建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

【摘要】本文介紹了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，探討了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制及設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1.1關(guān)于地震作用的計(jì)算

在地震作用計(jì)算情況下要考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的影響，而規(guī)則結(jié)構(gòu)的情況下不計(jì)算扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)，平行于地震作用力方向的兩邊要乘以放大系數(shù)，較短邊可以乘以1.15的系數(shù)，長(zhǎng)些的邊應(yīng)該乘以1.05的系數(shù)，而扭轉(zhuǎn)剛度小時(shí)要按大于或等于1.3的系數(shù)計(jì)算，質(zhì)量、剛度不對(duì)稱(chēng)分布的結(jié)構(gòu)要計(jì)入雙向水平方向的地震作用扭轉(zhuǎn)影響。

1.2關(guān)于質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算

按側(cè)剛計(jì)算時(shí)：?jiǎn)嗡强紤]耦聯(lián)時(shí)應(yīng)大于等于9；復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)大于等于15；N 個(gè)塔樓時(shí)，振型個(gè)數(shù)應(yīng)大于等于N×9。一般較規(guī)則的單塔樓結(jié)構(gòu)不考慮耦聯(lián)時(shí)取振型數(shù)大于等于3就可，頂部有小塔樓時(shí)就大于等于6。振型數(shù)取3的倍數(shù)且≤3倍層數(shù)，振型數(shù)與樓層自由度有關(guān)，一個(gè)剛性樓板層，只有3個(gè)自由度。并且在計(jì)算時(shí)要對(duì)質(zhì)量振型參數(shù)進(jìn)行檢查，有效質(zhì)量系數(shù)一定≥90%，因?yàn)槿绻趯?shí)際中達(dá)不到這個(gè)要求，則設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全性將無(wú)法得到保障。

1.3關(guān)于結(jié)構(gòu)的位移、周期的計(jì)算

規(guī)范要求周期比應(yīng)該控制在大震下扭轉(zhuǎn)振型不靠前的情況，用樓層豎向最大位移來(lái)限制層間最大位移，位移比應(yīng)該取最大和平均位移比值。

1.4關(guān)于最小地震剪重比的計(jì)算

在規(guī)范中強(qiáng)制要求各樓層剪重比不得小于規(guī)范給出的標(biāo)準(zhǔn)，如果不滿(mǎn)足要求需要檢查質(zhì)量系數(shù)，有效的質(zhì)量系數(shù)不夠應(yīng)該增加振型數(shù)的計(jì)算；有效質(zhì)量系數(shù)得到滿(mǎn)足時(shí)可能是源于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，因此要合理對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的分布情況。

1.5關(guān)于柱的計(jì)算

如果彎矩設(shè)計(jì)值由水平荷載造成且超過(guò)總設(shè)計(jì)值的75%時(shí)，框架柱長(zhǎng)度按規(guī)范內(nèi)6.2.20-1和-2公式計(jì)算的小值為準(zhǔn)。

1.6關(guān)于柱配筋方式的選定

如若整體計(jì)算則建議使用單偏壓方式，而在產(chǎn)生具體結(jié)果時(shí)再用雙偏壓進(jìn)行復(fù)核。這是由于單偏壓方式是按照規(guī)范公式計(jì)算的，而雙偏壓則是用數(shù)值積分法計(jì)算的。

1.7關(guān)于框架結(jié)構(gòu)

要注重計(jì)算系數(shù)尤其是柱長(zhǎng)度；建議采用單偏壓配筋；如果是大截面的柱應(yīng)該設(shè)置剛域位于與梁重疊處。

2、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量控制

2.1關(guān)于裂紋控制的問(wèn)題

斷裂損傷力學(xué)的角度來(lái)看，所謂的斷裂損傷是廣義的外部負(fù)載，細(xì)觀(guān)結(jié)構(gòu)的重大變化，所造成的微觀(guān)缺陷成胚，擴(kuò)建和匯通，導(dǎo)致宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)性能惡化的結(jié)構(gòu)，最終形成的宏觀(guān)開(kāi)裂和破壞的結(jié)構(gòu)。因此，混凝土結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程實(shí)際上是形成于微裂紋的擴(kuò)展。現(xiàn)代化的混凝土微觀(guān)研究還表明：微裂紋的擴(kuò)展源于材料損壞的程度，也是材料損壞的標(biāo)志，在同一時(shí)間，微裂紋也是材料固有的物理特性現(xiàn)狀。因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的存在有其必然性。

