建筑結構設計中的鋼筋混凝土構造的主要方法

黃妙武

（馬鋼集團設計研究院有限責任公司，安徽 馬鞍山 243000）

引言

隨著經濟社會的快速發展，尤其是我國新一輪新型城鎮化進程的高位推進，國家對建筑工程的質量與安全將越來越高。鋼筋混凝土結構由于其自身的諸多優勢，因為被廣泛運用到各種建筑工程中。但是，鋼筋混凝土構造本身也是需要不斷更新升級的，這樣才能更好地適應新形勢下人們對建筑工程質量和安全的新要求和新期待。因此，深入研究和探討當前建筑結構設計中鋼筋混凝土構造存在的主要技術問題，進而提出科學有效的應對措施，這不僅很有必要，而且很重要。本文，筆者將從分析建筑結構設計中鋼筋混凝土構造存在的主要技術瓶頸入手，對一些關鍵技術問題進行剖析，在此基礎上，就如何有效提升鋼筋混凝土構造水平提出了一些對策建議。

1 建筑結構設計中鋼筋混凝土構造的主要技術瓶頸

當前，鋼筋混凝土構造遇到的主要技術瓶頸問題在抗震級別、周期折減系數、梁剛度放大系數等方面的技術確定方面。

1.1 關于抗震等級的確定

抗震等級的確定是最基本的技術要求，是任何建筑工程都必然要進行科學評估確定的技術問題。實際操作過程中，不同的建筑工程要求的抗震等級也是不同的。因此，在具體的建筑工程結構設計中，要依據現行的抗震等級標準規定（GB50223-2008），確定建筑工程的抗震等級，進而確定混凝土結構的抗震等級。

1.2 關于周期折減系數的確定

混凝土框架結構的實際剛度比計算的剛度更大，導致實際周期比計算周期更短，這主要是在框架結構內設置了填充墻。這種現象會增加一定的安全風險。很顯然，按照計算周期得出的抗震作用效力會比實際周期小，這就降低了鋼筋混凝土機構的安全系數。對此，通常的辦法是，研究實行相應的折減措施。原則上，對計算周期進行折減時，要首先確保系數科學合理。一般而言，折減系數應控制在0.6～0.7，實際確定系數需要根據填充墻的實際數量與材質進行。特殊情況下，折減系數還應加大，比如填充墻的數量比較少或者使用的是輕質砌體，這時的折減系數要加大到0.9。當然，如果鋼筋混凝土框架結構沒有填充墻的話，計算周期就不存在折減程序。

1.3 梁剛度放大系數的確定

由于普遍采用計算機軟件模型進行混凝土結構設計，這就導致在輸入電腦時混凝土結構多為矩形截面。但是，實際構造中，往往在樓板上會形成T型截面，而在計算機模型中，這個T型截面是不能事先設計好的。這就造成計算所得剛度比實際剛度小得多，這就必然導致計算出來的地震力值偏小，對鋼筋混凝土結構的穩定性和安全性造成威脅。針對這些問題，在計算剛度時，就要是適度放大梁剛度系數，一般情況下，中梁應放大2.0，邊梁應放大1.5。

2 建筑結構設計中鋼筋混凝土構造的主要方法探析

從根本上講，建筑工程的結構設計，其最終目的就是為了構建一個最為合適的環境整體。這個環境整體包括了結構型號、平面及立體布置的規則性、抗震性能擇定、抗風壓性能選定等一系列結構體系。為了構建這個優良的環境整體，在進行結構設計時，就應按照建筑工程的實際高度和寬度比、抗震級別、場地類型、結構材料等方面的技術規定，選擇最佳的結構體系。這樣的操作方式，可以讓建筑工程結構的使用效果最優化，也可以大幅降低工程造價。

2.1 優化混凝土構造方案

建筑方案的設計，是建筑工程結構設計中鋼筋混凝土構造的重要先導性工作。由于每一個投資商都希望獲取最大的效益，也就是說用最小的成本開支并在保質保量按時交底之后獲取利益的最大化，這就導致很多投資商都希望具體的施工中減少配筋的使用以此實現工程建筑的安全與實用。在這種情況下，作為建筑工程的設計人員，就必須采取切實有效的設計技術措施，最大限度地滿足建筑的功能布局的同時，盡量考慮結構的規范。這對設計人員的技術要求是比較高的。如果設計工作人員在具體的設計過程中，不熟悉相關的結構設計要求，設計出的結構方案往往很難滿足結構設計規范。這就必然為后面的實體施工造成被動乃至損失。比如，等到進入了具體施工階段才發現先前的設計與實際施工出入很大，這時再進行臨時性的必要的修改，雖然能夠彌補一些技術缺陷，但是對施工非常不利。這是因為，進入施工環節后，整個建筑工程設計方案已經提報并通過了相關單位及企業的評估論證，是已經產生法定效力的方案，要進行臨時性的修改，這會極大地增加建筑的構造限度，大大增加配筋成本。

