土木工程畢業(yè)設(shè)計的問題研討

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學(xué)生在結(jié)構(gòu)布置時，基本上千篇一律采用橫向承重框架。通常房屋橫向剛度比縱向剛度弱，采用橫向承重框架可以改善橫向與縱向剛度相差較大的缺點(diǎn)，縱向聯(lián)系梁高度較小，因而可將窗戶尺寸設(shè)計得大些，室內(nèi)采光通風(fēng)較好，多層框架結(jié)構(gòu)常采用這種承重方案。但對地質(zhì)條件不好，結(jié)構(gòu)整體性要求較高、或承受的水平荷載較大、或樓面開有較大開洞口、或當(dāng)柱網(wǎng)布置為正方形或接近正方形時，應(yīng)設(shè)計成雙向承重框架［2］。中國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5．1．1條規(guī)定:一般情況下，應(yīng)至少在建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別計算水平地震作用，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)［3］。因此，要求計算抗震的結(jié)構(gòu)也宜設(shè)計成雙向承重框架。

次梁布置問題

其一，采用橫向承重框架，其次梁沿縱、橫向布置沒有差別。當(dāng)采用橫向承重框架，由于橫向框架梁截面尺寸較大，縱向聯(lián)系梁截面尺寸較小，因此應(yīng)使主要豎向荷載通過橫向框架梁傳遞給柱，這時一級次梁的布置方向應(yīng)沿縱向。其二，為節(jié)省材料用量，盡量不布置次梁。布置次梁時，梁的混凝土及鋼筋用量將增加，但由此減小了樓板的計算跨度，樓板的混凝土及鋼筋用量將有效的減少。通?，F(xiàn)澆樓板的厚度h=100～120mm，而不做剛度驗算的最小板厚為h=(1/30～1/40)l0，因而樓板跨度常取為3．0～4．8m，此時樓板配筋不會很大，也不致于由構(gòu)造配筋控制。其三，主梁一跨內(nèi)次梁的根數(shù)為1根或2根沒有差別。在主梁上內(nèi)布置次梁，若為1根時，如圖2(a)梁A所示，彎矩圖為三角形，材料強(qiáng)度只有在跨中點(diǎn)才能得到充分利用;而若為2根時，如圖2(b)梁B所示，彎矩圖近似為梯形，材料強(qiáng)度在兩根次梁之間均能得到充分利用。且在同樣荷載總量的情況下，彎矩值還能有效降低，跨中彎矩降低51．5%，支座彎矩降低9．5%，既節(jié)省材料用量，又使材料得到充分利用。

截面尺寸初估問題

首先，采用截面較寬的框架梁，如350mm×600mm、400mm×700mm的框架梁。此時應(yīng)考慮框架梁的高寬比(h/b)一般為2．0～3．5，且框架梁的受彎承載力僅與截面寬度的1次方成比例，但與截面有效高度的平方成比例，增大截面高度比增大截面寬度對受彎承載力的貢獻(xiàn)要大得多。其次，確定框架梁、柱截面尺寸時，未能考慮梁、柱線剛度比的限值。當(dāng)梁、柱的線剛度比相差比較大(ib/ic﹥5)時，框架梁應(yīng)按鉸支于鋼筋混凝土柱上的連續(xù)梁計算;當(dāng)梁、柱的線剛度比相差比較小(ib/ic≤5)時，框架梁與框架柱共同形成框架按框架結(jié)構(gòu)計算;況且內(nèi)力計算時，梁端、柱端的彎矩按線剛度分配，線剛度比值(ib/ic)大，將導(dǎo)致梁端分配到的彎矩值過大，也不符合建筑抗震設(shè)計原則之“強(qiáng)柱弱梁”的要求。再次，確定門窗上梁的截面高度時，盲目按跨高比估算，未能考慮與建筑圖的協(xié)調(diào)。估算梁的截面高度時通常區(qū)別主、次梁分別按其跨高比進(jìn)行估算。但在估算門窗上梁的截面高度時，應(yīng)注意梁底標(biāo)高不應(yīng)低于窗頂標(biāo)高。當(dāng)梁下墻的高度小于300mm時，可直接把梁的高度加大，以避免另做門窗過梁。然后，梁的截面寬度盲目按高寬比估算，造成施工不便。梁的截面寬度應(yīng)按高寬比(h/b)進(jìn)行估算，但同一條軸線上的梁截面寬度不宜變化，以免施工時支模不方便。最后，確定主、次梁截面高度時，未能認(rèn)真考慮支承的問題。在考慮主、次梁及一、二級次梁截面高度時，應(yīng)認(rèn)真考慮其支承的問題。次梁(或二級次梁)支承于主梁(或一級次梁)上，截面高度不應(yīng)高于后者，以免被支承梁的梁底標(biāo)高低于支承梁的梁底標(biāo)高。由于畢業(yè)設(shè)計多要求人工導(dǎo)荷，當(dāng)房間內(nèi)設(shè)有十字形交叉梁時，為荷載傳遞路線清晰，支承梁的截面高度應(yīng)至少高于被支承梁的截面高度50mm。

