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框架设计易被忽视的问题和解决措施

结最近自己做的工程,有一些经验供大家参考。

 
(一)构造问题
1.地沟深度大于基础埋深,此时基础应加深;
当一层填充墙靠地面加厚承重时,地沟应加深或设过梁;
基础拉梁位于±0.00时,地沟应加深以躲梁高。
 
2.当一层层高较大时,不宜用地面加厚的方式承填充墙,以防止变形不协同引起的墙体裂缝,宜设基础拉梁,变形不大(当洞口不在边时,因柱或构造柱及翼墙的影响,此时实际上是墙梁模型)。当跨度较大时,拉梁跨中可设柱墩来解决变形。
 
3.填充墙与主体结构间的连接未说明,具体可参照抗震规范之13章(非结构构件)或02SG614(框架结构填充小型空心砌块墙体结构构造)。
 
4.复核柱的最小配箍率、框架梁负筋伸入边柱≥0.4LaE、框架上生雨篷时梁的抗扭主筋是否配足和配箍率是否≥0.28ft/fy。
 
5.楼梯板上部配筋宜为下部筋的0.5~0.67,且≥Φ8@200,有人上下一致配筋不太合理;楼梯平台梁下小立柱不应与上层框架梁连接,连接后形成内部小框架,框架梁受力复杂,小立柱可能受拉,且立柱截面≤300时,强度应乘折减系数0.8;平台梁应配负筋;主框架梁也因为小立柱的存在而使延梁长方向和垂直方向产生扭矩,计算没考虑到构造应加强配筋和配箍。
 
6.漏荷载:屋面刚性+柔性两道防水只计算一层的荷载;上人屋面漏计面砖;女儿墙漏算荷载;大跨度结构在建立模型时取为刚性杆件,因程序计算时自重较小,造成荷载遗漏;单层工业厂房和地面上的设备机房,应考虑地面荷载对基础的影响及地面做法。
 
(二)概念问题
1.女儿墙与屋面砌体等加构造柱砌体的悬臂构件的平面外受弯和抗剪计算(计算模型与挡土墙类似):
    A.非抗震设计时:见砌体规范公式5.4.1与5.4.2-1(不知道用不用复核5.5.1-1),但配筋砌体和组合砌体规范没给弯曲抗拉强度,更没有计算公式了。
    B.抗震设计时:砌体10章(抗震设计)里的抗剪计算我理解是剪力墙的平面内抗剪计算公式,象女儿墙等构件为平面外的抗剪计算,没有明确公式可用。
有人做大量的混凝土立板和加密加大构造柱来解决问题,最好不这样做,因为结构问题解决了,但带来建筑上的冷桥问题。建议在构造柱处垂直砌300~600长丁字墙来扶壁并钢筋拉结。
 
2.混凝土女儿墙等悬臂立板构件(计算模型类似开口水池侧壁),有不少构造手册说钢筋配于中部,不知为什么?受力筋在中和轴附近怎么发挥钢筋拉力呢?我的解决措施是:在根部加腋,既然计算不清楚,总能解决一下应力集中、局部抗剪也能好一些;高于1.0m和水平受力大的双层配筋,矮的单层配。
 
3.楼梯间的荷载以什么模型输入的问题:
有人建模时楼梯间板厚输0,荷载取7左右,这样带来两个问题
    A.梯间周边梁由三边受力变为四边受力,虽然竖向荷载不变,但使3边框架梁荷载偏小;
    B.框架梁上的集中荷载以总质量相等原则转变为均布荷载(既总量相等),造成梁跨中计算挠度和裂缝偏小。(近期我准备开个新贴讨论一下等效荷载的概念,此处不再累诉)
建议还是以实际受力模型输荷载。 
 
4.当埋深大时,设基础拉梁承一层墙,按多一层框架梁设计时注意:易形成短柱,为避免短柱,拉梁应远离基础或放于基础上。
    A.当位于基础上时,应复核并改变计算模型中二层柱的计算长度。并因墙体变高,半层处加水平板带以加强与柱的拉结。
    B.当形成短柱时严格按抗震规范计算短柱,并建立两个计算模型,一是有拉梁(调整柱的计算长度),二是取消拉梁,取二者柱配筋最大值实配。
    C.按地基规范8.2.6条,参照高杯口基础做成高颈现浇基础。高度至梁顶,高颈刚度宜大于上柱刚度5倍以上(非线刚度),此时按正常模型计算,一层柱底至高颈处。注意复核高颈配筋(按地基规范)。
 
