3.结构设计基本步骤、方法及相关概念

结构设计基本步骤、方法及相关概念

PKPMCAD 邹军

一、常用规范

建筑结构荷载规范

混凝土设计规范

建筑抗震设计规范

建筑地基设计规范

高层建筑混凝土结构技术规程

岩土工程勘察规范

二、基本资料及信息

1．建筑需求：建筑外观、平面布局及使用功能要求，建筑重要性。需要相应阶段的建筑图纸、审批文件。

2．使用荷载：一般民用建筑可查看可在规范，普通住宅、办公室为2.0kN/m2,阳台2.5kN/m2；电梯机房等效8kN/m2；消防车等效20kN/m2。

工业厂房需要业主提供文件，指定使用荷载。

3．风信息：（荷载规范、高规）

a.基本风压：一般用50年一遇，深圳为0.75kN/㎡,对应风速约120公里

/小时；高度大于60米的结构，承载力计算用100年一遇的

风压，深圳为0.90 kN/㎡）

b.地面粗糙度：一般城市市区可选C

c.体型系数：一般建筑取1.3

d.基本周期：简单估算（0.1x楼层数），用于计算风振

e.其他相关概念：

Wk=βzμsμzW0 用于主要承重结构

Wk=βgzμsμzW0 用于围护结构

风压高度变化系数，

风振系数（基本自振周期大于0.25s，高度大于30m且高宽

比大于1.5的房屋，考虑顺风向风振系数；横向

风软件没有考虑）

阵风系数：计算围护结构风荷载

群体效应：群集的高层建筑，相互间距较近时，风力相互

干扰，体型系数应增大。

4．地震信息：（抗震规范、高规）

a.设防烈度：按设计基本地震加速度值划分，分为6度（0.05g）、7

度（0.10g）、7度（0.15g）、8度（0.20g）、8度（0.30g）、

9度（0.40g），具体取值由政府规定(可查抗规附表)，。

深圳为7度（0.1g）

b.设计地震分组：按震中的近、远划分，分为第1组、第2组、第3组。

深圳为第1组

c.场地土类别：按土层等效剪切波速和土层厚度划分，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、

Ⅳ四类，大部分为Ⅱ类。由地质勘探部门提供。可以理

解为Ⅰ类场地土最结实，Ⅳ最差。

d.其他抗震相关概念：

抗震设防三水准：小震不坏、中震可修、大震不倒。

抗震设计二阶段：

第一阶段设计为承载力设计：用小震动参数、结构按弹

性计算，用分项系数组合进行构件截面承载力验算，

通过概念设计及抗震构造满足大震不倒。

第二阶段为弹塑性变形验算。大部分建筑可只进行第一

阶段设计。

抗震设防分类：按建筑重要性划分，分为甲、乙、丙、丁四类，具体规定见《建筑抗震设防分类标准》。甲类最重要，丁

类为次要建筑，大部分为丙类。

设计基本地震加速度：50年设计基准期超越概率10％的地震加速度设计取值。

地震作用计算方法：底部剪力法、振型分解反应谱、弹性动力时程分析、弹塑性动力时程分析。

结构阻尼比：混凝土结构0.05,钢结构0.02

重力荷载代表值：永久荷载标准值＋可变荷载标准值×组合系数，组合系数软件默认取0.5，对于库房应取0.8、可变荷载

按实际情况计算时组合系数应取1.0。

抗震等级：根据烈度、结构类型、房屋高度（室外地面到主要屋面板）确认，确认烈度时还要考虑抗震设防分类及场地土

类别。

构件设计原则：强柱弱梁、强剪弱弯。

5．地质勘察报告：

由结构设计人员根据工程具体情况提出勘察要求，甲方委托勘察单位进行勘察，勘察单位提交勘察报告。

一般包括一下内容:

勘察目的、任务要求和依据的技术标准；拟建工程概况；勘察方法和勘察工作布置；场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均

匀性；各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的

建议值；地下水的埋藏情况、类型、水位及其变化；土和水对建筑材料

的腐蚀性；场地稳定性、不良地质评价；基础形式推荐；图表：勘察点

平面布置图、土层剖面图、探孔柱状图、岩层等高线等。

深圳地区岩土分布情况：填土、花岗岩残积土、强风化岩、中风化岩、微风化岩。

一般花岗岩残积土可作为天然地基的持力层，承载力200kPa多。

三、结构选型

根据建筑高度、建筑需求、经济等确定。

1. 单层厂房以前均采用钢筋混凝土排架结构，现在大都采用轻型门式钢架

2. 多层采用钢筋混凝土框架架构、砖混结构，广东地区基本不用砖混结构，

住宅多采用异型柱框架结构

3．大跨度结构考虑预应力、网壳

4. 普通高层采用钢筋混凝土框剪结构、短肢剪力墙结构、剪力墙结构。

5. 超高层（100米以上）采用型钢混凝土、钢－混凝土的框剪结构，或框

筒、剪力墙结构、筒中筒结构。

四、结构布置

1.平面布置：确定柱、剪力墙的位置

a.平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性

不规则类型定义

扭转不规则: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

凹凸不规则:结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%

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

小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面

积的30%，或较大的楼层错层

b．平面长度太长或楼层高度相差太大，要进行分缝或设置后浇带。

2. 竖向布置：建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变

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

免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变

不规则类型定义

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%；除顶层外，局部收进的水平

向尺寸大于相邻下一层的25%

竖向抗侧力构件不连续:竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由

水平转换构件（梁、桁架、厚板等）向下传递

楼层承载力突变:抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的)80%

五、构件截面估算

1．柱截面估算

a．柱竖向轴力估算

N=nAq

n---柱承受楼层数

A---柱子从属面积

q---竖向面荷载，可按下面估算

框架结构： 12-16（轻质砖）、14-18（粘土砖）

框剪结构： 15-18（轻质砖）、17-20（粘土砖）

筒体、剪力墙结构：18-22

一般集体宿舍、普通住宅取大值，办公取小值。厂房另行考虑b．柱轴力调整（考虑水平荷载）