板梁和柱截面取值原则

一、板、梁和柱截面取值原则 板的支承情况 板的种类 单向板 双向板 悬臂板 简支 (1/30)L (1/35-1/38)L (1/10-1/12)L 连续 (1/35)L (1/40)L 注：表中的 L为单向板的跨度、双向板的短跨或板悬臂 的长度 （ 2）梁高度按以下表原则取值： 框架梁：（ 1/10-1/15） L 次梁：（ 1/12-1/18） L 悬臂梁：（ 1/5-1/6） L L为框架梁（次梁）的跨度 （ 3）柱按轴压比要求取值 （ 4）墙位置和厚度按建筑、结构要求协商确定。 L为框架梁（次梁、悬臂梁）的跨度 * 梁截面尺寸选定原则： a.满足主体结构抗侧力刚度要求； b.满足自身承载力和挠度、裂缝宽度控制要求（注意：有地震作用 时不需要进行裂缝宽度验算，但是 需满足无地震作用下荷载标 准组合时的裂缝宽度验算要求 ）； c.在满足强度和刚度的要求下，适当减小梁截面高度，为建筑设计 提供适宜的搂盖结构高度。 d.在高层建筑结构中，适当增加梁的宽度，也能较好地解决梁的强 度和刚度不足的问题（注意：增加梁的混凝土强度等级效果有 限）。 * 怎样增加梁的抗扭刚度： 梁的抗扭刚度与梁的短边三次方成正比，所以加大梁的截面宽度 是有效的，而一味加大框架梁的截面高度是无用的。在梁的各 种矩形截面中，正方形截面的抗扭刚度最大。 二、楼、屋面荷载 1.恒载的计算 混凝土的容重可查 荷规 ，不同强度混凝 土的容重有一些差别。对于钢筋混凝土，可取 26kN/m3。 楼面附加恒载取决于地面和顶棚的做法。地面可 采用普通的面砖，普通的木地板，大理石或者花 岗岩，从 荷规 中可以查到这些材料每平米的 重量。如果材料比较特殊，从 荷规 中查不到， 则可以从产家提供的说明书中找到相关数据。顶 棚可以做抹灰，也可以做吊顶，或者采用其它处 理，它们对应的附加恒载是不同的。 （ 1）楼面附加恒载标准值如 表 -1、 -2所示。 表 -1 楼面（不含 卫生间）做法及附加恒载 做法 恒载标准值 /（ kN/m2） 普通的面砖 0.7 20厚 1:2水泥细砂浆找平 20 0.02=0.4 20厚 1:2水泥细砂浆找平 （粉底） 20 0.02=0.4 共计 1.5 注：水泥砂浆容重为 20kN/m3 表 -2 楼面（ 卫生间）做法及附加恒载 做法 恒载标准值 /（ kN/m2） 普通的面砖 0.7 20厚 1:2水泥细砂浆找平 20 0.02=0.4 卫生洁具 1.0 20厚 1:2水泥细砂浆找平 （粉底） 20 0.02=0.4 共计 2.5 （ 2） 不上人屋面附加恒载标准值如 表 -3所示。 表 -3不上人屋面 做法及附加恒载 做法 恒载标准值 /（ kN/m2） 40厚 C20细石混凝土面层 25 0.04 1.0 三元乙丙橡胶卷材防水层 0.3 聚苯乙烯板隔热层 2%找坡 0.5 防水卷材 0.30 20厚 1:2水泥细砂浆找平 20 0.02=0.4 20厚 1:2水泥细砂浆 底粉刷 20 0.02=0.4 共计 2.9（取 3.0） 2.活载的计算 活荷载的取值本着两个原则：一是严格 遵守现行的 荷规 ；第二是根据结构实际情 况进行取值。 荷规 中对活荷载的取值是通 过大量调查、随机抽样、统计和可靠度分析得 到的，因此具有很高的可信度。然而，对每个 工程，并不是说 荷规 中活荷载的取值都是 准确的。比如说，按 荷规 表 4.1.1，办公室 的活载取 2.0kN/m2，但如果某个办公室书柜特 别多，就要考虑把办公室的活荷载适当加大。 