多高层房屋结构设计

多高层房屋结构设计
结构理论和建筑技术不断得到提高，结构形式也开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样，但是也随之出现了很多房屋结构设计方面的问题。

房屋结构设计就是结构设计人员对所要施工的房屋建筑的表达。

本文针对多高层结构设计的内容和基本方法，以及在建筑结构设计中需要注意的问题进行探讨，希望对结构设计者在进行具体结构设计中，能够具备扎实的理论知识，灵活创新的思维和认真负责的工作态度，并密切配合相关专业进行设计。

标签：房屋结构；结构设计；安全问题
结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的内容。

用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包竖向和水平的承重及抗力体系。

把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。

1、房屋结构设计方面的原则
1.1 选用适当的计算简图：结构计算式在计算简图的基础上进行的，计算简图选用不当则会导致结构安全的事故常常发生，所以选择适当的计算简图是保证结构安全的重要条件。

计算简图还应有相应的构造措施来保证。

实际结构的节点不可能是纯粹的铰结点和刚结点，但与计算简图的误差应在设计允许范围之内。

1.2 选择合适的基础方案：基础设计应根据工程地质条件，上部结构类型与载荷分布，相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析，选择经济合理的基础方案，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力，必要时应进行地基变形验算。

基础设计应有详尽的地质勘察报告，对一些缺少地质报告的建筑应进行现场查看和参考临近建筑资料。

通常情况下，同一结构单元不宜用两种不同的类型。

1.3 合理选择构方案：一个合理的设计必须选择一个经济合理的结构方案，也就是要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。

结构体系应受力明确，传力简捷。

同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。

总而言之，必须对工程的设计要求、材料供应、地理环境、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、电、水、暖等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时应进行多方案比较，择优选用。

1.4 正确分析计算结果：在结构设计中普遍采用计算机技术，但是由于目前软件种类繁多，不同软件往往会导致不同的计算结果。

因此设计师应对程序的适用范围、条件等进行全面了解。

在计算机辅助设计时，由于结构实际情况与程序不相符合，或人工输入有误，或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果，因而要求结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校核，做出合理判断。

1.5 采取相应的构造措施：结构设计始终要牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强
压弱拉原则”，注意构件的延性性能；加强薄弱部位；注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度；考虑温度应力的影响力。

2、结构的设计的内容
2.1建筑设计的阶段大体可以分为三个阶段，同样房屋结构设计紧随建筑设计也烦为三阶段：结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。

方案阶段的内容为：根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。

确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。

2.2结构计算阶段的内容为：首先，荷载的计算。

荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。

第二，结构整体分析，重点分析房屋结构的规则性，包括平面规则、竖向规则，扭转规程、还有结构整体抗力等。

第三，构件的试算。

根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。

第四，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。

最后，构件的计算。

根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。

如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。

2.3施工图设计阶段的内容：结构施工图的绘制就是对前面结构工程师对建筑布置、分析、计算结果的表达。

一份好的结构施工图不仅要清晰的图面，重要的还在施工单位能通过结构施工图纸领会结构设计人员对工程的受力分析思路传力路径和结构概念设计的精髓。

好的施工图具备如下特点。

1）合法性。

即符合国家的各种规范，特别是规范的各种构造要求。

2）准确性。

日面表达应只有一种解释，即所谓的唯一性，不应含糊不清。

3）通俗性。

即围面应易懂、简捷明了。

4）可操作性。

施工要简单、易行。

在施工图的设计过程中，设计者往往对钢筋数量的选取較为认真，而忽视有关的构造问题。

该类问题处理不好，不但会影响施工进度，也会影响施工质量，降低结构安全度，减少使用寿命。

3、进行结构设计时应注意的事项
3.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题
3.1.1阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小，可砍成直角或斜角。

3.1.2如果底板钢筋双向双排，且在悬挑部分不变，阳角不必加辐射筋。

3.2关于箱、筏基础底板的挑板问题
从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。

虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。

当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；当地下水位很高，出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。

3.3关于梁、板的计算跨度
一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨的1.1倍等，这些规定和概念（下转67页）（上接65页）仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的。

梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是一变截面板。

在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋取二者大值配筋。

（借用台阶式独立基础变截面处的概念）柱子也可认为是超大截面梁，所以梁配筋时应取柱边弯距。

削峰是正常的，不削峰才有问题。

3.4关于纵筋搭接问题
纵筋搭接长度为若干倍钢筋直径d，一般情况下，d取钢筋直径的较小值。

这有个前提，即大直径钢筋强度并未充分利用。

否则，应取钢筋直径的较大值。

如框架结构顶层的柱子纵筋有时比下层大，d应取较大的钢筋直径，甚至纵筋应向下延伸一层。

其实，两根钢筋放一起，用铁丝捆一下，能起多大作用，还削弱了钢筋与混凝土的握裹力。

所以，钢筋如有可能尽量采用机械连接或焊接。

3.5抗震缝加大问题
抗震缝应加大，经统计，按规范要求设的防震缝在地震时有40%发生了碰撞。

故应增大抗震缝间距。

.6主梁有次梁处加附加筋
一般应优先加箍筋，附加箍筋可认为是：主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺，在次梁两侧补上，象板上洞口附加筋。

附加筋一般要有，但不应绝对。

规范说的清楚，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担。

也就是说，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱
下的垫梁不必加附加筋。

位于梁下部的集中力应加附加筋。

但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。

当主次梁截面相差不大，次梁荷载较大时，应加附加筋。

当主梁高度很高，次梁截面很小、荷载很小时，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。

还有当主次梁截面均很大，如工艺要求形成的主次深梁，而荷载相对不大主梁也可不加附加筋。

总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时，主梁可不加附加筋。

梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。

主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时，也可满足。

结语：
总之，结构设计是个系统、全面的工作，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。

结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。

参考文献：
[1]李明顺主编.混凝土结构设计规范算例[M].中国建筑工业出版社.2003.10.
[2]张吉人.建筑结构设计施工质量控制[M].中国建筑工业出版社.2006.9.
[3]沈蒲生.樓盖结构设计原理[M].科学出版社.2003.12.。