设计常遇问题

1、李云贵工程设计中常遇问题工程设计中常遇问题上部结构与地下室共同工作上部结构与地下室共同工作楼板在结构整体分析中的考虑楼板在结构整体分析中的考虑3 3、多塔、有缝及错层结构、多塔、有缝及错层结构4 4、短肢剪力墙结构短肢剪力墙结构5 5、转换层结构、转换层结构6 6、7 7、规范有关规定规范有关规定分析模型分析模型风、地震、恒活荷载作用计算风、地震、恒活荷载作用计算 地下室抗震设计地下室抗震设计地下室外墙平面外设计地下室外墙平面外设计地下室人防设计地下室人防设计v上部结构与地下室组成一个承力体系，具有共同的位移场，相互协调变形；v地下室外的回填土对结构有一定的约束作用；v回填土只对结构的侧向变形

2、有约束，对竖向变形没有约束。地下室侧向约束地下室侧向约束抗震规范抗震规范第第6.1.146.1.14条、条、高规高规第第5.3.75.3.7条条都规定，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。 高规的“宣贯培训材料”（P5-12）建议：当刚度比不满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，有条件可增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位。高规高规的的“宣贯培训材料宣贯培训材料”（P5-12P5-12）建议：）建议：方法1：按抗震规范的楼层剪力与层间位移比计算方法2：按高规附录E的剪切刚度比计算抗震规范抗震规范第第

3、6.1.146.1.14条文说明中建议：条文说明中建议：当进行方案设计时，侧向刚度比可采用剪切刚度比估算。v简化的分离模型：将上部结构与地下室分裂开，分别设计计算v共同工作分析将上部结构与地下室作为一个整体，考虑共同作用，采用如下两种方式之一来考虑地下室外回填土对结构的约束作用。方法1：嵌固地下室的水平位移方法2：对地下室部分施加弹簧约束v共同工作分析共同工作分析通过对地下室部分施加弹簧约束，考虑地下室外的回填土对结构有一定的约束作用。F回填土对地下室约束相对刚度比：这个参数反映了侧向土对结构侧向的约束作用。F当需要无限约束，即侧向完全嵌固不动。可以按负值填入。程序将按一个超大数来放大约束的等

4、效刚度。v地下室部分竖向构件的轴向变形和转动会导致上部结构恒活作用内力的重分布。v对于一般规则结构，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用影响很小。v对于不规则结构，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响，在计算中由程序自动反映这一特点。v风荷载计算地下室部分的基本风压为零；在地上部分的风荷载计算中，自动扣除地下室部分的高度，地下室顶板作为风压高度变化系数的起算点；结构在风荷载作用下的反应（位移、内力）受地下室外的回填土约束。v结构在地震作用下的反应（周期、振型、位移、内力）受地下室外的回填土约束；v由地下室质量产生的地震力，主要被室外的回填土吸收；v在计算结构的“最小剪重比”时，不考虑地下

5、室部分。越向下约束程度越大，地震反应越小越向下约束程度越大，地震反应越小地下室也可以不调整地下室也可以不调整越向下约束程度越大，位移趋于越向下约束程度越大，位移趋于0 0竖向位移不受侧向约束的影响，所以仍然较大竖向位移不受侧向约束的影响，所以仍然较大v地下室的抗震等级（抗震规范第抗震规范第6.1.36.1.3条）条）当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层一下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室无上部结构的部分，可可根据具体情况采用三级或更低等级。v构造要求（抗震规范第抗震规范第6.1.146.1.14条）条）v地下室柱截面每侧的纵向钢筋

6、面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。v地上一层框架结构柱和抗震墙墙底截面的设计弯矩值应符合6.2.36.2.3、 6.2.66.2.6、 6.2.76.2.7条规定。条规定。v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。v有关调整底层柱墙内力的调整（在.标高处）框支柱的地震力调整剪力墙底部加强区v恒活荷载作用结构整体分析得到的恒活荷载的轴力、弯矩v面外土、水侧作用按简化方法计算面外土水侧压力作用的弯矩v配筋设计按压弯构件进行配筋计算v人防荷载计算的输入参数人防荷载计算的输入参数v地下室层数与人防地下室层数地下