2.2關(guān)于抗震問(wèn)題的分析

在兩種類(lèi)型的組件之間分配的地震力，應(yīng)該考慮不同時(shí)段的兩種類(lèi)型的組件有關(guān)抗推剛度相對(duì)的比值變化。主要結(jié)構(gòu)系統(tǒng)即現(xiàn)在使用的鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)在鋼架和混凝土剪力墻（內(nèi)管）系統(tǒng)中，鋼筋混凝土內(nèi)筒為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)而鋼架主要負(fù)責(zé)重力荷載，擔(dān)負(fù)一個(gè)較小的平剪切。由于剛性的鋼框架的反推遠(yuǎn)小于所述內(nèi)筒上凝固的水平地震工程經(jīng)驗(yàn)，承擔(dān)水平剪力在除了鋼框架的頂部幾層為其15%到20%，中部和下部的都約為10%至15%，相應(yīng)的樓層剪力，有些項(xiàng)目甚至只有約5%的往復(fù)。在結(jié)構(gòu)的彈塑性的階段，墻體在地震的持續(xù)作用下生成裂紋，剛性顯著的減少將增加的鋼框架的剪切剛度退化。鋼框架由于變形，彈性極限的1/400以上的角度，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于約1/3000的鋼筋混凝土墻的彈性極限變形角度。水平地震作用小于塑性階段，但仍有可能承擔(dān)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于彈性階段的水平地震剪力和傾覆力矩。

因此，為了符合要求，需要調(diào)整的部分鋼架水平剪力，鋼框架混凝土結(jié)構(gòu)層框架柱的抗震要求應(yīng)不小于比底部的結(jié)構(gòu)剪切的25%或框架部分地震剪力最大值的1.8倍，兩個(gè)選擇較小的，以改善的鋼框架的承載能力，并采取措施改善混凝土內(nèi)筒的延展。

2.3關(guān)于混凝土的加固

較常用的方法是：粘鋼加固法、粘貼纖維加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、加大截面加固法、置換混凝土加固法等，這些均為直接加固方法，此外還有間接加固的一般方法如預(yù)應(yīng)力加固法和增加支承加固法等。較常用的技術(shù)是：裂縫修補(bǔ)技術(shù)、混凝土表面處理技術(shù)、托換技術(shù)、植筋技術(shù)、碳化混凝土修復(fù)技術(shù)等等。由于荷載作用、材料選擇或施工不當(dāng)?shù)仍颍Y(jié)構(gòu)可能遭受可擴(kuò)展性或脆性斷裂，此時(shí)應(yīng)該努力修復(fù)，并且在此之前，應(yīng)該分析裂縫的產(chǎn)生原因和影響的嚴(yán)重程度，有針對(duì)性地采取措施，以改善結(jié)構(gòu)或鋼筋，若構(gòu)件不宜修復(fù)或者加固，則應(yīng)該拆除更換。

