结构设计重点笔记讲解.doc

建筑结构设计快速入门之关键笔记 上部结构落脚点是基础，基础落脚点是地基，也就是持力层。 看勘察汇报时，直接看结束语和提议中持力层土质，地基承载力特征值和地基类型和基础砌筑标高。 10ka1t/ 1kN100kg 通常认为持力层土提供承载力特征值大于180kPa（即18t）为好土，低于180kPa土可认为土质不好。 根据地基承载力从大到小排序为：稳定岩石，碎石土密实或中密砂稍密实粘土粉质粘土回填土和淤泥质土 回填土承载力特征值通常为60 80kPa 在不危及安全前提下，基础尽可能要浅埋。因为地下部分所占造价通常是工程总造价30 50，这笔费用是很可观。 除了浅埋外，还有埋深上限，就是基础最少不得埋在冻土深度范围内，不然基础会受到冰反复胀缩破坏性影响。 结合钻探点号看懂地质剖面图，并一次确定基础埋置标高。 关键看结束语或提议中对存在饱和沙土和饱和粉土地基，是否有液化判别。饱和软土液化判别对地基来说是至关关键一项技术指标，必需要明确提供，责任重大，不得含糊。 关键看两个水位：历年来地下水最高水位和抗浮水位。 尤其注意结束语或提议中定性预警语句，而且必需时将其转写进基础通常说明中。这些条款以下：1. 本工程地下水位较高，基槽边界条件较为复杂，应妥善选择降水及基坑边坡支护方案，并在施工过程中加强观察。降水开始后须经设计人员同意后方可停止2. 采取机械挖土时严禁扰动基地持力层土，施工时应控制机械挖土深度，保留300mm厚土层，用人工挖至槽底标高，如有超挖现象，应保持原状，并通知勘察及设计单位进行处理，不得自行夯填。3. 基槽开挖到位后应普遍钎探，并立即通知勘察及设计单位共同验槽，确定土质满足设计要求后方可进行下步施工。4. 基槽开挖较深，施工时应注意，在降水时应采取有效方法，避免影响相邻建筑物。5. 提议对本楼沉降变形进行长久观察（此条款多用于加层，扩建建筑物和基础设计等级为甲级或复合地基或软弱地基上基础设计等级为乙级建筑物和受到临近深基坑开挖施工影响或受到场地地下水等环境原因改变影响建筑物，当然也包含那些需要积累建筑经验或进行设计反分析工程） 尤其注意结束语或提议中场地类别，场地类型，覆盖层厚度和地面下15m范围内平均剪切波速。 通常看好土下是否存在不良工程地质中局部软弱下卧层，若果有，要依据自己所做基础形式验算一下软弱下卧层承载力是否满足要求。 梁高度：主梁 L 悬挑梁 L ；（梁荷载较大时，截面高度取较大值，必需时应计算挠度及裂缝宽度，梁设计荷载大小，通常以均布设计荷载40kN/m为界，可认为是属于荷载较大） 板厚度：双向板 L 单向板 L 悬挑板 L（要注意，跨度L含义和取值还有长跨和短跨之分，和何时取长跨，何时取短跨？比如双向板跨度肯定取短跨，因为短跨受力大，厚度肯定要和受力大关键受力方向相关） 相关荷载取值 1. 恒荷载：楼面符载统一取2.0kN/,这是建筑专业楼面做法自重，目标是为装修改造留有合适余地，不包含楼板结构自重和板底做法重量。2. 住宅中轻质隔墙自重，不管是轻质隔墙还是位置有可能灵活自由部署隔墙，统一按恒荷载考虑，一律取值为2.0 kN/。3. 住宅活荷载，也是取2.0 kN/（三个2.0 kN/：楼面做法自重，轻质隔墙自重，活荷载取值） 4. 