建筑结构设计流程及要点

建筑结构设计实务零距离Buildingstructuredesignpracticefacetoface!第一篇建筑结构设计流程及要点目录1.建筑设计中的结构1.1建筑设计必须遵守法律、法规和规范1.2建筑设计既综合又具体1.3从整体上把握建筑结构1.4建筑结构设计的定义1.5建筑结构设计要点示意图2.各设计阶段结构设计要点2.1方案设计阶段2.2初步设计阶段2.3施工图设计阶段3.结构与建筑的关系3.1方案设计阶段，结构工种需要及早介入3.2技术设计阶段，结构设计必须不断优化4.施工图的绘制原则4.1目录编排4.2图幅控制4.3比例选择4.4文字说明4.5构件索引4.6轴线编号4.7尺寸标注4.8构件编号顺序4.9字符大小4.10线宽设定5.工程技术交底及施工会审5.1技术交底一般内容5.2施工会审原则1.建筑设计中的结构1.1建筑设计必须遵守现行法律、法规和规范1997年11月1日，主席令第91号公布《建筑法》。2000年1月10日，国务院令第279号公布《建筑工程质量管理条例》。2000年9月25日，国务院令第293号公布《建设工程勘察设计管理条例》。2001年12月11日，历经15年的奋争与期待，中国正式成为WTO第143个成员国）2004年8月23日，建设部令第134号发布《房屋建筑和市政基础设施工程施工图设计文件审查管理办法》。（目前全国施工图审查一次通过率约为50％。）……地方法规。现行国家标准、行业标准以及地方标准。1.2建筑设计既综合又具体建筑的三要素，包括建筑功能、建筑技术和建筑形象。其中，建筑功能是主导因素，它对建筑技术和建筑形象起决定作用。建筑技术是实现建筑功能的手段，它对功能起制约或促进发展的作用。建筑形象也是发展变化的，在相同的功能要求和建筑技术条件下，可以创造出不同的建筑形象，达到不同的美学条件。由此可见，建筑工程设计既综合又具体，既有形又无形，因此，建筑师在设计思想上经常而且首先强调总体而不是个别单元。许多有创见的建筑师和结构工程师，已经充分认识到在形成使用特征的同时（而不是以后）形成结构空间形式的重要性，并致力于纠正结构工程师中存在一种不良倾向－－等待建筑师给出一个表现空间形式的方案（非结构的），然后设法去完成它。在现代技术条件下，建筑物应是建筑师和工程师创造性合作的产物。1.3从整体上把握建筑结构1.3.1一栋建筑就是一根镂空的柱子一栋建筑就是一根镂空的柱子，这是从整体上对建筑结构在竖向荷载作用下的把握。短柱承载力为强度所控制，长柱承载力为稳定所控制。高层建筑结构的高宽比控制对应于长柱的长细比控制，整体结构的主轴两方向的刚度接近对应于柱子的等稳定性控制……1.3.2一栋建筑就像一根镂空的悬臂梁将一栋建筑旋转90°就是一根镂空的悬臂梁，这是从整体上对建筑结构在水平荷载作用下的把握。短梁承载力为剪力所控制，以剪切变形为主；长梁承载力为弯矩所控制，以弯曲变形为主。建筑结构的整体侧向变形由剪切变形和弯曲变形共同组成，高宽比较大时，以弯曲变形为主，高宽比较小时，以剪切变形为主。……1.4建筑结构设计的定义《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T50083-97关于建筑结构设计的定义“2.3.1建筑结构设计designofbuildingstrctures在满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求下，按有关设计标准的规定对建筑结构进行总体布置、技术与经济分析、计算、构造和制图工作，并寻求优化的全过程。”1.5建筑结构设计要点示意图2.各设计阶段结构设计要点2.1方案设计阶段ConceptionDesign2.1.1方案设计阶段工作目标建筑物的整体结构可行性，柱、墙分布及楼面梁的支承条件的合理性，以便建筑专业进一步深化，形成一个各专业都可行，且大体合理的建筑方案。2.1.2方案设计阶段工作内容1)结构选型2)结构分缝3)结构布置以下三项应用于复杂或超高层建筑的方案比选4)结构试算5)结构计算结果的判断6)超限判别2.2初步设计阶段BasicDesign2.2.1初步设计阶段工作目标在方案设计阶段的基础上调整、优化，使得结构布置和构件截面合理、经济，并作为施工图实施依据。