規(guī)范中有相當(dāng)一部分條文(包括強制性條文)在使用時有一定的條件和范圍,不是任何情況都通用和正確,。因此,,設(shè)計人員對于規(guī)范條文的正確理解和應(yīng)用是非常重要的。 今天就邀請:結(jié)構(gòu)大師程懋堃分享《如何正確理解和應(yīng)用規(guī)范條文》,,幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計人員避免概念錯誤,,減少設(shè)計浪費和出現(xiàn)安全問題 設(shè)計人員經(jīng)常需要查閱規(guī)范條文,以指導(dǎo)和協(xié)助自己的工作,。對于各本規(guī)范的條文,,不但對于其中重要的條款應(yīng)熟記,而且對于各條文的含意應(yīng)當(dāng)正確理解,,以便正確應(yīng)用,。 規(guī)范中有相當(dāng)一部分條文在使用時有一定范圍,不是任何情況都適用,;有的規(guī)范條文內(nèi)容不明確,,容易產(chǎn)生誤導(dǎo);個別規(guī)范條文甚至是強制性條文,,可能無法執(zhí)行,;還有個別條文甚至出現(xiàn)概念錯誤。因此,,設(shè)計人員對于規(guī)范條文的正確理解和應(yīng)用是非常重要的,。如果錯誤地理解和應(yīng)用了規(guī)范條文,輕則導(dǎo)致設(shè)計浪費,,重則導(dǎo)致安全問題,。 本文將分別對上述各類問題加以敘述。 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(簡稱高規(guī))規(guī)定:“房屋高度不超過50m時,,8,、9度抗震設(shè)計時宜采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu);6,、7度抗震設(shè)計時可采用裝配整體式樓蓋,,且應(yīng)符合下列規(guī)定:…”其中第5款要求:“樓蓋每層宜設(shè)置鋼筋混凝土現(xiàn)澆層。現(xiàn)澆層厚度不應(yīng)小于50mm,,并應(yīng)雙向配置直徑不小于6mm,、間距不大于200mm的鋼筋網(wǎng),鋼筋應(yīng)錨固在梁或剪力墻內(nèi),?!?/span> 高規(guī)制定本條的目的是:當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時,地震產(chǎn)生的水平作用力要通過樓板傳遞并分配至各豎向構(gòu)件,。而預(yù)制板樓蓋的整體性不如現(xiàn)澆樓蓋,,所以要在預(yù)制板上面設(shè)置厚度不小于50mm的鋼筋混凝土現(xiàn)澆層。因此,,對此條款的正確理解是:水平作用力需要樓蓋來傳遞,,如果不需要傳遞水平力,則現(xiàn)澆層不一定需要,。 下面舉個例子: 北京某酒店高20層,,其平面示意見下圖
例如高規(guī)第:“當(dāng)樓板平面比較狹長,、有較大的凹入和開洞時,,應(yīng)在設(shè)計中考慮其對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。有效樓板寬度不宜小于該層樓面寬度的50%,;樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的30%;在扣除凹入或開洞后,,樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5m,,且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2m?!?/span> 這條要求常因不同的理解和解釋而困擾設(shè)計單位,。有些施工圖審查單位,甚至對圖2中口字形建筑物中間的綠化面積,,也視作“樓板開洞”,,認(rèn)為面積不能超過30﹪。
