對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析

第第頁對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題分析摘要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是對建筑結(jié)構(gòu)形式的總體把握，它涉及專業(yè)多，環(huán)節(jié)復(fù)雜，工作強(qiáng)度大，工作難度大，是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合性業(yè)務(wù)，需要設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計時對其有系統(tǒng)的概念把握。本文主要對結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)的問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，希望能給同行帶來參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；筏板取值；剪力墻結(jié)構(gòu)；強(qiáng)柱弱梁

引言:隨著我國建筑規(guī)模和建筑速度的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為全面的、系統(tǒng)的工作，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計中存在著多種的問題，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程卻是復(fù)雜而又不可缺少的部分，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對建筑工程有著重要的作用。

1.關(guān)于樁筏基礎(chǔ)中筏板取值

樁筏基礎(chǔ)設(shè)計中對于筏板厚度的取值，一般是先按建筑層數(shù)估算筏板厚度，常規(guī)是按層數(shù)x50mm來估算。譬如說一幢十八層的小高層住宅，我們則先按18x50mm=900mm設(shè)定筏板厚，然后再根據(jù)排樁情況，分別驗(yàn)算角樁沖切，邊樁沖切及墻沖切，群樁沖切。一般情況均為角樁沖切來控制板厚，但在這里主要強(qiáng)調(diào)一個短肢剪力墻結(jié)構(gòu)下的群樁沖切，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻體不封閉，故取值群樁沖切邊界時有相當(dāng)大的困難，而群樁沖切由于樁群重疊面積較大，應(yīng)是一種不利狀態(tài)。一般是取值幾個大層間近似作為沖切邊界，所圍區(qū)域內(nèi)短肢墻體內(nèi)力則作為抗力抵消，雖不完全準(zhǔn)確，但區(qū)域放大后，邊界的開口效應(yīng)有所削弱，是可行的。

2.關(guān)于超長結(jié)構(gòu)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第9.1.1條中規(guī)定鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為55m，而7.1.2條則規(guī)定當(dāng)采取后澆帶分段施工，專門的預(yù)加應(yīng)力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施且有充分依據(jù)的，伸縮縫間距可適當(dāng)增大。這兩條使我們在實(shí)際設(shè)計過程中較難把握。

工程實(shí)例中超過55m就設(shè)置伸縮縫，這顯然是很難保證的，但采取后澆帶分段施工后究竟應(yīng)控制房屋長度多少而不至于產(chǎn)生裂縫等不良現(xiàn)象呢？這取決于各地區(qū)的溫差及混凝土不同的收縮應(yīng)力。

照蘇州地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，單層房屋超過55m在70m以內(nèi)時，采取設(shè)置施工后澆帶及相應(yīng)的構(gòu)造加強(qiáng)措施后，不設(shè)置伸縮縫是可行的，在長期的工程實(shí)踐中證明是切實(shí)可行的，多個工程均未產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫。但在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須對梁柱配筋進(jìn)行概念上的調(diào)整。首先是長向板鋼筋應(yīng)雙層設(shè)置，并適當(dāng)加強(qiáng)中部區(qū)域的梁板配筋，中部區(qū)域作為一個中點(diǎn)必然受較大應(yīng)力，而兩側(cè)梁柱，特別是邊跨的柱配筋必須加強(qiáng)以抵抗溫度應(yīng)力帶來的推力，而超長結(jié)構(gòu)在角部容易產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也須我們在設(shè)計中對角部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。

當(dāng)框架結(jié)構(gòu)超過70m時，必須采取特殊的措施才能不設(shè)置伸縮縫，譬如說采用預(yù)加應(yīng)力，摻入抗裂外加劑等等，而且作為超過70m的結(jié)構(gòu)，必須對溫度及收縮裂縫采取定量的分析，并相應(yīng)施加預(yù)應(yīng)力，這在許多工程實(shí)例中應(yīng)用的效果也是眾目共睹的。如果對超長結(jié)構(gòu)，不能有效的分析清楚受力情況，建議還是應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置伸縮縫，畢竟建筑上縫只要處理得當(dāng)還是不影響觀瞻的。

3.關(guān)于梁上起柱是否設(shè)置附加鋼筋

某些工程梁上起柱及次梁上面都在梁中附加橫向鋼筋，有的同志甚至在彈性梁基礎(chǔ)中柱下梁內(nèi)亦附加鋼筋，這完全沒有必要。雖然這是偏于安全的一種做法，但如果計算不需要則就是浪費(fèi)了?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002第10.2.13條規(guī)定，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋（箍筋，吊筋）承擔(dān)，附加橫向鋼筋宜采用箍筋。

