钢筋混凝土结构设计的常见问题.pdf

第 3 8卷第 9期 2 0 1 1年 9月 建筑技术开发 Bu i l di n g Te c h ni q ue De v e l o p me nt Vo 1 3 8。 No 9 S e p 2 011 钢筋混凝土结构设计的常见问题 宋继 民 范 中华 ( 1 华信邮电咨询设计研 究院有限公 司， 杭州 3 1 0 0 1 4； 2 湖北未来建筑装饰有限公 司， 武汉4 3 0 0 0 0 ) 摘要 从钢筋混凝土结构 的特点和性质 出发 ， 通过对钢筋混凝土设计理念 与思路 的阐述 和分析 ， 提 出了钢筋混凝 土 结构设计 中的常见 问题 。 关键词 钢筋混凝土 ； 结 构设 计 ； 常见 问题 中图分类号 T U 3 1 8 文献标 志码 A 文章 编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 2 7 0 3 DE S I GN OF R E I N F oRC E D C ONC RE T E S T R UC T URE S F AQ K e y w o r d s t h i s a r t i c l e f r o m t h e r ei n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t ur a l c ha r a c t e r i s t i c s a n d pr o pe r t i e s o f r e i nf o r c e d c o n c r e t e， t hr o u g h t o t h e d e s i g n c o nc e pt s a n d i d e a s p r e s e nt e d a nd a na l y z e d， a n d t he r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r uc t u r e d es i g n o f t h e c o mmo n pr o bl e ms r e i n f o r c e d c o nc r e t e s t ruc t u r e； de s i g n； c o mmo n p r o bl e m 伴 随我 国经济 的发 展 腾飞 ， 一 座 座 高楼 大 厦 拔 地而起 ， 城市面貌焕然一新 。因为建筑技术的不断 充盈 ， 造型越来越新颖 ， 使之工程结构设计也越来越 复杂 ， 但 目前 的周 期 设计还 是偏 短 ， 在设 计文件 中也 使普遍 存在 的一 些质 量 问题 值得 我们 注 意 。在 工程 实践 中 ， 作 为设计 人员 有一 些 总结和 经验 ， 在此 提 出 与 同行讨 论 ， 供 大家 在 实 践 中参 考 。 以下通 过对 各 种钢筋混 凝 土结构 设 计 过 程 中 经 常 出现 、 又容 易 被 忽略的问题 ， 做了一些浅显的介绍 ， 望在今后工作中 能互 相切 磋经 验和 提 出宝贵 意见 。 1 地基 与基础 设计 中产 生 的问题 1 ) 在柱下独 立基础 带梁 板式 地 下室 的底 板设 计 中， 地下室底板设 计 中容易忽 视因建 筑物沉 降而 出现 的附加 应力 的影 响 。事 实上 ， 因为 在 上 部 荷 载 作 用 下， 整个地下室底板与柱下独立基础将会产生一起变 形沉降、 共同受力 ， 因此， 如果不考虑发生附加的应着 力 ， 对底 板来 说是 属 于不 安全 的 ， 有可 能会 导 致地 下 室底板 承受能 力不 够 而裂 开。特 别是 采用 天 然地 基 的情况时， 其影响是更为突出的。而对于总沉降量较 小 的工程 ， 可 考虑在地下室底 板与持 力层之 间采用 褥 垫处理举措 。当然 ， 具体工程构 造措施 的使用 还需 要 综合考虑其他因素。此外， 依照地下水位季节性变化 比较大的地 区 ， 要考 虑到不 同的水 位对 地下室 底板 的 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 61 1 作者简介 ： 宋继民( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 湖北潜 江人 ， 工学 硕士 ， 从事 通信土 建 ， 塔桅设计 。 