淺析混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題及方法
賈東升
摘要:19世紀下半期開始，鋼筋混凝土作為結(jié)構(gòu)材料在工業(yè)文明的潮流下廣泛得到應(yīng)用，并且因為其本身的材料特性優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)材料而在房屋建筑和土木工程中也得到空前的應(yīng)用和發(fā)展，而后相繼在材料、設(shè)計方法、制作工藝、施工技術(shù)等方面也大顯身手。目前，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,城市面貌日新月異,一棟棟高樓大廈拔地而起�；炷�土也已經(jīng)成為我國工程建設(shè)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。隨著我國建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，隨之建筑功能的不斷豐富,新穎的造型,致使工程設(shè)計越來越復(fù)雜,但目前的設(shè)計周期普遍偏短,也使設(shè)計文件中普遍存在某些質(zhì)量問題,因而在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，一些影響混凝土質(zhì)量的問題必須引起工程設(shè)計人員的重視。在此,作為一個從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的工程技術(shù)人員，在下文中，筆者將從個人的工作經(jīng)驗出發(fā)，探討混凝土設(shè)計工作的常見問題及解決方法。
關(guān)鍵字：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計 常見問題 解決方法
1 在結(jié)構(gòu)計算與分析階段的常見問題
廣泛而言，在結(jié)構(gòu)計算與分析階段，如何準確、高效地對工程進行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。在結(jié)構(gòu)整體設(shè)計階段，工程師在設(shè)計階段經(jīng)常受到困擾的問題是對結(jié)構(gòu)整體計算的軟件的選擇。由于采用的計算模型的不同，每一個計算軟件計算的最終結(jié)果也是有所不同的，盡管結(jié)果差別不大，但是對設(shè)計標準和規(guī)范有著很大的影響。目前，比較普遍的計算軟件并不少，SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等都有其各自的特點，然而，設(shè)計工程師在選擇時要么只是單一考慮設(shè)計模型的特點而忽視結(jié)構(gòu)類型，要么只是著眼于結(jié)構(gòu)類型而忽視對計算軟件的分析，導(dǎo)致在整體計算階段，設(shè)計工程就出現(xiàn)紕漏。
解決方法：對于結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師而言，一個科學(xué)的計算軟件絕對不是單單取決于軟件系統(tǒng)的優(yōu)越與否，而是這種計算軟件是否與設(shè)計的結(jié)構(gòu)類型相適應(yīng)。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計師首要要做的，就是對各個計算軟件的計算模型的特點進行對比和比較，熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計的類型，從而依此進行計算軟件的選擇。
具體上，在地下室底板和外墻配筋計算時，設(shè)計工程師往往采用假設(shè)的方法進行計算設(shè)計，然而，假設(shè)條件的選擇與采用與現(xiàn)實情況并不是相符的。例如：在地下室外墻配筋計算中：對于外墻帶扶壁柱的結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計計算時一律不區(qū)別扶壁柱尺寸的大小，全部按雙向板來計算配筋，而在扶壁柱的整體計算分析階段，又未按外墻雙向板傳遞荷載的公式驗算扶壁柱配筋。根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理分析，這樣粗放的設(shè)計計算方法會導(dǎo)致其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。
解決方法：建議除了垂直于外墻方向并且與帶有鋼筋砼內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或者是截面尺寸較大的外墻扶壁柱之間的外墻板塊采用雙向板來計算配筋外，其余的外墻應(yīng)該按豎向單向板計算配筋為妥。
