結構設計經典總結

結構設計常見問題探討》的讀書筆記

《結構設計常見問題探討》一文在網絡上流傳甚廣，本文為HiStruct的讀書筆記（見正文中紅字注出部分）。正文如下：

結構設計中相當部分構件的設置，規(guī)范僅給出了最低限值或建議取值，實際設計過程中各人的理解不同可能對整個設計帶來相當大的區(qū)別。還有部分是屬于概念設計的范疇，尤其值得我們一起探討。

一．關于超長結構：

混凝土結構設計規(guī)范第9.1.1條中規(guī)定鋼筋混凝土框架結構伸縮縫最大間距為55m，而7.1.2條則規(guī)定當采取后澆帶分段施工，專門的預加應力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施且有充分依據(jù)的，伸縮縫間距可適當增大。這兩條使我們在實際設計過程中較難把握。工程實例中超過55m就設置伸縮縫，這顯然是很難保證的，但采取后澆帶分段施工后究竟應控制房屋長度多少而不至于產生裂縫等不良現(xiàn)象呢？筆者認為這取決于各地區(qū)的溫差及混凝土不同的收縮應力。按照蘇州地區(qū)的經驗，單層房屋超過55m在70m以內時，采取設置施工后澆帶及相應的構造加強措施后，不設置伸縮縫是可行的，這在筆者長期的工程實踐中證明是切實可行的，多個工程均未產生嚴重的裂縫。但在結構設計中必須對梁柱配筋進行概念上的調整。首先是長向板鋼筋應雙層設置，并適當加強中部區(qū)域的梁板配筋，筆者認為中部區(qū)域作為一個中點必然受較大應力，而兩側梁柱，特別是邊跨的柱配筋必須加強以抵抗溫度應力帶來的推力，而超長結構在角部容易產生的扭轉效應也須我們在設計中對角部結構進行加強[HiStruct注：首先中部區(qū)域恰恰相對不需要加強配筋，這是因為中部作為收縮的中和軸區(qū)域，一般應力比較小，而約束比較強的邊界區(qū)域則是需要加強的；角部區(qū)域更是嚴重，至于角部區(qū)域的扭轉，則有點費解]。當框架結構超過70m時，筆者認為必須采取特殊的措施才能不設置伸縮縫，譬如說采用預加應力，摻入抗裂外加劑等等，而且作為超過70m的結構，必須對溫度及收縮裂縫采取定量的分析，并相應施加預應力，這在許多工程實例中應用的效果也是眾目共睹的。如果對超長結構，不能有效的分析清楚受力情況，筆者建議還是應按規(guī)范要求設置伸縮縫，畢竟建筑上縫只要處理得當還是不影響觀瞻的[HiStruct注：溫度和收縮應力分析是必要的，但是應該清楚的知道，溫度應力對于混凝土和鋼筋同樣起作用，而收縮只是混凝土在變形，實際上并不一定都需要采用預應力，比如加強構造鋼筋，膨脹加強帶的設置，或者纖維混凝土等均可，長度上依據(jù)具體情況可做到百米以上不設縫]。

二．關于樁筏基礎中筏板取值：

樁筏基礎設計中對于筏板厚度的取值，一般是先按建筑層數(shù)估算筏板厚度，常規(guī)是按層數(shù)x50mm來估算。譬如說一幢十八層的小高層住宅，我們則先按18x50mm=900mm設定筏板厚，然后再根據(jù)排樁情況，分別驗算角樁沖切，邊樁沖切及墻沖切，群樁沖切。一般情況均為角樁沖切來控制板厚[HiStruct注：某種程度說柱對筏板的沖切才是決定滿堂樁筏基礎厚度的主要因素]，但筆者在這里主要強調一個短肢剪力墻結構下的群樁沖切，短肢剪力墻結構由于墻體不封閉，故取值群樁沖切邊界時有相當大的困難，而群樁沖切由于樁群重疊面積較大，應是一種不利狀態(tài)。筆者一般是取值幾個大層間近似作為沖切邊界，所圍區(qū)域內短肢墻體內力則作為抗力抵消，雖不完全準確，但區(qū)域區(qū)域放大后，邊界的開口效應有所削弱，是可行的[HiStruct注：合理的假定沖切邊界是設計可靠的前提條件，應慎重]。

