设计过程、内容、原则及技巧

（本为liufengvv（网易结构会员）原创，鉴于本贴有后续补充提升为精华帖，并置顶。感谢本贴发帖者，同时感谢liufengvv结构版主的贡献）
1.结构设计的过程（了解）
本文是送给刚接触结构设计及希望从事结构设计的新手的，其目的是使新手们对结构设计的过程以及结构设计所包括的内容有一个大致的了解，请前辈们不要见笑了，新人们有什么问题也可以在贴中提出来，大家共同讨论，共同进步..
1，看懂建筑图
结构设计，就是对建筑物的结构构造进行设计，首先当然要有建筑施工图，还要能真正看懂建筑施工图，了解建筑师的设计意图以及建筑各部分的功能及做法，建筑物是一个复杂物体，所涉及的面也很广，所以在看建筑图的同时，作为一个结构师，需要和建筑，水电，暖通空调，勘察等各专业进行咨询了解各专业的各项指标。在看懂建筑图后，作为一个结构师，这个时候心里应该对整个结构的选型及基本框架有了一个大致的思路了.
2，建模(以框架结构为例)（关键）
当结构师对整个建筑有了一定的了解后，可以考虑建模了，建模就是利用软件，把心中对建筑物的构思在电脑上再现出来，然后再利用软件的计算功能进行适当的调整，使之符合现行规范以及满足各方面的需要.现在进行结构设计的软件很多，常用的有PKPM，广厦，TBSA等，大致都差不多。这里不对软件的具体操作做过多的描述，有兴趣的可以看看，每个软件的操作说明书（好厚好厚的，买起来会破产）。每个软件都差不多，首先要建轴网，这个简单，反正建筑已经把轴网定好了，输进去就行了，然后就是定柱截面及布置柱子。柱截面的大小的确定需要一定的经验，作为新手，刚开始无法确定也没什么，随便定一个，慢慢再调整也行。柱子布置也需要结构师对整个建筑的受力合理性有一定的结构理念，柱子布置的合理性对整个建筑的安全与否以及造价的高低起决定性作用...不过建筑师在建筑图中基本已经布好了柱网，作为结构师只需要对布好的柱网进行研究其是否合理.适当的时候需要建议建筑更改柱网.当布好了柱网以后就是梁截面以及主次梁的布置.梁截面相对容易确定一点，主梁按1/8~1/12跨度考虑，次梁可以相对取大一点主次梁的高度要有一定的差别，这个规范上都有要求。而主次梁的布置就是一门学问，这也是一个涉及安全及造价的一个大的方面.总的原则的要求传力明确,次梁传到主梁，主梁传到柱.力求使各部分受力均匀。还有，根据建筑物各部分功能的不同，考虑梁布置及梁高的确定（比如住宅，在房中间做一道梁，本来层就只有3米，一道梁去掉几十公分，那业主不骂人才怪...）。梁布完后，基本上板也就被划分出来了，当然悬挑板什么的现在还没有，需要以后再加上...,梁板柱布置完后就要输入基本的参数啦，比如混凝土强度啊，每一标准层的层高啊，板厚啊，保护层啊，这个每个软件设置的都不同，但输入原则是严格按规范执行.当整个三维线框构架完成，就需要加入荷载及设置各种参数了，比如板厚啊，板的受力方式啊，悬挑板的位置及荷载啊什么的，这时候模形也可以讲基本完成了，生成三维线框看看效果吧，可以很形象的表现出原来在结构师脑中那个虚构的框架.
2.计算
计算过程就是软件对结构师所建模型进行导荷及配筋的过程，在计算的时候我们需要根据实际情况调整软件的各种参数，以符合实际情况及安全保证,如果先前所建模型不满足要求，就可以通过计算出的各种图形看出，结构师可以通过对计算出的受力图，内力图，弯矩图等等对电算结果进行分析，找出模型中的不足并加以调整，反复至电算结果满足要求为止，这时模型也就完全的确定了.然后再根据电算结果生成施工图，导出到CAD中修改就行了，通常电算的只是上部结构，也就是梁板柱的施工图，基础通常需要手算，手工画图,现在通常采用平面法出图了，也大大简化了图纸有利于施工.
3.绘图
当然，软件导出的图纸是不能够指导施工的,需要结构师根据现行制图标准进行修改，这就看每个人的绘图功底了，施工图是工程师的语言，要想让别人了解自己的设计，就需要更为详细的说明，出图前结构师要确定，别人根据施工图能够完整的将整个建筑物再现于实际中，这是个复杂的过程，需要仔细再仔细，认真再认真。结构师在绘图时还需要针对电算的配筋及截面大小进一步的确定，适当加强薄弱环节，使施工图更符合实际情况，毕竟模型不能完完全全与实际相符.最后还需要根据现行各种规范对施工图的每一个细节进行核对，宗旨就是完全符合规范，结构设计本就是一个规范化的事情.我们的设计依据就是那几十本规范，如果施工图中有不符合规范要求的地方，那发生事故，设计者要负完全责任的......总的来讲，结构施工图包括设计总说明，基础平面布置及基础大样图，如果是桩基础就还有桩位图，柱网布置及柱平面法大样图，每层的梁平法配筋图，每层板配筋图，层面梁板的配筋图，楼梯大样图等，其中根据建筑复杂程度，有几个到几十个结点大样图.
4.校对审核出图
当然，一个人做如此复杂的事情往往还是会出错，也对安全不利，所以结构师在完成施工图后，需要一个校对人对整个施工图进行仔细的校对工作，校对通常比较仔细资格也比较老，水平也比较高，设计中的问题多是校对发现的，校对出了问题后返回设计者修改。修改完毕交总工审核，总工进一步发现问题返回设计者修改，通常修改完毕后的施工图，有错误的可能性就很低了，就是有错误，也对整个结构不会产生灾难性的后果...然后签完字，盖完出图章和注册章，拿去晒图吧...
5.联系单或设计变更
在建筑物的施工过程中，有时候实际情况与设计考虑的情况不符或，设计的施工难度过大，施工无法满足就需要设计变更，由甲方或施工队提出问题，返回设计修改，在施工过程中，设计也需要多次到工地现场进行检查，看施工是否是按照自己的设计意图来做的，不对的地方及时指出修改...

