结构概念设计-规范理解与运用

1、 结构设计规范理解与建议前几天参加了一个规范培训班，主讲人是建研院的朱炳寅总工，虽然时间很短，但是对我来说还是受益匪浅。现将主要内容整理出来跟大家共享：“总量控制，包络设计”这八个字贯穿了培训的始终，是朱老师始终强调的。所谓总量控制，就是在进行梁配筋设计时，不要拘泥于计算出来的数值，非要配的比它大，在梁支座负筋处，可以适当配小点（有利于实现强柱弱梁），但是跨中一定要配够（配大百利而无一害），跨中与支座的总量要与计算的总量相当（支座减少时，跨中要放大）。所谓包络设计，就是在进行结构设计时，如果有不确定因素，应按各种情况分别计算，取结果的最大值进行包络设计。另外，“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件，强柱根”也是非常重要的基本原则。在设计过程中，通过各种措施，一定要保证实现这几强几弱的原则。应“重概念，轻精度”，重视概念设计，而对于各种经验系数的取值，不要刻意非要取的非常精确，这是不实际的，也不可能。下面就这次培训的主要内容跟大家分享一下：1、荷载规范1）第 4.1.1条汽车通道及停车库荷载，它是直接作用在楼面上的等效荷载，仅可用于楼面板设计计算，用于楼面梁、柱、墙及基础计算时应按第4.1.

2、2条要求折减。对双向板楼盖其板跨在不小6mx6m时才可以按规范取值。当板跨小于规范的规定时，应按荷载效应相等的原则等效，不可以直接取用规范数值（当板跨与规范限定数值差别不大时，当进行近似计算时也可取规范数值）。用PKPM计算基础时，同样按规范的规定对等效荷载进行折减。2）对消防车荷载，若不考虑板顶的覆土厚度对消防车轮压的影响而统一取用表中数值，当地下室顶板面覆土厚度较厚时，显然是不合适的。在覆土厚度足够时，可以降低表中消防车荷载（见表4.1.1-3）。（足够的覆土层厚度是指汽车轮压通过土层的扩散，交替和重叠，达到在某一平面近似均匀分布时的覆土层厚度。足够的覆土厚度数值应根据工程经验确定，当无可靠设计经验时，可按后轴轮压的扩散面积不小于按荷重比例划分的汽车投影面积确定（一般大于2.5m即可认为足够）。）3）活荷载的折减与荷载类型、从属面积和构件类型有关。承担的面积越大，其活荷载同时出现的概率就越小，一般说来次梁的从属面积较小而主梁的从属面积较大，且传力途径一般为板到次梁再到主梁。所以主梁的折减系数比次梁小。目前我们所用的大部分程序（如PKPM），没有对活荷载分类的功能，也就不可能按规范要

3、求折减。规范的本条要求原则上只适合于手算。当程序取用表4.1.2的活荷载折减系数时，应特别注意裙房与主楼整体计算的高层建筑，避免裙房部分按主楼的层数取用相应的折减系数，同时应注意计算楼层与实际楼层的区别，特别是计算楼层与实际楼层层数相差较多时（如错层结构等）。2、抗震规范1）“三水准的设防目标”和“两阶段设计步骤”：小震不坏（要求建筑结构在多遇地震作用下满足承载力极限状态验算要求和建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形值），中震可修（要求建筑结构具有相当的变形能力，用结构的延性设计来实现），大震不倒（要求建筑结构具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值）。2）建筑结构可以分区段、分部位、分构件进行抗震设防分类，但抗震设防分类应避免出线“头重脚轻”的结果。3）规范第3.1.3条确定地震作用和抗震措施时不是对本地区设防烈度的调整，而是对设防标准的提高或降低，它影响的只是地震作用的数值和抗震等级的确定。注意规范中与设防烈度相关的要求，指的是本地区设防烈度而非按3.1.3条调整过的烈度数值。4）楼层扭转位移比=楼层竖向构件最大弹性水平位移/最大与最小水平位移的平均值。计算时采用刚