不 同影 响 ， 得 出包 络图 ， 再进行 配筋设计 。 2 ) 当地 下 水 位 较 高 时 ， 对 于 有 地 下 室 的 建 筑 ， 在室外地坪以下的外墙 围护部分 ， 轮廓形状应尽量 简便 ， 这样有利于建筑 防水的施 工。特别对 于柱下 承 台的方 式更 加 明显 。柱下 承 台和地 梁基槽 地模 形 态错 杂 ， 存 在许 多 的放 坡 和 阴 阳 角 。这种 工 程 防 水 施 工 的难 度 大 ， 施 工 时 间 长 ， 这 都 不 利 于 质 量 的 保 证 ； 同时也加大 了工程的造价。在符合承 台梁和基 础的承载力 的前提下， 这种情况可以考虑反承 台法 ， 即 ： 统一 地 下室底 板 和承 台的下 皮标 高 ， 让 其保 持一 致 ， 承 台加厚 的部 分 需 要 向上 做 ， 然 后 ， 地 下 室 内部 做覆 土 和滤水 层 等地 面做 法 。这 样做 法 的优点 在于 基槽 地模 有简 单 的形 状 便 于 施 工 ， 有 利 于施 工质 量 的保 障， 同时 ， 也极大减少 了施工的时问。而且 ， 内 部覆 土 的重量也 平衡 掉 了在底 板上 水 浮力 的部分作 用 ， 减 弱 配筋 ， 这 样 相 对 平衡 的方 法 很 科 学 ， 也 提 升 了建筑 物抗 拒倾 覆 的能力 。 3 ) 地下 室 底 板 和外 墙 配 筋 计 算 的 假 设 条 件 与 实际情况不符。地下室外墙配筋计算时， 只要外墙 带扶 壁柱 的情 况 ， 外 墙 配筋 计 算 中不 区分扶 壁 柱 尺 寸大小 ， 全都按 双向板计算配筋。而扶壁柱则按地 下室整体结构电算分析结果配筋 ， 没考虑按外墙双 向板传播荷载验算扶壁柱配筋 。按外墙与扶壁柱变 形协调的分析原理 ， 发现外墙水平的分布筋有余量 ， 而 外墙 竖 向受力 筋 配 筋 不 足 、 扶 壁柱 配 筋 不 足 的 现 象。此类工程可 以参考 以下做法 ： 除了外墙扶壁柱 截面尺寸较大 ( 如高层建筑外框 架柱) 或垂直于外 2 7 第9期 宋继民， 等： 钢筋混凝土结构设计的常见问题 第3 8卷 墙方 向有 钢筋砼 内隔墙 相连 的外墙 板块 按照 双 向板 计算配筋外 ， 其余外墙宜按竖 向单向板计算配筋。 4 ) 锥体独立 的天然地基基础设计 问题。在基 础设计中， 锥体斜面坡度大于 1 ： 3时 ， 锥体斜面混凝 土部分很难振捣紧密 ， 施工过程中经常是 自然堆上 混凝土 ， 通过铲子或抹灰刀捣拍成形 ， 其混凝土的锥 体部分很难达到强度设计要求。鉴于上述原 因， 建 议 工程设 计 中优 先 使 用 独立 阶梯 形 基 础 有 利 于 施 工 ， 利 于保 障施 工质 量 。 2 结构计算与分析中产生的问题 如何准确 、 高效地在结构计算与分析阶段对工程 进行内力分析并依照规范需要实行设计和处理， 是决 定工程设计质量好坏的重点。出于新规范推 出对结 构整体计算和分析大部分内容进行了调整和改进， 所 以， 也应对这一阶段比较常见问题有一个清晰认识。 2 1 结 构整体 计 算软件 选择 采 用 计算 模 型上 由于各 软 件存 在 差异 ， 各 软 件 计算结果有或大或小的不同。因此 ， 在进行工程整 体结构计算和分析时必须根据结构类型和计算软件 的特点选择合理计算软件， 并从 不同软件计算结果 中选择更合理 ， 更符合结构实际受力的数据作为设 计依据 。如果选择计算软件不合适 ， 不但会浪费大 量时间和精力 ， 而且可能使结构有不安全隐患存在。 2 2 是否需要放大地震力， 考虑建筑隔墙等对 自振 周 期影 响 在新老规范 中此部分内容实际都有谈到 ， 但在 新规 范 中依 据大量 工程 实测周 期 明确提 出各种 结构 体系下高层建筑结构计算 自振周期折减系数。 2 3振 型 数 目是 否 充 足 在新 规范 中增加一个振 型参与系数概念 ， 并 明确 提出该参数限值。出于旧规范设计 中并未提出振型 参与系数概念 ， 该参数限值也未必定符合新规范要 求 ， 所以， 在计算分析阶段必须对计算结果 中该参数 结果实行评判 ， 并决定是否要调整振型数 目取值。 