建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算步驟探討

日前，住建部副部長(zhǎng)仇興保在6屆綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)上指出：我國(guó)每年20億平方米的新建面積，相當(dāng)于消耗了*40%的水泥和鋼材，而只能持續(xù)25～30年。相比之下，國(guó)外一些建筑的壽命卻能夠達(dá)到132年。 
短壽建筑屢見(jiàn)不鮮 
隨著我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，許多建筑規(guī)劃不合理的問(wèn)題也日益凸顯，比如沈陽(yáng)五里河體育場(chǎng)，原本計(jì)劃使用30年的體育場(chǎng)在使用18年之后就被爆破，主要是因?yàn)檎?guī)劃要在原地建設(shè)別的建筑物。 
這樣剛建不久就被拆除的建筑，在這幾年城市大規(guī)模建設(shè)的背景下已是屢見(jiàn)不鮮，正是這樣一些現(xiàn)實(shí)讓仇部長(zhǎng)說(shuō)出了這番話：我國(guó)每年20億平方米的新建面積，而只能持續(xù)25～30年。而每萬(wàn)平方米拆除的舊建筑，將產(chǎn)生7000～12000噸建筑垃圾。 
為何我國(guó)的建筑如此“短壽”？日前，政府正號(hào)召房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)企業(yè)提高建筑質(zhì)量，將目前30年的建筑平均壽命延長(zhǎng)至100年。未來(lái)，讓建筑“長(zhǎng)命百歲”的設(shè)想真的能實(shí)現(xiàn)嗎？ 
“壽命短”原因各異 
針對(duì)一些媒體日前報(bào)道的“中國(guó)建筑僅30年壽命”的說(shuō)法，國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心副主任張仁瑜指出，這并不是指房屋因?yàn)橘|(zhì)量原因只能使用30年，而主要指在規(guī)劃和設(shè)計(jì)上存在一些問(wèn)題。比如，老城區(qū)改造、使用功能落后的筒子樓和上世紀(jì)70～80年代建造的一些房子等。這些房屋滿足不了人們對(duì)現(xiàn)代生活的需求，就可能會(huì)被拆除。 
北京建筑材料科學(xué)研究總院副院長(zhǎng)張?jiān)鰤垡餐瑯诱J(rèn)為，建筑物的實(shí)際使用壽命偏短，主要是由于我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)都比較保守，甚至存在不合理的問(wèn)題。但他同時(shí)表示，就整體而言，我國(guó)建筑的質(zhì)量水平已經(jīng)比較高了；對(duì)于社會(huì)發(fā)展與城市規(guī)劃和建設(shè)之間的矛盾，各個(gè)國(guó)家都曾經(jīng)歷過(guò)這樣一個(gè)階段。 
“我國(guó)城市化發(fā)展進(jìn)程加快，對(duì)城市建筑的要求也隨之不斷變化，房屋建筑適應(yīng)不了這種變化就有被拆的風(fēng)險(xiǎn)。”中國(guó)建筑材料科學(xué)院專家胡必俊表示，“除了規(guī)劃不當(dāng)以外，建筑質(zhì)量不過(guò)硬、違規(guī)操作屢見(jiàn)不鮮也是造成中國(guó)建筑‘壽命短’的原因。” 
這兩年，有關(guān)“樓脆脆”、“樓歪歪”的報(bào)道時(shí)有耳聞，中國(guó)人民大學(xué)教授鄭風(fēng)田就曾在媒體公開(kāi)指出：目前我國(guó)“不少建筑物存在鋼筋不達(dá)標(biāo)，混凝土保護(hù)層不達(dá)標(biāo)、偷工減料等問(wèn)題”。 
除以上原因外，胡必俊還指出，有時(shí)個(gè)人的違規(guī)操作也會(huì)給整幢建筑帶來(lái)“致命”風(fēng)險(xiǎn)。比如有些家庭住宅裝修一味強(qiáng)調(diào)豪華、美觀，擅自拆除承重墻，容易引起房屋倒塌；還有的在不能夠鋪地暖的建筑內(nèi)鋪地暖，勢(shì)必引起房屋負(fù)擔(dān)加重，容易導(dǎo)致倒塌。 
建筑垃圾再利用難 
建筑壽命短，不斷被拆之后，其所引來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也就日益突出了。仇保興算過(guò)一筆賬：據(jù)對(duì)磚混結(jié)構(gòu)、全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)等建筑的施工材料損耗的粗略統(tǒng)計(jì)，在每萬(wàn)平方米建筑的施工過(guò)程中，僅建筑垃圾就會(huì)產(chǎn)生500～600噸；而每萬(wàn)平方米拆除的舊建筑，將產(chǎn)生7000～12000噸建筑垃圾。據(jù)了解，目前，我國(guó)建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%～40%。面對(duì)如此嚴(yán)峻的現(xiàn)狀，不能不引起人們的重視。 
3 對(duì)單構(gòu)件作優(yōu)化設(shè)計(jì) 
　　前幾步主要是對(duì)結(jié)構(gòu)整體合理性的計(jì)算和調(diào)整，這一步則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)單個(gè)構(gòu)件內(nèi)力和配筋計(jì)算，包括梁，柱，剪力墻軸壓比計(jì)算，構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)等。 

