贯彻《工程建设标准强制性条文》保证结构专业设计质量

贯彻工程建设标准强制性条文保证结构专业设计质量 上海市勘察设计协会组织了结构专业业务学习，要我讲述近几年中参加结构设计质量检查、住宅设计监理中所遇见的“常见病”。我想同时结合自己院里审图中所遇见的“常见病”一讲与大家进行一次交流。企盼通过这次交流能促进我们更好地贯彻工程建设标准强制性条文，进一步保证与提高结构专业设计质量。 以下谈及的“常见病”有些是由于个别设计人员基本力学概念模糊。有些是由于个别设计人员经验不足、也有些是由于个别设计人员工作责任性不强所造成的。 一、地基与基础： 1施工图设计前结构设计人员必须具备工程所在地的工程地质详勘报告，这是结构设计的依据性资料，同时应认真查阅详勘报告中的如下内容： （1）勘探孔间距是否满足规范要求： A天然地基：3050m 同时，还要求布置一定量的小钻孔。一般为控制地基持力层顶面起伏与厚度变化、查明填上及表层不良地质现象时，小钻孔问距取1015m；为控制暗洪边界时，小钻孔间距取23m。 B桩基：2035m。 C一般单幢的高层建筑的勘探是不应少于4个。 （2）勘探孔应沿建筑物周边或主要基础柱列线布置。 （3）控制性勘探孔的深度应在地基压缩层计算厚度以下12m。 （4）主要土层的原状土试样数不应少于6件。主要土层是指持力层及压缩区范围内的土层。 （5）当建筑物地基范围，一般考虑地面以下15m深度范围内，存在饱和砂土或饱和砂质粉土时，应通过标准贯入试验或静力触探试验进行土层液化可能性的判别，判定整个地基的液化危险性等级，并分段给出液化强度比Fle。 （6）检查各土层的主要物理力学指标是否有异常情况。如含水量与密度；压缩模量与标贯击数、比贯入阻力等是否匹配。 如对上述内容有异疑时，应通过建设方要求勘察单位进行补充说明或补勘。 2地基基础承载能力： （1）按承载能力极限状态计算地基承载力时，应采用荷载效应的基本组合。抗震设防时，应计入地震作用效应组合。一般天然地基的基底面积、桩基的总桩数都是由静、活荷载组合来估算的，但常常需要复该风荷载及地震作用下的天然地基的边缘层力或边桩、角桩的承载力，尤其是对高宽比较大的房屋。 （2）对于具有软弱下卧层的地基除应进行基础持力层承载力验算外，还应进行软弱下卧层的承载力验算。即上海地基基础设计规范中425条的内容，当持力层h1与基础宽度6之比小于025时，按下卧层指标计算地基承载力，计算时采用实际基础的埋置深度。当025h1/b07时，要考虑软弱下卧层对持力层地基承载力的影响。值得注意的是：当条形基础间距较近时基础宽度应取等效基础宽度b1代替b。这部分的内容在条文说明的第51页有详细介绍。 （3）对于桩身大部分位于阏淤泥质上中且持力层为第5层灰色粘性上的预制桩（包括微型桩），单桩竖向承载力计算中，应取工程地质勘察报告中桩侧极限摩阻力与桩端极限端承力指标的下限值。 （4）可液化地基中的低承台桩基，在单桩竖向承载力抗震验算中，桩周液化土层的摩阻力应乘以液化影响折减系数。对于有地下室的桩基础，在计算总桩数时，应计入水浮力。 （5）施工图中应明确地基处理及桩基的检测方法、间隙时间、数量等，并明确地基处理后的承载力设计值，桩基的竖向承载力设计值。 （6）在决定桩基方案时，应力求桩的地基承载力与桩身强度的匹配。 3沉降计算： （1）按正常使用极限状态进行沉降计算。计算应采用荷载的长期效应组合。 （2）上海地基基础设计规范中规定的可不进行沉降计算的建筑物的范围是：以天然地基为持力层的三层及三层以下的房屋；当天然地基土层厚度及性质均匀，无不良地质现氛建筑物长敲、知吁等于25，纵墙不转折或少转折，内横墙间距不大，外墙、内纵墙及所有承重墙均设置钢筋砼圈梁并在平面内联成封闭系统。 （3）建筑物地基容许变形值： 对不同的结构形式，规范中都给出了地基容许变形的范围如： A砌体承重结构：基础中心计算沉降量150200mm。 B多层框架结构：基础中心计算沉降量150250mm。 C高层桩基结构：基础中心计算沉降量100200mm。 应注意的是对体型复杂的，纵向刚度较差的建筑物其沉降变形值应从严控制；对于设沉降缝及温度缝的建筑物，其留缝宽度，应考虑建筑物沉降引起缝两侧建筑向内倾斜而使缝宽度变小后还能满足抗震缝的要求。另外当几幢楼相距较近时，沉降计算必须考虑楼与楼之间的相互影响。 （4）建筑物重心与基础底面形心或建筑物重心与群桩的桩心的偏心距，应控制在建筑物宽度的15以内。 （5）施工图中，应指明沉降观测点的位置、说明沉降观测要求，并在图中写明建筑物基础中心计算沉降量。 （6）对于沉降控制复合桩基，要注意其适用范围： A软土地基上8层以下的多层建筑； B桩身截面小于等于乃0mm，长纲比80左右，桩距不宜小于56倍桩截面边长 C桩端应穿过高压缩性淤泥质土层，且进入压缩性相对较低但不十分坚硬的土层作为持力层。 4基础埋深。 在（钢筋砼高层建筑结构设计与施工规程）中，对高层建筑基础埋深问题指出：基础埋深必须满足地基变形和稳定的要求，以减少建筑的整体倾斜，防止倾复及滑移。埋置深度，采用天然地基时可不小于建筑高度的1/12，采用桩基时可不小于建筑高度的1/15。去年“高规”修编的第三稿中，改为对有桩的基础，埋深不宜小于建筑物高度的1/20。 上海市标准钢筋砼高层建筑筒体结构设计规程指出：高层建筑筒体结构宜设置一层地下室，承台板底的埋置深度不宜小于建筑物地面以上高度的1/15；当有可靠锚固措施时，埋深可以适当减小，条文说明中补充指出：可放松至建筑物出地面高度的1/20。2000年12月修编的送审稿中规程正文指出：桩承台板板底的埋深不直小于建筑物出地面高度的1/20。 5构造措施： （1）桩基础中，桩顶嵌入承台的长度问题。一般嵌入长度不小于10Qmn，但当桩径小于400mm时，可减为不小于50mm。至于桩的纵向主筋锚入承台的问题，如采用沉降控制的复合桩基，当条形基础加微型桩，且桩沿轴线两侧双排或多排布置时；或当筏板基础加微型桩时，可以不将桩的纵向主筋锚人承台。其他情况一般都应将桩的纵向主筋锚入承台内。 （2）桩基加条基的工程，当桩沿轴线方向单排布置时，设计应注意桩垂直于轴线方向的偏位造成基础梁扭转的不利因素，必要时可增加基础梁截面或增设连梁。 （3）沉降缝两侧基础的处理：一般说来，地下至或基础筏板、条基等若不是因为上部结构质量相差太大的情况，宜尽可能不设沉降缝而在上000附近开始，设温度缝兼抗震缝。若设沉降缝，则应避免如下错误： A将上部结构的柱、墙偏心作用在沉降缝两侧的基础上； B缝两侧的基础形心与建筑物重心产生较大的偏心； C缝一侧建筑物的悬挑基础梁底与缝另一侧基础面之间的间隙没有留足，造成缝两侧基础的相碰，沉降缝没有起到应有的作用； D对于桩基，缝两侧的桩的间距没有满足桩的最小间距的要求。 （4）地下室底板与外墙的砼强度等级不宜用得过高，不然容易开裂。 6其他： （1）同一结构单元中，天然地基与桩基不应混用。如有些多层框架结构，边上带有一跨单层框架。在多层部分采用桩基而单层部分采用天然地基，结果天然地基部分的建筑物沉降大于桩基部分的建筑物，造成建筑物开裂。 又如单层工业厂房中，排架柱由于作用有吊车荷载的作用，其组合轴力较大，采用桩基础而山墙的抗风柱下采用天然地基，结果山墙的沉降大于纵墙的沉降，造成厂房墙体的开裂。 （2）为减小基底的附加压力，常在片筏基础上搁置架空板，作为补偿试基础。但有时，局部区格不用架空板，而采用回填土上做地坪，例如住宅底层的厕所、厨房和有管线穿越的房间等。还有外墙以外的悬挑筏板上面也常有复土。在计算基底以上所有荷载的重心位置时，常常容易把这些复土的重量遗忘，造成重心位置计算的结果与实际情况偏离，严重的会造成建筑物的倾斜。 另一方面，在对基础底板及基础梁承载能力与正常使用极限状态计算时，常易忘记将复土重量及梁、板自重扣除，造成计算荷载偏大。 （3）当上部结构柱子底部轴力相差较大时，在计算基础底板上沿轴线布置的十字形或条形连续的基础梁时，常容易犯简单化的毛病。即不加区别地把所有柱都当作倒梁法计算的不动铰支点看待，其计算结果可能与实际受力情况相差较多，个别截面还可能出现不安全隐患。比较接近实际状况的计算方法，可采用弹性地基梁的方法计算，若用反梁法计算，则可以把柱底轴力较小的柱，当作一个与地基反力方向相反的力作用在基础梁上，代替不动铰支点。 二、上部结构： 1结构设计的基本质量要求： 结构设计的基本质量要求是：（1）保证结构构件能可靠地承受外加的各种作用，包括直接作用和间接作用。（2）保证结构具有必要的整体稳定性，尽可能避免局部性的破坏导至整体的破坏。 对于相同的建筑方案，可以选用不同的结构方案：包括选用不同的结构材料和结构型式；包括结构单元的划分、伸缩缝、沉降缝和抗震缝的设置；包括抗侧力体系的布置、主楼与裙房的关系、转换层的布置等等。