1.3 建筑结构设计目标及基本原则

1.建筑结构设计的目标

建筑结构设计的目的就是在现有技术基础上，用最经济的手段来获得预定条件下满足设计所预期的各种功能的要求，做到安全实用、经济合理、技术先进和确保质量。

1）满足耐久性和安全性要求。结构耐久性和安全性是住宅结构优化设计最基本的要求，选择的结构体系和选用的材料，必须有利于抗风、抗震、抗洪以及方便使用寿命期间的改造维修，在偶然事件发生仍能保持其结构的整体稳定性和耐用性。

2）满足使用性的要求。即进行结构方案设计时应以更好地满足人们对建筑使用性和舒适性的要求为目的，充分考虑结构中各类与之相关的问题，做到面面俱到。

3）满足经济性的要求。即结构设计时应根据建筑的建造地点、规模大小、高度多少等，在满足耐久性、安全性和使用性要求的前提下，精打细算采用经济又合理的优化结构体系，以起到节约成本的功效。

2.建筑结构设计的基本原则

（1）结构体系经济合理、结构构件布置得当

抗震结构体系要通过综合分析，采用合理而经济的结构类型。结构的地震反应同场地的频谱特性有密切关系，场地的地面运动特性又同地震震源机制、震级大小、震中的远近有关；建筑的重要性、装修的水准对结构的侧向变形大小有所限制，从而对结构选型提出要求；结构的选型又受结构材料和施工条件的制约以及经济条件的许可等。这是一个综合的技术经济问题，应周密加以考虑。抗震结构体系要求受力明确、传力途径合理且传力路线不间断，使结构的抗震分析更符合结构在地震时的实际表现，对提高结构的抗震性能十分有利，是结构选型与布置结构抗侧力体系时首先考虑的因素之一，结构方案对建筑物的安全有着决定性的影响，结构设计人员协调建筑方案时应考虑结构体型（高宽比、长宽比）适当，传力途径和构件布置能够保证结构的整体稳固性，避免因局部破坏引发结构连续倒塌。结构体系应符合下列各项要求：

1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。

2）应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。

3）应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。

4）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

结构构件应符合下列要求：

1）砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采用约束砌体、配筋砌体等。

2）混凝土结构构件应控制截面尺寸和受力钢筋、箍筋的设置，防止剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于钢筋破坏。

3）预应力混凝土的构件，应配有足够的非预应力钢筋。

4）钢结构构件的尺寸应合理控制，避免局部失稳或整个构件失稳。

5）多、高层的混凝土楼、屋盖宜优先采用现浇混凝土板。当采用预制装配式混凝土楼、屋盖时，应从楼盖体系和构造上采取措施确保各预制板之间连接的整体性。

（2）结构平面简单规则，竖向构件贯通对齐

合理的建筑形体和布置在抗震设计中是头等重要的。规则的结构方案体现在体型（平面和立面的形状）简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀，平面布置基本对称。即在平立面、竖向剖面或抗侧力体系上，没有明显的、实质的不连续（突变）。因为震害表明，简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏。实际上引起建筑不规则的因素还有很多，特别是复杂的建筑体型，很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围，有经验的结构设计人员，要区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度，避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。

（3）结构模型符合实际，计算结果合理有效

利用计算机软件进行结构计算分析，应符合下列要求：

1）计算模型的建立、必要的简化计算与处理，应符合结构的实际工作状况，计算中应考虑楼梯构件的影响。

2）计算软件的技术条件应符合规范及有关标准的规定，并应阐明其特殊处理的内容和依据。

3）复杂结构在多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个合适的不同力学模型，并对其计算结果进行分析比较。

4）所有计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。

（4）概念设计贯穿始终，抗震措施加强到位

在建筑结构设计中，概念设计与结构措施至关重要，结构构造是结构设计的保证，构造设计必须从概念设计入手，加强连接，保证结构的整体性、足够的强度和适当的刚度。结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含的内容极为广泛，如选择对抗震有利的结构方案和布置，采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施等。应该说，从结构方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计内容。利用概念设计可以在建筑方案阶段对结构体系进行迅速、有效的构思、比较与选择，这样从源头上保证了建筑方案的科学性和合理性，以避免后期设计阶段出现较大的改动，影响方案效果。

随着计算机技术在结构设计当中的应用，年轻的设计师们甩开了图板，进行着“高效率的出图”，给人的错觉好像设计很简单，一些结构设计师不重视结构的基本理论和基本概念的正确使用，不能有效地运用所学到的知识、精力和时间去考虑结构的整体设计、协同工作等一系列概念设计问题，过分依赖于计算机，多年后会逐渐缺乏结构设计的基本概念，对软件技术条件认识不清、对计算机的计算结果无法判断，对规范与软件之间的差异不甚了解，对如何加强结构的整体性、合理性、经济性没有概念，甚至一些设计人员过多地相信计算机分析结果而导致结构计算模型与实际建筑物存在较大差别，导致施工图样中出现了概念性错误，造成重大工程事故。因此为保证建筑结构的安全、适用、经济、可靠，对设计人员强调结构概念设计是非常必要的。

（5）设计文件满足深度，施工材料实际可行

施工图是工程师的“语言”，是设计者设计意图的体现，也是施工、监理、经济核算的重要依据。结构施工图在整个设计中具有举足轻重的作用，切不可草率从事。对结构施工图的基本要求是：图面清楚整洁、标注齐全、构造合理、符合国家制图标准及行业规范，能很好地表达设计意图，并与计算书一致。在施工图设计阶段，就是根据结构计算的结果来用结构语言表达在图纸上。首先表达的东西要符合结构计算的要求，同时还要符合规范中的构造要求，最后还要考虑选用的材料及施工的可操作性。这就要求结构设计人员对规范要很好地理解和把握。另外还要对施工的工艺和流程有一定的了解。这样设计出的结构，才会是合理的结构。在施工图设计阶段，结构专业设计文件应包含图样目录、设计说明、设计图样和计算书。施工图是设计人员的语言，是设计的最终产品，主要目的在于指导施工，必须表达清楚、全面，施工技术人员能看懂且不产生歧义。结构设计人员应根据现有技术条件（材料、工艺、机具等）考虑施工的可行性。对特殊结构，应提出控制关键技术的要求，以达到设计目标。