淺談框架結構設計教學問題

甘玉明

(天津市建筑工程學校土木工程系,天津 300221)

框架結構由于自身質量小、結構強度高、施工效率較高、并且房間的開間、進深相對較大、空間分割比較自由，因此鋼筋混凝土多層框架是一種應用十分廣泛的建筑結構型式，目前大量應用于商店、辦公、住宅等公共建筑和工業(yè)廠房?；谶@種情況，鋼筋混凝土框架結構的設計是土木建筑專業(yè)的學生必須掌握的內容。一般要求學生的設計內容主要包括：首先基于用途的建筑方案設計和建筑施工圖的繪制；其次結構布置和結構計算；最后繪制部分結構施工圖。結構設計課程是檢驗學生對專業(yè)知識進行綜合應用的實踐課程，由于學生對所學基本理論缺乏靈活應用的經驗，在設計中對規(guī)范規(guī)程中的要求理解不透，設計中常出現(xiàn)一些貌似細微卻導致整個過程失敗的錯誤。本文就學生設計中的常見問題進行簡單分析。

1.施工圖的問題

1.1 學生對繪圖細節(jié)不夠重視，一些符號的畫法不深究"國標"規(guī)定，而是自己隨意去畫，如詳圖索引符號、標高符號等。對構件編號及鋼筋編號概念不清，常出現(xiàn)漏號或一號多示的現(xiàn)象，應采用兩種表示方式，這樣就能使構件編號與鋼筋編號區(qū)分開，從而使圖面清楚，表示完整。還有其他一些問題，如鋼筋線應采用粗實線，構件輪廓線應采用細實線，而有的學生把構件輪廓線也畫為粗實線，主次不分。一級鋼筋是否加彎鉤，二級鋼筋的斷點一般不加45度直鉤等。這些問題是學生基本功不扎實的體現(xiàn)，使圖面質量較差，直接影響學生整體設計的質量。

1.2 樓梯平面剖面施工圖中，學生繪圖時因面層做法不一致，樓梯與樓道的接合部位在剖面圖上出現(xiàn)一個面層高差；再有是樓梯間窗口標高與立面圖上的窗口位置不相一致。這說明學生在設計繪圖時對標高的重視都不夠，甚至對建筑標高和結構標高混淆，常在結構施工圖中出現(xiàn)建筑標高，針對這種情況，應提醒學生在繪制結構施工圖時，注意定位軸線位置的準確性，核對軸線距離是否與建筑施工圖相一致，保證構配件的正確位置及結構構造處理時尺度量值的準確性。

此外，當樓梯間首層休息平臺下設計有通向室外的門，休息平臺下凈高尺寸不滿足人的正常通過；樓梯頂層的欄桿不放或放錯方向。這些都是學生空間想象能力在繪圖中的體現(xiàn)，所以說結構設計教學是一項綜合實踐活動。

1.3 學生在住宅的陽臺設計時注重提高建筑物的審美效果，忽略了抗震影響。如下圖圖 1（a、b）所示：（a）陽臺破壞了轉角處墻體的連續(xù)性和封閉性，使墻體平面外的穩(wěn)定性較差，不利于抗震。

1.4 屋面結構布置圖中，由于框架柱一般不會伸出屋面故框架柱應用虛線表示，但在學生設計作品中常常把柱涂黑與樓面結構平面布置圖中框架一樣表示。對于設有電梯間的多層房屋，電梯間機房樓面及屋面應另行繪出其結構布置圖，并在屋面結構布置圖中出現(xiàn)有空洞表示的電梯間，在學生設計中常會在表示方法上出錯。

圖1 抗震性不同的兩種角陽臺

1.5 板的配筋圖（如雙向板）是一水平投影圖，假設混凝土為透明體。為了表示鋼筋的形狀，鋼筋側倒畫在水平投影圖中。在圖中，根據(jù)彎鉤的方向判斷鋼筋在板中的位置（即底部鋼筋或上部鋼筋）。學生在繪制施工圖時常將受力筋的彎鉤方向畫錯。并且在結構施工圖里板配筋圖的標注過于繁瑣，圖面雜亂無章。教師應當提醒學生當板配筋相同時，僅標出板號即可。一般可將板的下部筋相同和部分上部筋相同的板編為一個板號，將不相同的上部筋畫在圖上。當板的形狀不同但配筋相同時也可編為一個板號。應全樓統(tǒng)一編號。

