對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些問題的探討論文

　　論文摘要:使結(jié)構(gòu)安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、是結(jié)構(gòu)工程師的任務(wù)和責(zé)任。根據(jù)長(zhǎng)期工作體會(huì)從概念設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā)，介紹抗震設(shè)計(jì)中遵循的原則，提高房屋抗震性能的措施。結(jié)合工程實(shí)際介紹了環(huán)境類別和保護(hù)層厚度的確定、按簡(jiǎn)支梁計(jì)算構(gòu)造鋼筋的設(shè)置等問題。

　　論文關(guān)鍵詞:概念設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)計(jì)算；配筋構(gòu)造；保護(hù)層厚度

　　一、概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造

　　抗震設(shè)計(jì)中，影響整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震能力的因素很多，如：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和變形能力;非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料性能及提供的強(qiáng)度儲(chǔ)備；結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造；結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)的整體性能在經(jīng)受第一次地震后多次余震反復(fù)作用下的抗破壞能力。目前只對(duì)第一種因素作了計(jì)算，其它因素尚無法進(jìn)行計(jì)算，靠概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造做到結(jié)構(gòu)體系具備必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足后的延性。對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，七分計(jì)算三分構(gòu)造，更重要的是概念設(shè)計(jì)。

　�。ㄒ唬└拍钤O(shè)計(jì)

　　材料性能、構(gòu)件性能、連接構(gòu)造、結(jié)構(gòu)體系通過實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐檢驗(yàn)，但還不能計(jì)算，稱為概念設(shè)計(jì)，抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：

　　(1)結(jié)構(gòu)的承載力、剛度、質(zhì)量在平面內(nèi)和沿高度應(yīng)均勻、對(duì)稱和連續(xù)分布，避免應(yīng)力集中：

　　(2)應(yīng)盡可能設(shè)置多道抗震防線，布置超靜定結(jié)構(gòu)及延性較高的耗能構(gòu)件，注意適當(dāng)加強(qiáng)靜定結(jié)構(gòu)部位、關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)；

　　(3)注意結(jié)構(gòu)的連接整體性，結(jié)果單元應(yīng)采用牢固連接，不同結(jié)構(gòu)單元應(yīng)遵守徹底分開的要求；

　　(4)估計(jì)和控制塑形鉸區(qū)出現(xiàn)的范圍和部位，有針對(duì)性的進(jìn)行構(gòu)造布置，掌握結(jié)構(gòu)的屈服過程以及最后形成的屈服機(jī)制；

　　(5)做到強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎；

　　(6)采取有效措施防止過早的混凝土剪切破壞，鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎等脆性破壞；

　　(7)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)連接的承載力和剛度要與結(jié)構(gòu)的承載力和剛度相適應(yīng)，節(jié)點(diǎn)連接的承載力不低于構(gòu)件的承載力；

　　(8)應(yīng)該避免盲目增加鋼筋，某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力超強(qiáng)或不足，都可能造成結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱，梁端、柱端及抗震墻的加強(qiáng)部位受彎配筋在滿足承載力和抗震構(gòu)造要求的條件下，應(yīng)減少鋼筋超配；

　　(9)考慮非結(jié)構(gòu)性部件對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震產(chǎn)生有利和不利的影響。

　　（二）結(jié)構(gòu)構(gòu)造

　　結(jié)構(gòu)體系靠力學(xué)計(jì)算保證構(gòu)件的承載力及變形，又靠構(gòu)造措施將構(gòu)件連接在一起，形成結(jié)構(gòu)體系，合理的構(gòu)造保證構(gòu)件傳力明確；保證在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分構(gòu)件破壞而使結(jié)構(gòu)體系喪失承載能力及抗震能力；保證在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的耐久性。可以說結(jié)構(gòu)構(gòu)造是概念設(shè)計(jì)的具體化。我國(guó)通過幾十年的實(shí)踐，特別是唐山地震所總計(jì)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，后來試驗(yàn)研究都有完整的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施。但是認(rèn)識(shí)在不斷提高，概念設(shè)計(jì)在不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除正確運(yùn)用目前的構(gòu)造措施，同時(shí)還需要不斷總結(jié)、充實(shí)、提高。

　　二、結(jié)構(gòu)計(jì)算

　　（一）荷載要準(zhǔn)確

　　荷載包括結(jié)構(gòu)自重，建筑材料做法，設(shè)備荷載（設(shè)備自重、管道重），建筑功能需要的活荷載，風(fēng)、雪荷載、地震力、溫度變化產(chǎn)生應(yīng)力以及其它偶然作用等。有的荷載規(guī)范有所規(guī)定，可作依據(jù)，有的需要各專業(yè)提高。建筑專業(yè)提高的不僅僅是荷重，而應(yīng)該是具體的材料做法，設(shè)備專業(yè)則應(yīng)提供所選用的樣本。由于建筑做法和設(shè)備一般要到訂貨時(shí)才能落實(shí)，在這以前變換的可能性很大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該意識(shí)到這一點(diǎn)，并要求有相關(guān)的知識(shí)，準(zhǔn)確計(jì)算所采用的荷載。

