结构设计中常见问题及解决办法之一结构设计总则

 目录、编制说明

一、结构设计总则

1.1总说明及图纸设计文件

1.2计算书完整性问题

1.3计算参数及荷载取值

二、地基处理及基础设计

三、钢结构

四、钢筋混凝土结构

五、结构加固

编制说明

1、根据现行国家有关规范、规程，对工程设计中由于设计人员的考虑不周和对规范、规程的理解不够全面，造成的一些不当做法和错误，以及在施工图设计文件审查中常出现的问题，进行汇总、整理、分析，并提出改进措施及依据，从而加强设计人员对规范及规程全面、准确的理解，避免类似错误的发生，合理和优化设计，提高设计质量。

2、主要编制依据

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001

《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223-2008

《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年修订）

《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005

《地下工程防水技术规范》GB50108-2008

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012  J220-2012

《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010  J 186-2010

《建筑工程设计文件编制深度规定》建质函[2016]247号

《施工图设计文件审查要点》建质[2013]87号

《民用建筑工程设计常见问题分析及图示》图集

《建筑结构设计问答及分析》

《高层建筑混凝土结构技术规程应用及分析》

《建筑抗震设计规范应用与分析》         

《建筑地基基础设计方法及实例分析》           

《PKPM产品使用手册及技术条件》 

《盈建科产品使用手册及技术条件》

一、结构设计总则

1.1 总说明及图纸设计文件

（1）设计依据和质量验收应遵循的工程建设标准的名称、编号与版本号正确性。

（2）未注明砌体材料的容重及小房间的设计荷载。

（3）施工图设计阶段未注明详细勘察工程编号。

（4）缺电算程序版本号。

（5）设浴缸、坐厕的卫生间活荷载标准值。设浴缸、坐厕的卫生间活荷载标准值为4kN/m2；有分隔的蹲厕公共卫生间（包括填料、隔墙）活荷载标准值为8kN/m2，或按实际计算。详见《建筑结构设计常用数据》A24页。

（6）电梯井道下有人到达房间的顶板活荷载标准值5kN/m2。详见《建筑结构设计常用数据》A24页。

（7）高低层相邻的屋面，在设计低层屋面构件时应适当考虑施工临时荷载，一般取4kN/m2。

（8）室内地下室顶板需考虑施工时堆放材料或临时场的活荷载，一般取5kN/m2。

（9）计算地下室外墙时，其室外地面荷载取值不应低于5kN/m2，如室外地面为通行车道则应考虑行车荷载，特别是消防车等大型车辆。

（10）楼梯间和人流通道的填充墙，未注明加强采用钢丝网型号Ф4@150。

（11）缺楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值。

（12）当柱混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级时，对梁柱核心区的混凝土强度等级未提出施工要求。

（13）竖向构件平法施工图中未注明上部结构嵌固位置。

（14）无地下室且基础面直首层板顶高度较大时，嵌固端位置的处理办法。

   一是设短柱来降低首层层高。二是通过在地面以下一定高度设基础梁来降低首层层高，此时基础顶至基础梁顶范围内的柱箍筋加密。

1.2 计算书完整性问题

（1）缺工程建设地点及周边环境介绍概况。

（2）缺楼面荷载、墙体等恒荷载计算及活载限值。

（3）缺柱间支撑、屋面支撑计算。

（4）缺联合基础计算

（5）缺楼梯配筋及挠度计算。

（6）钢结构缺节点计算书。

（7）未考虑管道支架对主结构的影响。

（8）当柱周边无梁（或一侧有梁）形成跃层柱时柱长度系数的确定。

1.3 计算参数及荷载取值

（1）恒载计算时宜勾选“砼板重程序自动计算”。

  建议板恒载输入时只输入面层、吊顶、悬挂等面层恒荷载。板厚的调整不影响房间恒载取值。

（2）二次装修的非固定隔墙自重作为楼面活荷载附加值计算。

  《荷载规范》表5.1.1附录6：非固定隔墙自重应取不小于1/3的每延米墙重（kN/m）作为楼面活荷载附加值（kN/m2）计入，且附加值不应小于1.0 kN/m2。

