淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)濟(jì)的合理控制

1、<p>　　淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)濟(jì)的合理控制</p><p>　　摘要：本文根據(jù)從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合某工業(yè)園區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些體會，探討房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全與經(jīng)濟(jì)合理控制問題。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全經(jīng)濟(jì)；軟件應(yīng)用；技術(shù)措施 </p><p>　　Abstract: in this paper, according to the architectural structu

2、re design work experience, in combination with an industrial park some experiences of building structure design, this paper discusses the structure of the housing construction safety and economic reasonable control probl

3、em. </p><p>　　Keywords: structure design; Safety economy; The software application; Technical measures </p><p>　　中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　1、概述 </b></p>

4、;<p>　　建筑工程是一種特殊的產(chǎn)品，不僅價值大、使用壽命長，而且還關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全、健康和環(huán)境，因此如何建好這些建筑，需要匯集參建各方的智慧和辛勤工作。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，就是要盡力做到結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益最大化，要處理好這些問題，涉及到建筑與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用、工作經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)措施等問題，加強(qiáng)這方面工作的研究和交流，就能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越做越好。本文所談的幾點(diǎn)體會，僅想起到拋磚引玉的作用。 &l

5、t;/p><p>　　2、精心設(shè)計(jì)、思前顧后 </p><p>　　最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不光是結(jié)構(gòu)自身方面的工作要做好，還和建筑方案密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不宜待建筑方案確定后才介入，應(yīng)該思前顧后，在建筑方案階段就要考慮梁、板、柱如何布置，構(gòu)件截面如何選擇，基礎(chǔ)采用何種類型等，否則就會容易出現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而造成房屋建筑安全度低、造價高的結(jié)果。為做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要應(yīng)做到以下幾方面： </p

6、><p>　?。?）對較大的工程項(xiàng)目應(yīng)提出進(jìn)行初步巖土勘察要求，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。 </p><p>　?。?）積極參與建筑方案研討，注重把合理的結(jié)構(gòu)體系融入到建筑方案中。合理的結(jié)構(gòu)體系體現(xiàn)在：直接而明確的傳力途徑，整體穩(wěn)定性較好的結(jié)構(gòu)，局部破壞不致引起倒塌的“多米諾骨牌效應(yīng)”，關(guān)鍵部位有較強(qiáng)的抗力。結(jié)合某工業(yè)園區(qū)宿舍設(shè)計(jì)案例，根據(jù)初步巖土勘察報(bào)告，該場地樁長要在24米至26米范圍，估算

7、單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為1800KN～2000KN，考慮樁長較長，如果樁基的滿載率不高，樁數(shù)會增多，承臺工程量隨之加大，工程造價會大幅度提高。另一方面為了使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更合理、安全度更高，設(shè)計(jì)希望每根柱子底下都能形成兩樁以上的多樁承臺基礎(chǔ)，盡量避免單柱單樁基礎(chǔ)，以防單樁質(zhì)量有問題或地震等偶然因素造成基礎(chǔ)破壞并引發(fā)上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。為此按照預(yù)先估算的單樁豎向承載力，把員工宿舍樓的柱距定在6米～7.2米左右，這就確保每根柱下都有兩樁以上的樁基礎(chǔ)；

8、對上部結(jié)構(gòu)體系則盡量要求建筑設(shè)計(jì)成兩跨以上且正交的柱網(wǎng)，每榀抗側(cè)力框架結(jié)構(gòu)柱盡可能在同一平面內(nèi)，達(dá)到傳力明確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好的目的。經(jīng)驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)體系如出現(xiàn)梁一端與柱聯(lián)結(jié)另一端與梁聯(lián)結(jié)的半框架或抗側(cè)力結(jié)構(gòu)柱、墻不在同一平面內(nèi)，不但受力不好，造價也會提高，這在抗震設(shè)防烈度較高的地</p><p>　　（3）結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造應(yīng)與建筑工種密切配合，在這方面應(yīng)盡量避免出現(xiàn)短柱(包括錯層短柱和窗洞邊形成的短柱)、高大懸墻等耗材大

9、又對抗震極其不利的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 </p><p>　　（4）實(shí)施設(shè)計(jì)質(zhì)量全面管理，劃分宿舍、廠房、食堂、公建等不同建筑采用不同結(jié)構(gòu)類別，制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定，優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)，把研究出來的一些新技術(shù)、好措施落實(shí)到每一個單位工程，實(shí)踐證明在這一方面所獲得的經(jīng)濟(jì)效益不可忽視。 </p><p>　?。?）各設(shè)計(jì)專業(yè)互相配合，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的每個階段設(shè)計(jì)工作，并對各階段設(shè)計(jì)進(jìn)行中間檢查、認(rèn)真審核，使

