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結構設計師需要掌握的技能

生活 更新时间:2024-10-04 09:19:11

01

結構規則性判斷

首先,拿到建築平立剖之後,需要根據建築高度(結構理解的建築高度按《抗規》第6.1.1條要求)判斷高層還是多層,判斷标準見《高規》第2.1.1條。如果是多層,要根據《抗規》第3.4.2條針對其平面規則性,豎向規則性進行判斷,如果超限,需要與當地審圖單位聯絡,有些地區需要開專項抗震審查會;如果是高層,超限條文主要可以參考《建質[2015]67号超限高層建築工程抗震設防專項審查技術要點》,如果超限的話,需要上會論證,準備超限報告的時間一般較長,如果常規住宅項目的話,開發商基本會要求建築做适當的方案調整,規避超限審查這一關。一般來說,這項工作在方案時期專業負責人會解決掉。

02

結構布置

根據建築使用要求、結構剛度以及荷載、抗震要求等條件、綜合考慮後确定豎向構件,水平構件的布置。采取必要的結構和施工措施盡量避免設置各類結構縫(伸縮縫、沉降縫、防震縫)。當必須設置時,應符合《抗規》第6.1.4條,保證必要的縫寬,防止地震時發生碰撞導緻破壞。

03

繪制結構模闆圖

第一版的結構模闆圖需要與建築平面圖進行核對,如果有些梁柱牆布置與建築功能沖突的話,需要溝通調改;根據建築立面确定好結構外圈梁的高度,根據室内淨高的要求确定好内部梁的高度,一般來說,住宅項目梁盡可能與牆同寬,半磚牆除外。公建項目一般因為柱跨大,梁受力比較大,為了盡可能減少多排鋼筋對梁有效高度的影響,梁截面做寬是共識。

04

恒活荷載确定

一般這是專業負責人的工作,整個項目要有統一的标準,樓地面荷載,牆體荷載,各項功能的房間活荷載等等。但具體到梁上荷載,因為層高、開洞的尺度不同等原因,梁上荷載要根據建築具體樓棟分别計算,這便是具體設計人的份内之事了。

05

導入模型

國内常用的結構設計軟件,不管是PKPM還是YJK,對于模闆圖的識别這塊現在做的都相對比較好,後期需要修改量也不會太大。建好一層之後,要先設置好本層信息,如果恒載不包括闆厚的話,一定記得點一下自動計算闆重。每層模型建好、信息設置好之後進行樓層組裝,樓層組裝的要點就是要關注好層高,結構樓面的标高與建築是不一樣的,記得要扣掉面層的厚度。

06

計算參數的選擇

下面針對一些需要關注的參數選取做一下簡單說明:

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)1

總體信息中主要需要關注的是嵌固端所在層号.恒活荷載加載方式一般新建工程取模型施工三;模拟施工加載一般項目取施工模拟三,該方法比較真實模拟豎向荷載的加載過程,其計算結果更符合實際工程,其他加載方案可以詳細閱讀軟件手冊的介紹。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)2

該參數為地震作用、風荷載計算時的X正向與結構整體坐标系下X軸的夾角,逆時針方向為正,單位為度。改變該參數時,地震作用和風荷載計算時的X正向都将發生改變,進而影響與坐标系方向有關的統計結果,如風荷載計算時的迎風面寬度、風荷載、地震作用計算時的層外力、層間剪力、層間位移、層剛度等指标。如果隻想計算最不利方向地震作用,可在參數“斜交抗側力構件附加方向角度”中增加相應角度來考慮。

梁牆自重扣除與柱重疊部分現在也是對經濟性要求提高之後一般都會勾選的。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)3

地面粗糙度類别詳見荷載規範《荷載規範》8.2.1條;基本風壓見該規範附錄E;風荷載計算阻尼比詳見該規範8.4.4條;結構X向Y向基本周期軟件按《荷載規範》簡化公式計算基本周期并作為默認值,設計人員可将計算後結構基本周期填入重新計算以得到更準确的風荷載計算結果,記住一定要回代;承載力設計時風荷載效應放大系數針對的是《高規》4.2.2條,一般情況下,是對房屋高度超過60米的高層建築,需要放大1.1的系數;舒适度驗算,一般工程不做要求,超過150米的高層建築需要驗算舒适度。體型系數參見《荷載規範》8.3.1條,特别注意高度超過45米的矩形截面高度建築,背風面體型系數跟長寬比相關;