7、室层数与人防地下室层数v考虑了哪些构件的人防设计考虑了哪些构件的人防设计v人防作用效应分析模型人防作用效应分析模型v人防作用效应组合人防作用效应组合v地下室外墙的平面外设计地下室外墙的平面外设计v地下室构件的人防设计地下室构件的人防设计楼板刚度的特点刚性楼板假定弹性楼板6弹性楼板3弹性膜板柱结构空旷结构楼板开大洞l抗震规范第3.4.3条第1款的第2项规定，凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时，尚应计及扭转影响。 l高规第4.3.6条规定，当楼板平面比较长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。 l高规第

8、5.1.5条也规定：进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应地应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚地。当楼板会产生明显的面内变形时，计算时应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当调整。 l楼板刚度由面内刚度和面外刚度两部分组成面内刚度膜剪切单元面外刚度板弯曲单元l对楼板的假定对楼板的假定 刚性楼板：平面内刚度无限大；平面外刚度为0。 弹性板6 ：平面内、平面外都按实际刚度计算 。 弹性板3 ：平面内刚度无限大；平面外按实际刚度计算 。 弹性膜 ：平面内按实际刚度计算；平面外刚度为0 。对连体结构宜考虑全层弹性楼板或分块刚性楼板对连

9、体结构宜考虑全层弹性楼板或分块刚性楼板多塔结构多塔结构有有“缝缝”结构结构错层结构错层结构小塔楼小塔楼 l多塔建筑的特点l多塔结构抗震设计l多塔结构的计算模型l多塔结构定义l应注意的问题v“塔”和“刚性楼板”的区别对于多塔建筑，其每个塔都有独立的迎风面和独立的变形；每块“刚性楼板”有独立的变形，但不一定有独立的迎风面。“塔”和“刚性板”之间不存在一一对应关系，一个塔中可以有多块刚性板，也可以没有刚性板（没有楼板或定义成弹性楼板）。l多塔楼结构的平立面布置 l底盘屋面楼板抗震设计构造 l多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙的抗震设计构造 l裙房的抗震等级 l周期比

10、控制计算模型 l位移比控制计算模型 l构件内力计算模型 抗震规范第3.4.3条第1款的第2项规定，凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时，尚应计及扭转影响。 高规第4.3.6条规定，当楼板平面比较长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利影响。 l多塔结构需用户以围区方式定义；l刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作；l建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。l多塔定义错同一节点位于多个塔内定义多了v结构缝的定义v有缝结构的特点v有缝结构的计算模型v伸缩缝：混凝土结构设计规范9.1.1条，规定了排架结

11、构，框架结构、剪力墙结构等的伸缩缝的最大间距。v沉降缝：地基基础设计规范规定了沉降缝的设置要求。v防震缝：抗震设计规范 6.1.4条，规定了防震缝设置要求。l仅就上部结构而言，“缝”将结构划分成几个较为规则的抗侧力结构单元，各结构单元之间完全分开。所以，各结构单元有独立的变形，若忽略基础变形的影响，各单元之间相对独立。这一点与多塔楼结构不同，多塔楼结构的各塔通过底盘相互发生影响。l由于缝的宽度不是很大，在风荷载作用下，各结构单元的迎风面与多塔楼的迎风面不同，缝隙面不是迎风面。 v离散模型 除与风荷载有关的计算结果外，其它所有结果都是对的。需要注意的是在计算风荷载作用时，程序把缝所在的面也作为迎

12、风面，该方向的风荷载计算值偏大。 v整体模型 在采用整体模型时，要把每个结构单元定义成多塔楼，程序采用多塔楼结构计算模型进行设计计算。此时，要注意的有两点：一是计算振型数要取得足够多，使整个结构系统的有效质量系数在90%以上，二是风荷载略偏大。 l错层结构的特点 l计算模型l模型输入l错层信息生成l越层柱的计算长度系数l错层结构的层刚度比计算l抗震设计的有关规定v错层结构的突出特点是在同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域没楼板，在没有楼板的区域内，有些竖向构件（柱、墙）可能与梁连接，也可能是越层构件。在该区域内构件的内力和位移与楼板无关。 v当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般可以近似