3、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1結(jié)構(gòu)選型階段

結(jié)構(gòu)選型階段時(shí)，首先應(yīng)該注意結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題；其次應(yīng)注意新規(guī)則有關(guān)規(guī)定的變更情況，以免在后期工作產(chǎn)生紕漏。再者要注意結(jié)構(gòu)的超高問(wèn)題，在抗震規(guī)范和高規(guī)的結(jié)構(gòu)，總高度都有嚴(yán)格的限制，在更改的新規(guī)范中，除了原來(lái)的高度限制設(shè)定為A級(jí)的建筑高度，還增加了結(jié)構(gòu)的建設(shè)B級(jí)高度，因此必須嚴(yán)格注意，一旦建筑結(jié)構(gòu)高度為B類(lèi)甚至超過(guò)B級(jí)高度，設(shè)計(jì)方法和措施一定會(huì)變化很大。最后是要注意嵌固端的設(shè)置，因?yàn)楦邔咏ㄖ紩?huì)帶有兩層或以上的地下室，嵌入式固定端可以設(shè)在地下室的頂板上，或者人防頂板的地方，因此，設(shè)計(jì)師經(jīng)常會(huì)忽略一些方面，如：設(shè)計(jì)嵌固側(cè)安裝在地板上的端部的剛度比上下限、安裝的抗震等級(jí)整體一致性、計(jì)算結(jié)構(gòu)的嵌固端組、抗震縫和嵌入式固定端位置的協(xié)調(diào)問(wèn)題等等，而這些方面忽略任何一個(gè)都會(huì)為后期設(shè)計(jì)埋下隱患，產(chǎn)生不可估量的后果。

3.2基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段是應(yīng)該給與相當(dāng)重視的方面，因?yàn)檫@個(gè)階段是與后期設(shè)計(jì)工作直接相關(guān)的，它的好壞至關(guān)重要，并且是整個(gè)項(xiàng)目成本的決定因素，因此這個(gè)方面若是產(chǎn)生紕漏一定會(huì)帶來(lái)不可估量的損失。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中也應(yīng)注意本地規(guī)范的重要性。以《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》作為國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，它具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威但是卻不能明確詳細(xì)地規(guī)定全國(guó)各地的各種基礎(chǔ)狀況，所以當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)類(lèi)型和設(shè)計(jì)方法的描述和指定更詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，也要大力研究地方性標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，以免更大的影響在整個(gè)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)或后期工作。由于缺乏工程設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查報(bào)告或附近的建筑物調(diào)查報(bào)告，必須根據(jù)調(diào)查-設(shè)計(jì)-施工過(guò)程的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，要禁止缺乏調(diào)查的過(guò)程，若是調(diào)查不夠詳細(xì)、全面時(shí)，設(shè)計(jì)人員要通知建設(shè)單位進(jìn)行重新調(diào)查或者是額外勘探。不考慮地面變形的影響，有一些混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有關(guān)注地基變形后檢查，評(píng)級(jí)為A或B級(jí)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行地基的變形情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，而c級(jí)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)地基進(jìn)行處理，然后變性檢驗(yàn)。在對(duì)下臥層的地基承載力計(jì)算時(shí)，要進(jìn)行深度的修正，修正系數(shù)源于土壤。

3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，較大的交叉樓面橫梁與垂直剪力墻單面相交，按照《高規(guī)》規(guī)定要減少梁的彎矩不良效果，根據(jù)剪力墻設(shè)置壁柱，暗柱或減少截面的端部截面等等，或者墻的厚度不符合縱向框架梁錨固鋼筋的錨固長(zhǎng)度的水平邊時(shí)，應(yīng)盡可能減少鋼筋直徑。如果剪力墻結(jié)構(gòu)要將角窗設(shè)置于角部時(shí)，適當(dāng)加強(qiáng)窗口部件。角窗處樓板上應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行加厚處理，且通長(zhǎng)配筋要雙層設(shè)置進(jìn)行加固，或者可以設(shè)置斜暗梁或斜向集中加固配筋，斜向鋼錨入角窗的邊緣上的組件，邊緣構(gòu)件應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)丶庸獭?/p>

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)循環(huán)的長(zhǎng)周期，并且具有專(zhuān)業(yè)的深度和復(fù)雜性。因此，要結(jié)合設(shè)計(jì)中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，不斷完善設(shè)計(jì)理念，以確保整個(gè)工程的質(zhì)量。

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