结构设计基本步骤.docx

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结构设计基本步骤

结构设计基本步骤、方法及相关概念

PKPMCA邹军

一、常用规范

建筑结构荷载规范混凝土设计规范建筑抗震设计规范

建筑地基设计规范高层建筑混凝土结构技术规程岩土工程勘察规范

二、基本资料及信息1．建筑需求：

建筑外观、平面布局及使用功能要求，建筑重要性。

需要相应阶段的建筑图纸、审批文件。

2．使用荷载：

一般民用建筑可查看可在规范，普通住宅、办公室为2.0kN/m2,阳台2.5kN/m2；电梯机房等效8kN/mi；消防车等效20kN/m。

工业厂房需要业主提供文件，指定使用荷载。

3．风信息：

（荷载规范、高规）

a.基本风压：

一般用50年一遇，深圳为0.75kN/m2,对应风速约120公里

/小时；高度大于60米的结构，承载力计算用100年一遇的风压，深圳为0.90kN/m2）

b.地面粗糙度：

一般城市市区可选C

c.体型系数：

一般建筑取1.3

d.基本周期：

简单估算（0.1x楼层数），用于计算风振

e.其他相关概念：

Wk=z宙返W用于主要承重结构

Wk邛gzgsyzW用于围护结构

风压高度变化系数，

风振系数（基本自振周期大于0.25s，高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，考虑顺风向风振系数；横向风软件没有考虑）

阵风系数：

计算围护结构风荷载群体效应：

群集的高层建筑，相互间距较近时，风力相互干扰，体型系数应增大。

4．地震信息：

（抗震规范、高规）

a.设防烈度：

按设计基本地震加速度值划分，分为6度（0.05g）、7

度（0.10g）、7度（0.15g）、8度（0.20g）、8度（0.30g）、

9度（0.40g），具体取值由政府规定（可查抗规附表），。

深圳为7度（0.1g）

b.设计地震分组：

按震中的近、远划分，分为第1组、第2组、第3组。

深圳为第1组

c.场地土类别：

按土层等效剪切波速和土层厚度划分，分I、H、皿、

W四类，大部分为H类。

由地质勘探部门提供。

可以理

解为I类场地土最结实，W最差。

d.其他抗震相关概念：

抗震设防三水准：

小震不坏、中震可修、大震不倒

抗震设计二阶段：

第一阶段设计为承载力设计：

用小震动参数、结构按弹

性计算，用分项系数组合进行构件截面承载力验算，通过概念设计及抗震构造满足大震不倒。

第二阶段为弹塑性变形验算。

大部分建筑可只进行第一阶段设计。

抗震设防分类：

按建筑重要性划分，分为甲、乙、丙、丁四类，具

体规定见《建筑抗震设防分类标准》。

甲类最重要，丁类为次要建筑，大部分为丙类。

设计基本地震加速度：

50年设计基准期超越概率10％的地震加速度设计取值。

地震作用计算方法：

底部剪力法、振型分解反应谱、弹性动力时程分析、弹塑性动力时程分析。

结构阻尼比：

混凝土结构0.05,钢结构0.02

重力荷载代表值：

永久荷载标准值+可变荷载标准值X组合系数，

组合系数软件默认取0.5，对于库房应取0.8、可变荷载按实际情况计算时组合系数应取1.0。

抗震等级：

根据烈度、结构类型、房屋高度（室外地面到主要屋面

板）确认，确认烈度时还要考虑抗震设防分类及场地土类别。

构件设计原则：

强柱弱梁、强剪弱弯。

5．地质勘察报告：

由结构设计人员根据工程具体情况提出勘察要求，甲方委托勘察单

位进行勘察，勘察单位提交勘察报告。

般包括一下内容

勘察目的、任务要求和依据的技术标准；拟建工程概况；勘察方法和勘察工作布置；场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；地下水的埋藏情况、类型、水位及其变化；土和水对建筑材料的腐蚀性；场地稳定性、不良地质评价；基础形式推荐；图表：