國外規(guī)范對這個問題有明確規(guī)定,。例如美國混凝土學(xué)會ACI(American Concrete Institute)規(guī)范ACI318-2011[2]中有一節(jié)專門說這個問題,;新西蘭規(guī)范NZS3101-2006[3]的第13章也是專門論述這個問題。 美國波特蘭水泥協(xié)會PCA(Portland Cement Association)是一個非盈利組織,,由若干大水泥廠商資助,,此協(xié)會專門研究有助于提高和推廣水泥制品的技術(shù),其中重要的一項是鋼筋混凝土技術(shù),。ACI的每版混凝土規(guī)范出版后,,PCA即出版一本應(yīng)用ACI318規(guī)范的手冊,例如2008版的篇幅達(dá)900頁,,它詳細(xì)解說了ACI318規(guī)范的各個章節(jié),,并用簡單的手算例題來幫助理解和正確應(yīng)用規(guī)范。 ACI318規(guī)范將傳遞水平力(包括地震力和風(fēng)力)的樓板(屋頂板)稱為Diaphragm(橫隔板),。 PCA08版手冊中,,相應(yīng)解釋橫隔板的定義和功能如下: 在建筑工程中,橫隔板屬于結(jié)構(gòu)構(gòu)件,,如樓板或屋頂板,,它起著下列部分或全部功能:1)提供建筑物某些構(gòu)件的支點,如墻,、隔斷與幕墻,,并抵抗水平力,,但不屬于豎向抗震體系的一部分;2)傳遞橫向力至豎向抗震體系,;3)將不同的抗震體系中的各組成部分連成一體,,并提供適當(dāng)?shù)膹姸取偠?,以使整個建筑能整體變形與轉(zhuǎn)動,。 新西蘭規(guī)范ZS3101-2006[3]有關(guān)這方面的條文內(nèi)容如下: 第13.2條明確橫隔板的定義為:相對較薄但剛度較大的水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件,它傳遞平面內(nèi)的橫向力至豎向抗側(cè)力構(gòu)件,。第13.2條的解釋(即C13.2)為:本節(jié)提供對橫隔板的設(shè)計要求,。其基本原則是能將建筑物中的所有抗側(cè)力構(gòu)件有效地連結(jié)在一起。橫隔板的第一種作用,,是將每層樓板看作一根水平深梁,,將風(fēng)或地震產(chǎn)生的力傳遞至各種抗側(cè)力構(gòu)件,例如框架或結(jié)構(gòu)墻,。其第二種作用是在某一特定的樓層,,將該樓層平面內(nèi)的巨大剪力從一個豎向抗側(cè)力構(gòu)件(例如核心筒)傳至另外的豎向抗側(cè)力構(gòu)件(例如周邊的地下室外墻),見圖3(此圖是筆者按該新西蘭規(guī)范ZS3101-2006[3]原意而繪制的),。
美國和新西蘭規(guī)范都沒有樓板開洞面積百分比的限值,。兩本規(guī)范都規(guī)定:應(yīng)該對樓板傳遞水平力進(jìn)行分析計算;當(dāng)存在大開洞時,,應(yīng)注意樓板在其平面內(nèi)剛度無窮大的假設(shè)可能不成立,。新西蘭規(guī)范提出一個判斷方法:當(dāng)橫隔板(樓板)的最大橫向變形大于各樓板的平均變形的2倍時,即應(yīng)考慮其柔性,。 這兩國的規(guī)范還強調(diào):應(yīng)注意隔板伸入豎向構(gòu)件內(nèi)的鋼筋的錨固,。筆者認(rèn)為這一點對結(jié)構(gòu)設(shè)計很重要,而我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范常忽略此點,。 從以上介紹的美國及新西蘭規(guī)范可以知道,,抗震、抗風(fēng)建筑的樓板(屋頂板)除了需承載豎向荷載外,,還需承擔(dān)將地震,、風(fēng)等產(chǎn)生的水平力,傳遞至豎向抗側(cè)力體系,。 再來看我國高規(guī)第3.4.6條,,條文中寫明是樓板,當(dāng)然是指建筑物的室內(nèi)的板,,而不是指建筑物以外的部分,。因此,圖2中所示的綠化面積不是建筑物的一部分,,當(dāng)然不能算“樓板開洞”,。 因此高規(guī)第3.4.6條的用意是:對于需要傳遞水平力的樓板(包括屋頂板),,不宜在不恰當(dāng)?shù)牟课婚_過大的洞。因此,,不宜只限制開洞率的多少,,而應(yīng)根據(jù)開洞的部位是否阻礙了水平力的傳遞、開洞尺寸是否影響了水平力的傳遞等方面,,去衡量該洞口是否可以設(shè)置,。 再舉個例子:圖4所示為一棟高層住宅平面示意。為了滿足建筑的使用要求,,建筑的四面都有較大的突出,。設(shè)計時往往在樓層四面的突出部位之間布置拉梁,以增加其整體性,,但是有的人卻把拉梁與外墻之間的空間(圖4中斜線填充部位)作為樓板開洞面積,,這是錯誤的。高規(guī)中的用詞很明確,,是“樓板開洞”,現(xiàn)在如果把建筑室外部分由拉梁與外墻圍成的空間也作為“樓板開洞”,,這是任意擴大規(guī)范條文的限制范圍,,是概念錯誤。
