混凝土結構優化設計應注意的問題分析

李曉音

【摘要】建筑混凝土結構優化設計是保證建筑結構穩定性，確保建筑使用質量，提高建筑使用壽命的關健，本文從平面或豎向不規則的建筑結構、抗震設計中“強剪弱彎、強柱弱梁、下連梁（地框梁）的設置問題進行了分析。

【關鍵詞】混凝土；結構；優化設計；分析

引言：建筑施工中混凝土、鋼筋是經常用到的施工材料，因為混凝土的強度和剛度具有很大的優勢，對于建筑結構的穩定性起到很大的作用，但是混凝土很容易受到環境以及溫度等因素變化的影響而產生裂縫，為了進一步提高混凝土在建筑工程中優勢，就要對混凝土結構不斷進行優化設計，保證結構的穩定性與安全性以及耐久性。

1.混凝土結構設計出現裂縫的類型

1.1塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫產生的原因主要是指混凝土骨料在沉降的過程中，受到了鋼筋或者是模板等方面的阻礙產生的，這種裂縫主要是在混凝土在澆注后的。0.5到3個小時之間比較容易產生，而對混凝土來說，還處于塑性狀態，當混凝土的表面消失水光時就會產生，不僅沿著梁上面的鋼筋出現走向的現象，還會沿著板上面的鋼筋出現其現象，主要就是混凝土出現的塌落是比較大以及過高的沉陷導致的。同時在進行施工的過程中，如果沒有把模板綁扎好，在移動的過程中，就會出現裂縫的現象。

1.2溫度應力裂縫

產生溫度應力裂縫的主要原因就是在對混凝土進行澆筑以后，聚集在內部的水泥，不僅水化比較熱，還不容易散發，這樣就會在一定的程度上導致混凝土的內部溫度在不斷的升高，混凝土表面具有比較快的散熱，這樣就會比較容易的造成內外溫差，這樣就會導致混凝土的內部具有比較大的壓力應，表面也會產生一定的拉應力。如果混凝土的表面附近有著比較大的溫度梯度，這樣就會比較容易的產生較大的拉應力，這樣就會導致混凝土的齡期比較短，抗壓的強度也是比較低的。如果溫差在表面產生拉應力，對混凝土極限抗拉強度超過的話，就會導致混凝土的表面產生裂縫。

1.3塑性沉降裂縫

該裂縫產生的主要原因就是在對混凝土進行澆筑之后，在塑性狀態中，就會產生水分蒸發比較快的現象，這樣的裂縫在一般的情況下，主要是在表面出現，產生的原因就是混凝土在澆筑后的三到四個小時的時間，其混凝土的表面沒有得到覆蓋，尤其是針對平板結構，在大風天或者是比較炎熱的夏天，混凝土表面水分的蒸發相對來說是比較快的，特別是模板吸水比較快，導致混凝土產生急劇收縮的主要原因就是混凝土本身的水化熱高導致的，所以此時的混凝土強度將會趨近于零，對這種變形的應力無法進行抵抗，才會導致裂開的。

2.平面或豎向不規則的建筑結構

2.1平面或是豎向不規則的建筑結構因為其結構的特殊性，需要的工作量大，計算的難度很高，雖然計算手段增多，但是結果的準確性還是不能準確，使得結構的安全使用無法保證。因此，在進行建筑設計的時候，盡量避免出現不規則結構的設計內容，特別是嚴重不規則的設計方案。

2.2在建筑中的防震縫設置，對于一些體型復雜、平面或是立面不規則的建筑結構有效的避免碰撞。不過在高層建筑或是超高層建筑中不設置防震縫，而是通過優化結構本身來提高結構的使用。有些建筑結構使用的防震縫，可能出現結構寬高比超過限制范圍，對于超長建筑來說，防震縫的設置可以兼做溫度縫，對于建筑的整體性能是一種很好的提升。

2.3主軸兩個方向的結構在動力特性方面應該保持一致，設計人員在進行設計的時候，一定要注意，建筑平面的長寬應該適宜，不應過大或是過小；剪力墻布置柱截面bh的擺向以及樓層結構布置在長方形的平面內，如果要提高建筑結構的強度，結構不應該豎向或是長方向進行剛度設計，這樣做會造成主軸間的動力特性會擴大，不利于抗震，正確的做法是結構橫向也就是短向進行剛度設計，保持主軸的動力特性。

