广夏讲座内容

广厦建筑结构设计技术讲座内容
1 各种工程实例
1.1 底框结构实例
本工程设计单位为重庆煤炭设计研究院，2层底框，4层纯砖混，斜交结构。
1.2 框架和砖混合结构实例
本工程设计单位为四川省某设计单位，1层底框，第2层是框架和砖混合结构，其余层为纯砖混结构。
1.3 框剪结构实例
本工程设计单位为海南省建筑设计研究院，核心筒部分比较复杂，27个结构层。
1.4 多塔结构实例
本工程设计单位为广东省建筑设计研究院，3层裙房，2个塔楼皆为21层，共24个建筑层。
1.5 连体结构实例
本工程设计单位为深圳市建筑设计研究院，三塔连体结构。
2 计算参数的合理选取
2.1 设置正确的结构形式
结构形式分为：1框架、2框剪、3剪力墙和4筒体结构；不同的结构形式重力二阶效应及结构稳定验算不同，验算结果在“SS计算结果总信息”中，重力二阶效应及结构稳定验算不满足规范的要求时，SS/SSW计算中自动放大内力，若设置不当，可能进行不合理的放大。
2.2 地下室与上部结构如何共同计算
有如下3个参数有关：
1）地面层对应的结构层号
准确放大首层柱内力,地面层以下风荷载为零，准确计算风荷载。
2）剪力调整Vo所在的结构层
第一个剪力调整Vo所在的结构层为地面层对应的结构层号加一。
3）抗震等级
采用按钮设置墙柱梁抗震等级，地下室抗震等级可降低一级。



2.3 刚度不均匀时考虑模拟施工
一般计算时，竖向荷载是结构整体完成后在整个结构上一次施加的，没有考虑施工过程逐层加载，逐层找平的因素，这样对轴向变形往往偏大，使得结构的上层构件计算结果与实际不符，特别是结构竖向构件刚度分布不均匀或结构层数较多时，其计算结果影响更大，有的梁端弯矩会出现反向，有的柱也会出现拉力现象。
模拟施工的计算过程，可以克服上述的问题。在施工过程中，在某一层加载时，该层及其以下各层的变形不受该层以上各层的影响，而且也不影响上面各层。结构在竖向荷载作用下的变形形成过程如下图所示：

δn
. . δnn
. . .
. . .
δ3 .
δ2 + δ22 + … + δn2
δ1 δ11 δ21 δn1

2.4 斜交结构应计算多个地震方向
根据抗震规范的要求，角度超过15o以上的斜交结构应考虑不同的地震方向计算，SSW中可取最多8个地震作用方向，内力和配筋自动取大值。规则的异形柱结构至少设置四个地震方向：0,45,90,135。
2.5 恰当选择振型数目
SSW考虑扭转耦联计算，振型数最好大于等于9。振型数的大小与结构层数及结构形式有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数也应取得多些，如顶部有小塔楼、转换层等结构形式。对于多塔结构振型数可取大于等于18，对大于双塔的结构则应更多。振型数可大于结构总层数，满足max(振型数*2, 振型数+8)<3*结构总层数。采用有效质量系数≧90%来判定振型数是否足够。
2.6 准确设置构件的抗震等级
墙柱梁板的最小配筋率和最小体积配箍率等构造要求受抗震等级控制，准确选取抗震等级将保证生成施工图时合理的构造控制。抗震等级设为5时构造要求按非抗震处理，当抗震等级设为0时计算按特一级处理，构造要求按一级抗震处理。录入系统中可单独指定某根墙柱和梁的抗震等级。
2.7 应指明鞭梢小楼层数
顶层小塔楼在动力分析中会引起很大的鞭梢响应，结构高振型对其影响很大，所以在有小塔楼的情况下，按规范所取的振型数之地震力往往偏小，给设计带来不安全因素。在取得足够的振型后，也宜对顶层小塔楼的内力作适当放大，放大系数为1.5。同时接着输入小塔楼对应的结构层号。
注意：如果小塔楼的层数大于两层，则振型应取再多些，直至再增加振型数后对地震力影响很小为止。
2.8 输入非标准混凝土等级
可输入C18和C22等非标准墙柱梁板砼等级，计算时抗压强度设计值和标准值按线性插值处理。
2.9 输入特征周期和水平地震影响系数最大值
水平地震影响系数最大值设为零时，CAD自动按抗震烈度查表得到水平地震影响系数最大值，同理特征周期设为零时，CAD自动按设计地震分组和场地土类查表得到特征周期，否则地震计算时按设定值计算。
2.10 框支梁应增大地震内力
对于框支梁在录入系统中须按抗震规范第3．4．3有规定采用“主菜单平面图形编辑梁编辑按钮窗口修改梁内力增大”功能设置框支梁内力增大系数1．25~1．5。
2.11 构造柱如何参加抗剪和抗压验算
当选择1时，将按前面广厦建筑结构CAD的基本原理广厦砖混结构计算中根据砼构造柱截面积求出墙段的折算截面积来计算承载力(整片砖墙两端的构造柱不参与工作)，抗压验算时考虑构造柱的贡献；当选择0时，将不考虑构造柱实际截面积，而只根据构造柱数量来考虑承载力是否提高10%。
2.12 悬臂梁在砖混结构中如何准确导荷载
在纯砖混和混合平面，悬臂次梁上的荷载由构造柱、悬臂梁两边砖墙和与悬臂梁同方向的砖墙三方按设定的比例承担，工程师根据经验设定。
2.13 考虑底框顶层梁的墙梁作用
分为无洞口墙梁折减系数和有洞口墙梁折减系数。
当输入的墙梁荷载折减系数小于1.0时，软件在导荷时，将对上部砖墙传递给框架梁的均布恒载和活荷载乘以该折减系数，折减掉的均布荷载将按集中荷载作用在两端柱子上。当梁上墙体无洞口时，按无洞口墙梁折减系数折减；当梁上墙体有一个洞口时，按有洞口墙梁折减系数折减；当梁上墙体洞口大于等于2个时，荷载不折减。

