2010-09-26 00:47:01來源:土木工程網(wǎng)收集整理
(5)我國目前的建筑業(yè)隊(duì)伍有3500萬人,其中2000萬來自農(nóng)村,在確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度時(shí),確實(shí)不能不考慮施工隊(duì)伍平均受教育水平低的現(xiàn)狀。對(duì)于設(shè)計(jì)和施工,也不能不考慮難以避免的一定程度的人為差錯(cuò)(human error)。要提高施工質(zhì)量和管理水平,牽涉到人員素質(zhì)和技術(shù)的發(fā)展,需有一個(gè)長期的過程。不能認(rèn)為這些問題完全是施工的而在設(shè)定規(guī)范的安全度水平時(shí)不予理睬。也有專家指出:一些有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員,能夠針對(duì)具體工程和施工的特點(diǎn),需要時(shí)能選用高于規(guī)范規(guī)定的最低要求,可是沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員就不一樣,還要提防故意鉆規(guī)范最低要求空子的。確定規(guī)范的設(shè)計(jì)安全度水平時(shí),應(yīng)該考慮這些現(xiàn)實(shí)。
(6)關(guān)于工程事故與設(shè)計(jì)安全度的關(guān)系,專家們一致認(rèn)為:當(dāng)前頻繁的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所致。有些專家認(rèn)為,國內(nèi)發(fā)生的工程事故與現(xiàn)行規(guī)范的安全度沒有關(guān)系,規(guī)范的安全度是夠的。不過也有專家指出,一些工程事故往往由多種因素綜合造成,施工質(zhì)量差、設(shè)計(jì)有毛病、結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備又偏低,加在一起終于釀成大禍,這類情況不是由于野蠻施工和管理腐敗,較高的安全度總是與較低的失效概率相聯(lián)系,這是客觀規(guī)律;例如鐵路工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較保守,安全度大,施工管理也比較嚴(yán)格,到現(xiàn)在沒有發(fā)生一例倒塌事故。建筑工程安全事故由來已久,只是不象現(xiàn)在這樣可以爆光而已。
3、設(shè)計(jì)要從多個(gè)方面來保證結(jié)構(gòu)的安全性
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是選用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案,其次是結(jié)構(gòu)分析與構(gòu)件和連接的設(shè)計(jì),并取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠指標(biāo)以保證結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)的安全度通常指安全系數(shù)或可靠指標(biāo),實(shí)際上只是對(duì)結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度安全的一種度量,與此相關(guān)的還有荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的取值。影響結(jié)構(gòu)安全性的因素大多,安全度是保證結(jié)構(gòu)安全性的重要方面但不是全部。有些設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)構(gòu)造。結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性、以及從設(shè)計(jì),施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,抗偶然作用和防倒塌能力差;或者計(jì)算圖形和受力路線不明確,造成局部受力過大:或者混凝土強(qiáng)度等級(jí)過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過薄,消弱了結(jié)構(gòu)耐久性;這些都會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性;有的城市橋梁雖然滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求僅用了5-10年就因耐久性出了毛病影響結(jié)構(gòu)安全。結(jié)構(gòu)耐久性不足已成為最現(xiàn)實(shí)的一個(gè)安全問題,設(shè)計(jì)時(shí)要從構(gòu)造、材料等角度采取措施加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性,并要對(duì)施工單位提出具體要求?,F(xiàn)在有這樣的傾向:設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少,重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài),重視新建筑的建造而不重視舊建筑的維護(hù)。設(shè)計(jì)人員不能只套規(guī)范,應(yīng)該根據(jù)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象,不同的環(huán)境和使用條件,發(fā)揮自己的才智和創(chuàng)造性;規(guī)范再詳細(xì)也不能包羅本來應(yīng)由設(shè)計(jì)人員自己去解決的各種問題。此外,不同的結(jié)構(gòu)體系針對(duì)其特點(diǎn)需有特殊的布局與構(gòu)造,例如預(yù)制預(yù)應(yīng)力多孔空心板的樓面結(jié)構(gòu),板端應(yīng)考慮墻的嵌固約束,并配置負(fù)鋼筋以防止端部開裂而造成脆性剪切破壞,可是過去多按簡支設(shè)計(jì)而出現(xiàn)端部裂縫,造成大面積隱患。在新材料。新工藝。新技術(shù)應(yīng)用中,有許多專門技術(shù)需有專業(yè)公司合作配合,如有特殊防腐蝕要求的后張預(yù)應(yīng)力筋或混凝土等。
4、關(guān)于設(shè)計(jì)規(guī)范的操作和管理
國際上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范有二種體制,一種是推薦性的,另一種是強(qiáng)制性的。發(fā)達(dá)國家的規(guī)范多是推薦性的,對(duì)設(shè)計(jì)人員只起幫助指導(dǎo)作用,結(jié)構(gòu)工程千變?nèi)f化,規(guī)范不可能取代設(shè)計(jì)人員所必需的理論知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和判斷,設(shè)計(jì)人員必須自己承擔(dān)設(shè)計(jì)的全部責(zé)任,可以不受推薦性規(guī)范的約束。我國的設(shè)計(jì)規(guī)范則是強(qiáng)制性的,是設(shè)計(jì)人員必須遵守的法律,如有違反,一切責(zé)任由設(shè)計(jì)人自負(fù),而出了事故,設(shè)計(jì)人員也可憑規(guī)范推卸責(zé)任。幾十年來,這種做法已在工程設(shè)計(jì)界深入人心,因而對(duì)規(guī)范的制訂工作也就提出了很高的要求。強(qiáng)制性規(guī)范的不足之處是,不能靈活適應(yīng)設(shè)計(jì)中遇到的各種情況,難以照顧到設(shè)計(jì)者可能遇到的各種特殊問題,而且客觀上不利于發(fā)揮調(diào)動(dòng)甚至限制設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性。強(qiáng)制性規(guī)范的利弊值得仔細(xì)探討。
長期以來,我國規(guī)范由政府部門管理,隨著政府機(jī)構(gòu)精簡和政府功能轉(zhuǎn)變,有人擔(dān)心在規(guī)范管理的力度上會(huì)否削弱。今后可否借助各種學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)的積極性,委托學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)來編制和管理,而政府部門則起批準(zhǔn)監(jiān)督作用。如果將規(guī)范的課題研究,規(guī)范的編制和規(guī)范的批準(zhǔn)分成獨(dú)立的不同層次,是否會(huì)更好一些。在規(guī)范的編訂和管理上,如何能更好地適應(yīng)既是社會(huì)主義。又是市場經(jīng)濟(jì)的體制,有必要作細(xì)致的研究。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)
---------------1.結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量配合建筑要求,建筑是龍頭,建筑布置好比是人的靈魂,而結(jié)構(gòu)就是人的骨干.
2.建筑材料的選定.規(guī)范及其他的一些要求,我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)斟酌選定.
3.最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),不只是用材料最少,而且還要看整體利益,它包括:易施工;力結(jié)構(gòu)布置要盡量齊整,力傳遞直接;結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定且有足夠的剛度,并注意裂縫;耐用.維修少等.
4.構(gòu)件的設(shè)計(jì)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了,而符合經(jīng)濟(jì)范圍亦大.如梁的高度變化,其造價(jià)也隨著變化,梁的造價(jià)與梁高度之間呈曲線關(guān)系,曲線在最小造價(jià)附近是平坦的.
5.整體的穩(wěn)定性.在大多數(shù)情況下,我們都將三維結(jié)構(gòu)簡化為二維結(jié)構(gòu)來分析,這時(shí)候很易忽略第三維的穩(wěn)定性,此時(shí)可以通過加斜桿.節(jié)點(diǎn)固結(jié)或補(bǔ)加強(qiáng)板等來解決.
6.▲電腦分析.現(xiàn)在用電腦來作結(jié)構(gòu)分析已經(jīng)很普及啦,但在應(yīng)用電腦軟件時(shí)要小心,要知道軟件的應(yīng)用范圍及限制條件,如彈性.撓度.剛性板.受壓失穩(wěn)等.我們不能完全依賴電腦,輸入數(shù)據(jù)時(shí)要復(fù)核結(jié)構(gòu)的幾何圖形.荷載.邊界條件等等.輸出結(jié)果時(shí)要復(fù)核平衡條件及邊界條件,要多對(duì)幾個(gè)結(jié)構(gòu)模型變換參數(shù)來復(fù)核結(jié)構(gòu)對(duì)參數(shù)的靈敏度及可靠性.結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際效應(yīng)是有差別的,在作動(dòng)態(tài)運(yùn)算時(shí),結(jié)構(gòu)的模型及假定最為重要,只有經(jīng)過多方面變換參數(shù)及參考有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的方案,才能有效地保證運(yùn)算的合理性.
7.結(jié)構(gòu)概念.首先要注意靜定與超靜定的區(qū)別.如簡支梁(靜定)其內(nèi)力可從力學(xué)平衡而得,它不會(huì)隨支承沉降.梁剛度變化而變化,如果是連續(xù)梁(超靜定)的話,其內(nèi)力會(huì)隨支承沉降.梁剛度變化而變化.對(duì)于許多重要構(gòu)件,如轉(zhuǎn)換梁等應(yīng)盡量用靜定結(jié)構(gòu),使結(jié)構(gòu)內(nèi)力傳遞清晰,以便設(shè)計(jì);其次,要認(rèn)識(shí)分辨主應(yīng)力和次應(yīng)力,如在桁架中,主應(yīng)力為軸力,次應(yīng)力為力矩,在設(shè)計(jì)時(shí)可不必考慮力矩.在一般的梁板結(jié)構(gòu)中,主應(yīng)力是力矩,次應(yīng)力是扭矩等等.
以上說明還有不到之處,望各位同仁補(bǔ)充.謝謝.
---------- 結(jié)構(gòu)工程師的職責(zé)就是在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下力求經(jīng)濟(jì)、美觀,安全是第一位的
------------沒錯(cuò)!我們不能完全依賴電腦,輸入數(shù)據(jù)時(shí)要復(fù)核結(jié)構(gòu)的幾何圖形.荷載.邊界條件等等.輸出結(jié)果時(shí)要復(fù)核平衡條件及邊界條件,要多對(duì)幾個(gè)結(jié)構(gòu)模型變換參數(shù)來復(fù)核結(jié)構(gòu)對(duì)參數(shù)的靈敏度及可靠性.
---------只要造價(jià)不會(huì)增加太大的情況下,還是偏安全一點(diǎn)為好.