10、參與設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)者都能設(shè)計(jì)出質(zhì)量高的施工圖紙。 </p><p>　　3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用應(yīng)注意的問題《砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.6條規(guī)定：“對電算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)判斷和校核；在確認(rèn)其合理有效后方可用于工程設(shè)計(jì)”。確認(rèn)合理與有效，就意味著確認(rèn)安全與經(jīng)濟(jì)，這條規(guī)定對長期從事結(jié)構(gòu)軟件應(yīng)用的設(shè)計(jì)者體會是最深刻的，需要注意的問題很多。例如，有的問題是軟件本身的缺陷，有的問題是軟件中看似“不起眼”的規(guī)定，如不注意執(zhí)行就會犯大錯

11、誤，還有軟件的力學(xué)模型、基本假定是否適合你的結(jié)構(gòu)體系等等，這些問題都是在設(shè)計(jì)過程要加以注意的，但往往這些問題被有些設(shè)計(jì)人員所忽視。下面例舉幾個常見且對建筑結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)影響較大的軟件應(yīng)用問題。 </p><p>　?。?）帶柱間挑梁的越層框架柱（復(fù)式框架），有的電算軟件無法辨認(rèn)越層柱，柱計(jì)算長度會出錯，例如某工程一層層高為4米，二層以上層高為3.3米，越層柱柱1由于存在走廊單挑挑梁致使軟件無法判定柱1為越層柱，確

12、定柱1的Y向柱計(jì)算長度系數(shù)仍分別按一層4米和二層3.3米為依據(jù)，實(shí)際應(yīng)進(jìn)行人工干預(yù)，改為4+3.3＝7.3米做為柱計(jì)算長度系數(shù)的計(jì)算依據(jù)，否則，兩者計(jì)算配筋誤差相當(dāng)大。另外，柱計(jì)算長度系數(shù)人工更改后，不能再執(zhí)行軟件的數(shù)據(jù)檢查，否則等于沒修改。 </p><p>　?。?）軟件SATWE已注明，柱底最大軸力平面數(shù)據(jù)不能作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)，應(yīng)用JCCAD軟件的數(shù)據(jù)，但有的設(shè)計(jì)者仍然引用SATWE的數(shù)據(jù)去設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基

13、礎(chǔ)需要多組柱底內(nèi)力組合，萬一數(shù)據(jù)誤差太大，就會造成整幢房屋存在安全隱患。 </p><p>　?。?）用SATWE軟件設(shè)計(jì)人防地下室，應(yīng)輸入活荷載，軟件才會考慮人防荷載參與組合，有的設(shè)計(jì)者沒注意到這個規(guī)定，結(jié)果嚴(yán)重錯誤；有的設(shè)計(jì)者沒使用有人防計(jì)算功能的軟件，設(shè)計(jì)時沒有考慮材料強(qiáng)度提高系數(shù)等因素，設(shè)計(jì)結(jié)果，水泥、鋼筋浪費(fèi)太大，很不經(jīng)濟(jì)。 </p><p>　?。?）SATWE軟件體系在算有抬

14、柱子的梁或者是等截面高的交叉梁系、井字梁，經(jīng)常會出現(xiàn)梁跨數(shù)標(biāo)注錯誤，即把被抬的柱子當(dāng)成支座，使原為一跨的梁被分成兩跨，或者一跨的梁被交叉梁分為若干跨。由于這些梁－跨被誤認(rèn)為若干跨，造成梁同一跨內(nèi)鋼筋直徑不同、根數(shù)不同等影響安全的異常問題，這些問題都應(yīng)在出施工圖之前重點(diǎn)核對，認(rèn)真調(diào)整。 </p><p>　　(5)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件有許多要用戶輸入的計(jì)算參數(shù)，這些參數(shù)有的是軟件給出默認(rèn)數(shù)值，設(shè)計(jì)時應(yīng)認(rèn)真分析這些默認(rèn)數(shù)

