混凝土结构设计方法范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的5篇混凝土结构设计方法范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

篇1

    一、概述

    少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构,简称少筋混凝土结构,也称为弱筋混凝土结构。

    这类结构在水利工程设计中是难于避免的,有时,它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲,只要允许素混凝土结构的存在,必定会有少筋混凝土结构的应用范围,因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

    凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土,水工混凝土多数为大体积混凝土,水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中,如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等,在外力作用下,一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求,结构应有足够的自重;另一方面,还应满足强度、抗渗、抗冻等要求,不允许出现裂缝,因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计,常需配置较多的钢筋而造成浪费,若按素混凝土结构设计,则又因计算所需截面较大,需使用大量的混凝土。

    对于这类结构,如在混凝土中配置少量钢筋,在满足稳定性的要求下,考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用,就能减少混凝土用量,从而达到经济和安全的要求。因此,在大体积的水工建筑物中,采用少筋混凝土结构,有其特殊意义。

    关于少筋混凝土结构的设计思想和原则,我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

    二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

    对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上,这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)(下文简称规范)有关最小配筋率的规定,摘录并阐述如下:

    1.一般构件的纵向钢筋最小配筋率

    一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时,最小配筋率应适当增大。

    2.大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

    截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构,其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

    1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为:

    ρmin=ρ0min ()

    也可按下列近似公式计算:

    底板 ρmin= (规范9.5.2-1)

    墩墙 ρmin= (规范9.5.2-2)

    此时,底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制,但应配置适量的构造钢筋。

    2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为:

    ρ'min=ρ′0min ()

    按上式计算最小配筋率时,由于截面实际配筋量未知,其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出,需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

    上列诸式中 M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值;

    e0——轴向力至截面重心的距离,eo=M/N;

    Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力;

    b、ho——截面宽度及有效高度;

    fy——钢筋受拉强度设计值;

    γd——钢筋混凝土结构的结构系数,按规范表4.2.1取值。

    采用本条计算方法,随尺寸增大时,用钢量仍保持在同一水平上。

    3.特大截面的最小配筋用量

    对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件,规范规定:如经论证,其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制,钢筋截面面积按承载力计算确定,但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

    规范对最小配筋率作了三个层次的规定,即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定;对于截面厚度较大的板、墙类结构,则可按规范9.5.2计算最小配筋率;对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

    为慎重计,目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率,对于其他结构,则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算,以避免因配筋过少,万一发生裂缝就无法抑制的情况。

    经验算,按所建议的变化的最小配筋率配筋,其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构,为控制裂缝不过宽,宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05%。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时,则可仅配构造钢筋。

    三、规范的应用举例

    例1 一水闸底板,板厚1.5m,采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋,每米板宽承受弯矩设计值M=220kN/m(已包含γ0、φ系数在内),试配置受拉钢筋As。

    解:1)取1m板宽,按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

    αs= ==0.012556

    ξ=1-=1-=0.0126

    As===591mm2

    计算配筋率ρ= = =0.041%

    2)如按一般梁、柱构件考虑,则必须满足ρ≥ρmin条件,查规范表9.5.1,得ρ0min=0.15%,

    则 As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

    3)现因底板为大尺寸厚板,可按规范9.5.2计算ρmin

    ρmin===0.0779%

    As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

    实际选配每米5Φ18(As=1272mm2)

    讨论:1)对大截面尺寸构件,采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋,本例为1:1130/2175=1:0.52。

    2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m,按规范9.5.2计算的ρmin变为:

    ρmin===0.0461%

    则 As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

    可见,采用规范9.5.2计算最小配筋率时,当承受的内力不变,则不论板厚再增大多少,配筋面积As将保持不变。

    例2 一轴心受压柱,承受轴向压力设计值N=9000kN;采用C20级混凝土和I级钢筋;柱计算高度l0=7m;试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

    解:1) b×h=1.0m×1.0m时,轴心受压柱承载力公式为:

    N≤φ(fcA+fy′As′)

    ==7<8,属于短柱,稳定系数φ=1.0,

    As′===3809mm2

    ρ′===0.38%

    由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%,对一般构件,应按ρ0min′配筋

    As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

    2) b×h=2.0m×2.0m时,若仍按一般构件配筋,则

    As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

    现因构件尺寸已较大,可按规范9.5.3计算最小配筋率:

    ρmin′=ρ0min′()

    式中因实际配筋量As′尚不知,故需先假定As′计算Nu。

    ①假定As′=4000mm2。

    Nu=fy′As′+ fyAs

    =210×4000+10×4.0×106=40.84×106 N

    ρmin′=ρ0min′()

    =0.4%()=0.106%

    As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

    ②假定As′=4231mm2。

    Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106 N

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一、概述

少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。

这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

ρmin=ρ0min ()

也可按下列近似公式计算：

底板 ρmin= (规范9.5.2-1)

墩墙 ρmin= (规范9.5.2-2)

此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

ρ＇min=ρ′0min ()

按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

上列诸式中 M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；

e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；

Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；

b、ho——截面宽度及有效高度；

fy——钢筋受拉强度设计值；

γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。

采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

3．特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

转贴于 三、规范的应用举例

例1 一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。

解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

αs= ==0.012556

ξ=1-=1-=0.0126

As===591mm2

计算配筋率ρ= = =0.041%

2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，

则 As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin

ρmin===0.0779%

As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）

讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。

2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：

ρmin===0.0461%

则 As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。

例2 一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

解：1) b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：

N≤φ(fcA+fy′As′)

==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，

As′===3809mm2

ρ′===0.38%

由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋

As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

2) b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则

As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：

ρmin′=ρ0min′()

式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。

①假定As′=4000mm2。

Nu=fy′As′+ fyAs

=210×4000+10×4.0×106=40.84×106 N

ρmin′=ρ0min′()

=0.4%()=0.106%

As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

②假定As′=4231mm2。

Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106 N

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中图分类号：TU208文献标识码： A

近些年来，随着我国社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，人们对自己所居住的建筑要求也越来越高，建造的各类高层建筑层出不穷给城市建设带来了新的面貌，日益复杂的使用功能和多样化的建筑特征给高层建筑结构的设计者带来了非常严峻的挑战。在此笔者结合多年的实践经验，对高层建筑混凝土结

构设计如何优化进行分析和探讨，现总结如下。

1.高层建筑混凝土结构

在高层建筑业的发展中，高层建筑混凝土结构主要分为以下几种: ①钢筋混凝土结构； ②组合结构； ③新型结构； ④智能建筑结构。

1.1 钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构是最早的高层建筑结构，该结构主要由钢筋和混凝土构成，以用钢筋混凝土建造的，包括薄壳结构、大模板现浇结构和使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构作为主要承重要件。此结构的整体性较能好，且具有耐高温、位移小、维护方便、成本低和刚度大等特点，钢筋混凝土结构的一系列特点，都是钢结构所望尘莫及的。随着我国混凝土增强材料技术的不断发展，钢管混凝土、钢混凝土和高强混凝土等方面技术的不断成熟。钢筋混凝土结构已经成为我国大多数高层建筑所采用的结构体系，是目前我国应用最广泛的也是大多数设计者最熟悉的建筑结构型式。

1.2 组合结构

组合结构主要有钢筋混凝土组合结构和组合切体结构两种类型，其中组合切体结构是一个组合砖砌体构件，主要由砖砌体和钢筋混凝土面层组成，在轴向力偏心距超过0.7y( y 指由截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离) ，或e 较大，无筋砌体承载力不足，截面尺寸受到限制时比较适用。组合结构与钢筋

混凝土结构有所不同，本结构除了具有钢筋混凝土结构的特点外，还具有污染小、节约钢材等特点，与钢筋混凝土结构相比，更节约了建筑施工中所需要的成本，而且科技含量高，在组合结构中，混凝土被填充于钢管之内，钢管内的混凝土在三轴受压的状态之下可以大大提高钢管的承载能力，同时又节约了大量的钢材。因此，在一定条件下，组合结构可以取代钢筋混凝土结构。而且组合结构有着更广泛的应用范围，不但应用在高层建筑中，在造船、冶金与电力等方面也同样适用。

1.3 新型结构

在高层建筑结构体系中，剪力墙体系和框架体系等几种类型是比较常见的，而对于新型的结构体系，它主要是以筒体的组成方式来作为区分标准的，新型结构体系可分为三种体系: 筒中筒体系、框筒体系和束筒体系。相比于传统的单片平面结构体系，新型结构体系中的筒体则具有更大的抗侧刚度，且承载力更大。目前，在功能较全且层数较多用途较广的高层建筑中，这种新型结构体系相对比较适用。

