試談建筑結(jié)構設計應具備的概念

1、1、軸壓比：主要為控制結(jié)構的延性，規(guī)范對墻肢和柱均有相應限值要求，見抗規(guī)6.3.7 和6.4.6，在剪力墻的軸壓比計算中，軸力取重力荷載代表設計值，與柱子的不一樣。2、剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構安全性，見抗規(guī)5.2.5。3、側(cè)向剛度比：主要為控制結(jié)構豎向規(guī)則性。4、位移比：主要為控制結(jié)構平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構產(chǎn)生不利影響?？刂票壤秊?1.5。見抗規(guī) 3.4.2、 3.4.3。5、周期比： 主要為控制結(jié)構扭轉(zhuǎn)效應， 減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構產(chǎn)生的不利影響， 要求見高規(guī) 4.3.5。6、剛重比：主要為控制結(jié)構的穩(wěn)定性，以免結(jié)構產(chǎn)生滑移和傾覆，要求見高規(guī)。7、剪跨比： 梁的剪跨比

2、，剪力的位置 a 與 h0 的比值。剪跨比影響了剪應力和正應力之間 的相對關系， 因此也決定了主應力的大小和方向， 也影響著梁的斜截面受剪承載力和破壞的 方式；同時 也反映在受剪承載力的公式上。柱的剪跨比，若反彎點在柱子層高范圍內(nèi)，可 取 柱子的剪跨比小于 2 時，需要全長加密，見混凝土規(guī)范11.4.12、 11.4.17。8、剪壓比 （梁柱截面上的名義剪應力V/bh0 與混凝土軸心抗壓強度設計值的比值） ：梁塑性鉸區(qū)的截面剪壓比對梁的延性、 耗能能力及保持梁的強度、 剛度有明顯的影響， 當剪壓比大 于 0.15 的時候，梁的強度和剛度有明顯的退化現(xiàn)象，此時再增加箍筋用量，也不能發(fā)揮作 用，因

3、此對梁柱的截面尺寸有所要求。9、軸壓比：軸壓比是指有地震作用組合的柱組合軸壓力設計值與柱的全截面面積和砼軸心 受壓抗壓強度設計值乘積的比值， 是影響柱子破壞形態(tài)和延性的主要因素之一。 軸壓比限值 的依據(jù)是理論分析和試驗研究并參照國外的類似條件確定的， 其基準值是對稱配筋柱大小偏 心受壓狀態(tài)的軸壓比分界值。10、跨高比：梁的跨高比（梁的凈跨與梁截面高度的比值）對梁的抗震性能有明顯的影響。 梁（非剪力墻的連梁）的跨高比小于 5 和深梁都按照深受彎構件進行計算的。11、延性比：延性比即為彈塑性位移增大系數(shù)。延性是指材料、構件、結(jié)構在初始強度沒有 明顯退化的情況下的非彈性變形能力。 延性比主要分為三個

4、層面， 即截面的延性比、 構件的 延性比和結(jié)構的延性比。結(jié)構的延性比多指框架或者剪力墻等結(jié)構的水平荷載-頂層水平位移（P-delta）、水平荷載-層間位移等曲線。結(jié)構的屈服位移有等能量方法、幾何做圖法等12、薄弱層：該樓層的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80；薄弱層主要是針對大震而言的；屈強系數(shù)小于 0.5 的結(jié)構層、在大震下樓層塑性變形大于規(guī)范要求的大震下的允許 值的結(jié)構層。所謂的薄弱層， 是指在強烈地地震作用下， 結(jié)構首先發(fā)生屈服并產(chǎn)生較大彈塑性變形的部位。 是指該樓層的層間受剪承載力小于向鄰上一樓層的80%，可以認為，是從結(jié)構強度的角度來判斷。高規(guī)中說明豎向不規(guī)則結(jié)構形成薄弱部位,而薄

5、弱部位有三種情況 ,一是剛度不連續(xù)形成的柔軟層 ,一是強度不連續(xù)形成的薄弱層 ,還有一種就是有水平轉(zhuǎn)換體系的豎向構件不連 續(xù)的結(jié)構 .因此 2 樓和 5樓說的都是柔軟層 .但實際我看很多地方所說的薄弱層就是指薄弱部 位的意思 ,并沒區(qū)分的很仔細 位置在下列情況確定：1）樓層屈服強度系數(shù)沿房屋高度分布均勻的結(jié)構，可取底層；2）樓層屈服強度系數(shù)沿房屋高度分布不均勻的結(jié)構，可取該系數(shù)最小的樓層（部位）和相 對較小的樓層，一般不超過 2-3 處；3）單層廠房，可取上層；薄弱層指強度， 軟弱層指剛度。 一個是剛度比，另一個是承載力比，二者不滿足規(guī)范要求均 是薄弱層。 請看看高規(guī)條文說明 4.4.2 “正

