建筑工程结构设计要点.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除目录设计要点4剪力墙4板的厚度5连梁7简介7工作机理7设计建议8注意事项8配筋计算9其他信息9PKPM建模10PM 建模十不要10Pm 建模不可忽略的几种操作10PMCAD错层结构的建模讨论11PMCAD改模应注意的问题11PMCAD构件定义概念12PM中荷载导算的技术条件里的支撑点术语解释12彻底认识PM的标准层概念13PM建模中次梁按主梁输和按次梁输的区别13PM建模为什么要避免短梁14短柱15短柱（概念的延伸）15结构设计应用梁板柱施工图19楼梯结构设计计算21施工图优化38基础设计39CAD快捷操作46轴压比58编辑本段取值58剪跨比59朱炳寅讲座的听课笔记60建筑结构设计中荷载的确定64如何区分：基础梁，基础拉梁，基础连梁，地下框架梁，地梁69拉梁与基础梁的区别以及相应的计算方法173多层框架梁、柱配筋电算结果的人工调整75梁的核对要点75板配筋小结77简略概述如何用satwe计算舒适度80水池及游泳池的设计资料80关于线刚度的讨论81后期绘制结构施工图时需注意的几点82框架柱及剪力墙结构设计83第一部分框架柱结构设计83一、框架柱的受力特点83二、框架柱的截面选择84三、框架柱的构造要求86四、框架柱配筋设计88五、框架柱施工图的绘制方法89六、框架柱设计容易出现的问题90第二部分剪力墙结构设计90一、剪力墙的特点90二、剪力墙布置92三、剪力墙墙厚94四、对边缘构件进行配筋设计，要掌握以下几个方面内容。102五、剪力墙施工图绘制的几点规定111四、TSSD的实例116设计要点剪力墙剪力墙布置剪力墙如何布置、数量多少，是关系结构安全和技术经济合理性的关键，其布置的基本原则是：（1） 剪力墙宜沿主轴方向或其它方向双向布置，剪力墙墙肢截面宜简单、规则；（2） 剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近，楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；长矩形平面或者平面有一部分较长的建筑物中，横向剪力墙沿长方向的间距应符合下表的要求，纵向剪力墙不宜集中布置在房屋的两尽端。剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近；剪力墙间距（m）楼盖形式非抗震设计（取较小值）抗震设防烈度6度、7读（取较小值）8度（取较小值）9度（取较小值）现浇5.0B，604.0B，503.0B，402.0B，30装配整体3.5B，503.0B，402.5B，30注：表中B为楼面的宽度，单位为m。（3） 平面形状凹凸较大时宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；（4） 纵、横剪力墙宜组成L形、T形和形等形式；（5） 单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40%；（6） 剪力墙宜贯通建筑物的全高，以避免刚度的突变；剪力墙开洞时，洞口宜上下对齐；（7） 楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置；（8） 剪力墙宜设在框架梁、柱轴线平面内并保持对中，墙左、右端的框架柱应保留；（9） 剪力墙的总高度与其截面高度之比不应小于2，墙肢截面高度不宜大于8m，当剪力墙墙肢截面高度大于8m时，可用门窗洞口或用施工洞形成连肢墙；（10） 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁。剪力墙的混凝土强度不应低于C20；框架剪力墙结构中的剪力墙应设计为带边框的剪力墙，带边框剪力墙的混凝土强度等级宜与边框柱相同；剪力墙除应满足布置要求外还应满足的要求有：（1） 带边框剪力墙的截面厚度，抗震设计时，一、二级剪力墙的底部加强部位均不应小于200mm，且不应小于层高的1/16，其他情况下墙厚度不应小于160mm，也不应小于层高的1/20；（2） 剪力墙的总高度与总长度之比H/L宜大于2；墙肢截面高度h与厚度b之比不宜小于3，否则应视为柱。板的厚度在现浇楼盖中，板的混凝土用量可占到整个梁板结构混凝土总用量的50%70%。因此，从减少材料用量看，板厚宜取较小值。但是，所有各类楼盖均应满足承载力和刚度以及设备埋管等要求。因此，板厚也不宜过小。现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20，不宜高于C40。