（1）軟件對(duì)混凝土梁計(jì)算顯示超筋信息有以下情況：1）當(dāng)梁的彎矩設(shè)計(jì)值M大于梁的極限承載彎矩Mu時(shí)，提示超筋；2）規(guī)范對(duì)混凝土受壓區(qū)高度限制： 

四級(jí)及非抗震：ξ≤ξb 

二、三級(jí)：ξ≤0.35（ 計(jì)算時(shí)取AS ’＝0.3 AS ） 

一級(jí)： ξ≤0.25（ 計(jì)算時(shí)取AS ’＝0.5 AS ） 

　　當(dāng)ξ不滿足以上要求時(shí)，程序提示超筋；3)《抗震規(guī)范》要求梁端縱向受拉鋼筋的配筋率2.5%，當(dāng)大于此值時(shí)，提示超筋；4）混凝土梁斜截面計(jì)算要滿足小截面的要求，如不滿足則提示超筋。 

（2）剪力墻超筋分三種情況：1）剪力墻暗柱超筋：軟件給出的暗柱配筋率是按照4%控制的，而各規(guī)范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構(gòu)件方式給出，沒(méi)有配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮；2）剪力墻水平筋超筋則說(shuō)明該結(jié)構(gòu)抗剪不夠，應(yīng)予以調(diào)整；3）剪力墻連梁超筋大多數(shù)情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規(guī)范中規(guī)定允許對(duì)剪力墻連梁剛度進(jìn)行折減，折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會(huì)出現(xiàn)塑性變形，即連梁開(kāi)裂。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪力墻連梁設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮其配筋是否滿足正常狀態(tài)下極限承載力的要求。 

（3）柱軸壓比計(jì)算： 柱軸壓比的計(jì)算在《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》中的規(guī)定并不*一樣，《抗震規(guī)范》6.3.7條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值既包括地震組合，也包括非地震組合，而《高規(guī)》6.4.2條規(guī)定，計(jì)算軸壓比的柱軸力設(shè)計(jì)值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計(jì)算柱軸壓比時(shí)，當(dāng)工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算；當(dāng)該工程不考慮地震作用時(shí)，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設(shè)計(jì)值計(jì)算。因此設(shè)計(jì)人員會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一個(gè)工程，計(jì)算地震力和不計(jì)算地震力其柱軸壓比結(jié)果會(huì)不一樣。 

（4）剪力墻軸壓比計(jì)算：為了控制在地震力作用下結(jié)構(gòu)的延性，新的《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)剪力墻均提出了軸壓比的計(jì)算要求。需要指出的是，軟件在計(jì)算斷指剪力墻軸壓比時(shí)，是按單向計(jì)算的，這與《高規(guī)》中規(guī)定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計(jì)算有所不同，設(shè)計(jì)人員可以酌情考慮。 

（5）構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：計(jì)算結(jié)構(gòu)不超筋，并不表示構(gòu)件初始設(shè)置的截面和形狀合理，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)，使構(gòu)件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理，并節(jié)省材料。但需要注意的是，在進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以保證整體結(jié)構(gòu)合理性為前提，因?yàn)闃?gòu)件截面的大小直接影響到結(jié)構(gòu)的剛度，從而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的周期、位移、地震力等一系列參數(shù)產(chǎn)生影響，不可盲目減小構(gòu)件截面尺寸，使結(jié)構(gòu)整體安全性降低。 

4. 滿足規(guī)范抗震措施的要求 
　　在施工圖設(shè)計(jì)階段，還必須滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。《混凝土規(guī)范》、《高規(guī)》和《抗震規(guī)范》對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造提出了非常詳盡的規(guī)定，這些措施是很多震害調(diào)查和抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，也是保證結(jié)構(gòu)安全的后一道防線，設(shè)計(jì)人員不可麻痹大意。 

（1）設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行施工圖配筋計(jì)算時(shí)，要求輸入合理的歸并系數(shù)、支座方式、鋼筋選筋庫(kù)等，如一次計(jì)算結(jié)果不滿意，要進(jìn)行多次試算和調(diào)整。 

（2）生成施工圖以前，要認(rèn)真輸入出圖參數(shù)，如梁柱鋼筋小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式，箍筋形式，鋼筋放大系數(shù)等，以便生成符合需要的施工圖。軟件可以根據(jù)允許裂縫寬度自動(dòng)選筋，還可以考慮支座寬度對(duì)裂縫寬度的影響。 

（3）施工圖生成以后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)仔細(xì)驗(yàn)證各特殊或薄弱部位構(gòu)件的小縱筋直徑、小配筋率、小配箍率、箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度、鋼筋搭接錨固長(zhǎng)度、配筋方式等是否滿足規(guī)范規(guī)定的抗震措施要求。規(guī)范這一部分的要求往往是以黑體字寫(xiě)出，屬于強(qiáng)制執(zhí)行條文，萬(wàn)萬(wàn)不可以掉以輕心。 

（4）后設(shè)計(jì)人員還應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況，對(duì)計(jì)算機(jī)生成的配筋結(jié)果作合理性審核，如鋼筋排數(shù)、直徑、架構(gòu)等，如不符合工程需要或不便于施工，還要做后的調(diào)整計(jì)算。