注重結構概念設計的應用①

韓　芳, 韓　非

(1.大峘集團有限公司, 江蘇 南京　211112； 2.南京軌道交通系統工程有限公司， 江蘇 南京　210019)

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注重結構概念設計的應用①

韓芳1, 韓非2

(1.大峘集團有限公司, 江蘇 南京211112； 2.南京軌道交通系統工程有限公司， 江蘇 南京210019)

介紹了概念設計理念是在經驗和理論結合的基礎上產生的，是對結構設計形成的一種新的設計方法。

概念設計; 拉結成整體；錨固原則；用料高低選擇

引　言

隨著計算機技術的快速發展，各種結構軟件的普及，給結構設計人員帶來很多方便快捷的同時，也造成了設計人員對程序的過分依靠，往往“重計算，輕概念” 。這正好印證了瑞士教授斯亭的一句名言：“整天埋頭于資料和結構計算的人往往把常識忘掉” 。結構設計人員應該足夠重視概念設計，即“概念第一位，計算第二位”，在把握結構設計上的大概念和大原則的前提下，結合計算數據及設計規范做出科學合理的分析，使得結構方案更加合理，經濟。

1　概念設計的幾項原則及應用

1.1拉結成整體原則

(1)單獨柱基間宜設置拉梁，拉梁的實際作用就是將各單獨柱基拉結成一體，以避免個別獨立柱基個體獨立沉降，導致柱基之間產生沉降差，對結構產生次生應力，致使結構產生開裂等其他不良影響。設置了拉梁，某個柱基沉降就會通過拉梁牽涉到相鄰柱基隨之沉降，一方面消除或減少了相鄰柱基間的沉降差，同時拉梁中的主筋也會抵抗由于沉降差產生的次生彎矩，當然，這就要求拉梁的截面尺寸要足夠大，具備一定剛度，一般拉梁高度至少取跨度的1/20～1/15，否則拉梁的高度過小，不會起到有效拉結構件、一起沉降的作用。可參照極端的設想，企圖用一根細鋼絲來拉結兩個獨立柱基，肯定達不到一起沉降的效果，因為細鋼絲明顯剛度不夠。

(2)當兩個獨立柱基距離很遠時(超過8～9 m)，不宜設置拉梁，因為此時拉梁的拉結作用很小，拉結意義不大。

(3)加強層屋頂各柱之間同樣要設置構造拉梁，使其形成整體受力。加固改造項目中后作構件與原結構構件均宜有構造拉結形成整體受力結構。

1.2錨固的構造原則

主要涉及到鋼筋錨固中的兩個重要概念：

(1)鋼筋錨固長度中水平段的作用是顯著的，彎折后錨固長度的作用，明顯要大打折扣，有實驗證明，彎折后的錨固效果還不足水平段的70%，也就是說，在承受靜力荷載為主的情況下，水平段的粘結能力起主導作用，國內外實驗結果也證明了這個結論。所以鋼筋錨固優先采用水平直段，當水平直段不足以滿足錨固長度的規范要求時，要根據實際情況用彎折錨固補充要求的長度。這簡稱為“水平直段優先，彎折段為輔助。”

(2)構件內的鋼筋錨固盡量在本構件內部完成，當本構件錨固確實不足以滿足錨固長度的規范要求時，再被迫進入其他構件內錨固，以補足長度要求。

構件本身的鋼筋錨固應該以內部解決為主，如果在其他構件中錨固，一方面造成其他構件內部鋼筋密集，混凝土難澆筑，難振搗，另一方面，和其他構件的內部鋼筋也會有位置干涉的可能，所以應該盡量避免。

1.3“次要讓位于主要”原則

鋼筋布置在同一位置發生干涉時，應把握誰更重要就優先保證誰的位置，次要鋼筋讓位于主要鋼筋的原則。工地現場施工中，縱橫交錯幾個方向的鋼筋經常出現此類問題，等待設計人員現場解決。如果沒有清晰的結構概念，很容易搞反搞暈。這并不是復雜的計算難題，只要通過簡單定性分析，頭腦中把握住大的結構概念，問題就會迎刃而解。

例如以下情況：

(1)當梁的外側主筋與柱外皮主筋位置發生干涉時，就要判斷梁和柱誰對結構更重要；因為梁是構件，而柱是梁的有效支座，顯然支座比構件更重要，所以優先確保柱外側主筋位置不動，梁主筋讓路于柱主筋，具體做法為梁主筋快到干涉位置點時，提前向內側做1∶6斜坡繞過柱主筋后，再做1∶6斜坡回位。

(2)主梁和次梁上鐵也不可避免的會有位置沖突，過去相當多的結構設計師認為，次梁上鐵應該搭在主梁上鐵之上，仿佛很生動的主梁承托次梁一樣，這種做法似乎概念很清晰，其實是錯誤的，因為無論是主梁上鐵還是次梁上鐵，與混凝土共同工作時都是受拉的，不存在次梁上鐵壓著主梁上鐵的壓力，或者說也不存在主梁上鐵支撐著次梁上鐵承托力，所以這種做法所謂體現了主梁承托次梁的概念就落空了，正確的概念是，因為主梁比次梁更重要，于是主梁上鐵要優先保證位置，以使得主梁上鐵的有效高度最大化，所以次梁上鐵要讓位于主梁上鐵，亦為次梁上鐵快到干涉位置點時，提前向下側做1∶6斜坡繞過主梁上鐵后，再做1∶6斜坡回位。

同理，解決板上皮與梁上皮齊平時，板上鐵快到干涉位置時，提前向下側做1∶6斜坡繞過梁上鐵后，再做1:6斜坡回位。

(3)混凝土剪力墻豎向筋和水平筋的位置問題，一般習慣做法是將水平鋼筋放置在豎向鋼筋外側，這是有理論依據的。顧名思義，剪力墻是以抗剪力為目的的混凝土墻，而剪力墻的水平鋼筋類似于柱箍筋的抗剪作用，理所當然應該放置在豎向鋼筋外側，以達到水平抗剪(或抗震)的目的。而用于擋土的混凝土墻，其擋土壓抗彎是問題的主要方面，抗剪是次要問題，而豎向鋼筋是用于抗彎的鋼筋，它的有效高度越大越有利，所以要優先保證豎向鋼筋的外側位置，于是水平鋼筋退其次，相應要放在內側。

1.4強度等級選擇

關于在何處采用高強度或低強度材料，在設計概念不清楚的時候，有些保守的設計師往往認為采用高強度等級的鋼筋或混凝土肯定比低強度的安全，其實這種做法實在過于籠統，有些情況恰恰與實際是背道而馳。

比如鋼筋在用作吊鉤時，不宜用高強度HRB335和HRB400鋼筋，而應該用低強度的HPB235級鋼筋，因為一級鋼延性好，破壞前征兆明顯，預警性性能好。另外，在設計吊鉤時，施工圖中還須注明，不得采用冷加工鋼筋，其原因也是因為冷加工鋼筋強度雖高但延性差，用于吊掛中不合適。

混凝土也非一律用高強度的就有利，比如基礎中就應該慎用高強度等級，因為高強度等級混凝土水泥含量較多，水化熱較大，很容易造成干縮裂縫，而基礎埋在地下，一旦有裂縫產生，防水和鋼筋腐蝕的問題就會接踵而來。

2　結束語

概念設計是結構設計的創新與超越，是設計思想發展的必然產物，也會成為今后設計時期的主流思想。

2015-11-10

TU318