运用QC方法控制剪力墙设计质量.docx
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运用QC方法控制剪力墙设计质量
运用QC方法控制剪力墙的设计质量
山东省济宁市盛世朝阳小区
AB、C商住楼剪力墙优化设计QC小组
一、单位简介及工程概况
二、QC小组概况
三、选题理由及课题目标
四、基本做法
五、成果评价
六、下一步的打算
运用QC方法控制剪力墙的设计质量
山东省济宁市盛世朝阳小区
AB、C商住楼剪力墙优化设计QC小组
前言
随着经济和社会的发展，住房制度的改革，经济计划时期的福利分房逐步有住房货币分配所带替，住房成为商品。
同时，由于我国人口多，人均土地越来越少，并需要足够的绿地和人们活动环境，所以高程建筑成为首选。
高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活需要的产物，是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。
科学技术的进步、经济的发展则为高层建筑的发展提供了坚实的物质基础。
随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式，材料，力学分析模型都将日趋复杂多元，为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
无论采用什么结构体系，具体设计中都应使结构具有明确的计算简图、合理的传力途径、多道抗震防线，力求形成立体构件或尽量使结构能趋向于实现总体屈服机制。
一、单位简介和工程概况
1、单位简介
济宁市建筑设计院是山东省“十佳设计院”，现有职工110人，高级专业技术人员36人，中级技术人员55人，一级建筑师、结构师20余人，主要承担大、中型工业与民用建筑设计，是鲁西南地区城乡建设系统唯一的甲级设计院。
近年来，荣获省市优秀设计奖一百余项，科技论文、QC小组成果也在省市多次获奖。
多次被评为省市先进单位。
2、工程概况：
济宁盛世朝阳小区AB、C商住位于济宁火车站西边，是集车库、卖场、住宅为一体的建筑。
地下二层，地上A栋为23层，B、C为19层，整个工程地下室13480㎡，地上28313㎡。
建筑结构形式为框架-剪力墙结构，使用年限为50年，抗震设防烈度为六度；人防地下室地下二层为六级人防二等掩蔽所，平时用途为地下汽车库，地下室地下一层及地上两层用途为卖场，地上三层以上部分为住宅。
二、QC小组概况
1、QC小组简介网络图（椭圆造型）
制图人：
杜春环日期：
2007-9-20
2、QC小组成员简介
QC小组成员表
姓名
性别
年
龄
文化
程度
职称
分工
1
杜春环
女
36
本科
工程师
组长
2
3
4
5
6
7
（制表：
杜春环）2007年9月20日
3、小组活动制度
、小组定期开展活动，三天一次。
学习形式：
集中学习，现场讨论。
及时发现存在的问题并解决。
、小组制定严格的考勤制度，成员无特别重要的事情，必须参加活动。
保证出勤率达到100℅。
三、选题理由及课题目标
1、选题理由
住宅建筑实行商品化后，应成为广大住户的耐用消费品，因此结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本要求，同时应为住户提供舒适感。
应配合建筑尽可能的在居住空间中露柱露梁的压抑感和采用隔声较好的分隔墙材料，使室内简接明快，幽静舒适。
作为商品开发商要求投入少，经济效益好，购房者要求房屋设计布局好，外观美，房价适中，质量上乘。
因此结构设计应根据房屋的建造地点、平立面体型、层数多少在满足安全性、耐久性要求的前提下采用经济合理的结构体系，在设计中精打细算，严格执行规范构造要求，注意不必要的浪费。
本工程集车库、储藏、卖场、住宅于一体，地下两层为AB、C两栋高层的大底盘，地上有两层裙房与AB、C两栋高层连接，根据车库与卖场的平时使用要求需要大空间，我们决定采用框架结构来满足，但住宅部分需要舒适感，我们决定采用剪力墙结构。