因为时间有限，不可能做过多的描述，所以我只是按整个过程淡淡的讲了一遍，只是写给初入行者或想入行又对设计过程不了解者看的，再请各位前辈不要笑我，同时指出存在的问题...谢谢...

[ 本帖最后由 tahen 于 2009-8-9 21:26 编辑 ]

openluck

2006年05月27日 13:23:43

22楼

四、基础设计
17、地基基础设计时，确定基础面积或桩数量，上部的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值。
18、计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。
19、基础底板的配筋，应按抗弯计算确定，地基反力采用的是荷载效应基本组合时的地基反力设计值。承台配筋计算时，采用相应于荷载效应基本组合时的桩竖向力设计值。
20、静载试验所确定的单桩竖向极限承载力除以安全系数2为单桩竖向承载力特征值Ra。
21、（1）人工挖孔桩的桩长不宜大于40m，亦不宜小于6m，桩长少于6m的按墩基础考虑，桩长虽大于6m，但L/D(D为扩大端直径)<3亦按墩基计算。
（2）人工挖孔桩计算单桩承载力时，桩侧阻力可按混凝土护壁外直径计算，计算桩端阻力和桩身强度时，仅取内径为桩身计算直径。
（3）支承在微风化岩上长径比L/d≤5的端承桩，只计端阻，不计侧阻，支承于其它土层或中风化岩、强风化岩土的桩，端承桩计算摩阻力，但有扩大头的桩，其扩大部分及以上1～ 2m范围内不计桩周侧阻力。
22、对桩基设计，应作两种以上桩型的技术经济对比。
五、构造设计
23、钢筋连接有三种基本型式：搭接、焊接、机械连接。由于现场质量有时得不到保证，对于22及以上直径的钢筋，优先采用机械接头，不宜焊接。
24、用以减少温度和收缩不利影响的后浇带浇筑间隔时间，一般要求60天以上（GB50010-9.1.3条说明）。
25、混凝土收缩及温度变化引起的拉应力是沿板的整个厚度作用，所以特别强调上、下表面同时配置附加钢筋的必要性，GB50010-10.1.9条，根据国内、外工程经验给出板上、下表面每个方向的附加钢筋均不宜小于0.1％的建议。我院已发的暂行规定有关条款需修改，对于阳角房间、屋面所有板块，计算不配钢筋的部位另加抗温度、收缩分布钢筋，板厚120，φ6-200，板厚100，φ6-220。
26、受力钢筋的直径与构件截面高度及跨度应呈一定的比例，GB50010-10.2.1对梁最小钢筋直径作了规定（当梁高h≥300mm时，不应小于10mm;当梁高h<300mm时，不应小于8mm。）。对现浇板，一般考虑（建议）：
板厚120以下的、适宜的钢筋直径为8～12
板厚120～150以下的、适宜的钢筋直径为10～14
板厚150～180以下的、适宜的钢筋直径为12～16
板厚180～220以下的、适宜的钢筋直径为14～18
板厚150以上的板，应采用HRB335。
27、对卧置于地基上的基础筏板，板厚大于2M,除应沿板的上、下表面布置纵横方向的钢筋外，需沿板厚度向不超过1M设置与板面平行的构造钢筋网片，其直径不小于12mm,纵横方向的间距不大于200mm.
28、地下室外墙板以及剪力墙中温度收缩应力较大部位（顶层、外墙），水平分布钢筋配筋率不宜小于0.30％，不应小于0.25％。当墙厚超过400，单侧水平分布筋配筋率不宜小于0.2％。
29、屋面天沟、雨蓬应考虑满水荷载，当天沟、雨蓬深度超过500时，应在天沟、雨蓬侧板设泄水孔，此时水重可计至泄水孔底面，此外还须考虑找坡层的重量。
30、现浇板楼面，考虑在使用周期灵活布置轻质隔墙时，可将隔墙每米长自重的30％作为每平方米楼面的均布荷载标准值计算，且不小于1.0Kpa，其永久值系数可取0.5。
31、现浇板内埋设设备暗管时，管外径不得大于板厚的1/3，交叉管线应妥善处理，并使管壁至板上下边净距不小于25mm。？？？？？？？？？
32、挑檐转角位于阳角时的加强配筋。图
挑檐转角位于阴角时的加强配筋。图
33、结构平面图中，所有受力构件都应相对于轴线标注定位尺寸（阳台、雨篷挑出长度、梁距轴线距离等）。
34、转换层现浇板最小厚度180,最小配筋率0.3%。　　转换层上下各一层现浇板需加强，板厚宜150mm,最小配筋率0.25%.
35、连续跨梁配钢筋时，支座两侧的钢筋直径尽可能相同，以便钢筋穿过支座，避免两侧不同的钢筋都在支座锚固，造成节点钢筋过密，影响节点混凝土浇灌筑。

