钢筋混凝土结构设计常见问题解析

随着多层建筑物和高层建筑物的不断涌现,业界相关人士将关注的眼光越来越多地投注在钢筋混凝土方面。质量优等的钢筋混凝土与科学合理的钢筋混凝土结构, 不仅能够保证房屋建筑能够拥有一个安全与稳定的钢筋混凝土结构,也能保证房屋建筑的质量安全与稳定。

一、钢筋混凝土结构定义和基本原理

1、定义

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料结合成整体共同受力的工程结构,其主要承重构件是由钢筋与混凝土制造而成。

2、基本原理

混凝土结构在钢筋和混凝土两种不同性质材料的有效结合作用下, 能够充分发挥混凝土抗压强度和钢筋抗拉强度的优势,有效地掩饰掉彼此的缺陷。在二者共同抵抗外力的作用下,提高建筑结构中梁和板的承载能力。

二、钢筋混凝土结构设计常见问题解析

1、关于超长结构的问题

混凝土结构设计规范规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55 m, 同时规定当采取后浇带分段施工, 专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的, 伸缩缝间距可适当增大。这两条使我们在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55 m 就设置伸缩缝, 这显然是很难保证的,而且在采取后浇带分段施工后很难控制房屋的长度而不至于产生裂缝等不良现象。

出现此类状况这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置, 并适当加强中部区域的梁板配筋, 笔者认为中部区域作为一个中点必然受较大应力, 而两侧梁柱, 特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力, 而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强。当框架结构超过70 m 时, 应采取特殊的措施才能不设置伸缩缝, 如采用预加应力, 掺入抗裂外加剂等等, 而且作为超过70 m 的结构, 必须对温度及收缩裂缝采取定量的分析, 并相应施加预应力, 这在许多工程实例中应用的效果也是众目共睹的。如果对超长结构, 不能有效的分析清楚受力情况, 笔者建议还是应按规范要求设置伸缩缝, 毕竟建筑上缝只要处理得当还是不影响观瞻的。

2、关于桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值问题

桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值, 一般是先按建筑层数估算筏板厚度, 常规是按层数×50 mm 来估算。例如一幢十八层的小高层住宅, 我们则先按18×50= 900 mm设定筏板厚, 然后再根据排桩情况, 分别验算角桩冲切,边桩冲切及墙冲切, 群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚, 但这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切, 短肢剪力墙结构由于墙体不封闭, 故取值群桩冲切边界时有相当大的困难, 而群桩冲切由于桩群重叠面积较大, 应是一种不利状态。因此, 一般建议是取值几个大层间近似作为冲切边界, 所围区域内短肢墙体内力则作为抗力抵消, 虽不完全准确, 但区域放大后, 边界的开口效应有所削弱, 是可行的。

3、关于箱、筏基础底板的挑板问题

从结构角度来讲, 如果能出挑板, 能调匀边跨底板钢筋, 特别是当底板钢筋通长布置时, 不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋, 较节约。出挑板后, 能降低基底附加应力, 当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时, 加挑板就可能采用天然地基。必要时可加较大跨度的周圈窗井。窗井部位可以认为是挑板上砌墙, 不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对, 当有数层地下室, 窗井横隔墙较密, 且横隔墙能与内部墙体连通时, 可灵活考虑。当地下水位很高,出基础挑板, 有利于解决抗浮问题。此外, 从建筑角度讲,取消挑板, 可方便柔性防水做法。当为多层建筑时, 结构也可谦让一下建筑。

4、关于强柱弱梁的设计理念

强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏, 中震可修, 大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆, 而梁破坏则仅是某个区域失效, 因此, 柱较之梁破坏的损害更大, 当前我们的经济已高速发展, 我们结构设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。必须严格控制柱轴压比, 笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%, 且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理,建议边柱, 角柱应适当加强, 特别是角柱, 建议应全柱加密箍筋, 且配筋率不宜小于1%, 所有框架柱, 不包括小截面柱, 建议纵筋均应大于20, 且柱筋品种不宜过多, 矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋, 而支座筋则可通过调幅让其适当降低, 以使地震作用下能形成梁铰机制, 防止柱先于梁屈服, 使梁端能首先产生塑性铰, 保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。

5、关于板面设置温度应力筋的问题

根据规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内, 钢筋间距宜取为150 mm ~ 200 mm, 并应在板的末配筋表面布置温度收缩钢筋, 板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋, 而对于超长结构, 则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋。其余部位则可因人而异, 功能重要的区域设置, 有条件的建设子项设置, 而不必过于强调。另外值得注意的问题是: 当地下室筏板厚度大于1 200 mm 时, 可在筏板中间配置温度收缩应力钢筋以抵抗大体积混凝土所产生的收缩及温度应力, 配筋量笔者建议取1 /2筏板厚的0。1%, 且不小于Φ12@ 200。

6、关于对梁筏基础板筋位置的设置问题

弹性梁筏基础, 由于考虑水浮力下底板所受向上的反向力, 设计人员会要求筏板面筋能置于地梁主筋以下, 而地梁配筋有时较多甚至配置双排筋, 再加上梁箍筋则施工中引起板筋的弯折相当困难, 遇到人防工程则更难施工。笔者认为从受力传递过程来说, 板筋设置必须准确, 但考虑施工困难及相应板保护层的损失, 建议可以作适当放松。

7、关于短肢剪力墙结构设计中的重点问题

短肢剪力墙结构设计中有两个重点问题值得我们防范,处理不当经常会成为薄弱环节, 这也是抗震审查中经常发现的问题。

(1)对普通长墙的界定, 根据规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙, 短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为5~ 8的剪力墙。这明显出现了一些难度, 高厚比为7.9 倍及8.1倍的两种墙受力特性截然不同, 由此而引起的配筋亦相差甚远(对四级剪力墙而言, 短肢剪力墙在一般部位的配筋率要求大于1.0%, 而普通墙则仅要求边缘构件配筋率0.4%, 墙身部分配筋率仅为0.2%。) 因此笔者在布置长墙时建议控制高厚比大于9, 这样就与短肢剪力墙有所区分而不会混淆。

(2)关于小墙肢根据规定矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面厚度的5 倍, 因为当墙肢高厚比较小时受力特性是脆性破坏, 属抗震不利构件。

因此, 笔者认为在剪力墙结构设计中应尽量避免次类构件的出现, 特别是高厚比小于3的小墙肢应不出现, 如出现建议按构造柱考虑, 不作为抗侧力构件, 否则应按框架柱设计, 尽量降低轴压比, 加强配筋。

8、关于地基与基础设计的问题

地基与基础设计一直也是值得结构工程师非常重视的方面, 不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行, 同时, 也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素, 因此, 在这一阶段, 所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。所以, 在进行地基基础设计时, 一定要对地方规范进行深入地学习, 以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。