楼板的厚度可按以下要求初估：现浇钢筋混凝土板的最小厚度（mm）板的类别最小厚度板的类别最小厚度单向板屋面板60密肋板肋间距小于或等于700mm40民用建筑楼板60肋间距大于700m50工业建筑楼板70悬臂版板的悬臂长度小于或等于500mm60行车道下的楼板80板的悬臂大于500mm80双向板80无梁楼板150高规规定，一般楼层现浇楼板厚度不应小于80mm，当板内预埋暗管时不宜小于100mm；顶层楼板厚度不宜小于120mm，宜双层双向配筋；普通地下室顶板厚度不宜小于160mm；作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋；现浇预应力混凝土楼板厚度可按跨度的1/501/45采用，且不宜小于150mm。1可按经济配筋率验算。做法如下：（1） 初步选定（一般取0.6%0.8%），及钢筋和混凝土材料强度值、；（2） 按“现浇钢筋混凝土板的最小值厚度”及上述原则初取板厚h；（3） 由求出；（4） 由下式求得相应于的板截面有效高度：式中 -系数，混凝土强度等级C50时，取1.0，当混凝土强度等级为C80时，取0.94，其间按线性内插值法确定。 M作用于板跨中截面上的弯矩设计值，根据板的边长、支撑情况、荷载，按单向或双向板计算。作用于板上的恒荷载可由初选的h及材料单位体积自重求出，板活荷载可查建筑结构荷载规范（以下简称荷载规范）。 b板计算单元宽度，取b=1000mm。（5）将求出的加20mm并按建筑模数凑整，若所得值比初值取的h稍小且接近时即可以初选的h作为设计的板厚。2根据实践经验选取。连梁简介在剪力墙结构和框架剪力墙结构中 ,连接墙肢与墙肢 ,连梁是指两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁。连梁一般具有跨度小、截面大 ,与连梁相连的墙体刚度又很大等特点。一般在风荷载和地震荷载的作用下 ,连梁的内力往往很大。高层建筑中，由于连梁两端墙肢的不均匀压缩，会引起连梁两端的竖向位移差，这也将在连梁内产生内力。在设计时，即使采取降低连梁内力的各种措施，如 :增大剪力墙的洞口宽度 ；在连梁中部开水平缝；在计算内力和位移时对连梁刚度进行折减 ；对局部内力过大层的连梁进行调整等，仍难使连梁的设计符合要求。工作机理在风荷载和地震荷载作用下，墙肢产生弯曲变形，使连梁产生转角，从而使连梁产生内力。同时连梁端部的弯矩、剪力和轴力又反过来减少了墙肢的内力和变形，对墙肢起到了一定的约束作用，改善了墙肢的受力状态。高层建筑剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分两种，即脆性破坏(剪切破坏 )和延性破坏(弯曲破坏 )。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连梁对它的约束作用，将成为单片的独立墙。这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并且进一步增加P效应 (竖向荷载由于水平位移而产生的附加弯矩 )，并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。但在地震反复作用下，连梁的裂缝会不断发展、加宽，直到混凝土受压破坏。设计建议在墙肢和连梁的协同工作中，剪力墙应该具有足够的刚度和强度。在正常的使用荷载和风荷载作用下，结构应该处于弹性工作状态，连梁不应该产生塑性铰。在地震作用下，结构允许进入弹塑性状态，连梁可以产生塑性铰。根据抗震设计规范总则的要求，建筑物在遭受低于该地区设防烈度的多遇地震影响时，一般不损坏或不需修复仍可使用，当遭受高于该地区设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。因此，剪力墙的设计应该保证不发生剪切破坏，也就是要求墙肢和连梁的设计符合强剪弱弯的原则，同时要求连梁的屈服要早于墙肢的屈服，而且要求墙肢和连梁具有良好的延性。注意事项因此在实际工程中要使连梁设计满足强剪弱弯的原则就必须考虑以下几个方面 ：关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝,刚度减弱，内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。根据钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程第 4 1 7条规定 ：“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于 0.50。”一般在实际设计中我们在 0.50 1之间取值，以符合截面设计的要求。高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010的5.2.1条文说明指出对于重力荷载、风荷载作用效应计算不宜考虑连梁刚度折减；对有地震作用效应组合工况，均可考虑连梁刚度折减。