混凝土结构施工图平面整体设计方法.doc
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1、混凝土结构施工图平面整体设计方法 作者: 日期:23 个人收集整理 勿做商业用途混凝土结构施工图平面整体设计方法(暨工程设计方法)应用技术讲座主 讲 人:o 山东大学 陈青来 教授o 邮箱:qlchensdu.edu。cn讲座主要内容:o 混凝土结构基本原理o 平法基本原理o 平法规则与构造应用要点o 平法制图规则与施工构造o 现场答复问题一混凝土结构基本原理关于混凝土结构原理辨析之一混凝土结构原理承载多元理论 :o 1、承载材料理论:解决钢筋与混凝土共同工作的问题;o 2、承载可靠度理论-解决结构的安全度问题;o 3、承载经典力学理论-解决结构上的荷载(作用)与结构的内力与变形(作用效应)问
2、题;o 4、承载抗力理论-解决结构的强度和刚度问题;o 5、承载节点构造理论-解决构件的连接问题.现 状:o 混凝土结构基本原理承载的钢筋与混凝土两种材料各自特性与共同工作原理,是相对比较丰富、比较成熟的内容。o 混凝土结构基本原理承载的可靠度理论,由30年前的半经验半概率极限状态设计方法过渡到现在的近似概率极限状态设计方法,该理论对混凝土结构的适用程度(缺少支持正态分布曲线的实际试验和统计资料),以及在理论上究竟前进了多少尚难定论。o 混凝土结构基本原理承载的经典力学理论,其计算结果与实际情况存在较大差异。原因是混凝土结构杆件的截面较大,存在刚性区域与简化成单线形状的计算简图有很大差异,尤其
3、反映在基础结构的计算方面。再者,荷载的力学简化存在较大的误差。o 混凝土结构基本原理承载的抗力理论是教科书中的主要内容,但主要为“构件”的抗力理论而非“结构的抗力理论.其内容主要有三部分:一部分是“正截面”问题,解决构件的弯、拉、压、偏拉、偏压;一部分是“斜截面”问题,解决构件的抗剪;一部分是“螺旋面”问题,解决构件的抗扭。o 混凝土结构基本原理承载的节点构造理论现阶段几乎是空白,研究缺口非常大,给人造成“构件的简单组合即为结构”的错误感觉,不符合整体大于部分之和的自然法则.几个容易混淆的概念:o 1、科学发展的过程,是以较小谬误取代较大谬误的过程,因而存在正确程度的问题。科学本身不是真理,科
4、学是在追求真理的动机下的随着时间的延续而得到的发现和解释自然的渐进性成果.科学通常有发现而无发明.o 2、技术发展的过程,是以比较高的适用程度取代比较高的适用程度的问题,技术本质上并不存在正确程度的高低。技术通常有发明而无发现。o 3、科学与技术各位两个“圆(领域),这两个“圆”符合“交叉圆”的自然法则。平法研究位于两圆的交叉区域。o 4、基础理论主要是科学研究的成果,基础理论用于发现世界和解释世界,存在发现、更新而非创新。o 5、应用理论主要是技术研究的成果,应用理论用于改造世界和建设非自然存在的物体,存在不断创新。应用理论的实质属于方法范畴。o 6、基础理论不具备直接用于实践的功能,基础理
5、论通过应用理论即方法才可用于实践.方法是连接基础理论与实践的桥梁.o 7、基础理论的发展极其缓慢,而方法的发展非常迅速,日新月异.o 8、方法在人类社会生活中具相当重要地位,很多问题的解决往往难在方法上,而不是难在基础理论上。中国历史上的四大发明均是方法的发明而不是理论的发明.关于关于混凝土结构原理辨析之二结构工程界的五板块划分:o 1、理论板块:包括基础理论和应用理论;o 2、规范规程板块:为国家的技术法规;o 3、技术规则板块:由政府主管部门批准的技术指导性文件;o 4、技术监督板块:主要对设计、施工与材料的质量实行监督;o 5、技术措施板块:工程技术类专著,用于辅助解决工程问题。现 状:
6、o 1、基础理论与应用理论板块:应当为其他板块的基础,但目前落后于规范规程板块及技术规则板块(包括大学教科书滞后),且至今尚未全面完成“构件”到“结构”的转变,典型现象是没有解决好节点问题。o 2、规范规程板块:改革开放以来,我国对规范规程采取追踪、引进国外版本的路子,在现阶段奇怪地走在建筑科学技术的最前沿,而实际缺少国内理论板块的支撑,因此内容不稳定,修订频繁,出现明显板块错位,其失误属于自然结果.这种板块错位现象是我国在特殊历史发展阶段的特殊现象,应属正常.o 3、技术规则板块:是系规范规程的应用细则延伸,更具体化和更加细化,具有明确且实际的技术指导作用。目前国家建筑标准设计承担起了这个重