openluck

2006年05月27日 13:23:54

23楼

我在结构设计中总结出来的几条歪理
看到有不少谈结构设计经验的，受益匪浅。在此本人总结了的几条“更常见”和“更可怕”，供大家讨论。
1、变形过大比构件破坏“更常见”。按正常设计，一般很少会出现构件破坏的事。但实际工程常常出现变形过大（包括裂缝）的事，谁看了都胆战心惊。设计人好没面子。本人的教训：一个工程的楼板厚度不足，虽不会破坏，但在未装修地面时，人一跺脚就颤。
结论：一定要作正常使用状态的验算。
2、地基沉降造比基础破坏“更常见”。由地基沉降造成的建筑物倾斜、开裂等现象很多，但好象没几个人见过基础破坏的事故吧？
结论：重视地基承载力、沉降等计算，做好地基处理，保守点没坏处。基础设计时不必过分放大。
3、湿陷性黄土比液化“更可怕”。湿陷性黄土一旦遇水就玩完，实际情况是常常会漏水。液化只有在地震情况下才有问题。
结论：湿陷性黄土一定要认真处理好。
4、柱子坏了比梁板坏了“更可怕”。柱子一旦坏了会造成大面积倒塌，而且不好补救。梁板坏了一般不至于大面积倒塌，也容易补救。
结论：设计柱子时多想一想安全性，设计梁板时多想一想经济性。
5、构造不正确比构件配筋不足“更可怕”。构造不正确往往会造成隐性的、极大的薄弱环节。配筋稍有不足，一般不会出问题。
结论：重视构造。
6、框架结构中填充墙出问题比承重构件出问题“更常见”。许多人全身心地投入承重构件的计算，忽视了填充墙的拉结、砌筑、抹灰等问题。结果工程还没完工就出现了墙裂缝，抹灰空鼓等现象。工程还没完就让设计人现眼。
结论：重视填充墙的构造。
7、悬挑构件比其它构件“更可怕”。悬挑梁一旦出问题，往往就从高空落下去了。超静定结构的梁坏了，一般是个大裂缝，很少会掉地下。
结论：对悬挑构件不要心疼钢筋。
8、正常使用下的破坏比地震破坏“更可怕”。正常使用下结构坏了，肯定会有人找你的麻烦。地震的时候，谁先死还不知道呢。
结论：不妨单独算一次正常使用情况下的配筋。
9、概念错误比计算错误“更可怕”。概念错了就全错了，往往没救，而且下次还会错。计算错了往往是局部错，好补救，下次就不会错了。
结论：概念不清千万别做设计
10、施工不到位比设计时少配一根钢筋“更可怕”。施工不到位（如节点处砼不密实），你的设计全部白搭，出事的机率很大。设计中少配一根筋，一般能侥幸不出事。
结论：要充分考虑施工的方便性。