6、常設計的高層建筑下部樓層剛度宜大于上部樓層的 側(cè)向剛度，否則變形會集中于剛度小的下部樓層而形成結(jié)構薄弱層”由此可推斷出只要是剛度小于上層的樓層都應當算作薄弱層。按照高規(guī) 5.1.14 “對于豎向不規(guī)則的高層建筑結(jié)構，小于上層 70%或小于其上相鄰 3 層側(cè)向剛度平均值的 80%，或結(jié)構樓層層間抗側(cè)力結(jié)構承 載力小于其上一層的 80%，或結(jié)構某樓層豎向抗側(cè)力構件不連續(xù)，其薄弱層對應于地震作 用標準值的地震剪力應乘以 1.15 的增大系數(shù)”13、軟弱層：該樓層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70，或小于其上三個樓層側(cè)向剛度平均值的 80；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25；14、轉(zhuǎn)換層：

7、該樓層水平轉(zhuǎn)換構件 （梁、桁架等）將上一層的豎向抗側(cè)力構件 （柱、抗震墻、 抗震支撐）的內(nèi)力由本層向下傳遞；15、框支層：如果結(jié)構同一位置轉(zhuǎn)換層以上為剪力墻，轉(zhuǎn)換層以下為框架，那么轉(zhuǎn)換層以下的樓層為框支層，因為建筑功能的要求， 下部大空間，上部部分豎向構件不能直接連續(xù)貫通 落地，而通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構與下部豎向構件連接。 當布置的轉(zhuǎn)換梁支撐上部的結(jié)構為剪力墻 的時候，轉(zhuǎn)換梁叫框支梁，支撐框支梁的就是框支柱?？蛑е臉嬙煲笠姼咭?guī)10。2。11條16、法向剛度、剪切剛度的單位同樣是N/m 或 N/mm ，差別在于力的方向不同，變形模量的單位為 MPa17、偶然偏心：對規(guī)則結(jié)構 ,考慮偶然偏心 （20

8、05 版本是必須考慮 ）,柱子可以考慮雙偏壓 ,但是 如果不是十分復雜的話 ,建議還是單偏壓計算 ,雙偏壓復合 ,角柱手動定義。對不規(guī)則結(jié)構 ,考慮 雙向地震 ,柱子還是單偏壓計算雙偏壓復合,此時如果再考慮雙偏壓要慎重 ,鋼筋會大很多很多。18、短肢剪力墻、異形柱、壁式框架三者的區(qū)別 要想了解第一個和第三個的區(qū)別，必須先了解剪力墻的分類。A 根據(jù)整體性系數(shù)來區(qū)別剪力墻的種類。a>=10, In/I<=kesi ，為整體小開口墻，它的整體性很強，截面應變符合平截面假定，墻肢不 出現(xiàn)反彎點，變形以彎曲型為主；a<10, In/I<=kesi ，為聯(lián)肢墻，它的整體性不很強，墻

9、肢不出現(xiàn)和很少出現(xiàn)反彎點，變形仍以 彎曲型為主；a>=10, In/I>kesi ，為壁式框架，它的整體性雖然很強，但在多數(shù)樓層的墻肢出現(xiàn)反彎點，變 形以剪切型為主，受力性能接近于框架。高層建筑混凝土結(jié)構技術規(guī)程 （征求意見稿）指出：短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚 度之比為 58 的剪力墻，墻厚不小于 200mm 。B中間第二名詞與其它兩個不屬于同一類。異形柱是指具有不規(guī)則截面的柱。如L形,T形柱等等，不同于常見的矩形、 方形和圓形截面的柱。 這些柱多數(shù)在受力性能不及常見截面柱 的合理，但是與建筑使用功能以及美學結(jié)合的較好。所以現(xiàn)在應用越來越普遍。C 異形柱的設計要比常見截面的柱設

10、計要復雜一些。 例如偏壓構件，矩形截面的受壓區(qū)總是 矩形，內(nèi)力臂較大，而對于異性柱，受壓區(qū)圖形通常比較復雜，可能三角形，也可能是多邊 形，手算和分析起來比較費勁， 比如如何大小偏壓的界限， 極限承載力如何計算？難度大于 一般截面柱。 其次，對于受壓呈多邊形分布的截面，壓區(qū)邊緣混凝土應力過于集中，一旦達到受壓強度， 破壞區(qū)域往內(nèi)滲透得過快， 不利于外邊緣的混凝土纖維經(jīng)歷下降段， 從而影響整個截面和構 件的延性問題。對于有抗震要求的構件，在規(guī)范不建議采用異形柱。 第三，在試驗還發(fā)現(xiàn)，對于異形柱， 還出現(xiàn)截面翹曲的問題， 常見的基于平截面假定的公式 受到挑戰(zhàn)。 第四，對異性柱的分析、試驗以及和設計方