7、要功能,如G101系列与G329。其内容主要有设计制图规则和作为图形化的构造规则的标准构造详图。o 4、技术监督板块:属于新兴板块,主要由设计审图单位和质量监督部门行使职责。o 5、技术措施板块:是我国比较成熟的板块,其内容主要用于工程界,尚未收进高等教育的教学内容。关于混凝土结构原理辨析之三关于辨证思维与逻辑思维:o 辨证方法是认识自然和社会的方法,而逻辑方法更适合于解决与处理问题.o 辨证思维的力量强于逻辑思维的力量,但辨证思维更适合于研究人文和历史,而逻辑思维更适合研究工程技术。o 两千多年以前,中国的哲学家就发展了辩证思维,但中国人在历史上过早地以辨证思维否定了逻辑思维,结果没有给逻辑
8、思维的成长留出足够的空间。o 因此,中国人在逻辑思维方面有显明不足,体现在:概念往往没有明确的涵义(讲究“意会”、“领悟”) / 判断往往没有明确的前提 / 推理往往没有明确的过程 / 重结果而不重过程。o 多年来在政治上对形而上学的批判,不适当地地扩大、延伸到科学技术领域,而在西方社会,形而上学在诸多科学定理的发现上起了重要作用。o 由于历史形成的辨证思维习惯,使规范和规程中存在许多非同一之处、摸棱两可之处、矛盾之处、理由不充分之处。o 我国结构学术界与现行规范偏爱使用“抽象术语”,“抽象术语”比“形象术语”难懂且距离自然较远,容易使人们在理解术语时脱离“源概念”。o 在处理科学技术问题方面
9、,容易忽略简单与复杂的辩证关系。二平法基本原理平法基本原理(1) 平法的系统科学原理为:视全部设计过程与施工过程为一个完整的主系统,主系统由多个子系统构成:基础结构 、柱墙结构、梁结构、板结构;各子系统有明确的层次性、关联性、相对完整性。o 1、层次性:基础、柱墙、梁、板,均为完整的子系统.o 2、关联性:柱墙以基础为支座柱墙与基础关联 ;梁以柱为支座梁与柱关联;板以梁为支座梁-板与梁关联.o 3、相对完整性:基础自成体系,仅有自身的设计内容而无柱或墙的设计内容;柱墙自成体系,仅有自身的设计内容(包括在支座内的锚固纵筋)而无梁的设计内容;梁自成体系,仅有自身的设计内容(包括在支座内的锚固纵筋)
10、而无板的设计内容;板自成体系,仅有板自身的设计内容(包括在支座内的锚固纵筋) .平法基本原理(2)平法的应用理论三要点:o 1、将结构设计分为创造性设计内容与重复性(非创造性)设计内容两部分,两部分为对应互补关系,合并构成完整的结构设计。o 2、 设计工程师以数字化、符号化的平面整体设计制图规则完成其创造性设计内容部分。o 3、重复性设计内容部分(主要是节点构造和杆件构造)以广义标准化方式编制成国家建筑标准构造设计。o 标准构造设计的实质是图形化的构造规则;由设计师完成构造设计缺少充要条件:1、结构分析结果不包括节点内的应力;2、以节点边界内力进行节点设计的理论依据并不充分;3、节点设计缺少足
11、尺试验依据;o 构造设计缺少试验依据是普遍现象,现阶段由国家建筑标准设计将其统一起来符合现阶段的中国国情.平法基本原理(3)o 平法视过程重于结果,因而实现了自身的可持续发展。o 技术科学在否定中前进,在肯定中静止。平法将在不断自我否定中发展成长。o 平法是上游技术的改革,将对结构领域中、下游技术产生很大影响。o 上游技术的改革是比较彻底的改革,在改革时不宜过多顾及中、下游技术,而上游技术的改革既对中下游技术提出挑战,同时也创造了机遇。o 上游技术的改革将推动中、下游技术的发展。三平法规则与构造应用要点关于平法制图规则与构造要点解析o 要点一:结构与构件、整体与部分的关系问题o 要点二:结构的
