结构专业基础知识.docx

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结构专业基础知识

结构专业基础知识

建筑结构的一般概念

1、建筑结构是指建筑物中由若干个基本构件按照一定组成规则、通过正确的连接方式所组成的能够承受并传递各种作用的空间受力体系（又称骨架）。

2、房屋结构的基本构件主要有板、梁、墙、柱、基础等。

二、结构的分类

1、按所用材料分类：

混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构

2、按承重体系分类：

框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、排架结构、网架结构、壳体结构、悬索结构

3、按施工方法分类：

现浇结构、装配式结构、装配整体结构等

结构设计基本步骤、方法及相关概念

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0.90kN/㎡）

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：

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）

Nc=αβN

α---中柱α＝1、边柱α＝1.1、角柱α＝1.2

β---地震水平力作用对柱轴力的放大系数

七度抗震：

β=1.05、八度抗震：

β=1.10

c．柱截面面积估算

Ac≥Nc/（a*fc）

a----轴压比

一级0.7、二级0.8、三级0.9，短柱减0.05

fc---砼轴心抗压强度设计值

Nc---估算柱轴力设计值

d．柱截面宽高bxh

根据受弯确定，中柱可按各向轴跨比估算，通常h/b<4

2．梁截面估算

a.主梁（bxh）：

梁高h取1/8至1/12的梁跨；

b.悬挑梁（bxh）：

1/6的梁跨；

c.次梁（bxh）：

1/12至1/18的梁跨；

h/b=2~3.

