如何作出合格的结构设计[2]

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宁司结构设计博客 复制首页个人资料日志图片视频(测)好友博客群百科 我的日志如何作出合格的结构设计[2]
分类:PKPM结构设计应用2007.12.29 18:04 作者：燃烧的烟灰 | 评论：2 | 阅读：4878
四、电算问题：
1、总信息取值：前提条件、很重要，否则计算无意义。虽然各种电算程序对总信息的取值都有详细的说明或规定，但不少设计人员并未充分了解其含义，取值不妥屡有发生。
1）混凝土容重宜取27～30：梁、柱、剪力墙等考虑粉刷或装饰面层后的容重应大于25kN/m3，如考虑粉面20厚砂浆，柱400×400：γ=（4402-4002）×20/4002+25=4.2+25=29.2，柱600×600：γ=（6402-6002）×20/6002+25=2.7555+25=27.8，柱1000×1000：γ=（10402-10002）×20/10002+25=1.632+25=26.632，梁250×500（板厚按100mm计）：γ=（290×420-250×400）×20/（250×500）+25=3.488+25=28.5，梁300×800（板厚按100mm计）：γ=（340×720-300×700）×20/（300×800）+25=2.9+25=27.9，剪力墙厚200：γ=40×20/200+25=4+25=29，剪力墙厚300：γ=40×20/300+25=2.67+25=27.67，可见，梁、柱、剪力墙截面尺寸越小容重越大，如贴面砖、花岗石，容重还要加大，设计人应综合考虑本工程梁、柱、剪力墙的截面尺寸大小及面层材料，确定一个较合适的混凝土容重值。
2）周期折减系数Tc：必须折减，否则使地震作用偏小，应根据本工程填充墙的多少来确定周期折减系数值，填充墙多取小值，填充墙少取大值，《高层建筑混凝土结构技术规程
JGJ
3—2002》3.3.16条规定“计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减”是强制性条文，一般框架结构取0.6～0.9，剪力墙结构取0.9～0.99，框剪结构取0.7～0.9，高规3.3.17条规定剪力墙0.9～1是不妥的，应0.9～0.99，1就是不折减了，算不算违反强制性条文？但如是全剪力墙（即无非承重墙体的）结构，周期折减系数取1是应可以的。
3）计算结构的周期、位移、层刚度比时，应采用刚性楼板假定。如楼板开有大洞或楼板不连续，应再按弹性楼板计算结构内力。
4）振型数：采用刚性楼板假定时，平动≤计算层数，耦联≤计算层数×3。笔者见到一个计算层数为10层的框架结构，采用刚性楼板假定，不考虑耦联分析，振型数填12，输出的第11、12振型周期竟达146.5、56.6秒，说明第11、12振型周期本来

是不存在的，计算机只得随机抓取数据填充，这样的计算分析结果自然是不能采用的。当按弹性楼板计算时，振型数可超过上述限值。
5）梁刚度增大系数：中梁2、边梁1.5（《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3—2002》5.2.2条规定1.3～2.0），否则使地震作用偏小。
6）梁端弯矩调幅系数：0.8～0.9（《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ
3—2002》5.2.2条），一般可填0.85。有些设计人员（包括大型甲级设计院的技术负责人）规定梁端弯矩不调幅，是不大恰当的，因为更容易引起梁端负弯矩钢筋过大、根数过多，影响混凝土浇筑，且配筋率更容易超过2.5％（强制性条文）及梁下部钢筋与梁端负弯矩钢筋的比值不满足规范要求（强制性条文），再者，梁端负弯矩一般均比梁跨中下部弯矩大得较多，试举一例：梁端负弯矩800kN.m，梁跨中弯矩400kN.m，如取梁端弯矩调幅系数0.85，则梁跨中弯矩应为400+800×0.15=400+420=520kN.m，如不考虑梁端弯矩调幅，梁跨中弯矩增大1.2倍，则梁跨中弯矩为400×1.2=480＜520kN.m，使梁下部钢筋偏小，不妥。
7）梁端弯矩考虑柱宽影响标志：当已填梁端弯矩调幅系数，则不宜再考虑柱宽作为刚域对梁端负弯矩的折减。
8）梁跨中弯矩增大系数：1～1.4，一般可填1，配筋时再酌情加大1.2～1.4倍。如程序设定为“梁弯矩增大系数”，即正、负弯矩都增大，则应填1，程序设定考虑负弯矩调辐后又将负弯矩增大是没有道理的。
9）梁扭矩折减系数：0.4，填扭矩刚度折减对梁扭矩的折减效果较小。
10）连梁刚度折减系数：0.5～0.55（《建筑抗震设计规范GB 50011—2001》6.2.13条2款、《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ
3—2002》5.2.1条都规定不宜小于0.5）。
11）0.2Q0力调整：框剪结构对框架柱必须调整。
12）小塔楼地震作用放大系数：SATWE、TAT：
平动时3～5振型：≤3，6～9振型时：≤1.5，耦联时9～11振型：≤3，12～15振型时：≤1.5；TBSA：不放大。
13）基本风压：取50年一遇，高≥60m及对风敏感的结构取100年一遇，基本风压值见荷载规范。注意：新规范没有对基本风压进行修正（即对高层建筑取1.1倍基本风压）的说法了。
14）地面粗糙度：D（4）类（密集高层市区）慎用，只有当本工程的四周均有高于本工程的建筑物时，才可填D（4）类。
15）风载体型分段数：应分段，一般可每隔3层左右分1段，如多、高层建筑，只填1段，则风载偏大。有些电算程序（如SATWE、TAT）规定最多只能分3段。笔者见到1幢12层的房子，分1段，最高层数错填为8，上面4层无风载，属不安全。
16）混凝土保护层厚度：梁25（混凝土C20时30），柱30。
17）P-△效应：高层建筑应

