對(duì)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造的不同看法

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【摘要】對(duì)一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常碰到的問題和構(gòu)造措施提出不同的看法。

　　【關(guān)鍵詞】基礎(chǔ)底板；基礎(chǔ)梁；地下室外墻；室外地面活荷載；框架梁；框架柱；樓板預(yù)留洞；分隔墻 　　 　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，經(jīng)常碰到一些設(shè)計(jì)問題的處理在現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中找不到明確的依據(jù)或規(guī)定。設(shè)計(jì)者參考的通用標(biāo)準(zhǔn)圖集為設(shè)計(jì)提供了方便，但它們是依據(jù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、編制單位和編制人的經(jīng)驗(yàn)編制而成的，有不少結(jié)合了編者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。因此，一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造在不同的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和圖集中做法也不盡相同。針對(duì)上述情況，筆者對(duì)以下幾個(gè)問題進(jìn)行了淺顯的分析，提出一些個(gè)人看法，供同行參考和討論。 　　1 基礎(chǔ)底板和基礎(chǔ)梁 　　1.1 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2002）第8.4.9條規(guī)定：“當(dāng)筏板的厚度大于2000mm時(shí)，宜在板厚中間部位設(shè)置直徑不小于12mm、間距不大于300mm的雙向鋼筋網(wǎng)。”筆者認(rèn)為，此條規(guī)定是針對(duì)以前筏板較厚時(shí)混凝土的分層澆注，為了避免在混凝土硬化的過程中出現(xiàn)層面收縮裂縫。而現(xiàn)在隨著施工工藝的發(fā)展，全國很多地方厚板的混凝土施工已經(jīng)采用了新方法：分層、放坡、連續(xù)澆注、一次到頂，有效地控制混凝土的水化熱和收縮裂縫，因此厚板中部已沒有設(shè)置鋼筋網(wǎng)片的必要性，這樣既節(jié)省了鋼筋又加快了施工進(jìn)度。 　　1.2 一般基礎(chǔ)梁的截面都設(shè)計(jì)得較大，其剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其上部所支撐的框架柱，因此在地震時(shí)，塑性鉸往往都發(fā)生在框架柱根部，基礎(chǔ)梁不會(huì)產(chǎn)生鉸。所以，基礎(chǔ)梁的配筋構(gòu)造按照非抗震的做法就可以了。例如：梁端箍筋間距不必加密，只需滿足強(qiáng)度要求；箍筋的彎鉤做成900就可以了，而不必做成1350；梁的縱筋搭接及錨固長度，都可以按照非抗震的要求取值。 　　1.3 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2002）第10.2.16條規(guī)定：“當(dāng)梁的腹板高度hw≧450mm時(shí)，在梁的兩個(gè)側(cè)面應(yīng)沿高度配置縱向構(gòu)造鋼筋，每側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋的截面面積不應(yīng)小于腹板截面面積bhw的0.1%。”筆者認(rèn)為，此規(guī)定對(duì)于截面面積很大的基礎(chǔ)梁來說是值得商榷的。通常由于基礎(chǔ)梁截面較大，按照規(guī)范計(jì)算所需縱向構(gòu)造鋼筋面積也較大，如梁的兩側(cè)配置大直徑鋼筋對(duì)于減少收縮效果較差。而且地基梁一般埋在土壤內(nèi)部，受外界溫度變化的影響很小。因此，地基梁兩側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋的直徑可取12~16mm，間距可取200~300左右，并沿梁腹板高度范圍內(nèi)均勻布置。 　　