结构设计不得不知道的20条常见疑问及解答

在建筑结构设计过程中,会出现一些常见的问题,有些问题在规范、标准中可以找出答案,也有一些问题没有明确的规定,是经过大量实际工程验证后的经验和做法。本文对结构设计中常见疑问进行汇集整理,仅供参考。
 
01  结构类型如何选择
1)对于高度不超过150米的多高层项目一般都选择采用钢筋混凝土结构;
2)对于高度超过150米的高层项目则可能会采用钢结构或混凝土结构类型;
3)对于落后偏远地区的民宅或小工程则可能采用砌体结构类型。
 
02  结构体系如何选择
对于钢筋混凝土结构,当房屋高度不超过120米时,一般均为三大常规结构体系——框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构。
1)对于学校、办公楼、会所、医院以及商场等需要较大空间的建筑:
当房屋高度不超过一定时,一般选择框架结构;
当房屋高度超过一定时,一般选择框架-剪力墙结构。
2)对于高层住宅、公寓、酒店等隔墙位置固定且空间较小的建筑项目一般选择剪力墙结构。
当高层住宅、公寓、酒店项目底部一层或若干层因建筑功能要求(如大厅或商业)需要大空间时,一般采用部分框支剪力墙结构。
3)对于高度大于100米的高层写字楼,一般采用框架-核心筒结构。
 
03  框架结构合理柱网及其尺寸
1)柱网布置应有规律,一般为正交轴网。 
2)普通建筑功能的多层框架结构除个别部位外不宜采用单跨框架,学校、医院等乙类设防建筑以及高层建筑不应采用单跨框架。
3)仅从结构经济性考虑,低烈度区(6度、7度)且风压小(小于0.4)者宜采用用大柱网(9米左右);高烈度区(8度及以上)者宜采用中小柱网(4~6米左右)。
4)一般情况下,柱网尺寸不超过12米;当超过12米时可考虑采用钢结构。
 
04  框架结构楼盖形式的合理选择
1)框架结构楼盖可采用单向主次梁、井字梁、十字梁形式。从结构合理角度考虑次梁的布置应使得单向板板跨为3.0米左右,双向板板跨为4.0米左右。
2)从建筑功能考虑,一般来说,学校、商场一般采用井字梁、十字梁较多;办公楼、会所、医院一般采用主次梁较多。
 
05  框架柱截面合理尺寸的确定
1)框架结构柱截面通常由轴压比限值控制,一般情况下,柱计算轴压比=轴压比规范限值-0.1较为合适。
2)除甲方对经济性有特殊要求时,一般情况下,多层框架柱截面尺寸改变不超过2次;高层框架柱截面尺寸改变不超过3次。
3)柱截面形状一般为矩形(长宽比一般不超过1.5),且柱截面长边平行于结构平面短边方向。
4)当层数为10层时,方形柱尺寸700~1000mm;当层数为5层时500~800,大柱网取大值,小柱网取小值。
06  梁截面合理尺寸的确定
1)在正常荷载情况下,框架梁截面高度可以按L/13估算,单向次梁截面高度可以按L/15估算,双向井字梁截面高度可以按L/18估算。
2)梁截面宽度可取为梁高的1/3~1/2。
3)最终梁截面尺寸根据计算结果确定,一般情况下应确保绝大多数梁支座配筋率为1.2~1.6%,不宜超过2.0%,跨中配筋率为0.8~1.2%。
4)框架梁高度一般为600~800mm,宽度一般为250~350mm;次梁截面高度为500~600mm,宽度一般为200~250mm。

07  楼板合理厚度的确定
1)在正常荷载及正常跨度范围内,单向板板厚约取h=L/30,双向板板厚约取h=L/38,悬臂板板厚约取h=L/10,并应使得计算配筋接近构造配筋。
2)实际工程中一般板厚取值为100mm、120mm、150mm较多。

08  悬臂结构设计注意事项
悬臂结构属于静定结构,安全度较低,因此设计时应适当加大安全储备(实配钢筋比计算配筋增大约30%)。悬臂梁跨度尽量控制在3.5米以内,悬臂板尽量控制在1.2米以内。如超出此范围,应特别注意挠度和裂缝的验算或采用其他结构形式(如设置斜撑等)。
09  框架结构各构件材料用量大致比例
框架结构由梁板柱构件组成,多层框架结构其材料用量比例大致如下:
混凝土量:梁—约30%,板—约55%,柱—约15%;
钢筋量:梁—约50%,板—约25%,柱—约25%。
因此,设计框架结构时,应注意柱网大小、板厚取值及梁配筋率的控制,确保结构经济合理。
 
