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結構工程師必須知道的100個設計要點

方案階段


1.建設場地不能選在危險地段。

由于結構設計在建設場地的選擇中一般是被動的接受方,因此,在結構方案及初步設計階段,應特別注重對建設場地的再判別。對不利地段,應根據不利程度采取相應的技術措施。

2.山地建筑尤其需要注意總平布置。

山區建筑場地應根據地質、地形條件和使用要求, 因地制宜設置符合抗震設防要求的邊坡工程; 邊坡附近的建筑基礎應進行抗震穩定性設計。建筑基礎與土質、強風化巖質邊坡應留有足夠的距離, 其值應根據抗震設防烈度的高低確定, 并采取措施避免地震時地基基礎破壞。

當需要在條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘、非巖石的陡坡、河岸和邊坡邊緣等不利地段建造丙類及丙類以上建筑 時,除保證其在地震作用下的穩定性外, 尚應估計不利地段對設計地震動參數可能產生的放大作用, 其地震影響系數最大值應乘以增大系數。其值可根據不利地段的具體情況確定, 在1.1~1.6 范圍內采用。

此條為強條; 臺地邊緣建筑地震力放大系數也意味著單體建筑成本的增加。實際上, 有時邊坡支護的費用可能遠遠大于邊坡上單體的費用。曾經有的方案設計單位布置總平時將 18~33層的高層布置在懸崖邊緣或跨越十多米高的邊坡, 這些都是對結構及地質不了解才會產生的錯誤。

3.是否有地下室。

高層建筑宜設地下室;對無地下室的高層建筑,應滿足規范對埋置深度的要求。

4.高度問題

室內外高差是多少, 房屋高度是多少, 房屋高度有沒有超限。

5.結構高寬比問題

設計規定,6、7度抗震設防烈度時, 框架- 剪力墻結構、剪力墻結構高寬比不宜超過 6。高寬比控制的目的在于對高層建筑結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性(主要影響結構設計的經濟性,對超高層建筑,當高寬比大于7時,結構設計難度大,費用高)的宏觀控制。

6.結構設計應與建筑師密切合作優化建筑設計和結構布置。

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,應符合現行規范有關縫的要求,并根據建筑使用要求、結構平面和豎向布置的情況、地基情況、基礎類型、結構剛度以及荷載、作用的差異、抗震要求等條件、綜合考慮后確定。

各縫宜合并布置,并應按規范的規定采取可靠的構造措施和保證必要的縫寬,防止地震時發生碰撞導致破壞。結構長度大于規范時, 應設置伸縮縫, 高層建筑結構伸縮縫的最大間距: 框架結構為 55m, 剪力墻結構為 45m。

7.結構平面布置不規則問題

1)扭轉不規則,規定水平力作用下位移比大于1.2;

2)凹凸不規則,平面凹進的尺寸,大于相應投影方向總尺寸的30%;

3)樓板局部不連續,樓板的尺寸和平面剛度急劇變化,例如,有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%或開洞面積大于該層樓面面積的30%,或較大的樓層錯層。

8.限制結構長寬比

結構長寬比6、7度不應大于6。限制長寬比,其目的就是要在結構設計中控制長矩形平面的使用,當平面的長寬比大于3時,雖然未超過規范規定的限值,但已對抗側力構件(如剪力墻等)的設置及樓蓋結構的整體性提出了較高要求?蚣芸-震墻及板柱-抗震墻結構以及框支層中,樓板的整體性對結構的協同工作影響很大,結構設計時應特別注意加強樓板的整體性及面內剛度。

9.不宜采用角部重疊的平面圖形或細腰形平面圖形。

10.當樓板平面比較狹長、有較大的凹入和開洞時, 應在設計中考慮樓板削弱產生的不利影響。

樓面凹入或開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半; 樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的 30%; 在扣除凹入或開洞后, 樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于 5m, 且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應小于 2m。

11.艸字形、井字形等外伸長度較大的建筑, 當中央部分樓、電梯間使樓板有較大削弱時, 應加強樓板以及連接部位墻體的構造措施, 必要時還可在外伸段凹槽處設置連接梁或連接板。