筆者認(rèn)為規(guī)范制定本條的目的是:如果樓板開洞面積過大,,將可能影響水平力的傳遞,。如圖5所示,為一個工程的部分平面示意,。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震作用時,,水平力將通過樓板傳遞到兩側(cè)的剪力墻。當(dāng)在圖中樓板開洞2時,,基本不影響水平力的傳遞,,因此洞口大小可以基本不受限制,只要不影響豎向荷載的安全即可,。但如果樓板開洞1時,,將影響水平力傳遞至剪力墻,因此洞口不宜太大,,并宜按照“剪摩擦”(Shear friction)方法驗算樓板伸入墻內(nèi)的鋼筋,,其強度應(yīng)足以承擔(dān)水平力,而且鋼筋伸入墻內(nèi)應(yīng)滿足受力錨固的要求,。
因此,,樓板是否可以開大洞,應(yīng)視具體情況而定,,不能一概而論,。開大洞是否對受力有影響,,要看開洞的位置是否合適,而且,,30%這個限值是否有充分的根據(jù),,筆者也表示懷疑。 還有的審圖人員將電梯井筒內(nèi)的樓板開洞,,也認(rèn)為是不利因素,,將其開洞面積也計入。事實上,,電梯井洞四周的混凝土墻,,是能傳遞水平力的,所以電梯樓板洞口不能算不利因素,。樓梯間周圍如果有封閉的混凝土墻(墻上可以開洞),,也應(yīng)與未開洞同樣對待。 高規(guī)第3.4.7條的條文說明:“高層住宅建筑常采用艸字形,、井字形平面以利于通風(fēng)采光,,而將樓電梯間集中配置于中央部位。樓電梯間無樓板而使樓面產(chǎn)生較大削弱,,此時應(yīng)將樓電梯間周邊的剩余樓板加厚,,并加強配筋。外伸部分形成的凹槽可加拉梁或拉板,,拉梁宜寬扁放置并加強配筋,,拉梁和拉板宜每層均勻設(shè)置?!贝藯l文說明也有錯誤,。實際工程中沒有設(shè)計人員將樓電梯間周邊的剩余樓板加厚,并加強配筋,。 樓電梯間的四周如有鋼筋混凝土墻時,,對于力的傳遞,因為有墻的“補強”,,應(yīng)無影響,,可以不必認(rèn)為是開洞面積。如圖6所示,,鋼梁開洞,,用鋼板補強,其作用與電梯洞口四周的混凝土墻類似,。
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第8.2.7條第4款以及第8.4.13條及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第8.4.18條都提出:當(dāng)?shù)讓又幕炷翉姸鹊燃壌笥跀U展基礎(chǔ)及梁板式筏基的混凝土強度等級時,應(yīng)驗算基礎(chǔ)頂面的局部受壓承載能力,。以上兩條條文都是強制性條文,,條文中規(guī)定應(yīng)按照現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》驗算,。但是,現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及上一版的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的局部承壓計算方法,,只適用于預(yù)制構(gòu)件之間的接觸面的驗算或后張預(yù)應(yīng)力筋錨頭的接觸面配置間接鋼筋的驗算,對于現(xiàn)澆配筋的柱與基礎(chǔ)之間的局部受壓承載能力驗算并不適用,。因為柱子有很多縱筋伸入基礎(chǔ),傳遞了大量內(nèi)力,,所以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的計算方法并不適用,。但是規(guī)范中又沒有這種情況的適用方法,因此究竟應(yīng)如何驗算,,需要做大量的試驗及研究工作,。 綜上所述,《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[4,5]的某些強制性條文也是無法實施的,。 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[4,5]中,,對于筏板基礎(chǔ)中的雙向板,,要求既驗算沖切,又驗算剪切,。這是一個概念錯誤,。 按照材料力學(xué)原理,單向受力構(gòu)件需驗算剪切,,雙向受力構(gòu)件需驗算沖切,沒有又驗算剪切又驗算沖切的,。而且根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》所繪的示意圖(圖7),,永遠(yuǎn)是里面的虛線控制。因為里邊的虛線周長最短,,而我國規(guī)范,,抗沖切與抗剪切的允許應(yīng)力都是0.7ft 。