浅析钢筋混凝土结构设计中的常见问题

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一、前言

　　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。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,应该引起我们的重视。在此,作为一个从事结构设计工作十几年的工程技术人员,非常愿意把我在工作中得到的经验和大家一同分享和交流。下面,我就通过“钢筋混凝土结构”--这个我们最常采用的结构形式,在设计过程中,容易忽视的问题,做一个简单介绍,愿和同行商榷。

　　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

　　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、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,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。只有满足了这种情况,才是连梁,或者说我们才有意义把它按连梁进行设计。根据它的特性,我们就应该设计时注意几点,第一,不要盲目地增大它抗弯的能力,否则会使连梁延迟破坏,起不到及时耗能的作用,致使其他重要构件破坏,使结构失去延性。第二,我国现行结构规范中规定,连梁上不许搭框架梁。我觉得这句话说得不严谨,更准确的定义应该是,不准搭重要的竖向承重构件。因为我们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。

　　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。另外,当结构采用现浇板时,结构分析计算时考虑板的作用而加大梁刚度,梁设计配筋时却没有考虑板钢筋的作用,再者设计人员人为加大梁配筋,这对于框架节点无疑是雪上加霜,因而框架结构“弱柱强梁”的破坏形态就产生了。所以,我们在设计时,不要盲目加大框架梁支座处的上部钢筋,但应适当柱子的配筋。

　　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。这样做的优点是,通过构造柱,协调了挑梁的变形,即使出现局部超载的情况,也可以把力传到其他层上,共同承担,从而变相的提高了结构安全度。另外也加大了对外维护墙的约束,防止墙体外闪。

　　5、另外还有一些构造上的细节问题,要多注意。比如如钢筋混凝土构件在不同条件下的钢筋保护层厚度的取值;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%;框架柱全部纵向钢筋的配筋率偏小等等,这些都是我们设计的构件能够正常工作的前提,应予以重视。

　　四、结束语

　　建筑结构设计质量,密切关系到人民生命财产的安全,责任重大。而且结构专业是一个既有深度又有广度的专业,我们必须在工作中,不断地学习、总结,才能有所进步,才能成为一名合格的工程师。这也是我把我在设计过程中的一些认识写出来的原因,希望与同行们一起讨论、共同提高。