2.2.2初步设计阶段工作内容1)结构布置和结构计算（含结构优化）2)基础选型，以及地下水抗浮设计水位的确定3)结构特殊处理4)结构、构件或节点是否需要作试验5)初步设计结构说明文本编制6)初步设计图纸绘制7)如需超限审查，按规定准备文本2.3施工图设计阶段ConstructionDocumentsDesign2.3.1施工图设计阶段工作目标现场施工实施技术文件，要保证设计图纸的质量（完整性、科学性、深度要求）。2.3.2施工图设计阶段工作内容1)结构详细计算2)图纸目录编排3)图幅控制及布图技巧4)文字说明5)构件配筋要求3.结构与建筑的关系房屋建筑尤其是民用建筑中的结构与建筑的关系相当密切。工业建筑中的结构很大程度上要服从工艺、生产流程的需要，其中的柱网布置、层高等空间尺寸往往由生产上的需要决定，结构只是在此基础上有条件地选择合理的楼盖、屋盖及支承支撑构件的结构型式。而民用建筑由于使用用途各不相同、建筑体型及立面千变万化，尤其是高层建筑的出现，使得结构工种在其中处于举足轻重的位置，因而形成结构工种与建筑工种的互相渗透、互相制约的密切关系。3.1方案设计阶段，结构工种必须及早介入方案设计阶段，结构工程师的任务是：根据建筑使用功能、平面尺寸、总高度以及抗风抗震要求，运用概念设计的手段，确定合适的结构体系和结构类型、合理的柱网尺寸、抗侧力构件的合适位置和大约数量、恰当的层高以及建筑平面是否要设缝等。即从大方向保证建筑方案在结构上是可行的、宏观上基本是合理的，当然不必拘泥于细部尺寸或详细构造。结构工程师及早介入方案设计，不仅使方案可行而增强工程设计接标的竞争能力，而且更重要的是可以避免建筑方案被采纳而结构上是不可行或存在非常不合理的被动局面甚至处于骑虎难下的窘境，后一种情况在建筑功能较复杂、设防烈度高的高层建筑的方案设计中更显突出。正确的介入方法是沿着建筑师的思路，将必要的合理的结构想法毫不张扬地隐含于海阔天空的建筑创作中。结构工种切忌喧宾夺主，以免堵塞建筑师的创作源泉。3.1.1方案设计阶段结构工种的主要工作1)为方案的可行性、合理性提供保障；2)在结构选型、结构布置、抗风抗震等方面提供专业意见；3)主动配合、随时解决方案在结构方面的问题。3.1.2《抗规》GB50011-2010关于结构整体性方面的规定“3.4.1（强条）建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。3.7.1（强条）非结构构件，包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与主体结构的连接，应进行抗震设计。“3.5.2（强条）结构体系应符合下列各项要求：1具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。2应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。3应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。4对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。3.5.3结构体系宜符合下列各项要求：1宜有多道抗震防线。2宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。3结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。”3.1.3《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002关于结构设计的基本规定“4.1一般规定4.1.2（与《抗规》GB50011-2010第3.4.1、3.5.2条相同，略）4.1.3（与《抗规》GB50011-2010第3.5.3条基本相同，略）4.2房屋适用高度和高宽比4.3结构平面布置4.4结构竖向布置4.5楼盖结构4.6水平位移限值和舒适度要求4.7构件承载力设计表达式4.8抗震等级4.9构造要求”3.1.4结构体系的选定选择结构体系时，应渗透以下概念设计原则①抗震概念设计原则②建筑形体的规则性符合规范规定注：形体指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。