钢结构的设计原理和常见错误做法
钢结构是主要由钢制材料组成的结构,是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻,且施工简便,广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。
钢结构设计原理
(1) 将预埋的插筋清理干净,按1:6调整其保护层厚度符合规范要求。先绑2~4根竖筋,并画好横筋分挡标志,然后在下部及齐胸处绑两根横筋定位,并画好竖筋分档标志。一般情况横筋在外,竖筋在里,所以先绑竖筋后绑横筋,横竖筋的间距及位置应符合设计要求。
(2) 墙筋为双向受力钢筋,所有钢筋交叉点应逐点绑扎,竖筋搭接范围内,水平筋不少于三道。横竖筋搭接长度和搭接位置,符合设计图纸和施工规范要求。
(3) 双排钢筋之间应绑间距支撑和拉筋,以固定钢筋间距和保护层厚度。支撑或拉筋可用φ6和φ8钢筋制作,间距600mm左右,用以保证双排钢筋之间的距离。
(4) 在墙筋的外侧应绑扎或安装垫块,以保证钢筋保护层厚度。
(5) 为保证门窗洞口标高位置正确,在洞口竖筋上画出标高线。门窗洞口要按设计要求绑扎过梁钢筋,锚入墙内长度要符合设计及规范要求。
(6) 各连接点的抗震构造钢筋及锚固长度,均应按设计要求进行绑扎。
(7) 配合其他工程安装预埋管件、预留洞口等,其位置、标高均应符合设计要求。
2、顶板钢筋绑扎
(1) 清理模板上的杂物,用墨斗弹出主筋,分布筋间距。
(2) 按设计要求,先摆放受力主筋,后放分布筋。绑扎板底钢筋一般用顺扣或八字扣,除外围两根筋的相交点全部绑扎外,其余各点可交错绑扎(双向板相交点须全部绑扎)。如板为双层钢筋,两层筋之间须加钢筋马凳,以确保上部钢筋的位置。
(3) 板底钢筋绑扎完毕后,及时进行水电管路的敷设和各种埋件的预埋工作。
(4) 水电预埋工作完成后,及时进行钢筋盖铁的绑扎工作。绑扎时要挂线绑扎,保证盖铁两端成行成线。盖铁与钢筋相交点必须全部绑扎。
(5) 钢筋绑扎完毕后,及时进行钢筋保护层垫块和盖铁马凳的安装工作。垫块厚度等于保护层厚度,如设计无要求时为15mm。钢筋的锚固长度应符合设计要求。
常见错误做法总结于下:
1.暗梁当楼面梁使用。这是最常见的错误。暗梁之所以不能当楼面梁是因为其刚度不够,荷载不能按自己设想的方式传递,即楼面荷载—板—暗梁—柱的传递方式几乎是不可能的。这样将大大低估板的内力。我个人认为,根据内力按最短距离传递的原则,用暗梁代替梁只有在板受集中力时,在集中力处沿板的最短方向(双向板沿两个垂直方向)设置暗梁,可以认为集中力由暗梁承受以满足抗弯强度和裂缝要求,此时板的计算跨度绝对不能按支承于暗梁来考虑。但很多时候,这种做法也没有必要,直接加大板的受力钢筋即可,除非因抗剪(冲切)需要箍筋而使用暗梁。
2.与上一个问题相对应的是,在刚度发生较大突变(增加)处,应视为梁。典型的问题是不同高程的板之间出现的错台,错台本身平面外刚度比较大,而板的平面外刚度较小,不管你是否愿意,板上的荷载都要传递到错台上,因此应当按梁来设计,尤其是抗剪钢筋应满足要求。地下通道、车站遇到的这种情况较多,其荷载又比较大,但大多数人对错台的处理却非常草率,这很令人担忧。
3.框架结构形成事实上的铰接。最常见的.是梁刚度比柱大的多,使柱对梁的约束作用较弱,形成事实上的铰。这样减少了超静定次数,于抗震不利,也难以形成“强柱弱梁”。 坂神地震时,地铁车站柱的破坏相当严重,也提醒我们不能忽视这个问题。地铁车站顶底板可看作筏板,其梁的刚度当然大于柱,但中板处不宜将梁的刚度做得较大。另外,地下工程如通道、涵洞、地铁车站等,有时不小心也容易作成刚度较大的顶底板和刚度较小的侧墙,这样横剖面就形成铰接的四边形,两侧墙土压力相差较大时很容易失稳,也不利于抗震。
4.板墙受力钢筋置于分布钢筋的内侧。很多人总把分布钢筋想象成类似梁的箍筋,因此配筋不小心就这样倒置。分布钢筋的作用在于固定受力钢筋位置,传递受力及防止温度收缩裂缝,它不需要象梁柱箍筋那样外包以防止钢筋受压向外鼓出,更重要的是,板墙截面高度较小,为增加有效高度发挥受力筋作用,一般情况下应当外置受力钢筋。某些特殊情况,如地下连续墙,由于施工方便原因可牺牲板有效高度,将受力钢筋内置。
5.在紧靠柱的位置框架梁上搭梁。由于紧靠柱支承的位置,框架梁的转动受到约束,当其上所搭的梁荷载较大时,将产生很大的扭矩,使框架梁的配筋变得困难。某些设计人员将此处框架梁与搭接梁的连接看作铰接,这是很不安全的,因为梁的塑性变形能力有限。
6.板钢筋不伸入上翻梁受力钢筋之上。这在地面上结构中还不容易出现,但在地下工程中,由于结构形式不够直观,稍有疏忽就会犯错。最常见的是通道入口处顶板有一道收口的横梁,其底部顺板向下倾斜,形成不规则的梁。多数人配筋将此梁受力钢筋仍然沿水平方向布置,板的纵向钢筋则从下侧锚入梁内。地下工程没有完全的分布钢筋,在这个横梁处,板的纵向钢筋实际上是受力钢筋,不但要按受力钢筋锚固,还应当在梁受力钢筋之上。另外,很多人认为此梁受力小,因而配筋马虎。实际上,此梁由于单边受力,有一定的扭矩,配筋应考虑板上荷载传递到此梁上。
7.地铁车站不计中板开洞。由于开洞的影响比较难算,也由于部分人对开洞影响没有当成一回事,因而计算时都加以忽略。当开洞较小时,这样也许没有多大影响,但地铁车站有时在中板沿横向平行布置三排楼、扶梯,严重削弱该处楼板刚度,虽然洞边有加强的梁,但梁高受到限制,中板厚度通常都为400~500,因此不足以弥补其刚度的损失。至于加暗梁来加强洞口,更不能弥补计算模式与实际不符的不足。
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