結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題及對(duì)策

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑施工設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有許多細(xì)節(jié)技術(shù)問題需要注意，本文總結(jié)幾個(gè)多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中值得注意的問題并提出相應(yīng)對(duì)策。

　　《工程管理學(xué)報(bào)》是國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管的綜合類國家科技期刊，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國建筑業(yè)協(xié)會(huì)管理現(xiàn)代化專業(yè)委員會(huì)主辦。期刊原名是創(chuàng)建于1985年，1987年國內(nèi)外公開發(fā)行的《建筑管理現(xiàn)代化》。2009年底，經(jīng)國家新聞出版總署研究同意，更名為《工程管理學(xué)報(bào)》，現(xiàn)為雙月刊，刊號(hào)：ISSN1674-8859/CN23-1564/TU;國內(nèi)外公開發(fā)行代號(hào)：14—173。

　　1 截面尺寸的選擇

　　梁、柱截面尺寸的選擇是框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，除應(yīng)滿足規(guī)范所要求的取值范圍，還應(yīng)注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1，以達(dá)到在罕遇地震作用下，梁端形成塑性鉸時(shí)，節(jié)點(diǎn)仍處于彈性工作階段的目的，即規(guī)范所要求的“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”。

　　2 獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載取值

　　通常情況下，多層框架房屋采用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的形式。《抗震規(guī)范》中明確指出，在地基的主要持力層沒有軟弱粘性土層的情況下，當(dāng)建筑高度在24 m 以下且層數(shù)不超過8層的一般民用建筑，可以不對(duì)地基和基礎(chǔ)的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算。但是在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該將風(fēng)荷載考慮進(jìn)去; 所以，不能因?yàn)橐话憬ㄖ诘卣饏^(qū)風(fēng)荷載不是控制荷載而忽略了。還有些設(shè)計(jì)師在進(jìn)行獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，柱腳內(nèi)力設(shè)計(jì)值取值不合理，只對(duì)軸力與彎曲采取了設(shè)計(jì)值，而未能考慮剪力，還有些甚至只取了軸力設(shè)計(jì)值。若獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載取值不合理，將會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的不安全或者材料浪費(fèi)。

　　3 框架計(jì)算簡(jiǎn)圖要合理

　　無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋，獨(dú)立基礎(chǔ)埋置較深，在-0. 05 m 左右設(shè)有基礎(chǔ)拉梁時(shí)，應(yīng)將基礎(chǔ)拉梁按層1 輸入，拉梁上如作用有荷載，應(yīng)將荷載一并輸入。根據(jù)《抗震規(guī)范》第6. 2. 3 條，框架柱底層柱腳彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)。當(dāng)設(shè)拉梁層時(shí)，一般情況下，要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)頂面處的截面控制還是由基礎(chǔ)拉梁頂面處的截面控制。

　　考慮到地基土的約束作用，對(duì)這樣的計(jì)算簡(jiǎn)圖，在電算程序總信息輸入中，可填寫地下室層數(shù)為1，并復(fù)算一次，按兩計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)圖進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)底層柱的配筋。

　　4 結(jié)構(gòu)計(jì)算中幾個(gè)重要參數(shù)選取問題

　　《抗震規(guī)范》中明確指出，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算出來的所有結(jié)果，都必須在經(jīng)過對(duì)其合理性、有效性認(rèn)真分析判斷后才能適用于工程設(shè)計(jì)。一般，電算的結(jié)果主要包括結(jié)構(gòu)的自振周期，樓層彈性層間位移、樓層地震剪力系數(shù)、樓層的彈塑性層間位移。樓層的側(cè)向剛度比，振型參與質(zhì)量系數(shù)，墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋，底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設(shè)計(jì)值。框架-抗震墻結(jié)構(gòu)中抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。要想對(duì)電算結(jié)果的合理性有一個(gè)正確的判斷，這就要求計(jì)算時(shí)必須選用正確的計(jì)算簡(jiǎn)圖與合理的結(jié)構(gòu)方案，還得分別將抗震設(shè)防烈度以及場(chǎng)地類別正確的輸入，除此之外，還必須將電算程序中的其他參數(shù)準(zhǔn)確合理的輸入。

　　4. 1 結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的確定

　　在建筑工程設(shè)計(jì)中，按照抗震設(shè)防來分類，一般的民用住宅建筑、公寓、辦公樓等，很多房屋建筑是屬于丙類建筑。當(dāng)筆者確定這些建筑的抗震等級(jí)時(shí)，通常是根據(jù)本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型以及建筑高度來查《抗震規(guī)范》中的表來確定的。但是對(duì)于交通、電訊、消防、能源以及醫(yī)療類建筑，大型商場(chǎng)與體育場(chǎng)館等公共建筑，首先，就應(yīng)該確定其中哪些建筑物是乙類建筑。我們通常按照抗震設(shè)防烈度來計(jì)算乙、丙類建筑的地震作用。通常情況，乙類建筑，當(dāng)抗震設(shè)防烈度在6 ～ 8 度時(shí)，應(yīng)該采取抗震措施。一般是在本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上再增加一度，再查表來確定其抗震等級(jí)。若該乙類建筑處于7 度地區(qū)，而其高度又超過規(guī)定的范圍，此時(shí)，就應(yīng)該采取更為有效的其他抗震措施。

　　4. 2 地震力的振型組合數(shù)

