砌体结构在设计中常见问题解析.pdf

赵凯等 砌体结构在设计中常见问题解析 8 1 砌体结构在 设计 中常见 问题解析 赵凯 ， 王劢 1 ． 黑龙江省建筑设计 研究院 ． 哈尔滨1 5 0 0 0 8 ； 2 ． 哈尔滨工业大学建筑设计研究 院。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 【 摘要】 在我国的多层住宅建筑中， 砌体结构房屋以其诸多优势深受 甲方及业主认可， 在各种结构形式的 房屋中占有相当大的比例。笔者结合设计经验， 就砌体结构设计时设计人员在软件使用、 设计绘图和规范理解等 方面常遇到的问题进行了较为详细分析和阐述 ， 以保证结构设计结果的正确性和可靠性。 【 关键词】 P K P M； 荷载折减； 高厚比； 强度调整 【 中图分类号】 T U 3 1 1 ． 4 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 { 2 0 1 0 0 2 0 0 8 1 0 3 在我国的多层住宅建筑中， 砌体结构房屋以其造 价低廉， 施工方便和容积率低等优势深受 甲方及业主 认可 ， 在各种结构形式的房屋 中占有相 当大的比例， 绝大部分设计院都在使用 P K P M系列软件进行辅助设 计 。这种结构形式虽然 在设计 实践 中应 用较 多 ， 但是 也存在一些应注意的问题 ， 现就砌体结构设计时设计 人 员应注意的几个 问题进行 了阐述 。 1 软件使用 在 2 0 0 8 版的 P K P M结 构软件 中 ， 与砌 体结 构相 关 的建模计算绘图等都设 置在 Q r r i 模块 中 ， 其 中建模 部 分的操作与 P M C A D主菜单 1 基本相同。在使用 Q m 模块建模时， 2 0 0 8 版 P K P M软件提供了构造柱选项， 这 且对防汛墙的设防标准要进一步提高， 既保证防汛墙 防止洪涝灾害的作用 ， 又使 得防汛墙 在洪涝 灾害 发生 时候仍然能够保持足够的可靠度。 3 重视施工 过程对 防汛墙 周围土 体应力 的影 响 ， 应该采 取 减少 对周 围环 境扰 动 的施 工方 法 ， 尽 量 少开挖 ， 减少对防汛墙 的影响 。充 分考虑 防汛墙 附 近 基坑排水与开挖导致地下水重新分布以及应力解除 对防汛墙安全造成 影响 ， 采取 回填土 以及 补 充地下 水 等措施尽量保持防汛墙外侧土体不被扰动， 并保证河 流水位不 因施工而产生 明显变动 。 4 应充分重视本身环境条件和施工对防汛墙 安全影响的叠加作用， 建立和完善防汛墙安全的监测 系统， 对河水位和墙后地下水位及防汛墙体结构提高 进行实时监控 ， 提高预警预报能力 ， 并通过城 市管理措 施对整个防汛墙 系统控制 ， 实现对灾 害的综合防御 。 4结语 文中通 过对某防汛墙 体系 的风 险进行 研 究 ， 指 出 了施 工过程 中防汛墙体 系的九大 基本风 险源 ， 并给 出 了对防汛墙体系进行风险分析的故障树分析方法 ， 表 明了故障树分析方法在此类工程风险分析 中的使用 使得在建模时可以输入混凝土构造柱， 从而真实模拟 砌体结构的实际情况。 在以往的设计中， 结构设计人员通常将梯板厚度 设置为零 ， 把楼梯荷载换算成房间面荷载由程序导算 成作用在楼梯间周边杆件上的荷载， 梯板、 平 台板等 构件内力单独计算 ， 并未考虑楼梯与整体结构的共同 作用 ， 这其实是不妥当的。汶川地震震后场景尤其是 楼梯 间的大量 破坏令我们 触 目惊 心 ， 在实 际情 况 中考 虑到楼梯 的梯 板等具有斜 撑 的受力状态 ， 对结 构 的整 体刚度有较明显的影 响 ， 宜在结 构计算 中予 以适 当考 虑⋯ 1。