施工图设计文件的常见问题分析

施工图设计文件常见问题分析武汉市建设工程设计审查办公室武汉市抗震办公室刘卫国一、地基基础（一）抗浮设计（二）检验与检测（三）案例二、混凝土结构（一）一般问题（二）多层混凝土结构（三）高层混凝土结构（四）案例三、砌体结构（一）多层砌体房屋（二）底框-抗震墙砌体房屋（三）案例四、钢结构（一）一般问题（二）网架结构主要内容（结构）（一）抗浮设计1.抗浮设计应进行哪些验算(l)施工阶段、使用阶段及特殊情况下,地下建筑物的整体及局部抗浮稳定验算。整体及局部抗浮稳定均应得到保证,设计中往往忽略了局部稳定的验算。特殊情况下的整体及局部抗浮稳定验算,指的是位于地下的水池、游泳池及其他储仓等,当换水、检修需减小稳定荷载时,也应考虑此工况的抗浮稳定性。一、地基基础高层塔楼高层部分桩基裙房地下水位抗拔桩(2)抗拔构件的抗力及强度验算。当建筑物重量不能平衡水的浮力时,需设置抗拔构件,如抗拔桩及锚杆等。抗拔构件的抗力(抗拔力)应通过抗拔静载荷试验确定,不能以估算值为依据。(3)地下建筑的外墙、底板等构件的强度及抗裂验算。在抗浮整体及局部稳定得到保证的前提下,才能进行地下建筑结构的验算。2.什么情况下可不考虑水浮力作用？对于这个问题,国家标准及行业标准未作明确规定。《建筑地基基础技术规范》(DB42/242-2003)第11.4.11-1条、第11.4.11-2条中作了规定。即，地下建筑物周边的水不能渗入基底,地面的水也不能渗入基底,地下建筑物还要埋于不透水层,即做到地下建筑物完全埋置于无水的土层内,方可不考虑水的浮力作用。3.抗浮水位的确定抗浮水位的确定是一个复杂问题,抗浮水位的高低与地形、地下水类型、土质等多种因素相关,应综合多种因素分析确定,不能简单地取用勘察报告提供的勘察时的水位。(1)地下室基底位于含水层内,含水层有承压水存在时,抗浮水位应按历史最高或丰水期最高承压水头计算。当承压水与潜水或上层滞水有水力联系时,应按二者的混合最高水位计算。(2)当地下建筑物所处场地地势低洼,场地有可能积水时,应按可能发生的积水标高计算。(3)一般情况下,出于安全考虑,在场地无积水的情况下,可取地面标高为抗浮水位标高。当场地地势高于周边地面时,可按设计年限内可能产生的最高地下水位或丰水期稳定水位计算。(4)对处于斜坡上的地下室或其他可能产生明显水头差的场地上的地下室进行抗浮设计时,应考虑地下水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室底板的影响。地下水位H2地下水位H1γwH1γwH24.抗浮设计时,抗浮安全系数的取用对水位稳定的地下水压力可按永久荷载考虑,其抗浮稳定安全系数:①对于明挖法施工阶段,应大于1.05~1.1；②使用阶段,应不小于1.2/0.9=1.33。对于水位急剧变化的地下水压力应按可变荷载考虑,抗浮稳定系数应不小于1.4/0.9=1.56。５.预应力混凝土管桩抗拔问题当抗拔桩采用预应力混凝土管桩时,截桩应将管桩内预应力钢筋保留,与管桩孔内填埋混凝土内接长锚固钢筋共同锚入承台混凝土。对抗拔管桩,应验算桩身受拉承载力。对于受长期或经常出现水平力或拔力的建筑桩基,其最大裂缝宽度不得大于0.2mm。当桩身处于腐蚀介质中时,不允许桩身开裂,并应验算其抗裂度。特别注意,截桩后留下的预应力钢筋存在一个预应力传递长度Ltr，此段管桩的有效预应力将减小,抗裂能力减弱。1.基桩高应变检测运用不当对大直径扩底桩、人工挖孔嵌岩桩、夯扩桩、后压浆钻孔灌注桩、素混凝土桩及Q~S曲线具有缓变形特征的大直径灌注桩等特殊类型桩,不宜采用高应变检测单桩竖向抗压承载力。此类型桩应采用静载试验的方法确定单桩承载力。对人工挖孔桩亦可采用深层平板静载荷试验。原因：混凝土匀质性较差且桩截面变化较大的桩,在进行高应变承载力分析时所采用的桩单元模型或作出的假定与实际往往出入较大,测试结果不可信。（二）检验与检测2.水泥土搅拌桩桩身完整性的检测方法不当水泥土搅拌桩包括粉喷桩及浆喷桩,对于如何检测此类桩桩身完整性,国内外尚未找到有效的途径。极少数设计人员要求采用低应变方法检测桩身完整性,显然是没有根据的。