談某項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

趙 軼

(賽鼎工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概況

某建設(shè)項(xiàng)目依據(jù)所提條件，跨度較大、層高較高，所以確定采用框架結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目平面布置不規(guī)則，呈“┣”形。橫向長80 m，縱向長122.8 m，長度超長需設(shè)置伸縮縫將之分割成不相連的單體。豎向布置也不規(guī)則，有1層、2層、6層不同層數(shù)的布置，需設(shè)置沉降縫，以免沉降不均勻，給結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。該工程抗震設(shè)防烈度為7度，綜合考慮后確定為四個(gè)獨(dú)立單體，各個(gè)單體間由防震縫隔開，伸縮縫、沉降縫寬度應(yīng)與防震縫統(tǒng)一。分隔后的每個(gè)單體長度也略超長，所以就在每個(gè)單體剪力較小的跨中位置設(shè)置一道2 m寬的加強(qiáng)帶來解決。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

該場(chǎng)地地形較簡單，屬中硬場(chǎng)地土，場(chǎng)地類別為Ⅲ類。各土層由上到下依次為人工填土層(素填土、填石)、淤質(zhì)中細(xì)砂、含砂粘土、含粘性土中粗砂、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)泥巖、中風(fēng)化硅質(zhì)泥巖、微風(fēng)化硅質(zhì)泥巖等。場(chǎng)地地下水位4.0 m～6.0 m，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

整個(gè)場(chǎng)地人工填土較厚，但素填土埋藏深度變化較大且物理力學(xué)性質(zhì)差異較大;填石層有較高強(qiáng)度，但填石間空隙較大，且其下埋藏有淤質(zhì)中細(xì)砂這一軟弱土層，地面沉降會(huì)對(duì)擬建建筑物產(chǎn)生較大影響，因此該場(chǎng)地不適宜天然地基，擬采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，以中風(fēng)化層作為樁端持力層。

確定樁數(shù)量，上部荷載效應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，抗力采用單樁承載力特征值。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁較多的應(yīng)用于上層是淤泥層(過軟、約束過小)，而下層是巖石層(堅(jiān)硬)的場(chǎng)地，應(yīng)該采用避免影響結(jié)構(gòu)安全性的措施(如長細(xì)比等)以及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的措施特別重要。所以對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁側(cè)向約束設(shè)計(jì)建議為:

1)根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗水平力比較差的特點(diǎn)，對(duì)水平荷載較大、有較大水平彎折力、過渡層缺少的情況，首先應(yīng)該對(duì)管樁基礎(chǔ)進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析設(shè)計(jì)，應(yīng)該采用比普通樁更加嚴(yán)格的控制措施，此時(shí)設(shè)計(jì)的主要目的以及原則是通過對(duì)整體穩(wěn)定約束的設(shè)計(jì)來保證管樁的正常使用和施工。

2)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)上部應(yīng)與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可靠拉結(jié)約束構(gòu)造，當(dāng)有條件時(shí)可在兩個(gè)方向進(jìn)行拉結(jié)構(gòu)造或采用整體基礎(chǔ)。

3)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的樁尖應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)在巖石中進(jìn)行嵌固，以提供樁端嵌固水平約束，來避免滑移和失穩(wěn)的發(fā)生。

當(dāng)對(duì)于有厚度和硬度比較合適的過渡層(如砂、土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖石)的情況下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般十字樁尖在“30～60”收錘標(biāo)準(zhǔn)下可嵌入砂、土3 m～5 m，全風(fēng)化巖石0.6 m～3 m，強(qiáng)風(fēng)化巖石0.5 m，這時(shí)即可認(rèn)為樁端嵌固水平約束較好。

2.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該框架結(jié)構(gòu)樓面設(shè)備較多，樓面上設(shè)備開孔、吊裝孔既多又大，這樣采用PKPM系列軟件中的SATWE空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件要比TAT更符合實(shí)際情況。

2.3 框架梁彎矩調(diào)整

在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)常被框架梁彎矩分布的不均衡的問題困擾。例如:框架梁中某一支座處的計(jì)算彎矩比較大，而其相鄰支座及跨中的彎矩卻比較小，如果照這樣配置鋼筋，其中一些梁端部由于鋼筋過于稠密，不好振搗，施工中難以保證混凝土的澆筑質(zhì)量，而與梁端相鄰的支座和跨中的鋼筋卻相對(duì)較少。照此結(jié)果設(shè)計(jì)出的框架梁雖然與計(jì)算結(jié)果理論上相符合，但實(shí)際上承載力不見得都能滿足設(shè)計(jì)要求。特別是在地震作用的工況下，如果因節(jié)點(diǎn)鋼筋過密而導(dǎo)致梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土澆筑質(zhì)量差，該節(jié)點(diǎn)核心區(qū)就有可能在梁端出現(xiàn)塑性鉸之前發(fā)生剪切破壞，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，這樣的框架并不具備良好的變形及耗能的能力。為解決以上問題，對(duì)梁端負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅就是一種行之有效的方法。

