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教你不知道的土建理论知识,理论指导施工

发布时间:2018-08-31 12:05:52

结合八年土建施工及三年房地产开发经验,应广大房建施工同行要求,也致即将或刚毕业的工民建专业新生。房建施工知识不是经验之谈,而是用理论指导施工,万变不离其宗,懂此原理所在,方能去处理未曾见过的技术难题。

小时候的梦想是建一座属于自己的高楼大厦,自从选择房建专业后,我一直在深究土建施工的魅力所在。经过总结多年的现场施工经验,结合扎实的理论知识,以下从理论角度分析及给出土建理论知识与实际相结合的应用指南及解答:

普及理论常识。房屋构造主要由梁板柱剪力墙组成(框剪结构),而梁板柱剪力墙结构又由钢筋、混凝土材料组合而成,施工阶段还有模板、支撑体系。

其他理论常识:我们使用弯矩图及剪力图指导施工,我们知道钢筋的抗拉强度是抗压强度的几万倍,所以钢筋主要作用是抗拉,而混凝土抗压强度是抗拉强度几万倍,所以混凝土主要作用是抗压(这个是关键点)。

所为弯矩指的是弯拉应变产生的应力,作用力是弯拉;而剪力指的是剪切作用下的应力,作用力是剪切。

拿简支梁做例子。从理论而言,我们主要是计算简支梁的正截面计算,以及斜截面计算,属于强度验算。另外PKPM设计软件还有计算刚度验算,主要有挠度验算,裂缝验算。对施工而言,我们主要应用强度验算原理或结果即可。

1)通过正截面计算,主要是配置梁的主筋大小是否满足?这里主要是考虑弯矩作用。

2)通过斜截面计算,主要是配置梁的箍筋大小?这里主要是考虑剪力作用。

3)通过微积分结算,我们得出简支梁的弯矩图及剪力图(如下,简支梁弯矩图及简支梁剪力图)。

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简支梁弯矩图

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简支梁剪力图

4)通过弯矩图及剪力图,我们可以判断出简支梁里钢筋所受的作用力大小及部位(如下,简支梁理论配筋图)。

 

教你不知道的土建理论知识,理论指导施工

简支梁理论配筋图

从以上分析得出,结合前面所言,钢筋主要作用是抗拉力,混凝土主要是抗压。

我们在正负弯矩部位配置受力筋(详见简支梁理论配筋图),以抵抗弯矩产生的弯拉应变,而造成梁面开裂。所以,施工中我们会看到负筋钢筋比较密,主要是负弯矩过大。而在受压区部位不配筋,通过采用混凝土自身的抗压强度抵抗受压区。实际中,支座位置有大量底部钢筋放置,其实主要是因为底部受力筋要满足规范要求的锚固长度。另我们也知道,以前设计经常会出现弯起钢筋,底部钢筋在到支座前就直接45度弯起作为抗剪使用,这个就是很好的证明。

我们可以轻松利用微积分计算出的弯矩图结果应用到工程实际中,用以指导我们的施工。通过弯矩图大致形状,我们可以轻松判断受力筋应该搭接位置或那里截断。

我们通过剪力图可以判断,剪力受力最大位置在支座处,所以我们必须在支座处加大箍筋的数量,通常施工中为结构梁净跨1/3位置加密,主要是用来抵抗剪力产生的应变造成斜截面裂缝。以前,设计人员是先斜截面计算箍筋大小,并通过弯矩图原理,采用弯起钢筋抵抗剪力,而后,为了省事直接加密箍筋。

类似的分析,框架柱同样受弯矩及剪力作用,同时还受轴力作用。一般而言,房建中结构柱均按偏心受压计算,所以才有弯矩及剪力作用。

我问过很多新来的实习生,他们很多不懂得运用弯矩图及剪力图指导施工,所学的知识全部是现场施工经验。我就问不经意问,难道师傅就教这些,或者是你们自己看到了表面的知识。他们很多都不解其中缘由。

不仅新来工作的,或是已经工作多年的工程师们,对于理论力学一窍不通,知其然不知其所以然。我常常跟我带的新生说,如果你们只知道按图施工,按经验办事,那你没有水平,遇到新问题基本不能解决。

问题来了,曾经做电气行业的人员请教我,为什么柱子里面没有配钢筋?会不会影响结构安全,他们有这样的疑问,我觉得是好事,因为他们从外行的专业知识思考建筑行业,能看出问道孺子可教也。我也问过很多老师傅们,你们怎么解析?

其实很简单,刚才说过,钢筋主要作用是抗拉,因为抗拉是抗压的几万倍,我们要充分利用抗拉性质抵抗弯拉应变,只有受拉力部位才放置钢筋,不然那是浪费国家钢材资源。

另外,混凝土主要作用是抗压,抗压也是抗拉的几万倍,混凝土不经受太大的拉力就开裂,在受压区部位,我们是通过混凝土抗压抵抗轴力作用。

那显而易见,柱子偏心受压后,中间核心位置大致2/3位置是受压,所有我们通过混凝土抵抗压力,没必要配钢筋。现代发展成中间是空心钢管的混凝土结合体,其实也是充分利用钢管与混凝土共同作用抵抗压力。

对于柱子四周而言,因柱子可能会受偏心受压,偏心受压后四周会产生弯矩,既然有弯矩就会造成柱子混凝土会受弯矩开裂,我们通过四周配置受力筋抵抗弯矩产生的作用力。

同样的例子,支座处底部受力筋往上翘起,造成保护层厚度过大,是否影响工程施工质量?在我作为甲方时,我们经常验收钢筋,见到这种现象很多,我当面问了我施工五年的同事,也是土建专业的工程师。因为我经常跟他们说受力分析,所以他们一下子就说,钢筋保护层厚度超标,会造成支座处底部混凝土开裂。我说,你这是杞人忧天,这么简单的力学都没掌握好。

其实,通过弯矩图,我们知道底部支座处是受压区,没有必要使用钢筋来抵抗压力。他们有点茫然,不怎么相信我的理论水平。我举简单例子,通常为什么会有弯起钢筋?作用是什么?很明了,弯起钢筋是拿来抵抗剪力,以节约箍筋使用量,减低成本。所以,受压区是没必要放置受力筋的。另外,底部支座处为什么钢筋可以断开,就是因为该区域为受压区,规范已经说明,受拉区尽可能不能搭接。

通过以上分析,我相信,只要有点力学常识的人都会看得懂,但是,我想说,把书本知识学到的力学知识结合实际,用来指导施工,才是我们国家最需要的栋梁之才。


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