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關鍵詞:混凝土;結構設計;規范;修訂內容
Abstract: this paper through the contrast analysis of 2010 edition with 2002 version of the concrete structure design codes are introduced, and the design specification for concrete structures "(GB50010-2010) the main revision content, from the overall design requirements, formula, the structure, main points and structural requirement analysis of the differences and similarities between the new and old standard.
Keywords: concrete; Structure design; Standard; Revision content
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
一、概述
2010年8月18日住房和城鄉建設部公告,國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)自2011年7月1日起實施,原《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)同時廢止。新規范基于適當提高結構安全儲備、抵御災害能力、保證結構安全等原則,在舊規范基礎上作了一定的補充、完善和提高。本文著重介紹新規范的主要修訂內容,并與舊規范進行對比說明。
二、主要修訂內容
1、總體性設計要求的調整
(1)關于改變結構用途和使用環境
新規范3.1.7條:設計應明確結構的用途,在設計使用年限內未經技術鑒定或設計許可,不得改變結構的用途和使用環境。
舊規范3.1.8條:未經技術鑒定或設計許可,不得改變結構的用途和使用環境。
新規范強調了設計使用年限,與《建筑結構可靠度設計統一標準》GB 50068相銜接。
(2)關于耐久性設計規定
新舊規范關于混凝土結構的環境類別分類有所改變,新規范中環境類別三細分為三a及三b兩類,相應的對結構材料的耐久性基本要求也有變化,總體說來新規范更加嚴格了,詳見新規范3.5.1、3.5.2、3.5.3條及舊規范3.4.1及3.4.2條。
(3)關于維修保養的規定
新規范增加了關于維修保養的條文。
新規范3.5.8條:混凝土結構在設計使用年限內尚應遵守下列規定:建立定期檢測、維修制度;設計中可更換的混凝土構件應按規定更換;構件表面的防護層,應按規定維護或更換;結構出現可見的耐久性缺陷時,應及時進行處理。
(4)關于鋼筋
新規范根據“節能、節地、節水、節材和環境保護”的要求,提倡應用高強、高性能鋼筋,逐步停用HPB235鋼筋,并增加了強度為500MPa級的熱軋帶肋和采用控溫軋制工藝生產的HRBF系列細晶粒帶肋鋼筋。詳見新規范4.2.1和4.2.2條。
(5)關于混凝土保護層
新規范調整了混凝土保護層,不再區分分布筋與受力筋,較舊規范嚴。
新規范8.2.1條條文說明:從混凝土碳化、脫鈍和鋼筋銹蝕的耐久性角度考慮,不再以縱向受力鋼筋的外緣,而以最外層鋼筋(包括箍筋、構造筋、分布筋等)的外緣計算混凝土保護層厚度。因此本次修訂后的保護層實際厚度比原規范實際厚度有所加大。
(6)關于錨固長度
新規范將錨固長度分為lab及la,其中lab為基本錨固長度,la為經長度修正后的錨固長度(8.3.1條);舊規范只提及錨固長度la的概念,并規定應對la進行長度修正。
(7)關于鋼筋綁扎連接
新規范規定受拉鋼筋直徑大于25mm不宜綁扎連接,較舊規范嚴。
新規范8.4.2條:軸心受拉及小偏心受拉桿件的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接;其他構件中的鋼筋采用綁扎搭接時,受拉鋼筋直徑不宜大于25mm,受壓鋼筋直徑不宜大于28mm。
舊規范9.4.2條:軸心受拉及小偏心受拉桿件(如桁架和拱的拉桿)的縱向受力鋼筋不得采用綁扎搭接接頭。當受拉鋼筋的直徑d>28mm及受壓鋼筋的直徑d>32mm時,不宜采用綁扎搭接接頭。
2、計算公式調整
(1)結構構件的抗力函數中增加抗力模型不定性系數γRd
新規范3.3.2條中:R=R(fc,fs,ak,…)/γRd
γRd――結構構件的抗力模型不定性系數:靜力設計取1.0,對不確定性較大的結構構件根據具體情況取大于1.0的數值;抗震設計應用承載力抗震調整系數γRE代替γRd。
舊規范3.2.3條:R = R (fc,fs,ak,……)
新規范增加的構件抗力調整系數主要為了考慮構件的幾何參數變異性對結構性能的不利影響。
(2)調整裂縫寬度計算公式
新規范3.4.4條在三級裂縫寬度計算時,對一般鋼筋混凝土構件、預應力混凝土構件和處于二a類環境的預應力混凝土構件分別采用不同的荷載組合和控制標準,比舊規范3.3.3條有所放松。
(3)調整抗剪公式中鋼筋部分承擔的剪力
新規范取消了箍筋剪力的增大系數,因而執行新規后需要配置的箍筋相應增多了。
新規范6.3.4條: (6.3.4-2)
舊規范7.5.4條:(7.5.4-2)
(4)調整抗沖切截面承載力,抗沖切承載力增加
新規范6.5.3條:
受沖切截面 (6.5.3-1)
配置箍筋、彎起鋼筋時的受沖切承載力
(6.5.3-2)
舊規范7.7.3條:
受沖切截面 (7.7.3-1)
配置箍筋時的受沖切承載力
(7.7.3-2)
配置彎起鋼筋時的受沖切承載力
(7.7.3-3)
3、增加的計算
新規范增加了樓蓋舒適度計算的內容,詳見3.4.6條:混凝土樓蓋結構應根據使用功能的要求進行豎向自振頻率驗算,并宜符合下列要求:(1)住宅和公寓不宜低于5Hz;(2)辦公樓和旅館不宜低于4Hz;(3)大跨度公共建筑不宜低于3Hz。
4、構造要點及構造要求改變
(1)新規范補充完善了提高混凝土構件耐久性的技術措施,尤其強調對于懸臂構件,規定處于二、三類環境時宜采用“懸臂梁―板”的結構形式,或在其上表面增設防護層(詳見3.5.4條)。舊規范僅規定三類環境中的結構構件,其受力鋼筋宜采用環氧樹脂涂層帶肋鋼筋;對預應力鋼筋,錨具及連接器,應采取專門防護措施(詳見3.4.7條)。
(2)新規范增加了并筋的配筋形式,詳見4.2.7條:構件中的鋼筋可采用并筋的配置形式。直徑28mm及以下的鋼筋并筋數量不應超過3根;直徑32mm的鋼筋并筋數量宜為2根;直徑36mm及以上的鋼筋不應采用并筋。并筋應按單根等效鋼筋進行計算,等效鋼筋的等效直徑應按截面面積相等的原則換算確定。
(3)梁縱筋在梁柱端節點的彎錨水平段,新規范以lab標注(9.3.4條),舊規范以la標注;且新規范在梁柱端節點處增加了機械錨頭的錨固方式。
(4)新規范在頂層端節點角部增加了配置防裂、防剝落的構造鋼筋的要求(詳見9.3.8條)。
關鍵詞:多層建筑;結構設計;構件尺寸;構件配筋
Abstract: The multi-storey building frame structure design is the design of the more basic structural design, how to handle a variety of issues worthy of the structure of designers continue to explore and study in the design. Through a combination of engineering practice in accordance with the relevant norms of scientific and rational design, the frequent problems encountered in multi-storey building frame structural design analysis and to explore specific solutions.
