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淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題分析

2009-11-03 11:59    【  【打印】【我要糾錯】

  摘要:本文主要針對當(dāng)前房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些常見卻又常被人們忽視的錯誤進行了剖析,指出了錯誤的原因和后果,并給出了一些設(shè)計建議和構(gòu)造的要求。

  關(guān)鍵詞:安全;結(jié)構(gòu)抗震;承載力

  1、地基與基礎(chǔ)方面

  1.1 多層房屋建筑無地質(zhì)詳勘報告,僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計資料就進行施工圖設(shè)計。地基與基礎(chǔ)設(shè)計要做到合理,安全適用,設(shè)計人員必須依據(jù)地質(zhì)勘察資料,統(tǒng)一考察多方面因素進行基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)方寧設(shè)計,僅憑地耐力這一數(shù)據(jù)是不完全面的,也是不安全的,更不能盲目地把耐力容許值取得小一些就認(rèn)為成無一失了。

  1.2 采用換土墊層進行軟弱地基處理,不進行換土墊層設(shè)計,只憑經(jīng)驗處置。有時設(shè)計者軟弱地基的危害認(rèn)識不足,只是簡單地憑借經(jīng)驗采用砂墊層加強一下承載力,沒有進行墊層寬度和厚度計算,既不安全,又不經(jīng)濟。

  1.3 民用建筑中柱,梁及基礎(chǔ)的負(fù)荷未按規(guī)范乘以折減系數(shù)。設(shè)計人員設(shè)計多層民用建筑時,在計算梁、柱和基礎(chǔ)的負(fù)荷 時未按現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范舸用荷載乘折減系數(shù)計算其荷 載值,因而荷載值準(zhǔn)確。

  2、磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)造柱兼作承重柱用

  在磚混結(jié)構(gòu)中,構(gòu)造不但能夠提高墻體的坑剪能力,而且構(gòu)造柱與圄梁聯(lián)結(jié)在一起,形成對砌體的約束,這對于限制墻體裂縫的開展,維持豎向承載力,提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。

  在當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中,構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承重柱使用,這種作法將引起以下幾個問題。

  2.1 構(gòu)造柱作為承重柱使用后,使得構(gòu)造柱提前受力,這不但會降低構(gòu)造柱對徹底的拉結(jié)和約束作和,而且結(jié)構(gòu)一旦遭遇地震作用時,在構(gòu)造柱位置必然形成應(yīng)力集中,首先破壞。這樣構(gòu)造柱不但起不到其應(yīng)有的作用,反而成為房屋 結(jié)構(gòu)中的一個薄弱的部位。

  2.2 構(gòu)造柱一般生根于地圈梁中,沒有另設(shè)基礎(chǔ),構(gòu)造柱兼作承重柱使用后,柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎部及局部承壓強度必然不能滿足要求。柱底基礎(chǔ)一旦發(fā)生沖切或局部承壓被出現(xiàn)裂縫。本文建議承重大梁下的柱子應(yīng)按承重柱設(shè)計。若梁 上荷載和跨度都比較小時,構(gòu)造柱也可布置于梁下,但此時必須按不考慮構(gòu)造柱作用來驗算下墻體的局部承壓和抗彎強度。經(jīng)驗算滿足,方可在梁下布置構(gòu)造柱。

  3、承重柱截面高度設(shè)計過小

  這種情況多發(fā)生于六度抗震設(shè)防區(qū)。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計得誤認(rèn)為六度設(shè)防就是不設(shè)防,不圖受力分析方便,他們故意把柱子的截面高度設(shè)計得過小,使梁柱的線剛度比加大(因一些結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊中規(guī)定:當(dāng)梁柱的線剛度比大于4時,計算簡圖中梁柱節(jié)點可簡化為鉸支)。把梁簡化為鉸支梁,柱按軸心受壓計算。這種做法雖然易于進行結(jié)構(gòu)受力分析,但卻給房屋結(jié)構(gòu)埋下了隱患。因為這樣做忽略了梁柱間的剛結(jié)作用,即忽略了柱對消化酶的約束彎矩,加之以柱截面的配筋都較小,結(jié)構(gòu)一旦受力后,柱頂抗彎強度必然不足,從而柱子而梁底附近將會出現(xiàn)一條或多條水平裂縫,形成塑性餃。這樣在正常使用情況下,柱子已開始帶餃工作。這不但影響了房屋 的耐久性,而且也常常引起用戶的恐懼心理。更為嚴(yán)重的是,這樣的結(jié)構(gòu)一理遭遇地震作用時,將會倒塌,這違背了現(xiàn)行抗震規(guī)范中“強柱弱梁”的設(shè)計原則。

  4、在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中,只注意了橫向框架的設(shè)計而忽視了縱向框架

  現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求水平地震作用應(yīng)按兩個主軸方向分別計算,各方面的地震和用應(yīng)由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件來承擔(dān)。說是說,在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中,縱向框架與橫向框架有同等的重要性。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計者對以于非抗震設(shè)計,而縱向地按普通的連續(xù)梁進行設(shè)計,梁柱的節(jié)點和框架中的縱筋、箍筋的配置無法不答合框架的構(gòu)造要求。由于沒有考慮地震的縱向作用,在實際設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負(fù)筋,跨中縱筋及箍筋的配筋置均不足的現(xiàn)象。