10  混凝土容量一定要大于25吗
《荷规》规定钢筋混凝土容重为24~25KN/㎡。工程设计中大多数设计单位和审图机构都要求考虑混凝土构件表面抹灰重量而将混凝土容重相应提高,如框架结构或框剪结构取25.5KN/㎡,剪力墙取26KN/㎡。
 
实际上直接取25KN/㎡也是可以而且是合理的。因为实际梁板、梁柱节点会有一部分重合部分,而软件并未考虑此因素,即梁板及梁柱节点区重复计算了多次重量,这部分重量一般足以抵消构件抹灰重量。
 

11  风荷载信息中结构基本周期

需要考虑填充墙作用而折减吗

此处结构基本周期主要用于计算风振系数,多数设计单位和审图机构在风荷载信息中填的结构基本周期都是未进行折减的,即直接填入计算周期。
 
实际按照相关结构理论和规范要求,此处应该填折减后的结构自振周期,因为在风荷载作用下,结构必然处于弹性状态,填充墙肯定没有开裂和破坏,其斜撑作用会使得结构刚度增大,周期减小,因此填入折减后的结构自振周期才是符合实际情况而且是最合理的。但填入未折减的结构自振周期,风振系数是偏大,风荷载也是偏大,对于结构是偏安全的。
 

12  框架结构平均重度大致规律

采用轻质砌块的常规框架结构6、7度区平均重度为12~13KN/㎡,8度区为13~14KN/㎡;当内部隔墙少时取低值,当内部隔墙多时取高值。
 
13  框架结构需要控制哪些整体指标
需要控制层间位移角、位移比、抗侧刚度比及楼层受剪承载力比,不需要控制周期比。剪重比、刚重比很容易满足规范要求的。
 

14  框架结构抗侧刚度比及

楼层受剪承载力比不满足规范怎么办

当底部层高较大时,特别容易造成框架结构抗侧刚度比及楼层受剪承载力不满足规范要求。此时,一般可以采用加强层高较大楼层框架柱和框架梁的截面,必要的时候需要改变结构体系,采用框架-剪力墙结构。
单独在底部层高较大楼层处设置剪力墙或斜撑的方法在计算结果上可以解决上述问题,但使得结构体系较为怪异,底部为框剪结构上部为框架,这其实并不妥当,相当于超限工程。
 

15  水平力的夹角和斜交抗侧力构件方向

的附加地震数的区别

两个参数不同之处:
1)水平了的夹角不仅改变地震作用的方向而且同时还改变风荷载作用的方向;斜交抗侧力构件方向的附加地震方向角仅改变地震作用的方向。
2)侧向水平力沿整体正交坐标方向作用与沿某夹角方向作用的计算结果应该取其最不利组合来进行构件的设计,但软件中“水平力夹角”参数不能自动取其最不利组合,必须由工程师对计算结果一一比较包络设计。而“斜交抗侧力构件方向的附加地震数”参数是可以自动考虑最不利组合,直接完成构件截面设计。
 

16  屋顶构架是否必须满足扭转位移比的要求

从工程实际分析,对于屋顶构架或高出屋面较多的构筑物,应参与结构整体分析计算,但可适当放宽其扭转位移比限值的要求。
 

17  框架柱轴压比超限怎么办

方法有二:
1)加大柱截面;
2)提高柱混凝土强度等级。 
 

18  框架柱计算纵筋较大怎么办

1)框架柱一般情况下为构造配筋,若少数框架柱或顶层框架柱可能出现计算配筋(即计算纵筋大于最小配筋率),可调整柱截面形状(X向配筋较大则将柱Y向加长,Y向配筋较大则将柱X向加长)。
2)如很多框架柱都出现计算配筋,则应考虑在合适的位置设置剪力墙成为框架-剪力墙结构,减小框架部分受力。
 

19  梁抗弯超筋怎么办

当建筑允许时优先加大梁高;建筑不允许时加大梁宽;梁截面尺寸无法改变时应调整楼盖梁布置,改变梁的受力状态。 
 

20  梁抗剪超筋怎么办

如果梁较短且是高烈度区,有效方法是将梁高做小,梁宽做大。
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