3．板截面估算

a.单向板：

板厚取1/30的板跨；

a.双向板：

板厚取1/30至1/40的板跨；

c.悬挑板：

1/10板跨；

六、竖向恒载计算

1．楼面荷载（kN/m2）

a.混凝土板厚（米）X25KN/M3（100mm,1x0.1x25=2.5KN/M2）

b.板面（砂浆、瓷砖/木板/等）、板下吊顶。

通常楼面可按1kN/m2考虑，屋面可按2～3kN/m2考虑。

c.板上隔墙：

按实际荷载折算，一般轻质隔板可按1kN/m2考虑，轻质砌体2～3kN/m2考虑

2．梁（剪力墙）上隔墙荷载（kN/m）

a.墙厚（米）X容重X高度：

粘土砖18kN/m3，水泥空心砖10kN/m3，粉煤灰轻渣空心砌块7～8kN/m3，加气混凝土砌块5.5kN/m3。

b.墙面装饰厚度（双面）X容重X高度

墙面装饰层厚单面通常为0.02m，混合砂浆容重17kN/m3。

c.门窗洞口

扣去洞口部分墙体荷载，加上门窗自重。

梁墙上荷载可取等效均布荷载。

3．墙柱梁表面装饰荷载

通常将混凝土容重取大一点（28kN/m3）来考虑，不再另外计算。

七、结构计算（上部结构）

根据使用的软件不同，具体方法步骤不同，先掌握我们PKPM的PMCAD、SATWE及JCCAD．

（一）建模

详见《PKPM建模常见问题及处理建议》、PMCAD使用手册

（二）计算参数

详见SATWE使用手册

（三）软件运算

（四）计算书

1.结构平面布置简图（SATWE“接PM生成数据”图形检查）

2．荷载平面布置简图（PMCAD平面荷载显示校核）

3．基本参数等wmass.out

4．位移wdisp.out

5．地震wzq.out

6．各层配筋简图

7．各层梁裂缝、挠度平面简图（梁平法施工图）

8．各层板配筋面积简图（PMCAD画结构平面图）

七、结果分析（SATWE计算结果）

（一）原始输入数据检查（wmass.out）

1.检查各参数是否正确。

2．检查质量（荷载）

a.检查各楼层单位面积质量（1×恒＋折减系数X活），与“PMCAD荷载校核”对比，避免荷载丢失。

b.检查“PMCAD荷载校核”各楼层单位面积荷载（1.2×恒＋1.4×活），与经验值对比，判断荷载是否合理。

（二）结构整体分析

1.水平位移控制（wdisp.out）

a.层间位移角（不考虑偶然偏心）限制：

框架结构1/550

框架－剪力墙、框架－核心筒、板柱－剪力墙1/800

筒中筒、剪力墙1/1000

框支层1/1000

多、高层钢结构1/300

b.位移比（考虑偶然偏心）限制：

最大位移（层间位移）与平均位移（平均层间位移）之比：

A级高度建筑（普通多高层属于此类）：

不宜大于1.5（抗震规范）

不宜大于1.2，不应大于1.5（高规）

B级高度建筑、复杂高层结构、混合结构：

不宜大于1.2，不应大于1.4（高规）

2.抗震控制（wzq.out）

a.质量参与系数：

不少于90％（高规5.1.13.2）。

如果少于90％，增加计算振型数。

b.周期：

规范没有周期大小的控制，根据经验估算，判断是否合理，如果周期太大，则说明结构刚度太柔。

c.周期比：

扭转为主第一周期与平动为主第一周期之比

A级高度建筑不应大于0.9，

B级高度建筑、复杂高层结构、混合结构：

不应大于0.85

平动扭转判定：

根据平动、扭转系数大小判定，如果平动系数越大，则平动所占的能量越多，一般来说，当该系数大于0.5时可认为以该振动为主。

第一周期的判定：

不要想当然认为排在第一的就是第一周期，应注意剔除局部振动产生的周期。

具体可看该振型对底部剪力的贡献，第一振型的贡献应是最大的。

d.剪重比：

该层地震作用总剪力/该层及其上部重力荷载代表值之和

规范规定了最小值（详见抗规表5.2.5，高规表3.3.13）

7度基本周期小于3.5s的结构为0.016。

软件对小于最小值的会自动调整放大。

3.结构竖向规则（wmass.out）

（1）.楼层侧向刚度比

a.普通楼层（刚度用“地震剪力/层间位移”计算）

抗规3.4.2-3.4.3、高规5.1.14规定：

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%，该层地震剪力应乘以1.15的放大系数。

软件会根据计算结果，自动乘以放大系数。

b.首层转换结构（刚度用“剪切刚度”计算）

高规附录E.0.1规定：

上下层刚度比宜接近1，抗震设计不应大于2，非抗震设计不大于3。

c.转换层数大于1层结构（刚度用“剪弯刚度”计算）

高规附录E.0.2规定：

上下部等效刚度比宜接近1，抗震设计不应大于1.3，非抗震设计不大于2。

（2）楼层层间受剪承载力

抗规3.4.3.2-2规定：

不应小于相邻上一层的65％。

4.结构抗倾覆验算（wmass.out）

抗倾覆弯矩/倾覆弯矩>1

5.结构重力二阶效应（wmass.out）

高规5.4.1.1、5.4.1.2规定：

刚重比

剪力墙、框剪、筒体EJd/（H2∑Gi）≥2.7（i=1,n）

框架结构Di*hi/∑Gj≥20，（j=i,n）

不满足要求时，要考虑重力二阶效应。

6.结构整体稳定（wmass.out）

高规5.4.4规定：

刚重比应满足一下规定

剪力墙、框剪、筒体EJd/（H2∑Gi）≥1.4（i=1,n）

框架结构Di*hi/∑Gj≥10，（j=i,n）

结构专业与其他专业配合常遇到的问题

一：

建筑

1：

建筑专业须给出室内最小净高的要求，一般不得少于2.2米，注意在计算时因建筑面层产生的计算错误，地面采用地暖时一般面层为100mm，普通做法为50mm，结构的梁高在做出初步计算后建筑最好核对一下。