勘察点平面布置图、土层剖面图、探孔柱状图、岩层等高线等。

深圳地区岩土分布情况：

填土、花岗岩残积土、强风化岩、中风化岩、微风化岩。

一般花岗岩残积土可作为天然地基的持力层，承载力200kPa多。

三、结构选型根据建筑高度、建筑需求、经济等确定。

1.单层厂房以前均采用钢筋混凝土排架结构，现在大都采用轻型门式钢架

2.多层采用钢筋混凝土框架架构、砖混结构，广东地区基本不用砖混结构，住宅多采用异型柱框架结构

3．大跨度结构考虑预应力、网壳

4.普通高层采用钢筋混凝土框剪结构、短肢剪力墙结构、剪力墙结构。

5.超高层（100米以上）采用型钢混凝土、钢－混凝土的框剪结构，或框筒、剪力墙结构、筒中筒结构。

四、结构布置

1.平面布置：

确定柱、剪力墙的位置

a.平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性不规则类型定义

扭转不规则:

楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端

弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍

凹凸不规则:

结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续:

楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层

b.平面长度太长或楼层高度相差太大，要进行分缝或设置后浇带。

2.竖向布置：

建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，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，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变

不规则类型定义

侧向刚度不规则:

该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%

竖向抗侧力构件不连续:

竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架、厚板等）向下传递楼层承载力突变:

抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的）80%

五、构件截面估算

1.柱截面估算

a.柱竖向轴力估算

N=nAq

n---柱承受楼层数

A---柱子从属面积

q---竖向面荷载，可按下面估算

框架结构：

12-16（轻质砖）、14-18（粘土砖）

框剪结构：

15-18（轻质砖）、17-20（粘土砖）筒体、剪力墙结构：

18-22一般集体宿舍、普通住宅取大值，办公取小值。

厂房另行考虑

b.柱轴力调整（考虑水平荷载）

Nc=aBN

a---中柱a=1、边柱a=1.1、角柱a=1.2

B---地震水平力作用对柱轴力的放大系数

七度抗震：

B=1.05、八度抗震：

B=1.10

C.柱截面面积估算

Ac>Nc/（a*fc）

a轴压比

一级0.7、二级0.8、三级0.9，短柱减0.05

fc---砼轴心抗压强度设计值

Nc---估算柱轴力设计值

d.柱截面宽高bxh

h/b<4

根据受弯确定，中柱可按各向轴跨比估算，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.悬挑梁（bxh）：

1/6的梁跨；

c.次梁（bxh）：

1/12至1/18的梁跨;

h/b=2~3.

3.板截面估算

a.单向板：

板厚取1/30的板跨;

a.双向板：

板厚取1/30至1/40的板跨;

