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時(shí)間：2023-08-11 09:14:36
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前言
隨著我國公路工程投資建設(shè)規(guī)模的快速發(fā)展，作為公路工程附屬結(jié)構(gòu)的涵洞的數(shù)量與日俱增。國內(nèi)一些管理單位、高等院校以及設(shè)計(jì)單位通過對一些已建高速公路涵洞進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)多的涵洞存在病害，譬如：洞身不均勻沉降導(dǎo)致路面開裂；涵洞滲水、積水；洞身局部開裂；沉降縫錯(cuò)位、撕裂等等，不一而足。
1 涵洞定義
根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)》(以下簡稱《通用規(guī)范》)第1.0.11條規(guī)定，橋梁和涵洞以單孔跨徑5m為界，單孔跨徑
2 設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范
與橋梁相比，涵洞的技術(shù)復(fù)雜程度較低、工程規(guī)模較小。但，因?yàn)樗鼨M穿公路，又不同于路外一般的排水構(gòu)造物，結(jié)構(gòu)措施不到位或地基處理不當(dāng)都可能會(huì)產(chǎn)生病害并危及道路安全。
在《細(xì)則》頒布前，公路涵洞沒有專用設(shè)計(jì)規(guī)范，僅在《通用規(guī)范》和《公路場工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D61-2005)中能見到一些原則性的、簡單的規(guī)定，所占篇幅較少。設(shè)計(jì)人員采用的設(shè)計(jì)規(guī)范具有較大的隨意性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員往往首先采用自己最熟悉的本專業(yè)的規(guī)范，如：建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范、給排水結(jié)構(gòu)規(guī)范、橋梁規(guī)范或水工規(guī)范等等，甚至經(jīng)常出現(xiàn)混用不同規(guī)范體系的情況，這是很不合理的，可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果在安全度、適用性方面留下隱患。隨著《細(xì)則》的頒布實(shí)施，公路涵洞設(shè)計(jì)以公路體系規(guī)范作為設(shè)計(jì)依據(jù)，規(guī)范體系較為完整、全面，也更具針對性。
2.1 規(guī)程、規(guī)范的使用原則建議
2.1.1 建議以公路規(guī)范體系作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
2.1.2 不同規(guī)范體系不能混用。雖然結(jié)構(gòu)專業(yè)現(xiàn)行各規(guī)范體系基本都遵照以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，但各規(guī)范體系所采用的目標(biāo)可靠指標(biāo)可能不同，如表1所示。各規(guī)范體系的材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)、荷載分項(xiàng)系數(shù)、荷載組合規(guī)定、計(jì)算公式都不盡相同。顯而易見，混用規(guī)范體系很容易造成設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠度不足或偏大，因此，應(yīng)避免這種做法。
2.1.3 各規(guī)范體系雖不能混用，但可以相互補(bǔ)充、局部引用。這主要指一些特定荷載的取值和計(jì)算方法、一些特定結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析方法、特定的構(gòu)造措施等在不同規(guī)范體系之間的取長補(bǔ)短和相互借鑒。例如:過路圓形管涵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以部分借鑒排水管道規(guī)范，因?yàn)榕潘艿酪?guī)范關(guān)于管道及接口、管基的內(nèi)容要比《細(xì)則》更為詳盡，也更加權(quán)威。應(yīng)該特別注意的是，為了避免混用規(guī)范體系，在局部引用其它體系規(guī)范時(shí)，一定要在設(shè)計(jì)依據(jù)中明確指出引用某規(guī)范的某一章節(jié)，甚至某一公式。那種將所能想到的規(guī)范名稱統(tǒng)統(tǒng)列在設(shè)計(jì)說明書中的做法是不可取的。
2.2 建議采用的設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范
《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004) ;《公路涵洞設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D65-04-2007);《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004);《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JT-GD63-2007) ; 《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 ( JTJ 004-89);《公路污工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D61-2005) ;《給水排水工程埋地預(yù)制混凝土圓形管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(CECS 143 ：2002)第6一8章;《給水排水工程混凝土構(gòu)筑物變形縫設(shè)計(jì)規(guī)程》( CECS117：2000);《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》 (CCES 01-2004,2005年修訂版)。以上規(guī)程、規(guī)范應(yīng)隨著版本的不斷更新采用最新頒布施行的版本。根據(jù)工程的具體情況，這些規(guī)范可適當(dāng)取舍。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
3.1 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期
《通用規(guī)范》第1.0.6條規(guī)定:公路橋涵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年。
3.2 設(shè)計(jì)使用年限
國務(wù)院頒布的《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例》第二十六條明確規(guī)定“編制施工圖設(shè)計(jì)文件，應(yīng)當(dāng)滿足設(shè)備材料采購、非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制作和施工的需要，并注明建設(shè)工程合理使用年限”。
目前，我國公路體系規(guī)范對于橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限未做規(guī)定，這不僅與國際慣例不符，也與我國《建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例》的要求相背離。國際上對橋隧等基礎(chǔ)設(shè)施工程的設(shè)計(jì)使用年限多為100年，且有進(jìn)一步延長的趨勢。如:歐共體規(guī)定為100年，美國規(guī)定為不小于75-100年，日本建筑學(xué)會(huì)規(guī)范規(guī)定為100年；在國內(nèi)，現(xiàn)行鐵路、地鐵規(guī)范明確規(guī)定為100年，工民建規(guī)范規(guī)定為5-100年，且均為強(qiáng)制性條文。顯然，在這方面我國公路體系規(guī)范已欠全面。為了適應(yīng)國際化發(fā)展趨勢并滿足國內(nèi)法律法規(guī)的要求，公路橋涵逐步完善設(shè)計(jì)使用年限的規(guī)定勢在必行，設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)人員對此應(yīng)有足夠的認(rèn)識。
設(shè)計(jì)使用年限指的是“正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用、正常維護(hù)”條件下工程在技術(shù)性能上能滿足安全和使用要求的最低年限?？梢钥闯?，體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員責(zé)任的最主要部分是“正常設(shè)計(jì)”，內(nèi)容包括采用合適的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、采用正確的原則和方法進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)以及足夠耐久性的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)文件中列出設(shè)計(jì)使用年限并非意味著設(shè)計(jì)單位或個(gè)人單方面對設(shè)計(jì)使用年限的獨(dú)立承諾，它要靠設(shè)計(jì)、施工、管理與維護(hù)各方的共同努力來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)中國土木工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》(以下簡稱《指南》)第3.2.2條，公路混凝土涵洞的設(shè)計(jì)使用年限分級為一、二級，對應(yīng)的設(shè)計(jì)使用年限分別為100年、50年。見表2。
這樣的規(guī)定是合適的，雖然涵洞的技術(shù)復(fù)雜程度較低、工程規(guī)模較小，但其維修、翻建或拆除不僅會(huì)影響路面結(jié)構(gòu)，而且會(huì)影響到路基，不僅會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，對交通的干擾也很大，會(huì)嚴(yán)重影響道路的使用功能。
3.3 安全等級和結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)
建議涵洞結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0。
《通用規(guī)范》第1.0.6條、《細(xì)則》第9.1.2條規(guī)定:涵洞結(jié)構(gòu)的安全等級為三級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=0.9，標(biāo)準(zhǔn)偏低，與《指南》規(guī)定的涵洞的設(shè)計(jì)使用年限不匹配。換個(gè)角度考慮，正因?yàn)楹丛谡麄€(gè)道路工程中所占比重較小，適當(dāng)提高其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還是劃算的。
中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0098-06
1 工程概況
烏魯木齊市外環(huán)快速路道路擴(kuò)容改建工程（二期）A1標(biāo)段主線Pn2001～Pn2037共37片蓋梁因處于山坡地帶、兩側(cè)為既有道路，且墩柱高度較高、下部地基承載力差等原因，無法采用滿堂支架法施工蓋梁，根據(jù)現(xiàn)場場地受限的實(shí)際情況在墩柱頂部預(yù)留孔洞采用剪力棒法施工蓋梁。
2 蓋梁支架結(jié)構(gòu)
由于墩高較高，蓋梁的施工采用三角斜腿托架支撐的形式。墩身上預(yù)留孔洞按圖穿插剪力棒，將三角托架通過剪力棒銷接于啞鈴型墩身上。剪力棒直徑為100 mm，剪力棒上下間距1.6 m，橫向中心間距2.7 m。然后在三角托架上部放置工字鋼墊梁，墊梁上放置貝雷梁組合架，貝雷梁組合架上放置I16工字鋼分配梁，分配梁上支立間距為60×60 cm的碗扣支架，碗扣支架上放置I14的工字鋼橫梁，橫梁上放置定型鋼模底模板，這樣就搭設(shè)好了整個(gè)蓋梁的施工平臺。如圖1所示（未示碗扣支架）。
3 設(shè)計(jì)荷載
蓋梁為變截面蓋梁，最高處為2.549 m，最矮處為1.669 m，長度為17.5 m，混凝土一次澆筑完成。
鋼筋混凝土容重取為26.5 kN/m3。
4 設(shè)計(jì)控制因素
（1）撓度控制：最大撓度控制在L/400以內(nèi)。（2）受力控制：Q235B型鋼按150 MPa控制，碗扣支架立桿在步距60c m的情況下容許值按[N]=40 kN計(jì)算。
5 碗扣支架受力計(jì)算
由于該梁為變高截面，按最大梁高處計(jì)算碗扣鋼管承載力。梁高為2.549m，鋼管間距0.6×0.6m，單根鋼管承擔(dān)的混凝土重量；NG=1.3×2.549×0.6×0.6×26.5=31.6kN
6 分配梁計(jì)算
6.1 分配梁受力情況
分配梁采用I16工字鋼，垂直分布在貝雷梁組合結(jié)構(gòu)頂面，圖2所示。
根據(jù)蓋梁的截面積可以計(jì)算出，單根立桿承載情況如下：中間兩根立桿承受的蓋梁混凝土面積是2.8 m2，分配梁間距是60 cm，那么該部分混凝土荷載就是：
2.8m×0.6m×26.5kN/m3×1.2≈54kN
則每根立桿承受的荷載就是27kN。對于外側(cè)兩根立桿，主要承受模板荷載及部分混凝土荷載，最外邊立桿受力按5kN考慮，次外邊的立桿按15 kN考慮，那么可以根據(jù)該受力情況進(jìn)行分配梁的計(jì)算。
6.2 分配梁結(jié)構(gòu)計(jì)算
6.2.1 分配梁計(jì)算模型
見圖3。
6.2.2 分配梁反力
見圖4。
從分配梁的反力可知，單側(cè)的兩片貝雷梁受力完全不同，因此在施工時(shí)，兩片貝雷梁需要并列放置，并單獨(dú)加工橫向連接支撐架，并與橋墩另外一側(cè)的兩片貝雷梁一同連接起來，形成共同受力體系。如果兩片貝雷梁并列放置，那么可以看作是共同受力，從上面的計(jì)算可知，兩片貝雷梁承受的豎向力之和是5.6t-0.9t=4.7 t，那么每片貝雷梁承受的荷載就是2.35 t（每60cm間距），均布荷載大小就是：2.35 t÷0.6m=3.92 t/m。
6.2.3 分配梁位移
見圖5。
可見，分配梁的位移很小，即碗扣支架立桿的豎向位移很小，能夠滿足要求。
6.2.4 分配梁應(yīng)力
見圖6。
分配梁的應(yīng)力最大是58 MPa，小于容許值150 MPa，能夠滿足要求。
6.3 貝雷梁結(jié)構(gòu)計(jì)算
6.3.1 貝雷梁計(jì)算模型
為簡化計(jì)算，將貝雷梁看做單根梁進(jìn)行計(jì)算，而不是看做桁架進(jìn)行計(jì)算，貝雷梁的剛度I=250497.2cm4，采用工字鋼模擬剛度進(jìn)行檢算。貝雷梁承受的均布荷載最大處是3.92 t/m（按4 t/m計(jì)算），端部則是3 t/m，如圖7所示：
6.3.2 貝雷梁反力
見圖8。
單片貝雷梁的支撐反力是28.1t，那么三角架承受的荷載就是2×28.1t=56.2t。
6.3.3 貝雷梁位移
見圖9。
6.3.4 貝雷梁彎矩
見圖10。
貝雷梁最大彎矩是55 tm，小于容許值78 tm，能夠滿足要求。
6.3.5 貝雷梁剪力
見圖11。
貝雷梁最大剪力是20 t，小于容許值24 t，能夠滿足要求。
7 三角托架計(jì)算
7.1 三角托架受力情況
三角托架焊接為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，在橋墩的單側(cè)采用雙25 b槽鋼焊接而成，采用剪力棒與墩身預(yù)留孔洞相連，三角托架上放置橫向的工字鋼墊梁，墊梁上則放置的是貝雷梁，圖12所示。
7.2 三角托架上墊梁受力計(jì)算（圖13）
工字鋼墊梁采用雙25 b槽鋼，承受貝雷梁傳遞的集中荷載28.1 t，應(yīng)力計(jì)算雙25 b槽鋼墊梁的組大應(yīng)力是127.3 MPa，小于150 MPa，滿足要求。
7.3 三角托架受力計(jì)算
7.3.1 計(jì)算模型
見圖14。
7.3.2 位移
見圖15。
最大位移2 mm。
7.3.3 應(yīng)力
見圖16。
最大應(yīng)力110 MPa，小于容許應(yīng)力150 MPa，滿足要求。
7.3.4 反力
見圖17。
上端剪力棒承受的力是58 t，下端則承受的是水平及豎向力的合力82 t。用此力來進(jìn)行剪力棒的檢算。
8 剪力棒計(jì)算
從上面的三角架計(jì)算可知，剪力棒承受的最大荷載是82 t，由于三角架桿件是雙25 槽鋼口對口焊接而成，剪力棒承受的荷載圖18所示。
剪力棒的直徑是100 mm，承受82 t的剪切力荷載，那么剪力棒的剪應(yīng)力是：
τ=1.5×820kN×（3.14×100mm×100mm
÷4）=157MPa
采用Q345B材質(zhì)，其抗剪容許應(yīng)力是160 MPa，滿足要求。
9 墩柱偏心受壓檢算
9.1 計(jì)算荷載
由于三角托架安裝好后，承受貝雷梁傳遞的荷載，而三角托架傳遞給墩柱的則是偏心受壓荷載，偏心距是2.055 m，偏心力是56.2 t×2=112.4 t。下面根據(jù)墩柱的配筋進(jìn)行其偏心受壓計(jì)算：
偏心彎矩M=231 tm；豎向力N=112.4 t。
9.2 設(shè)計(jì)資料（圖19）
混凝土：C30fc=14.30 N/mm2
主筋：HRB335（20MnSi）fy=300N/mm2Es=2.000×105N/mm2
箍筋：HRB335（20MnSi）fyv= 300N/mm2
受拉鋼筋合力中心到近邊距離as=35 mm
尺寸：b×h×l0=2000×1500×20000 mm
h0=h-as=1465mm
彎矩Mx：2310.00kN?m
壓力設(shè)計(jì)值：N=1124.00kN
配筋方式：對稱配筋
9.3 計(jì)算結(jié)果
9.3.1 主筋，
（1）計(jì)算偏心距ei
附加偏心距，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.3，取20 mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30兩者中的大值。
ea=max（20，h/30）=50.00mm
ei=e0+ea=2055+50.00= 2105.00mm
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.10-2
=19.08>1，取ζ1=1.0
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.10-3
ζ2=
1.02
因?yàn)閘0/h=13.33
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.10-1
η=
=×
1.09
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.4-3，軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋的合力點(diǎn)的距離：
