建筑混凝土结构设计的步骤

李雪平 余思平

广东技术师范学院天河学院

建筑混凝土结构设计的步骤

李雪平 余思平

广东技术师范学院天河学院

本文主要介绍了建筑混凝土结构设计的步骤，其目的是为了让刚开始接触结构设计这门课的学生对结构设计的过程以及结构设计所包括的内容有一个大致的了解，也为后期进行框架结构设计手算的毕业设计做好铺垫。

混凝土；结构设计；毕业设计

一、引言

建筑混凝土结构设计是土木工程专业本科生的一门主要专业课，是力学知识、混凝土结构基本原理以及荷载与设计方法等专业基础知识在建筑混凝土结构设计中的应用。本文主要针对刚接触结构设计这门课的学生对混凝土结构设计的步骤做的简要明了的介绍，让同学们对结构设计的过程以及结构设计所包括的内容有一个大致的了解，也为后期进行框架结构设计手算的毕业设计做好铺垫。

二、建筑混凝土结构设计的步骤

建筑混凝土结构设计是对建筑物的结构构件进行的设计，以框架结构为例，其步骤大体上可以由这一条主线来描述：准备工作——确定结构方案——结构布置及计算简图的确定——结构分析和设计计算——编写结构设计计算书、绘制结构施工图。现对以上步骤做具体的介绍说明。

(1)准备工作：在进行结构设计之前，首先要了解这个工程的背景资料，例如：这个建筑物如果是一个多层的教学楼或是学生宿舍楼，那就需要一个个比较规则的房间，后面结构选型的时候可以选择砖混结构或是框架结构，若是二三十层的居民住宅楼，前面两种结构体系则不能选择，需要考虑剪力墙结构等，其实建筑物的性质，也直接决定了这个建筑物应该选用的结构体系。其次，要掌握该设计所需要的原始资料，例如，所在地区的基本风压是多少，方便后面算风荷载作用力，场地地质条件如何，方便我们确定基础的类型及尺寸，和相关的验算等等。然后，有需要的话，可以在网上搜集一些类似案例的参考资料。最后，制定一个工作计划，便可以开始后面的设计内容。

(2)确定结构方案：根据前面的准备工作，建筑物的性质确定选择什么样的结构体系，确定好上部结构、楼盖和基础。上部结构是选择梁、板的，还是墙、板的，或是其它；楼盖是肋梁楼盖，还是井字楼盖或是无梁楼盖；基础是做独立基础还是整体基础，是条形基础还是打桩等等。

(3)结构布置及计算简图的确定：确定好结构方案之后，便可进行结构构件的布置，例如，哪里布置柱子，哪里布置主梁，哪里布置次梁等，对于框架结构来说，板的经济跨度是1.7-2.5m，不宜超过3m，也可以超过，但是不经济，次梁的经济跨度是4-6m，主梁的经济跨度是5-8m。布好之后，便可以确定构件的跨度，然后初步估算构件的截面尺寸，截面尺寸主要也是根据经验在不需要进行挠度验算的情况下初步估算的，例如：简支板板厚h取板跨/35，连续板板厚h取板跨/40，悬臂板板厚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，截面宽度b取(1/3-1/2)h。还可以确定构件的支座形式，从而确定好结构的计算简图。

(4)结构分析和设计计算：这个步骤是非常关键性的一步，也是内容比较多的一步，在进行结构设计手算的时候，我们的做法一般是把整个大的结构拆分成一个个独立的个体进行设计计算，例如框架结构，就是选取具有代表性的一榀框架进行的设计计算，可以取横向的也可以取纵向，一般选横向，跨数少。这一步可以按下面的顺序来做：荷载计算——结构内力分析——荷载效应的组合——构件的截面设计——构造要求。①荷载计算：包括所有构件的自重例如柱子、墙体、主次梁、板等的计算，还有活荷载的折算等，另外还有风荷载的计算，地震作用的计算等。②结构内力分析：主要是分析水平荷载包括风荷载、地震作用下的以及竖向荷载包括恒荷载、活荷载作用下的三种内力的分析，即M、N、V。水平荷载主要采用反弯点法或D值法进行分析计算，竖向荷载主要是利用分层法或弯矩二次分配法进行分析计算，另外，在层数比较多的情况下，还可以借助结构力学求解器通过建模以后进行求解。然后绘制出对应的三种内力图。得出来的内力均为轴线处的内力，需要先给竖向荷载作用下的梁端弯矩进行调幅，然后再分别把轴线处的M、V换算到控制截面上。③荷载效应的组合：这是一个相当复杂的问题，涉及到时间上和空间上的组合，因为活载的活，它既活在时间上又活在空间上，需要考虑各种可能性，在这一步，主要是为了得到下一步进行截面设计所需要的控制截面上的内力，包括梁的+Mmax、-Mmax、Vmax、柱子的Mmax、Mmin、Nmax、Nmin，另外还要考虑柱子的M-N相关性，所以组合的情况有很多种，需要把各种可能性都考虑进去，经过比较然后取最不利的内力值，另外，有抗震要求的还需要按照“强剪弱弯”的原则调整内力。④构件的截面设计：根据上一步确定出的内力值便可以应用钢筋混凝土基本原理的知识点给梁、柱子计算配钢筋，包括纵向受力筋、箍筋、架立筋、支座负筋等。同时满足一定的构造要求，育抗震要求还得满足抗震相关的构造要求。

(5)编写结构设计计算书、绘制结构施工图：以上工作做完了，便可以进行计算书的编写和结构施工图纸的绘制，图纸是工程师的语言，也是作为后期施工的依据，这里需要用到平法的知识和相关软件的操作以及CAD绘图的能力。

三、结语

建筑混凝土结构设计是所有专业课的一个综合应用，只有对混凝土结构设计的步骤和过程有比较清晰的认识和扎实的基本功才能完成这一项巨大而又繁重的工作。

[1]顾祥林，建筑混凝土结构设计[M].上海，同济大学出版社，2011.

[2]熊丹安、吴建林，混凝土结构设计[M].北京，北京大学出版社，2012