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摘要：本文总结建筑结构设计的一般流程，并对结构整体性指标进行简要分析，为年轻设计人员提供入门指南。
关键词：结构布置；侧向刚度；位移；位移比；周期比；刚度比；结构稳定
1.混凝土结构设计流程
1.1选择结构体系
混凝土结构设计应根据建筑功能、建筑高度、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、地基及施工等因素、经技术经济和适用条件综合比较，选择安全可靠、经济合理的结构体系。
多高层建筑混凝土结构常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体（包括框架-核心筒和筒中筒）结构等。各结构体系的适用高度、高宽比及相应抗震等级可参照《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010，以下简称《抗震规范》）6.1.1及6.1.2条，《高层混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010，以下简称《高规》）3.3节、3.9.1至3.9.7条。
1.2结构布置
1.2.1结构布置原则
结构设计中，主要抗侧力结构布置应遵循均匀对称的基本原则，并结合房屋的使用功能调整抗侧力结构的布置，使刚度中心与质量中心重合或基本重合，减少结构的扭转。对超长结构，还应注意温度应力问题，如不应在结构端部设置纵向剪力墙。
抗侧力结构的平面布置宜简单、规则，避免刚度、质量和承载力分布不均匀，而竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免刚度和承载力突变。在实际设计中，对高度较高的建筑，一般按分段原则对竖向抗侧力构件截面及材料强度进行划分，且使材料分割楼层高于截面分割层一至两层，以避免刚度变化过快。
1.2.2结构构件截面尺寸
在结构布置环节，竖向抗侧力构件即柱、墙的截面可按规范相关构造规定、重力荷载代表值下的轴压比估算。
框架梁的截面可按计算跨度的1/10～1/18估算，且跨高比不小于4，宽度不小于高度的1/4及200，悬挑梁高度适当加大。
双向板按短边跨度的1/40估算，单向板按跨度的1/35估算，楼板厚度不应小于规范相关构造规定。有较大洞口或需要预埋设备管线处，如楼电梯前室，楼板厚度适当加厚。
1..3结构计算
选取能较准确反映结构中各构件实际受力情况的分析模型，借助现有的可靠的结构分析软件对建筑结构进行建模计算。对于体型复杂以及B级高度的高层建筑结构，应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。
在结构整体分析之前，应按规范及勘察资料准确定义结构各项参数，相关参数有：地震参数、计算风荷载时的地面粗糙度及各类调整系数（如梁端负弯矩调整系数、梁扭矩调整系数）等。
1.4截面设计及构造
经建模计算后，墙、柱、梁、板的截面已经确定，且对应计算配筋也确定，设计人员可按计算结果对相关构件进行设计，并采取规范规定的构造措施。
1.5绘制施工图
结构各构件的截面设计及构造最终以结构施工蓝图的形式完成。完整的结构施工图应包括结构设计总说明、基础、墙、柱、梁、板、楼梯或节点（墙身），一般也按上述顺序编排图号。
2.结构整体性能简析
2.1剪重比
《抗震规范》5.2.5条、《高规》4.3.12条均对不同地震烈度下的结构剪重比做了相关要求。在结构设计中，当剪重比不足时，可做如下两种调整：
（1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。
（2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标。
2.2位移和位移比
位移比控制是层扭转效应控制，限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；位移角控制是整体平动刚度控制。关于位移及位移角的相关规定，可参照《抗震规范》5.5节、《高规》3.4.5条、3.7.3条等。
设计中，位移或位移角限值不满足时，应找出层间位移角超过规范限值的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度，减小结构的侧移变形。
2.3周期比
周期比控制是高层结构整体扭转刚度控制，多层建筑结构不需要控制周期比。关于周期比的规定，可参见《抗震规范》3.4.5条。
周期比反应的是结构整体的扭转与平动的某种比例关系。一般地，周期比不满足，说明结构的扭转刚度相对侧移刚度较小，调整原则是加强结构外围刚度，或者削弱内部刚度。当不满足扭转周期限制且层位移角控制潜力较大时，宜减小结构上部竖向构件刚度，增大平动周期；当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大时，应检查是否存在扭转刚度特别小的楼层，若存在，则应加强该层抗扭刚度。当周期比和规范要求相差不大时，可适当加大周边梁的刚度。如若上述措施均无效，刚应考虑改变竖向构件断面及布置。
2.4刚度比
结构刚度比计算是用来确定结构中的薄弱层（控制结构竖向布置不规则），或用于判断地下室结构刚度是否满足嵌固要求。
《高规》3.5.2条指出，对于框架结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7，与其上三层刚度平均值的比值不宜小于0.8；而对于框架-剪力墙、剪力墙、框架-核心筒、筒中筒结构等，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.9，当本层层高大于上层层高的1.5倍则不小于1.1，对结构嵌固端，则不宜小于1.5。《抗震规范》也对结构侧刚比做了相应规定。
