摘要：結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求要來要高，設(shè)計業(yè)越來越復(fù)雜，因此許多結(jié)構(gòu)的設(shè)計要多次試算，從局部到整體再到局部。主要計算過程可分為：整體參數(shù)試算、整體合理性計算、構(gòu)件優(yōu)化和抗震性能驗算。每步又包含多次試算，多次循環(huán)，才可能達到整體布置合理，傳力直接，構(gòu)造符合規(guī)范要求。
　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體參數(shù)控制，構(gòu)件優(yōu)化
　　論文正文：
　　隨著社會經(jīng)濟日新月異的發(fā)展，人們對居住辦公環(huán)境的要求越來越高，其中既包括舒適度的要求，當然對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，更重要的還包括安全性，而且還有考慮造價等方面的綜合指標，結(jié)構(gòu)設(shè)計就變成了一項比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，當然對于一般小型常見結(jié)構(gòu)形式，憑著我們的設(shè)計經(jīng)驗也可以說是直覺，就能快速的判斷采用何種結(jié)構(gòu)形式，甚至可以決定采用何種截面尺寸的構(gòu)件來進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是對于復(fù)雜的高層甚至是超高層結(jié)構(gòu)，想要完成一項具體的設(shè)計，在新的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行后，對結(jié)構(gòu)的性能設(shè)計提出了更高的要求，那么，怎樣才能在復(fù)雜的建筑外表下，設(shè)計出比較合理的結(jié)構(gòu)呢，下面本人結(jié)合設(shè)計的具體經(jīng)驗，談一下我的看法。
　　首先一幢建筑，我們必須根據(jù)其高度及內(nèi)部的功能劃分，分析采用什么結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)形式確定完之后，就要根據(jù)建筑規(guī)范大概估一個截面尺寸，尤其是豎向構(gòu)件的截面尺寸，然后利用結(jié)構(gòu)分析軟件進行第一輪的試算，也較粗算，目前大多數(shù)人比較熟悉的分析軟件是pkpm。
　　進入pkpm之后，完成平面布置，根據(jù)建筑所在的地點，確定荷載的基本參數(shù)，然后根據(jù)抗震設(shè)防分類標準設(shè)置地震參數(shù)，根據(jù)《抗震規(guī)范》或者《高規(guī)》確定抗震等級（包括抗震計算的抗震等級和抗震構(gòu)造措施的抗震等級），然后就可以進入粗算了，對于粗算的計算結(jié)構(gòu)，首先要控制一下幾個主要的參數(shù)：
　　第一個是第一周期平動系數(shù)。《高規(guī)》3.4.5條對于考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移的限值，以及結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比的限值，和《高規(guī)》3.7.3條樓層層間最大位移與層高之比的限值都與該參數(shù)密切相關(guān)，反應(yīng)到建筑的平面布置上就要求結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、均勻。如果結(jié)構(gòu)的第一周期平動系數(shù)過小，說明結(jié)構(gòu)整體布置是不合理的，應(yīng)該果斷調(diào)整是使該參數(shù)的值大于0.95，可能的情況把第二周期的平動系數(shù)也調(diào)到0.95以上。
　　第二個是有效質(zhì)量系數(shù)。WILSONE.L.教授曾經(jīng)提出振型有效質(zhì)量系數(shù)的概念用于判斷參與振型數(shù)是否足夠，并將其用于ETABS程序，他的方法是基于剛性樓板假定的。Pkpm從結(jié)構(gòu)變形能的角度對此問題進行了研究，提出了一個通用方法來計算各地震方向的有效質(zhì)量次數(shù)，《高規(guī)》明確要求，有效質(zhì)量系數(shù)不應(yīng)小于90%，小于90%時，說明振型組合數(shù)取的少，高階振型對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力貢獻比較大，此時可以增加振型的數(shù)量，但不能超過結(jié)構(gòu)的總自由度。具體可以參照《高規(guī)》5.1.13條。
　　第三個參數(shù)是位移比，前面已經(jīng)提到過這個參數(shù)，參數(shù)的控制一方面為了增加建筑使用功能的舒適性，另一方面，也是為了控制結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性。規(guī)范中規(guī)定的位移比限制是按剛性板假定求出的，如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板或者彈性模，則在參數(shù)設(shè)置的時候必須選擇“對所有的樓板強制采用剛性假定”，而且計算位移比時，《高規(guī)》3.7.3條文注解規(guī)定，抗震設(shè)計時，樓層位移的計算可不考慮偶然偏心的影響。此處還要提一下，對于高層建筑，《高規(guī)》4.3.3條明確規(guī)定單向地震時應(yīng)考慮偶然偏心的影響，試算第一遍如果在考慮偶然偏心的情況下，樓層最大位移和平均位移的比值大于1.2，就應(yīng)該考慮雙向地震了。位移比如果不滿足就要查明原因，該加強的地方就要相應(yīng)的加強，該減弱的地方就要相對的減弱，位移比滿足規(guī)定以后，在計算配筋的時候，就要按真實的板考慮構(gòu)件的配筋了。
　　第四個參數(shù)是剛度比。剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性的重要指標。《高規(guī)》3.5.3規(guī)定，A級高度的高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級要求更加不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%，從而保證了豎向承載力構(gòu)件的盡可能連續(xù)。歸于該參數(shù)的計算，規(guī)范提供了三種不同的計算方法，1)剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對地下室嵌固條件的判斷；2）剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；3）地震力和層間位移比的計算方法，通常絕大多數(shù)的工程都可以用此法進行剛度比的計算。
