常见问题分析2 (2)

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1、钢筋混凝土结构设计常见问题分析主讲人: 张维斌 一、材料和基本设计规定 问题: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。 原因分析:规定普通纵向受力钢筋抗拉强度实测值与屈服 强度实测值比值的最小值,是为了保证当构件某个部位 出现塑性铰后,塑性铰处有足够的转动能力和耗能能力, 提高构件的延性;而规定钢筋的屈服强度实测值与强度 标准值比值的最大值,则是为了有利于实现强柱弱梁、 强剪弱弯这一抗震原则。 改进措施:结构设计时,在结构设计文件中(一般在结构设 计总说明)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

2、 拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25; 屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.30。 问题: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。 原因分析:如果不规定主体结构纵向受力钢筋的替 代原则,常会使替代后的纵向受力钢筋的总承载 力设计值大于原设计的纵向受力钢筋的总承载力 设计值,大得过多时,可能会造成构件抗震薄弱部 位转移,也可能造成构件的受力较大部位发生混 凝土脆性破坏(混凝土压碎、构件剪切破坏等)。 改进措施:在结构设计文件中,应根据抗震规范第 3.9.4条的规定,明确要求主体结构在进行纵向受 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,

3、并应满足正常使用要求极限状态( 如挠度、裂宽等)和抗震构造措施(如最大及最小 配筋率、箍筋加密等)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,更 应注意上述替代原则。 问题:未合理选用现浇楼屋面板混凝土强度等级和 钢筋强度等级。 原因分析:楼屋面板主要承受竖向荷载,以受弯为主 。为保证板类构件安全可靠地工作,混凝土规范 规定了最低混凝土强度等级为C20,最小配筋率为 min=0.45ft/fy且不小于0.20%。可见最小配筋率 随混凝土强度等级的提高而增大,随钢筋强度等 级的提高而降低。衡量钢筋其经济性的不是钢筋的实际价格,而是 其强度价格比,常用钢筋的强度价格比见下表。

4、 钢筋种类强度标准值 (Mpa)强度设计值 (Mpa)设计值强度价格比 (MpaKg/元) 热轧 钢筋HPB23523521088 HRB335335300115 HRB400400360129改进措施:混凝土强度等级的提高,对常用板类构件 承载力的贡献很小,故其混凝土强度等级不宜选 得过高,一般为C20C30,不宜超过C35。过高会使 板的配筋量增加较多,不合理也不经济,特别是采 用HPB235级钢筋时更为明显。强度价格比高的钢筋经济性较好,不仅可减少配 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 。故就钢筋的强度价格比而言,板的受力钢筋,不 宜

5、采用HPB级钢筋,宜采用HRB400级钢筋或HRB335 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。但对大跨度板,必要时应进行裂宽 及挠度验算。 问题:建筑物内有游泳池和大型浴室时,游泳池和浴 室的环境类别划分不当。 原因分析:一般情况下,设计人员通常将0.00以下 的基础和构筑物等的环境类别,根据当地是否属 于严寒和寒冷地区而划分为二b或二a类,0.00 以上结构的环境类别则划分为一类,容易忽视建 筑物内有游泳池和大型浴室的情况。游泳池和浴 室虽在0.00以上,但处于潮湿的环境下,不属于 室内正常环境,不应将其环境类别划分为一类

6、。 改进措施:应根据混凝土规范第3.4.1条的规定,将 游泳池和大型浴室等处于潮湿环境下的结构构件 的环境类别划分为二a类,并使其耐久性符合混凝 土规范第3.4.2条关于二a类环境的要求。 二、结构体系及结构布置 问题:8度区10层采用框架结构,7度区15层采用框架结构 改进措施:抗震规范对于框架结构的适用最大高度,7度区 55m,8度区45m,这对有特殊工艺要求的工业厂房可能是 合适的,但对一般民用建筑,以平均层高3.3m计算,8度区 45m高的框架结构,层数近14层,显然偏高。工程实践表明:高烈度区的高层建筑采用纯框架结构,即 使结构计算通过(某些控制指标符合规范要求,如侧移限 值等),在

