結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本步驟、方法及相關(guān)概念

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本步驟、方法及相關(guān)概念PKPMCAD鄒 軍一、常用規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 巖土工程勘察規(guī)范二、基本資料及信息 1建筑需求：建筑外觀、平面布局及使用功能要求，建筑重要性。需要相 應(yīng)階段的建筑圖紙、審批文件。2使用荷載：一般民用建筑可查看可在規(guī)范， 普通住宅、辦公室為 2.0kN/m2, 陽臺(tái) 2.5kN/m2；電梯機(jī)房等效 8kN/m2；消防車等效 20kN/m2。 工業(yè)廠房需要業(yè)主提供文件，指定使用荷載。3風(fēng)信息： （荷載規(guī)范、高規(guī)）a. 基本風(fēng)壓： 一般用50年一遇，深圳為0.75kN/ , 對(duì)應(yīng)風(fēng)速約 1

2、20公里 / 小時(shí)； 高度大于 60米的結(jié)構(gòu) ，承載力計(jì)算用 100年一遇的 風(fēng)壓，深圳為 0.90 kN/ ）b. 地面粗糙度：一般城市市區(qū)可選 Cc. 體型系數(shù)： 一般建筑取 1.3d. 基本周期： 簡單估算（ 0.1x 樓層數(shù)），用于計(jì)算風(fēng)振e. 其他相關(guān)概念：Wk=zszW0 用于主要承重結(jié)構(gòu)Wk=gzszW0 用于圍護(hù)結(jié)構(gòu) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)， 風(fēng)振系數(shù)（基本自振周期大于 0.25s ，高度大于 30m且高寬 比大于 1.5的房屋，考慮順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)；橫向 風(fēng)軟件沒有考慮） 陣風(fēng)系數(shù)：計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載 群體效應(yīng)：群集的高層建筑，相互間距較近時(shí)，風(fēng)力相互 干擾，體型系數(shù)應(yīng)增大。4地震信

3、息： （抗震規(guī)范、高規(guī)）a. 設(shè)防烈度： 按設(shè)計(jì)基本地震加速度值劃分，分為 6度（0.05g）、7 度（0.10g ）、7度（ 0.15g ）、8度（0.20g）、8度（0.30g）、 9度（ 0.40g ），具體取值由政府規(guī)定 （可查抗規(guī)附表 ） ，。 深圳為 7度（ 0.1g ）b. 設(shè)計(jì)地震分組：按震中的近、遠(yuǎn)劃分，分為第 1組、第2組、第3組。 深圳為第 1組c. 場地土類別：按土層等效剪切波速和土層厚度劃分，分、 四類，大部分為類。由地質(zhì)勘探部門提供?？梢岳?解為類場地土最結(jié)實(shí)，最差。d. 其他抗震相關(guān)概念：抗震設(shè)防三水準(zhǔn)：小震不壞、中震可修、大震不倒抗震設(shè)計(jì)二階段：第一階段設(shè)計(jì)為承

4、載力設(shè)計(jì)：用小震動(dòng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)按彈 性計(jì)算，用分項(xiàng)系數(shù)組合進(jìn)行構(gòu)件截面承載力驗(yàn)算， 通過概念設(shè)計(jì)及抗震構(gòu)造滿足大震不倒。第二階段為彈塑性變形驗(yàn)算。大部分建筑可只進(jìn)行第一 階段設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)防分類 ：按建筑重要性劃分，分為甲、乙、丙、丁四類，具 體規(guī)定見建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)。甲類最重要，丁 類為次要建筑，大部分為丙類。設(shè)計(jì)基本地震加速度： 50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期超越概率 10的地震加速度 設(shè)計(jì)取值。地震作用計(jì)算方法： 底部剪力法、 振型分解反應(yīng)譜 、彈性動(dòng)力時(shí)程 分析、彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析。結(jié)構(gòu)阻尼比： 混凝土結(jié)構(gòu) 0.05, 鋼結(jié)構(gòu) 0.02 重力荷載代表值：永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值×組合系

