结构设计基本流程

一、结构设计的内容和基本流程结构设计的内容主要包括：1.合理的体系选型与结构布置2.正确的结构计算与内力分析3.周密合理的细部设计与构造三方面互为呼应，缺一不可。结构设计的基本流程二、各阶段结构设计的目标和主要内容1.方案设计阶段1)目标确定建筑物的整体结构可行性，柱、墙、梁的大体布置，以便建筑专业在此基础上进一步深化，形成一个各专业都可行、大体合理的建筑方案。2)内容：a.结构选型结构体系及结构材料的确定，如混凝土结构几大体系（框架、框架—剪力墙、剪力墙、框架—筒体、筒中筒等）、混合结构、钢结构以及个别构件采用组合构件，等等。b.结构分缝如建筑群或体型复杂的单体建筑，需要考虑是否分缝，并确定防震缝的宽度。c.结构布置柱墙布置及楼面梁板布置。主要确定构件支承和传力的可行性和合理性。d.结构估算根据工程设计经验采用手算估计主要柱、墙、梁的间距、尺寸，或构建概念模型进行估算。2.初步设计阶段目标在方案设计阶段成果的基础上调整、细化，以确定结构布置和构件截面的合理性和经济性，以此作为施工图设计实施的依据。2)内容①计算程序的选择（如需要）；②结构各部位抗震等级的确定；③计算参数选择（设计地震动参数、场地类别、周期折减系数、剪力调整系数、地震调整系数，梁端弯矩调整系数、梁跨中弯矩放大系数、基本风压、梁刚度放大系数、扭矩折减系数、连梁刚度折减系数、地震作用方向、振型组合、偶然偏心等）；④混凝土强度等级和钢材类别；⑤荷载取值(包括隔墙的密度和厚度)；⑥振型数的取值（平扭耦连时取≥15，多层取3n，大底盘多塔楼时取≥9n，n为楼层数）；⑦结构嵌固端的选择。3)结构计算结果的判断①地面以上结构的单位面积重度是否在正常数值范围内，数值太小可能是漏了荷载或荷载取值偏小，数值太大则可能是荷载取值过大，或活载该折减的没折减，计算时建筑结构面积务必准确取值；②竖向构件（柱、墙）轴压比是否满足规范要求：在此阶段轴压比必须严加控制；③楼层最层间位移角是否满足规范要求：理想结果是层间位移角略小于规范值，且两个主轴方向侧向位移值相近；④周期及周期比；⑤剪重比和刚重比⑥扭转位移比的控制；⑦有转换层时，必须验算转换层上下刚度比及上下剪切承载力比；等等4)超限判别：确定超限项目（高度超限、平面不规则、竖向不连续、扭转不规则、复杂结构等）和超限程度是否需要进行抗震超限审查。结构计算中可能需要包括地震的多向作用、多程序验证、多模型包络、弹性时程分析、弹塑性时程分析、转换结构的应力分析、整体稳定分析，等。a.性能化设计和性能目标的确定（如需）b.基础选型和基础的初步设计如果是天然地基基础，需确定基础持力层、地基承载力特征值、基础型式、基础埋深、下卧层（强度、沉降）等；如果是桩基础，需确定桩型、桩径、桩长、竖向承载力特征值等等。并应注意是否存在液化土层、大面积堆载、负摩阻、欠固结土层等特殊问题。c.结构特殊处理超长结构、基础抗拔、塔楼与裙房的连接及施工要求等。d.初步的结构设计图纸基础平面布置图竖向构件布置平面图（含定位及截面尺寸）各楼层结构布置平面图（含主要构件尺寸）关键节点详图e.试验验证等（如需）整体结构、构件或节点是否需要做试验验证。超高层或对风敏感的大跨度结构，应确定是否做风洞试验或专项的抗风分析计算。如需超限审查，则应按超限审查规定准备文本，重点是对超限项的对应措施。3.施工图设计阶段1)目标现场施工实施技术文件，要保证设计图纸的质量（完整性、科学性、深度要求等）。2)内容a.结构计算建筑及设备专业在初步设计基础上有修改、深化、调整，结构专业在该修改的基础上再完善模型并进行计算，确定各构件的截面尺寸和配筋。b.结构计算书结构计算书应完整，包括荷载取值（从建筑做法到结构荷载，不仅仅是荷载简图），整体计算的输入输出信息（包括控制信息和简图），未含在整体电算内的构件计算、节点计算、连接计算等。打印图形及其中文字应清晰。c.