結(jié)構(gòu)工程師考試資料：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題

　　一、前言$lesson$

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(jì)越來(lái)越復(fù)雜,但目前的設(shè)計(jì)周期普遍偏短,也使設(shè)計(jì)文件中普遍存在某些質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)該引起我們的重視。在此,作為一個(gè)從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn)和大家一同分享和交流。下面,我就通過(guò)“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”--這個(gè)我們最常采用的結(jié)構(gòu)形式,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,容易忽視的問(wèn)題,做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹,愿和同行商榷。

　　二、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題

　　1、柱下獨(dú)立基礎(chǔ)帶梁板式的地下室底板設(shè)計(jì)中,地下室底板設(shè)計(jì)中,容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應(yīng)力的影響。因?yàn)閷?shí)際上整個(gè)地下室底板與柱下獨(dú)立基礎(chǔ)在上部荷載作用下,將會(huì)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(duì)底板而言是偏于不安全的,有可能會(huì)導(dǎo)致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對(duì)于采用天然地基的情況時(shí),其影響則更為顯著。對(duì)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(duì)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(duì)地下室底板的不同影響,求出包絡(luò)圖,再做配筋設(shè)計(jì)。

　　2、對(duì)于有地下室的建筑,當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí),在室外地坪之下的結(jié)構(gòu)部分,外輪廓形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)潔,這樣有利于建筑防水的施工。尤其對(duì)于柱下承臺(tái)的形式,更為明顯。此時(shí),由于柱下承臺(tái)的影響,基槽地模形狀很復(fù)雜,有很多的陰陽(yáng)角和放坡,即加大了防水施工的難度,有加長(zhǎng)了施工時(shí)間,都不利于保證質(zhì)量,并且還增加工程造價(jià)。對(duì)于這種情況下,我建議大家考慮反承臺(tái)法,即統(tǒng)一地下室底板和承臺(tái)的下皮標(biāo)高相同,承臺(tái)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(diǎn)是,基槽地模形狀很簡(jiǎn)單,方便施工,利于施工質(zhì)量得保證,同時(shí)也縮短了施工時(shí)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(shí)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(jì)算時(shí),往往假設(shè)條件與實(shí)際情況不符。例如地下室外墻配筋計(jì)算:有的工程外墻配筋計(jì)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(jì)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(yàn)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(jì)算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計(jì)算配筋為妥。

　　4、天然地基錐體獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題,有的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)錐體斜面坡度大于1:3,該錐體部分砼很難振搗密實(shí),現(xiàn)場(chǎng)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(jì)強(qiáng)度要求。因此建議優(yōu)先采用階梯形獨(dú)立基礎(chǔ),利于施工,才能更好地保證施工質(zhì)量。

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

　　三、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)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(guò)大的剪力墻,以免應(yīng)力過(guò)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(jì)難度都會(huì)加大。剛度較大的第一級(jí)別的剪力墻(同一級(jí)別的剪力墻是指剛度相近,比值小于2時(shí)的墻肢),其墻肢數(shù)不應(yīng)少于4肢。另外,當(dāng)遇到中震時(shí),我們應(yīng)考慮第一級(jí)別的剪力墻進(jìn)入塑性后,還應(yīng)有小級(jí)別的剪力墻來(lái)維持建筑物變形不致過(guò)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(shí),小級(jí)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(shí),我們應(yīng)該通過(guò)我們的設(shè)計(jì)有選擇地讓梁破壞,從而保證柱子的完整性,來(lái)保證建筑不倒,或緩倒,以爭(zhēng)取時(shí)間,減少人員的傷亡。這就是我們說(shuō)的延性設(shè)計(jì)。

　　2、框剪結(jié)構(gòu)的連梁設(shè)計(jì)很重要,但我們看到,目前很多設(shè)計(jì)在這個(gè)環(huán)節(jié)上做的并不好。有的是因?yàn)橹匾暡粔?有的是應(yīng)為認(rèn)識(shí)不足?，F(xiàn)在我把我在這方面的經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單介紹一下。首先,什么是連梁呢?簡(jiǎn)單的說(shuō),就是那些連接兩片剪力墻,當(dāng)遇到中震或大震時(shí),它會(huì)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(shuō)我們才有意義把它按連梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)它的特性,我們就應(yīng)該設(shè)計(jì)時(shí)注意幾點(diǎn),第一,不要盲目地增大它抗彎的能力,否則會(huì)使連梁延遲破壞,起不到及時(shí)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(guó)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(shuō)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?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)連梁會(huì)在遇到中震或大震時(shí),首先開裂,所以它的抗剪能力也會(huì)急劇下降,如果此時(shí)它還承受著很大的豎向荷載,就會(huì)引起連鎖破壞。

　　3、“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)大節(jié)點(diǎn)”,是我們鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)的基本原則。但在震害調(diào)查中發(fā)現(xiàn),我們?cè)O(shè)計(jì)的“強(qiáng)柱弱梁”的延性破壞機(jī)制有時(shí)難以實(shí)現(xiàn),這是因?yàn)槲覈?guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)的“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)有以下要求:∑Mc=η∑Mb,∑Mc――節(jié)點(diǎn)上下柱端同向彎矩之和,∑Mc――節(jié)點(diǎn)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(jí)為三級(jí)η=1.1,但這僅針對(duì)于小震彈性設(shè)計(jì);當(dāng)建筑遭受“中震、大震”時(shí),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(duì)柱要小很多,由于鋼筋的超強(qiáng)效應(yīng)過(guò)大,因而造成框架節(jié)點(diǎn)處梁受彎承載力大于相對(duì)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(shí),結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)考慮板的作用而加大梁剛度,梁設(shè)計(jì)配筋時(shí)卻沒(méi)有考慮板鋼筋的作用,再者設(shè)計(jì)人員人為加大梁配筋,這對(duì)于框架節(jié)點(diǎn)無(wú)疑是雪上加霜,因而框架結(jié)構(gòu)“弱柱強(qiáng)梁”的破壞形態(tài)就產(chǎn)生了。所以,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí),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(lái),并按受拉構(gòu)件要求,設(shè)計(jì)構(gòu)造柱。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是,通過(guò)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(duì)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(wèn)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(shí),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(shí)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?cè)O(shè)計(jì)的構(gòu)件能夠正常工作的前提,應(yīng)予以重視。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量,密切關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,責(zé)任重大。而且結(jié)構(gòu)專業(yè)是一個(gè)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(jì)過(guò)程中的一些認(rèn)識(shí)寫出來(lái)的原因,希望與同行們一起討論、共同提高。