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摘要:本文中,笔者结合自身工作实际情况,对这些问题一一进行总结,希望能作为相关人士的参考。针对框架设计中易出现的问题,对构造方面进行了一些探讨,并结合经验提出了相应的解决措施。
关键词:钢筋混凝土框架;设计;施工
近年来,随着我国经济的迅速发展,人们对居住方面的要求变得越来越高,而国家也加大了基础投资的力度,于是城市化进程不断加快,建筑市场一片繁荣,虽然这两年国家加大了对房地产市场的调控,但是从整个建筑行业来看,依然在阔步前进,商业多高层建筑数量不断增加。钢筋混凝土框架结构体系是工程设计中应用比较广泛的一种结构体系,但具体设计中因为种种原因,而存在一些不合理的应用,下面本文就根据钢筋混凝土框架设计中所出现的常见问题进行总结和探讨。
1.混凝土框架设计中存在的问题概述
设计是建筑的灵魂,也许有些夸大其词,但是设计确实是建筑风格最重要的表现形式。但是在设计过程中,有几个方面的问题是必须要注意的。随着设计程序的普遍应用,某些工程师在设计过程中出现有一种现象:重应用而轻概念、重计算而轻构造,结构工程设计是一项需要投入精力、细致、认真的工作,因为结构构件无论大小都涉及到人身财产安全。所以,设计者更应该握好手中的笔,不能忽视每个结构构件的细节,为结构安全负责,也是为自己负责。
1.1设计细节问题
应根据地域区别选用当地常用材料,填充墙与主体框架的连接应作具体说明,如配筋、构造柱设置,水平圈梁(配筋板带)等等;填充墙宜与框架主体梁柱脱离,缝中填充柔性材料;较高的墙体应验算自身的稳定性,如不满足可参见《砌体规范》中做法:一定高度处设截面b/s(梁宽与柱间距的比)≥ l/30的圈梁作为墙体出平面的不动铰支座。当底层层高较大时,不宜用地面加厚方式承填充墙自重,宜设基础拉梁,以防止变形不协调引起的墙体裂缝。此时当洞口不在墙边时,因框架柱(构造柱)和上下梁的套箍作用,实际是墙梁模型。当基础拉梁跨度较大时可以设柱墩来减小跨度和变形。当总跨度较大时,屋面宜采用结构找坡,以利于排水和减轻结构自重。工业建筑中柱两侧梁中线不连续对中时,此时不能套用11G101图集做法,应由设计者给出详图;当梁偏心距大于1/4柱宽时,梁应水平加腋,也应给出详图;一般梁主筋保护层厚度25mm,柱主筋保护层厚度30mm,梁柱边齐时,梁主筋水平向与柱纵筋相遇,梁的主筋应放于柱主筋里侧,保证柱承载力不降低,亦应补充详图。地沟、管沟深度大于基础埋深时,基础应局部加深;当一层填充墙靠地面承重时,地沟宜加深或加设梁;地框梁位于±O.OOm时,应考虑对地沟的影响,地沟可加深以躲梁高,并应复核梁底是否高于室外地面,并设防冻胀措施。
1.2振型组合数问题
振型组合数既不能太小,也不能过大。取值太小不能正确反映模型应当考虑的地震振型数量,使计算结果失真;取值太大,会消耗掉很多计算机资源。《高规》5.1.13-2条规定,抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数县计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言,振型数的多少与结构层数及参与质量贡献的结构自由度数有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数也应取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式,但振型组合数应不大于有质量贡献的结构自由度数。振型组合数是否取值合理,可以看SATWE计算书(文件名为WZQ.OUT)中的X, Y向的有效质量系数是否大于0.9。若小于0.9,可逐步加大振型个数,直到X和Y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。
