框架结构设计分析
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摘要: 目前的工程设计越来越复杂,结构专业施工图设计文件中经常存在某些质量问题,本文列举结构设计中经常发现的某些问题,并对此进行分析讨论，供结构专业设计时参考。
关键词: 框架结构设计存在问题 措施
1 基础方面设计
1.1建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物,未验算其稳定性。当设有一侧或多侧开口的地下室时,主体设计未考虑土压力影响进行受力分析,并验算整体建筑的抗倾覆和抗滑移稳定性。当地下水埋藏较浅,建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时,未进行抗浮验算。
1.2建筑物在存在液化土层时,未对桩基础抗震承载力进行验算，未根据具体工程情况考虑桩侧负摩阻力对基桩承载力的影响。
1.3桩基础设计中,仅按竖向荷载作用进行布桩,未验算弯矩作用下承台底部边桩的反力。
1.4抗拔桩设计时,桩身配筋量仅按强度要求进行计算,缺少裂缝宽度验算,按裂缝宽度控制计算结果的配筋量远大于按强度要求计算的配筋量,在设计中往往缺抗拔桩静载试验及其配筋做法等要求说明。有抗拔要求的承台按一般桩基受压的承台配筋,承台顶部受拉区未配筋,筏基基础梁或地下室底板梁的受力方向与一般楼层面梁板不同,其梁配筋设计也采用平法表示但未附加图示说明,存在安全隐患。
1.5 单柱单桩或垂直于两桩连线方向的基础梁设计中,未考虑平衡该方向柱脚在水平风荷载或地震作用下所产生弯矩因素,基础梁两端箍筋未按框架梁抗震构造要求设置箍筋加密区,基础梁的上下主筋在桩台内锚固长度与构造做法要求未加说明。桩身考虑承受上部结构传来的弯矩作用时也未进行抗弯承载力计算,存在着抗震薄弱环节,给工程留下潜在的隐患。
1.6 浅基础施工图中经常未注明基槽开挖后应进行基槽检验的要求,桩基础施工图中经常未注明桩端持力层检验、施工完成后的工程桩进行竖向承载力检验的要求。
1.7 天然地基扩展基础持力层或桩基持力层下面存在软弱下卧层,有的工程既不进行沉降验算,又不作软弱下卧层地基承载力验算。
1.8压实填土地基处理问题,有的工程处于部分挖方、部分填方地段,填方地段采用压实填土人工处理地基,其压实填土地基的填料、施工、压实填土的范围以及压实填土地基检验等均未提出具体要求说明,甚至未注明压实填土的密实度要求和地基承载力特征值要求,压实填土地基施工质量如何控制,其地基承载力能否达到设计要求等均存在疑义。
1.9 天然地基独立基础带梁板式的地下室板设计中,地下室底板与柱下独立基础埋置于同一持力层上,结构计算中仅按上部结构荷载全部由柱下独立基础承担,而地下室底板仅按一般地下室底板受荷情况进行设计,实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用上,将会一起发生沉降变形共同受力,按上述计算原则进行设计,对底板而言是偏于不安全的,有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。
2 地下室外墙设计
2.1地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩,其内外侧主筋也应予以适应加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小,可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强,外墙转角处也同此予以适当加强。
2.2地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端),侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,底板的抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应匹配,这方面问题在地下车道中最为典型,车道侧壁为悬臂构件,底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。地下室底板标高变化处也经常发现类似问题:标高变化处仅设一梁,梁宽甚至小于底板厚度,梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑,计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时,车道底板位于外墙中部,应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用,该荷载经常遗漏。
2.3 地下室外墙在计算中,有的工程漏掉抗裂性验算。
3 上部结构设计
3.1楼面计算荷载偏小或者局部隔墙计算荷载遗漏、构件设计截面尺寸或材料强度等级与计算不符,几乎是每个工程都有发现的问题,主要是由于建筑、结构专业配合不密切以及设计和审核把关不严引起的。对该问题进行整改时往往要重新电算。
3.2 有的工程楼层面板电算配筋时,对边梁的截面尺寸与跨度大小不加区分约束条件进行分析,一律按嵌固边支座约束条件计算,其结果有的边梁处板面支座负筋配的很多钢筋,而板跨中和内跨支座板面负筋配筋不够。设计跨度较大的悬挑板时,挑板所在的边梁和内跨板设计时未考虑挑板传来的弯矩作用也是常见的问题。
3.3对于一级框架和9度抗震设计的结构,抗震规范和高规均规定应根据梁的实际配筋面积进行强柱弱梁验算,SATWE软件计算时可输入梁超配筋参数,梁实际配筋时应与此相符,即实配钢筋不应大于计算量的与梁超配筋参数的乘积。有的工程框架支座负筋实配钢筋面积比电算值多出很多,而梁的箍筋与柱子的配筋按电算配筋,其结果形成强梁弱柱、强弯弱剪,与抗震设计原则相违背，对抗震极为不利,且由于支座负筋面积增大之后,又使得梁支座负筋配筋率超过2.5%,梁的箍筋直径又未增大2mm,反而带来两条违反强制性条文规定。
3.4地下室顶板室内外板面标高变化处,当标高变化超过梁高范围时则形成错层,未采取措施不应作为上部结构的嵌固部位,规范明确规定作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼层的顶楼盖应采用梁板结构,地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构嵌固部位。结构计算应往下算至满足嵌固端要求的地下室楼层或底板,但剪力墙底部加强区层数应从地面往上算,并应包括地下层。
4 框架结构设计时最经常发现的违反强制性条文的构造问题主要有:
普通钢筋混凝土保护层厚度取值偏小;
板配筋不满足受弯构件最小配筋百分率要求;
框架柱全部纵向钢筋的配筋率偏小;
框架短柱(指剪跨比不大于2的框架柱,现有大部分计算软件未提供剪跨比计算结果,现仍按框架柱的净高是否大小柱截面高度的4倍判断)未全高加密箍筋;
框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2.5%;
框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2.5%时,箍筋直径未按要求增大2mm;
框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值偏小;
框架梁高小于400时加密区箍筋间距偏大(如采用@100,小于梁高的四分之一);
沿连梁全长箍筋的构造未按框架梁梁端加密区箍筋的构造要求采用;
外框筒梁和内筒连梁箍筋直径小于10mm;
墙体水平分布钢筋未要求作为连续梁的腰筋在连梁范围内拉通连续配置;当连梁截面高度大于700mm时,其两侧面沿梁高范围设置的纵向构造钢筋的直径小于10mm;对跨高比不大于2.5的连梁,梁两侧的纵向构造钢筋(腰筋)的面积配筋率小于0.3%;
框支梁未沿梁高配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋;
5 结语
总之,结构设计时必须在加强结构设计人员对常见结构设计错误的辩别能力,提高对结构设计通病的防治能力,并灵活运用结构设计的基本方法,满足国家设计规范要求的前提下,引入概念设计,并从结构设计、设计计算及构造设计等方面采取多方面的措施,确保住宅结构设计水平和设计质量不断上新的台阶。
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