这些内容一般均在方案设计与初步设计中要求解决的，一个优秀的结构方案，原则上应在可靠性与经济性之间取得最佳平衡，要达到这一目的光靠规范是不够的，还要靠结构工程师的智慧与大量的实践经验。 要注意的是在决定结构方案时，同一结构单元应采用一种结构形式，除规范明确规定的多层内框架和底层框架砌体房屋外。 2结构计算： （1）荷载取值是否恰当：荷载取值的大小，直接影响计算结果的大小，所以不能忽略。譬如建筑师决定的楼面、屋面的做法、结构工程师必须在计算楼、屋面荷载时与之统一。 （2）计算书中应写清楚所用软件的名称、编制单位、版本等。并应提供输入与输出的主要数据：如总信息、荷载、主要结构布置图、结构自振周期、振型、位移曲线、层间位移值、顶点位移值、底部总剪力与总质量的比值、转换层上下的刚度比等等。如进行结构时程分析时，还要明确选用何种地震波。同时对电算成果应进行认真分析与判断。特别应注意的是，所选计算程序的力学模型是否与结构实际受力情况一致。例如：在整体计算中连层柱在楼面处的约束有否解除；平面形状复杂的楼面，凹口较深的部位周围的楼板，是否如弹性板假定计算等等。 （3）要重视构件的计算，尤其是一些重要的、较特殊的构件计算。单独构件在整体电算中，有时不可能全面反映其真实情况。如有些中庭中的柱子、有些跨度较大的梁的挠度、裂缝宽度的计算等等通常应单独取出用手算或小程序进行复算；为其单独开“小炊”，以确保这些重要的、特殊构件的安全。 （4）应对结构的两主轴方向进行抗震计算，结构体型复杂时应考虑耦连计算。一般高层建筑采用振型分解反应谱法计算，当7度设防，建筑物高度大于80m时或结构刚度与质量沿竖向分布特别不均匀的高层建筑宜采用时程分析法进行补充计算。 （5）框架一剪力墙结构的计算中，应考虑剪力墙和框架两种结构类型的不同受力特点，按协同工作条件进行内力、位移分析。框架结构中设置了电梯并、楼梯间或其他剪力墙的抗测结构后，应按框架一剪力墙结构计算。有时虽然剪力墙的数量不多，但计算中若按纯框架计算，不考虑设置的剪力墙所受的剪力，则框架结构的上部计算剪力将小于实际承受的剪力，使框架计算偏不安全。 3构造： （1）当高层建筑的带有地下室，上部结构的嵌固端若从地下室顶部算起，一般须满足如下条件： A地下室四周回填上必须分层夯实； B地下室的层间侧移刚度大于等于上部结构层间侧移刚度的15倍； C地下室顶板厚度不小于200mm。 （2）悬挑阳台板等嵌固端弯距，没有明确的、足够的约束使其平衡，如悬挑阳台板厚度与其相邻的楼板不等厚，前者大于后者，但负弯距钢筋配筋却一样大小。 （3）框架结构中，楼梯间周围的框架住，一般常为短柱，但设计中没有按短柱考虑。 （4）对于一些平面尺寸超长的建筑，设计中没有采取有效的措施，以消除地基不均匀沉降、温度变化、材料收缩等因素引起建筑物开裂。目前可采取的措施常有： A减小基础中心计算沉降； B上部结构体型力求规则； C加强屋面隔热保温措施，屋面板宜双层双向拉通配筋，板筋宜细而密布置； D结构平面阳角处的房间及楼面开洞削弱处的楼板宜加强配筋； E钢筋砼剪力墙结构的外堰水平筋宜适当加强配置；砌体结构可适当增加钢筋砼圈梁及窗台面宜增设加强带等； F现浇楼、屋面梁扳的砼强度等级不宜超过C30； 6对施工单位进行施工图交底时，应强调结构特点，希望施工单位采取相应措施，减少墙、板开裂。 （5）六层及六层以上房屋的外墙、潮湿房间的墙以及受振动或层高大于6m的墙，砖的强度等级应取大于等于MVI0，砌块的强度等级应取大于等于MV5，砂浆的强度等级应取大子等于M25。 （6）底层框架砌体房屋： A两层或两层以上框架，上部为砌体房屋要报抗震办专门审查通过后才能进行施工图设计。 B必须对两个主轴方向作二层与底层的侧移弹性总刚度比值的计算，其比值不应大于2。 C底层框架砌体房屋的底层纵向与横向的地震剪力设计值均应乘15增大系数后，再复算底层墙、柱的强度。 D底层纵向、横向必须设置抗震墙，抗震墙宜对称、分散布置，其刚度中心力求与楼层重心重合。底层纵、横向抗震堵应能承担纵、横向的全部地震剪力。 E7度设防的底框的抗震等级为3级框支结构，因此构造上底框架往截面不应小于400400mm，砼强度等级必须大子等于C25，沿往全高箍筋均须加密放置，间距不大于100mm等。 F错层结构，必须遵循上海市多层错层砖砌体住宅抗震设计补充暂行规寇。 中船第九设计研究院 周国鸣 （摘自上海勘察设计2001年第4期）