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建筑工程结构设计中的常见问题及改进措施

浏览次数: 日期:2006-05-25

高吉兆 王兰国

关键词:结构设计 常见问题 改进措施

一、结构设计原则

1、设计文件中作为设计依据和质量验收应遵循的的工程建设标准的名称、编号与版本有误,例如:

(1)设计文件依据已作废、无效的工程建设标准编制;

(2)设计文件中指明的质量验收应遵循的工程建设标准为无效标准;

(3)设计文件中仅说明“本设计依据现行规范、规程和标准计算”,而无具体的依据规范、规程和标准名称和版本。

改进措施:根据建设部建质[2003]84号《建筑工程设计文件编制深度规定》第3.5.2条、第4.4.3条的规定,施工图设计文件应将作为设计依据采用的标准的名称、编号、版本在结构设计说明书中一一列出。

2、设计文件中未注明设计使用年限或注明年数有误,例如:

(1)只注明设计基准期,未注明设计使用年限;

(2)注明结构设计寿命XX年,不注明设计使用年限。

改进措施:对于普通房屋,设计时遵循设计基准期为50年的国家工程建设标准,即荷载、地震作用参数,耐久性要求等均按50年确定,因此它的设计使用年限均为50年。在某些工程设计文件中,设计遵循的是现行的设计基准期为50年的工程建设标准,但在设计文件上又注明设计使用年限为100年或70年,这样的设计文件属于错误设计文件。因为,设计使用年限为70年或100年的建筑结构在设计中需要进行专门研究,并采取有效措施。

3、设计文件中采用国家明文规定限制、禁止使用的技术。

改进措施:2004年3月18日,中华人民共和国建设部第218号公告,发布《建设部推广应用和限制、禁止使用技术》。与结构专业有关的限制、禁止使用的技术见表1.1.5。在结构施工图设计文件中不应采用国家明文规定限制、禁止使用的技术,而应采用国家和当地建设行政主管部门推广应用的技术和符合工程建设标准规定的技术。

表1.1.5  限制、禁止使用技术规定

序号

技术名称

适用范围

生效时间

79

实心粘土砖

不得用于各直辖市、沿海地区的大中城市和人均占有耕地面积不足0.8亩的省的大中城市的新建工程。

2003年7月1日

139

人工挖孔桩

不得用于软土或易发生流沙的场地。地下水位高的场地,应先降水后施工

2006年1月1日

142

低碳冷拔钢丝的应用

不得用于钢筋混凝土结构或构件中的受力钢筋

2005年1月1日

150

混凝土现场拌制

不得用于东部地区的大中城市和中西部地区的大城市,由当地行政主管部门颁布具体实施内容

2005年1月1日

152

尿素型混凝土抗冻外加剂

不得用于民用建筑的冬季混凝土施工

2004年3月18日

197

含矿物纤维或高含量苯系溶剂的钢结构防火涂料

不得用于房屋建筑室内的钢结构工程

2004年7月1日

注:各地可能在实施过程中有更详细的规定。

4、施工图设计文件中建筑抗震设防类别选择错误。

改进措施:(1)根据《设防分类标准》GB 50223规定选择抗震设防类别。

5、屋面活荷载标准值的取值不正确。

改进措施:按照《荷载规范》GB 50009第4.3.1条规定:上人屋面的活荷载标准值应取2.0kN/m2,而不是1.5 kN/m2。上人屋面活荷载标准值按不上人屋面情况取值会造成结构不安全,因而不正确。兼作其他用途的上人屋面,应按相应用途的楼面活荷载标准值取值,否则可能造成结构不安全。设有屋顶花园的屋面活荷载若漏算花圃土石等材料自重将会造成结构不安全,屋面有上翻梁时,四周由上翻梁包围的屋面可能造成积水,因而应在屋面设计中考虑积水荷载,否则应采取有效的措施避免积水。

总之,设计时对屋面活荷载的取值应符合《荷载规范》的规定。此外当屋面结构采用钢结构时,尚应符合《钢结构规范》GB 50017第3.2.1条的规定。

6、确定门式刚架轻型房屋钢结构的基本风压Wo时,未将《荷载规范》规定的基本风压增大1.05倍。

改进措施:根据《门式刚架规程》CECS 102附录A规定:确定垂直于建筑物表面的风荷载时,应将《荷载规范》GB50009取值的基本风压乘以1.05。在实际工程中,设计者常漏乘l.05,因而不正确,应予以改正。

7、永久荷载标准值GK与可变荷载标准值QK的比值较大,在进行承载能力极限状态基本组合效应组合设计值计算时,漏算由永久荷载效应控制的最不利组合。

改进措施:《荷载规范》GB 50009第3.2.5条规定,在进行承载能力极限状态基本组合设计时,应从下列两种组合值取最不利值:

组合l:由可变荷载效应控制的组合

S=γGSGK+γ1SQ1K+∑γQiψCiSQiK(i=2~n)

组合2:由永久荷载效应控制的组合

S=γGSGK+∑γQiψCiSQiK(i=1~n)

在组合l中永久荷载的分项系数γG取1.2,而在组合2中γG取l.35。通常情况,当构件上仅承受一种可变荷载,而其荷载分项系数γQ取1.4及可变荷载的组合值系数ψC取0.7时,若可变荷载QK和永久荷载GK均为均布荷载,可求得当GK/QK>2.8则组合2为最不利组合。因此在此情况下若漏算由永久荷载效应控制的组合,将会造成计算错误。

8、施工图设计文件的抗震设防烈度(设计基本地震加速度值)取值有误。

改进措施:《抗震规范》GB 50011第1.0.4条规定,抗震设防烈度必须按国家规定的权限审批或按颁发的文件(图件)确定。这是一条强制性条文,必须执行,在一般情况下,设计时可取用抗震规范附录A提供的我国主要城镇中心地区的抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组。对已编制抗震设防区划的城市,可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。

