结构 | 结构工程师都知道的设计要点
结构安全无小事，新手设计师如何在重大责任面前轻装上阵，快速融入设计工作，下面就一般性项目的基本要点过一遍流程，希望可以对新人攻城狮的迅速成长提供一些帮助。
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结构规则性判断
首先，拿到建筑平立剖之后，需要根据建筑高度（结构理解的建筑高度按《抗规》第6.1.1条要求）判断高层还是多层，判断标准见《高规》第2.1.1条。如果是多层，要根据《抗规》第3.4.2条针对其平面规则性，竖向规则性进行判断，如果超限，需要与当地审图单位联络，有些地区需要开专项抗震审查会；如果是高层，超限条文主要可以参考《建质[2015]67号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，如果超限的话，需要上会论证，准备超限报告的时间一般较长，如果常规住宅项目的话，开发商基本会要求建筑做适当的方案调整，规避超限审查这一关。一般来说，这项工作在方案时期专业负责人会解决掉。
02
结构布置
根据建筑使用要求、结构刚度以及荷载、抗震要求等条件、综合考虑后确定竖向构件，水平构件的布置。采取必要的结构和施工措施尽量避免设置各类结构缝（伸缩缝、沉降缝、防震缝）。当必须设置时，应符合《抗规》第6.1.4条，保证必要的缝宽，防止地震时发生碰撞导致破坏。
03
绘制结构模板图
第一版的结构模板图需要与建筑平面图进行核对，如果有些梁柱墙布置与建筑功能冲突的话，需要沟通调改；根据建筑立面确定好结构外圈梁的高度，根据室内净高的要求确定好内部梁的高度，一般来说，住宅项目梁尽可能与墙同宽，半砖墙除外。公建项目一般因为柱跨大，梁受力比较大，为了尽可能减少多排钢筋对梁有效高度的影响，梁截面做宽是共识。
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恒活荷载确定
一般这是专业负责人的工作，整个项目要有统一的标准，楼地面荷载，墙体荷载，各项功能的房间活荷载等等。但具体到梁上荷载，因为层高、开洞的尺度不同等原因，梁上荷载要根据建筑具体楼栋分别计算，这便是具体设计人的份内之事了。
05
导入模型
国内常用的结构设计软件，不管是PKPM还是YJK，对于模板图的识别这块现在做的都相对比较好，后期需要修改量也不会太大。建好一层之后，要先设置好本层信息，如果恒载不包括板厚的话，一定记得点一下自动计算板重。每层模型建好、信息设置好之后进行楼层组装，楼层组装的要点就是要关注好层高，结构楼面的标高与建筑是不一样的，记得要扣掉面层的厚度。
06
计算参数的选择
下面针对一些需要关注的参数选取做一下简单说明：
总体信息中主要需要关注的是嵌固端所在层号.恒活荷载加载方式一般新建工程取模型施工三；模拟施工加载一般项目取施工模拟三，该方法比较真实模拟竖向荷载的加载过程，其计算结果更符合实际工程，其他加载方案可以详细阅读软件手册的介绍。
该参数为地震作用、风荷载计算时的X正向与结构整体坐标系下X轴的夹角，逆时针方向为正，单位为度。改变该参数时，地震作用和风荷载计算时的X正向都将发生改变，进而影响与坐标系方向有关的统计结果，如风荷载计算时的迎风面宽度、风荷载、地震作用计算时的层外力、层间剪力、层间位移、层刚度等指标。如果只想计算最不利方向地震作用，可在参数“斜交抗侧力构件附加方向角度”中增加相应角度来考虑。
梁墙自重扣除与柱重叠部分现在也是对经济性要求提高之后一般都会勾选的。
地面粗糙度类别详见荷载规范《荷载规范》8.2.1条；基本风压见该规范附录E；风荷载计算阻尼比详见该规范8.4.4条；结构X向Y向基本周期软件按《荷载规范》简化公式计算基本周期并作为默认值，设计人员可将计算后结构基本周期填入重新计算以得到更准确的风荷载计算结果，记住一定要回代；承载力设计时风荷载效应放大系数针对的是《高规》4.2.2条，一般情况下，是对房屋高度超过60米的高层建筑，需要放大1.1的系数；舒适度验算，一般工程不做要求，超过150米的高层建筑需要验算舒适度。体型系数参见《荷载规范》8.3.1条，特别注意高度超过45米的矩形截面高度建筑，背风面体型系数跟长宽比相关；
周期折减系数详见《高规》4.3.17条规定：当非承重墙体为砌体墙时，高层建筑结构的计算自振周期折减系数可按下列规定取值：框架结构可取0.6~0.7；框架-剪力墙结构可取0.7~0.8；框架-核心筒结构可取0.8~0.9；剪力墙结构可取0.8~1.0。该参数只影响地震效应计算;