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題
這是本人10年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),屬于一家之言,看看也好,別太當(dāng)真。歡迎交流探討指教。
1.關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角問題:
(1).陽角面積在整個(gè)基礎(chǔ)底面積中所占比例極小,干脆砍了。可砍成直角或斜角。
(2).如果底板鋼筋雙向雙排,且在懸挑部分不變,陽角不必加輻射筋,誰見過獨(dú)立基礎(chǔ)加輻射筋的?當(dāng)然加了也無壞處。(獨(dú)立基礎(chǔ)接近剛性角與薄底板受力差之遠(yuǎn)矣。獨(dú)立基礎(chǔ)有裂縫無妨,懸挑底板縱向?yàn)闃?gòu)造筋至陽角處雙向?yàn)闃?gòu)造,加放射筋能抵抗集中應(yīng)力,防止漏水,豈能馬虎。)
(3).如果甲方及老板不是太可惡的話,可將懸挑板的單向板的分布鋼筋改為直徑12的,別小看這一改,一個(gè)工程省個(gè)3、2萬不成問題。
2.關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題:
(1).從結(jié)構(gòu)角度來講,如果能出挑板,能調(diào)勻邊跨底板鋼筋,特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL布置時(shí),不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長筋,較節(jié)約。
(2).出挑板后,能降低基底附加應(yīng)力,當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí),加挑板就可能采用天然地基。必要時(shí)可加較大跨度的周圈窗井。
(3).能降低整體沉降,當(dāng)荷載偏心時(shí),在特定部位設(shè)挑板,還可調(diào)整沉降差和整體傾斜。
(4).窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻,不宜再出長挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。當(dāng)然此問題并不絕對(duì),當(dāng)有數(shù)層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時(shí),可靈活考慮。
(5).當(dāng)?shù)叵滤缓芨?,出基礎(chǔ)挑板,有利于解決抗浮問題。
(6).從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。當(dāng)為多層建筑時(shí),結(jié)構(gòu)也可謙讓一下建筑。
3.關(guān)于箍筋在梁配筋中的比例問題(約10~20%):例如一8米跨梁,截面為400X600,配筋:上6根25,截?cái)?/3,下5根25,箍筋:8@100/200(4),1000范圍內(nèi)加密。縱筋總量:3.85*9*8=281kg,箍筋:0.395*3.5*50=69,箍筋/縱筋=1/4, 如果雙肢箍僅為1/8,箍筋相對(duì)縱筋來講所占比例較小,故不必在箍筋上摳門。且不說要強(qiáng)剪弱彎。已經(jīng)是構(gòu)造配箍除外。
4.關(guān)于梁、板的計(jì)算跨度:
一般的手冊(cè)或教科書上所講的計(jì)算跨度,如凈跨的1.1倍等,這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在應(yīng)用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu),簡單點(diǎn)講,可認(rèn)為是在梁的中心線上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統(tǒng)一認(rèn)為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中,梁高比板厚大不了多少時(shí),應(yīng)將計(jì)算長度取至梁中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用臺(tái)階式獨(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認(rèn)為是超大截面梁,所以梁配筋時(shí)應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才有問題。
5.縱筋搭接長度為若干倍鋼筋直徑d,一般情況下,d取鋼筋直徑的較小值,這是有個(gè)前提,即大直徑鋼
筋強(qiáng)度并未充分利用。否則應(yīng)取鋼筋直徑的較大值。如框架結(jié)構(gòu)頂層的柱子縱筋有時(shí)比下層大,d應(yīng)取較大的鋼筋直徑,甚至縱筋應(yīng)向下延伸一層。其實(shí),兩根鋼筋放一起,用鐵絲捆一下,能起多大用,還消弱了鋼筋與混凝土的握裹力。所以,鋼筋如有可能盡量采用機(jī)械連接或焊接。(錨固搭接全靠混凝土握裹,鐵絲捆一下僅作鋼筋定位,如非受拉,遠(yuǎn)比焊接可靠.機(jī)械聯(lián)接成本過高,若非鋼筋直徑過大()25),能省則省。)
6.鋼筋錨固長度為若干倍鋼筋直徑d,這是在鋼筋強(qiáng)度被充分利用的前提下的要求,在鋼筋強(qiáng)度未被充分利用時(shí),如梁上小挑沿縱筋,剪力墻的水平筋端部等,錨固長度可折減。如剪力墻的水平筋端部僅要求有10d的直鉤即可。
7.柱子造價(jià)在框架結(jié)構(gòu)中是很小的,而在抗震時(shí)起的作用是決定性的。經(jīng)實(shí)驗(yàn),考慮空間作用時(shí),柱子縱筋加大至計(jì)算值的2.5倍左右才可保證塑性鉸不出現(xiàn)在柱子上。可不按計(jì)算配筋,大幅度增加縱筋,同時(shí)增大箍筋。(加大柱配筋能保證塑性鉸不出現(xiàn)在柱子上,實(shí)驗(yàn)依據(jù)何在。常規(guī)0.8~1.0%柱配筋x2.5=2.0~2.5%,高得離譜。 )
8.抗震縫應(yīng)加大,經(jīng)統(tǒng)計(jì),按規(guī)范要求設(shè)的防震縫在地震時(shí)有40%發(fā)生了碰撞。故應(yīng)增大抗震縫間距。
錨固?搭接?:例如,中柱節(jié)點(diǎn)處,框架梁下縱筋錨入柱內(nèi)LAE,其搭接長度:2*LAE-柱寬,如鋼筋直徑25,LAE=40D,柱寬500,2*25*40-500=1500,既其搭接長度,已經(jīng)達(dá)到了1500,遠(yuǎn)大于1.2*LAE=1200。而柱變斷面,如上下柱斷面相差50,上柱錨入下柱40D,此處按錨固還時(shí)搭接?
10. 關(guān)于回彈再壓縮:基坑開挖時(shí),摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小,坑底受到很大約束,如獨(dú)立基礎(chǔ),回彈可以忽略,在計(jì)算沉降時(shí),應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí),相對(duì)受到較小約束,如箱基,計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算,被坑邊土約束的部分當(dāng)做安全儲(chǔ)備,這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。
11. 柱下條基一般認(rèn)為在剛度較大,柱子軸力和跨度相差不大時(shí),可按倒樓蓋計(jì)算。實(shí)際大部分都可以按倒樓蓋計(jì)算。即采用修正倒樓蓋。先按平均反力計(jì)算連續(xù)梁,然后將求得的支座反力與柱子軸力相平衡,將差值的正值加到柱兩邊的1/3梁上,負(fù)值加在梁跨中1/3,相對(duì)來講,跨中1/3的壓應(yīng)力較小??赡芤拚啻危钡街ё戳εc柱子軸力接近平衡。
12. 主梁有次梁處加附加筋:一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認(rèn)為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側(cè)補(bǔ)上,象板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但不應(yīng)絕對(duì)。規(guī)范說的清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載,應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時(shí),應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時(shí),如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當(dāng)主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對(duì)不大,主梁也可不加附加筋??偟脑瓌t,當(dāng)主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí),主梁可不加附加筋。梁上集中力,產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內(nèi)是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對(duì)主梁截面、荷載較小時(shí),也可滿足。話又說回來,也不差幾根箍筋。但有時(shí)畫圖想偷懶時(shí)可用此與老總狡辯。
13. 一般情況下,懸挑梁宜做成等截面,尤其出挑長度較短時(shí)。與挑板不同,挑梁的自重占總荷載的比例很小,作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋,每個(gè)都不一樣,加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當(dāng)然,大挑梁外露者除外。外露的大挑梁,適當(dāng)變截面感官效果好些。
14. 現(xiàn)澆板一般應(yīng)做成雙向板。其一,雙向板的支承邊多,抗震的穩(wěn)定性好,垮了兩邊還有兩邊。單向板垮一邊板就下來了。二,雙向板經(jīng)濟(jì)。從計(jì)算上講,例如四邊簡支支承的雙向板,其單向跨中彎距系數(shù)約1/27,兩邊簡支的單向板跨中彎距系數(shù)為1/8,二者比為2*1/27 / 1/8,約為60%。從構(gòu)造上,雙向板的板厚為1/40~50,單向板為1/3~40,雙向板薄,再著,即使是單向板,其非受力邊也得放構(gòu)造筋。
15. 梁墊:為了減小支座反力偏心對(duì)磚墻體產(chǎn)生的附加彎距,可做成內(nèi)缺口梁墊。
16. 一般認(rèn)為,板的上筋直徑為8以上時(shí),可防止施工時(shí)踩彎,而現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)看,只有螺紋12以上的才能保證。
17. 現(xiàn)澆陽臺(tái)欄板,從施工條件來講,當(dāng)布單排筋時(shí),板厚應(yīng)大于80,雙排筋時(shí),應(yīng)大于120。因振搗棒最小為30,布單排筋時(shí),板厚如為60,雙向鋼筋直徑如為8+6,則鋼筋兩邊僅剩23,無法振搗。
18. 當(dāng)某一房間采用雙向井字次梁時(shí),板應(yīng)考慮整體彎距。即,井字次梁分隔成的4個(gè)角上的小板塊,負(fù)筋應(yīng)考慮按房間開間進(jìn)深尺寸截?cái)啵皇莾H僅按本小板格截?cái)?。即次梁僅認(rèn)為是大板的加勁肋。
19. 當(dāng)建筑大多數(shù)房間較小,而僅一兩處房間較大時(shí),如按大房間確定基礎(chǔ)板厚會(huì)造成浪費(fèi),而按小房間確定則造成配筋困難,當(dāng)承載力能滿足要求時(shí),可在大房間中部墊聚苯卸載,按小房間確定基礎(chǔ)板厚。
20. 挑梁端部的撓度并不完全取決于本身的變形,其支座內(nèi)垮的影響很可能超過挑梁本身的變形。
結(jié)構(gòu)分析的目的、結(jié)構(gòu)模型以及分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系
結(jié)構(gòu)分析的目的、結(jié)構(gòu)模型以及分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系
在工程設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)安全鑒定等眾多工程實(shí)踐過程中,我們經(jīng)常會(huì)遇到諸如結(jié)構(gòu)分析的深度,如何簡化結(jié)構(gòu)模型以便迅速找到合理誤差范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果等許多問題,本文就其中結(jié)構(gòu)分析的目的、分析與設(shè)計(jì)的關(guān)系及關(guān)于結(jié)構(gòu)模型的問題談?wù)劰P者的一些體會(huì)。