可以做到房间内不露梁柱，简洁，承重墙与分割墙结合有效使用空间大，隔音效果好，整体性强，侧向刚度大，用钢量小，湿作业少，施工周期短，造价低等。
根据《建筑抗震设计规范》底.1.14条规定，本工程地下室可作为上部结构的嵌固部位（1.地下室结构的楼层侧向刚度大于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍；2.人防顶板厚度达到了250MM，没有较大开洞），建模时可分成三个独立部分单独建立。
但怎样布置剪力墙才能使结构更合理，混凝土及钢筋的用量最少，造价最低成为值得探讨的问题，对今后的建结构设计工作有着重要的指导作用，可以少走弯路，积累经验。
综上所述QC小组成员一致认为目标是可行的。
2、课题目标
由于目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置，先假定好构件尺寸，通过电算，电算一般是个别指标超限，则对这部分进行调整，至于整个方案是否完善，构件尺寸假定是否太大，则心中无底。
很多时候都会产生不必要的浪费。
另外，住宅布置有时候建筑考虑立面和内部空间，使结构产生很多不合理之处。
例如：
某些剪力墙布置不均匀，产生刚度偏心和扭转；多处形成一字型短墙；顶部布置共享空间，产生平面不规则等，这些形式对结构受力及抗震均不利。
因此我们在设计时必须强调概念设计，在平面布置和构造设计上使结构更趋合理，做到经济合理。
根据以上所述小组成员拟定了如下目标：
（1）在满足受力及规范要求的条件下墙肢最短，混凝土及钢筋用量最少；
（2）剪力墙布局合理，受力明确，刚心与质心重合，扭转及变形满足技术指标要求。
（3）施工图简洁明了，便于施工。
四、基本做法
高层建筑结构设计最主要的就是概念设计，概念设计的宗旨就是在于在特定的空间形式、功能和地理环境下，以结构工程师自身确定的理想承载力、刚度和延性为主导目标，用整体构思来设计各部分有机相连的结构总体系，并能有意识的利用和发挥结构总体系的分系以及分体系与构件之间的最佳受力特征与协调关系。
这种近似计算方法虽然有一定的误差，但概念清楚，定性准确，手算简单快捷，能很快的比较和选择出相对最佳的结构方案，乃至估算出主要分体系及其构件的基本尺寸，为以后的计算机分析提供比较确切地结构计算模型和所需输入的原始数据。
同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
一个公司想在竞争激烈的市场中立足生存，则每一个项目都必须设计成有好有经济，这主要靠设计人员自身的概念、经验悟、性判断力和创造力，而这又都是仅靠一体化计算机结构设计程序所代替不了。
所以首先要从根本上理解高层结构设计的技术规范、规程，融会贯通，基本知识扎实。
然后就要上机建模，正确输入各项数据后进行试算，修改，再计算，再修改直到各项技术指标符合要求，最后在施工图的设计中要取舍归并，归纳作简洁明了的施工图。
第一轮PDCA循环（概念设计）
1、现状调查
剪力墙设计中的概念问题大部分设计人员都懂，但实际应用到工程设计中，施工图纸表达出来的东西有时则存在很大差别，追究原因许多，是与个人观念、处理方式及采用的具体构造处理有关等，因此造成墙的截面和配筋差别大，结构不合理，且不经济。
根据以往的经验，，我们QC小组对以前我院及其它设计院所做的类似的几个工程进行分析比较，对存在的问题进行统计分析，结果见下表：
常见问题分析统计表
序号
原因
频率
累计频率
1
墙肢过长
35
35
2
墙体过厚
30
65
3
配筋过大
16
81
4
构造处理不合理
8
89
5
混凝土强度太高
6
95
6
荷载取值过大
5
100
（制表：
杜春环）2007年9月20日
制图：
（杜春环）2007年9月24日
通过统计分析：
得出结论，影响剪力墙质量与造价的主要原因为剪力墙截面尺寸和含钢量。
2、分析原因
制图人：
（杜春环）日期：
2007-9-22
3、要因确认
要因确认表
序号
末端因素
确认方式
确认结果
1
概念不清
调查专访
非要因
2
规范没吃透
调查专访
要因
3
人为因素
检查图纸
要因
4
荷载取值过大
检查计算书
要因
5
配筋率取值过大
检查计算书
非要因
