浅析建筑结构设计中有关问题

摘要:本文根据建筑结构设计的相关规范,结合工程实际,就超大跨度结构设计、温度应力筋设置、梁柱抗震设计、附加钢筋使用等问题进行了浅析,并提出了自己的观点。

关键词:建筑结构,结构设计,温度应力筋,强柱弱梁

我们在建筑设计中都是要严格按照《混凝土设计规范》(以下简称《规范》)的各项标准执行的。但是,在设计中我们发现,对于有些问题,规范中表述的相对笼统,或者这些问题就目前的情况来看,还不能作出更准确的规定,没有办法进一步量化。对于这些问题,我们就要结合实际,发挥主观能动性,科学、严密地进行设计。接下来,我们对设计工作中遇到的实际问题进行一一探讨。

1、超大跨度混凝土结构的实际取值问题

《规范》中对跨度较大的混凝土结构的最大跨度问题也做了一些规定,最主要的有两条:

1)在有关规定钢筋混凝土结构设计和施工的时候要保证两个伸缩缝之间的间距要不大于60 m; 2)在施工过程中,如果采用后浇带分段施工,并且采取一定的措施减小预应力的影响、减少混凝土因温度变化的影响及其变化后可以适当的加大伸缩缝之间的距离。这样的规定是很笼统的,我们在设计、施工的过程中是很难把握的。采取什么样的措施才能保证伸缩缝之间的间距加大而不会对建筑的结构稳定及安全造成影响,在实践中我们发现,影响这一跨度之间距离取值的主要影响因素有两个方面: 1)不同地区之间气候不同,环境温度的温差不同; 2)混凝土标号不同,它们的预应力收缩情况不同。这和地区气候有很大关系，在地区的气候相对比较温暖,环境温差比较小的环境中,实践中我们发现单层混凝土结构的最大跨度可以达到70 m,我们对这个地区大跨度混凝土结构进行抽样调查以后发现在这个区域如果钢筋混凝土的跨度超过70 m,就必须采取相应的措施,如果小于这个取值则不用采取特别的措施,建筑物不会出现明显的裂缝。但是,在增大伸缩缝间距的情况下,对梁柱配筋问题要进行必要的调整。因为当我们增加钢筋混凝土跨度的情况下,中部区域和一些角落部分的预应力情况会发生明显的变化,因此,我们可采取以下几点措施: 1)钢筋混凝土结构中的长向钢筋要加强,尽量采取双层设计; 2)较大面积混凝土结构中间部分除了增加配筋外,还要特别注意两侧梁柱和边梁的预应力影响; 3)在框架结构的长度超过70 m的时候应该采取添加防裂添加剂等特殊的措施; 4做好结构的预应力分析,充分考虑当地的温度变化情况。

2、温度应力筋的设置问题

温度对钢筋混凝土结构的影响是很大的,所以在设计时要在必要的时候视具体情况设置温度应力筋,关于这一点,《混凝土结构设计规范》中也作出了规定,但是表述的不够明确,只是说在受温度收缩应力影响较为严重的地方,钢筋与钢筋之间的距离应在15 mm-20 mm之间,同时,在未配筋表面一般情况下要布置一定数量的温度收缩筋,在现浇板面上的配筋率要大于0.1%。实际上,温度收缩应力较大区域的概念我们是很难把握的,在设计的过程中,技术人员所采用的标准是有差异的。根据我们设计过程中的总结,我认为在面积较小、结构上较短的建筑部分,应该在楼面的边跨部分和屋面等关键的部位设置一定的温度应力筋,防止因为温度的变化出现裂缝。在较长的钢筋混凝土结构中,要尽量采用双层结构筋的设计。对于地下室的处理,当筏板的厚度在12 cm以上时,为了防止温度对建筑结构的影响,可以在筏板中间部分设置温度应力筋,这也是防止大体积混凝土结构产生温度应力收缩时通常采用的重要措施。对于这种情况我根据自身实践经验认为,配筋量应该为1/2筏板厚的0. 1%。

3、钢筋混凝土结构梁柱抗震设计问题

对于钢筋混凝土的抗震问题,我们在设计中通常是坚持强柱弱梁的原则,这是结合我们设计中能达到建筑物遇到小的地震时不被损坏,遇到中型地震后能够修复,遇到大的地震时整个建筑物不倒塌的目标而提出来的,并且一直以来我们设计人员也是这样坚持的。提出的所谓强柱弱梁主要是考虑到如果一个建筑物的梁坏了,只会导致建筑物局部受到损坏,但是如果柱子坏了,就会导致建筑物的整个受力结构发生变化,出现整体建筑坍塌的现象。但是,在实际操作过程中我们发现,建筑物的柱也不是越强越好,柱的轴压比也不能太高,如果轴压比过高,在大地震发生时将对建筑物的边柱产生最少30%以上的附加轴力,这对建筑物的安全问题是致命性的。因此,不是强柱弱梁就一定能够保证建筑物不倒塌。我们通常要注意以下几个方面: 1)控制好建筑物的柱轴压比,保证这个比率在各种建筑物中不超过1%,并且要对重点部位的柱断面和配筋进行特别处理,对角柱和边柱要加强,通常要加密箍筋。2)科学配置框架柱和小截面柱的钢筋,确保不小于20,矩形的柱面我们要采用对称配筋的方法,增强稳定性。3)巧妙设计梁配筋,对于梁的配筋来说我们应该加强梁中部的配筋,而支座部分的配筋可以根据情况适当降低,这样有利于形成梁铰机制,当地震发生时,因梁端的塑性铰作用而增加柱的实际承载能力。

4、附加钢筋的使用问题

我们在设计中总会遇到一些设计人员出于对建筑整体牢固性的考虑,不经过力学分析而保守的设置一些附加筋。但是我们都知道,如果没有经过计算,没有经过严格受力分析就这样做,如果这个附加筋是多余的,那就是资源浪费。这种情况最多的出现在梁上起柱和次梁的设计中,有些设计人员就是在梁上盲目的设置一些加钢筋,实际上,这样做是没有必要的。《规范》中有这样的规定:“位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,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。”为什么还有这么多设计人员这么做,是因为他们错误的认为次梁或者柱的负荷会落在主梁的截面上,因此,通常都设置了横向钢筋。我们稍加分析就知道,这个负荷不是通过柱内钢筋传递的,而是通过柱面钢筋混凝土传给梁的,因此,在梁中设置横向附加筋是多余的。

5、结语

建筑结构设计是建筑施工的前期规划,直接影响到建筑的质量和成本,因此,我们广大工程设计人员要深刻领会各种规范中的实质性内容,在设计的过程中除了要严格按照规范规定作业外,还要多动脑筋,根据实际情况灵活运用,善于总结经验,对一些规范中规定不是很明确的问题,要多进行调查研究,绝对不能闭门造车。