結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

【摘要】本文從施工圖審查角度， 提出幾個在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的涉及結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)造價的問題，供設(shè)計人員參考。

【關(guān)鍵詞】 安全質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)造價；多層與高層建筑；框支梁與轉(zhuǎn)換梁；獨立基礎(chǔ)

【Abstract】This text from construction diagram reviewing angle， put forward several in the structure design should attention of involve structure safety quality and economy build the problem of price， provide design personnel reference.

【Key words】 Safety quality；The economy build price；Many layer and key figures building；Frame beam and conversion beam；Independence foundation

1. 概述

在近年來對結(jié)構(gòu)施工圖的審查中，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計中有些問題常常容易被忽略，應(yīng)引起設(shè)計人員注意。這些問題往往又都是對工程影響非常大的問題：有的是直接影響工程的安全質(zhì)量， 有的是影響工程的經(jīng)濟(jì)造價。對于在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的工程項目建設(shè)，隨著人們專業(yè)素質(zhì)的提高，業(yè)主對設(shè)計的要求越來越專業(yè)化， 對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也越來越具體。設(shè)計不僅要美觀、適用、安全，而且要經(jīng)濟(jì)，工程含鋼量甚至直接寫入設(shè)計合同中。因此，優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅為業(yè)主帶來利益，也為設(shè)計者本身提高了信譽。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，重視結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，提高業(yè)務(wù)能力和技術(shù)水平是每一個設(shè)計人員應(yīng)具備的基本素質(zhì)。下面，本人總結(jié)了近年來在結(jié)構(gòu)施工圖審查中發(fā)現(xiàn)的容易被忽略應(yīng)引起注意的幾個問題，供設(shè)計人員參考。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

2.1 多層與高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的區(qū)別。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，多層與高層建筑應(yīng)該是有區(qū)別的， 這個問題設(shè)計人員往往容易忽略。就執(zhí)行和遵守的規(guī)范條文而言，多層建筑應(yīng)執(zhí)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（簡稱抗震規(guī)范），高層建筑應(yīng)執(zhí)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（簡稱高層規(guī)程）。由此，在下面兩方面應(yīng)有所區(qū)別：

2.1.1 在結(jié)構(gòu)體系的選擇上， 多層建筑由于建筑物高度不高，受水平力影響較小，主要承受豎向荷載的影響，宜選擇框架結(jié)構(gòu)體系。對設(shè)計中經(jīng)常遇到的多層住宅、公寓，可根據(jù)建筑平面布置和功能要求，在不影響使用和建筑立面效果的位置布置矩形柱，在其他部位布置隱藏在墻內(nèi)的異形柱，控制異形柱所占柱總數(shù)的比例或異形柱受荷面積比例，使除異形柱的軸壓比、配筋率、構(gòu)造要求按異形柱要求設(shè)計外，結(jié)構(gòu)體系可按普通框架體系設(shè)計。高層建筑由于主要承受水平荷載影響，宜選擇側(cè)向剛度較大、抗側(cè)移性能好的框架——剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)體系。從設(shè)計經(jīng)驗分析， 剪力墻結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟(jì)性較好。對于十二層左右的小高層，可設(shè)少于剪力墻總數(shù)比例40%的短肢墻或短肢墻承受的地震傾覆力矩小于總地震傾覆力矩40%， 結(jié)構(gòu)體系可按普通剪力墻體系設(shè)計，少數(shù)的短肢墻可不執(zhí)行高規(guī)中短肢墻的要求，按普通剪力墻設(shè)計。這樣設(shè)計的多層與高層建筑結(jié)構(gòu)體系方案既滿足建筑功能和使用要求，又靈活運用規(guī)范，安全合理，而且往往還是最經(jīng)濟(jì)的。

