中山市小榄镇建筑设计院
混凝土结构建筑具有耐久性耐火性好，整体性可模性强，比钢结构更节约钢材的优点。缺点是自重大，不利于大跨度及高层抗震，抗裂性差，施工周期长。下面对钢筋混凝土结构的设计进行探讨。
首先要了解建筑结构设计的一般原则，就是安全、适用、耐久和经济合理。其中，安全性、适用性和耐久性概括称为结构的可靠性。（1）安全性 在正常施工和正常使用的条件下，结构应能承受可能出现的各种荷载作用和变形而不发生破坏；在偶然事件发生后，结构仍能保持必要的整体稳定性。（2）适用性 在正常使用时，结构应具有良好的工作性能。（3）耐久性 在正常维护的条件下，结构应能在预计的使用年限内满足各项功能要求，也即应具有足够的耐久性。
建筑结构设计主要分为三个阶段:初步设计阶段、结构计算阶段与施工图设计阶段。
初步设计阶段：1.首先充分熟悉建筑图的内容，了解建筑各部位的使用功能及建筑场地的周边条件；2.根据建筑高度及建筑类别选取合适的建筑结构形式。3.分析建筑竖向承力构件（墙、柱）的布置是否合理，必要时要与建筑师商讨调整；4.考虑好梁板的基本布置形式；5.确定各个位置的使用活荷载，墙体材料的容重；6.与各设备专业相互沟通协调。
结构计算阶段 目前国内的结构计算软件主要有两个系列： PKPM与广厦建筑结构CAD。下面以广厦建筑结构CAD为例探讨计算过程及注意问题。
一、工程录入
1.设置设计总信息 按工程情况及相关规范要求输入就行，要注意抗震等级，根据《设防分类》3.0.3条和《抗震》6.1.3条，甲乙类建筑要提高抗震构造措施。
2.输入墙、柱、梁、板等结构构件 墙柱是竖向承力构件，随着楼层的上升竖向承载力就越小，所以墙柱应该随着楼层的上升减小截面或降低混凝土强度等级。梁布置时一定要注意下层空间的布置，尽量与下层的墙体位置一致，室内空间才美观舒服。梁截面的宽高比建议在1：2～1：5之间。
3.荷载输入 恒载按实际情况计算确定，楼面活荷载根据《荷载》确定，其中消防车荷载值得探讨一下，笔者认为消防车荷载按规范提供的均布荷载输入不太适合，应该按实际轮压进行最不利布置进行复核。
4.生成计算数据进行计算。
二、计算结果分析及调整
1.结构总信息 计算结束后，首先要检查结构总信息，主要有以下六点信息：
（一）.结构信息 此信息包含结构总体和各层信息、各层的重量、质心和刚度中心、各层的柱墙面积、墙长度和建筑面积、风荷载、
侧向刚度比。《抗震》3.4.3条及《高层》3.5.2条都明确了侧向刚度不规则的判定。若为侧向不规则，地震力作用标准之需乘以相应的增大系数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当楼层侧向刚度小于上层刚度的50％，属于特别不规则结构需要更加有效的加强措施。
（二）. 结构位移 此信息是输出水平作用下水平位移的情况，主要有两个控制参数，层间位移比及最大层间位移角。层间位移比在《抗震》3.4.3及3.4.4条《高层》3.4.5条都有明确规定。笔者认为在层间位移不大的情况下，层间位移比可以适当放宽。因为层间位移比只是参数，并不反映相对位移的大小，与内力没有直接关系。
（三）周期和地震作用 主要有以下几点信息：
（a）. 折减前振动周期(秒)、振型参与质量，高层时要求累加振型参与质量大于90％，多层时没要求。（b）.平动扭转系数，第1个扭转系数>0.5的周期为扭转第1周期。（c）.平动扭转周期比，多层时没要求，A级高度建筑要求不大于0.9，B级高度建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。若不满足要求时，可取削弱内筒，增加两侧抗侧刚度的措施。（d）.最不利地震方向，根据《抗震》5.5.1条，若最不利地震方向与所计算的地震作用方向>15度时，增加计算的地震方向。
