结构设计经典总结
结构设计常见问题探讨》的读书笔记
《结构设计常见问题探讨》一文在网络上流传甚广，本文为HiStruct的读书笔记（见正文中红字注出部分）。正文如下：
结构设计中相当部分构件的设置，规范仅给出了最低限值或建议取值，实际设计过程中各人的理解不同可能对整个设计带来相当大的区别。还有部分是属于概念设计的范畴，尤其值得我们一起探讨。
一．关于超长结构：
混凝土结构设计规范第9.1.1条中规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m，而7.1.2条则规定当采取后浇带分段施工，专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的，伸缩缝间距可适当增大。这两条使我们在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55m就设置伸缩缝，这显然是很难保证的，但采取后浇带分段施工后究竟应控制房屋长度多少而不至于产生裂缝等不良现象呢？笔者认为这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。按照苏州地区的经验，单层房屋超过55m在70m以内时，采取设置施工后浇带及相应的构造加强措施后，不设置伸缩缝是可行的，这在笔者长期的工程实践中证明是切实可行的，多个工程均未产生严重的裂缝。但在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置，并适当加强中部区域的梁板配筋，笔者认为中部区域作为一个中点必然受较大应力，而两侧梁柱，特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力，而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强[HiStruct注：首先中部区域恰恰相对不需要加强配筋，这是因为中部作为收缩的中和轴区域，一般应力比较小，而约束比较强的边界区域则是需要加强的；角部区域更是严重，至于角部区域的扭转，则有点费解]。当框架结构超过70m时，笔者认为必须采取特殊的措施才能不设置伸缩缝，譬如说采用预加应力，掺入抗裂外加剂等等，而且作为超过70m的结构，必须对温度及收缩裂缝采取定量的分析，并相应施加预应力，这在许多工程实例中应用的效果也是众目共睹的。如果对超长结构，不能有效的分析清楚受力情况，笔者建议还是应按规范要求设置伸缩缝，毕竟建筑上缝只要处理得当还是不影响观瞻的[HiStruct注：温度和收缩应力分析是必要的，但是应该清楚的知道，温度应力对于混凝土和钢筋同样起作用，而收缩只是混凝土在变形，实际上并不一定都需要采用预应力，比如加强构造钢筋，膨胀加强带的设置，或者纤维混凝土等均可，长度上依据具体情况可做到百米以上不设缝]。
二．关于桩筏基础中筏板取值：
桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值，一般是先按建筑层数估算筏板厚度，常规是按层数x50mm来估算。譬如说一幢十八层的小高层住宅，我们则先按18x50mm=900mm设定筏板厚，然后再根据排桩情况，分别验算角桩冲切，边桩冲切及墙冲切，群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚[HiStruct注：某种程度说柱对筏板的冲切才是决定满堂桩筏基础厚度的主要因素]，但笔者在这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切，短肢剪力墙结构由于墙体不封闭，故取值群桩冲切边界时有相当大的困难，而群桩冲切由于桩群重叠面积较大，应是一种不利状态。笔者一般是取值几个大层间近似作为冲切边界，所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消，虽不完全准确，但区域区域放大后，边界的开口效应有所削弱，是可行的[HiStruct注：合理的假定冲切边界是设计可靠的前提条件，应慎重]。
三．关于板面设置温度应力筋：
《混凝土结构设计规范》GB50010-201*第10.1.9条规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内，钢筋间距宜取为150~200mm，并应在板的末配筋表面布置温度收缩钢筋，板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%.对于这一条设计人员的理解又会产生出入。什么区域属于温度收缩应力较大的区域？笔者认为对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋，而对于超长结构，则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋。其余部位则可因人而异，功能重要的区域设置，有条件的建设子项设置，而不必过于强调[HiStruct注：从构件的层次上看，一般板跨度比较大时，比如大厅，就应考虑混凝土收缩的不利方面]。另外有一点，当地下室筏板厚度大于1200mm时，笔者建议在筏板中间配置温度收缩应力钢筋以抵抗大体积混凝土所产生的收缩及温度应力，配筋量笔者建议取1/2筏板厚的0.1%，且不小于φ12@200[HiStruct注：基础规范上规定201*mm厚度时才需要层中附加钢筋网，对于基础底板而言，是否有必要还是个很有争议的问题，因为大体积混凝土内部温度高有膨胀趋势，但是已经受到三向限制，事实上是外部表面失水收缩才产生的裂缝]。
