結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)問題探討

盧偉煌

(福建省建筑設(shè)計研究院 福建福州 350001)

結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)問題探討

盧偉煌

(福建省建筑設(shè)計研究院 福建福州 350001)

本文對獨(dú)立基礎(chǔ)的剪跨比較小時的抗剪承載力的計算、地下室抗拔灌注樁裂縫寬度的復(fù)核、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 1-2014關(guān)于預(yù)制柱底和預(yù)制剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值公式、人工挖孔樁孔底采用荷載板試驗結(jié)果的應(yīng)用、無梁樓蓋柱帽上翻時,柱上板帶的配筋計算和高層建筑沒有設(shè)置地下室，不滿足《高規(guī)》的基礎(chǔ)埋置深度的要求的處理方法等六個問題進(jìn)行討論，得出有利于工程設(shè)計中的應(yīng)用的結(jié)果。

抗剪承載力；混凝土裂縫；無梁樓蓋；基礎(chǔ)埋置深度

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1 獨(dú)立基礎(chǔ)的抗剪承載力的復(fù)核

(1)獨(dú)立基礎(chǔ)：

圖1 獨(dú)立基礎(chǔ)

柱邊剪力設(shè)計值Vs=2370×(2.25-0.65)×4.5=17064kN

所需的獨(dú)立基礎(chǔ)有效高度

獨(dú)立基礎(chǔ)高度h=h0+100=4340+100=4440mm，顯然這高度太高了。

(2)樁基礎(chǔ)：

柱軸力的設(shè)計值N=48000kN，勁性混凝土柱截面1300×1300mm2，樁基礎(chǔ)，樁直徑Φ1000，每根樁反力設(shè)計值R=12000kN，四樁承臺混凝土強(qiáng)度等級C35，承臺高度3200mm，如(圖2)所示。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011第8.5.19和8.5.20條的抗沖切和抗剪驗算如下：

圖2 樁基礎(chǔ)

柱邊的抗剪驗算：

角樁沖切：

αβhpftumh0=1.244×0.9×0.157×300×310=16347kN≥12000kN

從上面兩例中可看出，柱大小、柱軸力、獨(dú)立基礎(chǔ)和承臺平面尺寸均相同，但獨(dú)立基礎(chǔ)和承臺厚度計算結(jié)果卻相差很大，這種相差是不合理的，應(yīng)該四樁承臺受力更不利才對，問題究竟出在哪里？

從獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪公式Vs≤0.7βhsftA0，可以看出，其抗剪系數(shù)0.7是常數(shù)，不隨剪跨比變化，這顯然不合理，其抗剪系數(shù)應(yīng)該隨剪跨比變小而增大才對，因此，可以按以下計算獨(dú)立基礎(chǔ)抗剪系數(shù)：

柱邊剪力設(shè)計值

Vs=2370×(2.25-0.65)×4.5=17064kNβhsβftbh0=1.35×0.7953×0.157×450×270=20480kN≥17064kN

因此，實際上獨(dú)立基礎(chǔ)厚度僅需2800mm，而不是4440mm。

2 關(guān)于地下室抗拔灌注樁裂縫寬度的復(fù)核

由于抗拔灌注樁屬純拉構(gòu)件，裂縫寬度計算公式不適用，換一種思路，采用二級裂縫控制條件，即σc≤ftk。對于上面的算例，假定混凝土抗拉強(qiáng)度達(dá)到抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，所能承擔(dān)的拉力N可按下面公式計算：

N=Acftk+σsAs=5026×0.22+1.4×60.8=1200kN

從上計算可看出，當(dāng)拉力為N=1200kN時，其混凝土應(yīng)力達(dá)到ftk，滿足二級裂縫控制條件。

3 《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 1-2014關(guān)于預(yù)制柱底和預(yù)制剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值公式探討

《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014預(yù)制柱底受剪承載力的設(shè)計值計算公式如下：

