淺析混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

羅 維

(大連六環(huán)景觀建筑設(shè)計院有限公司)

淺析混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

羅 維

(大連六環(huán)景觀建筑設(shè)計院有限公司)

對于建筑工程來說，混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量對于建筑工程有著很大的影響，因此，做好混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，不斷提升建筑工程質(zhì)量。

混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；具體方法

引言

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)因其具有足夠的強度、良好的延性和較強的整體性，目前廣泛用于地震設(shè)防地區(qū)，是最常用的結(jié)構(gòu)形式。在工程設(shè)計中，如何正確分析研究每一個工程的特點，選用合理的方案，采用合理的結(jié)構(gòu)形式，以及采用合理的計算依據(jù)，是每一位工程設(shè)計人員面臨的首要問題。就施工期的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，定義中規(guī)定的時間是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件由設(shè)計方案的圖紙變?yōu)檎鎸嵔Y(jié)構(gòu)的施工期，時間要遠遠短于設(shè)計基準期，規(guī)定的條件是指滿足設(shè)計方案的要求，且能保證安全、可靠的正常施工，規(guī)定的“預定功能”是指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工費用經(jīng)濟合理的條件下，能夠保證施工過程的安全、可靠。由于結(jié)構(gòu)可靠度定義在施工期的特殊涵義，根據(jù)結(jié)構(gòu)在使用階段承載能力的極限狀態(tài)也可將施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)區(qū)分為正常施工極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)，正常施工極限狀態(tài)相應(yīng)于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的正常施工要求，承載能力極限狀態(tài)相應(yīng)于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性要求。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意的問題

1.1 關(guān)于柱的設(shè)計

1.1 .1 框架柱的截面設(shè)計

在多層或高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,柱的截面尺寸從下到上逐漸縮小,以節(jié)約投資,使設(shè)計更合理。柱截面尺寸減小的間隔層數(shù)為 3～5 層,如果間隔太密,會造成模板浪費、施工不便;太疏又起不到節(jié)約投資、降低造價的目的。每次每側(cè)減小的尺寸以 100～150 為宜,如減得太多,有可能導致結(jié)構(gòu)豎向剛度突變。另外,柱的最小截面尺寸應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50010-2002》第 l1.4.11 條的規(guī)定:矩形柱的寬度和高度均不宜小于 300mm;圓柱的截面直徑不宜小于 350mm。

1.1 .2 框架柱的箍筋肢距

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB500l0-2002》第 l1.4.15 條規(guī)定“柱箍筋加密區(qū)內(nèi)的箍筋肢距:一級抗震等級不宜大于 200mm;二、三級抗震等級不宜大于250mm 和 20 倍箍筋直徑中的較大值;四級抗震等級不宜大于 300mm”。此處的“箍筋肢距”的定義,規(guī)范沒有明確的說明。按一般的理解,箍筋肢距應(yīng)為每肢箍筋的水平距離。因此不少設(shè)計人員在設(shè)計時將箍筋肢距一律按均勻分布且不大于200mm(以一級抗震等級為例),如圖(a)所示。這樣將使混凝土的澆搗發(fā)生困難。因為混凝土在澆搗時,是不允許從高處直接墜落的,必須使用導管,將混凝土引導到根部,然后逐漸向上澆灌。如果箍筋肢距過小,將無法使用導管。

1.2 關(guān)于梁的設(shè)計

1.2 .1 框架梁的負筋只需按計算配夠,不必增加配筋量在框架結(jié)構(gòu)的計算中,由于地震作用、風荷載等水平力的作用,往往使得框架梁的粱端負彎矩遠大過跨中正彎矩。為了避免框架梁負筋過多過密,我們往往都將框架梁的負彎矩乘以一個 0.85 左右的調(diào)幅系數(shù)進行調(diào)幅,使梁端負彎矩減少,并相應(yīng)增加跨中正彎矩,使梁的上下配筋均勻一些。如果在框架計算是作了負彎矩調(diào)幅,而配筋時又將負筋放大,就是沒有道理而且是自相矛盾的。

1.2 .2 梁側(cè)縱向鋼筋的配置

梁側(cè)縱向鋼筋包括梁側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋和梁側(cè)抗扭縱筋。新混凝土設(shè)計規(guī)范規(guī)定梁腹板高度 hw ≥ 450mm 梁側(cè)應(yīng)沿高度配縱向構(gòu)造鋼筋,且間距不大于200mm。梁側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋對防止梁側(cè)面的開裂具有非常重要的作用。梁側(cè)縱向鋼筋的直徑不應(yīng)太大,一般以Ф 12～Ф 16 為宜。在實際設(shè)計中,常常見到梁側(cè)抗扭縱筋很大的情況,這是由于電算結(jié)果顯示抗扭縱筋的面積較大。對這種情況應(yīng)在計算和設(shè)計上做一些調(diào)整:

(1)由于目前電算程序在結(jié)構(gòu)構(gòu)件分析時，尚不能考慮現(xiàn)澆樓板對梁扭轉(zhuǎn)的影響,而是由程序給出一個梁扭矩折減系數(shù),合理選用梁扭矩折減系數(shù)對控制梁的扭矩是很重要的,一般情況可取 0.4～0.6。(2)對跨度較大的次梁支承于主梁上時,次梁的支承端會對主梁產(chǎn)生較大的扭矩,這時可在電算程序中指定該次梁的端支座為絞接。這種方法對解決梁在受剪扭情況下的超筋超限是非常有效的。

1.3 非加密區(qū)的箍筋的配筋率

抗震設(shè)計時框架梁的非加密區(qū)的箍筋的配筋率應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2002》第 11.3.9 條的規(guī)定:ρ sv≥ 0.26ft/fyv。

2、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的其他問題分析

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震問題分析

地震力在兩類構(gòu)件之間分配，應(yīng)考慮不同時段兩類構(gòu)件抗推剛度相對比值的變化。鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)中現(xiàn)在采用的主要結(jié)構(gòu)體系為鋼框架一混凝土剪力墻(內(nèi)筒)體系，其中鋼筋混凝土內(nèi)筒為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，鋼框架主要承擔重力荷載，承擔較小的水平剪力。在水平地震作用下，有工程經(jīng)驗表明，由于鋼框架的抗推剛度遠小于混凝上內(nèi)筒，鋼框架承擔的水平剪力除頂部幾層可為樓層剪力的15%～20%，中部及下部約為相應(yīng)樓層剪力的10%～15%，有的工程甚至僅有5%左右。在往復地震動的持續(xù)作用下，結(jié)構(gòu)進入彈塑性階段時，墻體產(chǎn)生裂縫后，內(nèi)筒的抗推剛度大幅度降低，剛度退化將加大鋼框架的剪力。鋼框架由于彈性極限變形角為1/400以上，遠大于約為1/3000的鋼筋混凝土墻體彈性極限變形角。雖然此時的水平地震作用要小于塑性階段，但鋼框架仍有可能要承擔比彈性階段大得多的水平地震剪力和傾覆力矩。因此，為符合結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求，需要調(diào)整鋼框架部分的承擔的水平剪力，規(guī)程抗震要求鋼框架一混凝土結(jié)構(gòu)各層框架柱所承擔的地震剪力不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的 25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的較小值，以提高鋼框架的承載力，并采取措施提高混凝土內(nèi)筒的延性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計過程要確定適宜的層間位移限 值

我國有關(guān)混合結(jié)構(gòu)的規(guī)程正在修編，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)程沒有列出對鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)定，但對以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主要抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，高層建筑混凝土規(guī)程，則提出其側(cè)移限值的要求，規(guī)定為等同于相當高度的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)體系的要求。確定適宜的層間側(cè)移和頂點側(cè)移限值是該結(jié)構(gòu)體系規(guī)程的重要內(nèi)容之一。

“高鋼規(guī)程”沒有列出對鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)定，但對有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)，規(guī)定應(yīng)符合《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程》JGJ3-91的要求?，F(xiàn)行的“混凝土高規(guī)”規(guī)定的層間位移限值，對于鋼一混凝土結(jié)構(gòu)常不易符合要求。修編中的“混凝土高規(guī)”(第二稿)，將包含對鋼一混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定的內(nèi)容；關(guān)于鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的層間位移限值，將規(guī)定為等同于相當?shù)匿摻罨炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)體系的要求。此外，修編中的“混凝土高規(guī)”，關(guān)于層間位移限值將對現(xiàn)行“混凝土高規(guī)”JGJ3-91有所放松，并以此確定適宜的限值。

結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)對于建筑工程質(zhì)量有著關(guān)鍵的影響，新時期，對于建筑工程的質(zhì)量要求越來越嚴格，因此，做好混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過不斷的發(fā)展研究，提高建筑工程質(zhì)量。

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[2]焦博,楊永超. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個概念應(yīng)用問題[J]. China’s Foreign Trade. 2011(02)

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1007–6344（2015）01–0019–01