5、數(shù)， 組合系數(shù)軟件默認(rèn)取 0.5 ，對(duì)于庫房應(yīng)取 0.8 、可變荷載 按實(shí)際情況計(jì)算時(shí)組合系數(shù)應(yīng)取 1.0 ?？拐鸬燃?jí)： 根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型、 房屋高度（室外地面到主要屋面 板）確認(rèn)，確認(rèn)烈度時(shí)還要考慮抗震設(shè)防分類及場地土 類別。構(gòu)件設(shè)計(jì)原則 ：強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎。5地質(zhì)勘察報(bào)告：由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程具體情況提出勘察要求， 甲方委托勘察單 位進(jìn)行勘察，勘察單位提交勘察報(bào)告。般包括一下內(nèi)容勘察目的、任務(wù)要求和依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)； 擬建工程概況； 勘察方法 和勘察工作布置；場地地形、地貌、地層、地質(zhì)構(gòu)造、巖土性質(zhì)及其均 勻性；各項(xiàng)巖土性質(zhì)指標(biāo)，巖土的強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、 地基承載力 的 建議值；地下

6、水的埋藏情況、類型、水位及其變化；土和水對(duì)建筑材料 的腐蝕性；場地穩(wěn)定性、不良地質(zhì)評(píng)價(jià)；基礎(chǔ)形式推薦；圖表：勘察點(diǎn) 平面布置圖、土層剖面圖、探孔柱狀圖、巖層等高線等。深圳地區(qū)巖土分布情況：填土、 花崗巖殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖、 中風(fēng)化 巖、微風(fēng)化巖。一般花崗巖殘積土可作為天然地基的持力層， 承載力 200kPa多。三、結(jié)構(gòu)選型 根據(jù)建筑高度、建筑需求、經(jīng)濟(jì)等確定。1. 單層廠房以前均采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)， 現(xiàn)在大都采用輕型門式鋼架2. 多層采用鋼筋混凝土框架架構(gòu)、 磚混結(jié)構(gòu)，廣東地區(qū)基本不用磚混結(jié)構(gòu)， 住宅多采用異型柱框架結(jié)構(gòu)3大跨度結(jié)構(gòu)考慮預(yù)應(yīng)力、網(wǎng)殼4. 普通高層采用鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)、短肢剪

7、力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)。5. 超高層（ 100米以上）采用型鋼混凝土、鋼混凝土的框剪結(jié)構(gòu)，或框 筒、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)。四、結(jié)構(gòu)布置1. 平面布置：確定柱、剪力墻的位置a. 平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性不規(guī)則類型定義扭轉(zhuǎn)不規(guī)則 : 樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的 1.2倍 凹凸不規(guī)則 : 結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的 30% 樓板局部不連續(xù) : 樓板的尺寸和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度 小于該層樓板典型寬度的 50%，或開洞面積大于該層樓面面 積的30%，或較大的樓層錯(cuò)層 b平面長度太長或樓層高

8、度相差太大，要進(jìn)行分縫或設(shè)置后澆帶。2. 豎向布置：建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變 化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避 免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變不規(guī)則類型定義側(cè)向剛度不規(guī)則 : 該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的 70%，或小于其上相鄰三 個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的 80%；除頂層外，局部收進(jìn)的水平 向尺寸大于相鄰下一層的 25%豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù) : 豎向抗側(cè)力構(gòu)件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內(nèi)力由 水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件（ 梁、 桁架、厚板 等）向下傳遞 樓層承載力突變 : 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的 ）80%五、構(gòu)件截面估算1柱截面

