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关键词:混凝土;结构设计;常见问题
一、前言
随着经济与科学技术的全面发展,混凝土在各行各业中的应用日益广泛,混凝土结构以其整体性能良好、可塑性较好、使用寿命较长以及投资造价相对较低等等优势,得到了广大工程建设者的广泛青睐,在各行各业中被广泛的应用。由于经济在突飞猛进的发展,很多新型的混凝土材料得到了进一步的发展,混凝土的结构设计水平也有了显著地提高。但与此同时,混凝土结构设计的复杂性及多样性又使得混凝土结构的设计存在很多的问题及缺点,本文就混凝土结构设计的常见问题进行分析,并找出其引起这些问题的原因,对混凝土结构设计进行分析与探讨,得出相应的解决策略,使得混凝土结构设计在各个方面得到进一步的完善。
混凝土的结构设计在各项工程施工中都占有非常重要的位置,混凝土结构设计的质量将直接影响着建筑施工的全局,更关系到人民生命财产的安全,混凝土结构设计在工程施工中的责任是非常艰巨的。另外,混凝土结构设计是一个非常复杂的过程,对专业设计的要求也非常的严格,设计难度也非常的大,因此,混凝土结构设计也需要有一个专业的设计团队,在设计过程中应该主动寻找新的设计理念,且不断对混凝土结构设计进行完善,找出其存在的问题,并采取相应的措施对其加以解决。
二、地基与基础设计过程中存在的问题
1、柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中,地下室底板设计中,容易忽视因建筑物沉降所引起的附加应力的影响。因为实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下,将会一起发生沉降变形,共同受力,如未考虑因此产生的附加应力,对底板而言是偏于不安全的,有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。尤其对于采用天然地基的情况时,其影响则更为显著。对于总沉降量较小的工程,可考虑在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施,当然,是否采用,还要综合考虑其他因素。另外,对于地下水位季节性变化较大的地区,应考虑高低两种不同水位对地下室底板的不同影响,求出包络图,再做配筋设计。
2、对于有地下室的建筑,当地下水位较高时,在室外地坪之下的结构部分,外轮廓形状应尽量简洁,这样有利于建筑防水的施工。尤其对于柱下承台的形式,更为明显。此时,由于柱下承台的影响,基槽地模形状很复杂,有很多的阴阳角和放坡,即加大了防水施工的难度,有加长了施工时间,都不利于保证质量,并且还增加工程造价。对于这种情况下,我建议大家考虑反承台法,即统一地下室底板和承台的下皮标高相同,承台需要加厚部分向上作,然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。这种做法的优点是,基槽地模形状很简单,方便施工,利于施工质量得保证,同时也缩短了施工时间。并且,内部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,减小配筋,这种自相平衡的思路最科学。同时也提高了建筑物的抗倾覆能力。
3、地下室底板和外墙配筋计算时,往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
4、天然地基锥体独立基础设计问题,有的基础设计锥体斜面坡度大于1:3,该锥体部分砼很难振捣密实,现场施工往往是砼自然堆上,采用铲子或抹灰刀拍捣成形,其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础,利于施工,才能更好地保证施工质量。
5、柱下独立基础之间的拉梁,如同时又是首层维护墙的承重梁的时候,不应该再简单地按拉梁进行设计。而且在考虑荷载时,要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。
三、上部结构设计过程中存在的问题
上部结构设计在建筑物上部混凝土结构设计中,使用最多的是框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构以及框支剪力墙结构。由于这些结构中构建量大面广,所以容易出现配筋不足、超配筋等情况,违反了相关条文的规定。
1、框架柱
角柱是指两个方向与框架梁相连的框架住,在计算时要进行自行定义。若忽视这一流程而实际的配筋率又满足计算结果的现象,则会造成配筋率无法满足最小配筋率要求的情况。[3]短柱是指剪跨比不大于2,以及因填充墙设置或楼梯平台梁、雨篷梁的设置形成柱净高与其界面高度之不大于4的框架柱。对于短柱而言,箍筋的间距应小于等于100mm,箍筋体积的配筋率大于1.2%。9度时不应小于1.5%。对于剪跨比不大于2的框架柱,程序能自行判定,要注意不能直接进行强代换,不同强度级别的箍筋均应满足计算结果。超短柱是指剪跨比小于1.5或柱净高与柱截面高度之比小于3的框架柱。设计人员在建筑混土结构设计中,要避免超短柱的出现。若无法避免,则要采取控制轴压比、添加芯柱等措施。
2、框架梁
由于绘图时没有按计算结果将配筋分别原位标注在支座两侧以及跨中配筋与支座配筋之比小于0.3或0.5等原因,很容易造成实际配筋比大于计算结果的情况,从而违反了相关标准,设计人员在设计混凝土结构时,要特别注意避免出现此类情况。
3、连梁
连梁,就是连接两片剪力墙,当遇到中震或大震时,它会首先开裂,起到耗能作用,从而使建筑物保持一定延性的梁,连梁在框架结构设计中尤为重要。在实际设计中,由于重视不够或认识不足等原因,很容易违反标准的情况,导致钢筋配筋率无法满足规定的要求。设计人员在设计时要注意不要盲目地增大它抗弯的能力和连梁上不许搭框架梁,以确保连梁的延性而在地震中不被首先破坏。
4、框支剪力墙
由于转换层在整个框支剪力墙中属于薄弱楼层,所以要按照规定将其地震剪力乘以增大系数。在框支剪力墙的设计中,框支梁、框支柱纵筋的各项系数都应满足有关规定的要求,并且要确保布置均匀,避免出现单肢钢度过大的剪力墙,以至于应力集中,一旦破坏,则会造成严重后果。
结束语:
随着国家的经济发展,人们对住宅建筑也有了更高层次的要求。不但要求质量过关及宽敞明亮符合人类的生存对舒适的要求,更要求审美,绿化,节能,有文化含量等。这迫使加工工艺也变得越来越高科技化,不断创新,不断向着更高级的方向发展,这不仅需要设计人员不断加深对文化内涵的理解并且积累大量丰富的经验,创造出新鲜,愉悦更多人,吸引更多消费者的建筑理念,更要在实际操作中能够过关,质量过硬。
参考文献:
[1]马晓辉.钢筋混凝土结构设计中应注意的几点问题[j].科协论坛(下半月),2007,(10)
【关键词】建筑工程;结构设计;对策
中图分类号:TB482.2 文献标识码:A
0.引言
随着科学技术的高速发展和社会的不断进步,先进的结构设计理念和高科技普及的施工技术在很大程度上推动了建筑行业向更高层次发展,建筑工程的质量直接关系到人民的生命财产问题,本文主要是针对结构设计方面存在的问题进行探讨。建筑行业在发展的过程中又会出现很多问题,其中最为突出的就是在建筑结构中存在的不合理不完善的设计,这些问题往往会从根本上影响建筑的稳定与安全。建筑结构设计的复杂性和综合性是世界公认的,它需要十分扎实的建筑结构设计知识作为基础,再加上丰富的建筑经验才能及时的发现在结构设计过程中出现的问题,并制定出相应的有效的解决方案,提高建筑的安全水平和稳定。
1.建筑结构设计中比较突出的问题
第一、屋面主梁设计钢筋数量不足。在设计行业都有建模分析的重要步骤,而建筑结构设计行业更是如此,但是为了加快建筑结构设计的步伐和减短工程设计的周期,一些设计工作人员在对模型研究分析的时候,将屋顶主梁设计的钢筋有关参数采取完全复制的方法进行上下层屋面的结构设计,这样的设计方法虽然在表面上看不出什么问题,但是与原先设计的结构参数相比配备的钢筋数量有所减少,这久从根本上减低了屋面主梁的强度。如果一旦按照这样部署钢筋的参数实施在实际建筑中就会埋下巨大的安全隐患,混凝土铸造的主梁经过风干会出现相应的收缩,也会因为受热不均产生裂缝[1],当屋面受到强大的冲击时因为钢金数量的不足直接导致主梁断裂,严重威胁人民的生命财产安全。
第二、建筑安全等级较低。2008的汶川大地震为我国建筑行业提出了严峻的挑战,如何在结构设计中为今后的建筑增强安全性和稳定性是摆在所有建筑结构设计师面前的一道难题。有学者进行了相关的研究指出我国现阶段的建筑安全标准处于世界较低水平,由于近几年国内自然环境急剧恶化,应该马上提高我国建筑安全要求等级,这一要求主要沿着建筑抗震方向研究[4]。