二、地基基础

 1、复合地基的褥垫层厚度设计取值不当。

改进措施:刚性基础下的复合地基可通过改变褥垫层厚度调整桩土的荷载分担。褥垫层越厚,桩分担的荷载越少,褥垫层厚度过小,桩间土承载力发挥不充分。褥垫层厚度的取值应符合《地基处理规范》JGJ79第7.2.5;8.2.7;9.2.3;10.2.4;11.2.5;12.2.5;13.2.2;15.2.5条的规定。

2、地基基础设计时,未考虑地面堆载的影响,造成地基承载力不能满足要求。

改进措施:由于一些工业建筑地面堆载较大,在地基基础设计时应考虑地面堆载对地基承载力和变形的影响产生的附加压力,并应考虑由于地面堆载引起的地基不均匀沉降对上部结构的不利影响。

3、季节性冻土地区基础埋置深度未考虑冻土深度要求。

改进措施:按《地基规范》GB 50007第5.l.6~5.l.9条的有关规定,根据冻土层的平均冻胀率确定地基的冻胀性类别,计算季节性冻土地基的设计冻深,或地区经验确定基础的最小埋置深度,并采取必要的防冻害措施。

4、沉降缝兼做防震缝时,未留足缝宽。

改进措施:当同一建筑物中的各部分由于基础沉降而产生显著沉降差,有可能产生结构难以承受的内力和变形时,可采用沉降缝将各部分分开,成为各自独立的结构单元。当建筑物有抗震要求时,沉降缝应兼作防震缝。

(1)房屋高度不超过15m时防震缝最小宽度为70mm,当高度超过15m时,钢筋混凝土结构各结构类型宜按下表再增加宽度:

表3.4.12房屋高度超过15m防震缝宽度增加值(mm)

设防烈度

6

7

8

9

高度每增加值(m)

5

4

3

2

结构类型

框架

20

20

20

20

框架-剪力墙

14

14

14

14

剪力墙

10

10

10

10

(2)防震缝两侧结构体系不同时,防震缝宽度宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度计算确定;

(3)当相邻结构的基础存在较大倾斜时,宜适当增大防震缝的宽度。

三、砌体结构

 1、室外地面以下的墙体或基础采用烧结多孔砖或混凝土小型空心砌块,但没有相应措施。

改进措施:多孔砖或空心混凝土小砌块如果必须用于地下基础部分时,根据《多孔砖规范》JGJ l37第4.4.11条以及,《小砌块规程》JGJ/T14第5.6.2条第l款的规定,对多孔砖砌体,其孔洞应用水泥砂浆灌实;对混凝土小型空心砌块砌体,其孔洞灌芯混凝土应采用具有高流动度,低收缩性能,且不应低于C20,应采用普通硅酸盐水泥,粗集料(直径5~10mm碎、卵石)、细集料和掺和料以及外加剂等配制成专用灌孔混凝土。

2、房屋有错层或相邻楼板的高差较大时,未采取有效措施。

改进措施:房屋有错层或相邻楼板高差较大,宜设缝。不设缝时,应当将两侧的楼盖质量作为两个质点来考虑。并采取其他有效的加强措施,如在错层两侧与之垂直的纵墙设置防撞墙等。

3、多层砌体的楼梯间设在尽端或转角处,未采取更加有效的加强措施。

改进措施:对设在房屋尽端或拐角处的楼梯间,除应符合《抗震规范》GB 50011第7.3.8条规定对设在房屋中段的楼梯间的加强要求外,应采取更加有效的加强措施。

措施一:楼梯间四周的墙体沿墙高方向设置水平配筋,并宜在水平面上交圈(遇门窗洞口可中断),其间距根据设防烈度的不同区别对待。如6、7度时可沿高度方向每隔500mm左右设置一道,8度时每隔300mm左右设置一道,从底层到顶层都需设置。

上述水平配筋,也可以用60mm厚的钢筋混凝土水平带代替。

措施二:加大楼梯间墙在楼板标高处的圈梁尺寸,同时加大楼梯间墙四角处的构造柱截面。以加强楼梯间的侧向约束,提高楼梯间墙的抗震能力。

楼梯间墙四角的构造柱设置应符合《抗震规范》GB 50011第7.3.1条的规定,为了加强楼梯间的刚度,当楼梯间处于房屋尽端或拐角时,可以考虑将墙四角的构造柱截面改为L形,这将会使楼梯间墙的刚度有一定的提高。

4、房屋局部尺寸略小于规范要求,只经强度验算而无其他构造措施。

改进措施:当墙垛局部尺寸不满足规范要求时,可以有两种补充构造措施:第一种是控制最小墙垛尺寸,使之不小于层高的1/4,比如当层高为3m时,可使局部墙垛尺寸不小于750mm。同时适当加强构造柱的配筋数量。

第二种,可以将此类墙垛视为非承重墙垛,通过采用过梁等措施跨越小墙垛,以避免各墙段间的刚度差异过大,以利于抗震。

5、在多层砌体房屋设计中,因不甚了解构造柱的破坏机理,忽视构造柱作为主要的抗震构造措施的作用,未按规范要求设置构造柱。

改进措施:多年来的实践证明,构造柱是一种良好的抗震构造措施,能够使多层砌体房屋减轻和避免突然倒塌的危险,是保证多层砌体房屋大震不倒的重要措施,应该明确,构造柱不是一般意义上的柱而是墙体的约束构件。