15、值在技術(shù)上、構(gòu)造上是否合理可靠，采用不合適的參數(shù)，有時造成的后果也是很嚴(yán)重的。例如，基礎(chǔ)軟件JCCAD中的基床反力系數(shù)K，它的物理意義為：單位面積地表面上引起單位下沉所需施加的力，反映的是地基剛度的大小，它與土的類型、基礎(chǔ)寬度和埋深、基礎(chǔ)的剛度等因素有關(guān)，可能變動于幾MN/m3到幾百M(fèi)N/m3之間?？上攵瑢浖心J(rèn)值不進(jìn)行修改，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)肯定會存在不安全或不經(jīng)濟(jì)的問題，這也說明軟件應(yīng)用還應(yīng)具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識。 </p&g

16、t;<p>　　(6)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，對SATWE軟件菜單的使用要進(jìn)行認(rèn)真分析。軟件中加載方式有三種，即一次性加載、模擬施工方法1加載、模擬施工方法2加載。一次性加載計(jì)算，主要用于多層結(jié)構(gòu)，因?yàn)槭┕さ膶訉诱移綄Χ鄬咏Y(jié)構(gòu)的豎向變位影響很小，所以不要采用模擬施工方法計(jì)算。對于高層結(jié)構(gòu)，一般都采用模擬施工方法1加載計(jì)算，但是對于“框剪結(jié)構(gòu)”，采用這種方法計(jì)算在導(dǎo)給基礎(chǔ)的內(nèi)力中剪力墻下的內(nèi)力特別大，使得其下面的基礎(chǔ)難于設(shè)計(jì)。于是就有

17、了模擬施工方法2加載，這是在“模擬施工方法1”的基礎(chǔ)上將豎向構(gòu)件（柱、墻）的剛度增大10倍再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算，采用這種方法計(jì)算在導(dǎo)給基礎(chǔ)的內(nèi)力比較均勻合理，可以避免墻的軸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柱的軸力的不合理情況。但是這種方法人為的擴(kuò)大了豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件的線剛度比，所以它的計(jì)算方式值得探討。專家建議，在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時采用“模擬施工方法1”；在基礎(chǔ)計(jì)算時采用“模擬施工方法2”的計(jì)算結(jié)果，這樣得出的基礎(chǔ)結(jié)果比較合理。 </p>&

18、lt;p>　　4、建筑結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施 </p><p>　　(1)材料選用與要求 </p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)還與建筑材料選用有關(guān)，特別在設(shè)計(jì)一些大跨度或荷載較重的結(jié)構(gòu)時尤其突出。例如，驗(yàn)算型鋼梁與型鋼柱連接節(jié)點(diǎn)時就發(fā)現(xiàn)，不能光靠加大型鋼柱截面來滿足要求，而只要在節(jié)點(diǎn)加帖加強(qiáng)鋼板來滿足計(jì)算要求，這樣做有兩個優(yōu)點(diǎn)：第一能節(jié)省鋼材，第二能避免采用厚度大于20mm的

19、鋼板，太厚的鋼板焊接前要預(yù)加熱，施工工藝麻煩，受力后還存在鋼板被撕裂的危險(xiǎn)，因此對鋼板材質(zhì)要求較高，甚至要用特種鋼材，造價也很高。建筑結(jié)構(gòu)的主要材料是砼和鋼筋：通常情況下，混凝土受彎構(gòu)件采用C20～C30、受壓構(gòu)件采用C25～C40、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件采用C40最為合適，材料性價比較高；主導(dǎo)鋼筋采用HRB400（III）級及HRB335（II）級鋼筋，材料性價比較高。 </p><p>　　(2)電算與人工結(jié)合配置鋼筋

20、</p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件自動生成的梁、板、墻和柱配筋在一定程度上存在著某些不合理部位。例如，有的次梁箍筋面積計(jì)算值才2mm2，按構(gòu)造要求最多配Φ6@200箍筋，可自動生成的箍筋為Φ10@200，配筋偏多，類似這種情況都要人工調(diào)整；有的是軟件還不具備的功能，例如，規(guī)范統(tǒng)一規(guī)定梁面第一排鋼筋斷點(diǎn)為Ln，第二排為Ln，實(shí)際上，有些梁就不需要這么長的鋼筋，設(shè)計(jì)時可結(jié)合手工畫材料包絡(luò)圖來確定鋼筋斷點(diǎn)，用這個辦法可

21、省很多鋼筋。另外，規(guī)范規(guī)定Ln為相鄰跨凈距，連續(xù)梁中某跨跨度較小時，該跨梁面鋼筋與相鄰大跨梁面鋼筋應(yīng)貫通，減少鋼筋斷點(diǎn)，這些都需要人工編輯。 </p><p>　　總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不要怕麻煩，要想方設(shè)法采用一些好的技術(shù)措施把一些計(jì)算和構(gòu)造要求不需要的鋼筋省下來。 </p><p>　　(3)多種方案比較、現(xiàn)場試驗(yàn)?zāi)彻I(yè)園區(qū)大部分區(qū)域土層分布從上而下為：素填土（1）、淤泥質(zhì)土（2）、圓礫（3）