1.6 在柱子的設計方面，學生容易忽略的是地上為圓柱時，地下部分應改為方柱，方便施工；圓柱縱筋根數(shù)最少為8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部應有一圈半的水平段；方柱箍筋應使用井字箍，并按規(guī)范加密；角柱、樓梯間柱應增大縱筋并按全柱高加密箍筋；幼兒園不宜用方柱。

1.7 框架配筋詳圖里學生最易出現(xiàn)的錯誤是未確定梁支座上的承受負彎矩的鋼筋的切斷點；其次框架節(jié)點箍筋加密區(qū)未標注在圖上；最后就是框架梁柱箍筋不滿足《鋼筋混凝土結構設計計算手冊》構造要求。應正確區(qū)分框架梁跨中截面底部配筋要求與梁端截面底部鋼筋的不同概念,控制梁端截面下部實際配筋的數(shù)量。教師可指導學生根據(jù)框架梁端截面底部配筋要求,適當控制梁底鋼筋伸入支座(即框架柱)的數(shù)量,當梁底設置多排鋼筋時,一般情況下,可僅考慮第一排鋼筋伸入支座,其他各排鋼筋可不伸入支座,即在柱截面外截斷?？刂屏旱卒摻钌烊胫ё臄?shù)量,既有利于"強柱弱梁"的實現(xiàn),又可減少過多鋼筋在梁柱節(jié)點區(qū)的錨固,有利于保證節(jié)點區(qū)混凝土的質量。

教師在指導過程中應特別強調并認真把關，因為施工圖是結構布置和計算的最終體現(xiàn)，也是施工單位的工作依據(jù)，閱讀與繪制建筑工程圖是從事建筑類專業(yè)人員的基本技能。所以圖紙的線條、符號、規(guī)格必須嚴謹、準確、規(guī)范，不能有半點馬虎，必須按照統(tǒng)一的國家要求。

建筑施工圖關鍵是平面圖、立面圖和剖面圖之間圖示內容一致，且相互補充。要選擇有特點的立面和剖面與平面對應，不可偷懶簡化。只有平面、立面、剖面三者相互配合，才能完整地反映一幢建筑物的做法和特點。此外，各圖所注的標高、尺寸、定位軸線等在每張圖紙上都要認真核對無誤。

結構施工圖的關鍵是把主要構件的平面位置、空間標高及其鋼筋配置在相應的圖紙中表示清楚。學生應把簡易的平法標注和構架節(jié)點詳圖相結合，輔以圖紙說明，務必清晰完整的說明構件鋼筋布置形式，連接方法，各構件的詳細做法及施工要求。

2.結構計算問題

2.1 板的計算方面。

雙向板上的荷載是沿著兩個方向同時傳到支座的，即兩個方向都有彎矩產生。在配置跨中正彎矩鋼筋時，沿短跨的主筋一般位于板受拉區(qū)最下部；而沿長跨的主筋位于短跨主筋之上。計算時應用兩個方向的各自的有效高度，一般長向的有效高度比短向的有效高度小d(d為短向鋼筋的直徑)。精確計算是短跨有效高度h01＝h-c-d1/2（通常取 h01＝h-15mm），h為板的高度，c為混凝土的保護層厚度，d1為短跨受力鋼筋的直徑。而長跨有效高度h02＝h01-d1/2-d2/2（通常取 h02＝h-25mm），d2為長跨受力鋼筋的直徑。而學生在計算時為圖省事或對板受力認識不足,而取兩上方向的有效高度一致進行配筋計算,致使長跨有效高度偏大,配筋降低,使結構構件存在的質量隱患,甚至出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

