民用建筑工程设计常见问题分析(混凝土结构.doc

6.1柱的计算6.1.1由于建筑功能要求，局部楼板开大洞，造成部分柱子周边均无梁，柱子长度有二、三层高(或称之为越层柱)，用计算程序计算配筋时，对柱子长度计算未作处理。原因分析：柱子的配筋计算，与柱子的计算长度关系很大。将二、三层高的长柱按一层高的柱子进行配筋计算，不安全。改进措施：当柱子周边均无梁时，应按柱子的实际长度(即二、三层高)进行配筋计算；当柱子一个方向有梁相连，另一个方向无梁时，应按柱子的实际长度(即二、三层高)验算无梁方向柱子的承载力。6.1.2柱子按轴心受压柱设计时，采用配置螺旋式间接钢筋的圆形截面柱。如：柱子直径D=500mm，C40混凝土，配置HRB335级822纵向钢筋，HPB235级850螺旋箍，计算长度l06.5m，根据混凝土规范GB50010配置螺旋式或焊接环式间接钢筋轴心受压构件承载力计算公式(7.3.2-1)、(7.3.2-2)，算出此雨蓬柱的轴心受压承载力为4090.7kN。改进措施：沿柱子高度方向配置间距较密的螺旋箍筋约束混凝土，使柱子核心区混凝土处于三向受压应力状态，既可以提高混凝土的延性，也可以提高混凝土的抗压承载能力。因此，可采用配置螺旋式间接钢筋的圆形截面柱以提高柱子的承载能力。但应用混凝土规范GB50010公式(7.3.2-1)、(7.3.2-2)，应注意其适用条件：(1)为使间接钢筋外面的混凝土保护层对抵抗脱落有足够的安全，按混凝土规范公式(7.3.2-1)算得的构件承载力不应比按式(7.3.1)算得的大50，即Nmax1.35(fc+fyAs)。(2)凡属下列情况之一者，不应计入间接钢筋的影响，而应按混凝土规范公式(7.3.1)计算：1)，当l0d12时，此时因长细比较大，使柱受压承载力降低；2)当按式(7.3.2-1)、(7.3.2-2)算得的受压承载力小于按式(7.3.1)算得的受压承载力时；3)，当间接钢筋换算截面面积Asso小于纵向受力钢筋全部截面面积的25时，此时间接钢筋配置得太少，约束混凝土作用效果不明显。本例中l0d=6500500=1312(查混凝土规范表7.3.1得=0.895)，长细比较大，使柱受压承载力降低，不能按式(7.3.2-1)、(7.3.2-2)计算，而只能按式(7.3.1)计算，故有Nu0.9(fc+fyAs)。3755.7kN。6.2柱的配筋构造6.2.1柱子箍筋型式设计错误。如：截面尺寸为450mmx450mm框架柱，根据计算，每侧配置纵向受力钢筋418，抗剪箍筋按构造设置，截面配筋如图6.2.1-1所示。改进措施：混凝土规范GB50010第10.3.2条第5款规定：当柱截面短边尺寸大于400mm，且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm，但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。图6.2.1-l中箍筋配置不符合上述规定，应设置复合箍筋，如图6.2.l-2所示。6.2.10抗震设计的高层建筑设有设备层时，设备层层高一般较小，故柱的剪跨比常常小于1.5。设计时设备层柱的轴压比限值仍按抗震规范GB50011第6.3.7条采用，未做特殊处理。改进措施：柱轴压比和剪跨比的概念是柱子抗震设计的重要概念，限制框架柱的轴压比主要是为了保证框架结构的延性要求。抗震设计时，通常希望柱子的破坏为大偏心受压破坏。这是一种延性破坏。和轴压比相比，剪跨比对框架柱的破坏特征起主导作用。试验表明：在通常的配筋条件下，当剪跨比入2时，框架柱在横向水平剪力作用下一般情况下发生延性较好的大偏心受压破坏；当剪跨比入2时框架柱，在横向水平剪力作用下一般都发生脆性的剪切破坏。