工程施工結構設計中的問題

趙棟梁

摘 要：本文主要就建筑結構設計中比較常見而新手們有比較難以把握的問題（如超長不設縫結構、框架剪力墻結構、高層建筑嵌固端的設計）做一些探討。

關鍵詞：高層建筑；超長；不設縫；框剪結構；嵌固端

1 前言

建筑結構設計是一項嚴謹而科學的工作，需要結構設計人員在滿足國家規范的前提下，設計出既能滿足業主和建筑功能要求、又盡可能地做到經濟合理的建筑；本人在設計院從事建筑結構設計多年，碰到了一些形形色色的問題，同時也見到了其他一些結構設計同仁在設計成長過程中的一些經歷，現就結構設計中一些新手比較難以定義的問題做一些探討，并提出自己的一些初淺建議和看法。

2 關于結構超長又不設縫的問題的探討

《混凝土結構設計規范》GB 50010—2010第8.1條對鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距做出了相關規定（以常見的現澆式框架結構為例，室內或土中55m），實際工程設計中經常碰到一些建筑功能上要求不設縫的情況，規范在8.1.2條和8.1.3條也允許在條件滿足的情況下有所突破，但具體能突破到什么程度，要采取什么樣的措施呢？規范在這上面沒有明確，比較模糊，所以各個設計人員自己把握的尺度不一樣，圖紙審查人員也是審查意見也不盡一致，出現有的設計600多米也不設縫，采用多道后澆帶或膨脹帶來解決。

關于后澆帶能不能取代伸縮縫，筆者認為，不能完全取代；這一點在規范條文說明中也已經明確“應該注意的是：設置后澆帶可適當增大伸縮縫間距，但不能代替伸縮縫。”為什么呢？因為，實際上后澆帶是避免施工期收縮裂縫的，對于減少施工期間早期混凝土硬化收縮產生的裂縫是很有效的，甚至可以等效伸縮縫；但間隔期及具體做法不確定性很大，難以統一規定時間；而且，后澆帶澆筑后，對于后期混凝土徐變以及正常使用期間的比如氣溫變化引起的溫度應力裂縫基本上就就沒有作用了；另外，由于施工人員的素質參差不齊，在實際工程中，筆者甚至見到過有些工程由于后澆帶混凝土與主體混凝土銜接不緊密，反而在后澆帶位置出現通縫的想象；所以，設計人員一定要清楚這個概念，有后澆帶可以適當放寬設縫間距，但不能完全代替伸縮縫。

采取相關措施后設縫間距能突破到什么程度呢？由于現在建筑工程有大型化、復雜化的趨勢，所以規范也沒有給予確定的說法，且相對老規范，甚至有所放松；在實際設計過程中，筆者與有關專家也進行過探討，基本上大家認為，能夠按規范設縫的盡量按規范來，如果要有所突破的話，在采取必要的措施的情況下，建議不要超過20%，超過太多的，往往圖紙審查的時候就會有阻礙，而且，實際工程中也會容易出現裂縫的可能；特殊的超長結構如果一定要突破的很多，建議作多方面研究，并征求相關各方面專家意見，并一定要采取適當的措施；比如，本人見過300多米的純地下室工程，不設縫的，采取了一些措施也沒有出現問題的。

超長結構設計應該采取什么樣的措施來減少裂縫呢？筆者認為，實際設計工程中宜根據實際情況綜合采取以下措施：

采取跳倉澆筑、后澆帶、控制縫等施工方法減少施工期間早期裂縫；這種裂縫是主要的裂縫，影響較大，是必須避免的。

建議進行結構溫度應力計算，這個現在的程序也能夠實現，計算下來，一般情況下配筋都會有所加強；實際上是靠加強鋼筋來抵抗裂縫。

構件的配筋率適當加大，比如樓板配筋加大配筋率宜不小于0.35%；增大的鋼筋是為了抵抗溫度應力，減少裂縫。

采用合適的建筑材料，如采用水化熱小，收縮小的混凝土；細骨料砂宜采用中砂，而不是細砂；鋼筋宜采用細而密的而不是采用粗而疏的布置方式。

在保證混凝土強度的前提下，適當的摻入外加劑，以減少裂縫；外加劑參量必須合適，且要選取合適的品種，如以前工程中人們喜歡用UEA的外加劑，實際上這種外加劑只有在水養護下才能起膨脹反應，所以有些情況是不太適應的。

