简述建筑结构设计计算步骤

简述建筑结构设计计算步骤

摘要：《混凝土结构设计规范》及《抗震设计规范》对建筑结构设计提出了很高的要求，结构计算是复杂多样，因此不可能一次完成，而应当从整体到局部、分层次完成。主要计算过程可以分为四步进行：整体参数计算，整体合理性计算，构件优化计算和抗震性能验算。

关键字：建筑结构设计计算步骤结构可靠度抗震

建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有许多阐述，特别是对抗震及结构的整体性，规则性作出了很高的要求，使结构设计不可能一次完成。如何正确运用设计软件进行结构设计计算，以满足规范的要求，是每个设计人员都非常关心的问题。以satwe软件为例，进行结构设计计算步骤的讨论，主要计算过程可以分为四步进行：整体参数计算，整体合理性计算，构件优化计算和抗震性能验

1．完成整体参数的正确设定

计算开始以前，设计人员首先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及工程的实际情况，对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的，必须首先确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本

周期等，在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。

1.1振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取

值如果太小就不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果就容易不正确；取值太大，就可能使计算结果发生畸变。

1.2最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。

1.3结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。

2.确定整体结构的合理性

整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调的内容。新规范用于控制结构整体性的主要指标主要有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。

2.1周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。也就是说，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。

2.2位移比（层间位移比）是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定，位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据，对选择偶然偏心，单

向地震，双向地震下的位移比，应正确选用。

2.3刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要求，软件提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。

2.4层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考《抗震规范》和《高规》的有关规定。

2.5刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌，应当引起设计人员的足够重视。

2.6剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比，主要是因为长期作用下，地震影响系数下降较快，由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此，出于安全考虑，规范规定了各楼层水平地震力的最小值，该值如果不满足要求，则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位，必须进行调整。

3对单构件作优化设计

前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整，这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算，包括梁，柱，剪力墙轴压比计算，构件截面优化设计等。

3.1软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况：1）当梁的弯矩设计值m大于梁的极限承载弯矩mu时，提示超筋；2）规范对

混凝土受压区高度限制。

3.2剪力墙超筋分三种情况：1）剪力墙暗柱超筋：软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出，没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息，设计人员可以酌情考虑；2）剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够，应予以调整；3）剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减，折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形，即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时，还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。

3.3柱轴压比计算：柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样，《抗震规范》第6.3.7条规定，计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合，也包括非地震组合，而《高规》第6.

4.2条规定，计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。因此设计人员会发现，对于同一个工程，计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。

3.4剪力墙轴压比计算：为了控制在地震力作用下结构的延性，新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。

3.5构件截面优化设计：计算结构不超筋，并不表示构件初始设置的截面和形状合理，设计人员还应进行构件优化设计，使构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理，并节省材料。

4. 满足规范抗震措施的要求

在施工图设计阶段，还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定，这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结，也是保证结构安全的最后一道防线，设计人员不可麻痹大意。

4.1设计软件进行施工图配筋计算时，要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等，如一次计算结果不满意，要进行多次试算和调整。

4.2生成施工图以前，要认真输入出图参数，如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式，箍筋形式，钢筋放大系数等，以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋，还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。

4.3施工图生成以后，设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。

4.4最后设计人员还应根据工程的实际情况，对计算机生成的配筋结果作合理性审核，如钢筋排数、直径、架构等，如不符合工程需要或不便于施工，还要做最后的调整计算。

参考文献：

《混凝土结构设计规范》（gb50010-2010）

《建筑抗震设计规范》（gb50010-2010）