2 地下室外墻 　　2.1 地下室外墻，如高層主樓、多層裙房或純地下車庫，在土和水側(cè)壓力的作用下既要計(jì)算彎曲承載力也應(yīng)驗(yàn)算墻體裂縫寬度，一般這些外墻配筋都是由裂縫驗(yàn)算控制的。目前在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，裂縫寬度驗(yàn)算都是按彎曲構(gòu)件考慮的，設(shè)計(jì)者往往采用一些小軟件或工具箱計(jì)算。由于沒有考慮到墻體存在軸力對(duì)裂縫寬度的有利作用，因此為了控制裂縫的寬度而需要增加不少鋼筋。高層主樓或多層裙房底層框架柱軸力傳至地下室時(shí)，由于框架柱與外墻結(jié)合在一起，底層柱的軸力沿墻擴(kuò)散且數(shù)值較大，完全有可能不需要為了控制裂縫而增加配筋。為了使地下室外墻受力更符合實(shí)際且節(jié)省鋼筋，裂縫寬度驗(yàn)算應(yīng)該按偏心受壓構(gòu)件考慮進(jìn)行局部補(bǔ)充計(jì)算。 　　2.2 筆者在設(shè)計(jì)高層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，常常碰到下部幾層尤其是地下室層，柱墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)往往要用到C40~C50，而基礎(chǔ)底板和地下室外墻出于對(duì)裂縫的控制混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般只采用C35或C30。如果與外墻結(jié)合在一起的框架柱仍采用高標(biāo)號(hào)的混凝土，則地下室外墻與框架柱的交接處的構(gòu)造處理會(huì)給施工帶來很大困難，且容易形成隱患。由于框架柱在地下室已與外墻形成T形柱，柱軸力沿墻擴(kuò)散，柱的軸壓比往往很小，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的限值。所以筆者在設(shè)計(jì)與外墻相結(jié)合的框架柱時(shí)，兩者混凝土強(qiáng)度等級(jí)取為相同，如C35或C30。 　　2.3 地下室外墻一般都按防水設(shè)計(jì)考慮，設(shè)計(jì)者對(duì)外墻外側(cè)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度的取值依據(jù)有些無所適從。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）表3.4.1和表9.2.1，二a、二b類鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度為20~25；而根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2008）第4.1.7-3條規(guī)定，鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的耐久性和工程環(huán)境選用，迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm；又根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50038-2005）表4.11.5，外墻外側(cè)直接防水鋼筋保護(hù)層厚度為40mm，設(shè)防水層時(shí)鋼筋保護(hù)層厚度為30mm。不同規(guī)范給出的外墻外側(cè)鋼筋的保護(hù)層厚度不一樣，讓設(shè)計(jì)者產(chǎn)生了疑問。筆者認(rèn)為，對(duì)于一般的民用建筑工程（結(jié)構(gòu)及構(gòu)件有疲勞問題或混凝土環(huán)境類別為三、四、五類時(shí)除外），建議按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行，不用考慮地下工程防水技術(shù)規(guī)范；如果地下室有人防要求，則執(zhí)行人防設(shè)計(jì)規(guī)范。此外，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002）第9.2.4條規(guī)定，當(dāng)梁、柱中縱向受力鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度大于40mm時(shí)，應(yīng)對(duì)保護(hù)層采取有效的防裂構(gòu)造措施。從該規(guī)定可以看出，采取防裂構(gòu)造措施的要求僅是針對(duì)梁和柱，對(duì)地下室外墻和基礎(chǔ)底板則無此要求。