结构设计基本知识及要点.pdf

结构设计基本知识结构设计基本知识结构设计基本知识结构设计基本知识 主要内容主要内容 1.结构设计基本知识简介结构设计基本知识简介 ?建筑结构体系及结构型式建筑结构体系及结构型式 ?框架结构框架结构?框架结构框架结构 ?框架剪力墙结构框架剪力墙结构 ?转换层结构转换层结构 2.案例分析案例分析 ?案例一案例一地铁螳螂山地铁螳螂山 ?案例二案例二天津某住宅天津某住宅案例二案例二天津某住宅天津某住宅 ?案例三案例三华润酒店华润酒店 ?案例四案例四平安中心投标平安中心投标 ?案例五案例五住宅设计中经常与建筑需要协调的问题住宅设计中经常与建筑需要协调的问题?案例五案例五住宅设计中经常与建筑需要协调的问题住宅设计中经常与建筑需要协调的问题 ?案例六案例六世纪中心世纪中心 结构设计基本知识简介 结构型式：结构型式： 按结构材料划分有： ? 砌体结构（包括加构造柱圈梁）砌体结构（包括加构造柱圈梁） ? 钢筋砼结构钢筋砼结构 钢结构钢结构? 钢结构钢结构 ? 混合结构（钢管混凝土柱、型钢混凝土柱+钢梁）混合结构（钢管混凝土柱、型钢混凝土柱+钢梁） 结构体系：结构体系： 框架结构框架结构、框架剪力墙体系框架剪力墙体系，剪力墙体系剪力墙体系，巨型框架巨型框架、框架结构框架结构、框架剪力墙体系框架剪力墙体系，剪力墙体系剪力墙体系，巨型框架巨型框架、 框架筒体结构、筒中筒结构体系等框架筒体结构、筒中筒结构体系等 结构体系的定义 框架结构体系框架结构体系由梁（包括桁架）、柱等杆系组成的能承受垂直和 水平力作用的空间结构（可含少量墙肢）。 剪力墙结构体系剪力墙结构体系 主要由双向墙肢和连梁组成的空间结构（包括短肢 剪力墙和壁式框架结构） 框架剪力墙体系框架剪力墙体系由框架、剪力墙共同组成的结构体系，但以剪力墙 为主承受水平力。为主承受水平力。 筒体结构体系筒体结构体系一般由筒和板梁组成的结构，可分为内筒外框（或筒体结构体系筒体结构体系一般由筒和板梁组成的结构，可分为内筒外框（或 称核心筒）、筒中筒、框架-核心筒和多筒体结构。 由密排柱及楼层上的裙梁构成的筒体称为框筒。 其他结构体系其他结构体系以上体系以外的体系如板柱结构体系，悬挂结构 体系，侧向支撑体系，膜结构体系、空间网架等。体系，侧向支撑体系，膜结构体系、空间网架等。 结构型式选择原结构型式选择原 则则则则 a) 结构体系与结构型式的合理选择是结构设计的重) 要环节。结构选型必须在建筑物的使用要求，工程 特点，自然环境，材料供应，施工技术条件，抗震特点，自然环境，材料供应，施工技术条件，抗震 设防，地质地形等情况充分调查研究和综合分析的 基础上进行必要时还应做多方案比较择优选用。基础上进行，必要时还应做多方案比较，择优选用。 b) 同一结构单元中钢筋砼结构不宜与砖砌体结构b) 同结构单元中，钢筋砼结构不宜与砖砌体结构 混合使用（混用是指平面方向的承力构件不同材料 而言而底层为钢筋砼框架其上为砖砌体结构的而言，而底层为钢筋砼框架，其上为砖砌体结构的 竖向布置不在列中）。在抗震要求时，不宜选用砌 体结构体结构。 c) 型钢砼结构的延性优于钢筋砼结构，且空间利 用率高其防火性能优于钢结构但施工比较复用率高，其防火性能优于钢结构，但施工比较复 杂。 d) 钢管砼结构是一种具有承载力高，塑性和韧 料便等优的合性好，节省材料，方便施工等优点的新型组合 结构，对于层数多，平面面积利用率要求高的，面面 高层和超高层建筑可考虑采用，尤其是圆钢管 混凝土柱效率更高。混凝土柱，效率更高。 e) 根据工程具体情况还可采用钢筋砼筒体与钢框e) 根据工程具体情况，还可采用钢筋砼筒体与钢框 架结构组成的混合结构。 f) 钢筋砼结构体系的选择应根据使用要求结合技术 经济指标、施工条件等因素综合考虑。 