结构设计和计算的要点探讨

一、结构计算应注意的问题

1、采用程序进行结构整体计算时，对计算参数及计算假定选用不当，影响了计算结果的准确性、可靠性，甚至影响了结构的安全性。

1）计算中对是否点取“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”选用不当。在计算中应采用符合实际情况的楼板刚度计算假定；当结构存在楼板开大洞、不连续、弱连接等情况，不符合刚性楼板假定时，应采用“弹性楼板假定”计算，同时地震作用应采用总刚分析方法计算；而计算结构的位移比时，则应选用“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”进行补充计算。

2）在计算框架结构、框架-剪力墙结构、带转换层的结构时，计算层刚度比选用“剪切刚度”不妥，宜选用“剪弯刚度”计算各层侧向刚度比。

3）在输入风荷载信息中，结构基本周期取值与结构计算第1周期相差过大。结构基本周期可直接取用经计算得到的结构第1周期数值填入，再对结构重新计算，以使结构风荷载的计算更为准确。

4）多层混凝土结构整体计算，当楼层的弹性水平位移比大于1.3时，仍未计入双向水平地震作用下的扭转影响。根据《建筑抗震设计规范》，当楼层的弹性水平位移比大于1.2时，结构属于平面扭转不规则，质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。建议当楼层的弹性水平位移比大于1.2时，宜计入双向水平地震作用下的扭转影响。

5）计算有斜交抗侧力构件的结构，当其斜交角度大于15°时，未增加相应斜向抗侧力构件的水平地震作用计算。抗震规范规定，对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。

6）在结构整体计算时，设计未考虑最不利地震作用方向的影响。地震沿着不同方向作用时，结构的地震反应一般也不同，当计算给出的最不利地震作用方向与计算方向的夹角较大时，设计人员应将最不利地震作用方向作为附加地震作用方向，验算该方向的地震作用对整体结构的影响。

7）计算竖向不规则结构时，要注意是否有薄弱层。当某层结构的抗剪承载力小于其上一层的80%，不符合规范要求，设计需在计算总信息中强制定义此层为薄弱层，以使计算能够按照规范规定增大薄弱层的地震剪力；例如计算某高层建筑，其第3计算层的抗剪承载力与相邻上一楼层的比值在两个方向分别为0.73和0.59，均小于规范限值0.8，设计需要定义此层为薄弱层；一般情况，结构转换层为计算薄弱层。

8）计算柱、墙和基础时，设计忽略了实际活荷载折减系数与程序内定值的不同，未进行人工调整；程序内定的活荷载折减系数为《建筑结构荷载规范》，按规范第4.1.2条，当建筑的使用功能不属于表4.1.1（1）项时，活荷载折减应符合规范第4.1.2条的相应规定；例如当计算住宅建筑含有3层底商用房时，则底商层的活荷载折减系数均应取0.9或不折减。

9）抗震计算的振型数取用过多，造成结构计算周期不准确，地震作用下结构内力异常；例如计算某4层较为规则的混凝土框架结构，采用刚性楼板计算假定，地震作用振型数取用了15个，使计算结果异常；地震作用振型数量的取用多少与结构层数及型式有关，计算振型数要保证振型参与质量不小于总质量的90%，一般当采用刚性楼板计算假定，取用的振型数不大于3倍层数。

二、其他计算应注意的问题

1）计算框架或框架-剪力墙结构时，当框架梁与柱偏心较大（偏心距大于柱宽的1/4）时，设计未采取结构措施考虑梁柱偏心对节点核心区的不利影响。建议计算上按实际梁柱偏心情况建模，并应参照抗震规范附录D的验算方法进行核心区截面抗震验算；构造上可在梁支座处采取增设水平加腋措施，也可适当减小柱的轴压比控制值，提高框架柱延性；设计应特别注意，在9度抗震设计时，高层建筑不应采用梁柱偏心较大的结构，见混凝土高规6.1.3条的条文说明。