13、地忽略错层因素影响，可以归并为同一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似取两部分楼面标高的平均值；v当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼层。 v框架错层结构 v剪力墙错层结构 v多塔错层错误的简化错误的简化正确的简化正确的简化按层数多的按层数多的塔定义层高塔定义层高修改该塔的层高修改该塔的层高v软件自动将错层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地反应结构的实际受力状态。v对于错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按上述原则搜索出越

14、层信息，无需用户交互操作。 v在错层结构设计计算中，越层柱的计算长度系数计算应受到足够重视。v有些柱两个方向的计算长度不同，而且程序应有越层柱搜索功能，计算结果应确保在越层范围内越层柱每个截面的计算长度相同。 v因为在PM中输入的计算层与真实结构的层不一定一致,软件输出的层刚度不参考价值不大,需设计人员注意。 v第10.4.4条规定，错层处框加柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱段加密。v第10.4.5条规定，错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于205mm，并均应设置与之垂直的墙肢或

15、扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应低于0.3%，抗震设计时不应低于0.5%。 v抗震设计规范 5.2.4条，采用基底剪力法时，突出屋面部分的地震作用效应宜乘以增大系数3；采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为一个质点，并取足够的计算振型。 短肢剪力墙特点与计算有关的规定模型输入程序实现与应用l在建筑使用上的优点l受力特点抗震性能较差、节点难施工 l按截面高厚比定义为： 短墙（柱） H/B 3 弱短肢墙（异形柱） 3 H/B 5 短肢剪力墙 5 H/B 8l短肢剪力墙结构体系短肢剪力墙结构体系 高层建筑结构不应采用全部

16、短肢剪力墙的剪力墙结构。短肢剪力墙较多时，应布置筒体（或一般剪力墙），形成短肢剪力墙与筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的短肢剪力墙结构体系。l短肢剪力墙数量限制条件短肢剪力墙数量限制条件 抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。 l个别短肢剪力墙情况处理个别短肢剪力墙情况处理 如果在剪力墙结构中，只有个别小墙肢，不应看成短肢剪力墙结构而应作为一般剪力墙结构处理。 短肢剪力墙结构体系短肢剪力墙结构体系 短肢剪力墙结构体系定义（北京） A 短肢墙倾覆弯矩占结构总倾覆弯矩的40%以上;可以认为是短肢墙结构。 抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受

17、的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%；所以：短肢墙倾覆弯矩范围 40%-50%。l承担的地震倾覆力矩 (?#50%)l抗震等级 (提高一级 )l轴压比 一、二、三0.5、0.6、0.7无翼缘或端柱的一字墙降低0.1（同一般墙）当墙肢截面高厚比小于5时，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二级、三级时轴压比分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6 l剪力调整底部加强部位与一般剪力墙相同非加强部位（一、二级）1.4、1.2 的规定的规定l全部纵向钢筋的配筋率全部纵向钢筋的配筋率底部加强部位不宜小于1.2%；其它部位不宜小于1.0%。 l箍筋箍筋 弱短肢剪力墙和短

18、墙应沿全高加密。 l剪力墙按墙肢截面高厚比定义为： 短墙 （柱） H/B 3 弱短肢墙（异形柱）3 H/B 5 短肢剪力墙 5 H/B 8l参数定义参数定义程序把第7.1.2条规定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构称为短肢剪力墙结构。可在“结构体系”中设定为“短肢剪力墙结构”。 l控制指标控制指标高规第7.1.2-3条规定，短肢剪力墙结构中墙肢高度和厚度之比不大于8的短肢剪力墙，其抗震等级自动提高一级。用户不需要手工更改这些构件的抗震等级。 用提高后的抗震等级进行短肢剪力墙墙肢的轴压比控制和剪力设计值放大。l短肢墙定义只有小于等于两肢相连、且都满足短肢要求的剪力墙，程序才判定为短肢剪力墙。l 轴