結(jié)構(gòu)平面布置圖表達(dá)問題

結(jié)構(gòu)平面布置圖的圖名錯誤。學(xué)生上交的結(jié)構(gòu)布置圖的圖名往往是從一層開始，即“一層結(jié)構(gòu)平面布置圖”“二層結(jié)構(gòu)平面布置圖”等。對于沒有地下室的建筑，第一層的結(jié)構(gòu)布置主要依據(jù)建筑圖的第二層進(jìn)行，因此圖名應(yīng)改為“二層結(jié)構(gòu)平面布置圖”“三層結(jié)構(gòu)平面布置圖”等。但最上一層結(jié)構(gòu)布置的圖名，宜采用“頂層結(jié)構(gòu)平面布置圖”或“屋面結(jié)構(gòu)平面布置圖”，以免給人一種N層樓的建筑物其結(jié)構(gòu)圖卻有N+1層的錯覺。當(dāng)然，圖名也可采用標(biāo)高的形式，如底層層高為4．2m的建筑，考慮建筑裝飾層的厚度為30mm，第二層的結(jié)構(gòu)布置圖可用“4．170m結(jié)構(gòu)平面布置圖”表示，以此類推。未能區(qū)分建筑標(biāo)高及結(jié)構(gòu)標(biāo)高。大多數(shù)學(xué)生沒有建筑標(biāo)高與結(jié)構(gòu)標(biāo)高的概念，上交的結(jié)構(gòu)平面布置圖也基本上采用建筑圖上的標(biāo)高。建筑標(biāo)高是指建筑物裝飾裝修層完成后的標(biāo)高;結(jié)構(gòu)標(biāo)高是指裝飾裝修層完成前的標(biāo)高。中國《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》2．0．10條規(guī)定:在結(jié)構(gòu)平面圖中，構(gòu)件應(yīng)采用輪廓線表示，定位軸線應(yīng)與建筑平面圖或總平面圖一致，并標(biāo)注結(jié)構(gòu)標(biāo)高［4］。因此結(jié)構(gòu)平面布置圖上應(yīng)采用結(jié)構(gòu)標(biāo)高而非建筑標(biāo)高。未能區(qū)分與建筑平面圖尺寸標(biāo)注的差異。建筑平面上的尺寸有外部和內(nèi)部尺寸之分:外部尺寸通常有外輪廓的總尺寸、軸線間的距離、各細(xì)部的位置及大小等三道尺寸;內(nèi)部尺寸表示房間凈空大小和室內(nèi)的門窗洞、孔洞、墻厚和固定設(shè)施的大小與位置。結(jié)構(gòu)平面布置圖上的尺寸主要有:與建筑圖一致的軸線尺寸，墻、梁、柱等構(gòu)件的定位尺寸，次梁的定位尺寸，墻、梁、柱等構(gòu)件的定形尺寸可采用平面整體表示法表示。

樓板設(shè)計問題

樓板計算問題雖然在相關(guān)課程設(shè)計中已接觸過，但是學(xué)生仍然存在對部分細(xì)節(jié)考慮不周及概念不清的問題。

(一)對活荷載折算目的理解不透

樓板計算時對活荷載進(jìn)行折算的主要目的是減小所取計算簡圖與實際結(jié)構(gòu)的差異。支承于梁上的多跨連續(xù)板選取計算簡圖時，通常把中間支座視為鉸支座，即梁對板的轉(zhuǎn)動無約束作用。而整體式梁板結(jié)構(gòu)中，板、梁是整體澆筑在一起的，梁對板有一定的約束作用。采用計算簡圖時，在滿布的恒荷載作用下，中間支座轉(zhuǎn)動很小，與實際結(jié)構(gòu)基本相符;但在隔跨布置的活荷載作用下，實際結(jié)構(gòu)由于梁的抗扭剛度約束了板在支座處的轉(zhuǎn)動，使實際結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角小于計算簡圖中的轉(zhuǎn)角。計算時通常采用增大恒荷載值，減小活荷載值的方法來解決上述約束作用引起的誤差。