12、刚度问题(空间尺度与空间位置概念)o 要点三:结构各类构件的连接关系(支座)问题o 要点四:平法设计规则:(1)注写方式与截面方式相结合;(2)集中注写与原位标注相结合;(3)特殊构造不属于标准化内容.o 要点五:钢筋锚固的原则:(1)梁受拉钢筋在端支座的弯锚,其弯锚直段0.4laE,弯钩段为15d并应进入边柱的“竖向锚固带”,且应使钢筋弯钩不与柱纵筋平行接触的原则(边柱的“竖向锚固带的宽度为:柱中线过5d至柱纵筋内侧之间);(2)当梁纵筋在顶部端支座的锚固,水平段走混凝土保护层时,弯钩段应在尽端角筋内侧“扎入”钢筋混凝土内的原则; (3)当梁往中柱支座直通锚固时,纵筋应过中线+5d且laE的
13、原则; (4)梁受拉纵筋受力弯钩为15d、柱偏拉纵筋构造弯钩为12d的原则;(5)第一根非抗剪钢筋距离最近的平行构件内的钢筋为其分布间距1/2的原则;(6)节点内钢筋锚固不应平行接触的原则;(7)当两构件配筋“重叠”时, 不重复设置且取大者的原则。平法的意义l 平法,不单纯是位于科学与技术交叉领域的一种技术; 更重要的是,平法基于现代科学哲学和技术哲学思想.l 哲学,是从超然高度揭示和描述自然规律,能跨越时空的学说; 遗憾的是,在我国建筑结构领域,哲学几乎是一片贫瘠的荒漠.l 平法试图在这片荒漠中,播下绿色。 -陈青来四关于平法制图规则与施工构造o 具体见系列国家建筑标准设计03G101x五现
14、场答复问题柱问题1.柱纵筋锚入基础的问题03G101-1图集对基础顶面以上的柱纵筋的构造要求讲得比较详细,但是对柱纵筋锚入基础的问题,图集中没有介绍,而且,此类问题查看了一些混凝土构造手册之类也找不到详细的介绍,所以,很有必要在此向专家请教,这些问题也是不少工程技术人员共同的问题.柱纵筋伸入基础(承台梁,或有梁式筏板基础的基础梁)的锚固长度是多少?是一个laE还是更多?(甚至有人提出1。5倍的laE)当柱纵筋伸入基础的直锚长度满足“锚固长度的要求,是否可以“直锚”而不必进行弯锚?有的人说可以“直锚”;但又有人说必须拐一个直角弯。如果柱纵筋伸入基础必须“弯锚”的话,弯折部分长度是多少?有人说是1
15、0d,而在03G101-1图集第39页“梁上柱LZ纵筋构造”中弯折长度为12d,这个规定是否可用于基础?同样在03G1011图集第39页“梁上柱LZ纵筋构造”中,规定“直锚部分长度不小于0。5laE,这个规定是否可用于基础?当基础梁的梁高大于柱纵筋的锚固长度时,柱纵筋可以不伸到梁的底部。是这样的吗?当基础梁的梁高小于柱纵筋的锚固长度时,柱纵筋必须伸到梁的底部,然后拐一个直角弯。其弯折部分长度,“剩多少拐过去多少,显然不合适.这时候,应该用上前面第条,即规定一个弯折部分长度;同时,也应该检验一下“直锚部分长度”,看看它是否不小于前面第条规定的“最小直锚长度”。是这样的吗?个人收集整理,勿做商业用
16、途个人收集整理,勿做商业用途答:所提问题将会在“筏形、箱形、地下室基础平法国家建筑标准设计03G101-3、-4”中得到相应答案(2003年底陆续推出)。现在简单答复如下:柱纵筋一般要求伸至基础底部纵筋位置。特厚基础(2米以上)中部设有抗水化热的钢筋时,基础有飞边的所有柱和基础无飞边的中柱的柱纵筋可伸至中层筋位置;当柱纵筋伸入基础的直锚长度满足“锚固长度的要求时,要求弯折12d;梁上柱纵筋的锚固要求亦适用于柱在基础中的锚固,但要求柱纵筋“坐底”。2。我们在施工中经常遇到柱主筋大变小的问题。试问:当柱子采用电渣压力焊时候有什么限制条件,例:25mm碰焊14mm的钢筋的能不能?答:25mm碰焊14
17、mm,直径相差过大受力时会出现应力集中现象。如果施工规范对大小直径钢筋对焊无限制规定的话,建议直径相差不要超过两级(25与20或18与14)。3.柱伸入承台梁或基础梁中,是否设置箍筋?箍筋如何设置?不需加密?此箍筋起什么作用?这个问题如果在施工图中明确标示,就没有问题。如果在施工图中没有明确表出,则施工人员如何执行?现在的情况是各人有各的做法,例如,有的人设置两根箍筋,有的人只设置一根箍筋。答:要设不少于两道箍筋,但不需要加密。箍筋的作用是保持柱纵筋在浇筑混凝土时钢筋之间的相对位置和钢筋笼的定位不受扰动。4.柱上端“非连接区”?G101图集规定,柱的下部,即在楼板梁的上方有一个“非连接区”(是