19、压比计算SATWE和PMSAP ：不管短肢剪力墙有无翼缘或端柱，一律用提高的抗震等级按无翼缘或端柱轴压比限值来控制短肢剪力墙轴压比。TAT：考虑了有无翼缘的不同处理。 l异型柱双偏压。l短肢墙H/B 3时按柱的配筋公式进行配筋；其它情况按剪力墙的配筋公式进行配筋。F在加强区，“复杂高层结构”的设计要比“短肢剪力墙”结构严得多。结构的薄弱部位也是在底部转换层区，所以这类结构应该按“复杂高层结构”来设计。F转换层上部剪力墙应按框支剪力墙结构的要求，设置加强钢筋。F对于非加强区部位的短肢墙设计，可以参考“短肢剪力墙结构”的要求，适当加强构造。当然，也可以按短肢剪力墙结构设计的要求设计。按复杂高层设计

20、配筋小些按复杂高层设计配筋小些按短肢墙设计配筋大些按短肢墙设计配筋大些l异形柱结构的基本要求l异形柱结构的分析模型l异形柱的配筋及设计F目前正在编制全国性的“混凝土异形柱结构技术规程”。F地区标准：天津、上海、陕西、江苏、广东、辽宁。F异形柱规程（修订稿）：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不应大于楼层平均值的1.35倍。F异形柱应考虑特有的“剪切不均匀系数”：异形柱的剪切不均匀系数采用分块积分法计算。F异形柱的局部坐标：截面形心主轴，如下图所示。F与异形柱相连的框架梁，一般应选择“梁柱重叠作为刚域”这个设计参数。此时梁长度变化，如下图所示： L 1L 2F异

21、形柱配筋，应按考虑双偏压（拉）。如下图所示：分布筋Asf固定钢筋Asz拉结筋竖向肢箍筋水平肢箍筋5. 5. 转换层结构转换层结构n转换层结构特点转换层结构特点竖向力的传递不连续竖向力的传递不连续在转换层上下一、二层范围内，内力有突变在转换层上下一、二层范围内，内力有突变n设计调整设计调整薄弱层水平转换构件竖向转换构件框支柱n如结构中采用大量的梁托柱的受力形式，则该结构应该定义为 “转换层结构”。n此类结构，可以采用杆系模型计算。n托柱梁应按框支梁设计及构造控制；n与托柱梁相连的柱应定义为框支柱；n当转换层在3层及3层以上时，框支柱的抗震等级应提高1级考虑(软件自动实现)；5.1 5.1 梁托柱

22、的转换结构梁托柱的转换结构n 变形特点：变形特点：转换梁与框支墙在交接面上变形协调。n 受力特点：受力特点：转换梁受力复杂，其轴向力不可忽略按偏心受力构件设计配筋。n 规范条文：高规10.2.10条，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。n 适宜软件：框支剪力墙结构宜采用墙元（壳元）模型，如SATWE、PMSAP等。 5.2 5.2 框支剪力墙转换结构框支剪力墙转换结构n规范条文： “高

23、规”10.2.1条，非抗震设计和6度抗震设计可采用；7、8度抗震设计的地下室转换构件可采用厚板。 n分析方法：等代梁法近似分析采用有限元方法分析5.3 5.3 厚板转换结构厚板转换结构v高层建筑结构不仅平面尺寸大，而且竖向的高度也很大，其竖向构件截面尺寸较大，温度变化和混凝土收缩不仅会产生较大的水平方向的变形和内力，而且也会产生竖向的变形和内力。v根据有关资料统计，工程实践中结构物的裂缝原因属于由变形作用（温度、收缩、不均匀沉降）引起的约占80%以上，属于由荷载引起的约占20%左右，可见高层建筑结构设计中考虑变形作用的影响是很重要的，不容忽视。v高层建筑结构的温度变形与应力应该引起设计人员的重

24、视。 v高规宣讲培训材料（P4-17）：高层钢筋混凝土结构一般不计算由于温度、收缩而产生的内力。因为一方面高层建筑的温度场分布和收缩参数等都难以准确确定；另一方面混凝土又不是弹性材料，它既有塑性变形，还有徐变和应力松弛，实际的内力要远小于按弹性结构的计算值。v广州白云宾馆（33层、高112m、长70m）的温度应力计算结果表明，温度-收缩应力计算值过大，难以作为设计依据。v曾经计算过温度-收缩应力的其它建筑也遇到类似的情况。v但由于种种原因，诸如高层建筑各处的温度场、混凝土收缩、徐变等随时间变化的变量因素还难以直接采用数值准确量化，混凝土收缩、徐变的弹塑性特征使分析处理复杂，所以一般很难准确地计

