建筑结构设计简介2010-2备注.ppt

1,建筑结构设计简介,主要内容 建筑工程设计程序概述 结构设计的阶段及内容,2,一、建筑工程设计程序概述,大、中型项目，一般可分为以下几个阶段： 设计准备阶段； 方案设计阶段； 初步设计阶段； 技术设计阶段； 施工图设计阶段； 一项民用建筑工程(建筑单体）的设计，通常是由建筑师为主导，结构、给排水、电气、暖通等专业配合共同完成。,3,设计准备阶段,主要工作内容 1.组建项目团队； 2.收集相关资料及调研； 结构专业主要是了解、熟悉下列资料： 1.有关文件：工程建设项目委托文件，主管部门审批文件及有关协议书，设计工作范围，具体技术要求等 2. 工程建设项目所在地的自然条件：地形、地貌及地物状况；海拔高度；抗震设防烈度；气象条件及环境条件；简要的工程地质情况、冻结深度、地下水情况等。,4,方案设计阶段1,主要工作及成果：以建筑专业为主导 一、编写设计说明书：1.设计依据、设计要求及主要技术经济指标；2. 各专业设计说明以及投资估算等。 二、出总平面图、建筑设计图。 三、出合同规定的透视图、鸟瞰图、模型等. 工作目的 用于设计投标、建筑方案评比。 任何工程项目的结构方案至关重要，直接关系安全、使用、施工周期和造价，所以结构设计在方案阶段应该重视。,5,方案设计阶段2,各专业间的配合： 首先建筑提供下列的资料： 设计依据：主要是由建设单位提供资料，应由项目设计总负责人汇总，提供给各专业。 简要设计说明： 1.列出主要技术经济指标，以及主要建筑或核心建筑的层数、层高和总高度等项指标；功能布局；2.设计标准；3总平面布置说明； 设计图纸： 1.总平面图；2.各层平面图； 设计人员对建筑概况及设计范围等进行确认，提出调整意见并反馈给建筑专业，经各专业协商达成一致。,6,方案设计阶段3-1,结构专业的主要工作 1.根据建筑设计说明书和相关作业图（接受建筑专业提供的资料，仔细阅读） 2.通过专业间配合拟定结构专业设计方案。（结构专业主要在接受建筑专业资料的基础上反提资料） 3.经估算和初步布置后提交本专业设计的说明书，结构专业一般可以不出图。 目标 确定大体合理的建筑结构方案。,7,方案设计阶段3-2,结构工作内容及步骤： 1)、结构选型：体系及结构材料的确定。 2)、结构分缝：确定是否要设置结构缝。 3)、结构布置：初步确定构件的支承和传力关系。 4)、结构试算：快速建模并反复计算。 5)、结构计算结果的判断：确定结构的可行性。 6)、超限判别：确定是否要进行抗震超限审查。,8,方案设计阶段4-1,结构专业的主要成果：结构设计说明书 结构设计说明书的内容：设计依据、结构设计说明 1.设计依据 1）本工程结构设计所采用的主要法规和标准； 2）建设方提出的符合有关法规、标准的与结构有关的书面要求； 3）主要阐述建筑物所在地与结构有关的自然条件，包括风荷载、地震基本情况等,9,方案设计阶段4-2,2.结构设计说明：主要阐述一下内容： 1）建筑结构的安全等级、设计使用年限和建筑抗震设防类别； 2）上部结构选型概述和新结构、新技术的应用情况； 3）采用的主要结构材料及特殊材料 4）条件许可下阐述基础选型； 5）地下室的结构做法及防水等级，人防抗力等级； 3.需要特别说明的其他问题； 到此完成方案设计；,10,初步设计阶段1,主要工作：初步完成各专业配合，细化方案设计，编制初步设计文件。 目的：向政府主管部门报批（即建设单位办理相关的报批手续），控制投资，对特殊设备提出订货条件。并满足下一步编制施工图的需求。 提交的设计文件包括（主要成果）： 1.设计说明书； 2.各专业的相关设计图纸； 3.主要设备和材料表； 4.工程概算书； 5. 有关专业计算书。,11,初步设计阶段2-1,各专业间的配合 第一时段结构专业接受建筑专业提供的资料： 1. 经主管部门批准的方案设计审批意见； 2.依据主管部门、建设单位审批意见，适当调整方案设计图纸（总平面布置、平、立、剖面图）； 3.在初步设计过程中需要补充和调整的内容； 第二时段结构专业接受建筑专业提供的资料： 1.设计依据；2.简要设计说明；3.设计说明书；4. 设计图纸； 第二时段结构专业接收给排水、暖通、电气专业提供的资料： 主要是接收三专业提供的净高、开洞、设备尺寸和重量等资料。,12,初步设计阶段2-2,各专业间互提的资料 1.结构专业接收其他专业的主要资料有： 1）接收建筑专业的主要资料有（第二时段）： A总平面定位位置，包括量测坐标网、建筑红线、消防车道等；B建筑物性质、用途、建筑高度、层高、建筑面积、建筑标准、建筑材料等；C建筑物的平、立、剖面图及建筑做法；D建筑物的防火要求及保温隔热做法。 