探論建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

1、    探論建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題    楊謀峰摘要：本文作者根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，列出了一些帶有普遍性的常見(jiàn)問(wèn)題，希望通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中這些常見(jiàn)問(wèn)題的分析，能夠給同行一定的借鑒和參考。關(guān)鍵詞：建筑工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、問(wèn)題研究abstract: in this paper the author according to the long-term practice experience, the list of some common problems with universal, hope through to the structural design o

2、f these common problem analysis, can to their peers of certain reference and reference.keywords: construction project, the structure design, research problems：s611 ：a 一前言結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑工程起著十分重要的作用，其不僅關(guān)系著建筑物的使用性能，還關(guān)系著工程施工的具體方案，影響了工程的經(jīng)濟(jì)效益。本文重點(diǎn)研究了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷，以保障設(shè)計(jì)質(zhì)量能夠達(dá)到理想要求。二鋼筋混凝土的承重選型及布置房屋高度、高寬比超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程的限

3、值?，F(xiàn)行的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(jgj32002)給出了房屋的最大適用高度和高寬比限值。實(shí)際工程中經(jīng)常存在這樣的問(wèn)題：某高層建筑房屋高度超過(guò)最大適用高度或高寬比超出規(guī)定限值，甚至有個(gè)別高層建筑房屋高度和高寬比均超出規(guī)定限值，且既無(wú)可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)，在抗震設(shè)防區(qū)也沒(méi)有采取有效的抗震加強(qiáng)措施，給結(jié)構(gòu)抗震帶來(lái)安全隱患。另外還有一點(diǎn)也容易被設(shè)計(jì)人員所忽視，就是房屋適用高度除與結(jié)構(gòu)體系類(lèi)型和抗震設(shè)防烈度有關(guān)外，尚與場(chǎng)地類(lèi)別和結(jié)構(gòu)規(guī)則程度等因素有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)位于類(lèi)場(chǎng)地或平面與豎向布置均不規(guī)則時(shí)，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低(一般降低20)。如某高層建筑32層，高115.8m，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，7度設(shè)防，類(lèi)場(chǎng)地

4、，根據(jù)規(guī)范其適用高度為120m，但由于建于類(lèi)場(chǎng)地，其最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低(若按降低20考慮，其最大適用高度應(yīng)為96m)，則該高層建筑需按超限高層建筑來(lái)考慮。結(jié)構(gòu)布置不合理。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)就是結(jié)構(gòu)的布置要合理，即結(jié)構(gòu)布置盡可能的“規(guī)則”。由于引起結(jié)構(gòu)不規(guī)則的因素很多，特別是對(duì)于復(fù)雜的建筑體型，很難一一用若干簡(jiǎn)單的定量指標(biāo)來(lái)劃分不規(guī)則程度并規(guī)定限制范圍。正是由于缺乏規(guī)范依據(jù)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定，加之對(duì)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)缺乏應(yīng)有的了解，有些設(shè)計(jì)人員往往對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則性把握不夠，有時(shí)甚至聽(tīng)任業(yè)主和建筑師的要求，在實(shí)際工程中出現(xiàn)了不少規(guī)則性很差、對(duì)結(jié)構(gòu)抗震十分不利的高層建筑。平面扭轉(zhuǎn)。由于平面不規(guī)則、

5、質(zhì)量與剛度偏心和抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在地震中會(huì)因產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)不規(guī)則而受到嚴(yán)重的破壞，所以在布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)均勻分布，令荷載合力作用線通過(guò)結(jié)構(gòu)剛度中心，以減少扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的不利影響。樓板局部不連續(xù)。一些高層建筑中經(jīng)常帶有較大范圍的錯(cuò)層，使樓層的樓板不連續(xù)，樓板的平面剛度急劇變體導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不規(guī)則。目前在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用的多數(shù)計(jì)算分析方法和計(jì)算軟件，大多數(shù)都假定樓板在平面內(nèi)不變形，平面內(nèi)剛度為無(wú)限大，這對(duì)于大多數(shù)工程來(lái)說(shuō)是可以接受的。但當(dāng)樓板平而比較狹長(zhǎng)、有較大的凹人和開(kāi)洞時(shí)，被凹口或洞口劃分開(kāi)的各部分之間的連接較為薄弱，在地震作用中容易相對(duì)振動(dòng)而使削弱部位產(chǎn)生震害，樓板可能產(chǎn)生顯著的面內(nèi)變形，因此

6、應(yīng)該對(duì)凹入或洞口的大小加以限制，并應(yīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。樓層的突然變化。當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層相對(duì)于下部樓層收進(jìn)時(shí)，收進(jìn)的部位越高、收進(jìn)后的平而尺寸越小，結(jié)構(gòu)的高振型反應(yīng)越明顯，當(dāng)頂部剛度過(guò)小時(shí)會(huì)出現(xiàn)鞭梢效應(yīng)。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對(duì)于下部樓層外挑時(shí)，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和峰向地震作用效應(yīng)明顯，對(duì)抗震不利，因此應(yīng)按規(guī)范對(duì)收進(jìn)后的平面尺寸和外挑尺寸加以限制，設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮豎向地震作用的影響。豎向構(gòu)件不連續(xù)。在高層沒(méi)計(jì)時(shí)，底層為了有一個(gè)較大的空間，常將底層設(shè)計(jì)為帶轉(zhuǎn)換層的大空間結(jié)構(gòu)，使上部結(jié)構(gòu)不落地，采用梁上起柱的辦法，這就形成了柱構(gòu)件上下不連續(xù)，容易使結(jié)構(gòu)形成薄弱部位，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震極為不利。結(jié)構(gòu)縫寬度設(shè)計(jì)不合理。對(duì)于