(二)對彈、塑性計算理論概念不明確

不論是單向板還是雙向板，其內(nèi)力計算的理論均有彈性理論和塑性理論。按彈性理論計算，結(jié)構(gòu)的某一個截面達(dá)到承載能力極限狀態(tài)，即認(rèn)為整個結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài);而按塑性理論計算，結(jié)構(gòu)的某一個截面達(dá)到承載能力極限狀態(tài)，將出現(xiàn)一個塑性鉸，超靜定結(jié)構(gòu)將減少一次超靜定，結(jié)構(gòu)還能繼續(xù)承受荷載，只有當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)若干個塑性鉸，使結(jié)構(gòu)局部或整體成為幾何可變體系時，才認(rèn)為結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)。按彈、塑性理論計算時，還應(yīng)區(qū)分其計算跨度。

(三)對荷載組合考慮不周全

樓板上的荷載有恒荷載及活荷載，學(xué)生做設(shè)計時通常僅考慮將恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值和活荷載標(biāo)準(zhǔn)值作為樓板荷載組合設(shè)計值。但根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》3．2．3條:基本組合設(shè)計值應(yīng)考慮由可變荷載效應(yīng)控制的組合及由永久荷載效應(yīng)控制的組合［5］。當(dāng)活荷載標(biāo)準(zhǔn)值不大于4kN/m2時，永久荷載分項系數(shù)分別取1．2、1．35，活荷載分項系數(shù)取1．4，組合系數(shù)除書庫、檔案庫、儲藏室、密集柜書庫、通風(fēng)機(jī)房及電梯機(jī)房外取0．7。當(dāng)恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值與活荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于或等于2．8(即gk/qk≥2．8)時，由永久荷載效應(yīng)控制的組合值要大于或等于由可變荷載效應(yīng)控制的組合，此時應(yīng)考慮恒載起控制作用的荷載組合情況。

樓梯設(shè)計問題

常用樓梯的結(jié)構(gòu)型式是現(xiàn)澆板式樓梯和現(xiàn)澆梁式樓梯。樓梯雖然與日常生活息息相關(guān)，但在計算時仍要注意幾個問題。

(一)結(jié)構(gòu)選型時要考慮經(jīng)濟(jì)性

由于板式樓梯下表面平整，施工支模較方便，外觀較輕巧，因而受到廣泛使用，但樓梯結(jié)構(gòu)選型時應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性能。板式樓梯斜板厚度常為h=100～120mm，而厚度估算公式為h=(1/30～1/25)ln(ln為梯段板水平投影長度)，因而當(dāng)ln﹥3．0～3．6m時不宜再使用板式樓梯，此時混凝土及鋼筋用量較多。

(二)半層高平臺梁的支承要考慮周全

學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計時，常使用樓梯間兩側(cè)的墻體來支承半層高的平臺梁。但框架結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)是兩種截然不同的結(jié)構(gòu)體系，其抗側(cè)剛度、變形能力等相差很大，將這兩種結(jié)構(gòu)在同一建筑物中混合使用，對建筑物的抗震能力產(chǎn)生不利的影響。中國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》6．1．6條(強(qiáng)條):框架結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)計時，不應(yīng)采用部分由砌體墻承重之混合形式;框架結(jié)構(gòu)中的樓、電梯間及局部出屋頂?shù)碾娞輽C(jī)房、樓梯間、水箱間等，應(yīng)采用框架承重，不應(yīng)采用砌體墻承重［6］。為此，對需考慮抗震的結(jié)構(gòu)，其樓梯間半層高平臺梁的支承不應(yīng)采用兩側(cè)砌體墻來支承，而應(yīng)考慮以梁上柱來支承。

(三)梯段斜板支座負(fù)筋的選配

通常為簡化計算均將梯段斜板和平臺板分開計算，但實際上梯段斜板和平臺梁、板為一個整體結(jié)構(gòu)，梯段斜板、平臺板是一個多跨連續(xù)板，因此在構(gòu)造上需考慮它們之間的整體作用，以降低簡化計算所帶來的誤差。因此在斜板兩端ln/4范圍內(nèi)應(yīng)按構(gòu)造設(shè)置承受負(fù)彎矩作用的鋼筋，其數(shù)量可取跨中截面配筋的50%，在平臺梁處板鋼筋的錨固長度不應(yīng)小于30d。

結(jié)語

結(jié)構(gòu)問題是土木工程專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中經(jīng)常碰到的問題，主要是學(xué)生結(jié)構(gòu)概念設(shè)計知識貧乏。在指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計時一定要注意自始自終將結(jié)構(gòu)概念設(shè)計思想灌輸至學(xué)生的設(shè)計過程中，以便學(xué)生在走向工作崗位之前充分利用畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行理論應(yīng)用于實踐的最后一次預(yù)演，達(dá)到學(xué)會分析結(jié)構(gòu)問題，盡快熟悉規(guī)范，培養(yǎng)良好的工程習(xí)慣。（本文作者：羅臻、葛新廣 單位：廣西工學(xué)院土木建筑工程系）