25、算结构的温度收缩应力，并且作为设计的依据。因此，高规不要求直接计算非荷载作用，而强调由构造措施来解决。 v高规宣讲培训材料（P4-17）：钢筋混凝土高层建筑结构的温度-收缩问题，主要由构造措施来解决。v程序提供了计算温度应力、支座沉降以及设置弹簧支座的功能。v设计人员可以通过给定温差或基础支座沉降值来计算结构的温度和基础支座沉降产生的效应。从而能较正确地估计温度、基础支座沉降的影响，有助于设计人员采取相应对策与措施。 高层建筑的温度分析可考虑下列三种情况：v施工阶段 当主体结构完成后，未作内外装修和围护结构，结构处于通透状态时的温差造成的内力。v正常使用阶段1 外墙围护结构已施工，室内处于自然

26、通风状态时的温差造成的内力。v正常使用阶段2 外墙围护结构已施工，室内空调恒温状态时的温差造成的内力。v温度变作用表现为：（1）构件内外表面温差造成的弯曲；（2）构件内外表面温差的平均值比构件初始温度高（低）时造成的伸长（缩短）。v程序仅考虑了平均温差造成的伸缩作用，而忽略了内外表面温差造成的弯曲作用。v樊小卿在温度作用与结构设计一书中建议：室外空气温度夏季取30年一遇最高日平均温度，冬季取30年一遇最低日平均温度。 使用阶段室内空气温度夏季取空调设计温度，冬季取采暖设计温度。v初始温度取结构成型时的环境空气温度。 v对于钢结构，最不利温差和计算温差是一致的。v对于钢筋混凝土结构，最不利温差与

27、计算温差不同，其差异在于钢筋混凝土结构的特点：收缩、徐变以及裂缝。v王铁梦在工程结构裂缝控制一书中建议： (1) 温度应力只按弹性计算太保守，造成材料浪费。(2) 由于结构遭受的年温差及收缩都是在相当长的时段变化中进行的，必须考虑徐变引起应力松弛，从而大幅度降低弹性应力。v混凝土收缩可以用收缩当量温差来表示。收缩值换算为当量温差，永远是负值，应力为拉应力。v收缩当量温差与最不利温差叠加计算。v混凝土结构的降温与收缩同时考虑时，混凝土结构将承受互相叠加的拉应力，作用效应增大。而当升温与收缩同时考虑时，则两者作用效应会互相抵消，作用效应减小。v简单的做法是将实际温差乘以应力松弛系数，作为计算温差。

28、 v根据温差变化过程速度快缓慢程度不同，应力松弛系数可取值为0.30.5。 v温差变化过程速度快，应力松弛系数大，反之则小。 v温度作用是一种特殊的活荷载；v目前的荷载规范未给出其分项系数和组合系数；v在实际应用中也没有统一的说法。v位移输入 可能的或允许的支座位移； 不是基础设计中控制的不均匀沉降或地基最终沉降。v支座位移产生的作用效应 作为恒载作用效应的一部分处理。v弹簧刚度输入v最终效果是影响结构的整体刚度7 7、l由于建模、分析数据的局限性，坡梁的上下层连接需要附加由于建模、分析数据的局限性，坡梁的上下层连接需要附加端柱才能实现。端柱才能实现。斜梁直接与下层节点相连斜梁直接与下层节点相连实际计算时没有连接实际计算时没有连接造成斜向悬臂梁造成斜向悬臂梁在端头加柱，但柱高要大于在端头加柱，但柱高要大于200，才能保证计算正确，才能保证计算正确，该柱的设计可以不考虑。该柱的设计可以不考虑。注意：如果采用空间建模注意：如果采用空间建模SPASCAD，则不受此影响。，则不受此影响。屋面斜梁的输入l当柱范围内有两根梁偏心相连时，应加柱内小梁，以封闭房间。该小梁程序自动定义为刚性梁。应定义两根梁，以封闭房应定义两根梁，