结构设计中几个常见问题的分析探讨-建标库

结构设计中几个常见问题的分析探讨

2017-05-19 作者：好先生

我国实行施工图设计文件的审查制度已有多年，施工图设计文件的质量有了很大的提高。但是，目前在结构专业的施工图设计文件中还是经常会出现一些违反规范标准条文，甚至是违反规范强制性条文的问题。而且这些问题出现的频率相当高，已成为结构专业施工图设计文件中的通病。这些问题的出现，有的是对规范条文不熟悉或理解不全面、不充分；有的是过份依赖一体化计算软件的计算结果，对电算结果未作分析判断就直接采用。
下面结合我院设计项目的特点，针对规范条文，分析一下在结构设计中经常出现的几个问题，和大家一起学习探讨，供大家参考。

1 桩基础的设计
1.1 在设计文件中如何正确提出桩基础的检测要求。
（1）桩基础的检测分工程桩施工前和工程桩施工后两个阶段进行；
a. 工程桩施工前的检测目的是为设计提供依据。《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）第8.5.5条规定单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载试验确定。当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，对单桩承载力很高的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值。
b. 工程桩施工后的检测属桩基的验收检测，《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）第10.1.7条规定施工完成后的桩应进行桩身质量检验；《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）第10.1.8条以强条的形式规定施工完成后的工程桩应进行竖向承载力检验。大直径嵌岩桩的承载力可根据终孔时桩端持力层岩性报告结合桩身质量检验报告核验。
（2）桩基的验收检测中用高应变法检测竖向承载能力仅适用于混凝土匀质性好的等截面桩，如：预制方桩、预应力混凝土管桩、沉管灌注桩等。而对于人工挖孔扩底桩、钻孔灌注后夺浆桩、大直径嵌岩桩、夯扩桩及素混凝土桩等混凝土匀质性较差且桩截面变化较大的桩，不宜采用高应变法检测单桩竖向抗压承载力。
（3）桩身质量一般采用低应变反射波法进行检验。但对于荷载大、地质条件复杂或对桩身质量有疑问的大直径桩，尚需按照《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）第14.1.7条进行钻芯或声波透射法检测。
（4）当采用高应变法检测桩的竖向抗压承载力时，应有同一根桩的动静对比验证资料。因此在工程桩施工前做试桩的静载荷试验之前，应先做该试桩的高应变检测。
（5）对于拟进行静载荷试验的桩在试验前、后均宜作低应变检测，以便对静载荷试验的结果进行补充分析，判断桩身有无破坏的可能。
1.2 如何正确验算桩身混凝土强度
《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）第8.5.9条以强条的形式规定桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求。在进行桩身强度验算时应注意以下两点：
（1）桩身混凝土的轴心抗压强度设计值应乘以工作条件系数：预制桩取0.75；灌注桩取0.6-0.7。
（2）进行桩身强度验算时应采用荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值，而进行桩的承载力验算时采用的是荷载效应标准组合时的单桩竖向力标准值。设计时可将单桩竖向承载力特征值乘以1.35后作为荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值来验算桩身强度。
1.3 桩侧负摩阻力对桩基承载能力的影响。
若场地内新近填土层较厚或在软土场地上有较大的地面附加荷载，则单桩静载荷试验的结果不能直接采用。因为在进行单桩静载荷试验时，桩侧的正摩阻力及桩端阻力均能发挥作用，而建筑物进行使用状态后，桩侧的正摩阻力会逐渐丧失，反而还会加上负摩阻力，这样一正一负影响是很大的。因此我们在设计中遇到此类场地时，应仔细分析地质状况，将试桩结果减去正摩阻力，再根据中性点位置考虑中性点以上负摩阻力的影响，最后确定设计应该采用的单桩承载力特征值。
1.4 如何正确估算大直径灌注桩（d≥800mm）的单桩竖向承载力特征值。
按照湖北省地方标准《建筑地基基础技术规范》（DB42/242-2003）第10.3.3条的规定，在估算大直径灌注桩（d≥800mm）的单桩竖向承载力特征值时应注意以下几点：
（1）采用混凝土护壁的大直径挖孔桩在估算单桩竖向承载力特征值时，桩身直径可取护壁的外直径。
（2）桩长小于10mm的大直径扩底桩估算单桩竖向承载力特征值时，可以不算桩侧摩阻力。
（3）估算单桩竖向承载力特征值时，应乘以大直径桩端阻，侧阻尺寸效应系数，其中端阻尺寸的效应系数计算公式中的D为桩端直径，即扩大头直径，而不是桩身直径，此处应特别注意，不要算错。对于扩底直径较大的桩，尺寸效应系数的影响是很大的，可能产生不均匀沉降而影响建筑物的安全和正常使用，不容忽视。

