初次做高层建筑结构设计的若干体会

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        初次做高层住宅结构设计的几点体会
 前段时间，初次完成了一栋32层住宅的上部结构设计，有一些体会，现在写出来与大家分享。
 
 首先，当拿到高层住宅的建筑图后，如果结构主管没有给“结构技术规定”，应主动向他要或是询问清楚。“结构技术规定”主要包括四个方面的内容。第一，结构布置和荷载。结构布置有3点：1.材料。例如首层到几层用多少标号的混凝土，几层以上用多少标号的混凝土，受力钢筋，分布钢筋的强度等级，什么时候用几级钢，等等。2.剪力墙的布置。例如首层到几层用多厚的剪力墙，几层以上又是用多厚的剪力墙，剪力墙的主要长度取多少等。3.楼板和屋面板。一般情况下，屋面板全部取120mm厚,其他板取不小于100mm厚。荷载包括恒载和活荷载。混凝土的容重一般取25以上，一般取26～28，具体取多少要看各院自己的规定。填充墙采用什么材料，容重取多少，这个一定要清楚，否则取值错了，后面的功夫都白费了。活荷载取值按荷载规范，需注意的地方主要是走廊，楼梯，悬挑阳台等，荷载取大值（3.5KN/M2)。剪力墙抹灰荷载宜考虑，按0.8x层高KN/m输入墙线载。第二，电算参数（SATWE）。首先要确定地点，然后确定抗震设防烈度和基本风压。连梁刚度折减系数，梁扭矩折减系数，中梁刚度增大系数，梁支座负弯矩调幅系数，这几个系数对梁配筋影响比较大，应特别注意。第三，电算需要检查的结果参数。主要有轴压比，位移比，侧向刚度比，周期比，剪重比，层间受剪承载力比。非抗震地区主要控制轴压比与位移比。第四，施工图要求。例如对施工图图纸一些规定，板钢筋符号的简化，等等。
 
 其次，对工程有了一定的了解后，就可以进行建模了。建模的过程有三种方式。第一，直接按建筑图进行建模。第二，先画结构模板，然后按照模板进行建模。第三，先画结构模板，然后另外复制一份，对其进行节点处理后导入PKPM。虽然各人的习惯会有不同，但我个人认为，第三种方法会快些，而且对整栋建筑会有一个比较清晰的认识。在画模板的过程中，要注意如下几点：1、结构平面布置和竖向布置有那些不规则，高宽比有没有超限，记下来与做建筑同事的商讨。2、剪力墙布置宜简单、规则、对称，间距可取3～8米，尽量不小于4米和不大于7米，3、尽量布置成一般剪力墙，32层住宅标准层的剪力墙，厚度可以取200mm厚，长度可以取2.0米～2.4米。4、楼梯和电梯处尽量布置成筒。5、客厅和卧室处最好不要出现梁。
   
    再次，对模型进行调试。由于高层住宅的标准层比较多，第一次试算时可只建一个结构标准层，待结构的轴压比、位移比，周期比等满足之后再添加其它标准层，这样可以减少建模过程中的重复修改，加快建模速度。在有大的改动时，做个备份，以免需要原模型时又要一点一点改回来，浪费时间。在调试的过程中，要注意如下几点：1、周期。结构是太刚还是太柔，可以从第一周期反映出来。第一周期的经验值可以取0.1N，N为层数。在满足规范的前提下，第一周期越大越好，结构偏柔更经济。一般情况下，应将扭转周期调到第三振型，这样扭转效应就不会太大。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。对于周期比的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。2、位移。参考点位移曲线应上下渐变，不应出现大的突变，位移值须满足规范有关要求。位移与结构的总体刚度有关，计算位移愈小，其结构的总体刚度就愈大，反之，位移值愈大，其结构总体刚度就愈小，故可以根据初算的结果对整体结构进行调整。如位移值偏小，则可以减小整体结构的刚度，对墙、梁的截面尺寸可适当减小或取消部分剪力墙。反之，如果位移偏大，则考虑如何加强整体结构的刚度，包括加大有关构件的尺寸，改变结构抵抗水平力的形式、增设加强层、斜撑等。在结构设计中，为了做到安全和经济，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大，可将其楼层层间最大位移与层高之比控制在1/1100～1/1300之间。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，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。具体调整方法，可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度；也可找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。3、刚度。抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 %。结构竖向抗侧力构件不宜不连续楼层的侧向刚度可取地震作用下该楼层剪力和该楼层层间位移的比值。尤其应注意，当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。4、超筋。剪力墙连梁超筋是比较容易出现的现象，可按高规7.2.25条进行处理，亦可按朱炳寅写的《混凝土剪力墙连梁的设计计算及超筋的处理》里的方法进行处理。还有一种梁，它一边在剪力墙的平面内，一边搭在框架梁上，这种梁也容易超筋。处理方法有四个：一是减小截面，二是增大截面，三是弯矩调幅，四是点铰。个人认为点铰跟实际的情况有一定的偏差，所以不点铰算得过去的话就不要点了。其实，结构的大部分问题，都是刚度问题，只要将刚度处理好了，大部分问题都不再是问题。
 
 最后，模型调好后，就是绘制施工图了。虽然PKPM可以进行施工图绘制，但是在现阶段，我认为CAD绘图会相对快些。当然并不是单纯的CAD,主要是天正建筑，探索者等等基于CAD开发的一些软件和插件，这些在网上都可以找到。在具体画图是最好找一个已经画好的结构施工图dwg文件，这里面的字体，线型，颜色，图层都已经设定好了，在里面参照着画就可以了，而且这样更利于跟同事交流。“左键盘，右鼠标，眼看屏幕”是画图的最高境界，要达到这个目标，快捷键的修改是必不可少的，具体可以在ACAD.PGP这个文件进行修改。图纸画好后记得自己检查一遍，总会有一些低级错误出现的。有条件的可以打白纸出来，这样可以看得更清楚些。
 所谓“熟手”，一是规范熟，二是相关软件熟，只要在这两方面狠下功夫，相信很快就可以成为一名合格的结构设计人员。
                                                          朱汉缤
                                                    2011年x月x日