多层框架结构设计降低含钢量的一些措施.pdf

3 . 9 . 5石粉含量与坍落度 人工砂中石粉含量越高, 坍落度降低就越明显。 这 是因为, 等质量的砂与石粉相比, 石粉比砂的比表面积 大许多, 能吸收较多的水分, 从而减少浆体内自由水分 数量[ 8] 。 3 . 9 . 6石粉含量与粘聚性、 保水性 石粉是由大量微细颗粒组成,在拌合物中可起到 非活性填充料的作用,在一定程度上可弥补水泥用量 不足, 从而提高混凝土拌合物的粘聚性和保水性[ 8] 。 3 . 9 . 7石粉含量与泵送性 适量石粉可作混凝土的外掺料,是一种良好的原 浆剂, 可提高混凝土的泵送性能。 4人工砂的应用 11 9 5 7年, 贵州省贵阳市兴建的万吨大冷库及 五万绽棉纺厂基础工程, 统一使用了陈家坡人工砂。 2上个世纪7 0年代建设的贵州乌江渡水电站枢纽, 是我国在岩溶地区兴建的第一座大型水电站, 也是我国 第一座采用人工砂石料建成的大型水电工程[ 5] 。 3我国最大的三峡工程, 人工砂石料在混凝土大 坝中所占的比例约为8 8 。 参考文献 [1]G B / T 1 4 6 8 42 0 0 1建筑用砂[S]. [2] 陈家珑.尾矿利用与建筑用砂[J].金属矿山, 2 0 0 51 7 1 - 7 4 . [3] 李国轩.水利水电工程勘察设计施工新技术实用手册[M].长春 吉林摄影出版社,2 0 0 2,4 6 9 - 4 7 0 . [4] 中国水力发电工程学会.全国水电青年技术干部报告会论文集 [C]. 1 9 8 5 . [5] 水利电力部第八工程局.乌江渡施工技术[M].北京 水利电力出版 社,1 9 8 7,7 3 - 7 4 . [6] 张贤传, 等.选择人工砂混凝土配合比参数的几点意见[J].辽宁建 材,2 0 0 62 3 2 - 3 3 . [7] 夏铭, 等.人工砂粉煤灰混凝土试验研究和配合比设计[J].粉煤灰 综合利用. 2 0 0 54 3 3 - 3 4 . [8] 杨新磊, 等.人工骨料在混凝土中的应用研究[J].粉煤灰的综合利 用. 2 0 0 54 2 5 . 钢筋混凝土结构设计的新规范实施几年了,各方 都在为结构含钢量的提高而困惑, 当然, 新规范为提高 结构可靠度而增加的1 0 1 5 含钢量是合理的, 但超 出此范围的钢筋含量就值得设计人员深思。如何在满 足新规范要求的前提下, 有效降低结构的含钢量, 一直 是业界的共同追求,以下从几个方面来简述减少含钢 量的一些措施。 多层框架结构设计降低含钢量的一些措施 何湘 天元建筑设计有限公司,5 2 8 3 0 3广东佛山 摘要 合理的结构布置是减少含钢量的前提, 正确的荷载取值是减少含钢量的基础, 慎重的选择计算参数 是减少含钢量的有力保障, 构造措施要适度, 只有深刻理解规范条文和设计人员对结构设计的不断优化, 才能做 出既安全又经济的结构。 关键词 框架; 结构设计; 含钢量 中图分类号T U 3 7 5 . 4文献标识码A文章编号1 0 0 0 - 4 7 2 62 0 0 71 1 - 0 8 6 3 - 0 3 ME A S U R E ST O R E D U C ES T E E LC O N T E N TI N D E S I G N O F MU L T I - S T O R E Y F R A MES T R U C T U R E H E X i a n g T i a n g y u a nA r c h i t e c t u r eD e s i g n i n gC o .,L t d .,5 2 8 3 0 3,F u s h a n,G u a n g d o n g,C h i n a A b s t r a c tR e d u c i n gs t e e lc o n t e n td e p e n d su p o nt h er a t i