2.1.2 在結(jié)構(gòu)計算上，對6度抗震設(shè)防區(qū)，當(dāng)結(jié)構(gòu)平面和豎向為較規(guī)則類型時，多層建筑可不進(jìn)行地震作用計算，僅按《抗震規(guī)范》采取抗震構(gòu)造措施即可。當(dāng)為不規(guī)則類型時才進(jìn)行抗震作用計算，此時不考慮偶然偏心的影響。如計算中不能滿足框架結(jié)構(gòu)層間位移變形限值時，可布置少量縱、橫向剪力墻，但仍應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定框架抗震等級，而計算時應(yīng)按框架——剪力墻結(jié)構(gòu)滿足剪力墻的承載能力和結(jié)構(gòu)整體變形的要求，此時剪力墻抗震等級可為三級， 剪力墻可不設(shè)底部加強(qiáng)區(qū)， 框架宜滿足不計剪力墻時框架承載力要求。高層建筑無論結(jié)構(gòu)平面和豎向是否規(guī)則，均應(yīng)進(jìn)行地震作用計算，應(yīng)考慮偶然偏心的影響，且應(yīng)滿足《高層規(guī)程》中對結(jié)構(gòu)計算與分析的各種指標(biāo)限值的要求。

2.2 框支梁與轉(zhuǎn)換梁的區(qū)別。

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，經(jīng)常會遇到部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的問題。這些不能直接連續(xù)貫通落地的豎向構(gòu)件有的是普通剪力墻，有的是短肢剪力墻或框架柱。兩者的轉(zhuǎn)換構(gòu)件是有很大區(qū)別的，這個問題往往容易被忽略，設(shè)計人員通常均按照《高層規(guī)程》框支梁的要求設(shè)計轉(zhuǎn)換構(gòu)件，造成不必要的浪費，影響工程的經(jīng)濟(jì)造價。

（2）承托普通剪力墻和短肢剪力墻或框架柱的轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力性能是完全不同的，內(nèi)力及配筋計算和構(gòu)造設(shè)計上也有很大的區(qū)別。當(dāng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件是由梁轉(zhuǎn)換時， 承托普通剪力墻的轉(zhuǎn)換構(gòu)件是拉、彎、剪構(gòu)件，也稱為框支梁。在豎向荷載作用下， 轉(zhuǎn)換層上的墻體有拱效應(yīng)，兩支座處豎向應(yīng)力大，同時有水平推向力，中間則會出現(xiàn)拉應(yīng)力?？蛑Я壕拖袷枪暗睦瓧U， 在豎向荷載作用下除有彎矩、剪力外，還有軸向拉力。沿梁全長拉力不均勻，跨中拉力大，支座處減小，有洞口處拉力更小。框支柱除受有彎矩、軸力外，還承受較大的剪力。因此， 框支梁設(shè)計時應(yīng)嚴(yán)格按照《高層規(guī)程》中框支梁的要求，正截面承載力按偏心受拉計算，斜截面承載力按拉、剪計算。梁面應(yīng)有不少于50%的支座負(fù)鋼筋沿梁全長貫通，下部縱向鋼筋應(yīng)全部直通到柱內(nèi)。沿梁高應(yīng)配置間距不大于200mm、直徑不小于16mm的腰筋。加密區(qū)箍筋直徑不小于10mm， 間距不大于100mm。

（3）承托短肢剪力墻或框架柱的轉(zhuǎn)換構(gòu)件是彎、剪構(gòu)件，也稱為轉(zhuǎn)換梁。在豎向荷載作用下，轉(zhuǎn)換梁的受力和普通跨中有集中荷載的框架梁相同，僅僅由于跨度大，跨中又有很大的集中荷載，梁端和跨中的彎矩、剪力都很大，但基本沒有軸向力，柱的剪力較小。因此， 轉(zhuǎn)換梁設(shè)計時應(yīng)按普通框架梁的構(gòu)造要求，正截面承載力按純彎計算， 斜截面承載力按受剪計算。梁面貫通筋根據(jù)抗震等級按框架梁要求設(shè)計， 沿梁高配置的腰筋按框架梁0.1%配筋率計算或適當(dāng)加大，通常沿梁高配置間距不大于200mm、直徑不小于14mm的腰筋。加密區(qū)箍筋根據(jù)抗震等級按框架梁要求設(shè)計，或適當(dāng)加大直徑不小于8mm， 間距不大于100mm。

2.3 柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)是最常用的基礎(chǔ)形式。該基礎(chǔ)設(shè)計中有幾個問題設(shè)計人員很容易忽略而出錯，直接影響工程的安全質(zhì)量。