  5、懸挑梁的梁高選用過小

  設(shè)計者往往只注意了對梁的強充和傾覆進行驗算,而忽略了對梁手撓度的驗算。梁高選用過小,引起梁截面的受壓區(qū)應(yīng)力過高,在正常使用狀態(tài)下,梁截面受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁板出現(xiàn)裂縫,裂縫寬度隨著挑梁變形的回大而加寬,影響了房屋的正常使用。據(jù)筆者觀察,這種挑梁的變形發(fā)展到后期,梁支座截面上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響,豎向裂縫向下延伸發(fā)展為斜裂縫,此時梁已接近破壞,當(dāng)為托墻挑梁時,梁過大的撓度引起梁上境況體在梁支座附近出現(xiàn)裂縫。裂縫在梁支座處沿斜向延伸,縫愈靠上愈寬。挑梁的截面過小對結(jié)構(gòu)的抗震也很不利。懸挑結(jié)構(gòu)對豎向地震的作用最為敏感。梁高小時,截面的相對受壓區(qū)高度較大,梁的延性減 小,在豎向地震作用下易發(fā)生脆性破壞,失去承載力。

  6、連續(xù)梁按單梁進行設(shè)計

  這種情況多發(fā)在陽臺邊梁的設(shè)計中。由于邊梁上的荷 重一般較小,沒有引起設(shè)計得的重視,左圖受力分析方便,設(shè)計得把實際應(yīng)為連續(xù)梁的梁按單簡支梁進行設(shè)計,致使梁在支座處上部負(fù)筋配置量過少。這樣必然引起梁在支座附近上部受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫,進而引起梁上部攔板出現(xiàn)豎向裂縫。如果該邊梁長度較長時,問題將會變得更加嚴(yán)重。因為該梁一般直接暴露在室外,受環(huán)境溫度影響較大。當(dāng)環(huán)境溫度變化時,梁的伸縮受到梁端柱或挑梁的約束,在梁內(nèi)產(chǎn)生收縮應(yīng)力,該收縮應(yīng)力作用于原已產(chǎn)生的梁上裂縫處,引起梁的支座附近沿整個梁截面四周裂縫貫通,梁承載力降低,直接影響了使用安全。

  7、樓板設(shè)計常見問題

  板是建筑工程中的主要承重構(gòu)件,是它將樓面,屋面的荷載傳給其周圍的墻或梁上,樓板的設(shè)計問題必將連帶梁、墻、柱等構(gòu)件安全。若對整個設(shè)計考慮不周,很容易出現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量問題,有的還可能存在嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。樓板設(shè)計中常見如下幾個問題。

  7.1 設(shè)計時為了計算方便或因?qū)Π宓氖芰顟B(tài)認(rèn)識不足,簡單地將雙向板作用單向板進行計算。使計算假定與實際受力狀態(tài)不符,導(dǎo)致一個方向配筋過大,而另一方向僅按構(gòu)造配筋,造成配筋嚴(yán)重不足,致使板出現(xiàn)裂縫。

  7.2 板承受線荷載時彎矩計算問題,在民用建筑中,常常在樓板上布置一些非承重隔墻故大樓板設(shè)計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載后,進行板的配筋計算。但有些設(shè)計人員錯誤地將隔墻的總荷載附以板的總面積。另外,板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板,這樣會給上部的板增加了一個中間支承點,使其變?yōu)檫B續(xù)板,支承點上部出現(xiàn)了負(fù)彎矩,而在板的設(shè)計中又沒考慮該部分的影響,致使板頂出現(xiàn)裂縫。

  7.3 雙向板有效高度取值偏大。雙向板在兩個方向均產(chǎn)生彎矩,由此雙向板跨中正彎矩鋼筋是縱橫疊放,短跨方向的跨中鋼筋應(yīng)放在下面,長跨方向的跨中鋼筋置于短跨鋼筋的上面,計算時應(yīng)用兩個方向的各自的有效高度。一般長向的有效高度比短向的有效高度小d(d為短向鋼筋的直徑)。有的設(shè)計得為圖省事或?qū)Π迨芰φJ(rèn)識不足,而取兩上方向的有效高度一致進行配筋計算,致使長跨有效高度偏大,配筋降低,使結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在的質(zhì)量隱患,甚至出現(xiàn)開明縫的現(xiàn)象。

  總之,我們設(shè)計工作者應(yīng)按規(guī)范相應(yīng)的構(gòu)造要求嚴(yán)格執(zhí)行,才得以從根本上消除設(shè)計質(zhì)量的隱患。

  參考文獻(xiàn)

  [1]林同炎,S.D.思多臺斯伯利 ,結(jié)構(gòu)概念和體系,建筑工業(yè)出版。

  [2]戴國瑩,李德虎,建筑結(jié)構(gòu)抗震鑒定及加固的若干,建筑結(jié)構(gòu),1999(4)。

  [3]高立人,王躍,結(jié)構(gòu)設(shè)計的新思路——概念設(shè)計,建筑 ,1999(1)。

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