芻議混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題

李秀華 段紅英

（周口市水利勘測設(shè)計院，河南 周口 466000）

鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)是我國目前在高層建筑領(lǐng)域里應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長，前者具有重量輕、強度高、延性好、施工速度快、建筑物內(nèi)部凈空高度大等優(yōu)點；而后者剛度大、耗鋼量少、材料費省、防火性能好。綜合利用這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為高層建筑的發(fā)展開辟了一條新途徑。統(tǒng)計分析表明，高層建筑采用鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)的用鋼量約為鋼結(jié)構(gòu)的70%，而施工速度與全鋼結(jié)構(gòu)相當，在綜合考慮施工周期、結(jié)構(gòu)占用使用面積等因索后?；旌辖Y(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟指標優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟指標。

鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)最早于1972年用于芝加哥的Gateway I]I Building(36層137m)。我國至20世紀80年代才將鋼結(jié)構(gòu)用于高層建筑，目前已建成或在建的高層建筑(約有40余幢)中，有一半以上采用的是鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)，鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、學校、醫(yī)院及住宅等建筑中將有更廣泛的應(yīng)用。

通常，建筑設(shè)計都要遵循一定的原則，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也不例外，簡述如下：

1整體性設(shè)計原則：整體性設(shè)計原則是把要設(shè)計的建筑作為由各個組成部分構(gòu)成的一個整體來全面研究整體的功能、構(gòu)成及其發(fā)展規(guī)律，從整體與部分相互依賴、相互結(jié)合、相互制約的關(guān)系中揭示系統(tǒng)的特征和運動規(guī)律。

2綜合性設(shè)計原則：對任一系統(tǒng)的研究，必須從它的要素、結(jié)構(gòu)、功能、相互關(guān)系、歷史發(fā)展等方面進行綜合地考察。在綜合的過程中把分析有機地給合起來。從綜合出發(fā)，在綜合的基礎(chǔ)上進行分析，再回到綜合。每一層次分析的結(jié)果都要反饋到上一層次的綜合去與整體進行比較，按照比較的差異從新進行分析、修改、整合，使部分與整體達到高度的統(tǒng)一。

3動態(tài)性設(shè)計原則:動態(tài)原則就是要探索系統(tǒng)的內(nèi)外聯(lián)系及系統(tǒng)發(fā)展變化的方向、趨勢、活動的速度和方式，還要探索系統(tǒng)發(fā)展的動力、應(yīng)用和規(guī)律。對于建筑設(shè)計來講尤其要立足現(xiàn)在，兼顧未來，把握時代的發(fā)展方向。

4結(jié)構(gòu)性設(shè)計原則:結(jié)構(gòu)是要素在關(guān)系作用下的結(jié)合方式，是性能的載體，普遍地存在于事物之中。結(jié)構(gòu)決定性能，性能表現(xiàn)可以反作用于結(jié)構(gòu)。要素是結(jié)構(gòu)的賴以結(jié)合者，要素運動的穩(wěn)定與否、發(fā)展方向?qū)⒂绊懡Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與否和方向。關(guān)系是將要素連接起來的作用，是構(gòu)成系統(tǒng)的紐帶，關(guān)系質(zhì)和量決定結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定性。因此，必須了解它的結(jié)構(gòu)。

5最優(yōu)化設(shè)計原則:系統(tǒng)形成的過程實際上是差異整合的過程。差異的事物能夠整合在一起，它們之間必定有同一性，相互需要、相互支持、優(yōu)勢互補，這是整合的前提和基礎(chǔ)。通過差異的整合使建筑的各個部分有機地組織在一起，激發(fā)出正的整體效應(yīng)，促進“整體大于部分之和”。

以下我們來具體談下框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法?，F(xiàn)代建筑常因設(shè)計不當而造成施工環(huán)節(jié)質(zhì)量難以保證，給工程安全留下隱患，現(xiàn)從以下幾個方面闡述框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題。

5.1 無地下室的多層框架房屋

5.1.1 基礎(chǔ)埋深較淺時現(xiàn)澆的框架結(jié)構(gòu)梁柱剛接，計算簡圖的確定主要是確定底層柱的計算長度。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002(以下簡稱《結(jié)構(gòu)規(guī)范》)第7，3.11條規(guī)定:一般多層房屋中梁柱為剛接的框架結(jié)構(gòu)，底層柱的計算長度取基礎(chǔ)頂面到一層樓蓋頂面的高度H:裝配式框架取1.25H。