Keywords: multi-storey building; structural design; scantlings; component reinforcement
中圖分類號: TU318 文獻標識碼: A 文章編號:
結構構件考慮
對于多層結構構件的梁、柱的截面尺寸的選擇是框架結構設計的前提,除應滿足規范《混凝土結構設計規范GB50010-2010》所要求的取值范圍,還應注意盡可能使柱的線剛度與梁的線剛度的比值大于1,以達到在罕遇地震作用下,梁端形成塑性鉸時,柱端處于非彈性工作狀態而沒有屈服,節點仍處于彈性工作階段的目的,即規范所要求的“強柱弱梁強節點”。
對于多層建筑選取框架結構類型時,應盡量避免設置鋼筋混凝土樓電梯小井筒。因為井筒的存在會吸收較大的地震剪力,相應地減少框架結構承擔的地震剪力,而且井筒下基礎設計也比較困難,故這些井筒多采用砌體材料做填充墻形成隔墻。當必須設計鋼筋混凝土井筒時,井筒墻壁厚度應當減薄,并通過開豎縫、開結構洞等辦法進行剛度弱化;配筋也只宜配置少量單排鋼筋,以減小井筒的作用。設計計算時,除按框架確定抗震等級并計算外,還應按帶井筒的框架(當平面不規則時,宜考慮耦聯)復核,并加強與井墻體相連的柱子的配筋。此外,還要特別指出,對框架結構出屋頂的樓電梯間和水箱間等,應采用框架承重,不得采用砌體墻承重;而且應當考慮鞭梢效應乘以增大系數;雨篷等構件應從承重梁上挑出,不得從填充墻上挑出;樓梯梁和夾層梁等應承重柱上,不得支承在填充墻上。
構件的配筋率調整技巧
進行構件結構設計時,應當合理地調整配筋率,構件的配筋率不宜過大或過小,否則應當通過調整構件截面尺寸來加以調整。從工程實踐表明,對于框架梁的配筋在設計中應掌握“適中”的原則,一般情況下其配筋率宜取0.4%~1.5%,框架柱的全部縱向受力鋼筋的配筋率宜取1%~3%。另外當梁端的縱向受拉鋼筋最小配筋率大于2%時,其箍筋的最小直徑應增大2mm。但是無論在何種情況下,均應滿足規范《混凝土結構設計規范GB50010-2010》所規定的最大、最小配筋率的要求。同時應當對框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率,注意規范《混凝土結構設計規范GB50010-2010》與規范《混凝土結構設計規范GBJ-89》中的區別。規范《混凝土結構設計規范GBJ-89》中梁的縱向受拉鋼筋最小配筋率只和框架的抗震等級有關,而在規范《混凝土結構設計規范GB50010-2010》中梁的最小配筋率除和框架的抗震等級有關外,還和混凝土的軸心抗拉強度設計值與鋼筋的抗拉強度設計值的比值有關,所以在設計中應依據規范來確定梁的最小配筋。
對于框架柱配筋的調整,從設計實踐經驗表明,對于多層結構的框架柱的配筋率一般都很低,有時電算結果為構造配筋,但是實際工程中均不會按此配筋。因為在地震作用下的框架柱,尤其是角柱,所受的扭轉剪力最大,同時又受雙向彎矩作用,而橫梁的約束又較小,工作狀態下又處于雙向偏心受壓狀態,所以其震害重于內柱,對于質量分布不均勻的框架尤為明顯。因此應選擇最不利的方向進行框架計算,另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側面的配筋,取其較大值,并采用對稱配筋的原則。通過結合工程實踐,為了有效地滿足框架柱在多種內力組合作用下其強度要求,在配筋計算時應注意以下問題:
(1)角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產生偏心受拉時,其柱內縱筋總截面面積應比計算值增大25%。
(2)框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍,其中角柱1.4倍,邊柱1.3倍,中柱1.2倍。
(3)框架柱的箍筋形式應選用菱形或井字形,以增強箍筋對混凝土的約束。
(4)對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接,且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時,箍筋的直徑不應小于Φ8,并應焊接。
另外多層框架電算時常不考慮溫度應力和基礎的不均勻沉降,當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質不均勻時,可以適當放大框架柱的配筋,且宜在縱、橫兩個方向設置基礎梁,其配筋不宜按構造設置,應按框架梁進行設計,并按規范《混凝土結構設計規范GB50010-2002》要求設置箍筋加密區。
結構設計要點分析
在多層建筑的框架結構中不允許采用兩種不同的結構型式,樓、電梯間、局部突出屋頂的房間,均不得采用磚墻承重。因為框架結構是一種柔性結構體系,而磚混結構是一種剛性結構。為了使結構的變形相互協調,不應采用不同結構混合受力。加強短柱的構造措施:在工程施工過程中頂棚可能要吊頂或其它裝修,甲方為了節約開支,往往要求柱間填充墻不到頂或者是在墻上任意開門窗洞口,這樣往往會造成短柱。由于短柱剛度大,吸收地震作用使其受剪,當混凝土抗剪強度不足時,則產生交叉裂縫及脆性錯斷,從而引起建筑物或構筑物的破壞甚至倒塌。所以在設計中應采取如下措施:①盡量減弱短柱的樓層約束,如降低相連梁的高度、梁與柱采用鉸接等;②增加箍筋的配置,在短柱范圍內箍筋的間距不應大于l00mm,柱的縱向鋼筋間距≤150mm;③采用良好的箍筋類型,如螺旋箍筋、復合螺旋箍筋、雙螺旋箍筋等。
從目前建筑設計需要發現,有時需要框架梁外挑,且梁下設置鋼筋混凝土柱。在柱的內力和配筋計算中,有些設計人員對其受力概念不清,誤認為此柱為構造柱,并且其配筋為構造配筋,懸臂梁也未按計算配筋,這樣有可能導致水平荷載作用下承載力不足,為事故的發生埋下隱患.實際上,在結構的整體計算中,此柱為偏心受壓構件,柱與梁端交接處類似于框架梁、柱節點,應考慮懸臂梁梁端的協調變形。所以對于此柱應作為豎向構件參與結構的整體分析,并且柱與梁端交接處應按框架梁、柱的節點處理。
在計算單榀框架的內力時,應注意底層框架柱的計算高度和箍筋加密區高度在規范《混凝土結構設計規范GB50010-2010》~《混凝土結構設計規范GBJ-89》中的區別:規范《混凝土結構設計規范GBJ-89》要求底層柱遇有剛性地面時,除上端箍筋加密外,在剛性地面上、下各500mm范圍內也應加密,而在規范《混凝土結構設計規范GB50010-2010》中規定除滿足以上條件外,還應滿足柱根不小于柱凈高1/3范圍內箍筋加密的要求。在設計框架結構和裙房時,高低跨之間不要采用主樓設牛腿、低層屋面或樓梯梁擱在牛腿上的做法,也不要用牛腿托梁的方式作為防震縫。因為在地震時各單元之間,尤其是高低層之間的震動情況不同,連接處很容易壓碎、拉斷。因此,凡要設縫,就要分得徹底,凡不設縫,就要連接牢固,絕不能似分非分,似連非連,否則很容易在地震中破壞。
在設計中不得隨意加大主筋的面積,或為了簡化構造而統一截面設計,以避免造成結構的某些部位相對薄弱。對于框架梁下部的填充墻構造措施,當填充墻長度大于5m時,墻頂與梁宜采用拉接措施;當墻高度超過4m時,宜在墻高中部設置與柱連接的通長鋼筋混凝土水平墻梁。對于填充墻拉筋和預埋件等不應與框架梁、柱的縱向鋼筋焊接,宜采用在柱內預留預埋件,待砌筑填充墻時再將拉結筋與之焊接的施工方法。
結語
從工程實踐表明,多層建筑框架結構設計作為現行比較常用的實際模式,在結構設計中遇到的各種難題也日益增多,結構設計者需要在遵循各種規范下大膽靈活的解決一些結構方案上的難點、重點。
參考文獻:
[1] 張科.多層建筑結構設計中框架結構的問題分析與處理[J].科技資訊,2009,28(06):118~119.
