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/,對應(yīng)風(fēng)速約120公里/小時；高度大于60米的結(jié)構(gòu)

2、，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，風(fēng)力相互干擾，體型系數(shù)應(yīng)增大。4地震信息：（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

3、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?？梢岳斫鉃轭悎龅赝磷罱Y(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?？拐鹪O(shè)計(jì)二階段：第一階段設(shè)計(jì)為承載力設(shè)計(jì)：用小震動參數(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。

4、大部分建筑可只進(jìn)行第一階段設(shè)計(jì)。抗震設(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、彈性動力時程分析、彈塑性動力時程分析。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×組合系數(shù)，組合系數(shù)軟件默認(rèn)取0.5，對于庫房應(yīng)取0.8、可變荷載按實(shí)際情況計(jì)算時組合系數(shù)應(yīng)取1.0?？拐鸬燃墸焊鶕?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)烈度時還要

5、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告。一般包括一下內(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；地下水的埋藏情況、類型、水位及其變化；土和水對建筑材料的腐蝕性；場地穩(wěn)定性、不良地質(zhì)評價；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

6、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

7、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%，或較大的樓層錯層b平面長度太長或樓層高度相差太大，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

8、相鄰三個樓層側(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柱截面估算a柱豎向軸力估算N=nAq n-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

9、平荷載）Nc = N -中柱1、邊柱1.1、角柱1.2 -地震水平力作用對柱軸力的放大系數(shù) 七度抗震：=1.05、八度抗震：=1.10 c柱截面面積估算AcNc/(a*fc) a-軸壓比一級0.7、二級0.8、三級0.9，短柱減0.05 fc-砼軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 Nc-估算柱軸力設(shè)計(jì)值 d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h/b<42梁截面估算a. 主梁（bxh）：梁高h(yuǎn) 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

10、：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

11、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)（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PMCAD、SATWE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SATWE使用手冊（三）軟件運(yùn)算（四）計(jì)算書1.結(jié)構(gòu)平面布置簡圖（SATWE“接PM生成數(shù)據(jù)”圖形檢查）2荷載平面布置簡圖（PMCAD平面荷載顯示校核）3基本參數(shù)等

12、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（PMCAD畫結(jié)構(gòu)平面圖）七、結(jié)果分析（SATWE計(jì)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“PMCAD荷載校核”對比，避免荷載丟失。b.檢查 “PMCAD荷載校核”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

13、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）。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

14、平動為主第一周期之比A級高度建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度建筑、復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)：不應(yīng)大于0.85平動扭轉(zhuǎn)判定：根據(jù)平動、扭轉(zhuǎn)系數(shù)大小判定，如果平動系數(shù)越大，則平動所占的能量越多，一般來說，當(dāng)該系數(shù)大于0.5時可認(rèn)為以該振動為主。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)注意剔除局部振動產(chǎn)生的周期。具體可看該振型對底部剪力的貢獻(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）7度基本周期小于3.5s的結(jié)構(gòu) 為0.016。軟件對小于最小值的會自動調(diào)整放大。3.結(jié)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）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)。軟件會根據(jù)計(jì)算結(jié)果，自動乘以放大系數(shù)。b.首層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)（剛度用“剪切剛度”計(jì)算）c.轉(zhuǎn)換層數(shù)大于1層結(jié)構(gòu)