e=ηei+h/2-as=1.09×2105.00+ 1500/2-35=3006.03mm
軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受壓鋼筋的合力點(diǎn)的距離：
e's=ηei-h/2+as'=1.09×2105.00 -1500/2+35=1576.03mm
（2）相對界限受壓區(qū)高度ξb。
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.1.2-5
εcu=0.0033-（fcu，k-50）×10-5=0.0033
-（30-50）×10-5=0.0035>0.0033
取εcu=0.0033
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范公式（7.1.4-1）
ξb=
=0.55
（3）配筋率范圍。
抗震等級為非抗震結(jié)構(gòu)，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范10.3.1ρmax=0.050
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范9.5.1，取ρmin=0.0060
（4）計(jì)算ξ。
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.1.3 α1= 1.00
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范式7.3.4-1
N≤α1fcbx+f'yA's-σsA
當(dāng)采用對稱配筋時(shí)，可令
f'yA's=σsA
因此
ξ=
=0.0268
（5）計(jì)算As。
按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.2.5，有
As=
=4129.28mm2
取As=9000.00mm2
實(shí)際配筋：
15B32+15B32，As=24127.43mm2
可見滿足要求。
9.3.2 計(jì)算箍筋
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范10.3.2，實(shí)際配置箍筋
B16@100
其中s為箍筋間距，Asv為箍筋總面積
9.3.3 軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算
（1）計(jì)算鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。
l0/b=20000/1500=13.33
其中b為截面的短邊尺寸
查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表7.3.1并插值得=0.930
（2）驗(yàn)算垂直于彎矩作用平面的受壓承載力。
按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.1
Nu=0.9（fcA+2f'yA's）
=0.9×0.930×（14.30×3000000.00+2×300.00×24127.43）
=48024096.14N>N=1124000N
可見滿足要求。
經(jīng)過設(shè)計(jì)檢算，擬采用穿剪力棒法滿足蓋梁受力要求，可以組織施工。
10 剪力棒法蓋梁施工工藝
10.1 預(yù)留孔設(shè)置
當(dāng)墩柱澆注至預(yù)留孔設(shè)計(jì)高度時(shí)，在相應(yīng)位置預(yù)埋，管徑為110mmPVC管，預(yù)留管安裝位置為蓋梁底部以下380 cm、540 cm，預(yù)留孔距墩柱外側(cè)為34.5 cm。需注意的是預(yù)留管安裝前管口封口，避免混凝土充填。
10.2 拖架的預(yù)壓
托架預(yù)壓的目的是：（1）通過預(yù)壓的手段檢驗(yàn)支架整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)受力的情況，確保支架在施工過程中絕對安全；（2）通過預(yù)壓掌握支架的彈性變形和非彈性變形的大小，更加準(zhǔn)確地掌握支架的剛度等力學(xué)性能，控制立模標(biāo)高，確保蓋梁施工質(zhì)量、標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
10.3 底模調(diào)校
根據(jù)預(yù)壓結(jié)果調(diào)整底模高程，底模高程調(diào)整通過調(diào)整鋼管頂托來實(shí)現(xiàn)：先用水準(zhǔn)儀從水準(zhǔn)點(diǎn)把標(biāo)高引到任意一個(gè)柱頂上，然后把儀器架在另一個(gè)柱頂上調(diào)校底板標(biāo)高，調(diào)校時(shí)按照從一端到另一端的順序依次調(diào)校（測量時(shí)應(yīng)測每兩塊模板接縫處），調(diào)校時(shí)考慮彈性變形影響預(yù)留超高值，底板調(diào)校完畢后應(yīng)再復(fù)測一次，確保高程準(zhǔn)確。使用全站儀在墩柱上放出蓋梁中心線，調(diào)整蓋梁底模板使蓋梁底模板中線與放樣線重合。底模調(diào)校完畢后應(yīng)對柱頂混凝土進(jìn)行鑿毛清洗處理，鑿毛后的柱頂標(biāo)高應(yīng)高于底板1～2 cm，以便柱頭嵌入蓋梁內(nèi)，最后對底模涂刷脫模劑。
10.4 蓋梁鋼筋骨架及預(yù)應(yīng)力筋的制作與安裝
蓋梁鋼筋骨架在鋼筋加工場焊接綁扎完成，首先是鋼筋主骨架的綁扎，鋼筋主骨架采用在已硬化好的地面上用墨線按設(shè)計(jì)骨架尺寸在地面上畫出主骨架尺寸，按樣圖進(jìn)行骨架焊接，以保證骨架鋼筋偏差控制在允許偏差范圍內(nèi)。在綁扎主骨架時(shí)，可用碗扣支架及I16工字鋼搭設(shè)安裝平臺。待安裝好主骨架鋼筋后，需按設(shè)計(jì)要求安裝預(yù)應(yīng)力波紋管道，波紋管的安裝嚴(yán)格按預(yù)應(yīng)力鋼束坐標(biāo)布置，偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，以確保孔道直順、位置準(zhǔn)確。在孔道布置中要做到：不死彎，不壓、擠、踩、踏，防損傷；發(fā)現(xiàn)波紋管損傷，及時(shí)以膠帶或接頭管封堵，嚴(yán)防漏漿。坐標(biāo)定位后，按設(shè)計(jì)要求間距焊接定位網(wǎng)片，使鋼束成為一圓順的曲線?？椎腊惭b固定完成后，進(jìn)行鋼絞線穿束。穿束時(shí)需多人配合進(jìn)行穿束對編好束的鋼絞線進(jìn)行，穿束的過程中要隨時(shí)注意平衡使勁，避免盲目的用勁，導(dǎo)致波紋管位置發(fā)生偏移。穿束時(shí)還應(yīng)注意，兩端外露的鋼絞線長度保持一致。根據(jù)實(shí)際情況，考慮孔道長度、千斤頂、錨具和端頭預(yù)留長度等因素，一般下料長度按孔道長度加2×85 cm計(jì)算。完成上述工作后，用炮車將加工好的成型的蓋梁鋼筋骨架運(yùn)至工地現(xiàn)場，采用合適的吊車進(jìn)行起吊。起吊時(shí)應(yīng)布置合理的吊點(diǎn)，采用工字鋼作為扁擔(dān)起吊，以免骨架變形。
10.5 蓋梁模板制作安裝
為了使成品混凝土外光內(nèi)實(shí)，蓋梁模板采用定型鋼模。蓋梁鋼筋定位后，支立側(cè)模，蓋梁側(cè)模為大塊定型鋼模，前后對拉桿定位，模板外縱橫設(shè)槽鋼背肋。底模與側(cè)模連接，不得有錯(cuò)臺。連接處夾雙面海綿膠條，以防漏漿，外模加固通過底模下設(shè)置鋼筋拉桿和梁頂設(shè)置拉桿來實(shí)現(xiàn)。安裝端模時(shí)將波紋管逐根入內(nèi)，錨墊板安裝完成后，應(yīng)檢查波紋管是否處于正確位置。蓋梁中的各種預(yù)埋件應(yīng)在模板安裝時(shí)一并埋設(shè)，并采取可靠的穩(wěn)固措施，確保安裝位置準(zhǔn)確。
10.6 混凝土澆筑
蓋梁混凝土按照“由中間向兩側(cè)” 對稱澆筑的順序進(jìn)行。蓋梁混凝土澆筑前，應(yīng)復(fù)核墩頂標(biāo)高、平面尺寸、預(yù)拱度設(shè)置是否符合設(shè)計(jì)要求，檢查波紋管、預(yù)埋件的位置是否正確，波紋管表面是否有孔洞，發(fā)現(xiàn)孔洞用膠帶密封，以防澆筑砼時(shí)砂漿漏進(jìn)波紋管內(nèi)。錨墊板位置確保垂直于管道軸線，與模板間緊密，堵塞嚴(yán)密不漏漿?；炷辽唐讽?，采用自轉(zhuǎn)式砼罐車運(yùn)送至現(xiàn)場，泵送入模。蓋梁混凝土應(yīng)在砼初凝前一次澆筑完成，并注意加強(qiáng)，保證砼密實(shí)。振搗時(shí)要注意不觸及波紋管和錨具，砼澆筑過程中要派專人檢查模板、固定螺栓和支撐是否有松動(dòng)和脫落，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)處理。在混凝土澆筑完成后，及時(shí)養(yǎng)護(hù)。采用灑水養(yǎng)護(hù)，蓋梁頂覆蓋塑料薄膜，其上加無紡布保濕、保溫，灑水次數(shù)應(yīng)能保持砼表面充分濕潤，養(yǎng)生時(shí)間一般為7天，每天灑水次數(shù)視環(huán)境濕度與溫度控制，灑水以能保證混凝土表面保持濕潤狀態(tài)為好，養(yǎng)生期內(nèi)不得使砼受外力作用。
10.7 預(yù)應(yīng)力施工
蓋梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，且齡期不小于7 d時(shí)，可按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行張拉。張拉前對千斤頂和油泵、油表（一泵兩塊）進(jìn)行配套標(biāo)定，并計(jì)算出張拉力、油壓關(guān)系曲線公式，選取具有國家專業(yè)資格認(rèn)證的試驗(yàn)檢測單位進(jìn)行標(biāo)定。張拉前清理干凈錨具、墊板接觸處板面的混凝土殘?jiān)Ｔ趶埨恢么钤O(shè)簡易支架或吊架，配以導(dǎo)鏈等將千斤頂就位。張拉鋼絞線束要對稱張拉，采用雙控，以張拉力為主，伸長量作為校核，伸長量誤差容許在±6%以內(nèi)。張拉前進(jìn)行管道摩阻、喇叭口摩阻等預(yù)應(yīng)力瞬時(shí)損失測試，根據(jù)試驗(yàn)測得結(jié)果調(diào)整張拉力。當(dāng)張拉完畢油表回零后，鋼絞線回縮量允許回縮6 mm，當(dāng)超過此值，則認(rèn)為滑絲，必須進(jìn)行處理并補(bǔ)足噸位錨固。
10.8 管道真空壓漿
張拉完畢后在24 h內(nèi)進(jìn)行壓漿，壓漿采用PE真空輔助壓漿技術(shù)，壓漿設(shè)備選用UB-3型水環(huán)真空泵4臺及其配套灌漿泵、閥門等設(shè)備。壓漿前管道內(nèi)應(yīng)清除雜物及積水，壓入管道的水泥漿應(yīng)飽滿密實(shí)，強(qiáng)度等級不小于設(shè)計(jì)。
10.9 錨穴式封端
將露出錨具外部多余的預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用砂輪機(jī)切割，嚴(yán)禁使用電焊機(jī)切割。對錨具進(jìn)行防水、防銹處理，然后設(shè)置錨穴內(nèi)鋼筋網(wǎng)，微膨脹砼進(jìn)行封端。封端時(shí)把梁端上面橫隔墻以及下面橫隔墻上邊緣處鋼筋鑿露出來，把梁體縱向鋼筋順橋中線調(diào)直，或者用φ12的鋼筋彎成L型與梁體鋼筋焊接接長，焊接長度為6cm。端部砼接口砼鑿毛，清掃鑿除的砼表面浮碴，綁扎封端鋼筋網(wǎng)片。伸縮縫預(yù)埋板安裝，立模灌筑砼。
10.10 模板與支架拆除
當(dāng)蓋梁混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到2.5 Mpa時(shí)，并保證不致因拆模而受損壞時(shí)，可拆除蓋梁側(cè)模板。拆模時(shí)，可用錘輕輕敲擊板體，使之與混凝土脫離，再用吊車拆卸，不允許用猛烈地敲打和強(qiáng)扭等方法進(jìn)行，并吊運(yùn)至指定位置堆放。模板拆除后，及時(shí)清理模板內(nèi)雜物，并進(jìn)行維修整理，以方便下次使用。一般在張拉壓漿完成兩天后即可拆除支架，遵循從“跨中向支座依次循環(huán)卸落支架”的原則，具體拆除的順序：先拆除跨中部分，然后由中間向兩邊對稱拆除，使蓋梁逐漸受力，防止因突然受力引起裂紋等。
11 結(jié)語
剪力棒法在市政高墩蓋梁上的應(yīng)用，為項(xiàng)目節(jié)約了大量的周轉(zhuǎn)材料，縮短了施工周期，加快了施工進(jìn)度。實(shí)踐證明市政高架橋梁在場地受限的地理?xiàng)l件下，高墩長懸挑蓋梁施工中是完全適用的。
參考文獻(xiàn)
中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
一、前言
近年來，我國在化工廠管廊結(jié)構(gòu)的建設(shè)中取得了很大的成績，但隨之而來的設(shè)計(jì)方面的問題也越來越多。新時(shí)期下，我們要加強(qiáng)對化工廠管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的分析，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出合理的管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，解決因設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生的問題。
二、必要性
管廊結(jié)構(gòu)作為最常見的結(jié)構(gòu)形式，一直以來就存在范圍較廣、數(shù)量眾多的特點(diǎn)，并伴隨著我國近年來石化行業(yè)的大發(fā)展，裝置規(guī)模越做越大，管廊相應(yīng)也日趨大型化、復(fù)雜化。因此有必要深入了解其結(jié)構(gòu)特性，重視其不同形式間的工程用量比較，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以使管廊設(shè)計(jì)在技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、工程上安全可靠。
三、化工廠管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、管廊寬度的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
在對化工工廠內(nèi)管廊進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)P&ID作出管廊管道走向圖，對管廊上管道數(shù)量和管徑大小進(jìn)行確定。在計(jì)算管間間距總和時(shí)，應(yīng)當(dāng)將管廊上管道最大密度處作為計(jì)算依據(jù)，得出管廊寬度，并預(yù)留出20%-30%的增添管道余量。同時(shí)，在計(jì)算過程中還應(yīng)當(dāng)考慮保溫和伴熱管線的保溫層厚度，以及應(yīng)力管線在管廊上的徑向位移量。
2、管廊的高度設(shè)計(jì)要點(diǎn)
化工工廠內(nèi)的管廊在道路上橫穿時(shí)，其凈空高度必須大于4.5m；在大型消防車通行的情況下，其凈空高度必須大于5m；若設(shè)有人行通道，則管廊凈空高度必須大于2.2m；若管廊采用桁架時(shí)，還必須根據(jù)桁架底高進(jìn)行計(jì)算。為了提高管廊空間的利用效率，應(yīng)在管廊下布置泵，在布置泵時(shí)要充分考慮泵的維護(hù)操作問題，所以要預(yù)留超過3.5m的空間。若需要布置換熱器，還必須考慮換熱器的安裝高度及其上方配管所需的空間。
四、管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1、縱梁式管架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
縱梁式全鋼外管架一般以一個(gè)溫度區(qū)段作為計(jì)算單元。按 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2003）要求，除了對其強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性以及連接強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算外 ，在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中還應(yīng)注意以下問題。
(1)橫梁承受管道的豎向荷載和水平推力 ，按雙向受彎兼受扭構(gòu)件計(jì)算 ，計(jì)算單元范圍內(nèi)的管道推力作用于固定點(diǎn)橫梁上 ，該橫梁截面宜做成抗扭強(qiáng)勁的矩形封閉形式 ，以減少扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力。
(2)縱梁承受軸向水平力和由橫次梁所傳遞的垂直荷載，由于水平力作用在橫次梁頂面 ，應(yīng)計(jì)算偏心而引起的附加彎矩 ，因此縱梁應(yīng)按拉彎或壓彎桿件計(jì)算。
(3)平面鋼桁架斜腹桿宜盡量設(shè)計(jì)為拉桿 ，充分發(fā)揮鋼材的受拉特性 ，節(jié)省鋼材 ，當(dāng)管道較少時(shí) ，宜采用立體空間桁架 ，可減少水平支撐的用鋼量。
2、桁架式管架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
（1）橫梁--在垂直荷載作用下按兩端鉸接于桁架的簡支梁計(jì)算，在縱向水平推力（即小管線的固定點(diǎn)彈性力或管道的摩擦力）作用下則按兩端嵌固與桁架的固接梁計(jì)算。對一般橫梁按雙向受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，對固定管架的橫梁，還應(yīng)計(jì)算由水平推力所產(chǎn)生的扭矩。
（2）桁架--在垂直荷載作用下按兩端簡支于管架柱的靜定下承式平行弦桁架計(jì)算，對管道及桁架的風(fēng)荷載則由兩榀桁架的上弦桿（或下弦桿）與上弦水平支撐（或下弦水平支撐）組成的水平桁架承擔(dān)。桁架即承擔(dān)管道的軸向水平力和由橫梁所傳遞的垂直荷載，同時(shí)可能還承擔(dān)著有轉(zhuǎn)彎管道時(shí)所傳遞來的荷載，由于水平力作用在橫梁頂面，在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮由于偏心而引起的附加彎矩，因此桁架按拉彎或壓彎桿件計(jì)算。桁架的撓度控制在1/500L。
（3）活動(dòng)管架―在管道徑向（即平面內(nèi)，橫向）按剛接框架計(jì)算，在管道軸向（即平面外，縱向）按兩端鉸接構(gòu)件計(jì)算。縱向水平力由柱間支撐或固定管架承擔(dān)，一般取一個(gè)溫度區(qū)段作為一個(gè)計(jì)算單元。
（4）固定管架―在管道徑向（即平面內(nèi)，橫向）按剛接框架計(jì)算，在管道軸向（即平面外，縱向）按兩端鉸接構(gòu)件計(jì)算。
3、管架的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)
