谈某项目结构设计关键点

赵 轶

(赛鼎工程有限公司，山西太原 030032)

1 工程概况

某建设项目依据所提条件，跨度较大、层高较高，所以确定采用框架结构。该项目平面布置不规则，呈“┣”形。横向长80 m，纵向长122.8 m，长度超长需设置伸缩缝将之分割成不相连的单体。竖向布置也不规则，有1层、2层、6层不同层数的布置，需设置沉降缝，以免沉降不均匀，给结构带来安全隐患。该工程抗震设防烈度为7度，综合考虑后确定为四个独立单体，各个单体间由防震缝隔开，伸缩缝、沉降缝宽度应与防震缝统一。分隔后的每个单体长度也略超长，所以就在每个单体剪力较小的跨中位置设置一道2 m宽的加强带来解决。

2 结构设计

2.1 基础设计

该场地地形较简单，属中硬场地土，场地类别为Ⅲ类。各土层由上到下依次为人工填土层(素填土、填石)、淤质中细砂、含砂粘土、含粘性土中粗砂、粉质粘土、强风化硅质泥岩、中风化硅质泥岩、微风化硅质泥岩等。场地地下水位4.0 m～6.0 m，对混凝土结构有弱腐蚀性。

整个场地人工填土较厚，但素填土埋藏深度变化较大且物理力学性质差异较大;填石层有较高强度，但填石间空隙较大，且其下埋藏有淤质中细砂这一软弱土层，地面沉降会对拟建建筑物产生较大影响，因此该场地不适宜天然地基，拟采用预应力高强混凝土管桩，以中风化层作为桩端持力层。

确定桩数量，上部荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，抗力采用单桩承载力特征值。

预应力混凝土管桩较多的应用于上层是淤泥层(过软、约束过小)，而下层是岩石层(坚硬)的场地，应该采用避免影响结构安全性的措施(如长细比等)以及增强结构整体稳定性的措施特别重要。所以对预应力混凝土管桩侧向约束设计建议为:

1)根据预应力混凝土管桩抗水平力比较差的特点，对水平荷载较大、有较大水平弯折力、过渡层缺少的情况，首先应该对管桩基础进行整体稳定性分析设计，应该采用比普通桩更加严格的控制措施，此时设计的主要目的以及原则是通过对整体稳定约束的设计来保证管桩的正常使用和施工。

2)预应力混凝土管桩基础上部应与基础设计可靠拉结约束构造，当有条件时可在两个方向进行拉结构造或采用整体基础。

3)预应力混凝土管桩的桩尖应尽可能实现在岩石中进行嵌固，以提供桩端嵌固水平约束，来避免滑移和失稳的发生。

当对于有厚度和硬度比较合适的过渡层(如砂、土、全风化、强风化岩石)的情况下，根据经验一般十字桩尖在“30～60”收锤标准下可嵌入砂、土3 m～5 m，全风化岩石0.6 m～3 m，强风化岩石0.5 m，这时即可认为桩端嵌固水平约束较好。

2.2 上部结构设计

该框架结构楼面设备较多，楼面上设备开孔、吊装孔既多又大，这样采用PKPM系列软件中的SATWE空间组合结构有限元分析软件要比TAT更符合实际情况。

2.3 框架梁弯矩调整

在钢筋混凝土框架结构的设计工作中，经常被框架梁弯矩分布的不均衡的问题困扰。例如:框架梁中某一支座处的计算弯矩比较大，而其相邻支座及跨中的弯矩却比较小，如果照这样配置钢筋，其中一些梁端部由于钢筋过于稠密，不好振捣，施工中难以保证混凝土的浇筑质量，而与梁端相邻的支座和跨中的钢筋却相对较少。照此结果设计出的框架梁虽然与计算结果理论上相符合，但实际上承载力不见得都能满足设计要求。特别是在地震作用的工况下，如果因节点钢筋过密而导致梁柱节点核心区的混凝土浇筑质量差，该节点核心区就有可能在梁端出现塑性铰之前发生剪切破坏，产生严重的后果，这样的框架并不具备良好的变形及耗能的能力。为解决以上问题，对梁端负弯矩进行调幅就是一种行之有效的方法。

钢筋混凝土框架考虑内力重分布应注意的几点问题:

1)由于普通混凝土结构的塑性变形能力伴随混凝土强度等级的提高而逐渐降低，所以当进行弯矩调幅的框架混凝土结构强度的等级不宜过大(大于C45)，而且这时受力钢筋伴有明显的屈服台阶。

2)使用弹性分析的计算方法来计算框架梁、柱各控制截面的内力时，应充分考虑竖向活荷载的最不利布置。

3)为了保证整体结构在形成机构前满足设计所要求的承载能力，当弯矩调整过后，其中任一跨框架梁的两个支座弯矩的算术平均值与跨中弯矩的和应稍稍大于该梁按简支梁计算的跨中弯矩的数值。

4)遇到跨度大于12 m或梁跨与截面高度之比lo/hb＞15的框架梁时不应进行调幅。当梁跨与截面高度之比lo/hb在12～15之间时，该框架梁负弯矩的调整幅度宜适当的减小。

5)框架梁中各支座截面的负弯矩调幅系数在一般的情况下，不宜小于0.8。端部支座和中间支座当采用相同的调幅系数时，端支座往往比中间支座更早的出现塑性铰，所以框架梁的端支座比中间支座的弯矩调整幅度略微小一点，有利于推迟框架梁中塑性铰的出现，并且可以更加充分地发挥弯矩调整的总体效果。所以我们建议框架端支座弯矩调整幅度取中间支座的2/3。

6)为了保证框架结构的整体刚度，避免在框架梁形成机构前柱子先出现塑性铰，所以对有侧移框架的底层框架柱应该适当的加强配筋。

7)由于机构的非线性影响性，框架结构在水平力作用下的实际侧移是要明显的大于弹性分析结构的。所以框架梁端一旦出现了塑性铰，结构的整体刚度就会下降很多，侧移则迅速的增大。所以在考虑内力重分布设计的钢筋混凝土框架结构应注意控制侧移值。

2.4 结构概念性设计

由于建筑体型的复杂性，地震发生方式的不确定性和地震对结构影响认识的有限性，现行的结构设计计算尤其是在抗震分析计算的准确性等各种不可预知的因素的互相影响，导致设计计算结果与实际情况可能出现较大的偏差，甚至是有些荷载没有定量的计算方法，所以，结构设计计算是必须要做的，也是结构设计的重要依据，但是只是这样做往往并不能满足结构安全性、可靠度的要求，同时还必须重视结构的概念设计。重视结构的选型、平立面布置的规则性方面，所以设计时应择优选取抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，并加强构造措施，以保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度、延性等性能。

随着我国经济的快速发展，我国建筑业发展迅速，展现了蓬勃的生机，设计思想、理论不断的更新、创新，结构体系日趋多样化，建筑平面的布置、竖向体型也越来越复杂，这就给我们设计人员提出了更高的要求，如何高效、准确地对比较复杂的结构进行分析、设计，同时又能满足市场经济的要求，就需要我们不断努力、创新，不断学习，熟悉规范。

［1］ JGJ 99-98，高层民用建筑钢结构技术规程［S］.

［2］ GB 50010-2002，混凝土结构设计规范［S］.

［3］ 《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册［M］.第3版.北京:中国建筑工业出版社，2001.

［4］ 10G409，预应力混凝土管桩［S］.