图纸目录编排应按图纸内容的主次关系、施工先后顺序，有系统有规律地排列，排在前面的应是结构设计（或施工）总说明（含地下室结构总说明、钢结构总说明、平法变更等），继而是基础（平面及大样），竖向构件（定位及配筋图），楼层结构（模板、板配筋、梁配筋），最后是节点、楼梯、水池及其他。具体编号及命名规则详见本公司制图标准。d.图幅控制及布图技巧图纸目录的编排与图幅控制有关，图幅控制又与布图技巧有关，三者都应具有逻辑性和科学性。施工图最理想、最方便使用的图幅为A1，其次是A0，应尽量避免采用加长图。如A1容纳不了，可通过缩小画图比例（由1:100改为1:150）或分块绘制（分块绘制时需在图纸右上角以小比例图示出分块在总平面上的位置），使图幅控制在理想图幅之内。布图技巧，一张图的内容应布置得疏密有序，布图不能过于饱满，也不能太空旷。如建筑平面狭长，宜将同一楼层的“模板平面图”与“楼板配筋平面图”在同一图幅的上、下或左、右位置画出；如建筑平面较小（如别墅之类），则可将若干楼层平面同处一张图中。e.文字说明包括整个工程的结构设计总说明、地下室结构设计说明、钢结构设计说明、平法变更等；以及每张图纸的特殊说明。结构设计总说明采用圆圈及局部填写形式，局部填写时要准确；具体图纸中的说明是特别说明，内容应简短，文字要简洁、准确，要特别注意其包容性。文字叙述的内容应是该图中极少数的特殊情况或者是具有代表性的大量情况。f.构件配筋对于混凝土结构，各构件的用钢类别、钢筋直径、数量/间距都必须明确标出，对于组合构件或钢结构，必须标出型钢规格（必要时应给出图例）。三、施工图的绘制原则衡量施工图绘制的质量，不仅指具体各张图纸的表达，而且还包括整个工程图纸的目录编排、图幅控制、比例选择、文字说明、构件索引等，前者是局部的，后者是整体的。图面应满足相关文件的深度要求，以下仅对部分要点略作强调:1.目录编排——应按图纸内容的(施工)先后、主次关系，有系统有规律地排列。排在前面的应是结构设计(或施工)总说明及构件构造通用说明，继而是基础、竖向构件、楼层结构，最后是楼梯和详图。2.图幅控制——结构施工图最理想、最方便使用的图幅为A1和AO，应尽量避免使用加长图。如果建筑平面过大过长，用A1或AO画不下，可采用下述两种方法之一:第一种方法是缩小比例，如采用1:150;第二种方法是分块绘制，此时必须在该图纸的右上角将所表示的分块在总体平面上的位置用示意图表示出来。3.比例选择——结构施工图常用比例有:1:150,1:100,1:50,1:20。前两种比例多用于结构平面，后两种比例多用于大样图、结构详图等。结构平面的比例大小取决于结构布置的复杂简单、稀疏密集，当结构布置较复杂、较密集时多用1:100比例。4.文字说明——包括整项工程的结构设计总说明、构件构造通用说明以及每张图纸的特殊说明。结构设计总说明的内容包括结构类型、等级、基础型式、主体结构材料等级、非承重墙体材料及构造、楼板配筋构造、施工缝或后浇带构造、施工要求等;构件通用说明包括构件编号代号、截面型式、配筋构造等;每张图纸上的说明是具体特别说明。前两种说明要注意全面完整、不遗漏;后者应尽量简短，文字文法要简洁、准确、清楚，文字叙述的内容应是该图中极少数的特殊情况或者是具有代表性的大量情况，不可用“说明”代替“图形”。5.构件索引——必须按图纸目录或施工次序先后有别，有“先”才可有“后”。6.轴线编号——轴线编号及其定位尺寸应提早与建筑专业商定做到规范和科学。轴线编号应正确区分主、次轴线的用法。主轴线一般为竖向构件的定位轴线，上面楼层的主轴线号应出现在基础平面或首层结构平面中，否则只可编为次轴线。骨架结构中的填充墙定位轴线应编为次轴线。一般柱宜以底层柱中心定位，剪力墙宜以墙中或不收级一侧定位;变形缝应以缝两侧的双柱或墙柱的净距定位，且采用主轴线。7.尺寸标注——平面图中应清楚明确地表示梁、柱、墙等构件与邻近轴线的关系尺寸。一般结构的尺寸线为三道尺寸(总尺寸、轴线尺寸、构件定位尺寸)，较为复杂的可增加构件偏位尺寸。所标注的尺寸应尽量靠近要表示的构件，位于平面中部及远端的构件定位尺寸应就近另加标注。