建筑结构设计的问题分析|建筑结构设计规范2016

　　本文结合工程实例主要通过某工程建筑结构设计就建筑结构设计的程序及结构设计中常见问题提出自己的一些看法与分析。 　　1.工程概况 　　某工程是一座集商业、办公、培训中心于一体的综合性高层建筑。由三层裙房及主楼组成，建筑物总长为44.3m，总宽为37.1m，建筑面积为16900m2。
　　2.基础设计
　　2.1工程地质及基础选型
　　本工程所处场地地势较平坦，根据工程地质勘察所揭示的地质剖面为素填土（层厚1.30―5.20）、粉质粘土（层厚4.30一5.50）、粉砂（层厚1.20―10.10）、圆砾卵石（层厚0.6―3.6）、粉砂岩残积砂质粉土（层厚1.30―10.30）、强风化粉砂岩A段（层厚1.20―31.10）、强风化粉砂岩B段（未揭穿）。本工程建筑物高度高、荷重大，沉降敏感，鉴于上述特点，填土、粉质粘土、粉砂承载力标准值低，天然地基难以满足建筑物荷重和变形的要求，所以基础须采用桩基。予制桩因圆砾卵石厚度不均，粒径大小混杂，穿越该层困难；人工挖孔桩又因层透水性好，含水丰富，排水困难，且上部粉砂层易坍塌，不宜选用。因此设计中选择泥浆护壁冲孔灌注桩，以承载力较高的强风化粉砂岩A、B段作为桩端持力层。
　　2.2桩基设计
　　本工程桩基采用桩径 700、 800冲孔灌注桩，桩身砼强度等级为C25水下砼。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94―94），桩基的竖向承载力设计值为：R=Qsk/rs+Qpk/rp，桩端进人持力层≥2D。
　　
　　桩基施工进行单桩静载实验3根，桩长38m，桩径 700，最大加载值6350kN。测试依据标准：《建筑桩基技术规范》（JGJ94―94）；采用慢速维持荷载法加载。在设计荷载（3800kN）下沉降量分别为7.92mm、6.25mm、9.30ram，在最大实验荷载（6350kN）下沉降量分别为21.66mm、16.48mm、26.48mm。三根检测桩的单桩竖向极限承载力均满足设计要求。在桩的布置上力求使桩群承载力合力点与上部结构相应竖向永久荷载力作用点重合，另外，根据上部结构柱网较大及剪力墙集中荷载大的特点，为了保证上部荷载可靠传递给桩基，要求承台梁（板）具有一定的刚度，以保证群桩共同作用，为此设计中筒体剪力墙下群桩采用了2.0m厚的承台梁板。由于本工程的大部分附属设施设置在地下室，考虑到各种管线、集水坑和水池等的设置，桩基承台比车库地坪下降了1.1m，承台的底标高为一6.15m。
　　3.地下室设计
　　3.1地下室
　　地下室设计中考虑了平战结合，按六级人防要求设计。外墙300厚，内墙200厚，非人防顶板180厚，人防顶板250厚，底板400厚。由于本工程地下水位较高，应对底板进行了抗裂验算，使之满足规范要求。外墙、底板采用刚柔两道防水，s6钢筋砼刚性自防水及地下室外侧柔性卷材防水层。在汽车出入口及临战时钢筋砼墙封堵处的构件接触面处，均匀埋设钢板，平时不封闭，待临战前焊接加固铁件，能以最快速度作为封口施工达到六级人防设防要求。
　　3.2地下室围护结构
　　本工程基坑开挖深度达到一5.15m以上，根据地质及周围建筑情况，地下室围护结构采用锚钉挡墙围护，与通常的排桩加支撑梁围护比较，在投资上节省了近35％，实施安全便捷、满足施工要求，受到建设单位及施工单位的赞扬和肯定。
　　4.设计体会
　　4.1方案设计
　　结构设计在本阶段的主要目标是确定建筑物整体结构的可行性，柱、墙、梁的布置及支承条件的合理性，以便建筑专业在此基础上进一步深化，形成一个各专业都可行，且大体合理的建筑方案。本阶段的主要工作内容：
　　（1）结构选型：确定结构体系及结构材料。
　　（2）结构分缝：根据建筑体型、地基状况考虑是否分缝，尽可能做到伸缩缝、沉降缝、抗震缝三缝合一。在建筑体型复杂状况下可单独设抗震缝。
　　（3）结构布置：柱、墙、楼面梁板的布置，确定构件支承和传力关系。
　　（4）结构试算：结构试算以前，设计人员首先要根据规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述以及工程的实际情况，对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。其中：振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真；取值太大，不仅浪费时间，还可能使计算结果发生畸变。最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构反映的地震大小也各不相同，那么必然存在某个角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。结构基本周期是计算风荷载的重要指标。这几个参数关系到整体计算结果，必须首先确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。