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)4

周期折減系數詳見《高規》4.3.17條規定:當非承重牆體為砌體牆時,高層建築結構的計算自振周期折減系數可按下列規定取值:框架結構可取0.6~0.7;框架-剪力牆結構可取0.7~0.8;框架-核心筒結構可取0.8~0.9;剪力牆結構可取0.8~1.0。該參數隻影響地震效應計算;

結構阻尼比隻用于地震作用計算,軟件提供了全樓統一阻尼比和按材料區分阻尼比兩種計算方法。

(1)全樓統一阻尼比

軟件計算時對整體結構各振型采用統一的阻尼比。《抗震規範》5.1.5條規定:除有專門規定外,建築結構的阻尼比應取0.05。《抗震規範》8.2.2條對鋼結構抗震計算的阻尼比做出了規定;《高規》11.3.5條規定:混合結構在多遇地震作用下的阻尼比可取為0.04。

(2)按材料區分阻尼比

可以設置各種材料的不同阻尼比,軟件根據各構件的應變能加權平均的方法來計算各階振型阻尼比。(參見《抗震規範》10.2.8條文說明)

《抗震規範》5.1.1.3條規定:“質量和剛度分布明顯不對稱的結構,應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響;”勾選該項,則X、Y向地震作用計算結果均為考慮雙向地震後的結果;如果有斜交抗側力方向,則沿斜交抗側力方向的地震作用計算結果也将考慮雙向地震作用。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)5

《抗規》5.2.5條為強條,必須調整,對于周期大于3.5s的結構,若扭轉效應明顯,必須點此項;第一平動、第二平動周期方向動位移比例,一般情況下取0.5。

設計信息中主要關注0.2V0的調整,這一條是這針對框剪/筒體結構做出的規定, 《抗震規範》6.2.13條、 《高規》8.1.4條對框剪結構框架剪力調整做出了相關規定;《高規》9.1.11條對筒體結構的框架部分剪力也做出了相關規定。0.2 V0調整時放大系數的上限,默認為2;如果添負數,則無上限限制。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)6

《高規》5.1.8條規定:“高層建築結構内力計算中,當樓面活荷載大于4kN/m2時,應考慮樓面活荷載不利布置引起的結構内力的增大;當整體計算中未考慮樓面活荷載不利布置時,應适當增大樓面梁的計算彎矩。” 該放大系數通常可取為1.1~1.3,活載大時選用較大數值。如果選擇了活荷載不利作用計算,則梁活荷載内力放大系數填1即可。即便非高層結構,地庫頂闆的活荷載一般取5.0KN/m2,也是需要考慮不利布置的,這也是需要特别注意的。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)7

對于混凝土柱的配筋設計,目前軟件提供了兩種方法:單偏壓和雙偏壓。單偏壓指按照《混凝土規範》6.2節的相關規定計算;軟件對角柱、異形柱總是按照雙偏壓計算,不受此條限制。所以框柱一般都選單偏壓計算,再在特殊構件定義中定義角柱即可。

《抗震規範》6.3.3.1條規定:“梁端計入受壓鋼筋的混凝土受壓區高度和有效高度之比,一級不應大于0.25,二、三級不應大于0.35。” 《抗震規範》6.3.3.2條規定:“梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值,除按計算确定外,一級不應小于0.5,二、三級不應小于0.3。” 如果勾選該項,則軟件在框架梁端配筋時确保受壓鋼筋與受拉鋼筋的比例滿足規範要求,且使得受壓區高度也滿足規範要求;不勾選該項,則軟件在配筋時與跨中截面的配筋方式一緻,即先按單筋截面設計,不滿足才按雙筋截面設計,不考慮上述規定。這條一般都會考慮,有利于減少鋼筋用量,實現強柱弱梁,也有利于複核受壓區高度與有效高度的比值,但是這條考慮之後還需要注意的點是《混規》第9.2.9條的第4點:當梁中配有按計算需要的縱向受壓鋼筋時,若梁的寬度不大于400但一層内的縱向受壓鋼筋多于4根時,應設置複合箍筋。對于300寬的梁而言,支座筋超過4根很尋常,這時卻要采用4肢箍就浪費了。遇到這樣的情況就需要多斟酌一下。

構造邊緣構件的截面尺寸要注意結合工程選擇,多層結構按照《抗規》第6.4.5條即可。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)8

土層水平抗力系數比例系數可以參照《建築樁基技術規範》JGJ94-94表5.4.5的灌注樁項來取值。m的取值範圍一般在2.5~100之間,在少數情況的中密、密實的沙礫、碎石類土取值可達100~300。m值填負數時,表示需要約束的地下室層數,m小于等于地下室層數,則認為最下面的m層地下室無水平位移。