构造柱的作用主要是约束一旦在地震中开裂破坏了的墙体,使之不进一步倒塌。从这一点出发,我们能够更好地来理解和运用构造柱而不致出现误导。构造柱虽不能阻止墙体出现的一般裂缝的发展,但是在墙体沿对角线的剪切裂缝较大并贯通整个墙面,使墙体分为四大块后,构造柱能够约束墙体的进一步倒塌。

6、单层砌体房屋不应按多层房屋的要求设置构造柱。

改进措施:单层房屋一般不包括在多层砌体房屋之列,规范对此亦无明确规定。

对不同设防烈度的单层砌体房屋,可根据建筑结构情况区别对待。比如,对一些高烈度区的重要建筑,至少应在房屋的四角墙体内设置构造柱,也可以在相隔一定距离的横墙内设置构造柱。

对一般的单层砌体房屋,只要求有顶部圈梁和内外墙的拉结措施,

7、误将构造柱伸入房屋基础的大放脚或基底。

改进措施:构造柱是墙体的一部分,它不是承重柱,因此也不单独承担竖向荷载。其主要作用是对墙体起水平约束作用。不需要有单独的基础。规范规定构造柱可不单独设置基础,但应伸入室外地面下500mm,或与埋深小于500mm的基础圈梁相连,遇有管沟时,应伸到沟底。

8、构造柱的截面设计过大,数量设置过多。

改进措施:构造柱设置过多也是设计上常见的问题,比如有些设计在所有墙的连接处均设构造柱等等。

构造柱对墙段的约束作用,特别表现在房屋四大角最为明显,角部的构造柱能够起到对两个方向墙段的约束作用,并有利于抗扭,所以四角必须设构造柱,对于其它部位的构造柱设置,要根据实际情况按规范要求布置。

阴角是否一律可以不设构造柱,也不是绝对的。要视其总体平面上墙段所处的位置而定。

四、混凝土结构

 1、结构设计时,对混凝土结构的耐久性要求不符合《混凝土规范》的规定。

改进措施:《混凝土规范》规定,混凝土结构的耐久性设计应根据环境类别和设计使用年限进行。

(1)混凝土结构设计使用年限为50年时,其耐久性要求应符合《混凝土规范》第3.4.2条的规定,即应保证混凝土的最低强度等级和最少水泥用量,限制混凝土的氯离子含量、碱含量和最大水灰比,同时还应保证不同类型的构件在不同混凝土强度等级和不同环境类别条件下的混凝土保护层厚度(详见《混凝土规范》第9.2.1条),

(2)当混凝土结构设计使用年限为100年时,其耐久性要求在《混凝土规范》第3.4节中有更严格的规定。

(3)构件设计应满足《混凝土规范》第3.3节中关于裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值的要求。

2、结构设计时,与无侵蚀性的水或土壤直接接触的构件、露天环境下的构件,所采用的混凝土强度等级低于《混凝土规范》GB50010第3.4.2条的规定。

改进措施:

(1)钢筋混凝土基础,包括墙下条形基础、柱下独立基础、柱下条形基础、高层建筑筏形基础、桩基础等,一般情况下,均属于与无侵蚀性水或土壤直接接触的构件,在非严寒和非寒冷地区,其环境类别属二a类。除了满足承载力要求,有地下室时还应满足抗渗要求。根据《混凝土规范》第3.4.2条的规定,当设计使用年限为50年时(以下同),其混凝土强度等级不应低于C25,当有可靠工程经验时,也可采用C20。《建筑地基基础设计规范》GB50007规定,钢筋混凝土基础的混凝土强度等级不应低于C20,这与《混凝土规范》的规定,在原则是一致的。

在严寒和寒冷地区,钢筋混凝土基础与无侵蚀性的水或土壤直接接触,由于会发生冻融循环,其环境类别属二b类,《混凝土规范》规定其混凝土强度等级不应低于C30,当有可靠工程经验时,也可采用C25。

(2)室外露天环境下的构件,如雨篷、遮阳板等,受大气及雨雪的交替作用,在非严寒和非寒冷地区,其环境类别属二a类;在严寒和寒冷地区,其环境类别属二b类,应根据《混凝土规范》第3.4.2条的规定,选用其混凝土强度等级。

(3)消防水池等类构筑物,迎水面直接与无侵蚀性水接触,也应根据是否会发生冻融,判定其环境类别是二b类还是二a类,并按《混凝土规范》的规定,确定其最低混凝土强度等级。

3、结构设计时,未合理选用现浇楼(屋)面板的混凝土强度等级和钢筋强度等级。

改进措施:适宜的混凝土强度等级为C20~C30,不宜超过C35。过高的混凝土强度等级,会增加楼板因温度变化和收缩引起裂缝的可能性,此外,当板类构件的配筋为最小配筋率时,会使配筋量增加,不合理也不经济,特别是采用HPB235级钢筋时更为明显。

关于钢筋的选用,衡量其经济性的不是钢筋的实际价格,而是它的强度价格比,即每元钱可购得的单位钢筋的强度。常用钢筋的强度价格比见表3-2。由此表可见在设计中宜采用HRB400级钢筋。

强度价格比高的钢筋经济性较好,不仅可以减少配筋率,从而减少配筋量,方便施工,而且还减少了钢筋在加工、运输和施工等方面的各项附加费用。所以,就钢筋的强度价格比(经济性)而言,板类构件的受力钢筋,不宜采用HPB235级钢筋,宜采用HRBB335级钢筋或HRB400级钢筋。这两类钢筋除强度高外,延性及锚固性能也很好,不必象HPB235级钢筋那样锚固时末端还要加弯钩。当然,采用这两种钢筋做板的受力钢筋时,对大跨度板应保证正常使用状态下最大裂缝宽度及挠度符合要求。

