淺析鋼筋混凝土結構設計的常見問題

導語：鋼筋混凝土工程上常被簡稱為鋼筋砼(tong)。是指通過在混凝土中加入鋼筋鋼筋網、鋼板或纖維而構成的一種組合材料與之共同工作來改善混凝土力學性質的一種組合材料。為加勁混凝土最常見的一種形式。、

　　一、前言

隨着我國經濟的飛速發展，城市面貌日新月異，一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之建築功能的不斷豐富，新穎的造型，致使工程設計越來越複雜，但目前的設計週期普遍偏短，也使設計文件中普遍存在某些質量問題，應該引起我們的重視。在此，作為一個從事結構設計工作十幾年的工程技術人員，非常願意把我在工作中得到的經驗和大家一同分享和交流。下面，我就通過“鋼筋混凝土結構”--這個我們最常採用的結構形式，在設計過程中，容易忽視的問題，做一個簡單介紹，願和同行商榷。

　　二、地基與基礎設計過程中存在的問題

1、柱下獨立基礎帶樑板式的地下室底板設計中，地下室底板設計中，容易忽視因建築物沉降所引起的附加應力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎在上部荷載作用下，將會一起發生沉降變形，共同受力，如未考慮因此產生的附加應力，對底板而言是偏於不安全的，有可能會導致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對於採用天然地基的情況時，其影響則更為顯著。對於總沉降量較小的工程，可考慮在地下室底板與持力層之間採取褥墊處理措施，當然，是否採用，還要綜合考慮其他因素。另外，對於地下水位季節性變化較大的地區，應考慮高低兩種不同水位對地下室底板的不同影響，求出包絡圖，再做配筋設計。

2、對於有地下室的建築，當地下水位較高時，在室外地坪之下的結構部分，外輪廓形狀應儘量簡潔，這樣有利於建築防水的施工。尤其對於柱下承台的形式，更為明顯。此時，由於柱下承台的影響，基槽地模形狀很複雜，有很多的陰陽角和放坡，即加大了防水施工的難度，有加長了施工時間，都不利於保證質量，並且還增加工程造價。對於這種情況下，我建議大家考慮反承台法，即統一地下室底板和承台的下皮標高相同，承台需要加厚部分向上作，然後地下室內部作濾水層和覆土等地面做法。這種做法的優點是，基槽地模形狀很簡單，方便施工，利於施工質量得保證，同時也縮短了施工時間。並且，內部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，減小配筋，這種自相平衡的思路最科學。同時也提高了建築物的抗傾覆能力。

3、地下室底板和外牆配筋計算時，往往假設條件與實際情況不符。例如地下室外牆配筋計算:有的工程外牆配筋計算中，凡外牆帶扶壁柱的，不區別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計算配筋，而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋，又未按外牆雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外牆與扶壁柱變形協調的原理分析，其外牆豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外牆的水平分佈筋有富餘量。建議:除了垂直於外牆方向有鋼筋砼內隔牆相連的外牆板塊或外牆扶壁柱截面尺寸較大(如高層建築外框架柱)之間外牆板塊按雙向板計算配筋外，其餘的外牆宜按豎向單向板計算配筋為妥。

4、天然地基錐體獨立基礎設計問題，有的基礎設計錐體斜面坡度大於1:3，該錐體部分砼很難振搗密實，現場施工往往是砼自然堆上，採用鏟子或抹灰刀拍搗成形，其錐體部分的砼很難達到設計強度要求。因此建議優先採用階梯形獨立基礎，利於施工，才能更好地保證施工質量。

5、柱下獨立基礎之間的拉樑，如同時又是首層維護牆的承重樑的時候，不應該再簡單地按拉樑進行設計。而且在考慮荷載時，要考慮樑上皮以上土擴散角之內的土重。

　　三、上部結構設計過程中存在的問題

1、框剪結構，剪力牆的佈置要均勻，不要出現單肢剛度過大的剪力牆，以免應力過於集中，一旦破壞，將構成嚴重影響。而且，與之相關聯的基礎，連樑等構件的設計難度都會加大。剛度較大的第一級別的剪力牆(同一級別的剪力牆是指剛度相近，比值小於2時的牆肢)，其牆肢數不應少於4肢。另外，當遇到中震時，我們應考慮第一級別的剪力牆進入塑性後，還應有小級別的剪力牆來維持建築物變形不致過大，產生次生災害。這就是多道設防的概念。但當遇到大震時，小級別的剪力牆也進入塑性階段後，建築物基本已經破壞了。此時，我們應該通過我們的設計有選擇地讓樑破壞，從而保證柱子的完整性，來保證建築不倒，或緩倒，以爭取時間，減少人員的傷亡。這就是我們説的`延性設計。