2）计算长悬臂结构时忽略了竖向地震作用影响。按抗震规范第5.1.1.4条，长悬臂结构应考虑竖向地震作用；按抗震规范第5.3.3条，竖向地震作用可采用静力法计算，即增加竖向等效荷载；竖向地震作用标准值：在8度和9度地震区可分别取该结构重力荷载代表值的10%和20%。

3）结构整体计算时，楼梯间荷载一概按等效均布荷载输入，使有些情况下计算分配至楼梯周边梁上的荷载与实际受力相差很大，造成某些楼梯边梁不满足设计要求；尤其计算自动扶梯边梁时，必须按照厂家提供的荷载作用计算。

4）在计算有较小高差的楼板配筋时（如高差≤300mm），对板在高差处的支座按简支模型计算和配筋。笔者认为此种情况不同于错层楼板计算模型，建议设计可按无高差连续板简化计算，高差处的两边板支座受拉钢筋可参照此计算结果配置，设计也可根据高差和支座抗扭刚度等因素，对高差支座弯矩适当调幅，同时加大相应的跨中弯矩。对于计算较大跨度悬挑板结构，当悬挑板厚度大于支座内跨板厚度时，设计应注意：悬挑板根部的内跨板支座抗弯承载力应满足悬挑板根部弯矩的要求。

5）在设计纯地下室顶板上支立的挡土墙或游泳池侧壁墙体等结构时，计算应注意不仅墙体本身应满足承载力要求，同时应考虑墙体根部外力对下部支撑结构的影响，满足节点平衡的受力要求。

6）在设计挡土墙时，应注意区分不同计算工况的荷载分项系数。当验算挡土墙的倾覆和滑移时，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但荷载分项系数均为1.0，见地基规范第3.0.4-3条要求；当进行挡土墙的截面、强度设计时，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，并采用相应荷载分项系数，见地基规范3.0.4-4条要求。

7）在计算建筑物的地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，不应计入风荷载和地震作用，见地基规范第3.0.4-2条要求。

8）设计高层建筑带大底盘裙房的地基基础时，当高层建筑主楼和大底盘基础质量偏心较大时，可分别计算主楼与裙房的基底压力，并应分别满足地基承载力要求，同时应控制主楼和裙房的基础差异变形。

9）计算独立柱基＋防水板基础时，防水板计算简图和方法不当的问题，防水板采用四边简支板计算，使计算模型与实际受力相差很大。

10）在计算文件中，设计人员应对各种特殊活荷载及有特殊使用要求的荷载取用提供依据，对荷载考虑及计算过程要清晰易查，便于校审或归档后进行相关荷载查询；例如计算室外地面的地下室顶板荷载、大型设备荷载、屋顶花园荷载、游泳池的水深等。

11）提供施工图审查的计算书有漏项、缺项，计算结果未给全等问题：如未提供大跨钢筋混凝土梁（包括大跨悬挑梁）的挠度及裂缝验算，未提供大跨钢筋混凝土楼板（包括现浇混凝土空心楼板）的挠度及裂缝验算；未提供钢筋混凝土框架结构的薄弱层验算；未提供结构超筋超限信息；未提供钢筋混凝土框-剪结构中框架承担的倾覆力矩占总倾覆力矩的比例信息；剪力墙厚度不满足抗震规范要求时，未补充验算墙体稳定；未提供梁板式筏基底板受冲切、受剪承载力验算，见地基规范8.4.5条。

三、结构构造应注意的问题

1、地上结构

1）在设计中，经常遇到结构平面凹凸不规则、楼板不连续等情况，使结构平面出现细腰、弱连接部位；这种情况除计算考虑弱连接楼板变形影响外（如考虑弹性楼板计算），构造上应对弱连接部位的梁板采取相应的加强措施：如适当加厚弱连接楼板的板厚，对弱连接处的梁、板配筋适当加强并将上下纵筋拉通，适当加大弱连接处边梁两侧的腰筋以提高梁的抗扭能力和弱连接楼板平面内的承载能力。