悬臂构件的定位尺寸应标注其支承端轴线(或梁中、梁边)至构件端部的距离，孔洞除标注其与轴线或柱、梁、墙的关系尺寸外，还需注明孔洞净尺寸。8.构件编号顺序——结构平面图中所有构件(如:梁板、柱墙等)均应编号。各类构件的编号顺序都应从平面的左下方开始，至右上方结束。中间需加插某一构件时，其编号可以其邻近同类构件的编号加下标表示。9.字符大小——同类的文字、数字的字符高度应一致，不仅同一张图是如此，整套图纸均应如此。1:100的图中适宜的字符高度为300mm，说明为5OOmm，图名为800mm。对住宅小区，应分户型安排结构设计，在制图中应尽量采用“外部引用”等方法减少工作量。四、结构专业内部设计与校对、审核的关系方案设计阶段，应与审核人初步沟通，获得对结构概念方案的认可。初步设计过程中，应与审核人沟通，获得对结构方案及关键设计思路的认可;计算模型(含荷载取值、主要控制参数等)应通过校对人的校对。施工图设计阶段，在计算模型建完后即应请校对人先行校对荷载、计算控制参数等主要结构计算输入、输出成果。在完成设计后，应递交完整的设计成果(包括完整的计算书、完整的建筑和结构图纸)给校对人;在修改完校对意见后，将全套设计成果提交给审核人审核。校审人员应除校审纸质计算书外，尚应校对计算模型，在没有打印出的内容中常有可能带来安全隐患的问题，需要认真对待。校审必须覆盖所有计算书和图纸，应杜绝“抽样式校对”、“审核式校对”。五、工程技术交底及施工会审技术交底—工作对象为建设单位、工程管理单位(如有)、施工单位和监理单位。施工会审—工作对象主要为施工单位，进行的形式是设计一方解答或解释施工单位就设计图纸及施工操作方面所提出的问题。通常的做法是将技术交底与施工会审一并进行，尤其是规模不太大的工程项目。会审前，应要求施工单位(有时也包括监理单位)仔细阅读图纸，将有疑问的或不明确的问题写成书面清单预先交付设计单位，设计人员逐条作出书面答复后再举行各方会议作现场解答。技术交底和施工会审应作书面记录，书面记录材料将成为设计文件的一部分，作为工程验收和结算的依据之一。技术交底的一般内容(应包括但不限于)1)上部结构的结构型式、楼层的结构布置形式及对施工的要求;2)基础型式、对地下室基坑土方开挖的支护结构型式及挡水(降水)的要求，地下室的施工顺序，桩基的质量控制(沉渣、虚土、贯入度、桩长、水下灌混凝土等的要求);3)建筑物的定位轴线、士0.000的绝对高程，结构标高与建筑标高的相互关系;4)对高层或超高层建筑，需强调垂直度的控制，混凝土强度的掌握，节点区混凝土的浇灌方法等;5)柱、墙竖向主筋的连接要求，梁面贯通筋及其他连接筋的接长方法及位置;6)柱插筋、主次梁或井字梁钢筋的相互放置位置，悬臂梁梁端钢筋的构造要求;7)采取切实措施保证各类构件主筋保护层厚度的准确性尤其是板的面筋;8)大跨度梁、板的起拱;9)结构分缝处的施工要求，主要构件(柱、墙、梁板)施工缝位置的设置原则，止水带的放置;10)要求对大体积混凝土降低水化热采取有效措施;11)特殊结构(型钢结构、钢管混凝土结构、钢管芯柱)的节点要求，与钢筋混凝土构件的连接要求;12)特殊楼面结构(压型钢板、预应力梁板、空心楼板等)的施工要求;13)地下室四周回填土要求;14)沉降观测要求。2.施工会审原则1)施工会审所要解答的是设计图纸中错、碰、漏之类的问题，至于施工操作中的常规做法应以施工规范为准则，设计方一般不作另外解释;2)为了施工方便，施工单位如要求对某些构件的截面尺寸或配筋规格进行修改，在能够保证结构安全、满足使用要求并征得业主同意的前提下，设计方一般应予配合;3)抗震设防结构有其特殊要求，设计规范规定的一定要严格执行，不能因“操作困难”而迁就施工单位;4)设计图纸内容的正确性、完善性和一致性应在设计阶段给予足够保证，设计人员决不能存在通过施工会审来补救这几方面工作缺陷的奢望;5)对施工单位为简化施工而提出的降低设计标准的要求，不应