2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計過程中存在的問題
　 “萬丈高樓平地起”這一俗語精煉的道出了地基工程在建筑工程中的重要性，地基的好壞將決定一個工程的最終質(zhì)量，因此，在地基與基礎(chǔ)設(shè)計階段，對于設(shè)計工程師而言，這一階段是決勝局，正是因為其有著如此重要的作用，任何一個問題與錯誤都是不被允許的。在地基與基礎(chǔ)設(shè)計階段，一般來講，要重視以下問題。
由于地下室底板與柱下獨立基礎(chǔ)會受到建筑物上部整體重力的沉降作用的附加應(yīng)力。在共同受力的情況下，地下室底板會一起沉降變形。工程師在底板設(shè)計時，很有可能會忽視這種附加應(yīng)力，而導(dǎo)致設(shè)計的底板負載能力不足而造成底板開裂，這對于地下室建筑是不安全的。另外，地基的穩(wěn)定性也受到極大的威脅。
解決方法：針對不同程度的沉降量的工程，地基與基礎(chǔ)設(shè)計所采取的處理措施也是不同的。對于沉降量相對較小的工程，可以采用褥墊的方法處理，也就是說在地下室與持力層之間建筑一層保護帶，在沉降作用發(fā)生時，保護層會承受一部分的附加應(yīng)力，防止地下室地板因受力過度而開裂或沉降。同時，對天然地基也起到了養(yǎng)護的作用。這樣，地基保養(yǎng)便從根本上達到了解決。
對于有地下室的建筑，地下水的季節(jié)性變化也是影響地下室底板的重要因素。當降水期來臨，地下水位升高。底板的防水設(shè)計顯得尤為重要。一般的地下室建筑，由于柱下承臺的形式比較復(fù)雜，其基槽地膜形狀也是較為繁復(fù)的，建筑復(fù)雜的外在輪廓一方面加大了防水設(shè)計的難度，另一方面，增加了工程造價。很多設(shè)計工程師僅僅考慮到建筑物當時當?shù)氐牡乩頎顩r，忽視對降水這一因素的考慮，而導(dǎo)致在地下室底板設(shè)計時對防水工程的不全面、不科學(xué)。
解決措施：在在室外地坪之下的結(jié)構(gòu)部分,外輪廓形狀設(shè)計應(yīng)盡量簡潔,這樣有利于建筑防水的施工。另外，在具體的設(shè)計方略上，采用統(tǒng)一地下室底板和柱下承臺的下標高的反承臺法。這一方法的具體做法：在地下室內(nèi)部做濾水層和覆土，同時對柱下承臺進行加厚工程的設(shè)計。這樣一來，基槽地膜形狀變得簡單，方便施工，縮短了施工時間，從而施工質(zhì)量也可以得到保證。
3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的問題
　 在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計時，框剪結(jié)構(gòu)剪力墻在設(shè)計上布置不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)單肢剛度過大的剪力墻，這樣會造成應(yīng)力的過度集中，容易造成剪力墻的部分破壞。同時，在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，與之相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，比如連梁等構(gòu)件的設(shè)計難度也很大。
解決方法：采用延性設(shè)計和連梁設(shè)計。在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，要考慮建筑物的抗震功能，當遇到中震時，我們應(yīng)考慮第一級別的剪力墻(指比值小于2時的墻肢) 其墻肢數(shù)最少為4肢。待第一級別的剪力墻進入塑性階段后，為保證建筑物在震動作用下不至于過度變形而帶來災(zāi)害來建設(shè)小級別的剪力墻進行多道設(shè)防。但當遇到大震時，小級別的剪力墻也進入塑性階段后，建筑物基本已經(jīng)破壞了。此時，我們應(yīng)該通過我們的設(shè)計有選擇地讓那些連接兩片剪力墻，在中震或大震的作用下會首先開裂起到耗能作用，從而保持建筑物延性的連梁破壞，從而來保證柱子的完整性。這就是我們說的延性設(shè)計和連梁設(shè)計。
總之，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量密切關(guān)系到人民生命財產(chǎn)的安全，責(zé)任重大。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計本身是一個長期、復(fù)雜兼具深度和廣度的專業(yè)。以上也只是筆者在設(shè)計工作的實踐的一些淺薄認識。只有通過不斷地學(xué)習(xí)、對實踐經(jīng)驗不斷進行總結(jié)，才能成為一名合格優(yōu)秀的工程師。這也是我在此文中把我在設(shè)計過程中的一些認識寫出來與大家交流的根本原因。
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