PKPM 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主筋配筋的建議

譚振軍 袁建偉 彭翰旋

從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員僅僅掌握了書本中學(xué)到的基礎(chǔ)專業(yè)知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中,設(shè)計(jì)人員還需要一個不斷學(xué)習(xí)和積累的過程,其中既包括知識,也包括經(jīng)驗(yàn)。同時還應(yīng)該把自己在工作中學(xué)到和總結(jié)到的知識、經(jīng)驗(yàn)?zāi)贸鰜砼c同行分享,共同進(jìn)步。筆者就在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中將主筋配筋誤區(qū)總結(jié)出來,不當(dāng)之處還望指正。在我們設(shè)計(jì)過程中,有些設(shè)計(jì)人員框架梁端、柱端縱向鋼筋的配置普遍比較隨意,其配筋量比計(jì)算值大20%,甚至更多,這個問題普遍存在;同時也有人認(rèn)為,增大配筋量就是提高了結(jié)構(gòu)的安全度,是強(qiáng)度儲備。筆者認(rèn)為先不管經(jīng)濟(jì)影響,這個觀點(diǎn)是完全錯誤的。增大配筋量不一定能提高結(jié)構(gòu)的安全度,相反可能是有害的。

1 誤區(qū)分析

采取放大鋼筋做法主要是考慮以下產(chǎn)生任意加大配筋量的原因,這里可能存在一個誤區(qū),那就是把豎向荷載作用下產(chǎn)生的彎矩和地震作用下產(chǎn)生的彎矩沒有完全區(qū)分開來,而是將它們混淆在一起。因此強(qiáng)度儲備的概念自然就在我們設(shè)計(jì)人員中體現(xiàn)出來,配筋時則出現(xiàn)宜大不宜小的情況。另外就是構(gòu)件截面設(shè)計(jì)不盡合理,裂縫計(jì)算加大了配筋量。

實(shí)際上對于框架結(jié)構(gòu),或是框架—剪力墻結(jié)構(gòu)(至少要承擔(dān)20%的地震力)[1],梁端負(fù)彎矩都是受地震力控制的。尤其是平面活荷載較小的建筑(如住宅、辦公樓等),地震作用下產(chǎn)生的彎矩可能比豎向荷載作用下產(chǎn)生的彎矩大很多,柱端彎矩更是受地震彎矩控制。對于柱腳,在豎向荷載作用下基本上都是構(gòu)造配筋。也就是說,在正常使用下,梁、柱的配筋都是足足有余的[2]。

從表1可看出,我國一級抗震等級的抗震要求已接近延性要求較嚴(yán)的歐洲規(guī)范的高延性等級DC“H”的要求[3]。

表1 中、歐兩國柱—梁承載力級差系數(shù)對比表

說明我們應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)因素,一級抗震沒有必要再提高抗震等級。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

圖1～圖5是一棟 2層辦公樓,地處昆明市東川區(qū),場地類別為二類場地,9度地震作用下的彎矩、配筋包絡(luò)圖。從圖1～圖5中我們可以清楚地看出:梁端負(fù)彎矩完全受地震力控制,1層受地震力影響最大,2層負(fù)彎矩不足1層負(fù)彎矩1/2。而且可以想象隨著建筑層數(shù)的增加,地震作用加大,受地震作用的梁、柱配筋也將增加很多。所以,大家盡可放心,只要不是使用荷載比設(shè)計(jì)荷載超出太多,或材料強(qiáng)度相差太大,或施工出現(xiàn)質(zhì)量事故,在正常情況下,不論是正彎矩還是負(fù)彎矩梁都是不可能出現(xiàn)破壞的。因此,受地震作用控制的梁端負(fù)筋和柱子的縱向鋼筋也就完全沒有必要增大配筋量,多用的鋼筋純粹是浪費(fèi)。