4、性楼板假定，并考虑偶然偏心的影响（见高规4.3.5）。注意：此处不考虑水平地震作用的扭转影响，即对结构不进行扭转耦连计算（u5%；E0%），但是根据高规第3.3.2条与抗规第5.1.1条，两本规范均规定计算结构地震作用效应时均应计入扭转影响，目前PKPM新版本取消了扭转耦连选项，计算均考虑其影响。对于弹性位移角，抗规第5.5.1条规定与高规第4.6.3条相同，且高规注释中明确计算地震弹性位移角不考虑偶然偏心影响。计算步骤：先勾选偶然偏心，计算出楼层扭转位移比，然后对结果进行判断，若小于1.2说明结构规则，依此计算；若大于1.2小于1.4（1.5）说明结构不规则，应勾选“双向地震”重新计算；若大于1.4（1.5）说明结构严重不规则，应调整结构布置。注意：新版SATWE对于“偶然偏心”和“双向地震”是分开算的，不同时考虑，结果自动取偶然偏心和双向地震的大值输出。5）框剪结构中框架部分地震力调整系数（抗规6.2.13与高规8.1.4）：其实是二道防线的概念。由于剪力墙的刚度远大于框架部分，剪力墙承担大部分地震力，框架按其刚度分担的地震力很小，若按此进行框架设计，则在剪力墙开裂后很不安全。因此

5、，规范要求当框剪结构中各层框架总剪力（即第i层框架柱剪力之和）小于0.2Vo时，取0.2Vo与1.5Vfmax的较小值。注意：非抗震设计时，框架剪力不调整。对框架梁弯矩、剪力以及对框架柱的弯矩调整，取用与剪力调整相同的系数，不调整轴力。6）梁端弯矩调幅系数：目的是降低梁端弯矩设计值，减轻强柱弱梁的压力。梁端钢筋配大不一定有利，还加大了（强）柱钢筋的压力；梁跨中钢筋配大百利而无一害。当跨中弯矩较大时，可将第二、三排钢筋截面在支座处截断，这样易于满足强柱弱梁的要求，但要注意长短跨的情况，可能支座弯矩起控制作用。梁设计弯矩放大系数：上下都放大。 7）地下室嵌固部位（抗规6.1.14）：根据地下室的楼层侧向刚度与相邻上部楼层侧向刚度的比值r确定。当r=2时，上部结构计算的固定端取在地下室顶面标高；当r=2时，便可确定上部结构的嵌固部位。计算步骤：先不输入地下室层数计算，根据r大小判断地下室嵌固部位，然后输入地下室层数重新计算。注意：当上部结构的嵌固部位在地下一层的地面时，仍应考虑地下室顶板对上部结构实际存在的嵌固作用，应取不同嵌固部位（地下一层的地面和地下室顶板顶面）分别计算，配筋取大值（即包

6、络设计）。8）周期比：如果结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一振动周期之比不满足规范要求（高规4.3.5），应调整结构布置。如果最大层间位移角EE，可以加大外围构件抗扭刚度（边榀），这样扭转周期Tt降低，平动周期T1稍有降低；若EE，可以减小内部构件的刚度（开洞），这样扭转周期Tt不变，平动周期T1增大；优先考虑后一种方案。 9）轴压比：一般剪力墙及短肢剪力墙的轴压比是在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，其含义不同于框架柱的轴压比（砼规6.3.7和高规6.4.2）。轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值，而抗震设计包括计算地震作用和不计算地震作用，计算地震作用时，取对应重力荷载代表值的Nmax；不计算地震作用时，取无地震组合的轴力设计值Nmax。10）对于抗震建筑，对整体结构加强是没有意义的；构件与构件之间可以有差异，加强构件。中震弹性验算：利用小震方法，放大水平地震影响系数，其结果比小震弹性结果放大约2.8倍；中震不屈服验算：Sk=Rk，采用强度标准值，对钢结构其结果比小震弹性结果放大约2.5倍。注意：中震弹性和中震不屈服计

7、算时抗震等级取为四级。11）抗震墙的约束边缘构件包括暗柱、端柱和翼墙（抗规6.4.7）。在剪力墙结构中端柱不是柱，其抗震等级按墙取。剪力墙抗弯主要靠端柱，应适当加强。阴影区“箍筋”可理解为“以箍筋为主”，应优先考虑采用封闭箍筋，最后的一对纵筋之间无法设置箍筋时，可采用拉筋（远离边缘）；非阴影区“箍筋或拉筋”可理解为外圈由封闭箍筋组成，内部可采用拉筋。12）砌体：刚度大延性差，抗压好抗拉差，通过构造措施改善其抗震性能；砼：抗压好抗拉差，加入钢筋改善其延性。对砌体结构，通过设置约束边缘构件（圈梁，构造柱）形成约束砌体，但不能任意加抗震墙或构造柱。对墙中部的范围，建议按墙长中间的1/3区域考虑，作为抗剪需要的构造柱，宜配置在上述中部区域内。墙中部设置构造柱后，砌体由一般约束砌体变为砖砌体和钢筋混凝土构造柱组合墙；此外不应在砌体墙中设置截面很大的钢筋混凝土构造柱。13）钢结构：强度高，延性好，适于抗震，存在稳定问题和防火问题。利用抗剪耗能（即利用节点域耗能），其抗震措施只跟高度、烈度等有关；钢筋混凝土结构：利用抗弯耗能，通过抗震等级来实现抗震措施。钢框架支撑结构破坏机理：耗能梁段（剪切变形）节