(三)专业间的配合与协调
1.总图和建筑专业:提醒建筑师,好的建筑是环境与人文的完美结合,创新和突破不是标新立异的同义词。例如:奥运会的金牌金镶玉叫创意,你再做一个大熊猫皮的锦囊那就是恶俗了!下面说一些具体问题:
    A.室内地面与自然地面不宜差别太大,曾有过12m高的建筑埋深达到4m。结构师的设计水平不是靠“没难度而制造难度”来提高。
    B.一些造型复杂构件宜选用预制成品,即使结构做了那些混凝土东西,冷桥等问题还需要建筑师去解决。
2.水暖和工艺等专业:建模前应了解管道标高,避免管道穿梁;消火栓箱等洞口不宜设在抗侧力构件内;有振动的设备宜脱离主体结构和管道,应做隔振设计(橡胶垫和柔性连接),以避免共振。
3.电气:大直径埋管宜在柱内,在板内时板宜大于120;配电箱等洞口不宜设在抗侧力构件内。
 
(四)如何保证结构的安全度
1.一些年轻的设计师有两个极端:一是设计太理想化,一点不利因素也不考虑,造成结构安全度太低;二是因心里没数,人为增加配筋率和构件截面,浪费过度。
2.一些设计单位聘请年纪较大的老工程师来审图,个别人显得过于保守(此处只说个别现象,没有广泛意义)。我这里解释一下:在这些老前辈工作时,一般是执行74规范,大部分工作都手算完成,计算模型较简单和保守;到89规范实施时,他们已经脱离设计一线,对其掌握的就不深入;到了02规范时,随着计算机取代计算器、结构程序的应用,使一些造型和功能更复杂的建筑得以实现,设计概念和计算手段都不断提高。凭老印象把握配筋量和截面取值已变得不合时宜。这里还有一个不好明确指出的话题:老前辈在这行工作一辈子了,不能临到老时晚节不保出问题,保守一点换个心安。但换个角度说,老工程师在疑难结构处理上的经验和解决问题的方法上还是有许多东西值得年轻人去学习,向老前辈致敬!
3.一位熟悉的老师曾说过:“保守藏在荷载里”。此时,荷载虽取大一点(在合理的范围内),但计算中应该做到不遗漏、不疏忽,严格执行规范,做到无懈可击。我理解这是一种建立在对结构概念的整体把握上的自信,也是我所理解的结构安全度。


有些设计人对连梁、框架梁、次梁和基础拉梁(承台或独立柱基间的联系梁)的构造和使用范围不清楚,从而导致使用不当。现结合规范、标准图集和构造手册对这个问题加以说明。
1、连梁和框架梁:
连梁是指两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁(具体条文详见“高规”第7.1.8条);框架梁是指两端与框架柱相连的梁,或者两端与剪力墙相连但跨高比不小于5的梁。
两者相同之处在于:一方面从概念设计的角度来说,在抗震时都希望首先在框架梁或连梁上出现塑性铰而不是在框架柱或剪力墙上,即所谓“强柱弱梁”或“强墙弱连梁”;另一方面从构造的角度来说,两者都必须满足抗震的构造要求,具体说来框架梁和连梁的纵向钢筋(包括梁底和梁顶的钢筋)在锚入支座时都必须满足抗震的锚固长度的要求,对应于相同的抗震等级框架梁和连梁箍筋的直径和加密区间距的要求是一样的。
两者不相同之处在于,在抗震设计时,允许连梁的刚度有大幅度的降低,在某些情况下甚至可以让其退出工作,但是框架梁的刚度只允许有限度的降低,且不允许其退出工作,所以规范规定次梁是不宜搭在连梁上的,但是次梁是可以搭在框架梁上的。一般说来连梁的跨高比较小(小于5),以传递剪力为主,所以规范对连梁在构造上作了一些与框架梁不同的规定,一是要求连梁的箍筋是全长加密而框架梁可以分为加密区和非加密区,二是对连梁的腰筋作了明确的规定即“墙体水平分布钢筋应作为连梁的腰筋在连梁范围内拉通连续配置;当连梁截面高度大于700mm时,其两侧面沿梁高范围设置的纵向构造钢筋(腰筋)的直径不应小于10mm,间距不应大于200mm;对跨高比不大于2.5的连梁,梁两侧的纵向构造钢筋(腰筋)的面积配筋率不应小于0.3%”且将其纳入了强条的规定,而框架梁的腰筋只要满足“当梁的腹板高度hw≥450mm时,在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋,每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积bhw的0.1%,且其间距不宜大于200mm。” 且不是强条的规定。
在施工图审查的过程中发现设计人常犯的错误有:一是把两端与剪力墙相连且跨高比小于5的梁编成了框架梁,而且箍筋有加密区和非加密区,或把跨高比不小于5的梁编成了连梁;二是在连梁的配筋表中不区分连梁的高度和跨高比而笼统的在说明中交待一句“连梁腰筋同剪力墙的水平钢筋”,这时如果连梁中有梁高大于700mm或跨高比不大于2.5而剪力墙墙身配筋率小于0.3%或水平分布筋的直径不大于8mm时,容易违反“高规”第7.2.26条的规定,而且该条还是强条,这应引起设计人经的注意。