1建筑抗震设计规范GB50011-2010的6.2.13条文说明2指出计算位移时，连梁刚度可不折减。2加连梁跨度减少高度。在连梁设计中，刚度折减后，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，使连梁的承载力有可能不超限。如果只是部分连梁超筋或超限，则可采取调整连梁内力来解决。调整的幅度不宜大于2 0 %，且连梁必须满足“强剪弱弯”的要求。增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。提高混凝土等级。混凝土等级提高后，结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。地震区高层建筑的剪力墙连梁，在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求，配置相应的纵向钢筋。此时，如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置，使连梁的承载力符合要求。上述各种措施中，在能满足整体刚度的情况下，可先采用刚度折减，如仍超限可采用其余各种措施。配筋计算根据钢筋混凝土高层建筑结构设计和施工规程，在连梁设计方面，对于连梁非抗震设计，抗震设计时跨高比大于 2.5及小于 2.5两种情况，在截面受剪承载力及配筋方面均有不同规定。在结构计算时这类连梁往往发生受剪承载力的超限，这时可以将受力筋均匀布置，同时考虑到连梁以承载水平荷载为主，支座弯矩主要由水平荷载引起，在反复的水平荷载作用下支座截面上、下受拉筋面积相近，可以采用截面对称配筋。在连梁配筋中，配置平行筋往往导致斜向受拉破坏或由于箍筋过量而发生剪切滑移破坏，这些破坏将导致连梁的滞回曲线变坏，耗能能力下降。若采用菱形配筋方式,可以克服这些不足之处。其他信息高层建筑剪力墙连梁的设计受很多因素的制约。连梁的内力和剪力墙的多少、每片剪力墙的水平力大小、连梁的刚度、与之相连的墙肢刚度等都有关。因此在设计时，问题是比较复杂的，设计时要把互相制约的因素统一协调，以取得比较理想的结果。PKPM建模PM 建模十不要1.平面节点不要过密，出现200的短梁，300的短墙。 2.竖向同一构件上下层节点不要不齐。 3.偏心构件不要偏到相邻节点上。 4.布墙处上下层节点不要不对应一致。 5.墙不要悬空。 6.两节点上有弧梁时不要不在中间加一节点。7.不要将斜杆端点布在层间。8.不要用层间梁当错层梁用。 9.不要忘了一个柱截面内有多个节点时将梁布通至柱节点。10.不要跨节点布洞。 11.不要用轴线拉伸和平移在已输入荷载的情况下改模。Pm 建模不可忽略的几种操作1.取数布置，任意点取一种已定义构件后，点取数，再点已布的想要再布的构件即可 2.tab键准确输入第一点和在非捕捉状态转换到捕捉状态。 3按住ctrl，按住左键拖动即可查看各个角度的三维显示。 4.各种编缉复制和布置等效。 5.右键单击修改。指向构件。 6.右键重复命令。空白处 7.不明白操作请查手册。 建模和改模最好不要用拉伸和平移命令，因为如果使用这两个命令，导致构件对位关系文件破坏，荷载无法以座标关系对位，要求改由构件编号对位，这种情况软件商要求认真审查校核荷载。 PMCAD 中网格、节点与构件之间的关系 柱只能布到一个节点上，与此节点相关的梁荷会传到这根柱上。一个网格上只能布一根梁或墙。 构件属于网格或节点，任意偏心的布置方式，也不能脱离所属网格或节点正反举两个例子:比如一个网格上布了一根梁，网端节点上有柱子，当梁偏心布到柱截面以外时，这根梁仍属这两柱，荷载仍传在了柱上，与实际不一致，建模错误。又如一根梁用偏心方式偏过到了不是此梁网格节点的另两节点的柱上，荷载仍导在布梁网格的两端节点的构件上，不会导在因偏布相连的构件上。总之，网格节点与构件间存在一一对应关系，构件间的支承导荷关系也是构件所属网格节点的关系。任意偏心布置也不能脱离这种关系的限制所以偏心布置构件要注意网格和节点所含构件截面间合理支承连接。此点对一个pkpm使用者至关重要，请仔细体会。PMCAD错层结构的建模讨论1.软件原理：如果取平均层高或按梁错层建模，错层楼板按同一层楼板对待，如果分两层建模，其楼板作为两层独立楼板计算。楼层质量阵维的变化引起地震作用对应构件改变，从而内力计算及分配结果也改变。 2.建模原则：小错层（小于梁高或500）按错层上下层平均层高建模，梁按错层梁定标高。大错层人为分两层建模。 3.框架结构：错层小于500，按梁布置方式实现。500-1000可按平均层高法和梁错层一起实现以减小误差,但要注意错层相接部位不要形成短柱，以增大梁高解决。大于1000要按两层建模。 4.墙结构：小于1000按平均层高法，大于1000分两层输入。 5.