建筑结构设计优化及实例(完整版)

读书笔记之“建筑结构设计优化及实例”（完整版）中南大学铁道学院cscsu20102012-6-29qq：1799200026前言：出去实习2个月，感触很深，明白很多东西，不只是专业方面。3天前我请教邓工，是在长沙继续找个单位实习还是继续提升理论+考证呢，他建议我选择后者。于是买了这本书，花了3天时间把整本书读完，用手一个字一个字的把一些重点打在word文档中，并附带一些自己的理解。结构设计，就是要模拟真实的受力，实事求是，会用极端的方法去定性分析；知道结构或构件的传力过程，且尽可能的短。而所谓的优化设计，就是更好的控制结构或构件变形，更好的传递力，更好的物尽其用，更好更合理的“瘦身”成功。在接下来的10天左右的时间里，我还会继续读一些书，包括写一篇：sap2000与pkpm异同的文章，然后专心考证，写论文，找工作。希望与大家一起共勉。也向本书的作者：徐传亮、光军老师表示感谢。1.p8:基础原设计为桩筏基础，结构设计优化改为桩基础，设置两桩承台、三桩承台、四桩承台及梁式承台。解读：基础传力，传递路径最短越省材料，但前提是能保证总沉降值与不均匀沉降值；桩筏基础比桩基础多了一块整体筏板，使得本可以局部受力变成整体受力，传递力的途径增加，也即浪费材料，但对控制不均匀沉降有帮助。一般来说，若总沉降与不均匀沉降满足要求，也满足地基承载力，天然基础的经济性要优于桩基础，因其施工方便，周期短，费用相对便宜。2.p8：结构设计优化的主要内容为：取消了2道纵向剪力墙，框架柱断面进行了适当调整，并沿高度适当收进截面，部分框架梁高度减小了50mm，梁配筋时取消了增大系数1.1.解读：取消了2道纵向剪力墙，估计是纵向刚度富余，从层间位移角可以看出，且是取消内部的剪力墙，因其对抗扭刚度小，对水平力作用时的抗倾覆变形贡献小（内部墙力臂小），取消的2到道墙应该是对称位置的，如果只取消一道墙或者不对称取消，则抗扭不利，扭转变形大，会出现位移比通不过，超筋等现象。框架柱断面进行了适当调整，并沿高度适当收进截面；因为柱截面在低烈度区一般都是轴压比控制，上面一些层数柱子的轴力比较小，配筋率也比较低，在不影响层间位移角的前提下，可以缩小截面，但所小后的截面要满足规范对柱截面的要求。部分框架梁高度减小了50mm，梁配筋时取消了增大系数1.1.：梁高度减小50mm，估计梁的配筋率偏小或者梁高减小50mm后，在配筋率合理的前提下，可以少配或者不配腰筋。一般，梁高要是比建筑允许梁高小200mm以内，则把梁高做成和建筑允许梁高一样，因为梁上做过梁，过梁上放填充墙，不方便施工且不经济，本工程可以把梁高减小50mm，估计梁高比建筑允许梁高小很多。配筋系数增大1.1，实在没必要放大梁配筋，本来规范其它系数已经考虑了各种不利情况，配筋已偏保守，且不利于形成“强柱弱梁”。3.p10：山东某高层写字楼，地上24层，地下2层，7度设防，其技术分析：采用平板式筏形基础，标准层梁板采用普通框架梁+现浇空心板体系，结构体系采用框架-核心筒结构，结构形式合理，结构平面、立面规则。基础为采用桩基而采用天然地基，基础部分的经济性优于桩基。但发现楼盖混凝土折算厚度偏大，导致配筋偏多，自重的加大，还造成了基础筏板偏厚、主要楼部分地基承载力余地偏小等不利后果。梁截面偏大、板偏厚，降低了经济性，不利于强柱弱梁的实现，加大结构自重，增大了地震力，降低了竖向构件的安全性；核心筒剪力墙中的内隔墙受力较小，设计厚度偏大、解读：整个结构还是“以柔克刚”最好，但前提是满足各项指标。结构截面偏大，板厚偏厚，不仅会造成配筋增加（构造上），也会使得自重增大，地震力作用增大，从而计算配筋更多，基础设计更浪费。平筏板基础（天然基础）的经济性要优于桩基础,我认为这要有一个前提，即用平筏板基础，地基承载力要满足要求；桩基础施工要求更高，周期也比较长，而天然基础施工则简单很多。