摘要：结构设计工作虽然只是设计工作其中一个专业，但是关系到房屋寿命期的安全；对结构设计我们要非常中式，本文结合工程实际遇到的问题分析，为今后设计提供一些参考意见。楼板需进行楼、屋面板的混凝土应力分析，要求小震下楼板主拉应力小于混凝土抗拉强度标准值，中 震下考虑竖向荷载作用地震组合工况下楼板钢筋不屈服，从而保证在地震作用下楼板能有效传递水平荷载而不致出现较大裂缝导致较为严重的刚度退化的情况。
关键词：扭转位移比；上部结构的嵌固端；承载能力极限工作状态外；中震不屈服；地下室顶板；应力分析；超长不设缝
1.引言
结构设计虽然仅仅建筑设计众多专业中的一个，但结构设计也是最重要的一个专业。结构安全与我们的生命息息相关，我们必须重视结构设计。在这里通过自己工作中遇见的常见问题进行分析希望给大家带来一些启发，使我们结构设计更加经济、更加安全。在工作的实际工程遇到的主要问题众多，本文仅针对该工程遇见的重要问题分析：结构平面北侧凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的50%，属于特别不规则的结构，结构超长不设缝等问题。希望大家能受到一些启发让我们共同提高我们的结构设计水平。
2.项目概况
本工程为上海青浦区朱家角居住区，由上海丰顺置业有限公司开发建设。基地位于青浦新城的浜湖片，东起复兴路，南起盈朱路，西至南北支路及河道，北至五浦路。本项目地下一层地上11层，剪力墙结构形式住宅，基础形式为桩筏基础与大地库连接在一起，桩基形式为直径400mm的高强预应力管桩长度为28m，单桩承载力特征值为1100kn。
建筑抗震设防分类：标准设防类（丙类），本地区抗震设防烈度：七度，设计基本地震加速度值：0.10g，设计地震分组：第一组，场地土类别：IV类，场地特征周期：0.90 S，阻尼比ξ取值：砼结构单体ξ＝0.05。
3.建筑结构设计中遇到的一些问题
该工程主要存在以下几个问题：扭转不规则 在考虑偶然偏心影响的地震作用下，建筑楼层竖向构件的最大水平位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，且不应大于该楼层平均值的1.5倍。本工程的该项比值最大为1.35（Y-5%偶然偏心地震力作用下得11，12层）>1.2属于Ⅰ扭转不规则。
本单体结构长度66.200m且不设置温度缝。根据GB50010-2010《混凝土结构设计规范》8.1.3-3条上规定剪力墙结构伸缩缝间距超过45m时没有设置伸缩缝属于超长结构，需要考虑用后浇带等方法。
本单体在规定水平力作用下的扭转位移比大于1.2，且结构平面北侧凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的50%，属于特别不规则的结构，根据上海市规定条文沪建管[2015]958号，应进行专门论证和研究，采取特别的加强措施；本单体与其他八个楼共建于一层地下车库之上，以地下车库（或地下室）顶板作为上部结构的嵌固端，应满足国家和地方抗震规范或规程关于嵌固端的各项要求，对于地下室顶板高差大于0.6m处，应采取有效措施确保水平地震力的可靠传递。
4.对结构设计平面不规则大凹口的分析
1）.小震作用下楼板应力分析
本单体户型，标准层有效楼板宽度小于该层典型楼板宽度的 50%，因此在计算中对凹口周边楼板采用弹性板假定进行计算并在设计中进行了构造加强。
针对本工程的设计原则，楼板除了满足承载能力极限工作状态外，还需要满足正常使用极限状态的要求。根据《关于青浦区朱家角居住区 F 地块住宅项目工程抗震专项论证意见》的要求，对楼 板需进行楼、屋面板的混凝土应力分析，要求小震下楼板主拉应力小于混凝土抗拉强度标准值，中 震下考虑竖向荷载作用地震组合工况下楼板钢筋不屈服，从而保证在地震作用下楼板能有效传递水 平荷载而不致出现较大裂缝导致较为严重的刚度退化的情况。
基于此，对于楼板的分析工况分为正常使用极限状态、小震弹性单向 X、Y 地震工况、中震不 屈服情况下的应力组合工况。正常使用极限状态下的验算主要通过在 PKPM 软件计算中控制楼板的 裂缝宽度来实现，本节主要分析楼板在小震作用和中震作用下的楼板内力的大小，来判别楼板是否满足设计要求。计算软件采用 PMSAP 进行分析。下图中给出标准层楼板地震工况下的应力分析图：
分析可知，X 向水平地震工况下二层楼板相比与其他楼层的主拉应力较大，约为 0.2Mpa，主要 集中在细腰处。Y 向水平地震工况下屋面楼板相比与其他楼层的主拉应力较大，约为 0.20Mpa，主 要集中在细腰处，均小于混凝土楼板抗拉强度标准值 ftk=2.01 Mpa，可以满足小震下楼板不开裂的要求。
2）.中震不屈服下的楼板配筋计算
结构楼板在中震作用下，混凝土楼板可能会出现全截面裂缝，为保证结构的安全性，板内钢筋需满足中震不屈服的性能指标。本文利用 PMSAP 软件分析得到恒载、活载、X 向中震、Y 向中震单工况下各层楼板的主拉应力，并将其按 S = 1.0DL + 0.5LL + Se 2 进行组合，从而得到设防烈度下的地 震组合主拉应力包络值，应力分析图如下：
