管壁

摘 要：隨著人民生活水平的提高，人們對住宅房屋設(shè)計的要求也在不斷提高。本文作者就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行了探討，僅供同行參考。

關(guān)鍵詞：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；結(jié)構(gòu)抗震；

前 言

隨著現(xiàn)代社會發(fā)展的商業(yè)化、工業(yè)化和城市化，房屋建筑逐漸由單層、多層向高層發(fā)展，房屋結(jié)構(gòu)形式也由簡單的磚混結(jié)構(gòu)變得日趨復(fù)雜住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項(xiàng)繁重而又責(zé)任重大的工作，既關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，又關(guān)系到建筑的適用性和經(jīng)濟(jì)性，因而結(jié)構(gòu)設(shè)計工作是十分重要的。因此，設(shè)計人員在工作中應(yīng)事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，才能將設(shè)計工作做好。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計選型分析

對于高層結(jié)構(gòu)而言，在工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)選型階段，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):

1.1 合理選擇結(jié)構(gòu)體系

高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對稱，避免應(yīng)力集中的凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯問；避免樓電梯間位置偏置，以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。

1.2 房屋的適用高度和高寬比

在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。

1.3 嵌固端的設(shè)置問題

由于高層建筑一般都帶有兩層或兩層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面：抗震設(shè)計的多高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下一層的抗震等級應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。地下室中超出上部主樓范圍且無地上結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。

1.4 短肢剪力墻的設(shè)置問題

短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，雖然有利于住宅建筑布置，也可減輕結(jié)構(gòu)自重，但在高層住宅中，剪力墻肢不宜太短，因?yàn)槎讨袅Φ目拐鹦阅茌^差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計分析

2.1 多層房屋建筑無地質(zhì)詳勘報告，僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計資料就進(jìn)行施工圖設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計要做到合理，安全適用，設(shè)計人員必須依據(jù)地質(zhì)勘察資料，統(tǒng)一考察多方面因素進(jìn)行基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)方寧設(shè)計，僅憑地耐力這一數(shù)據(jù)是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容許值取得小一些就認(rèn)為成無一失了。

2.2 采用換土墊層進(jìn)行軟弱地基處理，不進(jìn)行換土墊層設(shè)計，只憑經(jīng)驗(yàn)處置。有時設(shè)計者軟弱地基的危害認(rèn)識不足，只是簡單地憑借經(jīng)驗(yàn)采用砂墊層加強(qiáng)一下承載力，沒有進(jìn)行墊層寬度和厚度計算，既不安全，又不經(jīng)濟(jì)。

2.3 民用建筑中柱梁及基礎(chǔ)的負(fù)荷未按規(guī)范乘以折減系數(shù)。設(shè)計人員設(shè)計多層民用建筑時，在計算粱、柱和基礎(chǔ)的負(fù)荷時未按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范用荷載乘折減系數(shù)計算其荷載值，因而荷載值準(zhǔn)確。

3 承重柱截面高度設(shè)計過小

這種情況多發(fā)生于六度抗震設(shè)防區(qū)。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計得誤認(rèn)為六度設(shè)防就是不設(shè)防，不圖受力分析方便，他們故意把柱子的截面高度設(shè)計得過小，使梁柱的線剛度比加大(因一些結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊中規(guī)定：當(dāng)梁柱的線剛度比大于4時，計算簡圖中梁柱節(jié)點(diǎn)可簡化為鉸支)。把粱簡化為鉸支梁，柱按軸心受壓計算。這種做法雖然易于進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，但卻給房屋結(jié)構(gòu)埋下了隱患。因?yàn)檫@樣做忽略了梁柱間的剛結(jié)作用，即忽略了柱對消化酶的約束彎矩，加之以柱截面的配筋都較小，結(jié)構(gòu)一旦受力后，柱頂抗彎強(qiáng)度必然不足，從而柱子而梁底附近將會出現(xiàn)一條或多條水平裂縫，形成塑性餃。這樣在正常使用情況下，柱子已開始帶餃工作。這不但影響了房屋的耐久性，而且也常常引起用戶的恐懼心理。更為嚴(yán)重的是，這樣的結(jié)構(gòu)一理遭遇地震作用時，將會倒塌，這違背了現(xiàn)行抗震規(guī)范中“強(qiáng)柱弱粱”的設(shè)計原則。

4 在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，只注意了橫向框架的設(shè)計而忽視了縱向框架

現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求水平地震作用應(yīng)按兩個主軸方向分別計算，各方面的地震和用應(yīng)由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件來承擔(dān)。說是說，在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，縱向框架與橫向框架有同等的重要性。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計者對以于非抗震設(shè)計，而縱向地按普通的連續(xù)梁進(jìn)行設(shè)計，梁柱的節(jié)點(diǎn)和框架中的縱筋、箍筋的配置無法不答合框架的構(gòu)造要求。由于沒有考慮地震的縱向作用，在實(shí)際設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負(fù)筋?？缰锌v筋及箍筋的配筋置均不足的現(xiàn)象。