2）建筑疏散楼梯是结构抗震的重要构件，一般楼梯板为拉弯或压弯构件，建议设计考虑设置板面构造拉通钢筋。由于楼梯斜板对混凝土框架结构的影响较大，建议计算考虑其影响。

3）设计人员对一、二级框架梁配筋构造要求容易疏忽的问题：

①梁端截面底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值分别小于0.5和0.3，不符合抗震规范第6.3.3-2条要求；

②沿梁全长的顶面拉通钢筋少于梁两端顶纵向配筋中较大截面面积的1/4，不符合抗震3规范6.3.4-1条要求；

③当梁端纵向受拉钢筋配筋率＞2%时，按抗震规范第6.3.3-3条，要注意梁箍筋直径应比表6.3.3的要求增大2mm；

④出现梁端纵向受拉钢筋配筋率＞2.5%情况，不符合抗震规范第6.3.3-1条要求，设计可考虑受压钢筋按双筋梁设计，减小支座纵向受拉钢筋，也可适当加大梁截面或设置加腋等。

4）高层建筑框支梁所配腰筋直径取为14mm，不符合高规10.2.8条构造要求，应按要求调整框支梁腰筋直径≥16mm。

5）在设计各种弧形梁、板时，要注意在转弯处放射钢筋间距对内弧边和外弧边是不同的，甚至相差很大；设计时要注意标注钢筋间距所参照的位置，控制最大箍筋间距，一般可按外弧边计算和控制放射钢筋间距。

6）设计时要注意对框架短柱（由于结构错层或楼梯间等标高变化而形成的框架短柱）及一、二级抗震等级的框架角柱的箍筋应沿柱全高加密；很多设计仍然忽略了这类构件，未按规范要求加强这类框架柱的抗剪能力。

7）当框架连续梁相邻两跨的梁跨度相差较大时，注意大小跨间的梁支座受力应满足弯矩平衡要求，对小跨支座纵向受拉钢筋长度应满足相邻长跨要求。

8）高层剪力墙结构的连梁设计，当连梁高度大于700mm时，设置的连梁腰筋直径小于10mm，不满足混凝土高规第7.2.26-4条要求，应按规范要求调整。

9）高层建筑抗震设计时应注意对下列结构构件的抗震等级按规范规定提高：

①部分框支剪力墙的高层建筑，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜提高一级采用，见混凝土高规第10.2.5条要求；

②带加强层的高层建筑，加强层及其相邻层的框架柱和核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级，见混凝土高规第10.3.3条要求；

③错层高层建筑，错层处的框架柱和剪力墙的抗震等级应提高一级；

④连体高层建筑，连接体及与连接体相邻的结构构件的抗震等级应提高一级；以上提高原则当抗震等级为特一级时则不再提高。

10）框架-剪力墙结构，应注意对单片剪力墙在每层的墙顶设置边梁或暗梁，并与单片剪力墙的端柱组成剪力墙的边框，以提高剪力墙的变形和耗能能力，见抗震规范第6.5.1条。

11）剪力墙结构在角部设有转角窗时，应对角窗部位的结构构件适当加强。如角窗处楼板适当加厚，且双层双向通长配筋；也可在角窗处板内加设斜向暗梁或斜向配筋，斜向钢筋锚入角窗两边的边缘构件；角窗两边的边缘构件适当加强。

12）剪力墙或框架-剪力墙结构设计，当剪力墙墙肢与其平面外方向较大跨度的楼面梁连接时，应依据混凝土高规7.1.7条采取措施，减小梁端部弯矩对墙的不利影响；如墙厚不满足梁纵向钢筋的水平锚固长度时，宜尽量采用较小直径钢筋；根据具体情况，计算可考虑适当调幅梁支座弯矩，或模型计算按梁与墙肢铰接连接，相应加大梁跨中弯矩。

13）剪力墙结构的墙体拉接筋间距的设置不是墙体竖向和水平向钢筋间距的倍数，包括剪力墙约束边缘构件的λ/2区段的拉接钢筋也有类同情况。按抗震要求，墙体拉接筋应钩住剪力墙最外侧的钢筋。

