防烈度、建筑的高度来确定结构形式，方案阶段强调概念设计，整体把握；结构计算阶段要确定计算软件，选取合理的设计参数，配合其他专业进行结构建模、计算和调整，计算完毕需对计算结果的合理性和可靠性进行分析；施工图设计阶段是将设计内容用图纸表达出来。本文将针对上述三个阶段进行详细的描述。
2、结构方案阶段
在本阶段，结构工程师要根据各种结构形式的适用范围和特点来选择最佳结构形式，要注意规范中对于各种结构形式的界定，清楚各种结构形式的使用范围，使结构方案尽量满足建筑要求，并考虑合理性和经济性。
2.1 高层建筑结构体系
1）框架结构
框架结构由立柱、梁和楼板一起形成的空间受力体系。优点是建筑平面布置灵活，立面设计方便；缺点是刚度小，水平侧移较大。主要适用于非抗震区和层数较小的建筑。
2）剪力墙结构
剪力墙结构是用剪力墙作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。剪力墙结构刚度大、空间整体性好，侧向变形小，适用于建造较高的高层建筑。
3）框架-剪力墙结构体系
框架-剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙主要承受水平力，是抗侧力的主体，框架则以承受竖向荷载为主。剪力墙克服了纯框架结构抗侧刚度低的缺点，框架则弥补了剪力墙结构布置不灵活的不足。框架-剪力墙结构普遍用于较高的宾馆和办公楼等公用建筑中。
4）筒体结构体系
筒体结构体系由一个或多个筒体为主抵抗水平力，筒体是一种空间受力构件，分实腹筒和空腹筒两种类型。筒体结构具有很大的刚度，抵抗水平荷载能力很强，往往用于大跨度、大空间或超高层建筑。
2.2 结构选型的内容和要求
结构选型主要包括：选择合适的基础结构、竖向和水平承重结构。设计者要求对各种结构的受力特点及适用范围有较好的了解。选定的结构体系应符合以下要求：
（1）建筑场地宜选有利地段，避开不利地段，远离危险地段，避免土质液化及地基土不均匀沉陷灾害；
（2）平面和立面形式简单、对称、规则，减小偏心
（3）抗侧力构件和质量分布在同层平面内宜基本对称，相邻层刚度和质量变化宜缓慢；
（4）地震区的高层建筑应具备多道抗震防线，有足够的承载力、刚度和延性；
（5）施工简便可行，经济合理且与周边环境和谐。
3.结构计算阶段
3.1 结构建模步骤
结构整体建模是结构计算关键的一步，要保证结构模型与实际相符，如层高、传力关系、边界条件等，除此之外还要注意以下问题：
（1）检查原始数据是否有误，是否遗漏荷载；
（2）计算简图是否与实际相符，计算程序是否选择正确；
（3）荷载是否准确，复核输入的荷载如建筑隔墙、电梯吊钩、消防水箱和特殊房间荷载等；
（4）计算参数必须逐一复核，使之与实际相符。
3.2 计算结果判断
建模计算完成后，需要对计算结果进行判断，看建模和计算分析是否合理。通过计算结果查看阵型曲线是否光滑连续，零点位置是否符合一般规律；位移曲线应上下渐变，位移值满足规范要求。高层建筑结构主要有如下控制参数：
（1）位移比
《高层规程》3.4.5规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，A级高度高层建筑的位移比不宜超过1.2，不应超过1.5；B级高度高层建筑的位移比不宜超过1.2，不应超过1.4。
（2）周期比
《高层规程》3.4.5规定：A级高度高层建筑的周期比不应大于0.9，B级高度高层建筑的周期比不应大于0.85。
（3）刚度比
《高层规程》3.5.2规定：
1）对于框架结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度的平均值的比值不宜小于0.8。
2）对于框架剪力墙结构，剪力墙结构、筒体结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比（考虑层高修正）不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，侧向刚度比不宜小于1.1；对于结构底部嵌固层，侧向刚度比不宜小于1.5。
（4）层间受剪承载力之比
《高层规程》3.5.3规定：A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于相邻上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于相邻上一层受剪承载力的75%。
（5）剪重比
剪重比在某种程度上反应了结构的刚柔程度，剪重比太小，说明结构整体刚度偏柔，在地震力下的位移过大；剪重比太大，说明结构整体刚度偏刚，会引起很大的地震内力，不经济。《高层规程》4.3.12规定了结构各楼层的最小地震剪力。
（7）层间位移角
限制高层建筑的层间位移角主要目的有两点：一是保证主体结构基本处于弹性受力状态；二是保证填充墙和各种管线等非结构构件完好，避免产生明显的损伤。
4、施工图设计阶段
结构施工图的基本要求是：图面清楚整洁、标注齐全、构造合理、符合国家制图标准及行业规范，能很好的表达设计意图，并与计算书一致。结构施工图的内容主要包括：图纸目录、结构设计总说明、基础结构布置图、各楼层结构配筋图、竖向构件定位以及配筋图及结构大样等。结构施工图应该注意如下问题：
4.1 结构设计总说明
结构设计总说明是结构施工图纸非常重要的一部分，它反映了一个工程的总体情况、说明了一些常用结构构造的做法、介绍了工程的某些特殊情况。撰写结构设计总说明需要注意的问题有：总说明所列自然条件是否与有关部门提供的设计原始资料一致；所列设计规范是否有遗漏或者过时作废的；常用荷载超过荷载规范的规定是否有依据；当采用新技术、新材料、新工艺时，应予以补充说明；说明应针对工程的具体情况，内容简单明了。
4.2 违反规范强制性条文
图纸中常见的违反“强条”有：受力钢筋不满足最小配筋率要求；混凝土结构的抗震等级选择错误；框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋截面面积的比值，一级抗震小于0.5，二、三级抗震小于0.3；框架梁加密区的箍筋间距大于梁截面高度的1/4；梁端纵向钢筋配筋率大于2%时，箍筋直径没有比规定的构造数值加大一级等等。设计人员应该精读规范黑体字部分，避免在施工图中违反强制性条文规定。
4.3 其他图纸问题
（1）梁上部纵筋的净距不符合规范，上部纵筋过密会给混凝土的振捣带来困难；
（2）梁的配筋率不合适，配筋率过大说明梁截面偏小，反之说明梁截面偏大，梁的配筋率控制在1.5%～2.5%；
（3）主梁底标高高于次梁底标高。这种情况往往是由于涉及周期不合理，设计人员频于赶任务造成，现场一旦按图施工其实际受力状态与设计假定不符，造成结构不安全；
（4）次梁跨度较大时，应该验算其挠度。
5、总结
本文介绍了建筑结构设计的三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段和施工图设计阶段。结构方案阶段着重分析了不同结构体系的特点和适用范围，指出了结构选型的基本要求；结构计算阶段介绍了利用软件进行结构分析的基本过程以及计算结果的判断；施工图阶段则总结了结构施工图的绘制要求和容易出现的问题。以上是作者在设计院工作三年的一点心得和体会，希望能对刚接触结构设计的新人有所帮助。
参考文献
[1] JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程
[2] 孙海林，手把手教你建筑结构设计，北京：中国建筑工业出版社