2.混凝土框架设计中的电梯井和强度等级问题
2.1框架结构电梯井问题
在地震的作用下,不同的建筑结构所产生的位移结果不同,相比来说,高层结构因为多为整体框剪结构,位移是比较难控制的,而多层结构就要容易一些。所以,在多层钢筋混凝土结构中,框架结构电梯井完全可以采用框架加填充墙形式,不过需要注意的是要对填充墙的构造柱部分进行加密,而且要对电梯井周围的配筋质量和数量做一定的要求,尽可能要多一些高一些,毕竟这部分仅仅通过计算是无法确定结果的。若要将电梯井做成钢筋混凝土形式,由于井筒会吸收较大地震力,相应减少框架部分吸收的地震力,则框架部分偏于不安全,且井筒基础设计也较为困难,故应对整个结构按有无钢筋混凝土井筒分别计算,取最不利结果配筋,且对井筒墙壁采取做薄墙厚、构造配筋、开竖缝、开计算洞等办法来弱化电梯井刚度,这样的墙体布置,在地震作用下不至于由于电梯井筒的破坏,而导致结构整体丧失稳定性。
2.2混凝土强度等级问题
一般我们在进行钢筋混凝土框架结构设计时,都会对柱的要求比较高,对梁的要求则要低一些,为了达到这个目标,柱和梁一般选择不同等级的混凝土来承担,但是随着建筑物的高度不断增加,两者之间的差距也越来越大,给后续施工带来很大的麻烦。从现有文件要求来看,柱和梁之问的混凝土强度等级相差不宜大于5MPa,如果超出了这个范围,必须要对梁柱节点区做特殊处理,保证节点区混凝土强度等级与柱相同。在这里特别要注意的是,节点的核心区所使用的混凝土等级必须与柱完全相同,而不是与梁所使用的混凝土等级一致,从而保证节点强度。
3. 混凝土框架设计中的框架节点抗震性能问题
3.1材料强度问题
目前,水泥的等级相对比较明确化,主要是骨料的等级会有不同,经常有企业会使用不达标的骨料以次充好,最终影响到整个建筑的质量。央视曾报道深圳有居民楼房出现了楼板开裂,墙体裂缝等等问题,每逢雨天,渗水不止。调查结果显示,出现上述问题的原因是楼房建设时使用了大量不合格的海砂,暴露出目前国内混凝土市场以及建筑检测业务的混乱。报道一经播出,引发了热烈的讨论。像这样的事件绝不应该出现。
3.2水平箍筋问题
在框架节点内配置水平封闭箍筋,一方面对框架节点核芯区混凝土产生有利约束,增强传递轴向荷载的能力,另一方面承担部分水平剪力,提高框架节点的抗剪承载力。试验表明,配箍适当的框架节点核芯区出现贯通裂缝后,混凝土承担的剪力继续增加,箍筋全部屈服,混凝土与箍筋同时充分发挥作用,使节点核芯区受剪承载力在破坏时达到最大。
3.3竖向箍筋问题
在水平反复荷载作用下,框架节点核芯混凝土出现交叉斜裂缝后,剪力的传递由斜压杆作用过渡到水平箍筋承担水平分力、柱纵向钢筋承担竖向分力以及平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力所构成的桁架抗剪机制,设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量,减少混凝土的负担,从而提高框架节点的抗剪承载力,但施工不便。
综上所述,不论是住宅建筑还是商业建筑,钢筋混凝土结构都是应用最为广泛的建筑结构形式之一。这种建筑结构形式具有整体性稳定,强度高,抗震性能好等一系列的优点,所以赢得了人们的一致认可。但是,在这种类型的建筑施工过程中,也会存在很多问题,比如有的地方地形构造比较复杂,在设计的时候一旦有些因素考虑不到就会出现后续问题,或者是复杂的建筑构造使得钢筋绑扎不便等问题,都会给建筑带来安全隐患。钢筋混凝土框架设计和结构施工事关人民群众的人身财产安全,所以不论是设计方还是施工方都应该严肃认真的对待这个事情。建筑行业的整体发展需要我们所有人不断的努力。
参考文献:
[1] 樊长林,张善元,路国运. 钢筋混凝土框架刚塑性抗震设计方法研究[J]. 世界地震工程. 2009(03)
