混凝土结构设计常见问题分析.pdf
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1、 19 Building Structure 设计交流 We learn we go 混凝土结构设计常见问题分析 徐琳 尤天直 朱炳寅/中国建筑设计研究院 1 结构计算应注意的问题 采用 SATWE 程序进行结构整体计算时, 对计算参数取 用不当,会影响计算结果的准确性、可靠性,有可能造成计 算结果偏于不安全。 1) 计算中对是否点取“对所有楼层强制采用刚性楼板 假定”选用不当。在结构计算中应采用符合实际情况的楼板 刚度计算假定;当计算模型存在楼板开大洞、不连续、弱连 接的情况,不符合刚性楼板假定时,应采用“弹性楼板假定” 计算, 同时地震作用应采用总刚分析方法计算, 而计算结构 的位移比时,
2、 则应选用 “对所有楼层强制采用刚性楼板假定” 进行补充计算。 2) 在计算框架结构、框架-剪力墙结构、带转换层的 结构时,计算层刚度比选用“剪切刚度”不妥,宜选用“剪 弯刚度”法计算各层侧向刚度比。见文1。 3)在输入风荷载信息中的结构基本周期时,其取值与 结构计算第一周期相差过大。 结构基本周期可直接取用经计 算得到的结构第一周期数值填入,再对结构重新进行计算, 以使结构风荷载的计算更为准确。 4)多层钢筋混凝土结构整体计算,当楼层的弹性水平 位移比大于 1.3 时,而仍未计入双向水平地震作用下的扭转 影响。根据建筑抗震设计规范(GB50011-2001)(简 称抗震规范)第 3.4.2
3、条规定,当楼层的弹性水平位移比大 于 1.2 时,结构属于平面扭转不规则,又根据抗震规范第 5.1.1 条规定,质量和刚度分布明显不对称(扭转明显不规 则)的结构,应计入双向水平地震作用下的扭转影响。建议 当不考虑偶然偏心时,楼层的弹性水平位移比大于 1.2 时, 宜计入双向水平地震作用下的扭转影响。 5)计算有斜交抗侧力构件的结构,当其斜交角度大于 15时,未增加相应斜向抗侧力构件的水平地震作用计算。 抗震规范第 5.1.1.2 条规定,对有斜交抗侧力构件的结构, 当相交角度大于 15时,应分别计算各抗侧力构件方向的水 平地震作用。 6)在结构整体计算时,设计未考虑最不利地震作用方 向的影响
4、。 地震沿着不同的方向作用时, 结构地震反应的大 小一般也不同, 程序计算结果会给出一个最不利地震作用方 向角度, 设计人应将该方向作为斜交抗侧力构件方向的附加 地震作用方向, 增加验算该方向地震作用, 以体现最不利地 震作用的影响,并以此较大的计算结果设计、编制施工图。 7)在计算复杂结构时应注意控制薄弱层,并对其作用 力和内力进行调整。 当结构的层间受剪承载力不符合混凝土 高规第 4.4.3 条时, 设计需要在总信息中定义此层为薄弱层, 使程序能够按照抗震规范第 3.4.3.2 条规定对薄弱层增大地 震剪力和杆件内力; 转换层应强制定义为薄弱层。 如计算某 高层建筑,第 3 计算层(地上
5、1 层)抗侧力结构的受剪承载 力与相邻上部楼层的比值在两个方向分别为 0.73 和 0.59, 均小于 0.8,设计需要定义此层为薄弱层。 8) 计算柱、墙和基础时,采用的活荷载折减系数应符 合建筑结构荷载规范(GB50009-2002)(简称荷载规 范)第 4.1.2 条。当建筑的使用功能不属于荷载规范表 4.1.1 中第 1(1)项时,活荷载应按 4.1.2 条内的相应规定进行折 减。 例如当计算的住宅建筑含有 3 层底商用房时, 则底商的 活荷载折减系数均应取 0.9 或不折减。计算中要注意,程序 内定的活荷载折减系数为荷载规范表 4.1.2 数值,如折减系 数不同时,需调整折减系数。
