陳孟芝

【摘要】本文從施工圖審查角度， 提出幾個在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的涉及結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)造價的問題，供設(shè)計人員參考。

【關(guān)鍵詞】 安全質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)造價；多層與高層建筑；框支梁與轉(zhuǎn)換梁；獨立基礎(chǔ)

1. 概述

在近年來對結(jié)構(gòu)施工圖的審查中，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計中有些問題常常容易被忽略，應(yīng)引起設(shè)計人員注意。這些問題往往又都是對工程影響非常大的問題：有的是直接影響工程的安全質(zhì)量， 有的是影響工程的經(jīng)濟(jì)造價。對于在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的工程項目建設(shè)，隨著人們專業(yè)素質(zhì)的提高，業(yè)主對設(shè)計的要求越來越專業(yè)化， 對結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也越來越具體。設(shè)計不僅要美觀、適用、安全，而且要經(jīng)濟(jì)，工程含鋼量甚至直接寫入設(shè)計合同中。因此，優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅為業(yè)主帶來利益，也為設(shè)計者本身提高了信譽(yù)。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，重視結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，提高業(yè)務(wù)能力和技術(shù)水平是每一個設(shè)計人員應(yīng)具備的基本素質(zhì)。下面，本人總結(jié)了近年來在結(jié)構(gòu)施工圖審查中發(fā)現(xiàn)的容易被忽略應(yīng)引起注意的幾個問題，供設(shè)計人員參考。

2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題

2.1多層與高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的區(qū)別。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，多層與高層建筑應(yīng)該是有區(qū)別的， 這個問題設(shè)計人員往往容易忽略。就執(zhí)行和遵守的規(guī)范條文而言，多層建筑應(yīng)執(zhí)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（簡稱抗震規(guī)范），高層建筑應(yīng)執(zhí)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（簡稱高層規(guī)程）。由此，在下面兩方面應(yīng)有所區(qū)別：

2.1.1在結(jié)構(gòu)體系的選擇上， 多層建筑由于建筑物高度不高，受水平力影響較小，主要承受豎向荷載的影響，宜選擇框架結(jié)構(gòu)體系。對設(shè)計中經(jīng)常遇到的多層住宅、公寓，可根據(jù)建筑平面布置和功能要求，在不影響使用和建筑立面效果的位置布置矩形柱，在其他部位布置隱藏在墻內(nèi)的異形柱，控制異形柱所占柱總數(shù)的比例或異形柱受荷面積比例，使除異形柱的軸壓比、配筋率、構(gòu)造要求按異形柱要求設(shè)計外，結(jié)構(gòu)體系可按普通框架體系設(shè)計。高層建筑由于主要承受水平荷載影響，宜選擇側(cè)向剛度較大、抗側(cè)移性能好的框架——剪力墻或剪力墻結(jié)構(gòu)體系。從設(shè)計經(jīng)驗分析， 剪力墻結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟(jì)性較好。對于十二層左右的小高層，可設(shè)少于剪力墻總數(shù)比例40%的短肢墻或短肢墻承受的地震傾覆力矩小于總地震傾覆力矩40%， 結(jié)構(gòu)體系可按普通剪力墻體系設(shè)計，少數(shù)的短肢墻可不執(zhí)行高規(guī)中短肢墻的要求，按普通剪力墻設(shè)計。這樣設(shè)計的多層與高層建筑結(jié)構(gòu)體系方案既滿足建筑功能和使用要求，又靈活運(yùn)用規(guī)范，安全合理，而且往往還是最經(jīng)濟(jì)的。