1 結(jié)構(gòu)分析
結(jié)構(gòu)分析是確定在給定荷載下結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力和變形,以便使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理并能檢查現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全狀況。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,必須先從結(jié)構(gòu)的概念開始擬定一種結(jié)構(gòu)形式,然后再進(jìn)行分析。這樣做能確定構(gòu)件的尺寸以及所需要的鋼筋,以便a). 承受設(shè)計(jì)荷載而不致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞(承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì));b). 結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的規(guī)定(正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì))。
由于通常在工作荷載作用下,結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài),因此以彈性狀態(tài)假設(shè)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)理論就適用于正常狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的倒塌通常在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出材料彈性范圍,超出臨界點(diǎn)后才會(huì)發(fā)生,因而建立在材料非彈性狀態(tài)基礎(chǔ)上的極限強(qiáng)度理論是合理確定結(jié)構(gòu)安全性,防止倒塌所必需的。不過彈性理論可用來確定延性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全近似值(塑性下限逼近法),在鋼筋混凝土設(shè)計(jì)中通常采用這種方法?;谶@種原因,在本文中僅僅采用結(jié)構(gòu)的彈性理論。
2 結(jié)構(gòu)模型
仔細(xì)的觀察所有結(jié)構(gòu)都是三維構(gòu)件的組合體,對(duì)其進(jìn)行精確的分析,甚至在理想狀態(tài)下,也是一個(gè)棘手的工作,即使專業(yè)人員也無從考慮。由于這種原因,分析人員工作的一個(gè)重要部分是將實(shí)際結(jié)構(gòu)和荷載狀態(tài)簡化成一個(gè)易于合理分析的模型。
這樣,結(jié)構(gòu)框架系統(tǒng)可分解成板和樓蓋梁,樓蓋梁是由柱支撐的交叉梁系,柱將荷載傳遞到基礎(chǔ)上。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析不能分析板的作用,所以經(jīng)常理想化成類似于梁的條形系統(tǒng)。同樣,普通的方法不能處理三維框架系統(tǒng),因此利用平面結(jié)構(gòu)組合系統(tǒng)建立整個(gè)結(jié)構(gòu)的模型,分別加以分析。現(xiàn)代的有限元法可以分析整個(gè)系統(tǒng)從而革新了結(jié)構(gòu)分析,這樣可對(duì)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能做出更可靠的預(yù)測。
實(shí)際荷載狀態(tài)也是很難確定和很難客觀表達(dá)的,為了進(jìn)行分析,必須進(jìn)行簡化。例如:橋梁結(jié)構(gòu)上的交通荷載主要是動(dòng)載和可變荷載,通常理想化成靜態(tài)行使的標(biāo)準(zhǔn)汽車或分布荷載,以用來模擬實(shí)際產(chǎn)生的最危險(xiǎn)的荷載狀態(tài)。
同樣,連續(xù)梁有時(shí)簡化為簡支梁,剛性結(jié)點(diǎn)簡化為鉸結(jié)點(diǎn),忽略填充墻,把剪力墻簡化成梁。在決定如何建立一個(gè)結(jié)構(gòu)模型使之比較客觀,但又比較簡單時(shí),分析人員必須記住每個(gè)這樣的理想化都將使所求的結(jié)果更加可疑。分析的越客觀,產(chǎn)生的信心越大,所取的安全系數(shù)(或可忽略的因素)可以越小。這樣,除非規(guī)范條款控制,工程師必須估算出結(jié)構(gòu)精確分析所需追加的費(fèi)用與結(jié)構(gòu)中可能節(jié)省的費(fèi)用相比,是否合算。
3 結(jié)構(gòu)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系
結(jié)構(gòu)分析的最重要的用處是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中作為一種工具。它通常是反復(fù)試算過程中的一個(gè)環(huán)節(jié),在這種方法中,首先,在假定的恒載下對(duì)假定的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析,然后根據(jù)分析結(jié)果設(shè)計(jì)各構(gòu)件,這個(gè)階段稱為初步設(shè)計(jì)。由于這種設(shè)計(jì)常常在變化,通常采用粗略的快速分析方法就足夠了。在此階段,估計(jì)結(jié)構(gòu)的成本,修正荷載及構(gòu)件特性,并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查以便改進(jìn)。至此,所作的更改已納入到結(jié)構(gòu)中,需進(jìn)行更精細(xì)的分析,并修改構(gòu)件設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)過程會(huì)收斂,收斂的速度取決于設(shè)計(jì)者的能力。很清楚,為了設(shè)計(jì)需要從“迅速而粗略”到“精確”的各種分析方法。
因而,有能力的分析人員必須掌握嚴(yán)密的分析方法,必須能夠通過適當(dāng)?shù)募僭O(shè)條件進(jìn)行簡化分析,必須了解可利用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和分析手段以及建筑規(guī)范中允許的簡化方法。同時(shí),現(xiàn)代的分析人員必須精通結(jié)構(gòu)矩陣分析的基本原理及其在數(shù)字計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用以及會(huì)應(yīng)用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分析程序及有關(guān)軟件。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié)
一、拿到作業(yè)圖不要盲目建模計(jì)算。先進(jìn)行全面分析,與建筑設(shè)計(jì)人員進(jìn)行勾通,充分了解工程的各種情況(功能、選型等)。
二、建模計(jì)算前的前處理要做好。比方荷載的計(jì)算要準(zhǔn)確,不能估計(jì)。要完全根據(jù)建筑做法或使用要求來輸入。
三、在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模的時(shí)候,要了解每個(gè)參數(shù)的意義,不要盲目修改參數(shù),修改時(shí)要有依據(jù)。
四、在計(jì)算中,要充分考慮在滿足技術(shù)條件下的經(jīng)濟(jì)性。不能隨意加大配筋量或加大構(gòu)件的截面。這一點(diǎn)要作為我們的設(shè)計(jì)理念之一來重視。
五、梁、柱、板等電算結(jié)束后要進(jìn)行大量的調(diào)整和修改,這都要有依據(jù)可循(可根據(jù)驗(yàn)算簡圖等資料)。具體有以下集中修改或注意事項(xiàng):
a、梁:
1、梁的標(biāo)高(是否確定梁底標(biāo)高及梁上翻等問題)
2、梁的支座負(fù)筋不能太疏,要人為加密。
3、梁的跨數(shù)要核對(duì)。
4、盡量減少鋼筋的種類和級(jí)差(≤2級(jí))
5、有雨蓬等外挑構(gòu)件處的梁要加強(qiáng)(可以將此處的箍筋加密、設(shè)置抗扭鋼筋等措施)
6、鋼筋在梁中的放置必須滿足凈距要求,特別是梁上部鋼筋的凈距(≥1.5d或30mm)
7、碰到電算結(jié)果的井字梁(有主次關(guān)系)處,要分清主次關(guān)系,在主要梁支座處標(biāo)出支座筋
8、擱在邊梁上的連梁等,在靠邊梁處的支座筋不宜過大,宜減小,從而減少對(duì)邊梁的扭矩
9、有主次梁關(guān)系,從梁截面上也有區(qū)別,次梁適當(dāng)放小。
b、柱:
1、滿足軸壓比要求(≤0.9)
2、大跨度的廠房等,柱子截面宜選用長方柱。
3、構(gòu)造柱的設(shè)置(細(xì)查規(guī)范《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》P72)
c、板:
1、負(fù)筋不宜選用過細(xì)的鋼筋,可以用較大直徑的鋼筋代替,可避免施工時(shí)被踩下;較大
直徑 鋼筋不宜過疏,否則受力不力或容易開裂。
2、在結(jié)構(gòu)平面圖中須注明標(biāo)高及板剖面圖。
3、屋面板的鋼筋須全部拉通。
4、板配筋要表達(dá)清楚,不能讓施工人員猜測。
5、在結(jié)構(gòu)平面圖中,注明雨蓬、陽臺(tái)、檐口等位置及尺寸,并畫出大樣。
d、基礎(chǔ):
1、不能將深基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)混用。
2、基礎(chǔ)荷載計(jì)算時(shí),千萬別漏算荷載(包括底層墻體荷載重量等)
3、基礎(chǔ)(包括地梁、承臺(tái)等)的標(biāo)高要滿足上部管線的通過,一般其上預(yù)留300mm。
e、其它:
11.結(jié)構(gòu)人員在設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
下面是我院總師辦給每個(gè)結(jié)構(gòu)人員在設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng),現(xiàn)發(fā)上來供大家參考?。?!
2000系列新規(guī)范執(zhí)行初期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
根據(jù)建設(shè)部要求2003年1月1日起全面執(zhí)行新規(guī)范,相應(yīng)的89系列規(guī)范廢止。為正確理解、有效執(zhí)行各有關(guān)2000系列規(guī)范,提出以下要點(diǎn),請(qǐng)各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員予以注意:
一. 一般規(guī)定
1、 設(shè)計(jì)說明應(yīng)注明工程設(shè)計(jì)使用年限,安全等級(jí),選用的建筑材料,應(yīng)注明規(guī)格、型號(hào)、性能等技術(shù)指標(biāo),其質(zhì)量必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2、 2003年簽訂合同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目,一律采用與新規(guī)范配套的軟件作計(jì)算分析,TBSA用6.0版,SATWE用2003.1及以后的版本。
3、 用新版本軟件計(jì)算結(jié)果用鋼量將會(huì)提高,我院規(guī)定用新版本軟件計(jì)算梁、柱主筋,鋼材優(yōu)先采用HRB400。一級(jí)柱箍筋優(yōu)先采用HRB400. ????????????????????????????????????????????????????
4、 風(fēng)荷載取值,南京地區(qū)設(shè)計(jì)周期50年,w0=0.40Kpa,設(shè)計(jì)周期100年w0=0.45,對(duì)風(fēng)荷載敏感的建筑以及60米以上的高層建筑按w0=0.45取值。
5、 基本雪壓,南京地區(qū)設(shè)計(jì)周期50年,取0.65Kpa,設(shè)計(jì)周期100年取0.75Kpa。
6、 對(duì)小塔樓的界定應(yīng)慎重,當(dāng)塔樓高度對(duì)房屋結(jié)構(gòu)適宜高度有影響時(shí),小塔樓應(yīng)報(bào)院結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)確定。
7、 施工圖涉及到鋼網(wǎng)架、電梯及其它設(shè)備予留的孔洞、機(jī)坑、基礎(chǔ)、予埋件等一定要寫明:“有關(guān)尺寸在澆筑混凝土之前必須得到設(shè)備廠家簽字認(rèn)可方可施工?!?
