結(jié)構(gòu)設(shè)計若干問題探討

【摘 要】 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的一些問題進行討論，內(nèi)容包括：如何在實際設(shè)計中實現(xiàn)強柱弱梁，建筑的高寬比計算中如何確定計算寬度，結(jié)構(gòu)中的反梁該注意什么問題，梁腰筋設(shè)置的問題，消防車荷載大小取值問題，嵌固端設(shè)計問題。

【關(guān)鍵詞】 強柱弱梁 高寬比 反梁 腰筋 消防車荷載 嵌固端

1. 強柱弱梁的實現(xiàn)

近年汶川及玉樹地震的發(fā)生總結(jié)了一些經(jīng)驗，在2010版的《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2010）得到了一些體現(xiàn)，柱的內(nèi)力增大系數(shù)有所提高，在實現(xiàn)強柱弱梁方面有所改善，這是件好事，但是影響弱梁的實現(xiàn)還有其他很多因素的存在，大家比較有共識的是樓板因素、裂縫計算所增加的配筋因素、構(gòu)造因素、配筋計算模式因素。

首先樓板因素，由于樓板配筋在梁支座處的存在，而梁配筋是按矩形截面在配，對梁實際上是很大程度的加強作用，應(yīng)該按T型截面考慮樓板這部分鋼筋的貢獻。實際工程設(shè)計中可能存在以下一些問題，板鋼筋重心與梁鋼筋重心不一致如何計算，T型截面有效翼緣寬度如何確定，梁板鋼筋直徑差異比較大如何考慮共同作用，這些問題可能需要足夠的實驗研究進行驗證，才能比較可靠用于工程設(shè)計。在這些問題沒有解決之前，我們是不是可以反向思考一下，不能充分利用的話是不是可以把板的影響降低到最小，一般在靠近梁邊處主要是垂直梁方向的板面受拉，在平行梁方向板鋼筋可以減小，或者采用塑性設(shè)計計算板配筋，直接把板配筋減小。以前都擔心塑性設(shè)計時裂縫不能得到保證，其實北方很多設(shè)計在用塑性設(shè)計板配筋，并沒有出現(xiàn)所擔心的裂縫問題，其實板裂縫很少是受力裂縫，大部分是非受力裂縫，所以采取一些構(gòu)造措施、加強施工養(yǎng)護及控制混凝土的水化熱等措施，板的裂縫是可以得到控制的。

其次裂縫計算所增加鋼筋因素，按照《混凝結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010公式計算得到的最大裂縫寬度要比國外其他規(guī)范的計算值大得多，裂縫寬度應(yīng)該是指鋼筋表面的裂縫寬度，而混凝土規(guī)范計算的是混凝土外邊緣的裂縫寬度，增大混凝土保護層厚度雖然會加大構(gòu)件裂縫寬度的計算值，但實際對保護鋼筋減輕銹蝕十分有利，所以在《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D62-2004中不考慮保護層厚度對裂縫寬度計算值的影響。而規(guī)定的裂縫寬度允許值偏嚴（尤其是支座處），正常情況下梁支座處都被建筑裝修面層所覆蓋，因裂縫導(dǎo)致鋼筋銹蝕而影響耐久性要求的可能性比較小，因此規(guī)范若能在裂縫寬度允許限值按不同部位區(qū)別對待比較合適，同時若能參考公路橋涵規(guī)范不考慮保護層厚度對裂縫寬度計算值的影響，裂縫計算值可進一步減小。

最后配筋計算模式因素，目前很多軟件在計算梁配筋時都是以單筋模式計算，但在梁支座處有不少梁底鋼筋是錨入柱內(nèi)的，完全可以利用這部分鋼筋作為受壓鋼筋，以減小梁頂受拉鋼筋的面積。雙筋計算模式中受壓區(qū)高度x取多少比較合適是關(guān)鍵，受壓區(qū)混凝土力臂為（ho-x/2），受壓鋼筋的力臂為（ho-as’）。在單筋模式中若x<2as’時是沒有必要采用雙筋模式的，因為受壓區(qū)混凝土力臂比受壓鋼筋力臂大，所以當單筋模式中X>2as’時采用雙筋模式能減小受拉鋼筋面積，由于雙筋模式有兩個未知量，首先要確定x才能解方程，取x=2as’可以滿足規(guī)范對雙筋的要求同時力臂均能達到最大值，應(yīng)該是比較經(jīng)濟的一種做法，同時能有效減少支座配筋面積。

