建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的若干問題探討

鐘千云

【摘要】隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，混凝土已經(jīng)在廣泛的應用于工程建設(shè)中去成為現(xiàn)代建筑的標志。混凝土的使用，提升了建筑結(jié)構(gòu)和使用性能的質(zhì)量，為我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展提供發(fā)展動力，也為城市建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。文章針對建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的若干問題進行分析探討。

【關(guān)鍵詞】建筑混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題；控制

引言

混凝土作為目前世界上最大的商品之一是因為混凝土具有較好的延性和較高的強度，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中被廣泛使用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計環(huán)境要求選擇混凝土強度等級。由于在設(shè)計過程中設(shè)計人員的不同而導致設(shè)計風格和理念有差異，因此在設(shè)計過程中會存在不同的設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也會有所差異。

1.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂紋問題及其控制

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂紋問題

裂紋是固體材料中的某種不連續(xù)現(xiàn)象。多年來，有關(guān)混凝土的現(xiàn)代試驗完全證實了在尚未受荷的混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中存在微裂紋，主要有骨料與水泥石的粘結(jié)面上的粘結(jié)裂紋、水泥漿中的裂紋以及骨料裂紋。而根據(jù)斷裂損傷力學的觀點，所謂斷裂損傷是在廣義的外載作用下，使材料的細觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起微缺陷成胚、孕育、擴展和匯通，導致結(jié)構(gòu)宏觀性能的劣化，最終形成結(jié)構(gòu)宏觀開裂和破壞。因而混凝土結(jié)構(gòu)的破壞過程實際上是微裂紋的擴展、貫通而形成的。近代的混凝土的微觀研究也表明：微裂紋的擴展是材料破損程度的標志，同時，微裂紋的存在也是一種材料本身固有的物理性質(zhì)。因而，裂紋在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的存在有其必然性。

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的裂紋控制

預應力混凝土結(jié)構(gòu)的裂紋控制方法主要是基于“抗”的思想，下面分別應用傳統(tǒng)力學和斷裂力學來分析傳統(tǒng)裂紋控制方法：從傳統(tǒng)力學觀點來看，由于預先給混凝土梁施加了預壓應力，使混凝土梁在外部荷載作用下梁體下緣產(chǎn)生的拉應力全部被抵消（或部分被抵消），因而可避免混凝土出現(xiàn)裂紋（或推遲出現(xiàn)裂紋），混凝土梁可以全截面參加工作（或增加參加工作的混凝土截面），這就相當于改善了梁中混凝土的抗拉性能，而且可以達到充分利用高強材料的目的。從斷裂力學觀點來看，混凝土材料內(nèi)部存在許多微缺陷和微裂紋，這些微缺陷和微裂紋在外部荷載作用下會不斷演化、發(fā)展，最終形成宏觀裂紋。預先在混凝土梁兩端施加一對軸向壓力，相當于在梁內(nèi)微裂紋面上作用了一對非均布壓應力，這時可以認為裂紋端部的應力強度因子為負值。當外載在裂紋端部產(chǎn)生的應力強度因子與非均布壓應力產(chǎn)生的應力強度因子大小相等時，裂紋端部的應力強度因子為零。這時裂紋并不會失穩(wěn)擴展，只有隨著外載的增加，使裂紋端部的應力強度因子達到混凝土材料的斷裂韌性時，裂紋才會失穩(wěn)擴展。因此，從斷裂力學角度來說，由于預先對混凝土梁施加預壓應力，從而減小了外載作用下裂紋端部的應力強度因子，避免或是推遲了混凝土出現(xiàn)裂紋。