考虑（《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3—2002》5.4.1条、5.4.2条）。多层建筑要考虑，应是可以的。
18）偶然偏心：高层建筑计算单向地震时应考虑偶然偏心（《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3—2002》3.3.3条），按双向地震计算时就可不考虑偶然偏心了。
19）活载应考虑不利组合。
20）活载折减系数：如SATWE、TAT等程序内定的折减系数系按《建筑结构荷载规范GB
50009-2001》表4.1.2编制，千万注意只适用《建筑结构荷载规范GB
50009-2001》表4.1.1中的1（1）项房屋，即住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园，对其它房屋一概不适用，否则（如对商业用房、多层厂房）就违反了强制性条文。
21）柱计算长度计算原则（SATWE等程序本意是对钢柱）：宜填“有侧移”，因为框架结构、剪力墙结构、框剪结构等都是有侧移的，如填“无侧移”，似乎无道理。
22）平动与耦联：一般取耦联，但有时平动也有可能比耦联不利。
23）柱配筋计算原则：单偏压与双偏压，二者计算结果有时差别较大，应分别按单偏压、双偏压作两次计算，按大值配筋。
24）当抗震设防类别为乙类时，计算地震烈度不提高，但抗震措施应提高1度，如抗震等级应按提高1度查表，轴压比限制值也减小了，抗震构造措施也提高了，如砌体拉墙筋长度也增大了，等等。
25）地下室全连在一起，上面设缝分为几个独立的结构单元，可不按多塔结构计算。一幢房子的屋面上有几个出屋面的楼、电梯间，更不是多塔结构。
2、形参：即梁柱平面布置
1）应合理简化、应与建施图吻合，应与结施图一致（结构布置、截面大小），电梯机房错层应算2层。
2）基础梁可作为1层输入电算（宜填1层地下室，否则风荷载会偏大），也可另行单独计算。
3）地下室墙：可输墙，也可输深梁（梁高等于层高）。
4）层高：应取楼板面至楼板面（独立基础：应算至基础顶面）。
5）混凝土结构上面有钢结构构架等，应参与整体分析，不能只输入重量，结果差别大（特别在地震区，边稍效应影响更大）。
3、荷载（是强制性条文）：
1）静、活，面载、线载、集中力。
2）荷载要合理：偏大无必要，偏小更不行。楼面装修面层（除找平层、板底抹面外）1～1.5kN/m2，消防楼梯3.5
kN/m2，不上人屋面0.5kN/m2是否太小？《建筑结构荷载规范GB
50009-2001》4.3.1条（强制性条文）注1：不上人的屋面，当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用，建议按施工荷载1.5～2
kN/m2取值；轻钢结构的刚架＞60m2才可用0.3kN/m2，檩条仍是0.5kN/m2（强制性条文），《钢结构设计规范 GB
50017-2003》3.2.1条（强制性