3 混凝土强度等级不同产生的问题 根据设计原则 ， 在钢筋混凝土框架结构设计时， 为保证“ 强柱弱梁” 强节点要求 ， 柱的混凝土强度等 级通 常会 比梁板高 ， 且 随着建 筑物高 度增加 ， 两 者差 距增大 ， 这给工程建设带来些许问题 。在框架结构 中， 普遍做法是柱和梁板混凝土分两批集中浇筑 ， 即 节点区采用和梁板结构混凝土相 同强度等级浇筑。 如单独浇筑节点区存在供应量少和梁板分隔困难问 题， 如同柱一起浇筑会因节点 区混凝土缝留置出现 违背规范规定问题 ， 如与梁板同时浇筑节点“ 夹层 ” 存 在质 量 隐患 依据文献规定 ， 梁柱混凝土强度等级相差不宜 大于 5 MP a ， 如果超过梁柱节点区时应作专门处理， 使节点区混凝土强度等级与柱相 同。特别强调节点 核心区混凝土强度等级要 与柱相同， 不能与梁板混 凝土强度等级相同； 文献规定了柱混凝土设计强度 等级高于梁板设计强度时， 应对梁柱节点核心区混 凝土强度等级采用有效措施保证节点混凝土强度 。 两个规范都在保证强节点设计原则 ， 具体可采取下 面措施。可直接在梁端( 柱边 ) 设置垂直交界面， 采 用快易收 口网， 避免在板内设置交界面使难度降低 ； 为防止交界面出现冷缝， 建议节点 区混凝 土采用塔 吊用漏斗浇筑 ， 梁板混凝土则采用泵送。要保证核 心区混凝土强度 ， 在节点处增加纵向钢筋， 设置型钢 或矩形芯柱及增加箍筋予以补强 。这种方法使用方 便 ， 质量容易保证， 易被建筑单位接受 ， 但节点区轴 压 比增大 ， 延性 减小 。 4混凝土 保护层 厚度 产生 的 问题 保护层厚度规定是为满足结构构件耐久性要求 和对受力钢筋有效锚 固要求 。所 以， 混凝 土结 构 工程施工及验收规范 第 3 5 8条、 建筑工程质量 检验评定标准 第 5 1 1 0条 、 混凝土结构工程施工 质量验收规范 第 5 5 2条均规定， 受力钢筋保护层 厚度梁柱允许偏差为 5 m m。要严格依照规范和设计 要求保证混凝土保护层厚度， 但实际施工时很难做 到。在高层建筑中出于柱箍筋直径较大， 间距较密 ， 肢数较多， 加工难度很大 安装时内外箍筋很难做到 完全重叠， 致使部分外突部分内凹， 外突箍筋使模板 无法安装， 为此， 工程建设时总是有意识地将箍筋做 小一点便于安装模板。不过 ， 会造成柱纵筋保护层偏 大， 解决这个问题有利于提升现场加工精确度。 在框架结构建设中， 由于楼面标高是相同的， 双 向框架梁同时穿越柱节点时 ， 必会造成一侧框架粱 面筋保 护层 厚 度 偏 大 ( 往 往 会 超 过 4 0 l n l n ) 。井 字 梁节点也有相同问题 ， 这些问题是无法避免 的。但 设计过程中需要注意以下几个问题 ： 一是粱箍筋下 料问题。由于一个方向的框架梁面筋需要从另一个 方向框架梁面筋底下穿过 。如果该方向框架梁端箍 按原尺寸下料 ， 面筋无法直接绑扎到箍筋上， 对梁骨 架受力不利 。所 以， 梁端箍筋下料时高度可减d x 2 3 c m( 仅一 向框架梁端需要) ； 二是施工 中以哪一 向 为主， 导致另一方向保护层厚度增大 ， 截面有效高度 变小， 正截面受弯承能力减小( 约 5 ) ， 设计时是否 ( 下转第 3 7页) 第 3 8卷 李 燕 ， 等： 降低静压桩施工对周边环境影响 的措施 第 9期 雨水管 道 ， 还 有 有一 新 建 住 宅小 区 。工程 北 面距 离 马路河 护坡 2 O 7 m。 从上 述现 场情 况可 以看 出工程 周 围环境 极其 复 杂 ， 在压 桩过程 中稍 有 不慎 ， 就 会 对 工 程 周 围 房屋 ， 管道 等造 成 严 重 的 影 响 。所 以 我 们 在 反 复 调 研 现 场 ， 结 合 岩土工程 地 质勘察 报告 后 ， 采取 了 以下 几种 措施来防范， 把影响控制在合理范围内。 2 2 1 开挖 防震 隔 离沟和施 工应 力释放 孔 采 取开 挖防震 沟 和施工 应力 释放 孔相结 合 的措 施 阻断 静压桩 施工 时产 生 的挤 土应 力 。