o n a la r r a n g e m e n to fs t r u c t u r e,r i g h ts e l e c t i o no f l o a dv a l u ea n dt h ed i s c r e e tc h o i c eo fc a l c u l a t i o np a r a m e t e ra sw e l la sa p p r o p r i a t ec o n s t r u c t i o nm e a s u r e s .O n l y b yd e e pc o m p r e h e n s i o no nt h ec o d e sa n dn o r m sa n di n c e s s a n to p t i m i z a t i o no fs t r u c t u r a ld e s i g n,c a ni tb e p o s s i b l et ow o r ko u t as a f ea n de c o n o m i c a l s t r u c t u r e . K e yw o r d sf r a m e;s t r u c t u r ed e s i g n;s t e e l c o n t e n t 收稿日期2 0 0 7 - 0 7 - 1 8 作者简介 何湘1 9 6 1 - , 女, 湖南长沙人, 天元建筑设计有限公司, 一级 注册结构工程师。 建筑技术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第3 8卷第1 1期2 0 0 7年1 1月 V o l . 3 8N o . 1 1N o v . 2 0 0 7 8 6 3 建筑技术第3 8卷建筑技术建筑技术建筑技术建筑技术 1合理的结构布置是减少含钢量的前提 合理的结构布置是全体结构师们一生的追求, 如 何在满足建筑要求的前提下做出最合理的结构布置 是一门很深的学问, 需要结构师有丰富的实践经验, 良好的力学基础和高度的敬业精神。还有一点往往 被我们所忽视,那就是结构师也应略通一点建筑学 的知识, 在方案阶段就参与设计, 那么很多矛盾就会 在前期得到化解。只有与建筑师有了更深层次的沟 通, 一个好的结构布置才有可能诞生。新规范对抗震 设计提出了更高的要求,如果一个平面方案先天就 存在缺陷 如竖向不规则, 平面大开洞, 凹凸不规则 等, 那么再好的建筑都是无用的, 台湾云林县斗六市 大智路中山国宝二期1 2层住宅的震后结果就是最好 的例证。该方案平面极其不规则, 且各塔块之间连接 薄弱, 虽然获台湾建筑设计金奖, 但台湾9 2 1大地震 后破坏严重, 不可修复, 故建筑师们应略懂一些结构 抗震的知识。 2正确的荷载取值是减少含钢量的基础 荷载输入值的计算是否正确,关系到整个工程的 含钢量是否正常, 应认真对待。 附加恒载值应按建筑大 样详细计算, 活载应根据建筑功能严格按 建筑结构荷 载规范G B 5 0 0 0 92 0 0 1和 全国民用建筑工程设计技 术措施 取值, 不要擅自放大, 对于一些特殊功能 如仓 贮式超市、 殡仪馆骨灰存放处等 的建筑, 应会同甲方 共同测算活荷载的取值。对于G B5 0 0 0 92 0 0 1第4 . 1 . 2 条可折减的项目, 应严格按所列系数折减, 尤其是消防 车活载。 对工业建筑, 原则上应按工艺设计中设备的位 置确定活载取值,此时活载是不折减的。如果按 G B5 0 0 0 92 0 0 1附录C取值, 活载也不折减, 但应分别 对板、 次梁及墙柱基础取不同值进行分步计算, 取相应 的计算结果对各构件配筋。如果对工业建筑的活载只 取笼统值计算, 结果只有不安全, 或者不经济。 