7、结构受力上也是不合理、不经济的。往往梁、 柱截面尺寸偏大,用钢量也大;抗震性能不好,侧向位移 较大,即使主体结构损坏不大,但非结构构件破坏严重, 填充墙、管道等可能遭受较大破坏,损失也将很巨大。 1.非抗震及7度区以下的多、小高层建筑 2.3层以下,7度区以下可不用框架 3.8度区6层以上宜采用框-剪或壁式框架结构问题:抗震设计的框架结构,当仅在楼、电梯间或其他部位 设置少量钢筋混凝土剪力墙时,有的设计不计及这部分 剪力墙,仅按纯框架结构进行结构分析、配筋计算,然后 将剪力墙构造配筋,”白送”给框架结构,他们认为这样 设计安全储备更大。 改进措施:由于剪力墙的存在,使得结构地震作用增大,剪 力

8、墙按构造配筋不一定能满足承载力要求,且剪力墙与 框架协同工作,使框架上部受力加大,故按框架结构设计 的这部分框架柱也不一定能满足承载力要求。-”白送 ”的设计无论对框架还是剪力墙未必是不安全的。因此 规范规定:结构分析计算应按剪力墙与框架的协同工作 考虑。如楼、电梯间位置较偏而产生较大的刚度偏心时 ，宜采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置 少量单排钢筋等措施,减小剪力墙的作用,并宜增加与剪 力墙相连的柱子的配筋。整个结构按框架结构进行设计 ,框架部分抗震等级按框架结构,剪力墙的抗震等级可随 框架。问题:抗震设计的高层建筑采用单跨框架结构 改进措施:单跨框架的抗侧刚度小,耗能能力弱,结构

9、超静 定次数少,抗震时无多道防线,一旦柱子出现塑性铰(在 强震下不可避免),出现连续倒塌的可能性很大。1999年9月21日台湾集集地震(7.3级),台中客运站震害 就是一例。16层单跨框架结构彻底倒塌,原因是单跨框 架结构抗侧力刚度差,地震时无多道防线。建设部建质200346号文中规定单跨框架结构的高层建 筑为特别不规则的高层建筑,属于超限高层建筑,若因功 能要求等只能做成单跨框架结构,要进行抗震设防专项 审查,按审查意见设计。由于上述原因,对多层建筑也不宜采用单跨框架结构。如因条件限制只能做成单跨结构,可设置少量剪力墙,使 之成为框架-剪力墙结构,有剪力墙作为第一道防线,结 构的抗震能力将得

10、以加强。问题:抗震设计时,对框架结构中突出屋面的电梯 机房、楼梯间等采用砌块承重。 改进措施:砌体结构与框架结构是两种不同的结构 体系,两种结构体系所用的承重材料完全不同,其 抗侧刚度、变形能力、结构延性、抗震性能等, 相差很大。如在同一结构单元中采用部分由砌体 墙承重、部分由框架承重的混合承重形式,必然 会导致建筑物受力不合理、变形不协调,对建筑 物的抗震能力产生很不利的影响。因此,应按高 规第6.1.6条规定设计:框架结构中的楼、电梯间 及局部突出屋面的电梯机房、楼梯间、水箱间和 设备间等,均应采用框架承重,屋顶设置的水箱和 其他设备应可靠地支承在框架主体上。问题：忽视砌体填充墙的布置,设

11、计中未考虑由于填充墙 布置的不均匀、不对称或上下层刚度差异过大所造成的 不利影响。 原因分析:填充墙与框架刚性连接时,对结构的整体刚度是 有影响的,填充墙布置严重不均匀或不对称,会使结构形 成刚度和强度突变,不利抗震。例:由于功能需要,将填 充墙仅布置在结构平面的一侧时,结构可能会产生不容 忽视的偏心;结构某一楼层或几个楼层无填充墙,而其他 楼层均布置较多填充墙时,结构的上下层刚度差异可能 过大等。 改进措施:1.填充墙平面和竖向布置应尽可能均匀、对称, 减少质心和刚心的偏心所造成的扭转,避免形成上下层 刚度差异过大。2.当不可避免时,应从概念设计出发,恰当估算结构由此 产生的扭转或上下层刚度