结构阻尼比只用于地震作用计算，软件提供了全楼统一阻尼比和按材料区分阻尼比两种计算方法。
（1）全楼统一阻尼比
软件计算时对整体结构各振型采用统一的阻尼比。《抗震规范》5.1.5条规定：除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05。《抗震规范》8.2.2条对钢结构抗震计算的阻尼比做出了规定；《高规》11.3.5条规定：混合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04。
（2）按材料区分阻尼比
可以设置各种材料的不同阻尼比，软件根据各构件的应变能加权平均的方法来计算各阶振型阻尼比。（参见《抗震规范》10.2.8条文说明）
《抗震规范》5.1.1.3条规定：“质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；”勾选该项，则X、Y向地震作用计算结果均为考虑双向地震后的结果；如果有斜交抗侧力方向，则沿斜交抗侧力方向的地震作用计算结果也将考虑双向地震作用。
《抗规》5.2.5条为强条，必须调整，对于周期大于3.5s的结构，若扭转效应明显，必须点此项；第一平动、第二平动周期方向动位移比例，一般情况下取0.5。
设计信息中主要关注0.2V0的调整，这一条是这针对框剪/筒体结构做出的规定， 《抗震规范》6.2.13条、 《高规》8.1.4条对框剪结构框架剪力调整做出了相关规定；《高规》9.1.11条对筒体结构的框架部分剪力也做出了相关规定。0.2 V0调整时放大系数的上限，默认为2；如果添负数，则无上限限制。
《高规》5.1.8条规定：“高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的结构内力的增大；当整体计算中未考虑楼面活荷载不利布置时，应适当增大楼面梁的计算弯矩。” 该放大系数通常可取为1.1~1.3，活载大时选用较大数值。如果选择了活荷载不利作用计算，则梁活荷载内力放大系数填1即可。即便非高层结构，地库顶板的活荷载一般取5.0KN/m2，也是需要考虑不利布置的，这也是需要特别注意的。
对于混凝土柱的配筋设计，目前软件提供了两种方法：单偏压和双偏压。单偏压指按照《混凝土规范》6.2节的相关规定计算；软件对角柱、异形柱总是按照双偏压计算，不受此条限制。所以框柱一般都选单偏压计算，再在特殊构件定义中定义角柱即可。
《抗震规范》6.3.3.1条规定：“梁端计入受压钢筋的混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。” 《抗震规范》6.3.3.2条规定：“梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。” 如果勾选该项，则软件在框架梁端配筋时确保受压钢筋与受拉钢筋的比例满足规范要求，且使得受压区高度也满足规范要求；不勾选该项，则软件在配筋时与跨中截面的配筋方式一致，即先按单筋截面设计，不满足才按双筋截面设计，不考虑上述规定。这条一般都会考虑，有利于减少钢筋用量，实现强柱弱梁，也有利于复核受压区高度与有效高度的比值，但是这条考虑之后还需要注意的点是《混规》第9.2.9条的第4点：当梁中配有按计算需要的纵向受压钢筋时，若梁的宽度不大于400但一层内的纵向受压钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。对于300宽的梁而言，支座筋超过4根很寻常，这时却要采用4肢箍就浪费了。遇到这样的情况就需要多斟酌一下。
构造边缘构件的截面尺寸要注意结合工程选择，多层结构按照《抗规》第6.4.5条即可。
土层水平抗力系数比例系数可以参照《建筑桩基技术规范》JGJ94-94表5.4.5的灌注桩项来取值。m的取值范围一般在2.5~100之间，在少数情况的中密、密实的沙砾、碎石类土取值可达100~300。m值填负数时，表示需要约束的地下室层数，m小于等于地下室层数，则认为最下面的m层地下室无水平位移。
扣除地面以下几层回填土的约束，此参数主要作用是指定从第几层地下室考虑基础回填土对结构的约束作用。
在持久设计状况和短暂设计状况下，对安全等级为一级的结构构件不应小于1.1，对安全等级为二级的结构构件不应小于1.0，对安全等级为三级的结构构件不应小于0.9。