因此,,起控制作用的是距支座h0處的底板周長,,所以永遠(yuǎn)是剪切起控制作用,這是不合理的,。 因為,,首先不應(yīng)要求計算剪切;其次要求計算兩種受力情況——受沖切與受剪切,,結(jié)果卻始終由一種情況,,也即受剪切起控制作用,那么,,為什么要求驗算兩種情況呢,? 因此,,在筆者主編的《北京地區(qū)地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》和《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施結(jié)構(gòu)(地基與基礎(chǔ)分冊)》[9]中就規(guī)定,對于筏板基礎(chǔ)中的雙向板,,只需驗算沖切,,不需驗算剪切。 5.部分條文修改,,材料消耗大.太浪費 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的受彎構(gòu)件斜截面承載力的計算公式為: Vcs=0.7?tbh0+1.25?yvh0 現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中將該式修改為: Vcs=0.7?tbh0+?yvh0 上兩式相比,,后者箍筋用量增加了約20%,而在2002年~2010年期間,,并未出現(xiàn)因箍筋不足而發(fā)生安全事故,,在實際震害調(diào)查中也未出現(xiàn)因地震作用而導(dǎo)致梁發(fā)生剪切破壞。這種修改,,造成無謂的浪費,,不知是否有充分理由。 我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[6,7]對于受沖切承載力的要求過于保守,??辜羟械脑试S應(yīng)力是0.7ft,抗沖切也是0.7ft,,二者等值,。剪切是單向受力,沖切是雙向受力,,后者比前者有利,,是不應(yīng)該相等的。 美國規(guī)范ACI318中,,抗剪切允許公式采用(fc’是圓柱體抗壓強度,,類似我國的fc)??箾_切允許公式采用,,比抗剪切允許值大了1倍。美國規(guī)范ACI318對于不利情況下的允許值要予以折減,,有如下兩個公式: 式中是柱子長短邊的比例,;系數(shù)的取值如下:內(nèi)柱=40,邊柱=30,,角柱=20,。 我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2010)[6]也引用了這個概念,有如下兩個公式: 以上兩式的含意與美國規(guī)范ACI318完全相同,,也是對于不利情況下的折減,。但是美國規(guī)范ACI318是在抗沖切應(yīng)力允許值增加1倍的情況下加以折減,而我國的抗剪切與抗沖切應(yīng)力完全相同的情況再予以折減,是太保守了的,。這是引用外國規(guī)范卻未吃透其意義的一個例子,。 以上來自《建筑結(jié)構(gòu)》2012第12期 一、 已建成的工程,,不等于是成功的工程,。 二、 不迷信規(guī)范,,不墨收成規(guī),。 一、 已建成的工程,不等于是成功的工程 二,、 不迷信規(guī)范,,不墨收成規(guī) 四、 框架結(jié)構(gòu)的適用高度 程懋堃,,中國混凝土規(guī)范奠基人,工程院院士,;外號:程大膽 1979年,,他同英美設(shè)計人員合作設(shè)計西苑飯店。在一項工程中多次“犯規(guī)”,。①按規(guī)范,,高矮不同的建筑物間應(yīng)留有縫隙,以防止重量不同帶來不同的地面沉降,。程懋堃大筆一 揮,,讓23層的主樓與3層的裙房聯(lián)在 一起。工期縮短了,,整體抗震性能也提高了,。②按常規(guī),現(xiàn)澆混凝土必須支模板,。他提出預(yù)應(yīng)力疊合板,,既不用支模板,又獲得了現(xiàn)澆混凝土的整體抗震性 程懋堃又在北京新世紀(jì)飯店結(jié)構(gòu)工程設(shè)計中,,創(chuàng)造出“動性配筋高強度混凝土”和樁墻合一新技術(shù),,“犯”了兩次規(guī),節(jié)省 了大量建筑資金,。 如今,,這位年逾花甲的老人創(chuàng)造的不少“犯規(guī)”動作,正在成為新的建筑規(guī)范,。問及他的最大心愿,,他說:希望更多的青年建筑師踏踏實實鉆技術(shù),再來 “犯”他的規(guī),。 |
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