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结构设计新手需读
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【结构设计快速入门】重点内容总结

 

☆ 上部结构的落脚点是基础,基础的落脚点是地基,也就是持力层。


☆ 看勘察报告时,直接看结束语和建议中的持力层土质,地基承载力特征值和地基类型以及基础砌筑标高。


☆ 10ka≈1t/㎡  1kN≈100kg      


☆ 一般认为持力层土提供的承载力特征值不小于180kPa(即18t)的为好土,低于180kPa的土可认为土质不好。


☆ 按照地基承载力从大到小排序为:稳定岩石,碎石土>密实或中密砂>稍密实粘土>粉质粘土>回填土和淤泥质土。


☆ 回填土的承载力特征值一般为60~ 80kPa。


☆ 在不危及安全的前提下,基础尽量要浅埋。因为地下部分所占的造价一般是工程总造价的30﹪~ 50﹪,这笔费用是很可观的。


☆ 除了浅埋外,还有埋深的上限,就是基础至少不得埋在冻土深度范围内,否则基础会受到冰反复胀缩的破坏性影响。


☆ 结合钻探点号看懂地质剖面图,并一次确定基础埋置标高。


☆ 重点看结束语或建议中对存在饱和沙土和饱和粉土的地基,是否有液化判别。饱和软土的液化判别对地基来说是至关重要的一项技术指标,必须要明确提供,责任重大,不得含糊。


☆ 重点看两个水位:历年来地下水的最高水位和抗浮水位。


☆ 特别注意结束语或建议中定性的预警语句,并且必要时将其转写进基础的一般说明中。这些条款如下:

1. 本工程地下水位较高,基槽边界条件较为复杂,应妥善选择降水及基坑边坡支护方案,并在施工过程中加强观测。降水开始后须经设计人员同意后方可停止。

2. 采用机械挖土时严禁扰动基地持力层土,施工时应控制机械挖土深度,保留300mm厚土层,用人工挖至槽底标高,如有超挖现象,应保持原状,并通知勘察及设计单位进行处理,不得自行夯填。

3. 基槽开挖到位后应普遍钎探,并及时通知勘察及设计单位共同验槽,确认土质满足设计要求后方可进行下步施工。

4. 基槽开挖较深,施工时应注意,在降水时应采取有效措施,避免影响相邻建筑物。

5. 建议对本楼沉降变形进行长期观测(此条款多用于加层,扩建建筑物和基础设计等级为甲级或者复合地基或软弱地基上基础设计等级为乙级的建筑物与受到临近深基坑开挖施工影响或受到场地地下水等环境因素变化影响的建筑物,当然也包括那些需要积累建筑经验或进行设计反分析的工程)。


☆ 特别注意结束语或建议中场地类别,场地类型,覆盖层厚度和地面下15m范围内平均剪切波速。


☆ 一般看好土下是否存在不良工程地质中的局部软弱下卧层,若果有,要根据自己所做的的基础形式验算一下软弱下卧层的承载力


☆ 关于荷载的取值           
1. 恒荷载:楼面符载统一取2.0kN/㎡,这是建筑专业楼面做法的自重,目的是为装修改造留有适当的余地,不包括楼板结构自重和板底做法的重量。

2. 住宅中轻质隔墙的自重,无论是轻质隔墙还是位置有可能灵活自由布置的隔墙,统一按恒荷载考虑,一律取值为2.0 kN/㎡。

3. 住宅的活荷载,也是取2.0 kN/㎡(三个2.0 kN/㎡:楼面做法自重,轻质隔墙自重,活荷载取值)。

4. 屋面恒荷载4.0 kN/㎡,屋面活荷载:上人时2.0 kN/㎡,不上人时0.5kN/㎡(而对于轻钢结构的屋面,一定要在结构总说明中写明:本工程为不上人屋面,活荷载设计值为0.5 kN/㎡,严禁超载)。

5. 需要记住三个数据:2.5 kN/㎡,4.0 kN/㎡,7.0 kN/㎡
      2.5 kN/㎡适用于人或物可能比较集中的楼面,如一般楼梯,一般阳台,一般厕所,一般厨房,会议室,阅览室,医院门诊,教室等。
      4.0 kN/㎡适用于人或物有可能更集中更密集的楼面,比如健身房,看台,舞厅,商店,旅客等候室,展览厅,消防疏散楼梯等。
      7.0kN/㎡用于两个机房和一个变电室,即通风设备机房,电梯机房和高压变压室。因为这些地方不仅有设备荷载,还有设备基础的荷载也是很大的。