屋面恒荷载4.0 kN/ 屋面活荷载 上人时2.0 kN/ 不上人时0.5kN/（而对于轻钢结构屋面，一定要在结构总说明中写明：本工程为不上人屋面，活荷载设计值为0.5 kN/，严禁超载） 5. 需要记住三个数据：2.5 kN/ 4.0 kN/ 7.0 kN/ 2.5 kN/适适用于人或物可能比较集中楼面，如通常楼梯，通常阳台，通常厕所，通常厨房，会议室，阅览室，医院门诊，教室等。 4.0 kN/适适用于人或物有可能更集中更密集楼面，比如健身房，看台，舞厅，商店，旅客等候室，展览厅，消防疏散楼梯等。 7.0kN/用于两个机房和一个变电室，即通风设备机房，电梯机房和高压变压室。因为这些地方不仅有设备荷载，还有设备基础荷载也是很大。 6. 地下一层顶板，或近似认为是±0.000板，它活荷载取值为810 kN/。因为施工到±0.000时，施工单位往往工程备料统统堆放在地下一层顶板上，这么便于施工随时随地取用。同时要注意是，当±0.000板活荷载取值810 kN/时，此时恒荷载中隔墙自重可取为1.0 kN/或更小，因为堆放大批施工备料时，隔墙施工通常还未完成。 （设计±0.000板时，在截面尺寸相同情况下，板和梁配筋往往要比其它楼层大）概念第一位，计算第二位 结构或构件尽可能拉结成整体，不宜各自为政 单独柱基间宜设置拉梁拉梁实际作用就是将各单独柱基拉结成一体，以避免部分独立基础个体独自沉降，造成基础之间产生沉降差，对结构产生次生应力，致使结构产生开裂等其它不良影响；拉梁截面尺寸要足够大，含有一定刚度，拉梁高度应为跨度1/201/15 加层屋顶各柱间一样要设置结构拉梁 用拉梁把原来各自为政独立悬臂柱拉结为一个整体，即一柱受侧力，立即波及扩散到其它各柱，共同抵御水平力。 加固改造项目中后作构件和原结构构件均宜有结构拉结 改造工程中标准：尽可能少或不破坏原结构，即多保留少破坏 相关钢筋锚固结构标准优先采取平直段锚固，而且构件优先自锚 水平直段优先，弯折段为辅助 在承受静力荷载为主情况下，水平段粘结能力起主导作用，弯折后锚固效果还不足水平段70%构件内钢筋锚固尽可能在本构件内部完成 原因是假如进入其它构建中锚固，首先会造成其它构件内部钢筋密集，混凝土难浇筑，难振捣，其次，和其它构件内部钢筋也会有位置打架可能，所以要尽可能避免当本构件锚固确实不能满足锚固长度规范要求时，再被迫进入其它构件内锚固，以补足长度要求 次要让在关键标准明确哪些钢筋位置对结构设计来说更关键 标准：构件让支座柱和主梁 通常情况下为了外墙和柱外皮平齐美观效果，承托外墙梁外皮也必需和柱外皮平齐。此时梁外侧纵筋就会和柱外侧纵筋打架。这时候，柱是梁支座，是关键受力构件，柱纵筋就更关键部分，所以梁纵筋就要避让柱纵筋。具体做法是，梁外侧纵筋提前向内做1:6斜坡，待绕过柱纵筋后，再做1:6斜坡归位。主梁和次梁 主梁和次梁上部纵筋也不可避免会打架，此时当然是主梁更关键，次梁纵筋要避让主梁纵筋。具体做法是，次梁上部纵筋提前向内做1:6斜坡，待绕过主梁上部纵筋后，再做1:6斜坡归位。梁和板 梁和板上部钢筋也会发生打架，同理，梁是关键构件，板上部钢筋要避让梁上部钢筋。具体做法是，板上部纵筋提前向内做1:6斜坡，待绕过梁上部纵筋后，再做1:6斜坡归位。双向板 双向板配筋时上下双层双向钢筋，哪个方向放在外侧，哪个方向放在内侧？ 谁放在外侧，谁有效高度就大，就有利，当然是关键钢筋放在外侧；谁是关键钢筋呢，显然受力大钢筋是关键钢筋；于是得出结论，受力大钢筋放在外侧，另一方向钢筋放在内侧。 