1.4 智能建筑结构

BAS、OAS 和CAS 是智能化系统的三大代表，BAS 指楼与自动化系统，OAS 指办公自动化系统，CAS 指通信自动化系统。目前，智能建筑结构在高层建筑中应用较少，本结构是高新技术产业与现代建筑技术相结合的一种建筑结构，随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，这一结构也具有较好的应用前景。在这新的建筑建构之下，建筑物的系统、结构体系以及服务与管理等要素被联系在一起，设计得以更加优化，人们可以生活在一个更为方便快捷且安全舒适的环境中。

2. 高层建筑结构设计考虑因素

在高层建筑中，当建筑物达到一定高度，安全性就会成为重要的考虑因素，混凝土结构的优化设计是安全性的一个重要保证，因此，对于具有一定高度的高层建筑，在设计时，混凝土结构的优化设计就显得异常重要，。高层建筑结构设计必须充分考虑各方面因素，使其达到强度足够、刚度适宜、延性良好、设计合理的标准。需要考虑的因素主要包括: ( 1) 侧向力，侧向力主要是指建筑物在建成以后所承受的风力、地震力和垂直载荷等外力。无论是高层建筑还是低层建筑，都要承受这样的侧向力，低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。因此，水平荷载和地震力等侧向力应该成为高层建筑结构设计时着重考虑的因素，这些因素正是影响高层建筑物结构变形、结构内力和建筑土建造价提高的主要因素；( 2) 适宜的刚度，据胡克定律，剪切模量G 能够在很大程度上决定向同材料的刚度，同时，建筑物的形状购置也将在很大程度上决定建筑物在塑性期的刚度。在高层建筑建设过程中，建筑高度是一系列风险因素的出现原因，其中不仅包括侧向力，更包括侧向位移，它是会随着建筑物高度的增加而逐渐增大，当高层建筑在水平力的作用之下，为了使高层建筑的侧向位移保持在一定范围之内，高层建筑必须具有足够的强度，同时，自振周期必须控制在最合理范围内，只有这样，高层建筑的结构设计才是最优化的。

3. 高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法

高层建筑混凝土结构设计作为高层建筑结构设计的主要部分，它必须能够与高层建筑的结构设计相适应。目前，在整体结构合理的条件下，追求结构中各个构件的最大承载力成为国内外学者追求的主要目标。目前为止，对于各个构件的优化，尽管各国学者已经进行过相关研究，但行业内仍没有一个适用于高层建筑结构设计的成熟数学模型，同时这一模型能够满足各种结构设计规范条件，符合设计人员习惯，又尽可能接近最优解。因此，在实践的指导下，对各个构件内力的最大承载力的追求就成为设计人员的目标。从本质上说，优化设计的关键点就在于整体和局部概念的统筹合理，二者兼顾。接下来，就高层建筑混凝土结构的优化设计提出具体三项方案:

3.1 合理使用高强砼和高强钢筋。在建筑的整个施工过程中，用钢量是影响总造价的一个重要因素。因此，为了合理降低用钢量，降低造价，节约成本，设计中必须合理使用高强钢筋。然而在高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下，强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，对于减轻地基载荷，降低基础施工的难度，缩减造价，将具有非常直观的经济效果。由于地震对于一幢建筑的破坏程度，是与该幢建筑的自重成正比的，自重越大，受损毁的可能性，破坏程度就越大。因此，减轻建筑物自重

能够减小其受地震破坏的程度，为建筑物的安全提供保证。所以，高强砼和高强钢筋在设计中的合理使用对于快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，减少用钢量，减轻建筑自重，最后达到降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。

3.2 在高层建筑的结构设计中，对于一个独立结构单元，平面性状、各部分的刚度和承载力是三个需要考虑的重要因素。首先，平面结构性状应该最大限度的做到简单而且规则，长度不应过长，凸出部分不应过大，竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。其次，刚度和承载力在各部分应该分布均匀，竖向布置严重不规则的结构应该禁止采用，下大上小，逐渐均匀变化的侧向刚度结构才是最合理的。在结构设计的过程中，也许会出现这样的状况，结构足够合理，正如以上所述的标准一样，但却缺乏美观和实用性。这时，就需要结构设计人员要特别重视结构概念设计，并且将概念设计贯穿于建设过程的始终。使建筑结构在满足美观、适用的前提下，平面的布局和竖向布置既简洁、又规则均匀，从而具有合理的刚度和承载力分布。

