關(guān)于建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考

關(guān)于建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考【摘要】本文作者分析了高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞形式，對(duì)建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，供同行參考。

高層建筑；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

伴隨著高層建筑在我國(guó)的迅速發(fā)展，建筑類(lèi)型與功能的愈來(lái)愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)工作的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)之所在。但是目前尚沒(méi)有對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋細(xì)部節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)形成一個(gè)統(tǒng)一的方法，從而造成在節(jié)點(diǎn)鋼筋設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)配筋率過(guò)大、鋼筋錨固不夠等現(xiàn)象。因此，建筑鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際施工的操作困難而進(jìn)行施工，從而避免涉及不當(dāng)對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生的影響。

1、高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞形式

隨著我國(guó)建筑科學(xué)的迅速發(fā)展，高層建筑在地震荷載的作用下，通常會(huì)產(chǎn)生以下幾種形式的破壞：框架柱的壓彎破壞、剪切破壞、彎曲裂縫；框架梁的斜截面破壞、正截面破壞、錨固破壞；板四角的斜裂縫和平行于梁的通長(zhǎng)裂縫；因鋼筋配置不合理導(dǎo)致框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)破壞?，F(xiàn)在建筑施工管理不斷的規(guī)范，雖然施工時(shí)對(duì)鋼筋的材質(zhì)、鋼筋加工質(zhì)量、鋼筋連接質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，但是如果施工圖紙上沒(méi)有對(duì)框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，且沒(méi)有任何的說(shuō)明資料，從而造成一些節(jié)點(diǎn)的鋼筋構(gòu)造遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足抗震設(shè)計(jì)的要求，導(dǎo)致鋼筋混凝土框梁出現(xiàn)上述各種形式的破壞。因此，必須引起設(shè)計(jì)單位、施工單位的高度重視，必須對(duì)鋼筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，確保節(jié)點(diǎn)鋼筋設(shè)置的合理性。

2、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)中梁柱由鋼筋混凝土板來(lái)替代的一種構(gòu)件（如下圖為剪力墻有效翼緣寬度），能夠很好地控制結(jié)構(gòu)的水平方向力，并可以承擔(dān)各種荷載所引起的內(nèi)力。剪力墻結(jié)構(gòu)現(xiàn)今是多層或高層住宅最為廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)形式。它的主要作用是抵抗風(fēng)、地震等的水平荷載和建筑物本身重力的豎向荷載。

3、剪力墻的截面

剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循：墻強(qiáng)梁弱，即選取連梁截面時(shí)，應(yīng)使連梁先屈服于墻體（如下表為剪力墻截面最小厚度）。規(guī)范中還限制了最大剪壓比，即跨高比大于2.5的連梁及剪跨比大于2的剪力墻，剪壓比不應(yīng)大于0.2；對(duì)跨高比小于2.5的連梁及剪跨比小于2的剪力墻，剪壓比不大于0.15。剪力墻底部加強(qiáng)部位的厚度一，二級(jí)不宜小于層高或無(wú)支長(zhǎng)度的十六分之一且不應(yīng)小于200mm；三，四級(jí)不宜小于層高或無(wú)支長(zhǎng)度的二十分之一且不應(yīng)小于160mm；無(wú)端柱或翼墻時(shí)，一，二級(jí)不宜小于層高或無(wú)支長(zhǎng)度的十二分之一，三，四級(jí)不宜小于層高或無(wú)支長(zhǎng)度的十六分之一；一字形獨(dú)立剪力墻底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于220mm，其他部位不應(yīng)小于180mm。剪力墻的設(shè)計(jì)計(jì)算是在豎向作用和水平受力條件下進(jìn)行實(shí)際分析，得出內(nèi)力后，按偏拉或偏壓進(jìn)行斜截面受剪承載力和正截面承載力驗(yàn)算。

4、剪力墻的布置及要求

根據(jù)框架剪力墻的特點(diǎn)（如下圖所示），設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該雙向布置剪力墻。“對(duì)稱(chēng)、均勻、周邊、連續(xù)”是建造剪力墻必須遵循的原則，除此之外還應(yīng)該注意對(duì)不同的剪力墻結(jié)構(gòu)有不同的側(cè)重點(diǎn)。下面，我們就來(lái)著重討論以下幾個(gè)典型的方面。