另外板承受線荷載時彎矩計算問題,在學生設計的框架民用建筑中，常常在樓板上布置一些非承重隔墻，故大樓板設計中常常將該部分的線荷載換算成等效的均布荷載進行板的配筋計算。另外，板上隔墻頂部處理常采用立磚斜砌砌頂緊上部分的樓、屋面板，這樣會給上部的板增加了一個中間支承點,使其變?yōu)檫B續(xù)板,支承點上部出現(xiàn)了負彎矩,而在板的整體設計中又沒有考慮這種實際情況的影響,致使板頂出現(xiàn)裂縫。

2.2 框架結構設計中荷載效應組合

設計時應按恒載、活載、風載及等效地震荷載進行荷載效應組合，分為"有利"和"不利"兩種方式。最不利內力組合是與豎向活荷載的布置方式密切相關的，因為恒載是一種長期作用的滿布荷載，豎向活荷載則是一種短期作用的可變荷載。考慮最不利內力組合時，采用何種活荷載的布置方式是最關鍵的一步，首先可采用逐跨施荷法，此法計算簡單、清楚，但手算繁瑣，多用于電算中；另外是最不利荷載位置法，此法同連續(xù)梁、板的荷載布置，工作量較小，可用于手算；再者就是滿布荷載法，此法要注意支座處與最不利荷載位置法接近，但跨中明顯偏低，其值應乘以1.1～1.2，當樓面活荷載標準值不超過5KN/m2時，精度能滿足工程要求，對于活載很大的書庫或倉庫等結構，必須考慮活載的不利組合。最后一定要注意對于豎向荷載作用下的內力要進行調整，然后進行內力組合，不同的組合類型，分項系數(shù)不同。

另外在進行內力組合時,組合目標內力與豎向荷載內力之間的符號相反,則此豎向內力應對結構有利,學生要區(qū)分此豎向內力是由永久荷載還是可變荷載引起的,正確選取分項系數(shù)進行內力組合?！督ㄖY構可靠度設計統(tǒng)一標準》中7.0.4條規(guī)定當荷載效應對結構構件承載力"有利"時,永久荷載的分項系數(shù)取1.0,可變荷載的分項系數(shù)取0,也就是不考慮。學生設計時仍然按照"不利"時的分項系數(shù)計算,特別是以"軸力最小"為目標進行柱截面內力組合時最容易出錯，導致配筋錯誤。

2.3 框架柱的計算長度

確定框架結構計算簡圖時取框架柱的長度為結構的層高,許多同學在截面設計中誤取H0=H進行計算。應該考慮梁柱的連接屬于鉸接還是剛接按規(guī)范取值，《混凝土結構設計規(guī)范》7.3.11條規(guī)定了各種柱的計算長度,對于現(xiàn)澆框架的底層柱取H0=1.0H,其余各層柱取H0=1.25H。因為框架結構的梁柱縱筋相互交叉形成的節(jié)點連接是介于剛接與鉸接之間的,更接近于剛接?？蚣苤蟛糠侄际瞧珘簶嫾湫獣S柱長細比的增大而加劇，柱承載力降低。所以柱的計算長度偏小相當于忽略了柱長細比的影響，使得設計出的柱截面承載能力不足。

結語

以上只是學生在框架結構計算中的部分常見問題，這些知識點學生在各個專業(yè)課程中都學習過，那為什么還反復出錯？筆者認為有以下幾點原因：①是師生比過小造成的，二十幾個甚至更多的學生由一位教師指導，教師不可能有針對性的逐一指導，魚目混珠者很多。②課程設計題目大多是假題假做或真題假做，缺少實際工程背景，涉及實際問題較少，需要學生分析的客觀資料不多，不能有效地激發(fā)學生的學習積極性。③指導教師也不一定是這些學生的專業(yè)課程教師，對這些學生的能力也不甚了解，設計選題難免與學生日后工作去向相悖。這樣課程設計在內容上往往是專業(yè)課的課程設計內容的簡單相加，學生只是應付差事，不積極查找規(guī)范及相關資料，那么整個課程設計就流于形式。

然而結構設計教學是學生從學校教學階段向實際工作之間轉換的綜合性教學工作,是學生進行結構概念的辨析過程。學校應加大對設計教學課程的硬件投入，加大師資力量的投入，加大工學結合的投入，讓學生學會分析結構問題,盡快熟悉規(guī)范,從而培養(yǎng)良好的設計習慣。

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