結構工程師考試專業指導：結構設計

摘要：結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建築師及其它專業工程師所要表達的東西。結構語言就是結構師從建築及其它專業圖紙中所提煉簡化出來的結構元素。包括基礎，牆，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等等。然後用這些結構元素來構成建築物或構築物的結構體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。結構設計的內容由上可知為：基礎的設計。上部結構的設計和細部設計。
關鍵字：結構設計
1．結構設計的概念及內容：
結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建築師及其它專業工程師所要表達的東西。結構語言就是結構師從建築及其它專業圖紙中所提煉簡化出來的結構元素。包括基礎，牆，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等等。然後用這些結構元素來構成建築物或構築物的結構體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。結構設計的內容由上可知為：基礎的設計。上部結構的設計和細部設計。
2．結構設計的階段：
結構設計的階段大體可以分為三個階段，結構方案階段，結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為：根據建築的重要性，建築所在地的抗震設防烈度，工程地質勘查報告，建築場地的類別及建築的高度和層數來確定建築的結構形式（例如，磚混結構，框架結構，框剪結構，剪力牆結構，筒體結構，混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式）。確定了結構的形式之後就要根據不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。
結構計算階段的內容為：一：荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內部荷載（例如，結構的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據荷載規範的要求和規定採用不同的組合值係數和準永久值係數等來進行不同工況下的組合計算。二：構件的試算。根據計算出的荷載值，構造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構件的截面。三：內力的計算，根據確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。三：構件的計算。根據計算出的結構內力及規範對構件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來覆核結構試算的構件是否符合規範規定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止。
施工圖設計階段的內容為：根據上述計算結果，來最終確定構件布置和構件配筋以及根據規範的要求來確定結構構件的構造措施。

3．各設計階段的基本方法：
根據方案階段的主要內容，其基本方法就是根據各種結構形式的適用範圍和特點來確定結構應該使用的最佳結構形式，這要看規範中對於各種結構形式的界定和工程的具體情況而定，關鍵是清楚各種結構形式的極限適用範圍。還要考慮合理性和經濟性。
在結構計算階段，就是根據方案階段確定的結構形式和體系，依據規範上規定的具體的計算方法來進行詳細的結構計算，規範上的方法有多種，關鍵是結合工程的實際情況來選擇合適的計算方法，以樓板為例，就有彈性計算法，塑性計算法及彈塑性計算法。所以選擇符合工程實際的計算方法是合理的結構設計的前提，是十分重要的。
在施工圖設計階段，就是根據結構計算的結果來用結構語言表達在圖紙上。首先表達的東西要符合結構計算的要求，同時還要符合規範中的構造要求，最後還要考慮施工的可操作性。這就要求結構設計人員對規範要很好的理解和把握。另外還要對施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設計出的結構，才會是合理的結構。
4．規範、手冊及標準圖集在具體工作中的套用：
結構設計的準則和依據就是各種規範和標準圖集。在進行不同結構型式的設計時必須要緊扣不同的規範，但這些規範又都是相互聯繫密不可分的。在不同的工程中往往會使用多種規範，在一個工程確定了結構形式後，首先要根據《建築結構可靠度設計統一標準》來確定建築的可靠度和重要性；然後再根據《中國地震動參數區劃圖》，《建築抗震設防分類標準》《建築抗震設計規範》確定建築在抗震設防方面的規定和要求，在荷載的取值時要按照《建築結構荷載規範》來確定，這是建築總體需要運用的規範。在工程的具體設計方面，涉及到砌體部分的要遵循《砌體結構設計規範》的規定；涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土結構設計規範》的規定；涉及到鋼筋部分的要遵循《鋼筋焊接及驗收規程》和《鋼筋機械連線通用技術規程》的規定；在基礎部分的設計時需要遵循的是《建築地基基礎設計規範》的規定。最後在結構繪圖時則要符合《建築結構製圖標準》的要求。
在各種結構設計手冊中，給出了該結構形式設計的原理，方法，一般規定和計算的算例以及用來直接選用的各種表格。這對於深刻理解和具體設計各種結構形式具有良好的指導作用。我們推薦最好能參照設計手冊來手算典型的結構形式。
標準圖集是依據規範來制定的國家和省市地方統一的設計標準和施工做法構造。不同的結構形式有不同的標準圖集。設計中常用的有，結構繪圖時採用：平法製圖（03g101-1），砌體中的鋼筋混凝土過梁採用：過梁（l03g303），磚混結構抗震構造詳圖採用：l03g313，鋼筋混凝土結構抗震構造詳圖採用：l03g323，地溝及蓋板採用：02j331。需要說明的是，在選用標準圖集時一定要根據具體工程的實際情況來酌情選用，必要時應說明選用的頁號和圖集號，不可盲目採用。
總之，結構設計是個系統的，全面的工作。需要紮實的理論知識功底，靈活創新的思維和嚴肅認真負責的工作態度。千里之行始於足下，設計人員要從一個個基本的構件算起，做到知其所以然，深刻理解規範和規程的含義，並密切配合其它專業來進行設計。在工作中應事無巨細，應善於反思和總結工作中的經驗和教訓。