今天就这么多吧，说的不一定对，请大家多多批评。

openluck

2006年05月27日 13:24:42

24楼

我的结构设计工作小结－－（2）上部结构部分

1、设计坡屋顶时，梁配筋后，必须自校梁底标高，算出其净高，看是否满足要求，特别是楼梯等入口处。
2、设计坡屋面时，屋脊（阳角、阴角）处，梁可适当减小，当板跨较小时，可以不设梁，否则可能影响使用，净高不足，再者，也会造成看上去影响美观。
3、楼梯柱（中间平台作用处）应该全程加密，因为该柱为短柱。
4、对于迎水面保护层为50mm的混凝土墙，应在50mm内增设Φ8@150双层双向的钢筋网片，以减少混凝土的收缩裂缝。
5、对于梁高的取值，应该考虑建筑空间的需求，要和建筑协商好净高要求。
6、写字楼、商场等8m跨梁，取300x800的梁不好，应取350x700，对于一些大跨度公键，梁宽应适当加大，应取300以上，最好取350、400，因为：
①梁宽加宽，抗剪有利，符合“强剪弱弯”的原则。
②350宽的梁，用四肢箍可以使箍筋直径减小。
③主梁加宽，有利于次梁钢筋的锚固。
7、对于柱的大小，应该尽量做到按轴压比控制，轴压比相差不宜大于0.2，当建筑有要求时，应和建筑协商好该问题。
8、对于高层建筑，顶层板考虑到刚度突变很大，宜加厚到150mm，应充分分析计算结果，判断结构类型。
9、梁配筋时，应充分考虑梁的锚固长度，特别是次梁，应尽量满足图集要求。
10、板配筋时，应注意Ⅰ级、Ⅱ级钢的区别（是否有弯钩），以及板厚不同时，千万注意不能把钢筋拉通。
11、画大样图时，一定要对照建筑大样图和立面图，以达到建筑的里面要求。
12、梁配筋时，应注意腰筋的设置，单侧腰筋应大于 0.1％bhw。
13、柱配筋时，应同时满足配筋率、箍筋、主筋、角筋、最小体积配筋率的要求。
14、后浇带应按新规范加强。
15、高层建筑中，楼板开大洞后，宜按JGJ3-2002第4.3.8条加强。
16、剪力墙墙肢截面高度不宜大于8m，否则应开结构洞。

