注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用①

韓　芳, 韓　非

(1.大峘集團(tuán)有限公司, 江蘇 南京　211112； 2.南京軌道交通系統(tǒng)工程有限公司， 江蘇 南京　210019)

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注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用①

韓芳1, 韓非2

(1.大峘集團(tuán)有限公司, 江蘇 南京211112； 2.南京軌道交通系統(tǒng)工程有限公司， 江蘇 南京210019)

介紹了概念設(shè)計(jì)理念是在經(jīng)驗(yàn)和理論結(jié)合的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成的一種新的設(shè)計(jì)方法。

概念設(shè)計(jì); 拉結(jié)成整體；錨固原則；用料高低選擇

引　言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)軟件的普及，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)很多方便快捷的同時(shí)，也造成了設(shè)計(jì)人員對(duì)程序的過(guò)分依靠，往往“重計(jì)算，輕概念” 。這正好印證了瑞士教授斯亭的一句名言：“整天埋頭于資料和結(jié)構(gòu)計(jì)算的人往往把常識(shí)忘掉” 。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該足夠重視概念設(shè)計(jì)，即“概念第一位，計(jì)算第二位”，在把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的大概念和大原則的前提下，結(jié)合計(jì)算數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)規(guī)范做出科學(xué)合理的分析，使得結(jié)構(gòu)方案更加合理，經(jīng)濟(jì)。

1　概念設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)原則及應(yīng)用

1.1拉結(jié)成整體原則

(1)單獨(dú)柱基間宜設(shè)置拉梁，拉梁的實(shí)際作用就是將各單獨(dú)柱基拉結(jié)成一體，以避免個(gè)別獨(dú)立柱基個(gè)體獨(dú)立沉降，導(dǎo)致柱基之間產(chǎn)生沉降差，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次生應(yīng)力，致使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開裂等其他不良影響。設(shè)置了拉梁，某個(gè)柱基沉降就會(huì)通過(guò)拉梁牽涉到相鄰柱基隨之沉降，一方面消除或減少了相鄰柱基間的沉降差，同時(shí)拉梁中的主筋也會(huì)抵抗由于沉降差產(chǎn)生的次生彎矩，當(dāng)然，這就要求拉梁的截面尺寸要足夠大，具備一定剛度，一般拉梁高度至少取跨度的1/20～1/15，否則拉梁的高度過(guò)小，不會(huì)起到有效拉結(jié)構(gòu)件、一起沉降的作用?？蓞⒄諛O端的設(shè)想，企圖用一根細(xì)鋼絲來(lái)拉結(jié)兩個(gè)獨(dú)立柱基，肯定達(dá)不到一起沉降的效果，因?yàn)榧?xì)鋼絲明顯剛度不夠。

(2)當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立柱基距離很遠(yuǎn)時(shí)(超過(guò)8～9 m)，不宜設(shè)置拉梁，因?yàn)榇藭r(shí)拉梁的拉結(jié)作用很小，拉結(jié)意義不大。

(3)加強(qiáng)層屋頂各柱之間同樣要設(shè)置構(gòu)造拉梁，使其形成整體受力。加固改造項(xiàng)目中后作構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件均宜有構(gòu)造拉結(jié)形成整體受力結(jié)構(gòu)。

1.2錨固的構(gòu)造原則

主要涉及到鋼筋錨固中的兩個(gè)重要概念：

(1)鋼筋錨固長(zhǎng)度中水平段的作用是顯著的，彎折后錨固長(zhǎng)度的作用，明顯要大打折扣，有實(shí)驗(yàn)證明，彎折后的錨固效果還不足水平段的70%，也就是說(shuō)，在承受靜力荷載為主的情況下，水平段的粘結(jié)能力起主導(dǎo)作用，國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了這個(gè)結(jié)論。所以鋼筋錨固優(yōu)先采用水平直段，當(dāng)水平直段不足以滿足錨固長(zhǎng)度的規(guī)范要求時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況用彎折錨固補(bǔ)充要求的長(zhǎng)度。這簡(jiǎn)稱為“水平直段優(yōu)先，彎折段為輔助?！?/p>

(2)構(gòu)件內(nèi)的鋼筋錨固盡量在本構(gòu)件內(nèi)部完成，當(dāng)本構(gòu)件錨固確實(shí)不足以滿足錨固長(zhǎng)度的規(guī)范要求時(shí)，再被迫進(jìn)入其他構(gòu)件內(nèi)錨固，以補(bǔ)足長(zhǎng)度要求。

構(gòu)件本身的鋼筋錨固應(yīng)該以內(nèi)部解決為主，如果在其他構(gòu)件中錨固，一方面造成其他構(gòu)件內(nèi)部鋼筋密集，混凝土難澆筑，難振搗，另一方面，和其他構(gòu)件的內(nèi)部鋼筋也會(huì)有位置干涉的可能，所以應(yīng)該盡量避免。