三．關于板面設置溫度應力筋：

《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-201*第10.1.9條規(guī)定在溫度收縮應力較大的現(xiàn)澆板區(qū)域內，鋼筋間距宜取為150~200mm，并應在板的末配筋表面布置溫度收縮鋼筋，板的上下表面沿縱橫兩個方向的配筋率均不宜小于0.1%.對于這一條設計人員的理解又會產生出入。什么區(qū)域屬于溫度收縮應力較大的區(qū)域？筆者認為對于規(guī)則較短的建筑物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設置相應的溫度應力鋼筋，而對于超長結構，則建議在超長結構的長向均應設置雙層鋼筋。其余部位則可因人而異，功能重要的區(qū)域設置，有條件的建設子項設置，而不必過于強調[HiStruct注：從構件的層次上看，一般板跨度比較大時，比如大廳，就應考慮混凝土收縮的不利方面]。另外有一點，當?shù)叵率曳ぐ搴穸却笥?200mm時，筆者建議在筏板中間配置溫度收縮應力鋼筋以抵抗大體積混凝土所產生的收縮及溫度應力，配筋量筆者建議取1/2筏板厚的0.1%，且不小于φ12@200[HiStruct注：基礎規(guī)范上規(guī)定201*mm厚度時才需要層中附加鋼筋網，對于基礎底板而言，是否有必要還是個很有爭議的問題，因為大體積混凝土內部溫度高有膨脹趨勢，但是已經受到三向限制，事實上是外部表面失水收縮才產生的裂縫]。

四．關于梁上起柱是否設置附加鋼筋：

筆者曾遇到某些工程梁上起柱及次梁上面都在梁中附加橫向鋼筋，有的同志甚至在彈性梁基礎中柱下梁內亦附加鋼筋，這完全沒有必要。雖然這是偏于安全的一種做法，但如果計算不需要則就是浪費了�！痘炷�土結構設計規(guī)范》GB50010-201*第10.2.13條規(guī)定，位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋（箍筋，吊筋）承擔，附加橫向鋼筋宜采用箍筋。因此次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必設置附加橫向鋼筋的�！痘炷�土結構施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構造詳圖》就是如此的。但還是有相當多的設計人員認為梁上起柱應設置橫向鋼筋，其理由是柱的軸力（集中荷載）會通過柱中的縱向鋼筋傳到梁截面。這就不對了，柱軸力是由柱截面的混凝土傳到梁的上表面，而不是由柱內鋼筋傳遞的，否則獨立基礎內豈不是也要設置吊筋了？這一類問題我覺得搞清楚了在工程實踐中可以避免一些不必要的浪費[HiStruct注：梁上立柱，柱軸力直接傳遞上梁混凝土的受壓區(qū)，因此不再需要橫向鋼筋，但是需要注意的是一般梁的混凝土等級比柱要低，有的時候低比較多，這就可能有局壓的問題出現(xiàn)]。

五．關于梁筏基礎板筋位置：

彈性梁筏基礎，由于考慮水浮力下底板所受向上的反向力，設計人員會要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有時較多甚至配置雙排筋，再加上梁箍筋則施工中引起板筋的彎折相當困難，遇到人防工程則更難施工。筆者認為從受力傳遞過程來說，板筋設置必須準確，但考慮施工困難及相應板保護層的損失，建議可以作適當放松，我院地下工程說明中規(guī)定底板面筋應有一半鋼筋經斜折后放置在支承基礎梁主筋下面，伸入梁內不小于15d，這是合理的。[HiStruct注：梁筏基礎設計梁時應當充分考慮兩個方向梁相交以及板筋對有效計算高度的影響，避免鋼筋布置與計算有明顯偏差，正確布筋方式：比較兩個方向上的基礎梁，從中判斷強者，然后與“強梁”相垂直布置第一層（最底層）板筋，在第一層板筋之上并與其垂直方向布置“強梁”的底層縱筋和第二層板筋（“強梁”的箍筋與第一層板筋在同一層面上插空走過），再在其上布置另一方向上梁的底層縱筋和其余板筋，以此類推；]

六．關于地下室墻迎水面保護層：

《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-201*第9.2.1條規(guī)定，墻在二a類環(huán)境的混凝土保護層厚度為20mm，而《地下工程防水技術規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定防水混凝土結構迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm.故常規(guī)設計中我們取外墻保護層厚度50mm，且根據(jù)GB50010-201*第9.2.4條要求在保護層內加配φ6@150單層雙向鋼筋網片，鋼筋網片保護層厚度為20mm.筆者認為在計算墻板裂縫時墻板的計算保護層至少可以按30mm來折算，以考慮鋼筋網片的有利作用，這對于節(jié)省墻體配筋效果明顯。也有設計人員保護層厚度取20mm即可，筆者也持贊同態(tài)度。[HiStruct注：一種觀點認為GB50010-201*第9.2.4條僅是爭對梁板而言，而實際設計中大家一般會在地下室外墻中加入一層細直徑鋼筋網片，以限制裂縫寬度和開展模式]