沿着 小 区道 路 走 向 ( 工 程 北 面 道 路 除 外 ) 开 挖 出 一 条 宽 为 1 5 m， 深 为 1 5 m 的防 震 隔 离 沟 ， 应 力 释 放 孔 沿基 坑四 周 布 置， 设 计 为 双 排 ， 具 体 尺 寸 为 ： 排 距 6 0 0 m m， 孔距 1 0 0 0 m m， 呈 梅花 形布 置 ， 孔深 1 5 m， 孔径 3 0 0 m m。其 中外侧 一 排孔 内填充 黄沙 ， 这样 可 以使超孔隙水流人沙井 内， 以释放超空隙水产生 的 应 力 。内侧一 排释 放挤 土产 生的应 力 。 周边 环境 、 防震 沟和 应力 释放孑 L 布置 见 图 1 。 图 1 周 围环境 、 防震沟和应力释放孔布置 2 2 2采 取 合 理 沉 桩 流 程 先 压 2号楼 ， 后压 1 号 楼 ， 由南 向北 ， 由西 向东 ， 逐 步推 进 。由于先 人桩 的周 围土体 固结 与桩之 间产 生一定的摩阻止后压人桩时的土体隆起。同时压桩 数量 每 天控制 在 8根 以内 。 2 2 3加 强监 测 工作 本次施工由监测单位配合 ， 在压桩过程 中对南 向 和西 向的住宅 小区还有东 向的道路 进行 了监测 ， 如经 监测发现道路和地下管道 ， 建筑物的位移或沉降比较 大 ， 就适 当控制沉桩 速率或停工 1 2 d 。在适 当情况 下另加应力释放孔的数量。压桩结束后， 监测点水平 位移最大为 1 0 m m， 垂直位移最大为1 2 m m 均属合理 范 围。从 上述数据可 以看出 ， 通过几 项措施 有效 地降 低 了压桩 时对周边环境 产生 的影 响。 3 结 束语 在本工 程 中所采 用 的开挖 防震 隔离 沟和施 工应 力 释放 孔 ， 合 理 安排沉 桩 流程 ， 并 辅 以一定 的监 测工 作等几项防护措施有效地降低了静压桩施工过程对 周围环境 的影响。希望能给大家带来参考价值。 我们 知 道 静 压桩 虽 然 有无 震 动 、 低 噪 音等 许 多 优点 ， 但其施工过程 中产生 的挤土效应是没办法避 免 的 ， 随着人 们对 静 压 桩 的理论 研 究 和工 程 实践 经 验 的不 断积 累 ， 相信 技 术 的应用 水 平 将 会 不 断得 到 新 的提 高 。 参考文献 1 蔺刚 ， 潘永波 ， 马晓丹 应力释放孔 法保护静 压桩施工周 边环境 的应用 实例 J 探矿工程 ， 2 0 0 7 ， ( 4 ) ： l 71 8 2 史佩栋 实用桩基 工程 手册 M 北京 ： 中国建筑 工业 出版社 ， l 99 9 2 7 2 8 3 陈明辉 静压预应力管桩施工 中常见 的问题及预防措施 J 山 西建筑 ， 2 0 0 6 ， 3 2 ( 1 4 )： 8 3 8 5 4 李雪峰 静 压预制 桩对 周边 建筑无 的影 响及 对策 J 施 工技 术 ， 2 0 0 4，( 1 0 ) ： 2 1 2 2 ( 上接 第 2 8页 ) 考虑这种影响； 另一方面同时构件表面容易开裂 ， 混 凝土结构设计规范 第 9 2 4条规定 ， 当梁、 柱中纵向 受力钢筋 的保护层 厚度大 于 4 0 m m 时 ， 应 该对保护层 采用有效 的防裂构造措 施 。因而 ， 必 须在 设计 时要 明 确以哪一向为大， 并对保护层厚度偏大的一向梁端加 铺一层钢丝 网以预防表 面的裂开现象 。 5结 束语 总之 ， 建筑结构设计的质量 ， 密切关系到人 民生 命财产的安全 ， 责任非常重大。而且 ， 结构专业是既 有深度又有广度 的一个专业 ， 我们在工作 中， 必须不 断 地学 习 、 总结 ， 才 能有 所 进 步 ， 才 能 成 为 合 格 的一 名工 程师 。这 也是 在设 计过 程 中为什 么把 经历 和总 结的认识写出来 的原因， 希望与同行们一起研究 、 讨 论 ， 一 起 提高 。 参考文献 1 张海 峰 浅析 混凝土 裂缝产 生原 因及 预 防措 施 J 今 日科 苑 ， 2 0 0 8 ， ( 0 4 ) 2 混凝土结构设 计规范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 北京 ： 中国建筑工 业 出版社 ， 2 0 0 2 3 建 筑施 工 手册 ( 第 四 版 ) 缩 印本 北 京 ： 中 国建 筑 工 业 出版 社 ， 2 0 0 3 3 7