第三、建筑纵向结构设计被忽略。有些设计人员在构建结构框架时往往只注重对建筑的横向结构设计,将建筑的纵向结构框架抛之脑后,而在我国对建筑结构设计的规范中明确提出要对横纵两个方向同时进行结构框架设计和参数计算。
第四、对楼板变形程度计算不准确。有调查指出,有一些建筑设计公司用刚工作不久的人员参与建筑的结构设计,他们没有对建筑完整的设计概念也没有相关的工作经验,对结构布置不能够做到完全合理,对楼板的变形考虑也不够全面,因此他们的设计结果虽然满足了理论上的验证却不符合实际情况。
第五、对建筑节能和采暖方面不重视。我国许多建筑结构设计师在工作时考虑的方面和注重的方向比较单一,他们将建筑是否可以完全承受来自某一方向的载荷作为结构设计的唯一目标,一旦满足了这一要求就算是基本完成了该项建筑的结构设计,很少去考虑建筑的节能低耗。建筑节能这一概念其实在我国建筑行业很早就已经流传开来,但是很少有建筑结构设计师将它作为一项设计标准,久而久之也就不在设计考虑的范畴之内了[2]。建筑节能的意义就是在满足居民对舒适度和安全度要求之外尽最大可能的节省建筑材料,而且可以将建筑周围的自然资源在以后的生活中加以利用[3]。建筑结构可以根据该地域的常年风向进行通风设计,当然也要考虑到采集阳光的程度和方向,建筑的墙体可以优先考虑具有保温效果和隔热效果的绿色材料进行建筑施工,但是就目前的现状而言,这些只是作为一些建筑理念在被人们熟知和了解,真正用在实际建筑中的却很少。
2.针对建筑结构设计中突出问题的策略研究
第一、精确屋面梁板的参数计算。在建筑结构设计中经常会出现非常规的梁板设计,比如宽扁梁的设计。结构设计中相关的跨度概念已经不能用于对该类非常规板梁的设计中了,常规的设计标准和参数已经不能满足它在实际中的使用。梁板结构对建筑的整体而言其本质可以看成是在结构的中线上设置了一个刚性支座,这样可以将屋面梁的结构与板的结构视为一个变化的截面板结构,我们知道梁的高度和板厚的数值范围相近,所以在有关扁梁结构参数的计算中可以选取梁高度的中线作为梁的弯矩值。
第二、提高建筑抗震水平的相关标准。我们知道近几年来我国自然灾害与日俱增,而地震造成的灾害最危险中,不但剥夺了人们的财产资源,也对剥夺了许许多多鲜活的生命,因此提高建筑的安全性好稳定性就显得十分重要了。有资料显示现在地球已经进入活跃期,因此对于防范地震的安全意识一刻也不能松懈,在我国那些地震高发的区域要对建筑的安全等级要求更进一步提高,尤其是要加强建筑结构对侧向力冲击的抵抗强度。近几年我国诸多学者对国外的许多建筑结构设计公司进行了长时间的跟踪调查,然后把相关数据带回国内,最后再将我国目前建筑结构设计安全要求的相关参数与世界先进国家进行对比之后发现,国外的要求国内的要求高出很多,因此我们不仅要提高建筑结构安全设计的等级还要对相关规范的参数做一些适当的调整和修改。
第三、加强建筑结构抵抗侧向位移的性能。要保证建筑可以在一定程度上抵抗侧向位移最直接的做法就是适当的增大抵抗弯矩结构的宽度,而且根据建筑结构设计的有关公式可以得出在其他条件不变的情况下,建筑的侧向位移与结构宽度增大三次方成反比关系,但是结构加宽的部分不能处于独立的结构,一定要与建筑的整体结构向融合。
结束语
根据本文提出的在建筑结构设计中出现的问题和相应的策略,我们发现在国内的建筑结构设计中,往往会因为一些小的因素和问题导致结构设计不合理,在本质上就已经影响了建筑的稳定性和安全性,因此为了国民的生命和财产安全,有关职能部门要做到尽职尽责,切实以人民的利益为中心,应该加强也必须加强建筑结构设计行业的相关参数、抗震等级、抗侧向位移的能力,不能再按照传统的建筑观念一味的追求舒适和美观和简约,住房安全关系到社会的稳定与繁荣,要提高全民的建筑安全意识,这对我国建设和谐社会有着非常重要的意义。
【参考文献】
[1]张秋荣,宋佳.建筑结构设计的常见问题浅析[J].科技与技术,2013.
关键词:房屋建筑;结构设计;常见问题
中图分类号:TU2文献标识码: A
一、结构设计应该遵循的基本原则
对于整个建筑物来说,其具有的建筑结构构件的种类是繁多的,不同的构件在建筑物中发挥着自己的作用,也有多个构件协调作用的,按照建筑物构件的作用程度的轻重选择合适的构件;在大多数建筑物的设计中都运用到层层设置的原则,尤其是建筑物的安全结构设计,在发生危险事故的时候人们可以通过多层建筑结构来抵抗风险,增强建筑物的安全性;要想使得建筑物的结构设计更科学,必须在建筑结构设计中遵循优劣互补的原则,太钢的建筑结构变形能力差,这类材料做建筑材料的承重能力低下,容易被摧毁。太柔的建筑结构虽具备良好的承受能力,但变形过大对建筑物的造型和结构来说也是不可取的,只有对建筑材料的优劣性能进行互补才能制造出适用的建筑材料。
二、房屋建筑结构设计中的常见问题
1、地基与基础设计问题
施工之前只对地面以上建筑结构进行详细设计,对于地基的处理只是凭借经验进行。任何房屋建筑在进行施工之前都要进行地基处理,但是真能做到正确的进行地基处理的很少,一般都是根据周边房屋建筑时对地基的处理方法或者建筑公司常用的对地基处理方法进行地基处理。这样的经验处理方法危害很大,因为不同的建筑,对地基处理的要求不同,并且不同的地方,地质不同,处理方法就更不相同。所以在进行建筑之前,应对施工现场的地质进行详细勘测,综合多方面的资料,详细进行分析,最后在地基设计完成之后再进行地面以上建筑设计。
很多设计者对地基换土垫层的重要性认识不足,凭经验处理。设计者都明白在地基设计时要注意地基承载力,所以一般在地基挖掘一定深度后铺垫砂石,加强承载力,但期间未对砂石层的宽度、厚度以及铺垫砂石层的深度进行确定,这样做既不安全也不经济。
2、楼板设计问题
楼板是建筑中主要的承重构件,通过将楼板桥接在承重墙之间,楼板就可以将建筑压力通过板面传送给承重墙、柱,增加房屋的坚固程度和建筑强度,所以不合理的楼板设计会造成严重的后果,这是必须重视的。楼板设计中出现的问题主要有:楼板需要桥接在不同的承重墙之间,但是现实施工中往往将普通墙壁当作承重墙使用,搭载楼板。楼板能承受的压力是一定的,承载楼板的墙壁承重能力也是有限的,承重墙是专门为搭载楼板设计的,而普通墙壁只是设计美观、方便用的,承重能力很差,如果将其和承重墙混用,均布载荷进行配筋设计,很容易使普通墙壁处开裂,墙壁上方的楼板断裂。其次,设计时根据经验对楼板承重进行判断,并且为了计算方便将双向板当作单向板进行设计,这种假设的楼板承重和实际情况存在很大的差别,因为单向板和双向板没有混用的可能,造成楼板一段承重很大,另外一段很小,很可能造成楼板断裂。
3、楼层平面刚度的问题
一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置、缺乏必要措施时,采用楼板变形的计算程序。结构设计存在着结构不安全或者某些部位或构件安全储备过大等现象为了使程序的计算结果基本上能反映结构的真实受力状况,而导致出现根本性的误差,设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点首先应在建筑设计方案阶段就避免采用楼面有变形的平面,比如楼层大开洞外伸翼太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等。其次,要从结构布置和配筋构造上给予保证,对于使用功能确实必需的,或者建筑效果十分优越的建筑设计,如果其平面无法完全符合刚性楼板的假定,那么在结构设计时,可以通过增设连续梁板、洞口边加设暗梁边梁、提高连系梁板或暗梁边梁的配筋量、采用斜向配筋或双层配筋形式等方法,尽量满足刚性楼板的基本假设,或者弥补由于不是绝对的刚性楼板假定而产生的计算“误差”。
4、连续梁按单梁设计问题
连续梁设计的主要问题是设计者将连续梁按单梁进行设计。这种情况常常发生在房屋的阳台边梁设计上。房屋阳台边梁所承受重力、负荷较小,设计者抓住这一点在进行设计时便将连续梁按照单梁在图纸上进行设计,省时省力,但是这样做的直接后果将是建筑施工时在梁的支座处上部配置的负筋量将远远小于连续梁的状况。这样做的后果将是梁的支座处受拉区拉力明显增大,经过一段时间支座处受拉区便会出现竖向裂缝,经过发展最后梁上部栏板处也会出现明显的竖向裂缝。如果边梁长度较小,这个问题导致的后果不会非常严重,但是如果边梁很长,自身质量很大,再加上外界应力,那么问题将会越来越严重。并且阳台边梁多数直接暴露在室外,会经历四季环境变迁,受到风吹日晒,温度变化较大,对梁的收缩性能要求较高。当连续梁按照单梁设计以后,温度发生变化时梁体进行伸缩,但是由于是单梁连接,其伸缩受到另外一个单梁的约束,伸缩范围有限,同时在一定范围内也会受到挑梁的约束,从而在梁体产生伸缩应力,该应力将直接作用于梁上已经有裂缝或者梁体脆弱处,致使梁的整个支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通,梁体的刚性降低,成为松散的小支撑块,承重能力严重下降,直接影响使用安全。