2 现浇钢筋混凝土框架结构梁、板、柱的设计
2.1 现浇钢筋混凝土楼（屋）面板中受力钢筋、构造钢筋、分布钢筋的不同配筋要求。
（1）板的受力钢筋应通过计算确定，同时必须满足最小配筋率的要求。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第9.5.1条以强条的形式规定了板受力钢筋最小配筋率的要求，即0.2和45ft/fy中较大值。设计中违反该条的情况主要出现在经手算绘制的一些剖面详图中，如梁底挂板、为满足建筑立面或外墙凸出等要求而设置的边梁外受力挑板（装饰性的挑板构件可除外）等部位。设计人员认为这些板的荷载较小或挑出长度较小，往往随意给出板厚与配筋，造成板受力钢筋的配置不满足最小配筋率的要求。
（2）板的构造钢筋是指：a.板简支边的上部构造钢筋；b.板的受力钢筋与基支承梁平行时，沿该梁方向布置的与梁垂直的上部构造钢筋；c.控制温度、收缩的构造钢筋。对于a、b两项，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第10.1.6条和第10.1.7条规定钢筋直径不小于8mm，间距不大于200mm，配筋率不小于0.1%，与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。
（3）板的分布钢筋是指：a.单向板底面处垂直于受力方向的分布钢筋；b.垂直于板支座负筋的分布钢筋。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第10.1.8条规定分布钢筋直径不小于6mm，间距不大于250mm；截面面积不小于受力钢筋的15%，且不小于板截面面积的0.15%。例如：当板厚为100mm时，板的分布钢筋为φ6@200就不满足GB50010-2002第10.1.8条规定。
2.2 梁端纵向受拉钢筋的配筋率超过最大配筋率的限值。
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第6.3.3条以强条的形式规定梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。设计文件中违反该条的原因主要有以下两点：
（1）SATWE计算结果中的配筋面积并未超过2.5%，但已经很接近2.5%，因此程序没有超筋信息的提示。但在后续选筋绘图的过程中，由于钢筋归并系数，钢筋放大系数的作用以及调整裂缝宽度等原因，使得实际的配筋面积超过计算配筋面积较多。而程序并未在选筋结束后再作一次超筋的检查。最后造成设计图纸中部分梁的实际配筋面积超过2.5%。
（2）当柱两侧的梁高相差较大时，SATWE计算结果中柱两侧梁端的计算配筋面积是不相等的，均未2.5%，但实际配筋时，是按照较大一侧的计算配筋面积在柱的两侧通长配置梁的支座负筋。这样就很有可能造成梁高较小一侧的梁端纵向受拉钢筋的配筋率大于2.5%。
2.3 梁端箍筋加密区范围内箍筋的直径不满足规范要求。
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第6.3.3条以强条的形式规定梁端纵向受拉钢筋配筋率超过2%时，表6.3.3条中箍筋最小直径数值应增大2mm。而设计文件中梁的箍筋直径往往没按该条规定增加2mm，造成上述问题的原因是：SATWE计算结果中梁端纵向受拉钢筋配筋率并未超过2%，但已经很接近2%；在后续选筋绘图的过程中，由于钢筋归并系数，钢筋放大系数的作用以及调整裂缝宽度等原因，使得实际的梁端纵向受拉钢筋配筋率超过2%，而设计人员未根据规范该条文的规定调大钢筋直径。
2.4 柱的箍筋加密区范围不满足规范要求。
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）第6.3.10条中规定，如下柱：a.剪跨比不大于2的柱；b.因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱；c.框支柱；d.一级及二级框架的角柱，柱的箍筋加密范围应取柱全高。在设计绘图过程中，对于一级、二级框架的角柱；有层间梁、梯梁支承的框架柱，在大多数情况下，设计人员均已按规定的要求将柱箍筋加密的范围改为柱全高。但对于因填充墙嵌砌形成的短柱，设计人员往往未引起足够重视，没将箍筋加密范围改为柱全高。造成违反规范条文规定的情况。

3 门式刚架轻型房屋钢结构的设计
3.1 门式刚架轻型钢结构厂房基本风压的正确取值。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）中附录A的A0.1条中规定基本风压按《建筑结构荷截规范》（GB50009-2001）的规定值乘以1.05采用。
3.2 钢结构柱脚的保护。
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第8.9.3条以强条的形式规定柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于50mm），并应使包裹的混凝土高出混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚底面应高出地面不小于100mm。钢结构柱脚的保护是一个构造问题，属于结构耐久性的范畴。但该条被列入强条，说明此要求对钢结构的重要性。
3.3 钢结构的选材。
钢结构选材在钢结构设计中非常重要，它直接关系到钢结构工程的质量安全和可靠性，《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第1.0.5条以强条的形式规定：在钢结构设计文件中，应注明建筑结构的设计使用年限、钢材牌号、连接材料的型号和对钢材所要求的力学性能、化学成分及其他的附加保证项目。此外，还应注明所要求的焊缝形式、焊缝质量等级、端面刨平顶紧部位及对施工的要求。设计文件中常出现如下问题：
（1）仅注明钢材的强度等级，而未注明钢材的质量等级。
（2）图纸中未注明焊缝的质量等级。由于只有一、二级焊缝才能与母材等强，三级焊缝则没有保证。因此，对于对接焊缝或要求焊缝焊透的重要部位，应注明采用一级或者二级焊缝。

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