防裂構(gòu)造措施一般采取在保護(hù)層中設(shè)置Φ4@150的雙層鋼筋網(wǎng)片，但工程界對(duì)此持保留意見，原因是對(duì)保護(hù)層中鋼筋網(wǎng)片自身銹蝕的擔(dān)心，當(dāng)鋼筋網(wǎng)片銹蝕時(shí)，不僅起不到對(duì)混凝土保護(hù)層的保護(hù)作用，反而會(huì)加速混凝土保護(hù)層的剝落從而影響主體結(jié)構(gòu)的安全。因此，工程設(shè)計(jì)中除基礎(chǔ)底面外，應(yīng)盡量避免混凝土保護(hù)層的厚度超過40mm。 　　3 室外地面活荷載取值 　　3.1 一些設(shè)計(jì)者在計(jì)算地下室外墻時(shí)，一般民用建筑的室外地面活荷載往往取為20kN/m2，想必是他們依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（2006年版）（GB50009-2001）表4.1.1第8項(xiàng)第（2）條。其實(shí)這是一種誤解，當(dāng)消防車停在建筑物外時(shí)，與建筑物必須有一定的距離，否則救火云梯無法上升至建筑物上部。另外，一輛消防車占地面積至少為100 m2，荷載折合下來，按5kN/m2是能夠滿足安全的。 　　3.2 在設(shè)計(jì)上有覆土的地下室頂板時(shí)，通常要考慮其上部行駛消防車的情況。而由于《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（2006年版）（GB50009-2001）表4.1.1中第8項(xiàng)的消防車荷載，是指消防車直接行駛于樓板上，按其輪壓折合成等效均布荷載的取值。因此不應(yīng)直接采用35kN/m2或20kN/m2，而應(yīng)該將消防車輪壓按照覆土厚度擴(kuò)散后折合成等效均布荷載。 　　4 框架梁、柱 　　4.1 《混凝土結(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（箍筋布置見混凝土規(guī)范原圖10.2.13）。筆者認(rèn)為，此規(guī)定有些主觀，與實(shí)際受力情況不符。在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中，次梁與主梁現(xiàn)澆在一起，次梁傳給主梁的集中力從其交接面就開始擴(kuò)散開，不存在從次梁底部開始擴(kuò)散。而且由于次梁與主梁現(xiàn)澆在一起，主梁梁身內(nèi)部根本就不存在所謂的次梁底部。另外按此規(guī)定理解，當(dāng)主、次梁等高時(shí)次梁梁底與主梁梁底在一個(gè)平面上，主梁恐怕早就被次梁沖切破壞了。因此，筆者認(rèn)為，主、次梁擱置處，次梁傳給主梁的集中力由交接面就開始擴(kuò)散開，其受力更符合斜截面抗剪特性，即只要主梁斜截面抗剪滿足要求，則主梁受力就沒有問題。另據(jù)筆者了解，國外的一些規(guī)范也沒有此項(xiàng)規(guī)定，即主、次梁擱置處不存在所謂的附加箍筋和吊筋。 　　4.2 一些設(shè)計(jì)者在對(duì)框架梁進(jìn)行配筋時(shí)，往往在模型計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上還進(jìn)行一些放大，尤其是有些結(jié)構(gòu)已經(jīng)是按抗震等級(jí)為一級(jí)或二級(jí)設(shè)計(jì)，筆者認(rèn)為不妥。一般配筋按照計(jì)算結(jié)果配置就可以了，實(shí)際上考慮到樓板T形翼緣和框架柱寬度對(duì)框架梁的有利影響，實(shí)際配筋應(yīng)該比計(jì)算值更小。因此，筆者認(rèn)為只需根據(jù)計(jì)算結(jié)果配筋即可，當(dāng)然某些需要加強(qiáng)配筋的部位另當(dāng)別論。 　　4.3 一些設(shè)計(jì)者在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往將框架柱截面設(shè)計(jì)得過于小，雖然從計(jì)算結(jié)果看各個(gè)指標(biāo)都能滿足要求，更讓建筑設(shè)計(jì)師和業(yè)主滿意。但如果從“強(qiáng)柱弱梁”的角度來看，就顯得有些不合理。如有些建筑柱距8m、層高4.5m，框架柱截面為500x500，而四周框架梁高都做到650甚至700，梁的線剛度大于柱的線剛度好幾倍。再加上梁柱節(jié)點(diǎn)處梁端配筋往往較大，造成柱的實(shí)際承載能力遠(yuǎn)小于梁，從而變成了“強(qiáng)梁弱柱”，與抗震目標(biāo)背道而馳，這一點(diǎn)在現(xiàn)有的震害中已有不少此類情況發(fā)生。