3 计算模型的合理简化
3.1 多种剪力墙计算模型
在剪力墙比较多的结构中，按空间薄壁杆系计算，受力主要集中在核心筒处，其周边剪力墙柱内力分配会偏于不安全，所以尽量采用空间墙元杆系计算剪力墙。另外有的程序计算连梁的负弯矩过大，是由于在墙元中平面外刚度过大引起的。平面外刚度过大会影响剪力分配，对柱偏不安全。广厦结构计算SSW中取两倍墙宽的平面外刚度，彻底解决了此问题，TUS取的是整肢剪力墙的刚度，SATWE取的是壳体的平面外刚度，两种取法平面外刚度过大。
3.2 为什么要区分主梁和次梁
工程师设计时一般要区分主次梁，但由于早期某些CAD软件的局限性，区分不了主次梁，导致一些工程师在梁的计算模型简化中过于粗糙，一律按主梁处理，完全依赖按刚度分配内力的计算模型，另外次梁的设计时不考虑抗震作用，只承担竖向荷载的作用。所以为了荷载传递明确并与构造措施相一致，应区分主次梁。
3.3 异形柱和短肢剪力墙的计算和设计
规范规定墙肢长宽比小于等于4为异形柱，5－8时为短肢剪力墙，4－5时没有明确规定，最好按短肢剪力墙设计。异形柱按柱理论进行内力和配筋的计算，短肢剪力墙根据《高层建筑混凝土结构技术规程》7.1.2条在计算和构造时作相应的处理。
3.4 挡土墙的计算问题
SS计算时只能当梁输入，SSW计算时既可当梁输入也可当墙输入。水平力简化为弯矩加于柱端。考虑其刚度对整个结构的影响。
3.5 防震缝两边的建筑能否放在一个平面计算
对于多层建筑物，如果变形缝两侧结构刚度均匀对称并且扭转较小时，合在一起录入或分开录入，差别不是很大；但如果两侧刚度差别较大时，由于将水平力（风和地震）的两个作用点合并成一个作用点，刚度小的部分会随刚度的大的部分进行水平方向的强迫运动，对计算结果有一定影响，这种情况最好按两栋建筑物设计。
3.6 边梁的抗扭问题处理