四．关于梁上起柱是否设置附加钢筋：
笔者曾遇到某些工程梁上起柱及次梁上面都在梁中附加横向钢筋，有的同志甚至在弹性梁基础中柱下梁内亦附加钢筋，这完全没有必要。虽然这是偏于安全的一种做法，但如果计算不需要则就是浪费了。《混凝土结构设计规范》GB50010-201*第10.2.13条规定，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（箍筋，吊筋）承担，附加横向钢筋宜采用箍筋。因此次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必设置附加横向钢筋的。《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》就是如此的。但还是有相当多的设计人员认为梁上起柱应设置横向钢筋，其理由是柱的轴力（集中荷载）会通过柱中的纵向钢筋传到梁截面。这就不对了，柱轴力是由柱截面的混凝土传到梁的上表面，而不是由柱内钢筋传递的，否则独立基础内岂不是也要设置吊筋了？这一类问题我觉得搞清楚了在工程实践中可以避免一些不必要的浪费[HiStruct注：梁上立柱，柱轴力直接传递上梁混凝土的受压区，因此不再需要横向钢筋，但是需要注意的是一般梁的混凝土等级比柱要低，有的时候低比较多，这就可能有局压的问题出现]。
五．关于梁筏基础板筋位置：
弹性梁筏基础，由于考虑水浮力下底板所受向上的反向力，设计人员会要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有时较多甚至配置双排筋，再加上梁箍筋则施工中引起板筋的弯折相当困难，遇到人防工程则更难施工。笔者认为从受力传递过程来说，板筋设置必须准确，但考虑施工困难及相应板保护层的损失，建议可以作适当放松，我院地下工程说明中规定底板面筋应有一半钢筋经斜折后放置在支承基础梁主筋下面，伸入梁内不小于15d，这是合理的。[HiStruct注：梁筏基础设计梁时应当充分考虑两个方向梁相交以及板筋对有效计算高度的影响，避免钢筋布置与计算有明显偏差，正确布筋方式：比较两个方向上的基础梁，从中判断强者，然后与“强梁”相垂直布置第一层（最底层）板筋，在第一层板筋之上并与其垂直方向布置“强梁”的底层纵筋和第二层板筋（“强梁”的箍筋与第一层板筋在同一层面上插空走过），再在其上布置另一方向上梁的底层纵筋和其余板筋，以此类推；]
六．关于地下室墙迎水面保护层：
《混凝土结构设计规范》GB50010-201*第9.2.1条规定，墙在二a类环境的混凝土保护层厚度为20mm，而《地下工程防水技术规范》第4.1.6条规定防水混凝土结构迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm.故常规设计中我们取外墙保护层厚度50mm，且根据GB50010-201*第9.2.4条要求在保护层内加配φ6@150单层双向钢筋网片，钢筋网片保护层厚度为20mm.笔者认为在计算墙板裂缝时墙板的计算保护层至少可以按30mm来折算，以考虑钢筋网片的有利作用，这对于节省墙体配筋效果明显。也有设计人员保护层厚度取20mm即可，笔者也持赞同态度。[HiStruct注：一种观点认为GB50010-201*第9.2.4条仅是争对梁板而言，而实际设计中大家一般会在地下室外墙中加入一层细直径钢筋网片，以限制裂缝宽度和开展模式]
七．关于强柱弱梁的设计理念：
强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，因此柱较之梁破坏的损害更大，当前我们的经济已高速发展，我们设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。其一必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力（有文章研究表明约增加30%），则柱子根本不可能有这点安全储备，在大震即会破坏，那又何谈大震不倒呢？笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过0.9，且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%.所有框架柱，不包括小截面柱，笔者建议纵筋均应大于20，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋笔者则建议应配足梁中部筋，而支座筋则可通过调幅让其适当降低，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先产生塑性铰，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力[HiStruct注：作者关于轴压比的叙述，代表一种个人习惯做法，仅供参考]。