（1）首先是基礎(chǔ)的抗剪計算。在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（簡稱基礎(chǔ)規(guī)范）中，未對柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)要求進(jìn)行抗剪驗算，只要求驗算柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力。然而，這只是對一般的柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)而言，其抗剪強(qiáng)度一般均能滿足要求。當(dāng)我們設(shè)計落在基巖上的獨立基礎(chǔ)，特別是高層建筑支承在基巖上的獨立基礎(chǔ)時，沒有進(jìn)行抗剪驗算是不合理的。由于此類基礎(chǔ)底面平均壓力較大，應(yīng)進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗算，否則僅由抗沖切驗算確定基礎(chǔ)高度是不安全的?！痘A(chǔ)規(guī)范》8.1.2條注4對此有相應(yīng)規(guī)定： 基礎(chǔ)底面處的平均壓力值超過300KPa的混凝土基礎(chǔ)，尚應(yīng)進(jìn)行抗剪驗算。高層建筑落在基巖上的獨立基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)底處的平均壓力大大超過此值，因此應(yīng)進(jìn)行抗剪驗算。

（2）其次是基礎(chǔ)寬高比的問題。對于柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，設(shè)計人員往往只考慮在較小的埋置深度內(nèi)，將基礎(chǔ)底面擴(kuò)大到所需的面積，以滿足地基承載力的要求，而忽略了對基礎(chǔ)臺階高寬比的要求?；A(chǔ)寬高比或臺階的寬高比大于2.5的基礎(chǔ)直接按《基礎(chǔ)規(guī)范》擴(kuò)展基礎(chǔ)公式進(jìn)行設(shè)計計算的情況經(jīng)常出現(xiàn)。《基礎(chǔ)規(guī)范》8.2.7條對擴(kuò)展基礎(chǔ)底板配筋計算時規(guī)定，對于矩形基礎(chǔ)，當(dāng)臺階的寬高比小于或等于2.5和偏心矩小于或等于1/6基礎(chǔ)寬度時，任意截面的彎矩可按規(guī)范規(guī)定的彎矩公式計算。其本質(zhì)是對地基反力線性分布的要求。當(dāng)基礎(chǔ)臺階的寬高比大于2.5時， 地基反力不再遵循直線分布假定，不能按規(guī)范公式進(jìn)行彎矩計算確定基礎(chǔ)底板配筋，宜按彈性地基板計算。

（3）最后是基礎(chǔ)配筋問題?！痘A(chǔ)規(guī)范》未明確規(guī)定柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)的最小配筋率要求。設(shè)計人員往往只按計算配筋，未進(jìn)行最小配筋率控制。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》9.5.2條規(guī)定：對臥置于地基上的混凝土板，板中受拉鋼筋的最小配筋率可適當(dāng)降低，但不應(yīng)小于0.15%。柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)屬于臥置于地基上的混凝土板， 板中受拉鋼筋的最小配筋率應(yīng)滿足此條要求，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)按階形（或錐形）基礎(chǔ)的實際面積計算其最小配筋梁，并將其配置在基礎(chǔ)的全寬范圍內(nèi)。

3. 小結(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一門經(jīng)驗科學(xué)。注重設(shè)計中存在問題，特別是容易被忽略的問題，掌握結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，是提高設(shè)計質(zhì)量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項重要內(nèi)容，也是對每個設(shè)計人員的基本要求。要適應(yīng)建筑設(shè)計市場需要，為業(yè)主創(chuàng)造一座既滿足建筑使用功能、構(gòu)造功能和形象功能的要求，又安全經(jīng)濟(jì)，且符合地理環(huán)境條件的建筑物，設(shè)計人員必須不斷總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗，提高自己的業(yè)務(wù)能力和技術(shù)水平，使之具備結(jié)構(gòu)設(shè)計概念、經(jīng)驗、悟性、判斷力和創(chuàng)造力。

參考文獻(xiàn)

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[文章編號]1619-2737（2015）09-19-014

[作者簡介]陳孟芝（1961.3-），女，職稱：國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師、高級工程師，工作單位：桂林市建筑設(shè)計研究院一所，總工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作二十六年，1982年7月湖南大學(xué)土木系工民建專業(yè)畢業(yè)。