因此，抗震规范表6.3.7注2规定：剪跨比1.5入2的柱，其轴压比限值应比规范表中数值减小0.05。剪跨比入l.5的柱，其轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施。比如：在柱截面中部设置芯柱、设置型钢，取用更严的轴压比限值、采用合适的箍筋形式、提高箍筋的体积配箍率、采用柱内配置X型钢筋等措施，采用柱外包钢板箍、或其他专门研究的特殊构造措施。6.2.11在高层建筑有错层结构时，错层处框架柱的截面高度小于600mm，抗震等级仍按一般结构确定，即同其他框架柱。未按提高一级采用，且其箍筋未全柱段加密。原因分析：错层结构属竖向布置不规则结构；错层附近的竖向抗侧力结构受力复杂，难免会形成众多应力集中部位；错层结构的楼板有时会受到较大的削弱；剪力墙结构错层后会使部分剪力墙的洞口布置不规则，形成错洞剪力墙或叠合错洞剪力墙；框架结构错层则更为不利，往往形成许多短柱与长柱混合的不规则结构。改进措施：错层结构在错层处的构件要采取加强措施，如图6.2.10所示，高规JGJ3第10.4.4条规定：错层处框架柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱高加密。此条为强制性条文，应严格执行。如果错层处混凝土构件不能满足设计要求，则需采取有效措施。例如框架柱采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱；剪力墙内设置型钢等，可改善构件的抗震性能的措施。7框架梁柱节点7.1框架梁柱节点7.1.1当框架结构的梁、柱混凝土强度等级不同，尤其在高层建筑的底部，柱混凝土强度等级远大于梁时，对梁柱节点核心区的混凝土强度等级及做法未提出施工要求。原因分析：框架节点核心区在水平荷载作用下承受很大的剪力，易发生剪切脆性破坏。抗震设计时，要求节点核心区不出现明显的剪切裂缝。保证框架节点核心区在与之相交的框架梁、柱钢筋屈服之后产生裂缝。因此，抗震规范规定一、二级框架的节点核心区应进行抗震验算，三、四级抗震等级框架的节点核心区应符合抗震构造措施的要求。为方便施工起见，往往先浇捣柱混凝土到梁底标高，再浇捣梁板混凝土。这样，当梁、柱混凝土强度等级不同时，节点核心区混凝土强度等级就低于柱子的混凝土强度等级，有可能造成节点核心区斜截面抗剪强度不够。改进措施：当框架梁柱的混凝土强度等级不同时，框架梁柱节点核心区的混凝土可按以下原则处理：以混凝土强度等级级差5Nmm2为一级。1)柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过一级时，或柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过二级，但节点四周均有框架梁时，节点核心区的混凝土可与梁板相同；2)柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过二级，且不是节点四周均有框架梁时，节点核心区的混凝土也可与梁板相同，但应按抗震规范GB50011附录D进行斜截面承载力验算；3)当不符合上述规定时，梁柱节点核心区的混凝土宜按柱子混凝土强度等级单独浇筑如图7.1.1-(a)，在混凝土初凝前即浇捣梁板混凝土，并加强混凝土的振捣和养护。也可在梁端做水平加腋，以加强对梁柱节点核心区的约束；4)不符合1）、2）款规定时，也可按图7.1.1-(b)所示的方法，加大核心区面积，并配置附加钢筋。改进措施：框架梁纵向受力钢筋在框架节点区内的锚固不满足规范的规定常容易被忽视。