具体工程要具体分析，不能一刀切。当错层面积比很小时，可以简化一点，概念设计加强一下。 6.梁布置一定要注意因错层导致其上的梁或柱悬空，引起丢失荷载。墙下一定要有梁，否则无法导荷。布完后对照三维图好好检查。 7.分两层建模的，要按复杂高层、总刚法计算。简化为一层的小错层按一般结构计算,侧刚法还是总刚法看具体情况选择。PMCAD改模应注意的问题1.改模是指PMCAD前三步都走完的情况等。 2.输入了梁墙荷载后，如果再做修改节点，删补等，相关节点相连的杆件的荷载将作等效，替换，合并或拆分。此时应核对相关的荷载。 由于节点改动，次梁楼面信息和楼面荷载传导信息将发生丢失或出错，要对相关部位的二三步进行查对。 3.替换杆件原输入荷载不会丢，删除重布则丢失，要重布。 4.如果结构标准层增加，新加的标层楼面布置信息要补定义，否则没有布置信息。 5.如果结构标准层增加，新加的标层楼面荷载传导计算第三步要补定义，否则，没定义过。 6.如果改模时用了平移，拉伸，镱相等命令，在楼面信息里取保留原荷载，则杆件荷载改由按杆号对位，要认真校对荷载。如果想避免按杆号对位仍由节点对位，就选第一次输入，重新走第三步就行了。PMCAD构件定义概念1.柱，偏心或轴心受压构件 2.主梁，楼面梁，参与地震分析 3.次梁，楼面梁，不参与地震分析，主次梁其它区别另有贴说明 4.层间梁，非楼面梁，在三维有限元程序中计入了对相连构件刚度的影响，但没有此构件的分析结果。 5.斜杆。轴力构件，不能用于偏压构件，用于斜柱，支撑等，不论用在啥地方，要清楚，只能做轴力构件。 6.错层斜梁，楼面主梁用 7.墙，洞口 8.节点问题要认真对待PM中荷载导算的技术条件里的支撑点术语解释1.支撑点，系指与下层相连的墙或柱，并非指节点。两节点之间的一段墙为一个支撑点，一个柱为一个支撑点。 2.上层墙荷下传的原则是，据上层墙找出包含在其左右节点中的下层的所有节点。找出这些节点中的支撑点数n，当n大于等于2，线分上层墙荷到下层相关竖向杆件，当n小于等于1，将上层墙当作梁和下层梁一起以梁系法下传给下层相关竖向杆件。当n等于0，就成了墙悬空，此时必须在有墙位置的下层布梁才能将荷载导下去，否则丢失荷载。彻底认识PM的标准层概念1.结构布置相同，指梁柱墙挑板洞口的平面布置相同，不包括柱长，墙高等竖向构件的长度信息。 2.输入荷载相同，不包括楼面荷载。 3.相同标准层是指上下紧邻连续的楼层。不连续时即使1，2相同也不是一个标准层，要重定义。 4.同一荷载层是指楼层相邻楼面荷载相同的层。否则要重定义。 5.pkpm实现了楼面荷载，结构布置，层高的分离，有利于快速灵活地建立计算模型。 6.总结：结构布置相同，输入荷载相同，连续相邻的楼层为同一标准层。PM建模中次梁按主梁输和按次梁输的区别（一）导荷方式相同 这两种输入方式形成的次梁均可将楼板划分成双向或单向板，以双向或单向板的方式进行导荷。 （二）空间作用不同 1.梁按次梁输时，输入的次粱仅仅将其上所分配的荷载传递到主梁上，次梁本身的刚度不代入空间计算中，即对结构的刚度、周期、位移等均不产生影响。 2.次梁按主梁输时，输入的次梁本身的刚度参与到空间计算中，即对结构的刚度、周期、位移等均会产生影响。 （三）内力计算不同 1.梁按次梁输时，次梁的内力按连续梁方式一次性计算完成，主梁是次梁的支座。 2.次梁按主梁输时，程序不分主次梁，所有梁均为主梁。梁的内力计算按照空间交叉梁系方式进行分配。即根据节点的变形协调条件和各梁线刚度的大小进行计算。主梁和次梁之间没有严格的支座关系。 工程实例 本工程实例主要用于说明为什么有些悬挑梁在计算时没有按悬挑梁计算？该工程局部悬挑梁的布置如图1所示（图略，图1显示的局部悬挑梁布置是平行的三道梁，上下两道为框架梁，中间为支承在另一方向上的框架梁上的连续梁，均有挑梁）。 （2）计算结果 如上图所示，从主框架梁中间悬挑出去的梁端负筋明显小于从柱悬挑出去的梁端负筋。 以下是这两种梁的内力计算结果： 表1 图中中间悬挑梁内力值 截面号I1234567J M-61.0-52.2-43.9-36.3-29.8-24.3-19.6-15.6-12.4 Top Ast652652652652652652652652652 M0.00.81.51.92.11.91.50.80.0 Btm Ast652652652652652652652652652 Shear40.038.235.632.227.923.720.217.615.9 Asv61.461.461.461.461.461.461.461.461.4 表2 图中下部悬挑梁内力值 截面号I1234567J M-61.0-52.2-43.9-36.3-29.8-24.3-19.6-15.6-12.4 Top Ast652652652652652652652652652 M0.00.81.51.92.11.91.50.80.0 Btm Ast652652652652652652652652652 Shear40.038.235.632.227.923.720.217.615.9 Asv61.461.461.461.461.461.461.461.461.4 力分析 通过梁的内力文件可以看出，从主框架梁中间悬挑出去的梁端负弯矩明显小于从柱悬挑出去的梁端负弯矩。