2.5楼层受剪承载力
楼层实际受剪承载力是判断薄弱层的依据之一，《抗震规范》3.4.2、3.4.3条及《高规》3.5.3条指出层间受剪承载力小于上一层的80%时相成承载力突变薄弱层，其地震剪力应乘以1.25的增大系数，使薄弱层适当加强，又不使薄弱层位置发生转移，是提高结构总体抗震性能的有效手段。
2.6结构薄弱层验算
一、结构楼层刚度沿竖向突变产生的薄弱层
《高规》3.5.2、3.5.8规定，楼层侧向刚度突变，或竖向抗侧力构件不连续，其薄弱层对应的地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。
二、结构楼层抗剪承载力沿竖向突变产生的薄弱层
《高规》3.5.3、3.5.8规定，楼层承载力沿竖向突变，其薄弱层对应的地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。
2.7结构整体抗倾覆验算
《高规》12.1.7条规定，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区，高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。质量偏心较大的裙楼与主楼可分别计算基底应力。
当高层建筑建筑高度比较大，水平风、地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验算关系到结构安全度的控制。
2.8结构稳定和重力二阶效应计算
高层建筑结构的稳定性满足《高规》5.4.4条规定是结构设计中的一个基本要求。竖向荷载下产生整体失稳的可能性很小，高层建筑的稳定性设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不至过大，以致引起结构失稳。当结构不满足5.4.4条规定，必须调整结构布置，调整并增大结构侧向刚度。
3.结语
结构设计人员在整个结构设计阶段，应配合建筑、水、电、暖通等专业，并基于规范设计出安全可靠经济合理的建筑结构。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）.中國计划出版社，2010年8月
[2]《高层混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）.中国计划出版社，2011年6月
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造.中国建筑工业出版社，2011年3月
[4]朱柄寅.建筑结构设计问答及分析.中国建筑工业出版社，2009年11月
[5]全国民用建筑工程设计技术措施·结构（结构体系）.中国计划出版社，2010年3月
[6]中国建筑科学研究院、建筑工程软件研究所.PKPM多高层结构计算软件应用指南.
关键词：结构布置；侧向刚度；位移；位移比；周期比；刚度比；结构稳定
1.混凝土结构设计流程
1.1选择结构体系
混凝土结构设计应根据建筑功能、建筑高度、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、地基及施工等因素、经技术经济和适用条件综合比较，选择安全可靠、经济合理的结构体系。
多高层建筑混凝土结构常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体（包括框架-核心筒和筒中筒）结构等。各结构体系的适用高度、高宽比及相应抗震等级可参照《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010，以下简称《抗震规范》）6.1.1及6.1.2条，《高层混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010，以下简称《高规》）3.3节、3.9.1至3.9.7条。
1.2结构布置
1.2.1结构布置原则
结构设计中，主要抗侧力结构布置应遵循均匀对称的基本原则，并结合房屋的使用功能调整抗侧力结构的布置，使刚度中心与质量中心重合或基本重合，减少结构的扭转。对超长结构，还应注意温度应力问题，如不应在结构端部设置纵向剪力墙。
抗侧力结构的平面布置宜简单、规则，避免刚度、质量和承载力分布不均匀，而竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免刚度和承载力突变。在实际设计中，对高度较高的建筑，一般按分段原则对竖向抗侧力构件截面及材料强度进行划分，且使材料分割楼层高于截面分割层一至两层，以避免刚度变化过快。
1.2.2结构构件截面尺寸
在结构布置环节，竖向抗侧力构件即柱、墙的截面可按规范相关构造规定、重力荷载代表值下的轴压比估算。
框架梁的截面可按计算跨度的1/10～1/18估算，且跨高比不小于4，宽度不小于高度的1/4及200，悬挑梁高度适当加大。
双向板按短边跨度的1/40估算，单向板按跨度的1/35估算，楼板厚度不应小于规范相关构造规定。有较大洞口或需要预埋设备管线处，如楼电梯前室，楼板厚度适当加厚。
1..3结构计算
选取能较准确反映结构中各构件实际受力情况的分析模型，借助现有的可靠的结构分析软件对建筑结构进行建模计算。对于体型复杂以及B级高度的高层建筑结构，应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。
在结构整体分析之前，应按规范及勘察资料准确定义结构各项参数，相关参数有：地震参数、计算风荷载时的地面粗糙度及各类调整系数（如梁端负弯矩调整系数、梁扭矩调整系数）等。
