土木工程毕业设计的问题研讨

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学生在结构布置时，基本上千篇一律采用横向承重框架。通常房屋横向刚度比纵向刚度弱，采用横向承重框架可以改善横向与纵向刚度相差较大的缺点，纵向联系梁高度较小，因而可将窗户尺寸设计得大些，室内采光通风较好，多层框架结构常采用这种承重方案。但对地质条件不好，结构整体性要求较高、或承受的水平荷载较大、或楼面开有较大开洞口、或当柱网布置为正方形或接近正方形时，应设计成双向承重框架［2］。中国《建筑抗震设计规范》5．1．1条规定:一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担［3］。因此，要求计算抗震的结构也宜设计成双向承重框架。

次梁布置问题

其一，采用横向承重框架，其次梁沿纵、横向布置没有差别。当采用横向承重框架，由于横向框架梁截面尺寸较大，纵向联系梁截面尺寸较小，因此应使主要竖向荷载通过横向框架梁传递给柱，这时一级次梁的布置方向应沿纵向。其二，为节省材料用量，尽量不布置次梁。布置次梁时，梁的混凝土及钢筋用量将增加，但由此减小了楼板的计算跨度，楼板的混凝土及钢筋用量将有效的减少。通常现浇楼板的厚度h=100～120mm，而不做刚度验算的最小板厚为h=(1/30～1/40)l0，因而楼板跨度常取为3．0～4．8m，此时楼板配筋不会很大，也不致于由构造配筋控制。其三，主梁一跨内次梁的根数为1根或2根没有差别。在主梁上内布置次梁，若为1根时，如图2(a)梁A所示，弯矩图为三角形，材料强度只有在跨中点才能得到充分利用;而若为2根时，如图2(b)梁B所示，弯矩图近似为梯形，材料强度在两根次梁之间均能得到充分利用。且在同样荷载总量的情况下，弯矩值还能有效降低，跨中弯矩降低51．5%，支座弯矩降低9．5%，既节省材料用量，又使材料得到充分利用。

截面尺寸初估问题

首先，采用截面较宽的框架梁，如350mm×600mm、400mm×700mm的框架梁。此时应考虑框架梁的高宽比(h/b)一般为2．0～3．5，且框架梁的受弯承载力仅与截面宽度的1次方成比例，但与截面有效高度的平方成比例，增大截面高度比增大截面宽度对受弯承载力的贡献要大得多。其次，确定框架梁、柱截面尺寸时，未能考虑梁、柱线刚度比的限值。当梁、柱的线刚度比相差比较大(ib/ic﹥5)时，框架梁应按铰支于钢筋混凝土柱上的连续梁计算;当梁、柱的线刚度比相差比较小(ib/ic≤5)时，框架梁与框架柱共同形成框架按框架结构计算;况且内力计算时，梁端、柱端的弯矩按线刚度分配，线刚度比值(ib/ic)大，将导致梁端分配到的弯矩值过大，也不符合建筑抗震设计原则之“强柱弱梁”的要求。再次，确定门窗上梁的截面高度时，盲目按跨高比估算，未能考虑与建筑图的协调。估算梁的截面高度时通常区别主、次梁分别按其跨高比进行估算。但在估算门窗上梁的截面高度时，应注意梁底标高不应低于窗顶标高。当梁下墙的高度小于300mm时，可直接把梁的高度加大，以避免另做门窗过梁。然后，梁的截面宽度盲目按高宽比估算，造成施工不便。梁的截面宽度应按高宽比(h/b)进行估算，但同一条轴线上的梁截面宽度不宜变化，以免施工时支模不方便。最后，确定主、次梁截面高度时，未能认真考虑支承的问题。在考虑主、次梁及一、二级次梁截面高度时，应认真考虑其支承的问题。次梁(或二级次梁)支承于主梁(或一级次梁)上，截面高度不应高于后者，以免被支承梁的梁底标高低于支承梁的梁底标高。由于毕业设计多要求人工导荷，当房间内设有十字形交叉梁时，为荷载传递路线清晰，支承梁的截面高度应至少高于被支承梁的截面高度50mm。

结构平面布置图表达问题

结构平面布置图的图名错误。学生上交的结构布置图的图名往往是从一层开始，即“一层结构平面布置图”“二层结构平面布置图”等。对于没有地下室的建筑，第一层的结构布置主要依据建筑图的第二层进行，因此图名应改为“二层结构平面布置图”“三层结构平面布置图”等。但最上一层结构布置的图名，宜采用“顶层结构平面布置图”或“屋面结构平面布置图”，以免给人一种N层楼的建筑物其结构图却有N+1层的错觉。当然，图名也可采用标高的形式，如底层层高为4．2m的建筑，考虑建筑装饰层的厚度为30mm，第二层的结构布置图可用“4．170m结构平面布置图”表示，以此类推。未能区分建筑标高及结构标高。大多数学生没有建筑标高与结构标高的概念，上交的结构平面布置图也基本上采用建筑图上的标高。建筑标高是指建筑物装饰装修层完成后的标高;结构标高是指装饰装修层完成前的标高。中国《建筑结构制图标准》2．0．10条规定:在结构平面图中，构件应采用轮廓线表示，定位轴线应与建筑平面图或总平面图一致，并标注结构标高［4］。因此结构平面布置图上应采用结构标高而非建筑标高。未能区分与建筑平面图尺寸标注的差异。建筑平面上的尺寸有外部和内部尺寸之分:外部尺寸通常有外轮廓的总尺寸、轴线间的距离、各细部的位置及大小等三道尺寸;内部尺寸表示房间净空大小和室内的门窗洞、孔洞、墙厚和固定设施的大小与位置。结构平面布置图上的尺寸主要有:与建筑图一致的轴线尺寸，墙、梁、柱等构件的定位尺寸，次梁的定位尺寸，墙、梁、柱等构件的定形尺寸可采用平面整体表示法表示。