1在框架中间层的中间节点处，足尺节点试验表明，当非弹性变形变大时，仍不能避免梁端的钢筋屈服区向节点内渗透，贯穿节点的梁筋粘结退化与滑移加剧，从而使框架刚度和耗能性能进一步退化。因此，混凝土规范 GB50010第11.6.7条第l款规定：梁内贯穿中柱的每根纵向钢筋直径，对一、二级抗震等级，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20；对圆柱截面，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。2，在框架中间层的端节点处，混凝土规范第11.6.7条第2款规定：当水平直线段锚固长度不足时，梁上部纵向钢筋应伸至柱外边并向下弯折。弯折前的水平投影长度不应小于0.4lae(抗震设计)或0.4la(非抗震设计)，弯折后的竖直投影长度取15d，如图7.1.2-2所示。对伸入框架中间层端节点的梁上部钢筋当水平锚固长度不足时，有些设计按1989年版抗震规范在900弯弧内侧加设横向短粗钢筋。但试验证明，这种钢筋只能在水平锚固段发生较大粘结滑移后方能发挥作用，故2001年版抗震规范取消了这种构造做法。当出现本例所说的问题时，可采取下列方法中的一种或几种以满足规范要求：(1)调整梁的纵向受力钢筋布置，使直径较大的钢筋放在梁的中部，直径较小的钢筋放在梁的两侧；(2)加大柱截面尺寸；(3)将梁柱节点区局部加大，按宽扁梁构造设计此节点区，如图7.1.2-2所示；(4)改变柱子方向，使之与梁正交；(5)对个别节点，也可按框架梁铰接在框架柱上进行设计7.1.3对框架梁柱节点核心区截面进行抗震验算时，核心区截面有效验算宽度bj一律取验算方向柱截面宽度。原因分析：节点核心区截面有效验算宽度bj的大小，直接影响节点核心区抗力的大小，bj取值过大，则导致节点核心区抗剪承载能力偏大，造成不安全。改进措施：抗震规范GB50011附录D第D.1.2条规定，核心区截面有效验算宽度，应按下列规定采用：1，核心区截面有效验算宽度，当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的l/2时，可采用该侧柱截面宽度，当小于柱截面宽度的1/2时，可采用下列二者的较小值：bjbb0.5hc (7.1.3-1)bjbc (7.1.3-2)式中bj节点核心区的截面有效验算宽度；bb梁截面宽度；hc验算方向的柱截面高度；b验算方向的柱截面宽度；2，当梁、柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的1/4时，核心区的截面有效验算宽度可采用上款和下式计算结果的较小值：bj0.5(bbbc)0.25hce (7.1.3-3)式中e梁与柱中线偏心距。设计时应按上述规定计算bj。7.1.4对非抗震设计的框架顶层节点处钢筋锚固做法，误按混凝土规范GB50010第10.4.1条的规定做，即将柱子钢筋伸至柱顶，梁上部纵向钢筋锚入节点。如图7.1.4-1所示。原因分析：在非抗震设计的框架顶层端节点处的梁端和柱外侧均主要受负弯矩作用，相当于一根弯折900的折梁。图7.l.4-l所示的构造做法，无法保证梁、柱纵向受力钢筋在节点区内的搭接传力，使梁、柱无法发挥出所需的正截面受弯承载力。改进措施：混凝土规范GB50010第10.4.4条规定：框架顶层端节点处，可将柱外侧纵向钢筋的相应部分弯入梁内作梁上部纵向钢筋使用，也可将梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点及其附近部位搭接。