结构概念设计

2).主梁布置 主梁布置应与结构的竖向构件统一考虑， 形成竖向承载和水平受力抗侧力体系，通 常沿建筑的轴线布置。 3).次梁布置 主梁布置后，根据建筑使用功能的划分要 求，在其分隔墙的部位楼层出设置次梁， 如设置后仍然存在楼板跨度较大时，也会 考虑增加布置，根据传力的途径，次梁有 主次之分，但应尽量减小主次的量，做到 传力明确、路径短、简捷。


2. 特别不规则类型 当存在多项不规则或某项不规则超过规定 的参考指标较多时，应属于特别不规则的 建筑。其一，同时具有平面和竖向不规侧 六个主要类型的三个或三个以上；其二， 具有下列的一项不规侧；其三，具有平面 和竖向不规侧六个主要类型的两个，其中 一项接近下列的一项不规则指标。




1) 扭转偏大：裙房以上有较多楼层考 虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4。 2) 抗扭刚度偏弱：扭转周期比大于 0.9，混合结构扭转周期比大于0.85。 3) 层刚度偏小：本层侧向刚度小于相 邻上层的50%。 4) 高位转换：框支墙体的转换构件位 置：7度超过五层，8度超过三层。
4. 结构的层高变化大 当建筑设计的使用功能确定需不同功 能需要不同层高时，通常结构应在不 同层高的分区位置分缝，通常是抗震 缝，也可兼为变形缝使用，分缝后结 构体系明确，设计也可做到更经济合 理。





4. 建筑形体及其构件布置不规则 当建筑形体复杂、构件布置不规则时，为 了使其满足规范的规则性要求，通常需设 置抗震缝。 通过建筑设置抗震缝，将建筑化分为若干 的结构单元，设计对每一结构单元分别进 行整体分析和构件设计。 结构的规则性，一般指结构的平面和竖向 布置情况，后面将作详细的讲解。


一、概述 由于现代技术的不断发展，建筑设计 人员和结构设计人员的能力发挥是相 互关联的，建筑应是建筑师和工程师 开创造性合作的产物。与大多数产品 不同，建筑要表现空间形式，同时它 又是被感受为一种总体环境。设计任 务既是综合的，也是具体的，可以说， 它既有形，又无形，这使事物变得复 杂。

本次交流并非是理论性很强的讲座， 而是本人多年来从事结构工程设计的 经验总结，其内容对无结构工程设计 的工程师或对已工作一定年限的工程 师都有借鉴作用，希望通过交流能增 加同学们的对如何从事结构设计工作 的认识，增加如何面对结构设计应如 何组织、如何应用已掌握的结构设计 理论概念和设计方法。

1. 建筑形体及其构件布置的平面、竖向不 规则的主要类型



1) 扭转不规则—在规定的水平力作用下， 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。 2) 凹凸不规则：平面凹进的尺寸，大于相 应投影方向总尺寸的30%。 3) 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 楼层板典型宽度的50%，或开洞面积大于 该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层。


1. 砌体结构 砌体作为竖向构件承担竖向荷载作用，作 为抵抗水平荷载作用的竖向构件，楼层设 置圈梁、墙体交叉处、墙的端部、洞口较 大的两边等部位设置构造柱，构造柱与圈 梁连接形成整体，提高砌体结构的整体性 和抗震性能目标。

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2. 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构通常可选用的结构体系 较多，如框架结构、框架—抗震墙结构、 抗震墙结构、框架—筒体结构、筒中筒结 构、巨型结构，一般根据建筑的使用要求、 建筑的重要性、建筑的层数、抗震设防标 准和风荷载的作用来综合考虑，当然以需 进行经济比较。



2. 竖向分体系构件布置 1）柱布置 竖向承重和承担水平荷载作用的结构构件，通常 在建筑的纵向和横向交叉处布置，直接之托主梁， 形成框架，将楼面传来荷载，通过柱传至基础。 2）墙布置 竖向承重和承担水平荷载作用的结构构件，作为 竖向承载的构件，根据平面对称、均匀布置的原 则布置、通常在楼梯间、电梯间和上下建筑墙体 连续贯通的位置布置，必要时布置位置会对建筑 功能有一定的影响，这需要建筑和结构专业沟通。