八．关于剪力墙结构中的几个问题：
短肢剪力墙结构设计中有几个问题值得我们重视，处理不当经常会成为薄弱点，这也是抗震审查中经常发现的问题。其一是对普通长墙的界定，高规JGJ3-201*第7.1.2条中规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙，短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙。这就给我们带来一个困惑，高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙受力特性截然不同，由此而引起的配筋亦相差甚远（对四级剪力墙而言，短肢剪力墙在一般部位的配筋率要求大于1.0%，而普通墙则仅要求边缘构件配筋率0.4%，墙身部分配筋率仅为0.2%。），因此笔者在布置长墙时建议控制高厚比大于9，这样就与短肢剪力墙有所区分而不会混淆[HiStruct注：设计规范中很多规定都存在跳跃性过渡的问题，需要具体分析取舍，附录规范要求短肢剪力墙抗震设计的措施]。其二是关于小墙肢JGJ3-201*第7.2.5条规定矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因为当墙肢高厚比较小时受力特性是脆性破坏，属抗震不利构件[HiStruct注：假如高厚比小于3，那么受力形态就接近柱了，按照高规要求，宜按柱设计，难道柱子就是脆性破坏？显然作者观点站不住]。因此笔者认为在剪力墙结构设计中应尽量避免次类构件的出现，特别是高厚比小于3的小墙肢应不出现，如出现建议一种是按构造柱考虑，不作为抗侧力构件，否则应按框架柱设计，尽量降低轴压比，加强配筋。
以上是笔者对设计中经常出现的几个问题的理解，难免有片面性。在今后的设计过程中，应以规范为依据，不断总结，使我们的设计更经济合理。
附录短肢剪力墙结构的抗震加强措施:
1.抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用。
2.抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。
3.抗震设计时，除底部加强部位应按高规7.2.10条调整剪力设计值外，其它各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。4.抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%。
5.短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm。
6.7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。
7.高规7.2.1条文规定了带有筒体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。
扩展阅读：结构设计与欣赏总结
《结构设计与欣赏》学习心得
学院：材料科学与工程学院姓名：黄银燕
专业：材料科学与工程类学号：1009100209
结构设计与欣赏期末总结
一、教学目的与要求：
1、引导我们学会观察结构的实用性与美的统一。
2、并能从技术和文化角度欣赏并评价典型结构设计的案例。3、以达到培养我们人文、历史素养。二、学习重点与难点：
重点：学会从技术和文化的角度对结构进行分析。难点：从结构设计与技术施工两个方面进行结构赏析。三、设计理念：
通过对经典结构的欣赏，引导我们发现设计不仅仅要满足人的物质需求出发，关注人的审美准则、民族特色、生态文化等精神领域的需要。结构设计的人文色彩尤为浓烈，从古今中外的若干经典建筑设计中，观察不同时期不同文化背景的烙印。四、设计思路：
在课程教学中，借组多媒体教学，分析经典案例，播放补充案例的视频，引导我们讨论、自主深究、自动构建知识，实现能力拓展、开阔视野、达到知识迁移目的。总体教学流程为“复习回顾情境导入合作探究、能力展示归纳、讲授课程能力拓展开阔视野认识结构深析结构欣赏结构总结”。
五、知识发生发展过程分析：
通过图片、影响资料先让我们观察，在我们观察的基础上，从技术的角度，逐步分析优点，加深我们的理解和认识。再从美筑学的角度，加以提示，引发我们丰富的联想和创新设计的梦想。六、知识学习意义分析：
通过对经典结构的欣赏，引导我们发现设计不仅仅要满足人的物质需求出发，关注人的审美准则、民族特色、生态文化等精神领域的需要。从而培养我们关注技术的同时，也要关注文化，发现和热爱本民族经典文化，从而培养我们的民族自豪感和爱国热情。七、教法与学法：演示法，讲解法。八、教辅手段：多媒体九、教学过程：
（一）导入：我们已掌握了的简单结构的知识，并重新欣赏学习。让我们在去旅游时见到的一些建筑，懂得该如何欣赏和评价。
（二）同时让我们认识到优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上，也表现在形式上。特别是功能与形式的统一。
十、课堂上欣赏：
1、赏析结构设计作品，可以从技术与文化角度进行。师：技术角度包含哪些方面？
引导我们回答，总结：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用和理性、工艺制造的精湛等