22、、淤泥質(zhì)土（4）、中細(xì)砂土（5）、全風(fēng)化土（6）、強(qiáng)風(fēng)化土（7）、中風(fēng)化土（8）。 </p><p>　　如采用淺基礎(chǔ)，持力層選在第3圓礫層，該層厚薄不一，薄的1.5米左右，厚的達(dá)2.1米左右，下臥層計(jì)算不能滿足規(guī)范要求；如采用沖(鉆)孔灌注樁，造價又很高；如采用錘擊式高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，噪音污染大，且單樁承載力不好控制；如采用靜壓式高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，擔(dān)心靜壓沉樁穿越圓礫層有困難，但該方案造價低、質(zhì)量好。考慮到樁基工程

23、對建筑結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)影響很大，經(jīng)研究選用第7土層即強(qiáng)風(fēng)化層為持力層，在現(xiàn)場做靜壓沉管試驗(yàn)，檢驗(yàn)施工工藝及基樁承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)果令人滿意。后經(jīng)大面積施工，整個施工過程也比較順利，單樁垂直承載力和樁身質(zhì)量都能滿足設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　(4)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免存在多余構(gòu)件 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免畫蛇添足，即結(jié)構(gòu)體系存在沒用的梁、柱或抗震墻等多余構(gòu)件，這些構(gòu)件不但增

24、加房屋造價，而且有可能使結(jié)構(gòu)傳力不明確。 </p><p>　　對樓(屋)面板及地下室頂(底)板，當(dāng)某一板塊預(yù)估可按構(gòu)造配鋼筋或在最佳配筋率范圍時，如無他用千萬別在這板塊中加次梁。工程設(shè)計(jì)中，確定樓(屋)面板厚度是先和電氣工程師溝通，保證電氣管線上、下有大于三分之一板厚的砼保護(hù)層厚度，然后結(jié)合建筑使用功能和荷載大小布置必要的梁系，忽略這個問題有時會造成極大浪費(fèi)。例如，某工程地下室底板厚度為300mm，板跨度雙向大

25、部分不大于6米，按計(jì)算已是構(gòu)造配筋，但設(shè)計(jì)者還在板中加了十字交叉次梁，后經(jīng)審圖建議，取消十字交叉次梁，既為業(yè)主節(jié)省造價，又使結(jié)構(gòu)布置簡潔、傳力明確。 </p><p>　　在這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，國家規(guī)范是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)一些特殊結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，除了要正確應(yīng)用一些優(yōu)秀軟件進(jìn)行內(nèi)力分析，還應(yīng)注意構(gòu)造處理的可靠性，實(shí)際上在地震作用下，通過理論計(jì)算結(jié)果不可能是十分準(zhǔn)確的，要保證安全還要靠概念設(shè)計(jì)，“三分計(jì)算

26、七分構(gòu)造”已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的共識，某些地方要突破規(guī)范的約束，關(guān)鍵部位“多用”點(diǎn)鋼筋會得到四兩頂千斤的效果。汶川地震也證明了構(gòu)造措施得當(dāng)是實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。 </p><p><b>　　5、結(jié)束語 </b></p><p>　　建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)責(zé)任重于泰山，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程是一個處理建筑結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)的過程，設(shè)計(jì)者在技術(shù)上要精益求精，不要一

27、意注重安全使房屋造價偏高，造成不必要的浪費(fèi)，更不能一意追求經(jīng)濟(jì)而不注意建筑結(jié)構(gòu)的安全?？傊?，要設(shè)計(jì)出安全度較高且造價低的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)體系、軟件應(yīng)用以及采用一些先進(jìn)技術(shù)措施等方面多做點(diǎn)工作。實(shí)踐證明只要肯努力，對一個較大的工程項(xiàng)目在保證安全度較高的前提下，要節(jié)約幾十萬元或幾百萬元造價并不是不可能的。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p&

28、gt;　?。?］中國建筑科學(xué)研究院PMPK系列軟件用戶手冊 </p><p>　?。?］混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002 </p><p>　?。?］高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程J186-2002 </p><p>　　［4］建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2001 </p><p>　?。?］建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ94-2008 &