2 0 0 8版 P K P M软件提供 了梯板按斜梁建模 输入 以使楼梯参与结构整体抗震计算的功能， 通过与以往 性 。针 对分析结果 ， 文 中给 出了在施工 中应 对 防汛墙 体系风险 的相关对 策 ， 指 出了对防汛墙 体 系进行 加 固 和尽量控制施 工 的扰 动是 应对 施 工 过程 中 防汛墙 体 系风险 的关键措施 ， 应 用 文中的风 险应 对措 施在 实 际 施工 中取得 了 良好 的效果 。 参考文献 [ 1 ] 张贵金 ， 等 ． 岩土 工程 风险分 析及 应用 综述 [ J ] ． 岩 土力 学 ， 2 0 0 5 ， 2 6 9 1 5 0 81 5 1 6 ． [ 2 ] 韩传峰， 等 ． 基于故障树分析的建设工程风险识别系统[ J ] ． 自然灾害学 报， 2 0 0 6 ， 1 5 5 1 8 3 1 8 7 ． [ 3 ] 杨丽君， 等 ． 深基坑工程中常见的问题及处理对策[ J ] ． 西部 探矿工程 ， 2 0 0 3 ， 8 5 8 5 9 ． [ 4 ] 周红波 ， 等 ． 软土 地铁盾 构法 隧道工 程风 险识别 与应对 [ J ] ． 现代 隧道技 术 ， 2 O 0 6 ， 4 3 2 1 01 4 ． [ 5 ] 王婧婷 ， 等 ． 模糊数 学在风 险变量 估计 问题 中的应用 [ J ] ． 基 建优 化 ， 2 0 0 6 ， 2 7 4 6 56 6 ． 【 收稿日期] 2 0 0 9 1 1 1 7 [ 作者简介 ] 王磊 1 9 8 6一 ， 男 ， 山西 长治人 ， 硕士 ， 研究 方 向 r 3 2 程。 编辑王亚清 8 2 低温建筑技术 2 0 1 0年第 2期 总第 1 4 0期 的楼梯间简化建模方式进行 计算 比较 可知 ， 楼梯构 件 对结构 刚度有 一定 贡献 ， 尤 其对砌 体 ， 框 架结 构 的影 响较大 ， 对框 剪、 剪力墙结构 的影响相 对较小 ， 视结 构 抗 侧构件 刚度与数 量而异 。 _ 2 J 此外 ， 在楼梯 段上下 端 对应墙体处应增加 四根 构造柱 ， 与在楼梯 问 四角设 置 的构造柱合计有八根构造柱， 再与楼层半高处的钢筋 混凝土带等可构成应急疏散 安全 岛。 在进行梁 配筋计算时 ， 许 多结构设计人 员通 常直 接使用 S A T W E进行计算 ， 这是不合适的 。在真 实受力 情况中， 砌体结构中的梁与承重砖墙的实际关系为简 支 ， 这与框架结 构 中梁 柱之 间为 刚接 的情况 不 同， 所 以在计算时， 应在 S A T WE模块 中的“ 接 P M生成 S A T W E数据” 选 项 的子选 项“ 特殊构件 补充定 义 ” 中将梁 设置为梁端铰接， 从而保证梁构件 的挠度及下铁配 筋 ， 剪力墙结构亦应如此。 作用在楼面上的活荷载， 不可能以标准值的大小 同时布满在所有 的楼 面上 ， 因此在设计 梁、 墙 、 柱 和基 础时 ， 还要 考虑 实际荷 载沿楼 面分 布 的变异 情况 ， 也 即在确定梁、 墙 、 柱和基础 的荷载标准值 时 ， 还应按楼 面活荷载标准值乘 以折减 系数后取用 ， 故建 筑结构在 进行柱、 墙设计时 ， 应对其承受 的活荷载进行折减 。点 选后， 程序根据 G B 5 0 0 0 9～2 0 0 1 建筑结构荷载规范 4 ． 1 ． 2 条 2 款对活载折减 。许多结构设计人员 ， 尤其是 年轻的设计人 员通 常不 加思考 点选 “ 折 减柱 、 墙 设计 时的活荷载” ， 这是不合适的。C B 5 0 0 0 92 o o i 建筑结 构荷载规范 表 4 ． 1 ． 