（3）书库、密集柜书库的区别及活荷载取值问题。

  一般书库指书架高2.3m，净距0.6m，放7层书。当书架高度2m时，均布活荷载标准值取5.0 kN/m2；当书架高度>2m时，书库活荷载尚应按每米书架高度不小于2.5 kN/m2确定。

  密集柜书库指无过道的书库，均布活荷载标准值取12 kN/m2。

（4）与基础相连构件的最大底标高。

  与基础相连构件的最大底标高影响楼层组装结果，对不等高嵌固端要特别注意。

（5）框架梁端负弯矩调整系数。

  在竖向荷载作用下，框架梁端负弯矩较大，配筋困难。因此允许考虑塑形变形内力重分布对梁端负弯矩进行适当调幅。

框架梁端负弯矩调整系数有关条文：

《砼规》5.4.1混凝土连续梁和连续单向板，可采用塑形内力充分布方法进行分析。

《高规》5.2.3 在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑形变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅，并应符合下列规定：

1、 装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7~0.8，现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8~0.9；

2、 框架梁端负弯矩调幅后，梁跨中玩具应按平衡条件相应增大；

3、 应先对竖向荷载作用下框架梁的玩具进行调幅，再与水平作用产生的框架梁弯矩进行组合；

4、 截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。

  以下构件不得调幅：悬挑梁的梁端负弯矩不得调幅、钢梁不得调幅。程序中此处指定的全楼的负弯矩调幅系数，我们可以在“设计模型前处理”→“特殊梁”中修改单根梁的调幅系数。

（6）8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。

  8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。9度及以上时，跨度18m的屋架、跨度4.5m的悬挑梁、跨度1.5m的悬挑板；8度时，跨度24m的屋架或网架、跨度6m的悬挑梁、跨度2m的悬挑板，应考虑竖向地震作用。

（7）水平力与整体坐标夹角。

  当沿X、Y向不能控制结构的最大受力状态时，则可改变水平力作用方向。此参数将同时影响地震作用和风荷载的方向，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。

如何知道X、Y向不能控制结构的最大受力状态，应查阅“周期、地震力与振型输出文件”中“地震作用最大的方向”。当地震作用最大的方向大于±15°时考虑改变此参数。

理解与建议：

1、无论结构内是否有斜角抗侧力构件，只要当整体结构存在薄弱方向，且薄弱方向与主轴夹角大于±15°时，就要修改地震作用方向。

2、此参数将同时影响地震作用和风荷载的方向；

3、对常规设计（建筑高度小于60m），风荷载不起控制作用，且风荷载一般取垂直于风向的大投影面积。当地震作用最大的方向大于±15°时，一般可仅在参数“斜交抗侧力构件附加方向角度”中增加相应角度来考虑地震作用最不利方向，“水平力与整体坐标夹角”可不修改，输入“0”即可。

  结构位移文件中，最不利方向的层间位移角也要满足规范要求。

（8）斜交抗侧力构件方向附加地震数及相应角度。

  《抗规》5.1.1条第2款“有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。”

理解：本条指结构中的某一构件与结构主轴方向斜交，且相交角度大于15°时须输入该方向附加地震数及相应角度，该水平地震作用方向与斜角构件方向平行。程序最多考虑5组，共10各方向的地震作用。

（9）带地下室结构嵌固端位置的确定。

  嵌固端是上部结构计算的固接支座，该部位水平位移为零、转角为零。确定嵌固端就是通过刚度和承载力的调整，迫使塑性铰出现在预期部位。合理的确定结构嵌固端才能确定结构的的加强部位，合理的嵌固端能节约造价。

理解：

  1、一般情况下应首选地下室顶板作为结构的嵌固端，嵌固端在地下室顶板是最经济最合理的选择。嵌固部位越低，加强区的总加强范围越大，因而结构的费用越高。

    2、 不管嵌固端在地下室顶板还是地下某一层顶板，地面以上加强部位是不变的，还是从地下室顶板算起。嵌固端的变化只影响地面以下剪力墙的加强部位，嵌固部位下移一层，总加强范围往下延伸一层，投资增大。

