论文部分内容阅读
【摘要】在建筑设计中，结构分析是个重要部分，本文就结构分析中容易出现的问题进行了简要探讨，包括独立基础设计荷载取值不当，框架计算简图不合理等。
【关键词】钢筋混凝土建筑 结构分析
中图分类号：TU973+.12
一、钢筋混凝土建筑设计中结构分析的重要性
结构设计中的钢筋混凝土构造措施，往往对设计起着很重要的作用。在结构设计、施工过程中，对结构的力学性能研究（包括对施工过程中结构的力学性能研究）不充分以及施工管理的不完善.是引起现浇钢筋混凝土配筋不当的内在原因。主要是有时候用电算设计存在不合理的地方，需要用力学原理分析，手算复核，如果没有出现受力情形，可根据构造措施配置钢筋。结构施工过程中固有的不确定性和复杂性决定了结构性能的千变万化.是结构施工阶段平均风险率较高的一个重要外在原因。
二、设计中结构分析存在的问题
1. 独立基础设计荷载取值不当
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，《抗震规范》（GB50011-2001）第4.2.1条指出，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说，在8度地震区，大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
另一种情况是，在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载（柱脚内力设计值）只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础本向和上部结构的安全。
2. 框架计算简图不合理
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0.05m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1输入。以某学生宿舍楼为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.3m，基础埋深4.0m基础高度0.8m，室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条，在8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩；第二，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.3.11条规定，框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层1输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。
这样，计算剪力的首层层高为H1=4-0.8-0.05=3.15m，层2层高为3.35m，层3、4层高为3.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条，框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数1.25。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，按两计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。
3.基础拉梁层的计算模型不符合实际情况
基础拉梁层无楼板，用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋平面不规则，要特别注意这一点。
4.基础拉梁设计不当
多层框架房屋基础埋深值大时，为了减速小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.000以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。
一般说来，当独立基础埋置不深，或者过去时置虽深但采用了短柱基础时，由于地基不良或柱子荷载差别较大，或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20～1/30，高度可取柱中心距的1/12～1/18。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各2Ⅱ14，配筋不得小于Ⅰ8-200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时，拉梁截面应适当加大，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础高或短柱顶标高相同。在这种情况下，基础可按偏心有受压基础设计。
当框架底层层高不大或者基础过去埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较强大，以便用拉梁来平衡柱底弯矩。这时，拉梁正弯矩钢筋应全跨拉通，负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩钢筋在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。
此时拉梁宜设置在基础顶部，不宜设置在基础顶面之上，基础则可按中心受压设计。
5. 框架结构带楼电梯小井筒
框架结构应尽量避免设置钢筋混凝土楼电梯小井筒。因为井筒的存在会吸收较大的地震剪力，相应地减少框架结构承担的地震剪力，而且井筒下基础设计也比较困难，故这些井筒多采用砌体材料做填充墙形成隔墙。当必须设计钢筋混凝土井筒时，井筒墙壁厚度应当减薄，并通过开竖缝、开结构洞等办法进行刚度弱化；配筋也只宜配置少量单排钢筋，以减小井筒的作用。设计计算时，除按框架确定抗震等级并计算外，还应按带井筒的框架（当平面不规则时，宜考虑耦联）复核，并加强与井墙体相连的柱子的配筋。
此外，还要特别指出，对框架结构出屋顶的楼电梯间和水箱间等，应采用框架承重，不得采用砌体墙承重；而且应当考虑鞭梢效应乘以增大系数；雨篷等构件应从承重梁上挑出，不得从填充墙上挑出；楼梯梁和夹层梁等应支承在承重柱上，不得支承在填充墻上。
6.概念设计与构造措施
设计人员应特别重视结构概念设计。重视结构的选型和平、立面布置的规则性，优先选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。建筑设计的目的是创造一个有效的环境整体，即一个由许多相互关联的环境分体系形成的整体。所以，设计人员在开始处理结构方面的问题时，必然希望在形成和处理总体方案时，分析各单元体之间的关系，而不是构件和细部构造。设计人员应具有总体考虑的能力，能够从一开始就将结构知识运用到全部建筑设计中，并且使水平不高的细部设计减至最小。结构设计应根据建筑的房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系。实践证明，一个良好的结构体系设计既能达到良好的抗震性能又能节约工程造价。
三、总结
钢筋混凝土结构与钢结构相比，具有整体性强、刚度大、位移小和舒适度好的优点。在我国的高层建筑中大多采用了钢筋混凝土结构，所以钢筋混凝土的结构设计问题也就非常重要。高层建筑的钢筋混凝土结构设计是一个比较复杂的过程，每个小失误都有可能导致建筑出现各种质量问题。建筑设计师在设计过程中，应该严格按照国家相关规定，认真分析、科学计算，确保高层建筑的整体质量和结构安全。
【关键词】钢筋混凝土建筑 结构分析
中图分类号：TU973+.12
一、钢筋混凝土建筑设计中结构分析的重要性
结构设计中的钢筋混凝土构造措施，往往对设计起着很重要的作用。在结构设计、施工过程中，对结构的力学性能研究（包括对施工过程中结构的力学性能研究）不充分以及施工管理的不完善.是引起现浇钢筋混凝土配筋不当的内在原因。主要是有时候用电算设计存在不合理的地方，需要用力学原理分析，手算复核，如果没有出现受力情形，可根据构造措施配置钢筋。结构施工过程中固有的不确定性和复杂性决定了结构性能的千变万化.是结构施工阶段平均风险率较高的一个重要外在原因。
二、设计中结构分析存在的问题