3慎重的选择计算参数是减少含钢量的有力 保障 目前的结构计算软件都有大量的参数需要用户自 定, 这些参数的确定直接影响着含钢量的变化, 因此, 必须弄清楚每个参数的内涵, 才能正确地选择。 笔者通 过大量工程试算,对以下几个参数的选择提出自己的 看法。 3 . 1周期折减系数 该系数的取值直接影响到竖向构件的配筋,如果 盲目折减, 势必造成结构刚度过大, 吸收的地震力也增 大, 最后柱配筋随之增大。实际上, 周期折减系数应根 据填充墙的实际分布情况来选择, 笔者认为, 按龚思礼 编著的 建筑抗震设计手册 第3 6 1页表5 . 2 . 2 - 1条选择 比较合理,即根据有填充墙框架榀数与框架总榀数之 比值, 考虑有无门窗洞口查表选择。通过对一个5层框 架结构 办公楼 工程的计算, 分别用周期折减系数0 . 7 和0 . 8 5来比较,前者比后者柱配筋增加了1 0 ～ 2 0 。 高层建筑混凝土结构技术规 程 J G J 32 0 0 2 第 3 . 3 . 1 7条提供了框架周期折减系数的参考值, 但笔者认 为, 生搬硬套规范的作法是不可取的, 一定要根据工程 的实际情况来选择。 3 . 2梁弯矩放大系数 该参数是程序开发早期为没有做活载最不利布置 而设定的,目前结构计算软件如T B S A 6 . 0、S A T M E、 广 厦等均有活载不利布置的功能,故该系数不再需要放 大, 部分设计人员依然沿用以前的作法将该系数填1 . 1 或1 . 2 ,实际上完全是不必要的浪费。 如果该系数做了放 大,S A T WE是正、负变矩同时放大,那就更没有必要 了。 3 . 3梁刚度放大系数 梁刚度放大系数主要是考虑现浇楼板作为梁的有 效翼缘形成T形或┎形截面梁, 提高了楼面梁的刚度, 而计算时梁是作为矩形截面输入的, 故设此调整系数。 一般作法是中梁取值2、 边梁取值1 . 5。该系数与梁高、 板厚、 板的边界条件有关, 对于无中、 边梁搜索的软件, 如果取一个值计算显然不对,应取不同值分步计算确 定。笔者取3 0 0 9 0 0, 翼缘厚度1 0 0,b f取6倍板厚计算得 刚度放大系数为1 . 7 6, 并没有2倍。故人为放大的梁刚 度而引起的配筋增加是毫无意义的。 3 . 4地震信息的选择 目前结构计算软件在地震信息的输入中都有3个 选项 耦连、 偶然偏心、 双向地震, 不同的选择, 结构 竖向构件有不同的用钢量。据S A T WE软件开发人员 统计,框架结构考虑双向地震作用的柱配筋比单向 地震作用时增加了5 8 ,框剪结构增加了2 0 5 0 , 故我们不能盲目地选择, 而是要弄清楚三个选 项的意义, 有的放矢。耦连、 偶然偏心、 双向地震三个 概念均是为考虑水平地震作用下结构产生的扭转效 应而提出的,应视结构在水平地震作用下产生扭转 效应的轻重而定。如何判断结构是否扭转严重, 目前 很多专家及一些新规范的讲座都一致认为,用层位 移比来表达较为合适 , 建 筑 抗 震 设 计 规 范 G B 5 0 0 1 12 0 0 1 第3 . 4 . 2条及3 . 4 . 3条也有提及。笔者认 8 6 4 2 0 0 7年第1 1期 为, 黄小坤发表在 土木工程学报2 0 0 4第三期的文 章“ 高层建筑混凝土结构技术规程 若干问题解说” 中的提法比较合理, 即当楼层最大弹性水平位移 或 层间位移 与该层两端弹性水平位移 或层间位移 的平均值比值大于1 . 2较多,一般A级高度大于1 . 4,B 级高度或复杂高层大于1 . 3,则可认为结构扭转比较 明显, 需要考虑双向地震作用。多层结构参考高层取 值。当多层框架层位移比超限时, 也可通过以下措施 作调整 1 加强外边框架梁; 2 加大柱截面; 3 改 变柱的方向, 尽量使位移比小于1 . 4, 从而也就不用考 虑双向地震作用了。 4构造措施要适度, 不要做“ 过” 结构的构造措施对保证结构的安全性起到了重 要的作用, 规范对结构各构件的构造有详细界定, 设 计中必须严格执行,但擅自提高标准也是没有必要 的。 