8、 砌體結(jié)構(gòu)不允許設(shè)轉(zhuǎn)角飄窗。
9、 鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)必須注明:焊縫質(zhì)量等級(jí),耐火等級(jí),除銹等級(jí),及涂裝要求。
10、 砌體工程設(shè)計(jì)必須注明設(shè)計(jì)采用的施工質(zhì)量控制等級(jí)。(一般采用B級(jí))。
11、 砌體結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置少量的鋼筋混凝土墻。
12、 砌體結(jié)構(gòu)樓面有高差時(shí),其高差不應(yīng)超過一個(gè)梁高(一般不超過500mm)。超過時(shí),應(yīng)將錯(cuò)層當(dāng)兩個(gè)樓層計(jì)入總樓層中。
二.結(jié)構(gòu)計(jì)算
13、 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算總體信息的取值:
(1) 鋼筋混凝土容重(KN/m3)取26~27,全剪結(jié)構(gòu)取27,若取25,對(duì)于剪力墻需輸入雙面粉層荷載。(規(guī)范取24~25)
(2) 地下室層數(shù),取實(shí)際地下室層數(shù),當(dāng)含有地下室計(jì)算時(shí),不指定地下室層數(shù)是不對(duì)的,請(qǐng)審核人把關(guān)。
(3) 計(jì)算振型數(shù),取3的倍數(shù),高層建筑應(yīng)至少取9個(gè),考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí),振型應(yīng)不少于15個(gè),對(duì)多塔結(jié)構(gòu)不應(yīng)少于塔數(shù)×9。計(jì)算時(shí)要檢查Cmass-x及Cmass-y兩向質(zhì)量振型參與系數(shù),均要保證不小于90%,達(dá)不到時(shí),應(yīng)增加振型數(shù),重新計(jì)算。
(4) 地震信息中的“活荷質(zhì)量一般折減系數(shù)”RMC取0.5,具體問題時(shí)按照《抗震》5.1.3條)。
(5) 自振周期應(yīng)考慮填充墻體對(duì)剛度的影響進(jìn)行折減。當(dāng)添充墻為磚墻時(shí): 框架結(jié)構(gòu)0.6-0.7,框剪結(jié)構(gòu) 0.7-0.8,剪力墻結(jié)構(gòu) 0.9-1.0。
(6) 活荷載信息中“柱、墻活荷載是否折減”,一般不折減,“傳到基礎(chǔ)的活荷載是否折減”,應(yīng)折減。
(7) 調(diào)整信息中“中梁剛度增大系數(shù)”BK取2.00;
“梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)”BT=0.85~0.9;
“梁跨中旁矩增大系數(shù)”BM=1.05~1.10,一般取1.05;活荷載大于3.0Kpa的多高層,1.1~1.2
“連梁剛度折減系數(shù)”BLZ取0.50~0.7,在內(nèi)力和位移計(jì)算中,最小取0.50,一般取0.55,當(dāng)結(jié)構(gòu)位移由風(fēng)荷載控制,不宜小于0.8;
“梁扭矩折減系數(shù)”TB,一般取0.40;
“全樓地震力放大系數(shù)”一般1.0,當(dāng)λ不滿足”抗震規(guī)范“5.25條時(shí),用此系數(shù)調(diào)至滿足;
“0.2Q0”框剪結(jié)構(gòu)必須要求調(diào)整;
“頂塔樓內(nèi)力放大”當(dāng)振型數(shù)多于9個(gè),取1,否則需放大取3。
14、 結(jié)構(gòu)審核人應(yīng)在初步設(shè)計(jì)階段對(duì)電算結(jié)果進(jìn)行審核把關(guān)。對(duì)主要參數(shù)應(yīng)作控制,如:剪重比、周期比(以扭轉(zhuǎn)為主的基本周期與第一平動(dòng)周期之比)、位移比(最大彈性層間位移與層間平均位移之比),滿足規(guī)范基本要求。
15、 有斜樓座的看臺(tái)、劇場由于整體性差,樓層剛度無窮大的假定難于形成,應(yīng)補(bǔ)充單榀驗(yàn)算
三、對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告的基本要求:
16、如果由設(shè)計(jì)院布置鉆孔,提勘察要求,須加注明:勘察部門應(yīng)根據(jù)勘察規(guī)范及現(xiàn)場地質(zhì)情況作必要調(diào)整。若業(yè)主委托設(shè)計(jì)已完成鉆探,設(shè)計(jì)人應(yīng)根據(jù)以下基本要求作審查:
(1) 鉆孔控制點(diǎn)的布置應(yīng)布置在建筑物的外圍,即建筑物四角應(yīng)有鉆孔。
(2) 鉆孔分一般性鉆孔和控制性鉆孔,對(duì)孔深要求:勘探孔深應(yīng)能控制主要持力層,當(dāng)基礎(chǔ)底面寬度不大于5m時(shí),勘探孔的深度對(duì)條形基礎(chǔ)不應(yīng)小于基礎(chǔ)底面寬度的3倍,對(duì)單獨(dú)基礎(chǔ)不應(yīng)小于1.5倍,且不小于5米;對(duì)高層建筑和需作變形驗(yàn)算的地基,控制性勘探孔的深度應(yīng)超過地基變形計(jì)算深度。
(3) 樁基勘探深度
a. 布置1/3-1/2的勘探孔為控制性孔,且安全等級(jí)為一級(jí)建筑樁基場地至少布置3個(gè)控制性鉆孔,安全等級(jí)為二級(jí)的建筑樁基不應(yīng)少于2個(gè)控制性鉆孔,控制性孔深度應(yīng)穿過樁端以下壓縮層厚度,一般性鉆孔應(yīng)深入樁端平面以下3~5米。
b. 嵌巖樁鉆孔應(yīng)深入持力層巖層不小于3~5倍樁徑,當(dāng)持力層較薄時(shí),控制性鉆孔應(yīng)穿過持力巖層,巖溶地區(qū),應(yīng)查明溶洞、溶溝分布情況。
(4) 勘察報(bào)告,除了要作取土勘探孔,還應(yīng)要求現(xiàn)場原位測試,單橋靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入測試,對(duì)于適于采用予制樁基的場地,應(yīng)要求提供JGJ94-94---公式5.2.6-1所要求的單橋靜力觸探比貫入阻力值估算的樁周側(cè)阻力和樁端阻力。
(5) 嵌巖樁基,應(yīng)要求勘察報(bào)告提供南京地基規(guī)范,嵌巖樁公式9.9.4-3所要求的各項(xiàng)系數(shù)、巖石單軸抗壓強(qiáng)度以及基巖的完整性。
(6) 對(duì)于有地下室的工程,應(yīng)要求勘察報(bào)告提供基坑支護(hù)設(shè)計(jì)所要求的各項(xiàng)工程特性指標(biāo)。
(7) 當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺,建筑地下室存在上浮問題時(shí),應(yīng)要求勘察報(bào)告提供用于計(jì)算地下水浮力的設(shè)計(jì)水位。
(8) 勘探報(bào)告應(yīng)劃分場地土類型和場地土類別,并對(duì)飽和砂土及粉土進(jìn)行液化判別。
(9) 樁基設(shè)計(jì)應(yīng)要求勘探報(bào)告提供各種樁型的參數(shù),以便作多種樁基方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比,避免只有一種樁基參數(shù),思路受到勘探部門的限制,而不能選擇更好的基礎(chǔ)方案。
四、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
17、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),確定基礎(chǔ)面積或樁數(shù)量,上部的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。
18、 計(jì)算地基變形時(shí),傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合,不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。
19、 基礎(chǔ)底板的配筋,應(yīng)按抗彎計(jì)算確定,地基反力采用的是荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的地基反力設(shè)計(jì)值。承臺(tái)配筋計(jì)算時(shí),采用相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的樁豎向力設(shè)計(jì)值。
20、 靜載試驗(yàn)所確定的單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2為單樁豎向承載力特征值Ra。
21、 (1)人工挖孔樁的樁長不宜大于40m,亦不宜小于6m,樁長少于6m的按墩基礎(chǔ)考慮,樁長雖大于6m,但L/D(D為擴(kuò)大端直徑)<3亦按墩基計(jì)算。
31、 現(xiàn)澆板內(nèi)埋設(shè)設(shè)備暗管時(shí),管外徑不得大于板厚的1/3,交叉管線應(yīng)妥善處理,并使管壁至板上下邊凈距不小于25mm。?????????
32、 挑檐轉(zhuǎn)角位于陽角時(shí)的加強(qiáng)配筋。圖
挑檐轉(zhuǎn)角位于陰角時(shí)的加強(qiáng)配筋。圖
33、 結(jié)構(gòu)平面圖中,所有受力構(gòu)件都應(yīng)相對(duì)于軸線標(biāo)注定位尺寸(陽臺(tái)、雨篷挑出長度、梁距軸線距離等)。
34、 轉(zhuǎn)換層現(xiàn)澆板最小厚度180,最小配筋率0.3%?! ∞D(zhuǎn)換層上下各一層現(xiàn)澆板需加強(qiáng),板厚宜150mm,最小配筋率0.25%.
35、 連續(xù)跨梁配鋼筋時(shí),支座兩側(cè)的鋼筋直徑盡可能相同,以便鋼筋穿過支座,避免兩側(cè)不同的鋼筋都在支座錨固,造成節(jié)點(diǎn)鋼筋過密,影響節(jié)點(diǎn)混凝土澆灌筑。
我在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中總結(jié)出來的幾條歪理 (土木在線)
看到有不少談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的,受益非淺。在此本人總結(jié)了的幾條“更常見”和“更可怕”,供大家討論。
1、變形過大比構(gòu)件破壞“更常見”。按正常設(shè)計(jì),一般很少會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件破壞的事。但實(shí)際工程常常出現(xiàn)變形過大(包括裂縫)的事,誰看了都膽戰(zhàn)心驚。設(shè)計(jì)人好沒面子。本人的教訓(xùn):一個(gè)工程的樓板厚度不足,雖不會(huì)破壞,但在未裝修地面時(shí),人一跺腳就顫。
結(jié)論:一定要作正常使用狀態(tài)的驗(yàn)算。
2、地基沉降造比基礎(chǔ)破壞“更常見”。由地基沉降造成的建筑物傾斜、開裂等現(xiàn)象很多,但好象沒幾個(gè)人見過基礎(chǔ)破壞的事故吧?
結(jié)論:重視地基承載力、沉降等計(jì)算,做好地基處理,保守點(diǎn)沒壞處?;A(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不必過分放大。
3、濕陷性黃土比液化“更可怕”。濕陷性黃土一旦遇水就玩完,實(shí)際情況是常常會(huì)漏水。液化只有在地震情況下才有問題。
結(jié)論:濕陷性黃土一定要認(rèn)真處理好。
4、柱子壞了比梁板壞了“更可怕”。柱子一旦壞了會(huì)造成大面積倒塌,而且不好補(bǔ)救。梁板壞了一般不至于大面積倒塌,也容易補(bǔ)救。
結(jié)論:設(shè)計(jì)柱子時(shí)多想一想安全性,設(shè)計(jì)梁板時(shí)多想一想經(jīng)濟(jì)性。
5、構(gòu)造不正確比構(gòu)件配筋不足“更可怕”。構(gòu)造不正確往往會(huì)造成隱性的、極大的薄弱環(huán)節(jié)。配筋稍有不足,一般不會(huì)出問題。
結(jié)論:重視構(gòu)造。
6、框架結(jié)構(gòu)中填充墻出問題比承重構(gòu)件出問題“更常見”。許多人全身心地投入承重構(gòu)件的計(jì)算,忽視了填充墻的拉結(jié)、砌筑、抹灰等問題。結(jié)果工程還沒完工就出現(xiàn)了墻裂縫,抹灰空鼓等現(xiàn)象。工程還沒完就讓設(shè)計(jì)人現(xiàn)眼。
結(jié)論:重視填充墻的構(gòu)造。
7、懸挑構(gòu)件比其它構(gòu)件“更可怕”。懸挑梁一旦出問題,往往就從高空落下去了。超靜定結(jié)構(gòu)的梁壞了,一般是個(gè)大裂縫,很少會(huì)掉地下。
結(jié)論:對(duì)懸挑構(gòu)件不要心疼鋼筋。
8、正常使用下的破壞比地震破壞“更可怕”。正常使用下結(jié)構(gòu)壞了,肯定會(huì)有人找你的麻煩。地震的時(shí)候,誰先死還不知道呢。
結(jié)論:不妨單獨(dú)算一次正常使用情況下的配筋。
9、概念錯(cuò)誤比計(jì)算錯(cuò)誤“更可怕”。概念錯(cuò)了就全錯(cuò)了,往往沒救,而且下次還會(huì)錯(cuò)。計(jì)算錯(cuò)了往往是局部錯(cuò),好補(bǔ)救,下次就不會(huì)錯(cuò)了。
結(jié)論:概念不清千萬別做設(shè)計(jì)
10、施工不到位比設(shè)計(jì)時(shí)少配一根鋼筋“更可怕”。施工不到位(如節(jié)點(diǎn)處砼不密實(shí)),你的設(shè)計(jì)全部白搭,出事的機(jī)率很大。設(shè)計(jì)中少配一根筋,一般能僥幸不出事。
結(jié)論:要充分考慮施工的方便性。
我的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作小結(jié)--(2)上部結(jié)構(gòu)部分
1、設(shè)計(jì)坡屋頂時(shí),梁配筋后,必須自校梁底標(biāo)高,算出其凈高,看是否滿足要求,特別是樓梯等入口處。
2、設(shè)計(jì)坡屋面時(shí),屋脊(陽角、陰角)處,梁可適當(dāng)減小,當(dāng)板跨較小時(shí),可以不設(shè)梁,否則可能影響使用,凈高不足,再者,也會(huì)造成看上去影響美觀。
3、樓梯柱(中間平臺(tái)作用處)應(yīng)該全程加密,因?yàn)樵撝鶠槎讨?