14）设计剪力墙结构，设计图纸应对结构底部加强部位的层数或标高给予注明。

15）8度地震区的结构填充墙设计，填充墙的拉结筋未按要求全长贯通，不符合抗震规范第13.3.3-2条。5.12汶川地震对房屋的震害表明，填充墙的破坏所造成的次生灾害十分严重，尤其当填充墙的墙高或墙长较大时，设计应严格执行抗震规范对填充墙的拉结筋、构造柱和水平系梁等构造措施，对填充墙的抗震设计给予充分重视。

2、地下结构与基础

1）无地下室的框架结构，对于底层框架柱的设计，仅在基础顶面上设置箍筋加密区，未对±0.00刚性地面上下设置箍筋加密区，不符合抗震规范第6.3.10-2条要求；应按规范要求增设箍筋加密区。

2）桩基础设计，单桩承台未在两个互相垂直方向上设置联系梁；有抗震要求的柱下独立承台未在两个主轴方向设置联系梁；一般情况下宜按地基规范第8.5.20条要求增设承台联系梁。

3）当地基梁底面设置在冰冻线以上，且梁底土为冻胀性土时，设计应采取构造措施避免土体冻胀后使地基梁产生反拱影响。设计可根据地基土的冻胀性，对地基梁下一定厚度冻胀土采用非冻胀性的砂、砂石换填夯实；也可在地基梁与其下的冻胀土之间预留50~200mm的空隙，空隙两侧采用砌体封堵。

4）在设计独立柱基础，当基础宽度≥2.5m时，基础钢筋长度宜按0.9基础宽度交错布置，为开发商节省基础投资。

5）在设计基础防水板时，应注意防水板配筋除满足抗浮要求外，应满足抗弯构件最小配筋率要求，依据混凝土规范9.5.2条，配筋率应不小于0.15％。

3、设计对施工要求及其他应注意的问题

1）设计文件中出现“本工程中隔墙均采用······厂家······砌块”等指定产品生产厂家的字样是不允许的，根据《建筑工程勘察设计管理条例》（国务院令第293号）第27条，设计不能指定产品生产厂家。

2）当设计电梯及设备吊装盖板等吊钩时，应注明“严禁采用冷加工钢筋”。

3）当设计中引用标准图做法时，宜注明图集页码、范围等，便于施工选用并避免误选；当设计采用地方标准构件时，应注明选用的地方标准图集号；同时注意不要采用失效版本图集。

4）在设计无粘结预应力混凝土板时，应按《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92—2004）第4.2条的相关要求，明确预应力板的保护层厚度、对氯离子的控制和对预应力钢筋张拉的要求。

5）在预应力混凝土构件设计详图中，应对预应力的张拉端、锚固端及预应力锚具给予表示或说明。

6）人工挖孔灌注桩属限用技术，设计采用时应充分论证，采取可靠措施确保施工过程安全及成桩质量，并应给出桩的护壁大样图。当采用大直径人工挖孔桩，且桩距较近时，设计应注明要求施工跳挖。

7）当工程有大体积混凝土浇注时，设计应注明施工需采取可靠措施，解决大体积混凝土水化热问题。

8）当建设场地有降水要求时，设计应注明对地下水的施工降水与停止降水时间要求；若有毗邻建筑物时，应充分论证工程降水对毗邻建筑物的影响。

9）高层建筑的基础埋深，当按较低一侧地面计算不满足高规12.1.7.1条要求时，设计应验算整体结构抗倾覆需满足规范要求，并应对基槽回填土的压实系数及回填时间等提出要求，加强周边土对基础的侧限约束。

10）当建筑外立面造型要求采用大量装饰预制构件时，设计应对预制构件的连接构造采取可靠的抗震、防腐蚀等措施，应配合厂家提供预制构件及连接大样详图，并对设计图纸复核确认。

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