3. 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

　　在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙?duì)這一階段比較常見的問題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

　　(1)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)是合理的、哪個(gè)是可以作為參考的，哪個(gè)又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。

　　(2)是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響。該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。

　　(3)振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。

　　(4)多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計(jì)算。一段時(shí)間以來，大底盤，多塔樓的建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類型建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。

　　(5)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容，尤其是建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處

 

　　4.關(guān)于梁筏基礎(chǔ)板筋位置：

　　彈性梁筏基礎(chǔ)，由于底板受向上的反向力，設(shè)計(jì)人員會(huì)要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有時(shí)較多甚至配置雙排筋，再加上梁箍筋的影響，導(dǎo)致施工中板筋的彎折相當(dāng)困難，遇到人防工程則更難施工。筆者認(rèn)為從受力傳遞過程來說，板筋設(shè)置必須準(zhǔn)確，但考慮施工困難及相應(yīng)板保護(hù)層的損失，建議可以作適當(dāng)放松，我院地下工程說明中規(guī)定底板面筋應(yīng)有一半鋼筋經(jīng)斜折后放置在支承基礎(chǔ)梁主筋下面，伸入梁內(nèi)不小于15d，這是合理的。

　　5.關(guān)于板面設(shè)置溫度應(yīng)力筋：

　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002第10.1.9條規(guī)定在溫度收縮應(yīng)力較大的現(xiàn)澆板區(qū)域內(nèi)，鋼筋間距宜取為150-200mm，并應(yīng)在板的末配筋表面布置溫度收縮鋼筋，板的上下表面沿縱橫兩個(gè)方向的配筋率均不宜小于0.1%。對(duì)于這一條設(shè)計(jì)人員的理解又會(huì)產(chǎn)生出入。什么區(qū)域?qū)儆跍囟仁湛s應(yīng)力較大的區(qū)域?筆者認(rèn)為對(duì)于規(guī)則較短的建筑物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設(shè)置相應(yīng)的溫度應(yīng)力鋼筋，而對(duì)于超長結(jié)構(gòu)，則建議在超長結(jié)構(gòu)的長向均應(yīng)設(shè)置雙層鋼筋。其余部位則可因人而異，功能重要的區(qū)域設(shè)置，有條件的建設(shè)子項(xiàng)設(shè)置，而不必過于強(qiáng)調(diào)。另外有一點(diǎn)，當(dāng)?shù)叵率曳ぐ搴穸却笥?200mm時(shí)，筆者建議在筏板中間配置溫度收縮應(yīng)力鋼筋以抵抗大體積混凝土所產(chǎn)生的收縮及溫度應(yīng)力，配筋量筆者建議取1/2筏板厚的0.1%，且不小于φ12@200。

 

　　6.關(guān)于梁上起柱是否設(shè)置附加鋼筋：

　　本人曾遇到某些工程有梁上起柱及次梁在主梁上面的，都在梁中設(shè)置了附加橫向鋼筋，有的同志甚至在彈性地基梁基礎(chǔ)中柱下梁內(nèi)亦設(shè)置附加鋼筋，這完全沒有必要。雖然這是偏于安全的一種做法，但如果計(jì)算不需要?jiǎng)t就是浪費(fèi)了。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002第10.2.13條規(guī)定，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋(箍筋，吊筋)承擔(dān)，附加橫向鋼筋宜采用箍筋。而對(duì)于次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必設(shè)置附加橫向鋼筋的?！痘炷两Y(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》就是如此的。但還是有相當(dāng)多的設(shè)計(jì)人員認(rèn)為梁上起柱應(yīng)設(shè)置橫向鋼筋，其理由是柱的軸力(集中荷載)會(huì)通過柱中的縱向鋼筋傳到梁截面。這就不對(duì)了，柱軸力是由柱截面的混凝土傳到梁的上表面，而不是由柱內(nèi)鋼筋傳遞的，否則獨(dú)立基礎(chǔ)內(nèi)豈不是也要設(shè)置吊筋了?這一類問題我覺得搞清楚了在工程實(shí)踐中可以避免一些不必要的浪費(fèi)。

　　7.關(guān)于保護(hù)層和墊層厚度：

　　《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108-2001)對(duì)防水混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定：結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm;裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通;迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50mm.防水混凝土結(jié)構(gòu)底板混凝土墊層，強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于C15，厚度不小于100mm，在軟弱土層中不應(yīng)小于150mm。工程實(shí)踐表明如果結(jié)構(gòu)厚度或迎水面鋼筋保護(hù)層厚度小于規(guī)范限值常常是引起滲漏水現(xiàn)象的常見原因，因此規(guī)范修訂以后對(duì)限值作了相應(yīng)的提高，應(yīng)引起注意。

