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土建結構設計分析

作者:admin 發布日期:2019/2/18 關注次數: 二維碼分享

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,而忽視了規范中特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。

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