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[摘 要]建筑结构简单的说就是房屋的承重骨架。建筑结构设计要确保其安全性、适用性和经济性，把握个体空间和整体功能协调的问题。本文首先对当前的建筑结构的主要分类及其应用情况进行概述，进而分析了建筑结构设计的基本理论及其方法。
[关键词]建筑结构 弹性理论 承载能力极限 失效概率
中图分类号：TU313.1 文献标识码：TU 文章编号：1009―914X（2013）34―0337―01
一、建筑结构的主要分类及其应用情况概述
一般来说，按所用材料的不同，可以把建筑结构分为以下几种主要类别。一是混凝土结构（以混凝土为主要材料的结构）包括：钢筋混凝土结构—配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；预应力混凝土结构 —配置预应力钢筋的混凝土结构；素混凝土结构 —没有配置受力的钢筋的混凝土结构。二是钢结构，以钢材（钢板、型钢）为主制作的结构。三是砌体结构，由块材通过砂浆砌筑而成的结构。四是木结构，指全部或大部分用木材制作的结构。五是混合结构，由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋此外还有钢—混凝土组合结构、钢管混凝土等。
就各种建筑结构的应用而言，混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。1824年英国人阿斯普丁（J.Aspdin）发明硅酸盐水泥。1849年法国人朗波（L.Lambot）制造了第一只钢筋混凝土小船。1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。砌体结构的发展历史更为悠久，考古资料表明，我国在新石器时代末期（约6000-4500年前），已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。就我國而言，解放之后，无论在桥梁、房屋，且在新结构、新技术方面也有了很大的发展，并建立了具有我国特色的结构设计计算理论。钢结构主要应用于重型结构及大跨度建筑结构；多层、高层及超高层建筑结构；轻钢结构；塔桅等高耸结构；钢-混凝土组合结构。
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距。目前钢结构的发展趋势主要体现在以下几个方面，发展低合金高强度钢材和型钢品种，结构和构件设计计算方法的深入研究，结构形式的革新，结构优化设计。
二、建筑结构设计的基本理论及其方法
无论如何，建筑物结构设计必须要满足一些基本的要求，否则，看起来多么美丽的结构，也是镜花水月，空中楼阁。一是安全性，结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。二是适用性，结构在正常使用时有良好的工作性能。三是耐久性，结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。随着人们对建筑物结构设计的要求变化以及相关的理论及技术的变革，建筑物结构设计的发展也经历了不同的发展时期。
20世纪50年代主要是以弹性理论为基础的容许应力设计方法，20世纪60年代则是破坏阶段设计法，20世纪70-80年代主要是采用多系数分析，单一安全系数表达的极限状态设计法。20世纪90年代至今主要是概率设计法，以近似概率为基础的极限状态设计法。即用概率统计方法对荷载、材料强度值及抗力进行统计分析。
承载能力极限状态设计表达式采用，ro S ≤R，式中R是结构构件的承载力设计值（结构抗力），R = R（fc，fs，k，…），式中 fc、fs-砼。钢筋强度设计值，ak-几何参数的标准值。ro 是结构构件的重要性系数，S是内力组合设计值（作用效应）。鉴于材料的承载能力对结构设计的重要影响，有必要考虑米塞斯屈服准则的影响。米塞斯屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力 达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。
当结构由可变荷载控制时，如排架、框架结构，会有不同的组合。不同结构或构件超过正常使用极限状态时所造成的财产和生命损失要小于超过承载力极限状态的后果，故其可靠度指标要低一些。在荷载效应及结构抗力计算中均采用标准值。结构或构件在持荷作用下，其裂缝和变形会随时间的推移而发展，因此讨论其荷载组合时应考虑短期效应和长期效应的组合。
还需要注意的是，由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度。
在建筑结构设计之时，还需要把握个体空间和整体功能协调的问题。个体空间主要考虑如下问题，体量大小：具体功能活动所要求的平面大小与空间高度（三维）；基本设施要求：对应特有的功能活动内容确立家具、陈设等基本设施；位置关系：自身地位以及与其他功能空间的联系；环境景观要求：对声、光、热及景观朝向的要求；空间属性：明确其是私密空间还是公共空间，是封闭空间还是开放空间。整体功能关系主要考虑，相互关系：是主次、并列、序列或混合关系。对策方式：表现为树枝、串联、放射、环绕或混合等组织形式。密切程度：是密切、一般、很少或没有。对策方式：体现为距离上的远近以及直接、间接或隔断等关联形式。
三、结语
事实上，我国现行结构设计规范也较多，如《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001，《建筑结构荷载规范》GB5009-2001，《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《砌体结构设计规范》GB50003-2001，《钢结构设计规范》GB50017-2003等等。设计人员必须遵照各种结构类型设计规范或规程进行设计。各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计质量和工程项目的安全可靠。结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，是建筑物赖以存在的物质基础。尤其应当考虑到不同因素之间的集合性、相关性、层次性、环境制约性、整体性、动态性。掌握建筑结构设计的系统性，任何一个建筑结构体系都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，建筑结构的整体工功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。
参考文献
[1] 王勇，张建平.基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013，41（3）：76-82.
