淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題

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摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人民生活水平的不斷提高，同時(shí)，建筑業(yè)也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑工程中十分重要的一個(gè)環(huán)結(jié)，文章結(jié)合某工程實(shí)例，對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相

關(guān)問題進(jìn)行了簡要分析，一供參考.

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；

1．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。按本人在（廣東?。┠虾５貐^(qū)所做的工程實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)，多層房屋長度超過55m在75m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)踐中也已得到證實(shí)，多個(gè)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(jì)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(jì)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(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(shí)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(jì)：

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)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(jì)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(jì)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(jì)規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)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(jì)時(shí)，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(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)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(gè)地下室設(shè)計(jì)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(bào)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?/p>

3. 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

　　在結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)清晰的認(rèn)識。

（1）結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)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(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)是合理的、哪個(gè)是可以作為參考的，哪個(gè)又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會浪費(fèi)大量的時(shí)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(shí)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(shí)測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下建筑結(jié)構(gòu)計(jì)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(gè)振型參與系數(shù)的概念，理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)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(jì)算分析階段必須對計(jì)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(jì)算。一段時(shí)間以來，大底盤，多塔樓的建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類型建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計(jì)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(jì)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(jì)算與設(shè)計(jì)。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(jì)時(shí)，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(jì)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(jì)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(shí)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(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%。對于這一條設(shè)計(jì)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(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。

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(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。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?！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(shí)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(shí)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?！　?/p>

8．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(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(shí)際受彎承載力大于梁端的實(shí)際受彎承載力。

9． 剪力墻設(shè)計(jì)：

9．1. 布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)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(shí)，應(yīng)計(jì)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(gè)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(shí)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(jì)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?yàn)榈叵虏糠謮w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(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計(jì)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(jì)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(jì)人員在進(jìn)行外墻裂縫驗(yàn)算時(shí)有效截面高度仍按保護(hù)層50mm計(jì)算，筆者認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)摹．?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計(jì)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(jì)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(diǎn)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(gè)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(jì)，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(gè)方向長肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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﹪。  

　　以上幾點(diǎn)是本人對設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)的幾個(gè)問題的理解。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。