设计常用的结构体系如下（未包括特殊使 用功能要求的建筑）： 砌体结构 框架结构 抗震墙结构 框架—抗震墙（支撑）结构、框架—核心 筒体结构、框架—核心筒体—伸臂结构 筒中筒结构、束筒结构 巨型框架结构。




六、结构布置 布置原则：建筑体型（平面和立面的形状）简 单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化联系、 均匀，平面布置基本对称。 1．水平分体系构件布置 1). 楼板布置 楼板的布置首先考虑采用的形式：柔性、半刚 性、刚性 采用的材料：钢板、钢筋混凝土板（预制或现 浇）、压型钢板—钢筋混凝土组合楼板 设计考虑的板厚：与采用的楼板材料和跨度有 关






七、结构构件尺寸的初步确定 1. 板 四边支承的现浇楼板按1/35~1/40；梯板 按1/30。 2. 主梁 梁高通常可按跨度的1/8~1/15，宽梁时 采用小值。 3. 次梁 梁高通常可按跨度的1/12~1/18，十字交 叉梁和宽梁时采 用小值。


4. 柱 按柱的负荷面积x楼层数x14~16KN/m2计 算荷载N（轴力），柱截面面积：非抗震 时按1.1x1.25N/fc；抗震时按 1.2x1.25N/μfc初步估算，一般构件形式通 常为方形或圆形截面，也可根据建筑平面 形成的结构两方向的刚度差异调整为矩形 截面，截面面积还应满足轴压比的限值要 求（根据不同的结构体系和抗震等级其取 值在0.60~95之间）。






二、工程项目的设计条件 1.熟悉工程项目的建设地点、建筑的使用目的、 建筑的使用功能； 2. 了解建设场地区域内的抗震设防标准要求； 3. 掌握建设场地区域内的地质和水文情况及基 础可能的选型建议； 4. 建设场地区域的风荷载、雪荷载等； 5. 当地的建筑材料使用情况，对新技术、新材 料的应用水平； 6. 目前当地的施工技术水平和常规做法； 7. 设计的常规做法和地方特色。



3）支撑布置 结构抵抗水平作用的层间交叉或斜向构 件，在柱间设置，与柱构成抗侧力体系。 4）非结构墙（填充墙） 不承受外部荷载作用（承担自身荷载作用） 的构件，一般指围护构件或作为建筑房间 的分隔墙，需设置有效的措施提高其整体 性：比如构造柱、圈梁、拉结筋等措施。

水平分体系和竖向分体系组合，承担竖向 荷载和水平荷载的作用，构成整体受力的 结构体系。所以布置时应考虑水平分体系 如何交接（支托）于竖向分体系上，通过 竖向分体系构件将建筑的荷载传至基础上。

新抗规3.4.1强条：建筑设计应根据抗 震概念设计的要求明确建筑形体的规 则性。不规则的建筑应按规定采取加 强措施；特别不规则的建筑应进行专 门研究和论证，采取特别加强措施； 严重不规则的建筑不应采用。（注： 形体指建筑平面形状和立面、竖向剖 面的变化。）


新抗规3.4.2条：建筑设计应重视其平面、 立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经 济合理性的影响，宜优先选用规则的体形， 其抗测力构件的平面布置宜对称、侧向刚 度沿竖向宜均匀变化、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、 避免侧向刚度和承载力突变。 建筑形体及其构件布置的不规则性，应按 《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝 土结构技术规程》条文规定来进行分析评 定。




五、结构体系的选择 通过分缝，结构平面被划分为若干结构单元，每 一结构单元是独立的。设计根据每个结构单元的 建筑使用功能、建筑的抗震设防标准、荷载作用 以及建筑的平面长度和宽度、层数、高度等方面， 考虑结构可选择的结构体系。 当有几种结构体系方案可供选择时，首先从建筑 功能和使用要求进行评价，同时对可能的选用体 系进行初步的结构整体性分析，比较各种结构体 系的结构性能、材料用量和经济合理性，确定最 终的结构体系（方案）。 根据建筑材料划分，通常有下列五种：