条文）注：“对支承轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、狂架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载标准值应取为0.3kN/m2”，檩条的受荷水平投影面积怎么会超过60m2？笔者对此感到不可理解。
4、电算结果打印：
1）总信息、周期、周期比、位移、剪重比、刚度比、超筋超限信息、底层轴力等。
2）形参平面图。
3）荷载输入平面图（不必打印荷载的中间结果）。
4）配筋结果平面图。
5）剪力V包络图（用于配置梁的附加横向钢筋），不必打印弯矩M及其他数据文件。
6）JCCAD计算结果：不能所有的柱脚都打印，应选取与J1、J2、……对应的计算结果，且应考虑Nmax、Mmax、Vmax三种组合，如打印JCCAD计算的所有组合计算结果，简直是“天书”。JCCAD计算结果未显示是否读取柱脚剪力V，如未考虑柱脚剪力V，则基础面积及基础配筋偏小。如基础梁未作为1层输入电算，则不能用JCCAD计算基础，因为还要考虑基础梁传来的荷重（包括隔墙）。
7）钢结构、网架等电算结果不能都是数据文件，应有图形文件。
5、对电算结果要分析，不能不管对不对。
五、地基基础设计
1、正确使用地勘报告，基础选型由自己定，而不能地勘报告建议什么基础型式就用什么型式，总的来说，结构设计人员对地基基础设计比地勘人员内行。
2、冲击振动沉管灌注桩慎用：缩颈现象较普遍。
3、人工挖孔桩：在砂夹卵石层内施工（特别是扩孔）跨孔的可能性较大，施工有危险。桩太短（如小于6m），不能按桩算，应按墩算。
4、地基处理：换填、振冲、CFG桩（应算沉降，地基处理规范9.1.3条）。
5、地下室底板不按筏板设计，而采用所谓“抗水板”，其厚度不宜小于300，除地下水浮力，还有地基反力，应计算其配筋及裂缝宽度不应大于0.2mm（地下工程防水技术规范GB
50108-2001第4.1.6条2款）。
6、伸缩缝、抗震缝处可不必设沉降缝。笔者见有一砌体结构6层住宅，设有100mm宽抗震缝兼沉降缝，因此抗震缝两边的条形基础为大偏心基础，极为不妥。
7、地下室底板下的垫层应采用C15混凝土（地下工程防水技术规范4.1.5条）。
8、地下室墙竖筋及水平筋应注意最小配筋率ρmin。
9、地下室墙应有水平施工缝。
10、超长地下室只留后浇带不能解决使用期间的温度及混凝土收缩问题，应采取加强配筋、加防裂剂、采用预应力混凝土等措施。地下室外墙、底板、顶板的钢筋间距不宜大于150mm。
11、沉降观测点应布置并应有观测点大样，观测方法应有说明，不能只说按某规范。
12、地基软弱下卧层验算：可用《地基基础设计规范GB
50007-2002》5.2.7

条简化公式（应力扩散角θ），但Es1/Es2＜3时查不到θ，也可用基底应力公式计算。
13、桩基（包括桩身质量、单桩承载力）检测，应有检测方法、检测数量等说明，不能只说按某规范。
14、无上部结构的纯地下室在地震区应不应该进行抗震设计？这个问题本来规范已有明确说法，如《建筑抗震设计规范 GB
50010-2002》第6.1.3条3款规定“……地下室中无上部结构的部分，可根据具体情况采用三级或更低等级”，《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ
3-2002》第4.8.5条也规定“……地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级。”但北京市建筑设计标准化办公室2004年12月出版的北京市地方标准《北京市建筑设计技术细则

