淺議結構設計常見問題

摘 要:結構設計中相當部分構件的設置，規(guī)范僅給出了最低限值或建議取值，實際設計過程中各人的理解不同可能對整個設計帶來相當大的區(qū)別。還有部分是屬于概念設計的范疇，尤其值得我們一起探討。

關鍵詞:結構設計常見問題探討

中圖分類號:U2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0034-01

結構設計中相當部分構件的設置，規(guī)范僅給出了最低限值或建議取值，實際設計過程中各人的理解不同可能對整個設計帶來相當大的區(qū)別。還有部分是屬于概念設計的范疇，尤其值得我們一起探討。

1 關于超長結構

混凝土結構設計規(guī)范第9.1.1條中規(guī)定鋼筋混凝土框架結構伸縮縫最大間距為55m，而7.1.2條則規(guī)定當采取后澆帶分段施工，專門的預加應力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施且有充分依據的，伸縮縫間距可適當增大。這兩條使我們在實際設計過程中較難把握。工程實例中超過55m就設置伸縮縫，這顯然是很難保證的，采取后澆帶分段施工后究竟應控制房屋長度多少而不至于產生裂縫等不良現(xiàn)象呢？這取決于各地區(qū)的溫差及混凝土不同的收縮應力。結構設計中必須對梁柱配筋進行概念上的調整。首先長向板鋼筋應雙層設置，并適當加強中部區(qū)域的梁板配筋，中部區(qū)域作為一個中點必然受較大應力，而兩側梁柱，特別是邊跨的柱配筋必須加強以抵抗溫度應力帶來的推力，而超長結構在角部容易產生的扭轉效應也須我們在設計中對角部結構進行加強。當框架結構超過70m時，筆者認為必須采取特殊的措施才能不設置伸縮縫，譬如采用預加應力，摻入抗裂外加劑等等，而且作為超過70m 的結構，必須對溫度及收縮裂縫采取定量的分析，并相應施加預應力，在許多工程實例中應用的效果也是眾目共睹。如果對超長結構，不能有效的分析清楚受力情況，建議還是應按規(guī)范要求設置伸縮縫，畢竟建筑上縫只要處理得當還是不影響觀瞻的。

2 關于樁筏基礎中筏板取值

樁筏基礎設計中對于筏板厚度的取值，一般是先按建筑層數(shù)估算筏板厚度，常規(guī)是按層數(shù)×50mm來估算。譬如說一幢十八層的小高層住宅，我們則先按18×50mm=900mm設定筏板厚，然后再根據排樁情況，分別驗算角樁沖切，邊樁沖切及墻沖切，群樁沖切。一般情況均為角樁沖切來控制板厚，在這里主要強調一個短肢剪力墻結構下的群樁沖切，短肢剪力墻結構由于墻體不封閉，故取值群樁沖切邊界時有相當大的困難，而群樁沖切由于樁群重疊面積較大，應是一種不利狀態(tài)。一般是取值幾個大層間近似作為沖切邊界，所圍區(qū)域內短肢墻體內力則作為抗力抵消，雖不完全準確，但區(qū)域放大后，邊界的開口效應有所削弱，是可行的。

3 關于板面設置溫度應力筋

《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002第10.1.9條規(guī)定在溫度收縮應力較大的現(xiàn)澆板區(qū)域內，鋼筋間距宜取為150～200mm，并應在板的末配筋表面布置溫度收縮鋼筋，板的上下表面沿縱橫兩個方向的配筋率均不宜小于0.1%。對于這一條設計人員的理解又會產生出入。什么區(qū)域屬于溫度收縮應力較大的區(qū)域？對于規(guī)則較短的建筑物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設置相應的溫度應力鋼筋，而對于超長結構，則建議在超長結構的長向均應設置雙層鋼筋。其余部位則可因人而異，功能重要的區(qū)域設置，有條件的建設子項設置，而不必過于強調。另外有一點，當?shù)叵率曳ぐ搴穸却笥?200mm時，筆者建議在筏板中間配置溫度收縮應力鋼筋以抵抗大體積混凝土所產生的收縮及溫度應力，配筋量筆者建議取1/2筏板厚的0.1%，且不小于φ12×200。

4 關于梁上起柱是否設置附加鋼筋

某些工程梁上起柱及次梁上面都在梁中附加橫向鋼筋，有的同志甚至在彈性梁基礎中柱下梁內亦附加鋼筋。雖然這是偏于安全的一種做法，但如果計算不需要則就是浪費了。《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002第10.2.13條規(guī)定，位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋(箍筋，吊筋)承擔，附加橫向鋼筋宜采用箍筋。因此次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必設置附加橫向鋼筋的。《混凝土結構施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構造詳圖》就是如此的。但還是有相當多的設計人員認為梁上起柱應設置橫向鋼筋，其理由是柱的軸力(集中荷載)會通過柱中的縱向鋼筋傳到梁截面。這就不對了，柱軸力是由柱截面的混凝土傳到梁的上表面，而不是由柱內鋼筋傳遞的，否則獨立基礎內豈不是也要設置吊筋了？這一類問題我覺得搞清楚了在工程實踐中可以避免一些不必要的浪費。

5 關于強柱弱梁的設計理念

強柱弱梁的概念主要是針對小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設防目標而提出的。柱破壞了建筑物整個都會傾覆，而梁破壞則僅是某個區(qū)域失效，因此柱較之梁破壞的損害更大，當前我們的經濟已高速發(fā)展，我們設計人員在設計中一定要將這一概念設計貫徹下去。其一必須嚴格控制柱軸壓比，我們目前的計算均是基于小震下進行的，如果小震下柱子軸壓比過高，則大震下地震力將對邊柱產生一個巨大的附加軸力(有文章研究表明約增加30%)，則柱子根本不可能有這點安全儲備，在大震即會破壞，那又何談大震不倒呢？筆者認為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%，且我們對柱斷面及配筋設置時應分部位處理，建議邊柱，角柱應適當加強，特別是角柱，建議應全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%。所有框架柱，不包括小截面柱，建議縱筋均應大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋筆者則建議應配足梁中部筋，而支座筋則可通過調幅讓其適當降低，以使地震作用下能形成梁鉸機制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產生塑性鉸，保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。

6 關于剪力墻結構中的幾個問題

短肢剪力墻結構設計中有幾個問題值得我們重視，處理不當經常會成為薄弱點，這也是抗震審查中經常發(fā)現(xiàn)的問題。其一是對普通長墻的界定，高規(guī)JGJ3-2002第7.1.2條中規(guī)定一般剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比大于8的剪力墻，短肢剪力墻是指截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻。這就給我們帶來一個困惑，高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻受力特性截然不同的，由此而引起的配筋亦相差甚遠(對四級剪力墻而言，短肢剪力墻在一般部位的配筋率要求大于1.0%，而普通墻則僅要求邊緣構件配筋率0.4%，墻身部分配筋率僅為0.2%。)因此筆者在布置長墻時建議控制高厚比大于9，這樣就與短肢剪力墻有所區(qū)分而不會混淆。其二是關于小墻肢JGJ3-2002第7.2.5條規(guī)定矩形截面獨立墻肢的截面高度不宜小于截面厚度的5倍，因為當墻肢高厚比較小時受力特性是脆性破壞，屬抗震不利構件。因此認為在剪力墻結構設計中應盡量避免次類構件的出現(xiàn)，特別是高厚比小于3的小墻肢應不出現(xiàn)，如出現(xiàn)建議一種是按構造柱考慮，不作為抗側力構件，否則應按框架柱設計，盡量降低軸壓比，加強配筋。