9、估算a柱豎向軸力估算N=nAqn- 柱承受樓層數(shù)A- 柱子從屬面積q- 豎向面荷載，可按下面估算框架結(jié)構(gòu)： 12-16 （輕質(zhì)磚）、 14-18 （粘土磚）框剪結(jié)構(gòu)： 15-18 （輕質(zhì)磚）、 17-20 （粘土磚） 筒體、剪力墻結(jié)構(gòu)： 18-22 一般集體宿舍、普通住宅取大值，辦公取小值。廠房另行考慮b柱軸力調(diào)整（考慮水平荷載）- 中柱 1、邊柱 1.1 、角柱 1.2 - 地震水平力作用對(duì)柱軸力的放大系數(shù) 七度抗震： =1.05 、八度抗震： =1.10c柱截面面積估算AcNc/（a*fc）a 軸壓比一級(jí)0.7 、二級(jí)0.8 、三級(jí)0.9 ，短柱減0.05fc- 砼軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值Nc-

10、 估算柱軸力設(shè)計(jì)值h/b<4d柱截面寬高 bxh 根據(jù)受彎確定，中柱可按各向軸跨比估算，通常2梁截面估算a. 主梁（ bxh）：梁高 h 取1/8至1/12的梁跨；b. 懸挑梁（ bxh）： 1/6 的梁跨；c. 次梁（ bxh）： 1/12 至1/18的梁跨； h/b=23.3板截面估算a. 單向板：板厚 取1/30 的板跨；a. 雙向板：板厚 取1/30 至1/40 的板跨；c. 懸挑板： 1/10 板跨；六、豎向恒載計(jì)算1樓面荷載（ kN/m2）a. 混凝土板厚（米） X 25KN/M3 （100mm,1x0.1x25=2.5KN/M2）b. 板面（砂漿、瓷磚/木板/ 等）、板下吊

11、頂。通常樓面可按 1kN/m2考慮， 屋面可按 23kN/m2考慮。c. 板上隔墻：按實(shí)際荷載折算，一般輕質(zhì)隔板可按 1kN/m2考慮，輕質(zhì)砌 體23kN/m2考慮2梁（剪力墻）上隔墻荷載（ kN/m）a.墻厚（米） X 容重 X 高度：粘土磚18kN/m3，水泥空心磚 10kN/m3，粉煤灰輕渣空心砌塊 78kN/m3， 加氣混凝土砌塊 5.5kN/m3。b. 墻面裝飾厚度（雙面） X 容重 X 高度 墻面裝飾層厚單面通常為 0.02m，混合砂漿容重 17kN/m3。c. 門窗洞口扣去洞口部分墻體荷載，加上門窗自重。 梁墻上荷載可取等效均布荷載。3墻柱梁表面裝飾荷載通常將混凝土容重取大一點(diǎn)（

12、 28 kN/m3）來考慮，不再另外計(jì)算。七、結(jié)構(gòu)計(jì)算（上部結(jié)構(gòu)）根據(jù)使用的軟件不同， 具體方法步驟不同， 先掌握我們 PKPM的 PMCA、DSATWE 及JCCAD（一）建模詳見 PKPM建模常見問題及處理建議、 PMCAD使用手冊（二）計(jì)算參數(shù) 詳見SATW使E用手冊（三）軟件運(yùn)算（四）計(jì)算書1. 結(jié)構(gòu)平面布置簡圖（ SATW“E接PM生成數(shù)據(jù)”圖形檢查） 2荷載平面布置簡圖（ PMCA平D面荷載顯示校核） 3基本參數(shù)等 wmass.out4位移 wdisp.out5地震 wzq.out6各層配筋簡圖 7各層梁裂縫、撓度平面簡圖（梁平法施工圖） 8各層板配筋面積簡圖（ PMCA畫D結(jié)構(gòu)平

13、面圖）七、結(jié)果分析（ SATW計(jì)E 算結(jié)果）（一）原始輸入數(shù)據(jù)檢查（ wmass.out ）1. 檢查各參數(shù)是否正確。2檢查質(zhì)量（荷載）a.檢查各樓層單位面積質(zhì)量（ 1×恒折減系數(shù) X活），與“ PMCA荷D 載校核”對(duì)比，避免荷載丟失。b. 檢查“PMCA荷D載校核”各樓層單位面積荷載（1.2×恒1.4×活）， 與經(jīng)驗(yàn)值對(duì)比，判斷荷載是否合理。（二）結(jié)構(gòu)整體分析1. 水平位移控制（ wdisp. out ）a. 層間位移角（不考慮偶然偏心）限制：框架結(jié)構(gòu)1/550框架剪力墻、框架核心筒、板柱剪力墻 1/800 筒中筒、剪力墻1/1000框支層1/1000多、高層

