给初学者简介结构设计的步骤

关于结构计算的步骤和注意事项

 根据本人在工作中运用satwe软件进行结构计算的经验，对于一般的钢筋混凝土结构，通常按以下几个步骤进行结构计算分析，并完成结构设计。

 第一步 正确设置结构计算参数

这些参数主要包括 总信息、风荷载信息、地震信息、调整信息等，其中有个别参数不能事前设定，需要试算确定。      

 1.结构基本周期是计算风荷载的重要参数。结构计算前可以先保留软件缺省值进行计算，待计算后从计算书中读取其值，再计算时填入结构基本周期，不再使用缺省值。

 2.计算振型个数是软件做地震作用计算时考虑参与组合的振型数量。《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）4.3.10条，考虑扭转影响的平面、竖向不规则结构，按扭转耦联振型分解法计算时，结构计算振型数，一般情况下可取9~15，多塔楼建筑每个塔楼的振型数不宜小于9。还有《高规》5.1.13-1中的“且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%”，是否满足该条可以看软件计算书中的X、Y向的有效质量系数是否不小于90%。

 3.地震作用计算时高层剪力墙连梁刚度的折减系数。《高规》）5.2.1条，折减系数不宜小于0.5.通常设防烈度低时少折减一些，6、7度时取0.6；设防烈度高时多折减一些，8度时取0.5.

  第二步 根据计算输出文件判断结构布置是否合理

1.位移比、层间位移比。位移比-楼层竖向构件最大水平位移与平均水平位移之比；层间位移比-楼层竖向构件最大层间位移角与平均层间位移角之比。其限值在《抗规》5.5.1条和《高规》3.4.5条、3.7.3条中都有明确规定。该计算值在软件计算结果位移输出文件（WDISP.OUT）中直接给出，只需与规范限值对比看是否超出规范要求即可。需要明确的是，规范中规定的位移比限值是按刚性楼板假定做出的，计算前在计算参数设置时选择“对所有楼层采用刚性楼板假定”。在该限值满足要求后，再去掉“对所有楼层采用刚性楼板假定”，以“弹性楼板假定”进行后续的结构配筋等计算。

控制该指标的目的是保证主体结构基本处于弹性受力状态，避免混凝土墙柱出现裂缝，控制楼面梁板出现的裂缝数量及宽度；保证填充墙、幕墙等非结构构件完好，避免产生明显损坏；判断结构是否规则，对选择偶然偏心计算还是双向地震计算提供参考。

2.周期比。即结构以扭转为主的第一自振周期Tt与结构以平动为主的第一自振周期T1之比。其限值《高规》3.4.5条有明确规定。（《抗规》中没有明确提出此概念，所以多层结构计算时该限值可适当放宽至1.0）。该计算值在软件计算结果周期、地震力、振型输出文件（WZQ.OUT）中通常不直接给出，需要设计人员根还是扭转系数大于O.5区分出各振型是平动振型还是扭转振型。2）把平动振型对应的周期值按大小排列，同样把扭转振型对应的周期值按大小排列。通常周期值最大的两个数值即分别为第一扭转Tt和平动T1周期。3）对照”结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动周期是否引起整体振动，如果仅是局部振动则不是第一扭转Tt和平动T1周期。再考察下一个次长周期.4)考察第一平动周期的基底剪力是否最大.对于多塔结构则需把多塔切分成多个单塔,按多个单塔结构分别计算.5)计算Tt/T1 ，看是否小于0.9(0.85)。

如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非绝对值大小，他的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效更合理，使结构在侧移时不致同时发生过大的扭转效应。如果周期比过大不满足要求，说明结构的扭转刚度相当于侧向刚度小，总的调整原则是加强外圈结构刚度、加大外圈连梁高度、增设外圈抗震墙，消弱内筒刚度。

3.层刚度比。即结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值。其限值在《抗规》3.4.3条和《高规》3.5.2条、5.3.7条、10.2.3条等都有明确规定。该计算值在软件计算结果建筑结构的总信息输出文件（WMASS.OUT）中直接给出，各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息。其中Ratx1,Raty1:X,Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中的较小者。即要求Ratx1,Raty1大于1.

该值主要是控制结构的竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。根据规范要求软件提供三种方法计算层刚度比，即剪切刚度(Ki=GiAi/hi)、剪弯刚度(Ki=Vi/si)、地震剪力与地震层间位移的比值(Ki=Qi/sui)，通常选择第三种方法，该方法也是软件的默认方法。需要明确的是对结构的刚度比和位移比一样，也要求在刚性楼板条件下计算。对于弹性楼板或板厚为零的工程需要至少计算两次。

4.层间受剪承载力之比。《高规》3.5.3条规定，A级高度建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%，B级高度不应小于75%。该计算值在软件计算结果建筑结构的总信息输出文件（WMASS.OUT）中直接给出，楼层抗剪承载力、及承载力比值等计算信息。其中Ratio_Bu:表示本层与上一层建之比，即要求：Ratio_Bu＞0.8(0.75)。如不符，说明本层为薄弱层要加强。

该指标也是判断结构竖向是否规则的重要数据。层间受剪承载力的计算与混凝土强度、实配钢筋面积等有关，在结构计算时以计算钢筋面积代替实配钢筋面积。

5.刚重比。即结构的刚度和重力荷载之比，是影响重力二阶效应的主要参数。《高规》5.4.4条高层建筑结构的整体稳定性的规定。高层建筑在风荷载或水平地震作用下，若重力二阶效应过大则可能引起结构的失稳倒塌。该计算值在软件计算结果建筑结构的总信息输出文件（WMASS.OUT）中直接给出，结构整体稳定计算结果。如结构的EJd/GH**2大于1.4，表示该剪力墙结构满足整体稳定要求。如结构的EJd/GH**2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。

6.还有剪重比、轴压比等重要数据详见结构计算输出结果并对照规范。

  第三步 对结构构件进行优化设计

进行结构构件的内力和配筋计算，包括梁、柱、剪力墙的配筋计算，梁、柱和剪力墙的截面优化设计等。软件在计算结果输出文件中给出构件配筋、裂缝宽度、挠度等信息。设计人员需要反复计算优化设计。

  第四步 满足规范要求的构造规定，特别是强制条文

施工图生成后，要仔细验证各种特殊或薄弱部位的最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋锚固长度等构造要求。

 结论：进行结构计算首先要分清主次，从总体到具体，分层次有序深入；多次试算逐步调整优化；对于复杂结构还应采用两种以上力学模型软件计算，并对比两种计算的结果相互验证。