[2] 辛力,梁兴文,白亮. RC框架结构直接基于位移的抗震优化设计方法[J]. 地震工程与工程振动. 2008(05)
关键词:钢筋混凝土框架;设计;施工
近年来,随着我国经济的迅速发展,人们对居住方面的要求变得越来越高,而国家也加大了基础投资的力度,于是城市化进程不断加快,建筑市场一片繁荣,虽然这两年国家加大了对房地产市场的调控,但是从整个建筑行业来看,依然在阔步前进,商业多高层建筑数量不断增加。钢筋混凝土框架结构体系是工程设计中应用比较广泛的一种结构体系,但具体设计中因为种种原因,而存在一些不合理的应用,下面本文就根据钢筋混凝土框架设计中所出现的常见问题进行总结和探讨。
1.混凝土框架设计中存在的问题概述
设计是建筑的灵魂,也许有些夸大其词,但是设计确实是建筑风格最重要的表现形式。但是在设计过程中,有几个方面的问题是必须要注意的。随着设计程序的普遍应用,某些工程师在设计过程中出现有一种现象:重应用而轻概念、重计算而轻构造,结构工程设计是一项需要投入精力、细致、认真的工作,因为结构构件无论大小都涉及到人身财产安全。所以,设计者更应该握好手中的笔,不能忽视每个结构构件的细节,为结构安全负责,也是为自己负责。
1.1设计细节问题
应根据地域区别选用当地常用材料,填充墙与主体框架的连接应作具体说明,如配筋、构造柱设置,水平圈梁(配筋板带)等等;填充墙宜与框架主体梁柱脱离,缝中填充柔性材料;较高的墙体应验算自身的稳定性,如不满足可参见《砌体规范》中做法:一定高度处设截面b/s(梁宽与柱间距的比)≥ l/30的圈梁作为墙体出平面的不动铰支座。当底层层高较大时,不宜用地面加厚方式承填充墙自重,宜设基础拉梁,以防止变形不协调引起的墙体裂缝。此时当洞口不在墙边时,因框架柱(构造柱)和上下梁的套箍作用,实际是墙梁模型。当基础拉梁跨度较大时可以设柱墩来减小跨度和变形。当总跨度较大时,屋面宜采用结构找坡,以利于排水和减轻结构自重。工业建筑中柱两侧梁中线不连续对中时,此时不能套用11G101图集做法,应由设计者给出详图;当梁偏心距大于1/4柱宽时,梁应水平加腋,也应给出详图;一般梁主筋保护层厚度25mm,柱主筋保护层厚度30mm,梁柱边齐时,梁主筋水平向与柱纵筋相遇,梁的主筋应放于柱主筋里侧,保证柱承载力不降低,亦应补充详图。地沟、管沟深度大于基础埋深时,基础应局部加深;当一层填充墙靠地面承重时,地沟宜加深或加设梁;地框梁位于±O.OOm时,应考虑对地沟的影响,地沟可加深以躲梁高,并应复核梁底是否高于室外地面,并设防冻胀措施。
1.2振型组合数问题
振型组合数既不能太小,也不能过大。取值太小不能正确反映模型应当考虑的地震振型数量,使计算结果失真;取值太大,会消耗掉很多计算机资源。《高规》5.1.13-2条规定,抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数县计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。一般而言,振型数的多少与结构层数及参与质量贡献的结构自由度数有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数也应取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式,但振型组合数应不大于有质量贡献的结构自由度数。振型组合数是否取值合理,可以看SATWE计算书(文件名为WZQ.OUT)中的X, Y向的有效质量系数是否大于0.9。若小于0.9,可逐步加大振型个数,直到X和Y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。
2.混凝土框架设计中的电梯井和强度等级问题
2.1框架结构电梯井问题