6.  地下一层顶板,或者近似认为是±0.000板,它的活荷载取值为8~10 kN/㎡。因为施工到±0.000时,施工单位往往工程备料统统堆放在地下一层顶板上,这样便于施工随时随地取用。同时要注意的是,当±0.000板活荷载取值8~10 kN/㎡时,此时恒荷载中的隔墙自重可取为1.0 kN/㎡或者更小,因为堆放大批施工备料时,隔墙的施工一般还未完成。
(设计±0.000板时,在截面尺寸相同的情况下,板和梁的配筋往往要比其他楼层大)

概念第一位,计算第二位
(一)结构或构件尽可能拉结成整体,不宜各自为政
(1)单独柱基间宜设置拉梁
△拉梁的实际作用就是将各单独柱基拉结成一体,以避免个别独立基础个体独自沉降,导致基础之间产生沉降差,对结构产生次生应力,致使结构产生开裂等其他不良影响;拉梁的截面尺寸要足够大,具备一定的刚度,拉梁的高度应为跨度的1/20~1/15。
(2)加层屋顶各柱间同样要设置构造拉梁
△用拉梁把本来各自为政的独立悬臂柱拉结为一个整体,即一柱受侧力,立即波及扩散到其他各柱,共同抵抗水平力。
 (3)加固改造项目中后作构件与原结构构件均宜有构造拉结
△改造工程中的原则:尽量少或不破坏原结构,即多保留少破坏

(二)有关钢筋锚固的构造原则——优先采用平直段锚固,并且构件优先自锚
 (1)水平直段优先,弯折段为辅助
      △在承受静力荷载为主的情况下,水平段的粘结能力起主导作用,弯折后的锚固效果还不足水平段的70%

(2)构件内的钢筋锚固尽量在本构件内部完成
△原因是如果进入其他构建中锚固,一方面会造成其他构件内部钢筋密集,混凝土难浇筑,难振捣,另一方面,和其他构件的内部钢筋也会有位置打架的可能,所以要尽量避免
△当本构件锚固确实不能满足锚固长度的规范要求时,再被迫进入其他的构件内锚固,以补足长度要求

(三)次要让位于主要的原则——明确哪些钢筋的位置对结构设计来说更重要
  原则:构件让支座

(1)柱与主梁
      △一般情况下为了外墙与柱外皮平齐的美观效果,承托外墙的梁的外皮也必须与柱的外皮平齐。此时梁的外侧纵筋就会与柱的外侧纵筋打架。这时候,柱是梁的支座,是主要的受力构件,柱的纵筋就更重要一些,因此梁的纵筋就要避让柱的纵筋。具体做法是,梁的外侧纵筋提前向内做1:6的斜坡,待绕过柱纵筋后,再做1:6的斜坡归位。

(2)主梁与次梁
      △主梁与次梁的上部纵筋也不可避免的会打架,此时当然是主梁更重要,次梁的纵筋要避让主梁的纵筋。具体做法是,次梁的上部纵筋提前向内做1:6的斜坡,待绕过主梁上部纵筋后,再做1:6的斜坡归位。

(3)梁和板
   △梁和板的上部钢筋也会发生打架,同理,梁是重要构件,板的上部钢筋要避让梁的上部钢筋。具体做法是,板的上部纵筋提前向内做1:6的斜坡,待绕过梁上部纵筋后,再做1:6的斜坡归位。

(4)双向板
   △双向板配筋时上下双层双向钢筋,哪个方向放在外侧,哪个方向放在内侧?
   谁放在外侧,谁的有效高度就大,就有利,当然是重要的钢筋放在外侧;谁是重要钢筋呢,显然受力大的钢筋是重要钢筋;于是得出结论,受力大的钢筋放在外侧,另一方向的钢筋放在内侧。
   △技术交底时,一般要说:图纸上钢筋直径大,间距密的钢筋放在外侧,相反的就放在内侧

(5)剪力墙
   △顾名思义,剪力墙的主要作用是抗剪,而抗剪主要是由箍筋——也就是水平钢筋来发挥作用的,所以要把水平钢筋放在竖向钢筋的外侧

(6)混凝土挡土墙
   △混凝土挡土墙的主要作用是挡土压抗弯,而主要发挥抗弯作用的是竖向钢筋,所以要把竖向钢筋放在外侧,水平钢筋放在内侧

(7)地下室的外墙
   △地下室的外墙,既是竖向贯穿全楼始终的剪力墙,同时又式担负着挡土,抗弯的挡土墙,它的情况要具体分析,关键是看地下室外墙的竖向位置:当位于地下一层时,抗震和挡土同样重要,但为了方便施工的连续和统一,可以同地上剪力墙一样处理,水平筋放外侧;但是地下室墙位于地下二层及以下位置时,由于地下二层及以下的墙深埋于土中,可不用考虑抗震,而竖向埋深越深,土压力越大,所以这种挡土墙的性质就越突出,故此竖向筋宜放置在外侧,水平筋宜放置在内侧。

