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建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析探討
1.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本方法
(1)當結(jié)構(gòu)平面圖在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時,需要輸入結(jié)構(gòu)軟件進行建模。建筑物根據(jù)設(shè)防類別、烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度進行相應的計算和構(gòu)造措施要求。注意 “地震作用”、“抗震措施”與“抗震構(gòu)造措施”,提高地震作用,則結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件均全面增加材料;抗震措施指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設(shè)計內(nèi)容,包括抗震構(gòu)造措施,其中的一般規(guī)定及計算要點中的地震作用效應(內(nèi)力和變形)調(diào)整的規(guī)定均屬于抗震措施,提高抗震措施,著眼于把財力、物力用在增加結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上,是經(jīng)濟而有效的方法;抗震構(gòu)造措施指根據(jù)抗震概念設(shè)計原則,一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細部要求。設(shè)計中需要注意受壓和局部受壓的一些問題。
(2)屋頂(面)結(jié)構(gòu)圖當建筑是坡屋面時,結(jié)構(gòu)處理方式有梁板與及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整,板跨度較大,屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復雜的坡屋面,折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120 厚。至于坡屋面板的平面畫法,通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法,這樣更便于施工人員正確理解圖紙。正確繪圖和設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)計人員真正的心知肚明,結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須要具備一定的空間概念,正確理解建筑圖紙和意圖。設(shè)計的圖紙方能讓施工人員明白。由于屋面的起坡會造成閣樓層的部分墻體超高,要結(jié)合門窗頂設(shè)置圈梁來降低墻的計算高度。
2.進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應注意的事項
(1)關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板挑板的陽角問題:
1)陽角面積在整個基礎(chǔ)底面積中所占比例極小,可砍成直角或斜角。
2)如果底板鋼筋雙向雙排,且在懸挑部分不變,陽角不必加輻射筋。
(2)關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題從結(jié)構(gòu)角度來講,如果能出挑板,能調(diào)勻邊跨底板鋼筋,特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時,不會因邊跨鋼筋而加大整個板的通長筋,較節(jié)約;出挑板后,能降低基底附加應力,當基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時,加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降,當荷載偏心時,在特定部位設(shè)挑板,可調(diào)整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認為是挑板上砌墻,不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對,當有數(shù)層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時,可靈活考慮;當?shù)叵滤缓芨?,出基礎(chǔ)挑板,有利于解決抗浮問題;從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。
(3)關(guān)于梁、板的計算跨度一般的手冊或教科書上所講的計算跨度,如凈跨的1.1 倍等,這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,在應用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結(jié)構(gòu),簡單點講,可認為是在梁的中心線上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統(tǒng)一認為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中,梁高比板厚大不了多少時,應將計算長度取至梁中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋取二者大值配筋。(借用臺階式獨立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認為是超大截面梁,所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才有問題。
(4)基坑開挖時,摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎(chǔ)較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計算沉降時,應按基底附加應力計算。當基坑很大時,相對受到較小約束,如箱基,計算沉降時應按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分當做安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
(5)主梁有次梁處加附加筋:一般應優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側(cè)補上,象板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但不應絕對。規(guī)范說的清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載,應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時,應加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大主梁也可不加附加筋??偟脑瓌t,當主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時,主梁可不加附加筋。梁上集中力,產(chǎn)生的剪力在整個梁范圍內(nèi)是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時,也可滿足。
(6)一般情況下,懸挑梁宜做成等截面,尤其出挑長度較短時與挑板不同,挑梁的自重占總荷載的比例很小,作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋,每個都不一樣,加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當然,外露的大挑梁,可適當變截面,使感官效果好些。
(7)當建筑大多數(shù)房間較小,而僅一兩處房間較大時,如按大房間確定基礎(chǔ)板厚會造成浪費,而按小房間確定則造成配筋困難,當承載力能滿足要求時,可在大房間中部墊聚苯卸載,按小房間確定基礎(chǔ)板厚。
(8)懸挑粱的截面高度選用過小設(shè)計者往往只注意了對梁的強度和抗傾覆進行驗算,而忽略了對梁撓度的驗算。梁高選用過小,常引起梁截面的受壓區(qū)應力過高,在正常使用狀態(tài)下,梁截面受壓區(qū)產(chǎn)生非線性徐變。梁撓度隨時間的推移不斷加大。挑梁的變形引起梁板出現(xiàn)裂縫,裂縫寬度隨著挑梁變形的加大而加寬,影響了房屋的正常使用。據(jù)筆者觀察,這種挑梁的變形發(fā)展到后期,梁支座截面上部受拉區(qū)常常出現(xiàn)較寬的豎向裂縫。受支座附近剪彎作用的影響,豎向裂縫向下延伸發(fā)展為斜裂縫,此時梁已接近破壞,當為托墻挑梁時,梁過大的撓度引起梁上墻體在梁支座附近出現(xiàn)裂縫。裂縫在梁支座處沿斜向延伸,梁縫愈靠上愈寬。
總之,結(jié)構(gòu)設(shè)計是個系統(tǒng)、全面的工作,需要扎實的理論知識功底,靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。千里之行,始于足下。設(shè)計人員要從一個個基本的構(gòu)件算起,做到知其所以然,深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義,并密切配合其它專業(yè)來進行設(shè)計,在工作中應事無巨細,善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗和教訓。
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