6、9) 计算某四层的钢筋混凝土结构, 采用刚性楼板计算 假定,地震作用振型数取用了前 15 个,由于振型数量取用 过多, 造成计算结构周期不准确, 地震作用下的结构内力异 常。 地震作用振型数量的取用多少与结构层数及结构形式有 关,计算振型数要保证振型参与质量不小于总质量的 90%, 一般在刚性楼板假定的情况下取用的振型数不大于 3 倍层 数,见文2中对于计算振型数的说明。 10)当结构中有越层柱时,计算宜考虑 P-效应,以 控制重力二阶效应对构件的影响。 2 其它计算应注意的问题 1)计算钢筋混凝土框架或框架-剪力墙结构时,当框架 梁与柱偏心较大(偏心距大于柱宽的 1/4)时,设计须考虑 偏心
7、对梁柱节点核心区的不利影响。 计算模型中梁布置应按 实际偏心情况建模;并应参照抗震规范附录 D 的验算方法 进行核心区截面抗震验算; 构造上可在梁支座处采取增设水 平加腋措施, 也可适当减小柱的轴压比控制值, 提高框架柱 的延性。设计应特别注意,在 9 度抗震设计时,不应采用梁 柱偏心较大的结构,见混凝土高规第 6.1.3 条的条文说明。 2)计算长悬臂结构时未考虑竖向地震作用。按抗震规 范第 5.1.1.4 条规定,长悬臂结构应考虑竖向地震作用;按 抗震规范第 5.3.3 条规定, 竖向地震作用可采用静力法计算, 即增加竖向等效荷载;竖向地震作用标准值:在 8 度和 9 度地震区可分别取该结
8、构重力荷载代表值的 10%和 20%。 20 设计交流 Building Structure We learn we go 3)在计算文件中,应对荷载有清楚的计算过程,对特 殊活荷载及有特殊使用要求的荷载取用要提供依据。 例如计 算室外地面的地下室顶板荷载、 屋顶花园荷载、 游泳池的水 深等,以使校审过程或归档后进行相关荷载查询一目了然。 4)结构整体计算时,设计要注意计算的荷载对周边结 构的影响应与实际相符, 避免由于荷载错漏而造成结构构件 内力计算错误。如:计算卫生间、卫生间前室等隔墙较密的 楼板荷载, 楼板上隔墙的等效荷载计算偏小; 计算楼梯荷载 一概按等效板面荷载输入, 在有些情况下分
9、配至楼梯周边梁 上的荷载与实际不符, 造成某些楼梯边梁荷载分配偏小; 计 算自动扶梯边梁荷载时, 计算的荷载形式不符合实际受力状 况或计算的荷载小于厂家提供的荷载等。 5) 在计算有较小高差的楼板配筋时 (如高差300mm) , 对板在高差处的支座按简支边模型计算和配筋, 笔者认为此 种情况不同于错层楼板计算模型, 建议设计可按无高差连续 板简化计算, 高差处的两边板支座纵向受拉钢筋可参照此计 算结果配置, 设计也可根据高差和梁抗扭刚度等因素, 对支 座弯矩调幅 0.80.9,同时加大相应跨中的弯矩。对于计算 较大跨度悬挑板结构,当悬挑板厚度大于支座内跨板厚度 时, 设计应注意, 悬挑板根部的
10、内跨板支座抗弯承载力应满 足悬挑板根部倾覆弯矩的要求。 6)当计算的悬臂梁跨度较大、受荷较大时,应特别注 意要补充验算该梁在长期荷载效应下的挠度及裂缝。 7) 当地基基础设计等级为甲级、 乙级时, 设计未按 建 筑地基基础设计规范(GB50007-2002)(简称地基规范) 第 3.0.1 条、第 3.0.2 条要求,进行地基变形计算。如高层建 筑与周边纯地下车库连为一体形成大底盘地下室的工程, 其 地基基础设计等级为甲级, 设计应根据场地地质条件和建筑 结构情况进行地基变形验算。 8)计算有一层地下室的建筑时,由于各种因素使0.00 层作为嵌固端有欠缺, 设计应按有一层地下室和无地下室两 种