2、框架梁和次梁:
一般情况下,次梁是指两端搭在框架梁上的梁。这类梁是没有抗震要求的,因此在构造上它与框架梁有以下不同,现以国标图集”03G101-1”为例加以说明:
(1)     次梁梁顶钢筋在支座的锚固长度为受拉锚固长度la,而框架梁的梁顶钢筋在支座的锚固长度为抗震锚固长度laE。
(2)     次梁梁底钢筋在支座的锚固长度一般情况下为12d,而框架梁的梁底钢筋在支座的锚固长度为抗震锚固长度laE。
(3)     次梁的箍筋没有最小直径的要求、没有加密区和非加密区的要求,只需满足计算要求即可。而框架梁根据不同的抗震等级对箍筋的直径和间距有不同的要求,不但要满足计算要求,还要满足构造要求。
(4)     在平面表示法中,框架梁的编号为KL,次梁的编号为L。
在实际的施工图中,设计人员容易犯的错误主要有以下两类:一是在次梁的平法表示中,对箍筋按加密区和非加密区来表示,如φ8@100/200等。二是当次梁为单跨简支梁时,支座的负筋数量往往不满足“混凝土规范”第10.2.6条的规定(第10.2.6条   当梁端实际受到部分约束但按简支计算时,应在支座区上部设置纵向构造钢筋,其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的四分之一,且不应少于两根)。
3、 基础拉梁与次梁:
基础拉梁是指两端与承台或独立柱基相连的梁,与次梁相同之处在于基础拉梁也是没有抗震要求的、基础拉梁的梁顶钢筋在支座的锚固长度也为受拉锚固长度la、基础拉梁的箍筋也没有加密区和非加密区的要求。与次梁不同之处在于基础拉梁的梁底钢筋也必须满足受拉锚固长度la的要求、基础拉梁的宽度不应小于250mm、基础拉梁除按计算要求确定外梁内上下纵向钢筋直径不应小于12mm且不应少于2根(详见“地基规范”第8.5.20条)、箍筋不少于Φ6@200(详见《全国民用建筑工程设计技术措施   结构篇》第3.12.1-9条)
在实际的施工图中,设计人员容易犯的错误主要是将基础拉梁简单套用框架梁的平法表示,编号为JKL,对箍筋按加密区和非加密区来表示,如φ8@100/200等。而现有的国标平法图集中并没有专门针对基础拉梁的构造,如果设计人员想借用平法图集的话,将基础拉梁编号为JL较为合适,同时应在说明中注明JL的配筋构造应按“03G101-1”中次梁(非框架梁)的配筋构造执行,同时梁底钢筋锚入支座的长度必须满足受拉锚固长度la的要求。
综上述,连梁、框架梁、非框架梁、地基拉梁的区别可用下表来表示:
连梁
框架梁
次梁(非框架梁)
地基拉梁
是否有抗震要求




梁顶钢筋的锚固要求
抗震锚固长度laE
抗震锚固长度laE
受拉锚固长度la
受拉锚固长度la
梁底钢筋的锚固要求
抗震锚固长度laE
抗震锚固长度laE
12d
受拉锚固长度la
箍筋的要求
除满足计算要求外,箍筋沿梁全长加密,直径和间距应满足规范的要求
除满足计算要求外,箍筋加密区和非加密区的直径和间距应满足规范的要求
按计算要求配置,没有加密区和非加密区的要求
按计算要求配置,且箍筋不少于Φ6@200,没有加密区和非加密区的要求
梁的编号
LL
KL
L
JL
 

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