一般情况下一般情况下，层数较少层数较少，体型简单体型简单，刚度分布均匀刚度分布均匀一般情况下一般情况下，层数较少层数较少，体型简单体型简单，刚度分布均匀刚度分布均匀 和非抗震设防的建筑宜优先采用框架结构；对于体型较和非抗震设防的建筑宜优先采用框架结构；对于体型较 复杂复杂，刚度不均匀且有抗震设防要求或建筑装修要求较刚度不均匀且有抗震设防要求或建筑装修要求较复杂复杂，刚度不均匀且有抗震设防要求或建筑装修要求较刚度不均匀且有抗震设防要求或建筑装修要求较 高的高层建筑宜优先采用剪力墙，框架高的高层建筑宜优先采用剪力墙，框架剪力墙或框剪力墙或框 架架核心筒结构核心筒结构。架架核心筒结构核心筒结构。 据综合分析比较据综合分析比较，目前对于目前对于4040层上层上、下的建筑下的建筑，采采据综合分析比较据综合分析比较，目前对于目前对于4040层上层上、下的建筑下的建筑，采采 用钢筋砼结构在技术上是成熟的，在经济上是合理的。用钢筋砼结构在技术上是成熟的，在经济上是合理的。 框架结构框架结构框架结构框架结构 一般要求： ?框架结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整 体性。结构的侧向刚度宜均匀变化，避免突变。影响侧向刚体性。结构的侧向刚度宜均匀变化，避免突变。影响侧向刚 度的变化因素主要有层高、竖向构件不连续等。 框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，以抵抗纵横两个?框架结构应设计成双向梁柱抗侧力体系，以抵抗纵横两个 方向的地震作用和风作用，此外，不宜设计成单跨框架结构 体系。体系。 ?框架柱网一般采用69m。特殊要求时，可以更大些。 ?框架结构的楼层宜设计成同一标高上，应尽量避免出现 错层、夹层。错层、夹层。 柱、梁、板构件尺寸的确定柱、梁、板构件尺寸的确定 柱：现浇框架柱一般采用矩形截面。截面宽柱 度及高度不宜小于300。采用圆柱时，最小直 径不宜小于350径不宜小于350。 柱子的截面与主要与结构所承担竖向力 有关原则是层数越高负担荷载越大柱截有关，原则是层数越高、负担荷载越大，柱截 面越大，柱子截面应与结构配合商定。 梁梁梁梁：（1）梁截面高度h，视梁承受的荷载及跨 度大小而定。一般框架梁取(1/81/12)l；次梁高h度大小而定。般框架梁取(1/8 1/12)l；次梁高h 取（1/121/18）l；一般悬臂梁取（1/51/6）l。 （2）梁截面b一般b200梁截面的（2）梁截面b，般b200，梁截面的 高（净高）宽比一般情况下取h/b=23，且不宜 大于4（当采用扁梁时不受此限制）h 现浇楼大于4。（当采用扁梁时，不受此限制）h现浇楼 板时为净高。 （3）在确定梁的截面尺寸时为了 降（3）在确定梁的截面尺寸时，为了 降 低建筑的楼层高度而取梁高的低值，或采用宽扁梁。 此时应控制梁的挠度以及衡量由此产生的综合技术此时应控制梁的挠度以及衡量由此产生的综合技术 经济指标的合理性。 板板板板：（1）各类现浇楼板厚度应满足强度和刚度要 求。板的最小厚度：密肋楼盖取80100，梁式板取 100、110、120。一般高层住宅建筑板厚100120。 对于埋设较多电线暗管的楼板可取120。对于多层建 筑的屋面板厚可取120；对于高层建筑的屋面板取 150。 （2）板式楼梯的板厚最小为100，一般民用 建筑的板式楼梯的板厚取l / 30。（l为板跨度）。 （3）跨度l1500mm的楼层悬臂构件无特殊 措施时宜采用梁板式结构。 框架框架剪力墙剪力墙结构结构框架框架剪力墙剪力墙结构结构 一般概念： 框架剪力墙结构是由框架和剪力墙共同组成的结构体系， 剪力墙应布置成双向体系。 框架剪力墙结构是由框架和剪力墙共同组成的结构体系， 剪力墙应布置成双向体系。 剪力墙布置原则：剪力墙布置原则： ?剪力墙宜均匀，双向接近正交布置。