2.1.2在結(jié)構(gòu)計算上，對6度抗震設(shè)防區(qū)，當(dāng)結(jié)構(gòu)平面和豎向為較規(guī)則類型時，多層建筑可不進(jìn)行地震作用計算，僅按《抗震規(guī)范》采取抗震構(gòu)造措施即可。當(dāng)為不規(guī)則類型時才進(jìn)行抗震作用計算，此時不考慮偶然偏心的影響。如計算中不能滿足框架結(jié)構(gòu)層間位移變形限值時，可布置少量縱、橫向剪力墻，但仍應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定框架抗震等級，而計算時應(yīng)按框架——剪力墻結(jié)構(gòu)滿足剪力墻的承載能力和結(jié)構(gòu)整體變形的要求，此時剪力墻抗震等級可為三級， 剪力墻可不設(shè)底部加強(qiáng)區(qū)， 框架宜滿足不計剪力墻時框架承載力要求。高層建筑無論結(jié)構(gòu)平面和豎向是否規(guī)則，均應(yīng)進(jìn)行地震作用計算，應(yīng)考慮偶然偏心的影響，且應(yīng)滿足《高層規(guī)程》中對結(jié)構(gòu)計算與分析的各種指標(biāo)限值的要求。

2.2框支梁與轉(zhuǎn)換梁的區(qū)別。

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，經(jīng)常會遇到部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換構(gòu)件的問題。這些不能直接連續(xù)貫通落地的豎向構(gòu)件有的是普通剪力墻，有的是短肢剪力墻或框架柱。兩者的轉(zhuǎn)換構(gòu)件是有很大區(qū)別的，這個問題往往容易被忽略，設(shè)計人員通常均按照《高層規(guī)程》框支梁的要求設(shè)計轉(zhuǎn)換構(gòu)件，造成不必要的浪費，影響工程的經(jīng)濟(jì)造價。

（2）承托普通剪力墻和短肢剪力墻或框架柱的轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力性能是完全不同的，內(nèi)力及配筋計算和構(gòu)造設(shè)計上也有很大的區(qū)別。當(dāng)轉(zhuǎn)換構(gòu)件是由梁轉(zhuǎn)換時， 承托普通剪力墻的轉(zhuǎn)換構(gòu)件是拉、彎、剪構(gòu)件，也稱為框支梁。在豎向荷載作用下， 轉(zhuǎn)換層上的墻體有拱效應(yīng)，兩支座處豎向應(yīng)力大，同時有水平推向力，中間則會出現(xiàn)拉應(yīng)力。框支梁就像是拱的拉桿， 在豎向荷載作用下除有彎矩、剪力外，還有軸向拉力。沿梁全長拉力不均勻，跨中拉力大，支座處減小，有洞口處拉力更小。框支柱除受有彎矩、軸力外，還承受較大的剪力。因此， 框支梁設(shè)計時應(yīng)嚴(yán)格按照《高層規(guī)程》中框支梁的要求，正截面承載力按偏心受拉計算，斜截面承載力按拉、剪計算。梁面應(yīng)有不少于50%的支座負(fù)鋼筋沿梁全長貫通，下部縱向鋼筋應(yīng)全部直通到柱內(nèi)。沿梁高應(yīng)配置間距不大于200mm、直徑不小于16mm的腰筋。加密區(qū)箍筋直徑不小于10mm， 間距不大于100mm。

（3）承托短肢剪力墻或框架柱的轉(zhuǎn)換構(gòu)件是彎、剪構(gòu)件，也稱為轉(zhuǎn)換梁。在豎向荷載作用下，轉(zhuǎn)換梁的受力和普通跨中有集中荷載的框架梁相同，僅僅由于跨度大，跨中又有很大的集中荷載，梁端和跨中的彎矩、剪力都很大，但基本沒有軸向力，柱的剪力較小。因此， 轉(zhuǎn)換梁設(shè)計時應(yīng)按普通框架梁的構(gòu)造要求，正截面承載力按純彎計算， 斜截面承載力按受剪計算。梁面貫通筋根據(jù)抗震等級按框架梁要求設(shè)計， 沿梁高配置的腰筋按框架梁0.1%配筋率計算或適當(dāng)加大，通常沿梁高配置間距不大于200mm、直徑不小于14mm的腰筋。加密區(qū)箍筋根據(jù)抗震等級按框架梁要求設(shè)計，或適當(dāng)加大直徑不小于8mm， 間距不大于100mm。

2.3柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)是最常用的基礎(chǔ)形式。該基礎(chǔ)設(shè)計中有幾個問題設(shè)計人員很容易忽略而出錯，直接影響工程的安全質(zhì)量。