七．關于強柱弱梁的設計理念：

強柱弱梁的概念主要是針對小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設防目標而提出的。柱破壞了建筑物整個都會傾覆，而梁破壞則僅是某個區(qū)域失效，因此柱較之梁破壞的損害更大，當前我們的經濟已高速發(fā)展，我們設計人員在設計中一定要將這一概念設計貫徹下去。其一必須嚴格控制柱軸壓比，我們目前的計算均是基于小震下進行的，如果小震下柱子軸壓比過高，則大震下地震力將對邊柱產生一個巨大的附加軸力（有文章研究表明約增加30%），則柱子根本不可能有這點安全儲備，在大震即會破壞，那又何談大震不倒呢？筆者認為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9，且我們對柱斷面及配筋設置時應分部位處理，建議邊柱，角柱應適當加強，特別是角柱，建議應全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%.所有框架柱，不包括小截面柱，筆者建議縱筋均應大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋筆者則建議應配足梁中部筋，而支座筋則可通過調幅讓其適當降低，以使地震作用下能形成梁鉸機制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產生塑性鉸，保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力[HiStruct注：作者關于軸壓比的敘述，代表一種個人習慣做法，僅供參考]。

八．關于剪力墻結構中的幾個問題：

短肢剪力墻結構設計中有幾個問題值得我們重視，處理不當經常會成為薄弱點，這也是抗震審查中經常發(fā)現(xiàn)的問題。其一是對普通長墻的界定，高規(guī)JGJ3-201*第7.1.2條中規(guī)定一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻，短肢剪力墻是指截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。這就給我們帶來一個困惑，高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻受力特性截然不同，由此而引起的配筋亦相差甚遠（對四級剪力墻而言，短肢剪力墻在一般部位的配筋率要求大于1.0%，而普通墻則僅要求邊緣構件配筋率0.4%，墻身部分配筋率僅為0.2%。），因此筆者在布置長墻時建議控制高厚比大于9，這樣就與短肢剪力墻有所區(qū)分而不會混淆[HiStruct注：設計規(guī)范中很多規(guī)定都存在跳躍性過渡的問題，需要具體分析取舍，附錄規(guī)范要求短肢剪力墻抗震設計的措施]。其二是關于小墻肢JGJ3-201*第7.2.5條規(guī)定矩形截面獨立墻肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因為當墻肢高厚比較小時受力特性是脆性破壞，屬抗震不利構件[HiStruct注：假如高厚比小于3，那么受力形態(tài)就接近柱了，按照高規(guī)要求，宜按柱設計，難道柱子就是脆性破壞？顯然作者觀點站不住]。因此筆者認為在剪力墻結構設計中應盡量避免次類構件的出現(xiàn)，特別是高厚比小于3的小墻肢應不出現(xiàn)，如出現(xiàn)建議一種是按構造柱考慮，不作為抗側力構件，否則應按框架柱設計，盡量降低軸壓比，加強配筋。

以上是筆者對設計中經常出現(xiàn)的幾個問題的理解，難免有片面性。在今后的設計過程中，應以規(guī)范為依據(jù)，不斷總結，使我們的設計更經濟合理。

附錄短肢剪力墻結構的抗震加強措施:

1.抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比高規(guī)4.8.2規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用。

2.抗震設計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0.1。

3.抗震設計時，除底部加強部位應按高規(guī)7.2.10條調整剪力設計值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二級抗震等級應分別乘以增大系數(shù)1.4和1.2。4.抗震設計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。

5.短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm。

6.7度和8度抗震設計時，短肢剪力墻宜設置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側相交的樓面梁。

7.高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結構的混凝土強度等級不應低于C25。

擴展閱讀：結構設計與欣賞總結

《結構設計與欣賞》學習心得

學院：材料科學與工程學院姓名：黃銀燕

專業(yè)：材料科學與工程類學號：1009100209

結構設計與欣賞期末總結

一、教學目的與要求：

1、引導我們學會觀察結構的實用性與美的統(tǒng)一。

2、并能從技術和文化角度欣賞并評價典型結構設計的案例。3、以達到培養(yǎng)我們人文、歷史素養(yǎng)。二、學習重點與難點：

重點：學會從技術和文化的角度對結構進行分析。難點：從結構設計與技術施工兩個方面進行結構賞析。三、設計理念：

通過對經典結構的欣賞，引導我們發(fā)現(xiàn)設計不僅僅要滿足人的物質需求出發(fā)，關注人的審美準則、民族特色、生態(tài)文化等精神領域的需要。結構設計的人文色彩尤為濃烈，從古今中外的若干經典建筑設計中，觀察不同時期不同文化背景的烙印。四、設計思路：