3.3 注重剪力墙的平面布置。具体应如何注重剪力墙的平面布置，我们应该从以下几方面做起: (1) 剪力墙的布置原则在于沿周边均匀、相对集中布置，同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间、电梯间处，以及平面形状变化及恒载较大的部位，其间距宜适中，不宜过大。(2) 剪力墙墙肢截面应具有简单、规则的特点，剪力墙结构应具有一定侧向刚度，但不宜过大。(3) 较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果，全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。

4.结语

总而言之，在高层建筑混凝土结构设计时，应充分考虑各方面因素，考虑高层建筑风和地震力等侧向力的影响； 考虑自重和地基载荷的影响； 保证高层建筑结构具有足够的强度，具有适宜的刚度，具有良好的延性。与此同时，也应该能够从整体上把握结构整体的设计，了解总体系和主要体系间所存在的最佳受力标准，从而找到最优结构方案，满足各方设计使用要求。

参考文献:

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近些年来，随着经济的发展和土地资源的减少，高层建筑已经越来越多的出现，建筑造型也是千奇百怪，高层建筑设计已经成为了建筑设计领域的主要设计任务，做好高层结构设计的指标控制对于结构设计人员来说是一项基本要求。

1、刚度比

刚度比主要是控制结构的竖向不规则，避免结构刚度突变，出现结构薄弱层，正常设计的高层建筑下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层侧向刚度，否则变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构软弱层，所以应对下层与相邻上层侧向刚度比值进行限制。根据《高规》规定，高层建筑的竖向体型宜规则，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上下，逐渐均匀变化。《高规》3.5.2条规定了各种结构形式的刚度比控制指标，在PKPM软件中，对于结构刚度比不满足规范规定的数值情况，自动判断为薄弱层，并且并按《高规》3.5.8条对其对应的地震作用标准值的剪力乘以1.25的放大系数。对于结构薄弱层，可以通过减小本层层高、增大上层层高或者增大本层柱及边框梁截面尺寸来调整。另外，对于刚度计算，PKPM软件提供了剪切刚度、剪弯刚度以及地震剪力与地震层间位移之比三种刚度计算方法，由于计算方法不一样，计算结果差异较大，设计人员应正确选择。

2、周期比

周期比指的是结构第一扭转周期Tt和结构第一平动周期T1之间的比值，控制周期比的目的是控制结构的扭转刚度不能太弱，减小扭转对结构产生的不利影响，其实质是控制结构的扭转变形要小于结构的平动变形。国内外历次大震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构，在地震中遭受到严重的破坏。周期比控制指标参见《高规》3.4.5条，当周期比不满足规范规定时，可以调整结构构件布置来调整，一般为通过增大结构墙、柱、框架梁的刚度，虚弱结构中间墙、柱的刚度来实现。结构第一振型、第二振型宜为平动，扭转振型宜出现在第三振以后，当结构第一振型为扭转时，说明结构的扭转刚度相对于沿主轴方向的抗侧移刚度过小，应通过增大X、Y向结构刚度、适当减小结构内部刚度来调整，当第一周期为平动，第二周期为扭转时说明结构X、Y向刚度相差较大，结构的抗扭刚度相对于其中一个主轴是合理的，单相对于令一主轴的抗侧移刚度太小，可以在SATWE计算结果中的结构空间震动简图中，选择结构顶视图，根据前三振型的震动情况来判断需要加强结构抗扭刚度的部位。另外周期比计算应采用刚性楼板假定，同时计算周期比时，需保证结构的有效质量系数不小于90%，保证各振型参与质量，避免出现局部震动。

3、位移角与位移比

3.1根据《高规》规定，高层结构应具有足够的刚度，避免产生过大位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求，保证主体结构基本处于弹性受力状态，避免混凝土墙柱出现裂缝，保证填充墙、隔墙、幕墙等非结构构件的完好。同时规范明确规定正常使用情况下，结构的水平位移应按《高规》第四章规定的风荷载、地震作用和第五章规定的弹性方法计算。按弹性方法计算的位移角参见《高规》表3.7.3。因规范未对于规定水平力作用下的位移角做出规定，所以可以对其不控制或适当放松，因此PKPM软件输出计算结果中关于规定水平力作用下的位移角结果并不起控制作用。