一般管架的抗震設(shè)防類別為丙類，對于抗震設(shè)防烈度位8度和8度一下的地區(qū)可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算，但應(yīng)按照《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50191）采取抗震措施。符合下列條件之一者應(yīng)進(jìn)行橫向水平地震作用驗(yàn)算：
（1）管架上直徑大于等于500mm的管道多余或等于三根時(shí)；
（2）容易產(chǎn)生較大次生災(zāi)害的單根管道，直徑大于等于500mm時(shí)；
（3）管架上有直徑大于等于1000mm的管道時(shí)；
（4）管架頂部支承空冷器等重型設(shè)備時(shí)；
（5）設(shè)有重型頂蓋的管架；
三層及三層以上管架應(yīng)進(jìn)行橫向及縱向地震作用驗(yàn)算； 當(dāng)抗震設(shè)防烈度位8度時(shí)，大直徑管道跨度大于或等于24m、管廊式管架的桁架跨度大于或等于24m以及長懸臂管架應(yīng)驗(yàn)算豎向地震作用。
4、有振動(dòng)管道的管架設(shè)計(jì)要點(diǎn)
當(dāng)管架上敷設(shè)的振動(dòng)管道重量占全部管道重量30%以上時(shí)，可定位有振動(dòng)管道的管架。此種管架宜采用桁架式、縱梁式的鋼筋混凝土管廊或鋼管廊，中間管架宜采用剛性管架，管架兩端應(yīng)設(shè)鋼柱間支撐。
對有振動(dòng)管道的管架，宜按照下述原則進(jìn)行計(jì)算:
a.當(dāng)有振動(dòng)管道的管架未采取減振措施時(shí)，振動(dòng)管道的垂直荷載和水平推力的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)分別乘以1.5的動(dòng)力系數(shù)。
b.當(dāng)有振動(dòng)管道設(shè)有限制振動(dòng)的管卡或其它減振措施，振動(dòng)管道的垂直荷載和水平推力的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)分別乘以1.3的動(dòng)力系數(shù)。
c.管架的自振頻率應(yīng)與振動(dòng)管道的脈沖頻率避開±20%，對多根振動(dòng)管道的管架則應(yīng)分別避開各自管道的脈沖頻率±20%。
五、實(shí)例分析
1、工程概況
該石化裝置為我公司總承包，沙特一家大型公司投資，項(xiàng)目場地位于沙特境內(nèi)。本人主
要參與管廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。管廊總長276.75m，主要柱距6m，局部柱距14m；跨距6m；高9m，主要結(jié)構(gòu)3層，局部錯(cuò)層并附帶懸挑構(gòu)件，見圖1。
2、設(shè)計(jì)規(guī)定
(1)設(shè)計(jì)依據(jù)：由于該項(xiàng)目為涉外項(xiàng)目，主要按照業(yè)主指定的標(biāo)準(zhǔn)（SBAICENGINEERINGSTANDARDS）及美國相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)兼顧我公司統(tǒng)一規(guī)定及國內(nèi)行標(biāo)《石油化工管架設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T3055-2007）、《化工、石油化工管架、管墩設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG/T20670-2000）等。
(2)管廊結(jié)構(gòu)方案：依據(jù)工藝管線布置及管線自身撓度要求，選用縱梁式管廊。
1）橫向管架：梁柱及柱腳均采用剛接，基礎(chǔ)承擔(dān)柱底彎矩，梁柱均采用W型鋼。
2）縱向管架：梁柱為鉸接連接，每個(gè)溫度區(qū)段長度不大于100m，溫度區(qū)段間的連接采用滑動(dòng)連接，并在溫度區(qū)段中部設(shè)置柱間支撐，承擔(dān)管道的縱向水平推力（由固定管架推力和中間滑動(dòng)管架摩擦力共同組成）；采用鉸接柱腳，柱底無彎矩；柱間支撐采用T型鋼
(3)管廊布置要求：
1）管廊縱向平行于道路是，路邊與管廊外邊柱中心線間距不小于1.5m。
2）管廊跨馬路時(shí)，路邊與管廊外邊柱中心線間距不小于1.5m；跨越主要道路時(shí)，管廊梁底高于道路最高點(diǎn)不小于6.5m，跨越二級道路時(shí)，管廊梁底高于道路最高點(diǎn)不小于5m.
(4)水平支撐系統(tǒng)的設(shè)置（采用T型鋼）：
1）管廊縱向跨度不小于7.6m時(shí)，須設(shè)置水平支撐。
2）管道的固定支座支撐梁承擔(dān)平面外彎矩和扭矩時(shí)，須設(shè)置水平支撐。
(5)結(jié)構(gòu)變形控制：
1）結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)水平側(cè)移限制：H/150(H為管架高度)
2）管道支撐梁允許撓度比：L/300(L為梁跨度)
3、荷載計(jì)算
(1)管道豎向荷載：
1）根據(jù)管道專業(yè)提供的管道荷載信息，同時(shí)確定管道支座位置，按以上信息計(jì)算管道傳至支撐梁的荷載。管徑不大于300mm時(shí)，按均布荷載傳至支撐梁，否則，按集中荷載考慮。
2）由于業(yè)主要求后期可能會(huì)增加管線，考慮1.20kN/m2的預(yù)留荷載，按均布荷載作用于管架橫梁上。
(2)電纜橋架豎向荷載：
根據(jù)電氣專業(yè)提供的電纜橋架位置、荷載及跨距要求，確定管架橫梁上的荷載。
(3)風(fēng)荷載：管廊縱向剛度較大，且縱向迎風(fēng)面較小，所以可以僅考慮管架橫向風(fēng)荷載。
分三部分計(jì)算管架所受橫向風(fēng)載，并分層作用于每層節(jié)點(diǎn)上。
計(jì)算公式（依據(jù)SBAICENGINEERINGSTANDARDS，與國標(biāo)GB5009-2012原理相同）：
qz――設(shè)計(jì)風(fēng)壓；G――陣風(fēng)影響系數(shù)；Cf――壓力系數(shù)；Ae――每層結(jié)構(gòu)投影面積。
1）管架結(jié)構(gòu)部分：計(jì)算Ae時(shí)，考慮兩根縱梁和兩根柱面積之和，并考慮防火涂層引起的構(gòu)件外形尺寸的增加。
2）管道部分：計(jì)算Ae時(shí)，按最大管道直徑并考慮保溫層厚度。
3）電纜橋架部分：計(jì)算Ae時(shí)，按最大橋架高度計(jì)算
(4)管道摩擦力（沿管道方向）：管道在開車及停車時(shí)，熱力管道因溫度變化而產(chǎn)生膨脹和收縮，管道與管道支撐梁之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生作用于管道支撐梁的水平摩擦力。當(dāng)管道布置較密時(shí)，按均布荷載作用。
(5)管道固定推力（沿管道方向）：管道固定推力經(jīng)管道應(yīng)力分析后提出，并確定管道固定支撐位置，相應(yīng)設(shè)置水平支撐以傳遞較大的水平力，同時(shí)在管廊縱向設(shè)置柱間支撐。
(6)地震作用：根據(jù)管廊的布置形式，僅考慮管架橫向地震作用，采用底部剪力法計(jì)算。通過比較美國與我國標(biāo)準(zhǔn)，兩國對地震作用計(jì)算（底部剪力法）基本一致。
(7)該項(xiàng)目典型橫向管架計(jì)算，見圖2：
4、荷載組合
一般有正常操作狀態(tài)、安裝狀態(tài)及試壓狀態(tài)三種工況，該裝置管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮正
常操作狀態(tài)下的組合（針對構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)）。
5、計(jì)算模型
根據(jù)該項(xiàng)目規(guī)定，本工程采用STAAD-PRO軟件進(jìn)行計(jì)算分析，按美國規(guī)范驗(yàn)算各構(gòu)件強(qiáng)度。對于較為規(guī)則管廊結(jié)構(gòu)，可以采用平面建模，也可以采用三維建模。本工程分別按平面、三維建模，對兩種受力分析情況進(jìn)行比較，按最不利情況進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。模型見圖3。
6、結(jié)果分析
從工程中可以看到，影響管廊結(jié)構(gòu)方案的基本因素很多，主要是根據(jù)總圖及管道專業(yè)所提的條件，同時(shí)要兼顧周邊構(gòu)筑物的位置，以免上部結(jié)構(gòu)不碰，下部基礎(chǔ)打架。對于荷載計(jì)算部分，一定要勤與管道專業(yè)進(jìn)行溝通，搞清不同工況下的作用荷載，防止出現(xiàn)荷載漏算情況，這是管廊結(jié)構(gòu)是否安全的關(guān)鍵步驟。
六、結(jié)束語
綜上所述，管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞對于整個(gè)化工廠的質(zhì)量有著重要影響。因此，加強(qiáng)化工廠管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，對于保證化工廠質(zhì)量具有積極的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)
一、 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的安全隱患
1、抗震度不夠
前幾年的汶川大地震及玉樹地震造成的損失足以說明我國一些地方的建筑抗震性很差，未達(dá)到我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此保證建筑物的抗震性能是減少地震發(fā)生時(shí)人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失的重要問題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提高抗震設(shè)計(jì)水平是提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的一個(gè)重要方面。關(guān)于建筑物的抗震性能設(shè)計(jì)，我國頒布了《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 》，為我國的建筑抗震設(shè)計(jì)提供了依據(jù)?！?規(guī)范 》中規(guī)定：“小震(超越概率6 3％)不壞、中震(超越概率10％)可修、大震(超越概率2％)不倒”。而一些建筑公司領(lǐng)導(dǎo)對建筑物的抗震性能的重視程度不夠，導(dǎo)致了公司員工也不重視抗震性，尤其是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員。有些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識不透，設(shè)計(jì)過程中個(gè)別忽略抗震性原則，造成了建筑物施工過程僅僅是一個(gè)表而工程，而實(shí)質(zhì)是建筑物并不具有真正的抗震性能。這種現(xiàn)象在我國不少地區(qū)屢見不鮮。當(dāng)然我國地域遼闊，各個(gè)地區(qū)的情況不同，地震幾率與地震級別各有不同。不能恪守規(guī)則，不了解實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要根據(jù)地區(qū)的實(shí)際狀況，選擇不同的抗震規(guī)范，以免造成不必要的浪費(fèi)。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中偷工減料，鋼材不足導(dǎo)致功能減弱
一方而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一些建筑公司為節(jié)省開支，獲取高額利潤，過度節(jié)約鋼材等偷工減料，不重視建筑物的質(zhì)量及安全性，導(dǎo)致建筑物中鋼材等材料的性能減弱，進(jìn)一步導(dǎo)致建筑物的質(zhì)量不過關(guān)，安全性下降。我國對建筑物鋼筋的配筋率有明確的規(guī)定，建筑物的不同部位，其配筋率是不同的。建筑設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)人員要高度重視建筑物的配筋率，對施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督另一方面，一些小的建筑公司為節(jié)省開支，使用中小城市現(xiàn)在還任發(fā)展的冷軋變形鋼筋。這種鋼筋強(qiáng)度高，脆性大，韌性小，且對建筑抗震不利，就是因?yàn)榭梢怨?jié)省鋼材，進(jìn)而節(jié)約開支，所以，一些小建筑公司為牟取利益不惜不顧人們的生命安全使用不符合規(guī)定的鋼材。
3、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理
由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的知識和經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)不合理，存在安全隱患或其他問題。(1)建筑方面。①布置豎向交通中心，確定樓梯、電梯的數(shù)量和布置方式，不能保證使用效率和防火安全。②內(nèi)外建筑裝修、構(gòu)造、用料和做法不適應(yīng)因風(fēng)力、地震、溫度變化等所引起的變形和安全問題。(2)結(jié)構(gòu)方面。①?zèng)]有考慮高層建筑遇到巨大風(fēng)力和地震力時(shí)所產(chǎn)生的水平側(cè)向力。②沒有嚴(yán)格控制高層建筑體型的高寬比例，不能保證其穩(wěn)定性。③建筑平面、體型、立面的質(zhì)量和剛度不能保持對稱和勻稱，使整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。④不能妥善處理因風(fēng)力、地震、溫度變化和基礎(chǔ)沉降帶來的變形節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。(3)設(shè)備和電氣方面。①設(shè)計(jì)供暖和給水排水系統(tǒng)時(shí)，沒有考慮因建筑高度增大的壓力，不能保證管道、爐片具有耐壓能力。有些設(shè)計(jì)者安全意識薄弱，只顧建筑設(shè)計(jì)的美觀而不顧建筑質(zhì)量，或者明知道公司要求的設(shè)計(jì)形式行不通，為了保住自己的飯碗而不提出異議，縱使悲劇上演。因此設(shè)計(jì)人員要人人自危，不能只考慮公司利益，也要切身為顧客考慮，學(xué)會(huì)換位思考。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全性的措施
2．1 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對抗震性能的重視意識
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識作為基本功，靈活刨新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。設(shè)計(jì)人員要精益求精，重視每一個(gè)基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)，并做到知其所以然，并深刻理解規(guī)范和章程的含義，密切配合建筑工程，在工作中做到事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為以后的工作積累經(jīng)驗(yàn)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要轉(zhuǎn)換自己的陳舊思想，正確對待抗震性能的重要性，為人們的生命財(cái)產(chǎn)負(fù)責(zé)，發(fā)揮自己的主導(dǎo)作用，對工作負(fù)責(zé)，應(yīng)用自己的個(gè)人才智，控制建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性能水平，讓自己設(shè)計(jì)出來的作品體現(xiàn)自己的人本意識，積極配合國家以人為本的政策。
2.2 嚴(yán)格按照國家規(guī)定的建筑規(guī)范設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)
隨著建筑業(yè)進(jìn)一步的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)越來越被重視。國家也出臺了一些相應(yīng)的規(guī)定。而一個(gè)國家的規(guī)定不僅僅是技術(shù)性的，還具有很強(qiáng)的政策性。而且這些規(guī)定是與時(shí)俱進(jìn)的，要不斷修改，我們不能僅僅滿足于過去的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)格按照國標(biāo)設(shè)計(jì)、用料、施工(1)目前設(shè)計(jì)者應(yīng)該熟悉和掌握的與高層建筑消防電氣有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范主要有《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》。三部規(guī)范對高層建筑中一、二類建筑的劃分以及對火災(zāi)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)置與要求總體來講是一致的，但從各自不同角度三部規(guī)范也各有側(cè)重，有所區(qū)別。對設(shè)計(jì)者來說，國標(biāo)是帶有強(qiáng)制性的，必需嚴(yán)格遵守，部標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)服從國標(biāo)。
2.3開展科研，創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件
工欲善其事，必先利其器，道理是顯然的。隨著建筑事業(yè)的發(fā)展，特別是現(xiàn)今建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容越來越復(fù)雜，難度越來越大。從另一個(gè)角度來說，我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對設(shè)計(jì)人員知識的深度和廣度有了更多的要求。在此種情況下，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序已不能滿足設(shè)計(jì)人員的需求。同時(shí)計(jì)算機(jī)程序的內(nèi)容和功能直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。有時(shí)為了解決生產(chǎn)問題，配合軟件的能力，只能把計(jì)算過程簡化以滿足計(jì)算程序的能力。所以，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建筑的安全性，首先耍開發(fā)出一款高精度軟件，這就需要設(shè)計(jì)者和計(jì)算機(jī)程序?qū)I(yè)人員合作去完成軟件開發(fā)，推新創(chuàng)新，不安于現(xiàn)狀，勇于承擔(dān)起這個(gè)任務(wù)。
