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山東省煙臺市高新區(qū)經(jīng)三路32號
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人民生活水平的不斷提高，同時，建筑業(yè)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑工程中十分重要的一個環(huán)結(jié)，文章結(jié)合某工程實例，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)問題進(jìn)行了簡要分析，以供參考。
1.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。按本人在(廣東省)南海地區(qū)所做的工程實例的經(jīng)驗，多層房屋長度超過55m在75m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，這在筆者長期的工程實踐中也已得到證實，多個工程(比如有40mx72m的四層廠房,10mx72m的六層教學(xué)樓,10mx80m的四層宿舍,30mx80m的單層廠房,還有長達(dá)近100m的三層商業(yè)建筑等)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)后澆帶處的梁板配筋;而兩端梁柱，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;另外，超長結(jié)構(gòu)在角部容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，我們在設(shè)計中也必須對角部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。當(dāng)框架結(jié)構(gòu)超過75m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75m 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，本人建議還是應(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。
2.地基與基礎(chǔ)設(shè)計：
地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進(jìn)行，同時，也是因為地基基礎(chǔ)也是整個工程造價的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。
在地基基礎(chǔ)設(shè)計中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作為國家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，一定要對地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)計工作造成較大的影響。
目前的短肢剪力墻體系小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設(shè)置地下室?；A(chǔ)則采用樁筏基礎(chǔ)。如何對樁進(jìn)行合理選型，將對整個地下室設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。例如某一工程，上部十八層帶一地下室，根據(jù)勘察報告，采用Φ400預(yù)應(yīng)力管樁，可選樁長有樁長25m，單樁承載力特征值Ra=900KN，樁長34m，單樁承載力特征值Ra=1300KN。采用25m樁需要290根，采用34m樁需要200根。從樁本身比較兩種方案,總的樁延米數(shù)量相當(dāng),但采用25m樁為滿樘布置,筏板厚需1200mm,而采用34m樁為墻下布置,筏板可減至900mm,經(jīng)濟(jì)性明顯。
因此，筆者認(rèn)為基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對于筏板厚度的取值，則應(yīng)考慮樁沖切，角樁沖切，墻沖切及板配筋等多方面的因素。另外，筏板長度的設(shè)置也須我們研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)我們采用設(shè)置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達(dá)100m以上，中間就設(shè)置幾條后澆帶，也沒有其他措施，本人認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)摹?/span>
3. 結(jié)構(gòu)計算與分析
在結(jié)構(gòu)計算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對結(jié)構(gòu)整體計算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認(rèn)識。
(1)結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計算和分析時必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結(jié)果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費(fèi)大量的時間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。
(2)是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。
(3)振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念，理措施進(jìn)行設(shè)計。并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。
(4)多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計算分析該類型建筑時，是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進(jìn)行計算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。
(5)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計。在建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容，尤其是建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計時，由于建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算處
4.關(guān)于梁筏基礎(chǔ)板筋位置：
彈性梁筏基礎(chǔ)，由于底板受向上的反向力，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，再加上梁箍筋的影響，導(dǎo)致施工中板筋的彎折相當(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。
5.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(qiáng)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。
6.關(guān)于梁上起柱是否設(shè)置附加鋼筋：
本人曾遇到某些工程有梁上起柱及次梁在主梁上面的，都在梁中設(shè)置了附加橫向鋼筋，有的同志甚至在彈性地基梁基礎(chǔ)中柱下梁內(nèi)亦設(shè)置附加鋼筋，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。而對于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。《混凝土結(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踐中可以避免一些不必要的浪費(fèi)。
7.關(guān)于保護(hù)層和墊層厚度：
《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108-2001)對防水混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定：結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm;裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通;迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm.防水混凝土結(jié)構(gòu)底板混凝土墊層，強(qiáng)度等級不應(yīng)小于C15，厚度不小于100mm，在軟弱土層中不應(yīng)小于150mm。工程實踐表明如果結(jié)構(gòu)厚度或迎水面鋼筋保護(hù)層厚度小于規(guī)范限值常常是引起滲漏水現(xiàn)象的常見原因，因此規(guī)范修訂以后對限值作了相應(yīng)的提高，應(yīng)引起注意。
地下室頂板鋼筋應(yīng)加強(qiáng),保護(hù)層和混凝土墊層及強(qiáng)度等級應(yīng)按規(guī)范加注(GB50108-2001第4.1.6條)。否則就會產(chǎn)生如下類似問題：地下室外墻、底板等迎水面保護(hù)層厚40mm，底板與土接觸處鋼筋保護(hù)層厚35mm，不適合GB50108-2001第4.1.6條;柱保護(hù)層25mm,違反GB50010-2002第9.2.1條;地下室墊層采用C10混凝土，或底板下未做混凝土墊層，違反GB50108-2001第4.1.5條和第4.1.5條;未見地下混凝土構(gòu)件環(huán)境類別劃分與對應(yīng)的鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度,不符合GB50010-2002第9.2.1條等。
8.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(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(jī)制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產(chǎn)生塑性鉸，保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。
9. 剪力墻設(shè)計：
9.1.布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且X，Y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長墻(h/w>8);應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上,若無法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱,當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時，應(yīng)計算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個方向均應(yīng)布置成長墻;規(guī)范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍以下為短墻，大于8倍則為普通墻，這就引起高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻的受力特性截然不同，而配筋亦大相徑庭，這顯得比較機(jī)械而不合理，因此筆者建議布置長墻時高厚比能大于9。
9.2.配筋及構(gòu)造：對于小高層住宅來說,剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用。
9.2.1剪力墻墻體配筋(以200厚墻體為例)一般要求水平鋼筋放在外側(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。筆者建議加強(qiáng)區(qū)Φ10@200，非加強(qiáng)區(qū)Φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大于50mm，且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下，很多設(shè)計人員在進(jìn)行外墻裂縫驗算時有效截面高度仍按保護(hù)層50mm計算，筆者認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)?。?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計算保護(hù)層厚度至少可按30mm來取值，這對節(jié)省墻體配筋效果相當(dāng)明顯。
9.2.2.剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，一.二級抗震設(shè)計的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;其余剪力墻應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。本節(jié)僅就構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋作一點討論。筆者認(rèn)為首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻(長墻)，短肢剪力墻，小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對待配筋。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0.7﹪，一般部位0.5﹪。對于短肢剪力墻，應(yīng)按高規(guī)第7.1.2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2﹪，一般部位1.0﹪;對于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2﹪，一般部位1.0﹪;而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計中往往就按長肢墻進(jìn)行暗柱配筋，筆者認(rèn)為這并不妥當(dāng)，建議有兩種方法。其一，計算中另一方向短肢不進(jìn)人剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響;其二，計算中短肢進(jìn)人剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率加強(qiáng)區(qū)1.0﹪，一般部位0.8﹪。
備注：文章來源于建筑通自媒體
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