(四)混合结构未必都可采用——框架结构按抗震设计时,严禁采用局部砌体承重之混合形式
      △既然是框架结构,柱梁就是承重和抗侧力的主体构件,因为砖墙同框架相比材料刚度小,只能是自承重或当作轻质隔墙使用。如果局部出现砖墙参与承重或抗侧力,就意味着让材料刚度小的承担材料刚度大的任务,砖墙肯定不能胜任,最终要提前垮掉。

      △抗震设计时应有意识的设置多道防线,使得地震作用先破坏刚度较大的第一道防线,当一部分地震作用耗散在大刚度的材料上之后,其余较小的地震力再被刚度小的材料来吸收,这样的设计才是合理的,框架-砖墙承重的混合形式使得地震作用一次集中破坏了两种承重材料,没有体现多道防线的设计理念。、

(五) 结构设计时,(特别是基础设计时)何时用荷载设计值,何时用标准值
      △荷载设计值是标准值为了安全起见或人为或科学的安全放大
      △上部结构设计中:
      采用标准值的:变形(挠度或刚度)计算,裂缝计算
      采用设计值的:强度,内力,配筋等的计算
      △基础结构设计中:
      采用标准值的:地基承载力计算(确定基础底面积以及埋深),地基变形计算(建筑物沉降),稳定性验算(土压力,滑坡推力、地基以及斜坡的稳定性)
      采用设计值的:基础结构承载力计算(基础或承台高度、结构截面、结构内力、配筋以及材料强度验算)
      △特别指出:基础一般底面积计算对应采用标准值,标准值为荷载设计值除以一个系数,过去旧规范时一般取为1.25.;而对于新规范,民用建筑的柱、基础等构件,转换系数宜取1.26~1.31(以恒荷载占到总荷载的比例为标准)

(六)结构设计中哪些构件和哪些部位适合直接静力手算,哪些部位必须准确电算
      △适合手算的:现浇混凝土板配筋、以承受竖向荷载为主的梁(一般放大系数取1.2~1.5)、柱的构造配筋率控制和截面确定、地下结构的构件埋深较深而不考虑地震时(如地下室的外墙,附壁柱,各类基础)。
      △适合电算的:钢结构工程、柱的内力组合、上部结构的地震作用。

各类板的实用简化算法
双向板和单向板的界定:矩形板在四边支撑的情况下,相邻边长之比小于2为双向板,大于等于2为单向板。

设计要点:
①板厚的确定方法与楼板设计荷载的计算方法
②板内配筋的计算方法

(一)单向板配筋的简化算法
△ 板厚一般取跨度的1/30
△ 弯矩:两端简支时 M = qL /8
        两端固定时M =M = qL /16
一端固定,一端简支时M =M = qL /14
△ 配筋:A =M/(0.9f h )
△ 板内弯矩是按照钢筋集度分布的,钢筋集中使用在了支座,那么支座会相应的多承担些弯矩,跨中相应少一些;钢筋集中使用在了跨中,那么跨中会相应多承担些弯矩,支座少一些,支座和跨中的弯矩总和为qL /8。

(二)双向板的计算方法
△ 板厚:一般取板块短跨尺寸的1/40
△ 板的尺寸:四边简支情况下可以做到11m×11m;四边固定的情况下可以做到12m×12m,在正常的民用荷载作用下,不会出现问题
△ 板的配筋:采用塑性计算方法,查表计算,注意混凝土的泊松比ν=0.2
△ 异形双向板等效为规则双向板的算法:
①对于L形的双向板,可以补齐缺失的板块,然后按一个完整的大双向板计算;构造上要在这个L形板的阴角处另外增加5根45°斜向支座的上铁。
②对于很不规则的其他异形双向板,条件允许时设一个明次梁,将异形板分割成两个小的规则板块计算,梁高取跨度的1/15;条件不允许时,可设置暗梁,梁高同大板厚,同时必须大于160mm,梁宽一般大于等于1000mm。暗梁主筋直径不宜大于16mm。

(三)挑板配筋的算法
△ 板厚:取净跨的1/10
△ 板的尺寸:跨度一般不宜大于1.5m,但可适当突破到2.0m。
△ 悬挑构件的设计不应该过分追求经济,设计时不应该冒进,构件荷载估计大些,配筋配大些,是明智之举,悬挑构件应该安全储备比常规构件大些。
△ 挑板的板厚一旦确定后,与其相邻的作为支座的板块的板厚应尽量取和它的厚度相同。
△ 对于大挑板板下部应该配置足够的受压钢筋,以减少因板徐变而产生的附加挠度,一般下部钢筋为上部钢筋的1/3~1/2,而且间距为150mm左右。
各类梁的实用简化算法
△在板向梁导荷载时,单向板和双向板是不相同的;梁端的支座情况不同时,其弯矩的计算也是不同的。

 

 
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