笔者在多年的建筑工程结构施工图设计中发现了一些问题,虽然没有大的结构方案性错误,但是也反映出设计人员在设计过程中工作不够细致,对规范条文理解不深或贯彻不够,对强制性条文贯彻未给予高度重视,对抗震概念模糊,对计算软件没有吃透等原因导致的错误,也有一些错误是由于设计经验不足所造成的。当然客观上也有由于没有合理的设计周期,设计人员频于赶任务,没有时间进行详细的自校及校审而出现的错误。不管出于何种原因,对设计者来说都要对质量终身负责,要把提高设计质量作为终身奋斗目标。下面根据自己多年的工作经验对这些问题进行分析,并提出改进措施。
结构设计总说明主要是设计依据,抗震等级,人防等级,地基情况及承载力,防潮抗渗做法,活荷载值,材料等级,施工中的注意事项,选用详图,通用详图或节点,以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
(1)建筑抗震设防分类概念不清,个别设计不能正确地对建筑物进行抗震设防分类建筑抗震设防类别的划分是关系到国计民生的政策性很强的技术规定,应严格按《建筑抗震设防分类标准》(GB500223-2004)的规定执行,设计者应深刻领会“基本规定”的内涵,分析任务的性质、规模、特点、对社会的影响等因素,合理进行分类。
(2)建筑抗震设防分类正确,但结构计算是否要提高一度判断有误如对定为乙类建筑的工程,将其地震作用也提高一度进行抗震验算,就违背了抗震规范的规定。正确的做法是,对于乙类建筑,地震作用应按本地区抗震设防烈度计算;其抗震措施,当设防烈度为6～8度时应提高一度设计。8度地区的乙类建筑其抗震措施提高一度后,即按9度考虑,应加强抗震措施,并需征得主管部门的批准。
(3)确定抗震等级时忽视主体与裙房之间有无设缝,笼统地按高层部分来定抗震等级当高层部分与裙房部分之间不设缝时,应按高层部分来定抗震等级;当两者之间设有缝时(沉降缝或抗震缝),高层和裙房需按各自的情况分别确定抗震等级。
(4)场地类别写成场地土类别场地类别是结构抗震验算中的一个重要数据,新老抗震规范中只有建筑物场地类别和场地土类型的定义,而无场地土类别一说,一字之差,其概念完全不同,两者涵义也截然不同。有些审查意见里也把场地类别误写成场地土类别。
(5)当采用桩基时,未将建筑物安全等级和建筑物桩基安全等级分开确定,笼统定为二级不同的规范有各自安全等级的定义,上部结构应该按《混凝土设计规范》的规定来定,桩基安全等级应按《建筑桩基技术规范》的规定来定。如一幢24层的民用建筑物,建筑结构的安全等级为二级,建筑桩基安全等级为一级。
(6)抗震墙的加强部位没有交代或交代不清,墙体配筋上下相同抗震墙体的加强部位是抗震墙的概念设计之一。它与抗震设计时对框架梁端、柱端的箍筋加密类似,通过在这些部位(包括边缘构件)增加箍筋和横向钢筋,提高墙体抗震能力,以避免脆性剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。有的设计人员不重视对抗震墙底部加强部位的要求,不了解将抗震墙的塑性铰区控制在底部对抗震墙安全性的重要意义,没有区分加强区和一般非加强区配筋构造,留下安全隐患,故应当警惕,设计中应交代清楚。
(7)设后浇带或加强带时,一是做法交代不清,二是按膨胀剂的说明书指明掺量设计中不宜指明膨胀剂掺入量,而应该按《混凝土外加剂应用技术规范》(GB50119-2003)计算膨胀剂掺量,除满足混凝土坍落度、强度和抗渗等级外,还必须满足限制膨胀率的要求,并以此作为设计配合比的主要依据。后浇带或加强带具体做法除图示外,还应交代施工要求,只有这样才能保证其施工质量,真正起到后浇带或加强带的作用,否则适得其反。
