建筑混凝土結構設計的步驟

李雪平 余思平

廣東技術師范學院天河學院

建筑混凝土結構設計的步驟

李雪平 余思平

廣東技術師范學院天河學院

本文主要介紹了建筑混凝土結構設計的步驟，其目的是為了讓剛開始接觸結構設計這門課的學生對結構設計的過程以及結構設計所包括的內容有一個大致的了解，也為后期進行框架結構設計手算的畢業設計做好鋪墊。

混凝土；結構設計；畢業設計

一、引言

建筑混凝土結構設計是土木工程專業本科生的一門主要專業課，是力學知識、混凝土結構基本原理以及荷載與設計方法等專業基礎知識在建筑混凝土結構設計中的應用。本文主要針對剛接觸結構設計這門課的學生對混凝土結構設計的步驟做的簡要明了的介紹，讓同學們對結構設計的過程以及結構設計所包括的內容有一個大致的了解，也為后期進行框架結構設計手算的畢業設計做好鋪墊。

二、建筑混凝土結構設計的步驟

建筑混凝土結構設計是對建筑物的結構構件進行的設計，以框架結構為例，其步驟大體上可以由這一條主線來描述：準備工作——確定結構方案——結構布置及計算簡圖的確定——結構分析和設計計算——編寫結構設計計算書、繪制結構施工圖。現對以上步驟做具體的介紹說明。

(1)準備工作：在進行結構設計之前，首先要了解這個工程的背景資料，例如：這個建筑物如果是一個多層的教學樓或是學生宿舍樓，那就需要一個個比較規則的房間，后面結構選型的時候可以選擇磚混結構或是框架結構，若是二三十層的居民住宅樓，前面兩種結構體系則不能選擇，需要考慮剪力墻結構等，其實建筑物的性質，也直接決定了這個建筑物應該選用的結構體系。其次，要掌握該設計所需要的原始資料，例如，所在地區的基本風壓是多少，方便后面算風荷載作用力，場地地質條件如何，方便我們確定基礎的類型及尺寸，和相關的驗算等等。然后，有需要的話，可以在網上搜集一些類似案例的參考資料。最后，制定一個工作計劃，便可以開始后面的設計內容。

(2)確定結構方案：根據前面的準備工作，建筑物的性質確定選擇什么樣的結構體系，確定好上部結構、樓蓋和基礎。上部結構是選擇梁、板的，還是墻、板的，或是其它；樓蓋是肋梁樓蓋，還是井字樓蓋或是無梁樓蓋；基礎是做獨立基礎還是整體基礎，是條形基礎還是打樁等等。

(3)結構布置及計算簡圖的確定：確定好結構方案之后，便可進行結構構件的布置，例如，哪里布置柱子，哪里布置主梁，哪里布置次梁等，對于框架結構來說，板的經濟跨度是1.7-2.5m，不宜超過3m，也可以超過，但是不經濟，次梁的經濟跨度是4-6m，主梁的經濟跨度是5-8m。布好之后，便可以確定構件的跨度，然后初步估算構件的截面尺寸，截面尺寸主要也是根據經驗在不需要進行撓度驗算的情況下初步估算的，例如：簡支板板厚h取板跨/35，連續板板厚h取板跨/40，懸臂板板厚h取板跨/12，次梁截面高度h取(1/18-1/12)梁跨，主梁截面高度h取(1/15-1/10)梁跨，截面寬度b取(1/3-1/2)h。還可以確定構件的支座形式，從而確定好結構的計算簡圖。

(4)結構分析和設計計算：這個步驟是非常關鍵性的一步，也是內容比較多的一步，在進行結構設計手算的時候，我們的做法一般是把整個大的結構拆分成一個個獨立的個體進行設計計算，例如框架結構，就是選取具有代表性的一榀框架進行的設計計算，可以取橫向的也可以取縱向，一般選橫向，跨數少。這一步可以按下面的順序來做：荷載計算——結構內力分析——荷載效應的組合——構件的截面設計——構造要求。①荷載計算：包括所有構件的自重例如柱子、墻體、主次梁、板等的計算，還有活荷載的折算等，另外還有風荷載的計算，地震作用的計算等。②結構內力分析：主要是分析水平荷載包括風荷載、地震作用下的以及豎向荷載包括恒荷載、活荷載作用下的三種內力的分析，即M、N、V。水平荷載主要采用反彎點法或D值法進行分析計算，豎向荷載主要是利用分層法或彎矩二次分配法進行分析計算，另外，在層數比較多的情況下，還可以借助結構力學求解器通過建模以后進行求解。然后繪制出對應的三種內力圖。得出來的內力均為軸線處的內力，需要先給豎向荷載作用下的梁端彎矩進行調幅，然后再分別把軸線處的M、V換算到控制截面上。③荷載效應的組合：這是一個相當復雜的問題，涉及到時間上和空間上的組合，因為活載的活，它既活在時間上又活在空間上，需要考慮各種可能性，在這一步，主要是為了得到下一步進行截面設計所需要的控制截面上的內力，包括梁的+Mmax、-Mmax、Vmax、柱子的Mmax、Mmin、Nmax、Nmin，另外還要考慮柱子的M-N相關性，所以組合的情況有很多種，需要把各種可能性都考慮進去，經過比較然后取最不利的內力值，另外，有抗震要求的還需要按照“強剪弱彎”的原則調整內力。④構件的截面設計：根據上一步確定出的內力值便可以應用鋼筋混凝土基本原理的知識點給梁、柱子計算配鋼筋，包括縱向受力筋、箍筋、架立筋、支座負筋等。同時滿足一定的構造要求，育抗震要求還得滿足抗震相關的構造要求。

(5)編寫結構設計計算書、繪制結構施工圖：以上工作做完了，便可以進行計算書的編寫和結構施工圖紙的繪制，圖紙是工程師的語言，也是作為后期施工的依據，這里需要用到平法的知識和相關軟件的操作以及CAD繪圖的能力。

三、結語

建筑混凝土結構設計是所有專業課的一個綜合應用，只有對混凝土結構設計的步驟和過程有比較清晰的認識和扎實的基本功才能完成這一項巨大而又繁重的工作。

[1]顧祥林，建筑混凝土結構設計[M].上海，同濟大學出版社，2011.

[2]熊丹安、吳建林，混凝土結構設計[M].北京，北京大學出版社，2012