抗扭超筋，应指定 梁下端铰接。
3.7 如何计算地梁
按第1标准层输入，层高为基础高度，在SSW总体信息中指定地面层对应的结构层号。
3.8 砖混结构基础设计中桩和梁的计算
砖混基础若采用桩基需计算桩基承台，此承台按梁计算，在本CAD中加一层底框结构，在梁下桩处布置圆柱代替挖孔桩, 广厦配筋系统（平法版）中“主菜单参数控制信息施工图控制”下可设置建筑二层为结构录入的第二层和第一标准层为地梁层即可。
3.9 剪力墙端柱的处理
在框剪结构中，剪力墙带端柱很常见，带端柱剪力墙不但能提高自身的承载能力，也能解决与梁的连接、锚固等问题。
工程师在录入系统中分别布置剪力墙和矩形柱，点按“连梁开洞”，在剪力墙与柱间布置深梁,梁长要大于剪力墙厚度，梁宽度等于剪力墙墙宽,梁高等于半层高或层高；当柱轴压比下小上大时，可减少梁截面来控制柱和剪力墙之间约束。
在Autocad等图形编辑中，修改剪力墙施工图，端柱配筋等于矩形柱配筋和剪力墙暗柱配筋之和，根据经验可适当减少。

4 计算结果分析和处理
4.1 风荷载的计算问题
《建筑结构荷载规范》7.4.1条T1>0.25s的工程结构，如房屋....，指的是高耸结构，应考虑风振系数，多层混凝土结构不应考虑，有些程序若考虑的话，风荷载会偏大30％左右。
4.2 重量和质量的输出
在计算结果总信息中自重+所输的恒载+所输的活载等于重量，重量用以判断恒载和活载输入是否准确，自重+（所输的恒载+所输的活载）*折减系数等于质量，质量用以求解地震力。
4.3 各工况下最大位移的控制
按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比u/h满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.6.3条和《建筑抗震设计规范》5.5.1条要求；
楼层层间最大位移与层高之比的限值
结构类型 u/h限值
框架 1/550
框架-剪力墙、框架-核心筒、板柱-剪力墙 1/800
筒中筒、剪力墙 1/1000
框支层 1/1000
4.4 有效质量系数和振型方向
自振周期大小与层高、质量、构件布置都有关。用作定量判断的指标不合适。
一个振型的反应能量可以拆分成平动能量和转动能量，当平动成分大于扭转成分，把这个振型叫做侧移振型，反之叫做扭转振型。
高规4.3.5规定，扭转第一周期与平动第一周期之比，A级高度不应大于0.9，B级、复杂高层不应大于0.85。该条不满足，较难调整。对多塔该条不适用。
WILSON E.L.教授提出用振型有效质量系数衡量振型分解反应谱法中所取振型数是否足够。有效质量系数：在单位地面加速度作用下，结构各振型产生水平剪力之和与结构有效质量的比值。
4.5 各层剪重比控制
各栋塔楼满足《建筑抗震设计规范》第5.2.5条关于各楼层对应于地震作用标准值的楼层水平地震剪力系数的规定。