14、鋼結(jié)構(gòu)1/300b. 位移比（考慮偶然偏心）限制： 最大位移（層間位移）與平均位移（平均層間位移）之比： A級(jí)高度建筑（普通多高層屬于此類）：不宜大于 1.5 （ 抗震規(guī)范 ） 不宜大于1.2 ，不應(yīng)大于1.5（ 高規(guī)）B級(jí)高度建筑、復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)：不宜大于1.2 ，不應(yīng)大于1.4（ 高規(guī)）2. 抗震控制（ wzq.out ）a. 質(zhì)量參與系數(shù)：不少于 90（高規(guī) 5.1.13.2 ）。如果少于 90，增 加計(jì)算振型數(shù)。b. 周期：規(guī)范沒有周期大小的控制，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，判斷是否合理， 如果周期太大，則說明結(jié)構(gòu)剛度太柔。c. 周期比：扭轉(zhuǎn)為主第一周期與平動(dòng)為主第一周期之比 A級(jí)高度建筑不

15、應(yīng)大于 0.9 ， B級(jí)高度建筑、復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)：不應(yīng)大于 0.85 平動(dòng)扭轉(zhuǎn)判定： 根據(jù)平動(dòng)、 扭轉(zhuǎn)系數(shù)大小判定， 如果平動(dòng)系數(shù)越大， 則平動(dòng)所占的能量越多，一般來說，當(dāng)該系數(shù)大于 0.5 時(shí)可 認(rèn)為以該振動(dòng)為主。第一周期的判定：不要想當(dāng)然認(rèn)為排在第一的就是第一周期，應(yīng)注 意剔除局部振動(dòng)產(chǎn)生的周期。具體可看該振型對(duì)底部剪力 的貢獻(xiàn)，第一振型的貢獻(xiàn)應(yīng)是最大的。d. 剪重比：該層地震作用總剪力 / 該層及其上部重力荷載代表值之和規(guī)范規(guī)定了最小值（詳見抗規(guī)表 5.2.5 ，高規(guī)表 3.3.13 ） 7度基本周期小于 3.5s 的結(jié)構(gòu) 為0.016。軟件對(duì)小于最小值的會(huì)自動(dòng)調(diào)整放大。3. 結(jié)

16、構(gòu)豎向規(guī)則（ wmass.out ）（1） . 樓層側(cè)向剛度比a. 普通樓層（剛度用“地震剪力 /層間位移”計(jì)算）抗規(guī) 3.4.2-3.4.3 、高規(guī) 5.1.14 規(guī)定：該層的側(cè)向剛度小于相鄰上 一層的 70%，或小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的 80%，該 層地震剪力應(yīng)乘以 1.15 的放大系數(shù)。軟件會(huì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)乘以放大系數(shù)。b. 首層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)（剛度用“剪切剛度”計(jì)算）高規(guī)附錄E.0.1 規(guī)定：上下層剛度比宜接近 1，抗震設(shè)計(jì)不應(yīng)大于 2， 非抗震設(shè)計(jì)不大于 3。c. 轉(zhuǎn)換層數(shù)大于 1層結(jié)構(gòu)（剛度用“剪彎剛度”計(jì)算） 高規(guī)附錄E.0.2 規(guī)定：上下部等效剛度比宜接近 1，抗震設(shè)計(jì)不應(yīng) 大于1.3 ，非抗震設(shè)計(jì)不大于 2。（2）樓層層間受剪承載力抗規(guī) 3.4.3.2-2 規(guī)定：不應(yīng)小于相鄰上一層的 65。4. 結(jié)構(gòu)抗傾覆驗(yàn)算（ wmass