關鍵詞:土建結構;設計;規范
Abstract: This paper mainly discusses the design process in civil and structural engineering material selection, structural requirements, load and other aspects, analyzes the common violations structure design specification, and studies how to correctly understand and implement the relevant structural design specification.
Keywords: civil engineering; design; specification
中圖分類號:V552+.4文獻標識碼A 文章編號
在建構筑物的設計中,結構設計關系到建筑結構的安全、耐久、適用和經濟等多個方面,因而結構設計工作是十分重要的。在結構設計工作實踐中發現部分結構設計人員對現行結構設計規范缺乏正確理解或常有疏忽,給工程帶來安全隱患或者增加不必要的造價。
1 結構材料選擇
1.1砌體結構設計規范(GB 50003-2001)
規范對結構材料選擇的規定方面容易忽視的主要是第6.2.2條對地面以下或防潮層以下的砌體、潮濕房間的墻,所用材料的最低強度等級提出的要求,其目的是為了保證結構的耐久性。例如對于地基土很潮濕的砌體,磚至少要求MU15,砂漿必須是水泥砂漿而且不低于M7.5。但在實踐中很多設計人員單從砌體的強度要求出發采用MU10磚、M5水泥砂漿。這是違背規范要求的,應予改正以保證結構的耐久性。此外,上述這一要求不僅針對地面以下砌體,還針對地面以上的潮濕房間,例如衛生間等。
1.2 混凝土結構設計規范(GB 50010-2002)
規范的4.1.1~4.1.8是針對混凝土材料的條文,4.2.1~4.2.4是針對鋼筋材料的條文。在設計工作中,在對混凝土的強度等級的理解與應用存在以下兩方面的問題與爭議:
1.2.1 規范4.1.2條規定:鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15。與此條相呼應在4.1.3條和4.1.4條中不再列入了C10混凝土的強度標準值、設計值。這里存在一個對上述規范條文的正確理解與應用的問題,這就是作為基礎墊層的素混凝土是否可以采用C10混凝土,是否也必須采用C15混凝土。對這一問題存在很廣泛的爭議。在某些工程中對基礎墊層的混凝土采用C10后,不僅有的監理公司的監理人員對此置疑,甚至有的圖紙審查人員也表示反對,都認為這違反了規范的要求,要求改正為C15。混凝土墊層采用C10等級的混凝土,如改為C15級混凝土沒有必要而且增加造價造成經濟上的浪費。分歧的原因是置疑的人員沒有正確理解規范的條文,因為規范的4.1.2條是指鋼筋混凝土結構的混凝土強度等級不應低于C15,而作為墊層的混凝土是素混凝土不屬于鋼筋混凝土,墊層混凝土的作用是保護地基土在施工中不擾動,同時為基礎的施工創造有利的工作條件,C10混凝土完全可以達到這一目的。
1.2.2 規范4.1.4條例表規定了各個強度等級的混凝土的軸心抗壓強度設計值。其中有一個注釋,因是用小字表達常被設計人員忽視,這個注是指當軸心受壓及偏心受壓構件的截面長邊或直徑小于300mm,則表中的混凝土強度設計值應乘以系數0.8。該注釋是不能忽視的,因為當構件的截面尺寸越小,混凝土構件的缺陷帶來的強度損失越大。
2 結構構造要求
2.1 混凝土結構中鋼筋的混凝土保護層厚度
現行混凝結構設計規范(GB 50010-2002)中,比89規范更加重視對混凝土耐久的要求,而混凝土結構的耐久性與混凝土保護層的厚度是密切相關的,因此現行規范比原規范對混凝土保護層的厚度要求有所增加。例如在一類環境柱的混凝土保護層的厚度由25mm增加到30mm。特別對于基礎,混凝土保護層的厚度增加得更多,因為基礎與水有接觸,所處環境更為不利。但在設計實踐中往往有些設計人員忽略了這一變化,因而不能滿足混凝土耐久性的要求。
2.2砌體結構伸縮縫的最大間距
在建筑設計中,為了防止或減輕房屋在正常使用條件下,由于溫差和砌體干縮引起的墻體豎向裂縫,應在墻體中設置伸縮縫。在砌體結構設計規范(GB 50003-2001)中第6.3.1條規定了砌體房屋伸縮縫的最大間距,例如鋼筋混凝土屋蓋當屋面設有保溫層或隔熱層時,伸縮縫的最大間距為50m。我國很多房屋長度在40m~50m的砌體房屋,按上述規定沒有設置伸縮縫,但不少房屋還是出現了溫度裂縫,有的甚至比較嚴重。原因在于設計人員沒有全面理解該規范條文。首先該規定是針對燒結普通磚的,對于目前墻體改革中新使用的混凝土砌塊等房屋,該規范已強調由于混凝土有干縮性,應該將伸縮縫的最大間距乘以0.8系數,也就是說應將伸縮縫的最大間距調整為50m×0.8=40m。其次該規范在注釋中還強調了對于白天和夜晚溫差較大地區,伸縮縫的最大間距應予以適當減小,因此,對于我國晝夜溫差較大的地區來說,應適當減小伸縮縫的最大間距,使用燒結普通磚的上述砌體房屋,伸縮縫的最大間距應降為45m,使用混凝土砌塊的上述房屋,伸縮縫的最大間距應降為35m。按調整后的伸縮縫的最大間距設計的砌體房屋再輔以其它措施后,很少再出現溫度裂縫了。
3 結構荷載取值
3.1 基礎設計時的荷載取值
在建筑地基基礎設計規范(GB 50007-2002)中第3.0.4條明確做出了以下規定:計算地基變形時,傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久值組合,不應計入風荷載和地震作用。計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩定及滑坡推力時,荷載效應應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合,分項系數均為1.0。按地基承載力確定基礎底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數時,傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的標準組合。在設計實踐中上述的各方面經常有設計人員沒有正確執行。
3.1.1 計算地基變形時將荷載取值錯誤地取為荷載設計值而不是荷載的準永久組合值。由于荷載的設計值大約為荷載準永久組合值的1.4~1.6倍,因此這一錯誤取值造成的影響更多,常常使原本地基變形不超過限值,錯誤的判斷為地基的變形不滿足設計要求。錯誤地將基礎加深或將基礎的底面積擴大,造成很大的浪費。
3.1.2 在確定基礎底面積或確定樁數時,荷載取值錯誤地取為荷載的設計值而不是荷載的標準值,由于荷載的設計值大約為荷載標準值的1.25倍左右。因此這一錯誤將導致約20%的浪費,對整棟建筑而言,這一浪費是相當大的。
3.1.3 計算擋土墻的土壓力、地基或斜坡的穩定時,荷載的取值錯誤地將永久荷載的分項系數取1.2,將可變荷載的分項系數取1.4,而忽視了規范別說明了的分項系數均為1.0的規定。
3.2 屋面可變荷載的取值和分布
并非在屋面全跨布置可變荷載產生的內力一定最大,往往在半跨布置可變荷載時結構可能更為不利。因此對于屋架和拱殼屋面除了全跨布置可變荷載時做出計算外,還應考慮半跨布置可變荷載,并做出相應的計算,然后按最不利的情況進行設計。對屋面可變荷載的取值應十分謹慎,特別是對于屋架和拱殼屋面,因為這類屋面荷載的分布對結構的內力很敏感。例如積雪荷載應按全跨均勻分布、不均勻分布,半跨均勻分布的幾種情況進行設計,這樣才能保證屋面結構的安全。
4 結束語
建筑結構設計規范是國內結構設計的法規,是建筑結構做到技術先進、安全適用、經濟合理的指導文件。為了更好的遵循這一法規,對結構設計規范應該熟悉,更應該正確理解。
參考文獻
[1]混凝土結構設計規范.GB 50010-2002.中國建筑工業出版社.2002.