这主要是因为当这两种悬悬挑梁都按主梁输时，梁的内力计算按照空间交叉梁系方式进行计算。由于柱的线刚度大，变形小，因此对悬挑梁的约束能力强，则相应的梁端负弯矩大。而主框架梁的平面外抗扭刚度小，变形大，因此对悬桃梁的约束能力低，则相应的梁端负弯矩就小。 PM建模为什么要避免短梁1.软件明确提出网格长度小于200上的梁，其实这只是软件上的一个划分点。做结构的要彻底了解短梁（长度不大的梁）存在对分析结果的影响。 2.不论主梁还是次梁，在建模时只要你按主梁输入，其实在有限元分析时没有主次梁之分，变形协调是唯一的分析原则。 3.主梁被另一方向上的梁节点打断后如果在有限元里就是两根梁了，因为变形协调，梁与梁相交点其实是互为支承，不存在主次关系。短梁线刚度很大，导致吸收过大地震力，形成剪扭超限，相应地也影响了其它梁的抗震安全，从而降低了整体结构分析精度。4处理短梁的方式，发挥构件可以任意偏心的特点，避免近矩离轴线; 建模时按次梁输入，使次梁不参加整体分析; 根据实际情况做简化处理 结构建模同时要避免短墙，因为短墙小于等于300时将被忽略，不存在，导致墙元出口上下不连续，无法对位。引起导荷错误，分析错误。 短柱钢筋混凝土结构中按内力计算值得到的剪跨比 /（）不大于2、以及反弯点在柱子高度中部且柱净高与截面高度之比 /h不大于4的柱称为短柱。（实际工程中，应注意由于实心粘土砖填充墙对框架柱的约束，如：框架柱间砌筑不到顶的隔墙、窗间墙以及楼梯间休息平台使框架柱变成短柱）。 短柱的变形特征为剪切型，在地震作用时，容易发生脆性破坏，导致结构的严重破坏甚至倒塌。设计时，对于短柱的抗震验算，其轴压比限值比一般柱降低0.05，抗震等级为一级时每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%，应使其剪力设计值满足规范6.2.9条式6.2.9-2的要求；构造方面，箍筋应沿柱子全高加密，间距不应大于100mm，宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，其体积配箍率不应小于1.2%，9度时不应小于1.5%，梁柱节点核芯区的体积配箍率不小于柱端的较大值（体积配筋率计算时，可以计入在节点有效宽度范围内的梁的纵向钢筋）。对于剪跨比小于1.5的超短柱要专门研究，如采取增设交叉斜筋、外包钢箍、设置型钢或将抗震薄弱层转移到相邻的一般楼层等合理并经验证有效的构造措施，防止短柱剪切（或粘着）破坏，增加其耗能能力。短柱（概念的延伸）短柱的正确判定规程和规范都规定，柱净高与截面高度之比为短柱，工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱，这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比的柱才是短柱，而柱净高与截面高度之比的柱其剪跨比不一定小于，亦即不一定是短柱。按来判定的主要依据是：；考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点，取.，则.，由此即得。但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按来判定短柱，而应按短柱的力学定义-剪跨比来判定才是正确的。框架柱的反弯点不在柱中点时，柱子上、下端截面的弯矩值大小就不一样，即。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一样的，即。此时，应采用哪一个截面的剪跨比来判断框架柱是不是属于短柱呢？笔者认为，应该采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值，即取（，）。其理由如下：框架柱的受力情况有如一根受有定值轴压力的连续梁，柱高相当于连续梁的剪跨，已有的试验研究结果表明：对于剪跨不变的连续梁，当截面上、下配置的纵筋相同时，剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段；对于框架柱，临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段。事实上，在柱高或连续梁剪跨的范围内，最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的。