论文部分内容阅读
摘 要：结合笔者从事建筑结构设计的经验，对设计中的几个问题进行探讨。
关键词：结构设计；基础设计；计算分析；构造措施
前言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。因此，本文结合实践经验对对结构设计中地基与基础设计、结构计算与分析、板面设置温度应力筋、保护层和垫层厚度等几个方面简要总结了一些在结构设计过程要注意的问题。
1 地基与基础设计
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅是因为该阶段设计的好与坏将直接影响后续设计工作的进行，同时，也是因为地基基础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。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，仅凭一本《建筑地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详尽的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准，地方性的“建筑地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验阐述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方性规范进行深入的学习，以避免对整个结构设计或后续设计工作造成不利影响。
2 结构计算与分析
在结构计算与分析阶段，如何准确、高效地对工程进行计算分析并按照规范要求进行设计，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相应地对这一阶段比较常见的问题有清晰的认识。
（1）结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合适的计算软件，并从不同软件的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的、哪个又是意义不大的，这是工程师在设计工作中的首要任务，否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使设计结果存在安全隐患。
（2）是否需要放大地震力，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下建筑结构的计算自振周期折减系数。
（3）振型数目是否足够。现行规范中有振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。因此，在计算分析阶段必须根据计算结果中该参数的计算值，决定是否需要调整振型数目的取值。
（4）多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘、多塔楼的建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔楼进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果各塔楼刚度相差较大，就有可能振型参与系数的计算值满足要求，但是某一塔楼的地震力计算结果却误差较大，甚至出现错误，从而使结构出现安全隐患。
（5）非结构构件的计算与设计。在建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件，对这部分构件，尤其是建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于建筑的地震作用和风荷载均较大，必须严格按照规范中非结构构件的要求进行计算处理。
3 关于板面设置温度应力筋
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第1019条规定在温度、收缩应力较大的现浇板区域内，钢筋间距宜取为150～200mm，并应在板的未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01%。对于这一条规定设计人员的理解经常会有出入，什么区域属于温度、收缩应力较大的区域？笔者认为对于规则、长度不大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设置双层钢筋。其余部位则可因工程情况而异，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。另外有一点，当地下室筏板厚度大于1200mm时，笔者建议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01% ，且不小于ф12×200。
4 关于梁上起柱是否设置附加钢筋
某些工程，设计者在梁上起柱及次梁放在主梁上面的情况下都设置梁中附加横向钢筋，甚至在弹性梁基础中柱下梁内亦设置附加横向钢筋，笔者认为这完全没有必要，虽然这是偏于安全的一种做法，但如果计算不需要则是浪费。《混凝土结构设计规范》（GB500010-2002）第10213条规定，位于梁下部或梁截面高度范围的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（箍筋、吊筋） 承担，附加横向钢筋宜采用箍筋。因此，次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必设置附加横向钢筋的， 《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》中就是如此。但还是有相当多的设计人员认为梁上起柱应设置附加横向钢筋，其理由是柱轴力（集中荷载）会通过柱中的纵向钢筋传到梁截面，这是不对的，因为柱轴力是由柱截面的混凝土传到梁的上表面，而不是由柱内钢筋传递的。
5 关于保护层和垫层厚度
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）对防水混凝土结构规定：结构厚度不应小于250mm；裂缝宽度不得大于02mm，并不得贯通；迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。防水混凝土结构底板混凝土垫层强度等级不应小于C15，厚度不小于100mm，在软弱土层中不应小于150mm。工程实践表明结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的主要原因，应引起注意。
地下室顶板钢筋应加强，混凝土垫层厚度、强度等级和保护层厚度应按规范加注（GB50108-2001第415和416条）。否则就会产生如下类似问题：地下室外墙、底板等迎水面保护层厚40mm，底板与土接触处钢筋保护层厚35mm，不符合GB50108-2001第416条；柱保护层25mm，违反GB50010-2002第921条；地下室垫层采用C10混凝土，或底板下未做混凝土墊层，违反GB50108-2001第415条；未见地下混凝土构件环境类别划分与对应的钢筋混凝土构件保护层厚度，不符合GB50010-2002第921条等。
6 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。如果柱破坏了建筑物整个都会倒塌，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，设计人员在设计中一定要贯彻这一设计理念。其一必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力（有文章研究表明约增加30%），然而柱子根本不可能有这么大安全储备，在大震下就会破坏，那又何谈大震不倒呢？笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过09，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，笔者建议纵筋直径均应大于20mm，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋笔者则建议应配足梁中部钢筋，而支座钢筋则可通过调幅让其适当减少，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱筋先于梁筋屈服，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。
7 结语
