混凝土结构设计流程与结构整体性能简析

　　摘要：本文总结建筑结构设计的一般流程，并对结构整体性指标进行简要分析，为年轻设计人员提供入门指南。 

　　关键词：结构布置、侧向刚度、位移、位移比、周期比、刚度比、结构稳定 

　　1.混凝土结构设计流程 

　　1.1选择结构体系 

　　混凝土结构设计应根据建筑功能、建筑高度、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、地基及施工等因素、经技术经济和适用条件综合比较，选择安全可靠、经济合理的结构体系。 

　　多高层建筑混凝土结构常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、筒体（包括框架-核心筒和筒中筒）结构等。各结构体系的适用高度、高宽比及相应抗震等级可参照《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010，以下简称《抗震规范》）6.1.1及6.1.2条，《高层混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010，以下简称《高规》）3.3节、3.9.1至3.9.7条。 

　　1.2结构布置 

　　1.2.1结构布置原则 

　　结构设计中，主要抗侧力结构布置应遵循均匀对称的基本原则，并结合房屋的使用功能调整抗侧力结构的布置，使刚度中心与质量中心重合或基本重合，减少结构的扭转。对超长结构，还应注意温度应力问题，如不应在结构端部设置纵向剪力墙。 

　　抗侧力结构的平面布置宜简单、规则，避免刚度、质量和承载力分布不均匀，而竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免刚度和承载力突变。在实际设计中，对高度较高的建筑，一般按分段原则对竖向抗侧力构件截面及材料强度进行划分，且使材料分割楼层高于截面分割层一至两层，以避免刚度变化过快。 

　　1.2.2结构构件截面尺寸 

　　在结构布置环节，竖向抗侧力构件即柱、墙的截面可按规范相关构造规定、重力荷载代表值下的轴压比估算。 

　　框架梁的截面可按计算跨度的1/10～1/18估算，且跨高比不小于4，宽度不小于高度的1/4及200，悬挑梁高度适当加大。 

　　双向板按短边跨度的1/40估算，单向板按跨度的1/35估算，楼板厚度不应小于规范相关构造规定。有较大洞口或需要预埋设备管线处，如楼电梯前室，楼板厚度适当加厚。 

　　1..3结构计算 

　　选取能较准确反映结构中各构件实际受力情况的分析模型，借助现有的可靠的结构分析软件对建筑结构进行建模计算。对于体型复杂以及B级高度的高层建筑结构，应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算。 

　　在结构整体分析之前，应按规范及勘察资料准确定义结构各项参数，相关参数有：地震参数、计算风荷载时的地面粗糙度及各类调整系数（如梁端负弯矩调整系数、梁扭矩调整系数）等。 

　　1.4截面设计及构造 

　　经建模计算后，墙、柱、梁、板的截面已经确定，且对应计算配筋也确定，设计人员可按计算结果对相关构件进行设计，并采取规范规定的构造措施。 

　　1.5绘制施工图 

　　结构各构件的截面设计及构造最终以结构施工蓝图的形式完成。完整的结构施工图应包括结构设计总说明、基础、墙、柱、梁、板、楼梯或节点（墙身），一般也按上述顺序编排图号。 

　　2.结构整体性能简析 

　　2.1剪重比 

　　《抗震规范》5.2.5条、《高规》4.3.12条均对不同地震烈度下的结构剪重比做了相关要求。在结构设计中，当剪重比不足时，可做如下两种调整： 

　　（1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。 

　　（2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标。 

　　2.2位移和位移比 

　　位移比控制是层扭转效应控制，限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；位移角控制是整体平动刚度控制。关于位移及位移角的相关规定，可参照《抗震规范》5.5节、《高规》3.4.5条、3.7.3条等。 

　　设计中，位移或位移角限值不满足时，应找出层间位移角超过规范限值的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度，减小结构的侧移变形。