3.2《高规》3.4.5条规定了考虑偶然偏心影响下，在规定水平地震力作用下结构的位移比要求。控制位移比的目的是为了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。计算位移比时应注意几个问题：（1）现有PKPM软件可以输出所有工况下的位移比，但根据规范规定仅对规定水平地震力作用下的位移比进行控制。（2）位移比计算应采用刚性楼板假定。

4.轴压比

轴压比N/（fcA）指考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值，它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一，控制轴压比的目的是为了保证结构在地震作用下的延性以及耗能能力，轴压比规定参见《高规》表6.4.2及表7.2.13。当轴压比不满足规范规定数值时，结构的延性无法保证，可以通过增大墙、柱截面或提高其混凝土强度等级来调整。

5.剪重比

《高规》4.3.12规定多遇地震水平地震作用计算时，要满足剪重比的最低要求。由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3S的结构，由此计算的水平地震作用下的结构效应可能过小。而对于长周期结构，地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出合理估计，处于安全考虑，规范对结构剪重比做出控制。当结构剪重比不满足时，勾选SATWE软件中的“按抗震规范(5.2.5)调整各楼层地震内力”选项后，程序经自动调整不满足剪重比要求的楼层的地震剪力使其满足剪重比的最小要求。对于带地下室结构，地下室由于受回填土的约束作用，可以不考虑剪重比调整。另外当地震剪力偏小，而层间位移角偏大时，说明结构过柔，宜适当增大墙柱截面，提高刚度；当地震力剪力偏大，而层间位移角偏小时，说明结构总体刚度过大，宜适当减小墙柱截面，降低结构刚度以取得合适的经济技术指标。

6.层间受剪承载力比值

层间受剪承载力指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱、剪力墙、斜撑的受剪承载力之和。控制受剪承载力比值是为了控制结构竖向不规则，防止出现薄弱层。《高规》3.5.3规定了楼层抗侧力结构的层间受剪承载力的比值，当不满足规范要求时，应对其楼层地震作用标准值的剪力应乘以1.25放大系数。同时可以通过适当提高本层构件强度（如增大配筋、提高混凝土强度等级或加大截面）以及提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力或降低上部相关楼层墙柱等抗侧力构件受剪承载力。

7.刚重比

刚重比是结构刚度与重力荷载之比，它是控制结构整体稳定的重要指标。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载和水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应（P-）效应不至于过大，导致结构失稳倒塌，参见《高规》5.4.1及5.4.4条。刚重比不满足要求。说明结构刚度相对于重力荷载太小，刚重比过大，说明结构的经济性指标较差，宜适当减少墙、柱数量或截面尺寸。PKPM中刚重比输出见“结构设计信息”中“结构整体验算”内容。

8.质量比

质量比控制为《高规》新增条文，《高规》3.5.6规定楼层质量沿高度宜均匀布置，楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。

结束语

建筑布局、功能越来复杂，高层结构设计任务越来越重，以上八个指标是一般高层结构设计时，从整体上需要重点把握的一些指标，当然除此之外还有很多其它比值需要我们结构设计人员在设计中加以控制，例如高层结构的高宽比、梁柱剪跨比、剪压比等等。做好指标控制，对于实现小震不坏，中震可修，大震不倒以及性能化设计具有重要意义。

篇5

中图分类号： TU375 文献标识码： A 文章编号：

引言

改革开放以来，我国的建筑行业经历了一次次质的飞跃，尤其是在上个世纪九十年代至今，中国的房地产业异军突起，一栋又一栋的高楼在城市拔地而起。而随着近年来城市美化运动的不断兴起，城市在新建建筑和旧有建筑改造方面越来越多的选择了一些比较新颖的建筑形式，工程设计正在变得越来越复杂。在所有的现代建筑中，钢筋混凝土结构可以说是使用最为广泛的结构形式。钢筋混凝土结构是指用配有钢筋增强的混凝土制成的结构。承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。其中钢筋用于承受拉力，混凝土则用于承受压力。相比于其他的建筑形式，钢筋混凝土具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点，因而得到了广泛的使用。但是在现代建筑设计越来越高的不断要求下，钢筋混凝土结构的设计中应该怎样做好相关的工作呢？下面本文就结合在设计工作中所总结出的一些经验，将其中一些问题及处理方法归纳如下，具有一定的理论指导意义。