    3、 即使地下室顶板不作为嵌固端，顶板对上部结构的嵌固作用任然存在，顶板也应按嵌固部位设计，楼板厚度不宜小于160mm，砼强度等级不应小于C30，应采用双层双向配筋，每层每向的配筋率不宜小于0.25%。

PKPM中嵌固端所在层号为某一层的“底”；YJK程序中嵌固端所在层号为某一层的“顶”。例如带有两层地下室的高层建筑，嵌固端为地下室顶板，在PKPM中输入“3”，在YJK中输入“2”。

（10）两个“相关范围”的含义。

  1、 确定与主楼相连地下室的抗震等级时所用的“相关范围”，指主楼周边外延1~2跨的地下室范围。详见《高规》3.9.5条。

  2、 计算地下室结构楼层侧向刚度时可考虑地上结构以外的地下室 “相关范围”的结构对侧向刚度的贡献，指地上主楼周边外扩不超过三跨（且不大于20m）的地下室范围。详见《高规》5.3.7条。

  实际设计中当确定抗震等级时，可偏于保守的采取适当扩大相关范围的区域。即无论是计算楼层侧向刚度还是确定抗震等级，“相关范围”均可取地上主楼周边外扩过三跨（且不大于20m）的地下室范围。

（11）墙元、弹性板细分最大控制长度（m）

  从计算精度和计算效率方面来看，程序默认1米长度符合工程需要。可根据项目复杂程度调整。详见PKPM手册“墙元、弹性板细分最大控制长度（单位m）”章节。

（12）墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点。

剪力墙洞口上方墙梁的上部跨中节点将作为刚性楼板的从节点，不勾选时，这部分节点将作为弹性节点参与计算。本质是确定连梁跨中结点与楼板之间的变形协调，将直接影响结构整体的分析和设计结果，尤其是墙梁的内力及设计结果。

一般情况均要勾选，只要墙梁配筋很大不好处理时可以考虑不选。

（13）地震力作用下结构的阻尼比。特别是钢结构设计一定要明确结构类型，例如：民用钢结构建筑、单层工业厂房、多层钢结构厂房、轻钢厂房，不同类型对应不同规范条文。对钢结构阻尼比、长细比限值取值不同。

工业建筑钢结构：

单层钢结构厂房的阻尼比：0.045~0.05          《抗规》9.2.5条；

门式刚架的阻尼比：封闭式 0.05 ，敞开式0.035    《门刚》6.2.1条

多层钢结构厂房的阻尼比：多遇地震时可取0.03~0.04

  罕遇地震时可取0.05    《抗规》H.2.6条2款

民用建筑钢结构： 《抗规》8.2.2条1款

  多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。

  预应力混凝土框架结构的阻尼比宜取0.03；在框架-剪力墙结构、框架-核

心筒结构及板柱-剪力墙结构中，当仅采用预应力混凝土梁或板时，阻尼比应取0.05。《混规》11.8.3条第1款。

空间网格结构： 《空间网格结构技术规程》4.4.10条

  对于周边落地的空间网格结构，阻尼比值可取0.02；对设有混凝土结构支撑体系的空间网格结构，阻尼比值可取0.03。

（14）偶然偏心及双向地震。

  建议都勾选，程序会分别输出偶然偏心及双向地震结果，两个结果不冲突。配筋按两者之间的大值自动做包络设计。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。

当计算双向地震作用时，不考虑偶然偏心的影响；计算单向地震作用时，考虑偶然偏心的影响。程序取不利组合进行配筋设计。偶然偏心和双向地震详见《抗规》5.1.1条及《高规》4.3章节。

扭转位移比的查看是有条件的，是以偶然偏心及规定水平力双重条件为前提查看的。

（15）周期折减系数

周期折减是相对于非承重填充墙而言的。对有填充墙的框架结构 ，实测周期约为计算周期的50%~60%；剪力墙结构中，实测周期与计算周期比较接近。

  对于多层框架结构，一般取0.7～0.8；

  对于框架-剪力墙结构，一般取0.7～0.8；

  纯剪力墙结构，一般取0.9。

（16）楼面活荷载折减.