2007年9月22日
4、制定对策
对策表
序号
要因
目标
对策措施
实施
时间
1
规范没吃透
加强业务学习
针对工程多读有关规范
2007.9.28
2
人为因素
提高技术素质
下达帮、教、带指标
2007.9.28
3
荷载取值大
照建筑做法仔细计算
不人为的加大荷载
2007.9.28
2007年9月22日
5、组织实施
实施一：
针对规范没吃透，我们QC小组组织学习，贯输此工程目标的重要性，要求大家多读规范和有关参考资料，遇到问题大家多探讨、多交流，并将意见归纳统一，共同学习进步。
实施二：
针对人为因素，有些年青的同志工作时间短，经验相对少，心里没底，所长要求我们小组成员有经验的同志帮助年轻的同志尽快的成长起来，大家共同做好这个工程。
实施三：
针对荷载取值大情况，我们大家在一起认真仔细的计算荷载，绝不人为的加大一点荷载，但也不会人为的减少荷载，做到实事求是。
6、效果检查
通过QC小组的第一次攻关，我们达到了预期的目标，表现为：
大家理清了该工程的概念思路，明确了所要解决的主要问题、解决方法。
进行了相应的方案比较和自我评估等，工作有了总结再提高。
第二轮PDCA循环（建模调整）
、现状调查
根据第一次循环结果，小组成员分成两组上机操作，AB栋和C栋住宅楼单独建模，建完后结果中出现了很多不合理的地方，主要为：
问题出现表
序号
项目
AB栋
C栋
1
刚心、质心不重合
有
无
2
连梁超筋
有
有
3
变形过小
有
无
4
扭转过大
有
有
5
轴压比不够
有
有
6
延性比不够
有
有
2007年9月28
2、分析原因
（1）刚心、质心不重合，刚心北移，明显的偏于质心，在大家布置剪力墙的时候横向墙体布置的过密，没能使两个方向的刚度接近。
（2）连梁超筋是一种常见现象，实质是剪力不满足公式Vb≤1/γ（0.20βcbbHb0）（当高跨比≥2.5时）或Vb≤1/γ（0.20βcbbHb0）（当高跨比＜2.5时）。
连梁超筋的部位在七八层墙肢较长的地方。
可减小连梁界面高度或按铰接处理进行整体计算。
（3）变形过小，标准层的位移角为1∕3000，结构刚度大，这说明剪力墙数量太多、太密，。
剪力墙太多不仅加大地震力，而且使结构重量加大，施工工程量相应增加等。
经过调整后层间位移角1∕7000，减少了剪力墙数量。
（4）扭转过大，模型中第一振型出现了扭转，平动系数为0.25，扭转系数为0.75，这对抗震中十分不利，究其原因是剪力墙布置没能使结构平面刚度对称。
（5）轴压比不够，因为刚建模时所选截面尺寸都是规范最低限制，个别墙肢轴压比不能满足要求，需要加大截面尺寸。
（6）结构延性是重要设计指标。
南向的分户墙墙肢长度大于8米，计算中楼层剪力主要有大墙肢来承受，其它小的墙肢承受的剪力很小，一旦地震尤其是超强烈地震时，大墙肢容易首先遭受破坏，而小的墙肢又无足够配筋，使整个结构各个击破，极其不利。
3、要因确认
要因确认表
序号
因素
确认方式
确认结果
1
建筑体型不规则
现场操作
非要因
2
剪力墙布置不合理
现场操作
要因
3
墙长大于8米未开洞
现场操作
要因
4
截面尺寸不合理
现场操作
要因
2007年10月01日
4、对策表
对策表
序号
要因
目标
对策措施
完成
时间
1
剪力墙布置不合理
调整到合理状态
调整
2007.10.01
2
墙长大于8米未开洞
将长墙分段
开洞
2007.10.01
3
截面尺寸不合理
调整到合理状态
加大
2007.10.01
2007年10月10日
5、组织实施
实施一：
针对剪力墙布置不合理，我们QC小组组织讨论，畅所欲言，发现问题积极解决，将本工程剪力墙结构布置两个方向刚度接近进行不下数十次的调整，终于调到了合理状态，使结构有适宜的侧向刚度。
模型第一、二振型为平动，平动系数为0.89、0.97，扭转系数为0.11、0.03，模型第三振型为扭转，平动系数为0.92，扭转系数为0.08，周期比为0.83，各项系数都在合理范围内。
实施二：
针对墙长大于8米未开洞，采用施工时墙上留洞分成短肢墙。
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。