2.梁支座的結(jié)構(gòu)形式分析及其設(shè)計可靠性的實現(xiàn)策略

對于梁支座形式的選擇來說，如果剪力墻與框架梁垂直正面相交，同時剪力墻對梁的約束能力不強時，梁支座形式宜為鉸接。結(jié)構(gòu)計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，計算結(jié)果是結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)，設(shè)計中選擇合適的計算假定、計算簡圖是得到正確計算結(jié)果的關(guān)鍵。當前結(jié)構(gòu)設(shè)計程序中往往把與剪力墻相交的框架梁支座看作固定支座，這種假定不是在任何情況下都是正確的。當框架梁與剪力墻正面垂直相交，且剪力墻對梁的約束能力較弱時，很難實現(xiàn)固定支座的假定，此時宜將梁支座形式人為調(diào)成鉸接支座，否則計算結(jié)果將與實際不符。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對與剪力墻相交的框架梁，其支座形式要慎重對待，具體工程應視框架梁與剪力墻的相對剛度及相交位置、方向，正確判斷剪力墻對梁的約束能力，近而較為準確地確定框架梁支座形式。對于提高混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計可靠度，在材料強度等級不變的情況下會增加材料用量，增加造價，用高強材料替代低強材料，可有效地降低成本。混凝土結(jié)構(gòu)中，水平受力構(gòu)件如梁、板，主要以鋼筋的抗力為主，提高鋼筋級別效益較好，設(shè)計中應優(yōu)先采用新規(guī)范提倡的主導鋼筋HRB400（III）級鋼筋；豎向受力構(gòu)件如墻、柱，主要以混凝土的抗力為主，提高混凝土等級效益較好

3.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中注意要點分析

3.1 概念設(shè)計

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是要求建筑師和結(jié)構(gòu)師在建筑設(shè)計中應特別重視規(guī)范、規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的各條規(guī)定，設(shè)計中不能陷入只憑計算的誤區(qū)。以下在結(jié)構(gòu)體系上，應重視結(jié)構(gòu)的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風性能好且經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)應具有明確的計算簡圖和合理的傳遞地震力途徑，結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。一般工程都僅進行小震下的彈性設(shè)計，而用概念設(shè)計和構(gòu)造措施保證“中震可修，大震不倒”，但沒有驗算和證實，那么建筑物是否真能做到“中震可修，大震不倒”，無人知曉。對抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)的特別重要建筑和超限建筑，審查專家往往會提出更具體的設(shè)計指標：中震或大震不屈服設(shè)計；中震或大震彈性設(shè)計；要求設(shè)計單位確保實現(xiàn)“三水準”的設(shè)計目標。水平地震作用是雙向的，結(jié)構(gòu)布置應使結(jié)構(gòu)能抵抗任意方向的地震作用，應使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力；結(jié)構(gòu)剛度選擇時，雖可考慮場地特征，選擇結(jié)構(gòu)剛度以減少地震作用效應，但是也要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大，過大的變形將會因p-δ效應過大而導致結(jié)構(gòu)破壞。

3.2 結(jié)構(gòu)選型

（1）結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動，新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設(shè)計方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設(shè)計階段工作被動。結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設(shè)定為a 級高度的建筑外，增加了b 級高度的建筑，因此，必須對結(jié)構(gòu)的該項控制因素嚴格注意，一旦結(jié)構(gòu)為b 級高度建筑甚或超過了b 級高度，其設(shè)計方法和處理措施將有較大的變化。嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面。

4.結(jié)語

新時期建筑行業(yè)的快速發(fā)展，無論施工方還是對于使用來說，對于建筑整體質(zhì)量都是非常重視，在建筑工程當中，混凝土成為現(xiàn)代建筑發(fā)展的標志，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的高低會影響到建筑質(zhì)量的水平高低，如何更好的進行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高建筑整體質(zhì)量成為當代建筑發(fā)展所要思考的問題，作為設(shè)計人員，一定要不斷提高 自身專業(yè)知識，一定要實踐和理論相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)問題要及時進行糾正，不斷的探索研究，只有這樣，才能不斷的完善建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能提高建筑質(zhì)量。

參考文獻

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