12.建筑平面不規則、凹凸多、周長必然長, 建筑及結構以及節能造價必定較建筑平面規則的高, 更不用說結構為克服平面不規則產生的造價提高。

13.結構豎向布置不規則問題

1)側向剛度不規則,該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%;除頂層或出屋面小建筑外,局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%。

2)豎向抗側力構件不連續,豎向抗側力構件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內力由水平轉換構件(梁、桁架等)向下傳遞。

3)樓層承載力突變,抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。

14.樓層質量沿高度宜均勻分布,樓層質量不宜大于相鄰下部樓層質量的1.5倍。

15.地下室頂板覆土問題

建筑為考慮景觀需要, 往往要求在地下室頂板上要求較厚的覆土考慮綠化, 而結構往往因甲方造價或用鋼量的要求, 希望覆土較薄以減輕荷載, 因為地下室頂板考慮抗裂要求, 梁板的配筋都很大, 且覆土越厚,地下室底板及外墻也越在地面以下, 底板及周邊側墻承受的水壓力越大。

一般情況下, 覆土0.6m 以上可植草、1.5m 以上可種樹, 若地下室較大, 考慮水專業走管坡度、覆土至少 0.8~ 0.9m; 建筑總平面布置時, 消防車道大部分盡量布置在地下室頂板以外, 減少頂板承受的荷載, 以節約造價。

16.地下水位問題

在滿足基礎埋置深度及地下室凈高的前提下, 地下室底板標高越高越好, 底板及周邊側墻承受的水壓力越小, 底板及周邊側墻厚度及配筋也越小, 造價越低。

17.地下室集水坑布置

盡量布置在承臺邊緣、不要布置在外墻邊緣, 尤其是消防電梯的集水坑, 可加大長寬、減小深度, 以利于施工,確保邊坡安全。

曾經有一個工程, 消防電梯的集水坑從地下室底板再往下挖 3.2m 深, 布置于地下室外墻邊緣,經建筑、結構與水專業配合后, 將集水坑移置地下室的中部, 既保證邊坡安全, 又加快施工進度, 節約施工造價。

18.地下室及上部管道井布置

須注意結構柱、梁偏位問題,建筑、設備專業須確認, 以保證管道井的凈尺寸; 有的工程建筑認為梁為 200 寬, 而實際地下室或上部的梁往往大于 200, 柱或混凝土大梁有向管道井內偏, 影響了管道井的尺寸, 造成后期平面調整(平面布置緊湊時往往不好調整) 或影響使用。

19.梁、柱偏位問題

注意核對建筑外立面、停車、管道井、電梯井等, 不能影響停車、管道井、電梯的使用, 部分柱外凸時, 為保證立面統一, 柱斷面不能收縮。

20.地下室及架空層停車位問題

須注意柱網布置、柱尺寸大小及偏位, 停3部車至少柱凈距 7.2m, 2 部車至少柱凈距4.8m, 建筑軸線尺寸須注意柱子大小, 必要時柱子可布置為長方形, 要注意地下室頂有覆土及消防車道時, 柱子不可能太小。

21.地下室及上部層高問題

凈高須滿足建筑規范要求, 梁高1/10~1/ 15L, 跨度大、荷載大、又有裂縫要求的梁, 梁高至少1/10~1/12L, 其他部位寬扁梁可做到 1/ 15L, 但寬扁梁造價會增大; 預應力梁可做到 1/15~ 1/18L, 但須注意梁兩端柱頭很大, 可能影響建筑的平面布置, 比如影響走道寬度布置等。

凈高須考慮設備走管問題, 一般空調管至少 0.45m, 電橋架至少0.15m, 噴淋至少0.10m; 當梁較高時可考慮穿梁, 穿梁洞口結構有相應的位置與尺寸的要求, 需要建筑、結構、設備各專業配合; 梁開洞問題:洞口大小< = 1/3 h 梁高, 盡量布置在梁高中部, 梁剪力最小的部位即梁 1/3 跨度位置。