11、法等一套體系還沒有完全建立起來， 還有待于進 一步的研究。19、抗震措施：除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設計內(nèi)容，包括建筑總體布置， 結(jié)構選型，地基抗液化措施，考慮概念設計要求對地震作用效應（內(nèi)力及變形）的調(diào)整，以及各 種構造措施。請注意：抗震等級劃分屬抗震措施”的宏觀控制，抗震規(guī)范第 3頁,第2.1.9和2.1.10條有明確的定義.20、抗震構造措施：根據(jù)抗震概念設計原則， 一般不需計算而對結(jié)構和非結(jié)構各部分必須采取的各種細部要求。如鋼筋錨固，搭接，混凝土保護層，最小配筋率等?？拐鸫胧焙w了抗震構造措施”抗震等級的確定是按抗震措施來劃分的，抗震設計是按照地震作用”和抗震措施”兩個手段的

12、，平時說的 抗震等級”就是按照 抗震措施”來劃分的，平時所說的 剪 力調(diào)整”其實就是抗震措施中的計算部分，另一部分就是規(guī)范明確說明的抗震構造措施”這兩部分構成了 抗震措施”的兩大具體板塊。在考試中經(jīng)常容易混淆的就是乙類建筑的乙類建筑，地震作用應符合本地區(qū)抗震設防烈度的要求；抗震措施，一般情況下，當抗震設防烈度為68度時，應符合本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求，當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求；”此時就要按照抗震措施的要求該提高一度查表的查表來確定抗震 等級。21、 設計特征周期：抗震設計用的地震影響系數(shù)曲線中，反映地震等級，震中距和場地類別等因素的下降段起始點對應的周期值.根據(jù)其所在

13、地的設計地震分組和場地類別確定詳見抗震規(guī)范.22、 自振周期：是結(jié)構本身的動力特性.是結(jié)構按某一振行完成一次自由振動所需的時間與結(jié)構的H,B有關當自振周期與地震作用的1/f接近時，共振發(fā)生，對建筑造成很大影響23、 結(jié)構可靠度：建筑結(jié)構的可靠性包括安全性、適用性和耐久性三項要求。結(jié)構可靠度是結(jié)構可靠性的概率度量，其定義是：結(jié)構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，稱為結(jié)構可靠度。其規(guī)定的時間”是指設計基準期 50年，這個基準期只是在計算可靠度時，考慮各項基本變量與時間關系所用的基準時間，并非指建筑結(jié)構的壽命；規(guī)定的條件”是指正常設計、正常施工和正常的使用條件，不包括人為的過失影響

14、；預定的功能”則是能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用的能力（即安全性）；在正常使用時具有良好的工作性能（即適用性）；在正常維護下具有足夠的耐久性能（耐久性）。在偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。結(jié)構能完成預定功能的概率稱為可靠概率p J ,結(jié)構不能完成預定功能的概率稱為失效概率Pf, Pf = 1 - Ps,用以度量結(jié)構構件可靠度是用可靠指標 3,它與失效概率 Pf的關系為Pf=W（- B）。根據(jù)對正常設計與施工的建 筑結(jié)構可靠度水平的校正結(jié)果，并考慮到長期的使用經(jīng)驗和經(jīng)濟后果后，統(tǒng)一標準給出構件強度的統(tǒng)-3值：對于安全等級為二級的各種構件，延性破壞的，3= 3.

15、2；脆性破壞的，3= 3. 7。影響結(jié)構可靠度的因素主要有：荷載、荷載效應、材料強度、施工誤差和抗 力分析五種，這些因素一般都是隨機的，因此，為了保證結(jié)構具有應有的可靠度，僅僅在設計上加以控制是遠遠不夠的，必須同時加強管理，對材料和構件的生產(chǎn)質(zhì)量進行控制和驗收， 保持正常的結(jié)構使用條件等都是結(jié)構可靠度的有機組成部分。為了照顧傳統(tǒng)習慣和實用上的方便，結(jié)構設計時不直接按可靠指標3,而是根據(jù)兩種極限狀態(tài)的設計要求，采用以荷載代表值、材料設計強度（設計強度等于標準強度除以材料分項系數(shù)）、幾何參數(shù)標準值以及各種分項系數(shù)表達的實用表達式進行設計。其中分項系數(shù)反映了以3為標志的結(jié)構可靠水平。24、 建筑結(jié)構

