日常结构设计中常见误区与禁忌
小智审图2021-04-18

结合结构设计是一项考验结构工程师结构概念的工作,随着设计师工作年限的增长,结构概念的培养至关重要。但我们在培养结构概念这个结构设计大局观的同时,往往会忽略一些平时不受重视的细节问题,这篇文章,小编通过工作中的总结,带大家梳理下结构设计中常见的误区与禁忌,希望对于大家平时工作有所帮助,少走弯路。

  地基基础设计中的常见错误

1、竖向构件在基础内的锚固长度不足

在层数不高、荷载不大或地质条件较好的工程中,我们在设计独立基础或者筏板厚度时,往往考虑的是竖向构件对基础的冲切问题,再考虑防水等问题,350~400的基础厚度在设计中经常出现。较薄的基础厚度虽然能够满足基础受弯、受剪和受冲切承载力要求,但竖向构件的钢筋在基础内的锚固长度问题却常常被忽略。独立基础的典型大样见下图:
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图集中规定的直线段锚固长度为≥0.6labE及20d ,显然当竖向构件钢筋直径较大且基础底板较薄时,无法满足钢筋锚固要求,需要构造加厚。
2、基础两向钢筋位置放置错误
对于正方形独立基础,两向钢筋均置于底部,但对于长方形基础,基础短向为受力方向,短向钢筋应置于下部,对于新手设计师往往容易忽略。
1.png3、独基0.9倍下料长度未注
根据《地基基础设计规范》(GB50007-2011)8.2.1第5款,当柱下钢筋混凝土独立基础的边长和墙下钢筋混凝土条形基础的宽度大于等于2.5m时,底板受力钢筋的长度可取边长或宽度的0.9倍,并宜交错布置。
由此可见,当基础边长较大时,受力钢筋的长度可适当减小并交错布置,此条在设计时不注明时也不能算错误,但一般校审都会要求注明。
4、对冲切和受剪理解不当
对于双向受力接近方形的构件是验算冲切的,而对于单向受力的长条形构件是验算剪切力的,这是很重要结构概念。对于独基,规范规定很明确,仅当基础短边尺寸小于等于柱宽加两倍基础有效高度时,才需验算受剪承载力,其余情况验算受冲切承载力,可见对于独立基础规范对受剪和受冲切区分明确。但对于筏板基础,规范要求冲切和受剪均要验算,并取计算厚度的大者设计板厚。此处,笔者个人认为没有必要,筏板的每个板块均属于双向受力构件,应验算冲切承载力,但验算受剪似乎没有大的必要。

  梁板柱配筋常见错误

1、支座处板的上部钢筋长度不平衡的设计错误
当相邻板块跨度相差较大时,设计师经常将板两边支座钢筋设计为不等长(即各自板短跨的1/4),这看起来很细致和节约了,其实这是机械套用规范导致的一个常见构造错误。见下图:


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正确的设计是将两边支座钢筋设计为等长,两边均应按照大板短跨的1/4取值,这是因为中间支座处的弯矩是连续的,右侧若按照小板跨设计长度,有可能无法完全覆盖小板跨的弯矩包络图。
2、不知道哪些地方的板厚需要加厚加强
各本规范在很多地方规定需要加强板厚及配筋率的情况,例如嵌固端、地下室顶板、转换层、裙房顶板等。那么,具体这些地方有何特别之处很多设计师搞不清楚。其实,如果仔细分析可以看出,这些部位均为竖向刚度突变而可能产生较大的应力集中处,加大板厚和配筋率是为了保证水平力的有效传递。
3、梁配筋忽略顶底钢筋比值的要求

规范对于顶底钢筋的比值要求见下图:

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此处,规范的目的是保证梁的变形能力,防止梁底在出现正弯矩时过早屈服或破坏严重,很多设计师认为对于框架梁,只要满足底部和顶部的比值就行了,但笔者认为,由于水平地震力和风荷载的不确定性,导致荷载组合后构件受拉区和受压区的不确定性,顶部与底部的比值也应参照此条规定取值。
关于此条的延伸:对于悬挑梁,底部受压钢筋需要满足顶部钢筋一定的比例吗?
悬挑梁由于其受力性质,往往上部钢筋是我们设计计算的重点,而我们一般会忽视下部钢筋的作用,虽然规范没有就悬挑梁的底部与顶部钢筋比值进行规定,但大量的文献建议要保证下部钢筋的数量,至少不小于0.5倍上部钢筋,以减小徐变产生的附加挠度。
4、忽略了梁配筋率很大时,箍筋直径需增大的规定