（1）首先是基礎(chǔ)的抗剪計算。在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（簡稱基礎(chǔ)規(guī)范）中，未對柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)要求進(jìn)行抗剪驗算，只要求驗算柱與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處的受沖切承載力。然而，這只是對一般的柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)而言，其抗剪強(qiáng)度一般均能滿足要求。當(dāng)我們設(shè)計落在基巖上的獨立基礎(chǔ)，特別是高層建筑支承在基巖上的獨立基礎(chǔ)時，沒有進(jìn)行抗剪驗算是不合理的。由于此類基礎(chǔ)底面平均壓力較大，應(yīng)進(jìn)行抗剪強(qiáng)度驗算，否則僅由抗沖切驗算確定基礎(chǔ)高度是不安全的?！痘A(chǔ)規(guī)范》8.1.2條注4對此有相應(yīng)規(guī)定： 基礎(chǔ)底面處的平均壓力值超過300KPa的混凝土基礎(chǔ)，尚應(yīng)進(jìn)行抗剪驗算。高層建筑落在基巖上的獨立基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)底處的平均壓力大大超過此值，因此應(yīng)進(jìn)行抗剪驗算。

（2）其次是基礎(chǔ)寬高比的問題。對于柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，設(shè)計人員往往只考慮在較小的埋置深度內(nèi)，將基礎(chǔ)底面擴(kuò)大到所需的面積，以滿足地基承載力的要求，而忽略了對基礎(chǔ)臺階高寬比的要求?；A(chǔ)寬高比或臺階的寬高比大于2.5的基礎(chǔ)直接按《基礎(chǔ)規(guī)范》擴(kuò)展基礎(chǔ)公式進(jìn)行設(shè)計計算的情況經(jīng)常出現(xiàn)?！痘A(chǔ)規(guī)范》8.2.7條對擴(kuò)展基礎(chǔ)底板配筋計算時規(guī)定，對于矩形基礎(chǔ)，當(dāng)臺階的寬高比小于或等于2.5和偏心矩小于或等于1/6基礎(chǔ)寬度時，任意截面的彎矩可按規(guī)范規(guī)定的彎矩公式計算。其本質(zhì)是對地基反力線性分布的要求。當(dāng)基礎(chǔ)臺階的寬高比大于2.5時， 地基反力不再遵循直線分布假定，不能按規(guī)范公式進(jìn)行彎矩計算確定基礎(chǔ)底板配筋，宜按彈性地基板計算。

（3）最后是基礎(chǔ)配筋問題?！痘A(chǔ)規(guī)范》未明確規(guī)定柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)的最小配筋率要求。設(shè)計人員往往只按計算配筋，未進(jìn)行最小配筋率控制?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》9.5.2條規(guī)定：對臥置于地基上的混凝土板，板中受拉鋼筋的最小配筋率可適當(dāng)降低，但不應(yīng)小于0.15%。柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)屬于臥置于地基上的混凝土板， 板中受拉鋼筋的最小配筋率應(yīng)滿足此條要求，在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)按階形（或錐形）基礎(chǔ)的實際面積計算其最小配筋梁，并將其配置在基礎(chǔ)的全寬范圍內(nèi)。

3. 小結(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一門經(jīng)驗科學(xué)。注重設(shè)計中存在問題，特別是容易被忽略的問題，掌握結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，是提高設(shè)計質(zhì)量，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的一項重要內(nèi)容，也是對每個設(shè)計人員的基本要求。要適應(yīng)建筑設(shè)計市場需要，為業(yè)主創(chuàng)造一座既滿足建筑使用功能、構(gòu)造功能和形象功能的要求，又安全經(jīng)濟(jì)，且符合地理環(huán)境條件的建筑物，設(shè)計人員必須不斷總結(jié)設(shè)計經(jīng)驗，提高自己的業(yè)務(wù)能力和技術(shù)水平，使之具備結(jié)構(gòu)設(shè)計概念、經(jīng)驗、悟性、判斷力和創(chuàng)造力。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001，北京，中國建筑工業(yè)出版社

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》GJG3-2002，北京，中國建筑工業(yè)出版社

[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002，北京，中國建筑工業(yè)出版社

[4]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002，北京，中國建筑工業(yè)出版社