2）接收设备专业的主要资料有（第二时段） ： A设备用房的位置及尺寸；B各类设备的位置及荷重； C对设备基础的要求；D楼板、承重墙、梁上需预留洞口的位置及尺寸；E吊（挂）在梁（墙）上设备的位置及荷重；,13,初步设计阶段2-3,2. 结构专业需提供（给其他专业）的主要资料有： 1）地质勘察资料（甲方提供） 2）主体结构选型； 3）承重墙、柱、梁、板布置图； 4）承重墙、柱、梁、板等主要结构构件的截面尺寸； 5）伸缩缝、沉降缝、防震缝的位置。 通过专业间配合及资料的互提和确认后，结构专业进行下一步的工作。,14,初步设计阶段3,结构工作内容及步骤： 1、结构详细计算； 2、结构各部位抗震等级及加强部位的详细划分； 3、基础选型； 4、地下水设防水位的确定； 5、基础平面布置图； 6、绘制楼层结构布置图和竖向构件定位及截面尺寸 7、结构特殊处理； 8、结构、构件或节点是否需要作试验； 9、如需超限审查，则需按超限审查规定准备文本；,15,初步设计阶段4-1,结构工作成果：设计说明书、设计图纸 1. 设计说明书： 1）工程概况： 1）.工程地点、工程分区、主要功能； 2）.各单体（或分区）建筑的长、宽、高，地上与地下层数，各层层高，主要结构跨度，特殊结构及造型，工业厂房的吊车吨位等。 2）设计依据： 1）本工程结构设计所采用的主要标准及法规； 2）相应的工程地质勘察报告；（当无时要求补充）； 3）采用的设计荷载；（风；活载；人防；地震作用等）; 4）建设方提出的符合有关法规、标准的与结构有关的书面要求； 4）批准的方案设计文件 3）设计说明； A建筑结构的安全等级和设计使用年限、建筑抗震设防烈度和设防类别；B地基基础设计等级，地基处理方案及基础形式、基础埋深及持力层名称等；C上部结构选型；D伸缩缝、沉降缝、防震缝的设置；E地下室的结构做法及防水等级，人防抗力等级；,16,初步设计阶段4-2,3）设计说明； F为满足特殊使用要求所作的结构处理；G主要结构构件材料的选用；H高层建筑和大型公共建筑的主要结构特征参数和采用的计算程序及计算模型；I新结构、新技术、新材料的应用。J采用的标准图集；K施工特殊要求；M其它需要说明的内容； 4）提请在设计审批时须解决的问题； 2.设计图纸:1）标准层、特殊楼层及结构转换层结构布置图，注明定位尺寸、主要构件的截面尺寸；条件许可时提供基础平面图；2）特殊结构部位的构造简图。 到此完成初步设计；,17,技术设计阶段1,主要工作及目的： 对新技术、疑难技术做专项研究，解决本工程特殊技术问题。 主要成果：专项研究成果、疑难问题采取的技术措施等； 此阶段是针对大型的复杂的工程。一般工程可由初步设计直接进入施工图设计阶段。,18,施工图设计阶段1,主要工作：各专业按满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的要求，完善各专业设计图-即施工图。 成果： 1.合同要求所涉及的所有专业施工图； 2. 合同要求的工程预算书； 3. 各专业计算书 在施工图设计阶段，除需要甲方提供相关的资料外，各专业应如何互提资料？,19,施工图设计阶段2-1,各专业的配合 各专业一般按三个时段互提资料： 第一时段结构专业接受建筑专业提供的资料： 1. 经主管部门批准的初步设计审批意见； 2.依据主管部门、建设单位审批意见，适当调整初步设计图纸（总平面布置、平、立、剖面图）； 3.在施工图设计过程中需要补充和调整的内容； 第二时段结构专业接受建筑专业提供的资料： 1.设计依据；2. 设计图纸； 第二时段结构专业还要反提资料给各专业，同时要与给排水、暖通、电气专业就设备位置、重量及需要开洞大小、位置进行交流并接收三专业提供的资料。 第三时段结构专业接收建筑专业提供的资料后，与各专业间细微修改、调整及配合，按设计进度同期进行。,20,施工图设计阶段2-2,各专业提供的资料 结构工种要求建筑工种提供其工种汇总给排水、电气、暖通、消防等专业的设计条件，归纳之如下所列： 1、±0.000相对海拔高程、室内外高差、室外是否要填土。 2、楼层结构标高与建筑标高的相互关系。 3、楼层使用功能详细分布、楼层孔洞位置及尺寸。 4、设备用房位置、设备外型尺寸及重量。,21,施工图设计阶段2-3,5、楼梯编号及其定位尺寸（梯板长宽度以确定楼梯的结构型式和支承条件）。 6、电梯地坑深度、消防梯集水坑位置及深度（涉及基础或承台型式及其顶标高）。 7、自动扶梯平面位置、长度、宽度、起始梯坑平面尺寸及深度（决定其支承条件和衡量楼层净高尺寸）。 8、地下室斜车道坡长，车道出入口部高度（决定坡道的支承条件，出入口处是否需要做反梁）。 9、楼层厕所型式（决定下凹深度以及填充料的荷重）。 