18、个箍筋加密区),纵筋的接头只能在“非连接区”以上部位(也就是柱的中部)进行。然而,图集没有规定在柱的上部有没有“非连接区”?例如,在柱上部的箍筋加密区或者在柱梁的交叉部位允许不允许纵筋连接?事实上,有的施工人员在上述的柱上部区域进行了钢筋接头。这样,他在柱中部有一个钢筋接头,在柱上部又有一个钢筋接头,违背了“同一纵向受力钢筋不宜设置两个或两个以上接头”的规定.(见混凝土结构工程施工质量验收规范)不过,上述规范的用语是“不宜”,并没有强制规定。因此,请教一下上述柱纵筋的接头问题如何解释?如何执行?其中有什么理论根据?答:提问者可能是指00G101,03G1011中从下层柱的上部到上层柱的下部形成
19、的非连接区是连续的。规范对此规定是“不宜”,未做强制规定,国家建筑标准设计的规定偏严,对保证质量有好处。如果难以做到,结构设计师可以对此规定进行变更。规范用语“不宜”,反映了中国人的辨证思维.对于执行与否,结构设计师有抉择权利。该规定多出于概念设计考虑,未见其理论根据的文章发表.5.前在03G101第45页中(非抗震KZ箍筋构造非抗震QZ.LZ纵向钢筋构造)中注7:当为复合箍筋时,对于四边有梁与柱相连的同一节点,可仅在四根梁端的最高梁底至最低梁顶范围周边设置矩形封闭箍筋,那么请问陈教授,1、该条能否用于第36页(抗震KZ纵向钢筋连接构造)中。或者说用于四级抗震的节点处。因为我注意到构造规定中非
20、抗震与四级抗震处理基本上一样的。2、对于四边有梁与柱相连的同一节点能否用于边(端)柱与梁相交处。答:1、该条不适用于(抗震KZ纵向钢筋连接构造),抗震结构要求所有复合箍筋要贯通柱梁节点,而且要按照加密间距设置。2、只有边柱有悬挑梁时才会形成四边有梁的情况,该节点构造要求适用于该情况。6。有的施工单位把柱子的接头只考虑底部的区域满足要求而上部却不考虑,施工单位认为是受压的,所以他们认为他们采取的闪光对焊上部接头他们就不考虑了?这样做法对吗?答:框架柱是偏压构件,受弯矩、轴向压力和剪力的共同作用,其受弯时的反弯点一般在柱中稍向上的位置,抗震时柱两端都要加密箍筋以保证实现“强剪弱弯,因此,连接位置不
21、考虑避开柱上端是错误的。梁问题1.03G101-1:平法梁纵筋伸入端柱支座长度的两种计算方法:以第54-55页为例,梁纵筋伸入端柱都有15d的弯锚部分,如果把它放在与柱纵筋同一个垂直层面上,会造成钢筋过密,显然是不合适的。正如图上所画的那样,应该从外到内分成几个垂直层面来布置。但是,在计算过程中,却可以有两种不同的算法,这两种算法都符合图集的规定;第一种算法,是从端柱外侧向内侧计算,先考虑柱纵筋的保护层,再按一定间距布置(计算)梁的第一排上部纵筋、第二排上部纵筋,再计算梁的下部纵筋,最后,保证最内层的下部纵筋的直锚长度不小于0.4laE;第二种算法,是从端柱内侧向外侧计算,先保证梁最内层的下部
22、纵筋的直锚长度不小于0。4laE,然后依次向外推算,这样算下来,最外层的梁上部纵筋的直锚部分可能和柱纵筋隔开一段距离。这两种算法,第一种较为安全,第二种省些钢筋。不知道图集设计者同意采用哪一种算法?答:应按第一种算法。如果柱截面高度较大,按54页注6实行.2。关于03G101图集第54页“梁端部节点”的问题,是否“只要满足拐直角弯15d和直锚长度不小于0.4laE的要求,则钢筋锚入支座的总长度不足laE也不要紧。”答:laE是直锚长度标准。当弯锚时,在弯折点处钢筋的锚固机理发生本质的变化,所以,不应以laE作为衡量弯锚总长度的标准,否则属于概念错误。应当注意保证水平段0.4laE非常必要,如果
23、不能满足,应将较大直径的钢筋以“等强或等面积”代换为直径较小的钢筋予以满足,而不应采用加长直钩长度使总锚长达laE的错误方法。3。对比96G101、00G101、03G101三本图集,在最早的96G101图集的“原位标注”中有“第4条”:“当梁某跨支座与跨中的上部纵筋相同,且其配筋值与集中标注的梁上部贯通筋相同时,则不需在该跨上部任何部位重复做原位标注;若与集中标注值不同时,可仅在上部跨中注写一次,支座省去不注(图4。2。4a).”然而在后面两本图集中,这一条不见了,但“图4.2。4a”依然存在中间一跨的上部跨中进行原位标注的实例。再以03G101图集的“图4。2.7”为例,在KL3、KL4、
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