关于结构设计工作中几个问题的探讨

王启东

【摘要】对设计工作中出现的几个问题进行浅析

【关键字】水平位移曲线；抗震措施；抗震构造措施；地震作用；箍筋计算值；周期比；振型；构造钢筋与抗扭钢筋；剪力墙连梁与框架梁；钢雨篷吊杆；长细比超限；铰接节点

结构设计往往关系到整个建筑工程的人身及财产安全，责任不可谓之不大，故应引起足够重视。然因理论知识以及工程经验的不足易产生一些困惑和设计错误，造成一些不必要的损失。现从以往工作中出现过的困惑和错误中选取几个问题与大家探讨，以期对读者有些许帮助。限于笔者水平，不妥之处请批评指正。

一、框架结构、剪力墙结构和框剪结构在侧向力作用下水平位移曲线特点的理解

《抗规》5.1.2条提到“高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。”那么什么结构是剪切变形为主？什么结构是弯曲变形为主？怎样理解记忆？

框架结构抗侧刚度小，其位移由两部分组成：一部分是由梁和柱的弯曲变形产生的位移，侧移曲线呈剪切型，自下而上层间位移减小；第二部分是由柱的轴向变形产生的侧移，侧移曲线呈弯曲型，自下而上层间位移增大。第一部分是主要的，第二部分很小可以忽略，所以框架结构在侧向力作用下的侧移曲线以剪切变形为主。

剪力墙结构抗侧刚度很大，剪力墙的剪切变形产生位移，侧向位移曲线呈弯曲型，即层间位移由下而上逐渐增大，相当于一个悬臂梁。

框架剪力墙结构的位移曲线包括剪切型和弯曲型，由于楼板的作用，框架和剪力墙的位移必须协调。在结构底部框架的侧移减小，而结构顶部剪力墙的侧移减小，侧移曲线呈弯剪型，层间位移沿建筑物的高度比较均匀，改善了框架及剪力墙结构的抗震性能，也利于减少地震作用的非结构构件的破坏。

二、“抗震措施”与“抗震构造措施”、“地震作用”的理解

首先，我们得理清几个概念：抗震措施包括抗震构造措施（轴压比、配筋率、柱箍筋加密范围、梁受压区高度限制等）和其他抗震措施（内力调整、平面布置、竖向选型等）。设计过程中首先需要按《分类标准》确定拟建建筑的抗震设防类别，然后根据《分类标准》3.0.3、《抗规》3.1.2、3.3.2、3.3.3及6.1.2确定抗震等级，然后再根据规范规定采取相应的抗震措施。而“地震作用”与抗震等级无关，只与建筑的设防类别及本地区的抗震设防烈度有关。

三、SATWE中梁箍筋应怎样根据计算值配筋

比如在SATWE中梁箍筋间距我们输入100，计算后查看SATWE计算结果中梁箍筋计算值表示为“G0.8-0.7”，假如采用双肢箍、一级筋，我们可能会这样配筋：

加密区：0.8/2=0.4cm?，配8@100

非加密区：0.7/2=0.35cm? 配8@200

上述配筋加密区的配筋是对的，非加密的配筋有问题。

《SATWE S-3用户手册》上这样解释道“若输入的箍筋间距为加密区间距，则加密区的箍筋计算结果可直接参考使用，如果非加密区与加密区箍筋间距不同，则应按非加密区箍筋间距对计算结果进行换算”。那么非加密区的配筋就应该是（0.7 x200）/（100x2）=0.7cm?，应该配10@200。此外还应注意规范对箍筋最大间距与最小直径的要求，以及“当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，表中箍筋最小直径值应增大2mm”的要求。

四、构造钢筋与抗扭钢筋

在梁配筋结果中我们常遇到“G412”与“N412”，表面上看配筋都一样似乎没有区别，下面我们分析一下：

这里“G”表示的是构造配置的腰筋。当混凝土梁很高时，高大的钢筋骨架要承受钢筋自重，特别是施工中的施工机具、施工人员和施工材料的荷载，就可能使钢筋骨架发生位移和变形，导致钢筋尺寸跑位，这样便会影响钢筋与混凝土的粘结力，保护层厚度，从而影响梁的耐久性。设置适量的腰筋和拉筋，与钢筋骨架中的箍筋绑扎在一起形成一个整体，有效地约束钢筋骨架的变形，增大了钢筋骨架的刚度和稳定性。因为是构造钢筋，它只要满足构造要求即可。

而这里“N”表示的是抗扭纵筋，主要作用是抗扭。既然是受力钢筋就要满足《混规》11.2.3条关于钢筋强度比值及伸长率的要求及《混规》11.1.7关于锚固长度及钢筋搭接的要求。

五、剪力墙连梁与框架梁

《高规》7.1.3条规定“跨高比小于5的连梁应按本章的有关规定设计，跨高比不小于5的连梁宜按框架梁设计。”但设计工作中因考虑到施工因素或是外墙窗高问题常做高度不小于400mm的梁，这样以来就会出现一些跨高比小于5的连梁。但配筋时我们可能还是按框架梁配筋，认为其受竖向荷载较小不会出现安全问题，其实这是不妥的。

因為框架梁以弯曲变形为主，主要是一个抗弯构件（我们可以按普通杆件理解）；而剪力墙连梁以剪切变形为主，主要是一个抗剪构件（我们可以按特殊的墙理解）。规范对连梁在构造上作了一些与框架梁不同的规定，一是要求连梁的箍筋是全长加密而框架梁可以分为加密区和非加密区，且顶层连梁纵向水平钢筋伸入墙肢的长度范围内应配置箍筋；二是对连梁的腰筋作了明确的规定即“连梁高度范围内的墙肢水平分布钢筋应在连梁内拉通作为连梁的腰筋。连梁截面高度大于700mm时，其两侧面腰筋的直接不应小于8mm，间距不应大于200mm；跨高比不大于2.5的连梁，其两侧腰筋的面积配筋率不应小于0.3%”，而框架梁的腰筋只要满足“当梁的腹板高度hw不小于450mm时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋。每侧纵向构造钢筋（不包括梁上、下部受力钢筋及架立钢筋）的间距不宜大于200mm，截面面积不应小于腹板截面面积（bhw）的0.1%” 即可。

六、第一振型或第二振型为扭转时的调整

《抗规》3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性（周期和振型）宜相近”；《高规》7.1.1条条文说明“在抗震结构中，……，宜使两个方向的刚度接近”；《高规》8.1.7条7款 “抗震设计时，剪力墙的布置宜使各主轴方向的侧移刚度接近”。但实际工作中常会出现第一振型或第二振型为扭转，这时我们可以采取下面的方法来解决：

1.当第一振型为扭转时，说明结构的扭转刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，或沿两主轴适当削弱结构内部的刚度。

2.当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的侧移刚度相差较大，结构的扭转刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，或适当加强结构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。

参考文献

[1]《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008），2008

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），2010

[3]《钢结构设计规范》（GB50017-2003），2003

[4]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），2012