技术交底时，通常要说：图纸上钢筋直径大，间距密钢筋放在外侧，相反就放在内侧剪力墙 顾名思义，剪力墙关键作用是抗剪，而抗剪关键是由箍筋也就是水平钢筋来发挥作用，所以要把水平钢筋放在竖向钢筋外侧混凝土挡土墙 混凝土挡土墙关键作用是挡土压抗弯，而关键发挥抗弯作用是竖向钢筋，所以要把竖向钢筋放在外侧，水平钢筋放在内侧地下室外墙 地下室外墙，既是竖向贯穿全楼一直剪力墙，同时又式担负着挡土，抗弯挡土墙，它情况要具体分析，关键是看地下室外墙竖向位置：当在地下一层时，抗震和挡土一样关键，但为了方便施工连续和统一，能够同地上剪力墙一样处理，水平筋放外侧；不过地下室墙在地下二层及以下位置时，因为地下二层及以下墙深埋于土中，可不用考虑抗震，而竖向埋深越深，土压力越大，所以这种挡土墙性质就越突出，故此竖向筋宜放置在外侧，水平筋宜放置在内侧。混合结构未必全部可采取框架结构按抗震设计时，严禁采取局部砌体承重之混合形式 既然是框架结构，柱梁就是承重和抗侧力主体构件，因为砖墙同框架相比材料刚度小，只能是自承重或看成轻质隔墙使用。假如局部出现砖墙参与承重或抗侧力，就意味着让材料刚度小负担材料刚度大任务，砖墙肯定不能胜任，最终要提前垮掉。 抗震设计时应有意识设置多道防线，使得地震作用先破坏刚度较大第一道防线，当一部分地震作用耗散在大刚度材料上以后，其它较小地震力再被刚度小材料来吸收，这么设计才是合理，框架-砖墙承重混合形式使得地震作用一次集中破坏了两种承重材料，没有表现多道防线设计理念。、 钢筋和混凝土强度等级何处用高，何处用低。 钢筋 钢筋在做吊钩时，应该用低强度HPB235钢筋，电梯吊钩通常为直径22或25一级钢，因为一级钢延性好，破坏前征兆显著，预警性能好。在施工图中还必需注明：不得使用冷加工钢筋，原因是冷加工钢筋即使强度提升，不过延性变差，用于吊挂重物不适宜。 直径大于等于12mm受力控制时钢筋，宜优先选择HRB335和HRB400钢筋。还有一个经济学常识，当箍筋直径为12时宜选择二级或三级钢，因为市面上直径为12一级钢数量极少，难以买到。设计图纸中大地梁，框支梁或剪力墙约束边缘构件箍筋和柱子箍筋用HRB335和HRB400钢筋关键构件如梁柱，主筋宜优先采取HRB335和HRB400钢筋。主筋首选较大直径HRB400钢筋，如28和32，有时甚至用到40.现浇板中钢筋用HRB400级钢筋就会避免浪费问题。混凝土 基础中要慎用高强度混凝土。因为高强度混凝土，水泥含量较多，水化热较大，很轻易造成干缩裂缝，而基础全在地下，一旦有裂缝产生，防水和钢筋水腐蚀问题就会接踵而来 基础设计中，通常经过扩大混凝土构件截面方法，来满足地梁或筏板强度要求，而不是一味提升混凝土强度等级。 素混凝土垫层也不宜用强度太高混凝土，通常设计成C10或C15。而施工单位通常更愿意强度等级设计到C15，因为商品混凝土通常泵送最低强度等级就是C15，尤其当筏板垫层面积较大时，泵送施工速度快。 结构设计时，（尤其是基础设计时）何时用荷载设计值，何时用标准值。 