二层带坡屋顶小框架结构设计失误教训以及优化经验总结
qq_1409295180291
2016年11月02日 16:59:57
只看楼主

一、项目概况: 项目位于陕西省泾阳县,抗震设防烈度7度半。建筑物为一层坡屋顶仿古建筑,局部2层带坡屋顶,建筑功能为菜馆厨房,结构形式采用框架结构。由于项目设计时间紧张加上自身经验有所欠缺。交图之后,甲方反馈称做的比较浪费不够经济。和甲方电话沟通,得知他们主要觉得有三方面不经济: 1、 觉得基坑挖太深,地基基础偏保守 2、 闷顶层多余 3、 整体钢筋混凝土量偏大(梁柱截面等)

一、项目概况:
项目位于陕西省泾阳县,抗震设防烈度7度半。建筑物为一层坡屋顶仿古建筑,局部2层带坡屋顶,建筑功能为菜馆厨房,结构形式采用框架结构。由于项目设计时间紧张加上自身经验有所欠缺。交图之后,甲方反馈称做的比较浪费不够经济。和甲方电话沟通,得知他们主要觉得有三方面不经济:
1、 觉得基坑挖太深,地基基础偏保守
2、 闷顶层多余
3、 整体钢筋混凝土量偏大(梁柱截面等)



模型概览以及优化前后相关对比见附件图片(网易正文里为什么加不进图片啊):
二、处理过程以及优化分析过程:

对于第一点觉得地基基础保守。
因为本项目没有地勘,所以基础地基做的保守。这里后期甲方补了一个地勘带来一个问题就是,场地类别“变成”了三类,而初次设计时是估计为二类场地设计的。这里导致了一个问题就是: 场地类别为三类,本身抗震设防烈度7度半(也即设计地震基本加速度为0.15g)时,抗震构造措施的抗震等级要提高到按8度设计。
此条源于高规3.9.2.
对于第一点,后来根据地勘提的承载力和地基处理方式 ,在基础面积以及地基处理上都省了一些。

对于第二点:甲方觉得闷顶层多余。
闷顶层的问题源于第一次设计时候的不到位: 在设计这个菜馆之前这片地区有另一个建筑,也是二层办公楼带坡屋顶,当时在考虑闷顶层的问题时,其实我和建筑专业也没有深究,只是先考虑做了闷顶层,在给总共审图时其实总工也提出来了,当时由于时间太紧,考虑先把图给甲方让甲方自己看。所以这次想着跟之前建筑做法一致,也做了闷顶层。(结果出来混,迟早要还的,当甲方提出闷顶层多余时,甚至连第一个建筑的闷顶也需要删掉重新修改。这都是后话了。)
言归正传,去掉闷顶层的结果分析如下:
去掉闷顶层,并且去掉了内部可以去掉的框梁(有设置梁上柱的地方的梁还保留了),的结果是:
梁柱配筋是减小的
地震下的位移(当时卡构件截面)也是减小的。
对于地震下位移减小其实我一开始是不太理解的,我觉得把闷顶层去掉,结构抗侧刚度减小了,那么按道理位移应该是会增大的啊,这里稍微研究了一下这个问题,笔者对比了一下有无闷顶两个模型下的各个参数:(左侧为有闷顶,右侧模型无闷顶)
周期:无闷顶的模型周期要小一点点
位移:无闷顶的模型位移要小挺多
调幅前各荷载工况下内力:无闷顶的模型普遍要小1/3
地震工况下的反应力:无闷顶小
风荷载下反应力:两者一样
风荷载下位移:无闷顶的要大一点。
通过以上的参数对比,笔者做了这样的分析:
1去掉闷顶层,结构抗侧刚度确实减小了(从风荷载下位移可以看出来,因为风荷载下两者的反应力也就是外力一样,而此时无闷顶的模型位移要大,说明其抗侧刚度确实小,这也符合常识)。
2去掉闷顶层,自重减小,刚度减小,结构所吸收的地震力也因刚度减小而随之减小了很多(从地震工况的反应力以及构件的内力可以看出来)
3去掉闷顶层最终结构位移变大,说明,因为去掉闷顶层减小的地震力对位移的影响要大于 结构本身刚度减小的对抗侧位移的影响。

笔者因此也联想到了一个成语“以柔克刚”,尤其在地震烈度比较高的地区,减小刚度带来的地震力吸收的减小很多时候能对结构有很有益的影响。


另外,对于闷顶层本身设置问提,笔者询问了建筑师,设置闷顶层的好处是能更好的隔断房间,否则一些声音震动容易从顶部传到相邻房间。而本次对于结构来说,设闷顶层则不仅增加该层本身建材用量,也因为增加了地震力,导致位移偏大,增大了构件截面,也增加了钢材用量。