[2] 连业达，张洵安，王朝霞等.巨、子结构质量比对新型有控建筑结构影响研究[J].振动与冲击，2007，26（8）：112-115.
[3] 周锡元，阎维明，杨润林等.建筑结构的隔震、减振和振动控制[J].建筑结构学报，2002，23（2）：2-12，26.
[4] 李志军，邓子辰.建筑结构离散变结构控制的模糊趋近律方法[J].西北工业大学学报，2007，25（5）：747-751.
[5] 董安正，赵国藩.建筑结构模糊可靠度置信区间的确定方法[J].建筑结构学报，2003，24（2）：83-85.
[6] 郭健，孙炳楠，楼文娟等.复杂建筑结构的预应力优化设计分析[J].土木工程学报，2004，37（11）：23-27，110.
作者简介
胡耿，男，1967年7月出生，湖北省宜昌市当阳市人，大专学历，工民建专业。现就职于湖北华宇高科建筑设计咨询有限公司宜昌分公司当阳办事处，主要从事建筑结构设计工作，具有二十多年的工作经验。
[关键词]建筑结构 弹性理论 承载能力极限 失效概率
中图分类号：TU313.1 文献标识码：TU 文章编号：1009―914X（2013）34―0337―01
一、建筑结构的主要分类及其应用情况概述
一般来说，按所用材料的不同，可以把建筑结构分为以下几种主要类别。一是混凝土结构（以混凝土为主要材料的结构）包括：钢筋混凝土结构—配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢骨架；预应力混凝土结构 —配置预应力钢筋的混凝土结构；素混凝土结构 —没有配置受力的钢筋的混凝土结构。二是钢结构，以钢材（钢板、型钢）为主制作的结构。三是砌体结构，由块材通过砂浆砌筑而成的结构。四是木结构，指全部或大部分用木材制作的结构。五是混合结构，由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋此外还有钢—混凝土组合结构、钢管混凝土等。
就各种建筑结构的应用而言，混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。1824年英国人阿斯普丁（J.Aspdin）发明硅酸盐水泥。1849年法国人朗波（L.Lambot）制造了第一只钢筋混凝土小船。1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，是目前土木工程结构中应用最为广泛结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。砌体结构的发展历史更为悠久，考古资料表明，我国在新石器时代末期（约6000-4500年前），已有地面木架建筑和木骨泥墙建筑。就我國而言，解放之后，无论在桥梁、房屋，且在新结构、新技术方面也有了很大的发展，并建立了具有我国特色的结构设计计算理论。钢结构主要应用于重型结构及大跨度建筑结构；多层、高层及超高层建筑结构；轻钢结构；塔桅等高耸结构；钢-混凝土组合结构。
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有相当大的差距。目前钢结构的发展趋势主要体现在以下几个方面，发展低合金高强度钢材和型钢品种，结构和构件设计计算方法的深入研究，结构形式的革新，结构优化设计。
二、建筑结构设计的基本理论及其方法
无论如何，建筑物结构设计必须要满足一些基本的要求，否则，看起来多么美丽的结构，也是镜花水月，空中楼阁。一是安全性，结构在正常施工和使用时应能承受可能出现的各种荷载及外部作用，以及在偶然事件发生时及发生后能保持必需的整体稳定性。二是适用性，结构在正常使用时有良好的工作性能。三是耐久性，结构在正常维护下，材料性能虽随时间变化，但仍能满足预定功能要求。随着人们对建筑物结构设计的要求变化以及相关的理论及技术的变革，建筑物结构设计的发展也经历了不同的发展时期。
20世纪50年代主要是以弹性理论为基础的容许应力设计方法，20世纪60年代则是破坏阶段设计法，20世纪70-80年代主要是采用多系数分析，单一安全系数表达的极限状态设计法。20世纪90年代至今主要是概率设计法，以近似概率为基础的极限状态设计法。即用概率统计方法对荷载、材料强度值及抗力进行统计分析。