楼板设计问题

楼板计算问题虽然在相关课程设计中已接触过，但是学生仍然存在对部分细节考虑不周及概念不清的问题。

(一)对活荷载折算目的理解不透

楼板计算时对活荷载进行折算的主要目的是减小所取计算简图与实际结构的差异。支承于梁上的多跨连续板选取计算简图时，通常把中间支座视为铰支座，即梁对板的转动无约束作用。而整体式梁板结构中，板、梁是整体浇筑在一起的，梁对板有一定的约束作用。采用计算简图时，在满布的恒荷载作用下，中间支座转动很小，与实际结构基本相符;但在隔跨布置的活荷载作用下，实际结构由于梁的抗扭刚度约束了板在支座处的转动，使实际结构的转角小于计算简图中的转角。计算时通常采用增大恒荷载值，减小活荷载值的方法来解决上述约束作用引起的误差。

(二)对弹、塑性计算理论概念不明确

不论是单向板还是双向板，其内力计算的理论均有弹性理论和塑性理论。按弹性理论计算，结构的某一个截面达到承载能力极限状态，即认为整个结构达到承载能力极限状态;而按塑性理论计算，结构的某一个截面达到承载能力极限状态，将出现一个塑性铰，超静定结构将减少一次超静定，结构还能继续承受荷载，只有当结构出现若干个塑性铰，使结构局部或整体成为几何可变体系时，才认为结构达到承载能力极限状态。按弹、塑性理论计算时，还应区分其计算跨度。

(三)对荷载组合考虑不周全

楼板上的荷载有恒荷载及活荷载，学生做设计时通常仅考虑将恒荷载标准值和活荷载标准值作为楼板荷载组合设计值。但根据《建筑结构荷载规范》3．2．3条:基本组合设计值应考虑由可变荷载效应控制的组合及由永久荷载效应控制的组合［5］。当活荷载标准值不大于4kN/m2时，永久荷载分项系数分别取1．2、1．35，活荷载分项系数取1．4，组合系数除书库、档案库、储藏室、密集柜书库、通风机房及电梯机房外取0．7。当恒荷载标准值与活荷载标准值大于或等于2．8(即gk/qk≥2．8)时，由永久荷载效应控制的组合值要大于或等于由可变荷载效应控制的组合，此时应考虑恒载起控制作用的荷载组合情况。

楼梯设计问题

常用楼梯的结构型式是现浇板式楼梯和现浇梁式楼梯。楼梯虽然与日常生活息息相关，但在计算时仍要注意几个问题。

(一)结构选型时要考虑经济性

由于板式楼梯下表面平整，施工支模较方便，外观较轻巧，因而受到广泛使用，但楼梯结构选型时应考虑经济性能。板式楼梯斜板厚度常为h=100～120mm，而厚度估算公式为h=(1/30～1/25)ln(ln为梯段板水平投影长度)，因而当ln﹥3．0～3．6m时不宜再使用板式楼梯，此时混凝土及钢筋用量较多。

(二)半层高平台梁的支承要考虑周全

学生在做毕业设计时，常使用楼梯间两侧的墙体来支承半层高的平台梁。但框架结构与砌体结构是两种截然不同的结构体系，其抗侧刚度、变形能力等相差很大，将这两种结构在同一建筑物中混合使用，对建筑物的抗震能力产生不利的影响。中国《高层建筑混凝土结构技术规程》6．1．6条(强条):框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重之混合形式;框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重［6］。为此，对需考虑抗震的结构，其楼梯间半层高平台梁的支承不应采用两侧砌体墙来支承，而应考虑以梁上柱来支承。

(三)梯段斜板支座负筋的选配

通常为简化计算均将梯段斜板和平台板分开计算，但实际上梯段斜板和平台梁、板为一个整体结构，梯段斜板、平台板是一个多跨连续板，因此在构造上需考虑它们之间的整体作用，以降低简化计算所带来的误差。因此在斜板两端ln/4范围内应按构造设置承受负弯矩作用的钢筋，其数量可取跨中截面配筋的50%，在平台梁处板钢筋的锚固长度不应小于30d。

结语

结构问题是土木工程专业学生在毕业设计中经常碰到的问题，主要是学生结构概念设计知识贫乏。在指导毕业设计时一定要注意自始自终将结构概念设计思想灌输至学生的设计过程中，以便学生在走向工作岗位之前充分利用毕业设计进行理论应用于实践的最后一次预演，达到学会分析结构问题，尽快熟悉规范，培养良好的工程习惯。（本文作者：罗臻、葛新广 单位：广西工学院土木建筑工程系）