钢筋砼构件的抗剪承载力是随剪跨比增大而降低的。所以，同样条件下，弯矩较大区段的截面抗剪承载力要比弯矩较小区段的小，在荷载作用下，如果发生剪切破坏，就只能是在弯矩较大区段上。用来判断框架柱是否属于短柱的剪跨比当然应是可能发生剪切破坏截面的剪跨比。一般情况下，在高层建筑的底部几层，框架柱的反弯点都偏上，即。此时，可按式（）或式（）判定短柱：或Hnh2yn(2)式中，- -层柱的反弯点高度比，根据几何关系，可得：()，其中，；- -层柱的净高。式（）具有一般性。当反弯点在柱中点时，.，式（）即成为；当反弯点在柱上端截面时，式（）即成为；如果框架柱上不出现反弯点，就应采用最大弯矩作用截面的剪跨比来判断短柱。当需要初步判断框架柱是否属于短柱时，可先按值法确定柱子的反弯点高度比，然后按式（）判断短柱。在施工图设计阶段，可根据电算结果作进一步判断短柱的概念对短柱进行设计之前,首先要判别哪些柱是短柱或哪种受力状态易形成短柱。目前,在工业与民用建筑的框架、框剪设计中,普遍采用PKPM等设计软件进行设计,但目前的软件设计还不完善,在进行电算时,对短柱不能进行自动判别,因此短柱需要设计人员利用电算结果另行设计。 短柱出现时,可以通过多种方法来提高短柱的承载力或变形能力,使短柱的抗震性能获得提高,从而避免发生脆性破坏,保证结构安全。 房屋建筑中的短柱一般是指，净高与截面宽度之比不大于4的柱，包括因嵌砌粘土砖填充墙形成的柱,就是短柱。另一种说法是柱净高和截面高度之比不大于3的柱是短柱。 混凝土结构设计规范11.4.11中要求柱的剪跨比宜大于2。 建筑抗震设计规范6.3.6中要求柱子的剪跨比宜大于2。 剪跨比=M/Vh0 短柱：钢筋混凝土结构中按内力计算值得到的剪跨比MC/(VCh0)不大于2、反弯点在柱子高度中部、柱净高与柱截面高度之比Hn/h不大于4。实际工程中，应注意由于实心粘土砖填充墙对框架柱的约束，如：框架柱间砌筑不到顶的隔墙、窗间墙以及楼梯间休息平台使框架柱变成短柱。还应注意计算的方向，柱子的截面高度应选取沿填充墙平面内的柱子截面尺寸，而不是选取柱子截面尺寸最大值(尽管这二者有时可能会相同)。 短柱的几种类型 1.错层短柱。出现于楼层不同标高相连接的柱。 2.夹层短柱。出现于带走马廊的夹层中。 3.全层短柱。 4.填充短柱。这是柱被硬质装修所约束形成的短柱。虽然柱身较长，在构造上仍应按短柱对待。 关于短柱相关资料 1、形成短柱的情况：框架柱间砌筑不到顶的隔墙、窗间墙；楼梯间休息平台使框架柱变成短柱。错层短柱：出现于楼层不同标高相连接的柱。夹层短柱：出现于带走马廊的夹层中。2、形成短柱的原因：刚性窗裙填充墙嵌固作用使柱的实际长度减短，抗推刚度增大，分担的地震剪力增多，但结构设计时忽略此情况，而按照一般框架柱设计以致窗裙以上部分的柱身因强度不足而开裂甚至破坏断裂；即窗裙以上部分的柱已成为短柱。3、短柱量化判定：判断是否为短柱的重要参数为剪跨比。当时即为短柱。一般情况下框架柱的反弯点都在柱中点附近，因此有代入中即可得到：。但作为判定短柱的量化标准是有一定适用范围的。比如高层建筑底部几层，受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按来判定短柱，而应按剪跨比来定义短柱才正确。4、何谓刚性填充墙我也是比较认可中华钢结构论坛中zcm-c.w.的观点，他的观点是：至少一般的砌体填充墙都应该属于刚性填充墙。填充墙是刚性还是柔性肯定是不能以墙体后砌即为柔性来判别。但中华钢结构论坛中zcm-c.w.提出：柔性填充外墙就是专指各类建筑幕墙(按幕墙做法)，如玻璃幕墙、石材幕墙、铝板或钢板幕墙、混凝土幕墙等。室内(柔性)隔墙选用金属板或玻璃隔墙，与主体结构不直接接触，留有缝隙(一般1520mm)，并用柔性密封胶填缝。 除此之外应都属于刚性填充墙。但目前暂时未找到相关规范说明。当然砌体填充墙对钢筋混凝土框架结构的作用是有利有弊。框架结构中刚性填充墙作为第一道防线，可以增加结构的刚度，消耗一部分地震能量，利于框架抗震；但同时刚性填充墙布置不当容易使结构抗侧刚度偏心而产生扭转或者使框架柱形成短柱。柔性填充墙虽不至产生扭转或者形成短柱的不利影响，但同时在结构抗震方面贡献亦比较有限。傅学怡教授在汶川、台湾建筑震害启示改进规范的几点建议中建议采用新材料，新体系，以达到质轻柔性连接。这样即使地震来了，也不会坏，不会造成人员的死亡。这些材料的柔性连接，可以保证结构的防震能力。此外规范中规定：钢筋混凝土结构中的砌体填充墙，宜与柱脱开或采用柔性连接，以减少对主体结构的不利影响。5、注意点主要是截面计算时轴压比要比一般柱降低0.05，柱的箍筋需全高加密。跨比小于1.5的柱，轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施。结构设计应用一、 建模1. 