c.悬挑板：

1/10板跨；

六、竖向恒载计算

1．楼面荷载（kN/m2）

a.混凝土板厚（米）X25KN/M3（100mm,1x0.1x25=2.5KN/M2）

b.板面（砂浆、瓷砖/木板/等）、板下吊顶。

通常楼面可按IkN/m2考虑,屋面可按2〜3kN/mf考虑。

c.板上隔墙：

按实际荷载折算，一般轻质隔板可按IkN/m2考虑，轻质砌

体2〜3kN/m2考虑

2．梁（剪力墙）上隔墙荷载（kN/m）

a.墙厚（米）X容重X高度：

粘土砖18kN/m3,水泥空心砖10kN/m,粉煤灰轻渣空心砌块7〜8kN/m3,加气混凝土砌块5.5kN/m3。

b.墙面装饰厚度（双面）X容重X高度

墙面装饰层厚单面通常为0.02m,混合砂浆容重17kN/mL

c.门窗洞口扣去洞口部分墙体荷载,加上门窗自重。

梁墙上荷载可取等效均布荷载。

3．墙柱梁表面装饰荷载

通常将混凝土容重取大一点（28kN/m3）来考虑，不再另外计算。

七、结构计算（上部结构）

根据使用的软件不同，具体方法步骤不同，先掌握我们PKP的PMCACSATWE

及JCCAD

（一）建模

详见《PKPM建模常见问题及处理建议》、PMCAI使用手册

（二）计算参数

详见SATW使用手册

（三）软件运算

（四）计算书

1.结构平面布置简图（SATW“接PM生成数据”图形检查）

2.荷载平面布置简图（PMCA平面荷载显示校核）

3.基本参数等wmass.out

4.位移wdisp.out

5.地震wzq.out

6.各层配筋简图

7.各层梁裂缝、挠度平面简图（梁平法施工图）

8.各层板配筋面积简图（PMCA画结构平面图）

七、结果分析（SATW计算结果）

（一）原始输入数据检查（wmass.out）

1.检查各参数是否正确。

2.检查质量（荷载）

a.检查各楼层单位面积质量（1X恒+折减系数X活），与“PMCA荷

载校核”对比，避免荷载丢失。

b.检查“PMCA荷载校核”各楼层单位面积荷载（1.2X恒+1.4X活）,

与经验值对比，判断荷载是否合理。

二）结构整体分析

1.水平位移控制（wdisp.out）

a.层间位移角（不考虑偶然偏心）限制：

框架结构1/550

框架－剪力墙、框架－核心筒、板柱－剪力墙1/800筒中筒、剪力墙1/1000

框支层1/1000

多、高层钢结构1/300

b.位移比（考虑偶然偏心）限制：

最大位移（层间位移）与平均位移（平均层间位移）之比：

A级高度建筑（普通多高层属于此类）：

不宜大于1.5（抗震规范）不宜大于1.2，不应大于1.5（高规）

B级高度建筑、复杂高层结构、混合结构：

不宜大于1.2，不应大于1.4（高规）

2.抗震控制（wzq.out）

a.质量参与系数：

不少于90％（高规5.1.13.2）。

如果少于90％，增

加计算振型数。

b.周期：

规范没有周期大小的控制，根据经验估算，判断是否合理，

如果周期太大，则说明结构刚度太柔。

c.周期比：

扭转为主第一周期与平动为主第一周期之比

A级高度建筑不应大于0.9，

B级高度建筑、复杂高层结构、混合结构：

不应大于0.85平动扭转判定：

根据平动、扭转系数大小判定，如果平动系数越大，则平动所占的能量越多，一般来说，当该系数大于0.5时可

认为以该振动为主

第一周期的判定：

不要想当然认为排在第一的就是第一周期，应注意剔除局部振动产生的周期。

具体可看该振型对底部剪力的贡献，第一振型的贡献应是最大的。

d.剪重比：

该层地震作用总剪力/该层及其上部重力荷载代表值之和

规范规定了最小值（详见抗规表5.2.5，高规表3.3.13）7度基本周期小于3.5s的结构为0.016。

软件对小于最小值的会自动调整放大。

3.结构竖向规则（wmass.out）

（1）.楼层侧向刚度比

a.普通楼层（刚度用“地震剪力/层间位移”计算）抗规3.4.2-3.4.3、高规5.1.14规定：

该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，该层地震剪力应乘以1.15的放大系数。

软件会根据计算结果，自动乘以放大系数。

b.首层转换结构（刚度用“剪切刚度”计算）

高规附录E.0.1规定：

上下层刚度比宜接近1,抗震设计不应大于2,非抗震设计不大于3。

c.转换层数大于1层结构（刚度用“剪弯刚度”计算）

高规附录E.0.2规定：

上下部等效刚度比宜接近1,抗震设计不应大于1.3,非抗震设计不大于2。

（2）楼层层间受剪承载力

抗规3.4.3.2-2规定：

不应小于相邻上一层的65％。

（i=1,n）

（i=1,n）

4.结构抗倾覆验算（wmass.out）

抗倾覆弯矩/倾覆弯矩>1

5.结构重力二阶效应（wmass.out）

高规5.4.1.1、5.4.1.2规定：

刚重比

剪力墙、框剪、筒体EJd/（H2刀Gi）>2.7

框架结构Di*hi/刀Gj>20,（j=i,n）

不满足要求时，要考虑重力二阶效应。

6.结构整体稳定（wmass.out）

高规5.4.4规定：

刚重比应满足一下规定

剪力墙、框剪、筒体EJd/（H2刀Gi）>1.4

框架结构Di*hi/刀Gj>10,（j=i,n）