因此，筆者認(rèn)為框架柱截面設(shè)計(jì)在兼顧建筑使用和各個(gè)計(jì)算指標(biāo)的同時(shí)，要考慮到避免“強(qiáng)梁弱柱”的出現(xiàn)。如框架柱截面由500x500增大至600x600，對(duì)建筑使用空間影響很小，而柱的線剛度卻比原來增大了約一倍。 　　5 樓板 　　5.1 《2003全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施—結(jié)構(gòu)》第5.3.18-2條現(xiàn)澆樓板開洞的構(gòu)造要求規(guī)定，當(dāng)預(yù)留孔洞直徑D或?qū)挾萣大于300mm，但小于1000mm，且孔洞周邊無集中荷載時(shí)，應(yīng)在孔洞邊每側(cè)配置附加鋼筋，其每側(cè)鋼筋面積應(yīng)不小于孔洞寬度內(nèi)被切斷的受力鋼筋總面積的一半。筆者認(rèn)為，此規(guī)定有些主觀，與實(shí)際受力情況不符。通常樓板都有足夠的剛度，當(dāng)某跨板局部開洞以后，樓板的受力則由非開洞區(qū)域的板底鋼筋和板面支座鋼筋共同承擔(dān)，只有將該跨板內(nèi)非開洞區(qū)域的樓板鋼筋都加強(qiáng)，這樣才更安全、可靠。這一點(diǎn)我們從樓梯設(shè)計(jì)中可以看出，樓梯一般都是按兩對(duì)邊自由、兩對(duì)邊簡支（或彈性支座）計(jì)算，配筋是整體考慮而不是只在自由邊加強(qiáng)配筋。 　　5.2 《2003全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施—結(jié)構(gòu)》第5.3.18-3條現(xiàn)澆樓板開洞的構(gòu)造要求規(guī)定，當(dāng)預(yù)留孔洞直徑D或?qū)挾萣大于1000mm時(shí)，應(yīng)在孔洞邊加設(shè)邊梁。這一條對(duì)有些建筑執(zhí)行起來過于嚴(yán)格，筆者曾經(jīng)設(shè)計(jì)過一些混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)廠房和醫(yī)院，這類建筑通常各層樓面都有很多的預(yù)留孔洞，不少單邊或兩邊洞邊尺寸都大于1000mm，如按此規(guī)定則洞邊四周都設(shè)有梁，這樣對(duì)于設(shè)計(jì)和施工來說都很煩雜，而且不經(jīng)濟(jì)。一般這類建筑樓板板厚及配筋都已加強(qiáng)，應(yīng)允許孔洞的某一單邊或?qū)厼樽杂蛇?，洞邊被削弱的部分由該跨板非開洞區(qū)域樓板鋼筋共同承擔(dān)。 　　5.3 在設(shè)計(jì)一些公建類建筑，如辦公樓、醫(yī)院時(shí)，通常建筑樓板上布置有大量的分隔墻，這些分隔墻很雜亂而且大多不固定。有不少設(shè)計(jì)者在施工圖中要求在分隔墻下加設(shè)附加鋼筋，筆者認(rèn)為這樣可行性不大，而且也是沒有必要的。因?yàn)樵谀Ｐ陀?jì)算時(shí)這類分隔墻已按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（2006年板）（GB50009-2001）表4.1.1注5執(zhí)行，即按樓面等效均布荷載處理。此外，建筑在后期使用時(shí)有不少分隔墻會(huì)變動(dòng)位置，在施工時(shí)鋼筋放樣也可能存在偏差，附加鋼筋不一定剛好放置于分隔墻下。 　　 　　參考文獻(xiàn)： 　　[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010 -2002)。 　　[2]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（2006年版）(GB50009-2001)。 　　[3]《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108 -2008）。 　　[4]《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50038-2005）。 　　[5]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007 -2002）。 　　[6]《2003全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施—結(jié)構(gòu)》，2003.2。 　　[7]北京市建筑設(shè)計(jì)研究院《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》，2007.2。