　　（5）确定整体结构的合理性：整体结构的科学性和合理性是规范特别强调的内容。控制结构整体性的主要指标有：周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比等。其中：①周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布置更有效更合理，使结构不至出现过大的扭转。②位移比（层问位移比）是控制结构平面不规则性的重要指标。③刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。④层问受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值应按《抗震规范》和《高规》的有关规定执行。⑤刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素，也是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求，则可能引起结构失稳倒塌。⑥剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比，主要是因为长期作用下，地震影响系数下降较快，由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。而对于长周期结构，地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此，出于安全考虑，规范规定了各楼层水平地震力的最小值，该值如果不满足要求，则说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位，必须进行调整。
　　4.2施工图设计
　　结构设计在本阶段的主要目标是完成施工实施技术文件，保证设计图纸的完整性、科学性及深度要求。本阶段的主要工作内容：
　　（1）结构计算。建筑及设备专业在初步设计基础上往往有些修改，结构专业在该修改的基础上再计算，最后确定各构件的截面尺寸；输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等进行结构计算，如一次计算结果不满意，要进行多次试算和调整。
　　（2）完成构件配筋。此阶段的构件配筋必须具体化，并保证整项工程的设计处于同一标准中。生成施工图以前，要认真输入出图参数，如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式，箍筋形式，钢筋放大系数等，考虑支座宽度对裂缝宽度的影响，以便生成符合需要的施工图。
　　（3）施工图生成以后，设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的措施要求。
　　（4）最后还应根据工程的实际情况，对配筋结果作合理性审核，如钢筋排数、直径、架构等，如不符合工程需要或不便于施工，还要做最后的调整计算
　　4.3关于结构设计中常见问题的分析
　　（1）高层建筑在进行结构整体分析计算时必须考虑：由于考虑施工，使用等原因，所有工程（不论是否规则）均应考虑偶然偏心引起的地震扭转效应和地震地面运动扭转分量的影响；即高层建筑，均按单向地震扭转藕联加偶然偏心进行结构整体分析计算；对质量和刚度分布明显不对称的结构，应考虑双向地震作用。
　　（2）对楼层采用刚性楼板假定的选用：在结构计算中应采用符合实际情况的楼板刚度计算假定；当计算模型存在楼板开大洞、不连续、弱连接的情况，不符合刚性楼板假定时，应采用“弹性楼板假定”计算，同时地震作用应采用总刚分析方法计算，而计算结构的位移比时，则应选用“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”进行补充计算。
　　（3）有较小高差的楼板配筋：在计算有较小高差的楼板配筋时（高差≤300mm），对板在高差处的支座按简支边模型计算和配筋，本人认为这种情况不同于错层楼板计算模型，建议设计可按无高差连续板简化计算，高差处的两边板支座纵向受拉钢筋可参照此计算结果配筋，设计也可根据高差和梁抗扭刚度等因素，对支座弯矩调幅0.8～0.9，同时加大相应跨中的弯矩。
　　（4）地下室防水混凝土结构的结构厚度、保护层厚度等：1）结构厚度不应小于250mm；2）裂缝宽度不得大于0.20mm，并不得贯通；3）迎水面钢筋的保护层厚度不应小于50mm．为满足《地下工程防水技术规范》GB50108―2001中关于迎水面钢筋的保护层厚度不应小于50mm的规定，可将地下室外墙的受力主筋布置在内侧，保护层取50mm，分布钢筋在外侧，保护层取35mm，避免了受力钢筋保护层偏薄的问题。
　　（5）连层柱的配筋：连层柱的配筋应按所用程序的要求给予放大（放大系数必须>1.05）。不能出现连层柱的下层柱与上层柱不同配筋，必须把连层柱作为“一根竖向力学杆件”看待，连层柱配筋必须连续。
　　（6）弧形梁、板放射钢筋的问距：在设计各种弧形梁、板时，要注意在转弯处放射钢筋间距对内弧边和外弧边是不同的，甚至相差很大。建议设计时按外弧边计算和控制放射钢筋间距。
　　
　　（作者单位：福建绿城建筑设计有限公司福建厦门361009）

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