建築結構設計是建築設計工作的一部分，指利用力學原理模擬分析建築物或者構築物的承載能力，設計出滿足其功能要求的結構形式，並配合建築給水排水暖通空調電氣等專業完成建築整體的設計。

建築結構包括上部結構設計和基礎設計。主要分為框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、磚混結構、鋼結構、輕鋼結構。

1、建築結構設計內容

上部結構設計

上部結構設計主要內容及步驟：

1、根據建築設計來確定結構體系、確定結構主要材料；

2、結構平面佈置；

3、初步選用材料類型、強度等級等，根據經驗初步確定構件的截面尺寸；

4、結構荷載計算及各種荷載作用下結構的內力分析；

5、荷載效應組合；

6、構件的截面設計。此外還包括某些必要構造措施。需要依據結構專業相關規范、圖集等。

上部結構設計：主要分為框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構、框架-核心筒結構、筒中筒結構、砌體結構。

基礎設計

基礎設計主要內容及步驟：

1、根據工程地質勘察報告、上部結構類型及上部結構傳來的荷載效應和當地的施工技術水平及材料供應情況確定基礎的形式，材料強度等級，一般有淺基礎（如：獨立基礎、條形基礎等）和深基礎（如：樁基）。

2、基礎底面積的確定及地基承載力驗算。

3、基礎內力計算及配筋計算。

4、考慮必要的構造措施。

結構施工圖上是結構工程師的語言，是直接面對施工現場及相關工程技術人員的，應該按照一定的規范繪制。

2、建築結構體系

框架結構體系

框架結構是以柱、梁、板組成的空間結構體系作為骨架的建築。常見的框架結構多為鋼筋混凝土建造，多用於10層以下建築。框架結構設計時，應註意以下事項：

1、柱、梁截面應合理：由位移、軸壓比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，梁的截面也與梁所承受的上部荷載有關，荷載越大截面也應取大，荷載較小截面可相應減小，連續跨梁截面寬度宜相同。柱截面應每隔3層左右收小一次，以節約投資，每次收小時應每側不小於50mm，以方便支模，也不宜大於200mm，以免剛度突變，最上段（頂上幾層）可用300mm×300mm（應滿足計算要求）。收小柱截面，也可相應增加使用面積。

2、混凝土強度等級：宜≥C25（留有餘地），柱梁宜同，變柱截面處不變混凝土強度等級，以免剛度突變。板不宜高於C40（高規4.5.2條規定）、上海市《控制住宅工程鋼筋混凝土現澆樓板裂縫的技術導則》（2001年12月20日以滬建建（2001）第0907號文發佈）一。7條規定“現澆樓板的混凝土強度等級不宜大於C30”，中國土木工程學會混凝土及預應力混凝土分會混凝土質量專業委員會、高強與高性能混凝土專業委員會編的《鋼筋混凝土結構裂縫控制指南》（化學工業出版社2004年4月第一版）也建議“樓板、屋面板采用普通混凝土時，其強度等級不宜大於C30，基礎底板、地下室外墻不宜大於C35”，其原因是為瞭控制水泥用量，混凝土強度等級越高，水泥用量也越多就越容易開裂。

3、柱設計：

1）混凝土設計規范10.3.1條1款：縱筋配筋率不宜大於5﹪，10.3.2條4款：縱筋配筋率大於3﹪時對箍筋直徑、間距、彎鉤有要求，也可焊成封閉環式（與89規范規定必須焊成封閉環式不同瞭），11.1.13條：抗震設計時不應大於5﹪；高規6.4.4條3款：不宜大於5﹪、不應大於6﹪，抗震設計時不應大於5﹪，6.4.9條4款同混凝土規范10.3.2條4款，但未要求箍筋可焊成封閉環式。

2）縱筋凈間距應≥50mm（混凝土設計規范10.3.1條3款），抗震設計時，截面尺寸大於400mm的柱，縱筋間距不宜大於200mm.

