淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題

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一、前言

　　隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,城市面貌日新月異,一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之建筑功能的不斷豐富,新穎的造型,致使工程設(shè)計越來越復(fù)雜,但目前的設(shè)計周期普遍偏短,也使設(shè)計文件中普遍存在某些質(zhì)量問題,應(yīng)該引起我們的重視。在此,作為一個從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作十幾年的工程技術(shù)人員,非常愿意把我在工作中得到的經(jīng)驗和大家一同分享和交流。下面,我就通過“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”--這個我們最常采用的結(jié)構(gòu)形式,在設(shè)計過程中,容易忽視的問題,做一個簡單介紹,愿和同行商榷。

　　二、地基與基礎(chǔ)設(shè)計過程中存在的問題

　　1、柱下獨立基礎(chǔ)帶梁板式的地下室底板設(shè)計中,地下室底板設(shè)計中,容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應(yīng)力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎(chǔ)在上部荷載作用下,將會一起發(fā)生沉降變形,共同受力,如未考慮因此產(chǎn)生的附加應(yīng)力,對底板而言是偏于不安全的,有可能會導(dǎo)致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對于采用天然地基的情況時,其影響則更為顯著。對于總沉降量較小的工程,可考慮在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施,當(dāng)然,是否采用,還要綜合考慮其他因素。另外,對于地下水位季節(jié)性變化較大的地區(qū),應(yīng)考慮高低兩種不同水位對地下室底板的不同影響,求出包絡(luò)圖,再做配筋設(shè)計。

　　2、對于有地下室的建筑,當(dāng)?shù)叵滤惠^高時,在室外地坪之下的結(jié)構(gòu)部分,外輪廓形狀應(yīng)盡量簡潔,這樣有利于建筑防水的施工。尤其對于柱下承臺的形式,更為明顯。此時,由于柱下承臺的影響,基槽地模形狀很復(fù)雜,有很多的陰陽角和放坡,即加大了防水施工的難度,有加長了施工時間,都不利于保證質(zhì)量,并且還增加工程造價。對于這種情況下,我建議大家考慮反承臺法,即統(tǒng)一地下室底板和承臺的下皮標(biāo)高相同,承臺需要加厚部分向上作,然后地下室內(nèi)部作濾水層和覆土等地面做法。這種做法的優(yōu)點是,基槽地模形狀很簡單,方便施工,利于施工質(zhì)量得保證,同時也縮短了施工時間。并且,內(nèi)部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,減小配筋,這種自相平衡的思路最科學(xué)。同時也提高了建筑物的抗傾覆能力。

　　3、地下室底板和外墻配筋計算時,往往假設(shè)條件與實際情況不符。例如地下室外墻配筋計算:有的工程外墻配筋計算中,凡外墻帶扶壁柱的,不區(qū)別扶壁柱尺寸大小,一律按雙向板計算配筋,而扶壁柱按地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析結(jié)果配筋,又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理分析,其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。建議:除了垂直于外墻方向有鋼筋砼內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱)之間外墻板塊按雙向板計算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。

　　4、天然地基錐體獨立基礎(chǔ)設(shè)計問題,有的基礎(chǔ)設(shè)計錐體斜面坡度大于1:3,該錐體部分砼很難振搗密實,現(xiàn)場施工往往是砼自然堆上,采用鏟子或抹灰刀拍搗成形,其錐體部分的砼很難達(dá)到設(shè)計強度要求。因此建議優(yōu)先采用階梯形獨立基礎(chǔ),利于施工,才能更好地保證施工質(zhì)量。

　　5、柱下獨立基礎(chǔ)之間的拉梁,如同時又是首層維護(hù)墻的承重梁的時候,不應(yīng)該再簡單地按拉梁進(jìn)行設(shè)計。而且在考慮荷載時,要考慮梁上皮以上土擴散角之內(nèi)的土重。

　　三、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的問題

　　1、框剪結(jié)構(gòu),剪力墻的布置要均勻,不要出現(xiàn)單肢剛度過大的剪力墻,以免應(yīng)力過于集中,一旦破壞,將構(gòu)成嚴(yán)重影響。而且,與之相關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ),連梁等構(gòu)件的設(shè)計難度都會加大。剛度較大的第一級別的剪力墻(同一級別的剪力墻是指剛度相近,比值小于2時的墻肢),其墻肢數(shù)不應(yīng)少于4肢。另外,當(dāng)遇到中震時,我們應(yīng)考慮第一級別的剪力墻進(jìn)入塑性后,還應(yīng)有小級別的剪力墻來維持建筑物變形不致過大,產(chǎn)生次生災(zāi)害。這就是多道設(shè)防的概念。但當(dāng)遇到大震時,小級別的剪力墻也進(jìn)入塑性階段后,建筑物基本已經(jīng)破壞了。此時,我們應(yīng)該通過我們的設(shè)計有選擇地讓梁破壞,從而保證柱子的完整性,來保證建筑不倒,或緩倒,以爭取時間,減少人員的傷亡。這就是我們說的延性設(shè)計。