參考文獻(xiàn)：
在本設(shè)計(jì)中高速列車活載采用ZK標(biāo)準(zhǔn)活載，計(jì)算中參照規(guī)范《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》將其換算成均布荷載。其中，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用ASTM A416―97a標(biāo)準(zhǔn)的低松弛鋼絞線（1×7標(biāo)準(zhǔn)型），抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，公稱直徑15.24mm，公稱面積139mm2，彈性模量；錨具采用夾片式群錨，預(yù)埋金屬波紋管后張法施工。非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HRB335級鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，彈性模量?；炷粒褐髁翰捎肅50混凝土，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，彈性模量。
一、預(yù)應(yīng)力鋼筋面積的估算
估算公式：（11）
（12）
式中：Ms――按作用（荷載）短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值；
w――構(gòu)件全截面對抗裂驗(yàn)算邊緣彈性抵抗矩；
ep――預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至截面形心軸的距離；
A――構(gòu)件全截面面積；
――預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力；
作用（荷載）短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值Ms計(jì)算如下：
其中：――列車豎向靜活載（不計(jì)動(dòng)力系數(shù)）；
構(gòu)件全截面對抗裂驗(yàn)算邊緣彈性抵抗矩W計(jì)算結(jié)果如下：
預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至截面形心軸的距離計(jì)算結(jié)果如下：
預(yù)壓力鋼筋合力作用點(diǎn)至下緣距離
則預(yù)應(yīng)力筋合力作用點(diǎn)至截面形心軸的距離 為
將、、及的值代入公式（4-1）求出
按照規(guī)范預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉控制應(yīng)力MPa；則
所以，預(yù)應(yīng)力鋼筋選用和兩種規(guī)格，5根鋼束布置在底板中間位置，其余布置在底板兩側(cè)及腹板內(nèi)。預(yù)應(yīng)力鋼束面積
二、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算
（一）預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道間之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失
計(jì)算公式：（2-1）
式中：―張拉控制應(yīng)力，（按照規(guī)范）；
―鋼筋與管道間的摩擦系數(shù)，按照《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》附表2-5取值為0.25；
―預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起角度；
―管道每米長度的局部偏差對摩擦的影響系數(shù)，按《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》附表2-5取為0.0045；
―從張拉端至計(jì)算截面的管道長度在構(gòu)件縱軸上的投影長度，以m計(jì)；
（二）管道摩阻在跨中截面引起的預(yù)應(yīng)力損失
跨中截面預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算：k=0.0015 L/2=15.75m
（三）預(yù)應(yīng)力損失組合及匯總
傳力錨固階段的預(yù)應(yīng)力損失：
使用階段的預(yù)應(yīng)力損失：
各截面預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力損失平均值及有效預(yù)應(yīng)力匯總?cè)缦卤?-8所示：
三、非預(yù)應(yīng)力鋼筋的估算
參照《鐵路橋涵鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，換算T形截面翼板有效寬度 取下列三項(xiàng)中的最小值：
（1）對于簡支梁為計(jì)算跨徑的1/3；
（2）相鄰兩梁軸線間的距離；
（3）（b為換算腹板厚度，c為梗腋寬度，為換算翼板厚度）；
故取=5764 mm
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：管架；荷載；水平推力；計(jì)算
在石油化工廠區(qū)內(nèi)，管道及管架是整個(gè)廠區(qū)的血脈，聯(lián)系著全廠工序和生產(chǎn)裝置。對于目前日趨大型化的石油化工廠設(shè)計(jì)，管架設(shè)計(jì)具有嚴(yán)格的規(guī)范性和技術(shù)性。筆者結(jié)合多個(gè)石油化工項(xiàng)目外管管道和外管架設(shè)計(jì)及現(xiàn)場管理經(jīng)歷，分析了一些外管架荷載、推力等方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在此提出來探討，并從管道設(shè)計(jì)、管架設(shè)計(jì)整體考慮，做到經(jīng)濟(jì)、合理、安全。
1管架荷載的分類
1．1管架荷載
管架荷載可分以下幾類：①永久荷載（恒荷載）———在管架結(jié)構(gòu)使用期間，其值保持不變，或其變化值與平均值相比可以忽略不計(jì)的荷載，如隔熱材料荷載、管道荷載、管件及其他管道特殊件荷載等；②變化荷載（活荷載）———在管架結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，且變化值與平均值相比不可以忽略的荷載，如管道輸送介質(zhì)的重力、水壓試驗(yàn)或管路清理時(shí)的介質(zhì)重力、雪荷載、風(fēng)荷載等；③偶然荷載———在管架使用期間只偶然出現(xiàn)，荷載值較大、持續(xù)時(shí)間較短。這類荷載通常是動(dòng)荷載，如管內(nèi)流體動(dòng)量瞬間突變（如流體錘）引起的瞬態(tài)作用力、地震荷載等。管道設(shè)計(jì)人員在以上荷載的基礎(chǔ)上附加一定比例（通常是20％）提給結(jié)構(gòu)專業(yè)作為計(jì)算荷載，該附加量通常包括管道壁厚的誤差、保溫材料密度的誤差、熱膨脹引起的荷載變化、管托支架等質(zhì)量。該附加系數(shù)亦可參照SH／T3055—2007《石油化工管架設(shè)計(jì)規(guī)范》6．6中荷載分項(xiàng)系數(shù)。SH／T3073—2004《石油化工管道支吊架設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C提供了每榀管架荷載的詳細(xì)計(jì)算方法，可供設(shè)計(jì)人員參考?？紤]廠區(qū)及管架的改、擴(kuò)建，管道設(shè)計(jì)人員通常要考慮一定的管架預(yù)留，預(yù)留應(yīng)控制在可預(yù)見的合理范圍內(nèi)，當(dāng)預(yù)留管道無法確定時(shí)，可參考SH／T3055—2007《石油化工管架設(shè)計(jì)規(guī)范》6．1．2的計(jì)算方法。預(yù)留管道荷載和預(yù)留空間都不易過大，通常外管架預(yù)留約20％，裝置內(nèi)管架預(yù)留約10％，若預(yù)留荷載及空間太大，會(huì)形成較大的空間浪費(fèi)和鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)投入，而且會(huì)影響牽制系數(shù)的計(jì)算，計(jì)算得出的牽制系數(shù)偏小，從而影響管架結(jié)構(gòu)的推力計(jì)算。
1．2荷載轉(zhuǎn)移
跨越管架和相鄰第一個(gè)低管架、相鄰高低跨管架由于水錘作用、管道豎向的收縮和膨脹作用，高低兩個(gè)管架承受的豎向荷載比正常情況下的大很多，因此在計(jì)算荷載時(shí)，還需要在1．1節(jié)的方法基礎(chǔ)上乘以增大系數(shù)（通常取1．5），以反映荷載的轉(zhuǎn)移問題。水平方向轉(zhuǎn)彎的管架可參照此條，距離轉(zhuǎn)彎角較近的幾榀管架的水平推力應(yīng)乘以相應(yīng)的放大系數(shù)。
1．3一些特殊管道的荷載計(jì)算
目前在大型化工、石化項(xiàng)目的管道施工驗(yàn)收中，為了保證施壓安全，在沒有特殊要求的情況下，一般采用水壓試驗(yàn)。但當(dāng)管架上出現(xiàn)某些大口徑氣體管道，且該大口徑氣體管道的充水荷載直接影響管架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，若配管專業(yè)在提結(jié)構(gòu)荷載時(shí)，全部按充水壓力試驗(yàn)，則管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是不合適的。以中國五環(huán)工程有限公司設(shè)計(jì)的某120萬t／a精細(xì)化學(xué)品項(xiàng)目為例，外管管架上的火炬排放氣管道、CO2尾氣排放氣等管道，管徑均在DN1400～DN2600之間，充水線荷載約3．5t／m，且在管架上敷設(shè)距離較長（約2．5km），若施工驗(yàn)收時(shí)采用水壓試驗(yàn)，管架結(jié)構(gòu)荷載較大，會(huì)增加鋼結(jié)構(gòu)的投資費(fèi)用，同時(shí)增加施工耗水量。根據(jù)GB50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》中8．6．1條及8．6．2條中的相關(guān)規(guī)定，經(jīng)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)單位同意，符合條件的管道也可采用氣壓試驗(yàn)，或?qū)λ协h(huán)向、縱向?qū)雍缚p和螺旋焊焊縫應(yīng)進(jìn)行100％射線檢測或100％超聲檢測代替水壓試驗(yàn)（具體詳見GB50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》8．6．2條），故經(jīng)建設(shè)單位同意，在管架設(shè)計(jì)階段，上文提到的大口徑氣體管道未考慮充水荷載，從而大大地降低了管架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)投資。
2管架的水平推力
管架的水平推力主要包括管道熱脹冷縮所產(chǎn)生的推力及管內(nèi)流體動(dòng)量瞬間時(shí)突變（如流體錘）引起的瞬態(tài)作用力。根據(jù)管架與管道（管托）之間的連接形式及相對位移關(guān)系，即管道在管架上的支撐條件，管架通?？煞譃榛顒?dòng)管架和固定管架。
2．1中間管架類型的判斷
管道熱脹冷縮會(huì)產(chǎn)生管道位移，但由于管架柱剛度的不同、管架柱位移量與管道位移量的不同，中間活動(dòng)管架分為剛性中間管架和柔性中間管架。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮結(jié)構(gòu)成本及安全性，管道位移量較大，且管架高度較低時(shí)，通常采用剛性中間管架；反之，通常采用柔性中間管架。剛性中間管架和柔性中間管架判別依據(jù)如下：Fuk≥Fgk為剛性中間管架，F(xiàn)uk＜Fgk為柔性中間管架。Fuk為等效水平推力，kN；Fgk為軸向水平推力，kN。目前國內(nèi)大型石油化工項(xiàng)目中，管架荷載量大、熱管溫度高、位移量大，多采用剛性管架。
2．2剛性中間管架水平推力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算
2．2．1基本計(jì)算公式
Fgk＝Kj×Gk×μj（1）式中，Kj為牽制系數(shù)；Gk為正常工況時(shí)管道豎向荷載作用于橫梁的標(biāo)準(zhǔn)值總和，kN；μj為摩擦系數(shù)，鋼與鋼滑動(dòng)接觸時(shí)，摩擦系數(shù)取0．3，鋼與混凝土的摩擦系數(shù)取0．6。
2．2．2牽制系數(shù)
管道與活動(dòng)管架之間因存在摩擦力而互相牽制，不同操作溫度的管道及不同工況下各管道的水平推力也通過管架相互牽制。牽制系數(shù)Kj的引入是用于綜合反應(yīng)管束整體作用于管架上的水平推力的大小。牽制系數(shù)Kj按下列原則取值：①當(dāng)管道數(shù)量n＜3時(shí)，Kj＝1．0；②當(dāng)管道數(shù)量n＝3時(shí)，當(dāng)α＜0．5時(shí)，Kj＝0．5；當(dāng)α＞0．7時(shí)，Kj＝1．0；當(dāng)0．5≤α≤0．7時(shí)，用插值；③當(dāng)管道數(shù)量n≥4時(shí)，當(dāng)α≥0．8時(shí)，Kj＝1．0；當(dāng)α＜0．6時(shí)，Kj＝0．5－（0．6－α）1．8；當(dāng)0．6≤α＜0．8時(shí)，用插值；④當(dāng)管道數(shù)量Kj＜0．2時(shí)，Kj取值0．2。另外關(guān)于α的取值，實(shí)際工程中還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。
（1）當(dāng)計(jì)算所在層上熱力管線不止1根，且無法判定主要熱力管道時(shí)，應(yīng)每根熱力管道分別計(jì)算α值，選較大值者。
（2）梁構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，只考慮該梁構(gòu)件上全部管道荷載，選取其中的一根主要熱管計(jì)算α值。
（3）在管架柱和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，當(dāng)管架上部結(jié)構(gòu)中相鄰層間距較小時(shí)，管架結(jié)構(gòu)自身及管道之間具有較強(qiáng)的牽制作用，水平推力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮管架上的全部管道的豎向荷載，比較分析各層中的熱力管道，選取其中起主要作用的一根計(jì)算α值，管架的水平推力作用點(diǎn)取該熱力管道所在層。主要熱管道所在層與相鄰層間距較大時(shí)，管架上部結(jié)構(gòu)中各層間牽制作用減弱，牽制系數(shù)Kj應(yīng)適當(dāng)加大；當(dāng)管架較高層有大口徑管道，且與主要熱管道不在同一層時(shí)，該大口徑管道層應(yīng)單獨(dú)計(jì)算水平推力。
2．2．3常溫管道水平推力取值
按相關(guān)規(guī)范，活動(dòng)管架上管道符合下列條件之一者，計(jì)算管架水平推力值時(shí)可不考慮：①介質(zhì)的溫度≤40℃的常溫管道；②管道根數(shù)在10根以上，且介質(zhì)的最高溫度（溫度應(yīng)包括掃線時(shí)的溫度）Tmax≤130℃；③主要熱管重量與全部管道重量的比值α≤0．15。但是隨著目前石化項(xiàng)目向大型化發(fā)展，管架上的架空管道口徑也在逐漸增大，部分大口徑常溫管道的水平推力也是不可忽視的。如在內(nèi)蒙古杭錦旗一個(gè)大型石油化工設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，1根DN2600的常溫CO2尾氣管道敷設(shè)于管架頂層，由于管道口徑及剛性較大，且敷設(shè)距離較長，在應(yīng)力計(jì)算時(shí)考慮－20℃～40℃的環(huán)境溫差，管道的水平推力最大處可達(dá)50kN，不可忽略，且對頂層的管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起到了決定性作用。為了減小鋼結(jié)構(gòu)投資，該管道部分管托采用不銹鋼對聚四氟乙烯板，減小滑動(dòng)管托摩擦力，有效減小了管道水平推力。
2．2．4管道的振動(dòng)荷載及推力
管架上的振動(dòng)設(shè)備進(jìn)出口管道及其他振動(dòng)管道，如直徑≥200mm的蒸汽管道、高壓鍋爐給水管道等，管道專業(yè)在提結(jié)構(gòu)條件的時(shí)候，應(yīng)該明確向結(jié)構(gòu)專業(yè)指出，并在垂直荷載上乘以一定的動(dòng)力系數(shù)（通常取1．1～1．3），并以此計(jì)算管道水平推力。但是一些特殊管道（如下文介紹的可燃性氣體排放管線），配管專業(yè)按事故狀態(tài)提供荷載推力值時(shí)，荷載推力不再乘以動(dòng)力系數(shù)。結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)按管道專業(yè)提出的振動(dòng)管道位置及荷載推力考慮鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的梁柱節(jié)點(diǎn)接焊縫位置。
2．2．5每一榀管架水平推力的取值
考慮到工程的建設(shè)進(jìn)度、開車順序等原因，管架上的水平推力可能出現(xiàn)某先投用的主要熱力管道推力值為管架投用最大值的情況，每一榀管架水平推力的取值還需要比較按（1）式計(jì)算出來的水平推力與該管架橫梁上主要熱力管線的熱應(yīng)力水平推力，取較大值。
2．3固定管架
2．3．1固定管架的水平推力
由于管架上輸送的管道介質(zhì)溫度較高或環(huán)境溫度的變化，長距離管道會(huì)因熱脹冷縮產(chǎn)生位移，為了限制管道位移，保障管束整體運(yùn)行安全，通常每隔一定距離設(shè)置固定管架和補(bǔ)償器。管道補(bǔ)償器的彈力和中間活動(dòng)管架的摩擦反力是構(gòu)成固定管架水平推力的主要部分。管道補(bǔ)償器彈力由管道應(yīng)力專業(yè)根據(jù)管道走向、補(bǔ)償器安裝位置、補(bǔ)償器類型、管道介質(zhì)屬性等計(jì)算得到。為了管網(wǎng)系統(tǒng)和管架結(jié)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性，管架上常用Π形補(bǔ)償器，并盡量沿固定管架對稱布置，以便管道系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，管道固定支架兩側(cè)推力能抵消一部分，從而增強(qiáng)管架安全性。但是考慮到苛刻工況及管道運(yùn)行的不確定性，如施工階段的管道投用順序、蒸汽吹掃預(yù)熱及其他施工工況時(shí)推力產(chǎn)生的不對稱性，固定架兩側(cè)的推力值不宜進(jìn)行矢量累加，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中往往是進(jìn)行絕對值累加，不考慮推力的方向性。在縱梁式管架設(shè)計(jì)過程中，管道專業(yè)應(yīng)提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)每一榀管架的荷載及水平推力，即包括固定支架的水平推力和中間活動(dòng)管架的水平推力。結(jié)構(gòu)專業(yè)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模時(shí)，往往會(huì)把中間活動(dòng)管架的水平推力再累加到熱力管道補(bǔ)償器兩邊的固定管架上進(jìn)行固定管架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其實(shí)這是沒有必要的。