由于篇幅所限,包絡(luò)圖和配筋圖只取一半。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下,它的受力有一個最大的特點(diǎn),那就是在強(qiáng)地震作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件不存在強(qiáng)度儲備,結(jié)構(gòu)構(gòu)件所受到的彎矩就是破壞彎矩。也就是說,在罕遇地震作用下,不論結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力是大是小,它所受到的地震彎矩都是破壞彎矩。增大縱向鋼筋的配筋量,其結(jié)果并不能延遲結(jié)構(gòu)倒塌的時間,而只是加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震力作用。另一方面,有人會說,增大了縱向鋼筋的配筋量,會增大結(jié)構(gòu)的抗震能力,如果配筋足夠的話在罕遇地震作用下,就不一定會產(chǎn)生大的破壞;或者說,在剛好7度地震作用下,不加大配筋量的結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生一些破壞,加大配筋量的結(jié)構(gòu)就不一定會產(chǎn)生這些破壞了,這種說法是完全錯誤的。一棟建筑,地震作用的大小不僅僅取決于地震烈度,同時也取決于結(jié)構(gòu)本身剛度。相同地震烈度作用下,結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用也越大。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中,鋼筋對結(jié)構(gòu)剛度的影響,我們是沒有考慮的,但它是存在的。當(dāng)然,縱向鋼筋增大了,抗彎承載力肯定提高了;然而由于結(jié)構(gòu)剛度增大而使剪力增大,就是提高了結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度。本來是7度設(shè)防變成了7.5度,甚至8度。我們沒有任何理由去提高結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度,這是浪費(fèi)。

按新的GB 50011-2001(08版)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)體系宜有多道抗震防線。對框架結(jié)構(gòu)整體而言,在大震作用下節(jié)點(diǎn)梁端出現(xiàn)一定數(shù)量的塑性鉸可認(rèn)為是結(jié)構(gòu)內(nèi)部的第一道防線。由于塑性鉸首先出現(xiàn)于梁中結(jié)構(gòu)并沒有形成破壞機(jī)構(gòu),而仍能承受外荷載,隨著外荷載的逐漸增加,當(dāng)柱中先后出現(xiàn)一定數(shù)量的塑性鉸后而形成破壞機(jī)構(gòu),從而認(rèn)為結(jié)構(gòu)失效[4]。可見這種任意增大梁柱鋼筋不利于結(jié)構(gòu)在破壞前吸收和耗散較多的地震能量。

3 結(jié)語

筆者認(rèn)為:1)歸并系數(shù)宜取不大于0.1,這樣可確保超配筋不大于10%,從而滿足規(guī)范的要求。當(dāng)然,這樣會增加構(gòu)件的種類,增加我們的工作量。但是,可以降低鋼筋的用量和提高結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形能力,使我們的設(shè)計(jì)更加完美,這才是我們應(yīng)該追求的。2)盡量不要任意把2根鋼筋更改為3根鋼筋,以免無意中加大鋼筋,因?yàn)殇摻疃季哂幸欢ǖ谋ＷC率。3)還應(yīng)當(dāng)盡力避免因截面選用偏小使構(gòu)件由于撓度、裂縫的原因而增大配筋量。如果一旦出現(xiàn)因裂縫計(jì)算增加配筋量,對一級框架則必須按照規(guī)范進(jìn)行實(shí)際配筋驗(yàn)算,二級框架建議按規(guī)范實(shí)際配筋驗(yàn)算。4)嚴(yán)格控制柱的軸壓比、合理的梁柱截面,注重節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),這樣可以降低配筋率。

總之,只有熟練掌握規(guī)范,并在工程實(shí)踐中不斷總結(jié)、積累,才能使框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理,配筋適宜,滿足“技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量”的要求。

[1] GB 50011-2001(08版),建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 楊 宏,周詩齊.關(guān)于框架梁、柱端縱向鋼筋配置的一點(diǎn)看法[J].四川建筑,2007,27(9):41-42.

[3] 劉小映,李鳳武,范云蕾.我國混凝土結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”抗震措施合理性分析[J].福建建設(shè)科技,2007(4):19.

[4] 何祥英,王樹和.框架結(jié)構(gòu)柱端彎矩增大系數(shù)有效性分析[J].山西建筑,2007,33(7):96-97.