5 懸挑粱的梁高選用過小

設(shè)計者往往只注意了對梁的強(qiáng)充和傾覆進(jìn)行驗(yàn)算，而忽略了對梁手撓度的驗(yàn)算。梁高選用過小，引起梁截面的受壓區(qū)應(yīng)力過高，在正常使用狀態(tài)下，梁截面受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起粱板出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度隨著挑梁變形的回大而加寬，影響了房屋的正常使用。據(jù)筆者觀察，這種挑梁的變形發(fā)展到后期，梁支座截面上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響，豎向裂縫向下延伸發(fā)展為斜裂縫，此時梁已接近破壞，當(dāng)為托墻挑梁時，粱過大的撓度引起梁上境況體在粱支座附近出現(xiàn)裂縫。裂縫在梁支座處沿斜向延伸，縫愈靠上愈寬。挑梁的截面過小對結(jié)構(gòu)的抗震也很不利。懸挑結(jié)構(gòu)對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時，截面的相對受壓區(qū)高度較大，梁的延性減小。在豎向地震作用下易發(fā)生脆性破壞，失去承載力。

6 連續(xù)粱按單梁進(jìn)行設(shè)計

這種情況多發(fā)在陽臺邊梁的設(shè)計中。由于邊梁上的荷重一般較小，沒有引起設(shè)計得的重視。左圖受力分析方便，沒計得把實(shí)際應(yīng)為連續(xù)梁的梁按單簡支梁進(jìn)行設(shè)計，致使梁在支座處上部負(fù)筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，進(jìn)而引起梁上部攔板出現(xiàn)豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時，問題將會變得更加嚴(yán)重。因?yàn)樵摿阂话阒苯颖┞对谑彝?，受環(huán)境溫度影響較大。當(dāng)環(huán)境溫度變化時，梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的約束，在梁內(nèi)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，該收縮應(yīng)力作用于原已產(chǎn)生的梁上裂縫處，引起梁的支座附近沿整個梁截面四周裂縫貫通，梁承載力降低，直接影響了使用安全。

7 樓板設(shè)計常見問題

板是建筑工程中的主要承重構(gòu)件，是它將樓面，屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上，樓板的設(shè)計問題必將連帶梁、墻、柱等構(gòu)件安全。若對整個設(shè)計考慮不周，很容易出現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量問題，有的還可能存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。樓板設(shè)計中常見如下幾個問題。

7.1 設(shè)計時為了計算方便或因?qū)Π宓氖芰顟B(tài)認(rèn)識不足，簡單地將雙向板作用單向板進(jìn)行計算。使計算假定與實(shí)際受力狀態(tài)不符。導(dǎo)致一個方向配筋過大，而另一方向僅按構(gòu)造配筋，造成配筋嚴(yán)重不足，致使板出現(xiàn)裂縫。

7.2 板承受線荷載時彎矩計算問題，在民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設(shè)計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后，進(jìn)行板的配筋計算。但有些設(shè)計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點(diǎn)，使其變?yōu)檫B續(xù)板，支承點(diǎn)上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩，而在板的設(shè)計中又沒考慮該部分的影響，致使板頂出現(xiàn)裂縫。

7.3 雙向板有效高度取值偏大。雙向板在兩個方向均產(chǎn)生彎矩，由此雙向板跨中正彎矩鋼筋是縱橫疊放，短跨方向的跨中鋼筋應(yīng)放在下面，長跨方向的跨中鋼筋置于短跨鋼筋的上面，計算時應(yīng)用兩個方向的各自的有效高度。一般長向的有效高度比短向的有效高度小d(d為短向鋼筋的直徑)。有的設(shè)計得為圖省事或?qū)Π迨芰φJ(rèn)識不足，而取兩上方向的有效高度一致進(jìn)行配筋計算，致使長跨有效高度偏大，配筋降低，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在的質(zhì)量隱患，甚至出現(xiàn)開明縫的現(xiàn)象。

8 結(jié)構(gòu)分析與計算分析

在結(jié)構(gòu)分析與計算階段，如何準(zhǔn)確、高效地對工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。

8.1 結(jié)構(gòu)整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE，TAT，TBSA或ETABS，SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計算結(jié)果有或大或小的不同。

8.2 是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)。

8.3 振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加了一個振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。

8.4 多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結(jié)構(gòu)作為一個整體并按多塔類型進(jìn)行計算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。

9 結(jié)束語

總之，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和人民生活的迅速提高，業(yè)主及建筑師的創(chuàng)新藝術(shù)使得鋼筋混凝土高層建筑發(fā)展被廣泛應(yīng)用。然而，房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計給工程設(shè)計人員提出了更高的要求。因此，我們設(shè)計工作者應(yīng)按規(guī)范相應(yīng)的構(gòu)造要求嚴(yán)格執(zhí)行，才得以從根本上消除設(shè)計質(zhì)量的隱患。

參考文獻(xiàn)：

{1}林同炎,S.D.思多臺斯伯利,結(jié)構(gòu)概念和體系,建筑工業(yè)出版。

{2}戴國瑩,李德虎,建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固的若干,建筑結(jié)構(gòu)。1999(4)．

{3}陳嘉俊,論多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個要點(diǎn)[J]。四川建材.2007.2

{4}王大勇,房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計通病分析[J]，中國科教信,2005.1