复合地基桩身质量或完整性的验收检测方法及数量序号类型检测方法检测数量1混凝土桩(CFG桩等）应采用低应变法不应少于总桩数的10%且不应小于20根2水泥土桩宜采用单桩静载荷试验或连续钻芯法、坑探法不应少于3根3石灰桩应采用静力触探法不应少于3根4砂石桩（碴土桩）应采用动力触探法不应少于3根案例l错选基础设计等级1、工程概况某项目为地上4栋18层塔楼,地下l层的住宅楼,4栋塔楼有2层裙房相连,框架一剪力墙结构,6度抗震设防,剖面如图,建筑结构高度60.2m,A级高度高层建筑框架及剪力墙抗震等级均为三级。塔楼地下一层裙房16层602002层2问题结构设计人员在选择地基基础设计等级时取为乙级,忽视了连为一体的高低层建筑的层数差较大的问题,该工程4栋18层塔楼与2层裙房之间的层数相差达16层,其选取的地基基础设计等级不满足《建筑地基基础设计规范》(GB50007,2002)第3.0.1条的要求。对体型复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物,其地基基础的设计等级应为甲级。《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第3.0.3条规定:“设计等级为甲级的建筑物应提供载荷试验指标,抗剪强度指标,变形参数指标和触探资料。”第10.2.9条规定:“地基基础设计等级为甲级的建筑物,应在施工期间及使用期间进行变形观测。”此条为强制性条文。案例2当存在地下室时，忽视地下室抗浮计算1、工程概况某工程地上由l栋26层、1栋30层的塔楼及相连的4层裙房组成,地下2层,其中地下室部分超出上部结构范围,见下图。稳定地下混合水位位于地表下0.6~12m,地下水来源较丰富,上部结构为框剪及部分框支剪力墙结构,钻孔灌注桩基础。264裙房地下室塔楼塔楼30地下室界线2问题2.1该工程上部结构比较高、比较重,而且有面积较大的地下室,基础埋置深度较大,建筑结构的整体稳定满足规范要求。然而,由于地下水水位较高,地下水对地下室结构部分的浮力较大,超出上部结构部分的地下室部分的局部自重不能平衡地下水浮力,存在抗浮稳定问题。2.2该工程基础采用的是钻孔灌注混凝土桩,当地下室结构自重不足以平衡地下水浮力时,工程桩将承受部分上拔力,使通常受压的基桩变成了受拉的抗拔桩。3点评3.1由于地下水较丰富,地下水水位较高,地下室埋置较深,仅仅采取加大地下室结构自重的办法无法满足抗浮稳定,因此可采用钻孔灌注混凝土桩(或其他合适的桩)作为其抗浮稳定桩,以保证地下室结构不上浮,桩的抗拔承载力应由抗拔试验取得。3.2注意桩身强度及抗裂验算,配置足够的钢筋。同时,对与之相关的地下结构构件亦应进行相应的强度、裂缝计算,并注意地下水浮力的作用与上部荷载的作用正好相反,其受力及配筋与上部结构不同。案例3石灰岩地区勘察深度不够，基础选型不妥1、工程概况某教学实验楼,5层框架结构,房屋高度20.6m,6度抗震设防,原设计西部为柱下独立基础,持力层为③层粘土(fk=370kPa,Es=13.OMPa),东部为墩式基础,持力层设计仍为③层。施工墩基时,超挖发现墩下部有软弱土层,经补充勘察,发现③层以下有残破积土层④(fk=230kPa)及④a层(fk=170kpa),然后为石灰岩层⑤,且有有软弱填充物的岩溶洞,见图。2问题2.1原勘察报告深度不够、勘察工作不细致,不符合《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)第4.9.4条关于桩基础勘探孔的深度的规定。2.2勘察报告中,老粘土层③厚薄不均,最薄处仅lm左右。对有溶洞地区,基岩上厚度小于6倍基础宽度的土层稳定性未进行分析评价,不符合《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)第5.1.10条、第5.1.11条的规定。3点评3.1石灰岩地区,往往存在大小不等,填充物不同的溶洞,选用桩基(或墩基)应慎重,往往要穿过溶洞进入稳定基岩,而石灰岩的硬度很大,强度亦很高，施工难度很大,特别是对采用人工挖孔的桩基或墩基。