2活荷 载按 楼层 的折减 系数 只适 用于住 宅、 办公楼、 宿 舍等小 开间房间 的折 减 ， 对 于商 场来 说则不 安全 ， 这点应 引起注 意 ； 另外 ， 在 P M模块 的第三项“ 楼面荷载传导计算” 中也有“ 荷载折减” ， 两 处若都选折减， 则荷载折减系数会累加， 即在 P M中折 减过 的荷载会在 S A T WE中再次折减 ， 这样 同样会导致 结构不安全。同样 ， 在进行 基础设计 时需对 活荷载进 行折减 ， 设计人员往往 以为在 S A T W E中点选 “ 折减传 给基础 的活荷载” 便 可折减 ， 这同样是一个误 区。S A T ． WE程序传到基础软件 的荷载 实际上都是按 标准值传 递的， 所以“ 折减传给基础的活荷载” 这一项对基础软 件 的荷载值不起作用 。该项只对 S A T W E软件 的“ 基础 设计荷载简图” 中的最大组合 内力起作用 。用户如果 要考虑传给基础的活荷载折减需在 J c 0 中的荷载 参数定义里的“ 活荷载按楼 层折减系数” 填入 。 基础设计 时有 些结 构设计 人 员基 于习 惯通 常在 J C C A D的“ 基础人机交互选项” 中的“ 读 取荷载 ” 子项 中 选择读取全部荷载， 这一点是值得商榷的。对于框架 ， 框剪及 剪力墙结构应选择读取全 部荷载 包括 S A T W E 荷载 ， 而对 于砌体结构并无抗 震等级而 言， 在 S A T W E 第二 步“ 结构 内力 ， 配筋计算 ” 时软件 将承重砖墙 简化 为混凝土墙 ， 此 时在 J C C A D中若 选择 读取全 部荷 载 ， 这就会使软件将 砌体 结构 中的承重砖墙 按 照混凝 土 结构 中的混凝 土墙进 行计 算并考 虑各 抗侧力 构件 刚 度将地震作用进行分配， 这就与实际情况相差甚远从 而导致安全隐患， 因为砌体承重砖墙实际是不参与抗 震 的， 正确做法 是只读取 P M恒 、 活标准荷载进行基 础 设计 ， 这与 Q I T I 模 块中的竖 向导荷结果是相吻合 的。 2 设计绘图 出于保 护耕地和 环境的 目的， 建设部 出台 了关 于 全面禁止使用烧结粘土砖的一系列规定， 以蒸压粉煤 灰实心砖为代表的新型墙体材料得以广泛应用。6 、 7 度时采用蒸压粉煤灰实心砖砌体的房屋 ， 当砌体的抗 剪强度不低 于粘土砖砌体 的 7 0 ％时 ， 房屋 的层数应 比 粘土砖房 屋减少一层 ， 高度应减少 3 m， 且钢筋混凝 土 构造柱应按增加 一层 的层 数所对 应 的粘土砖 房屋 设 置， 其他要求可按粘土砖房屋的相应规定执行 ． 3 】 ， 这 一 点不应被结构设计者忽视。此外， 蒸压粉煤灰实心 砖强度等级应尽 量使用最低 的 M U 1 0 ， 因为砖场 尤其 是北方地区 出厂的蒸压粉煤 灰实心砖的强度 等级 一 般很难 做 到 M U 1 5 ， 如果 设 计 时采 用 M U 1 5则 不 宜 买 到 ， 部分施工单 位 可能用 M U 1 0的蒸 压粉煤 灰实 心砖 以次充好代替 ， 从 而造成安全隐患 。 建设单位 出于成本控制考 虑， 对每 m 2的含钢量 有 较高的控制要求， 根据工程经验， 7度区的多层砌体结 构含钢量不宜大 于 3 0 ， 多层住宅 的开间一般均 较 小 ， 楼板板底 钢筋基本 上按照最小配 筋率配置 即可 满 足挠度及裂缝的要求l- 4 J 。对于边跨板的支座根据边界 条件可知受力情况 为简支 ， 所 以边跨板 支座负 筋一 般 配置 怊2 0 0满足最小配筋率即可， 对于屋面板而言由 于荷载较大 ， 板厚一 般为 1 2 0 ra m ， 此时屋 面板采用三 级 钢 怊2 1 3 0双层 双 向配置基本可满足挠度裂缝 及最 小 配筋率 的要求 。部分板支座负筋不够时可 以配置 附加 钢筋 ， 这样设计对含钢量的控制效果较为理想 ， 对控 制 建设成本及满足 甲方要求也有很好的意义。 