　　多層建筑結(jié)構(gòu)，若不需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算，其地震力的振型組合數(shù)不應(yīng)小于3; 若振型組合數(shù)大于3，則應(yīng)該取3的倍數(shù)，但不小于建筑物的層數(shù); 若房屋層數(shù)少于3 層，振型組合數(shù)就取層數(shù)。不規(guī)則的高層建筑，當(dāng)需要考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，其振型數(shù)不應(yīng)小于9。建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)比較多或者其剛度變化較大時(shí)，其振型組合數(shù)應(yīng)越大，比如有轉(zhuǎn)換、小塔樓等建筑，其振型組合數(shù)不應(yīng)小于12，但是也不得多于3 倍層數(shù)。

　　一般可以采取振型參與質(zhì)量為總質(zhì)量的90% 時(shí)所需要的振型數(shù)作為合適的振型數(shù)。在應(yīng)用SATWE 等程序進(jìn)行電算時(shí)，便可以將這種參與質(zhì)量的比值輸入進(jìn)去。但是，有些設(shè)計(jì)人員重視程度不夠，往往比較隨意地選取振型數(shù)，這是不行的。另外，只有在建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)比較明顯時(shí)，才采用耦聯(lián)計(jì)算，若必要時(shí)還是需要補(bǔ)充非耦聯(lián)計(jì)算。

　　4. 3 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)的確定

　　結(jié)構(gòu)的建筑結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榇嬖谔畛鋲Γ鋵?shí)際剛度往往比計(jì)算剛度大。計(jì)算周期比實(shí)際周期大，因而，計(jì)算出來的地震剪力偏小，顯得結(jié)構(gòu)的安全性較差，所以應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，但是折減系數(shù)不得過大。若框架結(jié)構(gòu)采用砌體填充墻，則其計(jì)算周期折減系數(shù)為0. 6 ～ 0. 7;若采用輕質(zhì)砌體或者砌體填充墻較少則可取0. 7 ～ 0. 8; 當(dāng)全部用輕質(zhì)墻體板材時(shí)，折減系數(shù)為0. 9。而只有無填充墻的純框架，才可以不進(jìn)行計(jì)算周期折減。

　　5 框架柱配筋的調(diào)整

　　框架柱的配筋率一般都很低，有時(shí)電算結(jié)果為構(gòu)造配筋，但是實(shí)際工程中均不會(huì)按此配筋，因?yàn)樵诘卣鹱饔孟碌目蚣苤绕涫墙侵艿呐まD(zhuǎn)剪力最大，同時(shí)又受雙向彎矩作用，而橫梁的約束又較小，工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài)，所以其震害重于內(nèi)柱，對(duì)于質(zhì)量分布不均勻的框架尤為明顯，因此應(yīng)選擇最不利的方向進(jìn)行框架計(jì)算。另外也可分別從縱、橫兩個(gè)方向計(jì)算后比較同一側(cè)面的配筋，取其較大值，并采用對(duì)稱配筋的原則，為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強(qiáng)度要求，在配筋計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下問題: 角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下產(chǎn)生偏心受拉時(shí)，其柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計(jì)算值增大25%; 框架柱的配筋可放大1. 2 ～ 1. 6 倍。其中角柱1. 4 倍，邊柱1. 3 倍，中柱1. 2 倍; 框架柱的箍筋形式應(yīng)選用菱形或井字形，以增強(qiáng)箍筋對(duì)混凝土的約束; 對(duì)于二、三級(jí)框架的底層柱底和底部加強(qiáng)部位縱筋宜采用焊接，且當(dāng)柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時(shí)，箍筋的直徑不應(yīng)小于8 mm，并應(yīng)焊接。

　　另外多層框架電算時(shí)常不考慮溫度應(yīng)力和基礎(chǔ)的不均勻沉降，當(dāng)多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質(zhì)不均勻時(shí)，可以適當(dāng)放大框架柱的配筋，且宜在縱、橫兩個(gè)方向設(shè)置基礎(chǔ)梁，其配筋不宜按構(gòu)造設(shè)置，應(yīng)按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，并按規(guī)范要求設(shè)置箍筋加密區(qū)。

　　6 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的其他問題

　　在框架結(jié)構(gòu)中不允許采用兩種不同的結(jié)構(gòu)型式，樓、電梯間、局部突出屋頂?shù)姆块g，均不得采用磚墻承重，因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)體系，而磚混結(jié)構(gòu)是一種剛性結(jié)構(gòu)。為了使結(jié)構(gòu)的變形相互協(xié)調(diào)，不應(yīng)采用不同結(jié)構(gòu)混合受力。加強(qiáng)短柱的構(gòu)造措施: 在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修，甲方為了節(jié)約開支，往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞，這樣往往會(huì)造成短柱，由于短柱剛度大，吸收地震作用使其受剪，當(dāng)混凝土抗剪強(qiáng)度不足時(shí)，則產(chǎn)生交叉裂縫及脆性錯(cuò)斷，從而引起建筑物或構(gòu)筑物的破壞甚至倒塌，所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取如下措施: ①盡量減弱短柱的樓層約束，如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等; ②增加箍筋的配置，在短柱范圍內(nèi)箍筋的間距不應(yīng)大于100mm，柱的縱向鋼筋間距≤150 mm; ③采用良好的箍筋類型:如螺旋箍筋、復(fù)合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。

　　7 總結(jié)

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)工作。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，需要有扎實(shí)的理論知識(shí)，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。加深對(duì)當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題的認(rèn)識(shí)與研究，以不斷提高自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，使設(shè)計(jì)的作品比現(xiàn)階段的其它建筑具有更高的水準(zhǔn)、更合理和更經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。