在管道應(yīng)力專業(yè)的計(jì)算模型中（如CAESAR等），計(jì)算程序已經(jīng)將中間活動(dòng)支架的水平推力累加到固定點(diǎn)上并給出應(yīng)力報(bào)告。Nkmax、Nkmin為固定管架兩側(cè)管架縱梁的縱向拉力，按該規(guī)范7．2．3計(jì)算時(shí)，已包含該側(cè)所有中間活動(dòng)剛性管架處的摩擦力和管道膨脹節(jié)的彈性力、管道介質(zhì)產(chǎn)生的壓力等，并已考慮牽制系數(shù)。當(dāng)管架結(jié)構(gòu)模型按溫度區(qū)段區(qū)分，且固定管架的水平推力嚴(yán)格按規(guī)范要求計(jì)算，在計(jì)算縱梁式管架的縱向整體結(jié)構(gòu)時(shí)，只有固定管架（或柱間支撐）處有推力，其他中間活動(dòng)剛性管架處的摩擦力已考慮在固定管架的推力計(jì)算中，故管架縱向整體模型輸入時(shí)僅需輸入固定管架（或柱間支撐）處的推力，不應(yīng)再次輸入各活動(dòng)剛性管架的縱向推力。整體計(jì)算時(shí)只考慮固定管架的推力，活動(dòng)管架的推力只是用來算構(gòu)件。當(dāng)一段管架中溫度區(qū)段無法準(zhǔn)確分辨時(shí)，可輸入固定管架水平推力的各分項(xiàng)力。
2．3．2可燃性氣體排放管線固定管架的水平推力
根據(jù)國內(nèi)外工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，管道及管架的破壞事故主要是由管道內(nèi)的氣液（冷凝液）兩相流的沖擊造成的，且該沖擊的方向和數(shù)值多變，很難在設(shè)計(jì)過程中通過軟件程序模擬計(jì)算得到，SH3009—2013《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》為保證全廠可燃性氣體排放管線的安全可靠，避免凝結(jié)液破壞膨脹節(jié)，要求新建的工程管道應(yīng)采用自然補(bǔ)償，擴(kuò)建、改建工程管道宜采用自然補(bǔ)償，且對于有凝結(jié)液的可燃性氣體排放管道對固定管架的水平推力取值，規(guī)定不應(yīng)小于表2數(shù)值。當(dāng)同一個(gè)固定管架上敷設(shè)有不止1根可燃性氣體排放管時(shí)，該固定管架的水平推力不應(yīng)按表2的推力值進(jìn)行疊加，管道專業(yè)應(yīng)該按照集中荷載的形式，把每個(gè)可燃性氣體排放管的敷設(shè)點(diǎn)按表2所示的推力值單獨(dú)提條件給結(jié)構(gòu)專業(yè)，結(jié)構(gòu)專業(yè)分別計(jì)算，按最不利情況設(shè)計(jì)管架結(jié)構(gòu)。另外，管道專業(yè)在計(jì)算管道應(yīng)力時(shí)，可燃性氣體排放管線的熱應(yīng)力推力值應(yīng)盡量不超過表3的數(shù)值的50％，若超過，則需要在表2推力值的基礎(chǔ)上再附加應(yīng)力計(jì)算值。管道專業(yè)應(yīng)合理布置管道走向，盡量減小固定管架的熱應(yīng)力推力值。
3結(jié)語
在工程設(shè)計(jì)中，管架設(shè)計(jì)特別是管架荷載和水平推力的計(jì)算，需參照國家、行業(yè)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，考慮主要熱力管線和其他特殊管線的實(shí)際布置情況及可能出現(xiàn)的各種工況。配管設(shè)計(jì)人員和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效充分的信息溝通和反饋，合理設(shè)定管架的溫度區(qū)段范圍以及固定管架的位置，兼顧總圖、電氣、儀表等相關(guān)專業(yè)的要求，最終完成經(jīng)濟(jì)合理、安全牢靠的管架設(shè)計(jì)。
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中圖分類號：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
引言
在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用到多層鋼框架、鋼管架、門式鋼架等建構(gòu)筑物。這些建構(gòu)物的上部鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論較成熟，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定全面，內(nèi)容也易于理解和應(yīng)用。在這些鋼結(jié)構(gòu)中外露式柱腳應(yīng)用廣泛，鋼柱腳與混凝土基礎(chǔ)之間的混凝土柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，現(xiàn)行規(guī)范還沒有明確的規(guī)定，相關(guān)的文獻(xiàn)也沒有系統(tǒng)的闡述。在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往由于該柱長度較短，而全部按短柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)該是不全面的。下面就個(gè)人的一些工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勍饴妒戒撝_下基礎(chǔ)之上混凝土柱（以下稱基礎(chǔ)柱）的設(shè)計(jì)方法，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同行參考。
作者：高海麗 ，陳胡 工程師
2003年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué) 土木工程專業(yè)
1.鋼柱下混凝土基礎(chǔ)柱的分類
根據(jù)文獻(xiàn)【1】，可知根據(jù)地腳螺栓長度L與基礎(chǔ)柱長度H的相對關(guān)系(H>L時(shí)為有柱基礎(chǔ))，把鋼柱下基礎(chǔ)柱的基本形式分為兩大類（見圖1），即有基礎(chǔ)柱和無基礎(chǔ)柱。無基礎(chǔ)柱的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施等同一般基礎(chǔ)，不再論述。根據(jù)是否需要配置鋼筋，分為素混凝土基礎(chǔ)柱和鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱。根據(jù)鋼柱腳底的受力（M、V）的大小，計(jì)算基礎(chǔ)柱的剪跨比λ=M/Vh0，當(dāng)剪跨比λ≤2時(shí)，為短柱；當(dāng)剪跨比λ＞2時(shí)，為普通柱。下面主要分析有基礎(chǔ)柱的設(shè)計(jì)。
2.素混凝土基礎(chǔ)柱
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其是工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常會(huì)遇到獨(dú)立“T”型鋼管架的設(shè)計(jì)，其中一部分獨(dú)立T”型鋼管架，管架頂部僅受較小的垂直荷載和水平方向的管道風(fēng)荷載，以及作用到鋼柱表面的風(fēng)荷載。而管
（圖 1 鋼柱基礎(chǔ)）
架高度相對較高，這時(shí)鋼管架的鋼柱斷面尺寸主要由長細(xì)比控制，鋼柱的柱腳一般為剛接柱腳，因此鋼柱和柱腳底板尺寸都較大，從而導(dǎo)致基礎(chǔ)柱斷面尺寸較大。這種情況下的獨(dú)立T”型鋼管架的混凝土基礎(chǔ)柱，首先應(yīng)考慮按素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)。下面大致闡述一下如何進(jìn)行素混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010附錄D，基礎(chǔ)柱應(yīng)該按受壓構(gòu)件進(jìn)行受壓承載力計(jì)算，基礎(chǔ)柱可以認(rèn)為上端自由，計(jì)算長度L=2H(H為基礎(chǔ)柱的高度)。計(jì)算簡圖見圖2，具體計(jì)算方法見上述規(guī)范條文，不再詳細(xì)闡述。
（圖2 矩形截面的素混凝土受壓構(gòu)件的受壓承載力計(jì)算）
設(shè)計(jì)實(shí)例為4.5m高的獨(dú)立“T”型鋼管架，作用到柱頂?shù)拇怪焙奢d標(biāo)準(zhǔn)值為38KN，作用到柱頂水平方向的管道風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3KN,作用在鋼柱表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.1KN/m。鋼柱采用Q235B的等級鋼材，斷面尺寸為HW250x250x9x14。該構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如下：
①柱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果
柱構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2): 10.75 < f=215.000
柱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算滿足。
②柱構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果
柱平面內(nèi)長細(xì)比：λx=85 < [λ]= 150.000
柱構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2): 12.9 < f=215.000
柱構(gòu)件平面內(nèi)驗(yàn)算滿足。
③柱構(gòu)件平面外穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果
柱平面外長細(xì)比：λy=142< [λ]= 150.000
柱構(gòu)件平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2):21.5 < f=215.000
柱構(gòu)件平面外驗(yàn)算滿足。
由以上計(jì)算結(jié)果可知：鋼柱的斷面尺寸主要由長細(xì)比控制。
該鋼柱柱腳采用剛接柱腳，柱腳底板詳圖見圖3?；A(chǔ)柱尺寸根據(jù)構(gòu)造要求為650x750（b=650mm，h=750mm），柱高取1.0m，混凝土強(qiáng)度等級為C30。根據(jù)程序計(jì)
算結(jié)果鋼柱腳的受力為N=41.88KN，M=3.31KN.m，V=1.05KN。對該基礎(chǔ)柱按素混凝土受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果如下：
fcc=fcx0.85=14.3x0.85=12.16N/mm2
fct=ftx0.55=1.43x0.55=0.79 N/mm2
（圖3 柱腳底板詳圖）
e0=M/N=79mm
L0=2x1.0=2.0m，L0/h=2.7，φ=1.0
φfctb(h-2 e0)=1.0x12.16x650x(750-2x79)=4679.17KN
則 N
因?yàn)樵撝鶠槠氖軌簶?gòu)件，根據(jù)規(guī)范要求，還須按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算垂直于彎矩作用平面的受壓承載力。
L0/b=3.1，φ=1.0
φfctbh=1.0x12.16x650x750=5928.0KN
則 N
V=1.05KN
故該基礎(chǔ)柱只須按素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)即可，不需要配置受力鋼筋。
3.鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱
在民用和工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，鋼框架，復(fù)雜的鋼管架和門式鋼架等一些建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，傳至基礎(chǔ)柱頂部的荷載相對較大，當(dāng)采用外露式鋼柱柱腳時(shí)，一般都需要對基礎(chǔ)柱進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱，根據(jù)剪跨比λ，將鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱分為普通柱和短柱。當(dāng)鋼柱腳與基礎(chǔ)柱為鉸接時(shí)，混凝土柱頂只有剪力和軸力時(shí)，也可以根據(jù)H/h0（H/h0≤2時(shí)為短柱,h0為混凝土柱的截面有效高度）區(qū)分普通柱和短柱。
4.1 普通基礎(chǔ)柱的計(jì)算
普通柱的計(jì)算均按鋼筋混凝土受壓構(gòu)件考慮，柱承受上部鋼結(jié)構(gòu)柱腳傳至基礎(chǔ)柱頂部的力，包括軸力N、彎矩M、剪力V和直接作用到柱頂?shù)耐饬Γ⑿杩紤]基礎(chǔ)柱自重。計(jì)算時(shí)取基礎(chǔ)柱與基礎(chǔ)交接處為最不利計(jì)算截面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010分為軸心受壓柱和偏心受壓柱兩大類，計(jì)算簡圖見圖3。進(jìn)行正截面受壓承載力計(jì)算時(shí)，采用工程設(shè)計(jì)中常用的對稱配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。 具體計(jì)算方法見上述規(guī)范條文，不再詳細(xì)闡述。
4.2基礎(chǔ)短柱的設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)短柱設(shè)計(jì)除按普通柱進(jìn)行計(jì)算外，還要按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的有關(guān)規(guī)定，滿足抗震構(gòu)造措施。對短柱設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的幾個(gè)方面的主要構(gòu)造要求列舉如下：
①.四級框架柱剪跨比不大于2時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。
①.四級框架柱剪跨比不大于2時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm。
（圖4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力計(jì)算）
②.剪跨比不大于2的一級框架的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%。
③.剪跨比不大于2的柱，箍筋加密范圍取全高。
④. 剪跨比不大于2的柱宜采用復(fù)合螺旋箍或井字符合箍，其體積配箍率不應(yīng)小于1.2%，9度一級時(shí)不應(yīng)小于1.5%。
4.基礎(chǔ)柱的抗震等級
在地震區(qū)，基礎(chǔ)柱的抗震等級的確定比較困難，困難在于基礎(chǔ)柱的身份認(rèn)定，若按混凝土框架結(jié)構(gòu)，抗震等級明顯偏高；若等同基礎(chǔ)，它畢竟還是高出地面的柱子。建議借鑒《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的6.1.3條等3款，基礎(chǔ)柱的抗震等級同上部鋼結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物的抗震等級一致。
下面就鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱的設(shè)計(jì)列舉兩個(gè)實(shí)例：
①設(shè)計(jì)實(shí)例一為典型的柱腳鉸接的雙跨門式剛架，層高為8.05m，抗震等級為四級，采用Q235B等級鋼材。邊柱的斷面尺寸為H(400~600)X200X8X10。傳至基礎(chǔ)柱頂?shù)暮奢d基本組合為：
Mmax=0.00N=32.49V=-4.70
Mmin=-0.00N = 32.49V=-4.70
M=0.00 Nmax=78.05 V=27.33 M=0.00Nmin=-7.43V=-2.66
M=0.00N=13.15Vmax=5.18
M=-0.00N=61.46Vmin= -36.41
由上面的荷載組合可知，基礎(chǔ)柱頂只有軸力和剪力，則只須通過H/h0來判斷基礎(chǔ)柱的類別?；A(chǔ)柱尺寸根據(jù)構(gòu)造要求為450x650, 根據(jù)基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)高度，柱的高度為H=1.7m。
h0=650-35=615mm，H/h0=2.62>2
可知該基礎(chǔ)柱為普通柱，采用工程設(shè)計(jì)中常用的對稱配筋，即As=As’，fy=fy’,a=a’。具體計(jì)算過程和結(jié)果不再贅述。
②設(shè)計(jì)實(shí)例二為雙跨四層鋼結(jié)構(gòu)管架，總高為15.0m，抗震等級為四級，采用Q235B等級鋼材，混凝土等級采用C30，縱筋采用HRB400，箍筋采用HRB335。程序計(jì)算結(jié)果顯示，鋼柱的斷面尺寸為HW400x400x13x21，傳至基礎(chǔ)柱頂?shù)暮奢d基本組合見圖5。對圖中柱頂軸向力N=1769.2KN的基礎(chǔ)柱進(jìn)行分析。
（圖5）
基礎(chǔ)柱的斷面尺寸為1100x1100，柱高為1.0m。作用在柱底的彎矩和剪力為：
Mx=-1.3Vx=1.2
My=-14.8Vy=-2.3
X方向的剪跨比：M/Vh0=1.3/1.2x1.065=1.01
Y方向的剪跨比：M/Vh0=14.8/2.3x1.065=6.04>2
從以上的計(jì)算結(jié)果可以看出，柱的X方向?yàn)槎讨?，Y方向?yàn)槠胀ㄖ?。這種情況下，應(yīng)該按最不利情況來考慮，即兩個(gè)方向均按短柱進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)該上部結(jié)構(gòu)的抗震等級，短柱的抗震等級應(yīng)為四級。程序計(jì)算結(jié)果：As=As’=1064.28mm2，配筋率為0.88%，滿足柱截面縱向鋼筋的最小配筋率不小于0.75%的要求；箍筋的體積配箍率為1.74%，滿足柱體積配箍率不應(yīng)小于1.2%的要求。具體配筋見圖6.