4、對(duì)于迎水面保護(hù)層為50mm的混凝土墻,應(yīng)在50mm內(nèi)增設(shè)Φ8@150雙層雙向的鋼筋網(wǎng)片,以減少混凝土的收縮裂縫。
5、對(duì)于梁高的取值,應(yīng)該考慮建筑空間的需求,要和建筑協(xié)商好凈高要求。
6、寫字樓、商場等8m跨梁,取300x800的梁不好,應(yīng)取350x700,對(duì)于一些大跨度公鍵,梁寬應(yīng)適當(dāng)加大,應(yīng)取300以上,最好取350、400,因?yàn)椋?
①梁寬加寬,抗剪有利,符合“強(qiáng)剪弱彎”的原則。
②350寬的梁,用四肢箍可以使箍筋直徑減小。
③主梁加寬,有利于次梁鋼筋的錨固。
7、對(duì)于柱的大小,應(yīng)該盡量做到按軸壓比控制,軸壓比相差不宜大于0.2,當(dāng)建筑有要求時(shí),應(yīng)和建筑協(xié)商好該問題。
8、對(duì)于高層建筑,頂層板考慮到剛度突變很大,宜加厚到150mm,應(yīng)充分分析計(jì)算結(jié)果,判斷結(jié)構(gòu)類型。
9、梁配筋時(shí),應(yīng)充分考慮梁的錨固長度,特別是次梁,應(yīng)盡量滿足圖集要求。
10、板配筋時(shí),應(yīng)注意Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)鋼的區(qū)別(是否有彎鉤),以及板厚不同時(shí),千萬注意不能把鋼筋拉通。
11、畫大樣圖時(shí),一定要對(duì)照建筑大樣圖和立面圖,以達(dá)到建筑的里面要求。
12、梁配筋時(shí),應(yīng)注意腰筋的設(shè)置,單側(cè)腰筋應(yīng)大于 0.1%bhw。
13、柱配筋時(shí),應(yīng)同時(shí)滿足配筋率、箍筋、主筋、角筋、最小體積配筋率的要求。
14、后澆帶應(yīng)按新規(guī)范加強(qiáng)。
15、高層建筑中,樓板開大洞后,宜按JGJ3-2002第4.3.8條加強(qiáng)。
16、剪力墻墻肢截面高度不宜大于8m,否則應(yīng)開結(jié)構(gòu)洞。
在日常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題(本貼將不斷更新!)
------以下發(fā)表的部分是自己在工作中的總結(jié),部分來源于已發(fā)表的論文,僅供大家參考!歡迎批評(píng)指正!(以后將陸續(xù)將積累的總結(jié)上傳)
1、高層建筑的嵌固部位新的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《抗震規(guī)范》)和《高規(guī)》第第5.3.7條規(guī)定:“高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中,當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí),地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。”同時(shí)規(guī)定了嵌固部位相應(yīng)的構(gòu)造要求。但并不是要求地下室頂板必須作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。有些高層結(jié)構(gòu)不具備這樣的條件,如高層主體范圍以外的純地下室地下一層為綠化覆土層,嵌固部位就應(yīng)降至地下一層樓板,并按此條件進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)。(高層主體外地下一層為綠化,但是上下層剛度比能滿足規(guī)范要求的話,可以嵌固至首層樓板,可以考慮此部分土體的嵌固作用?;觽?cè)壁均有回填,對(duì)于沒有大的純地下室,基坑側(cè)壁同樣是回填土,情況應(yīng)該是一樣的。我認(rèn)為不用進(jìn)行區(qū)分by腳踏實(shí)地)
2、抗震設(shè)計(jì)的高層建筑,當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí),新規(guī)范除對(duì)頂板的厚度及配筋等提出要求以外,還規(guī)定:a、“地下室柱截面每一側(cè)的縱向鋼筋面積,除應(yīng)符合計(jì)算要求外,不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱筋面積的1.1倍”。設(shè)計(jì)時(shí),各柱可在保持地上縱筋布置的情況下,在地下室每一側(cè)的第二排再附加縱筋即可。b、地上一層的框架結(jié)構(gòu)柱和抗震墻墻底截面的彎矩設(shè)計(jì)值除應(yīng)按規(guī)范各相關(guān)條文進(jìn)行各項(xiàng)調(diào)整外,位于地下室頂板的梁柱節(jié)點(diǎn)左右梁端截面實(shí)際受彎承載力之和,不宜小于上下柱端實(shí)際受彎承載力之和。
3、關(guān)于轉(zhuǎn)換梁新的《高規(guī)》已經(jīng)明確規(guī)定,當(dāng)剪力墻墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時(shí),應(yīng)采取在墻與梁相交處設(shè)置扶壁柱或暗柱,或在墻內(nèi)設(shè)置型鋼等至少一種措施,減小梁端部彎距對(duì)墻的不利影響。但有個(gè)別工程設(shè)計(jì),將框支梁(轉(zhuǎn)換梁)直接垂直支承于一般厚度的剪力墻上,而未對(duì)墻體采取上述加強(qiáng)措施。其中有些轉(zhuǎn)換梁是大跨度單跨梁垂直支承于兩端墻體;有些轉(zhuǎn)換梁甚至位于支承墻的門洞邊;有些支承墻因多層架空,高厚比不滿足要求。這類情況,為增強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁兩端的約束能力,滿足其鋼筋錨固要求,必須在轉(zhuǎn)換梁兩端的墻體中設(shè)置墻體端柱或扶壁柱,或加厚墻體設(shè)置暗柱(必要時(shí)加型鋼),并按框支柱的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4、新《高規(guī)》第10.2.8條,對(duì)各抗震等級(jí)框支梁縱向鋼筋的最小配筋率提高了要求,同時(shí)增加了最小面積配箍率的要求,并作為強(qiáng)制性條文。
5、對(duì)一、二級(jí)抗震等級(jí)的剪力墻底部加強(qiáng)部位控制軸壓比,并設(shè)置約束邊緣構(gòu)件,是《高規(guī)》為保證剪力墻的延性,新增加的要求。在剪力墻約束邊緣構(gòu)件配箍特征值為λv/2的區(qū)段,規(guī)范允許配置箍筋或拉筋。所設(shè)拉筋應(yīng)同時(shí)鉤住墻體的水平分布筋(或箍筋)和豎向分布筋,而不能有一部分拉筋僅鉤住墻體的豎向分布筋。當(dāng)此區(qū)段的體積配箍率或拉筋的豎向間距不能滿足規(guī)范要求時(shí),應(yīng)同時(shí)設(shè)置箍筋。
6、新的《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》對(duì)各抗震等級(jí)剪力墻在各種情況下的厚度與層高(或無支長度)的比值作了更詳細(xì)的規(guī)定,比舊規(guī)范要求更嚴(yán)。當(dāng)難以滿足墻體厚高比的要求時(shí),新規(guī)范也給出了墻體穩(wěn)定的計(jì)算方法。
7、地下室外墻作為混凝土構(gòu)件,在進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí),側(cè)土壓力作為地下室外墻的永久荷載,不僅要乘荷載分項(xiàng)系數(shù),而且因?yàn)樗鹂刂谱饔茫葱碌摹督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》其分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取》1.35,(與人防荷載組合時(shí)仍取1.2)。另外,嚴(yán)格來講,地下室外墻的側(cè)土壓力應(yīng)按靜止土壓力計(jì)算,但在實(shí)際設(shè)計(jì)中,經(jīng)常采用主動(dòng)土壓力計(jì)算,已經(jīng)偏小。因此,不能再不乘分項(xiàng)系數(shù)。?