5.1.2 基礎(chǔ)埋深較大時為了增加房屋底部的整體性，減小位移有時在0.000附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁。將基礎(chǔ)連系梁以下的部分看作底層，往的H值取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度，而把實際建筑的底層作為第二層考慮，層高H取連系梁頂層至一層樓面高度。

5.2 帶地下室的多層框架房屋 對于帶地下室的多層框架結(jié)構(gòu)，合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是一個關(guān)鍵問題。《結(jié)構(gòu)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001(以下簡稱《抗震規(guī)范》)，都沒有明確地提出具體位置，需要具體問題具體分析。對于能夠滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定的地下室結(jié)構(gòu)或采用箱型基礎(chǔ)時，可將地下室頂作為框架上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置，在利用PKPM軟件進行設(shè)計時，樓層總數(shù)僅輸入地下室以上的實際層數(shù)，底層的層高H取實際層高。這樣計算出的地震作用與實際情況較為接近。對于不能滿足《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定的地下室結(jié)構(gòu)或者采用筏板式基礎(chǔ)時，嵌固位置最好取在基礎(chǔ)頂面。此時，利用電算進行樓層組合時，總層數(shù)應(yīng)為實際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。

5.3 基礎(chǔ)寬度和面積的計算 在計算基礎(chǔ)寬度或面積時，往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳，導致基礎(chǔ)寬度或面積不足。如墻體上作用有較大集中力的情況，當墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎(chǔ)可將集中力向地基擴散，但這種擴散是有一定范圍的，且基底土反力并不均勻分布。若設(shè)計時用該集中力除以墻段長度得到的平均線荷來確定基礎(chǔ)寬度，則導致局部基礎(chǔ)寬度不足。因此，必須加大基礎(chǔ)寬度以滿足地基承載力的要求。通常采用局部調(diào)整系數(shù)調(diào)整基礎(chǔ)寬度的方法解決此類問題。

5.4 目前常用的框架結(jié)構(gòu)空間分析計算軟件都是以整幢樓的梁、柱整體參加工作進行計算分析的，對部分梁而言，盡管相交梁截面尺寸不同，相互之間卻不存在主、次梁關(guān)系，設(shè)計人員在繪制施工圖時，應(yīng)注意配筋形式與受力分析相匹配。框架結(jié)構(gòu)經(jīng)空間分析程序電算，所有按主梁輸人模型的梁是整體工作的，部分梁將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題。一些三維空間分析軟件，雖已調(diào)整梁的抗扭剛度，但計算出來框架邊梁扭矩筋仍很大，因程序不計樓板對梁的約束作用，實際受力與計算模型不符?？砂汛瘟褐ё臑殂q支座，并配以構(gòu)造處理。

5.5 鋼筋混凝土保護層厚度的取值

混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發(fā)生銹蝕，并保證鋼筋的粘結(jié)錨固性能，直接影響構(gòu)件的耐久性和鋼筋的受力性能，但由于設(shè)計人員的不重視，常會出現(xiàn)問題:

①梁或柱中，只注意到主筋的保護層厚度，而忽略了箍筋的保護層厚度，造成箍筋外露或保護層厚度不足；

②主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關(guān)系處理不明確，造成板負筋保護層厚度不足或構(gòu)件有效截面高度損失，直接影響到構(gòu)件的安全性；

③地上部分與地下部分的柱子因所處的環(huán)境條件不同，根據(jù)規(guī)范要求，應(yīng)采取不同的保護層厚度。

因此，設(shè)計時應(yīng)注意：

①正確處理構(gòu)件內(nèi)各類鋼筋的相互關(guān)系，按鋼筋的正確位置確定構(gòu)件內(nèi)鋼筋的保護層厚度及構(gòu)件有效截面高度，并進行構(gòu)件的截面設(shè)計。首先根據(jù)規(guī)范要求確定梁柱內(nèi)箍筋的保護層厚度，即確定箍筋的正確位置，主筋的保護層厚度可采用a+dl(a為箍筋保護層最小厚度，d:為箍筋直徑)，并大于規(guī)范規(guī)定的最小厚度，以此確定主筋的正確位置；根據(jù)各種鋼筋的正確位置，確定相關(guān)構(gòu)件的有效截面高度并進行配筋計算，在施工圖中標出相關(guān)構(gòu)件中鋼筋的位置。

②正確區(qū)分同一構(gòu)件所處的環(huán)境條件，區(qū)別對待不同環(huán)境下的混凝土保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大，滿足其保護層厚度的要求，同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性，滿足鋼筋受力要求。

[1]皮亞杰.結(jié)構(gòu)主義，商務(wù)出版社，1996.

[2]李大夏，路易·康，中國建工出版社，1993.

[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002

[4]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001