（圖6）
結(jié)語
外露式鋼柱柱腳下的基礎(chǔ)柱根據(jù)受力分別按素混凝土基礎(chǔ)柱、鋼筋混凝土普通基礎(chǔ)柱和鋼筋混凝土短柱進(jìn)行設(shè)計(jì)。受力較小的獨(dú)立“T”型鋼管架、支架、操作平臺的柱腳基礎(chǔ)柱可以采用素混凝土或按最小配筋率要求只配構(gòu)造鋼筋。在抗震設(shè)防區(qū)的多層鋼框架、多層管架及一些門式鋼架，根據(jù)鋼筋混凝土基礎(chǔ)柱的剪跨比區(qū)分是短柱還是一般普通柱，短柱除按一般普通柱的計(jì)算外，還要滿足相應(yīng)抗震措施的要求。
關(guān)于基礎(chǔ)柱的抗震等級同上部鋼結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物的抗震等級的觀點(diǎn)僅供參考。
參考文獻(xiàn)
1.簡明鋼筋混凝土構(gòu)造手冊 /國振喜編.第2版 機(jī)械工業(yè)出版社，2004.9
2.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010
Simplified Calculated Formula of Duct Friction Loss for Post-tensioned Pre-stressed Reinforced Concrete Members
LI Zhe1*， YAO Fei2， LIN Mei-jun1， WANG Yu1
（1.School of Civil Engineering and Environment， Hunan University of Science and Engineering， Yongzhou 425100， China； 2.Dongcheng Investment and development Co.， Liuzhou545616， China； Corresponding author： LI Zhe， Email： ）
Abstract： The code formula of duct friction loss for post-tensioned pre-stressed reinforced concrete members was expanded with Taylor series. The exponential function in code was instead of polynomial function as well as the simplified calculated results， code results and tested results by WU had been compared. It can be seen that the simplified formulation proposed by this paper has the higher accuracy， is closer to the experimental results reported in reference and leaves predictions on the safe side. Moreover， the simplified formula is still valid when the value of kx+μθ is more than 0.3.
Key words： post-tensioned method； friction loss； simplified calculated formula； Taylor expansion； code formula
1 引言
預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)原理是利用預(yù)先施加在混凝土上的壓應(yīng)力來抵消外荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，進(jìn)而提高構(gòu)件的受力性能及變形性能。構(gòu)件上的有效預(yù)加力大小等于張拉控制控制應(yīng)力與總摩擦損失值之差。有效預(yù)加力大小的準(zhǔn)確估算是構(gòu)件設(shè)計(jì)乃至結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，故準(zhǔn)確估算預(yù)應(yīng)力損失值至關(guān)重要。
預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件按照其施工工藝不同，可分為先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。兩種構(gòu)件在預(yù)加應(yīng)力階段和使用階段均會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失，但預(yù)應(yīng)力損失項(xiàng)目卻并不完全相同。對于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在預(yù)加應(yīng)力階段會(huì)產(chǎn)生由預(yù)應(yīng)力鋼筋和孔道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1，此項(xiàng)損失在該階段的預(yù)應(yīng)力損失比重最大，故有必要對該項(xiàng)損失能夠較精確的估算，以便在設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行參考。
本文從摩擦理論入手，對規(guī)范[1-4]中所給出的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式進(jìn)行簡化，并與吳轉(zhuǎn)琴[5]給出的實(shí)測的摩擦損失值進(jìn)行比較，進(jìn)而驗(yàn)證本文所給出的簡化計(jì)算公式具有較高精度，且較規(guī)范[1-4]更為安全、適用。
2 規(guī)范公式
后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算應(yīng)該考慮如下項(xiàng)目：
表1：后張構(gòu)件預(yù)應(yīng)力損失組合[6]
階段 預(yù)應(yīng)力工藝 后張法
第Ⅰ階段（傳力錨固時(shí)） σⅠ=σl1+σl2+σl4
第Ⅱ階段（傳力錨固后） σⅡ=σl5+σl6
后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失因素可歸納為兩類：一是錨下張拉控制應(yīng)力不足，包括預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮與構(gòu)件拼接縫壓密損失σl2、混凝土的彈性收縮損失σl4、預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛及錨具變形損失σl5和混凝土的徐變損失σl6等；二是預(yù)應(yīng)力沿程損失也稱摩擦損失。
錨下張拉控制應(yīng)力不足引起的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式可查閱規(guī)范[1]。
摩擦損失，是指預(yù)應(yīng)力鋼筋與周圍接觸的混凝土孔道或套管之間發(fā)生的應(yīng)力損失。摩擦損失可分為長度效應(yīng)和曲率效應(yīng)兩部分：
（1）長度效應(yīng)，長度效應(yīng)是由于直線預(yù)應(yīng)力筋在施工過程中由于技術(shù)原因造成的孔道偏差所引起的。長度效應(yīng)的大小取決于預(yù)應(yīng)力筋的長度x、張拉控制應(yīng)力σcon、預(yù)應(yīng)力筋及管道間的摩擦系數(shù)k、管道的順直度（施工質(zhì)量）及預(yù)應(yīng)力的施加方式（單向張拉/雙向張拉）等。
（2）曲率效應(yīng)，曲率效應(yīng)是由曲線筋的曲率摩擦損失和孔道偏差兩部分組成的。其影響因素取決于預(yù)應(yīng)力筋的曲率θ、張拉控制應(yīng)力σcon、預(yù)應(yīng)力筋及周圍管道的摩擦系數(shù)μ等。
2.1 摩阻的產(chǎn)生
預(yù)應(yīng)力孔道的摩擦理論認(rèn)為：預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦由兩部分組成：一是由孔道偏差引起的，其值大小與孔道長度x有關(guān)；二是由曲線孔道彎曲使預(yù)應(yīng)力筋與孔道產(chǎn)生附加的徑向應(yīng)力產(chǎn)生的，其值大小與孔道彎曲角θ有關(guān)。
2.2 預(yù)應(yīng)力體系摩擦損失理論
如圖1所示，在轉(zhuǎn)角為θ處取微段ds，其中心位于一半徑為R的圓弧上，則預(yù)應(yīng)力筋長度ds范圍對應(yīng)的角度變化為dθ=ds/R，則由預(yù)加力P產(chǎn)生的徑向應(yīng)力分量N=Pdθ。
摩擦損失值dp可以用壓力N乘以摩擦系數(shù)μ來表示：
dp=-μN(yùn)=-μPdθ （1）
分離變量，并在0θ間積分，得到：
P2=P1e-μθ （2）
長度效應(yīng)是指在沿預(yù)應(yīng)力鋼筋長度上有不均勻的轉(zhuǎn)角波動(dòng)引起的摩擦，由長度效應(yīng)系數(shù)引起的kx來代替μθ，則公式可改寫成：
P2=P1e-kx （3）
兩部分疊加結(jié)果為：
P2=P1e-μθ-kx （4）
其中：k為考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)；μ為預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)。
圖1 預(yù)應(yīng)力筋的摩擦損失
3 簡化公式
直線型孔道的接觸效應(yīng)很弱，主要取決于孔道的偏差程度，由孔道的施工制作的順直度及以梁段自身作為臺座對預(yù)應(yīng)力筋張拉造成的孔道變形決定的。曲線形孔道的接觸效應(yīng)取決于孔道設(shè)計(jì)的彎曲程度及施工中張拉預(yù)應(yīng)力筋造成的孔道偏差共同決定。
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）[1]、《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（DGJ 08-69―2007）[2]和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62―2004）[3]中給出的預(yù)應(yīng)力鋼筋和孔道摩擦引起的預(yù)應(yīng)損失σl1的計(jì)算公式：
σl1=ΔP/Ap=（P1-P2）/Ap=σcon[1-e-μθ-kx]（5）
規(guī)范給出的計(jì)算公式過于復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過程中，需計(jì)算指數(shù)函數(shù)，易出錯(cuò)且不適用。其計(jì)算結(jié)果亦與施工中預(yù)應(yīng)力張拉所測得的實(shí)際預(yù)應(yīng)力損失相差較大，故本文將規(guī)范計(jì)算公式[1-4]進(jìn)行簡化，思路如下：
將規(guī)范公式中的指數(shù)函數(shù)利用泰勒公式進(jìn)行展開，分別取展開式的前兩項(xiàng)和和前四項(xiàng)和，并與規(guī)范公式[1-4]和參考文獻(xiàn)[5]的實(shí)測值進(jìn)行比較，結(jié)果如表2所示。
從表中可以看出：
（1）泰勒公式展開式，前兩項(xiàng)和和前四項(xiàng)和相差不大；
（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)損失實(shí)測值kx+μθ不管是否大于0.3，均可用泰勒展開式前兩項(xiàng)替代，較規(guī)范公式（5）簡單、偏于安全且更接近實(shí)測值。
4 結(jié)論
本文對規(guī)范[1-4]中提出的后張預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件由預(yù)應(yīng)力筋與孔道摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1的計(jì)算進(jìn)行簡化，得出如下結(jié)論：
（1）在設(shè)計(jì)及施工中，該項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式簡化為：σl1=kx+μθ。簡化公式的即簡便且偏于安全，與實(shí)測值更為接近；
（2）簡化計(jì)算公式對kx+μθ大于0.3的情況仍適用。
參考文獻(xiàn)
[1]吳轉(zhuǎn)琴，曾昭波等.緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線摩擦系數(shù)試驗(yàn)研究[J].工業(yè)建筑，2008， 38（11）：20-23.
[2]李國平，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：人民交通出版社， 2009（08）：78.