3. 建筑使用功能出现不同的功能分区 根据建筑设计的使用功能和空间要求， 组合的群体建筑使用功能分区，其竖 向构件的布置限定了结构体系的选择， 造成需按分区功能来采用不同的结构 体系，这样就需在分区功能间设缝， 通常是抗震缝，也可兼为变形缝使用， 分缝后结构体系明确，设计也可做到 更经济合理。




5) 厚板转换：7~9度设防的厚板转换 结构 6) 塔楼偏置：单塔或多塔合质心偏心 距大于大底盘相应边长20%。 7) 复杂连体：各部分层数、刚度、布 置不同的错层或连体两端塔楼显著不 规则的结构。 8) 多重复杂：同时具有转换层、加强 层、错层、连体和多塔类型中的2种 以上。


3. 严重规则类型 指形体复杂，多向不规则指标 超过超过规范上限值或某一项大 大超过规定值，具有现有技术和 经济条件不能克服的严重的抗震 薄弱环节，可能导致地震破坏的 严重后果。


2. 结构的层数及竖向荷载（基础）差异较 大 当结构竖向的高度、层数相差较大时，其 竖向荷载差异大，有差异荷载引起建筑沉 降差过大，将导致上部结构开裂和甚至基 础的局部破坏，结构产生不均匀沉降裂缝， 这样必须设沉降缝分开。设计考虑预留沉 降差值，但难以控制，而且对使用会由于 影响，也会导致结构设计存在问题，比如 地下室设置后会使基础埋深达不到要求。





3. 混合结构 混合结构是钢筋混凝土和钢组成的结构， 比如钢骨混凝土构件，钢筋混凝土筒---钢 框架或钢骨混凝土框架或钢骨柱混凝土框 架梁、钢骨混凝土柱---钢梁---混凝土筒等 形成的结构体系。 4. 钢结构 钢结构根据使用功能通常采用框架、框架--支撑、框架---钢板剪力墙。 5. 特种结构 大跨度结构、膜结构、索结构等。



三、结构的单元划分 1. 结构的长度超长 当结构的长度超过规范规定，通常 45~55米时，设计一般可以考虑两种选 择。 第一种：不分缝，采取后浇带工艺施工 措施和考虑构件超长的温度应力作用； 第二种：按规范规定的长度设温度变形 缝，根据结构体系不同，如钢筋混凝土 结构长度应控制在55米以内内，剪力墙 结构长度控制在45米以内。


当前对于差异沉降不设沉降缝，现在已有 可靠的手段来解决，即设置沉降后浇带， 施工基础及上部时预留沉降值，待结构主 体断水、内外填充墙砌筑完毕，建筑的沉 降观测记录显示其沉降基本稳定（收敛） 时再进行后浇带的封闭连接，连接材料为 比设计的材料强度高一级的膨胀混凝土。 建筑沉降稳定的标准，按《建筑变形测量 规范》的规定为0.01~0.04mm/天。 沉降后浇带同时也可作为结构超长采取的 变形后浇带措施。



4) 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 层或出屋面小建筑外，局部收进的水平 向尺寸大于相邻下一层的25%。 5) 竖向抗侧力构件不连续：数学抗侧力 构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力 由水平构件转换（量、桁架等）向下传 递。 6) 楼层承载力突变：抗侧力结构的曾坚 守剪承载力小于相邻上一楼层的80%。


四、结构的规则性评价 结构单元划分后，对每一结构单元的建 筑形体及其构件布置进行规则性进行评 定，分三种：一般不规则、特别不规则、 严重不规则。通常一般不规则可采取有 效的设计分析手段和结构加强措施来实 现；如果是特别不规则应进行抗震专项 审查论证，按住建部111号文和云南省住 建厅的有关文件要求报审，设计单位应 编制抗震专项审查报告送审。严重不规 则的建筑是不允许的。
结构概念设计在工程设 计中的应用
—如何开展项目的结构设计





何喜 昆明市建筑设计研究院有限责任公司结构总工程 师 高级工程师 一级注册结构工程师 昆明市建筑设计研究院有限责任公司监事 1981~1985年云南工学院建筑结构专业 1985~1989年昆明市建筑设计院 1989~1990年瑞士苏黎世SUTER+SUTER AG设 计事务所 1991~至今昆明市建筑设计研究院，2005年改制 为有限责任公司