鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需注意的幾個(gè)問題

徐菲

（濰坊市城市建設(shè)開發(fā)有限公司 山東 濰坊 261041）

顧名思義，鋼混結(jié)構(gòu)是用鋼筋和混凝土制成的一種結(jié)構(gòu)。鋼筋承受拉力，混凝土承受壓力。具有堅(jiān)固、耐久、防火性能好、比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材和成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國鋼材產(chǎn)量的不斷提高，鋼混結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展，隨著建筑造型及功能要求日趨多樣化，無論是工業(yè)建筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題也日益增多，需要在遵循各種建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的基礎(chǔ)上，靈活地加以解決。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面應(yīng)注意的問題

1.1 關(guān)于“強(qiáng)剪弱彎”措施。強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構(gòu)件相對(duì)于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。

1.2 關(guān)于強(qiáng)柱弱梁節(jié)點(diǎn)。這是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下，讓梁端形成塑形鉸，柱端處于非彈性工作狀態(tài)，而沒有屈服，但節(jié)點(diǎn)還處于彈性工作階段。強(qiáng)柱弱梁措施的強(qiáng)弱，也就是相對(duì)于梁端截面實(shí)際抗彎能力而言柱端截面抗彎能力增強(qiáng)幅度的大小，是決定由強(qiáng)震引起柱端截面屈服后塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能否不超過其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，而且不致形成“層側(cè)移機(jī)構(gòu)”，從而使柱不被壓潰的關(guān)鍵控制措施。柱強(qiáng)于梁的幅度大小取決于梁端縱筋不可避免的構(gòu)造超配程度的大小，以及結(jié)構(gòu)在梁、柱端塑性鉸逐步形成過程中的塑性內(nèi)力重分布和動(dòng)力特征的相應(yīng)變化。因此，當(dāng)建筑許可時(shí)，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。驗(yàn)算截面承載力時(shí)，人為地將柱的設(shè)計(jì)彎距按強(qiáng)柱弱梁原則調(diào)整放大，加強(qiáng)柱的配筋構(gòu)造。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。

1.3 注意構(gòu)造措施。（1）大跨度柱網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，在樓梯間處的框架柱由于樓梯平臺(tái)梁與其相連，使得樓梯間處的柱可能成為短柱，應(yīng)對(duì)柱箍筋全長加密。這點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中容易被忽視，應(yīng)引起重視。（2）框架結(jié)構(gòu)外立面為帶形窗時(shí)，因設(shè)置連續(xù)的窗過梁，使外框架柱可能成為短柱，應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。（3）框架結(jié)構(gòu)長度略超過規(guī)范限值，建筑功能需要不允許留縫時(shí)，為減少有害裂縫（規(guī)范規(guī)定裂縫寬度小于0.3mm），建議采用補(bǔ)償混凝土澆筑。采用細(xì)而密的雙向配筋，構(gòu)造間距宜小于150mm，對(duì)屋面宜設(shè)置后澆帶，人為使屋面斷開不一起現(xiàn)澆，后澆帶處按構(gòu)造措施宜適當(dāng)加強(qiáng)。

1.4 注意抗震設(shè)計(jì)?？拐鹪O(shè)計(jì)的基點(diǎn)結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)計(jì)的基點(diǎn)是強(qiáng)度和延性。人們現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到可以利用鋼混結(jié)構(gòu)屈服后的非彈性變形來抵抗地震，也就是將強(qiáng)度和延性兩者相結(jié)合來抵抗地震。為保證結(jié)構(gòu)的抗震能力，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言,如果我們給結(jié)構(gòu)設(shè)定較低的承載力水準(zhǔn)，相應(yīng)地就要求結(jié)構(gòu)具有較高的延性水準(zhǔn)；如果我們給結(jié)構(gòu)設(shè)定較高的承載力水準(zhǔn)，則結(jié)構(gòu)需要的延性水準(zhǔn)就可以較低。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算方面應(yīng)注意的問題