12、差异,采取切实可靠的构造措 施来减小由于填充墙布置的不均匀、不对称而产生的结 构偏心或上下层刚度差异过大所造成的不利影响。 问题: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。 原因分析:框架结构由于填充墙、隔墙等问题引起的震害 并不少见,切不可等闲视之。 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,能适应结构不同方向 的层间位移;8、9度时应具有满足层间变位的变形能力, 与悬挑构件连接时,应满足节点转动引起的变形能力。 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

13、符合下列要求: 1)砂浆强度等级不低于M5,墙顶与框架梁或板密切结合。 2)填充墙应沿框架柱的高度每隔500mm左右设26的拉筋, 拉筋伸入填充墙内长度;6、7度不应小于墙长的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,超过层高2 倍时,宜设钢筋混凝土构造柱;墙高超过4m时,墙体半高 处宜设与柱连接且沿墙全长贯通钢筋混凝土水平系梁。 问题:剪力墙结构的剪力墙开洞后形成很多截面高度与厚 度之比为58的墙肢,设计时仅根据此类墙肢承受的第一 振型底部地震倾覆力矩占结构底部总地震倾覆力矩在 4050%,就按高规中短肢剪力墙较多的剪力墙结构设计

14、 。 原因分析:对短肢剪力墙的判定有误。 改进措施: 短肢剪力墙的判定有两条:1.墙肢截面高度与 厚度之比为58,对L形、T形、十字形等截面,应为每方向 的墙肢截面高度与厚度之比为58;2.墙肢两侧不应与较强 连梁相连(连梁 跨高比2.5)或 与翼墙(翼墙长 度与厚度之比 3)或端柱相连, 见图。两条应同 时满足。当剪力墙结构中由短肢剪力墙所承受的第一振型底部地 震倾覆力矩占结构底部总地震倾覆力矩在4050%时,为 短肢剪力墙较多的剪力墙结构。如结构中仅有少量的短 肢剪力墙,不应判定为短肢剪力墙较多的剪力墙结构。例筒中筒结构,虽然外框筒的墙肢截面高度与厚度之比 可能为58,但这些墙肢不是独立墙

15、肢,它们并不是各自 独立发挥作用,而是和裙梁一起,构成抗侧力刚度很大的 外框筒,故不应判定为短肢剪力墙较多的剪力墙结构,不 必遵守高规第7.1.2条的规定。而应按筒中筒结构的有 关规定进行设计。和筒中筒结构一样,壁式框架的墙肢截面高度与厚度之 比也很可能为58,但这些墙肢也不是独立墙肢,虽然由 于开洞较大,且墙体没有围圈封闭成筒,不具备筒体结构 的受力性能。但这些墙肢并不是各自独立发挥作用,而 是和连梁一起共同工作,所以也不应判定为短肢剪力墙 较多的剪力墙结构,不必遵守高规第7.1.2条的规定。而 应按剪力墙结构(壁式框架)的有关规定进行设计。 问题:高层建筑不分情况在角部剪力墙上开设转角 窗

16、,且未采取有效的加强措施。 原因分析:剪力墙结构角部是结构的关键部位,在角 部剪力墙上开转角窗,不仅削弱了结构整体抗扭刚 度和抗侧力刚度,且邻近洞口墙肢、连梁内力增大, 扭转效应明显。因为转角窗 的存在破坏了墙体的连续性 和整体性,降低了结构的抗 扭刚度和抗扭承载力,于结 构抗震不利。改进措施: 9度设防及B级高度的高层建筑不应在角部剪力 墙上开设转角窗。8度及8度以下设防A级高度的高层建 筑在角部剪力墙上开设转角窗时,应采取下列措施： 1)洞口应上下对齐,洞宽不宜过大,连梁高度不宜过小； 2)洞口附近不应采用短肢剪力墙和单片剪力墙,宜采用 “T”、“L”、“”形等截面墙体,墙厚宜适当加大, 宜提高洞口两侧墙肢的抗震等级,并按提高后抗震等级 满足轴压比限值的要求;并应沿墙肢全高设置约束边缘 构件； 3)加强转角窗上转角梁的配筋及构造； 4)转角处楼板应局部加厚,配筋宜适当加大,并配置双层的 直通受力钢筋;必要时,可于转角处板内设置连接两侧墙 体的暗梁； 5)结构电算时,转角梁的负弯矩调幅系数、扭矩折减系数 均应取1.0。抗震设计