5、构造柱设计问题
构造柱在砖混结构建筑中起着重要的作用,不仅能够提高墙壁的抗剪能力,同时与圈梁的连接结构使得墙体裂缝不能进一步展开,维持了纵向承载力,使建筑具有较好的抗震功能。构造柱虽然有承重作用,作用巨大,但构造柱不是承重柱,不能将其当作承重柱用,现实中很多设计都违背了这一原则。构造柱当做承重柱以后,不但不能起到防震作用,反而会成为地震时房屋损毁的罪魁祸首。因为当作承重柱后,构造柱提前受力,降低了应有的对建筑物各结构的拉结和约束总用,一旦遭受地震,首先会产生应力集中,很容易损坏。
6、承重柱截面高度设计问题
有些工程受到建筑尺寸限制或考虑美观,避免墙体表面出壳过大,把柱截面高度设计过小,使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱的约束弯矩,加之以柱截面的配筋较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子与梁底相交处附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。这样在正常使用情况下,柱子已开始带铰工作,这不但影响了房屋的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一经遭遇地震作用时,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
结束语
房屋建筑对于我们每个人而言都很重要,现代都市生活中,人们大部分时间都在房屋建筑物中渡过,所以房屋建筑物不仅要舒适,美观,更重要的是安全和使用寿命。在房屋建筑建设的过程中,对于房屋建筑结构的设计十分重要,这是一份比较繁琐但责任巨大的工作,只有认真考虑并设计各个环节,如地基、构造柱、承重柱、挑梁、楼板等,才能做出一个安全性高,功能性全的设计方案,进而建设出符合人们居住和工作需求的良好建筑,推动城市化进程,促进我国经济的发展。
参考文献
[1]查全平.浅谈房屋结构设计以及应注意的几个问题[J].广东科技,2006(l0)
关键词:钢筋混凝土;结构设计;常见问题
Abstract:High rise building with rapid development in China, the reinforced concrete material with its rugged durability, obtain raw material locally, can be molded and has become the modern construction in the most widely used one of the building materials. The design of reinforced concrete structures in the common problem undertook an analysis, for reference.
Key words:Reinforced concrete; structure design; common problems
中图分类号:TU375文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012
改革开放以来,随着建筑技术的发展,高层建筑呈日益增多的发展趋势,如何满足工程建设的需要,总结出一套适应我国国情,简便准确高效的高层建筑施工技术理论体系,便成为在施工技术中需要解决的现实课题。钢筋混凝土作为结构材料在工业文明的潮流下广泛得到应用,并且因为其本身的材料特性优于其他结构材料而在房屋建筑和土木工程中也得到空前的应用和发展,而后相继在材料、设计方法、制作工艺、施工技术等方面也大显身手。目前,随着我国经济的飞速发展,城市面貌日新月异,一栋栋高楼大厦拔地而起。
一、地基与基础设计过程中的问题
1.1 地下室底板和外墙配筋计算时, 往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
1.2 天然地基锥体独立基础设计问题, 有的基础设计锥体斜面坡度大于 1:3,该锥体部分砼很难振捣密实,现场施工往往是砼自然堆上,采用铲子或抹灰刀拍捣成形,其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础,利于施工,才能更好地保证施工质量。
1.3 柱下独立基础之间的拉梁, 如同时又是首层维护墙的承重梁的时候,不应该再简单地按拉梁进行设计。而且在考虑荷载时,要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。
1.4 现在不论是在城市建筑中还是农村建筑中基本都会有地下室,而在地下室的设计问题上容易让设计者们忽略随着时间的增长楼体下沉所引起的附加应力对地下室的影响,特别是柱下独立基础带梁板式的地下室的地板设计。在实际生活中地下室的地板以及柱下独立基础一旦受到整个楼体的负荷作用就会出现变形下沉。在地下室的设计中如果没有考虑到楼体的下沉问题,那么一旦发生下沉就有可能造成地下室地板因不能承受如此大的压力而开裂。特别是那种采用天然地基的建筑物,影响将更大。对于那些不会产生太多下沉量的工程可以采用在地板和受力层之间采用褥垫处理。
1.5 在建筑物地下室的设计中还应考虑到地下水位的问题,地下水位的上涨并不是人为可以控制的,此现象的发生对于地下室甚至整个楼体都会有一定的影响。所以在设计的过程中对于室外地坪之下的部分,外部的轮廓应尽量的简洁,这样有利于进行建筑的防水工作。 特别是柱下承台的形式。地下室的柱下承台会使基槽地模的形状变的复杂形成很多的阴阳角,就会造成防水工作的施工难度,延长施工时间,质量无法保证的同时工程造价也会相应的增加。此时,我建议大家可以使用反承台法,具体做法是地下室地板应与承台下皮标高相等。在地下室的内部做覆土。这样会使基槽地膜形状简单,有利于保证施工质量,减少了施工时间。覆土的重量会平衡掉地板上的水浮力。
二、上部结构设计过程中的问题
2.1 框剪结构,剪力墙的布置要均匀,不要出现单肢刚度过大的剪力墙,以免应力过于集中,一旦破坏,将构成严重影响。而且与之相关联的基础,连梁等构件的设计难度都会加大。刚度较大的第一级别的剪力墙(同一级别的剪力墙是指刚度相近,比值小于 2 时的墙肢),其墙肢数不应少于4肢。另外,当遇到中震时,我们应考虑第一级别的剪力墙进入塑性后,还应有小级别的剪力墙来维持建筑物变形不致过大,产生次生灾害。这就是多道设防的概念。但当遇到大震时,小级别的剪力墙也进入塑性阶段后,建筑物基本已经破坏了。此时,我们应该通过我们的设计有选择地让梁破坏,从而保证柱子的完整性,来保证建筑不倒,或缓倒,以争取时间,减少人员的伤亡。这就是我们说的延性设计。
2.2 框剪结构的连梁设计很重要,但我们看到,目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够,有的是应为认识不足。现在我把我在这方面的经验简单介绍一下。首先,什么是连梁呢?简单的说,就是那些连接两片剪力墙,一旦遇见地震等灾害,建筑晃动时首先受力的是剪力墙,它分担大部分的力量,通过自身的损伤来达到承重,保护其他部件的目的。达到这些要求的,设计者才会将其规划做连梁使用。依据它的这些优点,要特别注意几点:
2.2.1 不应该以增加刚性为全部目的,否则会引起另一个问题—弹性不够。弹性不够产生的危害是缓冲不到位,一旦遇到寸劲之类的力量无法及时回旋,将周围的部件震裂。
2.2.2 我国现行结构规范中规定,连梁上不许搭框架梁。这句话说得不严谨,更准确的定义应该是,不准搭重要的竖向承重构件。因为设计连梁会在遇到中震或大震时,首先开裂,所以它的抗剪能力也会急剧下降, 如果此时它还承受着很大的竖向荷载,就会引起连锁破坏。
2.3 “强柱弱梁,强剪弱弯,强大节点”,是我们钢筋混凝土结构延性设计的基本原则。但在震害调查中发现,我们设计的“强柱弱梁”的延性破坏机制有时难以实现,这是因为我国的 《建筑抗震设计规范》 对一、二、三级框架节点的“强柱弱梁”设计有以下要求∑Mc=η∑Mb,∑Mc- 节点上下柱端同向弯矩之和,∑Mc- 节点左右梁端同向弯矩之和,η- 柱弯矩增大系数,7 度区的多层框架抗震等级为三级η=1.1,但这仅针对于小震弹性设计;当建筑遭受“中震、大震”时,由于地震作用,框架梁、柱的弯矩增大很多,而框架梁端弯矩为竖向荷载和地震作用产生的弯矩之和,其增大比例相对柱要小很多,由于钢筋的超强效应过大,因而造成框架节点处梁受弯承载力大于相对应柱正截面承载力而出现柱铰。