荷载设计值是标准值为了安全起见或人为或科学安全放大 上部结构设计中： 采取标准值：变形（挠度或刚度）计算，裂缝计算 采取设计值：强度，内力，配筋等计算 基础结构设计中： 采取标准值：地基承载力计算（确定基础底面积和埋深），地基变形计算（建筑物沉降），稳定性验算（土压力，滑坡推力、地基和斜坡稳定性） 采取设计值：基础结构承载力计算（基础或承台高度、结构截面、结构内力、配筋和材料强度验算） 尤其指出：基础通常底面积计算对应采取标准值，标准值为荷载设计值除以一个系数，过去旧规范时通常取为1.25.；而对于新规范，民用建筑柱、基础等构件，转换系数宜取1.261.31（以恒荷载占到总荷载百分比为标准） 结构设计中哪些构件和哪些部位适合直接静力手算，哪些部位必需正确电算。 适合手算：现浇混凝土板配筋、以承受竖向荷载为主梁（通常放大系数取1.21.5）、柱结构配筋率控制和截面确定、地下结构构件埋深较深而不考虑地震时（如地下室外墙，附壁柱，各类基础） 适合电算：钢结构工程、柱内力组合、上部结构地震作用各类基础实用简化算法单独柱基及柱基间拉梁单独柱基尺寸初估实用经验算法单独柱基底板尺寸初估简化经验算法单独柱基底板尺寸=柱基底内力标准值：设计假定基础和拉梁分工很清楚，基础负担柱基底轴力，拉梁负担柱基底弯矩，所以柱基底内力标准值就简化为轴力。此轴力能够经过电算得到正确值（尤其要注意是电算给出是设计值，确定柱基底面积时一定要用标准值，而非设计值；标准值=设计值/1.26）；也能够经过经验手算得到大约值：地上每层荷载近似按1315kN/ 地下每层荷载近似按2225kN/，此法比较保守，用于初估。修正后地基承载力特征值，用公式 f=f+（b-3）+（d-0.5）这个修正实质上是提升了原始地基承载力尤其需要注意是：f规范称为地基承载力特征值，实质上是一个标准值，经过修正后f仍然是标准值单独柱基高度经验确定柱基高度要满足受冲切承载力要求在单独柱基工程中，基础混凝土强度通常为C30。工程中持力层土质很好时，修正后地基承载力特征值通常在180 250kPa之间杂填土地基承载力经验为80kPa单独柱基底板配筋简化算法第一步，基底内力不需要进行轴力N，弯矩M,剪力V最不利组合，直接用竖向荷载产生轴力N控制弯矩内力计算；因为独基设计中要设置拉梁，弯矩M，剪力V产生内力全部让拉梁来负担第二步，设计中采取简化公式来计算板底配筋，误差亦不会太大。 M=N/10(0.775L-a) M=N/10(0.775B-b)当柱间跨度过大时，柱间未设置拉梁或设置了拉梁，但不考虑拉梁平衡柱底弯矩时，此时柱基设计要考虑偏心受压。当有偏心受压正方形柱基时，在两边缘压力不超出1:4仍然能够采取上式，但要用N=(0.8p+0.2p)A替换上式中N采取，其中，A=L×B为正方形柱基面积。单独柱基间拉梁实用简化设计拉梁设置部位拉梁设置部位，推荐在柱基上部或柱子底部为好。除非刚好拉梁下皮在柱基上皮，不然拉梁下皮和柱基上皮之间肯定形成一段短柱，这段短柱切记要箍筋加密或采取其它加强方法。拉梁截面尺寸通常经验认为，当两个柱基间夸大大于8m时，设置拉梁就没有必需了。拉梁截面高度应大于L/15L/20，截面宽度为高度二分之一拉梁配筋单独柱基拉梁是要考虑抗震，所以拉梁结构要满足抗震要求，尤其是在梁端箍筋应该设加密区，箍筋间距最少为100.（因为拉梁截面刚度比柱子小，塑性铰不会出现在柱底而是出现在拉梁端部，所以拉梁端部塑性铰区域要设加密区）基础地梁或柱间条基中基础梁，则不设箍筋加密区（因为它们截面尺寸很大，刚度也就比柱子大，塑性铰不会出现在它们端部，而是出现在柱底）拉梁主筋配筋率在不考虑承托竖向荷载时，通常在1%1.6%左右；8m跨度，300mm×550mm拉梁，上下铁通常在46个HRB40025或22。