2.2 科學構造最小配筋率

普遍使用挑梁，這是配筋的主要構造方法。使用挑梁，能夠有效克服施工過程中場地面積結構、場地功能等的不利影響，從而提高鋼筋混凝土的結構性能。但是挑梁的使用，需要較高的技術水準。比如，具體的施工設計中，某些設計工作人員會把框架梁的主筋往外挑梁延伸一些，可延伸的主筋卻無法進入挑梁中。這是因為，鋼筋混凝土結構中，外挑梁承受的荷載往往與框架梁承受的荷載不同，也就是說兩者在斷面設計上的尺寸不同。一旦有了這種錯誤的設計，在具體施工階段才會顯現出來，而此時大量的鋼筋已截斷成型，這樣就會阻礙工程的施工進度，同時也是一種不必要的損失。為了避免出現這些問題，在進行鋼筋混凝土構造時，要精確計算最小配筋率，以規避剪拉破壞。施工之前，要事先通過精細的計算，確定墻中的水平鋼筋，以防止剪切破壞。換句話說，就是通過限制墻肢內鋼筋的最小配筋率，最終實現有效規避剪拉破壞的目的（如表1）。

表1 鋼筋混凝土結構構件中縱向受力鋼筋的最小配筋百分率

2.3 剪力墻最小截面、保護層、鋼筋錨固長度的構造方法

剪力墻的技術要求及其嚴格，不管是小偏心還是大偏心，這對整個建筑工程的穩定性和安全性的影響都是很大的，甚至是致命的。具體來講，應圍繞構造最小截面、保護層、鋼筋錨固長度等方面重點抓好以下3個環節。

2.3.1 剪力墻容易產生的主要問題

剪力墻容易產生的主要問題是小偏心和大偏心。如果剪力墻往往受到了彎矩與軸向拉力的作用，如果軸向拉力過大，全截面受拉，則屬于小偏心受拉；如果是偏心矩，則屬于大偏心受拉。小偏心受拉條件下，將主要由墻肢腹部豎向分布鋼筋和端部鋼筋承擔所有拉力，這是因為此時的整個截面處在拉應力狀態下，由于抗拉能力比較差導致混凝土裂開貫通整個截面。大偏心受拉條件下，除小部分受拉，大部分將處于受壓狀態。

2.3.2 剪力墻斜截面受剪破壞的主要形態

在小偏心受拉和大偏心受拉的情況下，剪力墻的斜截面將不同程度地遭受破壞。這些破壞的程度往往各不相同，破壞程度的決定因素主要是受拉與受壓之間的比例狀況。一般而言，按照遭受破壞的難易程度排列，最容易造成破壞的是剪拉，斜壓次之，剪壓最后。相對應的，就可以把剪力墻斜截面遭受破壞的主要形態概括為剪拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞3種。

2.3.3 規避剪力墻造成破壞的主要方法

在剪力墻構造的具體設計中，應針對不同的斜截面受拉與受壓情況，制定針對性強的構造措施方式，最大限度地減少或規避剪壓、剪拉、斜壓現象，以避免對剪力墻造成破壞。一方面，要精確計算剪力墻斜截面剪壓比，以規避斜壓破壞。這主要是通過適當地限制剪力墻斜截面的剪壓比來實現；另一方面，要精細計算剪力墻斜截面承載力，以規避剪壓破壞。要防止剪壓破壞的關鍵在于將能夠承載斜截面的最大值計算出來，進而確定最為恰當的承載力。

通過以上3種措施，剪力墻的抗剪能力就能夠實現一個大提升，混凝土與水平鋼筋就能夠較好地承受剪力墻的抗剪任務，進而促進建筑工程質量與安全的雙提升。

3 結語

建筑結構設計中的鋼筋混凝土構造是整個建筑工程設計的重要環節，也是技術含量比較高、設計流程比較復雜的環節。構造水平如何，將直接影響和關系整個建筑工程的質量和安全。所以，在具體的構造設計過程中，一定要嚴格按照技術標準和設計規范進行，尤其是負責設計的技術人員需要具備較高的專業設計水平和過硬的職業道德與責任，這樣才能確保鋼筋混凝土構造達到技術標準，從而為打造精品建筑奠定堅實的技術基礎。

[1] 黃光春.工程設計中鋼筋混凝土框架結構設計的注意事項[J].廣東科技，2011（18）.

[2] 張衛娜.淺析建筑結構設計中的鋼筋混凝土構造的主要方法[J].黑龍江科技信息，2012（18）.

[3] 于志巍.鋼筋混凝土構造柱施工質量控制[J].民營科技，2011（05）.

[4] 秦緒波.淺談建筑結構設計中的鋼筋混凝土構造措施[J].中國科技博覽，2011（02）.