4、设计抗震等级为一、二级的钢筋混凝土框架时,未对普通纵向受力钢筋的力学性能提出要求。

改进措施:结构设计时,在结构设计文件中(一般是在结构设计总说明中),应根据《抗震规范》第3.9.2条的规定,明确要求抗震等级为一、二级的框架,其普通纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于l.25;屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.30。

5、抗震设计时,未对主体结构中纵向受力钢筋的替代原则做出规定。

改进措施:在结构设计文件中,应根据《抗震规范》GB50011第3.9.4条的规定,明确要求主体结构纵向受力钢筋替代时,应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算,并应满足正常使用极限状态(如挠度、裂缝宽度验算等)和抗震构造措施(如最大及最小配筋率、保护层厚度、钢筋间距等)的要求,特别是以强度等级较高的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时,还应注意上述替代引起钢筋延性(强屈比、塑性设计条件等)变化的影响。

6、框架结构抗震设计时,采用框架和部分砌体墙混合承重的形式。

改进措施:按《高规》JGJ3第6.l.6条的规定:在地震区,不应采用框架和砌体墙混合承重的形式。例如,不仅框架结构房屋不得采用部分砌体墙承重,框架结构中的楼电梯间、局部突出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等,也不得采用砌体墙承重,而应采用框架承重,另设非承重填充墙。

7、建筑物的结构单元长度过长或宽度较宽(超过规范规定的伸缩缝最大间距较多)时,除设置后浇带外,未采取其他可靠措施。

改进措施:设置后浇带无疑是减小混凝土收缩效应的重要措施之一,但决不应将后浇带等同于伸缩缝或用后浇带代替伸缩缝,因为两者的作用完全不同。

关于增大建筑物伸缩缝间距的措施,除了设置后浇带外,其他主要措施是:采用收缩小的水泥、减少水泥用量和水灰比、保湿养护,采用膨胀剂补偿混凝土收缩、局部加强配筋、施加预应力、加强保温隔热措施、设置滑移层解除约束、在建筑物顶部留局部伸缩缝(如音叉式伸缩缝)。结构工程师应根据工程的具体情况,灵活而有针对性的采用上述措施。

8、结构设计计算书内容不全,是工程设计中不同程度存在的较为普遍的问题。

改进措施:一般情况下,较完整的钢筋混凝土结构设计计算书主要应包括以下内容:

(1)用电算程序计算时,应注明所采用的计算程序名称、代号、版本及编制单位,计算程序必须经过有效审定(或鉴定),电算结果应经分析认可。

(2)混凝土结构电算计算书应包括:总体信息输入,结构简图,荷载简图,配筋简图,墙、柱底部截面内力简图及D+L计算结果简图,楼层侧向刚度比,重力二阶效应验算,结构整体稳定验算,楼层受剪承载力比,周期及周期比,地震作用振型,楼层地震剪力系数,框架-剪力墙结构及框架-筒体结构框架部分承受的地震倾覆力矩比,地震有效质量系数,总地震剪力,楼层位移及位移比,墙、柱轴压比,框架柱的计算长度系数及超筋超限信息等;

(3)建筑装修荷载等电算程序无法完成的荷载计算书;大跨度梁、板构件挠度及裂缝最大宽度计算书,电算程序无法完成的某些受力构件的计算书;补充构件计算书时,应提供构件平面布置简图和计算简图,并注明计算图表或不常用公式的来源;

(4)地基承载力计算、地基变形计算(规范有要求时)、基础计算(包括抗弯、抗剪抗冲切计算、人防结构计算、规范要求的抗震验算及必要时的抗浮验算);

(5)复杂结构(包括带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、多塔结构、连体结构及中大型影剧院、体育场馆等)应提供不少于2个不同力学模型程序的计算书;

(6)特别不规则的建筑、甲类建筑、《抗震规范》GB50011表5.1.2-1中所列高度范围的高层建筑,应补充时程分析的计算书;《抗震规范》第5.5.2条所列的结构应进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算;

(7)高层建筑中的转换层、加强层、连体结构的连接体等,宜补充结构局部的有限元分析计算书;

(8)所有的结构计算书均应校审,并由设计、校对、审核人在计算书封面上签字;所有计算书均应装订成册。

9、结构计算简图与施工图不完全相符,未做必要的调整和补充计算复核。

改进措施:为了避免或减少结构计算简图与施工图不完全相符的情况发生,从方案设计阶段开始,初步设计阶段、施工图设计阶段,结构工程师均应同建筑师、设备工程师密切配合,使结构设计既满足建筑功能的需要,又符合结构设计的最基本的要求,例如结构的规则性要求,抗震设计要求等。

在施工图设计开始时,结构工程师进行结构整体计算前,应将结构计算简图与建筑平、立面图、设备布置图逐一核对和确认,使结构计算简图同实际施工图一致。这样才能使计算结果具有真实性,从而保证结构设计的正确性。

当然,在施工图设计过程中,因建筑或设备专业的要求,结构布置做些微调也是可能的,但一定要通过补充计算复核加以妥善处理。

10、高层建筑结构整体计算时,未合理假定楼板的刚度。

改进措施:在工程设计时,应根据《抗震规范》GB50011和《高规》JGJ3的规定,对楼板形状比较规则的普通工程,采用楼板在平面内无限刚、平面外刚度为零的刚性楼板假定;对楼板形状复杂的工程,如有效宽度较窄的环形楼板、有大开洞的楼板、有狭长外伸段的楼板、局部变窄形成薄弱连接部位的楼板、连体结构的狭长连接体楼板等,则应采用符合楼板平面内实际刚度的假定。对于这些形状复杂的楼板,由于楼板平面内刚度有较大削弱且不均匀,楼板平面内的变形会使楼层内抗侧力刚度较小的构件的位移和内力加大,再采用刚性楼板假定就不能保证这些构件的计算结果的可靠性。