因此,在石灰岩地区,当上部存在可以利用的合适持力层时,应尽量采用浅基础,如刚度较好的条形基础和格筏基础。这样,既可以满足地基承载力和变形的要求,也可以起跨越作用,避免对溶洞顶产生不稳定性影响。3.2本工程墩基施工时,发现墩底土层越往下挖越软,经与设计单位联系及专家论证后,废弃挖孔墩,采用素混凝土填实,并改墩基为条形基础。3.3对这类工程,应加强施工及使用期间沉降观测,特别是不均匀沉降的观测。案例4大直径人王挖孔扩底桩承载力计算有误1、工程概况某框架结构工程,基础采用人工挖孔桩基础,一柱一桩。场地上层为素填土层,厚约4.2～６m,第②层为粉质粘土层,厚约0.6~1.7m，第③层为含砾粘土，顶板埋深为5.l~7.5m,该层为桩端持力qpa=500kPa。2问题该工程采用一柱一桩,其桩基承载力尤显重要,然而施工图设计桩承载力表中提供的单桩竖向承载力特征值Ra,考虑大直径灌注桩端阻力尺寸效应系数后,普遍偏高。以其中的ZH5a桩为例,该桩桩身直径1.5m,桩长7.5~10m,桩端扩底直径为3.2m,Ra=4596KN,经审查人员复核,该桩句承载力特征值为3666KN,两者相差达20%。究其原因,在于设计时,桩端阻力尺寸效应系数计算中的D值错用了桩身直径,实际应选用桩端扩底直径,从而过高地估算了桩的竖向承载力。3点评以各类土层为持力层的大直径灌注桩,桩端一般置于较好土层,此类桩的静载荷试验Q~S曲线呈缓变型,故单桩竖向承载力的取值应按沉降控制,并结合上部结构对沉降的敏感性确定,即在一定沉降值为控制的条件下,端阻力值随着桩端直径D的增大而降低,其中粘性士和粉土降幅较小,粉细砂次之,砾石降幅最大,其总的变化关系是极限端阻力随桩端直径的增大呈双曲线减小。如果对其端阻力不按规定的尺寸效应系数进行调整,则可能产生不均匀沉降而影响建筑物的安全和正常使用。案例5混凝土桩复合地基布置不当1、工程概况某7层框架结构工程,场地上层为厚约2m的杂填土,第②层为可塑粘性土层厚约3~4m,fak=110kPa,第③层为硬塑状粘土fak=300kpa。基础为柱下扩展基础,持力层为第②层,因其承载力不满足要求,设计采用混凝土短桩为增强体的复合地基,混凝土桩身直径d=450mm,Ra=150kN,复合地基承载力特征值fak为220kPa。2问题2.1基础设计施工图中将复合地基布桩与基础平面图分开绘制,桩的布置沿纵向轴线在宽约4~5m范围内均匀分布,中心间距为3~3.5d,审查时将布桩图与基础平面图对照,发现大部分桩布置在基础以外,有的基础底面内仅有一根桩,有的桩的合力点与基础形心严重偏离。(a)正确布桩(b)不正确布桩2.2因布桩中心与基础形心偏离,基础实际承载力严重不足,存在安全隐患。以其中的J15基础为例进行复核,基础面积为2.3m×2.3m,按fspk为220kPa计算,该基础的复合地基抗力为1164kN,可是该基础中间仅有一根桩,其面积置换率仅为0.3,按《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2003)第9.2.4条公式9.2.5计算,其复合地基承载力特征值仅为129.6kPa,则该基础复合地基的实际抗力仅为685.9kN,不足前述承载力的60%,存在极大的安全隐患。正确布桩图与错误布桩图见下图。3点评3.1在置换率过小的情况下,桩体分担的部分将过小,这样将使得混凝土桩复合地基的承载力过低,不能很好地提供较高的地基承载力,达不到设计预期要求的承载力水平。3.2对于由混凝土桩体和桩间土共同提供承载力的复合地基,桩体产生一定沉降或向褥垫层刺入是保证桩土共同承担荷载的必要条件,因此,其布桩一般宜将混凝土桩体布置在基础底面以内,以充合发挥混凝土桩体的作用。在布桩时,应尽量使基础底面形心与桩群合力中心重合,避免其下桩体受力不均,因受力不均,将使得其下桩的沉降或刺入褥垫层的变形不均匀,这样势必造成基础的倾斜变形。3.3相对而言,混凝土短桩为增强体的复合地基,桩体对土的加固作用相当有限,因此基础下持力层承载力特征值一般应大于80kpa,当其承载力