1.3“次要讓位于主要”原則

鋼筋布置在同一位置發(fā)生干涉時(shí)，應(yīng)把握誰(shuí)更重要就優(yōu)先保證誰(shuí)的位置，次要鋼筋讓位于主要鋼筋的原則。工地現(xiàn)場(chǎng)施工中，縱橫交錯(cuò)幾個(gè)方向的鋼筋經(jīng)常出現(xiàn)此類問(wèn)題，等待設(shè)計(jì)人員現(xiàn)場(chǎng)解決。如果沒(méi)有清晰的結(jié)構(gòu)概念，很容易搞反搞暈。這并不是復(fù)雜的計(jì)算難題，只要通過(guò)簡(jiǎn)單定性分析，頭腦中把握住大的結(jié)構(gòu)概念，問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。

例如以下情況：

(1)當(dāng)梁的外側(cè)主筋與柱外皮主筋位置發(fā)生干涉時(shí)，就要判斷梁和柱誰(shuí)對(duì)結(jié)構(gòu)更重要；因?yàn)榱菏菢?gòu)件，而柱是梁的有效支座，顯然支座比構(gòu)件更重要，所以優(yōu)先確保柱外側(cè)主筋位置不動(dòng)，梁主筋讓路于柱主筋，具體做法為梁主筋快到干涉位置點(diǎn)時(shí)，提前向內(nèi)側(cè)做1∶6斜坡繞過(guò)柱主筋后，再做1∶6斜坡回位。

(2)主梁和次梁上鐵也不可避免的會(huì)有位置沖突，過(guò)去相當(dāng)多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師認(rèn)為，次梁上鐵應(yīng)該搭在主梁上鐵之上，仿佛很生動(dòng)的主梁承托次梁一樣，這種做法似乎概念很清晰，其實(shí)是錯(cuò)誤的，因?yàn)闊o(wú)論是主梁上鐵還是次梁上鐵，與混凝土共同工作時(shí)都是受拉的，不存在次梁上鐵壓著主梁上鐵的壓力，或者說(shuō)也不存在主梁上鐵支撐著次梁上鐵承托力，所以這種做法所謂體現(xiàn)了主梁承托次梁的概念就落空了，正確的概念是，因?yàn)橹髁罕却瘟焊匾?，于是主梁上鐵要優(yōu)先保證位置，以使得主梁上鐵的有效高度最大化，所以次梁上鐵要讓位于主梁上鐵，亦為次梁上鐵快到干涉位置點(diǎn)時(shí)，提前向下側(cè)做1∶6斜坡繞過(guò)主梁上鐵后，再做1∶6斜坡回位。

同理，解決板上皮與梁上皮齊平時(shí)，板上鐵快到干涉位置時(shí)，提前向下側(cè)做1∶6斜坡繞過(guò)梁上鐵后，再做1:6斜坡回位。

(3)混凝土剪力墻豎向筋和水平筋的位置問(wèn)題，一般習(xí)慣做法是將水平鋼筋放置在豎向鋼筋外側(cè)，這是有理論依據(jù)的。顧名思義，剪力墻是以抗剪力為目的的混凝土墻，而剪力墻的水平鋼筋類似于柱箍筋的抗剪作用，理所當(dāng)然應(yīng)該放置在豎向鋼筋外側(cè)，以達(dá)到水平抗剪(或抗震)的目的。而用于擋土的混凝土墻，其擋土壓抗彎是問(wèn)題的主要方面，抗剪是次要問(wèn)題，而豎向鋼筋是用于抗彎的鋼筋，它的有效高度越大越有利，所以要優(yōu)先保證豎向鋼筋的外側(cè)位置，于是水平鋼筋退其次，相應(yīng)要放在內(nèi)側(cè)。

1.4強(qiáng)度等級(jí)選擇

關(guān)于在何處采用高強(qiáng)度或低強(qiáng)度材料，在設(shè)計(jì)概念不清楚的時(shí)候，有些保守的設(shè)計(jì)師往往認(rèn)為采用高強(qiáng)度等級(jí)的鋼筋或混凝土肯定比低強(qiáng)度的安全，其實(shí)這種做法實(shí)在過(guò)于籠統(tǒng)，有些情況恰恰與實(shí)際是背道而馳。

比如鋼筋在用作吊鉤時(shí)，不宜用高強(qiáng)度HRB335和HRB400鋼筋，而應(yīng)該用低強(qiáng)度的HPB235級(jí)鋼筋，因?yàn)橐患?jí)鋼延性好，破壞前征兆明顯，預(yù)警性性能好。另外，在設(shè)計(jì)吊鉤時(shí)，施工圖中還須注明，不得采用冷加工鋼筋，其原因也是因?yàn)槔浼庸や摻顝?qiáng)度雖高但延性差，用于吊掛中不合適。

混凝土也非一律用高強(qiáng)度的就有利，比如基礎(chǔ)中就應(yīng)該慎用高強(qiáng)度等級(jí)，因?yàn)楦邚?qiáng)度等級(jí)混凝土水泥含量較多，水化熱較大，很容易造成干縮裂縫，而基礎(chǔ)埋在地下，一旦有裂縫產(chǎn)生，防水和鋼筋腐蝕的問(wèn)題就會(huì)接踵而來(lái)。

2　結(jié)束語(yǔ)

概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與超越，是設(shè)計(jì)思想發(fā)展的必然產(chǎn)物，也會(huì)成為今后設(shè)計(jì)時(shí)期的主流思想。

2015-11-10

TU318