结构设计基本原则浅探

陶志刚

摘要：结构的设计的目的是使建筑物安全和能够适应运用的要求。结构设计还要遵循结构设计的主要要求是结构安全可靠（节省资金也是一项），所以，我们在结构设计中要保证这样要求和遵循这个原则。我们现在学习的结构有：钢筋混凝土结构、砌体结构、刚结构、道路和桥梁结构，我们毕业后将要从事的也是结构的设计，我们不能不去考虑一下有关结构设计的要求及其基本的原则，结构设计的好坏直接影响建筑物的运用和建筑业的发展，同时，还会影响到运用者的安全。基于这样的要求，下面来总结一下结构设计的基本原则。

关键词：刚柔相济 多道防线 抓大放小 打通关节 建筑结构

1 结构设计的四项基本原则：

1.1 刚柔相济 合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而太柔的结构虽然可以很好的消减外力，但容易造成变形过大而无法运用甚至全体倾覆。结构是刚多一点好，还是柔多一点好？刚到什么程度或柔到什么程度才算合适呢？这些问题历来都是专家们争论的焦点，现今的规范给出的也只是一些控制的指标，但无法提供“放之四海皆准”的精确答案。最后，专家们达成难以准确言传的共识：刚柔相济乃是设计者的追求。

1.2 多道防线 安全的结构体系是层层设防的，灾难来临，所有抵抗外力的结构都在通力合作，前仆后继。这时候，如果把“生存”的希望全部寄托在某个单一的构件上，是非常非常危险的。多肢墙比单片墙好，框架剪力墙比纯框架好等等，就是体现了多道防线的设计思路。也许我们会自信计算的正确性，但更要牢记绝对安全的防备构件是存在的，还是应该多多考虑：当第一道防线跨了，第二道防线能顶住吗？或者能顶住多少？还有没有第三、第四道防线？

1.3 抓大放小 “强柱弱梁”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念。有人问：为什么不是“强柱强梁”“强剪强弯”呢？为什么所有构件都很强的结构体系反而不好，甚至会有安全隐患呢？

这里面首先包含著一个简单的道理：绝对安全的结构是没有的。一旦不可意料的破坏力量突然袭来，各个构件协作抵抗的目的，就是为了保住最重要的构件免遭摧毁或者至少是最后才遭摧毁，这时候牺牲在所难免，让谁牺牲呢？明智之举是要让次要构件先去承担灾难。“宁为玉碎，不为瓦全”，如果平均用力，可能会“玉石俱粉”，损失则更大矣！在建筑结构中，柱倒了，梁会跟著倒；而梁倒了，柱还可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大，柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效，我们故意把梁设计成相对薄弱的环节，使其破坏在先，以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待，企图让他们都“坚不可摧”，则可能会造成同时破坏，后果会更糟糕，损失会更大。所以关键时刻要分清主次，抓大放小，也就是要取大舍小。

1.4 打通关节 在结构体系中，所谓关节，是指变化相聚之处，或变化出现的地方。不同类型的构件相接处，同一构件截面改变之处，是关节。广义上，诸如结构错层之处，体量改变之处，转换层亦是关节。关节无处不在，因为结构体系乃是变化的统一。外力突然袭来之时，对于单一的构件，力量的传递简明，因而容易控制。对于复杂的结构体系，关节的复杂性难于预测和控制,即使从理论上保证了每个组成构件的强度和刚度，但因关节的普遍存在，力量的传递往往不能畅通而出现集中甚至中断，破坏由此而发生。历次灾害表明，从节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。

如何打通关节？在设计概念里，要解决的是外力在结构体系内重分配的问题，要确保力量是按照各构件的刚度大小进行分配的，避免出现不合理的集中，最终达致静态的平衡。因结构形本为“静”，灭于“动”中。所有 “动”的因素对于结构均为不利。打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态，当力量不能畅通时，构件与构件之间，构件的组成元素与元素之间的静态平衡一旦被破坏，结构变成机动，“动”即是死，即为终结。可见设计者是协调者，其任务是让所有互不相关的静态构件相聚之后依然处于静态（也就是使其保持常态），或者是处在相对的静态之中。

综上所述，我们可以初步的了解一下结构设计的基本原则，从而为我们设计的合理和安全也奠定了基础。

参考文献：

[1]顾克明等编著.公路桥涵设计手册.北京：人民交通出版社.1993年.

[2]周承倜.弹性稳定理论.四川人民出版社，1981.

[3]Ghali A. Neville A.M. Cheung Y.K. Structural Analysis, international Text-book Company,1972,胡人礼译，1978，人民铁道出版社.

[4]赵更新等编著.结构力学.中国水利水电出版社.2004年.

[5]黄平明等编著.结构设计原理.人民交通出版社.2006年.