關鍵詞:預應力,外包鋼,組合梁,抗彎承載力
中圖分類號:TU37 文獻標識碼:A 文章編號:
引言
預應力外包U型鋼混凝土組合梁結構體系是通過薄鋼板直接冷彎或用冷彎薄壁型鋼焊接成U型截面,然后截面內部填充混凝土作為T行梁的肋部,翼緣為現澆混凝土板,使用后張法施工在受拉區施加預應力,使構件起拱以滿足控制裂縫寬度和滿足更大跨度的要求。外包鋼與內部混凝土變形協調,共同受力。這種結構克服了鋼筋混凝土抗拉強度低的弱點,提高了鋼材的屈曲承載力,改善了結構的延性,使其整體穩定性優于鋼結構和型鋼混凝土組合結構;另外U型鋼部件可以作為組合梁的永久性模板,施工方便。目前,針對預應力外包鋼混凝土組合梁的研究已經得到國內外工程界的廣泛關注,本文在此情形下建立了預應力外包U型鋼混凝土組合梁正截面受彎承載力的計算公式,具有現實意義。
計算的基本假定
根據《鋼結構設計規范》和《混凝土結構設計規范》的有關規定,現對預應力外包U型鋼混凝土組合梁正截面抗彎承載力計算假定如下:
(一)、平截面假定。彎曲過程中梁的截面仍保持為平面并且與變形后的梁軸垂直。橫向剪應變為0,橫向纖維無擠壓,梁軸無水平方向伸縮。
(二)、計算中的混凝土壓應力取等效矩形應力,并且不考慮混凝土抗拉強度。
(三)、在混凝土翼緣板的有效寬度范圍內,外包U型鋼與混凝土之間有可靠的抗滑移措施,在這一寬度內,認為混凝土與外包鋼可以形成組合截面共同工作。
(四)、組合梁在彎矩作用下由于外包鋼內填充了混凝土而不易發生鋼梁的局部破壞和側向屈曲。
三、極限抗彎承載力的計算
基于以上假定,根據構件截面中和軸位置的不同,討論組合梁正截面受彎承載力。
(一)、塑性中和軸在混凝土翼緣板內
圖1 彎矩作用下組合梁正截面應力形式(1)
此時滿足條件:
其中:——受壓鋼筋屈服強度
——預應力鋼筋抗拉強度設計值
——分別為翼緣與腹板鋼材的屈服強度,底版鋼材的屈服強度
——混凝土軸心抗壓強度
——混凝土等效矩形應力系數。當混凝土強度等級不超過C50時,分別取1.0和0.8。
——受壓鋼筋面積
——預應力鋼筋面積
——分別為外包鋼腹板、底板、翼緣板的面積
由力的平衡條件:
此時,混凝土受壓區高度為:
對中和軸取矩得到預應力組合梁的極限受彎承載力:
其中:——組合梁極限受彎承載力
——外包U型鋼底板厚度
(二)、塑性中和軸在外包U型鋼腹板內
圖2 彎矩作用下組合梁正截面應力形式(2)
此時滿足條件:
由力的平衡條件:
此時,混凝土受壓區高度為:
對中和軸取矩得到預應力組合梁的極限受彎承載力:
其中:——受拉區預應力鋼筋至受拉邊緣的距離
結論
根據以往對梁的實驗和理論分析來看,梁的破壞形態有三種:正截面受彎破壞;斜截面受剪破壞;組合梁混凝土翼緣板與鋼腹板交界處縱向滑移破壞。在滿足抗剪滑移的前提下,本文根據鋼結構設計規范和混凝土結構設計規范的要求推導出的公式是合理的。
參考文獻
GB50010-2002 混凝土結構設計規范【S】.北京:中國建筑工業出版社,2002
GB20017-2002 鋼結構設計規范【S】.北京:中國建筑工業出版社,2003
王曉曄,周學軍,董穎杰。外包U型鋼與混凝土組合梁在負彎矩作用下的抗彎承載力計算【J】.第九屆全國現代結構工程學術研討會,2009
【關鍵詞】 鋼筋砼結構;最小配筋率;受彎構件;帶肋鋼筋
【中圖分類號】 tu528.0 【文獻標識碼】 b【文章編號】 1727-5123(2011)01-065-02
selection of minimum reinforcement ratio of reinforced concrete bending part
【abstract】 steel ratio of capacity to ensure the safe use of the main factors to determine reasonable minimum steel reinforcement
ratio, to ensure building safety and bring good social and economic benefits, the paper design of the structure under the current minimum
allocation rate of reinforcement.
【key words】 reinforced concrete structure; minimum reinforcement ratio; bending part; ribbed steel bars
現行的國家規范“砼結構設計規范”(gb50010-2002) 中把hrb400鋼筋確定為鋼筋砼結構的主導用筋。其后冶金企業研制開發的符合國情標準“鋼筋砼用熱軋帶肋鋼筋”(gb1499-1998) 的新型號筋。hrb500鋼筋具有強度高、延性好、耐高低溫、耐疲勞和可加工性能好的優點,符合砼結構對建筑用筋性能指標的主要內容要求。hrb500鋼筋在建筑行業中己得到廣泛使用,會促進其它相關建筑材料的發展提高,因此而帶來可觀的社會及經濟效益,促進建筑業健康有序的發展具有重要意義。
鋼筋砼梁的主筋縱向筋配筋率是保證安全使用影響承載力的主要因素,配筋率的變化不僅使梁的受彎承載力產生變化,而且會使梁的受力性能和破壞特征發生質的變化。當縱向主筋配筋率少到一定值后,梁的受力性能會產生大的變化,同無筋素砼梁沒有什么差別。當這種梁一旦在受拉區的砼出現開裂,裂縫截面的拉力會很快超過屈服強度而進入強化階段,造成整根梁發生撕裂,甚至使整個鋼筋被拉斷,這種破壞現象沒有明顯的預兆,屬于脆性破壞。為了防止這種脆斷的產生,鋼筋砼結構設計規范明確規定:鋼筋砼受彎構件的縱向受力主筋的配筋率不能低于某一限定值,該值即為受控鋼筋的最小配筋率。hrb500鋼筋作為一種新型的高強鋼筋,已經在工程實踐應用范圍較廣,必須合理確定其作為受拉鋼筋的最小配筋率。在實踐應用中探討對hrb500鋼筋作為受彎構件縱向主受拉的最小配筋率作淺要分析。
1最小配筋率確定的一般原則
鋼筋砼受彎構件的最小配筋率是一個比較復雜的技術問題。試驗和理論分析均表明,構件的最小配筋不僅與受力形態、表面尺寸及形式、材料強度有關,而且與受荷時間的長短、溫度變化的大小、收縮及徐變的程度有關。目前世界一些國家對鋼筋砼受彎構件的受拉鋼筋最小配筋率的取值方法基本上有兩種:即模型法和經驗法。模型法是以截面受拉區砼開裂后,受拉鋼筋由于配置過少而立即屈服進入強化階段,此時的受拉鋼筋配筋的最小配筋率。經驗法是指直接給出最小配筋率的的取值,而沒有受完整的受力模型作為取值準則,但其中也從不同角度考慮了一些因素對最小鋼筋率取值的影響,所考慮的這些因素的影響規律與模型方案的趨勢有一定的近似性。
而國內現行的《混凝土結構設計規范》對鋼筋砼受彎構件的最小配筋率的確定原則是:截面開裂后,構件不會立即失效(裂而不斷),即在最小配筋率的條件下,構件的抗彎承載力不低于同截面素混凝土構件的開裂彎矩,即:
mey≤mu ①
現以單筋矩形截面承受純彎矩作用為例探討鋼筋砼受彎構件的縱向主受拉鋼筋的最小配筋率問題。首先要計算鋼筋砼梁的開裂彎矩。由于鋼筋砼梁開裂時,鋼筋的應力很低,因此計算鋼筋砼梁開裂彎矩時,可以忽略鋼筋的作用,即鋼筋砼梁的開裂彎矩等于素砼的開裂彎矩。根據文獻對素砼梁的開裂彎矩的推導計算,無筋素砼梁的開裂彎矩為:
mey =0.256fftbh2 ②
