淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題
導(dǎo)語：鋼筋混凝土工程上常被簡稱為鋼筋砼(tong)。是指通過在混凝土中加入鋼筋鋼筋網(wǎng)、鋼板或纖維而構(gòu)成的一種組合材料與之共同工作來改善混凝土力學(xué)性質(zhì)的一種組合材料。為加勁混凝土最常見的一種形式。、
一、前言
隨著我國經(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“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)過程中，容易忽視的問題，做一個(gè)簡單介紹，愿和同行商榷。
二、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中存在的問題
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，有很多的陰陽角和放坡，即加大了防水施工的難度，有加長了施工時(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(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(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，來保證建筑不倒，或緩倒，以爭取時(shí)間，減少人員的傷亡。這就是我們說的延性設(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�?yīng)為認(rèn)識(shí)不足�，F(xiàn)在我把我在這方面的經(jīng)驗(yàn)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(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?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)槲覈摹督ㄖ拐鹪O(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，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
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)過程中的一些認(rèn)識(shí)寫出來的原因，希望與同行們一起討論、共同提高。
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