4.1一般剪力墻的布置要求

可將長(zhǎng)墻的高寬比例大于3，這樣設(shè)置，可以使墻段成為獨(dú)立墻肢或聯(lián)肢墻，分別抵抗側(cè)力，并且讓墻段以彎曲變形為主，從而可以避免墻體的剪切破壞。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況如工程的層數(shù)、高度、平面布局等恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置剪力墻，并且數(shù)量只少不多，恰好為宜，一般滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求即可。剪力墻過(guò)少，則不能承受各方面的荷載，造成建筑物坍塌，出現(xiàn)危險(xiǎn)；剪力墻數(shù)目過(guò)多，吸收的荷載力量就越大，這樣不僅會(huì)造成浪費(fèi)，也使很多剪力墻失去了存在的意義，不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要整體計(jì)算，綜合考慮，細(xì)化局部，對(duì)建筑物進(jìn)行調(diào)整計(jì)算，以設(shè)計(jì)出符合規(guī)范及實(shí)際情況要求的合格建筑結(jié)構(gòu)。盡量避免墻肢長(zhǎng)度突然變化。在沿高度方向上，剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。門(mén)窗洞口宜上下對(duì)齊，成列布置，形成明確的墻肢和連梁，這樣應(yīng)力分布比較規(guī)則，又與當(dāng)前普遍應(yīng)用程序的計(jì)算簡(jiǎn)圖較符合，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果安全可靠。錯(cuò)洞剪力墻和疊合錯(cuò)洞剪力墻的應(yīng)力分布復(fù)雜，計(jì)算、構(gòu)造都比較復(fù)雜和困難。因此在一、二和三級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)部位不宜采用錯(cuò)洞布置。此外，一、二和三級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻全高都不宜采用疊合錯(cuò)洞墻。

4.2框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻的布置要求這種剪力墻的布置的要點(diǎn)是“剛心”與“質(zhì)心”的統(tǒng)一，剪力墻的位置沒(méi)有特殊要求，相對(duì)可以靈活處理，但須符合規(guī)范的具體相關(guān)規(guī)定。框架剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向抗側(cè)力體系；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻。結(jié)構(gòu)在兩主軸方向的剛度和承載力不宜相差過(guò)大。剪力墻洞口布置時(shí)要注意盡量避免疊合錯(cuò)洞墻和錯(cuò)洞剪力墻，因?yàn)檫@兩種剪力墻都是不規(guī)則的，會(huì)影響剪力墻的抗震效果；布置剪力墻洞口應(yīng)規(guī)則開(kāi)洞，成排、規(guī)律，能夠形成明確的連梁，不宜開(kāi)挖過(guò)大，以免減小剪力墻的剛度。剪力墻上洞邊距柱內(nèi)側(cè)即柱端不小于300毫米，即要保證柱作為建筑邊緣構(gòu)件的支撐作用又要約束邊緣剛體構(gòu)件的長(zhǎng)度。加強(qiáng)剪力墻中受力大或出現(xiàn)塑性鉸的部位。剪力墻要具備足夠的延性，才能使塑性鉸承受較大的力，適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，可以提高其抵抗外力破壞的功能。另外，加強(qiáng)部位的范圍可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加寬。對(duì)于長(zhǎng)度較大的房屋建筑，為避免溫度變化引起的溫度應(yīng)力對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的不利影響，不宜在房屋的頂端部位設(shè)置剪力墻。設(shè)置雙向抗側(cè)力的建筑結(jié)構(gòu)形式，并且使剪力墻彼此有翼緣，不僅能有效的提高結(jié)構(gòu)的塑性變形能力，還可以增加剪力墻的剛度。對(duì)于一、二級(jí)剪力墻結(jié)構(gòu)，規(guī)范要求其連梁的高度不宜小于400毫米，且跨高比不宜大于5。這樣才能使連梁具有較大的剛度，就可保證良好的墻體整體性能，并能增大承受外界及自身荷載能力。為減少地震時(shí)外力作用對(duì)柱的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，柱中線與梁中線、墻中線的距離均不宜大于柱寬的1/4，否則應(yīng)通過(guò)加水平腋的方法或者以增加柱內(nèi)配箍率等方法加以改善、彌補(bǔ)。

4.3一般框支鋼筋混凝土剪力墻

部分落地剪力墻墻體宜設(shè)計(jì)成筒體，這樣可以為增加抗側(cè)和抗扭剛度。剪力墻洞口的一般布置原則是不宜在中柱上方設(shè)置門(mén)洞；宜在落地墻墻體中部設(shè)置洞口；框支鋼筋混凝土剪力墻的轉(zhuǎn)換梁上一層墻體最好不要設(shè)置邊門(mén)洞；剪力墻的洞口最好上下對(duì)齊?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，落地剪力墻的水平間距l(xiāng)應(yīng)符合下述要求：當(dāng)?shù)撞靠蛑訛?～2層時(shí)，l不宜大于2b和24m；當(dāng)?shù)撞靠蛑訛?層及3層以上時(shí)，l不宜大于1.5b和20m.（b為落地墻之間樓蓋的平均寬度）

5、結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代建筑科學(xué)的迅速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)逐漸占據(jù)城市建設(shè)的主體地位，因此，高層建筑中鋼筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。但是目前尚沒(méi)有對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋細(xì)部節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)形成一個(gè)統(tǒng)一的方法，從而造成在節(jié)點(diǎn)鋼筋設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)配筋率過(guò)大、鋼筋錨固不夠等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)不同的剪力墻結(jié)構(gòu)有不同的設(shè)計(jì)要求。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)如何把握好剪力墻的合理性、功能性至關(guān)重要。希望本文可以在以后的鋼筋混凝土剪力墻設(shè)計(jì)和建造中能發(fā)揮出應(yīng)有的作用，并且通過(guò)人類(lèi)的不斷探索，不斷改進(jìn)剪力墻的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。

[1]付平位.高層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].商業(yè)文化（下半月）.