10、大厨房地面做法（决定结构层降低或采用建筑找平垫高）。,22,施工图设计阶段2-4,11、屋面坡度做法（采用结构找坡或是建筑找坡）。 12、地下室或屋面水池平面位置及尺寸（确定合理的支承条件）。 13、天棚吊顶做法（全部吊顶或局部吊顶或不吊顶需做平板结构）。 14、外墙门窗口尺寸及立面做法（确定外围梁高及窗框做法）。 15、外墙饰面材料（确定围护结构材料品种）。 16、室内间隔墙布置情况（固定的或是灵活隔断以决定楼面等效荷载）。 17、设备管道穿行形式（是否需要横穿楼层梁或剪力墙）。 18、地下室防水做法（防水层材料类别），地下室底板集水坑位置及尺寸。 19、电梯门旁或门顶指示灯设置位置及尺寸（决定剪力墙予留孔洞）。,23,施工图设计阶段3,结构专业工作内容： 依据相关文件（资料）对结构布置，构件尺寸进行必要的调整，对节点构造进行详细设计。必要时对结构进行补充计算。 主要工作步骤： 1、结构计算方面。 2、图纸目录编排。 3、文字说明。,24,施工图设计阶段4,结构专业施工图设计文件应包括： 1.图纸目录； 2.设计说明（结构设计说明）； 3.设计图纸； 4.结构计算书； 以上文件的主要内容在建筑施工图设计文件编制深度规定中有详细介绍。 各设计阶段小结,25,二、结构设计的阶段及内容,概述： 结构设计的内容由上可简单概括为： 上部结构的设计； 地基基础的设计； 细部设计；,26,二、结构设计的阶段及内容,结构设计的阶段：可以分为三个阶段： 方案(选型)阶段： 计算阶段； 施工图设计阶段； 下面按结构设计的内容及步骤逐一介绍:,27,二、结构设计的阶段及内容 结构方案(选型)阶段,结构方案(选型)阶段 具体步骤： 1、明确功能要求和甲方要求。 2、搜集必要的结构技术参数。 3、根据建筑高度将竖向承重及抗侧体系作粗的定位。 4、根据层高净高、空间单元大小确定合理的楼盖形式。 5、对技术经济作出初步的评定，适当考虑新技术的应用。 6、再次审查结构与建筑功能有无矛盾，协商解决。 7、确定主要结构型式，完成此程序。 可进入结构计算阶段,28,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-主要内容,结构计算阶段： （一）计算程序的正确使用 （二）荷载的计算 （三）建模及整体分析计算 （四）基础的合理选型和计算,29,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-计算程序的正确使用 1,（一）计算程序的正确使用： 要正确使用计算程序，应明确几个问题：结构计算分析的基本假定、程序的选用原则、目前常用结构分析程序、正确输入信息的确定、正确分析计算结果等 .正确建立结构计算分析的基本假定： 目前在结构的内力与位移分析中，最基本的假定为： 1）弹性工作状态： 2）考虑整体共同作用; 3） 楼板在自身平面内无限刚;,30,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-计算程序的正确使用2,2.计算机程序的选用原则 1） 注意软件的适用范围。 2） 结构计算软件可分为平面（二维）计算和空间（三维）计算两大类。 3） 软件应使用有效版本：即按现行规范编制的程序。 4） 评估软件的前处理能力： 5）评估软件的后处理能力： 6） 评估软件的可参与性：,31,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-计算程序的正确使用3,3.常用结构分析程序简介 1）通用性的有限元分析软件 常用国外的软件有：SAP2000中文版、ANSYS、 ETABS的软件；国内有GSSAP、 PMSAP等。 2）建筑结构分析与设计软件 常用的软件有：PKPM系列、 GSCAD、 TBSA、 ETABS中文版、TUS、3D3S等 3）基本构件设计软件 常用的软件有理正工具箱等。 4）施工图绘制软件 常用的软件有探索者系列、SAScad、CBCAD等。,32,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-计算程序的正确使用 4,4.正确确定输入信息 1)构件容重： 2)周期折减系数： 3）0.2Q0调整系数： 4）地震作用调整系数： 5）计算振型数：,33,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-计算程序的正确使用5,5.认真分析计算结果 一般按如下几点进行分析： 5.1合理性： 1）周期、振型和地震力在合理的范围内 2) 底部剪力也在合理范围内。 