淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問題

【摘要】隨著我市經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，建筑類型越來越豐富，建筑規(guī)模越來越大，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給結(jié)構(gòu)工程師提出了更多新的挑戰(zhàn)，本文結(jié)合作者多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見的若干問題做出分析和探討。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)選型；地下室；嵌固端

1、結(jié)構(gòu)選型之框剪和剪力墻

對(duì)于我市（6度區(qū)）常見的多層和高層住宅，使用較多的結(jié)構(gòu)類型基本上是框架或框架一剪力墻，多層選框架通常是無異議，18層以下的高層是框剪較多，但碰到18層以上的住宅樓就可能碰上選型的問題，到底選框剪還是純剪力墻呢，《高規(guī)》里規(guī)定，根據(jù)框架和剪力墻底層傾覆力矩的比例來判定是框剪結(jié)構(gòu)還是剪力墻結(jié)構(gòu)，在滿足位移角的前提下，如果墻布置的較多，傾覆力矩接近90%，那還是套剪力墻結(jié)構(gòu)比較合算，此時(shí)最好是調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，使剪力墻的傾覆力矩超過90%，而不是停留在85%、88%等尷尬的位置，因?yàn)槲覀冎?，在結(jié)構(gòu)高度80米以內(nèi)，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)是四級(jí)，而套框剪結(jié)構(gòu)則是三級(jí)，如此則不經(jīng)濟(jì)，但如果是滿足位移角的情況下，剪力墻布置不太多，其所占的傾覆力矩是60%，那就不應(yīng)該去為了湊成90%而去布置更多的剪力墻，雖然抗震等級(jí)是降低了，但增加的鋼筋和混凝土的用量一定會(huì)讓你得不償失。

2、大底盤地下室?guī)墙Y(jié)構(gòu)的嵌固端設(shè)置

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人民生活水平的逐步提高，汽車正大踏步地走進(jìn)千家萬戶，而停車卻成了一大難題，因此建造地下車庫成了新建建筑的必然選擇，近年來，不管是高層建筑還是多層建筑，基本都有建造地下車庫的需求，一個(gè)大底盤地下室上面帶十多幢塔樓已經(jīng)變得司空見慣，然而這也給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了新的問題，如嵌固端的設(shè)置問題、超長(zhǎng)地下室設(shè)縫問題等等。此處就單層地下室嵌固端的設(shè)置做些討論，一般單層地下室可以選擇地下室頂板或者地下室底板（基礎(chǔ)）作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端?！犊挂?guī)》規(guī)定：結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍，“相關(guān)范圍”一般可從地上結(jié)構(gòu)（主樓、有裙房時(shí)含裙房）周邊外延不大于20m。按此條規(guī)定，相關(guān)范圍內(nèi)地下構(gòu)件的側(cè)剛應(yīng)大于地上一層構(gòu)件側(cè)剛的2倍，對(duì)處于大底盤地下室中間部位的高層來說，無法借助地下室的側(cè)墻來滿足此條件，因此必須在地下一層增加剛度：增加墻厚或者增加墻長(zhǎng)，對(duì)剛度來說墻厚的影響遠(yuǎn)沒有墻長(zhǎng)影響大，因此若想達(dá)到兩倍的數(shù)值，得增加不少的剪力墻，這會(huì)增加鋼筋和混凝土的用量從而增加造價(jià)，同時(shí)對(duì)地下室的空間利用造成麻煩，這是建筑師不愿意看到的結(jié)果。而如果是大底盤地下室?guī)Ф鄬铀堑那闆r，那就更糟，因?yàn)閷?duì)于多層的框架結(jié)構(gòu)想在相關(guān)范圍內(nèi)剛度增大一倍，實(shí)在是難上加難。因此，筆者認(rèn)為大底盤地下室?guī)Ф啻彼悄苓_(dá)到在頂板嵌固的條件僅剛度這一條就很難達(dá)到，更多情況下是嵌固在地下室底板比較恰當(dāng)，如此則問題就簡(jiǎn)單多了，不需要滿足這樣那樣的限制條件，但要注意的是，此時(shí)應(yīng)按照《高規(guī)》5.1.14條：“對(duì)多塔樓結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計(jì)算，并采用較不利的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)塔樓周邊的裙樓超過兩跨時(shí)，分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙樓結(jié)構(gòu)。”的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3、地下室頂板的結(jié)構(gòu)布置