熟悉建筑提供的条件图，了解建筑功能，做法（考虑荷载的取值），提出未达到条件深度的地方；2. 布置合理的结构受力体系，提出因结构需建筑作出调整的内容；估算构件截面尺寸（根据跨度估算梁截面，根据A=N/fc估算柱截面），边梁截面应该考虑建筑立面；3. 进行人机交互输入（注意梁柱的定位，各层信息中梁板柱混凝土标号，板厚，楼层计算高度，设计参数的输入，此处的设计参数在从PM生成的各种结构计算文件中均起控制作用）；4. 输入次梁、楼板信息（楼板开洞、修改板厚、悬挑板、楼板错层与梁错层）；5. 荷载输入时不可漏、错项，梁上荷载主要包括墙体荷载、楼梯荷载、水箱荷载和吊车荷载，如功能、板厚特殊的楼板应该对恒载、活载进行修改；6. satwe参数输入（结构基本周期可由第一次计算后反代重算）；7. 计算完成后检查各种参数是否满足规范要求，是否合理，主要有柱轴压比、有无超筋、层间位移限制、薄弱层放大系数、剪重比、有效质量系数等；8. 若有发现不合理处，应调整后重新计算；9. 达到计算结果合理后，提交构件截面尺寸给相关专业较核，是否有碰头、矛盾。二、 结构施工图(一)板1. 满足配筋率不小于0.2和45ft/fy的大者；2. 在单向板的长向和双向板的上部应设置分布筋，配筋率不小于0.15；3. 相邻板跨出现跨度相差较大，板负筋可拉通，如厨房卫生间等小跨板；4. 尽量采用小直径小间距钢筋，对板防裂有利(大跨度板因板厚较大除外)；5. 大跨度板应适当加大板底钢筋；6. 图纸表达时应注意降板、降梁的边界表达以及不同板厚度应注明清楚；7. 次梁定位尺寸可在板施工图中标注。（二）梁1. 满足配筋率不小于0.2和45ft/fy的大者，不大于2.5；2. 梁端面底部和顶部纵向钢筋配筋量的比值，一级框架时不小于0.5，二、三级框架不小于0.3；3. 加密区箍筋直径、间距、肢距应满足规范要求，当框架梁配筋率大于2时，箍筋直径增大2mm；4. 梁侧构造钢筋的配置（对防止梁侧面的开裂具有很重要的作用）：混凝土规范10.2.16；5. 满足钢筋间距规定混凝土规范10.2.1；6. 通长钢筋尽量取小直径钢筋，可以减少钢筋用量，钢筋排数尽量少，以充分利用混凝土受压区（计算时程序是取两排计算）；7. 框架梁的负筋只需按照计算结果配置，不必放大（因为一般计算时已经对负弯距进行调幅）；8. 梁的配筋率不宜太低（当小于1时，梁的计算裂缝宽度有可能不能满足规范要求）；9. 抗震设计时，框架梁的非加密区箍筋的配筋率应满足混凝土规范11.3.9条关于最小配箍率的规定；10. 弯剪扭梁的最小配箍梁等同于二级框架梁；11. 次梁放在主梁上及梁上起柱，主梁不一定需要设置附加横向钢筋，如需设置，宜优先选用附加箍筋；12. 纵横框架梁梁标高相同时，在相交处有一框架梁负筋排在另一框架梁负筋下面，由于h0减小，应适当增加其负筋。（三）柱1. 满足抗规6.3.8关于最小总配筋率及单侧最小配筋率的规定；2. 满足柱箍筋加密区的规定，满足柱关于体积配箍率的规定；非加密区体积配箍率不宜小于加密区的50；3. 判断是否属于短柱（剪跨比不大于2和柱净高与截面高度比不大于4的柱），短柱应箍筋全加密；4. 柱钢筋直径的选择：脚筋直径不宜小于18，中部钢筋直径不宜小于16；5. 应该满足混凝土规范10.3.1和11.4.13关于柱纵向钢筋间距的规定；6. 在同一根柱子中，纵向钢筋直径不宜上小下大；7. 箍筋肢距不宜太小（混凝土浇注不方便）；8. 柱钢筋宜适当放大。楼梯结构设计计算楼梯的平面布置，踏步尺寸、栏杆形式等由建筑设计确定。板式楼梯和梁式楼梯是最常见的现浇楼梯，宾馆和公共建筑有时也采用一些特种楼梯，如螺旋板式楼梯和剪刀式楼梯(图8-1)。此外也有采用装配式楼梯的。这里主要介绍板式楼梯和梁式楼梯的计算机构造特点。(a)剪刀式楼梯 (b)螺旋板式楼梯图8-1 特种楼梯 楼梯的结构设计包括以下内容：1) 根据建筑要求和施工条件，确定楼梯的结构型式和结构布置；2) 根据建筑类别，按荷载规范确定楼梯的活荷载标准值。需要注意的是楼梯的活荷载往往比所在楼面的活荷载大。生产车间楼梯的活荷载可按实际情况确定，但不宜小于3.5kNm(按水平投影面计算)。除以上竖向荷载外，设计楼梯栏杆时尚应按规定考虑栏杆顶部水平荷载0.5kNm(对于住宅、医院、幼儿园等)或1.0kNm(对于学校、车站、展览馆等)；3).进行楼梯各部件的内力计算和截面设计;4) 绘制施工图，特别应注意处理好连接部位的配筋构造。1板式楼梯板式楼梯由梯段板、休息平台和平台梁组成(图8-2)。梯段是斜放的齿形板，支承在平台梁上和楼层梁上，底层下端一般支承在地垄墙上。板式楼梯的优点是下表面平整，施工支模较方便，外观比较轻巧。缺点是斜板较厚，约为梯段板斜长的125130，其混凝土图8-2 板式楼梯的组成图8-3 梯段板的内力用量和钢材用量都较多，一般适用于梯段板的水平跨长不超过3m时。