师：文化角度包含哪些方面？
引导我们回答总结：文化寓意与传达，公众认可的审美美学原则，反映的时代、民族、习俗、个性、等方面的特征、结构的个性特征等。
2、学生阅读案例讲解案例。总结：从案例中可以看到，对经典建筑分别从技术角度和文化角度进行分析。技术角度又从功能、结构设计、技术施工三个小方面进行。
（1）介绍经典建筑的一般结构特征与其在中国建筑史上的重要地位。（2）概括经典建筑的赏析过程。从功能上看，具有哪些功能？从结构设计上看，具有哪些特点？从技术施工上看，具有哪些特点？
3、中外建筑结构赏析比较（1）播放视频“巴黎圣母院”、“阿姆斯特丹”、“圣彼得大教堂”等。（2）与学生一起赏析它们的结构特点。（3）由此引出介绍西方建筑的特点。（4）介绍中外建筑结构的区别。
例如：故宫
技术角度：采用了低昂性的木结构建筑形式。不结构建筑主要采用榫连接屋顶的飞檐结构款打了采光面，有利于排泄雨水。
文化角度:汉族文化的代表。建筑色彩以朱墙黄顶为主，主要表现皇上的威严。屋顶的飞檐结构减轻了大屋顶的沉重感，既增添了肥东轻快的美感，同时又体现了高贵华美的风韵，丰富了建筑文化。
例如：圣彼得大教堂
技术角度：穹顶轮廓浑圆饱满，穹顶上的肋与周围鼓座一圈的双柱对应并向上延伸至顶部的采光亭，肋间以十道断抵抗穹顶面小强度大的环形铁箍向外的侧推力。文化角度：明显体现了文艺复兴时期提倡的古典主义形式，主要特征是骡马市的园丁穹窿、希腊式的石柱与平的过梁结合，是典型的哥特式教堂。整个教堂采用巨大的石材结构，象征着不朽和永恒。
中外建筑结构的区别:关键词：木构架结构砖石结构中西文化
中国古代建筑的主流是木结构，二欧洲古建筑的主流是石结构，两者间的差别十分明显。造成这种差别的原因为以下几点。
其一是建筑的目的。西方古代与中世纪的主流建筑，是为彼岸的神灵建造的。神灵或上帝是至上的存在，为神与上帝的建筑，要永恒，宏伟，具有威慑的力量。而中国古代的主流建筑史为现世的人建造的，如帝王的宫殿、苑囿、政府衙署与各种不同等级的住宅。因而，追求永恒久远的西方建筑，采用了石结构：二不求永恒与久远，着眼现世的中国建筑，采用了木结构。
其二是文化取向方面。西方人对石头有着特殊的嗜好。因而，用石头建筑最重要的建筑。而古代中国人将求阴阳五行。因此，中国古代建筑的基本材料是“土木”。
其三是建筑理念方面。西方建筑的三原则是“坚固、实用、美观”。中国人则不同。中国人更多地追求是空间的适宜于阴阳的和合》。等原因。
十一、小结：
1、结构的欣赏主要从技术角度与文化角度进行。2、技术角度与文化角度包含的内容。
十二学习心得：
虽说一开始对此课程的认识仅仅限于字面的意思，仅是想到自己是学工科的，因而提高对结构设计作品是非常必要的，故而选修了此课程。当然一开始也是抱着为了学分的目的。什么容易学就选什么，却没预料到我们能学到出乎意料之外的知识。
通过对课标的研读，我们就知道本课程的主要目标是让我们经历经典结构的欣赏过程，分别从技术和文化的角度欣赏并评价经典结构设计的案例，使我们欣赏更丰富的文化内涵。并且此课程主要是通过对各种案例的欣赏，引导我们欣赏具有典型人文意义的结构，开阔我们的视野，拓展我们对结构设计的文化特性的理解和评价。
下面以我对经典建筑结构设计的欣赏：
学习大半个学期结构设计与欣赏，在学习过程中对经典建筑多少也积累了一点自己感想。
建筑就像陈酿，越久越经典。现在的建筑的根就在以前看似很普通无华之中。一步一步的走到现在，走向未来。
最初看见“建筑是凝固的音乐”和“建筑是散文雕塑是诗歌”非常喜欢。现在的我慢慢有了自己的理解：
建筑绵延雕塑精炼建筑是面雕塑是点
建筑层次远雕塑立意深建筑酿造意境雕塑刻画精神建筑强调隐退和环境融合雕塑重在突出彰显自身灵魂“建筑是凝固的音乐”
经典地概括出建筑与音乐的内在联系。建筑既通过空间连续和重复,体现出单纯而明确的节奏,也通过高低、起伏、浓淡、疏密、虚实、进退、间隔等有规
律的变化体现出抑扬顿挫的律动,这就颇似音乐中的序曲、扩张、渐强、高潮、重复、休止一样,能给我一种激动人心的旋律感。建筑艺术是空间的艺术，音乐则是时间的艺术。
音乐旋律的力量，节奏的变化，同建筑的线条有着相似的美。
建筑的节奏，韵律有时候与音乐很相像。差不多所有的建筑，无论在水平方向上或垂直方向上，都有它的节奏和旋律。不时为自己碰巧可以感受到某个建筑的节奏而暗自庆幸不已。
音乐陶冶人的情操,为人的心灵提供安慰和庇护,建筑作为凝固的音乐,则为我们的生活提供庇护和保障。从这个意义来说,音乐与建筑无论在形式和内容上都有许多共通之处。
建筑用巨大的空间使我着迷，音乐则时刻展示感人的力量。
学结构设计与欣赏到现在渐渐体会到建筑美妙之处，建筑反映的不只是建筑本身的造型和内部的空间关系。从建筑里能解读到建筑大师的人生观和建筑所承载的文化。从一个建筑看世界，我能从中领略到永恒。赖特就是一个典型的例子。赖特从小就生长在威斯康星峡谷的大自然环境之中，在农场赖特日出而居，日落而歇。在向大自然索取的艰苦劳动中他了解了土地，感悟到蕴藏在四季之中的神秘的力量和潜在的生命流动，体会到了自然固有的旋律和节奏。希望不久的我能从自然中,从音乐中更多的窥视出建筑旋律和节奏。。
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