試中: ft-為混凝土軸心抗拉強度設計值。
根據鋼筋砼梁的受力進行過程, 按照現行砼設計規范關于正截面承載力計算的基本假定“不考慮砼的抗拉強度”,假定鋼筋砼梁達到極限承載力狀態時的截面力臂為yho,其中y為內力臂長度系數,則鋼筋砼梁的極限彎矩為:
mu = yhoòyas
此時òy= fyas =pmin bho y=1
mu = ho fypmin bho③
將式②、式③ 帶入式① 以后,求出:
pmin=0.256ft / fy[h/ho]2 ④
2國內不同時期砼結構設計規范對最小配筋率的規定
根據介紹對世界各有關國家砼結構設計規范,對鋼筋砼受彎構件規定的最小配筋率進行了簡單比較,見表1。為轉化為國內材料強度后各有關國家砼結構設計規范,對鋼筋砼受彎構件規定的最小配筋率表達式。
表1不同國家對鋼筋砼構件最小配筋率計算要求
我國的設計規范對于鋼筋砼受彎構件,確定的最小配筋率的規定基本上是沿用前蘇聯20世紀五、六十年代的規定,數值明顯偏低。隨著我國國力的增強,結構設計的安全度增大以及結構耐久性設計概念的應用,鋼材供應狀況及水平的偏高,每次規范修訂均適當提高了受力鋼筋的最小配筋率,而且使其更為合理。a.在原《鋼筋混凝土結構設計規范》tj10-74中規定受彎構件最小配筋百分率:當砼強度標號為200號及以下時為0.1;當砼強度標號為250-400號時為0.15。b.在進行了修改后的《混凝土結構設計規范》gbj10-1989中規定受彎構件最小配筋百分率:當砼強度等級為c35時為0.15;當砼強度等級為c40-c60時為0.2。c.在現行的《混凝土結構設計規范》gb50010-2002中規定受彎構件最小配筋百分率為0.2和45 ft / fy中的較大值。
從國各內各個階段設計規范對最小配筋率規定的變化可以看出:隨著我國改革開放的進一步推進,國民經濟收入穩步的提高,對結構安全度的要求逐漸提高,綜合考慮各種因素,構件的最小配筋率均有提高,而且考慮了材料強度的影響,有利于促進高強材料在工程中的大量應用。
3hrb500鋼筋砼受彎構件的最小配筋率的應用
根據我國現行的《鋼筋砼用熱扎帶肋鋼筋》gb1499-1998中規定:hrb 335的屈服強度為335 mpa,hrb 400的屈服強度為400 mpa,hrb 500的屈服強度為500 mpa。我國現行的《混凝土結構設計規范》規定:hrb 335的屈服強度設計值為300 mpa,hrb 400的屈服強度設計值為360 mpa,不同種類鋼筋材料分項系數ys均為1.10,因此hrb500鋼筋的屈服強度設計值應取為450mpa。根據資料介紹的試驗結果并考慮到裂縫寬度的影響,對hrb500鋼筋的屈服強度設計值建議為420mpa,材料分項系數ys為1.19。根據我國現行的《混凝土結構設計規范》gb50010-2002中規定受彎構件最小配筋率百分率公式45 ft / fy,分別計算出各種鋼筋的最小配筋率。詳見表2。
表2鋼筋混凝土受彎構件配筋率要求
根據表2可以看出,鋼筋砼構件的最小配筋率的確定,不完全是技術問題,還反映了某一地區當時的經濟建設發展水平,具有一定的社會性和政策性。因此,考慮將hrb 500鋼筋砼受彎構件的最小配筋率百分率(%)為:當混凝土強度等級不大于c30時為0.15,當砼強度等級為c30以上時為0.2和45ft / fy 中的較大值為宜。根據上述淺要分析,國家推廣應用hrb500鋼筋不僅可以滿足建筑行業科技飛速發展的需用,還具有明顯的經濟效益和社會效益。為了在工程實踐中大力推廣hrb500鋼筋,考慮到我國實際國情,要采用hrb 500鋼筋砼受彎構件的最小百分率(%)為:當砼強度等級不大于c30時為0.15,當砼強度等級為c30以上時為0.2和45ft / fy,中的較大值安全。
參考文獻
1徐有鄰等.混凝土結構設計規范理解與應用.中國建筑工業出版社, 2002
關鍵詞:鋼筋結構設計規范質量驗收規范清單計價規范
中圖分類號:TL372+.3 文獻標識碼:A
案例:
某質檢部門檢查國有投資新建工程,檢查中發現施工單位將HPB300型設計鋼筋代換成HPB235型鋼筋,由此要求施工單位執行原設計標準,施工單位稱鋼筋代換系經過設計單位設計變更沒有違規,檢查人員稱按國家標準HPB235鋼筋已停止使用,如不執行指令不能進入下一道工序,因施工單位對該指令有異議,工地停工半月之久,建設單位考慮停工已對建設工期產生影響,遂同意施工單位鋼筋簽證要求,給予費用補償及工期補償,工程由此順利實施。
以上案例筆者從建筑結構設計原則及工程造價管理事項兩方面進行分析。
一、建筑結構設計原則
(一)鋼筋代換原則
1、鋼筋代換,實質上就是不同種類的鋼筋之間的代換。在施工過程中,施工單位由于缺乏設計所要求的鋼筋品種、級別或規格而進行鋼筋的代換,例如HPB300級、HRB335級、HRB400級之間的代換。鋼筋代換的總原則是保證鋼筋代換之后的結構在強度、抗裂度、裂縫寬度、撓度等各個方面性能均不低于原設計結構。在實際鋼筋代換過程中,要保證上述總原則的實現,并不是一件很容易的事,需要在強度、構造、變形三個方面逐一滿足。為此國家在《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB 50204 - 2002的5.1.1條文中規定 :當鋼筋的品種、級別或規格需作變更時,應辦理設計變更文件。5.1.1條文說明中:在施工過程中,當施工單位缺乏設計所要求的鋼筋品種、級別或規格時,可進行鋼筋代換。為了保證對設計意圖的理解不產生偏差,規定當需要作鋼筋代換時應辦理設計變更文件,以確保滿足原結構設計的要求,并明確鋼筋代換由設計單位負責。本條為強制性條文,應嚴格執行。
通過以上《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB 50204 - 2002可以了解施工單位可以要求進行鋼筋代換但必須經設計單位同意。可為什么檢查人員認為HPB235型號鋼筋已停止使用,并且不能代換呢,這需要了解鋼筋型號設計原則。
鋼筋型號設計原則
《混凝土結構設計規范》GB 50010—2010條款4.2.1中規定混凝土結構的鋼筋應按下列規定選用:1 、縱向受力普通鋼筋宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋,也可采用HPB300、HRB335、HRBF335、RRB400鋼筋;2、 梁、柱縱向受力普通鋼筋應采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500鋼筋;3、 箍筋宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500鋼筋,也可采用HRB335、HRBF335鋼筋;
通觀《混凝土結構設計規范》GB 50010—2010條款4.2.1沒有使用HPB235型號鋼筋內容,即2011年7月1日以后設計圖紙將不再出現HPB235型號鋼筋。可是在2011年8月1日起實施的《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204—2002 局部修訂的條文中卻沒有將HPB235鋼筋去除,究其原因
從《混凝土結構設計規范》GB 50010—2010條款4.2.1條的條文說明去找:
4.2.1 本次修訂根據“四節一環保”的要求,提倡應用高強、高性能鋼筋。根據混凝土構件對受力性能要求,規定了各種牌號鋼筋鋼筋的選用原則。
1增加強度為500MPa級的熱軋帶肋鋼筋;推廣400MPa、500MPa級高強熱軋帶肋鋼筋作為縱向受力的主導鋼筋;限制并準備逐步淘汰335MPa級熱軋帶肋鋼筋的應用;用300MPa級光圓鋼筋取代235MPa級光圓鋼筋。在規范的過渡期及對既有結構進行設計時,235MPa級光圓鋼筋的設計值仍按原規范取值。
通過以上分析發現檢查人員提出按《混凝土結構設計規范》2010HPB235型號鋼筋已停止使用,并且不能進行下一道工序的認識是錯誤的,規范條文明確說明《混凝土結構設計規范》GB 50010—2002與《混凝土結構設計規范》GB 50010—2010在過渡期內可以繼續使用,檢查人員不了解條文發出錯誤指令是導致八噸鋼筋報廢的真正原因,其實不是2011年7月1日以前使用HPB235鋼筋不滿足建筑設計要求,而是通過修訂規范使用HPB300、HRB400、HRB500等高強鋼筋達到節約建筑鋼材耗用量的目的,是國家“四節一環保”中節能、節材、一環保內容的體現,但顯然國家并不提倡浪費,所以條文說明提到了規范過渡期的問題。
工程造價管理事項
本工程為國有投資建設工程,《建設工程工程量清單計價規范》GB50500-2013的3.1.1條規定:使用國有資金投資的建設工程發承包,必須采用工程量清單計價。本工程適用《建設工程工程量清單計價規范》GB50500-2013內容。
工程量清單計價規范一般規定
3.3.2 承包人應按合同約定將采購材料和工程設備的供貨人及品種、規格、數量和供貨時間等提交發包人確認,并負責提供材料和工程設備的質量證明文件,滿足合同約定的質量標準。
3.3.3 對承包人提供的材料和工程設備經檢測不符合合同約定的質量標準,發包人應立即要求承包人更換,由此增加的費用和(或)工期延誤應由承包人承擔。對發包人要求檢測承包人已具有合格證明的材料、工程設備,但經檢測證明該項材料、工程設備符合合同約定的質量標準,發包人應承擔由此增加的費用和(或)工期延誤,并向承包人支付合理利潤。
此案例中合同并未約定采用HPB235鋼筋,施工單位也未將采購鋼筋的品種規格提交發包人確認,建設單位有權要求施工單位更換HPB300型鋼筋,增加的費用和延誤由施工單位承擔,
工程量清單計價規范合同價款調整一般規定
9.1.5 發包人與承包人對合同價款調整的不同意見不能達成一致的,只要對發承包雙方履約不產生實質影響,雙方應繼續履行合同義務,直到其按照合同約定的爭議解決方式得到處理。
關鍵詞:混凝土結構設計要點問題
中圖分類號:TU37文獻標識碼:A文章編號:
引言
建筑的功能越來越多樣化,使得每個建筑的結構設計都有自己獨特的要求及特點,這就要求設計人員不可生搬硬套,應仔細分析,從概念設計做起,選擇一個合理的結構方案并進行結構布置,再對結構進行計算分析。切不可一拿到建筑圖,就直接上機利用計算程序進行設計,完全相信計算程序。大致而言,鋼筋混凝土結構設計應包括下列內容:1)結構方案設計,包括結構選型、構件布置及傳力途徑;2)作用及作用效應分析;3)結構的極限狀態設計;4)結構及構件的構造、連接措施;5)耐久性及施工的要求;6)滿足特殊要求結構的專門性能設計。本文就上述6大設計內容分別進行闡述,結合實際結構設計中經常遇到的問題進行敘述,并提出解決方案。
1 結構方案設計及體系的選擇
目前,結構設計中常用的結構體系有砌體結構、框架結構、框架—剪力墻結構、剪力墻結構、框架—核心筒結構、筒中筒結構等。
合理經濟的結構體系的選擇,是一個多因素的復雜的系統工程,應從建筑、結構、施工技術條件、建材、經濟、機電等各專業綜合考慮。
從結構專業設計的角度出發,主要考慮以下兩個方面的問題:
(1)盡可能滿足建筑功能要求,一般商場、車站、展覽館、餐廳、停車庫等多層房屋用框架結構較多;高層住宅、公寓、賓館等用剪力墻結構較多;酒店、寫字樓、教學樓、科研樓、病房樓等以及綜合性公共建筑用框架—剪力墻結構、框架—核心筒結構較多;而超高寫字樓或辦公建筑也經常采用到筒中筒結構體系。
(2)按結構設計要求,低層、多層建筑可選用砌體結構或鋼筋混凝土結構,高層建筑可選用鋼筋混凝土結構或混合結構或鋼結構。對鋼筋混凝土結構,一般多、高層建筑結構可根據房屋高度和高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術條件等因素初步選擇結構體系。
無論采用何種結構體系,都應使結構具有合理的剛度和承載能力,避免產生軟弱層或薄弱層,保證結構的穩定和抗傾覆能力;應使結構具有多道防線,提高結構和構件的延性,增強其抗震能力。
2 荷載作用及分析
作用是指能使結構產生效應(包括內力、變形、應力、應變、裂縫等)各種原因的總稱。其中包括施加在結構的集中力或分布力所引起的直接作用和能夠引起結構外加變形或約束變形的間接作用。結構上的作用與結構設計所采用的荷載有相同點也有區別,在這里不再詳述,主要對荷載作用進行分類和分析。
荷載在設計上可將其分成三個類別:
(1)永久荷載
在結構使用年限內,其值不隨時間變化,或其變化與平均值相比可以忽略不計,或其變化是單調的并能趨于限值的荷載。例如結構自重、土壓力、預應力等。
(2)可變荷載
在結構使用年限內,其值隨時間變化,且其變化與平均值相比不可以忽略不計的荷載。例如樓面活荷載、屋面活荷載和積灰荷載、吊車荷載、風荷載、雪荷載等。
(3)偶然荷載
在結構使用年限內不一定出現,一旦出現其值很大且持續時間很短的荷載。例如爆炸力、撞擊力、龍卷風荷載等。
在結構設計中,荷載的正確取值關系到結構的安全性、經濟性等問題。在結構復核過程中,經常發現設計人員荷載取值有誤或漏輸荷載,或人為放大荷載,或在梁柱及基礎設計時荷載折減系數取值有誤等問題,所以結構設計過程中,應對荷載作用進行分類,正確進行荷載取值才能使建筑結構設計做到安全、經濟、合理。
3 結構的極限狀態及結構計算與分析中常見問題
混凝土結構的極限狀態包括承載能力極限狀態和正常使用極限狀態。承載能力極限狀態計算主要包括:(1)結構構件的承載力計算;(2)直接承受重復荷載的構件應進行疲勞驗算;(3)有抗震設防要求時,應進行抗震承載力計算;(4)必要時尚應進行結構的傾覆、滑移、漂浮驗算等。正常使用極限狀態驗算主要包括變形驗算、裂縫驗算及樓板舒適度驗算等。
在結構計算與分析階段,如何準確、高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理,是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進,因此,結構工程師也應該相當地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。
3.1結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等。但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以,在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件相差較大的計算結果中,判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則,如果選擇了不合適的計算軟件,不但會浪費大量的時間和精力,而且有可能使結構有不安全的隱患存在。