3）一個截面宜一種直徑，宜對稱配筋，方便施工，自己設計也簡單；鋼筋直徑不宜上大下小。有個2層的小工程，共16根柱子，KZ1～16，1、2層配筋還有不同，共有32種截面，何苦呢？

4）強柱弱梁，縱筋不要太小，除一、二層框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。

5）箍筋肢距：一級抗震等級不宜大於200mm及20d（d為箍筋直徑）的較大值，二、三級抗震等級不宜大於250mm（89規范三級300mm）及20d的較大值，四級抗震等級不宜大於300mm.何為“箍筋肢距”規范無定義，一般設計人員都認為是兩根箍筋在水平方向之間的距離。箍筋肢距也不要太小，如600×600柱用6肢箍、500×500柱用5肢箍、400×400柱用4肢箍太密，無必要，也影響混凝土澆註，可對主筋隔一拉一，節約鋼筋。

6）配箍率：新規范比89規范大，與柱軸壓比、混凝土強度等級、箍筋抗拉設計強度有關。　

7）用平法表示，不要用列表法，03G101-1圖集的列表法也不直觀。

4、鋼筋混凝土結構中的樓梯：

1）不可用砌體支承。

2）用“小框架”支承，梁柱宜符合三級抗震要求（箍筋≥φ6@150）。

5、鋼筋混凝土結構中的構造柱（GZ）：

1）上端與梁板應弱連接，不連應是可以的，也可用1φ12連接，GZ上端應與梁板離開20～30mm，否則會改變上端梁板的受力狀況。

2）GZ的箍筋可不加密，它不是抗震構件（有些標準圖集有加密的）。

3）GZ必須先砌填充墻（留馬牙槎）後澆，施工單位有先澆的，極為不妥。

6、鋼筋混凝土結構中的砌體填充墻的拉墻筋長度：不可套用砌體結構，應按抗震設計規范13.3.3條2款：6、7度時不應小於墻長的1/5且不小於700mm，8、9度時宜沿墻全長貫通。

7、鋼筋混凝土結構中的電梯機房樓板、水箱等不可用砌體支承，高規是強條。

剪力墻結構體系

剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，並能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構稱為剪力墻結構。這種結構在高層房屋中被大量運用。剪力墻結構在進行設計時，應註意以下事項：

1、對剪力墻結構，《建築抗震設計規范》、《混凝土結構設計規范》、《高層建築混凝土結構技術規程》都有一些規定，高規的內容要多一些，且有關於短肢剪力墻的規定（7.1.2條共8款）。一般剪力墻為hw（墻肢截面高度，個人認為此應稱為“墻肢長度”，與高規表7.2.16註1及抗震設計規范6.4.9條與表6.4.7註4、混凝土結構設計規范表11.7.15註4統一）/bw（墻肢截面厚度）>8，墻肢截面高度不宜大於8m，較長的剪力墻宜開設洞口（即所謂結構洞）（高規7.1.5條）。短肢剪力墻hw/bw=5（認為按老習慣取4較合理）～8，抗震等級應提高一級。hw/bw<5（認為按老習慣取4較合理），即為異形柱。L形、十字形剪力墻等，隻要其中的一肢達到一般剪力墻的要求，則不應認為是短肢剪力墻。

2、高規7.1.1條規定“剪力墻結構的側向剛度不宜過大”，如果采用全剪力墻結構，即除門窗洞外均為剪力墻，無一片後砌的填充墻，第一周期隻有1.02秒，側向剛度過大，使地震作用過大，不經濟，不合理。

3、關於底層剪力墻的厚度：高規7.1.2條規定“高層建築結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構”，當短肢剪力墻較多時，其第2款規定“抗震設計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小於總底部地震傾覆力矩的50%”。SATWE程序在計算時，是將各個墻肢的高厚比進行單獨計算，凡hw/bw=5～8，即歸入短肢剪力墻，這樣算得的短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩就可能容易大於50%。而TAT程序在計算時，是將L形等剪力墻等隻要其中的一肢達到一般剪力墻的要求，則不歸入短肢剪力墻，在相同的結構中，這樣算得的短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩就有可能不大於50%，建議宜按TAT計算該項指標。

4、剪力墻的計算配筋應為墻肢一端的配筋量。

5、在短肢剪力墻較多的剪力墻結構中，多數設計人員將較短的墻段都畫為約束邊緣構件或構造邊緣構件，將計算需要的縱向鋼筋均勻配置在整個墻段內，這是不妥的，因為配置在墻肢中和軸附近的鋼筋並不能發揮作用，因此縱向鋼筋應向墻肢端部集中，宜打印剪力墻邊緣構件配筋計算結果復核。抗震設計規范6.4.9條規定：“抗震墻的墻肢長度不大於墻厚的3倍時，應按柱的要求進行設計，箍筋應沿全高加密”，SATWE等程序在計算時也是照此條規定辦理。如墻厚為200mm，墻肢長度600～800mm，雖然墻肢長度達到墻厚的3～4倍，認為仍宜按柱配筋。