本条为强制性规定,但此条款是设计中最为容易忽略,也是校审最容易看出来的错误。笔者这次不做过多展开,建议设计师在配筋完成后,在模型中筛选出配筋率较大的位置,再次复核。
5、梁上有集中荷载时一定要设置附加箍筋吗?

我们在设计时,当遇到梁上有集中荷载的情况,往往都会在集中荷载处设置横向附加箍筋,但这真的是合理的设计吗?
规范对于附加横向钢筋的规定如下:

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根据条文说明,设置附加箍筋是为了将集中荷载传递到受压区,基于混凝土的材料性质,这样做不容易开裂,但是不是只要是集中荷载就要设置呢?这就要考虑集中荷载类型和作用的位置了。例如,梁顶部托柱或承托预制混凝土梁、钢梁、檩条等时,由于这些集中荷载可能本身就作用在混凝土受压区,那么再设置附加箍筋就显得没有必要了。因此,我们在设计时笼统的一刀切的做法是有问题的。

6、悬挑梁上部钢筋未放大

对于本条有一定争议,有的设计院认为只要荷载输入准确,悬挑梁不参与抗震,受力明确,不需要人为地将计算配筋放大。小编的设计院是要求提高至少1.3~1.5倍的,这么做的理由是,悬挑梁本身是比较重要的结构构件,在长期荷载作用下,挠度和裂缝会更加显著,考虑适当加强是合理的。
7、忽略柱箍筋肢距要求

当柱纵向钢筋配筋率较小时,柱单排钢筋根数可能较小,设计师在配筋时经常忽略箍筋肢距的要求,以一级抗震等级的500x500的方柱为例,往往柱子一侧3根16的纵筋即可满足计算要求,设计师往往会设置一道大箍筋的同时,中间设置一道拉筋,但显然箍筋肢距不满足最大200mm的规范要求。

1.png  楼梯设计常见误区

1、梯柱挡路、梯梁挡窗、梯梁超过楼梯净高控制线等

这些问题都是我们楼梯设计时的常见问题,此类问题往往是设计师经验不足,只管埋头整理楼梯结构,而忽略了楼梯构件与建筑的相应关系,而这些问题一旦施工,就会造成比较大的后果,因此建议设计师在设计楼梯时一定要反复对照建筑图,避免此类问题的发生。
2、大于2跑的楼梯未加大荷载
楼梯荷载在模型中是按照板厚为0,折算板厚及面层厚度并考虑楼梯斜率后估算经验值输入到模型中的,对于相邻楼层只有一个半平台的2跑楼梯,我们一般不会输错,但对于层高较高,例如首层下地下室的楼梯,建筑往往会设计成3跑、4跑或者更多,这样每个楼层将不再平均承受一个梯段的重量,一定要考虑荷载的增加。
3、梯柱截面及梯柱配筋问题

梯柱截面通常在一般项目中会设计成200x400的截面,但新的防火规范要求,当防火等级为一级时,梯柱截面不宜<500,因此,梯柱最好以200x500的截面起步。
此外,梯柱一般都是短柱或者剪跨比小于2的柱,混凝土规范规定:
1.png我们在平时的梯柱设计时,一般箍筋都会设计成8@100,但根据上述规定,当纵筋小于等于16mm时,箍筋间距100显然大于6d而不满足规范要求要求。 结构设计是一项注重概念的工作,但设计的细节问题也应受到结构师的关注,我们在平时的设计中应个“有心人“,深刻理解规范,提升结构设计经验,让设计成果具有更高的品质。


参考资料:
1、百度百科
2、刘铮 建筑结构设计误区与禁忌实例

本文已获转载权,转载至微信公众号【非解构】 ,作者结构吴彦祖

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