1关于桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值问题

桩筏基础设计是建筑的基础部分，但是由于很多设计人员往往经验不足，因此在桩筏基础设计容易出现种种问题，造成成本的增加，最常见的是对于筏板厚度取值的不准确。在实际设计中，我们一般是先按建筑层数估算筏板厚度，常规是按层数×50mm来估算。例如一幢十八层的小高层住宅，我们则先按18×50=900mm设定筏板厚，然后再根据排桩情况，分别验算角桩冲切，边桩冲切及墙冲切，群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚，但这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切，短肢剪力墙结构由于墙体不封闭，故取值群桩冲切边界时有相当大的困难，而群桩冲切由于桩群重叠面积较大，应是一种不利状态。因此，一般建议是取值几个大层间近似作为冲切边界，所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消，虽不完全准确，但区域放大后，边界的开口效应有所削弱，是可行的。

2关于强柱弱梁的设计理念

强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，因此，柱较之梁破坏的损害更大，当前我们的经济已高速发展，我们结构设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。必须严格控制柱轴压比，笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%，且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%，所有框架柱，不包括小截面柱，建议纵筋均应大于20，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋，而支座筋则可通过调幅让其适当降低，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先产生塑性铰，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。

3抗震设计的问题

(1)抗震设计的基点结构。抗震设计的基点是强度和延性。人们现在已经认识到可以利用钢筋混凝土结构屈服后的非弹性变形来抵抗地震，也就是将强度和延性两者相结合来抵抗地震。为保证结构的抗震能力，对结构设计而言，如果我们给结构设定较低的承载力水准，相应地就要求结构具有较高的延性水准；如果我们给结构设定较高的承载力水准，则结构需要的延性水准就可以较低。

(2)能力设计法。能力设计法的基本思想为：为了使抗震钢筋混凝土结构在地震中形成所追求的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”，就需要把不希望出现塑性铰或不希望先出现塑性铰(也就是不希望塑性转动过大)的部位的抗弯能力相对增强；为了不致在结构表现出所需的延性之前在结构的任何部位出现几乎没有延性的剪切失效，也需要相对增强各有关部位的抗剪能力；还需要采取必要的措施使可能形成塑性铰的部位具有足够的延性能力和必要的耗能能力。

4框剪结构设计的问题

框剪结构的连梁设计很重要，但我们看到，目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够，有的是应为认识不足。现在我把我在这方面的经验简单介绍一下。首先，什么是连梁呢?简单的说，就是那些连接两片剪力墙，当遇到中震或大震时，它会首先开裂，起到耗能作用，从而使建筑物保持一定延性的梁。只有满足了这种情况，才是连梁，或者说我们才有意义把它按连梁进行设计。根据它的特性，我们就应该设计时注意几点，第一，不要盲目地增大它抗弯的能力，否则会使连梁延迟破坏，起不到及时耗能的作用，致使其他重要构件破坏，使结构失去延性。第二，我国现行结构规范中规定，连梁上不许搭框架梁。我觉得这句话说得不严谨，更准确的定义应该是，不准搭重要的竖向承重构件。因为我们设计连梁会在遇到中震或大震时，首先开裂，所以它的抗剪能力也会急剧下降，如果此时它还承受着很大的竖向荷载，就会引起连锁破坏。

结束语

钢筋混凝土结构作为使用最广泛的结构形式，其设计工作贯穿于国内的各个行业建设当中，面临的情况也是复杂多变，而且可以预见，随着今后建筑样式的不断推陈出新，在设计上的难度要求也必然是越来越高的。所以，广大设计人员一定要从心底里对其保持足够的重视，哪怕是一个小小的遗漏或错误都有可能造成建筑工程的失败，严重者会导致人民的生命财产安全遭受损失，所以必须要不断的总结、不断的检验、不断的创新，才能让这种建筑结构形式更好的发挥其应用，也让我们的建筑设计走向世界前列。

参考文献

[1]张涛，于洪斌.论钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].才智.2010(08)