2.1 計(jì)算簡圖的處理。結(jié)構(gòu)計(jì)算中，計(jì)算簡圖選取的正確與否，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，其中比較典型的是基礎(chǔ)梁的處理。一般情況下，基礎(chǔ)梁設(shè)置在基礎(chǔ)高度范圍內(nèi)，作為基礎(chǔ)的一部分，此時(shí)結(jié)構(gòu)的底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓板頂面的高度。基礎(chǔ)梁僅考慮承擔(dān)上部墻體荷載，構(gòu)造滿足普通梁的要求即可。當(dāng)按規(guī)范要求需設(shè)置基礎(chǔ)拉梁時(shí)，其斷面和配筋可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，截面高度取柱中心距的1/12～1/18，縱向受力鋼筋取所連接的柱子的最大軸力設(shè)計(jì)值的10%作為拉力來計(jì)算。但是，當(dāng)基礎(chǔ)埋深過大時(shí)，為了減少底層的計(jì)算高度和底層的位移，設(shè)計(jì)者往往在±0.000以下的某個(gè)適當(dāng)位置設(shè)置基礎(chǔ)拉梁。此時(shí)，基礎(chǔ)拉梁應(yīng)作為一層輸入，底層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至基礎(chǔ)拉梁頂面的高度，二層計(jì)算高度應(yīng)取基礎(chǔ)拉梁頂面至一層樓板頂面的高度。拉梁層無樓板，應(yīng)開洞處理，并采用總剛分析方法進(jìn)行計(jì)算。基礎(chǔ)拉梁截面及配筋按實(shí)際計(jì)算結(jié)果采用。若因此造成底層框架柱形成短柱，應(yīng)采取構(gòu)造措施予以加強(qiáng)。另一個(gè)需要注意的是，當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的電梯井道采用鋼混井壁時(shí)（設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免），計(jì)算簡圖一定要按實(shí)際情況輸入，否則頂部框架柱設(shè)計(jì)可能會(huì)不安全。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取。（1）設(shè)計(jì)基本地震加速度值?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.1g和0.15g兩種，抗震設(shè)防烈度為8度時(shí)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值分別為0.2g和 0.3g兩種。計(jì)算中應(yīng)嚴(yán)格注意地震區(qū)的劃分，選取正確的設(shè)計(jì)基本地震加速度值，這項(xiàng)對(duì)地震作用效應(yīng)的影響極大。（2）梁剛度放大系數(shù)。SATWE或TAT等計(jì)算軟件的梁輸入模型均為矩形截面，未考慮因存在樓板形成T型截面而引起的剛度增大，造成結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將梁剛度進(jìn)行放大，放大系數(shù)中梁取2.0、邊梁取1.5為宜。（3）結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，計(jì)算周期大于實(shí)際周期，因此，算出的地震作用效應(yīng)偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行折減是必要的。折減系數(shù)可根據(jù)填充墻的材料及數(shù)量選取0.7～0.9。

3 設(shè)計(jì)構(gòu)造方面應(yīng)注意的問題

3.1 框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋配置應(yīng)滿足要求對(duì)于規(guī)范中規(guī)定的框架柱箍筋加密區(qū)的箍筋最小體積配箍率的要求，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定的“一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10、0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5%，0.4%。”設(shè)計(jì)中經(jīng)常被忽視，尤其是柱軸壓比不大時(shí)，常常不滿足要求。這一規(guī)定是保證節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)延性的重要構(gòu)造措施，應(yīng)嚴(yán)格遵守。

3.2 底層框架柱箍筋加密區(qū)范圍應(yīng)滿足要求《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“底層柱，柱根處箍筋加密區(qū)范圍為不小于柱凈高的1/3”，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)說明。

3.3 框架梁的縱向配筋率應(yīng)注意?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中規(guī)定：“當(dāng)框架梁梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時(shí)，梁箍筋最小直徑的數(shù)值應(yīng)比表6.3.3中規(guī)定的數(shù)值增大2mm?！?/p>

3.4 框架梁上部縱筋端部水平錨固長度應(yīng)滿足要求?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）中規(guī)定：“框架端節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)框架梁上部縱筋水平直線段錨固長度不足時(shí)，應(yīng)伸至柱外邊并向下彎折，彎折前的水平投影長度不應(yīng)小于0.4LaE?！碑?dāng)框架柱截面尺寸小于400×400mm時(shí)，應(yīng)注意梁上部縱筋直徑的選擇，否則這一項(xiàng)要求不容易得到保證。

鋼混框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然相對(duì)簡單，但仍有很多問題需要注意，只有熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，才能設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)適用的建筑工程。

［1］GB50011－2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2010，5.

［2］GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國計(jì)劃出版社出版，2010，8.