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1、1结构方案的调研(强调概念设计，总揽全局，整体把握)1.1概念设计：概念设计(Concepts Design)就是运用人们对建筑结构这一客 观事物的正确认识去妥善地处理结构设计中遇到的各种问题。即处理从结构所受 的各种作用的特点到结构计算，到不同结构在各种作用下的反应，变形能力和破 坏机制以及各种构造措施等问题。换句话说，就是结构工程师应具有多学科的知/ 识和丰富的实践经验，在设计中处处都要用清晰的结构概念和对概念的深刻而全 面准确的理解去处理实际工作中的结构问题，通过对结构问题的概念分析和概念 判断，提取有用的信息，从而提出对结构问题具有实际意义的处理方法，将结构 问题进行模型简化形成计算简
2、图，按计算简图进行结构计算，最后采用安全合理 切实可行的构造措施完成结构设计任务。美国林同炎教授所著结构概念与体系一书，主要从结构整体出发分析各结 构分体系的结构概念，揭示了结构体系的规律，更强调了概念设计的重要性。1.2结构总体的概念设计：(十大结构设计方面的重要概念)(1) 适宜的刚度在建筑物设计中，恰如其分的确定建筑物刚度是非常重要的。a刚度大，结构自振周期短，地震作用大，自重大，材料又浪费。b刚度小，结构过柔，产生过大变形，影响强度和稳定性，结构自振周期大。当建筑物位于地震区时，由刚度所决定的结构自振周期还要避开场地的振动 卓越周期，以避免共振，造成建筑物倒塌。c结构刚度要满足舒适度的
3、要求。目前多数国家均以建筑结构的振动加速度 划分舒适度一般分五级，如下表：g为重力加速度等级振动加速度感觉程度I小于0.005g无感觉II0.005g0.015g有感觉III0.015g0.050g有强感，不愉快W0.050g0.150g很强感，很不愉快V大于0.150g不能忍受建筑物的振动加速度是结构振幅和周期的函数，有的建筑物振幅不大但周期 很短，也造成很大的加速度。如下图d刚度的调整：如振幅，振动加速度或自振周期不满足要求时，应采取措施 提高或降低建筑物的刚度。具体办法：1. 加强或减弱建筑物构件水平构件（楼屋盖的梁和板）的刚度；2. 加强或减弱建筑物构件竖向构件（如增减剪力墙和柱的数量
4、及截面尺寸） 的整体性和刚度；3. 加强或削弱构件间的连接，改变节点刚度；4. 增大或减小建筑物在平面上的宽度，降低或增高其高宽比；5. 改变建筑物的形状，将一字形改为#，Y，型或相反；6. 改变建筑结构构件的刚度可以从以下方面来实现：增大，减小结构构件 的横截面面积，增大，减小构件纵向配筋率和提高或降低构件的混凝土 强度等级。e刚度的分配：在建筑结构达到适宜的刚度（含满足变形，振动加速度，自 振周期等要求）后按如下原则分配：在平面布置时刚度即要相对集中又要均 匀分布。相对集中可节约材料，减轻结构自重，减少地震力；均匀分布可以 减小某些构件产生过大变形。f有关刚度分配方面的几个问题：1 .当刚
5、度小分布均匀，但过于分散建筑物很高时不经济（见方案一）；2 .刚度过分集中，分布不均匀，在水平力作用下产生过大变形（见方案二）；3. 剪力墙的间距过大楼板在地震作用下产生弯曲破坏，甚至会被拉裂破坏， 在地震作用下已不完全是整体变形，他除了整体变形外，楼板还产生局 部弯曲（见方案三）；4. 刚度分布较好地符合了相对集中与分散的原则（见方案四）；5. 除了充分考虑建筑物横向刚度外，一定要使建筑物在纵向上也有比较适 宜的刚度，尤其在抗震建筑中，纵向刚度是必不可少的，而这正是一般 设计人员最容易忽视的问题。(2) 认识和掌握结构的破坏机制和塑化历程建筑物的破坏机制一般分为两种，即楼层破坏机制和整体破坏
