结构设计中应该注意的问题

【摘要】使结构安全适用、经济合理、是结构工程师的任务和责任。但现在有些结构设计很难说安全合理，本文就建筑结构设计中应该注意的方面提出来，与大家共勉。

【关键词】结构设计概念设计安全系数电算指标结构构造

工程质量的优劣直接关系到人们的生命安全。而工程质量的好坏主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。相对而言，结构设计是一项繁重而又责任重大的工作，直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性，但在实际设计工作中，常常发生结构设计的种种概念和方法上的差错，这些差错的产生，有的是由于设计人员没有对结构设计引起高度重视，盲目参照或套用其他的设计的结果；有的则是由于设计对设计规范和设计方法缺乏理解；还有的是由于设计者的力学概念模糊，不能建立正确的计算模式，对结构电算结果也缺乏判断正确与否的经验。

为了避免或减少类似的情况发生，确保设计质量能上一个台阶，建筑结构设计人员应注意以下常见问题：

一、概念设计

抗震设计中，影响整个结构抗震能力的因素很多，如：结构构件的承载力和变形能力；非结构构件的材料性能及提供的强度储备；结构的连接构造；结构的稳定性；结构的整体性能在经受第一次地震后多次余震反复作用下的抗破坏能力。目前只对第一种因素作了计算，其它因素尚无法进行计算，靠概念设计和结构构造做到结构体系具备必要的承载力、刚度、稳定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足够的延性。对复杂结构，七分计算三分构造，更重要的是概念设计。 为此，结构设计人员必须及早介入建筑结构的概念设计，否则，将会导致建筑结构设计的不合理，给以后的结构设计带来难度。

二、结构计算

1、荷载要准确

结构设计中，荷载是最主要的设计参数之一。荷载计算不准确，会直接影响计算结果。要做到以建筑、设备条件图及有关荷载设计规范为依据，正确、合理地计算荷载，不能人为地增大荷载或减小荷载。 在设计梁、柱、墙及基础时，要按规范要求进行楼面活荷载折减；在计算填充墙的重量时，要考虑墙顶梁高的因素，要考虑门窗洞口的因素，按实扣除等等。另外，在设计梁、墙、柱和基础时,还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。《建筑结构荷载规范》中规定活荷载按楼层的折减系数只适用于住宅、办公楼、宿舍等小开间房间的折减,对于商场来说则不安全,这点应引起注意。结构计算最忌讳漏掉荷载， 它将使计算白费或使结构存在隐患，应引以为戒。

2、正确选择计算参数及计算结果

现在，在结构设计计算中，基本上采用计算机进行分析计算，那么就要求设计人员熟悉计算软件，对每一项参数的含义均了解，对每一项输出结果了解。如在 TAT、SATWE 计算程序中，有一项梁弯矩放大系数的选项，缺省值为 1.2，若选用 1.2，则代表梁的正负设计弯矩均放大 1.2 倍，这样不仅造成钢筋的浪费，还有可能造成截面超筋情况而迫使加大梁的截面，由此又可能产生“强梁弱柱”的结构，影响了结构的抗震性能，设计出的结构反而不安全，因此应将此值改为 1.0。再例如，计算中对是否点取“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”。 在结构计算中应采用符合实际情况的楼板刚度计算假定； 当计算模型存在楼板开大洞、不连续、弱连接的情况，不符合刚性楼板假定时，应采用“弹性楼板假定”计算，同时地震作用应采用总刚分析方法计算，而计算结构的位移比时，则应选用“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”进行补充计算。

3、合理控制安全系数

有些设计人员在进行结构施工图设计时，总是不放心，总觉得多放点钢筋才安全。 其实，在荷载计算时已经考虑到静载1.2、活载 1.4 的安全系数，还综合考虑了最不利的荷载组合作用、远近地震作用等等，这些因素都直接或间接放大了配筋。如果再放大配筋系数，第一可能会变成超筋构件，第二会造成浪费。所以，只要合理选取了结构计算模型，计算结果满足规范要求应该是安全的。

4、控制结构电算指标

正确使用计算机分析软件， 检验和判断电算结果的可靠性对建筑结构设计至关重要。为使设计合理，一般将结构电算结果控制在规定范围内。

（1）轴压比

主要为保证结构的延性要求，规范对墙肢和柱均有相应限值要求。见抗规 6.3.7 和 6.4.6，高规 6.4.2 和 7.2.14 条。 轴压比不满足规范要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。

（2）剪重比

主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长结构的安全。 见抗规 5.2.5，高规 3.3.13 条。 剪重比不满足规范要求，说明结构的刚度相对于水平地震剪力过小；但剪重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

（3）刚重比

规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。见高规 5.4.1 和 5.4.2 条。刚重比不满足规范上限要求，说明重力二阶效应的影响较大，应该予以考虑。规范下限主要是控制重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌。见高规 5.4.4 及相应的条文说明。刚重比不满足规范下限要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小。但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

（4）层间位移角

主要为限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。见高规 4.6.1、4.6.2 和 4.6.3 条。层间位移角不满足规范要求，说明结构的上述要求无法得到满足。但层间位移角过分小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

（5）位移比（层间位移比）

主要为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。见抗规 3.4.2，高规4.3.5 条。位移比（包括层间位移比，下同）不满足规范要求，说明结构的刚心偏离质心的距离较大，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。

（6）周期比

主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结 构产生的不利影响。见高规 4.3.5 条。周期比不满足规范要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。

（7）刚度比

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。见抗规 3.4.2，高规 4.4.2 条。

（8）层间受剪承载力比

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变，形成薄弱层。见抗规 3.4.2，高规 4.4.3 条。

三、结构构造

结构体系靠力学计算保证构件的承载力及变形，又靠构造措施将构件连接在一起，形成结构体系，合理的构造保证构件传力明确；保证在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分构件破坏而使结构体系丧失承载能力及抗震能力；保证在设计使用年限内的耐久性。

综上所述，通过对上述问题的分析，可以加强结构设计人员对常见结构设计错误的辨别能力， 提高对结构设计问题的防治能力，使结构设计工作做到更安全、更合理。