3 關于關于框剪結構設計的一些問題的探討

現在常見的30層以下的辦公樓等公共建筑經常會用到框剪結構，這種結構克服了純框架結構抗側剛度小的缺點，又可使建筑平面靈活布置，具有較好的適用性；那么結構設計中剪力墻布置多少合適呢？

框架-剪力墻結構中，剪力墻作為主要抗側力構件，具有較大的剛度，承擔了建筑受到的大部分水平剪力；而框架柱與剪力墻相比，抗側剛度較小，承受的水平剪力也很小，所以，應該對框架-剪力墻結構中的剪力墻數量進行優化，確定較為合理的剪力墻數量；如果剪力墻布置得太少，則結構可能會由于抗側剛度不足而導致側移過大，甚至出現一些構件承載力的不足和破壞，影響結構安全；如果剪力墻過多，會使結構剛度過大，從而加大了地震效應，甚至出現構件越來越大，但一直計算不滿足的情況，因為地震力是根據剛度分配的，局部剪力墻剛度約大，剛度越不均勻，剪力墻吸收的地震力越多，則需要越大的構件來承受，所以陷入一直加大構件一直不滿足的怪圈；而且太多的墻體也會使建筑自重加大，施工工程量相應增加，也是不經濟的。

通常的框剪結構設計中，剪力墻數量的控制一般通過計算機軟件進行計算，根據結果計算調整，滿足以下條件的剪力墻相對較好：

結構在水平荷載下的側移限制和舒適度必須滿足規范要求，這就確定了剪力墻的最小數量。

結構在基本振型地震作用下，剪力墻所承擔的地震傾覆力矩占整個結構的總地震傾覆力矩的比例宜控制在50%～80%較好。

4 高層建筑底層嵌固端的處理探討

4.1 高層底部嵌固端的一般要求

嵌固端樓板平面不宜開大洞。作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋或相關范圍現澆梁板結構應采用梁板結構。裙房與主樓相連的相關范圍，一般可從主樓周邊外延3跨且不小于20m，相關范圍以外可做無梁板或蜂窩板什么的，但實際工程中比較少用到這種做法。 嵌固層樓板樓板厚度不宜小于180mm； 混凝土強度等級不宜小于C30，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。 嵌固層結構上一層的側向剛度，不宜大于相關范圍下一層側向剛度的0.5倍；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

4.2 嵌固端常見高差大于0.8米的處理方法

實際工程中，主樓往往與周邊的大底盤地下室（如純地下室汽車庫）相連，由于車庫頂景觀綠化及管道排放等要求，上面一般有較厚的覆土，而主樓的地下室頂層高度往往由于防水的需要比室外車庫頂的覆土面還要高300～450左右，因而地下室頂板與主樓樓板高差較大，通常都超過了1米。對于這種情況，工程設計中已經有了一些常規的解決方案，主要有如下方式：

降低塔樓室內樓板結構標高，樓板，然后塔樓室內回填土或采用其他輕質材料如泡沫混凝土回填到正常標高；這種方式較為簡單好用，但回填材料特別是回填土增加了主樓嵌固層樓面的荷載，引起構件加大、配筋增加，造成一定的浪費；并且需要處理好樓梯踏步與室內樓板的標高關系。

5 結束語

綜上，結構設計中會碰到形形色色的問題；結構設計人員要做出優秀的作品，一定要有清楚的概念，知道何處需要加強、何處容易出問題，該采取什么樣的加強措施；多學習、多實踐，是不難設計出合理又經濟的好作品的。

參考文獻：

[1] GB 50011-2010.建筑抗震設計規范[S].

[2] 全國民用建筑工程設計技術措施[M].中國計劃出版社，2003.