16、的安全等級：建筑結(jié)構設計時，應根據(jù)結(jié)構破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生 命、造成經(jīng)濟損失、產(chǎn)生社會影響等）的嚴重性，采用不同的安全等級。它以結(jié)構重要性系數(shù)的形式反映在設計表達式中，如表4 - 2。建筑物中各類結(jié)構構件的安全等級，宜與整個結(jié)構的安全等級相同，對其中部分結(jié)構構件的安全等級可進行調(diào)整，但不得低于三級。25、 荷載的代表值：是結(jié)構或構件設計時采用的荷載取值，它包括標準值、準永久值和組合值等。設計時應根據(jù)不同極限狀態(tài)的設計要求來確定采用哪一種荷載值。1 荷載標準值（GJK、QJK）。荷載的基本代表值，是結(jié)構設計按各類極限狀態(tài)設計時所采用的荷載代表值。2 荷載組合值（"J qQj）

17、x是當結(jié)構承受兩個或兩個以上可變荷載時，承載能力極限 狀態(tài)按基本組合設計及正常使用極限狀態(tài)按短期效應組合設計所采用的荷載代表值。3荷載準永久值 （"J cQJ）K 是正常使用極限狀態(tài)長期效應組合設計時所采用的荷載代表值。 因 此，永久荷載只有標準值作為它的唯一代表值， 而可變荷載的代表值則除了標準值外， 還有 組合值和準永久值。 結(jié)構自重的標準值， 可按設計尺寸與材料的標準容重計算。 可變荷載的 標準值QJK,應根據(jù)荷載的觀測和試驗數(shù)據(jù)，并考慮工程經(jīng)驗，按設計基準期最大荷載概 率分布的某一分位值確定，設計時可按荷載規(guī)范采用。荷載組合值系數(shù)"JC應根據(jù)兩個或兩個以上可變荷載在

18、設計基準期內(nèi)的相遇情況及其組合的最大荷載效應概率分布，并考慮結(jié)構構件可靠指標具有一致性的原則確定。一般情況下，當有風荷載參與組合時，"c取0. 6;當沒有風荷載參與組合時，"c取1.0 ;對于高層建筑和高聳構筑物，其組合中風荷載效應的均取1 . 0;在一般框架、排架結(jié)構的簡化組合中，當參與組合的可變荷載有兩個或兩個以上，且其中包括風荷載時，"取0. 85;其他情況，屮均取1 . 0。荷載準永久值系數(shù) Yjq是荷載準永久值與荷載標準值的比值。荷載準永久值應按在設計基準期內(nèi)荷載 達到和超過該值的總持續(xù)時間T,與設計基準期 T的比值確定，比值 Tq/T可采用0, 5。所

19、以荷載準永久值相當于任意時點荷載概率密度函數(shù)50的分位值。26、 結(jié)構上的作用： 各種施加在結(jié)構上的集中或分布荷載,以及引起結(jié)構外加變形或約束變形的原因, 均稱為結(jié)構上的作用。 引起結(jié)構外加變形或約束變形的原因系指地層、 基礎沉降、 溫度變化和焊接等作用。結(jié)構上前作用可按下列原則分類： 1.按其隨時間的變異性和出現(xiàn) 的可能性可分為永久作用, 如結(jié)構自重、 土壓力、 預應力等; 可變作用, 如樓面活荷載、 風、 雪荷載、溫度等;偶然作用,如地震、爆炸、撞擊等。2.按隨空間位置的變異分為固定作用,如樓面上的固定設備荷載、構件自重等;可動作用,如樓面上人員荷載、吊車荷載等。3.按結(jié)構的反應分為靜態(tài)作

20、用,如結(jié)構自重、樓面活荷重等;動態(tài)作用,如地震、吊車荷 載及高聳結(jié)構上的風荷載等。27、結(jié)構的作用效應 ：作用引起的結(jié)構或構件的內(nèi)力和變形即稱為結(jié)構的作用效應。常見的作用效應有： 1.內(nèi)力。（1）軸向力,即作用引起的結(jié)構或構件某一正截面上的法向拉力 或壓力;（2）剪力,即作用引起的結(jié)構或構件某一截面上的切向力;（ 3）彎矩,即作用引起的結(jié)構或構件某一截面上的內(nèi)力矩;（4）扭矩, 即作用引起的結(jié)構或構件某一截面上的剪力構成的力偶矩。 2.應力。如正應力、剪應力、主應力等。3.位移。作用引起的結(jié)構或構件中某點位置改變（線位移）或某線段方向的改變（角位移） 。 4.撓度。構件軸線或中面上某 點在彎短