1. 独立基础设计荷载取值不当
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础，《抗震规范》（GB50011-2001）第4.2.1条指出，当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时，不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说，在8度地震区，大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此，在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中，必须输入风荷载，不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
另一种情况是，在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载（柱脚内力设计值）只取轴力设计值和弯矩设计值，无剪力设计值，或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小，配筋偏少，影响基础本向和上部结构的安全。
2. 框架计算简图不合理
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋，独立基础埋置较深，在-0.05m左右设有基础拉梁时，应将基础拉梁按层1输入。以某学生宿舍楼为例，该项目为3层钢筋混凝土框架结构，丙类建筑，建筑场地为Ⅱ类；层高3.3m，基础埋深4.0m基础高度0.8m，室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条，在8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算，首层层高取3.35m，即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面；基础拉梁的断面和配筋按构造设计；基础按中心受压计算。显然，选取这样的计算简图是不妥当的。因为，第一，按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩；第二，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.3.11条规定，框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明，这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算，即将基础拉梁层按层1输入，拉梁上如作用有荷载，应将荷载一并输入。
这样，计算剪力的首层层高为H1=4-0.8-0.05=3.15m，层2层高为3.35m，层3、4层高为3.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条，框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数1.25。当设拉梁层时，一般情况下，要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用，对这样的计算简图，在电算程序总信息输入中，可填写地下室层数为1，并复算一次，按两计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。
3.基础拉梁层的计算模型不符合实际情况
基础拉梁层无楼板，用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，楼板厚度应取零，并定义弹性节点，用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零，也定义弹性节点，但未采用总刚分析，程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算，与实际情况不符。房屋平面不规则，要特别注意这一点。
4.基础拉梁设计不当
多层框架房屋基础埋深值大时，为了减速小底层柱的计算长度和底层的位移，可在±0.000以下适当位置设置基础拉梁，但不宜按构造要求设置，宜按框架梁进行设计，并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言，应采用短柱基础方案。
一般说来，当独立基础埋置不深，或者过去时置虽深但采用了短柱基础时，由于地基不良或柱子荷载差别较大，或根据抗震要求，可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20～1/30，高度可取柱中心距的1/12～1/18。构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限，纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算，当为构造配筋，除满足最小配筋率外，也不得小于上下各2Ⅱ14，配筋不得小于Ⅰ8-200。当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时，拉梁截面应适当加大，算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础高或短柱顶标高相同。在这种情况下，基础可按偏心有受压基础设计。
当框架底层层高不大或者基础过去埋置不深时，有时要把基础拉梁设计得比较强大，以便用拉梁来平衡柱底弯矩。这时，拉梁正弯矩钢筋应全跨拉通，负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩钢筋在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。
此时拉梁宜设置在基础顶部，不宜设置在基础顶面之上，基础则可按中心受压设计。
5. 框架结构带楼电梯小井筒
框架结构应尽量避免设置钢筋混凝土楼电梯小井筒。因为井筒的存在会吸收较大的地震剪力，相应地减少框架结构承担的地震剪力，而且井筒下基础设计也比较困难，故这些井筒多采用砌体材料做填充墙形成隔墙。当必须设计钢筋混凝土井筒时，井筒墙壁厚度应当减薄，并通过开竖缝、开结构洞等办法进行刚度弱化；配筋也只宜配置少量单排钢筋，以减小井筒的作用。设计计算时，除按框架确定抗震等级并计算外，还应按带井筒的框架（当平面不规则时，宜考虑耦联）复核，并加强与井墙体相连的柱子的配筋。
此外，还要特别指出，对框架结构出屋顶的楼电梯间和水箱间等，应采用框架承重，不得采用砌体墙承重；而且应当考虑鞭梢效应乘以增大系数；雨篷等构件应从承重梁上挑出，不得从填充墙上挑出；楼梯梁和夹层梁等应支承在承重柱上，不得支承在填充墻上。
6.概念设计与构造措施
设计人员应特别重视结构概念设计。重视结构的选型和平、立面布置的规则性，优先选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。建筑设计的目的是创造一个有效的环境整体，即一个由许多相互关联的环境分体系形成的整体。所以，设计人员在开始处理结构方面的问题时，必然希望在形成和处理总体方案时，分析各单元体之间的关系，而不是构件和细部构造。设计人员应具有总体考虑的能力，能够从一开始就将结构知识运用到全部建筑设计中，并且使水平不高的细部设计减至最小。结构设计应根据建筑的房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系。实践证明，一个良好的结构体系设计既能达到良好的抗震性能又能节约工程造价。
三、总结
钢筋混凝土结构与钢结构相比，具有整体性强、刚度大、位移小和舒适度好的优点。在我国的高层建筑中大多采用了钢筋混凝土结构，所以钢筋混凝土的结构设计问题也就非常重要。高层建筑的钢筋混凝土结构设计是一个比较复杂的过程，每个小失误都有可能导致建筑出现各种质量问题。建筑设计师在设计过程中，应该严格按照国家相关规定，认真分析、科学计算，确保高层建筑的整体质量和结构安全。