分析观察可知，细腰处楼板的应力相对较大，恒载下主拉应力最大值约为 0.20Mpa，活载下约为0.015Mpa，X 向地震下约为 0.17Mpa，Y 向地震下约为 0.18 Mpa，根据 S = 1.0DL + 0.5LL + S e 2 公式，X 向地震组合应力包络值约为 0.20+0.5*0.015+0.17=0.378Mpa。Y 向地震组合应力包络值约为0.20+0.5*0.015+0.18=0.388Mpa。考虑钢筋采用正交双层双向布置，采用 HRB400 级钢筋，单面配筋 率约为 0.05%。实配时还需叠加受弯配筋，取细腰处的板带进行抗弯分析，计算配筋率为 0.18%。实 际楼板配筋为 C8@150，配筋率为 0.26%，满足要求。
5.对结构超长不设缝的分析
混凝土结构设计规范第9.1.1条中规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m，而7.1.2条则规定当采取后浇带分段施工，专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的，伸缩缝间距可适当增大。这两条使我们在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55m 就设置伸缩缝，这显然是很难保证的，但采取后浇带分段施工后究竟应控制房屋长度多少而不至于产生裂缝等不良现象呢？笔者认为这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。按照上海地区的经验，单层房屋超过55m在70m以内时，采取设置施工后浇带及相应的构造加强措施后，不设置伸缩缝是可行的，这在笔者长期的工程实践中证明是切实可行的，多个工程均未产生严重的裂缝。但在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置，并适当加强中部区域的梁板配筋，笔者认为中部区域作为一个中点必然受较大应力，而两侧梁柱，特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力，而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强。
设置伸缩缝影响建筑立面，增加工程造价。超长结构设计中很重要的一项工作就是如何控制结构裂缝，而裂缝控制是一项综合性很强的系统工程，涉及到设计方法、建筑造型、结构形式与构造、施工工艺、建筑材料、气候环境、工程地质等各种因素。在设计中应综合考虑各方面因素，采取合理的构造措施。
对于本工程超长的问题为防止楼板出现有害裂缝，采取以下综合措施：1）施工时设临时后浇带；2）控制水泥用量，并采取低热水泥，梁、板混凝土设计强度等级不高于C30；3）按照温度应力计算结果，增加超长楼、屋面梁、板的通构造钢筋；4）在楼板中布置预应力钢筋，施加预压力。5）标准层楼板钢筋双层双向拉通，适当增加配筋率。
3）.结论及措施
（1）水平向小震作用下楼板中主拉应力不大于混凝土楼板抗拉强度标准值，满足不开裂的要求。
（2）楼板的配筋率满足中震不屈服的性能指标。
（3）针对细腰处楼板应力较大的情况，采用楼板厚度由 120mm 加厚到 130mm，钢筋双层双向布置的方法来加强。
（4）整栋楼结构计算中取消强制刚性版假定计算，采用弹性板模拟计算。
（5）住宅与地下车库连成一体，地下室顶板做为上部结构的嵌固端，应满足上海市《建筑结构抗震设计规范（DGJ08-9-2013）》的相关要求，由于地下室顶板错层高度较大达到2.4m，错层处剪力墙抗震等级提高一级，并采取相应的加强措施。
综合以上分析，可以认为，本工程的平面不规则影响是有限和可控的，通过计算以及构造的加强，可以认为其不影响结构的安全性。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范【S】.GB50011-2010.中国建筑工业出版社.2010
[2]上海市《建筑抗震设计规程》【S】.DGJ08-9-2013.上海市建设工程标准定额管理总站.2013
[3]高层建筑混凝土结构技术规程【S】.JGJ3-2010.中国建筑工业出版社.2010
[4]建筑结构荷载规范【S】.JGB50009-2012.中国建筑工业出版社.2010
[5]建筑混凝土结构设计规范【S】.JGB50010-2012.中国建筑工业出版社.2010
论文作者:盖作帅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/1
标签：楼板论文; 应力论文; 结构论文; 工况论文; 结构设计论文; 伸缩缝论文; 钢筋论文; 《基层建设》2018年第9期论文;