在地震的作用下,不同的建筑结构所产生的位移结果不同,相比来说,高层结构因为多为整体框剪结构,位移是比较难控制的,而多层结构就要容易一些。所以,在多层钢筋混凝土结构中,框架结构电梯井完全可以采用框架加填充墙形式,不过需要注意的是要对填充墙的构造柱部分进行加密,而且要对电梯井周围的配筋质量和数量做一定的要求,尽可能要多一些高一些,毕竟这部分仅仅通过计算是无法确定结果的。若要将电梯井做成钢筋混凝土形式,由于井筒会吸收较大地震力,相应减少框架部分吸收的地震力,则框架部分偏于不安全,且井筒基础设计也较为困难,故应对整个结构按有无钢筋混凝土井筒分别计算,取最不利结果配筋,且对井筒墙壁采取做薄墙厚、构造配筋、开竖缝、开计算洞等办法来弱化电梯井刚度,这样的墙体布置,在地震作用下不至于由于电梯井筒的破坏,而导致结构整体丧失稳定性。
2.2混凝土强度等级问题
一般我们在进行钢筋混凝土框架结构设计时,都会对柱的要求比较高,对梁的要求则要低一些,为了达到这个目标,柱和梁一般选择不同等级的混凝土来承担,但是随着建筑物的高度不断增加,两者之间的差距也越来越大,给后续施工带来很大的麻烦。从现有文件要求来看,柱和梁之问的混凝土强度等级相差不宜大于5MPa,如果超出了这个范围,必须要对梁柱节点区做特殊处理,保证节点区混凝土强度等级与柱相同。在这里特别要注意的是,节点的核心区所使用的混凝土等级必须与柱完全相同,而不是与梁所使用的混凝土等级一致,从而保证节点强度。
3. 混凝土框架设计中的框架节点抗震性能问题
3.1材料强度问题
目前,水泥的等级相对比较明确化,主要是骨料的等级会有不同,经常有企业会使用不达标的骨料以次充好,最终影响到整个建筑的质量。央视曾报道深圳有居民楼房出现了楼板开裂,墙体裂缝等等问题,每逢雨天,渗水不止。调查结果显示,出现上述问题的原因是楼房建设时使用了大量不合格的海砂,暴露出目前国内混凝土市场以及建筑检测业务的混乱。报道一经播出,引发了热烈的讨论。像这样的事件绝不应该出现。
3.2水平箍筋问题
在框架节点内配置水平封闭箍筋,一方面对框架节点核芯区混凝土产生有利约束,增强传递轴向荷载的能力,另一方面承担部分水平剪力,提高框架节点的抗剪承载力。试验表明,配箍适当的框架节点核芯区出现贯通裂缝后,混凝土承担的剪力继续增加,箍筋全部屈服,混凝土与箍筋同时充分发挥作用,使节点核芯区受剪承载力在破坏时达到最大。
3.3竖向箍筋问题
在水平反复荷载作用下,框架节点核芯混凝土出现交叉斜裂缝后,剪力的传递由斜压杆作用过渡到水平箍筋承担水平分力、柱纵向钢筋承担竖向分力以及平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力所构成的桁架抗剪机制,设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量,减少混凝土的负担,从而提高框架节点的抗剪承载力,但施工不便。
综上所述,不论是住宅建筑还是商业建筑,钢筋混凝土结构都是应用最为广泛的建筑结构形式之一。这种建筑结构形式具有整体性稳定,强度高,抗震性能好等一系列的优点,所以赢得了人们的一致认可。但是,在这种类型的建筑施工过程中,也会存在很多问题,比如有的地方地形构造比较复杂,在设计的时候一旦有些因素考虑不到就会出现后续问题,或者是复杂的建筑构造使得钢筋绑扎不便等问题,都会给建筑带来安全隐患。钢筋混凝土框架设计和结构施工事关人民群众的人身财产安全,所以不论是设计方还是施工方都应该严肃认真的对待这个事情。建筑行业的整体发展需要我们所有人不断的努力。
参考文献:
[1] 樊长林,张善元,路国运. 钢筋混凝土框架刚塑性抗震设计方法研究[J]. 世界地震工程. 2009(03)
[2] 辛力,梁兴文,白亮. RC框架结构直接基于位移的抗震优化设计方法[J]. 地震工程与工程振动. 2008(05)