剪力墙宜布置在剪力墙宜均匀，双向接近正交布置。剪力墙宜布置在 房屋周边房屋周边、楼电梯处楼电梯处、荷载较大处荷载较大处。房屋周边房屋周边、楼电梯处楼电梯处、荷载较大处荷载较大处。 ?纵横向剪力墙宜组成 等组合形式。不宜纵横向剪力墙宜组成 等组合形式。不宜 采用采用“一一”字墙字墙。采用采用“一一”字墙字墙。 ?剪力墙宜上下连续、贯通、洞口宜居中、上下对齐， 避免刚度突变。 剪力墙宜上下连续、贯通、洞口宜居中、上下对齐， 避免刚度突变。 ?剪力墙端部宜加端柱剪力墙端部宜加端柱、翼墙翼墙。?剪力墙端部宜加端柱剪力墙端部宜加端柱、翼墙翼墙。 转换层结构转换层结构 概念： 由于建筑的多功能要求，造成结构竖向构件的不连续，要靠水平 构件来转换上部竖向构件，使竖向力、水平力能继续向下传递，或 地震作用向上传递，转换层结构属复杂结构。转换层结构包括转换 概念 地震作用向上传递，转换层结构属复杂结构。转换层结构包括转换 楼面梁、板和其下部墙、柱，其内力影响到上下数层。 转换层位置的限定转换层位置的限定 抗震设防烈度 最高转换层位置备注抗震设防烈度 最高转换层位置备注 6可适当可适当5层层 7应应5层 有核心筒时可适当提 高 层 有核心筒时可适当提 高 8应应3层层8应应3层层 转换层结构转换层结构设计：要点是满足上下墙有部分连续，（89转换层结构转换层结构设计：要点是满足上下墙有部分连续，（89 规范规定50%，新规范未做规定。我们建议满足1/3以上 连续，主要是核心筒和角部墙体）且上下侧向刚度要满足连续，主要是核心筒和角部墙体）且上下侧向刚度要满足 有关规定。超过上述转换层数即定为高位转换，高位转换 属特别不规则结构。属特别不规则结构。 一般哪些构件可做转换构件？ 实腹梁、桁架、空腹框架、箱形结构、斜撑，6o 抗震或非抗震时可用厚板，7o，8o抗震时地下室顶板抗震或非抗震时可用厚板，7 ，8 抗震时地下室顶板 可用厚板。 案例分析案例1(地铁螳螂山)：案例1(地铁螳螂山)： 建筑平面建筑平面 1.1.平面超长平面超长（120m120m）, , 建筑剖面建筑剖面 1.1.平面超长平面超长（120m120m）, , 设伸缩缝兼抗震缝.设伸缩缝兼抗震缝. 2.2.高宽比高宽比(100/9=116)(100/9=116) 建筑剖面建筑剖面 2.2.高宽比高宽比(100/9=116)(100/9=116) 较大,应选用抗侧效较大,应选用抗侧效 率较高的体系率较高的体系. .率较高的体系率较高的体系. . 3.建筑原选用单品框3.建筑原选用单品框 架架, ,改为剪力墙结构改为剪力墙结构. .架架, ,改为剪力墙结构改为剪力墙结构. . 4.剪力墙端部加强,抗4.剪力墙端部加强,抗 侧效率较高侧效率较高. .侧效率较高侧效率较高. . 5.平面端部尽量形成5.平面端部尽量形成 围合筒体围合筒体. .围合筒体围合筒体. . 结构平面图结构平面图 案例2(天津某住宅 )： 尽量围成多个筒体抗侧效率较高 尽量围成多个筒体，抗侧效率较高 端头加粗,充分发挥剪力墙的翼缘作用 案例3 华润酒店案例3 华润酒店 1.竖向构件的布置,(三个大1.竖向构件的布置,(三个大 筒体) 2.水平构件的选取(宽扁梁, 筒体) 2.水平构件的选取(宽扁梁, 或钢梁或钢梁) .) .或钢梁或钢梁) ) . . 3.结构的高宽比也是较.(核3.结构的高宽比也是较.(核 心筒心筒高宽比高宽比达到达到20)20)心筒心筒高宽比高宽比达到达到20)20) 案例4 平安中心投标案例4 平安中心投标 典型平面典型平面 核心筒偏置：结构抗扭结构抗扭 性能不好性能不好 核心筒高宽比较大：结结 构抗侧刚度较低构抗侧刚度较低构抗侧刚度较低构抗侧刚度较低 梁跨度较大：采用钢梁采用钢梁 更为经济更为经济更为经济更为经济 框架柱横向放置以利于框架柱横向放置以利于 形成壁式框架形成壁式框架形成壁式框架形成壁式框架 钢梁腹板开洞予机电设备钢梁腹板开洞予机电设备 案例5 住宅设计中经常与建筑需要协调的问题案例5 住宅设计中经常与建筑需要协调的问题 ? 