22.剪力墻開洞問題

建筑開的門洞或窗戶及設備的穿墻洞口都愛沿著柱角或墻角, 結構則要求洞口不能影響到剪力墻暗柱、端柱、翼墻等主要受力構件, 洞口上下對齊, 建筑與設備需要了解在柱或剪力墻拐角外邊緣算起 300 范圍內為剪力墻約束邊緣構件或構造邊緣構件, 是高層結構的豎向主要受力構件, 不能破壞。

23.柱的問題

注意盡量避免短柱, 例柱邊盡量不布置門窗, 否則常為短柱, 短柱柱箍筋須全長加密, 造價提高且抗震不利。

24.樓梯凈高問題

尤其地下室、商場層、頂層等注意核對,特別三、四跑梯, 建筑設計此部分時須注意核對剖面并與結構核對梯梁跨度、高度, 必要時可要求結構調整梯梁位置或要求做折板梯;

半層處梯梁須注意核對: 與建筑立面是否矛盾, 有的建筑立面窗戶全對齊與半層處梯梁布置矛盾; 若梯梁外有幕墻等,須注意梯梁內退; 有些樓梯半層梯平臺板在房屋內部, 半層處梯梁須注意核對: 與半平臺處消火栓、配電箱內嵌布置是否矛盾。

25.屋頂欄板、女兒墻問題

建筑物大屋面以上僅靠懸臂受力的女兒墻高度不應超過 3m, 不應采用砌體的女兒墻, 應采用鋼筋混凝土女兒墻。懸臂受力的女兒墻高度大于 1.8m 欄板已至少15cm, 不太經濟, 建議加斜撐或構架以受力合理且降低造價。

26. 弧形墻、懸挑加懸挑梁不利, 墻體易開裂。

27.是否有較大跨度。

28. 是否有較大的荷載。

29.確定設防烈度、設防類別。

30. 結構體系選型、樓蓋選型。

31. 確定抗震等級、確定嵌固部位。

32.建模試算看看參數,而不是拍腦袋決定。

畫圖之前

1)樓梯、錯層是否有和常規項目異同之處,樓梯間的梁是否碰頭。樓梯間休息平臺下面的凈高是否滿足要求。

2)是否有幕墻,是否有特殊造型需要結構處理和避讓。

3)電梯井凈寬是否達到極限,梁柱均不能偏里。

4)電梯機房凈高是否影響屋面梁。

5)上層剪力墻是否落地,是否影響了地下室車庫道路或者出口。

7)基礎是否有軟弱下臥層,樁型選擇是否和甲方溝通。

8)是否有層高太小,柱子太大形成的短柱。

9)特殊的梁標高需要降低的,應注意。

10)角柱是否點上。

11)一二級框架角柱應全高加密。

12)節點核心區驗算。

13)雨棚、空調板、天溝、飄窗的梁的地方,要增加抗扭鋼筋。

14)構造柱是否畫上。

15) 特殊地方是否加強,樓板開洞等等。

16)后澆帶是否考慮。

畫圖

1)首先做好模板之后套在建筑圖上看一遍,梁的位置是否影響下一層的觀感,有沒有在下一層填充墻的頂端(墻是不是頂到板),板開洞位置是否和建筑一致,柱子、墻上下截面是否對齊,和建筑的偏心是否一致。