应特别指出,在采用符合楼板实际刚度的假定进行结构整体计算时,应补充计算结构在刚性楼板假定下的位移比(楼层最大位移和楼层层间位移之比)、周期比(扭转为主的自振第一周期与平动为主的自振第一周期之比)和楼层侧向刚度比。

11、质量和刚度分布明显不对称、不均匀的高层建筑结构,抗震计算时仅计入双向水平地震作用下的扭转影响,但未在计算单向地震作用时考虑偶然偏心的影响。

改进措施:所以,结构设计时,除计算双向水平地震作用并考虑扭转的影响外,宜根据《高规》第3.3.3条的规定,还应计算单向水平地震作用并考虑偶然偏心的影响,并取二者中的最不利情况进行结构设计。反过来,质量和刚度分布较对称、较均匀的高层建筑结构,仅考虑偶然偏心影响的单向地震作用就可以了。

应当指出,抗震设计时,除高层建筑外,根据《抗震规范》第5.2.3条及其条文说明,对于多层建筑,除平面规则的可通过考虑扭转耦联计算来估计水平地震作用的扭转影响外,凡属该规范第3.4.2条所指的平面不规则多层建筑,亦应考虑偶然偏心的影响。

12、A级高度的高层建筑结构整体计算时,在刚性楼板假定下,考虑偶然偏心的位移比超过l.5或周期比大于0.9(复杂高层建筑结构、钢-混凝土混合结构的周期比大于0.85)、或第一振型为扭转振型时,未对结构的平面布置做必要的调整。

改进措施:对结构平面布置进行调整的方法主要是:(1)在可能条件下,将较长的建筑物或不规则的建筑物通过设防震缝分为平面规则的几部分;(2)尽量加强周边或周边某些部位的结构抗侧力构件(框架梁、柱或剪力墙,主要是剪力墙)的刚度,同时适当弱化内部结构的抗侧力构件的刚度;(3)适当加大核心筒的抗扭刚度。

结构平面布置经调整后,如仍有个别指标略为超过设计规范的规定时,则可通过适当提高抗震等级等措施对结构或结构某些构件予以加强。

必要时应按照建设部的有关规定,通过超限抗震专项审查来保证这类不规则结构的安全。

13、结构整体计算时,风荷载、填充墙荷载等未正确输入。

改进措施:

(1)地震区的多层建筑,在整体计算时,应输入风荷载。因为,对高层建筑以外的多层建筑,虽然风荷载不参与地震作用效应和其他荷载效应的基本组合,但不输入风荷载,不计入风荷载的作用,将会使地基和基础的设计不安全。

此外,在低烈度地震区,当风荷载较大时,上部结构常常是由不考虑地震作用效应参与的基本组合控制,不输入风荷载,将会影响上部结构的安全。

(2)对于高层建筑,在输入风荷载时,如果房屋特别重要,且房屋高度超过60m时,则宜按100年一遇的风压输入,而不应按50年一遇的基本风压输入。

(3)填充墙通常是指框架梁、柱间的砌体墙或填堵剪力墙洞口的砌体墙。填充墙作用在梁上应按线荷载输入,不宜折算成等效均布荷载按楼面荷载输入。按楼面荷载输入会使填充墙所在的框架梁的设计偏于不安全。

(4)隔墙通常是指砌筑在楼板上的分隔房间用的墙体。隔墙虽然以线荷载的形式作用在楼板上,但不应仅在墙下的楼板内配置两根或三根构造加强筋,应将隔墙线荷载折算成等效均布荷载与楼面其他荷载进行组合参与楼板的配筋计算。

固定隔墙的线荷载应折算成等效均布永久荷载;非固定隔墙的线荷载可折算成等效均布活荷载,《荷载规范》规定其值应取每延米长墙重(kN/m)的1/3,且不小于1.0 kN/m2

(5)在楼面荷载输入时,楼梯间的荷载不能漏输。楼梯荷载输入前,首先要确定该楼梯是民用建筑的普通楼梯还是人员密集的楼梯,如是人员密集的楼梯,其楼梯活荷载标准值应取3.5kN/m2,而不是2.0kN/m2或2.5kN/m2

楼梯间的荷载按均布荷载输入时,应指定楼梯均布荷载向其支承梁方向传递。在楼面荷载输入时,如楼梯间的荷载均输入为零,则应通过手算将楼梯荷载换算成线荷载输入到相关楼面梁上,以免荷载丢失,影响结构安全。

(6)阳台活荷载标准值通常应取2.5kN/m2。临街的阳台或人群有可能密集时,活荷载标准值应适当加大。作用在阳台上的荷载,可按均布面荷载输入,也可换算成线荷载作用在其支承梁上。

14、现浇钢筋混凝上楼(屋)面板设计时,只注意了受力钢筋的配筋计算,未合理布置构造钢筋和分布钢筋。

改进措施:合理布置构造钢筋,就是要按《混凝土规范》的规定,满足构造钢筋的最小直径、最大间距限值要求,并保证构造钢筋有必要的配筋面积。当跨度、板厚较大时,规范要求其直径不宜小于8mm,间距不宜大于200mm,配筋面积不宜小于受力钢筋面积的三分之一。

“配筋面积不宜小于受力钢筋面积的三分之一”这一条,有两种不同的理解。一种是,不论受力钢筋和构造钢筋是否采用同一强度等级的钢筋,一律将受力钢筋面积除3作为构造钢筋的配筋面积;另一种是,当受力钢筋的强度等级高于构造钢筋时,将受力钢筋的面积换算成与构造钢筋强度等级相同的钢筋的面积,然后除以3作为构造钢筋的配筋面积。显然,后一种构造钢筋配筋方法是正确的。