7、超長(zhǎng)的工程建筑物，為了減少溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，應(yīng)合理地設(shè)置伸縮縫。有些設(shè)計(jì)人員采用后澆帶代替伸縮縫，后澆帶根本不能解決溫度變化的影響,只能減少混凝土材料干縮的影響。對(duì)不便于設(shè)置溫度伸縮縫的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，除留設(shè)施工后澆帶外，還應(yīng)采取其他構(gòu)造加強(qiáng)措施，如加強(qiáng)頂層屋面的保溫隔熱措施，對(duì)受溫度變化影響較大的部位適當(dāng)配置直徑較小、間距較密的溫度筋，或采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。對(duì)于地下室結(jié)構(gòu)盡量不要設(shè)縫。有些設(shè)計(jì)人員常在高層建筑地下室.與裙房地下室之間設(shè)置沉降縫，這雖可解決兩者問(wèn)的沉降差異問(wèn)題，但地下室設(shè)縫會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，如地下窒底板和外墻在沉降縫處的節(jié)點(diǎn)處理非常復(fù)雜，施工困難，易出現(xiàn)滲漏水等質(zhì)量問(wèn)題，另

8、外還常會(huì)導(dǎo)致高層部分的基礎(chǔ)有效埋深不足。因此，筆者認(rèn)為對(duì)地下室結(jié)構(gòu)宜盡量不設(shè)縫，而采取其他技術(shù)措施來(lái)解決差異沉降問(wèn)題，如采用樁基，使絕對(duì)沉降和差異沉降控制在允許范闈內(nèi)，或在主裙樓之間留設(shè)施上后澆帶，待主樓封頂后再連成整體。三地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面對(duì)基礎(chǔ)的選型或施工的可行性考慮不夠充分。如某高層建筑，設(shè)計(jì)時(shí)采用大直徑鉆孔灌注樁，樁尖穿越68m的卵石層進(jìn)入中風(fēng)化巖1倍樁徑。按照現(xiàn)有的施工條件，樁尖穿越較厚的卵石層十分困難，成孔質(zhì)量也很難保證，如果根據(jù)附近相似地質(zhì)條件的工程經(jīng)驗(yàn)，以卵石層為持力層，并在樁端進(jìn)入卵石層一定深度后進(jìn)行樁底注漿，同樣能達(dá)到提高單樁承載力、減小樁基沉降的目的。高層建筑基礎(chǔ)有效埋置深

9、度不足。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員往往容易忽視規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。如某高層建筑30層，h=106m，地下1層，設(shè)計(jì)采用樁基，筏板基礎(chǔ)埋深為5.5m，不滿足高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范(jcj699)第4.0.2條中關(guān)于樁筏基礎(chǔ)的埋置深度(不計(jì)樁長(zhǎng))不宜小于建筑物高度的118的要求，該基礎(chǔ)的埋深應(yīng)不小于h18=5.9m。有些工程主樓為高層。裙房為多層，兩者之間用沉降縫斷開(kāi)，使主樓地下室在沉降縫一側(cè)沒(méi)有可靠的側(cè)限。高層建筑規(guī)范規(guī)定，基礎(chǔ)有效埋深應(yīng)從具有可靠側(cè)限的地面算起，而在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往容易忽略”可靠側(cè)限”這一蘑要因素。單樁承載力取值出現(xiàn)偏差或缺乏計(jì)算依據(jù)。由于成樁的工藝各不相同，因此地基土

10、對(duì)不同的樁型的支承能力也就不相同。也就是說(shuō)，要按照規(guī)范中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算單樁的豎向的承載力的時(shí)候，對(duì)不同的樁型以及極限端阻力也是不一樣的。設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)忽略這些差異。因此計(jì)算的單樁承載力就會(huì)出現(xiàn)偏差。驗(yàn)算樁身承載力時(shí)，沒(méi)有考慮施工工藝系數(shù) 或樁身壓曲的影響；對(duì)抗拔樁，儀計(jì)算樁身承載力，沒(méi)有進(jìn)行樁身抗裂驗(yàn)算。有地下室時(shí)，在按靜載試驗(yàn)確定單樁承載力時(shí)，沒(méi)有扣除地下室深度范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力。由于基坑開(kāi)挖后暴露時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，試樁一般都在基坑開(kāi)挖前進(jìn)行，基坑開(kāi)挖后，地下室深度范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力已不再存在，因此不應(yīng)考慮。樁端以下存在軟弱下臥層時(shí)，常忽略軟弱下臥層承載力和樁基沉降驗(yàn)算；也有的工程樁端以下硬持力層的厚度過(guò)薄，小于建筑樁基技術(shù)規(guī)范(jgj9494)第3.2.3.5條規(guī)定的不宜小于4d(d為樁徑)的要求，且持力層以下存在很厚的軟弱下臥層，而在單樁承載力取值