2.4 在悬挑的挑梁的端头,应设置构造柱,把每层的挑梁联系起来,并按受拉构件要求,设计构造柱。通过这种方法改善了挑梁会弯曲变形的状况。如果只有部分材料承受过重的压力, 即使是不平均受力的情况出现,也会被分摊到各处。总整体提高了稳定结构。此外能够对围护墙形成控制。起到保持形状的模具作用。
2.5 关于若干关于结构上的具体问题。应特别关注。如对于不同的地理环境,天气条件需要对混凝土部件的厚薄大小做出调整。框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,箍筋直径应按要求增大 2mm;框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值偏小;框架梁高小于400时加密区箍筋间距偏大(如采用 @100,小于梁高的四分之一);框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2.5%;此多种问题的正确处理保证了大体工作得以通畅执行。从小的问题严格把握来确保大问题准确无误的进行,所以应严肃考虑进去。
三、结束语
随着国家的经济发展,人们对住宅建筑也有了更高层次的要求。不但要求质量过关及宽敞明亮符合人类的生存对舒适的要求,更要求审美,绿化,节能,有文化含量等。这迫使加工工艺也变得越来越高科技化,不断创新,不断向着更高级的方向发展,这需要设计人员不断加深对文化内涵的理解并且积累大量丰富的经验,但不因循守旧,创造出新鲜,愉悦更多人,吸引更多消费者的建筑理念。更要在实际操作中能够过关,质量过硬,目前来说,保证工程坚固程度的一项技艺是“钢筋混凝土”,本文作者希望通过自己多年来的经验将这一技艺细化分解说明,使更多人能够了解其中的道理,为建筑事业做出理论贡献。
参考文献
关键词:建筑工程;结构设计;问题;对策
1 基础设计中常见的问题
1.1 单桩承载力取值出现偏差或缺乏计算依据
(1)因成桩工艺不同,地基土对不同桩型的支承能力是不同的,即按规范经验公式计算单桩竖向承载力时,对于不同的桩型,各土层的极限侧阻力和极限端阻力是不同的。有的工程地质勘察报告仅提供了计算打入式预制桩的单桩承载力设计参数,而设计采用钻孔灌注桩,并直接引用地质报告中的设计参数,使计算的单桩承载力出现偏差。
(2)某些工程场地原为河道或地势较低,上部土层为松散的新近填土,桩基设计时直接按经验公式计算单桩承载力或直接采用试桩提供的承载力数值,没有考虑上部未固结(或欠固结)土层在固结沉降过程中可能引起的桩侧负摩阻力的影响。
(3)验算桩身承载力时,没有考虑施工工艺系数ψc。或桩身压曲的影响;对抗拔桩,仅计算桩身承载力,没有进行桩身抗裂验算。
(4)有地下室时,在按静载试验确定单桩承载力时,没有扣除地下室深度范围内的桩侧摩阻力,由于基坑开挖后暴露时间不宜过长,试桩一般都在基坑开挖前进行,基坑开挖后,地下室深度范围内的桩侧摩阻力己不再存在。
(5)桩端以下存在软弱下卧层时,常忽略软弱下卧层承载力和桩基沉降验算;也有的工程桩端以下硬持力层的厚度过薄,小于《建筑桩基技术规范(JGJ94-94)规定的不宜小于4d(d为桩径)的要求,且持力层以下存在很厚的软弱下卧层,而在单桩承载力取值时又没有充分考虑这一因素,使房屋的安全和使用存在隐患。
1.2 桩间距过小
桩间距过小,不满足规范对桩的最小中心距的规定。特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被设计人员忽视,直接影响试桩结果的正确性。
1.3 桩身钢筋笼长度不足
对挤土灌注桩,桩身钢筋笼长度没有穿越软弱土层的层底深度,不满足桩基规范((JGJ94-94)第4.1.1.2条“对于沉管灌注桩,配筋长度不应小于软弱土层层底深度”的规定,这也是工程设计中常见的问题。
1.4 承重砖基础采用多孔砖砌筑
根据多孔砖墙体结构构造,地面以下或室内防潮层以下的基础不得采用多孔砖砌筑。
2 钢筋混凝土结构系统的选择、布置和结构存在的问题
2.1 房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值
现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。审查中发现某些高层建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规定限值,个别高层建筑房屋高度和高宽比均超出规定限值,且既无可靠的设计依据。在抗震设防区也没有采取有效的抗震加强措施,给结构抗震带来一定的隐患。根据建设部第59号令,对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑,应按超限高层建筑进行设计,并按有关规定进行抗震设计专项审查。
另外还有一点常被设计人员所忽视的是,房屋适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外,尚与场地类别和结构是否规则等因素有关,当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时,其最大适用高度应适当降低(一般降低20%)。如某高层建筑32层,高115.8m,部分框支剪力墙结构(底部2层为框支),6度设防,Ⅳ类场地,根据规范其适用高度为120m,但由于建于Ⅳ类场地,其最大适用高度应适当降低(若按降低20%考虑,应为96m),故该高层建筑需按超限高层建筑考虑。
2.2 结构布置不合理,体型不规则
结构的合理布置(使结构尽可能“规则”),是抗震概念设计中的十分重要的环节,这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。由于引起结构不规则的因素太多,特别是对于复杂的建筑体型,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围。
由于缺乏规范依据及相应的设计规定,加之对结构抗震概念设计缺乏应有的了解,有些设计人员往往对结构规则性难以把握,有时甚至听从业主和建筑师的要求,在实际工程中出现了不少规则性很差、对结构抗震十分不利的高层建筑。这里仅举几个例子:
(1)平面凹凸不规则。这是最常见的一种情况。
(2)平面扭转不规则问题。如框架-剪力墙结构中,纵横剪力墙布置过分集中或仅布置在房屋的一端,使结构刚度中心严重偏离质量中心。有时甚至是结构整体计算的第一振型为扭转振型。
(3)高位转换问题。如某高层建筑采用框支抗震墙结构,高度约160m,Ⅳ类场地,6度设防,不仅房屋高度大大超过其最大适用高度,且在第6~7层处设置了厚板转换层,框支层数达到6层。框支抗震墙属抗震不利的结构体系,新修编的抗震规范,对此类结构的抗震措施仅限于框支层不超过两层。
(4)楼层错层问题。高层建筑中带有较大范围的错层,使楼层的楼板不连续,对结构抗震十分不利。
(5)高层建筑带有明显薄弱层,又没有采取有效的抗震加强措施。
(6)高层建筑结构中,同时采用两种以上的复杂结构。诸如带转换层结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等,均属于复杂结构形式,根据抗震对高层建筑规则性的要求,高层结构不宜同时采用两种以上的复杂结构。
(7)同一结构单元中采用两种不同的结构体系。如某多层框架结构,电梯井及两端山墙部位局部采用砖墙承重。
(8)高层建筑楼板(特别是首层和转换层楼板)开洞过多过大,有的楼板开洞率甚至超过了30%。
在工程设计中应尽量避免采用不规则的结构,不应采用严重不规则的结构。在设计不规则结构时,应采用符合结构实际受力状态的力学模型进行计算分析,并采取有效的抗震加强措施。新修编的建筑抗震设计规范,参考了美国UBC和欧洲规范8的做法,对规则与不规则作了一些定量的划分,并规定了相应的设计计算要求。如将楼层最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移平均值的比值大于1.2时定义为平面扭转不规则结构,并规定上述比值不宜大于1.5;对超过梁高的错层,规定应按楼板开洞对待,错层面积较大时,应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型;对竖向不规则结构,规定薄弱地震剪力及某些水平转换构件的地震内力应乘以不同的增大系数,等等。
2.3 板-柱结构设计中存在的问题
板-柱结构的节点连接非常薄弱,不利于抗震,1988年的墨西哥地震充分说明了这一点。过去由于抗震规范和高规均没有对板-柱结构作出相应的设计规定,使设计人员在板-柱结构的设计中带有一定的随意性和盲目性。