11、模型分别计算包络设计。 9) 在计算0.00 层无楼板处的地下室外墙时, 地下室外 墙为悬臂挡土墙。 设计应注意除计算墙身配筋外, 必要时尚 应对墙下基础作为挡土墙的一部分进行抗倾覆及抗滑移验 算,基础配筋应满足节点平衡的受力要求。 10) 在计算纯地下车库顶板结构上支立的挡土墙时, 应 注意考虑挡土墙根部弯矩对下部顶板结构的影响, 满足节点 平衡的受力要求。 11) 在设计无地下室的钢筋混凝土框架结构独立柱基础 时, 基础计算除考虑上部轴力的作用外, 尚应考虑柱根部的 弯矩和剪力对地基基础承载力的影响。 12) 设计下沉式庭院结构, 下沉底板的周边设有独立外 墙, 且有地下水影响, 设计要验
12、算整体结构是否满足抗浮要 求, 当外墙作为下沉底板的边梁抵抗地下水浮力时, 外墙除 满足承受侧向土压力的强度和正常使用要求外, 应补充验算 外墙平面内按深梁计算的承载力要求。 13)人防外墙的土压力计算,其分项系数不应取 1.0。 按人民防空地下室设计规范(GB50038-2005)第 4.10.2 条,永久荷载分项系数,当其效应对结构不利时取 1.2。 14) 在计算挡土墙的土压力、 地基或斜坡稳定及滑坡推 力时(即计算土体的承载能力时),设计要注意荷载效应按 承载能力极限状态下荷载效应的基本组合, 但荷载分项系数 均为 1.0,见地基规范第 3.0.4-3 条要求。而在设计基础、支 挡结构
13、截面或计算基础或支挡结构内力、 确定配筋和验算材 料强度时(即计算结构构件的承载能力时),荷载效应和相 应的基底反力,应按承载力极限状态下荷载效应的基本组 合,并采用相应荷载分项系数,见地基规范 3.0.4-4 条要求。 15) 建筑物的地基变形计算, 传至基础底面上的荷载效 应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合, 不应计 入风荷载和地震作用。见地基规范第 3.0.4-2 条要求。 16)在高层建筑地基基础设计时,按混凝土高规第 12.1.6 条规定:对高宽比大于 4 的高层建筑,基础底面不宜 出现零应力区。 高层建筑主楼和相邻裙楼基础相连且质量偏 心较大时, 可对主楼与裙楼分别进行基
14、底压力计算, 并应分 别满足地基承载力和变形要求,保证高层建筑抗倾覆能力。 17) 计算独立柱基防水板基础时, 防水板计算简图取 四边支撑板不妥。具体计算原则和计算方法建议参考文3。 18)计算书有漏项、缺项、计算结果未给全等问题出现 较多:如未提供大跨钢筋混凝土梁(包括大跨悬挑梁)的挠 度及裂缝验算, 未提供较大跨钢筋混凝土楼板 (包括现浇混 凝土空心楼板)的挠度及裂缝验算,见混凝土结构设计规 范(GB50010-2002)(简称混凝土规范)3.3.4 条;未提 供钢筋混凝土框架结构的薄弱层验算, 见抗震规范 5.5.2 条; 未提供结构超筋超限信息;未提供钢筋混凝土框-剪结构中 框架承担的
15、倾覆力矩占总倾覆力矩的比例信息; 剪力墙厚度 不满足抗震规范要求时, 未补充验算墙体稳定; 未提供梁板 式筏基底板受冲切、 受剪承载力验算, 见地基规范 8.4.5 条。 3 结构构造应注意的问题 3.1 地上结构 1)在很多工程的结构设计中,结构楼板有很大的凹入 或开大洞,使结构平面出现细腰、弱连接部位,结构平面不 满足混凝土高规第 4.3.6 条规定。这种情况宜采用考虑弱连 接楼板变形影响的计算方法(如考虑弹性楼板计算);构造 上应对弱连接部位的梁板采取相应的加强措施: 如适当加厚 21 Building Structure 设计交流 We learn we go 弱连接楼板的板厚, 对弱
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