控制板温度、收缩裂缝的构造钢筋,按规范要求间距为150~200mm,最少配筋面积不宜小于板截面面积的0.1%;并应在板的未配筋表面布置温度、收缩钢筋。

钢筋混凝土板的分布钢筋,主要是指:(1)单向板底面处垂直于受力方向的分布钢筋;(2)垂直于板支座负筋的分布钢筋;除沿受力方向布置受力钢筋外,尚应在垂直受力方向布置分布钢筋。分布钢筋的直径不宜小于6mm,间距不宜大于250mm(集中荷载较大时,间距不宜大于200mm);单位长度上分布钢筋的截面面积不宜小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%,且不宜小于该方向板截面面积的0.15%。

应当指出,对普通梁板类受弯构件,当混凝土强度等级采用C20~C35、受力钢筋选用HRB335级钢筋或HRB400级钢筋时,可以获得较好的性价比。

15、框架结构的边梁,当无外挑板或现浇楼板刚度较大时,将楼板与梁按刚接设计,且未配置边梁的抗扭箍筋和纵筋。

改进措施:应根据实际结构算出边梁的扭矩(边梁的扭矩不宜折减),据此算出其抗扭箍筋和纵筋,并应满足抗扭构造配筋要求。但当楼板与框架结构的边梁按铰接设计时,或合理布置楼(屋)面结构时,若边梁不受扭,一般可不配置抗扭箍筋和纵筋或仅配置抗扭构造钢筋。

 

16、将弧线形梁简化成直线形梁计算内力及配筋,未配置抗扭箍筋和纵筋。

改进措施:应根据实际结构算出弧线形梁的扭矩,据此算出其抗扭箍筋和纵筋,并应满足抗扭构造配筋要求。

17、梁纵向受力钢筋水平方向的净间距不满足规范规定。

改进措施:解决此类问题的办法通常有:加大钢筋直径减少钢筋根数或改配两排筋或加大梁宽等。

18、当梁的腹板高度h≥450mm时,梁两侧面未设置纵向构造钢筋,或虽设置纵向构造钢筋,但不管梁截面大小、配筋率多少,一律配置每侧lΦ12。

改进措施:当梁的腹板高度h≥450mm时,应按《混凝土规范》GB50010第10.2.16条规定在梁的两个侧面沿高度设置纵向构造钢筋。根据工程经验每侧纵向构造钢筋(不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋)的截面面积不应小于腹板截面面积bh的0.1%,且其间距不宜大于200mm。此处腹板高度h按《混凝土规范》第7.5.l条的规定取用。

19、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。

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。

20、有些柱子按组合后的控制内力计算配筋量,全截面配筋率超过5%,施工图中未采取其他措施。

改进措施:柱子的全截面配筋率超过5%,一般有以下原因:1)截面尺寸偏小或混凝土强度等级偏低;2)柱子的弯矩大轴力小,多层或高层建筑的顶层边柱以及大跨度单层结构边柱有时会出现这种情况;3)其他原因。设计时可根据上述具体情况采取有针对性的措施,如:1)加大柱截面尺寸或提高混凝土强度等级;2)配置高强度钢筋;3)改变传力途径或方式,减少构件内力;4)改变梁柱连接方式,如设计成梁与柱的连接为铰接等。

21、抗震设计的框架结构因设置刚性填充墙形成短柱时,柱箍筋未全高力口密。

改进措施:因设置刚性填充墙形成短柱时(柱中部净高与柱截面高度之比不大于4),应按《抗震规范》GB50011第6.3.10条第3款的规定,柱箍筋全高加密。

22、在框架结构中,当雨蓬板和楼层板不能整体现浇时,仅将雨蓬梁(或板)支承在框架的填充墙上。

改进措施:一般框架结构中雨蓬的设计,应注意以下问题:

(1)当雨蓬板和框架梁标高接近时,应使两者整体浇灌;

(2)当雨蓬板和框架梁标高相差较大两者无法整体浇灌时,若雨蓬所在跨跨度不大,可将雨蓬梁向两侧延伸至框架柱,雨蓬梁按弯剪扭构件设计,框架柱的设计应考虑雨蓬梁传来的集中弯矩和集中力。因设置此雨蓬梁而使框架柱形成短柱时,柱箍筋应全高加密;若雨蓬所在跨跨度较大,可在雨蓬梁两端设置小门樘柱,小门樘柱上端伸入框架梁内,雨蓬梁按弯剪扭构件设计,小门樘柱按偏压构件。

23、对框架结构的填充墙、隔墙未采取与主体结构可靠的拉接措施及保证墙体平面外的稳定措施。

改进措施:1.框架结构的填充墙及隔墙应尽可能选用轻质墙体以减轻自重。

2.填充墙与主体结构应有可靠拉接,应能适应主体结构不同方向的层间位移;8、9度时应具有满足层间变位的变形能力,与悬挑构件相连接时,尚应满足节点转动引起的竖向变形能力。

3.抗震设计时,框架结构如采用砌体填充墙,宜与柱脱开或采用柔性连接,并应符合下列要求:

(1)砌体砂浆强度等级不应低于M5,墙顶应与框架梁或楼板紧密结合。

(2)砌体填充墙应沿框架柱的高度每隔500mm左右设置2Φ6的拉筋,拉筋伸入填充墙内的长度:6、7度时不应小于墙长的1/5且不小于700mm;8、9度时宜沿墙全长贯通。

(3)墙长大于5m时,墙顶与梁(板)宜有钢筋拉结;墙长超过层高2倍时,宜设置钢筋混凝土构造柱;墙高超过4m时,墙体半高处(或门窗洞口上皮)宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。

五、钢结构

 1、在钢结构设计文件说明中未注明结构钢材的强度等级、连接材料的型号,焊缝型式,焊缝质量等级及对施工的要求。

改进措施:应按《钢结构规范》CB50011第1.0.5条(强制性条文)要求,在钢结构设计文件中,注明钢材牌号、连接材料的型号(或钢号)和对钢材所要求的力学性能、化学成份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。