無上部結(jié)構(gòu)的地下室頂板多有覆土，按防水混凝土設(shè)計(jì)，最小板厚一般取到250mm，對(duì)于跨度只有6、7米的雙向板來說，厚跨比為1/30不到，計(jì)算下來完全可以滿足強(qiáng)度及撓度的要求，配筋率也不會(huì)比構(gòu)造配筋率多多少，而對(duì)于雙向板，裂縫是無法計(jì)算的（參見結(jié)構(gòu)技術(shù)措施2009版混凝土結(jié)構(gòu)分冊(cè)2.6.5條內(nèi)容），也無需考慮，因此做成無次梁的大板是合理的選擇，現(xiàn)實(shí)中也有在中間增加一道次梁的做法，此時(shí)，雖然板跨度減少一半，板厚卻仍然取250mm，最小配筋率的限制同樣無法改變，這使得在板上節(jié)約下來的僅僅是局部超過構(gòu)造配筋率部分的鋼筋。對(duì)主梁來說，此時(shí)大部分均布荷載轉(zhuǎn)化為集中力作用在其中間位置，這顯然是不利的，以簡(jiǎn)支梁為例，假設(shè)在中點(diǎn)作用al的集中力，梁的最大彎矩為1/4q12，而相同的荷載如果是均布其上，則最大彎矩只有1/8q12，僅有一半，因此跨中增加一道次梁會(huì)加大主梁的彎矩，從而增加主梁的配筋量。此外，最大的浪費(fèi)應(yīng)該來自于增加的次梁，由于地下室頂板覆土荷載大，板自重大，活載也較大，從而次梁傳遞到的荷載也是相當(dāng)大的，使得次梁的截面和配筋都不小，可以說這一道增加的傳遞路徑起到的效果與其產(chǎn)生的造價(jià)相比是微不足道的，頂多只是讓我們的板輕松點(diǎn)而已，而這一切本該是板的義務(wù)。如果是8、9米的跨度，我們大可以取300mm，道理是完全相同的，厚跨比1/30可以滿足要求，而如果荷載更大的話我們只需要加大板厚即可，就比如3米跨的樓層板當(dāng)荷載加大時(shí)我們會(huì)優(yōu)先考慮增加板厚，而沒人會(huì)想去中間加道次梁吧！

4、板邊跨支座嵌固類別

對(duì)于板邊跨支座的嵌固來說，理論上既不是簡(jiǎn)支也不是固結(jié)，應(yīng)該介于二者之間，對(duì)同一塊板來說，寬而高的梁約束大，窄而低的梁約束小，而對(duì)于實(shí)際工程設(shè)計(jì)來說，我們沒有必要去弄清到底約束的程度有大，只需要知道什么樣的假設(shè)才是最安全的。毫無疑問，固端和簡(jiǎn)支二者包絡(luò)的設(shè)計(jì)是萬無一失的，假設(shè)固端得到支座最大彎矩和假設(shè)簡(jiǎn)支得到板底最大彎矩，如此得到的配筋當(dāng)然是最安全的，但如此設(shè)計(jì)會(huì)造成浪費(fèi)，而且操作起來麻煩，因此，通常的做法是選取簡(jiǎn)支計(jì)算保證板底的配筋，支座按構(gòu)造配筋，此時(shí)即使支座約束破壞，變成簡(jiǎn)支，板底的配筋量也可以保證板的絕對(duì)安全，而此種情況最壞也就是支座出現(xiàn)裂縫罷了，而如果按固端配筋，一旦支座約束不能保證，則可能會(huì)出現(xiàn)整個(gè)板破壞的結(jié)果，而這是不應(yīng)該發(fā)生的。

結(jié)語：

以上是筆者從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作過程中對(duì)一些具體問題的思考和淺薄的認(rèn)識(shí)，由于篇幅所限，實(shí)際還有許許多多的問題值得我們?nèi)パ芯亢吞接?。總而言之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)博大精深，身為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，自當(dāng)不斷學(xué)習(xí)，精益求精。