結構概念設計規(guī)范理解與運用

1、 結構設計規(guī)范理解與建議前幾天參加了一個規(guī)范培訓班，主講人是建研院的朱炳寅總工，雖然時間很短，但是對我來說還是受益匪淺?，F(xiàn)將主要內(nèi)容整理出來跟大家共享：“總量控制，包絡設計”這八個字貫穿了培訓的始終，是朱老師始終強調(diào)的。所謂總量控制，就是在進行梁配筋設計時，不要拘泥于計算出來的數(shù)值，非要配的比它大，在梁支座負筋處，可以適當配小點（有利于實現(xiàn)強柱弱梁），但是跨中一定要配夠（配大百利而無一害），跨中與支座的總量要與計算的總量相當（支座減少時，跨中要放大）。所謂包絡設計，就是在進行結構設計時，如果有不確定因素，應按各種情況分別計算，取結果的最大值進行包絡設計。另外，“強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱構件

2、，強柱根”也是非常重要的基本原則。在設計過程中，通過各種措施，一定要保證實現(xiàn)這幾強幾弱的原則。應“重概念，輕精度”，重視概念設計，而對于各種經(jīng)驗系數(shù)的取值，不要刻意非要取的非常精確，這是不實際的，也不可能。下面就這次培訓的主要內(nèi)容跟大家分享一下：1、荷載規(guī)范1）第條汽車通道及停車庫荷載，它是直接作用在樓面上的等效荷載，僅可用于樓面板設計計算，用于樓面梁、柱、墻及基礎計算時應按第條要求折減。對雙向板樓蓋其板跨在不小6mx6m時才可以按規(guī)范取值。當板跨小于規(guī)范的規(guī)定時，應按荷載效應相等的原則等效，不可以直接取用規(guī)范數(shù)值（當板跨與規(guī)范限定數(shù)值差別不大時，當進行近似計算時也可取規(guī)范數(shù)值）。用PKPM計

3、算基礎時，同樣按規(guī)范的規(guī)定對等效荷載進行折減。2）對消防車荷載，若不考慮板頂?shù)母餐梁穸葘ο儡囕唹旱挠绊懚y(tǒng)一取用表中數(shù)值，當?shù)叵率翼敯迕娓餐梁穸容^厚時，顯然是不合適的。在覆土厚度足夠時，可以降低表中消防車荷載（見表）。（足夠的覆土層厚度是指汽車輪壓通過土層的擴散，交替和重疊，達到在某一平面近似均勻分布時的覆土層厚度。足夠的覆土厚度數(shù)值應根據(jù)工程經(jīng)驗確定，當無可靠設計經(jīng)驗時，可按后軸輪壓的擴散面積不小于按荷重比例劃分的汽車投影面積確定（一般大于2.5m即可認為足夠）。）3）活荷載的折減與荷載類型、從屬面積和構件類型有關。承擔的面積越大，其活荷載同時出現(xiàn)的概率就越小，一般說來次梁的從屬面積較小而

4、主梁的從屬面積較大，且傳力途徑一般為板到次梁再到主梁。所以主梁的折減系數(shù)比次梁小。目前我們所用的大部分程序（如PKPM），沒有對活荷載分類的功能，也就不可能按規(guī)范要求折減。規(guī)范的本條要求原則上只適合于手算。當程序取用表的活荷載折減系數(shù)時，應特別注意裙房與主樓整體計算的高層建筑，避免裙房部分按主樓的層數(shù)取用相應的折減系數(shù)，同時應注意計算樓層與實際樓層的區(qū)別，特別是計算樓層與實際樓層層數(shù)相差較多時（如錯層結構等）。2、抗震規(guī)范1）“三水準的設防目標”和“兩階段設計步驟”：小震不壞（要求建筑結構在多遇地震作用下滿足承載力極限狀態(tài)驗算要求和建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形值），中震可修（要求建筑結構

5、具有相當?shù)淖冃文芰Γ媒Y構的延性設計來實現(xiàn)），大震不倒（要求建筑結構具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值）。2）建筑結構可以分區(qū)段、分部位、分構件進行抗震設防分類，但抗震設防分類應避免出線“頭重腳輕”的結果。3）規(guī)范第條確定地震作用和抗震措施時不是對本地區(qū)設防烈度的調(diào)整，而是對設防標準的提高或降低，它影響的只是地震作用的數(shù)值和抗震等級的確定。注意規(guī)范中與設防烈度相關的要求，指的是本地區(qū)設防烈度而非按條調(diào)整過的烈度數(shù)值。4）樓層扭轉位移比=樓層豎向構件最大彈性水平位移/最大與最小水平位移的平均值。計算時采用剛性樓板假定，并考慮偶然偏心的影響（見高規(guī)）。注意：此處不考慮水平地