结构专业》第5.2.1条4.2）款规定：“无上部结构之地下建筑，如地下车库等，可按非抗震设计。”对这条规定，笔者及我院不少资深结构设计人士都感到不可理解。众所周知，地震发生时，地震作用（能量）是以地震波的形式由地面传播的，而不是由空气传播的，地表以下也都会出现破坏现象，如“滑坡、崩塌、液化（喷砂）、震陷”和地表撕裂等，说明地表以下仍然存在地震的破坏作用，所以基础工程也会受到破坏。北京市的大部分地区抗震设防烈度为8度，对无上部结构之地下建筑怎么可以按非抗震设计呢？
15、其余，见笔者的《钢筋混凝土结构构造讨论（五）》。
六、框架结构设计：
1、柱、梁截面应合理：由位移、轴压比、配筋率等控制，梁大跨取大截面，小跨取小截面，连续跨梁截面宽度宜相同。柱截面应每隔3层左右收小一次，以节约投资，每次收小时应每侧不小于50mm，以方便支模，也不宜大于200mm，以免刚度突变，最上段（顶上几层）可用300mm×300mm（应满足计算要求）。收小柱截面，也可相应增加使用面积。
2、混凝土强度等级：宜≥C25（留有余地），柱梁宜同，变柱截面处不变混凝土强度等级，以免刚度突变。板不宜高于C40（高规4.5.2条规定）、
上海市《控制住宅工程钢筋混凝土现浇楼板裂缝的技术导则》（2001年12月20日以沪建建（2001）第0907号文发布）一.7条规定“现浇楼板的混凝土强度等级不宜大于C30”，中国土木工程学会混凝土及预应力混凝土分会混凝土质量专业委员会、高强与高性能混凝土专业委员会编的《钢筋混凝土结构裂缝控制指南》（化学工业出版社2004年4月第一版）也建议“楼板、屋面板采用普通混凝土时，其强度等级不宜大于C30，基础底板、地下室外墙不宜大于C35”，其原因是为了控

制水泥用量，混凝土强度等级越高，水泥用量也越多就越容易开裂。
3、柱设计：
1）混凝土设计规范10.3.1条1款：纵筋配筋率不宜大于5﹪，10.3.2条4款：纵筋配筋率大于3﹪时对箍筋直径、间距、弯钩有要求，也可焊成封闭环式（与89规范规定必须焊成封闭环式不同了），11.1.13条：抗震设计时不应大于5﹪；高规6.4.4条3款：不宜大于5﹪、不应大于6﹪，抗震设计时不应大于5﹪，6.4.9条4款同混凝土规范10.3.2条4款，但未要求箍筋可焊成封闭环式。
2）纵筋净间距应≥50mm（混凝土设计规范10.3.1条3款），抗震设计时，截面尺寸大于400mm的柱，纵筋间距不宜大于200mm。
3）一个截面宜一种直径，宜对称配筋，方便施工，自己设计也简单；钢筋直径不宜上大下小。有个2层的小工程，共16根柱子，KZ1～16，1、2层配筋还有不同，共有32种截面，何苦呢？
4）强柱弱梁，纵筋不要太小，除一、二层框架可用φ16、φ18外，最好用φ20以上。
5）箍筋肢距：一级抗震等级不宜大于200mm及20d（d为箍筋直径）的较大值，二、三级抗震等级不宜大于250mm（89规范三级300mm）及20d的较大值，四级抗震等级不宜大于300mm。何为“箍筋肢距”规范无定义，一般设计人员都认为是两根箍筋在水平方向之间的距离。箍筋肢距也不要太小，如600×600柱用6肢箍、500×500柱用5肢箍、400×400柱用4肢箍太密，无必要，也影响混凝土浇注，可对主筋隔一拉一，节约钢筋。
6）配箍率：新规范比89规范大，与柱轴压比、混凝土强度等级、箍筋抗拉设计强度有关。
7）用平法表示，不要用列表法（03G101-1 图集的列表法也不直观，审校不便）。
4、梁、板设计：见本人发表于《PKPM新天地》2003年5期至2004年2期的《钢筋混凝土结构构造讨论》（一）～（四）及《PKPM新天地》2001年6期的《钢筋混凝土梁裂缝预防对策探讨》、《PKPM新天地》2002年1期的《现浇钢筋混凝土楼板裂缝控制措施探讨》等。
5、钢筋混凝土结构中的楼梯：
1）不可用砌体支承。
2）用“小框架”支承，梁柱宜符合三级抗震要求（箍筋≥φ6＠150）。
6、钢筋混凝土结构中的构造柱（GZ）：
1）上端与梁板应弱连接，不连应是可以的，也可用1φ12连接，GZ上端应与梁板离开20～30mm，否则会改变上端梁板的受力状况。
2）GZ的箍筋可不加密，它不是抗震构件（有些标准图集有加密的）。
3）GZ必须先砌填充墙（留马牙槎）后浇，施工单位有先浇的，极为不妥。
7、钢筋混凝土结构中的砌体填充墙的拉墙筋长度：不可套用砌体结构，应按抗震设计规范13.3.3条2款：6、7度时不应小于墙长的1/5且不小于700mm，8、9度时宜沿墙全长贯通。
8、钢筋混凝土

结构中的电梯机房楼板、水箱等不可用砌体支承，高规是强条。
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