6、机制(如图)设计中应尽量避免结构产生楼层破坏机制，这种破坏说明结构在柱中村村在 薄弱环节，即在其它构件承载力尚未充分发挥作用之前，整个结构已经提前破坏。 要使整个结构达到整体破坏机制是容易的，但在地震作用下，出现介于楼层破坏 和整体破坏之间的某种机制，也是完全可以理解的。设计人员的责任和义务就是 努力实现理想的建筑结构的整体破坏机制，就是正确布置和掌握塑性铰出现的位 置和出现顺序，就是尽量使结构达到理想破坏机制。各种不同的结构体系，其理 想的破坏过程是不同的，如下图a纯框架结构的理想破坏机制地震作用下首先在梁端产生塑性铰，消耗地震能量。产生塑性铰后，结构刚 度下降，计算简图发生变化，地震力减小
7、，结构受力状态自然会得到改善。如继 续强震作用，底层柱底弯矩增大，导致底层柱底最终出现塑性铰，结构进入失稳 状态成为几何可变体系。在设计时必须千方百计保证底层柱的抗弯和抗剪强度， 要破例提高这一部分的可靠度，以推迟底层柱塑性铰的出现和提高底层柱的延性。 另外，在设计时注意以下几点措施：1框架计算中将梁固端弯矩进行适当调幅梁调幅后，对梁支座是不利的，强震作用下梁支座可能过早出现塑性铰，但 对整个结构来说是有利的，可以提高框架的延性。2框架梁的下部钢筋如不是计算需要和构造要求，以不伸入柱中或不完全锚 固在柱中为好。3人为地对不同构件的部位给予不同的安全等级，或在配筋时认为的增减。b剪力墙结构的理想
8、破坏机制剪力墙结构的刚度一般都很大，设计的任务抗弯和抗剪强度设计。塑化过程 比较简单，就是在底部（与墙肢宽相当或1/8总高度且小于底层层高的层高范 围内）出现塑性铰，直至破坏。在设计剪力墙结构时要对这一部位特殊关照，尽 量提高其延性，对它的抗弯和抗剪可靠度给予适当提高。为了保证剪力墙结构结 构不出现楼层破坏，既不使剪力墙在上部首先出现塑性铰，规范规定用提高的弯 矩莱计算剪力墙的抗弯和抗剪钢筋。当为联肢剪力墙结构时，其塑化历程是首先在联肢梁中出现塑性铰吸收地震 能量，改变建筑物刚度，地震力减小。如继续强震作用，会导致联肢墙部出现塑 性铰，建筑物变形急剧增大并将失稳，最后倒塌。设计的关键是墙底部的
9、抗弯和 抗剪强度问题，设计时只要在这一部位给予充分的考虑重视，可靠度给予适当提 高，注意其延性设计，就可基本做到“大震不倒。另外，在设计时注意以下几点 措施：1剪力墙内竖向钢筋的配筋率不宜过小，避免在大震作用下产生脆性破坏。 水平分布筋直径不宜过小间距不宜过大，否则对混凝土起不到约束作用；竖向钢 筋直径更不能太细间距不宜过大，否则混凝土浇筑时，钢筋挥发生移位，墙厚大 于160时，应作双层钢筋，水平筋应放在竖向筋的外侧，与利于抗剪且便于施工。 据北京和广东调查，温度应力的影响，在剪力墙顶部和底部一定范围内，其配筋 率还应适当增大。2在剪力墙的端部以及墙与墙交叉处应该设置暗柱。暗柱可以提高剪力墙的
10、 承载力，可以对边缘处混凝土起约束作用，避免局部压碎，与暗梁一起组成边框， 对抗倒塌和抗扭均有利。3在楼屋面板处，沿建筑物周边作封闭式圈梁，以保证楼板的整体性和在强 震下；楼屋面板不被撕裂。圈梁在多数情况下是由主次梁所组成，在无梁时要做 暗梁，尤其对端山墙，更加需要，它的设置对抗扭是有利的。4设计中要特别注意剪力墙的与楼板的连接，尤其在采用预制板时，更需采 用特殊措施。一般剪力墙均比较薄，且有竖向钢筋，这时楼屋面板支承长度不可 能太长，又时仅20，全靠预留出板端的钢筋拉接；此时如果如锚固不好，或接缝 出混凝土强度不足，在强地震作用下，楼板就会脱落。剪力墙失去支承后也会丧 失稳定而倒塌。为此，建
11、议将预制板的端部做成槽齿形，错开剪力墙的竖向钢筋 伸入支座，这样可以增长搭接长度。与预制板相比，现浇板就优越的多，在高烈 度区最好采用现浇板。c框架-剪力墙结构的理想破坏机制框架-剪力墙结构的结构刚度介于框架和剪力墙之间，是目前采用的各种钢筋 混凝土结构中比较容易调整总刚度的结构体系，适用面广。框架结构刚度比较小， 设计时出发点是保证结构有良好的延性和变形能力，即框架结构设计的重点在于 延性，而剪力墙结构的刚度较大，设计中首先遇到的问题是强度设计，包括抗弯 和抗剪强度设计，同时也要保证剪力墙有良好的延性。框架-剪力墙结构是两者的 有机结合，首先是强度设计，其次也是延性设计。其塑化历程是首先在联