8、高層建筑地下室布置的一些墻體,地上對(duì)應(yīng)位置無墻。如果在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底板時(shí)將這些不出地面的墻作為支座,則此墻應(yīng)按深梁進(jìn)行設(shè)計(jì),核算其剪壓比能否滿足要求。
9、有些工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,框架梁或剪力墻連梁的抗震等級(jí)較高,對(duì)構(gòu)件剪壓比驗(yàn)算應(yīng)予以重視,當(dāng)電算超限時(shí)做必要的處理
10、一些高層建筑設(shè)計(jì),南北側(cè)窗臺(tái)高度不同。如南側(cè)為落地窗或低窗臺(tái)(200-300mm),北側(cè)為高窗臺(tái)(900-1100mm)。在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中,剪力墻的連梁高度均未考慮窗臺(tái),且連梁剛度折減系數(shù)取規(guī)范最小值0.5,周期折減系數(shù)取1.0。但施工圖設(shè)計(jì),窗臺(tái)與墻同寬,且與主體混凝土結(jié)構(gòu)整體現(xiàn)澆。在水平荷載作用下,剪力墻結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度分布及對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響、外墻肢及連梁的內(nèi)力將與設(shè)計(jì)狀態(tài)不符。因此,應(yīng)按實(shí)際連梁高度進(jìn)行整體計(jì)算,或采取以下措施:a、未作為連梁設(shè)計(jì)的窗臺(tái)后砌,采取有效施工措施防止不同墻體材料之間出現(xiàn)裂縫;b、減薄混凝土窗臺(tái)厚度或在窗臺(tái)墻與窗間墻連接處設(shè)控制縫。
11、關(guān)于主次梁結(jié)點(diǎn)部位(梁面同高)的間接受荷情況,我國新老規(guī)范都明確規(guī)定應(yīng)設(shè)置附加橫向鋼筋,并承擔(dān)全部集中荷載。同時(shí),不允許用布置在集中荷載影響區(qū)內(nèi)的斜截面受剪箍筋代替附加橫向鋼筋。
12、主次梁樓蓋中,當(dāng)抗震設(shè)計(jì)框架梁上的荷載以集中荷載為主時(shí),如果按箍筋加密區(qū)間距進(jìn)行電算,對(duì)抗震要求的箍筋加密區(qū)段以外的截面,因其剪力比支座截面衰減不多,故應(yīng)驗(yàn)算此截面的斜截面受剪承載力。如計(jì)算需要,應(yīng)延長箍筋加密區(qū)的長度。
13、抗震設(shè)計(jì)時(shí)的型鋼混凝土框支柱或框架柱,其箍筋設(shè)置除滿足規(guī)范規(guī)定的體積配箍率及構(gòu)造要求以外,同一截面內(nèi)的箍筋肢距,同樣要滿足規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土框架柱的要求。必要時(shí)仍要設(shè)置復(fù)合箍。
14、在較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面布置中,經(jīng)常存在多方向柱網(wǎng)相接區(qū)域。有些設(shè)計(jì)將每根柱與周圍各柱均用框架梁連接起來,形成不同方向的多梁交于一柱,導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋錨固和混凝土施工困難。實(shí)際上,對(duì)于現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu),水平地震力主要靠樓板傳遞,每根柱只要在兩個(gè)接近垂直的方向有梁連接即可,不必將所有柱都連起來。
淺議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)
在不斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中,人們積累了大量有益的經(jīng)驗(yàn),并體現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖集等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展,計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用,每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯(cuò)覺,覺得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡單,只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集,等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案(非結(jié)構(gòu)的),使用計(jì)算機(jī),然后設(shè)法去完成它,自己只不過是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間,而且還會(huì)與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。
我國結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算,容許應(yīng)力法,破損階段計(jì)算,極限狀態(tài)計(jì)算,到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段?,F(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84)則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過程中還帶有一定程度的近似,只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上,建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu),各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作,且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前,人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性,在設(shè)計(jì)過程中采用了許多假定與簡化。作為結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)盲目的照搬照抄規(guī)范,應(yīng)該把它作為一種指南、參考,并在實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目中作出正確的選擇。這就要求結(jié)構(gòu)工程師對(duì)整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學(xué)關(guān)系有透徹的認(rèn)識(shí),把概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。
所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法,可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算,具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí),也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。
比如,有的設(shè)計(jì)人員用多、高層結(jié)構(gòu)三維空間分析程序來計(jì)算底層框架,還人為的布置一些抗震墻,即不能滿足樓層間的合理剛度比,也不能正確地反映底層框架在地震時(shí)受力狀態(tài)。問題在于結(jié)構(gòu)概念不明確,沒考慮這兩種結(jié)構(gòu)體系的差異。軟件的選擇和使用不當(dāng),造成危害是不容忽視的。美國一些著名學(xué)者和專家曾警告工業(yè)界:“誤用計(jì)算機(jī)造成結(jié)構(gòu)破壞而引起災(zāi)難只是一個(gè)時(shí)間的問題?!比欢苊膺@種情況,概念設(shè)計(jì)的思想不妨是個(gè)好方法。
運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想,也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R,以至混凝土的等級(jí)越用越高,配筋量越來越大,造價(jià)越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。以抗震設(shè)計(jì)為例,一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用效應(yīng)越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí),為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢?目前在抗震設(shè)計(jì)中,隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”,地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%,并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國內(nèi)外正廣泛地深入展開。在日本,研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中,取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識(shí)的限制,在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。
同時(shí),在目前建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固中,概念設(shè)計(jì)的思想也應(yīng)得到延伸。在1976年唐山地震中,天津市加固的2萬間民房無一倒塌,但天津第二毛紡廠三層的框架廠房,卻因偏重于傳統(tǒng)構(gòu)部件的加固,忽視結(jié)構(gòu)總體抗震性能的判斷,造成不合理的加固使抗震薄弱層轉(zhuǎn)移,仍然倒塌。
概念設(shè)計(jì)的思想被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受,并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越大的作用。然而現(xiàn)在的高校教學(xué)中,往往只重視單獨(dú)構(gòu)件和孤立的分體系的力學(xué)概念講解。尤其在專業(yè)課教學(xué)中,單項(xiàng)計(jì)算練習(xí)居多,綜合練習(xí)偏少,并著重體現(xiàn)在考題中,使得相當(dāng)部分學(xué)生養(yǎng)成只知套用公式解題的習(xí)慣。而且近年來強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育,比如,畢業(yè)設(shè)計(jì)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算、出圖。但由于計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過程的屏蔽,手算過程訓(xùn)練程度的削弱,造成學(xué)生產(chǎn)生一定依賴性,結(jié)果綜合運(yùn)用能力下降,整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對(duì)于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力、未來的工程師是相當(dāng)不利的。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用,使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中,打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī),充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力,是相當(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。
著名的美國工程院院士林同炎教授在《結(jié)構(gòu)概念和體系》一書中為結(jié)構(gòu)工程師提供了廣泛而又有獨(dú)特見解的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)和設(shè)計(jì)實(shí)例。該書著重介紹用整體概念來規(guī)劃結(jié)果總體方案的方法,以及結(jié)構(gòu)總體系和個(gè)分體系尖的相互力學(xué)關(guān)系和簡化近似設(shè)計(jì)方法。為結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在設(shè)計(jì)中創(chuàng)造性地相互配合,設(shè)計(jì)出令人滿意的建筑奠定基礎(chǔ)。這本書第二版的出版,為我們更好的加深概念設(shè)計(jì)的理解,提供有益的幫助。總之,概念設(shè)計(jì)必然會(huì)成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想,這就讓我們來共同學(xué)習(xí)、發(fā)展它吧,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
正確應(yīng)用CAD 軟件提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量
隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展和建筑結(jié)構(gòu)分析理論的日臻完善,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD) 系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。尤其是近年來高層建筑結(jié)構(gòu)分析理論的逐步成熟,極大地推動(dòng)了我國高層建筑的發(fā)展。
在眾多的結(jié)構(gòu)分析軟件中,平面框排架計(jì)算與繪圖軟件PK既是獨(dú)立的計(jì)算和繪圖軟件,又作為PKPM系列其它高層分析程序的接口軟件,是結(jié)構(gòu)工程師非常熟悉的。其它如結(jié)構(gòu)平面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)PMCAD、剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)JLQ ,以薄壁桿件理論為基礎(chǔ)的高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析程序TAT,以及以墻元理論為基礎(chǔ)的高精度空間有限元分析程序SATWE等。我們經(jīng)過近十年的實(shí)踐應(yīng)用,中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD 工程部開發(fā)的PKPM系列微機(jī)建筑工程CAD 系統(tǒng),是一套比較優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)軟件,而且涉及的內(nèi)容比較全面,它是集建筑APM) 、結(jié)構(gòu)、設(shè)備(水WPM、暖HPM、電EPM、空調(diào)CPM) ,概預(yù)算(STAT) 和施工于一體的大型CAD 設(shè)計(jì)系統(tǒng),各個(gè)模塊之間既可進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、接口,又可單獨(dú)使用。其中結(jié)構(gòu)平面輔助設(shè)計(jì)軟件PMCAD、框排架計(jì)算及施工圖繪制軟件PK、高層空間分析軟件TAT和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件JC2CAD 等可組成一個(gè)高效率的結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算及繪圖系統(tǒng)。下面主要介紹這些結(jié)構(gòu)軟件使用過程中容易出現(xiàn)的問題及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。