2. 建筑高寬比計算

很多情況下要用到建筑的高寬比計算，規(guī)范沒有明確建筑寬度如何計算，如圖1～圖3所示。圖2及圖3寬度按B或3B肯定不合適，應(yīng)該按等效寬度來計算圖2及圖3的寬度，可以肯定圖3等效寬度大于圖2，圖2等效寬度大于圖1，按數(shù)字平均值或加權(quán)平均值似乎不能反映結(jié)構(gòu)剛度的因素，建筑就是一個嵌固在基礎(chǔ)上的一個懸臂構(gòu)件，如何考慮它的平面剛度影響，這里可以參考《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50003-2011中5.1.2條中T形截面的折算厚度的計算方法，等效寬度按3.5i計算，i為建筑平面最小回轉(zhuǎn)半徑，其中應(yīng)扣除建筑懸挑部分面積，廣東省高規(guī)采用的也是這種計算方法，所以這種計算方法應(yīng)該是比較認可的。

3. 反梁計算問題

由于建筑功能的要求，實際設(shè)計中經(jīng)常會有結(jié)構(gòu)梁需要上翻的要求即梁底同板底，梁上荷載不直接作用在梁頂，而是由設(shè)在梁下部兩側(cè)的樓板將荷載作用傳遞到梁上。實驗表明，反梁的抗剪能力低于正梁，設(shè)計時應(yīng)考慮反梁抗剪承載力的降低，可以參照《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》GB50038-2005中附錄E中鋼筋混凝土反梁設(shè)計要點，只是在非人防荷載作用下采用非人防內(nèi)力及材料不考慮動荷載作用下材料強度綜合調(diào)整系數(shù)。另外還可以采用配置附加箍筋的形式解決，把板傳遞給反梁的荷載用附加箍筋承擔傳遞到梁的受壓區(qū)，抗剪箍筋另行配置。通過以上兩種方式可以解決反梁抗剪承載力低的問題。

4. 消防車荷載取值問題

在進行地下室頂板設(shè)計時經(jīng)常會遇到消防車通道及消防等高面的問題，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012消防車荷載雙向板樓蓋分3mx3m及6mx6m，消防車荷載分別為35KN/m2及20 KN/m2，現(xiàn)分別按一個例子來計算消防車荷載產(chǎn)生的框架梁彎矩。圖4為一柱距為6mx6m框架梁活載彎矩圖，按規(guī)范消防車荷載為20 KN/m2；圖5是在圖4基礎(chǔ)上增設(shè)次梁成為3mx3m板跨的框架梁彎矩圖，按規(guī)范消防車荷載為35 KN/m2。從圖中可以發(fā)現(xiàn)圖5的框架梁彎矩是圖4框架梁彎矩的近2倍，在消防車通道不變的情況下就因為增設(shè)次梁而導(dǎo)致框架梁彎矩增加近1倍這顯然不合理，因為框架梁受荷范圍沒變。如果能夠按梁的受荷面大小來區(qū)分消防車荷載大小可能會更合理，這樣不會因為增加次梁而改變框架梁的荷載效應(yīng)，或者可以參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012附錄D中工業(yè)建筑樓面活荷載給出的模式，區(qū)分樓板荷載、次梁荷載及主梁荷載以區(qū)別對待，也不失為一種更趨合理的辦法，總之目前這種消防車荷載還是比較粗糙，有必要更細化一些。

5. 嵌固端設(shè)計問題

規(guī)范對嵌固端設(shè)計有一系列要求，規(guī)范規(guī)定地上一層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不應(yīng)大于地下一層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度0.5倍，但實際上由于地下室外墻填土因素的存在，實際上地下室頂板很多情況下已經(jīng)成為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，現(xiàn)在以一簡單例子來進行對比如圖6及圖7所示，圖6為上部結(jié)構(gòu)嵌固在地下室頂板且不帶地下室的模型，圖7為上部結(jié)構(gòu)一層側(cè)向剛度小于地下室側(cè)向剛度0.5倍且?guī)У叵率业哪Ｐ停瑥膱D中可以看出帶地下室的一層柱配筋要比不帶地下室一層柱配筋小，所以不論地下室側(cè)向剛度是否滿足規(guī)范要求，由于實際存在的嵌固因素，帶地下室的模型一層柱配筋偏小，而且地震害也表明一層柱破壞的情況比較多。有些基礎(chǔ)埋置比較深的建筑，在一層地面形成了剛性地坪時柱也是在地坪以上破壞。因此，在計算一層柱配筋時應(yīng)該按柱底嵌固在頂板或剛性地坪處的模型進行校核以策安全。

總結(jié)

隨著建筑日趨多樣復(fù)雜，規(guī)范有時候并不能把每種情況都包絡(luò)進去，有時候可能只是規(guī)定了最低要求，并不是滿足規(guī)范要求就一定是安全的，這時候就要求我們設(shè)計人員在日常設(shè)計中不斷總結(jié)，去發(fā)現(xiàn)一些問題，在規(guī)范精神的指導(dǎo)下進行適當?shù)恼{(diào)整，以使結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全又經(jīng)濟、環(huán)保又節(jié)能。

參考文獻

[1] 《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2010）

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[3] 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D62-2004

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[5] 《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》GB50038-2005

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[7] 廣東省實施《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）補充規(guī)定DBJ/T15-46-2005

[8] 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ10-89