6、有些人在電算總信息中輸入分佈筋的配筋率為0.30%（規范要求一、二、三級剪力墻最小0.25%，四級剪力墻最小0.20%，為強制性條文），但實際配筋小於0.30%，這就不對瞭，因為豎向分佈筋的配筋率會影響剪力墻的配筋計算結果（見高規7.2.8～7.2.12條）。剪力墻的豎向、橫向分佈筋也不必太大，如墻厚為200或250mm，縱、橫向分佈筋都配φ12@200雙排（配筋率達0.565～0.452%）似無必要，但鋼筋間距宜≤200mm，對防止剪力墻開裂有好處。

磚混結構

磚混結構是混合結構的一種，是采用磚墻來承重，鋼筋混凝土梁柱板等構件構成的混合結構體系。適合開間進深較小，房間面積小，多層或低層的建築，對於磚混結構承重墻體不能改動，而框架結構則對墻體大部可以改動。總體來說磚混結構使用壽命和抗震等級要低些。如今磚混結構建築已經改為框架結構，鋼筋混凝土結構。

磚混結構在進行設計時，應註意以下事項：

1、磚最低MU10，砌塊有MU7.5，石材5層以上MU30。

2、水泥砂漿強度折減。不宜用M5水泥砂漿。

3、施工質量等級宜為B級。當為C級時，折減系數0.89（砌體結構設計規范3.2.1條、3.2.2條4款、4.1.4條）。

4、窗（門）間墻寬度、轉角墻長度≥1000，轉角墻長度達不到1000時宜設L形構造柱。

5、不應設獨立混凝土柱承重。

6、構造柱（GZ）：1）一、二層可不設；

2）拉墻筋長1000mm；

3）箍筋在樓面上下500mm范圍內＠100mm。

7、挑梁：砌體結構設計規范7.4.6條（原為強條，現在不是）：1/2負筋伸至尾端，其餘伸入2L1/3。

3、建築結構荷載分析

建築結構在使用期間和施工過程中，要承受各種“作用”。根據“作用”的形式不同，可分為兩類：

一類是以力的形式直接施加在結構上，如結構自重、施工荷載、風荷載、雪荷載等，我們稱之為直接作用，習慣上也稱為結構上的荷載；

另一類是以變形形式施加於結構上，如地基變形、混凝土收縮和徐變、焊接變形、溫度變化及地震等引起的作用等，這種能引起結構外加變形或約束變形的作用，我們稱之為間接作用。

結構設計中以“荷載”作用為多。

荷載分類

作用在結構上的荷載，在建築物使用過程中並非固定不變。荷載按照時間分類，可分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載：

1、永久荷載（恒載），其值不隨時間變化；或者其變化與平均值相比可以忽略的荷載。例如結構自重、土壓力、預應力基礎沉降，混凝土收縮，焊接變形等。

2、可變荷載（活載荷），在設計基準期間內，其值隨時間變化，且變化值和平均值相比不可忽略的荷載。例如樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。

3、偶然荷載（特殊載荷或偶然作用），在設計基準期可能出現也可能不出現，一旦出現，其值很大且持續時間較短。例如爆炸力、撞擊力，臺風雪崩等。

荷載代表值

建築結構設計時，對不同荷載應采用不同的代表值。下面，我們再來看看這三種荷載的代表值：

1、對永久荷載應采用標準值作為代表值。

2、對可變荷載應根據設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。（建築結構荷載規范(GB50009-2012)規定：確定可變荷載代表值時應采用50年設計基準期。）

3、對偶然荷載應按建築結構使用的特點確定其代表值。

荷載設計值

我們在計算荷載設計值時，除瞭采用合適的荷載代表值，還要考慮其它因素的影響，如慣性力、摩擦力的變化、短時附加載荷等引起載荷值的變化因素。因此，在設計時一般要將代表值加大，在原來的代表值上乘以一個大於1的荷載分項系數，作為設計值：

荷載設計值=荷載代表值×荷載分項系數後的值

荷載分項系數

荷載分項系數可按下列規定采用：

1、永久荷載的分項系數

當其效應對結構不利時，對由可變荷載效應控制的組合應取1.2；由永久荷載效應控制的組合應取1.35。

當其效應對結構有利時，應取1.0，對傾覆、滑移或漂浮驗算，應取0.9。

2、可變荷載分項系數

一般情況應取1.4。但對於標準值大於4KN/㎡的工業房屋樓面結構的活荷載，應取1.3。

荷載組合

在結構設計時，我們還會遇到結構組合的形式，這種情況下的荷載計算，應按下述要求：

建築結構設計應根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載組合，並應取各自的最不利的組合進行設計。