3）位移；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。 4）构件配筋的合理性； 5.2平衡性： 5.3对称性： 有了以上对计算程序的正确使用后，接下来就进行荷载计算,34,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-荷载的计算,荷载的计算。 1.外部荷载的计算： 外部荷载包括：风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等 2.内部荷载的计算： 内部荷载包括：结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等 下一步：建模,35,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算1,建模： 几何模型： 荷载模型； 试算；,36,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算2,建筑结构计算步骤及控制点 计算步骤 、步骤目标 、建模或计算条件 、控制条件及处理 1.建模 步骤目标：建立几何模型及荷载模型 建模条件：整体建模 控制条件及处理： a.符合原结构传力关系; b.符合原结构边界条件; c.符合采用程序的假定条件 对于建模，完成上述的目标及控制条件就可以进行第一次试算；,37,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算3,2.计算一(一次或多次) 步骤目标：整体参数的正确确定 计算条件：（计算的参数选择） a.地震方向角0=0; b.单向地震+平扭耦连; c.不考虑偶然偏心; d.不强制全楼刚性楼板; e.按总刚分析; f.短肢墙多时定为短肢墙结构,38,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算4,控制条件及处理：（经过试算应满足的条件及处理方法） 1. 振型组合数有效质量参予系数0.9吗? 否则增加 ； 2. 最大地震力作用方向角0-m15°? 是,输入0=m，附加方向角0=0； 3. 结构自振周期,输入值与计算值相差10%时,按计算值改输入值. 4. 查看三维振型图,确定裙房参予整体计算范围修正计算简图 5. 短肢墙墙承担的抗倾覆力矩比例50%?是,规范不许,修改设计； 6. 框剪结构框架承担抗倾覆力矩50%?是,框架抗震等级按框架结构定；若为多层结构，可定义为框架结构定义抗震等级和计算，抗震墙作为次要抗侧力构件，其抗震等级可降一级。 完成上述工作后，第一次试算目标整体参数的正确确定完成，可以进行第二次试算；,39,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算5,3.计算二(一次或多次) 步骤目标：判定整体结构的合理性(平面和竖向规则性控制) 计算条件： 1.地震方向角0=0,m; 2.单(双)向地震+平扭耦连; 3.(不)考虑偶然偏心; 4.强制全楼刚性楼板; 5.按侧刚分析; 6.按计算一的结果确定结构类型和抗震等级,40,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算6,控制条件及处理 ：（经过试算应满足的条件及处理方法） 1.周期比控制;T/T10.9(0.85)? 否,修改结构布置,强化外围削弱中间 2.层位移比控制; Um/Ua， Um/ Ua1.2否,按双向地震重算 3.侧向刚度比控制;要求见后;不满足时程序自动定义为薄弱层. 高规 4.4.2条； 4.层受剪承载力控制; Qi/Qi+10.65(0.75)?否,修改结构布置0.65(0.75)Qi/Qi+10.8?否,强制指定为薄弱层;(注:括号中数据B级高层) 高规 4.4.3条； 5.整体稳定控制;刚重比10(框架),1.4(其它) 高规 5.4.4条； 6.最小地震剪力控制;剪重比0.2max? 否,增加振型数或加大地震剪力系数 7.层位角控制; Uei/hi1/550(框架),1/800(框剪),1/1000(其它) Upi/hi1/50(框架),1/100(框剪),1/120(其它) 高规 4.6.3条； 4.6.5条； 完成上述工作后，第二次试算目标整体结构的合理性完成，可以进行第三次试算；,41,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算7,4.