在課程教學中，借組多媒體教學，分析經典案例，播放補充案例的視頻，引導我們討論、自主深究、自動構建知識，實現(xiàn)能力拓展、開闊視野、達到知識遷移目的。總體教學流程為“復習回顧情境導入合作探究、能力展示歸納、講授課程能力拓展開闊視野認識結構深析結構欣賞結構總結”。

五、知識發(fā)生發(fā)展過程分析：

通過圖片、影響資料先讓我們觀察，在我們觀察的基礎上，從技術的角度，逐步分析優(yōu)點，加深我們的理解和認識。再從美筑學的角度，加以提示，引發(fā)我們豐富的聯(lián)想和創(chuàng)新設計的夢想。六、知識學習意義分析：

通過對經典結構的欣賞，引導我們發(fā)現(xiàn)設計不僅僅要滿足人的物質需求出發(fā)，關注人的審美準則、民族特色、生態(tài)文化等精神領域的需要。從而培養(yǎng)我們關注技術的同時，也要關注文化，發(fā)現(xiàn)和熱愛本民族經典文化，從而培養(yǎng)我們的民族自豪感和愛國熱情。七、教法與學法：演示法，講解法。八、教輔手段：多媒體九、教學過程：

（一）導入：我們已掌握了的簡單結構的知識，并重新欣賞學習。讓我們在去旅游時見到的一些建筑，懂得該如何欣賞和評價。

（二）同時讓我們認識到優(yōu)秀的結構設計不僅表現(xiàn)在結構的實用功能上，也表現(xiàn)在形式上。特別是功能與形式的統(tǒng)一。

十、課堂上欣賞：

1、賞析結構設計作品，可以從技術與文化角度進行。師：技術角度包含哪些方面？

引導我們回答，總結：結構功能、穩(wěn)固耐用、造型設計的創(chuàng)意和表現(xiàn)力、材料使用和理性、工藝制造的精湛等

師：文化角度包含哪些方面？

引導我們回答總結：文化寓意與傳達，公眾認可的審美美學原則，反映的時代、民族、習俗、個性、等方面的特征、結構的個性特征等。

2、學生閱讀案例講解案例�？偨Y：從案例中可以看到，對經典建筑分別從技術角度和文化角度進行分析。技術角度又從功能、結構設計、技術施工三個小方面進行。

（1）介紹經典建筑的一般結構特征與其在中國建筑史上的重要地位。（2）概括經典建筑的賞析過程。從功能上看，具有哪些功能？從結構設計上看，具有哪些特點？從技術施工上看，具有哪些特點？

3、中外建筑結構賞析比較（1）播放視頻“巴黎圣母院”、“阿姆斯特丹”、“圣彼得大教堂”等。（2）與學生一起賞析它們的結構特點。（3）由此引出介紹西方建筑的特點。（4）介紹中外建筑結構的區(qū)別。

例如：故宮

技術角度：采用了低昂性的木結構建筑形式。不結構建筑主要采用榫連接屋頂?shù)娘w檐結構款打了采光面，有利于排泄雨水。

文化角度:漢族文化的代表。建筑色彩以朱墻黃頂為主，主要表現(xiàn)皇上的威嚴。屋頂?shù)娘w檐結構減輕了大屋頂?shù)某林馗�，既增添了肥東輕快的美感，同時又體現(xiàn)了高貴華美的風韻，豐富了建筑文化。

例如：圣彼得大教堂

技術角度：穹頂輪廓渾圓飽滿，穹頂上的肋與周圍鼓座一圈的雙柱對應并向上延伸至頂部的采光亭，肋間以十道斷抵抗穹頂面小強度大的環(huán)形鐵箍向外的側推力。文化角度：明顯體現(xiàn)了文藝復興時期提倡的古典主義形式，主要特征是騾馬市的園丁穹窿、希臘式的石柱與平的過梁結合，是典型的哥特式教堂。整個教堂采用巨大的石材結構，象征著不朽和永恒。