3.2是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及,只是,在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。
3.3振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念,并明確提出了該參數的限值。,因此,在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷,并決定是否要調整振型數目的取值。
3.4多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現,而在計算分析該類型高層建筑時,是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算,還是將結構人為地分開進行計算,是結構工程師必須注意的問題。新《高規》JGJ3-2010第10.6.3-4條明確規定,要求按整體和分塔樓計算模型分別驗算整體結構和各塔樓扭轉為主的第一周期與平動為主的第一周期的比值應符合規范要求。
4 結構及構件的構造、連接措施
4.1 混凝土結構構件應控制截面尺寸和受力鋼筋、箍筋的設置,防止剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結破壞先于鋼筋破壞。
4.2 多、高層的混凝土樓、屋蓋宜優先采用現澆混凝土板。
4.3 結構各構件之間的連接,應符合下列要求:
(1)連接部位的承載力應保證被連接構件之間的傳力性能;
(2)當混凝土構件與其他材料構件連接時,應采取可靠的措施;
(3)構件節點的破壞,不應先于其連接的破壞;
(4)預埋件的錨固破壞,不應先于連接件。
5 耐久性設計常見問題及處理
目前對混凝土結構耐久性的要求主要有兩部規范,分別是《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)和《混凝土結構耐久性設計規范》(GB/T50476-2008),兩者規定有一定區別,在結構設計中,經常令設計人員無所適從,不知以何者為準。筆者認為,前者屬于國家標準,而后者為國家推薦性標準,故在耐久性設計宜按《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)采用。
6 滿足特殊要求結構的專門性能設計
目前我國建筑結構高度越來越高,復雜及不規則程度越來越多,超限性能化設計已越來越普遍。對此,《建筑抗震設計規范》GB50011-2010及《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010均有相應章節對性能化設計做了較為詳細的規定。
在結構設計過程中,選用性能目標成為性能化設計中重點內容,關系到建筑結構達到抗震三水準的設防要求和經濟性、合理性。
7 結語
本文中,通過對鋼筋混凝土結構設計的要點和常遇問題的分析及處理的闡述,分別指出結構設計特別需要注意的地方,希望有助于讀者了解混凝土結構設計的步驟,正確把握規范條文,順利設計,將建筑結構設計得安全、經濟、合理。
參考文獻:
[1]中華人民共和國國家標準. 建筑結構荷載規范(GB50009-2012).北京:中國建筑工業出版社,2012
[2]中華人民共和國國家標準. 混凝土結構設計規范(GB50010-2010).北京:中國建筑工業出版社,2011
關鍵詞 建筑設計 結構設計 安全度對策
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A
隨著我國經濟的快速發展,建筑業也呈現出了快速發展的趨勢,然而建筑業的發展也帶來了一系列的問題,其中建筑安全問題成為一大核心問題。建筑安全問題產生的根源在于建筑結構設計的不合理性,由此如何保證建筑結構設計的水平將直接關系到建筑的穩定性和功用性,直接關系到建筑是否能夠滿足使用群體的需求。
1建筑結構設計中存在的安全問題
1.1建筑結構設計不合理
建筑安全問題發生的原因之一即為建筑結構設計的不合理性。在設計過程中,一些建筑設計人員過分注重建筑的外觀藝術效果,而忽視建筑實踐,這就導致建筑很難發揮功用性,極易由于外部環境的改變而導致結構的變形,由此導致安全隱患的發生。除此之外,針對高層建筑,在建筑結構設計過程中較易忽視地震和巨大風力可能帶來的水平側向力。在建筑結構設計過程中對于這些問題的忽視或者是設計的不合理,都會直接導致建筑安全問題的發生,降低建筑的穩定性。
1.2建筑結構設計中的偷工減料問題
建筑安全問題發生的另一重要原因即為建筑結構設計中存在的偷工減料問題。一些商家由于利益的驅使往往會在建筑結構設計中通過偷工減料來節約成本提高效益,由此就會嚴重威脅到建筑的安全性和穩定性。比如說鋼筋的配筋率問題。國家對鋼筋的配筋率有明確的規定,并要求建筑結構設計人員對配筋率嚴格控制,從而保證建筑建設的質量,但是在實際工程建設過程中,偷工減料問題時有發生,這就導致建筑的穩定性差,由此嚴重威脅建筑使用群體的生命財產安全。
2提高建筑結構設計安全度對策
2.1加強建筑各有關單位的溝通
建筑結構設計工作不能獨立的由設計單位進行操作,需要各相關部門之間的溝通,由于設計人員對建筑工程概況了解的局限性,由此在設計的過程中需要各領域人員的相互配合,共同參與結構設計的全程,由此可以防止建筑設計與實際操作間的誤差,增強設計的效用和準確度,從而最大限度的保證建筑結構設計的安全性。結構工程師要積極組織并參加各專業的協調會議,從而確定建筑設計的核心問題,由此可以更為透徹的把握建筑設計的意圖,避免設計出圖后造成的返工問題。
2.2嚴格遵守建筑結構設計相關規范
建筑結構設計工作是一個高度規范化的工作,不論在建筑設計過程中對設計圖樣做出什么樣的創新,都必須以建筑結構設計基本規范作為著手點。近年來,為了提高建筑的使用質量,相關政府機構推出了各項技術規范,這些技術規范具有強制性,目的就在于規范設計人員行為,從而最大限度的保證建筑結構設計的合理性和安全性,最大限度的降低建筑安全隱患的發生。相關規范主要包括:《混凝土結構設計規范》《建筑地基基礎設計規范》《高層建筑混凝土結構設計規程》《建筑抗震設計規范》,只有明確了相關規范的各項要求并且嚴格對建筑結構設計按此規范執行,才能保證結構設計的合理性和安全性,充分保證建筑效用水平的發揮。
2.3加大建筑結構設計安全度細節考慮
在建筑結構設計的過程中,除了要選擇優秀的設計團隊并遵循建筑設計相關準則,最重要的就是要考慮建筑結構設計的細節問題,只有對細節問題進行考慮,才能保證建筑結構設計的穩定性。具體說來,在建筑結構設計過程中要考慮最小配筋率問題,如果配筋率達不到要求,則混凝土的延性會很差,由此可能會導致結構的裂縫,影響建筑的穩定性。