，配箍通常为810100(200)拉梁主筋近似简化算法： A=M/(fh)通常对于梁近似取为0.875，对板近似取为0.9M为拉梁需平衡柱底弯矩和承托在拉梁上竖向荷载产生弯矩组合设计值条形基础条形基础能够分为三类：墙下条形基础、柱间条形基础、混凝土墙-柱下混合条形基础（通常见于框架剪力墙结构）墙下条形基础验算底板根部截面抗剪承载力、确定底板根部厚度是条形基础设计关键点单独柱基时靠近方形双向受力构件，需要验算冲切力；条形基础是单向受力长条形构件，需要验算剪切力。条形基础底板宽度=墙下条基基础底板中不需要设置暗地梁基础底板根部厚度手算确定：正确计算：底板根部厚度，由素混凝土截面抗剪控制 V0.7××f×b×h经验估量：取条基（净）半宽1/61/4墙下条基配筋简化算法：配筋关键考虑受弯影响 弯矩最大截面即条基底板根部截面弯矩起控制作用：M=pa/2(其a为净挑跨度) 求出弯矩以后，能够由以下公式求得配筋 A=M/(0.9fh) 地规中要求，每延米分布钢筋面积大于受力钢筋面积1/10当条基基宽大于等于2500mm时，为了节省，受力钢筋长度通常取宽度0.9倍，交错部署，单独基础也有此要求。柱间条形基础柱间条基底板根部厚度、底板配筋 全部和墙下条基计算方法相同 柱间条基内基础梁尺寸确定：基础梁宽度为 柱宽+2×50；高度通常由基础梁抗剪公式控制，当基础梁有悬挑时，两个控制截面一个是外挑跨度根部截面，一个是柱间跨度内支座处截面，哪个截面承受剪力大，取大剪力控制该截面高度。 V=maxq×L/2，q×a V=0.25fbh柱间条基内基础梁配筋简化算法 跨中正弯矩，即上铁弯矩：M=qL/8 A=M/(0.875fh) 柱支座处负弯矩，及下铁弯矩：M=qa/2 A=M/(0.875fh)第一，基础梁端箍筋不需要根据抗震加密，仅按静立强度要求配置箍筋，箍筋可按90°弯钩设计，无需135°弯钩。第二，基础梁纵筋伸入支座长度应按非抗震考虑第三，纵筋锚固长度，接头要求等也一律按非抗震要求混凝土墙-柱下混合条形基础这种基础多用在框架-剪力墙结构中。剪力墙端部（有时也有中部）会和混凝土柱浇筑在一起，形成柱中有墙，墙中有柱结构，这种做法多是为了处理梁中主筋锚固问题。单独柱基和墙下条基分离式基础设计方法：在混凝土柱下依据柱轴力基础根据单独柱基设计，在混凝土墙下基础依据墙轴力根据墙下条基设计，二者截然分开。 各类板实用简化算法双向板和单向板界定：矩形板在四边支撑情况下，相邻边长之比小于2为双向板，大于等于2为单向板设计关键点：板厚确实定方法和楼板设计荷载计算方法板内配筋计算方法单向板配筋简化算法 板厚通常取跨度1/30 弯矩：两端简支时 M= qL/8 两端固定时M=M= qL/16 一端固定，一端简支时M=M= qL/14 配筋：A=M/(0.9fh) 板内弯矩是根据钢筋集度分布，钢筋集中使用在了支座，那么支座会对应多负担些弯矩，跨中对应少部分；钢筋集中使用在了跨中，那么跨中会对应多负担些弯矩，支座少部分，支座和跨中弯矩总和为qL/8。