类别 7度 8度 9度
扭转效应明显或基本周期小于3．5s的结构 0.016（0.024） 0.032（0.048） 0.064
基本周期大于5．0s的结构 0.012（0.018） 0.024（0.032） 0.040
4.6 扭转不规则判据
各楼层的最大层间位移不宜大于该楼层两端层间位移平均值的1.2倍和不应大于1.5倍的规定。
4.7 结构竖向不规则处理
各栋塔楼满足《建筑抗震设计规范》（GB5001-2001）第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%，并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定；
各栋塔楼满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80%的规定；A级高度不应小于65%；B级高度不应小于75%。
当以上两条不满足时，计算已自动把地震内力乘了1.15。是否修改模型由设计人员自己决定。
4.8 梁柱墙杆件验算结果
在“图形方式查看计算结果”中通过按钮“超限信息”查看有无构件超限和超限原因，并分析计算结果。
4.9 矩形柱和异形柱的偏心受压验算
在配筋系统中布完筋后自动进行矩形柱和异形柱的偏心受压验算，施工图中显示的配筋面积包含偏心受压验算结果，图形方式查看计算结果中显示的是单向计算结果，各计算软件结果比较一致，由于偏心受压验算和布筋与迭代有关，结果不唯一。
4.10 梁板裂缝和挠度验算
大跨度梁或井字梁常会出现由裂缝和挠度控制配筋，而不是由空间分析内力控制配筋，对这类梁最好做裂缝和挠度验算。
1、配筋系统中自动验算框架梁、次梁、板的裂缝和挠度。
2、配筋系统中非悬臂梁板的裂缝和挠度不满足规范要求时，自动增加梁板底钢筋，梁底筋配筋率可增至2.0,板的底筋可增至 φ10@100。
3、施工图系统中,修改梁板钢筋自动重新验算裂缝和挠度。
4、对井字梁先合并井字梁梁跨，同时考虑交叉梁左右剪力产生的集中力作用和井字梁上的恒活荷载，再进行裂缝和挠度验算。
4.11 梁柱节点验算
柱加密区的箍筋除了满足柱剪力验算要求外还应满足梁柱节点验算的要求，在生成柱的施工图时，进行了矩形柱(考虑偏心)、圆柱、LT十形柱和梁的节点验算，验算的结果也会反映到施工图系统显示的柱箍筋中。
矩形柱在一二级抗震时做，LT十形柱只要是抗震时都应做。
4.12 构件内力不合理时的分析流程
“图形方式查看计算结果”中分析结果流程：
1） 查看组合后内力；
2） 查看组合前内力，判断哪个工况的原因；
3） 在录入系统中检查输入模型。
5 自动生成满足规范施工图，提高出图效率和质量
5.1 集中力作用处优先选吊筋还是密箍
在配筋系统中梁控制中有设置，优先选吊筋主要防止施工遗漏，从受力上来讲优先选密箍为好。
5.2 梁惯通筋采用省钢筋方式节省材料
在满足构造要求的情况下，梁惯通筋细的话省材料，粗的话好施工。
5.3 梁腰筋的设计
（混10.2.16）当梁的截面尺寸较大时，有可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝。原规范梁高大于700mm加腰筋，新规范梁腹板高度(梁高减去板厚)≥450mm加腰筋，每侧腰筋面积≥0.1%x梁宽x梁腹板高度，间距不宜大于200mm。抗扭纵筋由负筋、底筋和腰筋均摊。
5.4 梁支座钢筋和底筋配筋的比例控制
梁的支座钢筋不能小于底筋配筋的1/4，底筋配筋大于支座钢筋一级抗震1/2,二三级0.3,其他1/4。
5.5 板的最小配筋率控制
（混9.5.1）受弯构件单侧最小配筋率：max（0.2,45 ft/fy）,原规范最小配筋率为0.15%，若采用I级钢和混凝土等级C25,则最小配筋率为0.272%。
5.6 底部加强部位和剪力墙约束边缘构件
一、二级抗震墙底部加强部位及相邻的上一层按抗震规范6.4.7要求设置约束边缘构件，其他部位构造边缘构件。
抗震墙底部加强部位满足如下条件：
• 楼层总高度的1/8和底部二层二者较大值，且不大于15米；
• 有地下室时向下延伸地下一层；
• 有大底盘裙房时，塔楼范围外裙房部分按裙房总高度的1/8和底部二层二者较大值，且不大于15米，塔楼范围内裙房部分和高出裙房一层都为加强部位（抗6.1.10条文说明）。
5.7 柱的最小体积配箍率控制
严格按规范求解，新规范比原规范有较大提高。
5.8 结构层与建筑层的对应关系
结构施工图的层号须按建筑来编，在生成施工图前需给定对应关系。
5.9 字符重叠的自动处理
楼板和梁的钢筋图有自动处理字符重叠的功能。
5.10 生成整个工程DWG
自动进行每一标准层的板、梁和柱自动归并，自调字符重叠，在当前目录下生成WW子目录(以工程名为子目录名)，在WW子目录下，生成如下文件：
板钢筋图bgj*.dwg，板配筋图bpj*.dwg，
梁钢筋图lgj*.dwg，梁配筋图lpj*.dwg，
柱钢筋图zgj*.dwg，墙柱配筋图zpj*.dwg，
剪力墙编号图QGJ*.dwg(梁柱表版)，
墙柱定位图qzdw*-*.dwg，
剪力墙暗柱表AZ*T?.dwg，
剪力墙墙身表在施工图“柱归并”中屏幕右上角，
柱表ZB?.dwg，
梁表LB?.dwg， ?页号 *建筑层号
简单工程采用“生成整个工程的DWG”，再进入Autocad进行编辑即可。