2.4 异形柱结构设计中存在的问题
近年来,在我省的住宅建设中,特别是高层或小高层住宅,有些采用了异形柱结构。由于缺少相应的设计依据和规定,目前在异形柱结构设计中存在的问题很多,也比较突出,主要表现在异形柱结构房屋的高度超高、体型不规则、结构布置不合理、抗震构造措施不当等方面。
应当说,目前国内对异形柱的受剪承载力、节点承载力和结构延性等方面的试验研究还不多,对异形柱结构抗震性能的认识还不够充分。在这种情况下,设计异形柱结构时,对房屋高度、结构规则性及抗震措施等方面宜从严掌握。
2.5 结构缝设置不合理,缝宽度不足
对于超长建筑物,为减少温度变化对结构的不利影响,合理地设置伸缩缝是必要的。有些设计人员提出用后浇带代替伸缩缝,笔者认为此种做法并不一定妥当。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响,不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后,若结构再受温度变化的影响,后浇带就不能再起任何作用了。对于不能或不便设置温度伸缩缝的超长结构,除留设施工后浇带外,还应采取其它构造加强措施,如加强顶层屋面的保温隔热措施,对受温度变化影响较大的部位适当配置直径较小、间距较密的温度筋,或采用预应力混凝土结构等。
地下室结构宜尽量不设缝。有些设计人员常在高层建筑地下室与裙房地下室之间设置沉降缝,这虽可解决两者间的差异沉降问题,但地下室设缝会带来一系列的同题,如地下室底板和外墙在沉降缝处的节点处理非常复杂,施工困难,易出现渗漏水等质量问题,另外还常会导致高层部分的基础有效埋深不足。因此,笔者认为对地下室结构宜尽量不设缝,而采取其它技术措施来解决差异沉降问题,如采用桩基,使绝对沉降和差异沉降控制在允许范围内,或在主裙楼之间留设施工后浇带,待主楼封顶后再连成整体。地下室埋于土中,建成后受温度变化的影响相对较小,因此对长度较长的地下室可采取留设后浇带、采用补偿收缩混凝土、局部提高配筋率等措施来解决混凝土干缩和温度应力的影响。
地下室底板和外墙的混凝土强度等级不宜太高。目前普遍采用商品混凝土,一般来说,混凝土强度等级越高,水泥用量越大,混凝土的收缩量也越大。
对需要抗震设防的建筑,其伸缩缝、沉降缝的宽度均应符合防震缝宽度的要求。
3 结语
房屋结构施工图设计中存在的问题是多种多样的,本文仅列出了某些带有普遍性的常见问题,希望对结构工程师具有一定的借鉴和参考作用。文中如有不当之处,望各位同行指正。
参考文献
[1]陈嘉俊.论多层框架房屋结构设计中的几个要点[M].成都:四川建材出版社,2007(2).
[2]陆歆弘,蔡跃.房屋建筑力学与结构基础[M].北京:中国建筑工业出版社,2008(1).
关键词: 混凝土;结构设计;分析
Abstract: Combined with the practical design experience, this paper analyzes the common problems in the reinforced concrete structure design.
Key words: concrete; structure design; analysis
中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
钢筋混凝土作为结构材料在工业文明的潮流下广泛得到应用,并且因为其本身的材料特性优于其他结构材料而在房屋建筑和土木工程中也得到空前的应用和发展,而后相继在材料、设计方法、制作工艺、施工技术等方面也大显身手。目前,随着我国经济的飞速发展,城市面貌日新月异,一栋栋高楼大厦拔地而起。混凝土也已经成为我国工程建设中最主要的结构材料之一。随着我国建筑业的迅猛发展,随之建筑功能的不断丰富,新颖的造型,致使工程设计越来越复杂,但目前的设计周期普遍偏短,也使设计文件中普遍存在某些质量问题,因而在混凝土结构设计过程中,一些影响混凝土质量的问题必须引起工程设计人员的重视。
1 地基与基础设计过程中的问题
1.1 地下室底板和外墙配筋计算时, 往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
1.2 天然地基锥体独立基础设计问题, 有的基础设计锥体斜面坡度大于1:3,该锥体部分砼很难振捣密实,现场施工往往是砼自然堆上,采用铲子或抹灰刀拍捣成形,其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础,利于施工,才能更好地保证施工质量。
1.3 柱下独立基础之间的拉梁, 如同时又是首层维护墙的承重梁的时候,不应该再简单地按拉梁进行设计。而且在考虑荷载时,要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。
1.4 现在不论是在城市建筑中还是农村建筑中基本都会有地下室,而在地下室的设计问题上容易让设计者们忽略随着时间的增长楼体下沉所引起的附加应力对地下室的影响,特别是柱下独立基础带梁板式的地下室的地板设计。在实际生活中地下室的地板以及柱下独立基础一旦受到整个楼体的负荷作用就会出现变形下沉。在地下室的设计中如果没有考虑到楼体的下沉问题,那么一旦发生下沉就有可能造成地下室地板因不能承受如此大的压力而开裂。特别是那种采用天然地基的建筑物,影响将更大。对于那些不会产生太多下沉量的工程可以采用在地板和受力层之间采用褥垫处理。
1.5 在建筑物地下室的设计中还应考虑到地下水位的问题,地下水位的上涨并不是人为可以控制的,此现象的发生对于地下室甚至整个楼体都会有一定的影响。所以在设计的过程中对于室外地坪之下的部分,外部的轮廓应尽量的简洁,这样有利于进行建筑的防水工作。特别是柱下承台的形式。地下室的柱下承台会使基槽地模的形状变的复杂形成很多的阴阳角,就会造成防水工作的施工难度,延长施工时间,质量无法保证的同时工程造价也会相应的增加。此时,我建议大家可以使用反承台法,具体做法是地下室地板应与承台下皮标高相等。在地下室的内部做覆土。这样会使基槽地膜形状简单,有利于保证施工质量,减少了施工时间。覆土的重量会平衡掉地板上的水浮力。
2 上部结构设计过程中的问题
2.1 框剪结构,剪力墙的布置要均匀,不要出现单肢刚度过大的剪力墙,以免应力过于集中,一旦破坏,将构成严重影响。而且,与之相关联的基础,连梁等构件的设计难度都会加大。刚度较大的第一级别的剪力墙 (同一级别的剪力墙是指刚度相近, 比值小于2时的墙肢),其墙肢数不应少于 4 肢。另外,当遇到中震时,我们应考虑第一级别的剪力墙进入塑性后,还应有小级别的剪力墙来维持建筑物变形不致过大,产生次生灾害。这就是多道设防的概念。但当遇到大震时,小级别的剪力墙也进入塑性阶段后,建筑物基本已经破坏了。此时,我们应该通过我们的设计有选择地让梁破坏,从而保证柱子的完整性,来保证建筑不倒,或缓倒,以争取时间,减少人员的伤亡。这就是我们说的延性设计。
2.2 框剪结构的连梁设计很重要,但我们看到,目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够,有的是应为认识不足。现在我把我在这方面的经验简单介绍一下。首先,什么是连梁呢?简单的说,就是那些连接两片剪力墙,一旦遇见地震等灾害,建筑晃动时首先受力的是剪力墙,它分担大部分的力量,通过自身的损伤来达到承重,保护其他部件的目的。达到这些要求的,设计者才会将其规划做连梁使用。依据它的这些优点,要特别注意几点:
2.2.1不应该以增加刚性为全部目的,否则会引起另一个问题——弹性不够。弹性不够产生的危害是缓冲不到位,一旦遇到寸劲之类的力量无法及时回旋,将周围的部件震裂。
2.2.2 我国现行结构规范中规定,连梁上不许搭框架梁。这句话说得不严谨,更准确的定义应该是,不准搭重要的竖向承重构件。因为设计连梁会在遇到中震或大震时,首先开裂,所以它的抗剪能力也会急剧下降,如果此时它还承受着很大的竖向荷载,就会引起连锁破坏。
2.3“强柱弱梁,强剪弱弯,强大节点”,是我们钢筋混凝土结构延性设计的基本原则。但在震害调查中发现,我们设计的“强柱弱梁”的延性破坏机制有时难以实现,这是因为我国的《建筑抗震设计规范》对一、二、三级框架节点的“强柱弱梁”设计有以下要求:∑Mc=η∑Mb,∑Mc-节点上下柱端同向弯矩之和,∑Mc-节点左右梁端同向弯矩之和,η-柱弯矩增大系数,7 度区的多层框架抗震等级为三级η=1.1,但这仅针对于小震弹性设计;当建筑遭受“中震、大震”时,由于地震作用,框架梁、柱的弯矩增大很多,而框架梁端弯矩为竖向荷载和地震作用产生的弯矩之和,其增大比例相对柱要小很多,由于钢筋的超强效应过大,因而造成框架节点处梁受弯承载力大于相对应柱正截面承载力而出现柱铰。
