建筑结构设计新手入门

导语：建筑结构设计是一项经验性很强的工作，年轻的建筑结构设计人员常常需要走过一段很长的摸索过程，会时常犯一些可大可小的错误。本专题的意图旨在告诉正在和即将从事结构设计的龙友们如何去做结构设计，如何尽量少走弯路，如何提高设计效率。希望本专题能指引大家更快更好的了解结构设计，从而更加规范地进行结构设计，早日成为熟练的结构设计工程师。基础知识——设计之基学校为我们提供了一个很好的知识平台，她更注重基本概念和基础知识的培养。 专业知识基本框架如下： 结构力学、房屋建筑学、混凝土结构设计基本原理、混凝土结构设计、土力学与地基基础、砌体结构、高层建筑结构设计、结构抗震设计原理、钢结构设计。 这些教科书可以像传家宝一样珍藏起来，时不时在工作中还会有所用，它们是结构设计坚实的后盾。当然除此之外，我们还会需要很多更有深度更接近工程实践的专业书籍 。。规范图集——设计之本 虽然我们在学校里经历过课程设计和毕业设计，而且毕业设计的成果之一就是绘制施工图，但这些与做实际工程仍然存在着很大差别，因为结构设计具有很强的实践性。 我们在踏入结构设计的工作岗位之后，首先需要熟悉规范和图集，争取尽快进入结构设计角色。混凝土结构设计中常用的规范有：《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2001）《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）2011-10-01实施《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）2011版将于2012-08-01实施《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）设计流程>>>>>1.建筑方案设计 建筑方案设计是建筑项目设计的第一阶段。 建筑方案设计一般由设计说明书、设计图纸、投资估算、透视图等四部分组成，一些大型或重要的建筑，根据工程的需要做建筑模型。 在建筑方案设计阶段结构工程师须根据建筑的重要性、建筑所在地的抗震设防烈度、建筑的高度和层数来基本确定建筑的结构形式。确定方案时，要根据各种结构形式的适用范围和特点来选择最佳结构形式，注意规范中对各种结构形式的界定，并结合工程具体情况，保证所选的结构方案尽量满足建筑要求，且兼具合理性和经济性。 2.初步设计 初步设计由设计说明书、设计图纸、主要设备及材料表和工程概算书等四部分内容组成。对于结构工程师而言，在初步设计阶段，要了解工程所在地区的地震基本烈度和工程水文地质情况，要特别注意有无特殊的地质条件，如软弱地基、抗震不利地段等，是否要进行必要的地基处理，要了解是否对结构设计有特殊要求。 结构工程师在这个阶段要进行结构选型，确定合理的计算方法，估算主要构件的截面，进行结构整体计算，确定基本结构形式和构件尺寸，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，确定地基处理和基础形式，并合理设置伸缩缝、沉降缝、防震缝等，主要的技术问题尽量在初步设计中予以考虑和解决。对复杂的建筑或构筑物进行结构方案比较，以便确定合理经济的结构方案。 3.施工图设计 施工图设计是根据已批准的初步设计或设计方案而编制的可供进行施工和安装的设计文件。施工图设计内容以图纸为主，应包括封面、图纸目录、设计说明、图纸、工程预算等。设计文件要求齐全、完整，文字说明、图纸要准确清晰，整个设计文件应经过严格的校审，经各级设计人员签字后，方能提出。在施工图设计阶段，结构工程师要对结构进行详细计算，包括与建筑、水、暖、电等其他专业沟通，确定结构特殊处理的部位，将结构主要构件的截面尺寸给各专业，并根据计算结果确定构件布置、构件配筋，确定合理的结构构造措施，用结构语言表达在图纸上，图纸表达的内容首先要符合结构计算的要求，同时还要符合规范中的构造要求，最后还要考虑施工的可操作性。结构设计相关文件的阅读审查>>>>>1.阅读勘察报告对于冗长繁复的勘察报告，逐字逐句，从头到尾地全部阅读，太过于耗费时间而不得要领，为了能尽快地与勘察单位配合共同确定基础做法及埋深，应该有侧重点地阅读下述部分： 1.直接看结语和建议中的持力层土质、地基承载力特征值和地基类型以及基础建议砌置标高； 2.结合钻探点号看懂地质剖面图，并一次确定基础埋置标高； 3.重点看结束语或建议中对存在饱和砂土和饱和粉土(即饱和软土)的地基，是否有液化判别； 4.重点看两个水位——历年来地下水的最高水位和抗浮水位；5.