《高规》表5.6.4给出了有地震作用组合时荷载和作用的分项系数，也做出了风荷载参与组合的相关规定，软件提供该选项，由设计人员确定风荷载是否参与地震组合，默认不勾选。规范规定一般超过60m勾选。
参数定好后，需要特殊定义的梁柱墙都可以在前处理中确定好，再进入计算流程。比如对于剪力墙结构主要注意的一点：剪力墙或核心筒与平面外的单侧框架梁相连时，计算模型中建议按照铰接处理；当模型中按照刚接计算时相应位置应设置暗柱，并应通过计算确定暗柱的配筋（建议将暗柱建入单独模型中模拟计算复核），其配筋率尚应满足高规表7.1.6条的规定。细节较多，后期待补充…
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电算结果的判断
链接见下：
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根据电算结果调改模型
模型一般都不会一遍就过，总要调整多次才能各方面满足要求。模型调改的过程中，总有梁删减之类的操作，记得重新把板厚和恒活荷载过一遍，有时候会丢荷载。注意终版模型中要关注梁配筋率是否超限。
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画图
一套图纸一般包括以下内容：基础平面图、基础详图、柱配筋图、结构平面图（模板图 板配筋）、梁配筋图、墙身大样图、楼梯详图。针对主体结构需要注意的规范条文详见：图审取消，慌不慌？这份高层剪力墙结构自审清单请务必收藏好！。图面上常见问题见下：
- 基础图要复核集水坑，电梯基坑、排水沟是否有遗漏，定位是否准确？
- 模板图需套在建筑图上看一遍，梁的位置是否影响下一层的观感？
- 板开洞位置是否和建筑一致？
- 柱子、墙上下截面是否对齐？和建筑的偏心是否一致？
- 楼板板面标高和降板范围是否与建筑图纸一致？降板范围梁虚实线要区分清楚；
- 楼板及剪力墙开洞是否与建筑图纸一致，注意剪力墙变厚度处或柱截面变化处的洞口是否被遮挡？
- 核对建筑楼板外边线是否与建筑一致？
- 与外立面相关的梁要注意避免梁头出漏，如果无法避免核对底下是否有墙体？
- 墙身中结构构件与梁平法中的结构构件是否一致（截面大小、梁顶标高）等等；
- 还要记得核对图中轴网尺寸及编号是否与建筑图纸一致；
- 功能房间内是否有与建筑冲突的梁，梁高是否与建筑图或设备图纸要求不符？
- 梁上留洞是否有遗漏，是否满足规范要求？
楼梯剖面图中，建筑的碰头线不要删除，一般建筑画的碰头线不会有误，但是结构工程师也应该看懂他们的设计原则。根据《民用建筑设计通则》的规定，楼梯平台上部及下部过道处的净高不应小于2米，梯段净高不宜小于2.2米，注意净高的计算是按照建筑完成面考虑的，不能忽略面层和板底抹灰的影响。详见下图：
注意楼梯第一跑的实际高度，由于建筑面层不同而与其余高度不一致，结构需要特殊处理这一级踏步；梯柱平面务必要落在建筑图中，核对是否会影响建筑门窗；楼梯间出屋面位置是否需要降板；注意对于框架结构，优先采用滑动支座构造，此时的楼梯可以不用建入模型参与整体抗震计算。否则整体模型计算时必须考虑楼梯的影响。
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出图
校审修改完毕后，就进入最后的出图阶段了。出图之前，要注意图框中的建设单位、项目名称、项目编号、出图日期是否和建筑统一？图纸序号排列、图名是否与目录统一？对于不同绘图比例要特别注意文字字高、标注尺寸、PL线是否同比例缩放？注意文字显示是否正常？
构件设计的第一标准便是安全可靠，在确保质量的大前提下，推进技术进步达到经济合理的需求。结构设计是一项需要付出责任心、耐心、细心的活，准备好了吗，攻城狮们？
参考文献
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010 中国建筑工业出版社
[2] 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 中国建筑工业出版社
[3] 建筑抗震设计规范 GB50011-2010 中国建筑工业出版社
[4] 朱炳寅 高层建筑混凝土结构技术规程 应用与分析JGJ3-2010 中国建筑工业出版社
[5] 盈建科使用手册
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