表 4-4 活载标准值 不上人屋面 0.5 0.7 0.5 0 上人屋面 2.0 0.7 0.5 0.4 屋顶花园不包括花圃土石等自重 3.0 0.7 0.6 0.5 （二）梁上线恒载的计算 内、外墙的面荷载计算分别见表 -5和表 -6。 表 -5 内墙做法及面载计算 做法 面载标准值 /（ kN/m2） 水泥粉刷墙面 0.4 加气混凝土砌 块 200厚 8 0.2=1.6 水泥粉刷墙面 0.4 共计 2.4 注：加气混凝土砌块容重为 8kN/m3 表 -6 外墙做法及面载计算 做法 面载标准值 /（ kN/m2） 贴瓷砖墙面（包括水 泥砂浆打底） 0.6 加气混凝土砌块 200 厚 8 0.2=1.6 水泥粉刷墙面 0.4 共计 2.6 表 -7 内、外墙梁上线荷载标准值 墙体 洞口 墙高 线恒载标准值 /（ kN/m） 外墙 有洞 2.5 2.6 2.5 0.8=5.2 无洞 2.5 2.6 2.5=6.5 内墙 有洞 2.6 2.4 2.6 0.8=4.992（取 5.0） 有洞 2.7 2.4 2.7 0.8=5.184（取 5.2） 无洞 2.65 2.4 2.65=6.36（取 6.4） 无洞 2.5 2.4 2.5=6 屋顶女儿墙高 1.2m，折合为厚 100mm的混凝土 栏板，其梁上线荷载 =25 0.10+0.8(外墙饰面 砖 )+0.4(内墙粉刷 ) 1.2=4.44 kN/m，取 4.5 kN/m。 结构电算不可能一蹴而就，一次完成。通常至 少要进行多轮计算，在上轮计算取得合理结果 以前，不要勿忙进行下一轮计算；每轮计算要 多次试算，力争方案合理。在设计过程中，人 是主导，软件是工具，人在设计中应起到指挥、 主导、调控的作用。 第一轮计算：完成整体参数的正确设置。 需要通过计算确定的主要参数有：振型 组合数、结构基本周期，框剪结构中框架的 抗震等级、薄弱层的判定等。如果计算出来 的结构基本周期与输入值相差较多，应将计 算值作为已知的参数值输入，重新计算。 高规 第 5.1.13-2条指出，对于 B级高度的 高层建筑结构和复杂高层建筑结构，抗震计 算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应， 振型数不应小于 15，对多塔楼结构的振型数 不应小于塔楼数的 9倍，且计算振型数应使 振型参与质量不小于总质量的 90%。 （ 2）位移比：结构是否规则、对称，平面中刚度分布 是否均匀是结构本身的性能，可以用结构的刚心与质心 的相对位置表示，二者相距较远的结构在地震作用下扭 转可能较大。由于刚心与质心位置都无法直接定量计算， 抗规 和 高规 都采用了校核结构最大水平位移与 平均位移的方法，即位移比要求。在楼板平面无限刚性 的假定下，由结构某一条边缘的最大和最小位移变形平 均后得到平均位移。 抗规 第 3.4.3 条规定，扭转不 规则而竖向规则的建筑结构，楼层竖向构件最大的弹性 水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位 移和层间位移的 1.5 倍。 高规 第 4.3.5 条规定， 在考 虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水 平位移和层间位移， A级高度高层建筑不宜大于该楼层 平均值的 1.2倍，不应大于该楼层平均值的 1.5倍 ； B级 高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不宜 大于该楼层平均值的 1.2倍，不应大于该楼层平均值的 1.4倍。 （ 3）刚度比： 抗规 第 3.4.2 条规定， 当某 层结构的侧向刚度小于相邻上一层的 70%，或 小于相邻三个楼层侧向刚度平均值的 80%， 则 该结构为竖向不规则。控制刚度比主要是为了 控制结构的竖向规则性，避免竖向刚度突变， 形成薄弱层。对于抗震高层建筑而言，此类竖 向不规则结构是不宜采用的。 （ 4）层间受剪承载力之比： 抗规 第 3.4.2 条规定， 当抗侧力结构的层间受剪承载力小于 相邻上一楼层的 80%时 ，则该结构为竖向不规 则。控制层间受剪承载力之比主要是为了控制 结构的竖向规则性，避免竖向刚度突变，形成 薄弱层。对于抗震高层建筑而言，此类竖向不 规则结构是不宜采用的。 剪重比 根据目前许多工程的计算结果，截面尺寸、结 构布置都比较正常的结构，其底部剪力大约在 下述范围内 (详见 高规 3.3.13)： 水平位移限值： 1.水平位移满足 抗规 5.5.1条的要求，是合理设 计的必要条件之一。 当剪力墙作为薄壁杆件计算时，最 大层间相对位移取 u/h小于等于 1/1100；较佳取值取 1/1600 1/2500。 当剪力墙作为墙元模型（包括壳元、 膜元等计算时；最大层间相对位移取满足规范要求为基 准，较佳取值 1/1200 1600。需要说明的是，此时位移 的计算是在 “ 楼板平面内刚度无限大 ” 这一假定下得到 的。 位移与结构的总体刚度有关，位移越小，其结构的总体 刚度就愈大，故可以根据初算的结果对整体结构进行调 整。 如位移值偏小，则可以减小整体结构的刚度，对墙、 梁的截面尺寸可适当减小或取消部分剪力墙。反之如果 位移偏大，则考虑如何增加整体结构的刚度，包括加大 有关构件的尺寸，改变结构抵抗水平力的形式、增加斜 撑等。 然而，水平位移限值满足要求，还不一定是合 理的结构，还要考虑周期，地震力大小等综合 条件。因为抗震设计时，地震力大小与刚度直 接相关。当刚度小，结构并不合理时，由于地 震力也小，所以位移也有可能在限值范围内。 此时并不能认为结构合理，因为它的周期长、 地震力太小，并不安全。 高规 位移限值放 松较多，较容易满足，所以还应综合其它因素。 2.将各层位移连成侧移曲线，应具有以下特征： 剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征， 位移越往上增大越快，成外弯形曲线； 框架结构具有剪切梁的特点，越向上增长越慢， 成内收形曲线。框架 -剪力墙结构和框架 -筒体 结构处于两者之间，为反 S 形曲线，接近于一 直线。 在刚度较均匀情况下，位移曲线应连续光滑， 无突然凹凸变化和折点。 2.建筑平面和立面调整 根据位移比和周期比 高规 明确规定要求在增加附加偏心距（ 5%L， L为 边长）的情况下计算校核位移比。然而附加了偏心距以 后，计算所得的扭转角已不能反映结构本身的性能了。 完全对称的结构在增加了 5%L的附加偏心距（即在 SATWE中选中 “ 偶然偏心 ” 选项）以后，似乎变成 “ 不对称 ” 了，而且边长愈长，结构愈 “ 不对称 ” ，实 际上，附加偏心距以后计算得到的位移比不能反映结构 布置是否合理。如果误以为凡是位移比超限的结构刚度 布置都不对称或不匀均，单纯为了满足位移比数值要去 调整剪力墙布置，不但解决不了问题，有时候可能造成 另外一些不合理，例如可能形成刚度过大，或者本来对 称的结构变成不对称，边长愈长的结构愈是如此。 