作者簡介
李 矗1986-），男，黑龍江哈爾濱人，博士生，助教，工程師，一級建造師，從事鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究（E-mail：）。
姚 飛（1989-），男，河南南陽人，碩士，從事鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)研究。
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表2：規(guī)范公式、泰勒級數(shù)展開式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果的比較
試驗(yàn)值[5] 計(jì)算值
序號 線型 轉(zhuǎn)角θ/rad 長度x/m 張拉力損失
ΔF=F1-F2 預(yù)應(yīng)力筋面積Ap/mm2 實(shí)測損失值σl1 摩擦系數(shù) μθ kx 規(guī)范值[1-4]
σl1=σcon[1-
e-kx-μθ] 規(guī)范值/
實(shí)測值 泰勒級數(shù)前兩項(xiàng)和Σ=-kx-μθ 展開式/實(shí)測值
μ k
1 直線 0 6 6.1 199 0.0307 ― 0.004 ― 0.024 0.0236 0.7818 0.024 0.7724
2 4.8 189 0.0254 0.9449 0.9335
3 2.8 201 0.0139 1.7266 1.7059
4 3.9 212 0.0184 1.3043 1.2887
5 4.2 194 0.0217 1.1060 1.0927
6 4.0 211 0.0190 1.2632 1.2480
7 6.0 201 0.0299 0.8027 0.7930
8 4.2 203 0.0207 1.1594 1.1455
9 4.0 199 0.0201 1.1940 1.1797
10 5.2 197 0.0264 0.9091 0.8982
11 3.0 200 0.0150 1.6000 1.5808
12 5.5 196 0.0281 0.8541 0.8438
1 曲線 π/6 3.666 10.2 210 0.0485 0.09 0.0471 0.0147 0.0595 1.2735 0.0618 1.2342
2 π/3 4.264 20.6 207 0.0995 0.0942 0.0171 0.1046 1.1182 0.1113 1.0560
中圖分類號： TU991.34+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
1 水池結(jié)構(gòu)構(gòu)成及分類
水池結(jié)構(gòu)由頂板、底板、池壁、支柱等組成。水池既可以明露在地面以上，也可以埋于地下，常見的結(jié)構(gòu)形式有圓形、矩形等，下面簡單介紹下矩形敞口水池的計(jì)算要點(diǎn)。
2 水池結(jié)構(gòu)的荷載
《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》第4.2.2 條規(guī)定，作用在水池上的荷載分為永久作用、可變作用兩類。永久作用包括水池自重、土的側(cè)向壓力、池內(nèi)水的側(cè)向壓力；可變作用包括地下水壓力、地面堆積荷載。敞口水池一般沒有很大的內(nèi)外溫差，或者可以說溫差對敞口水池的影響不大，可以最后計(jì)算。
規(guī)程明確規(guī)定：當(dāng)水池的長寬比大于10 時(shí)，豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以1.2，這主要是考慮回填土出現(xiàn)類似管道這種狹長結(jié)構(gòu)的情況，即在溝槽內(nèi)回填土沉陷不均而在水池頂部形成豎向壓力的增大。示例工程:狹長的注漿池
3 水池內(nèi)力計(jì)算
3.1 底板、頂板計(jì)算模型
現(xiàn)澆頂板與現(xiàn)澆底板在池壁處視為彈性固定。無支柱的底板，如果地基條件較好或板的跨度較小，宜按四周固定的單向或雙向板計(jì)算。
底板和頂板的厚度應(yīng)滿足構(gòu)造要求和計(jì)算要求，據(jù)《特種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》中規(guī)定，腋角邊寬一般大于150mm且應(yīng)構(gòu)造配筋，一般可按墻或底板頂板截面受力鋼筋的50%采用。底板的挑出長度，一般取底板厚度；有地下水的，應(yīng)由抗浮計(jì)算確定。
3.2 池壁計(jì)算模型
池壁與頂板、底板整體澆筑，在底板處宜視為彈性固定，敞口水池處頂端應(yīng)視為自由端。池壁不利受力模型：池內(nèi)有水，池外無土；池外有土，池內(nèi)無水。一般池內(nèi)有無水對底板直接受力影響不大，底板的最大受力直接計(jì)算無水情況地反力即可。池外土主動(dòng)壓力系數(shù)小于0.5時(shí)取0.5。
矩形水池
根據(jù)《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 138:2002）第6.1.2 條規(guī)定，按池壁的高寬比分為單向受力壁板和雙向受力壁板兩種受力形式，矩形水池池壁在豎向荷載作用下按受彎構(gòu)件計(jì)算。當(dāng)水池較深時(shí)（HB>7m），可在池壁外側(cè)增設(shè)扶壁柱，以減少池壁厚度。
池壁的計(jì)算過程：統(tǒng)計(jì)荷載確定池壁計(jì)算模型內(nèi)力計(jì)算配筋計(jì)算裂縫驗(yàn)算。
本文以一個(gè)矩形水池為例簡述一下池壁在池內(nèi)靜水壓力作用下的計(jì)算過程。
該工程為清水蓄水池，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長寬均為4m，池壁高4m，壁厚為250mm，底板厚250mm，底板外挑250mm，頂板厚200mm，混凝土等級為C30，抗?jié)B等級為S6,根據(jù)地勘報(bào)告， 本工程地基承載力特征值為fak=150kPa，無地下水，
池底靜水壓力標(biāo)準(zhǔn)值（最高水位3.6m）：q 頂=3.6×10=36kN/m2
本工程H=4.0m，
池壁在池內(nèi)靜水壓力作用下的計(jì)算過程：
①固端彎矩計(jì)算
池壁固端彎矩計(jì)算，H2/dt=17，根據(jù)《特種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》P13，池壁底部豎向彎矩標(biāo)準(zhǔn)值μ=1/6，Ly/Lx=1.0
My=kmxqH2=-0.0350×36×4×4=-20.16 kN·m。
底板固端彎矩計(jì)算，μ=1/6, Ly/Lx=1.0,根據(jù)《特種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》P10，按周邊固定的雙向板計(jì)算，底板均布面荷載q=36kN/m2，查表得彎矩
M1=0.0176x36x4x4=10.138kN·m。
②彈性嵌固邊緣彎矩
池壁彈性邊緣彎矩：Mx= kmxqH2=-0.0298×36×4×4=-17.16 kN·m內(nèi)側(cè)受拉。
底板彈性邊緣彎矩：My+M1’=-20.16+ kmxqH2 =-20.16+0.0513x36x4x4=
9.38kN·m，下側(cè)受拉。
池壁在池內(nèi)水壓力作用下底部彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M1=-20.16kN·m。
池壁按受彎構(gòu)件計(jì)算配筋，再按準(zhǔn)永久組合作用下驗(yàn)證池壁裂縫是否滿足規(guī)范要求。一般情況下裂縫才是配筋和板厚的關(guān)鍵，所以請算出彎矩后再算各構(gòu)件的軸向拉壓力，然后帶入pkpm基本構(gòu)建計(jì)算模塊或其他計(jì)算裂縫的軟件，計(jì)算構(gòu)件的裂縫是否滿足Wjk
池壁在外側(cè)土壓力作用下的內(nèi)力計(jì)算過程同上，本文不再贅述，最終配筋按兩種荷載組合下的較大值設(shè)計(jì)。
4 設(shè)計(jì)及施工要求
1）矩形水池池壁水平鋼筋搭接。應(yīng)有足夠長度錨入相鄰壁內(nèi)，錨固長度應(yīng)自墻的內(nèi)側(cè)表面算起。
2）水池頂板覆土避免大力夯打，水池回填土應(yīng)先填池頂土，后填四周土，周邊回填土壓實(shí)系數(shù)宜大于0.9。
3）水池各部位的鋼筋間距應(yīng)在100mm~250mm范圍內(nèi)。
如果鋼筋間距太密，會(huì)影響混凝土振搗，而鋼筋間距太大，容易產(chǎn)生裂縫，因此規(guī)程對鋼筋間距做了明確規(guī)定。同一方向配筋應(yīng)相互照應(yīng)，如間距100,200,400，或間距80,160，320，使得鋼筋施工一目了然。采用125與200之類混合間距會(huì)造成局部鋼筋集中，因而產(chǎn)生不必要的施工麻煩和結(jié)構(gòu)剛度的混亂。
4）敞口水池頂端宜配置水平向加強(qiáng)鋼筋。
敞口水池在地基變形作用下池壁頂端是結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，因此應(yīng)予加強(qiáng)，敞口水池頂端水平向加強(qiáng)鋼筋一般為最小為4Φ12
5）水池充水試壓前不應(yīng)抹面。
水池池內(nèi)抹水泥砂漿是一種防滲水措施，水池試壓是驗(yàn)證鋼筋混凝土池壁及底板的防滲性能，因此二者施工順序不得顛倒。
6） 剛性套管與柔性套管的選用當(dāng)用于抗震設(shè)防區(qū)時(shí)，應(yīng)在進(jìn)入建筑物外墻的管道上就近設(shè)置柔性連接。
7）套管管徑較大時(shí)應(yīng)在池壁上設(shè)加強(qiáng)鋼筋。
當(dāng)穿池壁的套管管徑大于300mm 時(shí)，應(yīng)注意選用圖集或補(bǔ)充池壁加固大樣做法。如果設(shè)計(jì)圖紙中不注明，施工單位很容易疏忽該項(xiàng)要求。
8）《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（CECS 138:2002）第7.1.3 條規(guī)定，當(dāng)水池的長度、寬度較大時(shí)，應(yīng)設(shè)置適應(yīng)溫度變化的伸縮縫或采取其它措施，實(shí)際工程一般設(shè)置后澆帶或采用補(bǔ)償混凝土。后澆帶一般需間隔42 天左右才能澆筑，整個(gè)水池混凝土澆筑完畢需較多時(shí)間；當(dāng)工期緊張時(shí)，可以采用補(bǔ)償收縮混凝土代替后澆帶。
9）施工縫的選擇。現(xiàn)在混凝土工程一般選用商用混凝土，商用混凝土的特點(diǎn)是強(qiáng)度滿足要求，防滲性能不是太好。所以遇有施工縫的情況請舍棄齒面施工縫。選用鋼板止水帶或者遇水膨脹的橡膠止水帶。這對于水池的長期耐久性是有好處的。
5 結(jié)語
敞口水池是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的入門課程，外形簡約而內(nèi)力計(jì)算不簡單，充分認(rèn)識敞口水池的受力特點(diǎn)對于掌握混凝土的本身特性，及其在外力作用下與鋼筋的配合工作，擬合受拉鋼筋使之與內(nèi)力包絡(luò)圖完美統(tǒng)一，認(rèn)識到裂縫及溫度影響對混凝土結(jié)構(gòu)的長期作用，都有不可磨滅的貢獻(xiàn)。所謂拳不離手，曲不離口。敞口水池作為設(shè)計(jì)的必修課，做好他設(shè)計(jì)，保證隱蔽工程的構(gòu)筑物經(jīng)濟(jì)長久穩(wěn)定的有效使用，對社會(huì)，對國家有著重大的意義。
參考文獻(xiàn):
趙永福，孫海濤，唐堅(jiān)梅，楊龍斐《淺議鋼筋混凝土水池設(shè)計(jì)》建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2008年10期
GB50069-2002《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》
CECS 138:2002 《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》
Abstract: the civil building of quality in addition to the influence factors of site construction and outside, another one of the most important factors is the structure design. This paper in the design of civil building structure some points problems were discussed, and to the point of a simple research and analysis.
Keywords: civil building structure; Problem; Points according to the
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一、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則及步驟
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是工程師通過專業(yè)的方式，即結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)設(shè)計(jì)者的理念。而結(jié)構(gòu)語言就是通過從建筑或者專業(yè)圖紙中凝煉而出的建筑的基礎(chǔ)，諸如墻，柱，梁，板，樓梯，大樣、構(gòu)造等。建筑師通過使用結(jié)構(gòu)語言的元素構(gòu)架建筑的體系，包括承重及抗力體系，這種體系是由豎向和水平構(gòu)件共同構(gòu)筑而成。
1.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原則
民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能原理顯示：1）用于正常建設(shè)和施工使用，能經(jīng)受正常使用中的多種有可能性；2）具有良好的工作業(yè)績；3）正常維修養(yǎng)護(hù)中的耐久性；4）發(fā)生事故的設(shè)計(jì)規(guī)定和發(fā)生，可保持必要的整體穩(wěn)定性。
2.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本步驟
建筑師在進(jìn)行民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般按照三個(gè)階段逐步開展工作：方案規(guī)劃階段，計(jì)算和設(shè)計(jì)階段，施工建設(shè)階段。以方案規(guī)劃階段舉例來看，其內(nèi)容一般會(huì)根據(jù)建筑的重要復(fù)雜度，重點(diǎn)考慮抗震設(shè)防烈度、工程地質(zhì)勘查報(bào)告、建筑類型和建設(shè)和層高來確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最終形式。比如是磚混結(jié)構(gòu)、筒型構(gòu)架或者其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式。
二、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題
1.結(jié)構(gòu)平面圖相關(guān)問題
測繪結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行繪制結(jié)構(gòu)圖時(shí)，何時(shí)需要結(jié)構(gòu)軟件建模是需要結(jié)構(gòu)工作者進(jìn)行分析的。當(dāng)所需建建筑地處6度區(qū)的抗震設(shè)烈度地帶時(shí)，按照國家建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，可不必開展檢查地震剖面的工作，也就無需輸入結(jié)構(gòu)軟件建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以直接進(jìn)行，特別是砌體結(jié)構(gòu)建筑，但是必須要符合國家規(guī)定的抗震措施要求，注意局部受壓問題的解決。但是，當(dāng)所建建筑地處7度區(qū)以上的地帶時(shí)，是必須要輸入結(jié)構(gòu)軟件建模計(jì)算的。當(dāng)然，如果便利，無論哪種，如果從妥善和精確角度來看，輸入結(jié)構(gòu)軟件建模，都是有利而無害的。
2.屋頂(面)結(jié)構(gòu)圖問題
對于設(shè)計(jì)人員而言，民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵， 必須正確掌握建筑圖紙的要素，理解圖紙的意圖。而做到對圖紙的把控，就必須有深入的空間概念。
梁板式及折板式的結(jié)構(gòu)處理方式，一般適用于坡屋面的建筑。二者略有區(qū)別。當(dāng)建筑屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜，且具有較大的版跨度和不平整的平面時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者們往往就會(huì)采用梁板式的結(jié)構(gòu)處理方式。反之，會(huì)采用折板式。這兩種結(jié)構(gòu)處理方式，均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋應(yīng)該配備負(fù)筋板的部分或全部抵抗拉力。基于構(gòu)造需要的厚度一般不應(yīng)小于120厚。此外，光束角鋼裝飾板倍應(yīng)該有大樣圖坡屋頂板法平面，經(jīng)常使用的文件增加樣品示意圖，這是更方便的安裝人員，要正確理解圖紙。
3.地基與基礎(chǔ)方面
1）無地質(zhì)勘察報(bào)告的多層房屋建筑，施工圖的設(shè)計(jì)是根據(jù)建設(shè)單位口頭或參考附近的建筑設(shè)計(jì)形式而做出的。參考設(shè)計(jì)必須合理、安全設(shè)計(jì)地基與基礎(chǔ)，不能完全依靠地耐力進(jìn)行考量，要統(tǒng)一考慮多種因素綜合所參考的建筑設(shè)計(jì)資料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2)在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，軟弱地基的危害是非常嚴(yán)重的。不能僅僅憑借經(jīng)驗(yàn)采用砂墊層加強(qiáng)一下承載力的處理方式，必須考慮墊層寬度和厚度，嚴(yán)格進(jìn)行換土墊層設(shè)計(jì)計(jì)算，安全經(jīng)濟(jì)的解決軟弱地基的處理設(shè)計(jì)問題。
3）多層民用建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了避免采用荷載值偏大的后果，必須在設(shè)計(jì)之初，對梁、柱和基礎(chǔ)負(fù)荷嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范處理，通過將荷載乘以折減系數(shù)的計(jì)算方式，科學(xué)的計(jì)算荷載值，達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
4.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其他專業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)
民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮電氣室內(nèi)敷線的問題。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則，應(yīng)沿著墻壁及樓板等暗處敷設(shè)金屬管，導(dǎo)線敷設(shè)其中。然而這種暗設(shè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，往往與裝配整體框架和剪力墻結(jié)構(gòu)相沖突。預(yù)制梁預(yù)留管道盡可能和波束寬度和壁厚一致，如果沒有協(xié)議，要求一側(cè)的墻壁和梁的一側(cè)，側(cè)面平齊，使得穿梁管穿束垂直線不外露于墻上。