2)總說明內容要改完全,考過來的層高表,說明等信息要過一遍核對改全,增加這次需要的比如吊筋說明,構造柱說明等。

3)畫節點大樣的時候,建筑可能不了解結構布置,自己要結合結構主體的梁柱,看是否能實現,復雜地方看怎么實現更好,有的需要返提給建筑。

4)注意pkpm計算結果中的軸壓比,接近限制時,應在畫圖時人為加強。

5)外圍框架梁未到窗頂時,注意是否留夠180mm過梁高度。

6)降板降梁的位置,標高。

7)大樣節點圖,得對好。

8)地基處理方式是否正確。

9)結構對樓梯是否碰頭最好也順便檢查下,建筑結構主動配合,可以減少很多工作量。

10)注意各個構件的標高。

建模之前

1)洞是否超限。

2)體型是否超限。

3)外圍窗戶留給結構梁的高度。

4)樓面荷載是否確定電梯機房是否7.0 屋面是否為上人屋面。

5)地震作用和場地類別 抗震等級是否匹配 。

6)樓層凈高要求對梁高影響。

7)出屋面電梯間是否體量太小,有沒有從上到下的不貫通的柱子 。

8)建模之前是否考慮建筑超長是否需要加伸縮縫,伸縮縫寬度還應滿足抗震縫的要求,抗震設防烈度、設防類別、結構形式、房屋建筑高度確定建筑抗震等級。

9)建模前需要和建筑碰下需要降板區域的降板高度。

10)要求建筑確定填充墻體的位置、材料。

11)還有一定要看地勘,參數保證正確。

12)跟建筑要地面做法,自己計算樓面恒載,梁上荷載開洞的和不開洞的區別對待。

13)合理選擇首層高度,復雜造型提前溝通。

14)建模前梁柱墻布置和建筑溝通好。

15)屋頂是否有水箱。

16)有浴缸,坐廁的衛生間,活載取4.0的。

17)基本風壓,風壓是否需要放大1.1。

18)是否有空調機房及消防水池。

19) 女兒墻高度為多少。

20)外墻是否有特殊做法如外掛大理石,玻璃幕墻等。

21)是否有電梯,以及電梯的凈尺寸和電梯基坑的深度。

22) 造型與結構是否有矛盾沖突的地方。

建模

1)先設置好本層信息,自動計算板重的朋友,在計算之前一定要檢查下,是否點了自動計算板重。

2)要注意剪力墻兩側不能同時開洞,遇到此類情況時,要與建筑協商修改。常見于:樓梯間剪力墻一側為樓梯,一側樓板開風井洞;剪力墻兩側樓板均開風井洞;外側剪力墻兼擋墻時內側樓板開風井洞。實在無法調整的情況下,如果樓梯間剪力墻兩邊均無樓板拉結時,將樓梯斜板鋼筋錨入剪力墻,作為平面外支撐。

3)模型調整過程中有梁的刪減之類的操作,記得重新把板厚和板恒活荷載過一遍,有時候會忘。

4)特別注意降標高的地方次梁的高度要保證兩側能搭住。

5)板標高錯的不大的按同一標準層建,相差大的按兩個標準層建。

6)一般我們建模的時候,拿的都是方案圖,所以等全套建筑圖出來的時候,要和模型對一下,如果建筑變動比較大的,一定要核算下,不能亂拍腦袋。

7)在計算板配筋的時候,板的信息讀取的是pmcad里面的 ,而我們一般修改樓層的混凝土等級的時候都是在多塔立面立面,尤其是高層需要注意在多塔里修改時,算板的時候看看是否和設計一樣。

8)衛生間的恒載為樓面恒載,活載為4.0。

9)樓梯恒載為8,活載為3.5。

10)走廊及門廳是采用3.5還是2.5。

11) 陽臺是采用3.5(可能出現人員密集)還是2.5(普通陽臺)。

12)特殊房間的荷載查荷載規范以及技術措施。

13)房間較大,以后是否會隔墻。

14)墻的偏心是否影響梁的布置。

15)水箱間的尺寸及重量。

16)空調機房的設備及布置位置。

17)消防水池的水位高度以及需要的層高。

18)通風管道等的凈高要求。

19)造型荷載的布置及調整。

出圖之前

1)圖框是否和建筑統一出圖編號、出圖日期,對于不同繪圖比例的圖是否標注出現了錯誤。

2)序號是否排對,圖紙說明是否為最新的。

3)每張圖紙的的專項說明是否正確,是否有不是針對本項目的說明。

4)女兒墻、天溝、電梯吊鉤、雨棚、屋面上人孔、水池、空調板、局部次梁定位、是否有遺漏定位。

5)屋頂是否有多余的次梁。

6)出圖前和建筑軸號核對。

7)出圖紙之前,我都會把建筑圖落在結構圖上一一校對,每一層都要校對,柱子,墻梁偏心什么的。

8)出圖前,一定要看字體是否都顯示正常!

9)出圖前,再次確定建筑還有沒有地方修改了沒有通知結構,設備開動是否改變了,特別是地下室的風井洞。

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