结构设计若干问题探讨

结构设计若干问题探讨

【摘要】在结构设计中遇到的一些问题进行讨论，内容包括：如何在实际设计中实现强柱弱梁，建筑的高宽比计算中如何确定计算宽度，结构中的反梁该注意什么问题，梁腰筋设置的问题，消防车荷载大小取值问题，嵌固端设计问题。

【关键词】强柱弱梁高宽比反梁腰筋消防车荷载嵌固端1. 强柱弱梁的实现

近年汶川及玉树地震的发生总结了一些经验，在2010版的《建筑抗震规范》（gb50011-2010）得到了一些体现，柱的内力增大系数有所提高，在实现强柱弱梁方面有所改善，这是件好事，但是影响弱梁的实现还有其他很多因素的存在，大家比较有共识的是楼板因素、裂缝计算所增加的配筋因素、构造因素、配筋计算模式因素。首先楼板因素，由于楼板配筋在梁支座处的存在，而梁配筋是按矩形截面在配，对梁实际上是很大程度的加强作用，应该按t型截面考虑楼板这部分钢筋的贡献。实际工程设计中可能存在以下一些问题，板钢筋重心与梁钢筋重心不一致如何计算，t型截面有效翼缘宽度如何确定，梁板钢筋直径差异比较大如何考虑共同作用，这些问题可能需要足够的实验研究进行验证，才能比较可靠用于工程设计。在这些问题没有解决之前，我们是不是可以反向思考一下，不能充分利用的话是不是可以把板的影响降低到最小，一般在靠近梁边处主要是垂直梁方向的板面受拉，在平行梁方向板钢筋可以减小，或者采用塑性设计计算板配筋，直接把板配筋减小。以前都担

心塑性设计时裂缝不能得到保证，其实北方很多设计在用塑性设计板配筋，并没有出现所担心的裂缝问题，其实板裂缝很少是受力裂缝，大部分是非受力裂缝，所以采取一些构造措施、加强施工养护及控制混凝土的水化热等措施，板的裂缝是可以得到控制的。

其次裂缝计算所增加钢筋因素，按照《混凝结构设计规范》

gb50010-2010公式计算得到的最大裂缝宽度要比国外其他规范的

计算值大得多，裂缝宽度应该是指钢筋表面的裂缝宽度，而混凝土规范计算的是混凝土外边缘的裂缝宽度，增大混凝土保护层厚度虽然会加大构件裂缝宽度的计算值，但实际对保护钢筋减轻锈蚀十分有利，所以在《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》jtg d62-2004中不考虑保护层厚度对裂缝宽度计算值的影响。而规定的裂缝宽度允许值偏严（尤其是支座处），正常情况下梁支座处都被建筑装修面层所覆盖，因裂缝导致钢筋锈蚀而影响耐久性要求的可能性比较小，因此规范若能在裂缝宽度允许限值按不同部位区别对待比较合适，同时若能参考公路桥涵规范不考虑保护层厚度对裂缝宽度计算值的影响，裂缝计算值可进一步减小。

最后配筋计算模式因素，目前很多软件在计算梁配筋时都是以单筋模式计算，但在梁支座处有不少梁底钢筋是锚入柱内的，完全可以利用这部分钢筋作为受压钢筋，以减小梁顶受拉钢筋的面积。双筋计算模式中受压区高度x取多少比较合适是关键，受压区混凝土力臂为（ho-x/2），受压钢筋的力臂为（ho-as’）。在单筋模式中若x2as’时采用双筋模式能减小受拉钢筋面积，由于双筋模式有两个

未知量，首先要确定x才能解方程，取x=2as’可以满足规范对双筋的要求同时力臂均能达到最大值，应该是比较经济的一种做法，同时能有效减少支座配筋面积。

2. 建筑高宽比计算

很多情况下要用到建筑的高宽比计算，规范没有明确建筑宽度如何计算，如图1～图3所示。图2及图3宽度按b或3b肯定不合适，应该按等效宽度来计算图2及图3的宽度，可以肯定图3等效宽度大于图2，图2等效宽度大于图1，按数字平均值或加权平均值似乎不能反映结构刚度的因素，建筑就是一个嵌固在基础上的一个悬臂构件，如何考虑它的平面刚度影响，这里可以参考《砌体结构设计规范》gb50003-2011中5.1.2条中t形截面的折算厚度的计算方法，等效宽度按3.5i计算，i为建筑平面最小回转半径，其中应扣除建筑悬挑部分面积，广东省高规采用的也是这种计算方法，所以这种计算方法应该是比较认可的。

