浅议建筑工程结构设计中的几个重点

鲁华培 侯伟伟

河南正阳建设工程有限公司（450000）

0 引言

当前，新的建筑结构设计规范，在结构的可靠度、设计计算和配筋构造方面均有重大更新和补充。特别是对抗震及结构的整体性、规则性作出了更高的要求，使结构设计不可能一次完成。如何正确运用设计软件进行结构设计计算，以满足新规范的要求，是每个设计人员都非常关心的问题。以SATWE软件为例，进行结构设计计算步骤的讨论，对一个典型工程而言，计算分四步较为科学。

1 完成整体参数的正确设定

计算之前，设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。必须对每个参数确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。有些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等，在计算前很难估计，需要经过试验才能得到，将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来，正确设置。否则其后的计算结果与实际差别很大。

2 确定整体结构的合理性

整体结构的科学性和合理性是规范特别强调的内容。用于控制结构的主要指标为∶周期比、位移比、轴压比、剪重比、刚度比、刚重比、层间受剪承载力之比、参与阵型质量比、倾覆力矩比、楼层最大位移与层高之比。这些指标既要满足规范限值的要求，也不应超出规范过多。同时，对电算结果作出合理判断，可从以下几个方面进行检查∶

1）周期、阵型判断：如非耦联计算，其第一周期一般在以下范围(其中N为计算层数且N≤40)∶

框架∶T1=(0.1～0.15)N;框剪∶T1=(0.08～0.12)N；剪力墙∶T1=（0.04～0.08）N。

查看阵型曲线是否光滑连续，零点位置是否符合一般规律,比如第一阵型无零点,第二阵型在（0.7～0.8）H 处，第三阵型分别在（0.4～0.5）H 及（0.8～0.9）H处。

2）地震力判断∶根据目前许多工程的计算结果，截面尺寸、结构布置比较正常的结构，其底部剪力大约在以下范围（G为结构总质量）∶

8 度，二类场地∶FEK=（0.03～0.06）G；

7 度，二类场地∶FEK=（0.015～0.03）G。

3）平衡性分析∶分析在单一重力荷载或风荷载作用下，内外力平衡条件是否满足。必要时可检查底层的平衡条件。

其中，Ni为柱墙在单组重力荷载下的轴力，其和应等于总重量G,校核时不应考虑分层加载;Vi为风荷载作用下的底层墙柱剪力,∑P为全部风力值。

4）合理性∶设计校正的结构，一般而言，不应有太多超筋界面，基本上符合以下规律∶a）柱墙轴力设计值绝大部分为压力；b）柱墙大部分为构造配筋;c）梁基本上无超筋；d）除个别墙段外，剪力墙基本上满足截面的抗剪要求。

5）渐变性∶竖向刚度、质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力位移等计算结果，自上而下也均匀变化，不应有大正、大负、大出大进等突变。

3 对单构件作优化设计

前几步，主要是对结构整体合理性的计算和调整。这一步，则主要进行结构单个构件内力和配筋计算，包括梁、柱、剪力墙轴压比计算，构件截面优化设计等。

1）软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况∶

①当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时，提示超筋。

②规范对混凝土受压区高度限制

四级及非抗震∶ξ≤ξb；

二、三级∶ξ≤0.35（计算时取 AS’＝0.3 AS）；

一级∶ξ≤0.25（计算时取 AS’＝0.5 AS）；

当ξ不满足以上要求时,程序提示超筋。

③《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%，当大于此值时，提示超筋。

④混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求,如不满足则提示超筋。

2）剪力墙超筋分三种情况∶①剪力墙暗柱超筋：软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出，没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息，设计人员可以酌情考虑；②剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够，应予以调整；③剪力墙连梁超筋大多数情况下，是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减。折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形，即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时，还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。

3）柱轴压比计算∶柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样，《抗震规范》第6.3.7条规定，计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合，也包括非地震组合。而《高规》第6.4.2条规定，计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时，当工程考虑地震作用，程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算；当工程不考虑地震作用时，程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此，设计人员会发现，对于同一个工程，计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。

4）剪力墙轴压比计算∶为了控制在地震力作用下结构的延性，新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是，软件在计算断指剪力墙轴压比时,是按单向计算的，这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同，设计人员可以酌情考虑。

5）构件截面优化设计∶计算结构不超筋，并不表示构件初始设置的截面和形状合理。设计人员还应进行构件优化设计，使构件在保证受力要求的条件下截面的大小和形状合理，并节省材料。但需要注意的是，在进行截面优化设计时，应以保证整体结构合理性为前提。因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度，从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响。不可盲目减小构件截面尺寸，使结构整体安全性降低。

4 满足规范抗震措施的要求

在施工图设计阶段，还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定。这些规定是很多震害调查和抗震设计经验的总结，也是保证结构安全的最后一道防线，设计人员不可麻痹大意。

5 结论

通过以上分析，笔者建议在用SATWE软件做结构设计时，应该注意从上述几点控制，在对规范理解的基础上灵活处理有关问题，从大体上把握结构的安全性和经济性。设计时要留有余地，重点部位要保守要放大，好钢用在刀刃上。

[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部.2008版SATWE用户手册[M].北京:中国建筑科学研究院结构软件研究所,2008.