混凝土结构设计理解与应用

混凝土结构设计理解与应用

混凝土结构设计理解与应用

【摘要】近几年地震频发，建筑抗震让大家有了直接的认识，在汶川、玉树、都江堰地震中，人民生命和财产安全受到极大损失。因此，结构设计显得尤为重要。本文笔者根据多年工作经验，就混凝土结构设计做一简单总结，供同行参考。

【关键词】混凝土；结构设计；应用

1、概念设计

概念设计是我们结构设计的核心。根据建筑的功能布置，选择合理的结构形式，这是概念设计的第一步。《建筑抗震设计规范》中有各种结构形式的最大适用高度，但是我们要灵活运用。比如在8度区，框架结构最大适用高度为40m，而在阿克陶县的某办公综合楼，地上9层，总建筑高度36.80m。阿克陶县地震分组为第三组，该项目的场地类别为Ⅲ类，按规范的要求是可以选用的框架结构，实际计算我们发现，框架梁、柱截面非常大，底层个别框架柱截面达到1100X1100m，框架梁截面达到400X1000，严重影响了建筑的使用功能。最终我们选用了框架-剪力墙结构，将框架柱截面控制在700X700，框架梁控制在350X700。

概念设计的第二步，判断结构的规则性。结构的规则性包括平面规则性和竖向规则性。平面规则在《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.3中有明确的阐述，而针对第4款建筑平面不宜采用角部重叠或细腰形平面布置没有明确要求，可参照上海《超限高层建筑工程抗震设计指南》规定：结构平面为角部重叠的平面图形或细腰形的平面图形，其中，角部重叠面积小于较小一边的25%，细腰形平面中部两侧收进超过平面宽度50%，（如下图所示）为特别不规则。

竖向规则性在《高规》3.5条中有具体规定，针对主楼带裙房的项目，一定要注意收进部位的高度，如果超过0.2H，需按高位收进考虑，提高相关构件的抗震等级，即使没有超过，也需从概念上对收进部分做加强处理。

概念设计的第三步，结构的布置。框架结构一般柱网根据建筑布置，将柱距控制在6～9m的经济范围内即可，一般需将外侧框架进行加强，以控制周期比，达到增加抗扭刚度的目的。

2、结构计算

结构计算是结构设计的重点，和合理的方案选择后，计算的是否正确，是结构安全的保证。

2.1荷载的输入

荷载应依据现行《建筑结构荷载规范》取值。而在实际取值中，有几点是设计人员容易遗漏或者疏忽的：

1. 《建筑结构荷载规范》6.1.2条中规定：对雪荷载敏感的结构，基本雪压应适当提高。如轻钢结构基本雪压可按100年一遇的雪压考虑。

2.屋面积雪分布系数，在高低屋面时应不小于2，在雨棚输入时也应该考虑。

3.基本风压：《建筑结构荷载规范》6.1.2条中规定对高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高。

在《高层建筑混凝土结构技术规程》4.2.2条规定：对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。

2.2参数的合理选择

参数的合理选择是计算结果正确的保证，下面以PKPM软件SATWE 模块为例，将大家容易忽略的几个地方进行分析：

1.裙房层数，容易漏填或未考虑地下室层数。

2.周期折减系数不按规范要求输入，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）4.

3.17条规定各种结构周期折减系数，比02版规范更为严格，计算时相对以前要求更高，特别是针对框架结构，部分设计人员仍按原来的思路，认为规范是按填充实心砖墙考虑，在规范条文解释中已明确，实心砖墙的实测周期更短，此处不能再打折了。

3.不考虑梁活荷载不利布置。

4.梁扭矩折减系数偏小，按程序默认的值取。梁扭矩折减是考虑楼板的对梁抗扭的贡献，在边梁和主梁两侧次梁不在一条线上时，按默认0.4取是不安全的，边梁应至少取0.7，主梁两侧次梁不在一条

线上应不考虑折减进行复核。

5.结构重要性系数：乙类建筑安全等级应取一级，结构重要性系数取1.1。

3、计算结构的判断

通过程序计算以后，对计算结果的合理性。可靠性判断十分必要，也是一个结构工程师应该具备的素质。

合理性的判断

1）根据结构类型分析其动力特性和位移特性，判断其合理性。

刚度、周期、质量结构刚度大周期小，周期大小与刚度的平方根成反比，与结构质量的平方根成正比。周期小、质量大，则结构的地震作用大。

按正常设计，非耦连计算地震作用时，结构周期大致在以下范围内，即：

框架结构 T1=0.12-0.15N；

框剪结构 T1=0.08-0.12N；

剪力墙结构 T1=0.04-0.08N；

筒中筒结构 T1=0.06-0.10N；

T2=（1/3-1/5）T1；

T3=（1/5-1/7）T1。

其中，N为结构计算层数。

建筑结构单位面积为重力荷载代表值，对框架结构约为

12-14kN/m?，对框架剪力墙结构为13-15 kN/m?，对剪力墙结构约为14-16kN/m?，多层建筑时取小值。

2）渐变性判断

竖向刚度、质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下也应均匀变化，不应有较大的突变。而对带转换层、大底盘塔楼等结构，当结构竖向刚度，质量有突变时，在突变处，其内力、层间位移角等肯定也有很大的变化。不符合这个规律的，肯定有错，应检查结构截面尺寸或输入数据（荷载、平面尺寸等）是否正确、合理。

3）平衡性的判断

结构在任一节点（或杆件截面）处应处于力的平衡状态，即结构的平衡分析。进行平衡性判断时，应注意以下几点：（1）平衡分析应在结构各种荷载工况作用下的内力调整之前进行，竖向荷载下模拟施工进程的结构分析计算结果，不能进行平衡分析。

（2）平衡分析只能对同一结构在单一荷载工况（静载、活载、风荷载或地震作用等；X方向左震和X方向右震应算两种不同的荷载工况）条件下进行，平衡分析时必须考虑同一荷载工况作用下的全部内力。

（3）经过RSS和CQC法组合后的地震作用效应不能进行平衡分析，当需要进行平衡校核时，可利用第一振型的地震作用进行平衡分析。

（4）电算结果需注意几个限值除上述的要求外，对于一般抗震设计的建筑结构，需注意以下几个限值：

①轴压比

抗震设计时，限制框架柱、框支柱、剪力墙轴压比的目的都是为了提高构件的延性，由于不同的构件重要性不同，对延性的要求不同，故规范对框架柱、剪力墙、框支柱、落地剪力墙、短肢剪力墙等轴压比限值的要求也不同。

②刚度比

控制楼层侧向刚度比只要是为了控制控制设计时结构的竖向规

则性，避免竖向刚度突变，形成薄弱层或软弱层。

（1） .楼层最小的地震剪力系数（剪重比）

由于地震影响系数在长周期段下降较快，对基本周期大于3.5S 的结构，由于计算的水平地结构效应可能太小。但长周期结构地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏影响更大，而规范的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计。

（5）位移比、周期比

（1）位移比

1）扭转位移比的计算

按国外的有关规定，楼盖周边两端位移不超过平均位移2倍的情况称为刚性楼盖，超过2倍则属于柔性楼盖。因此，所谓刚性楼盖，