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土建结构设计中经常遇到的问题和解决措施

作者:原创论文网 时间:2014-03-24 13:49 加入收藏
摘要

  虽然我国建筑事业已经取得了不错的发展,建筑技术和设计方面水平都得到了不断提升,但建筑结构设计中还是存在一些问题需要设计师去注意并解决,只有不断纠正和解决结构设计中的问题才能保证建筑结构的稳定性,保证建筑工程质量。下面就结合工作实际中遇到的一些问题做如下探讨。

  一、地基承载力深度修正的问题
  设计不超过20层的高层、多层建筑时,我们经常直接选择桩基的基础形式,其实在非软弱土地区,应首先探讨采用天然地基的可行性,以利于降低基础造价,合理地确定地基承载力值就显得尤其重要,《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)规定:
  地基承载力特征值应按下式进行修正:fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5),而在地基承载力值的组成中,深度修正部分占有较大的比重。这对于主裙楼一体结构,在进行主楼地基承载力计算时,因裙楼基础的有利及不利影响,如何合理地确定用于深度修正的深度值d尤为重要。规范在5.2.4条条文说明中这样规定“对于主体结构地基承载力的深度修正,宜将基础底面以上范围内的荷载,按基础两侧的超载考虑,当超载宽度大于基础宽度的两倍时,可将超载折算成土层厚度作为基础埋深,基础两侧超载不等时,取小值。”这就要求设计人员在进行具体工程设计时,应根据此条的要求,结合工程实际情况合理地确定承载力深度修正所采用的埋深值d,但设计人员对此认识却并不一致,经常有困扰。最常见的是高层主楼带地下车库这种类型,典型的简图如图1所示。

  结构简图

  (1)当高层主楼采用筏板或箱型基础时,在主楼纵、横两个方向上,若B1、B2均大于2B0,才能考虑裙楼荷载对地基土产生的超载作用,将超载折算成土体厚度d2,(两侧超载不同时,取小值),此时d=d0+d2,若b1、b2中有一值大于2B0,而另一值小于2B0时,或均小于2B0时,裙楼荷载作为超载折算为土体厚度d2,当d=d0+d2≥d1时,取d=d1,当d=d0+d2<d1时,取d=d0+d2。
  (2)当主楼采用柱下独立基础加防水板的形式时,则靠近地下室一侧的基础可考虑土的超载作用,d的取值同1,但主楼内的其他基础的埋深d=d0。合理确定用于深度修正的基础埋深值d,从而确定主体结构的地基承载力值fa,这样才能使结构的基础设计达到合理、经济,最优化。

  二、主次梁节点设计问题
  我们在工程设计的计算过程中不可避免地会出现主次梁相交的情况,时常会发现框架主梁扭矩很大,抗扭承载力不足,有些处理办法就是将次梁与主梁相交处设为铰接,释放扭矩,但这样处理是否合理,与实际的受力情况是否一致呢?个人以为:作为梁端铰接,就是要保证梁端有一定的转动能力;固接,就是要限制梁端的转动能力;而实际上没有完全的铰接也没有完全的固接,梁端铰接不能随意地人为设置。
  设置铰接梁,是允许此梁在两端形成朔性铰而产生裂缝,但是不会破坏,就是说形成朔性铰之后,此梁由超静定变成静定结构,结构设计一般都是超静定结构。这样一个破坏不会对整个结构体系影响很大,才能满足结构安全的冗余。如果主次梁截面相差较大,支座主梁对次梁约束不大的情况下可以设定为铰接,即使为铰接,《混凝土结构设计规范》10.2.6条对此做出了规定,要求上部配置构造钢筋,且构造钢筋截面面积不得小于下部钢筋的1/4,;如果主次梁截面相差不大,次梁高度只比主梁少50mm,这时候就不能完全忽略主梁对次梁的约束了,这种情况是最容易出现框架主梁配筋超筋、抗扭承载力不足。如何处理,首先我们应该考虑加高框架梁解决配筋超筋,加宽框架梁解决受扭不满足,如果条件所限不能加宽,那才可以看能不能铰接次梁了,但这里的铰是指的假想铰,而是要保证支座负筋首先屈服,造成内力的卸载和重分布,分布后达到和铰接类似的受力情况,此时的铰接就得要从构造措施上进行保证,现行国家标准图集《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》(11G101-1)第86页针对非框架梁(即次梁)的配筋构造做出了明确的示意。结构设计最重要的原则是:结构设计建模要立足于结构自身,主要力学模型要与实际构件接近,以保证计算结果能够真实反映结构状况,这样才能保证结构的安全。

  三、地下室嵌固端的选择问题
  在有地下室的结构设计时,地下室的顶板是否作为上部结构的嵌固是很重要的。这不仅仅是关系到计算结构的内力的大小,而且在某些工程中会整体结构成为一个超限建筑,对结构设计造成难点。嵌固的概念,这里所说的嵌固应该是强度嵌固而非力学嵌固;力学嵌固——完全刚性的固定,嵌固点以下刚度无穷大,嵌固点无平动、转动,实现了完全的约束。而强度嵌固——柱的塑性铰出现在地上一层的下端,而不是出现在梁柱节点两侧的梁上,即强梁弱柱.实现的方法:(1)增大梁的抗弯能力;(2)增大地下室柱顶的抗弯能力;(3)满足规范的各项要求。嵌固端所在层楼板要求连续,这样才能保证水平地震力的传递。实际工程中常遇到地下室顶板开洞,甚至是大面积的开洞,此时必须要与建筑专业配合,避免将洞口设在主楼周边,开洞面积不宜大于嵌固端层楼板面积的30%,同时将洞口周边楼板加厚,以满足刚性楼板的要求。工程中还会碰到当地下室顶板的标高不一致的情况,以下沉式广场为代表,如果地下室顶板与地上一层高差小于层高的1/3,则只要地上一层的侧向刚度能满足规范要求,则地下室顶板可作为嵌固端,即使高差稍稍超过1/3层高,也可将主楼周边一跨的楼板适当抬高以满足高差,不过需进行加强处理:有错层部位加大梁的刚度,在错层处楼板加腋,以保证水平剪力的传递路径。

  四、结语
  建筑结构设计是建筑工程的开端,其需要设计师具有扎实理论功底和创新思维,以及严谨的设计工作态度。对于结构设计中出现的问题,设计师要积极采取相应的措施进行解决,保证建筑结构设计的合理性和科学性,以此来保证建筑结构的稳定性和建筑工程质量,推动建筑行业的不断向前发展。
参考文献
 

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