建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟

李雪平 余思平

廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院

建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟

李雪平 余思平

廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院

本文主要介紹了建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟，其目的是為了讓剛開始接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計這門課的學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程以及結(jié)構(gòu)設(shè)計所包括的內(nèi)容有一個大致的了解，也為后期進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計手算的畢業(yè)設(shè)計做好鋪墊。

混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；畢業(yè)設(shè)計

一、引言

建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程專業(yè)本科生的一門主要專業(yè)課，是力學(xué)知識、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理以及荷載與設(shè)計方法等專業(yè)基礎(chǔ)知識在建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。本文主要針對剛接觸結(jié)構(gòu)設(shè)計這門課的學(xué)生對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟做的簡要明了的介紹，讓同學(xué)們對結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程以及結(jié)構(gòu)設(shè)計所包括的內(nèi)容有一個大致的了解，也為后期進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計手算的畢業(yè)設(shè)計做好鋪墊。

二、建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟

建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是對建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行的設(shè)計，以框架結(jié)構(gòu)為例，其步驟大體上可以由這一條主線來描述：準(zhǔn)備工作——確定結(jié)構(gòu)方案——結(jié)構(gòu)布置及計算簡圖的確定——結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計計算——編寫結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書、繪制結(jié)構(gòu)施工圖。現(xiàn)對以上步驟做具體的介紹說明。

(1)準(zhǔn)備工作：在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，首先要了解這個工程的背景資料，例如：這個建筑物如果是一個多層的教學(xué)樓或是學(xué)生宿舍樓，那就需要一個個比較規(guī)則的房間，后面結(jié)構(gòu)選型的時候可以選擇磚混結(jié)構(gòu)或是框架結(jié)構(gòu)，若是二三十層的居民住宅樓，前面兩種結(jié)構(gòu)體系則不能選擇，需要考慮剪力墻結(jié)構(gòu)等，其實建筑物的性質(zhì)，也直接決定了這個建筑物應(yīng)該選用的結(jié)構(gòu)體系。其次，要掌握該設(shè)計所需要的原始資料，例如，所在地區(qū)的基本風(fēng)壓是多少，方便后面算風(fēng)荷載作用力，場地地質(zhì)條件如何，方便我們確定基礎(chǔ)的類型及尺寸，和相關(guān)的驗算等等。然后，有需要的話，可以在網(wǎng)上搜集一些類似案例的參考資料。最后，制定一個工作計劃，便可以開始后面的設(shè)計內(nèi)容。

(2)確定結(jié)構(gòu)方案：根據(jù)前面的準(zhǔn)備工作，建筑物的性質(zhì)確定選擇什么樣的結(jié)構(gòu)體系，確定好上部結(jié)構(gòu)、樓蓋和基礎(chǔ)。上部結(jié)構(gòu)是選擇梁、板的，還是墻、板的，或是其它；樓蓋是肋梁樓蓋，還是井字樓蓋或是無梁樓蓋；基礎(chǔ)是做獨(dú)立基礎(chǔ)還是整體基礎(chǔ)，是條形基礎(chǔ)還是打樁等等。

(3)結(jié)構(gòu)布置及計算簡圖的確定：確定好結(jié)構(gòu)方案之后，便可進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，例如，哪里布置柱子，哪里布置主梁，哪里布置次梁等，對于框架結(jié)構(gòu)來說，板的經(jīng)濟(jì)跨度是1.7-2.5m，不宜超過3m，也可以超過，但是不經(jīng)濟(jì)，次梁的經(jīng)濟(jì)跨度是4-6m，主梁的經(jīng)濟(jì)跨度是5-8m。布好之后，便可以確定構(gòu)件的跨度，然后初步估算構(gòu)件的截面尺寸，截面尺寸主要也是根據(jù)經(jīng)驗在不需要進(jìn)行撓度驗算的情況下初步估算的，例如：簡支板板厚h取板跨/35，連續(xù)板板厚h取板跨/40，懸臂板板厚h取板跨/12，次梁截面高度h取(1/18-1/12)梁跨，主梁截面高度h取(1/15-1/10)梁跨，截面寬度b取(1/3-1/2)h。還可以確定構(gòu)件的支座形式，從而確定好結(jié)構(gòu)的計算簡圖。

(4)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計計算：這個步驟是非常關(guān)鍵性的一步，也是內(nèi)容比較多的一步，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計手算的時候，我們的做法一般是把整個大的結(jié)構(gòu)拆分成一個個獨(dú)立的個體進(jìn)行設(shè)計計算，例如框架結(jié)構(gòu)，就是選取具有代表性的一榀框架進(jìn)行的設(shè)計計算，可以取橫向的也可以取縱向，一般選橫向，跨數(shù)少。這一步可以按下面的順序來做：荷載計算——結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析——荷載效應(yīng)的組合——構(gòu)件的截面設(shè)計——構(gòu)造要求。①荷載計算：包括所有構(gòu)件的自重例如柱子、墻體、主次梁、板等的計算，還有活荷載的折算等，另外還有風(fēng)荷載的計算，地震作用的計算等。②結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析：主要是分析水平荷載包括風(fēng)荷載、地震作用下的以及豎向荷載包括恒荷載、活荷載作用下的三種內(nèi)力的分析，即M、N、V。水平荷載主要采用反彎點(diǎn)法或D值法進(jìn)行分析計算，豎向荷載主要是利用分層法或彎矩二次分配法進(jìn)行分析計算，另外，在層數(shù)比較多的情況下，還可以借助結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器通過建模以后進(jìn)行求解。然后繪制出對應(yīng)的三種內(nèi)力圖。得出來的內(nèi)力均為軸線處的內(nèi)力，需要先給豎向荷載作用下的梁端彎矩進(jìn)行調(diào)幅，然后再分別把軸線處的M、V換算到控制截面上。③荷載效應(yīng)的組合：這是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題，涉及到時間上和空間上的組合，因為活載的活，它既活在時間上又活在空間上，需要考慮各種可能性，在這一步，主要是為了得到下一步進(jìn)行截面設(shè)計所需要的控制截面上的內(nèi)力，包括梁的+Mmax、-Mmax、Vmax、柱子的Mmax、Mmin、Nmax、Nmin，另外還要考慮柱子的M-N相關(guān)性，所以組合的情況有很多種，需要把各種可能性都考慮進(jìn)去，經(jīng)過比較然后取最不利的內(nèi)力值，另外，有抗震要求的還需要按照“強(qiáng)剪弱彎”的原則調(diào)整內(nèi)力。④構(gòu)件的截面設(shè)計：根據(jù)上一步確定出的內(nèi)力值便可以應(yīng)用鋼筋混凝土基本原理的知識點(diǎn)給梁、柱子計算配鋼筋，包括縱向受力筋、箍筋、架立筋、支座負(fù)筋等。同時滿足一定的構(gòu)造要求，育抗震要求還得滿足抗震相關(guān)的構(gòu)造要求。

(5)編寫結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書、繪制結(jié)構(gòu)施工圖：以上工作做完了，便可以進(jìn)行計算書的編寫和結(jié)構(gòu)施工圖紙的繪制，圖紙是工程師的語言，也是作為后期施工的依據(jù)，這里需要用到平法的知識和相關(guān)軟件的操作以及CAD繪圖的能力。

三、結(jié)語

建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計是所有專業(yè)課的一個綜合應(yīng)用，只有對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的步驟和過程有比較清晰的認(rèn)識和扎實的基本功才能完成這一項巨大而又繁重的工作。

[1]顧祥林，建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].上海，同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.

[2]熊丹安、吳建林，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京，北京大學(xué)出版社，2012