转换层以下按结构规范和设计要求时，要有一? 转换层以下按结构规范和设计要求时，要有 定的剪力墙数量落下来，但通常是建筑图仅仅是 按平面布柱的原则去设计一层平面结果是只有按平面布柱的原则去设计层平面，结果是只有 少部分剪力墙落下来（剪力墙过厚），（剪力墙过厚），一方面打 乱了建筑的布局另方面结构计算经常难满足乱了建筑的布局，另一方面结构计算经常难满足 规范要求。 转换层以下平面转换层以下平面 转换层以上平面转换层以上平面 ? 转换层以上一两层因刚度的突变，有的剪力墙会改成300厚， 这是建筑通常不愿接受的，因为会影响住宅的面积，这是建筑这是建筑通常不愿接受的，因为会影响住宅的面积，这是建筑 设计中没有考虑到的。 墙厚300墙厚300 ? 短肢剪力墙和一般剪力墙的区别，建筑通常要求剪力墙越短越短肢剪力墙和一般剪力墙的区别，建筑通常要求剪力墙越短越 好好，但对结构来说差别就挺大的但对结构来说差别就挺大的，且，且规范对这两者也有明确的规规范对这两者也有明确的规好好但对结构来说差别就挺大的但对结构来说差别就挺大的规范对这两者也有明确的规规范对这两者也有明确的规 定，所以在配合中经常两者会有冲突，难以满足结构多布置剪力 墙的要求。 定，所以在配合中经常两者会有冲突，难以满足结构多布置剪力 墙的要求。 ? 阳台太悬挑的问题，而且要求结构不做梁，造成阳台板太厚阳台太悬挑的问题，而且要求结构不做梁，造成阳台板太厚 并且配筋比较多并且配筋比较多。并且配筋比较多并且配筋比较多。 ? 屋顶经常会有女儿墙做屋顶经常会有女儿墙做 在悬挑的板上，且女儿墙 的高度有的达到2m以上， 在悬挑的板上，且女儿墙 的高度有的达到2m以上， 不安全也不经济不安全也不经济有没有有没有不安全也不经济不安全也不经济，有没有有没有 别的办法？别的办法？ ? 异型柱和柱的问题异型柱和柱的问题 这在结构上要求是不一样的这在结构上要求是不一样的但在建筑不但在建筑不? 异型柱和柱的问题异型柱和柱的问题, ,这在结构上要求是不一样的这在结构上要求是不一样的，但在建筑不但在建筑不 是十分清楚，这也是配合中常会遇到的地方。是十分清楚，这也是配合中常会遇到的地方。 ? 节点详图中建筑经常是为了达到某效果节点详图中建筑经常是为了达到某效果，而把做造型的节点而把做造型的节点? 节点详图中建筑经常是为了达到某效果节点详图中建筑经常是为了达到某效果，而把做造型的节点而把做造型的节点 板做得太厚，实际上100就够了，造成结构配筋很大，但结果是 甲方并不同意这些浪费的作法。 板做得太厚，实际上100就够了，造成结构配筋很大，但结果是 甲方并不同意这些浪费的作法。 案例6 世纪中心案例6 世纪中心 结构设计策略结构设计策略 由于本工程地处深圳市由于本工程地处深圳市，该地区的特点为该地区的特点为：风荷载大风荷载大、由于本工程地处深圳市由于本工程地处深圳市，该地区的特点为该地区的特点为：风荷载大风荷载大、 地震作用相对较小，因此提高结构的抗侧刚度是结构设计地震作用相对较小，因此提高结构的抗侧刚度是结构设计 的关键的关键。根据以上特点和建筑功能的要求根据以上特点和建筑功能的要求，钢筋混凝土框钢筋混凝土框的关键的关键。根据以上特点和建筑功能的要求根据以上特点和建筑功能的要求，钢筋混凝土框钢筋混凝土框 架-核心筒结构体系是一种经济可行的结构体系。架-核心筒结构体系是一种经济可行的结构体系。 在结构初步设计阶段也曾对该塔楼采用了钢-混凝土 混合结构体系，由于钢梁的刚度仅为同高度的混凝土梁的 在结构初步设计阶段也曾对该塔楼采用了钢-混凝土 混合结构体系，由于钢梁的刚度仅为同高度的混凝土