建筑工程中鋼筋混凝土結構設計中的常見問題

建筑工程中鋼筋混凝土結構設計中的常見問題隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市面貌的日新月異，一棟棟高樓大廈拔地而起。建筑功能的不斷豐富，結構體系的多元發(fā)展，導致高層建筑結構設計越來越復雜。作為一名長期從事鋼筋混凝土結構設計的工程技術人員，筆者結合多年設計實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)在在高層建筑結構設計過程中常常容易忽視一些重要問題。

1、結構選型

1.1短肢剪力墻的設置問題

《高層建筑混凝土結構設計規(guī)程》7.1.8條規(guī)定短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各墻肢截面高度與厚度之比為5～8的剪力墻，短肢剪力墻結構中應有足夠的長肢剪力墻。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構設計工程師應盡可能減少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

1.2嵌固端的設置問題

由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，結構設計工程師往往會忽視由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的問題，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協(xié)調等等題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作需要大量修改，甚至埋下安全隱患。

1.3結構的超高問題

在抗震規(guī)范與《高層建筑混凝土結構設計規(guī)程》中，對結構的總高度都有嚴格限制，尤其是新規(guī)范中除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，還增加了B級高度的建筑，因此，必須嚴格控制結構的超高因，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將發(fā)生很大變化。在實際工程設計中，由于結構類型的變更而忽略結構的超高問題導致施工圖紙審查時不予通過則必須重新進行設計或重開專家會議進行工作論證等，這對工程工期、工程造價等整體規(guī)劃影響相當巨大。

2、結構計算與分析

2.1框架結構分析

注意柱計算長度系數(shù)的選取；柱一般按單偏壓配筋、雙偏壓驗算為好，因雙偏壓存在多解，配筋量與形式不一致；梁一柱保護層厚度按規(guī)范取，程序自動加12.5；對于大截面的柱，可考慮梁、柱重疊部分為剛域；一般可考慮梁剛度放大，扭矩折減，以考慮樓板的影響；負彎矩向下調幅后，跨中彎矩自動增大。梁跨中彎矩增大系數(shù)是不考慮活載不利布置時乘的系數(shù)的。

2.2選擇結構整體計算軟件

目前常用的計算軟件有SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但由于各軟件在采用的計算模型上存在差異，因此導致了各軟件的計算結果或大或小有不同。所以，在進行工程整體結構計算和分析時，必須依據(jù)結構類型和計算軟件模型的特點選擇合適的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結果中判斷哪個合理的、哪個可作參考、哪個意義不大，這將是結構設計工程師在實際工作中首要考慮的工作要義。

2.3地震作用及結構振動特性

是否需要地震力放大要考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數(shù)。如新規(guī)范規(guī)定規(guī)則結構不進行扭轉藕連計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀其地震作用應乘以放大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用；當扭轉剛度較小時，宜按不小于1.3采用。當結構質量和剛度分布明顯不對稱時，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響。

2.4有效質量系數(shù)與計算振型數(shù)

新規(guī)范中新增一個振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。對于一般工程，取3的倍數(shù)，不少于9個。但如果結構是2層，最多也就6個，因為每層只有3個自由度，兩層就是6個。由于在舊規(guī)范設計中并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念該參數(shù)的限值也未必符合新規(guī)范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數(shù)的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數(shù)目的取值。如果不能保證這一點，將導致地震作用偏小。按此地震作用設計的結構會存在不安全因素，所以應該增加振型數(shù)重算。

3、地基與基礎設計

結構設計工程師一直比較重視地基與基礎設計方面，不僅由于該階段設計過程的好壞直接影響后期設計工作的進行，同時也因為地基基礎是整個工程造價的決定性因素，這一階段出現(xiàn)的問題極有可能造成無法估量的經(jīng)濟損失。

在計算地下室底板和外墻配筋時，往往假設條件與實際情況不相符。例如，在有的工程地下室外墻配筋計算中，凡外墻帶扶壁柱的，不區(qū)別扶壁柱的尺寸大小，一律按雙向板計算配筋，而扶壁柱按地下室結構整體計算，分析結果配筋，又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按照外墻與扶壁柱變形協(xié)調的原理分析，其外墻豎向受力配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余。因此，筆者建議除了垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內隔墻相連的外墻板塊、或外墻扶壁柱截面尺寸較大之間的外墻板塊按雙向板計算配筋外，其余的外墻一律按豎向單向板計算配筋為妥。

在地下室底板設計中，最容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎在上部荷載作用下將會一起發(fā)生沉降變形，共同受力，如果，沒考慮因此產(chǎn)生的附加應力，對地下室底板而言是不安全的，有可能會導致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對于采用天然地基的情況時，其影響更為顯著。對于總沉降量較小的工程則可考慮在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施，具體是否采用還要綜合考慮其他因素。另外，對于地下水位季節(jié)性變化較大的地區(qū)，應從高低兩種不同水位考慮對地下室底板的不同影響，求出包絡圖，再做配筋設計。

對于有地下室的建筑，當?shù)叵滤惠^高時，在室外地坪之下的結構部分，外輪廓形狀應盡量簡潔，這樣有利于建筑防水的施工。尤其對于柱下承臺的形式更為明顯。此時，由于柱下承臺的影響，基槽地模形狀很復雜，有很多的陰陽角和放坡，既加大了防水施工的難度，又加長了防水施工的時間，不利于保證質量，并且還增加工程造價。對于這種情況下，筆者建議結構設計工程師考慮反承臺法，即統(tǒng)一地下室底板和承臺的下皮標高，承臺需要加厚部分向上作，然后地下室內部作濾水層和覆土等地面做法。這種做法的優(yōu)點是基槽地模形狀簡單，方便施工，利于保證施工質量，同時也縮短施工時間。另外，內部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，提高了建筑物的抗傾覆能力，這種自相平衡的設計思路最科學。

4、結語

總之，鋼筋混凝土高層結構設計本身就是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程，建筑結構設計的質量優(yōu)劣密切關系到人民群眾的生命財產(chǎn)安