　　2、框剪結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計很重要,但我們看到,目前很多設(shè)計在這個環(huán)節(jié)上做的并不好。有的是因為重視不夠,有的是應(yīng)為認(rèn)識不足?，F(xiàn)在我把我在這方面的經(jīng)驗簡單介紹一下。首先,什么是連梁呢?簡單的說,就是那些連接兩片剪力墻,當(dāng)遇到中震或大震時,它會首先開裂,起到耗能作用,從而使建筑物保持一定延性的梁。只有滿足了這種情況,才是連梁,或者說我們才有意義把它按連梁進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)它的特性,我們就應(yīng)該設(shè)計時注意幾點,第一,不要盲目地增大它抗彎的能力,否則會使連梁延遲破壞,起不到及時耗能的作用,致使其他重要構(gòu)件破壞,使結(jié)構(gòu)失去延性。第二,我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)規(guī)范中規(guī)定,連梁上不許搭框架梁。我覺得這句話說得不嚴(yán)謹(jǐn),更準(zhǔn)確的定義應(yīng)該是,不準(zhǔn)搭重要的豎向承重構(gòu)件。因為我們設(shè)計連梁會在遇到中震或大震時,首先開裂,所以它的抗剪能力也會急劇下降,如果此時它還承受著很大的豎向荷載,就會引起連鎖破壞。

　　3、“強柱弱梁,強剪弱彎,強大節(jié)點”,是我們鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的基本原則。但在震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn),我們設(shè)計的“強柱弱梁”的延性破壞機制有時難以實現(xiàn),這是因為我國的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》對一、二、三級框架節(jié)點的“強柱弱梁”設(shè)計有以下要求:∑Mc=η∑Mb,∑Mc——節(jié)點上下柱端同向彎矩之和,∑Mc——節(jié)點左右梁端同向彎矩之和,η——柱彎矩增大系數(shù),7度區(qū)的多層框架抗震等級為三級η=1.1,但這僅針對于小震彈性設(shè)計;當(dāng)建筑遭受“中震、大震”時,由于地震作用,框架梁、柱的彎矩增大很多,而框架梁端彎矩為豎向荷載和地震作用產(chǎn)生的彎矩之和,其增大比例相對柱要小很多,由于鋼筋的超強效應(yīng)過大,因而造成框架節(jié)點處梁受彎承載力大于相對應(yīng)柱正截面承載力而出現(xiàn)柱鉸。另外,當(dāng)結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆板時,結(jié)構(gòu)分析計算時考慮板的作用而加大梁剛度,梁設(shè)計配筋時卻沒有考慮板鋼筋的作用,再者設(shè)計人員人為加大梁配筋,這對于框架節(jié)點無疑是雪上加霜,因而框架結(jié)構(gòu)“弱柱強梁”的破壞形態(tài)就產(chǎn)生了。所以,我們在設(shè)計時,不要盲目加大框架梁支座處的上部鋼筋,但應(yīng)適當(dāng)柱子的配筋。

　　4、在懸挑的挑梁的端頭,應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱,把每層的挑梁聯(lián)系起來,并按受拉構(gòu)件要求,設(shè)計構(gòu)造柱。這樣做的優(yōu)點是,通過構(gòu)造柱,協(xié)調(diào)了挑梁的變形,即使出現(xiàn)局部超載的情況,也可以把力傳到其他層上,共同承擔(dān),從而變相的提高了結(jié)構(gòu)安全度。另外也加大了對外維護(hù)墻的約束,防止墻體外閃。

　　5、另外還有一些構(gòu)造上的細(xì)節(jié)問題,要多注意。比如如鋼筋混凝土構(gòu)件在不同條件下的鋼筋保護(hù)層厚度的取值;框架梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時,箍筋直徑應(yīng)按要求增大2mm;框架梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值偏小;框架梁高小于400時加密區(qū)箍筋間距偏大(如采用@100,小于梁高的四分之一);框架梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2.5%;框架柱全部縱向鋼筋的配筋率偏小等等,這些都是我們設(shè)計的構(gòu)件能夠正常工作的前提,應(yīng)予以重視。

　　四、結(jié)束語

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量,密切關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全,責(zé)任重大。而且結(jié)構(gòu)專業(yè)是一個既有深度又有廣度的專業(yè),我們必須在工作中,不斷地學(xué)習(xí)、總結(jié),才能有所進(jìn)步,才能成為一名合格的工程師。這也是我把我在設(shè)計過程中的一些認(rèn)識寫出來的原因,希望與同行們一起討論、共同提高。