6、震作用的扭轉影響，即對結構不進行扭轉耦連計算（u5%；E0%），但是根據(jù)高規(guī)第條與抗規(guī)第條，兩本規(guī)范均規(guī)定計算結構地震作用效應時均應計入扭轉影響，目前PKPM新版本取消了扭轉耦連選項，計算均考慮其影響。對于彈性位移角，抗規(guī)第條規(guī)定與高規(guī)第條相同，且高規(guī)注釋中明確計算地震彈性位移角不考慮偶然偏心影響。計算步驟：先勾選偶然偏心，計算出樓層扭轉位移比，然后對結果進行判斷，若小于1.2說明結構規(guī)則，依此計算；若大于1.2小于1.4（1.5）說明結構不規(guī)則，應勾選“雙向地震”重新計算；若大于1.4（1.5）說明結構嚴重不規(guī)則，應調(diào)整結構布置。注意：新版SATWE對于“偶然偏心”和“雙向地震”是分開算的，

7、不同時考慮，結果自動取偶然偏心和雙向地震的大值輸出。5）框剪結構中框架部分地震力調(diào)整系數(shù)（抗規(guī)與高規(guī)）：其實是二道防線的概念。由于剪力墻的剛度遠大于框架部分，剪力墻承擔大部分地震力，框架按其剛度分擔的地震力很小，若按此進行框架設計，則在剪力墻開裂后很不安全。因此，規(guī)范要求當框剪結構中各層框架總剪力（即第i層框架柱剪力之和）小于0.2Vo時，取0.2Vo與1.5Vfmax的較小值。注意：非抗震設計時，框架剪力不調(diào)整。對框架梁彎矩、剪力以及對框架柱的彎矩調(diào)整，取用與剪力調(diào)整相同的系數(shù)，不調(diào)整軸力。6）梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)：目的是降低梁端彎矩設計值，減輕強柱弱梁的壓力。梁端鋼筋配大不一定有利，還加大了（

8、強）柱鋼筋的壓力；梁跨中鋼筋配大百利而無一害。當跨中彎矩較大時，可將第二、三排鋼筋截面在支座處截斷，這樣易于滿足強柱弱梁的要求，但要注意長短跨的情況，可能支座彎矩起控制作用。梁設計彎矩放大系數(shù)：上下都放大。 7）地下室嵌固部位（抗規(guī)6.1.14）：根據(jù)地下室的樓層側向剛度與相鄰上部樓層側向剛度的比值r確定。當r=2時，上部結構計算的固定端取在地下室頂面標高；當r=2時，便可確定上部結構的嵌固部位。計算步驟：先不輸入地下室層數(shù)計算，根據(jù)r大小判斷地下室嵌固部位，然后輸入地下室層數(shù)重新計算。注意：當上部結構的嵌固部位在地下一層的地面時，仍應考慮地下室頂板對上部結構實際存在的嵌固作用，應取不同嵌固部

9、位（地下一層的地面和地下室頂板頂面）分別計算，配筋取大值（即包絡設計）。8）周期比：如果結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一振動周期之比不滿足規(guī)范要求（高規(guī)4.3.5），應調(diào)整結構布置。如果最大層間位移角EE，可以加大外圍構件抗扭剛度（邊榀），這樣扭轉周期Tt降低，平動周期T1稍有降低；若EE，可以減小內(nèi)部構件的剛度（開洞），這樣扭轉周期Tt不變，平動周期T1增大；優(yōu)先考慮后一種方案。 9）軸壓比：一般剪力墻及短肢剪力墻的軸壓比是在重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸力設計值的軸壓比，其含義不同于框架柱的軸壓比（砼規(guī)6.3.7和高規(guī)6.4.2）。軸壓比指柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝

10、土軸心抗壓強度設計值乘積之比值，而抗震設計包括計算地震作用和不計算地震作用，計算地震作用時，取對應重力荷載代表值的Nmax；不計算地震作用時，取無地震組合的軸力設計值Nmax。10）對于抗震建筑，對整體結構加強是沒有意義的；構件與構件之間可以有差異，加強構件。中震彈性驗算：利用小震方法，放大水平地震影響系數(shù)，其結果比小震彈性結果放大約2.8倍；中震不屈服驗算：Sk=Rk，采用強度標準值，對鋼結構其結果比小震彈性結果放大約2.5倍。注意：中震彈性和中震不屈服計算時抗震等級取為四級。11）抗震墻的約束邊緣構件包括暗柱、端柱和翼墻（抗規(guī)6.4.7）。在剪力墻結構中端柱不是柱，其抗震等級按墻取。剪力墻