方鄂华等认为，要检查和确定所设计的结构刚 心与质心是否相差过大，是否需要调整剪力墙 的布置，应当在不附加偏心距的状态下进行计 算。其次，可以看到， 增加抗扭刚度，能够在 一定程度上减少位移比 ，而 刚性构件在结构中 的布置对结构抗扭刚度有较大的影响 ，提高抗 扭刚度是概念设计中改进结构抗震性能的重要 措施之一。 周期比的限制，对于大多数结构都容易实现，但是对于 某些不利布置的结构，例如风车形布置的结构或较长的 结构，它们的扭转周期可能较长，按 抗规 要求调整 时有两种方法： 一是降低平移刚度，使平移周期加长； 二是提高抗扭刚度（例如在周边加剪力墙等） 。如果原 来的结构刚度很大，层间侧移远小于限制值，则第一种 方法可行。第二种方法可以改善结构抗扭性能，是解决 结构抗扭薄弱的根本方法。在结构变柔后，扭转角较大 会对抗震不利，因此 最好是在尽量提高抗扭性能的基础 上，减少平移刚度，刚性构件设置愈靠建筑边缘，抗扭 刚度改善愈多。但是，将周边剪力墙的连梁加高，虽然 有利于增加抗扭刚度，但造成剪力墙延性减小，不利于 抗震。 位移比和周期比是一个相对的数值，在相同的位移比 下，当结构刚度较小、平均侧向位移较大时，扭转产 生的最大位移也较大，可能它对结构的危害也较大； 相反，如果是同样的位移比，当结构侧向位移较小时， 结构的最大位移也较小；规范没有区分不同情况，而 是采用了统一的位移比限值。对于刚度较大的结构 （层数不多，高度不大或剪力墙较多的住宅结构）或 高层建筑底部有偏置裙房，而裙房高度不大时，要求 似乎有些过严了。此时可以将位移比与位移最大值进 行综合考虑，在刚度较大、位移较小、且扭转周期符 合要求的结构中，适当放宽位移比限制值，同时要求 采取提高抗扭承载力或其它有效的抗扭措施，以确保 结构安全。 第三轮计算：对单构件作优化设计。 检查梁、柱超筋；剪力墙超筋；柱轴压比；剪力墙 轴压比；做到计算结果不超限，并进行截面优化。 柱轴压比的限值是延性设计的要求， 抗规 6.3.7 条、 高规 6.4.2条和 砼规 的 11.4.16条，都规 定了柱轴压比的限值，并规定建造于 IV类场地且较 高的高层建筑柱轴压比限值应适当降低。柱轴压比 指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱的全截 面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比；可 不进行地震计算的结构，取无地震作用组合的轴压 力设计值。 剪力墙轴压比的限值应满足 抗规 6.4.5条和 6.4.6 条、 高规 7.2.14 条和 砼规 11.7.13 条规定。 剪力墙的轴压比与柱的轴压比含义不同，其差异在 于轴力的取值不同。在剪力墙的轴压比计算中，轴 力取用的是重力荷载代表值的设计值。 设计较正常的结构，一般而言不应有太多的超限截 面，基本上应符合以下规律： （ 1）柱、墙的轴力设计值绝大部分为压力； （ 2）柱、墙大部为构造配筋； 柱、墙的合理含钢量分 别为 0.5% 1.5%和 0.35% 0.5%。 （ 3）梁、板基本上无超筋； 梁、板的合理含钢量分别 为 0.35% 1.5%和 0.35% 0.6%。 （ 4）除个别墙段外，剪力墙符合截面抗剪要求； （ 5）梁截面抗剪满足要求、抗扭超限截面不多； （ 6）构件（如转换梁、大悬臂梁、转换柱、跨层柱、 特别荷载作用的部位）的配筋值应符合构件的受力特性。 （ 7）竖向构件的加强部位（如角柱、框支柱、底层剪 力墙等）的配筋应得到反映。 符合上述要求，可以认为计算结果大体正常，可以在工 程设计中应用。