楼面活荷载的折减方式有两种，一种是“传统方式”，即按《荷载规范》5.1.2条中的要求进行活荷载的平面折减和竖向折减，这种方式可人工干预；另外一种是“按荷载属性折减”，这种折减方式需要在楼层布置时输入楼板的属性即使用用途（房间属性不能超过《荷载规范》的范畴），此种方式的折减系数程序自动考虑，不可人为干预。设计时建议按第一种“传统方式”进行折减。

《荷载规范》表5.1.2的理解：

1、 程序中给定的活荷载折减系数是以《荷载规范》中所列的使用功能给定的值，当使用功能不属于该范畴，设计人应自行确定折减系数。 

2、 对于《荷载规范》表5.1.2活荷载按楼层的竖向折减系数应慎用，此表仅对住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园使用等单一使用功能适用。

3、 当同一楼层使用功能不同时，本层的竖向活荷载折减系数应按较大的系数执行；

当各层使用功能不同时，应按《荷载规范》表5.1.2条第二款分别执行。

（17）消防车荷载有关的几个参数。

《荷载规范》表5.1.1规定了消防车的等效均布活荷载，此荷载是消防车荷载直接作用于楼板上时活荷载。当双向板楼盖板跨介于3mx3m~6mx6m之间时，应按跨度线性插值确定。

当楼板上覆土时，应考虑覆土厚度对活荷载的折减影响，以折减后的活荷载作为楼板设计的活荷载。

梁应按《荷载规范》5.1.2条平面折减系数中第三款再在楼板设计活荷载的基础上折减，

柱、墙应按《荷载规范》5.1.2条竖向折减系数中第三款再在楼板设计活荷载的基础上折减。

设计基础时可不考虑消防车荷载，详见《荷载规范》5.1.3条及条纹说明。活荷载按5kN/m2至10kN/m2考虑。

考虑覆土厚度对活荷载的折减系数详见《荷载规范》附录B，需要说明的几点问题：

1、 查折减系数表的时候用的是“折算覆土厚度”，而非实际覆土厚度。

2、 折算覆土厚度=1.43s.tan(角度）   （B.0.2）

   S—覆土厚度（m）

   角度—覆土应力扩散角，对土层可取35°，对混凝土层可取45°。

  3、当同时存在土层和混凝土层时，应分别计算各自的折算覆土厚度后再累加。

（18）重力荷载代表值计算时活荷载的组合值数。

  对于多层钢结构厂房活荷载组合系数应根据行业特点，对楼面检修荷载、成品或原料堆积楼面荷载、设备和料斗及管道内的物料等，采用相应的组合系数。建议取0.8~1.0之间。

（19）关于侧向刚度比计算，Ratx、Raty；Ratx1、Raty1；Ratx2、Raty2

  楼层侧向剪切刚度比 见《高规》附录E.0.1-1，用于以剪切变形为主的结构及结构部位，如框架结构、结构的嵌固部位、转换层设置在地面以上1、2层时的转换层与其相邻上层的等效剪切刚度比。PKPM中用Ratx、Raty表示。

 （楼层剪力/层间位移）刚度，即楼层标高处产生单位水平位移所需要的水平力， 见《高规》3.5.2-1。本层与相邻上层的比值不宜小于0.7，与相邻上部三层侧向刚度平均值的比值不宜小于0.8。PKPM中用Ratx1、Raty1表示。

  考虑层高修正的（楼层剪力/层间位移）侧向刚度比 见《高规》3.5.2-2。对于带剪力墙的结构，楼面结构对侧向刚度的贡献较小，层高变化时侧向刚度变化滞后，对上部结构的侧向刚度比可采用此方法。PKPM中用Ratx2、Raty2表示。