預(yù)制剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值計算公式如下：

VuE=0.60fyAsd+0.60N

N壓力時取正，拉力時取負(fù)。

而《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010對現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架柱的受剪截面的要求如下：

在持久、短暫設(shè)計狀況下：V≤0.25βcfcbh0

在地震設(shè)計狀況下：

對現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻墻肢受剪截面的要求如下：

在持久、短暫設(shè)計狀況下：V≤0.25βcfcbwhw0

在地震設(shè)計狀況下：

現(xiàn)在我們對照預(yù)制柱底和預(yù)制剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值公式，假定柱墻的軸壓必均為0.50，即N=0.5fcbh(對柱)和N=0.5fcbwhw(對剪力墻)；

當(dāng)預(yù)制柱受壓時，其受剪承載力的設(shè)計值：

當(dāng)預(yù)制剪力墻受壓時，剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值：

vuE=0.60fyAsd+0.60N=0.60fyAsd+0.30fcbwhw，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻的受剪截面的要求V≤0.25βcfcbwhw0

因此，上面的預(yù)制柱底和預(yù)制剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值公式不安全，計算值應(yīng)降低使用。

4 人工挖孔樁孔底采用荷載板試驗結(jié)果的應(yīng)用

人工挖孔樁孔底采用荷載板試驗結(jié)果，在計算樁基承載力時要不要根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)ψp的修正，這也是有爭議的。

要解決這個問題，需要了解孔底樁端承載力的組成，孔底樁端承載力由兩部分組成，如(圖3)所示，

將基底水平面以上的土重用均布超載q(=γd)代替，則賴斯納(Reissner)得出極限承載力公式為

Pu=cNc+qNq

圖3 考慮基礎(chǔ)有埋置深度時極限承載力的計算圖

從中可以看出，地基承載力由兩部分組成，一個由地基本身土層結(jié)構(gòu)好壞決定，另一部分由基底水平面以上的土重(即均布超載)多少決定。

回過頭，我們看一下人工挖孔樁孔底采用荷載板試驗極限荷載值也是由兩部分組成，即人工挖孔樁孔底土層結(jié)構(gòu)和孔底以上土層的高度(人工挖孔樁孔底的深度)

下面我們來看不同直徑的人工挖孔樁樁底的荷載板試驗的情況，現(xiàn)有三種人工挖孔樁直徑(Φ800,Φ1500,Φ3000)，如圖4所示，荷載板直徑均為800mm，在三種人工挖孔樁直徑荷載板試驗結(jié)果分別為P8(800)、P8(1500)、P8(3000)，它們之間關(guān)系為：

P8(800)>P8(1500)>P8(3000)

從中可看出，樁直徑Φ800試驗結(jié)果用于樁直徑大于Φ800的時候，必須按規(guī)范進(jìn)行樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)ψp的修正，但如果大直徑的試驗結(jié)果用于小直徑的時侯，不需要進(jìn)行樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)ψp的修正。

5 無梁樓蓋柱帽上翻時,柱上板帶的配筋計算

對于理正軟件計算無梁樓蓋時，當(dāng)柱帽上翻時，其計算結(jié)果不給出柱上板帶的配筋。平時設(shè)計無梁樓蓋時，為了得到柱帽上翻時柱上板帶的配筋，在計算時把上翻的柱帽下翻，這樣得到的每米柱上板帶配筋偏小。

為了解決這問題，方法有兩種：以下圖為例，假如計算得到柱帽上翻時柱上板帶的每米配筋A(yù)s(cm2/m)