中外建筑結構的區(qū)別:關鍵詞：木構架結構磚石結構中西文化

中國古代建筑的主流是木結構，二歐洲古建筑的主流是石結構，兩者間的差別十分明顯。造成這種差別的原因為以下幾點。

其一是建筑的目的。西方古代與中世紀的主流建筑，是為彼岸的神靈建造的。神靈或上帝是至上的存在，為神與上帝的建筑，要永恒，宏偉，具有威懾的力量。而中國古代的主流建筑史為現(xiàn)世的人建造的，如帝王的宮殿、苑囿、政府衙署與各種不同等級的住宅。因而，追求永恒久遠的西方建筑，采用了石結構：二不求永恒與久遠，著眼現(xiàn)世的中國建筑，采用了木結構。

其二是文化取向方面。西方人對石頭有著特殊的嗜好。因而，用石頭建筑最重要的建筑。而古代中國人將求陰陽五行。因此，中國古代建筑的基本材料是“土木”。

其三是建筑理念方面。西方建筑的三原則是“堅固、實用、美觀”。中國人則不同。中國人更多地追求是空間的適宜于陰陽的和合》。等原因。

十一、小結：

1、結構的欣賞主要從技術角度與文化角度進行。2、技術角度與文化角度包含的內容。

十二學習心得：

雖說一開始對此課程的認識僅僅限于字面的意思，僅是想到自己是學工科的，因而提高對結構設計作品是非常必要的，故而選修了此課程。當然一開始也是抱著為了學分的目的。什么容易學就選什么，卻沒預料到我們能學到出乎意料之外的知識。

通過對課標的研讀，我們就知道本課程的主要目標是讓我們經歷經典結構的欣賞過程，分別從技術和文化的角度欣賞并評價經典結構設計的案例，使我們欣賞更豐富的文化內涵。并且此課程主要是通過對各種案例的欣賞，引導我們欣賞具有典型人文意義的結構，開闊我們的視野，拓展我們對結構設計的文化特性的理解和評價。

下面以我對經典建筑結構設計的欣賞：

學習大半個學期結構設計與欣賞，在學習過程中對經典建筑多少也積累了一點自己感想。

建筑就像陳釀，越久越經典�，F(xiàn)在的建筑的根就在以前看似很普通無華之中。一步一步的走到現(xiàn)在，走向未來。

最初看見“建筑是凝固的音樂”和“建筑是散文雕塑是詩歌”非常喜歡�，F(xiàn)在的我慢慢有了自己的理解：

建筑綿延雕塑精煉建筑是面雕塑是點

建筑層次遠雕塑立意深建筑釀造意境雕塑刻畫精神建筑強調隱退和環(huán)境融合雕塑重在突出彰顯自身靈魂“建筑是凝固的音樂”

經典地概括出建筑與音樂的內在聯(lián)系。建筑既通過空間連續(xù)和重復,體現(xiàn)出單純而明確的節(jié)奏,也通過高低、起伏、濃淡、疏密、虛實、進退、間隔等有規(guī)

律的變化體現(xiàn)出抑揚頓挫的律動,這就頗似音樂中的序曲、擴張、漸強、高潮、重復、休止一樣,能給我一種激動人心的旋律感。建筑藝術是空間的藝術，音樂則是時間的藝術。

音樂旋律的力量，節(jié)奏的變化，同建筑的線條有著相似的美。

建筑的節(jié)奏，韻律有時候與音樂很相像。差不多所有的建筑，無論在水平方向上或垂直方向上，都有它的節(jié)奏和旋律。不時為自己碰巧可以感受到某個建筑的節(jié)奏而暗自慶幸不已。

音樂陶冶人的情操,為人的心靈提供安慰和庇護,建筑作為凝固的音樂,則為我們的生活提供庇護和保障。從這個意義來說,音樂與建筑無論在形式和內容上都有許多共通之處。

建筑用巨大的空間使我著迷，音樂則時刻展示感人的力量。

學結構設計與欣賞到現(xiàn)在漸漸體會到建筑美妙之處，建筑反映的不只是建筑本身的造型和內部的空間關系。從建筑里能解讀到建筑大師的人生觀和建筑所承載的文化。從一個建筑看世界，我能從中領略到永恒。賴特就是一個典型的例子。賴特從小就生長在威斯康星峽谷的大自然環(huán)境之中，在農場賴特日出而居，日落而歇。在向大自然索取的艱苦勞動中他了解了土地，感悟到蘊藏在四季之中的神秘的力量和潛在的生命流動，體會到了自然固有的旋律和節(jié)奏。希望不久的我能從自然中,從音樂中更多的窺視出建筑旋律和節(jié)奏。。

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