2.4 在悬挑的挑梁的端头,应设置构造柱,把每层的挑梁联系起来,并按受拉构件要求,设计构造柱。通过这种方法改善了挑梁会弯曲变形的状况。如果只有部分材料承受过重的压力,即使是不平均受力的情况出现,也会被分摊到各处。总整体提高了稳定结构。此外能够对围护墙形成控制。起到保持形状的模具作用。
2.5 关于若干关于结构上的具体问题。应特别关注。如对于不同的地理环境,天气条件需要对混凝土部件的厚薄大小做出调整。框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时, 箍筋直径应按要求增大2mm;框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值偏小;框架梁高小于 400 时加密区箍筋间距偏大(如采用 @100,小于梁高的四分之一);框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于 2.5%;此多种问题的正确处理保证了大体工作得以通畅执行。从小的问题严格把握来确保大问题准确无误的进行,所以应严肃考虑进去。
3 结束语
随着国家的经济发展,人们对住宅建筑也有了更高层次的要求。不但要求质量过关及宽敞明亮符合人类的生存对舒适的要求,更要求审美,绿化,节能,有文化含量等。这迫使加工工艺也变得越来越高科技化,不断创新,不断向着更高级的方向发展,这需要设计人员不断加深对文化内涵的理解并且积累大量丰富的经验,但不因循守旧,创造出新鲜,愉悦更多人,吸引更多消费者的建筑理念。更要在实际操作中能够过关,质量过硬,目前来说,保证工程坚固程度的一项技艺是“钢筋混凝土”,本文作者希望通过自己多年来的经验将这一技艺细化分解说明,使更多人能够了解其中的道理,为建筑事业做出理论贡献。
参考文献:
关键词:高层建筑 结构设计 质量问题
高层建筑结构体系的选型通常要遵循一定的原则,它需要考虑到建筑设计、结构设计、建筑施工的要求。只有在结构选型阶段综合考虑了以上各方面因素之后,对建筑结构设计常遇上的问题做好总结和及时防治,才能为以后单体结构的优化设计打下一个良好的基础,才有可能使结构全寿命设计达到一个近似相对最优的满意解。
1、关于强柱弱梁的设计理念
强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏,中震可修,大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆,而梁破坏则仅是某个区域失效,因此柱较之梁破坏的损害更大,当前我们的经济已高速发展.我们设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。其一必须严格控制柱轴压比。我们目前的计算均是基于小震下进行的.如果小震下柱子轴压比过高.则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力,则柱子根本不可能有这点安全储备,在大震即会破坏,那又何谈大震不倒呢?轴压比在任何情况下均不宜超过0.9% .且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理,建议边柱,角柱应适当加强,特别是角柱,建议应全柱加密箍筋.且配筋率不宜小于1%.所有框架柱,不包括小截面柱。建议纵筋均应大于2O,且柱筋品种不宜过多,矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋笔者则建议应配足梁中部筋,而支座筋则可通过调幅让其适当降低,以使地震作用下能形成梁铰机制,防止柱先于梁屈服,使梁端能首先产生塑性铰,保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。
2、悬挑梁的梁高选用过小
一些设计者往往只注意了对梁的强充和倾覆进行验算,而忽略了对梁手挠度的验算。梁高选用过小,引起梁截面的受压区应力过高.在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性徐变。梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁板出现裂缝,裂缝宽度随着挑梁变形的回大而加宽,影响了房屋的正常使用。据观察,这种挑梁的变形发展到后期,梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近上部受拉区常常出现较宽的竖向缝。受支座附近剪弯作用的影响,竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝,此时梁已接近破坏.当为托墙挑梁时.梁过大的挠度引起梁上境况体在梁支座附近出现裂逢。裂缝在梁支座处沿斜向延伸,缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对绌构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小刊.截面的相对受压区高度较大,梁的延性减小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏.失去承载力。
3、基础的设计等级问题
《建筑结构可靠度设计统一标准}(CB50068―2001)第1.0.8条明确了建筑结构的安全等级的划分。《建筑地基基础设计规范))(GB50007―2002)作为国家专业标准文件,仅注明了基础设计安全等级应按国家有关规范规定采用。基础设计规范虽然根据地基复杂程度、建筑物规模和功能等将地基基础分为三个设计等级,但是未能就地基基础的安全等级的划分加以确定,况且,地基基础的设计等级与地基基础的安全等级是完全不同的两个概念。可靠度设计统一标准中有关基础安全等级第1.0.8条的引注2的规定,意味着地基基础的安全等级不完全等同于上部结构的安全等级。笔者认为,地基基础的安全等级不宜低于上部结构的安全等级。
4、盲目追求低的含钢率
近些年来.开发商的项目越来越多,开发商一味追求低的含钢率,有的甚至将含钢率写在设计合同上,给结构设计人员造成很大的压力。设计人员只能想尽一切办法降低含钢率,有的甚至在计算书上做文章.因为一般的审图机构并不会要求查看设计单位的电子文件,而仅要求查看打印出来的计算书.给建筑结构在地震时或非正常偶然因素作用下造成了安全隐患。对于结构的含钢率,应该在保证结构设计,满足国家规范标准的前提下,尽量做到经济。针对不同的结构、不同的地区确定合理的含钢率。不能随便根据某些工程作样本,而不考虑是否与所设计的工程有可比性。
5、现浇楼板板块内出现阳角问题
一提到阳角常会考虑到构造配置放射筋以防止应力集中产生的裂缝。在现浇楼板内的阳角不同于檐口处阳角,如果照檐口处阳角配置放射筋,就会使楼板钢筋拥挤,钢筋放置杂乱,设置暗梁常会取得满意效果.既能抵抗应力集中,控制楼板裂缝的发生发展,又能使楼板钢筋放置简单,楼板底部平整美观。
6、框架结构屋顶构架梁的钢筋配置问题
实际工程中常因建筑立面效果的需要,屋顶设计成构架造型,结构工程师经常被构架梁的钢筋配置不合理而困扰。特别是对不出屋面的小选型.梁高在300mm 以下的小截面构架梁的钢筋配置感到困惑。《混凝土结构设计规范))(GBS0010―2002)第11.3.6条的表11.3:6―2对框架梁端箍筋加密区的构造要求有明确规定.要求箍筋最大间距不大于梁高的1/4,如果构架梁归为框架梁,箍筋间距就应满足上述规定配置要求.结果构架梁加密区箍筋间距为75mm。笔者认为。构架梁在结构分析计算时并未按结构构件进行分析计算.而是作为自承重荷载输入的,按框架粱控制其配筋值得商榷。
7、关于剪力墙结构中的几个问题
短肢剪力墙结构设计中有几个问题值得我们重视。处理不当经常会成为薄弱点。其一是对普通氏墙的界定,高规JGJ3―2002第7.1.2条中规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙,短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙。这就给我们带来一个困惑,高厚比为7.9倍及8.1倍的两种墙受力特性截然不同,由此而引起的配筋亦相差甚远f对四级剪力墙而言.短肢剪力墙在一般部位的配筋率要求大于1.0%,而普通墙则仅要求边缘构件配筋率0I4%,墙身部分配筋率仅为0.2%。)因此笔者在布置长墙时建议控制高厚比大于9,这样就与短肢剪力墙有所区分而不会混淆。其二是关于小墙肢JG.13―2002第7-2.5条规定矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍,因为当墙肢高厚比较小时受力特性是脆性破坏,属抗震不利构件。因此笔者认为在剪力墙结构设计中应尽量避免次类构件的出现,特别是高厚比小于3的小墙肢应不出现,如出现建议一种是按构造柱考虑,不作为抗侧力构件,否则应按框架柱设计,尽量降低轴压比,加强配筋。
