1、結構設計基本步驟、方法及相關概念PKPMCAD 鄒軍一、常用規范建筑結構荷載規范混凝土設計規范建筑抗震設計規范建筑地基設計規范高層建筑混凝土結構技術規程巖土工程勘察規范二、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范，普通住宅、辦公室為2.0kN/m2,陽臺2.5kN/m2；電梯機房等效8kN/m2；消防車等效20kN/m2。工業廠房需要業主提供文件，指定使用荷載。3風信息：（荷載規范、高規）a.基本風壓： 一般用50年一遇，深圳為0.75kN/,對應風速約120公里/小時；高度大于60米的結構

2、，承載力計算用100年一遇的風壓，深圳為0.90 kN/）b.地面粗糙度：一般城市市區可選Cc.體型系數： 一般建筑取1.3d.基本周期： 簡單估算（0.1x樓層數），用于計算風振e.其他相關概念：Wk=zszW0 用于主要承重結構Wk=gzszW0 用于圍護結構風壓高度變化系數，風振系數（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，考慮順風向風振系數；橫向風軟件沒有考慮）陣風系數：計算圍護結構風荷載群體效應：群集的高層建筑，相互間距較近時，風力相互干擾，體型系數應增大。4地震信息：（抗震規范、高規）a.設防烈度： 按設計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），具體取值由政府規定(可查抗規附表)，。深圳為7度（0.1g）b.設計地震分組：按震中的近、遠劃分，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。由地質勘探部門提供。可以理解為類場地土最結實，最差。d.其他抗震相關概念：抗震設防三水準：小震不壞、中震可修、大震不倒。抗震設計二階段：第一階段設計為承載力設計：用小震動參數、結構按彈性計算，用分項系數組合進行構件截面承載力驗算，通過概念設計及抗震構造滿足大震不倒。第二階段為彈塑性變形驗算。

4、大部分建筑可只進行第一階段設計。抗震設防分類：按建筑重要性劃分，分為甲、乙、丙、丁四類，具體規定見建筑抗震設防分類標準。甲類最重要，丁類為次要建筑，大部分為丙類。設計基本地震加速度：50年設計基準期超越概率10的地震加速度設計取值。地震作用計算方法：底部剪力法、振型分解反應譜、彈性動力時程分析、彈塑性動力時程分析。結構阻尼比：混凝土結構0.05,鋼結構0.02重力荷載代表值：永久荷載標準值可變荷載標準值×組合系數，組合系數軟件默認取0.5，對于庫房應取0.8、可變荷載按實際情況計算時組合系數應取1.0。抗震等級：根據烈度、結構類型、房屋高度（室外地面到主要屋面板）確認，確認烈度時還要

5、考慮抗震設防分類及場地土類別。構件設計原則：強柱弱梁、強剪弱彎。5地質勘察報告：由結構設計人員根據工程具體情況提出勘察要求，甲方委托勘察單位進行勘察，勘察單位提交勘察報告。一般包括一下內容:勘察目的、任務要求和依據的技術標準；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、地質構造、巖土性質及其均勻性；各項巖土性質指標，巖土的強度參數、變形參數、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；場地穩定性、不良地質評價；基礎形式推薦；圖表：勘察點平面布置圖、土層剖面圖、探孔柱狀圖、巖層等高線等。深圳地區巖土分布情況：填土、花崗巖殘積土、強風化巖、中

6、風化巖、微風化巖。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、結構選型根據建筑高度、建筑需求、經濟等確定。1. 單層廠房以前均采用鋼筋混凝土排架結構，現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、磚混結構，廣東地區基本不用磚混結構，住宅多采用異型柱框架結構3大跨度結構考慮預應力、網殼4. 普通高層采用鋼筋混凝土框剪結構、短肢剪力墻結構、剪力墻結構。5. 超高層（100米以上）采用型鋼混凝土、鋼混凝土的框剪結構，或框筒、剪力墻結構、筒中筒結構。四、結構布置1.平面布置：確定柱、剪力墻的位置a.平面布置宜規則、對稱，并應具有良好的整體性不規則類型定義扭轉不規則:樓

7、層的最大彈性水平位移（或層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍凹凸不規則:結構平面凹進的一側尺寸，大于相應投影方向總尺寸的30%樓板局部不連續: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，要進行分縫或設置后澆帶。2. 豎向布置：建筑的立面和豎向剖面宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變不規則類型定義側向剛度不規則:該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上

8、相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%豎向抗側力構件不連續:豎向抗側力構件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架、厚板等）向下傳遞樓層承載力突變:抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的)80%五、構件截面估算1柱截面估算a柱豎向軸力估算N=nAq n-柱承受樓層數 A-柱子從屬面積 q-豎向面荷載，可按下面估算框架結構： 12-16（輕質磚）、14-18（粘土磚） 框剪結構： 15-18（輕質磚）、17-20（粘土磚） 筒體、剪力墻結構：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 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-砼軸心抗壓強度設計值 Nc-估算柱軸力設計值 d柱截面寬高bxh根據受彎確定，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 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：按實際荷載折算，一般輕質隔板可按1kN/m2考慮，輕質砌體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（28 kN/m3）來考慮，不再另外計算。七、結構計算（上部結構）根據使用的軟件不同，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）計算參數詳見SATWE使用手冊（三）軟件運算（四）計算書1.結構平面布置簡圖（SATWE“接PM生成數據”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畫結構平面圖）七、結果分析（SATWE計算結果）（一）原始輸入數據檢查（wmass.out）1.檢查各參數是否正確。2檢查質量（荷載）a.檢查各樓層單位面積質量（1×恒折減系數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），與經驗值對比，判斷荷載是否合理。（二）結構整體分析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：框架結構 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、高層鋼結構 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 (抗震規范)不宜大于1.2，不應大于1.5(高規)B級高度建筑、復雜高層結構、混合結構：不宜大于1.2，不應大于1.4(高規)2.抗震控制（wzq.out）。如果少于90，增加計算振型數。b.周期：規范沒有周期大小的控制，根據經驗估算，判斷是否合理，如果周期太大，則說明結構剛度太柔。c.周期比：扭轉為主第一周期與

14、平動為主第一周期之比A級高度建筑不應大于0.9，B級高度建筑、復雜高層結構、混合結構：不應大于0.85平動扭轉判定：根據平動、扭轉系數大小判定，如果平動系數越大，則平動所占的能量越多，一般來說，當該系數大于0.5時可認為以該振動為主。第一周期的判定：不要想當然認為排在第一的就是第一周期，應注意剔除局部振動產生的周期。具體可看該振型對底部剪力的貢獻，第一振型的貢獻應是最大的。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范規定了最小值（詳見）7度基本周期小于3.5s的結構 為0.016。軟件對小于最小值的會自動調整放大。3.結構豎向規則（wmass.out）（1）. 樓層側向剛度比a.普通樓層（剛度用“地震剪力/層間位移”計算）該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%，該層地震剪力應乘以1.15的放大系數。軟件會根據計算結果，自動乘以放大系數。b.首層轉換結構（剛度用“剪切剛度”計算）c.轉換層數大于1層結構