結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題探討

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結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相當(dāng)部分構(gòu)件的設(shè)置，規(guī)范僅給出了最低限值或建議取值，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中各人的理解不同可能對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)帶來相當(dāng)大的區(qū)別。還有部分是屬于概念設(shè)計(jì)的范疇，尤其值得我們一起探討。一．關(guān)于超長結(jié)構(gòu)：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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？筆者認(rèn)為這取決于各地區(qū)的溫差及混凝土不同的收縮應(yīng)力。按照蘇州地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，單層房屋超過55m在70m以內(nèi)時(shí)，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，這在筆者長期的工程實(shí)踐中證明是切實(shí)可行的，多個(gè)工程均未產(chǎn)生嚴(yán)重的裂縫。但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須對(duì)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，筆者認(rèn)為中部區(qū)域作為一個(gè)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(jì)中對(duì)角部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)超過70m時(shí)，筆者認(rèn)為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(duì)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(duì)超長結(jié)構(gòu)，不能有效的分析清楚受力情況，筆者建議還是應(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。二．關(guān)于樁筏基礎(chǔ)中筏板取值：樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)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，但筆者在這里主要強(qiáng)調(diào)一個(gè)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(shí)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)。筆者一般是取值幾個(gè)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。三．關(guān)于板面設(shè)置溫度應(yīng)力筋：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002第10.1.9條規(guī)定在溫度收縮應(yīng)力較大的現(xiàn)澆板區(qū)域內(nèi)，鋼筋間距宜取為150~200mm，并應(yīng)在板的末配筋表面布置溫度收縮鋼筋，板的上下表面沿縱橫兩個(gè)方向的配筋率均不宜小于0.1%.對(duì)于這一條設(shè)計(jì)人員的理解又會(huì)產(chǎn)生出入。什么區(qū)域?qū)儆跍囟仁湛s應(yīng)力較大的區(qū)域？筆者認(rèn)為對(duì)于規(guī)則較短的建筑物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設(shè)置相應(yīng)的溫度應(yīng)力鋼筋，而對(duì)于超長結(jié)構(gòu)，則建議在超長結(jié)構(gòu)的長向均應(yīng)設(shè)置雙層鋼筋。其余部位則可因人而異，功能重要的區(qū)域設(shè)置，有條件的建設(shè)子項(xiàng)設(shè)置，而不必過于強(qiáng)調(diào)。另外有一點(diǎn)，當(dāng)?shù)叵率曳ぐ搴穸却笥?200mm時(shí)，筆者建議在筏板中間配置溫度收縮應(yīng)力鋼筋以抵抗大體積混凝土所產(chǎn)生的收縮及溫度應(yīng)力，配筋量筆者建議取1/2筏板厚的0.1%，且不小于φ12@200。四．關(guān)于梁上起柱是否設(shè)置附加鋼筋：筆者曾遇到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(jì)算不需要?jiǎng)t就是浪費(fèi)了?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(huì)通過柱中的縱向鋼筋傳到梁截面。這就不對(duì)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)。五．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(jì)人員會(huì)要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有時(shí)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。筆者認(rèn)為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。六．關(guān)于地下室墻迎水面保護(hù)層：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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.筆者認(rèn)為在計(jì)算墻板裂縫時(shí)墻板的計(jì)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(duì)于節(jié)省墻體配筋效果明顯。也有設(shè)計(jì)人員保護(hù)層厚度取20mm即可，筆者也持贊同態(tài)度。七．關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念：強(qiáng)柱弱梁的概念主要是針對(duì)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(gè)都會(huì)傾覆，而梁破壞則僅是某個(gè)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(jì)人員在設(shè)計(jì)中一定要將這一概念設(shè)計(jì)貫徹下去。其一必須嚴(yán)格控制柱軸壓比，我們目前的計(jì)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(duì)邊柱產(chǎn)生一個(gè)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(chǔ)備，在大震即會(huì)破壞，那又何談大震不倒呢？筆者認(rèn)為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%，且我們對(duì)柱斷面及配筋設(shè)置時(shí)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，筆者建議縱筋均應(yīng)大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對(duì)稱配筋。而對(duì)梁配筋筆者則建議應(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。八．關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)問題：短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有幾個(gè)問題值得我們重視，處理不當(dāng)經(jīng)常會(huì)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(duì)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(gè)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(duì)四級(jí)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%。）因此筆者在布置長墻時(shí)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(huì)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(shí)受力特性是脆性破壞，屬抗震不利構(gòu)件。因此筆者認(rèn)為在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)，盡量降低軸壓比，加強(qiáng)配筋。以上是筆者對(duì)設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個(gè)問題的理解，難免有片面性。在今后的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以規(guī)范為依據(jù)，不斷總結(jié)，使我們的設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)合理。