1.4截面设计及构造
经建模计算后，墙、柱、梁、板的截面已经确定，且对应计算配筋也确定，设计人员可按计算结果对相关构件进行设计，并采取规范规定的构造措施。
1.5绘制施工图
结构各构件的截面设计及构造最终以结构施工蓝图的形式完成。完整的结构施工图应包括结构设计总说明、基础、墙、柱、梁、板、楼梯或节点（墙身），一般也按上述顺序编排图号。
2.结构整体性能简析
2.1剪重比
《抗震规范》5.2.5条、《高规》4.3.12条均对不同地震烈度下的结构剪重比做了相关要求。在结构设计中，当剪重比不足时，可做如下两种调整：
（1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。
（2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标。
2.2位移和位移比
位移比控制是层扭转效应控制，限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；位移角控制是整体平动刚度控制。关于位移及位移角的相关规定，可参照《抗震规范》5.5节、《高规》3.4.5条、3.7.3条等。
设计中，位移或位移角限值不满足时，应找出层间位移角超过规范限值的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度，减小结构的侧移变形。
2.3周期比
周期比控制是高层结构整体扭转刚度控制，多层建筑结构不需要控制周期比。关于周期比的规定，可参见《抗震规范》3.4.5条。
周期比反应的是结构整体的扭转与平动的某种比例关系。一般地，周期比不满足，说明结构的扭转刚度相对侧移刚度较小，调整原则是加强结构外围刚度，或者削弱内部刚度。当不满足扭转周期限制且层位移角控制潜力较大时，宜减小结构上部竖向构件刚度，增大平动周期；当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大时，应检查是否存在扭转刚度特别小的楼层，若存在，则应加强该层抗扭刚度。当周期比和规范要求相差不大时，可适当加大周边梁的刚度。如若上述措施均无效，刚应考虑改变竖向构件断面及布置。
2.4刚度比
结构刚度比计算是用来确定结构中的薄弱层（控制结构竖向布置不规则），或用于判断地下室结构刚度是否满足嵌固要求。
《高规》3.5.2条指出，对于框架结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.7，与其上三层刚度平均值的比值不宜小于0.8；而对于框架-剪力墙、剪力墙、框架-核心筒、筒中筒结构等，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.9，当本层层高大于上层层高的1.5倍则不小于1.1，对结构嵌固端，则不宜小于1.5。《抗震规范》也对结构侧刚比做了相应规定。
2.5楼层受剪承载力
楼层实际受剪承载力是判断薄弱层的依据之一，《抗震规范》3.4.2、3.4.3条及《高规》3.5.3条指出层间受剪承载力小于上一层的80%时相成承载力突变薄弱层，其地震剪力应乘以1.25的增大系数，使薄弱层适当加强，又不使薄弱层位置发生转移，是提高结构总体抗震性能的有效手段。
2.6结构薄弱层验算
一、结构楼层刚度沿竖向突变产生的薄弱层
《高规》3.5.2、3.5.8规定，楼层侧向刚度突变，或竖向抗侧力构件不连续，其薄弱层对应的地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。
二、结构楼层抗剪承载力沿竖向突变产生的薄弱层
《高规》3.5.3、3.5.8规定，楼层承载力沿竖向突变，其薄弱层对应的地震作用标准值的剪力应乘以1.25的增大系数。
2.7结构整体抗倾覆验算
《高规》12.1.7条规定，高宽比大于4的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区，高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。质量偏心较大的裙楼与主楼可分别计算基底应力。
当高层建筑建筑高度比较大，水平风、地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验算关系到结构安全度的控制。
2.8结构稳定和重力二阶效应计算
高层建筑结构的稳定性满足《高规》5.4.4条规定是结构设计中的一个基本要求。竖向荷载下产生整体失稳的可能性很小，高层建筑的稳定性设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不至过大，以致引起结构失稳。当结构不满足5.4.4条规定，必须调整结构布置，调整并增大结构侧向刚度。
3.结语
结构设计人员在整个结构设计阶段，应配合建筑、水、电、暖通等专业，并基于规范设计出安全可靠经济合理的建筑结构。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）.中國计划出版社，2010年8月
[2]《高层混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）.中国计划出版社，2011年6月
[3]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造.中国建筑工业出版社，2011年3月
[4]朱柄寅.建筑结构设计问答及分析.中国建筑工业出版社，2009年11月
[5]全国民用建筑工程设计技术措施·结构（结构体系）.中国计划出版社，2010年3月
[6]中国建筑科学研究院、建筑工程软件研究所.PKPM多高层结构计算软件应用指南.