板式楼梯的计算特点：梯段斜板按斜放的简支梁计算(图8-3)，斜板的计算跨度取平台梁间的斜长净距。设楼梯单位水平长度上的竖向均布荷载(与水平面垂直)，则沿斜板单位斜长上的竖向均布荷载(与斜面垂直)，此处为梯段板与水平线间的夹角(图8-4)，将分解为: 此处分别为在垂直于斜板方向及沿斜板方向的分力，忽略对梯段板的影响，只考虑对梯段板的弯曲作用。设为梯段板的水平净跨长， 为其斜向净跨长, 因 故斜板弯矩: 斜板剪力: 因此，可以得到简支斜板(梁)计算的特点为：1) 简支斜梁在竖向均布荷载(沿单位水平长度)作用下的最大弯矩，等于其水平投影长度的简支梁在此作用下的最大弯矩;2) 最大剪力等于斜梁为水平投影长度的简支粱在作用下的最大剪力值乘以;3) 截面承载力计算时梁的截面高度应垂直于斜面量取。虽然斜板按简支计算，但由于梯段与平台梁整浇，平台对斜板的变形有一定约束作用，故计算板的跨中弯矩时，也可以近似取。为避免板在支座处产生裂缝，应在板上面配置一定量钢筋，一般取8200mm，长度为。分布钢筋可采用6或8，每级踏步一根。平台板一般都是单向板，可取lm宽板带进行计算，平台板一端与平台梁整体连接，另一端可能支承在砖墙上，也可能与过梁整浇，跨中弯矩可近似取为，或取。考虑到板支座的转动会受到一定约束，一般应将板下部受力钢筋在支座附近弯起一半,必要时可在支座处板上面配置一定量钢筋,伸出支承边缘长度为, 如图(8-5)所示。图8-4 斜板上的荷载 图8-5 平台板配筋例8-1 某公共建筑现浇板式楼梯，楼梯结构平面布置见图(8-6)。层高3.6m，踏步尺寸150 300mm。采用混凝土强度等级C25，钢筋为HPB235 和 HRB335。楼梯上均布活荷载标准值=3.5kNm2，试设计此楼梯。1. 楼梯板计算 板倾斜度 设板厚h=120mm；约为板斜长的130。 取lm宽板带计算(1) 荷载计算 图8-6 例8-1的楼梯结构平面 荷载分项系数 基本组合的总荷载设计值 表8-1 梯段板的荷载 (2) 截面设计板水平计算跨度弯矩设计值 选配10110mm, As=714mm2分布筋8，每级踏步下一根，梯段板配筋见图(8-7)。表8-2 平台板的荷载2. 平台板计算设平台板厚h=70mm, 取lm宽板带计算。(1) 荷载计算总荷载设计值 (2) 截面设计板的计算跨度弯矩设计值 选配6/8140mm, As=281mm2 平台板配筋见图(8-7)。图8-7 梯段板和平台板配筋3. 平台梁B1计算 设平台梁截面 (1) 荷载计算总荷载设计值 (2) 截面设计计算跨度 弯矩设计值剪力设计值截面按倒L形计算, 经计算属第一类T形截面, 采用HRB335钢筋 选214+116，As=509.1mm2斜截面受剪承载力计算配置箍筋6200mm满足要求平台梁配筋见图(8-8)。图8-8 平台梁配筋2梁式楼梯梁式楼梯由踏步板，斜梁和平台板、平台梁组成(图8-9)。其荷载传递为：1)踏步板踏步板按两端简支在斜梁上的单向板考虑，计算时一般取一个踏步作为计算单元，踏步板为梯形截面，板的计算高度可近似取平均高度(图8-10)板厚一般不小于30mm40mm，每一踏步一般需配置不少于26的受力钢筋，沿斜向布置间距不大于300mm的6分布钢筋。图8-9 梁式楼梯的组成 图8-10 踏步板2)斜边梁斜边梁的内力计算特点与梯段斜板相同。踏步板可能位于斜梁截面高度的上部，也可能位于下部，计算时可近似取为矩形截面。图(8-11)为斜边梁的配筋构造图。3)平台梁平台梁主要承受斜边梁传来的集中荷载(由上、下楼梯斜梁传来)和平台板传来的均布荷载，平台梁一般按简支梁计算。图8-11 斜梁的配筋例8-2 某数学楼楼梯活荷载标准值为2.5kNm2，踏步面层采用30mm厚水磨石，底面为20mm厚，混合砂浆抹灰，混凝土采用C25，梁中受力钢筋采用HRB335，其余钢筋采用HPB235，楼梯结构布置如图(8-12)所示。试设计此楼梯。 (a)楼梯结构平面 (b)楼梯结构剖面图8-12 梁式楼梯结构布置图解: 1. 踏步板(TB一1)的计算(1)荷载计算 (踏步尺寸。底板厚d=40mm)恒荷载踏步板自重 踏步面层重 (计算踏步板自重时，前述ABCDE五角形踏步截面面积可按上底为，下底为，高为a1=300mm的梯形截面计算。)踏步抹灰重 g=1.08+0.35+0.14=1.57kN/m使用活荷载 垂直于水平面的荷载及垂直于斜面的荷载分别为(2)内力计算斜梁截面尺寸选用150mmX350mm，则踏步的计算跨度为踏步板的跨中弯矩(3)截面承载力计算取一踏步(为计算单元, 已知等效矩形截面的高度h和宽度b为则: 则: 踏步板应按配筋，每米宽沿斜面配置的受力钢筋，为保证每个踏步至少有两根钢筋，故选用8150(As=335mm2)2. 楼梯斜梁(TL一1)计算(1) 荷载踏步板传来 斜梁自重 斜梁抹灰 楼梯栏杆 总计 (2) 内力计算取平台