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结构设计师的烦恼 精选

已有 2265 次阅读 2020-9-7 07:59 |系统分类:观点评述


工作关系,经常与设计院的结构设计打交道,设计是工程的龙头,设计师无疑是工程的灵魂人物。设计师依据国家和行业或是地方规范进行相关的结构计算和设计,其对工程的理解以及专业知识的掌握程度直接影响到工程能否顺利开展,设计师在设计文件的设计说明中,经常会写明结构材料等的相关要求,但往往由于结构设计师本身对规范的掌握和理解差异,对材料知识的掌握不足,特别是如果引用的规范出现问题,将给项目的实施带来很大困扰。

关于图纸要求与规范的优先顺序,施工合同文件解释顺序:除专用条款另有约定外,组成本合同的文件及优先解释顺序如下:(1)本合同协议书(2)中标通知书(3)投标书及其附件(4)本合同专用条款(5)本合同通用条款(6)标准、规范及有关技术文件(7)图纸(8)工程量清单(9)工程报价单或预算书。但是如出现认识不统一,即便图纸要求有误,施工方也不得擅自更改施工图中的要求,如发现错误应通知设计方明确,待设计方明确并签字后,此时的设计方文件大于规范,即再有责任由设计方负责。如果没有通知设计方,而善改,一切后果自己负责,如果发现问题还施工,此时的责任由设计、监理、施工等方共同负责,只是责任大小不一样。

术业有专攻,设计师的强项是结构设计,承载力、刚度、稳定性等,这通过配筋可以解决,但结构不只是承载的问题,特别混凝土结构,对裂缝也非常敏感,涉及对材料的要求往往设计师就很难把握了,往往从相关规范或以前的设计图一抄了之,有了问题,再进行更改,走设计变更程序并非一件容易的事。对于专项工程,制定切合实际的专项技术要求,对细节进行把控,以便于工程的开展、实现设计和规范的要求,再经过专家论证来实施,更有利于项目的进行。

我经常与做设计的朋友一起聊天,与他们讲,既然材料不是你们的强项,就没必要写在设计文件里,因为你们往往理解出现偏差,给工程造成很多困扰,文件里只写要求就可以了,比如强度等级、抗冻等级、耐久性相关指标等,至于如何达到指标要求,设计不要过多去要求,要求过多不仅会对后续的工程开展造成不必要的麻烦,也对新技术新材料的推广造成障碍。

一般而言,对材料了解不足,是大多数结构设计师的短板。

比如对于C50混凝土,高性能混凝土设计规范里,明确要求胶凝材料用量不超过450Kg,这一条是从我国引入德国高铁建设技术时候,连同德国规范一并引入的,主要是提高混凝土本身的抗收缩性能,而我国以前规范要求的是C50混凝土胶材用量不超过500Kg。混凝土最重要的性能是工作性,不超过450Kg的前提是骨料的粒型好、集配好、空隙率要低,国外骨料是整形的,而我国骨料的生产工艺基本都是颚破+锤破,粒型不佳级配不良,450Kg粉料量在实验室可以做出,但在现场很难施工,我们在处理这类问题时候,胶材用量控制在480Kg,对控制收缩和保障工作性能都起到了兼顾作用,现在一些最新出台的规范也都是要求在480Kg了。

在桥面湿接头,也就是预制箱梁或预制T梁架设到盖梁以上后,要进行连接,重新浇筑混凝土,使之成为一个整体(图1)。

图片2.png

1 后浇的湿接头

既然混凝土硬化过程也是个收缩过程,为了保障新老混凝土的粘结,对于后浇带混凝土往往会要求使用微膨胀,这在很多设计文件上都有明确要求。

用的最多的膨胀剂就是UEA,主要组分硫铝酸盐熟料、明矾石、石膏等材料磨细而成,下面的方程式是膨胀剂的膨胀机理:

  图片1.png

也就是说膨胀剂要膨胀,需要大量的水参与反应。

Power TC通过测定和计算得到(1960年,高效减水剂问世前)

水泥完全水化的水灰比0.227;使水泥完全水化而无毛细孔时的水灰比0.379(水化的结合水+凝胶孔中水);使水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率的水灰比为0.437;使混凝土具有可施工的流动性(无外加剂),水灰比为0.5。

混凝土变形(膨胀和收缩)与限制是个矛盾的统一体。膨胀要通过钢筋和邻位约束才能在结构中建立预压应力。使用膨胀剂时需要注意膨胀剂的使用条件。由于膨胀剂的水化特性,并不是任何场合都适于使用膨胀剂,湿接头的混凝土为C50,水胶比在0.30-0.32,结构密实,内部缺乏使胶凝材料充分水化的水分,本身水化水分就不够用,如果膨胀剂膨胀过早,特别是需水量大的硫铝酸盐型膨胀剂,其内部水化程度更低,膨胀剂补偿收缩的作用不能发挥,混凝土强度降低两个等级。

另外,对桥面板类的薄板结构,缺乏必要的约束条件,也不适合膨胀剂使用。

 

图片3.png 


掺了膨胀剂                   未掺膨胀剂

2 C50配比混凝土破型照片

 

施工经验的欠缺,也往往造成结构设计本身的先天不足。同样的配筋,粗而疏有利于混凝土的浇筑施工但不利于抗裂,细而密有利于结构的抗裂但有时不利于施工。

如图3所示。

 


3 不合理的配筋


3上图可见钢筋布置比较密,对混凝土的浇筑造成困难,如果再加上钢筋连接、焊接不规范,图3下图,只能灌砂浆了,但从设计角度肯定会按密实的钢筋混凝土来进行计算,但实际上很可能是蜂窝狗洞,留下质量隐患。

对于结构设计师,多了解一些必要的材料知识、多了解施工是很有利于工作开展的,另外,设计图上尽量要求主要的指标,不建议过细,因为相应的规范也都有技术要求,如果引用不当适得其反。




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