因此次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必設(shè)置附加橫向鋼筋的?！痘炷两Y(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》就是如此的。但還是有相當(dāng)多的設(shè)計人員認(rèn)為梁上起柱應(yīng)設(shè)置橫向鋼筋，其理由是柱的軸力（集中荷載）會通過柱中的縱向鋼筋傳到梁截面。這就不對了，柱軸力是由柱截面的混凝土傳到梁的上表面，而不是由柱內(nèi)鋼筋傳遞的，否則獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)豈不是也要設(shè)置吊筋了？這一類問題我覺得搞清楚了在工程實(shí)踐中可以避免一些不必要的浪費(fèi)。

4.關(guān)于地下室墻迎水面保護(hù)層

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002第9.2.1條規(guī)定，墻在二a類環(huán)境的混凝土保護(hù)層厚度為20mm，而《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定防水混凝土結(jié)構(gòu)迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm.故常規(guī)設(shè)計中我們?nèi)⊥鈮ΡＷo(hù)層厚度50mm，且根據(jù)GB50010-2002第9.2.4條要求在保護(hù)層內(nèi)加配φ6@150單層雙向鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片保護(hù)層厚度為20mm，在計算墻板裂縫時墻板的計算保護(hù)層至少可以按30mm來折算，以考慮鋼筋網(wǎng)片的有利作用，這對于節(jié)省墻體配筋效果明顯。也有設(shè)計人員保護(hù)層厚度取20mm即可。

5.關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)中的幾個問題

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中有幾個問題值得我們重視，處理不當(dāng)經(jīng)常會成為薄弱點(diǎn)，這也是抗震審查中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的問題。

其一是對普通長墻的界定，高規(guī)JGJ3-2002第7.1.2條中規(guī)定一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻，短肢剪力墻是指截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。這就給我們帶來一個困惑，高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻受力特性截然不同，由此而引起的配筋亦相差甚遠(yuǎn)（對四級剪力墻而言，短肢剪力墻在一般部位的配筋率要求大于1.0%，而普通墻則僅要求邊緣構(gòu)件配筋率0.4%，墻身部分配筋率僅為0.2%。）因此在布置長墻時建議控制高厚比大于9，這樣就與短肢剪力墻有所區(qū)分而不會混淆。

其二是關(guān)于小墻肢JGJ3-2002第7.2.5條規(guī)定矩形截面獨(dú)立墻肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因?yàn)楫?dāng)墻肢高厚比較小時受力特性是脆性破壞，屬抗震不利構(gòu)件。因此在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量避免次類構(gòu)件的出現(xiàn)，特別是高厚比小于3的小墻肢應(yīng)不出現(xiàn)，如出現(xiàn)建議一種是按構(gòu)造柱考慮，不作為抗側(cè)力構(gòu)件，否則應(yīng)按框架柱設(shè)計，盡量降低軸壓比，加強(qiáng)配筋。

6.關(guān)于梁筏基礎(chǔ)板筋位置

彈性梁筏基礎(chǔ)，由于考慮水浮力下底板所受向上的反向力，設(shè)計人員會要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有時較多甚至配置雙排筋，再加上梁箍筋則施工中引起板筋的彎折相當(dāng)困難，遇到人防工程則更難施工。從受力傳遞過程來說，板筋設(shè)置必須準(zhǔn)確，但考慮施工困難及相應(yīng)板保護(hù)層的損失，建議可以作適當(dāng)放松，我院地下工程說明中規(guī)定底板面筋應(yīng)有一半鋼筋經(jīng)斜折后放置在支承基礎(chǔ)梁主筋下面，伸入梁內(nèi)不小于15d，這是合理的。

7.關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計理念

強(qiáng)柱弱梁的概念主要是針對小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)而提出的。柱破壞了建筑物整個都會傾覆，而梁破壞則僅是某個區(qū)域失效，因此柱較之梁破壞的損害更大，當(dāng)前我們的經(jīng)濟(jì)已高速發(fā)展，我們設(shè)計人員在設(shè)計中一定要將這一概念設(shè)計貫徹下去。其一必須嚴(yán)格控制柱軸壓比，我們目前的計算均是基于小震下進(jìn)行的，如果小震下柱子軸壓比過高，則大震下地震力將對邊柱產(chǎn)生一個巨大的附加軸力（有文章研究表明約增加30%），則柱子根本不可能有這點(diǎn)安全儲備，在大震即會破壞，那又何談大震不倒呢？

軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%，且我們對柱斷面及配筋設(shè)置時應(yīng)分部位處理，建議邊柱，角柱應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，特別是角柱，建議應(yīng)全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%.所有框架柱，不包括小截面柱，建議縱筋均應(yīng)大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋建議應(yīng)配足梁中部筋，而支座筋則可通過調(diào)幅讓其適當(dāng)降低，以使地震作用下能形成梁鉸機(jī)制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產(chǎn)生塑性鉸，保證柱端的實(shí)際受彎承載力大于梁端的實(shí)際受彎承載力。

8.結(jié)語

以上是對設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個問題的理解，難免有片面性。結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。千里之行，始于足下。設(shè)計人員要從一個個基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計，在工作中應(yīng)事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

參考文獻(xiàn):

[1]方鄂華，錢稼茹