3.抗晨設計中“強剪弱彎、強柱弱梁”

3.1剛柱柔梁，一般可以理解為大截面和配筋，但這只是片面的意識，如果一味的增大截面或是增多配筋，反而會造成框架結構抗震性能減弱，對于建筑結構的安全使用留下隱患。遇到中震時，結構中的一些部件開始屈服并且出現塑性鉸，結構的穩定性遭到破壞、塑性變形增大，當塑性鉸的數量增加到一定程度時候，結構承受力趨于穩定，不再增加或是降低，但是結構變形迅速增加，結構遭到損壞，失去使用功能.為了提高結構承載力與塑性變形能力的增加，“強剪弱彎、強柱弱梁”是很好的遵循原則，這樣的原則遵循的是耗能結構部位的延性設計，保證受壓區域高度、最小配筋率、梁的上下部縱筋比列、梁端箍筋配置通過合理的控制，提高梁端塑性鉸區轉動能力足夠承受荷載力。

3.2通過各種內力調整系數，來保證“強剪弱彎、強柱弱梁”，合理配置梁端結構的比例關系，在遇到地震的時候，梁端塑性可以早出現，柱端的塑性較晚出現，通過對塑性出現時間的掌握，改善結構承載力，提高結構在強震下結構的穩定性能，保證了建筑結構的安全性，保護了人身安全。

4.地下連梁（地框梁）的設置問題

一般來說在基礎埋深比較大的時候，會設置底層層墻，減小結構高度。在進行設計的時候，為了更加簡單快速計算出結果，通常會在結構計算的模型中增設一層框架設計，這樣的設計下就會出現短柱。對于短柱的出現，有以下幾種處理方法：

4.1短柱一旦形成，其強度配筋一定要嚴格按照抗震計算規范進行。同時，還要建立兩個計算模型：一是有地框梁模型，二是無地框梁模型。有地框梁模型考慮地下土體實際的約束作用，模型中的二層柱之計算長度系數應為一點二五到一點零之間；無地框梁層只計算一次，實際建筑一層柱配筋取二者包絡值，并短柱箍筋全高加密，建筑一層以上樓層梁、柱配筋取有地框梁模型實配。

4.2地下連梁下移至基礎頂面，此時是基礎設計中常見的基礎拉梁，作用是平衡柱底彎矩。承受墻體自重，僅為了計算出圖的方便而仍按多一層的框架模型考慮。此時應改變計算模型中的二層柱計算長度系數，由一點二五改為一點零左右，基礎連梁考慮彎矩和軸向拉力后一般構造配筋；不必理會軟件提示的底層柱抗剪不足問題。

4.3根據相關的文件規范《建筑地基基礎設計規范》中規定，高頸現澆基礎由高杯口基礎制作而成，高頸至地下連梁頂處的剛度，剛度是非線性剛度，要大于柱的四倍以上，按照正常的模型計算要符合地基規范復核高頸配筋。

4.4上部結構的嵌固端是地下室頂板作為結構一部分的時候，對于樓層、樓板、硅、板都有具體的要求，要求樓板的厚度符合、鹼強度要夠、板的配筋率要達標、樓層層面剛度要強，而且地下室的層數要大于兩層。

4.5在結構構件中，最重要的一個構件就是角柱。角柱在受力方面很復雜，因此，在角柱受彎、受剪配筋上面一定要加強，以保證結構的強度。

結語：混凝土結構設計在建筑設計中非常重要，混凝土結構的穩定性、抗震性、耐久性設計一直是設計以及建筑工程單位重視的環節，作為設計人員，一定要對結構的概念設計以及構造設計有深刻的認識，對于設計中存在的問題要完善解決，因為隨著高層建筑等建筑形式多元化的發展，對于建筑質量要求不斷提升，建筑難度也隨之增加，因此，做好建筑結構的設計以及質量控制，是每一個設計者要不斷研究探索的命題。

參考文獻：

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