搭接可采用下列方式：1，搭接接头可沿顶层端节点外侧及梁端顶部布置，如图7.1.4-2(a)所示，接长度搭不应小于1.5la，其中，伸入梁内的柱外侧纵向钢筋截面面积不宜小于柱外侧纵向钢筋全部截面面积的65%；梁宽范围以外的柱外侧纵向钢筋宜沿节点顶部伸至柱内边，当柱纵向钢筋位于柱顶第一层时，至柱内边后宜向下弯折不小于8d后截断；当柱纵向钢筋位于柱顶第二层时，可不向下弯折。当有现浇板且板厚不小于80mm、混凝土强度等级不低于C20时，梁宽范围以外的柱外侧纵向钢筋可伸入现浇板内，其长度与伸入梁内的柱纵向钢筋相同。当外侧柱纵向钢筋配筋率大于1.2%时，伸入梁内的柱纵向钢筋应满足以上规定，且宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于20d。梁上部纵向钢筋应伸至节点外侧并向下弯至梁下边缘高度后截断。此处，d为柱外侧纵向钢筋的直径。2，搭接接头也可沿柱顶外侧布置，如图7.l.4-2(b)，此时，搭接长度竖直段不应小于l.7la，当梁上部纵向钢筋的配筋率大于l.2%时，弯入柱外侧的梁上部纵向钢筋应满足以上规定的搭接长度，且宜分两批截断，其截断点之间的距离不宜小于20d，d为梁上部纵向钢筋的直径。柱外侧纵向钢筋伸至柱顶后宜向节点内水平弯折，弯折段的水平投影长度不宜小于12d，d为柱外侧纵向钢筋的直径。上述第一种方法适用于梁上部钢筋和柱外侧钢筋数量不多的民用或公共建筑框架，其优点是有利于在梁底标高设置柱混凝土施工缝。但当梁上部和柱外侧钢筋数量过多时，该方案将造成节点顶部钢筋拥挤，不利于自上而下浇注混凝土。此时，宜改用梁、柱筋直线搭接，接头位于柱顶部外侧的搭接做法，如图7.1.4-2 (b)所示。8剪力牆8.1剪力墙的计算8.1.1抗震设计的板柱-剪力墙结构，仅考虑各层板柱部分应满足计算要求，及应承担不少于各层全部地震作用的20，而剪力墙部分仅按计算的地震作用设计。原因分析：纯板柱结构的抗侧力刚度小，延性差，地震作用下柱头极易发生破坏，抗震性能差，故在抗震设计中，均采用板柱-剪力墙结构。按多道设防的原则，抗震规范GB500ll第6.6.5条规定：板柱-抗震墙结构的抗震墙，应承担结构的全部地震作用，各层板柱部分应满足计算要求，并应能承担不少于各层全部地震作用的20。剪力墙仅按满足计算的地震作用设计可能会导致地震作用下剪力墙部分承载能力不足，不能很好地起到第一道防线的作用。改进措施：应按抗震规范第6.6.5条的规定，调整为抗震墙按承担结构的全部地震作用进行设计。8.1.2高层建筑不分情况在角部剪力墙上开设转角窗，且未采取有效的加强措施。原因分析：高层建筑剪力墙结构的角部是结构的关键部位，在角部剪力墙上开设转角窗，实际上是取消了角部的剪力墙肢，代之以角部曲梁，这不仅削弱了结构的整体抗扭刚度和抗侧力刚度，而且邻近洞口的墙肢、连梁内力增大，扭转效应明显。因为角窗的存在破坏了墙体的连续性和整体性，降低了结构的抗扭刚度和抗扭承载力，于结构抗震不利。改进措施：B级高度及9度设防A级高度的高层建筑不应在角部剪力墙上开设转角窗。抗震设计时，8度及8度以下设防A级高度的高层建筑在角部剪力墙上开设转角窗时，应采取下列措施： (1)洞口应上下对齐，洞口宽度不宜过大，连梁高度不宜过小；(2)洞口两侧应避免采用短肢剪力墙和单片剪力墙，宜采用“T”、“L”、“”形等截面的墙体，墙厚不应小于200mm，且不应小于层高的1/15，并应沿墙肢全高按要求设置约束边缘构件；(3)宜提高洞口两侧墙肢的抗震等级，并按提高后的抗震等级满足轴压比限值的要求；(4)加强转角窗上转角梁的配筋及构造；(5)转角处楼板应局部加厚，配筋宜适当加大，并配置双层双向的直通受力钢筋；必要时，可于转角处板内设置连接洞口两侧墙体的暗梁；(6)结构电算时，转角梁的负弯矩调幅系数、扭矩折减系数均应取l.0。抗震设计时，应考虑扭转耦联影响。