1 設(shè)計(jì)中存在的問題
我們?cè)谠O(shè)計(jì)中及與其它設(shè)計(jì)單位交往的過程中發(fā)現(xiàn),雖然采用了CAD ,但在結(jié)構(gòu)施工圖中出現(xiàn)了許多概念性的錯(cuò)誤和計(jì)算錯(cuò)誤,有些錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。究其原因是由于許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員并未接受過系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí),雖然初步掌握了一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的使用能力,但是缺乏對(duì)整體結(jié)構(gòu)概念的認(rèn)識(shí),過分相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際建筑物的較大差別;或由于軟件技術(shù)條件認(rèn)識(shí)不清而導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果。為此,本文就近幾年來發(fā)現(xiàn)的這些問題及其原因,結(jié)合PKPM軟件的應(yīng)用作一些簡單的分析,以便提高建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。
111 超規(guī)范設(shè)計(jì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)存在安全隱患
超規(guī)范設(shè)計(jì)問題對(duì)中小設(shè)計(jì)院來說是禁而未絕的問題。雖然建設(shè)主管部門三令五申的強(qiáng)調(diào),但是由于缺乏有效的管理手段和約束機(jī)制,有的地方設(shè)計(jì)審查流于形式,或?qū)υO(shè)計(jì)圖紙的審查只限于對(duì)建筑造型的審查,使得一些超規(guī)范設(shè)計(jì)變成了聳立于城市街頭的建筑物。當(dāng)然,超規(guī)范設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)單位主觀上的原因,也有的是客觀上造成的。超規(guī)范設(shè)計(jì)的問題主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面:
(1) 磚混結(jié)構(gòu)層數(shù)和高度超規(guī)范問題。在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ11289) (以下簡稱“抗規(guī)”) 中,多層砌體房屋由高度和層數(shù)兩個(gè)指標(biāo)控制,一般認(rèn)為,超過其中的一個(gè)控制指標(biāo)即是超規(guī)范設(shè)計(jì)。近年來,一些抗震設(shè)防地區(qū)所建磚混建筑物相繼出現(xiàn)8 層帶半地下室磚混住宅。嚴(yán)格地講,按“抗規(guī)”第51112 條規(guī)定,帶半地下室住宅房屋的高度和層數(shù)應(yīng)從地下室地面算起,也就是說,8 層帶半地下室建筑的實(shí)際層數(shù)應(yīng)為9 層。
(2) 底層框架磚房超規(guī)范設(shè)計(jì)問題。底層框架磚房除存在上述高度和層數(shù)超規(guī)范問題以外,還存在底層框架本身的設(shè)計(jì)超規(guī)范問題?!翱挂?guī)”所謂的底層框架是指底層為框架- 抗震墻承重的結(jié)構(gòu),且宜采用鋼筋混凝土抗震墻,但抗震烈度為6 度和7 度地區(qū)可采用嵌砌于框架之間的磚墻。根據(jù)了解的情況,有些工程底層框架雖有抗震墻但截面面積明顯不足。一些工程竟采用底層純框架結(jié)構(gòu),而且在抗震區(qū)總層數(shù)達(dá)到8 層。并有1 托7、2 托6、甚至3 托5 的底層純框架形式出現(xiàn),并且在實(shí)際工程中底層有限的幾片磚墻還常常是按填充墻來考慮。這種結(jié)構(gòu)形式大都出現(xiàn)在臨街的住宅設(shè)計(jì)中,尤其近年來在房地產(chǎn)開發(fā)商所建的商品房中居多,這種結(jié)構(gòu)形式的建筑在地震中的表現(xiàn)是非常脆弱的。所以,一旦有地震發(fā)生,其后果將是十分嚴(yán)重的。
(3) 舊房改造設(shè)計(jì)中的超規(guī)范問題。某些過去設(shè)計(jì)建造的房屋在建設(shè)當(dāng)時(shí)該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度低于現(xiàn)行的設(shè)防烈度,或由于建筑時(shí)的材料所限,其抗震能力較差,已屬于抗震加固對(duì)象,而某些設(shè)計(jì)單位未進(jìn)行加固設(shè)計(jì)而進(jìn)行了加層設(shè)計(jì),有的加層設(shè)計(jì)還超過現(xiàn)行規(guī)范要求。在加層施工中原
結(jié)構(gòu)有不同程度的破壞,加層設(shè)計(jì)對(duì)該建筑的抗震性能來說無疑是雪上加霜。調(diào)查發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致超規(guī)范設(shè)計(jì)的主要原因有如下幾方面:一是某些設(shè)計(jì)人員遵循規(guī)范的意識(shí)淡薄,對(duì)規(guī)范規(guī)定模糊不清、學(xué)習(xí)不夠,甚至有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員從來沒有考慮過規(guī)范的要求。二是建筑設(shè)計(jì)的人員結(jié)構(gòu)概念模糊,從建筑設(shè)計(jì)方案階段造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是超規(guī)范的,而又片面地強(qiáng)調(diào)所謂的建筑形式等要求,使結(jié)構(gòu)難以滿足規(guī)范要求。三是某些建設(shè)單位由于從投資的限制、土地利用率等方面出發(fā)而提出不滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)形式,而設(shè)計(jì)部門為得到工程的設(shè)計(jì)任務(wù)故意違反規(guī)范規(guī)定,有的設(shè)計(jì)單位領(lǐng)導(dǎo)為了眼前的利益,迫使設(shè)計(jì)人員進(jìn)行超規(guī)范設(shè)計(jì),四是設(shè)計(jì)審查部門遷就建設(shè)單位的意圖,使超規(guī)范設(shè)計(jì)在某些地方合法化甚至成為不成文的地方標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣作法。筆者認(rèn)為,設(shè)計(jì)規(guī)范作為國家制定的規(guī)程是指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)的綱領(lǐng),作為建筑設(shè)計(jì)工作者,在任何時(shí)候都不應(yīng)當(dāng)違反。
3 結(jié)束語
在工程設(shè)計(jì)時(shí),即從模型簡化、荷載匯總、結(jié)構(gòu)計(jì)算到施工圖繪制的全過程中,我們應(yīng)認(rèn)真的考慮設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié),不僅保證計(jì)算模型的簡化與工程實(shí)際相吻合,使計(jì)算假定與實(shí)際情況相一致,而且應(yīng)注意設(shè)計(jì)軟件的適用條件及其技術(shù)條件,正確的適用CAD 軟件,保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確,更要加強(qiáng)規(guī)范的學(xué)習(xí),加強(qiáng)概念設(shè)計(jì),保證結(jié)構(gòu)滿足各項(xiàng)構(gòu)造措施的要求。使建筑結(jié)構(gòu)安全能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用,保證結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能和耐久性能
淺談砌體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題
砌體結(jié)構(gòu)是由塊體和砂漿砌筑而成的墻、柱作為建筑物主要受力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。眾所周知,采用砌體結(jié)構(gòu)建造房屋符合“因地制宜、就地取材”的原則。和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,可以節(jié)約水泥和鋼筋,降低造價(jià)。因此幾十年來砌體結(jié)構(gòu)在新中國的發(fā)展建設(shè)中起到了不可替代的作用。
在砌體結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用的同時(shí),也發(fā)現(xiàn)了許多的質(zhì)量事故。砌體工程常見的質(zhì)量問題有以下四類:
一、砌體強(qiáng)度不足
1、設(shè)計(jì)截面太小,承載力不夠;
2、水、電、暖、衛(wèi)設(shè)設(shè)備留洞留槽削弱墻截面太多;
3、材料質(zhì)量不合格,如砌體用磚和砂漿強(qiáng)度等級(jí)不符合設(shè)計(jì)要求,采用不符合標(biāo)準(zhǔn)的水泥和摻和料等;
4、施工質(zhì)量差,砂漿飽滿度嚴(yán)重不足,施工時(shí)磚沒有浸水,引起灰縫強(qiáng)度不足等。
二、砌體錯(cuò)位,變形
1、砌體墻高厚比過大導(dǎo)致使用階段失穩(wěn)變形;
2、施工質(zhì)量問題,如墻體出現(xiàn)豎向偏斜,使用后受力而增加變形,甚至錯(cuò)動(dòng);
3、施工順序不當(dāng),如縱橫墻不同時(shí)咬槎砌筑,導(dǎo)致新砌體墻平面外變形失穩(wěn);
4、施工工藝不當(dāng),如灰砂磚砌筑,導(dǎo)致砌筑時(shí)失穩(wěn)。
三、局部損傷或倒塌
1、墻體由于施工或使用中的碰撞******而掉角、穿洞、甚至局部倒塌;
2、墻體在使用過程中受到酥堿腐蝕,使得部分墻體嚴(yán)重?fù)p傷;
3、冬季采用凍結(jié)法施工,解凍期無適當(dāng)措施,導(dǎo)致砌體墻倒塌。
四、砌體裂縫
砌體的裂縫是質(zhì)量事故最常見的現(xiàn)象,砌體的強(qiáng)度不足、變形失穩(wěn)損傷和可能出現(xiàn)的局部倒塌等情況也可通過出現(xiàn)的裂縫形態(tài)來分析和判別。現(xiàn)將砌體的裂縫類型及原因總結(jié)如下:
1、溫度變形
(1)、因日照及氣溫變化,不同材料及不同結(jié)構(gòu)部位的變形不一致,同時(shí)又存在較強(qiáng)大的約束。如平頂磚混結(jié)構(gòu)頂層磚墻因日照及氣溫變化和兩種材料的溫度線膨脹系數(shù)不同,造成屋蓋與磚墻變形不一致所產(chǎn)生的裂縫,位置多在兩端頂層墻體上。
(2)、溫度或環(huán)境溫度溫差太大。如房屋長度太長,又不設(shè)置伸縮縫,造成貫穿房屋全高的豎向裂縫,位置常在縱墻中部。
(3)、磚墻溫度變形受地基約束。如北方地區(qū)施工期不采暖,磚墻收縮受到地基約束而造成窗臺(tái)及其以下砌體中產(chǎn)生斜向或豎向裂縫。
(4)、砌體中的混凝土收縮(溫度與干縮)較大。如較長的現(xiàn)澆雨蓬梁兩端墻面產(chǎn)生的斜裂縫。
2、地基不均勻沉降
(1)、地基沉降差較大。如長高比較大的磚混結(jié)構(gòu)房屋中,中部地基沉降大于兩端時(shí)產(chǎn)生八字裂縫;地基兩端沉降大于中間時(shí),產(chǎn)生倒八字裂縫;地基突變,一端沉降較大時(shí),產(chǎn)生豎向裂縫。
(2)、地基局部塌陷。如位于防空洞、古井上的砌體,因地基局部塌陷而裂縫。
(3)、地基凍脹。如北方地區(qū)房屋基礎(chǔ)埋深不足,地基土又具有凍脹性,導(dǎo)致砌體裂縫。
(4)、地基浸水。如填土地基或濕陷黃土地基局部浸水后產(chǎn)生不均勻沉降使縱墻開裂。
(5)、地下水位降低。如地下水位較高的軟土地基,因人工降低地下水位引起附加沉降導(dǎo)致砌體開裂。
(6)、相鄰建筑物影響。如原有建筑物附近新建高大建筑物造成原有建筑產(chǎn)生附加沉降而裂縫
3、結(jié)構(gòu)荷載過大或砌體截面過小
(1)、抗壓、抗彎、抗剪、抗拉強(qiáng)度不足。如中心受壓磚注的豎向裂縫;磚砌平拱抗彎強(qiáng)度不足產(chǎn)生豎向或斜向裂縫;擋土墻抗剪強(qiáng)度不足而產(chǎn)生水平裂縫;磚砌水池池壁沿灰縫的裂縫。
(2)、局部承壓強(qiáng)度不足。如大梁或梁墊下的斜向或豎向裂縫。
4、設(shè)計(jì)構(gòu)造不當(dāng)
(1)、沉降縫設(shè)置不當(dāng)。如沉降縫位置不設(shè)在沉降差最大處;沉降縫太窄,高層房屋沉降變形后,低層房屋隨之下沉砌體受擠壓而開裂。
(2)、建筑結(jié)構(gòu)整體性差。如混合結(jié)構(gòu)建筑中,樓梯間磚墻的鋼筋混凝土圈梁不閉合而引起的裂縫。
(3)、墻內(nèi)留洞。如住宅內(nèi)外墻交接處留煙囪孔影響內(nèi)外墻連接。使用后因溫度變化而開裂。
(4)、不同結(jié)構(gòu)混合使用,又無適當(dāng)措施。如鋼筋混凝土墻梁撓度過大引起墻體裂縫。
(5)、新舊建筑連接不當(dāng)。如原有建筑擴(kuò)建時(shí),基礎(chǔ)分離而新舊磚墻砌成整體,使結(jié)合處產(chǎn)生墻體裂縫。
(6)、留大窗洞的墻體構(gòu)造不當(dāng)。如大窗臺(tái)墻下,上寬下窄的豎向裂縫。
5、材料質(zhì)量不良
(1)、砂漿體積不穩(wěn)定。如水泥安全性不合格,用含硫量超標(biāo)的硫鐵礦渣代砂引起砂漿開裂
(2)、磚體積不穩(wěn)定。如使用出廠不久的灰砂磚砌墻,因收縮不一致較易引起裂縫。
6、施工質(zhì)量低劣
(1)、組砌方法不合理,漏放構(gòu)造鋼筋。如內(nèi)外墻不同時(shí)砌筑,又不留踏步式接茬,或不放拉接鋼筋,導(dǎo)致內(nèi)外墻連接處產(chǎn)生通長豎向裂縫。
(2)、砌體用斷磚,墻中通縫、重縫較多。如某單層廠房圍護(hù)外墻因集中使用斷磚而裂縫。
(3)、留洞或留槽不當(dāng)。如某辦公樓在500mm寬窗間墻留腳手眼,而導(dǎo)致砌體開裂縫。
7、地震和工程振動(dòng)
(1)、地震。如多層磚混結(jié)構(gòu)宿舍在強(qiáng)烈地震下產(chǎn)生的斜向或交叉裂縫。
(2)、無下弦人字木屋架。如頂層人字木無下弦屋架,在地震時(shí)產(chǎn)生水平推力,頂部墻體出現(xiàn)縱向水平裂縫頂層墻角在地震時(shí)出現(xiàn)角部V形裂縫。
(3)、不均勻震陷。如樓蓋有圈梁,地震時(shí)一側(cè)震陷較大窗間墻出現(xiàn)斜裂縫。
(4)、機(jī)械振動(dòng)。如某工程附近爆破所造成的裂縫。
綜上所述,設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料不良、施工低劣和地震及機(jī)械振動(dòng)造成的裂縫比較容易觀察和判別。砌體最常見的裂縫原因是溫度變形和地基不均勻沉降引起的,但也有因荷載過大或截面過小導(dǎo)致的裂縫,則其危害性往往嚴(yán)重。
異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題
現(xiàn)代住宅建筑要求大開間,平面及房間布置靈活、方便,室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的要求,因而逐漸得到了推廣應(yīng)用。
目前,現(xiàn)行國家規(guī)范或規(guī)程中尚未給出有關(guān)異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的條款,因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中常會(huì)遇到一些規(guī)范或規(guī)程尚未論及的問題,需要設(shè)計(jì)人員積累經(jīng)驗(yàn),利用正確的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本文旨在對(duì)異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行探討,提出個(gè)人看法,供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。
1 異形柱結(jié)構(gòu)型式及其計(jì)算