12、肢梁中 出现塑性铰，而后在剪力墙的底部出现塑性铰，再后发展才是在框架梁上，最后 在底层柱底部产生塑性铰。要使框架-剪力墙结构按理想机制进行破坏，除了遵守框架结构和剪力墙结构 的各种设计要求外，还应在设计中注意以下几点要求：1剪力墙的数量不宜按所谓的合理数量直接采用，而应比这个数值要求高一 些。因剪力墙的合理数量，多数是单纯从控制顶点位移和层间位移的需要出发计 算出来的。并未考虑其它不利因素。否则在强震作用下，由于剪力墙的数量不足 首先遭到破坏，水平力大部分传给框架结构；而框架结构在设计中又没有过多地 考虑承受过多的水平作用，会产生连续破坏，造成严重后果。2剪力墙数量确定后，还要验算其顶点加速度
13、是否符合要求，建筑物自振周 期是否避开场地的卓越周期。当这些要求全部满足后，在剪力墙的平面布置中， 也要采取相对集中和分散布置相结合的原则，要尽量使横向与纵向剪力墙连成整 体构成十字形，T字形或L字形。这样既可省材料，又可增大结构的整体刚度和 稳定性，同时还有利于抗扭。3当剪力墙为联肢墙时，要避免出现一肢墙大，一肢墙小的情况，同时还要 避免设计成一肢墙带边缘构件，而另一肢墙不带边缘构件的情况。否则就会出现 薄弱环节，在强震作用下，造成一肢剪力墙先破坏，从而引起连续破坏的严重后 果。d筒中筒结构的理想破坏机制这里所指筒中筒结构，是外边为框架筒，内部为核心筒的结构。这种结构具 有良好的空间抗侧力结
14、构，一般认为它的破坏机制有别于框架-剪力墙结构，还没 有收到严重破坏的工程实例。因为外框筒结构一般开洞面积不会超过百分之五十， 即外框架筒是由短梁和端柱或者是由有深梁宽柱所组成，它是一种开孔的筒，而 不是框架结构。但是，当外框架筒开孔很大或者柱很稀疏时，其破坏机制可能接 近框架-剪力墙结构。究竟这种结构的破坏机制如何？其塑化历程怎样一个顺序， 目前还很难说清楚，但注意以下几点是不会错的：1加强筒体结构的角柱。目前国内外对角柱设计实际存在两种观点：一种要 加强角柱，因为它是连接腹板与翼缘结构的纽带，受力状态比较复杂，设计时要 加大其面积，给予足够的可靠度。一般角柱的面积均要比其它柱的面积达2-3
15、 倍。另一种意见认为不但不加强，反而要削弱角柱，甚至取消它，把角柱的作用 相侧边移，这样可以简化计算。国内多数人认为加强角柱是合理的。2外框架筒上面积不宜过大。开洞大小直接影响着框架筒的刚度和整体受力 性能。当开洞面积较小时，不影响框架筒的整体工作性能；当开洞面积太大时， 就不是框架筒结构而成为框架结构了，与内筒组合就成了框架-剪力墙结构。国内 外资料和试验证明，框架筒性开洞面积与墙体面积之比在50%以下，就可以满 足同中筒结构的要求，而且其开洞的高宽比分别取层高和柱距的2/3为宜。当 然，如果开洞面积与墙体面积之比比50%要小，开洞的高度和宽度可以有一定的灵活性。3在目前国内普遍采用的高度范
16、围内，筒中筒结构设计主要是强度设计。筒 中筒结构的刚度很大，其动力周期短，所受地震力作用大。它的设计主要是强度 设计，包括抗弯和抗剪的强度设计，特别是各种构件（柱，裙梁和墙体等）的抗 剪强度的设计更要给予特别重视。因为这些构件的尺寸均不同于一般框架结构， 它们的截面尺寸较大，长细比小，刚度大，多数是刚性构件。（3）等强度与耗能设计原则此为必须认真考虑的原则，设计时一定要避免由于设计考虑不周或施工的局 部缺陷造成在水平作用下部分主要承重结构构件提前破坏，整幢建筑物连续 破坏。或者由于局部破坏严重，使建筑物过早地处于不能正常使用的状况。故在建筑物的整体设计时要加强薄弱环节，尽量做到等强度。框架的角柱给 予加强，防止角柱先于其他结构的破坏，引起结构其它部位的连续破坏；建