8、结构计算应注意的问题
1)避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符,基础底板上多算或少算土重。
2)底框砌体结构验算。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数:底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时,框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的2O%~30% :应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
3)避免楼板计算中方法不正确。连续板计算不能简单地用单向板
计算方法代替:双向板查表汁算时,不能忽略材料泊松比的影响,否则由于跨中弯矩未进行调整,将使计算值偏小。
4)对电算结果的正确性作出有效评价。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算,如何对计算结果进行分析、评价,是一个非常重要的方面。因此必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断,根据其正确与否,决定能否作为施工图设计的依据。
关键词:建筑结构;常见问题;解决措施
引言
建筑结构设计对建筑物的安全性、适用性、经济性以及耐久性都具有非常重要的影响。因此在建筑结构设计中,必须根据国家相关的设计标准,对建筑物结构实施合理的设计。下面,本人结合多年设计经验,就建筑设计常见问题及解决措施,浅谈几点个人看法,仅供同行参考研究。
1什么是建筑结构设计
建筑结构设计简而言之就是用建筑结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。所以结构设计的内容由上可简单概括为:基础的设计、上部结构的设计和细部设计。
2 建筑结构设计中的常见问题
2.1地基与基础设计中的常见问题
要把地基与基础的设计做到合理安全,设计人员就必须在进行地质勘察后方可进行设计。但是目前很多建筑并没有地质勘测报告资料,仅有的只是建设单位的口头数据以及周围建筑物的部分参考资料,设计人员的施工图仅凭盲目取小的地耐力数据进行设计;另外,在采用换土垫层进行软弱地基处理时,设计人员并不进行相关换土垫层的设计,只凭经验处置,忽略了对换土垫层宽度和厚度的计算;另外,设计人员在计算基础负荷时,并没有按照现行设计规范计算荷载值,这样导致设计既不全面,又不安全,也不经济。
2.2悬挑梁设计中的常见问题
在悬挑梁的结构设计中,设计人员往往只验算了悬挑梁的强度和刚度,对其梁挠度却不加重视。悬挑梁的梁高常常因为选用过小,而导致悬挑梁截面的受压相对过高,随着梁挠度的不断增大,悬挑梁截面的受压区也随之发生变形,引起建筑梁板裂缝的出现,裂缝宽度也不断加宽。同时,悬挑梁的截面选用过小也会导致悬挑梁的截面相对受压区高度增加,致使悬挑梁的延性减小,一旦遇到竖向地震发生,极易受到破坏而失去承载力,不利于建筑的整体抗震性能。
2.3 承重柱截面高度设计中的常见问题
一些建筑工程为了方便进行结构受力分析,或者受到建筑尺寸的限制,或者出于建筑美观的考虑,为避免墙体表面出壳过大,常常会把承重柱截面的高度设计过小,并按轴心受压计算,同时,简化梁为铰支梁。这种做法忽略了梁柱间的刚结作用,由于柱截面的配筋很小,一旦受力,必然导致柱顶的抗弯强度不足,导致水平裂缝情况的出现。这样不但影响了房屋的实用性和耐久性,而且一旦遭遇地震影响,建筑就会面临倒塌的危险。
2.4 框架结构设计中的常见问题
在框架结构设计中,纵向框架与横向框架具有同等重要的地位。当前的建筑抗震设计规范中,明确规定要分别计算两个主轴方向的水平地震作用。但是设计人员往往只重视横向框架的设计而忽视纵向框架的设计。部分设计人员在对非抗震设计时将纵向梁按普通连续梁设计,致使无法符合框架对柱节点与纵筋、箍筋的配置要求。同时,梁柱在框架结构的抗震作用中起着决定性的作用,设计人员若考虑不到纵向地震的作用,在实际设计中经常会导致支座负筋、纵筋及箍筋配置均不足情况的出现。必须要在考虑空间作用的同时,大幅度增加纵筋和增大箍筋。
2.5 构造柱设计中的常见问题
在砖混结构中,构造柱与圈梁联结,共同形成对墙体的约束,可以防止墙体裂缝,保证承载力,增强抗震性能。但是在当前砖混结构房屋的设计中,构造柱经常被兼作承重柱使用,使得构造柱提前受力,造成构造柱对墙体的拉结和约束作用降低,而且一旦遭遇地震,在构造柱的位置上必然形成应力集中,首先遭到破坏。这样不但起不到作用,反而成为薄弱部位;另外,通常情况下,构造柱一般不另设基础,构造柱兼作承重柱使用后,一旦柱底基础发生冲切、弯曲或局部承压强度过大就会导致裂缝出现。
2.6屋面梁与配筋设计中的常见问题
主要存在两方面问题:一是屋面梁配筋设计太少。结构建模时, 设计人员图方便,屋面梁直接拷贝下层梁的尺寸。由于屋面梁荷载较小,计算结果配筋不多,这样屋面梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低而裂缝宽度较大。二是受扭屋面梁缺少必要的腰筋。
2.7 楼板设计中的常见问题
楼板在建筑工程中主要承担承重作用,楼板设计中出现的问题必将影响到梁、墙和柱等的安全性能,甚至会存在严重的质量隐患。楼板设计中常见的问题有以下几个方面:一是设计人员在设计时往往简单地将双向板按单向板进行计算,导致计算假定与实际受力不符,导致一方配筋过大,一方配筋不足,致使楼板出现裂缝;二是在民用建筑的楼板设计中,某些设计人员常常错误地将隔墙的总荷载附以该板块的总面积,造成非承重隔墙配筋不足,也导致其它部分的配筋过大,造成隔墙处楼板出现裂缝;三是双向板在两个方向都会产生弯矩,计算时应用两个方向的各自有效高度。但是有的设计者仅仅采取同样的有效高度进行配筋计算,致使双向板的有效高度偏大,配筋降低,导致开明缝现象的出现。
2.8其他方面存在的问题
除以上问题外,在实际设计中还存在施工图结构设计说明过于简单和对桩基工程检测的要求随意性较大等问题。例如:
如有的工程施工图无结构设计说明或对采用的结构类型、是否抗震设防及设防烈度、结构抗震等级、墙体材料、钢筋连接与锚固、沉降观测要求等内容未作任何说明。有些工程不按建筑桩基的安全等级来确定单桩静载荷试验的必要性,不论工程大小,均采用静载试验确定单桩承载力对低应变动力检测桩身完整性的动测桩数量,也常与动测规程中要求的数量不相吻合,随意性较大。
3 解决以上问题的措施
3.1 坚持经济合理的设计原则
在房屋建筑设计中要坚持经济合理原则,根据工程项目实际情况,不过度使用材料,杜绝材料的损失浪费。在有多种可选方案的前提下,优先选择经济合理的方案进行设计施工,不可贪大求全,造成不必要的浪费。
3.2 严格按照设计规范进行设计
综上所列问题,总结归纳起无外乎没有严格按照规范、规程进设计作业。这是工程设计一大忌。设计人员在平时工作中应当认真学习会规范规程规定,熟记其中规则严格按照规则作业 ,杜绝随意,以保障设计合符规范要求,防范质量风险 。
3.3 严格规范日常工作
在施工图说明制作时,要尽可能翔实、明确;在说明的书写和标注上要用语规范准确,位置不可随意;对桩基工程检测的不能随意变更,要严格按照工程实际采用合理的方法,检测合格的数量,做出合符要求的检测结果,以确保质量 。
3.4重视工程资料收集整理工作
工程勘察资料是建筑结构设计的重要依据之一,也是见长结构设计的原始 依据材料,应引起足够的重视。平时要有专人负责相关工程档案材料的收集 、整理、保管工作。制定相应的工作制度,借阅、查阅、核对均应有相关负责人签字方可提供相关资料。并应及时归档,妥善保存,以备查阅。在工程施工完成后,要按照工程档案管理相关规定,与施工档案一起,及时呈报、上交有关档案专业管理部门或机构,切忌擅自销毁、处理。