（四）水平力效应验算 （a）.地震作用的剪重比，按照《抗震》5.2.5要求，当本层地震方向不满足规范最小要求，程序自动增大本层此地震方向的单工况墙柱梁板内力。（b）.倾覆力矩，输出柱、剪力墙的倾覆力矩百分比，然后根据《高层》7.1.8和8.1.3条判断建筑的结构类型。（c）.整体倾覆，此处不出现零应力区就可以。（d）.楼层层间抗侧力结构的承载力比值，根据《抗震》3.4.3及3.4.4条，抗侧力结构的楼层层间承载力小于相邻上一层的80％，属竖向不规则结构，并且不应小于65％。
（五）. 超筋超限警告输出 根据超限提示调整构件截面。
三、内力配筋输出
首先检查墙、柱的计算结果，第一个是轴压比，根据计算结构调整截面或混凝土强度，使轴压比接近《抗震》要求限值；第二个是纵筋箍筋，也要调整到合理的范围。然后是调整梁的配筋，梁纵筋的配筋率控制在0.5％～1％比较经济，实际施工也比较容易。跟着是板的配筋，需要注意的是异形板的计算，除了用有限元计算外，其他方法计算出来的结果都不太准确。
经过反复计算调整所有计算结果都符合规范和设计人员的要求时就可以进入下一阶段。
四、施工图设计阶段
第一步是完成设计总说明，此图相当重要，需要说明工程场地、荷载、材料、抗震、抗风、相关规范等等各方面的信息，并且说明了部分通用设计要求及施工做法。
第二步是绘制各层平面图，笔者认为设计施工图的顺序与实际施工的顺序最好一致，一边设计一边考虑施工做法，包括支撑、模版安装，钢筋绑扎，混凝土的浇筑，模版的拆卸等。首先设计的是基础，基础的形式应根据《勘探报告》及工程实际状况确定，一般有天然扩展基础和桩基础两种形式。天然扩展基础要考虑是否需要加强地基承载力的处理，并且要计算沉降。桩基础主要有预制桩和现浇灌注桩，预制桩的施工设备较大型，对场地要求比较高，但施工质量稳定工期快；现浇灌注桩对外界环境影响较少，但工期长，施工质量不好控制，造价比较高。如果有地下室，则需要考虑地下水反力，要注意桩是否要抗拔。
上部结构施工图通过计算软件大体可以出来了，但节点细部需要设计人员处理。笔者认为节点细部是施工设计阶段的重点，结构施工图必须将混凝土浇砼的全部构件清晰表明，例如凹凸线条、构造柱等。梁柱纵筋配筋时要注意考虑钢筋之间的实际间距，注意梁柱筋之间的相互影响。板设计时，笔者认为板弯矩需要进行支座调幅，主要因为以下几个原因：（1）混凝土自身有塑形变形；（2）板的支承边是有向下挠度的；（3）大部分板是连续板，相邻板支座两边弯矩应该是平衡的。调幅系数规范没有相关规定，计算也相当的繁琐，但调幅系数也是经验的，没有必要进行复杂的计算，参考相应规范和相关论文报告以及个人在工程设计上的实践，笔者一般取15％～20％的支座调幅，工程完成后效果完全满足设计要求，未见有开裂的个案。
结语：计算软件给建筑结构设计带来了莫大的方便，节约了巨大的时间，使结构设计变成模型堆砌工作。但越是简便越要求设计人员有足够的力学知识，才能建立更接近实际的力学模型，从而计算出更精确的数据，使设计达到安全、经济的要求。设计人员也应该具备一定的现场施工知识，设计才不会脱离实际。
参考文献
[1]《建筑工程抗震设防分类标准》GB50233-2008 文中称《设防分类》。
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 (2016年版)文中称《抗震》。
[3]《建筑结构荷载规范》（GB2009-2012）文中称《荷载》。
[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010文中称《高层》。
论文作者:林杰文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/28
标签：荷载论文; 结构论文; 位移论文; 建筑论文; 刚度论文; 施工图论文; 调幅论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;