(8)“抗震措施”和“抗震构造措施”两个概念混淆不清,经常用错或用得不够恰当“抗震措施”是指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容,包括建筑总体布置、结构选型、地基抗液化措施、考虑概念设计要求对地震作用效应(内力和变形等)的调整,以及各种构造措施。“抗震构造措施”是指根据抗震概念设计的原则,一般不需计算而对结构和非结构各部分所采取的细部构造,前者涵盖了后者。细部构造如柱箍筋加密、梁两端箍筋加密、抗震锚固长度、搭接长度、箍筋弯钩构造、连接构造等等。
(9)选用门窗洞过梁时,只交代过梁图集代号,而未交代处于不同受荷情况下的荷载等级。
(10)结构设计使用年限与建筑施工图矛盾现在设计文件上都要交代设计使用年限,一般工程结构图上标注为50年,而建筑施工图上标注为100年,二者互相矛盾。若结构使用年限定为100年,则结构就要符合另外的要求或要采取专门的有效措施。
实际施工图与电算的计算简图有不符之处主要表现在剪力墙开洞大小、门窗洞口位置、剪力墙长度、剪力墙厚度、框架柱计算高度等与施工图不符。大都是因为结构专业计算工作进行得早,建筑平面多次调整,又未及时反馈给结构专业,造成专业之间互相脱节,到施工图进入校审阶段,注意力都集中在图面上,已没有时间再一一对照建筑图,所以造成这类错误,其后果可能造成某些构件配筋失真,甚至会造成配筋不足的危险。连梁刚度折减系数未进行调整。该系数主要是考虑到剪力墙之间的连梁在计算过程中由于两端刚度很大而经常超筋,与实际情况不相吻合,故设立了连梁刚度折减系数,规定范围在0.5～1.0之间,一般工程可取0.7,若连梁仍超限较多,也可取最小值0.5。
概念设计是建筑抗震设计的重要手段之一。建筑抗震设防的三个水准目标通常可用“小震不坏、中震可修、大震不倒”来表述,第一水准可通过承载力计算来保证,第二阶段是通过结构可靠度标准年各种分项系数来达到损坏可修的目标,而第三阶段准则是通过概念设计和各种抗震构造措施得以实现。广义上讲,概念设计是建筑抗震思想和抗震原理的实际运用,它对建筑提出了很多要求,比如规则性要求:构筑多道结构抗震防线的要求,即要求结构具有良好的吸能、耗能能力,有尽可能高的静不定次数:避免竖向承载力与刚度突变的要求,即避免地震时因塑性变形集中、薄弱环节破坏而引起建筑整体倒塌;结构构件尽可能为延性构件的要求等等。但在部分设计实例中,设计者有的在底框过度层做跃层式住宅开设大洞口,有的出于造形考虑,在屋顶设置单柱支撑的长悬挑构件,有的玻璃幕墙、网架等与主体间根本没有做连接设计,有的砖混结构钢筋混凝土圈梁在楼梯间平台处断开,有的为了大空间需要在中间层抽柱等等,都属于不符合概念设计的要求。对于上述平面错位处连接部分较薄弱的情况应按设置防震缝处理,单柱支撑的长悬挑构件应尽可能不设或改为多柱支撑,其余情况应尽可能避免。
对于平面很不规则、刚度不均匀的复杂结构,尤其对于多塔结构、大底盘结构,在考虑扭转耦联计算时,很难确定应该取多少个振型来计算地震力,若振型数取少了,有些高振型的地震力计算不出来,结构的抗震设计不安全;而振型数取得太多,又增加很多计算工作量。一般应遵循以下原则:振型数应为3的倍数(由于程序按三个振型一页输出);若不考虑耦联振动,计算振型数不得大于结构层数,如层数≤2时,振型数也可取为2或1,如层数为5层时,振型数可取3,而不能取6;若考虑耦联振动,计算振型数应大于或等于9,但又不能超过结构楼层数的3倍;当结构层数较多或结构刚度突变较大时,振型数应取多些,多塔结构则需取得更多。
总之,无论建筑或者结构设计人员均应在今后的设计中贯穿抗震设计思想,加强概念设计。