高層建筑平面電梯井道的位置確定，電梯電腦室肯定是向下的位置，電梯電腦室嵌入孔部分越多，電梯的電腦室負(fù)載也就越大，所以應(yīng)該詳細(xì)了解選定機(jī)型電梯建設(shè)條件和注意只有站的布局和更多臺布置的差異。由于電梯井一般為鋼筋混凝土剪力墻的方式，除了外面的垂直載荷下，仍然受橫向力的作用，因此應(yīng)驗(yàn)證開孔強(qiáng)度。
5.底層框架——剪力墻砌體結(jié)構(gòu)挑梁裂縫問題
上部是多層磚混砌體結(jié)構(gòu)，底層為剪力墻結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)等，這類房屋的體系結(jié)構(gòu)，往往會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題，為了追求底層空間和使用面積，設(shè)計(jì)師們單一追求建筑立面造型，將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上，各層設(shè)計(jì)有挑梁，但實(shí)際結(jié)構(gòu)的底層挑梁承載普遍出現(xiàn)裂縫。
6.其它建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
a、多層和高層建筑，層數(shù)和高度的增加，豎向和水平的荷載也隨之增加，荷載量的增大使得底層柱截面不斷增大，使得建筑底部數(shù)層會(huì)出現(xiàn)大量短柱。
b、一般設(shè)計(jì)者往往會(huì)根據(jù)多孔磚墻體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，使用承重磚。承重磚卻是采用多孔磚砌筑而成，這種磚質(zhì)不適宜地面以下和室內(nèi)防潮層。
c、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有考慮房屋建筑的高度、高寬比，使得其限值超出現(xiàn)行規(guī)范。
e關(guān)于箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板問題等等。
三、民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和要點(diǎn)原則分析
1．設(shè)計(jì)規(guī)范的要求
針對上文闡述的在民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)易出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)人員在框架結(jié)構(gòu)構(gòu)思時(shí)，必須綜合的分析和符合建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、抗震規(guī)范、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等。結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ奶厥庑?，以及材料、地質(zhì)、貨源、習(xí)俗等，合理建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系。
2．設(shè)計(jì)的主要原則及要點(diǎn)
a.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)注意抗震驗(yàn)算。場地類別的差異往往決定抗震驗(yàn)算的等級。當(dāng)建筑超過5層的跨度時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要盡量加剪力墻，盡可能改善結(jié)構(gòu)的抗震性。
b. 大跨度雨篷，陽臺等不允許從填充墻內(nèi)出挑，必須考慮抗扭，其扭矩為梁中心線處板的負(fù)彎矩乘以跨度的一半。
c.框架梁、柱的混凝土等級宜相差一級。
d.由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算構(gòu)件的最小配筋率等。
e.出層面的樓電梯均不得采用磚混結(jié)構(gòu)。
f.框架結(jié)構(gòu)中的電梯井壁宜采用粘土磚砌筑，但不能采用磚墻承重。應(yīng)采用梁承托墻體荷載。
g.建筑長度宜滿足伸縮縫要求，否則應(yīng)采取適當(dāng)措施，如增大配筋率，通長配筋，改善保溫，鋪設(shè)架空層，加設(shè)后澆帶等。
h.框架柱軸壓比宜滿足相關(guān)規(guī)范要求，并根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
i.當(dāng)采用井字梁時(shí)，梁的自重大于板自重時(shí)，梁自重不可忽略不計(jì)，周邊一般加大邊梁的截面。
j.過街樓處的梁上筋應(yīng)通長，按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。
k.電線管集中穿板處，板應(yīng)驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度或開洞形成管井。電線管豎向穿梁處應(yīng)驗(yàn)算梁的抗剪強(qiáng)度，開洞處應(yīng)進(jìn)行抗震構(gòu)造措施處理。
l.構(gòu)件不得向電梯井內(nèi)伸出，否則應(yīng)驗(yàn)算是否能裝下，電梯井處柱可外移或做成異性柱。
m.驗(yàn)算水箱、電梯機(jī)房及設(shè)備下結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。水箱不得與主體結(jié)構(gòu)做在一起。
n.當(dāng)?shù)叵滤缓芨邥r(shí)，暖溝應(yīng)做防水。一般可做U型混凝土暖溝，暖氣管通過防水套管進(jìn)入室內(nèi)暖溝。
o.采用扁梁時(shí)，應(yīng)注意驗(yàn)算撓度及裂縫，滿足規(guī)范要求等。
p.突出屋面的樓電梯間的柱為梁托柱時(shí)應(yīng)向下延伸一層，不宜直接錨入頂層梁內(nèi)，并且托梁上鋼筋應(yīng)適當(dāng)拉通，并驗(yàn)算托梁抗剪強(qiáng)度。錯(cuò)層部位應(yīng)采取加強(qiáng)構(gòu)造措施，女兒墻內(nèi)加構(gòu)造柱，頂部加壓頂。出入口處的女兒墻不管多高，均加構(gòu)造往，并應(yīng)加密。錯(cuò)層處可加大梁截面，上下層板鋼筋均錨入此梁中。
q.注意基底附加壓力下基礎(chǔ)沉降不均的問題。
民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其中存在的問題涉及到方方面面，要解決好這些問題就需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的理論知識，在此前提下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師通過綜合考慮各方面設(shè)計(jì)因子，并與各種規(guī)范進(jìn)行多重整合，運(yùn)用科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，做到建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊密結(jié)合，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，這樣才能設(shè)計(jì)出真正滿意的建筑。
參考文獻(xiàn)：
于桂萍《關(guān)于多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要問題分析》.中國高新技術(shù)企業(yè).2008.
Abstract: combining with a production workshop chongqing steel plant design simple introduction to this kind of plant the structural design features, from the main load, the main structure layout analyzed the heavy steel structure plant structure design, puts forward the heavy steel structure plant structure design problems should be paid attention to.
Keywords: steel structure; Workshop; Structure design
中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
引言
在工業(yè)建筑中，鋼結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的性能被廣泛采用，為滿足生產(chǎn)需要，跨度大、高度大以及大噸位行車重型鋼結(jié)構(gòu)廠房不斷涌現(xiàn)。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，重型鋼結(jié)構(gòu)廠房在工業(yè)建筑中的比重越來越大，主要領(lǐng)域用于冶金、機(jī)械、船舶等工業(yè)建筑。本文結(jié)合浙江寧波地區(qū)某生產(chǎn)車間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些注意事項(xiàng)和要點(diǎn)，供類似設(shè)計(jì)中參考。
1重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
重型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)相對于輕型門式剮架結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：
1.1結(jié)構(gòu)用鋼量大。該類廠房柱距、跨度、高度一般較大。且吊車工作級別、荷載較大，因此導(dǎo)致構(gòu)件超長、超寬、超重現(xiàn)象，用鋼量一般超過60kg/m2。由于該類廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件重量較重，且上部荷載較大，相應(yīng)基礎(chǔ)費(fèi)用也較高，同時(shí)地震反應(yīng)也較為敏感。
1.2軸網(wǎng)布置不規(guī)則。受工藝條件限制，廠房柱距一般為9~12m，局部柱距由于抽柱，柱距達(dá)到24m甚至更大。
1.3結(jié)構(gòu)整體剛度要求高。因吊車沖擊荷載對結(jié)構(gòu)的影響，在結(jié)構(gòu)的縱向及橫向應(yīng)提高結(jié)構(gòu)整體剛度，以減小整體結(jié)構(gòu)的震動(dòng)。
1.4節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮超大、超寬、超重構(gòu)件的制造、運(yùn)輸、安裝的工藝要求，并滿足抗震構(gòu)造措施及剛性假定的規(guī)定。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)。
2．1主要荷載
廠房結(jié)構(gòu)所受到的荷載主要有豎向荷載：包括結(jié)構(gòu)自重、吊車豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載；水平荷載：包括風(fēng)荷載、廠房積灰荷載，吊車水平荷載、地震荷載等。上述荷載中除一般輕型屋面自重按0.50kN/m2輸入外，其它結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。風(fēng)荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》選用風(fēng)荷載體形系數(shù)后，由程序自動(dòng)布置。屋面活荷載取0.3kN/m2，屋面積灰荷載在水平投影面，距高爐中心50m內(nèi)取1.0kN/m2，距高爐中心50~100m時(shí)取0.5 kN/m2，走道板活荷載取2.0kN/m2?；撅L(fēng)壓0.4 kN/m2。吊車荷載按照廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入。
2．2主要結(jié)構(gòu)布置
排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實(shí)腹焊接截面柱。下階柱除承受上柱荷載外，還需承受噸位較大的吊車荷載，如果采用實(shí)腹工字型截面柱．則柱截面會(huì)很大，不經(jīng)濟(jì)，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學(xué)性能，減少了柱子截面尺寸，且外形美觀。肩梁采用單腹壁肩梁。
2．3屋面斜梁設(shè)計(jì)
(1)撓度控制：屋面斜梁撓度限值按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）附錄A規(guī)定，[Vt]
(2)腹板高厚比控制：當(dāng)屋面梁軸力相對較小時(shí)?？砂础朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)4.3.1款規(guī)定，承受靜力荷載和間接承受動(dòng)力荷載的組合粱宜考慮腹板屈曲后強(qiáng)度，并滿足第4.4節(jié)相關(guān)要求?？紤]腹板屈曲后強(qiáng)度的屋面斜梁腹板可以設(shè)計(jì)的較薄，且無需設(shè)置中間橫向加勁板，但考慮到腹板的焊接變形往往難以得到保證，因此重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的屋面斜梁腹板厚度不宣設(shè)計(jì)過薄，一般最小取6.0mm，且h/t不大于150。
2．4柱子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
排架柱以邊柱為例。如圖1所示。
鋼柱為單階柱。上柱采用實(shí)腹式柱，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345B鋼，管內(nèi)用C45混凝土填充，綴條采用空心鋼管。澆灌混凝土的孔開在肩梁以下，孔徑約200mm，可在工廠開孔，但不宜將孔板割掉，以免雜物掉進(jìn)管內(nèi)．待管內(nèi)混凝土被振搗密實(shí)并達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50％以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應(yīng)采用壓力灌漿法澆筑，為使管內(nèi)混凝土密實(shí)，在肩梁上翼緣板各開有直徑為30mm的泄氣孔:，灌漿時(shí)應(yīng)振搗密實(shí)，直到泄氣孔冒漿為止。鋼管中的混凝土必須在吊車及墻架系統(tǒng)安裝前澆灌，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％以上，方能安裝吊車及墻架系統(tǒng)。下柱長15.18m，在柱腳處和下柱的中部分別設(shè)置了一道橫隔(橫隔間距不宜大于柱長邊的9倍和8m)。
柱腳采用插入式柱腳。
肩梁采用單壁式肩梁，腹板高度為1800mm。與鋼管相交的加勁做成一塊整板，下柱的鋼管切口，將加勁板插入鋼管的切口內(nèi)，這樣的構(gòu)造做法使吊車梁傳來的豎向荷載有效的傳遞至下部鋼管混凝土柱內(nèi)，提高了節(jié)點(diǎn)的整體受力性能。
圖1：排架柱
2.5柱間支撐設(shè)計(jì)
為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風(fēng)力、吊車縱向剎車荷載、溫度應(yīng)力和地震作用，沿廠房縱向設(shè)置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設(shè)兩道，原則上應(yīng)該布置在溫度區(qū)段中間三分之一處，但是工藝要求，有些位置不能布置柱間支撐，將其位置做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以滿足工藝要求。上柱支撐設(shè)四道，上柱支撐除在設(shè)有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區(qū)段的兩端另設(shè)兩道。
2．6吊車梁與柱的連接
吊車梁下翼緣與柱的連接，一般采用普通螺栓固定。吊車梁上翼緣與柱的連接通常采用板鉸連接，因?yàn)榘邈q連接的縱向約束效應(yīng)小，適用于重級工作制吊車梁，板鉸及其連接應(yīng)能保證傳遞梁端最大水力．鉸板孔徑較栓徑大1mm，其加工應(yīng)按照精制螺栓要求進(jìn)行，鉸板栓孔的受力方向端距不得小于1.5d。由于吊車的起重量較大，在吊車梁的高度中部增設(shè)與排架柱相連的垂直隔板，此隔板為構(gòu)造加強(qiáng)，無需計(jì)算。
3廠房各系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意的問題
3.1鉸接屋架上承及下承做法對柱的影響
上承式屋架優(yōu)點(diǎn)：屋架支座處傳力好。屋架在安裝時(shí)的穩(wěn)定性好,而且基本上可不必考慮屋架受力后弦桿彈性伸長的影響。上弦在豎向荷載作用下的壓縮變形可補(bǔ)償屋架下?lián)蠒r(shí)(坡度變直時(shí))支座向外的位移。其總位移量的消長情況與屋面坡度有關(guān),當(dāng)屋面坡度i≥1/6,柱頂仍將向外推移。當(dāng)i≤1/10柱頂非但不會(huì)向外推移，甚至有向里移動(dòng)的可能，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在多跨廠房中更為重要。
上承式屋架缺點(diǎn):上承屋架端支座底部至端節(jié)點(diǎn)中心的距離較大,約為下承式屋架的2~3倍。因此,在柱頂水平剪力作用下對支座節(jié)點(diǎn)的偏心彎矩較大,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。一般可采取以下兩種方式解決:①采用側(cè)接法與柱頂相連,以減少甚至消除偏心彎矩;②在與支座節(jié)點(diǎn)相連的屋架桿件設(shè)計(jì)中,考慮此偏心彎矩的影響,下承式屋架做法優(yōu)缺點(diǎn)正好與上承式相反。
3.2柱
柱截面選用時(shí),為了經(jīng)濟(jì),宜優(yōu)先選用鋼管混凝土柱或型鋼格構(gòu)柱。為了經(jīng)濟(jì),在工藝允許的情況下可增加縱向系桿,以減小廠房柱的平面外計(jì)算長度。
3.3柱間支撐
支撐桿件采用單拉桿設(shè)計(jì)或一拉一壓桿件設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)受力大小及桿件長度確定。目前流行采用單桿既在前后片桿件之間不打綴條設(shè)計(jì),便于中間穿行管道、鋼梯及參觀走道。
3.4吊車梁系統(tǒng)
國標(biāo)圖集與鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對吊車梁中間加勁肋板與上翼緣的焊縫處的要求不同(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求刨平頂緊后焊接,國標(biāo)圖集僅采用焊縫)，建議采用刨平頂緊后焊接。平板支座處加勁肋國標(biāo)圖集中是上下刨平頂緊,為了便于施工,建議改為上端坡口焊,下端刨平頂緊后焊接。
結(jié)語
隨著我國工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，尤其是沿海、沿江地區(qū)冶金、機(jī)械、船舶及海洋工程類建設(shè)項(xiàng)目，由于生產(chǎn)工藝的需要以及建設(shè)用地的允許 ,建造大跨度和大面積的鋼結(jié)構(gòu)廠房越來越多 ,而隨著我國鋼產(chǎn)量的增加和建筑設(shè)計(jì)、 施工技術(shù)的不斷進(jìn)步 ,這種需求得到滿足也變得越來越容易。設(shè)計(jì)人員要熟悉規(guī)范，靈活把握，使得工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理。
參考文獻(xiàn)
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