3. 反梁计算问题

由于建筑功能的要求，实际设计中经常会有结构梁需要上翻的要求即梁底同板底，梁上荷载不直接作用在梁顶，而是由设在梁下部两侧的楼板将荷载作用传递到梁上。实验表明，反梁的抗剪能力低于正梁，设计时应考虑反梁抗剪承载力的降低，可以参照《人民防空地下室设计规范》gb50038-2005中附录e中钢筋混凝土反梁设计要点，只是在非人防荷载作用下采用非人防内力及材料不考虑动荷载作用下材料强度综合调整系数。另外还可以采用配置附加箍筋的

形式解决，把板传递给反梁的荷载用附加箍筋承担传递到梁的受压区，抗剪箍筋另行配置。通过以上两种方式可以解决反梁抗剪承载力低的问题。

4. 消防车荷载取值问题

在进行地下室顶板设计时经常会遇到消防车通道及消防等高面

的问题，根据《建筑结构荷载规范》gb50009-2012消防车荷载双向板楼盖分3mx3m及6mx6m，消防车荷载分别为35kn/m2及20 kn/m2，现分别按一个例子来计算消防车荷载产生的框架梁弯矩。图4为一柱距为6mx6m框架梁活载弯矩图，按规范消防车荷载为20 kn/m2；图5是在图4基础上增设次梁成为3mx3m板跨的框架梁弯矩图，按规范消防车荷载为35 kn/m2。从图中可以发现图5的框架梁弯矩是图4框架梁弯矩的近2倍，在消防车通道不变的情况下就因为增设次梁而导致框架梁弯矩增加近1倍这显然不合理，因为框架梁受荷范围没变。如果能够按梁的受荷面大小来区分消防车荷载大小可能会更合理，这样不会因为增加次梁而改变框架梁的荷载效应，或者可以参照《建筑结构荷载规范》gb50009-2012附录d中工业建筑楼面活荷载给出的模式，区分楼板荷载、次梁荷载及主梁荷载以区别对待，也不失为一种更趋合理的办法，总之目前这种消防车荷载还是比较粗糙，有必要更细化一些。

5. 嵌固端设计问题

规范对嵌固端设计有一系列要求，规范规定地上一层结构侧向刚度不应大于地下一层结构侧向刚度0.5倍，但实际上由于地下室外

墙填土因素的存在，实际上地下室顶板很多情况下已经成为上部结构的嵌固端，现在以一简单例子来进行对比如图6及图7所示，图6为上部结构嵌固在地下室顶板且不带地下室的模型，图7为上部结构一层侧向刚度小于地下室侧向刚度0.5倍且带地下室的模型，从图中可以看出带地下室的一层柱配筋要比不带地下室一层柱配筋小，所以不论地下室侧向刚度是否满足规范要求，由于实际存在的嵌固因素，带地下室的模型一层柱配筋偏小，而且地震害也表明一层柱破坏的情况比较多。有些基础埋置比较深的建筑，在一层地面形成了刚性地坪时柱也是在地坪以上破坏。因此，在计算一层柱配筋时应该按柱底嵌固在顶板或刚性地坪处的模型进行校核以策安全。

总结

随着建筑日趋多样复杂，规范有时候并不能把每种情况都包络进去，有时候可能只是规定了最低要求，并不是满足规范要求就一定是安全的，这时候就要求我们设计人员在日常设计中不断总结，去发现一些问题，在规范精神的指导下进行适当的调整，以使结构设计的安全又经济、环保又节能。

参考文献

[1] 《建筑抗震规范》（gb50011-2010）

[2] 《混凝结构设计规范》gb50010-2010

[3] 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》jtg

d62-2004