11、抗彎主要靠端柱，應適當加強。陰影區(qū)“箍筋”可理解為“以箍筋為主”，應優(yōu)先考慮采用封閉箍筋，最后的一對縱筋之間無法設置箍筋時，可采用拉筋（遠離邊緣）；非陰影區(qū)“箍筋或拉筋”可理解為外圈由封閉箍筋組成，內(nèi)部可采用拉筋。12）砌體：剛度大延性差，抗壓好抗拉差，通過構造措施改善其抗震性能；砼：抗壓好抗拉差，加入鋼筋改善其延性。對砌體結構，通過設置約束邊緣構件（圈梁，構造柱）形成約束砌體，但不能任意加抗震墻或構造柱。對墻中部的范圍，建議按墻長中間的1/3區(qū)域考慮，作為抗剪需要的構造柱，宜配置在上述中部區(qū)域內(nèi)。墻中部設置構造柱后，砌體由一般約束砌體變?yōu)榇u砌體和鋼筋混凝土構造柱組合墻；此外不應在砌體墻中設置

12、截面很大的鋼筋混凝土構造柱。13）鋼結構：強度高，延性好，適于抗震，存在穩(wěn)定問題和防火問題。利用抗剪耗能（即利用節(jié)點域耗能），其抗震措施只跟高度、烈度等有關；鋼筋混凝土結構：利用抗彎耗能，通過抗震等級來實現(xiàn)抗震措施。鋼框架支撐結構破壞機理：耗能梁段（剪切變形）節(jié)點域（剪切變形耗能）框架（彎曲變形）柱（彎曲變形）連接（強）；鋼筋混凝土框架剪力墻結構破壞機理：連梁（彎曲變形）剪力墻框架（彎曲變形）柱（彎曲變形）節(jié)點或連接（強）。3、高層規(guī)范1）縱向剪力墻不能布置在邊緣，會引起溫度應力。施工后澆帶（沉降后澆帶和伸縮后澆帶）并不直接減少溫度應力，因而不能提高它對溫度應力的耐受能力，后澆帶的作用在于減少

13、混凝土的收縮應力，通過后澆帶的板、墻鋼筋應斷開搭接，以便兩部分的混凝土各自自由收縮，梁鋼筋可不斷開。結構設計中也可采用補償收縮混凝土技術，在結構收縮應力最大的地方給予相應較大的膨脹應力補償。一般加強帶的寬度約2m，帶之間適當增加水平鋼筋15%20%（高規(guī)4.3.13）。2）結構計算時，完全考慮施工加載，邊支座效應較大；不考慮施工加載中支座效應較大，這是由于基礎不均勻沉降引起架越效應造成的。要完全模擬施工逐層加載就要考慮結構剛度的形成過程、考慮結構自重及施工堆載的加載過程、考慮施工過程中的平層效應，全面考慮各種因素是很困難的，目前的計算程序一般采用近似方法考慮上述因素的影響。ETABS采用了考慮

14、前兩點的近似計算方法，SATWE在模擬施工的基礎上再采用經(jīng)驗調(diào)整處理法（即人為加大豎向構件的軸向剛度，一般為10100倍，可根據(jù)上部結構與基礎的剛度情況確定），模擬基礎不均勻沉降及施工過程中的平層效應對上部結構的影響（高規(guī)5.1.9）。3）少量剪力墻的框架結構（高規(guī)6.1.7），設置少量剪力墻的目的在于滿足規(guī)范對框架結構的位移限值要求。設計原則：I.全包絡設計：對剪力墻按框架剪力墻協(xié)同工作計算，取相應計算結果配筋設計；對框架按純框架結構及框架剪力墻結構分別計算，取計算結果的較大值進行配筋設計。II.框架包絡設計、剪力墻構造：對框架按純框架結構及框架剪力墻結構分別計算，取計算結果的較大值進行配筋

15、設計；剪力墻則按構造配筋設計。III.框架包絡設計、剪力墻按現(xiàn)有截面的最大設計：對框架按純框架結構及框剪結構分別計算，取計算結果的較大值進行配筋設計；剪力墻按計算要求，當剪力墻計算超筋時，按截面的最大配筋率配筋設計。0Mw/Mo25% 帶少量剪力墻的框架結構 （Mw/Mo為傾覆力矩比）25%Mw/Mo50% 強框架的框剪結構 （Mw取結構底層或底部加強部位的Mw）50%Mw/Mo75% 弱框架的框剪結構75%Mw/Mo1 帶少量框架的剪力墻結構注意：應盡量采用體系明確的結構體系，這樣會更節(jié)約。4）錯層結構（高規(guī)10.4.3）：建議當樓層高度差大于樓層梁截面高度且大于600時，可確定為錯層，此處“樓層梁截面高度”為樓層梁的代表性截面高度，而非錯層處的樓層梁截面高度，當樓面板