多层住宅一般每户 均设置有室外 阳 台， 混 凝土 强 度等级应 为 C 3 0 ， 悬 挑板保 护层与室 内板构 件 相 比应 增 加 1 0 m m 。挑板厚度 的确定 ， 一般经验为静挑跨度 的 1 ／ 1 2 1 ／ 1 0 ， 后者用 于轻挑板 ， 为了方便记忆 ， 只须记 住 1 ／ 1 0 即可 ， 这 是针对 荷 载标准值 为 1 5 k N ／ m 2 左 右的 取 值。此外 ， 挑板在一般民用荷载下， 最大悬挑尺寸对年 轻结构师来 说 应该 有个 量 的概念 ， 一 般经 验认 为 ， 挑 板最大净挑 尺寸不宜超过 1 ． 5 m， 但笔者 曾在几个工 程 中作过 1 ． 8 ～ 2 ． 0 m的普通混凝土挑板， 均未作预应力， 所以 1 ． 5 m 只是一个 大概 的量 ， 笔者 认 为可 以适 当突 破至 2 ． 0 m左右 。根据几年来所作工程 ， 归纳出了下面 一 张挑板在 常见 悬 挑尺 寸下板 厚和 配筋 的取值 表 格 赵凯等 砌体结构在设计 中常见问题解析 8 3 表 1 ， 以供参考 ， 以期在工程实践中可直接利用 ， 以 提高设计效率。 表 1 挑板在不 同悬挑长度下 的板厚 。 配筋经验 图 悬挑构件的设计不应过分追求经济， 不该 冒进， 构件荷载估计大些， 配筋配大些是明智之举。悬挑构 件的安全储备应该 比常规构件大些 ， 因为其并非几次 超静定结构 ， 支座一旦坏了 ， 就会 一下子塌下来 。所 以 一 般算出来配筋是多少， 要乘以足够大的放大系数， 配筋配大些。挑板板厚一旦确定后 ， 与其相邻的作为 支座的板块板厚应 尽 量与之相 同或接近 ， 厚 度不 宜小 很多 一般厚度差值宜 2 H计算。 3 ． 2 强 度调整 砌体结构在确定材料强度 厂 时需对其进行调整 ， 对无筋砌体构件 ， 当其截面面积小于 O ． 3 m 2 时， 材料强 度调整系数为截面面积加 0 ． 7 ， 但对于局部受压计算 时， 砌体局压面积小于 0 ． 3 时则无需考虑材料强度 调整系数 ， 因为 不是 砌体 构件 的全部面 积 ， 而局 压 试验所用构件的局部受压面积 都 是小于 0 ． 3 的 ， 就是在支撑 局压 荷载 的墙垛 面 积 小 于 0 ． 3 d 的情 况 下， 局压计算所用的强度值也不用考虑材料强度调整 系数 ， 因为那是对墙垛构件受压承载力计算时才是必 须 的。不过 ， 当采用纯水泥砂浆 ， 施工质量控 制等级为 c 级 ， 或验算施工 中的房屋构件时则需考虑材料强度 调整 系数 ， 此时 已涉及砌体本身强度取值 的问题了。 4结语 结构设计人员不要过分依赖计算程序， 应以力学 概念 和丰 富 的工程 经 验 为基础 ， 对 规范 正 确地 理解 ， 从结构整体和局部对计算结果的合理性进行判断， 确 定其可靠性后再用 于工程设计。结构设计 同建筑设 计一样没有唯一解 ， 只有通过不断探索去寻求相对的 最优解 ， 创造力和创新是结构工程 师对设计 的贡献 。 参 考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ， 建筑抗震设汁规范 2 o 0 8 年版 [ S ] ． [ 2 ] 高航 ． 楼梯参与结构整体建模的探讨[ J ] ． P K P M新天地， 2 0 0 9 1 91 1 ． [ 3 ] G B 5 0 0 0 32 0 0 1 ，砌体结构设计规范 [ s ] ． [ 4 ] G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范[ s ] ． [ 收稿 日期 ] 2 0 0 91 00 7 [ 作者简介] 赵凯 1 9 7 7一 ， 男 ， 吉林农安人 ， 工程师 ， 从事建 筑工程管理工作。 编辑王亚清