2、在选用钢材时未注明应要求的钢材质量等级(A、B、C、D等级),材质性能无相应保证。

改进措施:应按《钢结构规范》GB50017第3.3.1和第3.3.2条选材要求与《全国民用建筑工程设计技术措施-结构》第17.1.1条在设计文件中注明质量等级要求。

3、对由抗震设计控制截面选用的承重钢结构,未对钢材材质提出材料性能补充要求,仅在设计文件中注明采用Q235钢或Q345钢。

改进措施:《抗震规范》第3.9.1,3.9.2条对抗震钢结构钢材提出特别最低要求,即实测强屈比、伸长率、冲击韧性和屈服台阶及可焊性,并在设计文件中注明。A级钢不保证冲击韧性,且Q235—A含碳量不作交货条件,故不能用于抗震设防钢结构和焊接结构。

4、焊接钢结构选用Q235-A级钢,可焊性无可靠保证。

改进措施:按《钢结构规范》第3.3.3条(强制性条文)与《全国民用建筑工程设计技术措施一结构》第17.2.2条在设计文件中正确、合理选用钢材等级。

5、对于直接承受动力荷载且需验算疲劳的结构,在设计文件中对其手工焊焊条未注明要求采用低氢型焊条,即E4315、E4316或E5015、E5016型焊条。

改进措施:应按《钢结构规范》GB50017第3.3.8条款要求选用焊条。对直接承受动力荷载且需验疲劳的结构,应选取低氢型焊条并配以相应焊剂,即对Q235钢应选E4315、E4316,对Q345钢应选E5015、E5016焊条。

6、在高强度螺栓连接设计中未正确选用摩擦型连接或承压型连接。

改进措施:根据《钢结构规范》GB50017第7.2.2和第7.2.3条对摩擦型和承压型高强度螺栓连接的异同作了说明。《高钢规程》JGJ99规定,抗震设计时采用摩擦型高强螺栓连接,但连接的极限承载力计算按螺杆与孔壁接触考虑。

7、直接承受动力荷载的结构错误采用承压型高强度螺栓连接。

改进措施:根据《钢结构规范》GB50017第7.2.3条规定,高强度螺栓承压型连接不应用于直接承受动力荷载的结构。

8、非采暖地区的房屋钢柱与屋面钢梁刚接,横向温度区段大于120m。又未计算温度应

力或温度变形影响。

改进措施:应按《钢结构规范》GB50017第8.l.5条规定的温度区段长度值,考虑温度应力和温度变形对结构内力的影响。当有充分依据或房屋有可靠构造措施时,温度区段的长度可适当增大。

9、在摩擦型连接高强度螺栓连接范围内,构件接触面的处理方法未在图中说明。

改进措施:应按《钢结构规范》GB50017第8.3.3条规定,在图中对构件接触面的处理方法作出说明。

10、柱脚锚栓按同时承受拉力和柱脚底部剪力设计,违反了有关规定。

改进措施:由于柱底板与混凝土基础间此时没有摩擦力,且锚栓要承受拉力,应按《钢结构规范》GB50017第8.4.13条规定设置抗剪键,抗剪键的断面和连接焊缝要由计算确定。

11、在设计文件中未注明钢材除锈等级和所用的涂料名称及涂层厚度。

改进措施:应按《钢结构规范》GB50017第8.9.1条规定,在设计钢结构时,应根据结构类型、使用用途、使用环境等在设计文件中明确注明所要求的钢材除锈等级、所用的涂料和涂层厚度。钢结构的涂装设计可参照《钢结构施工规范》GB50205第14.2.1条和第14.2.2条进行。

12、地面以下的钢柱脚未要求用混凝土包裹。

改进措施:应按《钢结构规范》第8.9.3条(强制性条文)规定,对柱脚在地面以下部分采用强度等级较低的混凝土包裹(保护层厚度不应小于50mm),包裹的混凝土应高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时,柱脚高出地面的高度不应小于100mm。

13、按防火要求设计的钢结构,钢材表面仅用防腐涂料,未采用防火涂料、防火板

等防护措施。

改进措施:应按《钢结构规范》GB50017第8.9.4条规定,根据钢结构的具体情况按有关规定进行防火设计。当防锈底漆和防火涂料同时使用时,应注意两者必须匹配。

14、屋面横向水平支撑与柱间支撑未布置在同一跨间内。

改进措施:根据《门式刚架规程》CECS 102第4.5.l条第2款和第4.5.2条第1款的规定,宜将屋面横向水平支撑和柱间支撑同时布置在房屋温度区段端部第一开间或第二开间,在布置柱间支撑的开间,宜同时布置屋面横向水平支撑,如图3.2.1所示。当无法布置在同一跨间时,可布置在相邻跨间,有一定搭接区,但这种情况在温度区段内只能是个别的,否则应对整个支撑系统重新合理布置。

15、屋面横向水平支撑布置在房屋温度区段端部第二开间,而在第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置未布置纵向刚性系杆。

改进措施:根据《门式刚架规程》》CECS 102第4.5.2条第1款的规定,在房屋温度区段的第一开间相应于屋面横向水平支撑竖腹杆位置布置满足受压杆件长细比要求和受压(压弯)杆件承载力要求的刚性系杆。