　　地下室頂板鋼筋應(yīng)加強(qiáng),保護(hù)層和混凝土墊層及強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按規(guī)范加注(GB50108-2001第4.1.6條)。否則就會(huì)產(chǎn)生如下類似問題：地下室外墻、底板等迎水面保護(hù)層厚40mm，底板與土接觸處鋼筋保護(hù)層厚35mm，不適合GB50108-2001第4.1.6條;柱保護(hù)層25mm,違反GB50010-2002第9.2.1條;地下室墊層采用C10混凝土，或底板下未做混凝土墊層，違反GB50108-2001第4.1.5條和第4.1.5條;未見地下混凝土構(gòu)件環(huán)境類別劃分與對(duì)應(yīng)的鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)層厚度,不符合GB50010-2002第9.2.1條等。

 

　　8.關(guān)于強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念：

　　強(qiáng)柱弱梁的概念主要是針對(duì)小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設(shè)防目標(biāo)而提出的。柱破壞了建筑物整個(gè)都會(huì)傾覆，而梁破壞則僅是某個(gè)區(qū)域失效，因此柱較之梁破壞的損害更大，當(dāng)前我們的經(jīng)濟(jì)已高速發(fā)展，我們設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中一定要將這一概念設(shè)計(jì)貫徹下去。其一必須嚴(yán)格控制柱軸壓比，我們目前的計(jì)算均是基于小震下進(jìn)行的，如果小震下柱子軸壓比過高，則大震下地震力將對(duì)邊柱產(chǎn)生一個(gè)巨大的附加軸力(有文章研究表明約增加30%)，則柱子根本不可能有這點(diǎn)安全儲(chǔ)備，在大震即會(huì)破壞，那又何談大震不倒呢?筆者認(rèn)為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%，且我們對(duì)柱斷面及配筋設(shè)置時(shí)應(yīng)分部位處理，建議邊柱，角柱應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，特別是角柱，建議應(yīng)全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%。所有框架柱，不包括小截面柱，筆者建議縱筋均應(yīng)大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對(duì)稱配筋。而對(duì)梁配筋筆者則建議應(yīng)配足梁中部筋，而支座筋則可通過調(diào)幅讓其適當(dāng)降低，以使地震作用下能形成梁鉸機(jī)制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先產(chǎn)生塑性鉸，保證柱端的實(shí)際受彎承載力大于梁端的實(shí)際受彎承載力。

　　9. 剪力墻設(shè)計(jì)：

　　9.1.布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且X，Y兩向的剛重比接近。在結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長墻(h/w>8);應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上,若無法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱,當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時(shí)，應(yīng)計(jì)算暗柱配筋，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個(gè)方向均應(yīng)布置成長墻;規(guī)范中對(duì)普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍以下為短墻，大于8倍則為普通墻，這就引起高厚比為7.9倍及8.1倍的兩種墻的受力特性截然不同，而配筋亦大相徑庭，這顯得比較機(jī)械而不合理，因此筆者建議布置長墻時(shí)高厚比能大于9。

　　9.2.配筋及構(gòu)造：對(duì)于小高層住宅來說,剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對(duì)于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用。

　　9.2.1剪力墻墻體配筋(以200厚墻體為例)一般要求水平鋼筋放在外側(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計(jì)算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。筆者建議加強(qiáng)區(qū)Φ10@200，非加強(qiáng)區(qū)Φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用Φ6@600x600拉筋。但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因?yàn)榈叵虏糠謮w配筋大多由水壓力，土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡化計(jì)算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計(jì)算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大于50mm，且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下，很多設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行外墻裂縫驗(yàn)算時(shí)有效截面高度仍按保護(hù)層50mm計(jì)算，筆者認(rèn)為是不妥當(dāng)?shù)?。?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計(jì)算保護(hù)層厚度至少可按30mm來取值，這對(duì)節(jié)省墻體配筋效果相當(dāng)明顯。

　　9.2.2.剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，一.二級(jí)抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;其余剪力墻應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。本節(jié)僅就構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋作一點(diǎn)討論。筆者認(rèn)為首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻(長墻)，短肢剪力墻，小墻肢和一個(gè)方向長肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對(duì)待配筋。對(duì)于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)0.7﹪，一般部位0.5﹪。對(duì)于短肢剪力墻，應(yīng)按高規(guī)第7.1.2條控制配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2﹪，一般部位1.0﹪;對(duì)于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)1.2﹪，一般部位1.0﹪;而對(duì)于一個(gè)方向長肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)中往往就按長肢墻進(jìn)行暗柱配筋，筆者認(rèn)為這并不妥當(dāng)，建議有兩種方法。其一，計(jì)算中另一方向短肢不進(jìn)人剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響;其二，計(jì)算中短肢進(jìn)人剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率加強(qiáng)區(qū)1.0﹪，一般部位0.8﹪。