8、点域（剪切变形耗能）框架（弯曲变形）柱（弯曲变形）连接（强）；钢筋混凝土框架剪力墙结构破坏机理：连梁（弯曲变形）剪力墙框架（弯曲变形）柱（弯曲变形）节点或连接（强）。3、高层规范1）纵向剪力墙不能布置在边缘，会引起温度应力。施工后浇带（沉降后浇带和伸缩后浇带）并不直接减少温度应力，因而不能提高它对温度应力的耐受能力，后浇带的作用在于减少混凝土的收缩应力，通过后浇带的板、墙钢筋应断开搭接，以便两部分的混凝土各自自由收缩，梁钢筋可不断开。结构设计中也可采用补偿收缩混凝土技术，在结构收缩应力最大的地方给予相应较大的膨胀应力补偿。一般加强带的宽度约2m，带之间适当增加水平钢筋15%20%（高规4.3.13）。2）结构计算时，完全考虑施工加载，边支座效应较大；不考虑施工加载中支座效应较大，这是由于基础不均匀沉降引起架越效应造成的。要完全模拟施工逐层加载就要考虑结构刚度的形成过程、考虑结构自重及施工堆载的加载过程、考虑施工过程中的平层效应，全面考虑各种因素是很困难的，目前的计算程序一般采用近似方法考虑上述因素的影响。ETABS采用了考虑前两点的近似计算方法，SATWE在模拟施工的基础上再采用经验调

9、整处理法（即人为加大竖向构件的轴向刚度，一般为10100倍，可根据上部结构与基础的刚度情况确定），模拟基础不均匀沉降及施工过程中的平层效应对上部结构的影响（高规5.1.9）。3）少量剪力墙的框架结构（高规6.1.7），设置少量剪力墙的目的在于满足规范对框架结构的位移限值要求。设计原则：I.全包络设计：对剪力墙按框架剪力墙协同工作计算，取相应计算结果配筋设计；对框架按纯框架结构及框架剪力墙结构分别计算，取计算结果的较大值进行配筋设计。II.框架包络设计、剪力墙构造：对框架按纯框架结构及框架剪力墙结构分别计算，取计算结果的较大值进行配筋设计；剪力墙则按构造配筋设计。III.框架包络设计、剪力墙按现有截面的最大设计：对框架按纯框架结构及框剪结构分别计算，取计算结果的较大值进行配筋设计；剪力墙按计算要求，当剪力墙计算超筋时，按截面的最大配筋率配筋设计。0Mw/Mo25% 带少量剪力墙的框架结构 （Mw/Mo为倾覆力矩比）25%Mw/Mo50% 强框架的框剪结构 （Mw取结构底层或底部加强部位的Mw）50%Mw/Mo75% 弱框架的框剪结构75%Mw/Mo1 带少量框架的剪力墙结构注意：应尽量采用体系明确的结构体系，这样会更节约。4）错层结构（高规10.4.3）：建议当楼层高度差大于楼层梁截面高度且大于600时，可确定为错层，此处“楼层梁截面高度”为楼层梁的代表性截面高度，而非错层处的楼层梁截面高度，当楼面板变标高处合用同一根梁时，一般不宜按错层设计（可按错层与非错层计算，合理配筋），对结构设计中大量局部降低（或抬高）的楼板可不按错层计算，而通过适当的构造处理加强(设置加腋、加强周边楼板等)。5）要正确区分一般框支结构和框支剪力墙结构；对框支梁，框支柱的要求既适用于梁托墙情况也适用于梁上托柱情况；框支剪力墙结构有特殊的加强措施（如控制底部大空间层数，抗震等级的提高等）；应区分局部转换和大面积转换的情况，对局

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