注重结构概念设计的应用①

韩　芳, 韩　非

(1.大峘集团有限公司, 江苏 南京　211112； 2.南京轨道交通系统工程有限公司， 江苏 南京　210019)



注重结构概念设计的应用①

韩芳1, 韩非2

(1.大峘集团有限公司, 江苏 南京211112； 2.南京轨道交通系统工程有限公司， 江苏 南京210019)

介绍了概念设计理念是在经验和理论结合的基础上产生的，是对结构设计形成的一种新的设计方法。

概念设计; 拉结成整体；锚固原则；用料高低选择

引　言

随着计算机技术的快速发展，各种结构软件的普及，给结构设计人员带来很多方便快捷的同时，也造成了设计人员对程序的过分依靠，往往“重计算，轻概念” 。这正好印证了瑞士教授斯亭的一句名言：“整天埋头于资料和结构计算的人往往把常识忘掉” 。结构设计人员应该足够重视概念设计，即“概念第一位，计算第二位”，在把握结构设计上的大概念和大原则的前提下，结合计算数据及设计规范做出科学合理的分析，使得结构方案更加合理，经济。

1　概念设计的几项原则及应用

1.1拉结成整体原则

(1)单独柱基间宜设置拉梁，拉梁的实际作用就是将各单独柱基拉结成一体，以避免个别独立柱基个体独立沉降，导致柱基之间产生沉降差，对结构产生次生应力，致使结构产生开裂等其他不良影响。设置了拉梁，某个柱基沉降就会通过拉梁牵涉到相邻柱基随之沉降，一方面消除或减少了相邻柱基间的沉降差，同时拉梁中的主筋也会抵抗由于沉降差产生的次生弯矩，当然，这就要求拉梁的截面尺寸要足够大，具备一定刚度，一般拉梁高度至少取跨度的1/20～1/15，否则拉梁的高度过小，不会起到有效拉结构件、一起沉降的作用。可参照极端的设想，企图用一根细钢丝来拉结两个独立柱基，肯定达不到一起沉降的效果，因为细钢丝明显刚度不够。

(2)当两个独立柱基距离很远时(超过8～9 m)，不宜设置拉梁，因为此时拉梁的拉结作用很小，拉结意义不大。

(3)加强层屋顶各柱之间同样要设置构造拉梁，使其形成整体受力。加固改造项目中后作构件与原结构构件均宜有构造拉结形成整体受力结构。

1.2锚固的构造原则

主要涉及到钢筋锚固中的两个重要概念：

(1)钢筋锚固长度中水平段的作用是显著的，弯折后锚固长度的作用，明显要大打折扣，有实验证明，弯折后的锚固效果还不足水平段的70%，也就是说，在承受静力荷载为主的情况下，水平段的粘结能力起主导作用，国内外实验结果也证明了这个结论。所以钢筋锚固优先采用水平直段，当水平直段不足以满足锚固长度的规范要求时，要根据实际情况用弯折锚固补充要求的长度。这简称为“水平直段优先，弯折段为辅助。”

(2)构件内的钢筋锚固尽量在本构件内部完成，当本构件锚固确实不足以满足锚固长度的规范要求时，再被迫进入其他构件内锚固，以补足长度要求。

构件本身的钢筋锚固应该以内部解决为主，如果在其他构件中锚固，一方面造成其他构件内部钢筋密集，混凝土难浇筑，难振捣，另一方面，和其他构件的内部钢筋也会有位置干涉的可能，所以应该尽量避免。

1.3“次要让位于主要”原则

钢筋布置在同一位置发生干涉时，应把握谁更重要就优先保证谁的位置，次要钢筋让位于主要钢筋的原则。工地现场施工中，纵横交错几个方向的钢筋经常出现此类问题，等待设计人员现场解决。如果没有清晰的结构概念，很容易搞反搞晕。这并不是复杂的计算难题，只要通过简单定性分析，头脑中把握住大的结构概念，问题就会迎刃而解。

例如以下情况：

(1)当梁的外侧主筋与柱外皮主筋位置发生干涉时，就要判断梁和柱谁对结构更重要；因为梁是构件，而柱是梁的有效支座，显然支座比构件更重要，所以优先确保柱外侧主筋位置不动，梁主筋让路于柱主筋，具体做法为梁主筋快到干涉位置点时，提前向内侧做1∶6斜坡绕过柱主筋后，再做1∶6斜坡回位。

(2)主梁和次梁上铁也不可避免的会有位置冲突，过去相当多的结构设计师认为，次梁上铁应该搭在主梁上铁之上，仿佛很生动的主梁承托次梁一样，这种做法似乎概念很清晰，其实是错误的，因为无论是主梁上铁还是次梁上铁，与混凝土共同工作时都是受拉的，不存在次梁上铁压着主梁上铁的压力，或者说也不存在主梁上铁支撑着次梁上铁承托力，所以这种做法所谓体现了主梁承托次梁的概念就落空了，正确的概念是，因为主梁比次梁更重要，于是主梁上铁要优先保证位置，以使得主梁上铁的有效高度最大化，所以次梁上铁要让位于主梁上铁，亦为次梁上铁快到干涉位置点时，提前向下侧做1∶6斜坡绕过主梁上铁后，再做1∶6斜坡回位。

同理，解决板上皮与梁上皮齐平时，板上铁快到干涉位置时，提前向下侧做1∶6斜坡绕过梁上铁后，再做1:6斜坡回位。

(3)混凝土剪力墙竖向筋和水平筋的位置问题，一般习惯做法是将水平钢筋放置在竖向钢筋外侧，这是有理论依据的。顾名思义，剪力墙是以抗剪力为目的的混凝土墙，而剪力墙的水平钢筋类似于柱箍筋的抗剪作用，理所当然应该放置在竖向钢筋外侧，以达到水平抗剪(或抗震)的目的。而用于挡土的混凝土墙，其挡土压抗弯是问题的主要方面，抗剪是次要问题，而竖向钢筋是用于抗弯的钢筋，它的有效高度越大越有利，所以要优先保证竖向钢筋的外侧位置，于是水平钢筋退其次，相应要放在内侧。

1.4强度等级选择

关于在何处采用高强度或低强度材料，在设计概念不清楚的时候，有些保守的设计师往往认为采用高强度等级的钢筋或混凝土肯定比低强度的安全，其实这种做法实在过于笼统，有些情况恰恰与实际是背道而驰。

比如钢筋在用作吊钩时，不宜用高强度HRB335和HRB400钢筋，而应该用低强度的HPB235级钢筋，因为一级钢延性好，破坏前征兆明显，预警性性能好。另外，在设计吊钩时，施工图中还须注明，不得采用冷加工钢筋，其原因也是因为冷加工钢筋强度虽高但延性差，用于吊挂中不合适。

混凝土也非一律用高强度的就有利，比如基础中就应该慎用高强度等级，因为高强度等级混凝土水泥含量较多，水化热较大，很容易造成干缩裂缝，而基础埋在地下，一旦有裂缝产生，防水和钢筋腐蚀的问题就会接踵而来。

2　结束语

概念设计是结构设计的创新与超越，是设计思想发展的必然产物，也会成为今后设计时期的主流思想。

2015-11-10

TU318