H-L-（100/50）≥2200。

2：

楼梯净高应注意核对，梯梁、梯段板处的高度，需结合梯梁以及主体结构梁、柱与楼梯平面、剖面综合考虑；还要注意梯板厚度，建筑所画梯板与结构板厚往往不一致；

3：

注意外墙窗高度须结合结构讨论，特别注意在同一墙面有横向线条时的情况。

4：

建筑细部须表达清晰，特别注意的一些部位就是：

地下室层高变化结构梁却没有适时变化造成门口高度不够；风井部位详图不详细造成结构表达不清晰；注意一些挑梁、挑板、线脚、开洞的详细标注。

5在地下车库设置的集水坑,不要出现坑体容积被结构基础放脚占用的情况,集水坑内的设备无法正常安装。

一旦遇到这种情况,应尽量设法将集水坑的位置改动到基础放脚外,如果无法实现则只能重新选择集水坑的位置。

6：

明确电梯门洞的大小，电梯厂家一般要求电梯门洞口高度2200，是指的建筑完成面至洞口梁底的尺寸。

7      ±0.000 相对海拔高程、室内外高差、室外是否要填土（涉及到基坑开挖深度，地下室露天顶板的标高及荷重计算）。

8     楼层结构标高与建筑标高的相互关系（建筑面层荷重）。

9      楼层使用功能详细分布、楼层孔洞位置及尺寸（决定楼层结构布置

10    地下室防水做法（防水层材料类别），地下室底板集水坑位置及尺寸。

11   楼梯编号及其定位尺寸（梯板长宽度以确定楼梯的结构型式）。

12     电梯地坑深度、消防梯集水坑位置及深度（涉及基础或承台型式）。

13      自动扶梯平面位置、长度、宽度、起始梯坑平面尺寸及深度（决定其支承条件和衡量楼层净高尺寸）。

14     地下室斜车道坡长，车道出入口部高度（决定坡道的支承条件，出入口处是否需要做反梁）。

15     电梯门旁或门顶指示灯设置位置及尺寸（决定剪力墙予留孔洞）。

16  大厨房地面做法（决定结构层降低或采用建筑找平垫高）。

17  屋面坡度做法（采用结构找坡或是建筑找坡）。

18  屋面水池平面位置及尺寸（确定合理的支承条件）。

19  天棚吊顶做法（全部吊顶或局部吊顶或不吊顶需做平板结构）。

20  外墙门窗口尺寸及立面做法（确定外围梁高及窗框做法）。

21外墙饰面材料（确定围护结构材料品种）。

22  室内间隔墙布置情况（固定的或是灵活隔断以决定楼面等效荷载）。

二：

电气

1：

建筑家具的布置直接影响电气专业的设计，一旦家具进行调整须要告诉电气专业。

2：

各种功能的建筑组件需要电气专业配合时须提供给电气专业，如：

可视对讲门的位置及个数，红外感应小便斗的设置，建筑大堂高度，门斗、雨篷的设置等；

3：

注意消防控制间的设置。

4    设备用房位置、设备外型尺寸及重量（确定楼面荷载及设备吊装井尺寸）。

5   楼层厕所型式（决定下凹深度或是否要设双层楼板）。

6     大厨房地面做法（决定结构层降低或采用建筑找平垫高）。

7   设备管道穿行形式（是否需要横穿楼层梁或剪力墙）。

三：

暖通

1：

地下室的通风问题须与通风专业详细沟通，包括地下室功能，防火分区的划分，建筑面积的大小，前室、楼梯间的通风解决方案，风机房的位置（风井影响到出地面后建筑立面），风井出地面后开洞面积，风井高度，是否加压送风等问题。

2：

风管的高度会影响到建筑的层高，须结合建筑、结构、给排水、电气、暖通、规划专业共同确定。

3：

楼内采暖形式须明确，特别注意卫生间、大厅、楼梯间部位。

四：

给排水

1：

前期与给排水专业确定水泵房的位置、面积；消防水池、消防水箱间的位置、面积、高度要求。

确定消防水池下人口的位置在地面的位置是否与景观冲突等问题。

2：

地下室穿管位置大小须表达清晰，不仅设备专业图纸上需要表达，建筑和结构如果没有会在将来施工时引来纠纷。

3：

由于通风道一般和下水管设置在一起，须告诉设备专业，通气管在顶层顶板下须先将通风管横向转折，在合适位置穿出，避免和屋顶风帽相碰。

4：

注意消防电梯排水井的位置设置及深度尺寸的要求，并在图中表达清晰给结构专业提条件。

5：

注意水暖专业在走廊面层中横穿时面层厚度是否满足。

6：

注意喷淋的设置情况，了解其布置、高度的要求和上下水管的布置等情况。

问题：

结构柱的形状有哪些？