16、屋面横向水平支撑节点未与抗风柱布置相应协调。

改进措施:屋面横向水平支撑桁架的节点布置在抗风柱处,可以使抗风柱柱顶的反力直接传递,避免刚架斜梁受扭。首先根据房屋的使用要求布置抗风柱,然后根据抗风柱柱顶位置布置屋面横向水平支撑桁架的节点及支撑杆件;因为刚架斜梁允许在任意位置布置屋面横向水平支撑的节点,屋面横向水平支撑的交叉斜杆为柔性拉杆,与刚架斜梁的连接较为简单,可以不必等间距布置,这是门式刚架与普通屋架不同之处。在抗风柱与刚架斜梁连接处,刚架斜梁下翼缘应设隅撑。

17、屋面横向水平支撑和柱间支撑采用圆钢时,未设张紧装置;当设有桥式吊车时,柱间支撑未采用型钢支撑。

改进措施:圆钢支撑侧向刚度小,安装时会因自重而下垂,再加上圆钢支撑初始弯曲和连接松弛等缺陷,不设张紧装置就不能保证支撑始终处于张紧状态,对门式刚架房屋的整体稳定性和整体刚度起不到应有的作用。当有吊车时,柱间支撑改而采用型刚支撑,也是为了保证门式刚架房屋的纵向刚度。采用圆钢支撑时,应按《门式刚架规程》CECS 102和《薄壁型钢规范》GB50018第9.2.2条的要求设置张紧装置,有吊车时,柱间支撑应采用型钢支撑;在8度及以上地震区或地震作用效应组合控制时,门式刚架房屋的屋面横向水平支撑和柱问支撑亦应采用型钢支撑。

18、在刚架转折处(边柱柱顶和屋脊、多跨房屋中间柱柱顶),未沿房屋纵向全长设置刚性系杆。

改进措施:在刚架转折处设置刚性系杆除了承受压力和传递纵向水平力外,在安装过程中可增加刚架的侧向刚度,保证结构安全。根据《门式刚架规程》CECS 102第4.5.2条第5款的规定,在刚架的边柱柱顶和屋脊处及多跨房屋适当位置的中间柱柱顶处,均沿房屋全长设置通长的刚性系杆;不宜由加强的檩条代替刚架转折处的刚性系杆,如图3.2.1。所示。

19、压型钢板薄壁型钢檩条屋面,当檩条跨度大于4m时,未合理设置拉条、斜拉条及撑杆体系。

改进措施:冷弯薄壁型钢檩条通常采用Z型钢和卷边槽钢檩条,由于其重心高,弱轴抗弯能力差。当檩条跨度大于4m时,应设置拉条、斜拉条及撑杆体系,以提高其侧向刚度与承载力,减少其在安装和使用阶段的侧向变形和扭转。根据《门式刚架规程》》CECS 102第6.3.5条和6.3.6条的规定,当檩条跨度大于4m不大于6m时,应在檩条跨中设置一道拉条,当檩条跨度大于6m时,应在檩条跨度3分点处各设一道拉条,拉条宜设置在距檩条上翼缘1/3腹板高度范围内。为了防止檩条向屋脊方向弯扭失稳,在设置拉条的同时,应在檐口处增设斜拉条和撑杆;为了承受屋面的坡向分力,在屋脊处(有天窗时在天窗处)亦应增设斜拉条和撑杆;当屋面坡面过大时,在檐口和屋脊之间的适当位置必要时也宜增设斜拉条和撑杆。当门式刚架跨度不大、屋面对称屋脊布置且坡度较小时,屋脊处可不设斜拉条和撑杆。拉条应根据最大的屋面坡向分力按拉杆计算确定,撑杆则按压杆设计。

20、刚架梁、柱高强度螺栓连接节点的端板,不满足最小厚度16mm的要求。

改进措施:刚架梁、柱连接节点通常假定按刚性连接节点设计,要保证连接节点与计算模型相符,传力可靠,除满足计算要求外,必须严格控制端板厚度不小于16mm,以保证端板有足够的刚度。根据《门式刚架规程》CECS 102第7.2.9条规定,设计刚架梁、柱连接节点端板时,如计算出的端板厚度不足16mm时,应取端板厚度≥16mm;工程习惯上,端板的厚度也不宜小于节点所用高强度螺栓的直径d。同时,根据《门式刚架规程》CECS 102第7.2.11条规定,端板与刚架柱翼缘和斜梁翼缘的连接应采用全熔透对接焊,焊缝质量等级为二级;端板与刚架构件腹板的连接应采用角对接组合焊缝或与腹板等强的角焊缝,

21、柱脚锚栓的直径,不满足不小于24mm的要求,且未设置双螺帽。

改进措施:刚架柱脚通常假设与基础为铰接相连,有吊车时则应采用刚接柱脚;柱脚锚栓直径除按计算确定外,考虑到实际工程中可能会承受部分水平剪力等不利因素,其直径不宜过小。根据《门式刚架规程》CECS 102第7.2.18条规定,当计算出的柱脚锚栓直径小于24mm时,应取24mm。一般情况下,刚架跨度不大于18m时,采用2个M24的锚栓;刚架跨度不大于27m时,采用4个M24的锚栓;刚架跨度不大于30m时,采用4个M30的锚栓。柱脚锚栓均应设双螺帽,以防螺帽松动,影响柱脚安全可靠的工作。

22、未复核柱脚底部水平剪力能否由底板与混凝土基础间的摩擦力承受,当摩擦力不足时,应设柱脚抗剪键。

改进措施:根据《门式刚架规程》CECS 102第7.2.20条规定,柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由柱脚底板与混凝土基础间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受。按《门式刚架规程》的规定,复核柱脚底部的水平剪力是否可由柱脚底板与混凝土基础间的摩擦力承受,当摩擦力不足时,柱脚底板下应加焊抗剪键。柱脚底部的水平剪力和摩擦力均应取可能的最不利的组合设计值。柱脚抗剪键的截面尺寸和连接焊缝应按混凝土的局部抗压和抗剪键本身的弯剪承载力计算确定。

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