21、作用平面內(nèi)垂直于軸線或中面的線位移。5.變形。作用引起的結(jié)構或構件中各點間的相對位移。變形分為彈性變形和塑性變形。 6.應變：如線應變、剪應變和主應變等。28、 結(jié)構抗力： 結(jié)構或構件承受作用效應的能力稱為抗力,如強度、 剛度和抗裂度等。 強度：材料或構件抵抗破壞的能力, 其值為在一定的受力狀態(tài)和工作條件下, 材料所能承受的最大 應力或構件所能承受的最大內(nèi)力（承載能力） 。剛度：結(jié)構或構件抵抗變形的能力,包括構 件剛度和截面剛度,按受力狀態(tài)不同可分為軸向剛度、彎曲剛度、剪變剛度和扭轉(zhuǎn)剛度等。 對于構件剛度,其值為施加于構件上的力（力矩）與它引起的線位移（角位移）之比。對于 截面剛度, 在彈性階

22、段, 其值為材料彈性模量或剪變模量與截面面積或慣性矩的乘積?？沽讯龋航Y(jié)構或構件抵抗開裂的能力。29、彈性模量（E）是材料在單向受拉或受壓且應力和應變呈線性關系時，截面上正應力與對應的正應變的比值：E: o/ &30、剪變模量（G）:材料在單向受剪且應力和應變呈線性關系時，截面上剪應力與對應的剪應變的比值：G= t/ y（ t為剪應力，丫為剪切角）。在彈性變形范圍內(nèi)，G= E/ 2 （1 + U。 u白松比，預料在單向受拉或受壓時， 橫向正應變與軸向正應變的比值。 如對鋼材，=0.3, 算得 G = 0. 384E;對混凝土， u= 1/6，則得 G= 0. 425E。31、變形模量（

23、Edef ）：材料在單向受拉或受壓且應力和應變呈非線性（或部分線性和部分 非線性）關系時，截面上正應力與對應的正應變的比值。 例如混凝土， 其應力應變關系只是 在快速加荷或應力小于 fc 3（ fc 為混凝土軸心抗壓強度）時才接近直線，而一般情況下應 力應變?yōu)榍€關系?；炷烈?guī)范中的Ec是在應力上限為 （X 0. 5fc反復加荷510次后變形趨于穩(wěn)定，應力應變曲線接近于直線，其斜率即為混凝土的彈性模量Ec。當應力較大時，應力應變曲線上任一點，與原點。的聯(lián)線oa的斜率稱為混凝土的變形模量E= tgajl E'c也稱為割線模量。變形模量可用彈性模量表示：E'匚，Ec。u為彈性系數(shù)，

24、隨應力的增大而減小，即變形模量降低。32. 截面面積矩（又叫靜矩 s）。截面上某一微元面積到截面上某一指定軸線距離的乘積， 稱為微元面積對指定軸的靜矩； 而把微元面積與各微元至截面上指定軸線距離乘積的積分稱 為截面的對指定軸的靜矩 Sx= ydF。33. 截面慣性矩（I）。截面各微元面積與各微元至截面某一指定軸線距離二次方乘積的積分Ix = y f 2dF34. 截面極慣性矩（Ip ）。截面各微元面積與各微元至垂直于截面的某一指定軸線二次方乘 積的積分Ip = Pf 2dF截面對任意一對互相垂直軸的慣性矩之和，等于截面對該二軸交點 的極慣性矩Ip = Iy + lz。35截面抵抗矩（W）。截面

25、對其形心軸慣性矩與截面上最遠點至形心鈾距離的比值W2=。36、截面回轉(zhuǎn)半徑（ i） 。截面對其形心軸的慣性矩除以截面面積的商的二次方根。37、彎曲中心。對矩形、 I 形梁的縱向?qū)ΨQ中面施加垂直（或叫橫向力）外，對其他截面梁除產(chǎn)生彎曲外，還產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。欲使梁不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，就必須使外力P 在過某一 A 點的縱向平面內(nèi)，此 A 點就稱為彎曲中心，即只有當橫向力 P 作用在通過彎曲中心的縱向平面內(nèi)時， 梁才只產(chǎn)生彎曲而不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。38、脆性破壞：結(jié)構或構件在破壞前無明顯變形或其它預兆的破壞類型。39、延性破壞：結(jié)構或構件在破壞前有明顯變形或其它預兆的破壞類型。在沖擊和振動荷載作用下， 要求結(jié)構的材料能夠吸收