Abstract: construction engineering quality directly related to people's life and property security, building quality mainly by the design quality and construction quality two aspects to measure. This paper puts forward some in the architectural design of the structure design of the universality of existing problems, and puts forward the prevention and control of the methods to solve these problems, in order to meet the construction, structure harmonious, embody building security, reasonable and economic principles.
Keywords: building structure design; Masonry structure; Seismic structure; Processing measures
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:在实际工作中, 由于种种原因, 结构设计人员容易在砌体结构设计、屋面梁与配筋、楼层平面刚度计算及原则、构造箍筋等环节出现失误。主要问题如下:
一. 砌体结构设计中存在的问题及处理措施
1. 底层框架――剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架――剪力墙结构,上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼,底层为商店,餐厅、邮局等空间房屋,上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑立面造型来增加使用面积,将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上,各层设计有挑梁,但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝,该类挑梁的设计与出现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。
原因是原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算。但实际结构中,悬挑梁上部墙体均为整体砌筑,且下部墙体均兼上层挑梁的底摸,这样挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递。上述挑梁的设计计算与实际工程中受力及传力路线不符是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要原因,解决的办法要么改变计算简图及受力路线,要么注意施工顺序和施工工序。
2. 砌体结构布置方式及抗震分析
(1)横墙承重的结构布置:
一般房屋为矩形平面,其横向刚度远小于纵向刚度, 因此有足够数量的横墙,是提高结构抗震性能的主要途径。由震害可知,墙体多为剪切破坏,因此,为了提高横墙的抗震能力,必须提高其抗剪强度。主要措施是提高材料的强度等级,增加横墙上的轴压力。为此,应尽量使横墙成为承重和隔断合二为一的墙体。
(2)纵横墙共同承重的结构布置。当房间较大时,设有沿进深方向的梁支承于纵墙上,使纵墙承重。楼板沿纵向搁置, 故形成横墙承重,横墙间距不入,一般可满足抗震要求,同时纵墙也因轴压力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置,这种方案实际应用不多。
(3)纵墙承重的结构布置。该种布置方案,横墙间距大、数量小,且轴压力较小,故对抗震不利;纵墙多易引起弯曲破坏,应慎重选用。
(4)混合承重结构布置。这种布置可有多种布置方式,如内框架砌体结构、底层框架砌体结构及局部框架砌体结构等。这种结构体系由两种结构材料弹性模量和动力性能相差很大的两种结构体系组成,因而不是一种良好的抗震结构形式。但因其能满足建筑使用要求,提供较大的使用空间,且结构经济、方便施工,应用较多。总之,选择哪种砌体结构是抗震结构设计中的关键环节,应从抗震的概念设计出发,综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面进行选择。
二. 楼层平面刚度的问题
一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施时,采用楼板变形的计算程序。尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的,但在确定楼板变形程度上却很难做到准确。作为计算的大前提都无法“准确”,就不可能指望其结果会“正确”了。据此进行的结构设计肯定存在着结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不致于出现根本性的误差,设计时应尽可能将楼层设计成刚性楼面。要做到这一点,首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有变形的平面比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺口太深等。其次要从结构布置和配筋构造上给予保证, 对于使用功能确实必需的,或者建筑效果十分优越的建筑设计,如果其平面无法完全符合刚性楼板的假定,那么在结构设计时可以通过增设连系梁板、洞口边加设暗梁边梁、提高连系梁板或暗梁边梁的配筋量、采用斜向配筋或双层配筋形式等方法,尽量满足刚性楼板的基本假设,或者弥补由于不是绝对的刚性楼板假定而产生的计算“误差”。
三. 屋面梁与配筋的问题
1. 屋面梁配筋太少。结构建模时, 设计人员图方便,屋面梁直接拷贝下层梁的尺寸。由于屋面梁荷载较小,计算结果配筋不多,这样屋面梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低而裂缝宽度较大。
2. 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。对于一般的梁,为了保持钥筋骨架的刚度, 同时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝,一般构造措施为梁腹板高度大于450mm时加设腰筋,其间距≤200mm,然后拉筋勾连。对于受扭构件,《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第10.2.5条第二款规定,其纵向受力钢筋的间距不应大于200MM和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁,在结构设计中误等同一般梁,未按受扭构件设计配筋。
基于以上问题,怎样对结构计算中几个重要参数的合理选取是建筑结构设计中应该重点考虑的,笔者从以下三个方面进行说明:
(1)振型数的取值
振型数取多少关系到结构计算结果的精度。对于平面不规则、刚度不均匀的复杂结构,尤其对于多塔结构、大底盘结构,在考虑扭转耦联计算时,很难确定应该取多少个振型来计算地震作用。若振型数取少了,有些高振型的地震作用计算不出来,结构抗震设计不安全;若振型数取得太多,又增加很多计算工作量。一般应遵循以下原则:当不考虑扭转耦联计算时,至少应取3;当振型数多于3时,宜取3的倍数,但不应多于房屋的层数;如层数≤2时,振型数可取2或1,如层数=5层时,振型数可取3,而不能是6;对于不规则的结构,当考虑扭转耦联时,振型数应取≥9,结构层数较多或结构刚度突变较大,振型数应多取,但又不能多于房屋层数的3倍。
(2)周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期。因此算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全,所以对结构的计算周期进行折减是必要的。但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对于砌体填充墙,周期折减可取 0.6~0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取0.9;只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减。周期折减系数不改变结构的自振特性,只改变地震影响系数。
(3)梁跨中正弯矩放大系数