为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
实施三：
针对截面尺寸不合理，将轴压比不够的墙肢在不影响建筑使用功能的情况下加长加宽，使其满足要求。
6、效果检查
通过活动，我们达到了预期的目标，主要体现在：
经过小组成员不懈努力，加班加点的奋战，终于将合理的模型调整出来，剪力墙结构双向布置，墙体布置适宜，接两个方向刚度接近，扭转及变形、墙肢截面尺寸、轴压比、延性比都符合要求。
QC小组成员都经过了锻炼，技术水平有了进一步提高，学到了课本中学不到的知识，为以后工作积累了经验。
第三轮、PDCA循环（细节处理）
、现状调查
模型调好后，进入施工图的设计阶段，在施工图的设计中有发现了许多新问题。
施工图设计中出现的问题表
序号
项目
AB栋
C栋
1
剪力墙钢筋归并系数取值
有
有
2
剪力墙的节点详图归并
有
有
3
连梁跨高比不大于2.5
有
有
2007年10月28日
、原因分析
计算机并不是万能的，所自动出现的图不能直接拿来用，需要设计人员发现问题，改进并补充，例如：
（1）剪力墙钢筋归并系数取值。
在SATWE程序中有两项选择，一是系数归并，再是面积差归并结构有一点差距，需手工复核一下。
（2）剪力墙的节点详图归并。
在SATWE程序中有墙端都是从节点处断开，没有翼缘的墙体就会少了1∕2墙厚，需查找补全。
再者有时两个约束构件之间的剪力墙只有20、30公分，QC小组成员认为可以将两构件连接起来，减少构件编号，减少施工中钢筋锚固截断等不必要的麻烦，使图纸更简洁。
（3）连梁高度过大。
跨高比不大于2.5的连梁，在地震作用下连梁比较容易出现剪切斜裂缝。
3、对策表
对策表
序号
要因
目标
对策措施
完成
时间
1
剪力墙钢筋归并系数取值
比较之后取最优
需手工复核
2007.11.06
2
剪力墙的节点详图归并
使图面清晰
查找补全
2007.11.06
3
连梁高度过大构造配筋
符合实际受力
设水平分布筋
2007.11.06
2007年11月06日
4、组织实施
实施一、针对剪力墙钢筋归并系数取值：
两组成员对两种归并出现的结果打印，相互检查，并手工复核。
实施二、针对剪力墙的节点详图归并：
认真仔细核对，查找补全，使图纸交代清楚，利于施工。
实施三、针对连梁高度过大构造配筋：
在自梁底边0.2h～0.6h范围内配置配筋率为0.25％的水平分布筋。
5、效益检查
经过一个多月的鏖战，我们顺利地完成了盛世朝阳商住楼的施工图设计，边干边学习的过程，对高层设计时如何把握好合理性，经济性有了更深刻的理解。
在规范允许范围内，合理把握关键部位及次要构件，什么地方应加强，什么地方可以放松，对于整个建筑物保证安全及降低造价影响巨大，这是我们在今后的设计中要不断提高及改进的。
五、成果评价
1、成果方面：
解决了剪力墙结构设计中设计存在的不足之处，完成了既定目标。
通过QC活动带动了技术人员的积极性，培养了一批QC积极分子。
得到了建设单位及施工单位的好评，取得了良好的社会效益。
2、成功点评
小组成员的技术素质得到了很大的提高，技术素质和质量意识也得到了明显的改观。
QC活动方面符合我们小组的组建目的，充分体现了质量管理的重要性。
得到院领导的认可，建设单位及施工单位的好评，给我们设计院树立了很好的口碑。
六、下一步的打算
我们将在今后的工程设计中，努力学习，积极探索，结合具体工程，开拓思维，争取创造性地工作。
在满足建设单位要求的情况下，使工程设计更合理，安全可靠，经济实用。
我们要不断的提高专业技术水平，为社会作更大的贡献。
成果效益证明
2007年11月，我院“山东省济宁市盛世朝阳小区ABC商住楼剪力墙优化设计QC小组”，经过全体成员的共同努力，在多种条件限制的情况下，开展创造性地工作，按时完成了设计工作，取得了显著成绩。
该设计在满足建设单位要求的同时，是结构更合理，更经济，受到了院技术委员会，建设单位及施工单位的一致好评，为以后类似工程项目的设计积累了宝贵的经验。
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