综上所述，结构设计人员应加强对规范的学习和理解，掌握其内涵，同时还需不断总结实际工程中的经验教训，只有这样，才能使我们的设计更经济合理。
关键词：结构设计；基础设计；计算分析；构造措施
前言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。因此，本文结合实践经验对对结构设计中地基与基础设计、结构计算与分析、板面设置温度应力筋、保护层和垫层厚度等几个方面简要总结了一些在结构设计过程要注意的问题。
1 地基与基础设计
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅是因为该阶段设计的好与坏将直接影响后续设计工作的进行，同时，也是因为地基基础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。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，仅凭一本《建筑地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详尽的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准，地方性的“建筑地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验阐述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方性规范进行深入的学习，以避免对整个结构设计或后续设计工作造成不利影响。
2 结构计算与分析
在结构计算与分析阶段，如何准确、高效地对工程进行计算分析并按照规范要求进行设计，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相应地对这一阶段比较常见的问题有清晰的认识。
（1）结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合适的计算软件，并从不同软件的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的、哪个又是意义不大的，这是工程师在设计工作中的首要任务，否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使设计结果存在安全隐患。
（2）是否需要放大地震力，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下建筑结构的计算自振周期折减系数。
（3）振型数目是否足够。现行规范中有振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。因此，在计算分析阶段必须根据计算结果中该参数的计算值，决定是否需要调整振型数目的取值。
（4）多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘、多塔楼的建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔楼进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果各塔楼刚度相差较大，就有可能振型参与系数的计算值满足要求，但是某一塔楼的地震力计算结果却误差较大，甚至出现错误，从而使结构出现安全隐患。
（5）非结构构件的计算与设计。在建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件，对这部分构件，尤其是建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于建筑的地震作用和风荷载均较大，必须严格按照规范中非结构构件的要求进行计算处理。
3 关于板面设置温度应力筋
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第1019条规定在温度、收缩应力较大的现浇板区域内，钢筋间距宜取为150～200mm，并应在板的未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01%。对于这一条规定设计人员的理解经常会有出入，什么区域属于温度、收缩应力较大的区域？笔者认为对于规则、长度不大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设置双层钢筋。其余部位则可因工程情况而异，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。另外有一点，当地下室筏板厚度大于1200mm时，笔者建议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01% ，且不小于ф12×200。
4 关于梁上起柱是否设置附加钢筋
某些工程，设计者在梁上起柱及次梁放在主梁上面的情况下都设置梁中附加横向钢筋，甚至在弹性梁基础中柱下梁内亦设置附加横向钢筋，笔者认为这完全没有必要，虽然这是偏于安全的一种做法，但如果计算不需要则是浪费。《混凝土结构设计规范》（GB500010-2002）第10213条规定，位于梁下部或梁截面高度范围的集中荷载，应全部由附加横向钢筋（箍筋、吊筋） 承担，附加横向钢筋宜采用箍筋。因此，次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必设置附加横向钢筋的， 《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》中就是如此。但还是有相当多的设计人员认为梁上起柱应设置附加横向钢筋，其理由是柱轴力（集中荷载）会通过柱中的纵向钢筋传到梁截面，这是不对的，因为柱轴力是由柱截面的混凝土传到梁的上表面，而不是由柱内钢筋传递的。
5 关于保护层和垫层厚度
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）对防水混凝土结构规定：结构厚度不应小于250mm；裂缝宽度不得大于02mm，并不得贯通；迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。防水混凝土结构底板混凝土垫层强度等级不应小于C15，厚度不小于100mm，在软弱土层中不应小于150mm。工程实践表明结构厚度或迎水面钢筋保护层厚度小于规范限值常常是引起渗漏水现象的主要原因，应引起注意。
地下室顶板钢筋应加强，混凝土垫层厚度、强度等级和保护层厚度应按规范加注（GB50108-2001第415和416条）。否则就会产生如下类似问题：地下室外墙、底板等迎水面保护层厚40mm，底板与土接触处钢筋保护层厚35mm，不符合GB50108-2001第416条；柱保护层25mm，违反GB50010-2002第921条；地下室垫层采用C10混凝土，或底板下未做混凝土墊层，违反GB50108-2001第415条；未见地下混凝土构件环境类别划分与对应的钢筋混凝土构件保护层厚度，不符合GB50010-2002第921条等。
6 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。如果柱破坏了建筑物整个都会倒塌，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，设计人员在设计中一定要贯彻这一设计理念。其一必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力（有文章研究表明约增加30%），然而柱子根本不可能有这么大安全储备，在大震下就会破坏，那又何谈大震不倒呢？笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过09，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，笔者建议纵筋直径均应大于20mm，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋笔者则建议应配足梁中部钢筋，而支座钢筋则可通过调幅让其适当减少，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱筋先于梁筋屈服，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。
7 结语
综上所述，结构设计人员应加强对规范的学习和理解，掌握其内涵，同时还需不断总结实际工程中的经验教训，只有这样，才能使我们的设计更经济合理。