方法一、把所有的柱上板帶的配筋均配在柱帽上，即Ag1=4.2m×As(cm2/m)，Ag2為板面的通長鋼筋，這樣是偏安全的做法。

6 高層建筑沒有設(shè)置地下室，不滿足《高規(guī)》的基礎(chǔ)埋置深度的要求的處理方法

高層建筑沒有設(shè)置地下室，不滿足《高規(guī)》的基礎(chǔ)埋置深度的要求，不是說不可以，但須采取一定的措施，保證其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性；比如，工業(yè)用煙囪，屬高聳建筑，它沒有設(shè)置地下室，且高寬比均大于10以上，比民用高層建筑的高寬比大多了，它經(jīng)過基礎(chǔ)的驗算照樣能滿足穩(wěn)定性要求。下面探討高層建筑沒有地下室，不滿足《高規(guī)》的基礎(chǔ)埋置深度的要求的處理方法。

在滿足豎向荷載、風(fēng)荷載和小震的地震作用各工況下對主樓樁基的要求外,還需滿足中震和大震作用下對主樓樁基的要求，在設(shè)計主樓樁基在滿足上述條件下，上部結(jié)構(gòu)的抗傾覆就能滿足要求。

(1)在僅有中震組合下(不包括風(fēng)荷載組合)：

Nmax—在僅有中震組合下樁的最大的軸壓力標(biāo)準(zhǔn)值，

Ra—樁的豎向抗壓承載力特征值

Ac—樁混凝土面積，fc—樁混凝土強(qiáng)度設(shè)計值，

As—樁混凝土中鋼筋面積，fy—鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值，

Qmax—在僅有中震組合下整棟高層建筑的基底剪力

n—整棟建筑樁基的根數(shù)

Ra—樁的豎向抗拉承載力特征值

As—樁混凝土中鋼筋面積，fy—鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值。

(2)在僅有大震組合下(不包括風(fēng)荷載組合)：

Nmax—在僅有大震組合下樁的最大的軸壓力標(biāo)準(zhǔn)值，

Ra—樁的豎向抗壓承載力特征值

Ac—樁混凝土面積，fck—樁混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，

As—樁混凝土中鋼筋面積，fyk—鋼筋的曲服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

Ra—樁的豎向抗拉承載力特征值

As—樁混凝土中鋼筋面積，fy—鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計值。

7 結(jié)論

綜上所述，本文對獨(dú)立基礎(chǔ)的剪跨比較小時的抗剪承載力的計算、地下室抗拔灌注樁裂縫寬度的復(fù)核、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ1-2014關(guān)于預(yù)制柱底和預(yù)制剪力墻水平接縫的受剪承載力的設(shè)計值公式、人工挖孔樁孔底采用荷載板試驗結(jié)果的應(yīng)用、無梁樓蓋柱帽上翻時,柱上板帶的配筋計算和高層建筑沒有設(shè)置地下室，不滿足《高規(guī)》的基礎(chǔ)埋置深度的要求的處理方法等六個問題進(jìn)行討論，得出有利于工程設(shè)計中的應(yīng)用的結(jié)果，平常用于工程設(shè)計，既保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全可靠，又避免結(jié)構(gòu)設(shè)計上的不必要的浪費(fèi)。因此可作為設(shè)計人員的參考。

[1]GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JGJ3-土2010,高層建筑混凝結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB50007-2010,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

Discussion about Structural Design Issues

LUWeihuang

(Fujian provincial institute of architectural design research,FuZhou 350001)

Six issues were discussed in this paper, and the results obtained is helpful to the application of engineering design. Six issues are as follows:The calculation of shear bearing capacity when the independent foundation of shear span ratio is relatively small . The review about the cracks width of uplift grouting pile in basement. “Technical specification for precast concrete structures”( JGJ 1-2014) about design value formula of shear bearing capacity of precast column bottom and precast shear wall horizontal joints. The application of loading plate test results about the bottom of artificial dig-hole pile. The calculation of the column strip reinforcement when the column cap of floor without beam on the turn. High-rise buildings without the basement do not meet the requirements of foundation embedment depth in “Technical specification for concrete structures of tall buildings”.

Shear bearing capacity; Concrete cracks; Flat slab; Embedment depth of foundation

盧偉煌(1963.3- ),男，教授級高級工程師。

2015-05-21

TU318

A

1004-6135(2015)07-0001-04