　　隔墻荷載占總荷載的比例較大，隔墻材料品種繁多，但尚無十分理想的隔墻材料，不是荷重偏大就是隔音差、抗撞擊差或板塊之間易出現(xiàn)裂縫。當(dāng)隔墻位置固定且隔墻材料確定時(shí)，預(yù)留荷載是必要的，但考慮過重的隔墻會(huì)使結(jié)構(gòu)用鋼量過大。一般可與建筑專業(yè)配合，易采用輕質(zhì)材料并在施工圖中說明隔墻材料，允許荷載值及位置。 結(jié)構(gòu)計(jì)算最忌諱漏掉荷載，他將使計(jì)算白費(fèi)或使結(jié)構(gòu)存在隱患，應(yīng)引以為戒。

　�。ǘ�）應(yīng)分析計(jì)算結(jié)果

　　對(duì)復(fù)雜或重大工程一般需要用兩種不同單元模型的程序進(jìn)行分析和比較，對(duì)特殊工程應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算程序。建立的模型，邊界、支撐條件應(yīng)盡量符合實(shí)際。程序中的輸入數(shù)據(jù)應(yīng)弄明其緣由，弄清其概念，對(duì)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量是不可缺少的。

　�。ㄈ�）環(huán)境類別與保護(hù)層的確定問題

　　混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范第3.4.1條規(guī)定了耐久性設(shè)計(jì)的原則及構(gòu)件環(huán)境類別的分類標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范第9.2.1條給出了各類環(huán)境條件下的構(gòu)件縱向受力筋保護(hù)層最小厚度。這是新規(guī)范重視耐久性問題的具體體現(xiàn)。由于規(guī)范是依據(jù)構(gòu)件所處的環(huán)境類別來確定縱向受力筋保護(hù)層最小厚度的，對(duì)于處在兩種環(huán)境交界部位的構(gòu)件，如地下室墻，迎水面?zhèn)纫话銥槎�類環(huán)境，而其室內(nèi)一側(cè)一般為一類環(huán)境，兩側(cè)面的受力筋保護(hù)層最小厚度也應(yīng)有所區(qū)別。因此筆者認(rèn)為，對(duì)于處在兩種環(huán)境交界部位的構(gòu)件，在選用最低混凝土級(jí)別、確定混凝土配合比等耐久性基本要求（規(guī)范第3.4.2～3.4.8條）時(shí)應(yīng)接交界面上兩種環(huán)境類別中的最不利環(huán)境類別確定，在確定受力筋保護(hù)層最小厚度時(shí)，則應(yīng)按構(gòu)件表面所處的環(huán)境類別分別考慮。否則，對(duì)于基礎(chǔ)地板、地下室外墻，隨著保護(hù)層厚度的增大，采用商品混凝土?xí)r，構(gòu)件表面出現(xiàn)早期收縮縫的機(jī)率也隨之增大，而構(gòu)件表面開裂后，反而影響構(gòu)件的耐久性。所以保護(hù)層厚度不是越大越好，而應(yīng)構(gòu)件表面所處的環(huán)境類別有針對(duì)性地選用。

　　（四）安簡(jiǎn)支計(jì)算的梁端部上部構(gòu)造鋼筋設(shè)置問題

　　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第10.2.6條對(duì)實(shí)際受約束的簡(jiǎn)支梁端上部構(gòu)造筋作了規(guī)定。此時(shí)梁端實(shí)際受到部分約束，如按梁端的實(shí)際約束條件采用彈性理論進(jìn)行整體內(nèi)分析，計(jì)算所得的實(shí)際彎矩除與梁上承受的荷載大小有關(guān)外，更與梁端的約束構(gòu)件即邊梁或構(gòu)件柱的相對(duì)剛度有關(guān)。將梁端構(gòu)造鋼筋的截面面積與梁跨中下部縱向受力鋼筋計(jì)算所需截面面積相關(guān)聯(lián)，只體現(xiàn)了梁上承受荷載的大小，而沒有考慮梁端實(shí)際約束程度，如果梁端實(shí)際約束程度很弱，非常接近于簡(jiǎn)支，即使梁上承受的荷載很大，梁端實(shí)際彎矩仍很小，因而沒必要配置太多鋼筋，這是其一。其二，條文所指部分約束梁端的構(gòu)件通常是指磚混結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱、框架和主次梁體系中的邊梁，如果梁端實(shí)際配筋較大，梁承受的負(fù)彎矩也較大，與之平衡的構(gòu)造柱彎矩或邊梁的扭矩也較大，當(dāng)約束構(gòu)件是構(gòu)造柱時(shí)，由于構(gòu)造柱配筋較小，一般為4φ12，很可能造成構(gòu)造柱的配筋不足；當(dāng)約束構(gòu)件是框架或主次梁體系中的邊梁時(shí)，雖然按彈性理論計(jì)算邊梁有較大的扭矩，但國(guó)外的試驗(yàn)資料表明5，邊梁開裂后，其抗扭剛度約相當(dāng)于彈性抗扭剛度的1/10。塑性內(nèi)力重分的結(jié)果使得邊梁扭矩和梁端實(shí)際彎矩值都很小，沒比要配置太多的鋼筋。新的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)施前，我院設(shè)計(jì)的大部分工程終于邊梁相交的梁端實(shí)際配筋統(tǒng)一為2φ12（四肢箍為4φ12），20世紀(jì)六七十年代設(shè)計(jì)的部分工程甚至為2φ10或2φ8這些工程已正常使用了30年綜上所述，規(guī)范所給的這種配筋策略是否合適值得商榷。

　　參考文獻(xiàn)：

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