openluck

2006年05月27日 13:24:52

25楼

在日常结构设计中应注意的问题
----by六儿
------以下发表的部分是自己在工作中的总结，部分来源于已发表的论文，仅供大家参考！欢迎批评指正！（以后将陆续将积累的总结上传）
1、高层建筑的嵌固部位新的《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗震规范》）和《高规》第第5.3.7条规定：“高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。”同时规定了嵌固部位相应的构造要求。但并不是要求地下室顶板必须作为上部结构的嵌固部位。有些高层结构不具备这样的条件，如高层主体范围以外的纯地下室地下一层为绿化覆土层，嵌固部位就应降至地下一层楼板，并按此条件进行相应设计。（高层主体外地下一层为绿化，但是上下层刚度比能满足规范要求的话，可以嵌固至首层楼板，可以考虑此部分土体的嵌固作用。基坑侧壁均有回填，对于没有大的纯地下室，基坑侧壁同样是回填土，情况应该是一样的。我认为不用进行区分by脚踏实地）
2、抗震设计的高层建筑，当地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，新规范除对顶板的厚度及配筋等提出要求以外，还规定：a、“地下室柱截面每一侧的纵向钢筋面积，除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍”。设计时，各柱可在保持地上纵筋布置的情况下，在地下室每一侧的第二排再附加纵筋即可。b、地上一层的框架结构柱和抗震墙墙底截面的弯矩设计值除应按规范各相关条文进行各项调整外，位于地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和，不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和。
3、关于转换梁新的《高规》已经明确规定，当剪力墙墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时，应采取在墙与梁相交处设置扶壁柱或暗柱，或在墙内设置型钢等至少一种措施，减小梁端部弯距对墙的不利影响。但有个别工程设计，将框支梁（转换梁）直接垂直支承于一般厚度的剪力墙上，而未对墙体采取上述加强措施。其中有些转换梁是大跨度单跨梁垂直支承于两端墙体；有些转换梁甚至位于支承墙的门洞边；有些支承墙因多层架空，高厚比不满足要求。这类情况，为增强转换梁两端的约束能力，满足其钢筋锚固要求，必须在转换梁两端的墙体中设置墙体端柱或扶壁柱，或加厚墙体设置暗柱（必要时加型钢），并按框支柱的要求进行设计。
4、新《高规》第10.2.8条，对各抗震等级框支梁纵向钢筋的最小配筋率提高了要求，同时增加了最小面积配箍率的要求，并作为强制性条文。
5、对一、二级抗震等级的剪力墙底部加强部位控制轴压比，并设置约束边缘构件，是《高规》为保证剪力墙的延性，新增加的要求。在剪力墙约束边缘构件配箍特征值为λv/2的区段，规范允许配置箍筋或拉筋。所设拉筋应同时钩住墙体的水平分布筋（或箍筋）和竖向分布筋，而不能有一部分拉筋仅钩住墙体的竖向分布筋。当此区段的体积配箍率或拉筋的竖向间距不能满足规范要求时，应同时设置箍筋。
6、新的《抗震规范》和《高规》对各抗震等级剪力墙在各种情况下的厚度与层高（或无支长度）的比值作了更详细的规定，比旧规范要求更严。当难以满足墙体厚高比的要求时，新规范也给出了墙体稳定的计算方法。
7、地下室外墙作为混凝土构件，在进行截面设计时，侧土压力作为地下室外墙的永久荷载，不仅要乘荷载分项系数，而且因为它起控制作用，按新的《建筑结构荷载规范》其分项系数应取》1.35,（与人防荷载组合时仍取1.2）。另外，严格来讲，地下室外墙的侧土压力应按静止土压力计算，但在实际设计中，经常采用主动土压力计算，已经偏小。因此，不能再不乘分项系数。？
8、高层建筑地下室布置的一些墙体，地上对应位置无墙。如果在设计基础底板时将这些不出地面的墙作为支座，则此墙应按深梁进行设计，核算其剪压比能否满足要求。
9、有些工程的结构设计中，框架梁或剪力墙连梁的抗震等级较高，对构件剪压比验算应予以重视，当电算超限时做必要的处理
10、一些高层建筑设计，南北侧窗台高度不同。如南侧为落地窗或低窗台（200-300mm），北侧为高窗台（900-1100mm）。在结构整体计算中，剪力墙的连梁高度均未考虑窗台，且连梁刚度折减系数取规范最小值0.5，周期折减系数取1.0。但施工图设计，窗台与墙同宽，且与主体混凝土结构整体现浇。在水平荷载作用下，剪力墙结构的实际刚度分布及对整体结构的影响、外墙肢及连梁的内力将与设计状态不符。因此，应按实际连梁高度进行整体计算，或采取以下措施：a、未作为连梁设计的窗台后砌，采取有效施工措施防止不同墙体材料之间出现裂缝；b、减薄混凝土窗台厚度或在窗台墙与窗间墙连接处设控制缝。
11、关于主次梁结点部位（梁面同高）的间接受荷情况，我国新老规范都明确规定应设置附加横向钢筋，并承担全部集中荷载。同时，不允许用布置在集中荷载影响区内的斜截面受剪箍筋代替附加横向钢筋。
12、主次梁楼盖中，当抗震设计框架梁上的荷载以集中荷载为主时，如果按箍筋加密区间距进行电算，对抗震要求的箍筋加密区段以外的截面，因其剪力比支座截面衰减不多，故应验算此截面的斜截面受剪承载力。如计算需要，应延长箍筋加密区的长度。
13、抗震设计时的型钢混凝土框支柱或框架柱，其箍筋设置除满足规范规定的体积配箍率及构造要求以外，同一截面内的箍筋肢距，同样要满足规范对钢筋混凝土框架柱的要求。必要时仍要设置复合箍。
14、在较为复杂的结构平面布置中，经常存在多方向柱网相接区域。有些设计将每根柱与周围各柱均用框架梁连接起来，形成不同方向的多梁交于一柱，导致节点区钢筋锚固和混凝土施工困难。实际上，对于现浇梁板结构，水平地震力主要靠楼板传递，每根柱只要在两个接近垂直的方向有梁连接即可，不必将所有柱都连起来。