4 . 1基础梁配筋 目前较多设计者都将与承台相连的地基梁作为 一层输入进入整体计算, 笔者认为, 这样做既不准确 也不经济, 因为当承台与基础梁相连时, 由于承台自 身的尺寸使得基础梁跨度小于输入跨度,故配筋会 相应增大, 按2 5 0 6 0 0的地梁计算, 当跨度由6 m增至 6 . 8 0 m时, 负筋增加了2 0 。笔者认为, 当梁上无竖向 荷载时,宜按 广东省地基规范 D B J1 53 1 2 0 0 3 第1 0 . 5 . 3 . 4条考虑承担水平拉力, 拉力取值为相 邻柱轴力较大者的1 / 1 57度 或1 / 1 08度 , 同时, 梁 满足最小配筋率的要求。 4 . 2梁构造腰筋的设置 混凝土结构设计规范 G B 5 0 0 1 02 0 0 2 第 1 0 . 2 . 1 6条规定 当梁腹板高度h w≥4 5 0时, 梁每侧的纵 向构造腰筋的截面面积不应小于腹板截面面积的 0 . 1 , 且其间距不宜大于2 0 0 m m。此规定是为防止有 可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝而制订 的,但目前很多设计人员无论梁宽多少均用1 2的钢 筋, 实际上对于梁宽不大于2 5 0的梁, 如果腰筋间距取 2 0 0,1 0的钢筋就足够了。一般作法是先满足构造腰 筋的间距, 再反算钢筋直径, 这样就不会仅满足数量上 的要求而忽略规范对间距的要求。 4 . 3框架梁的架立筋的设置 部分设计人员认为只要是抗震设计,梁就应该 设置上部的通长筋,作法是将支座的2 2或2 5的钢 筋取2根通长布置, 这种作法对三级、 四级框架来说 完全没有必要。 建筑抗震设计规范 G B5 0 0 1 1 2 0 0 1 第6 . 4 . 3 . 1规定 沿梁全长顶面和底面配筋, 一、 二级不应少于2 1 4,且分别不应少于梁两端顶面和 底面纵向配筋中较大截面面积的1 / 4, 三级、 四级不应 少于2 1 2。该规定并没有要求梁上部的钢筋做成通 长筋。 高层建筑混凝土结构技术规程 J G J3 2 0 0 2 编制组发行的宣贯培训教材第6 - 6页有这样一 段话 “ 过去的规范中,曾规定沿梁全长应布置贯通 梁全长的钢筋, 这个规定是不妥当的, 首先, 每根钢 筋的长度有限, 不可能贯通全长, 必然会有接头, 既 然要有接头, 就可以分段布置。” 由此, 我们很容易认 识到框架梁的架立筋是不用通长布置的,只是与支 座负筋搭接时应满足抗震设计的要求即可。笔者通 过对三级框架梁不同跨度和不同直径的支座负筋比 较, 认为当梁跨度 4 m, 且支座负筋≥2 0时, 梁的架 立筋满足规范要求即可。反之, 宜将支座负筋拉通, 这样既省略了钢筋裁剪也节约了钢筋的搭接长度, 更符合我们节省的初衷。 4 . 4板的最小配筋率应用 混凝土结构设计规范 G B5 0 0 1 02 0 0 2 第 9 . 5 . 1条规定的最小配筋率是针对纵向受力钢筋而言 的,对于现浇板简支边负筋满足 混凝土结构设计规 范 第1 0 . 1即可, 不论板的边界条件如何均按最小配 筋率配筋显然没有必要。 以板4 m 5 m为例, 三边嵌固 一边简支, 板厚1 2 0 m m, 采用C 3 0,H P B 2 3 5 ,简支边按 最小配筋率配筋计算要8 1 2 0, 而按 混凝土结构设 计规范 第1 0 . 1条只需8 2 0 0 ,此时简支边负筋配筋 相差了4 0 。 5结束语 减少结构的含钢量有多种途径,我们坚决反对违 反规范要求的所谓的“ 节省” , 只有深刻理解了规范条 文和设计人员对结构计算的不断优化,才能做出既安 全又经济的结构。 参考文献 [1]G B5 0 0 1 12 0 0 1建筑抗震设计规范. 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