③结构布置受力明确，传力途径直接简单④合理的刚度和承载力分布⑤合理设置结构缝⑥技术创新和新技术、新材料的应用1)抗侧力结构体系的选择在选择抗侧力结构体系时，要综合考虑建筑物的高度、平面尺寸和建筑物的用途及功能要求，其中首要的因素是建筑高度。目前广泛应用的四大结构类型如下：①框架结构结构布置灵活，侧向刚度小，抗震性能差，适用高度低。7度区，限高50m（旧规范55m）。②剪力墙结构侧向刚度很大，抗震性能较好，但布置不灵活。7度区，限高120m。③框架－剪力墙结构结构布置较灵活，侧向刚度较大，抗震能力较好，是比较理想的结构类型。7度区，限高120m。④筒体结构（主要包括框架－筒体和筒中筒等两种）侧向刚度大，抗震性能好。7度区，框架－筒体结构限高130m，筒中筒结构限高150m。2)楼盖结构体系的选择在选择楼盖结构体系时，要综合考虑建筑物的抗侧力结构体系、平面尺寸和建筑物的用途及功能要求，其中首要的因素是跨度。目前广泛应用的四大楼盖结构类型如下：①无梁楼盖－－板底平整，施工方便普通RC楼面跨度≤6m；预应力RC楼面跨度≤9m。带柱帽时适用跨度可适当增加。每个方向不宜少于三跨。②肋形楼盖（包括单向板和双向板两种）跨度不限。当梁高不受限制时，最为经济。③井式楼盖－－肋形双向板楼盖的特例跨度大而梁高又限制时采用。④密肋楼盖（包括现浇空心RC楼盖）－－井式楼盖的特例跨度大而梁高又限制时采用，肋距0.9~1.5m。普通RC楼面跨度≤9m；预应力RC楼面跨度≤12m。12/1~18/1/lh12/1~18/1/lh3)结构构件截面的初选结构构件截面的确定，取决于结构在荷载作用下，其整体抗侧刚度、承载能力和延性能否满足规范的要求，以及其截面的实际配筋、节点构造的可行性等。①楼板厚度：一般取100～120，加强层取150～180。单向板≥L/35，双向板≥L/40，无梁板≥区格长边的1/35~1/32。经济跨度：单向板为1.5～3m，双向板为4～6m；②梁的截面：梁高h，次梁取L/18～L/12，主梁取L/14～L/8，井字梁取L/20～L/15；梁宽b一般取h/3～h。经济跨度，次梁为4～6m，主梁、井字梁为5～8m。③柱的截面：每十层柱约0.3～0.4m2，轴压比按0.6～0.8控制。④剪力墙厚度：以30层为参考，取400～200，轴压比≤0.6控制。⑤混凝土强度等级：以30层为参考，竖向构件取C50～C30；水平构件取C40～C25。12/1~18/1/lh12/1~18/1/lh3.1.5建筑结构的合理构成1)结构的匀称性①结构的刚心与质心尽量接近，两个主轴的动力特性相近，以免结构在风载或水平地震作用下产生较大的扭转效应。②抗侧力结构刚度和承载力沿竖向均匀变化，避免突变。③抗侧力构件刚度和承载力沿平面布置均匀（合理），以利于结构整体性能和抗震延性的实现。④核心筒与周边结构的刚度协调均匀，以免结构在风载或水平地震作用下产生较大的扭转效应，并保证结构整体性能的实现。12/1~18/1/lh12/1~18/1/lh2)荷载（作用）的传递直接①重力荷载传递直接－－楼盖的结构布置，尽量使重力荷载传递到竖向构件的路径最短。－－竖向构件的的布置，尽量使其重力荷载作用下的压应力水平接近。－－转换层的结构布置，尽量将转换次数控制在二次以下。②水平荷载（作用）传递直接－－整体抗侧力结构体系明确，传力直接。－－楼盖要具有一定的刚度和强度，有效地传递水平力，协同空间结构各部分抗侧力结构工作。－－填充墙用轻质材料，且与主体结构柔性连结。12/1~18/1/lh12/1~18/1/lh3)结构刚度大小合理①结构整体刚度大小合理结构整体刚度太小，不符合规范要求。反之，结构整体刚度太大，则不经济。②楼盖结构刚度大小合理楼盖结构刚度太小，不符合规范要求。反之，楼盖结构刚度