對於承載能力極限狀態，應按荷載的基本組合或偶然組合計算荷載組合的效應設計值，並應采用下列設計表達式進行設計：

y0 Sd≤Rd

y0 — 結構重要性系數，應按各有關建築結構設計規范的規定采用；

Sd — 荷載組合的效應設計值；

Rd — 結構構件抗力的設計值，應按各有關建築結構設計規范的規定確定。

結構計算分析軟件

在建築工程中，為瞭保證建築的安全性，在進行建築結構設計時，我們需要考慮以上作用（包括荷載和其他作用）對建築產生的作用，並進行計算和分析，使結構能在其使用期限內維持安全穩定。

目前，建築結構計算和分析，一般采用鋼結構計算分析軟件STAAD。

STAAD 是一個全面集成的有限元分析和設計解決方案，包括良好的用戶界面、可視化工具和國際設計規范。能用於分析受靜力載荷、動力響應、土壤結構相互作用或風力、地震及移動載荷影響的幾乎所有結構類型，確保按時、按預算完成任何復雜程度的鋼結構、混凝土結構、木結構、鋁結構和冷彎型鋼結構項目。

軟件功能

1、分析重力和橫向載荷

為各種載荷條件設計和分析簡單或復雜結構，包括由重力引起的載荷（如恒載和活載）、跨越條件以及包括風力和地震在內的橫向載荷。

2、遵循抗震要求

根據相關建築規范設計和詳細設計抗震系統，生成抗震載荷。在設計元素和設計框架及更大的結構系統（如果適用）時考慮這些作用力。在按比例分配和詳細設計元素時，遵循所選設計規范的延展性要求。

3、設計和分析結構模型

快速為整個結構建模，包括甲板、板、板緣和開口、梁、柱、墻、支架、擴展和連續基腳及承臺。高效自動執行多個費時的設計和分析任務，並生成文檔已就緒的實用系統和組件設計。

4、借助有限元進行設計和分析

使用我們最先進的有限元分析來準確高效地完成整個建築結構的分析、設計和制圖。使用我們的快速求解器減少或消除等待結果的時間。

5、設計梁、柱和墻

優化或分析梁、柱和墻的重力和橫向載荷，以快速獲得安全經濟的設計。充滿自信地生成符合美國標準以及許多國際設計規格和建築規范的設計。

6、檢查冷彎型截面設計

使用綜合的冷彎型截面庫設計輕型鋼構件，無需使用單獨的專用應用程序。

7、設計抗側力框架

對斜撐框架和抗彎框架執行抗震和風力建築規范檢查。為您的結構項目快速獲取安全可靠的設計。

8、國際標準的設計

在您的產品設計中，使用廣泛的國際標準與規格，擴展您的業務實踐，利用全球的設計機會。受益於國際標準的廣泛支持，充滿信心的完成您的設計。

9、生成設計載荷和載荷組合

使用內置載荷生成器將規范要求的風力和抗震載荷應用於結構中。基於結構幾何圖形、批量和選定建築規范條款，自動計算相關載荷參數，而無需單獨手動計算。使用載荷組合生成器將這些橫向載荷工況與重力和其他類型的負荷組合起來。

10、導入在 DXF 中創建的截面圖形狀

快速導入在 DXF 工程圖中詳細設計的以公制或英制自定義的截面剖面圖。或者使用簡單的關鍵尺寸或從一系列標準庫中選取的標準來定義常規形狀。

11、集成板筏和基礎設計

使用集成在分析主模型中的專業應用程序設計板筏和基礎。創建設計計算和鋼筋工程圖。使用 ISM 添加 BIM 模型中的設計信息。

12、集成鋼結構結點設計在單一集成的環境中設計鋼結構結點。直接從三維分析中將焊點形態、構件尺寸和合力傳輸到鋼結構結點設計應用程序中。這樣可以實現高效的信息復用並減少因結構變化造成的返工量。

13、生成截面屬性報告

快速計算截面屬性並輕松生成自定義截面圖的詳細報告。

14、生成結構設計文檔

自動生成結構設計文檔，包括用於傳遞設計意圖的必要平面圖和立面圖。對三維模型所作的更改會在文檔中自動更新。

15、共享結構模型

將結構模型幾何圖形和設計結果從一個應用程序傳輸到另一個應用程序，並同步未來變化。快速共享結構模型、工程圖和信息以供整個團隊查看。

16、充分利用國際通用標準截面配置文件

使用豐富的國際通用標準的截面配置文件庫（不另外收費）完成結構模型。充分利用全球性的設計機會。

如果您有相關的結構項目需要進行分析和計算，或想要采購鋼結構計算分析軟件STAAD，歡迎關註“艾三維技術”微信公眾號，聯系我們。