結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題探討

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結(jié)構(gòu)設(shè)計中相當(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，實際設(shè)計過程中各人的理解不同可能對整個設(shè)計帶來相當(dāng)大的區(qū)別。還有部分是屬于概念設(shè)計的范疇，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。這兩條使我們在實際設(shè)計過程中較難把握。工程實例中超過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，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)造加強措施后，不設(shè)置伸縮縫是可行的，這在筆者長期的工程實踐中證明是切實可行的，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)加強中部區(qū)域的梁板配筋，筆者認(rèn)為中部區(qū)域作為一個中點必然受較大應(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)進行加強。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)超過70m時，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，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)。筆者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。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方向的配筋率均不宜小于0.1%.對于這一條設(shè)計人員的理解又會產(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)子項設(shè)置，而不必過于強調(diào)。另外有一點，當(dāng)?shù)叵率曳ぐ搴穸却笥?200mm時，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，但如果計算不需要則就是浪費了。《混凝土結(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踐中可以避免一些不必要的浪費。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。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)迎水面鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm.故常規(guī)設(shè)計中我們?nèi)⊥鈮ΡＷo層厚度50mm，且根據(jù)GB50010-2002第9.2.4條要求在保護層內(nèi)加配φ6@150單層雙向鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片保護層厚度為20mm.筆者認(rèn)為在計算墻板裂縫時墻板的計算保護層至少可以按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)計人員保護層厚度取20mm即可，筆者也持贊同態(tài)度。七．關(guān)于強柱弱梁的設(shè)計理念：強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安全儲備，在大震即會破壞，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，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稱配筋。而對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，保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。八．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，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%。）因此筆者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)定矩形截面獨立墻肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因為當(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。因此筆者認(rèn)為在剪力墻結(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，加強配筋。以上是筆者對設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個問題的理解，難免有片面性。在今后的設(shè)計過程中，應(yīng)以規(guī)范為依據(jù)，不斷總結(jié)，使我們的設(shè)計更經(jīng)濟合理。