建筑结构构件设计的一般方法

2.5　建筑结构构件设计的一般方法

・2.5.1　实用设计表达式・

1）承载能力极限状态设计表达式

对于承载能力极限状态，应按荷载的基本组合或偶然组合计算荷载组合的效应设计值，并应采用下列设计表达式进行设计：

式中　γ₀——结构重要性系数。安全等级为一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件，γ₀=1.1；安全等级为二级或设计使用年限为50年的结构构件，γ₀≥1.0；安全等级为三级或设计使用年限为5年及以下的结构构件，γ₀≥0.9。在抗震设计中，应取1.0。

S_d——荷载组合的效应设计值。

R_d——结构构件的抗力设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。

对于基本组合，荷载组合的效应设计值S_d，应从下列组合值中取用最不利的效应设计值确定：

（1）由可变荷载控制的效应组合

由可变荷载控制的效应组合设计值为：

（2）由永久荷载控制的效应组合

由永久荷载控制的效应组合的设计值为：

式中　γG_j——第j个永久荷载的分项系数。当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2，对由永久荷载效应控制的组合应取1.35；当永久荷载效应对结构有利时，不应大于1.0。

　γQi——第i个可变荷载的分项系数，其中当i=1时为主导可变荷载Q₁的分项系数，对于标准值大于4 kN/m²的工业房屋楼面活荷载应取1.3，其他情况应取1.4。

　γLi——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，其中当i=1时为主导可变荷载Q₁考虑设计使用年限的调整系数。

　S_Gj^k——按第j个永久荷载标准值G_jk计算的荷载效应值。

　S_Qik——按第i个可变荷载标准值Q_ik计算的荷载效应，其中i=1为诸可变荷载效应中起控制作用者。

　ψci——第i个可变荷载Q_i的组合值系数。

　m——参与组合的永久荷载数。

　n——参与组合的可变荷载数。

2）正常使用极限状态设计表达式

对于正常使用极限状态，钢筋混凝土构件、预应力混凝土构件应分别按荷载的准永久组合并考虑长期作用的影响或标准组合并考虑长期作用的影响，采用下列极限状态设计表达式进行验算：

式中　C——结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值，应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。

（1）荷载的标准组合

（2）荷载的频遇组合

（3）荷载的准永久组合

式中——分别为组合值系数、频遇值系数、准永久值系数。

・2.5.2　建筑结构设计的一般过程・

虽然不同的建筑结构有各自的特点，但建筑结构设计的一般过程都包括下面几个环节：

1）结构选型

在满足建筑使用功能要求、受力合理、技术可行和经济适用的前提下，根据设计基本资料和有关数据选择结构形式和结构承重体系，主要内容有：承重结构方案与布置、屋（楼）盖结构方案与布置、基础结构方案与布置、结构构造措施等。

2）结构布置

在确定结构方案的基础上，确定各结构构件的相互位置关系，初选结构的全部尺寸。结构布置确定后，即确定了结构的计算简图、荷载的传递路径。结构布置是否合理直接影响到结构的性能。

3）选定材料和初选构件截面尺寸

按规范要求选择合适等级的材料，按使用功能和构造要求初步确定构件的截面尺寸。

4）荷载计算

根据建筑物的使用功能要求和建筑物所在地区的抗震设防等级，计算永久荷载、可变荷载（屋楼面活荷载、风荷载等）以及地震作用。

5）内力分析及组合

计算各种荷载作用下的内力时，由于各种荷载同时出现的可能性是多样的，而且活荷载作用的位置是可变的，因此结构构件承受的荷载和相应的内力情况也是多样的，需要用内力组合来表达，以求出截面的最不利内力组合值作为承载能力极限状态、正常使用极限状态设计的依据。

6）结构构件设计计算

不同的结构类型，有与之相应的结构设计规范和标准，应按照相应的设计规范设计计算结构构件控制截面的承载能力，同时应验算裂缝、位移、变形等限值要求。结构构件设计计算应完成一份结构设计计算书。

7）构造设计

建筑结构设计中，有相当部分内容结构计算无法解决，需要采用相应的构造措施进行构造设计。构造设计主要依据结构布置和抗震设防要求，确定结构的整体及部分连接构造。

8）绘制施工图

结构构件设计计算和构造设计的结果要通过结构施工图来反映，施工图要达到不需要做任何附加说明即可施工的要求。施工图要符合相应的设计规范和制图规范要求。