计算三(一次或多次) 步骤目标 ：构件优化设计(构件超筋超限控制) 计算条件 1.按计算一、二确定的模型和参数; 2.取消全楼强制刚性板;定义需要的弹性板; 3.按总刚分析 4.对特殊构件人工指定,42,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算8,控制条件及处理 1.构件构造最小断面控制和截面抗剪承载力验算; 2.构件斜截面承载力验算(剪压比控制); 3.构件正截面承载力验算 4.构件最大配筋率控制 5.纯弯和偏心构件受压区高度限制 6.竖向构件轴压比比控制 7.剪力墙的局部稳定控制 8.梁柱节点核心区抗剪承载力验算 完成上述工作后，第三次试算目标构件优化设计完成，可以进行施工图绘制；,43,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-建模计算9,5.绘制施工图 步骤目标 :满足结构构造要求 主要要求 抗震构造措施 控制条件及处理 1.钢筋最大最小直径限制 2. 钢筋最大最小间距要求 3.最小配筋配箍率要求 4重要部位的加强和明显不合理部份局部调整。 完成上述工作后，就可以进行上部结构的施工图绘制，接下来可进入基础的设计 ；,44,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-基础的合理选型和计算1,地基基础的设计步骤： 1、首先认真阅读地质报告； 2、根据地质剖面图和各土层的物理指标对场地的地质结构、土层分布、场地稳定性、均匀性进行评价和了解； 3、确定基础形式； 4、确定基础持力层、基础埋深、土层数据等； 5、地基基础设计计算； 6、沉降数据分析； 下面主要谈一下地基基础设计计算；,45,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-基础的合理选型和计算2,地基基础计算：分为天然地基、复合地基、桩基 1 天然地基 (1) 持力层选择，基础底面标高。 (2) 地基承载力设计值计算。 (3) 底层柱下端内力组合设计值。 (4) 基础底面积计算、地基变形计算。 (5) 基础计算：冲切、抗剪、抗弯计算。 2 复合地基 (1) 静载试验值。 (2) 承载力设计值计算与选用值。 (3) 、(4)、(5)同天然地基。,46,二、结构设计的阶段及内容 结构计算阶段-基础的合理选型和计算3,3 桩基 (1) 取出柱底内力； (2) 结合地质报告确定桩型； (3) 综合1、2确定桩径、单桩承载力并完成布桩； (4)桩数计算 ;总桩数，总荷载设计值。 (5)静载试验分析，桩位调整。 (6)承台设计计算（冲切、剪切、抗弯） (7) 沉降计算； (8) 拉梁设计； 到此，结构计算阶段的工作完成，进入施工图的绘制阶段,47,二、结构设计的阶段及内容 施工图设计阶段-工作目标及内容1,目标完成现场施工所实施的技术文件。 结构专业施工图设计文件应包括： 图纸目录； 设计说明（结构设计说明）； 设计图纸； 结构计算书； 下面介绍结构专业施工图设计文件的具体内容：,48,二、结构设计的阶段及内容 施工图设计阶段-工作目标及内容2,（一）钢筋混凝土结构图纸构成 1.图纸目录： 2. 设计总说明： 3. 设计图纸： （二）钢结构的设计深度 钢结构设计制图分为设计图和施工详图（加工制作详图）两个阶段。 （三）钢结构设计图纸构成： 1.图纸目录： 2. 设计总说明 3. 设计图纸：,49,以上是今天的全部内容 介绍结束 谢谢！,50,附加内容介绍 结构设计必须经历的阶段,结构设计过程中除常规的结构整体计算外，有时还必须进行：细节（补充）计算、设计报审和必要的测试项目 1、 细节计算： 2、 设计报审 3、 测试项目 下面分别以清单形式，详细列出其内容,51,附加内容介绍 结构设计必须经历的阶段,1、 细节计算： 1.1弹性时程分析计算 1.2不同力学模型的结构分析软件的整体计算 1.3应力分析补充计算 1.4扭转耦连作用计算 1.5薄弱层弹塑性变形验算,52,附加内容介绍 结构设计必须经历的阶段,1、 细节计算： 1.6竖向地震作用计算 1.7结构顶点最大加速度限值计算 1.8重力二阶效应及结构稳定性验算 1.9抗浮计算 1.10受弯构件挠度验算和裂缝控制验算,53,附加内容介绍 结构设计必须经历的阶段,2、 设计报审： 2.1基坑支护设计方案报审 2.2建筑工程初步设计技术报审 2.3超限高层建筑抗震报审,54,附加内容介绍 结构设计必须经历的阶段,3、 测试项目： 3.1地震安全性评价 3.2结构模型震动台试验 3.3风洞试验 3.4地基现场压板试验 3.5沉降观测 3.6地震反应观测系统,