異形柱結(jié)構(gòu)型式有異形柱框架結(jié)構(gòu)、異形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和異形柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)。
異形柱結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結(jié)構(gòu)不同。由于異形柱截面不對(duì)稱,在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此,對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按空間體系考慮,宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計(jì)算程序進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同,所以計(jì)算時(shí)不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模計(jì)算。
當(dāng)采用不具有異形柱單元的空間分析程序(如TBSA 5.0)計(jì)算異形柱結(jié)構(gòu)時(shí),可按薄壁桿件模型進(jìn)行內(nèi)力分析。
對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu),一般宜按剛度等效折算成普通框架進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。當(dāng)剛度相等時(shí),矩形柱比異形柱的截面面積大。一般,比值(A矩/A異)約在1.10-1.30之間[1]。因此,用矩形柱替換后計(jì)算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱,建議用比值(A矩/A異)對(duì)軸壓比計(jì)算值加以放大后再用于異形柱。
對(duì)有剪力墻(或核心筒)的異形柱結(jié)構(gòu),由于異形柱分擔(dān)的水平剪力很小,由此產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力基本可以忽略,為簡化計(jì)算,可按面積等效或剛度等效折算成普通框架—剪力墻(或核心筒)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況,且面積等效計(jì)算更為簡便。但應(yīng)注意,按面積等效計(jì)算時(shí),須同時(shí)滿足下面兩式:
(1)A矩=A異;(2)b/h=(Ix異/Iy異)1/2
式中,A矩、A異——分別為矩形柱和異形柱的截面面積;
b、h——分別為矩形截面的寬和高;
Ix異、Iy異——分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。
一般,按面積等效計(jì)算時(shí),矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對(duì)有剪力墻(或核心筒)的異形柱結(jié)構(gòu),計(jì)算分析表明[2],按面積等效與按剛度等效的計(jì)算結(jié)果是接近的。
異形柱的截面設(shè)計(jì),可根據(jù)上述方法得出的內(nèi)力,采用適合異形柱截面受力特性的截面計(jì)算方法進(jìn)行配筋計(jì)算。
2 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計(jì)算
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計(jì)算模型、配筋方式和構(gòu)造要求均同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)。在TAT、TBSA中,只需按剪力墻輸入即可,而且TAT、TBSA更適合用來計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT、TBSA所用的計(jì)算模型都是桿件、薄壁桿件模型,其中梁、柱為普通空間桿件,每端有6個(gè)自由度,墻視為薄壁桿件,每端有7個(gè)自由度(多一個(gè)截面翹曲角,即扭轉(zhuǎn)角沿縱軸的導(dǎo)數(shù)),考慮了墻單元非平面變形的影響,按矩陣位移法由單元?jiǎng)偠染仃囆纬煽倓偠染仃嚕霕前迤矫鎯?nèi)剛度無限大假定減少部分未知量之后求解,它適用于各種平面布置,未知量少,精度較高。但是,薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜(如有轉(zhuǎn)換層)時(shí),也存在一些不足,主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響,當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短(一般為墻厚的5-8倍),本身較高細(xì),更接近于桿件性能,所以,用TAT、TBSA計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力,精度較高。
對(duì)設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu),一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地,其于剪力墻框支。框支剪力墻是受力面向受力點(diǎn)過渡,由于薄壁桿件的連接處是點(diǎn)連接,所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此,帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件(如SATWE)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)然,從整體上的內(nèi)力(特別是下部支承柱的內(nèi)力)分布情況來看,如果將剪力墻加以適當(dāng)?shù)奶幚?,還是可以用TAT、TBSA對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算的[3]。
3 異形柱的受力性能及其軸壓比控制
天津大學(xué)的試驗(yàn)研究結(jié)果表明[4]:異形柱的延性比普通矩形柱的差。軸壓比、高長比(即柱凈高與截面肢長之比)是影響異形柱破壞形態(tài)及延性的兩個(gè)重要因素。
異形柱由于多肢的存在,其剪力中心與截面形心往往不重合,在受力狀態(tài)下,各肢產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力。由于剪應(yīng)力,使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫,即產(chǎn)生腹剪裂縫,導(dǎo)致異形柱脆性明顯,使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。
作為異形柱延性的保證措施,必須嚴(yán)格控制軸壓比,同時(shí)避免高長比小于4(短柱)??刂浦孛孑S壓比的目的,在于要求柱應(yīng)具有足夠大的截面尺寸,以防止出現(xiàn)小偏壓破壞,提高柱的變形能力,滿足抗震要求。廣東《規(guī)程》按建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ11—89)中所規(guī)定的柱子軸壓比降低0.05取用(按截面的實(shí)際面積計(jì)算);天津《規(guī)程》則根據(jù)箍筋間距與主筋直徑之比、箍筋直徑及抗震等級(jí)共同確定,其要求比廣東《規(guī)程》嚴(yán)格,例如,對(duì)s/d=5、4(即箍筋間距s=100mm,縱筋直徑d分別為20mm、25mm的情況),箍筋直徑dv=8mm,抗震等級(jí)為三級(jí)的L形截面,其軸壓比限值分別為0.60,0.65。異形柱是從短肢剪力墻向矩形柱過渡的一種構(gòu)件,柱肢截面的肢厚比(即肢長/肢寬)不大于4?!陡咭?guī)》(JGJ3—91)第5.3.4條,“抗震設(shè)計(jì)時(shí),小墻肢的截面高度不宜小于3bw”,“一、二級(jí)剪力墻的小墻肢,其軸壓比不宜大于0.6”。根據(jù)上述分析,為便于應(yīng)用,建議在6度設(shè)防區(qū),對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu),L形截面柱的軸壓比不應(yīng)超過0.6(按截面的實(shí)際面積計(jì)算,下同),T形截面柱的的軸壓比不應(yīng)超過0.65,十字形截面柱的軸壓比不應(yīng)超過0.8;對(duì)于異形柱框架—剪力墻(或核心筒)結(jié)構(gòu),由于框架是第二道抗震防線,所以框架柱的軸壓比限值可放寬到0.65(L形)、0.70(T形)、0.90(+字形),但對(duì)于轉(zhuǎn)換層下的支承柱,其軸壓比仍不應(yīng)超過0.60。
短柱在壓剪作用下往往發(fā)生脆性的剪切破壞,設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)短柱。根據(jù)高長比不宜小于4,在梁高為600mm的前提下,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.0m時(shí),異形柱的最大肢長可為600mm;底層層高為4.2m時(shí),肢長可為900mm。
4 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度及框支柱
在現(xiàn)代高層住宅的地下室和下部幾層,由于停車和商業(yè)用房需較大空間,就得通過轉(zhuǎn)換層來實(shí)現(xiàn)。在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,一般都只將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地,其于剪力墻框支。
據(jù)研究表明[5],“框支剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí),轉(zhuǎn)換層附近層間位移角及內(nèi)力分布急劇突變,內(nèi)力的傳遞僅靠轉(zhuǎn)換層一層樓板的間接傳力途徑很難實(shí)現(xiàn);轉(zhuǎn)換層下部的‘框支’結(jié)構(gòu)易于開裂和屈服,轉(zhuǎn)換層上部幾層墻體易于破壞。這種結(jié)構(gòu)體系不利于抗震。高烈度區(qū)(9度及9度以上)不應(yīng)采用;8度區(qū)可以采用,但應(yīng)限制轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度,可考慮不宜超過3層;7度區(qū)可適當(dāng)放寬限制?!币虼耍ㄗh在6度抗震設(shè)防區(qū),短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度不宜超過5層,避免高位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換層上下的層剛度比γ宜接近1,不宜超過2。轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí),宜同時(shí)控制轉(zhuǎn)換層下部“框支”結(jié)構(gòu)的等效剛度(即考慮彎曲剪切和軸向變形的綜合剛度),使EgJg與EcJc接近。EgJg為剪力墻結(jié)構(gòu)的等效剛度,剪力墻結(jié)構(gòu)高度取框支層的總高度,其平面和層高與轉(zhuǎn)換層上部的剪力墻結(jié)構(gòu)相同;EcJc為轉(zhuǎn)換層下部“框支”結(jié)構(gòu)的等效剛度。研究表明[5],“控制轉(zhuǎn)換層下部‘框支’結(jié)構(gòu)的等效剛度對(duì)于減少轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角和內(nèi)力突變是十分必要的,效果也很顯著?!?
規(guī)范對(duì)框支柱的內(nèi)力、軸壓比、配筋等的要求都嚴(yán)于普通柱。框支剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí),如何定義框支柱,涉及到安全與經(jīng)濟(jì)的問題。根據(jù)圣維南原理,局部處理的影響只限于局部范圍,所以當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高(如高位轉(zhuǎn)換)時(shí),除轉(zhuǎn)換層附近樓層的內(nèi)力較復(fù)雜外,下面的結(jié)構(gòu)受到的影響很小,應(yīng)與普通框架結(jié)構(gòu)基本一樣,不必按框支柱處理。文獻(xiàn)[6]計(jì)算了兩個(gè)28層的結(jié)構(gòu),一為內(nèi)筒外框架結(jié)構(gòu),一為內(nèi)筒外框支結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層設(shè)在18層。計(jì)算結(jié)果表明,轉(zhuǎn)換層下二層的內(nèi)力影響很大,下三層的內(nèi)力誤差最大為15%,下五層的內(nèi)力已比較接近(最大誤差小于10%),下八層的內(nèi)力已基本一樣(最大誤差小于5%)。這說明框支柱只需在五層范圍內(nèi)加以考慮,其它層的柱子按普通框架柱處理即可。因此,建議當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置不超過五層時(shí),轉(zhuǎn)換層下的各層柱均按框支柱處理;當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置超過五層時(shí),轉(zhuǎn)換層下相鄰的五層柱按框支柱處理,而其它層的柱按普通框架柱處理。由于高位轉(zhuǎn)換對(duì)抗震不利,所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免高位轉(zhuǎn)換。
5 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計(jì)
振動(dòng)臺(tái)模擬地震試驗(yàn)結(jié)果表明[7],建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢、底部外圍的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng),建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢會(huì)首先開裂;在地震作用下,高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)將以整體彎曲變形為主,底部外圍的小墻肢,截面面積小且承受較大的豎向荷載,破壞嚴(yán)重,尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴(yán)重;在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,由于墻肢剛度相對(duì)減小,使連梁受剪破壞的可能性增加。因此,在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)這些薄弱環(huán)節(jié),更應(yīng)加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造措施。例如,短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻,使其剛度中心和建筑物質(zhì)心盡量接近,以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng);適當(dāng)增加建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢厚度(宜取250mm,對(duì)底部外圍的小墻肢根據(jù)需要可取用300mm),加強(qiáng)墻肢端部的暗柱配筋,嚴(yán)格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6,以提高墻肢的承載力和延性;高層結(jié)構(gòu)中連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件,連梁的剪切破壞會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低,對(duì)抗震不利,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算,保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞;短肢剪力墻宜在兩個(gè)方向均有梁與之拉結(jié),連梁宜布置在各肢的平面內(nèi),避免采用“一”字形墻肢;短肢剪力墻底部加強(qiáng)部位的配筋應(yīng)符合規(guī)范要求;等。
聯(lián)系客服