鋼筋混凝土框架考慮內(nèi)力重分布應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題:

1)由于普通混凝土結(jié)構(gòu)的塑性變形能力伴隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而逐漸降低，所以當(dāng)進(jìn)行彎矩調(diào)幅的框架混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的等級(jí)不宜過大(大于C45)，而且這時(shí)受力鋼筋伴有明顯的屈服臺(tái)階。

2)使用彈性分析的計(jì)算方法來計(jì)算框架梁、柱各控制截面的內(nèi)力時(shí)，應(yīng)充分考慮豎向活荷載的最不利布置。

3)為了保證整體結(jié)構(gòu)在形成機(jī)構(gòu)前滿足設(shè)計(jì)所要求的承載能力，當(dāng)彎矩調(diào)整過后，其中任一跨框架梁的兩個(gè)支座彎矩的算術(shù)平均值與跨中彎矩的和應(yīng)稍稍大于該梁按簡支梁計(jì)算的跨中彎矩的數(shù)值。

4)遇到跨度大于12 m或梁跨與截面高度之比lo/hb＞15的框架梁時(shí)不應(yīng)進(jìn)行調(diào)幅。當(dāng)梁跨與截面高度之比lo/hb在12～15之間時(shí)，該框架梁負(fù)彎矩的調(diào)整幅度宜適當(dāng)?shù)臏p小。

5)框架梁中各支座截面的負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)在一般的情況下，不宜小于0.8。端部支座和中間支座當(dāng)采用相同的調(diào)幅系數(shù)時(shí)，端支座往往比中間支座更早的出現(xiàn)塑性鉸，所以框架梁的端支座比中間支座的彎矩調(diào)整幅度略微小一點(diǎn)，有利于推遲框架梁中塑性鉸的出現(xiàn)，并且可以更加充分地發(fā)揮彎矩調(diào)整的總體效果。所以我們建議框架端支座彎矩調(diào)整幅度取中間支座的2/3。

6)為了保證框架結(jié)構(gòu)的整體剛度，避免在框架梁形成機(jī)構(gòu)前柱子先出現(xiàn)塑性鉸，所以對(duì)有側(cè)移框架的底層框架柱應(yīng)該適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)配筋。

7)由于機(jī)構(gòu)的非線性影響性，框架結(jié)構(gòu)在水平力作用下的實(shí)際側(cè)移是要明顯的大于彈性分析結(jié)構(gòu)的。所以框架梁端一旦出現(xiàn)了塑性鉸，結(jié)構(gòu)的整體剛度就會(huì)下降很多，側(cè)移則迅速的增大。所以在考慮內(nèi)力重分布設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)注意控制側(cè)移值。

2.4 結(jié)構(gòu)概念性設(shè)計(jì)

由于建筑體型的復(fù)雜性，地震發(fā)生方式的不確定性和地震對(duì)結(jié)構(gòu)影響認(rèn)識(shí)的有限性，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算尤其是在抗震分析計(jì)算的準(zhǔn)確性等各種不可預(yù)知的因素的互相影響，導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況可能出現(xiàn)較大的偏差，甚至是有些荷載沒有定量的計(jì)算方法，所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算是必須要做的，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，但是只是這樣做往往并不能滿足結(jié)構(gòu)安全性、可靠度的要求，同時(shí)還必須重視結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。重視結(jié)構(gòu)的選型、平立面布置的規(guī)則性方面，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)擇優(yōu)選取抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系，并加強(qiáng)構(gòu)造措施，以保證結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有必要的承載力、剛度、延性等性能。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，展現(xiàn)了蓬勃的生機(jī)，設(shè)計(jì)思想、理論不斷的更新、創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，建筑平面的布置、豎向體型也越來越復(fù)雜，這就給我們?cè)O(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，如何高效、準(zhǔn)確地對(duì)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，同時(shí)又能滿足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求，就需要我們不斷努力、創(chuàng)新，不斷學(xué)習(xí)，熟悉規(guī)范。

［1］ JGJ 99-98，高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］ 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編輯委員會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［4］ 10G409，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁［S］.