在底部框架-抗震墙、上部砖混结构的住宅建筑中,如果底层柱网布置过密,上部结构传力不直接,二层楼面局部往往会出现深梁。例如,在某工程中,二层楼面某连续梁其中两跨净跨2100,梁高1000,净跨与梁高之比小于2.5,按照混凝土规范对深梁的定义,该梁属于深梁,应深受弯构件设计并满足深梁的构造要求实际上,电算结果钢筋总量虽然正确,但设计人员却往往没有按深梁的构造进行布置,比如梁的中间支座只在上、下部配置受力钢筋和在腹部配置构造筋,这样就与深梁的构造规定不符。连续深梁支座处,正应力沿梁高的分布规律是当跨高比大于1.5时,梁底以上0.2h范围内为受压区,再向上为受拉区,梁顶拉应力最大。仅在梁顶配置全部受力钢筋不符合正常使用极限状态支座截面的受力特点,不利于裂缝的控制。因此,该梁的钢筋布置应按GB50010—2002混凝土规范第10.7.9条,在上部0.4h范围内均匀布置ZAs/3,以下0.4h范围内均匀布置IAs/3,并应单独绘制断面图以表达清楚。
在抗震设计中,因为深梁刚度很大,房屋在地震作用下发展到塑性阶段时,塑性铰会出现在刚度相对较小的柱中,从而引起房屋的整体破坏,与抗震设计“强柱弱梁”的思想相悖,因此应尽可能避免深梁的出现。
地下室(层1或层2,3)大都是作为设备层、地下车库、人防平战结合而设置,空间大隔墙少,均满足不了箱基的条件,地下室顶板不能作为嵌固端来考虑,此时将地下室作为上部结构的一部分进行共同计算,算得的结构比较真实。当然进行地下室外围墙配筋计算时,还要加上土、水的侧压力影响进行补充计算。如果地下室钢筋混凝土墙较多,刚度大,土体提供的侧向约束充分,埋深满足要求,同时又满足规范规定的下层与上层抗侧刚度比的要求时,可将地下室顶板作为底层嵌固点来考虑,但要慎重。
(1)剪力墙下布桩与其受力机理不符在框剪结构或剪力墙结构中,剪力墙是承受地震水平力的主要构件,也是承受竖向荷载的重要构件,所以应沿剪力墙全长布桩(同时满足计算要求),桩中心线与剪力墙中心线宜重合,当布置双排桩时,桩承台应有足够的刚度,并应作承台的抗弯、冲剪验算。
(2)钢筋的保护层厚度不正确,受拉锚固长度一律采用42d应根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)混凝土规范第3.4.1条结构环境类别的划分和第9.2.1条钢筋保护层厚度的规定确定钢筋保护层厚度,受拉锚固长度的计算方法也在混凝土设计规范第9.3.1条已有明确规定。出现该错误主要是设计人员对新规范不熟悉所致,应加强规范学习,尽快掌握。
(3)地下室侧限不足由于建筑在地下室中部设置沉降缝或在外围挡土墙设置通长的采光井,会造成基础侧限严重不足,应设法避免,按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)第8.4.15条执行。
(4)当利用柱下条形基础做地下室时,未设置结构地下室底板,受力不合理当地下水位较低时,有的设计直接在条形基础的梁上设置地下室外墙,再由建筑做地下室地面。地面下设厚150～200mm的现浇钢筋混凝土板(隔潮用)。这种做法对结构来说欠妥:其一,挡土墙下端在土的侧压力作用下支座弯矩无法平衡;其二,基础整体性差;其三,对抵御地震不利。正确的做法是在梁顶设一个厚400～500mm的结构底板,按构造配置钢筋,支座处满足弯矩配筋要求。
设计质量是安全的保证,任何质量问题都可能危及到建筑、人身的安全,甚至造成国家或个人财产的损失,目前施工图设计还存在着不少缺陷,要解决这些普遍存在的质量问题,因此设计人员一定要把确保设计质量放在工作的首位,杜绝因设计质量而引发工程事故。
因此笔者根据自己的经验提出以下几方面的改进措施:
(1)加强基础知识的学习,吃透规范的精神,在实际工作中正确理解和活学活用。
(2)加强对设计软件的了解,全面掌握设计软件的计算原理、配筋规则、构造要求、适用范围等。
(3)加强设计人员的思想教育,要始终把质量放在工作的首位,不可因忙于赶工而疏于质量。
(4)加强施工图设计文件的审查工作,把好最后一道技术关。
摘要：本文针对建筑工程结构施工图设计中经常出现的普遍性问题进行总结归纳，并结合自己多年的工作经验对这些问题进行分析，并提出改进措施。
关键词：建筑工程,施工图,结构设计,存在问题,措施
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