扣除地面以下幾層回填土的約束,此參數主要作用是指定從第幾層地下室考慮基礎回填土對結構的約束作用。

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)9

在持久設計狀況和短暫設計狀況下,對安全等級為一級的結構構件不應小于1.1,對安全等級為二級的結構構件不應小于1.0,對安全等級為三級的結構構件不應小于0.9。

《高規》表5.6.4給出了有地震作用組合時荷載和作用的分項系數,也做出了風荷載參與組合的相關規定,軟件提供該選項,由設計人員确定風荷載是否參與地震組合,默認不勾選。規範規定一般超過60m勾選。

參數定好後,需要特殊定義的梁柱牆都可以在前處理中确定好,再進入計算流程。比如對于剪力牆結構主要注意的一點:剪力牆或核心筒與平面外的單側框架梁相連時,計算模型中建議按照鉸接處理;當模型中按照剛接計算時相應位置應設置暗柱,并應通過計算确定暗柱的配筋(建議将暗柱建入單獨模型中模拟計算複核),其配筋率尚應滿足高規表7.1.6條的規定。細節較多,後期待補充…

07

電算結果的判斷

鍊接見下:

圖審取消,慌不慌?這份高層剪力牆結構自審清單請務必收藏好!

08

根據電算結果調改模型

模型一般都不會一遍就過,總要調整多次才能各方面滿足要求。模型調改的過程中,總有梁删減之類的操作,記得重新把闆厚和恒活荷載過一遍,有時候會丢荷載。注意終版模型中要關注梁配筋率是否超限。

09

畫圖

一套圖紙一般包括以下内容:基礎平面圖、基礎詳圖、柱配筋圖、結構平面圖(模闆圖 闆配筋)、梁配筋圖、牆身大樣圖、樓梯詳圖。針對主體結構需要注意的規範條文詳見:圖審取消,慌不慌?這份高層剪力牆結構自審清單請務必收藏好!。圖面上常見問題見下:

- 基礎圖要複核集水坑,電梯基坑、排水溝是否有遺漏,定位是否準确?

- 模闆圖需套在建築圖上看一遍,梁的位置是否影響下一層的觀感?

- 闆開洞位置是否和建築一緻?

- 柱子、牆上下截面是否對齊?和建築的偏心是否一緻?

- 樓闆闆面标高和降闆範圍是否與建築圖紙一緻?降闆範圍梁虛實線要區分清楚;

- 樓闆及剪力牆開洞是否與建築圖紙一緻,注意剪力牆變厚度處或柱截面變化處的洞口是否被遮擋?

- 核對建築樓闆外邊線是否與建築一緻?

- 與外立面相關的梁要注意避免梁頭出漏,如果無法避免核對底下是否有牆體?

- 牆身中結構構件與梁平法中的結構構件是否一緻(截面大小、梁頂标高)等等;

- 還要記得核對圖中軸網尺寸及編号是否與建築圖紙一緻;

- 功能房間内是否有與建築沖突的梁,梁高是否與建築圖或設備圖紙要求不符?

- 梁上留洞是否有遺漏,是否滿足規範要求?

樓梯剖面圖中,建築的碰頭線不要删除,一般建築畫的碰頭線不會有誤,但是結構工程師也應該看懂他們的設計原則。根據《民用建築設計通則》的規定,樓梯平台上部及下部過道處的淨高不應小于2米,梯段淨高不宜小于2.2米,注意淨高的計算是按照建築完成面考慮的,不能忽略面層和闆底抹灰的影響。詳見下圖:

結構設計師需要掌握的技能(結構工程師需要知道)10

注意樓梯第一跑的實際高度,由于建築面層不同而與其餘高度不一緻,結構需要特殊處理這一級踏步;梯柱平面務必要落在建築圖中,核對是否會影響建築門窗;樓梯間出屋面位置是否需要降闆;注意對于框架結構,優先采用滑動支座構造,此時的樓梯可以不用建入模型參與整體抗震計算。否則整體模型計算時必須考慮樓梯的影響。

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出圖

校審修改完畢後,就進入最後的出圖階段了。出圖之前,要注意圖框中的建設單位、項目名稱、項目編号、出圖日期是否和建築統一?圖紙序号排列、圖名是否與目錄統一?對于不同繪圖比例要特别注意文字字高、标注尺寸、PL線是否同比例縮放?注意文字顯示是否正常?

來源:建築結構

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