承载能力极限状态设计表达式采用，ro S ≤R，式中R是结构构件的承载力设计值（结构抗力），R = R（fc，fs，k，…），式中 fc、fs-砼。钢筋强度设计值，ak-几何参数的标准值。ro 是结构构件的重要性系数，S是内力组合设计值（作用效应）。鉴于材料的承载能力对结构设计的重要影响，有必要考虑米塞斯屈服准则的影响。米塞斯屈服准则可以表述为：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的等效应力 达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能（又称弹性形变能）达到某一常数时，材料就屈服。
当结构由可变荷载控制时，如排架、框架结构，会有不同的组合。不同结构或构件超过正常使用极限状态时所造成的财产和生命损失要小于超过承载力极限状态的后果，故其可靠度指标要低一些。在荷载效应及结构抗力计算中均采用标准值。结构或构件在持荷作用下，其裂缝和变形会随时间的推移而发展，因此讨论其荷载组合时应考虑短期效应和长期效应的组合。
还需要注意的是，由于实际结构中的不确定性，因此无论如何设计结构，都会有失效的可能性存在，只是可能性大小不同而已。为了科学定量的表示结构可靠性的大小，采用概率方法是比较合理的。失效概率越小，表示结构可靠性越大。因此，可以用失效概率来定量表示结构可靠性的大小。结构可靠性的概率度量称为结构可靠度。
在建筑结构设计之时，还需要把握个体空间和整体功能协调的问题。个体空间主要考虑如下问题，体量大小：具体功能活动所要求的平面大小与空间高度（三维）；基本设施要求：对应特有的功能活动内容确立家具、陈设等基本设施；位置关系：自身地位以及与其他功能空间的联系；环境景观要求：对声、光、热及景观朝向的要求；空间属性：明确其是私密空间还是公共空间，是封闭空间还是开放空间。整体功能关系主要考虑，相互关系：是主次、并列、序列或混合关系。对策方式：表现为树枝、串联、放射、环绕或混合等组织形式。密切程度：是密切、一般、很少或没有。对策方式：体现为距离上的远近以及直接、间接或隔断等关联形式。
三、结语
事实上，我国现行结构设计规范也较多，如《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001，《建筑结构荷载规范》GB5009-2001，《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《砌体结构设计规范》GB50003-2001，《钢结构设计规范》GB50017-2003等等。设计人员必须遵照各种结构类型设计规范或规程进行设计。各种设计规范或规程是具有约束性和立法性的文件，其目的是使工程结构的设计在符合国家经济政策的条件下，保证设计质量和工程项目的安全可靠。结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，是建筑物赖以存在的物质基础。尤其应当考虑到不同因素之间的集合性、相关性、层次性、环境制约性、整体性、动态性。掌握建筑结构设计的系统性，任何一个建筑结构体系都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，建筑结构的整体工功能是各要素在孤立状态下所没有的新质。
参考文献
[1] 王勇，张建平.基于建筑信息模型的建筑结构施工图设计[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013，41（3）：76-82.
[2] 连业达，张洵安，王朝霞等.巨、子结构质量比对新型有控建筑结构影响研究[J].振动与冲击，2007，26（8）：112-115.
[3] 周锡元，阎维明，杨润林等.建筑结构的隔震、减振和振动控制[J].建筑结构学报，2002，23（2）：2-12，26.
[4] 李志军，邓子辰.建筑结构离散变结构控制的模糊趋近律方法[J].西北工业大学学报，2007，25（5）：747-751.
[5] 董安正，赵国藩.建筑结构模糊可靠度置信区间的确定方法[J].建筑结构学报，2003，24（2）：83-85.
[6] 郭健，孙炳楠，楼文娟等.复杂建筑结构的预应力优化设计分析[J].土木工程学报，2004，37（11）：23-27，110.
作者简介
胡耿，男，1967年7月出生，湖北省宜昌市当阳市人，大专学历，工民建专业。现就职于湖北华宇高科建筑设计咨询有限公司宜昌分公司当阳办事处，主要从事建筑结构设计工作，具有二十多年的工作经验。