特别扫读一下结语或建议中定性的预警语句，并且必要时将其转写进基础的一般说明中； 6.特别扫读一下结语或建议中场地类别、场地类型、覆盖层厚度和地面下15m范围内平均剪切波速，尤其是建筑场地类别，一般在结构进行三维地震电算的时候，是设计人员必须录入的一项数据。 除了必读部分外，我们就可以比较放松地，次要地看下述内容：比如持力层土质下是否存在不良工程地质中的局部软弱下卧层，如果有，根据自己所做的基础形式简单验算一下软弱下卧层的承载力是否满足要求；在基础设计手算地基变形时，可能使用到土的压缩性指标中的压缩模量Ea，但现在一般用软件协助计算，因此对于压缩模量可以一扫而过；地层岩性及土的物理力学性质综合统计表以及勘察原理和方法可以忽略不看。 2.看建筑施工图 一套完整的施工图包括：建筑施工图，简称建施；结构施工图，简称结施；给水排水施工图，简称水施；采暖通风施工图，简称暖施；电气施工图，简称电施。也有的把水施、暖施、电施统称为设施(即设备施工图)。 结构工程师首先要看懂建筑施工图，了解建筑师的设计意图以及建筑各部分的功能及做法，并且需要和建筑、水、电、暖、勘察等各专业进行配合。在看懂建筑图，了解建筑方案后，才能对整个结构的选型及基本框架有了一个大致的思路。 建筑施工图主要表示建筑物的总体布局、外部造型、内部布置、细部构造、内外装饰、固定设施和施工要求等。建筑施工图一般包括图纸目录、总平面图、建筑设计总说明、门窗表、建筑平面图、建筑立面图(正立面图，背立面图，东立面图，西立面图等)、建筑剖面图和建筑详图(节点大样图、门窗大样图、楼梯详图、厨房卫生间详图)等。 建筑施工图常用的编排顺序如下：图纸目录建筑设计说明材料做法表房面用料表（室内装修表）门窗明细表（按层统计）地下室平面图一层平面图（首层平面图）二层平面图……屋顶平面图立面图剖面图平面节点详图立面节点详图楼梯详图电梯井道、机房、地坑详图卫生间详图设备用房详图吊顶平面详图其他详图（地下防水、室内外台阶）门窗详图防火分区图 3.结构施工图审查 施工图审查是指建设主管部门认定的施工图审查机构(以下简称审查机构)按照有关法律、法规，对施工图涉及公共利益、公众安全和工程建设强制性标准的内容进行的审查。同时，该办法还明确规定，施工图未经审查合格的，不得使用。因此，施工图审查是一项强制性的工作，因此又称为施工图强审。 建设单位应在完成施工图设计、取得《建设工程规划许可证》后，在建设委员会颁发开发证前办理施工图报审手续。建设单位应当与审查单位签订审查合同，明确审查的内容、双方责任和义务、审查期限和费用等。审查费用由建设单位承担。 (1)建设单位办理报审手续时应提供下列文件和资料的复印件： 1)规划管理部门核发的《建设工程规划许可证》； 2)批准立项文件、主要的初步设计文件及批准文件； 3)有关部门对消防、抗震、人防、节能等专项审批意见书。 4)工程勘察成果报告(详勘)； 5)施工图设计全套图纸文件(结构专业计算书，注明计算软件名称及版本)； 6)审查需要提供的其他资料。(2)建筑工程施工图主要审查以下内容：1)是否符合国家有关工程建设强制性标准和规范；2)是否按照经批准的初步设计文件进行施工图设计，施工图是否达到规定的设计深度标准要求； 3)工程勘察是符合国家及发当地的有关技术标准及规定；4)结构设计是否安全；5)是否损害公众利益。审查合格的项目，审查单位负责人及审查人员应在审查报告上签字、盖章，并向建设单位发出《建筑工程施工图设计文件审杏通知书》。对于审查不合格的项目，审查单位应将有审查单位负责人和审查人员签字并盖章的《建筑工程施工图设计文件审查报告》交建设单位，由原设计单位修改后，建设单位重新送审。施工图一经审查批准，不得擅自进行修改。如遇特殊情况需对已审查过的主要内容进行修改时，必须重新报请原审查单位批准后实施。建筑工程竣工验收时，有关部门应当按照审杏批准的施工图进行验收。 结构设计软件>>>>> 目前结构设计采用的主要软件有四类：1．设计类国产软件如PKPM系列、TBSA、TUS(清华大学建筑设计院)、广厦等；国外软件如Sap2000、Etabs、Midas、Staad等。2．分析类Ansys、MSC．Marc、Abaqus等，这些软件在结构局部分析、结构弹塑性分析方面具有很大的优势。 3．辅助计算类和绘图类TSSD(探索者)、理正、Morgain等。4．其他自编程序以及Excel等整理的小软件其中，PKPM系列(SATWE等)是目前国内应用最广泛的结构设计软件，由中国建筑科学研究院研制，该软件有多个子功能，能满足建筑工程多方面的要求。