　　第五個參數(shù)是剛重比。是指結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比，它是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的重要因素，也是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)，該值如果不滿足要求，則可能引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。該值太小，說明結(jié)構(gòu)的剛度太小了。
　　第六個參數(shù)是剪重比。規(guī)范規(guī)定剪重比主要是因為在長周期地震作用下，高柔建筑的地震影響系數(shù)按現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定的地震力計算方法下降較快，結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)可能太小，而對于長周期的高柔結(jié)構(gòu)，地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，因此，處于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了樓層水平地震力的最小值，該值如果不滿足要求，則說明結(jié)構(gòu)剛度來說太小了，應(yīng)該加大或者加長截面進行重新試算，尤其是應(yīng)該加大豎向構(gòu)件的截面尺寸。
　　以上這幾個是比較重要的結(jié)構(gòu)整體控制參數(shù)，當然了，對于每種不同的結(jié)構(gòu)形式，還有許多更細部的要求，也應(yīng)該綜合起來考慮。結(jié)構(gòu)整體粗算合理之后，就可以根據(jù)建筑詳細的平、立、剖面進行精確計算，整體計算之后，就可以考慮具體的構(gòu)件優(yōu)化了。
　　對于構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計，相對來說就比較簡單了，但是也不能掉以輕心。具體可以按照以下步驟完成：
　　1.首先要判斷豎向構(gòu)件的具體情況，對于剪力墻和混凝土框架以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，最先看的是軸壓比，因為軸壓比對豎向構(gòu)件的延性影響最大，軸壓比不滿足規(guī)范相應(yīng)要求，就應(yīng)當加大截面或者適當提高混凝土強度等級，也可以采用配附加箍筋的辦法。
　　2.其次看梁和柱的配筋，梁和柱的配筋應(yīng)該嚴格按《抗震規(guī)范》或《高規(guī)》最大配筋率要求，這也是考慮到延性的要求。
　　3.對于剪力墻的配筋，超筋分三種不同的情況，第一是剪力墻的暗柱超筋，剪力墻結(jié)構(gòu)及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，暗柱相當于框架結(jié)構(gòu)的柱，所以其配筋主要是體積配箍率，應(yīng)該嚴格按照《抗震規(guī)范》或《高規(guī)》規(guī)定數(shù)值執(zhí)行，并考慮相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施。第二是剪力墻的水平筋超筋，說明墻的抗剪能力不夠，應(yīng)適當調(diào)整截面。第三是剪力墻的連梁超筋，連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)中得第一道防線，本身就允許地震來臨是先開裂釋放一部分地震能量。連梁超筋可以采取以下之中方法進行調(diào)整，1）減小連梁截面高度活采取其它減小連梁剛度的措施2）對連梁的彎矩進行塑性調(diào)幅3）當連梁的破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可按獨立墻肢的計算簡圖進行第二次多遇地震作用下的內(nèi)力分析，此時墻肢應(yīng)按兩次計算的較大值計算配筋。
　　在結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計的過程中，一定要注意結(jié)構(gòu)本來的受力模型，例如對于框架結(jié)構(gòu)而言，抗震設(shè)計的概念是強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件，所以在優(yōu)化構(gòu)件的過程，不能一味的加大梁的截面和配筋，否則對于結(jié)構(gòu)的抗震性能不僅無力而且是有害的，對于框架柱子的配筋也一樣，不能過分的加大截面，滿足位移比得限值即可，過分加大截面，就加大了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，結(jié)構(gòu)無疑將承擔更大的地震力，在目前的經(jīng)濟環(huán)境下，這種做法顯然是不符合目前的設(shè)計大形勢的。
　　還有對于，結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計，也有許多不同的選擇，每種基礎(chǔ)形式都用其自身的優(yōu)缺點，同時，基礎(chǔ)設(shè)計的地域性比較強，在這方面的設(shè)計中，更多的是靠經(jīng)驗的積累及總結(jié)。
　　最后，在施工圖繪制的過程中，也要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點，結(jié)合性能設(shè)計的一些理念，對相對薄弱的環(huán)節(jié)，或者是以目前的結(jié)構(gòu)分析手段不能分析的比較明確的地方，進行是適當?shù)呐浣罴訌姡�同時，對于抗震構(gòu)造的具體措施可以參照國標的圖集，加以具體利用。爭取設(shè)計出相對比較合理的結(jié)構(gòu)。
　　綜上論文所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項比較浩大的系統(tǒng)工程，結(jié)構(gòu)工程師任重又道遠，以上僅僅是自己設(shè)計的一點經(jīng)驗總結(jié)，不足之處在所難免，歡迎同行批評指正。
　　參考文獻：
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　　3.SATWES-3多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件（墻元模型）用戶手冊中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部