闷顶层去掉后带来的问题:

后期隔墙如何砌筑?
没有了闷顶层,后砌墙部分需要砌到坡屋面的斜板底,注意在相应位置加一些次梁,另外有的短墙位置可不用加梁,但也有墙直接砌到板底的做法。
另一方面,墙的高度有些比较大,需做相关构造措施,比如设置圈梁构造柱,在抗规的13.3 中有相关要求。


对于第三点 整体钢筋混凝土量偏大(梁柱截面等)

首先思路是:减小构件的截面尤其是柱子的截面。原因引用一下我一个同事的话:
柱子截面是一个太过显眼的数据,先不管模型参数什么的,甲方一听柱子截面多大多大是非常直观的感觉尤其是一两层的小楼,柱子截面在满足抗侧要求和规范其他要求情况下,不宜做太大,当然前提是安全。
而有了闷顶层去掉后对位移的有利影响,柱截面也有了缩小的空间。然而, 柱子配筋尤其首层配筋还是太大,这里发现了一个失误:首层是薄弱层,地震剪力放大了1.25倍,而最致命的是,模型在参数版本中还是1.0,后期画图前修改了几个小地方,没留意贴这边变成了薄弱层。
在解决这个问题的过程中,经过同事的提醒 笔者考虑到了可以将拉梁层设置到-0.1附近,从而降低首层层高,增加首层刚度,解决首层薄弱层问题立竿见影。
并且设置了拉梁层后,首层柱的配筋减小的幅度非常大!!!其实原理应该是柱子的高度变小了,而柱的内力尤其是弯矩和高度平方正比,所以柱配筋减小得非常明显。


模型概览.png


优化前首层截面.png


优化后模型截面.png


优化前首层配筋.png


优化后首层配筋.png


优化前周期.png


优化后周期.png

qq_1409295180291
2016年11月02日 17:03:25
2楼
本帖最后由 tjdpr 于 2016-11-2 17:10 编辑

设置了拉梁层带来的新问题:
1 首先对于模型建拉梁层后,基础顶到首层顶配筋应该取包络。原因如下(摘自网络):
“设有拉梁层的框架结构,多了一个拉梁层,宜计算两次:第一次,将框架柱嵌固在基础顶面进行结构整体计算;第二次,假定拉梁层为地下室,即定义一层地下室后进行结构整体计算;用SATWE软件进行结构第二次整体计算时,总体信息中“回填土对地下室约束相对刚度比”可填1,以近似考虑地基土一定程度上的约束;框架梁柱配筋取俩次整体计算结果的较大值。
  首层楼面以下基础顶面以上的框架柱,宜取拉梁层以上及以下框架柱纵向受力钢筋的较大值通长配筋;抗震设计时,拉梁以下的框架柱宜全高加密箍筋。  
  设有拉梁层的框架结构,之所以要进行俩次整体计算,其原因是:
  其一,仅将框架柱嵌固在基础顶面处进行结构整体计算,可以使拉梁层顶面以下.基础顶面以上框架柱的配筋较为合理,但可能会使拉梁层顶面以上框架柱的配筋不合理,特别是抗震设计时,一,二,三级抗震等级的框架结构,其底层柱底的弯矩增大系数,在这时增大的是基础顶面处的拉梁层柱下端截面的弯矩(《抗震规范》第6.2.3条),而不是增大拉梁层顶面处的结构底层柱下端截面的弯矩,因而可能会使结构的底层柱的配筋偏少。(注:底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层。)
  《抗震规范》第6.2.3条规定如下:一、二、三级框架结构的底层,柱下端截面组合的弯矩设计值,应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。底层柱纵向钢筋宜按上下端的不利情况配置。(相应第6.2.3条文说明:框架结构的底层柱底过早出现塑性屈服,将影响整个结构的变形能力。底层柱下端乘以弯矩增大系数是为了避免框架结构柱脚过早屈服。对框架-抗震墙结构的框架,其主要抗侧力构件为抗震墙,对其框架部分的底层柱底,可不作要求。
其二,仅假定拉梁层为地下室,将框架柱嵌固在地下室顶面,即拉梁层顶面处进行结构整体计算,这时结构的底层柱下端截面弯矩增大系数是增大拉梁层顶面处结构的底层柱下端截面的弯矩,因而可以使拉梁层顶面以上结构底层框架柱的配筋合理,但拉梁层顶面以下,基础顶面以上框架柱的配筋,及拉梁层拉梁的配筋和结构底层顶部框架梁的配筋就未必合理。
  所以,设置拉梁层的框架结构,应 体计算。配筋取俩者中的较大值
  拉梁的设计设置,计算还会影响到地基基础,工程师应根据具体情况,具体分析。根据拉梁的位置不同,地基基础是否考虑上部的结构的弯矩,也是拉梁甚至基础设计重要的一环。