双向板计算方法 板厚：通常取板块短跨尺寸1/40 板尺寸：四边简支情况下能够做到11m×11m;四边固定情况下能够做到12m×12m，在正常民用荷载作用下，不会出现问题 板配筋：采取塑性计算方法，查表计算，注意混凝土泊松比=0.2 异形双向板等效为规则双向板算法：对于L形双向板，能够补齐缺失板块，然后按一个完整大双向板计算；结构上要在这个L形板阴角处另外增加5根45°斜向支座上铁。对于很不规则其它异形双向板，条件许可时设一个明次梁，将异形板分割成两个小规则板块计算，梁高取跨度1/15；条件不许可时，可设置暗梁，梁高同大板厚，同时必需大于160mm，梁宽通常大于等于1000mm。暗梁主筋直径不宜大于16mm。挑板配筋算法 板厚：取净跨1/10 板尺寸：跨度通常不宜大于1.5m，但可合适突破到2.0m。 悬挑构件设计不应该过分追求经济，设计时不应该冒进，构件荷载估量大些，配筋配大些，是明智之举，悬挑构件应该安全贮备比常规构件大些。 挑板板厚一旦确定后，和其相邻作为支座板块板厚应尽可能取和它厚度相同。 对于大挑板板下部应该配置足够受压钢筋，以降低因板徐变而产生附加挠度，通常下部钢筋为上部钢筋1/31/2，而且间距为150mm左右。各类梁实用简化算法在板向梁导荷载时，单向板和双向板是不相同；梁端支座情况不一样时，其弯矩计算也是不一样。通常梁简化算法 截面尺寸：梁高通常取计算跨度1/10，梁宽通常取梁高1/2（住宅通常取200mm宽） 支座嵌固度：梁端跨处边柱和梁连接通常视为铰接；梁端跨处边支座假如是剪力墙也视为铰接（这么做，避免了梁向边柱或剪力墙传输过大弯矩而造成她们成为大偏心受压构件）多跨梁中间支座不管是柱还是剪力墙，全部可视为固结，因为此时主梁支座负筋通常会伸过支座柱或剪力墙在梁本构件内锚固，锚固长度和质量会比进入支座更有确保。 弯矩，均布荷载作用下 两端简支： M=qL/8 一端简支，一端固定： M=qL/11 两端固定： M=qL/16 配筋： A=M/(0.875fh) 各跨度不等多跨梁配筋简化算法 先算出大跨支座处负弯矩，因为此支座为大小跨共用，认为小跨支座负弯矩和大跨座负弯矩相同，然后用小跨总弯矩M=qL/8减去这个支座负弯矩，即得小跨跨中正弯矩；假如相减以后得到弯矩为负或为0，则直接视具体情况将小跨梁视为两端固定或一端固定一端简支单跨梁，用公式M=qL/16 或M=qL/11直接算出跨中弯矩挑梁配筋算法 截面尺寸：挑梁高取挑出跨度1/5，梁宽取梁高1/2 弯矩：挑梁根部弯矩为控制弯矩 M=qL/2 结构要求：箍筋除抗剪计算确定外，间距全部取100mm；上部钢筋锚固长度最少为40d；下部要配足够受压钢筋，通常为上部钢筋面积1/2，以降低因徐变而产生挑梁附加弯矩 配筋：A=M/(0.875fh)在梁高受限时，能够经过加宽梁截面方法，以降低配筋率；除非有特殊情况，不然配筋率不要超出1.5%1.6%，这么设计有利于梁端塑性铰形成，有利于抗震各类柱实用简化算法柱轴压力简化算法 所负担荷载面积：取该柱在两个方向临跨跨度中线所围合成矩形范围 荷载标准值：地上每层1315kN/ 地下每层22kN/ 设计值=1.26*标准值柱截面尺寸简化算法 先从中柱开始，中柱以受轴力为主，弯矩可忽略。 以轴压比为标准计算，轴压比= 轴压比取值在0.65到0.9之间，依据相关规范确定。于是能够得出柱全截面面积A，继而得到柱截面尺寸 柱通常按配筋率1.5%2.0%配置主筋，全部纵向钢筋配筋率不宜超出5%。柱截面每侧纵筋间距小于200mm，每侧纵筋最小配筋率大于0.2%