其次,要考慮混凝土的保護層厚度問題。保護層是指混凝土構件中,起到保護鋼筋避免鋼筋直接的那一部分混凝土,其厚度為縱向鋼筋(非箍筋)外緣至混凝土表面的最小距離。保護層最小厚度的規定是為了使混凝土結構構件滿足耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求。混凝土結構中,鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的復合材料,兩種材料的良好粘結性能才能保證它們能夠共同工作,由此要從鋼筋粘結錨固角度對混凝土保護層提出要求;從耐久性方面考慮,鋼筋在大氣或者其他介質中,容易受蝕生銹,使得鋼筋的有效截面減少,影響結構受力,因此需要考慮保護層厚度問題以保證構件在設計使用年限內鋼筋不發生降低結構可靠度的銹蝕。除此之外,對有防火要求的鋼筋混凝土梁、板及預應力構件,為了保證構件在火災中按建筑物的耐火等級確定的耐火限的時間段里構件不會失去支持能力,也要考慮保護層厚度問題。混凝土保護層厚度大,構件的受力鋼筋粘結錨固性能、耐久性和防火性能越好。但是,過大的保護層厚度會使構件受力后產生的裂縫寬度過大,就會影響其使用性能。由此,要綜合考慮保護層厚度,以便在建筑結構的各個角度合理安排混凝土厚度。《混凝土結構設計規范》82.1條規定縱向受力的普通鋼筋及預應力鋼筋,其混凝土保護層厚度(鋼筋外邊緣至混凝土表面的距離)不應小于鋼筋的公稱直徑,一般設計中采用最小值。
最后,要充分考慮建筑結構的抗震性能。在建筑結構設計中,要保證建筑結構布置的合理性,從而從根本上保證建筑物的抗震性能,從經驗來看,簡單、規則、對稱的建筑物抗震能力更強,更易經受地震的破壞作用。由此基于抗震考慮,在建筑設計中,建筑平面和立面就應盡可能設計規整和簡潔,要避免嚴重不規則的設計方式,避免由于建筑盲目的創新性對建筑安全性的忽視。
3結語
建筑結構設計安全度問題是建筑業應該特別關注的問題,當下,由于結構設計問題導致的建筑安全事故造成的損失巨大,所以提高建筑結構設計水平有助于提高建筑穩定性和安全性,有助于發揮建筑功用性和效益性。作為現代化發展的重要標志,建筑業的健康發展已不能僅僅局限于建筑數量的增多,而更多的要關注建筑的安全性水平,只有這樣,才能滿足人們對建筑的要求,加快我國現代化建設的步伐,同時更好的促進建筑業向著更快更好的方向發展。
參考文獻
關鍵詞:框架結構;強柱弱梁;概念設計
1 引言
概念設計對于結構設計來說十分重要,甚至可以說概念設計是結構設計的根本。概念設計有幾個重要原則:“強柱弱梁”,“強節點弱構件”,“強剪弱彎”。本文重點討論框架結構的強柱弱梁問題。
框架結構設計上要求強柱弱梁,以保證結構的延性,用以提高結構的變形能力,防止在強烈地震作用下倒塌。強柱弱梁不僅是手段,也是目的,其手段表現在人們對柱的設計彎矩人為放大,對梁不放大。其目的表現在調整后,柱的抗彎能力比之前強了,而梁不變。即柱的能力提高程度比梁大。這樣梁柱一起受力時,梁端可以先于柱屈服。
2 規范的相關規定
《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)第6.2.2條規定:一、二、三級框架的梁柱節點處,除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁與框支柱的節點外,柱端組合的彎矩設計值應符合下式要求:
∑Mc =ηc∑Mb (1)
一級框架結構及9度時尚應符合
∑Mc =1 .2∑Mbua (2)
式中各符號意義見規范。
當反彎點不在柱的層高范圍內時,柱端截面組合的彎矩設計值可乘以上述柱端彎矩增大系數。《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)第6.2.5,第7.2.22條以及《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)第11.3.2條均有相似的規定。
3 問題
但汶川地震的結果并不如預想的一樣,如下列圖:
4 討論如何從設計上保證強柱弱梁
(1) 框架梁端彎矩調幅
由于鋼筋混凝土結構具有塑性內力重分布性質,在豎向荷載下可以考慮適當降低梁端彎矩,進行調幅。
優點:①減少負彎矩鋼筋的擁擠現象。
②有利于實現強柱弱梁
③減少梁端,增大跨中,梁構件偏于安全。
(2)中梁剛度放大系數
《高規》第5.2.2條規定:在結構內力和位移計算中,現澆樓板和裝配整體式樓面中梁的剛度可考慮翼緣的作用予以放大。其建議中梁該系數取2,邊梁取1.5。
規范對于梁剛度的放大主要是為了考慮樓板剛度對梁的貢獻。因為我們手算、電算的時候是無法考慮樓板對梁的剛度貢獻,因此規范規定可通過采用梁剛度放大的方法來近似考慮。
但在實際操作過程中,若對中梁剛度進行放大,一般情況下梁的內力會增加,相應配筋也會變大,因為T形截面的鋼筋全配在了矩形截面里。結構有由強柱弱梁往強梁弱柱轉化的趨勢。
所以建議算梁內力時,中梁剛度放大系數取1.0,算位移時,可以考慮中梁剛度放大。
(3)柱梁的線剛度比
雖然規范沒有規定框架結構柱梁線剛度比。但是框架柱作為豎向構件,有必要截面適當的強,對于傳遞豎向力的水平構件的框架梁也有必要適當的弱。在抗震設防區,框架柱與框架梁的線剛度比宜控制在1.5~2.5范圍較為合理。但有些情況不宜實現,往往框架柱與框架梁的線剛度比值還會很小,比如框架柱與井字梁的邊梁的線剛度比值。此時建議結合柱軸壓比進行控制,軸壓比應比規范規定限值要小多些。
(4)控制柱子配筋率
《混凝土結構設計規范》規定柱中全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5%。
但本人認為最好控制在1%~2.5%,一方面經濟性較好,另一方面說明柱截面尺寸相對合適。當柱配筋較大時說明柱截面尺寸相對較小,帶來的必然是柱的線剛度較小。
5 中梁剛度放大系數的影響
《高規》第 5.2.2 條規定:在結構內力與位移計算中,現澆樓面和裝配整體式樓面中梁的剛度可考慮翼緣的作用予以放大。樓面梁剛度增大系數可根據翼緣情況取1.3—2.0。按照《高規》條文說明中的建議,當近似以梁剛度增大系數考慮時,應根據梁翼緣尺寸與梁截面尺寸的比例予以確定,通常邊框架梁取1.5,中框架梁取2.0。
在水平地震力作用下,梁剛度對于結構內力、位移、周期等均有影響。一般情況下,梁的剛度增大,其內力也會相應增大,配筋增加,導致梁承載力得到提高。而對于大多數柱子而言,即使柱端彎矩增加,其配筋面積仍然為構造配筋,承載力并沒有相應得到增加,這樣就使結構存在由強柱弱梁向強梁弱柱轉變的趨勢。并且,即使框架柱是計算配筋,在水平地震力作用下,由于梁剛度增大很多,使內力更多地分配給了框架梁,從而造成框架柱內力減小,配筋減小,承載力降低,更有可能使結構轉變成強梁弱柱,對抗震更加不利。
所以,筆者認為在計算框架梁柱配筋時,要合理考慮設置梁剛度放大系數,并且相應增加框架柱的計算和構造措施。比如,在實配柱縱筋和箍筋時,應考慮由于梁翼緣板的作用和梁裂縫寬度驗算所導致增加梁縱筋的影響;增大框架柱的最小截面尺寸及最小配筋率等。
6 結論
強柱弱梁概念設計對框架結構的延性及安全性起著重要作用,因為一旦柱端先與梁端出現塑性鉸,輕者引起局部坍塌,重者引起整幢樓倒塌。因此結構設計時應充分重視強柱弱梁的實現。本文從結構設計過程中指出應該注意的問題和指標。對結構設計有一定的指導意義。
參考文獻:
[1] GB50010-2002,混凝土結構設計規范[S].
[2] JGJ3-2002/J186-2002,高層建筑混凝土結構技術規程[S].
[3] GB50011-2001,建筑抗震設計規范[S].