芻議混凝土結構設計的相關問題

李秀華 段紅英

（周口市水利勘測設計院，河南 周口 466000）

鋼一混凝土混合結構是我國目前在高層建筑領域里應用較多的一種結構形式。鋼結構和混凝土結構各有所長，前者具有重量輕、強度高、延性好、施工速度快、建筑物內部凈空高度大等優點；而后者剛度大、耗鋼量少、材料費省、防火性能好。綜合利用這兩種結構的優點為高層建筑的發展開辟了一條新途徑。統計分析表明，高層建筑采用鋼一混凝土混合結構的用鋼量約為鋼結構的70%，而施工速度與全鋼結構相當，在綜合考慮施工周期、結構占用使用面積等因索后。混合結構的綜合經濟指標優于全鋼結構和混凝土結構的綜合經濟指標。

鋼一混凝土混合結構最早于1972年用于芝加哥的Gateway I]I Building(36層137m)。我國至20世紀80年代才將鋼結構用于高層建筑，目前已建成或在建的高層建筑(約有40余幢)中，有一半以上采用的是鋼一混凝土混合結構，鋼—混凝土混合結構在高層辦公樓、學校、醫院及住宅等建筑中將有更廣泛的應用。

通常，建筑設計都要遵循一定的原則，鋼筋混凝土結構也不例外，簡述如下：

1整體性設計原則：整體性設計原則是把要設計的建筑作為由各個組成部分構成的一個整體來全面研究整體的功能、構成及其發展規律，從整體與部分相互依賴、相互結合、相互制約的關系中揭示系統的特征和運動規律。

2綜合性設計原則：對任一系統的研究，必須從它的要素、結構、功能、相互關系、歷史發展等方面進行綜合地考察。在綜合的過程中把分析有機地給合起來。從綜合出發，在綜合的基礎上進行分析，再回到綜合。每一層次分析的結果都要反饋到上一層次的綜合去與整體進行比較，按照比較的差異從新進行分析、修改、整合，使部分與整體達到高度的統一。

3動態性設計原則:動態原則就是要探索系統的內外聯系及系統發展變化的方向、趨勢、活動的速度和方式，還要探索系統發展的動力、應用和規律。對于建筑設計來講尤其要立足現在，兼顧未來，把握時代的發展方向。

4結構性設計原則:結構是要素在關系作用下的結合方式，是性能的載體，普遍地存在于事物之中。結構決定性能，性能表現可以反作用于結構。要素是結構的賴以結合者，要素運動的穩定與否、發展方向將影響結構的穩定與否和方向。關系是將要素連接起來的作用，是構成系統的紐帶，關系質和量決定結構性能的穩定性。因此，必須了解它的結構。

5最優化設計原則:系統形成的過程實際上是差異整合的過程。差異的事物能夠整合在一起，它們之間必定有同一性，相互需要、相互支持、優勢互補，這是整合的前提和基礎。通過差異的整合使建筑的各個部分有機地組織在一起，激發出正的整體效應，促進“整體大于部分之和”。

以下我們來具體談下框架結構設計方法。現代建筑常因設計不當而造成施工環節質量難以保證，給工程安全留下隱患，現從以下幾個方面闡述框架結構設計時應注意的問題。

5.1 無地下室的多層框架房屋

5.1.1 基礎埋深較淺時現澆的框架結構梁柱剛接，計算簡圖的確定主要是確定底層柱的計算長度。根據《混凝土結構設計規范》GB50010-2002(以下簡稱《結構規范》)第7，3.11條規定:一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結構，底層柱的計算長度取基礎頂面到一層樓蓋頂面的高度H:裝配式框架取1.25H。

5.1.2 基礎埋深較大時為了增加房屋底部的整體性，減小位移有時在0.000附近設置基礎連系梁。將基礎連系梁以下的部分看作底層，往的H值取基礎頂面至連系梁頂面的高度，而把實際建筑的底層作為第二層考慮，層高H取連系梁頂層至一層樓面高度。

5.2 帶地下室的多層框架房屋 對于帶地下室的多層框架結構，合理確定上部結構的嵌固位置是一個關鍵問題。《結構規范》和《建筑抗震設計規范》GB50011-2001(以下簡稱《抗震規范》)，都沒有明確地提出具體位置，需要具體問題具體分析。對于能夠滿足《抗震規范》第6.1.14條規定的地下室結構或采用箱型基礎時，可將地下室頂作為框架上部結構的嵌固位置，在利用PKPM軟件進行設計時，樓層總數僅輸入地下室以上的實際層數，底層的層高H取實際層高。這樣計算出的地震作用與實際情況較為接近。對于不能滿足《抗震規范》第6.1.14條規定的地下室結構或者采用筏板式基礎時，嵌固位置最好取在基礎頂面。此時，利用電算進行樓層組合時，總層數應為實際的樓層數加上地下室的層數。

5.3 基礎寬度和面積的計算 在計算基礎寬度或面積時，往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳，導致基礎寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況，當墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎可將集中力向地基擴散，但這種擴散是有一定范圍的，且基底土反力并不均勻分布。若設計時用該集中力除以墻段長度得到的平均線荷來確定基礎寬度，則導致局部基礎寬度不足。因此，必須加大基礎寬度以滿足地基承載力的要求。通常采用局部調整系數調整基礎寬度的方法解決此類問題。

5.4 目前常用的框架結構空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進行計算分析的，對部分梁而言，盡管相交梁截面尺寸不同，相互之間卻不存在主、次梁關系，設計人員在繪制施工圖時，應注意配筋形式與受力分析相匹配。框架結構經空間分析程序電算，所有按主梁輸人模型的梁是整體工作的，部分梁將產生扭轉問題。一些三維空間分析軟件，雖已調整梁的抗扭剛度，但計算出來框架邊梁扭矩筋仍很大，因程序不計樓板對梁的約束作用，實際受力與計算模型不符。可把次梁支座改為鉸支座，并配以構造處理。

5.5 鋼筋混凝土保護層厚度的取值

混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發生銹蝕，并保證鋼筋的粘結錨固性能，直接影響構件的耐久性和鋼筋的受力性能，但由于設計人員的不重視，常會出現問題:

①梁或柱中，只注意到主筋的保護層厚度，而忽略了箍筋的保護層厚度，造成箍筋外露或保護層厚度不足；

②主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不明確，造成板負筋保護層厚度不足或構件有效截面高度損失，直接影響到構件的安全性；

③地上部分與地下部分的柱子因所處的環境條件不同，根據規范要求，應采取不同的保護層厚度。

因此，設計時應注意：

①正確處理構件內各類鋼筋的相互關系，按鋼筋的正確位置確定構件內鋼筋的保護層厚度及構件有效截面高度，并進行構件的截面設計。首先根據規范要求確定梁柱內箍筋的保護層厚度，即確定箍筋的正確位置，主筋的保護層厚度可采用a+dl(a為箍筋保護層最小厚度，d:為箍筋直徑)，并大于規范規定的最小厚度，以此確定主筋的正確位置；根據各種鋼筋的正確位置，確定相關構件的有效截面高度并進行配筋計算，在施工圖中標出相關構件中鋼筋的位置。

②正確區分同一構件所處的環境條件，區別對待不同環境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大，滿足其保護層厚度的要求，同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性，滿足鋼筋受力要求。

[1]皮亞杰.結構主義，商務出版社，1996.

[2]李大夏，路易·康，中國建工出版社，1993.

[3]《混凝土結構設計規范》GB50010-2002

[4]《建筑抗震設計規范》GB50011-2001