2 在正负零附近设拉梁层,一定要注意不能让拉梁层凸出到室外地面上(比如本项目内庭院标高-0.45,那么该处的柱子在-0.1就不能设置拉梁,否则凸出到地面上了,而应避让,可以局部降下去。)
3还应注意不能让拉梁和地沟管线碰头。



再删除闷顶层和设置拉梁层后,起控制作用的位移释放了很大空间,梁柱截面也都可以减小不少,并且配筋尤其首层配筋也降下来了。加上本次时间稍微充裕,把周期等参数也调整优化了一下,最终按照新的模型重新出了一套图纸。
(新模型的参数以及截面对比图)


二、总结起来设计失误的点也有以下三点:

1.本身模型的参数不太好。尤其是三个周期的平动系数扭转系数。

2.没有注意到一层在配筋阶段的模型因为后期一些小的改动越过了临界值,悄然变为了薄弱层,地震剪力放大了1.25倍。导致一层梁柱配筋很大。

3.构件截面偏大,第一遍设计时主要是位移1/550卡的。失误点体现在两个方面。一是:对闷顶层的去留在一开始就欠下了账,没有仔细斟酌清楚,最终还是换回去了,第二点是对拉梁层设置的位置一直持有惯性思维,一直都习惯于设置到基础顶。

三、教训经验和结论:

1.不管项目时间再紧,模型一定要调整到比较合理的程度在开始画图,前期如果有什么问题没落实到位一定要及时落实,包括跟甲方沟通,否则出来混迟早是要还的。

2.注意画配筋图前也要再把模型参数从头到尾检查一遍。

3.技术上,对于这种类似低层或多层框架结构,拉梁层设在首层会对位移以及首层柱配筋有比较大的影响,另外,对于高烈度区,“以柔克刚”在减小构件截面配筋甚至减小结构整体位移都很有效果。

4.心态上,不要觉得自己设计的作品被提出了意见就是麻烦,相反,恰好是进步优化的地方。另外,遇到问题一定要主动去解决,不要去被动等。笔者这次设计其实问题不小,其实一开始心里也很烦躁,不想面对。但想通后第一时间跟甲方沟通了解意见后,很早开始建模对比,分析,最后比较快的解决了问题,没有因此受到领导责罚,相反,甲方满意,领导也看到了我的积极性,最终自己也收获了不少,所以还是马克思原理讲的好,往往问题和麻烦里都蕴藏着机会。
与君共勉~








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qq_1409295180291
2016年11月02日 17:11:26
3楼
小彩蛋之建坡屋面层间梁:
普通上节点高 建一层斜梁 然后再用梁顶标高关系建另一层。注意 梁顶标高 与 梁两端的节点上节点高有密切联系。见附图
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o如梦无痕o
2016年11月02日 17:14:44
4楼
除非闷顶层有实际使用功能要求 要不然 做结构闷顶层绝对是十分费钱 费事 结构设计麻烦的做法。
这个观点我很早就已经对比分析过。
好长时间没有这有的新手总结的帖子了
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qq_1409295180291
2016年11月02日 17:21:27
5楼
如梦无痕…… 发表于 2016-11-2 17:14 除非闷顶层有实际使用功能要求 要不然 做结构闷顶层绝对是十分费钱 费事 结构设计麻烦的做法。这个观点我 …刚发还在编辑就被前辈看到指点,好荣幸啊。谢谢鼓励,我会继续加油的。现在单位比较闲,刚好没事就总结总结啦~哈哈
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qiangxq1
2016年11月03日 07:39:27
6楼
谢谢楼主分享
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jszxwsw
2016年11月03日 08:09:37
7楼
本帖最后由 jszxwsw 于 2016-11-3 08:10 编辑

浪费太大,高规。。。。。。。。。。。。。。。。?模型也不合理!
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仁者唯心
2016年11月03日 08:30:04
8楼
闷顶的施工难度也大。
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qq_1409295180291
2016年11月03日 09:17:34
9楼
jszxwsw 发表于 2016-11-3 08:09 浪费太大,高规。。。。。。。。。。。。。。。。?模型也不合理!是的浪费比较大,模型您有什么建议呢?
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鬼公子
2016年11月03日 10:53:05
10楼
学习 学习
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林夕一梦
2016年11月03日 13:59:18
11楼
总结的很不错,继续努力。拉梁的分析还有待商榷,拉梁提高后,应该是一个层,此时应该是框架梁,也有人叫地梁;这样整个模型就会多一个层,一个模型就可以了,不用俩模型。你既然用了该梁减少层高,就不能按拉梁算了,包络的说法不合适。

mdx007

包络设计是朱丙寅说的

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