2、框剪結構的連樑設計很重要，但我們看到，目前很多設計在這個環節上做的並不好。有的是因為重視不夠，有的是應為認識不足。現在我把我在這方面的經驗簡單介紹一下。首先，什麼是連樑呢?簡單的説，就是那些連接兩片剪力牆，當遇到中震或大震時，它會首先開裂，起到耗能作用，從而使建築物保持一定延性的樑。只有滿足了這種情況，才是連樑，或者説我們才有意義把它按連樑進行設計。根據它的特性，我們就應該設計時注意幾點，第一，不要盲目地增大它抗彎的能力，否則會使連樑延遲破壞，起不到及時耗能的作用，致使其他重要構件破壞，使結構失去延性。第二，我國現行結構規範中規定，連樑上不許搭框架樑。我覺得這句話説得不嚴謹，更準確的定義應該是，不準搭重要的豎向承重構件。因為我們設計連樑會在遇到中震或大震時，首先開裂，所以它的抗剪能力也會急劇下降，如果此時它還承受着很大的豎向荷載，就會引起連鎖破壞。

3、“強柱弱樑，強剪弱彎，強大節點”，是我們鋼筋混凝土結構延性設計的基本原則。但在震害調查中發現，我們設計的“強柱弱樑”的延性破壞機制有時難以實現，這是因為我國的《建築抗震設計規範》對一、二、三級框架節點的“強柱弱樑”設計有以下要求:∑Mc=η∑Mb，∑Mc——節點上下柱端同向彎矩之和，∑Mc——節點左右樑端同向彎矩之和，η——柱彎矩增大系數，7度區的多層框架抗震等級為三級η=1.1，但這僅針對於小震彈性設計;當建築遭受“中震、大震”時，由於地震作用，框架樑、柱的彎矩增大很多，而框架樑端彎矩為豎向荷載和地震作用產生的彎矩之和，其增大比例相對柱要小很多，由於鋼筋的超強效應過大，因而造成框架節點處樑受彎承載力大於相對應柱正截面承載力而出現柱鉸。另外，當結構採用現澆板時，結構分析計算時考慮板的作用而加大梁剛度，樑設計配筋時卻沒有考慮板鋼筋的作用，再者設計人員人為加大梁配筋，這對於框架節點無疑是雪上加霜，因而框架結構“弱柱強梁”的破壞形態就產生了。所以，我們在設計時，不要盲目加大框架樑支座處的上部鋼筋，但應適當柱子的配筋。

4、在懸挑的挑樑的端頭，應設置構造柱，把每層的挑樑聯繫起來，並按受拉構件要求，設計構造柱。這樣做的優點是，通過構造柱，協調了挑樑的變形，即使出現局部超載的情況，也可以把力傳到其他層上，共同承擔，從而變相的提高了結構安全度。另外也加大了對外維護牆的約束，防止牆體外閃。

5、另外還有一些構造上的細節問題，要多注意。比如如鋼筋混凝土構件在不同條件下的鋼筋保護層厚度的取值;框架樑端縱向受拉鋼筋配筋率大於2%時，箍筋直徑應按要求增大2mm;框架樑端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值偏小;框架樑高小於400時加密區箍筋間距偏大(如採用@100，小於樑高的四分之一);框架樑端縱向受拉鋼筋配筋率大於2.5%;框架柱全部縱向鋼筋的配筋率偏小等等，這些都是我們設計的構件能夠正常工作的前提，應予以重視。

　　四、結束語

建築結構設計質量，密切關係到人民生命財產的安全，責任重大。而且結構專業是一個既有深度又有廣度的專業，我們必須在工作中，不斷地學習、總結，才能有所進步，才能成為一名合格的工程師。這也是我把我在設計過程中的一些認識寫出來的原因，希望與同行們一起討論、共同提高。