结构师对梁板体系的优化过程猜想：梁宽度尽量控制在350以下（或300以下），否则要用四肢箍；梁高的增加对梁的抗弯刚度增加更有效，所以尽量增加梁的高度而不是宽度，把让布置成连续的，对绕度控制有利，也有利于减小梁高。次梁间距要控制好，板厚尽量控制在120mm或100mm。可以减小核心筒剪力厚度，但要满足规范。因为应力的分布形式是：两端大，内部小，内部受力小，可以减小墙厚，且其对抗扭刚度贡献小。4.p24-29：7度区12层住宅，采用纯剪力墙结构是可取的，其刚度大于框架-剪力墙结构，抗震性能要好于框-剪结构，结构造价会略大于框-剪结构，当开发商对住宅市场定位较高（如高档豪宅）时，可优先选用剪力墙结构，但此时应尽量采用大开间剪力墙布置，较薄的墙体9(如160mm厚墙体)，为用户取得更多的使用面积，并节约结构造价。剪力墙结构中加少量框架，结构体系按剪力墙考虑，在结构设计中采用包络设计原则，设计时不考虑框架的抗侧力作用（计算时，框架柱EA按实际取值，对EI取较小值），建议结构设计中应尽量采用概念清晰的结构体系，不可避免时，应提前与施工图审查单位沟通。在满足轴压比的前提下，梁、板的混凝土强度等级去C25.5.p31：某中学艺体馆，三层22m跨大梁采用后张有粘接预应力新技术，解决了跨度大、荷载大的问题；梁截面400*1500mm，选用后张有粘接部分预应力混凝土梁，预应力钢筋3-7∮5，利用荷载平衡法平衡恒载+1/4活载，以保证在无荷载时不至于反拱过大。6.p43：某阶梯教室楼9(屋)盖的方案比较：阶梯教室尺寸为13.5*22.5m，其方案有2，a：3*6格井字形梁，每井格尺寸4.5*3.75，井字梁断面短向取300*800mm，长向取300*750mm，楼板厚取100mm，外围框架梁取300*900mm，外围柱网尺寸为3.75m、4.5m。b：无粘接预应力现浇空心板体系，板厚375mm，折算为实心板板厚200mm。a方案经济，b方案由于无梁，美观。7.p51-52：普通住宅层数的临界点为6层、9层、12层、18层；其高度的临界点为24m、32m、50m；6层以下的砌体结构（无商业网点）或高度小于24m（无商业网点）的住宅没有特殊的消防要求，不需要加设电梯和增加楼梯6层以下或者高度24m以下的带商业网点的均有消防要求，所以商业网点的层数取高舍低。7-9层或24-32m的住宅消防标准为一个档次，13-18或32-50m的住宅消防标准为一个档次。根据概率算计算规则的有关规定，条形基础槽深有三个限值：2m以内、2.5m以内，2.5m以外，当基础深度位于这三个限值交界处时，应有意思将基槽减少一点，能节约大量的土方费用；箱型和筏形基础基槽开挖深度也有三个限值，5m以内、10m以内，210m以外.8.p62：混凝土合理方案可归纳为64字：四要：方正规矩、传力直接、冗余约束、备用途径；四忌：头重脚轻、奇形怪状、间接传力、材料脆性；四强：脚强腰弱、强柱弱梁、强墙轻板、强化边角；四宜：连接可靠、空心楼盖、围箍约束、以柔克刚。解读：方正规矩：方形的结构比非方形的结构变形要小，且容易变形协调，而变形过大，会使得位移比，周期比，层间位移角通不过，出现超筋等情况。传力直接：传力途径直接即传力路径短，一般都最经济。冗余约束、备用途径：也即多道设防，当某个构件传力失效或者耗能失效后，还有其它传力或者耗能的构件，整个体系不至于失效。头重脚轻：刚度上的头重脚轻，比如底框结构，最底层刚度小，一旦地震力过大，变形过大，底层破坏会引起很严重的后果，就像女生穿高跟鞋一个道理；配筋上的头重脚轻：柱子顶层有时候由于大偏心，会出现顶层柱配筋比下面几层柱配筋大的情况，一旦力过大，柱子变形过大，会使得底层柱先失效而造成严重的后果。奇形怪状：变形过大，使得难以协调变形，于是位移比，周期比，层间位移角通不过，出现超筋等情况。间接传力：多传力途径，不经济；材料脆性：破坏时没有预兆，一旦出现破坏，有可能造成很严重的后果。脚强腰弱：与避免头重脚轻一个道理；强柱弱梁：柱子破坏后，会使得整个结构体系可能失效，于是要让梁先于柱子屈服、破坏。强墙轻板：跟强柱弱梁一个道理；强化边角：边角一般变形大，应加强，否则会出现位移比，周期比，层间位移角通不过，出现超筋等情况，或者构件失效。空心楼盖：楼板太厚时，厚度范围内中间的那部分楼板由于受力小，根本没有发挥材料的作用，造成浪费，生活中很很多这样的例子，比如钢管、回字型钢等。如果不用空心楼板，板的自重过大，整个结构体系的重量增加很大，会造成地震力作用增大。围箍约束:用箍筋去约束构件（比如混凝土），能增加箍筋的包裹作用，能增强构件的延性。以柔克刚:既然是柔，则像打太极一样，构件会产生变形，变形的过程中消耗了能量；柔，则刚度比“刚”要小，且自重要小，地震作用也要小。剪力墙中的连梁折减，框架结构中的梁调幅，我认为这也可以认为是一种以柔克刚，但前提是要掌握好度，并且连梁、框架梁在结构体系中都属于次要构件；从整个结构来看，地震时，刚性房屋从下到上地震力传递较快，水平变位多以剪切变形为主，振型也比较单一，表现为房屋各部（层）同方向移动，内部能量容易聚散，破坏时多为脆性破坏；柔性房屋则从下到上地震力传递较慢，弯曲变形较大，振型相对复杂，房屋各部（层）反应迟钝，互相牵制、步调不一，对于一般的房屋，房屋要做成柔，以柔来变形（前提是满足各个指标）消耗能量，但砖混结构只能做刚，不能做柔。9.p66：建筑物内和结构构件下净高的要求：如梁下净高、楼梯梁下或梯段下净高、出入口净高。大跨度或者悬挑构件，一定要注重对其裂缝和挠度的验算。高度重视竖向构件，柱子坏了比梁板坏了更可怕；高度重视悬挑构件，悬挑梁一旦出了问题，就会造成坍塌，而超静定结构的梁坏了，一般只是开裂。不要忽视填充墙的选材、拉结、砌筑等问题，否则会出现墙体开裂、抹灰空鼓等现象。不仅要重视基础的沉降，更要注重基础的不均匀沉降。湿陷性黄土一定要认真处理好，否则导致结构受损。10.p70：计算简化来源于刚度简化，对刚度大的部分简化为无限大刚度，相对刚度小的部分简化为零刚度。有一个两跨连续梁（两端简支），只要左跨的转动刚度为右跨的20倍以上，其可以简化为：去掉右边跨后的两跨简支梁。如果与梁相连的其它构件的总刚度比比这根梁大很多，（比如4倍以上），则该梁端部可视为完全固结，如果与梁相连的其它构件的总刚度比比这根梁小一半以上，则此梁的转动约束很小，可近似看成简支；如果与梁相连的其它构件的总刚度为该梁刚度的1~3倍，则端部约束介于完全刚接与铰接之间，按弯矩分配法计算。解读：框架结构中，把梁的刚度变大，柱的刚度变小，当梁柱刚度比值达到要求时，此时，梁可以作为柱子的固接端，整个框架结构体系的刚度会增大很多；当把柱的刚度变大，梁的刚度变小，当梁柱刚度比值达到要求时，此时，柱可以作为梁的固接端，但对整个框架结构体系的刚度会增大作用不明显。11.p73：弹性膜：计算平面内刚度，忽略平面外刚度，适合于空旷的工业厂房、体育馆、楼板局部大开洞、楼板平面有较大削弱等情况；弹性楼板3：平面内无限刚、计算平面外刚度，适合于厚板转换层；弹性楼板6：计算楼板的面内刚度与外面刚度，适合于板柱抗震墙结构。解读：弹性膜，计算平面内刚度，忽略平面外刚度，这是一个较真实模拟但又偏保守的计算方法，任何结构平面外都是有刚度的，平面外刚度也可以传力，分担一部分力，也可以参与变形的。12.p74：楼板大开洞后，宜采取以下构造措施予以加强：加厚洞口附近楼板，提高楼板配筋率，采用双层双向配筋或加配斜向钢筋；洞口边缘设置设置边梁、暗梁；在楼板洞口角部配置斜向钢筋。解读：楼板大开洞后，原本由一块大板传力，现在由一块小板传力，应力会集中，变形会加大，且力的分布规律不易确定；加厚洞口附近楼板，提高楼板配筋率，采用双层双向配筋或加配斜向钢筋，属于抗；开洞位置，角部应力集中，变形较大，设置边梁可以约束一部分变形，设置暗梁；在楼板洞口角部配置斜向钢筋是因为角度应力集中，变形较大，也属于抗。13.p75:高宽比H/d越大，则需要的抵抗力越大，即拉压力大，对抗倾覆不利。对于框架、框剪结构，结构的高宽比对结构整体刚度有决定性影响。14.p88-