混凝土結構前期設計常見問題分析

劉 輝

(山西省商業設計院，山西 太原 030001)

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混凝土結構前期設計常見問題分析

劉 輝

(山西省商業設計院，山西 太原 030001)

結合實踐經驗，從使用年限、耐久性、規則性、結構體系等方面，分析了混凝土結構設計中常見問題的解決方法，并探討了混凝土結構設計各環節應注意的事項，為類似工程設計提供參考。

混凝土結構，結構設計，高層建筑，耐久性

1 合理確定設計使用年限

對于結構而言，設計使用年限是區分一個建筑重要性的指標，規范規定，結構不需要進行大修即可達到使用目的的時間就是設計使用年限，一個結構在這個年限內，需滿足安全性和耐久性。一個建筑正常使用年限是建立在正規設計、正規施工和維護使用的前提下，也是衡量一個工程質量的重要指標，如果在設計使用年限內出現問題，應找到某一環節是否在前期就出現了問題，也有利于彌補。當建筑接近設計使用年限后，并不意味著建筑喪失了安全性，只能說明建筑的安全能力降低了，需要進行安全檢查，重新確定后續使用年限。GB 50068—2001建筑結構可靠度設計統一標準指出一般建筑設計使用年限和建筑類別的劃分，對于設計使用年限為5年的，定義為臨時性建筑；對于設計使用年限為25年的，定義為易替換的結構構件或部件；對于設計使用年限為50年的，就是一般普通建筑和構筑物；對于設計使用年限為100年或以上的，規定為紀念性和特別重要的建筑。由于設計使用年限的不同，直接關系到結構活荷載重要性系數γ0的選取。對應的取值見表1。

2 正確判定混凝土環境類別

表1 不同使用年限結構活荷載取值表

環境類別的選擇直接決定了混凝土構件的最低強度等級，按照GB 50010—2010混凝土結構設計規范中對耐久性設計中明確規定了五種環境類別，分別是一類、二a類、二b類、三類、四類和五類。區分如表2所示。

表2 混凝土環境類別區分表

各個環境類別的區別：一類和二a類的區別在于是否為潮濕環境；二a類和二b類的區別在于冰凍、水和土壤因素，主要考慮地下室、水池、游泳池等結構；三、四、五類主要應用在港口工程等具有腐蝕性的環境。

一般結構設計時，一些人員對一類、二a類和二b類區分不是很清楚，例如帶游泳池或浴池的室內建筑是選擇一類還是二a類；嚴寒和寒冷地區是選擇二a類還是二b類等。

環境類別直接影響混凝土耐久性，主要因素有混凝土碳化、腐蝕、凍融和鋼筋銹蝕，其中最重要的因素是混凝土碳化和鋼筋銹蝕，所以對于工程檢測鑒定一般就是檢查這兩項來判定結構的安全性。其中對于設計使用年限為100年的建筑所要求的耐久性都相應提高，并且對于二、三類的環境中明確了專門的措施。

3 合理選用現澆板的混凝土強度和鋼筋強度等級

合理選用混凝土強度等級和鋼筋級別，可以使混凝土構件在安全可靠的前提下也極大的滿足經濟性。混凝土強度的提高，對于構件的承載力和整體剛度都有很大的貢獻，可是混凝土強度的提高往往會增加配筋率和構造要求，又使得耗鋼量升高，同時混凝土強度等級過高，水泥用量多，易導致混凝土產生收縮裂縫。所以對于選擇合理的混凝土強度等級，顯得尤為關鍵。一般結構常選用的混凝土等級在C20～C30，不宜超過C40。關于鋼筋的選用，隨著國民經濟的發展，衡量經濟性的是鋼筋的強度價格比，即固定價格可買到的單位鋼筋強度，所以采用高強度，對于控制造價是比較有利的，現在大規模采用HRB400級鋼筋，對于大跨度構件的裂縫和撓度控制很有成效。

4 選擇合理經濟的結構體系

一個建筑，根據建筑功能、材料要求、高度要求，確定合理的結構體系，對于施工技術條件、建材、經濟、設備機電等各專業都至關重要。對于商場、車站、餐廳等多層房屋，選用框架結構較合理；對于住宅、賓館等居民房屋，選用剪力墻結構或磚混結構較合理；對于寫字樓、教學樓、醫院等綜合性公共建筑，多選用框架—剪力墻或框架—核心筒較多。按照建筑層數和高度要求，6層及以下多采用磚混結構或框架結構；高層建筑多采用剪力墻結構或鋼結構。

JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程中規定了高層建筑結構高度的區分，分為A級高度和B級高度。A級高度是結構體系比較合適的結構高度，較B類低，所以對于A級高度的最大適用高度有如表3所示的要求。

表3 高層建筑結構A級高度最大適用高度表

需要說明的是：房屋高度是指室外地面至主體屋面的高度，不包括凸出屋頂的部分；對于重點設防類別的建筑，應按提高一級設防要求來確定最大適用高度。

5 合理選擇建筑規則性，避免出現超限工程

5.1 建筑高寬比

高寬比是指建筑物高度與寬度的比值，其中，高度是指室外地面至主樓屋面高度，寬度是兩個方向的尺寸，一般高寬比也是兩個方向的數值，這個寬度是所考慮方向的最小投影寬度，不包括凸出屋面的部分。A級高度最大高寬比見表4。

表4 A級高度最大高寬比

5.2 平面長寬比

隨著使用功能和造型的不斷提高，建筑平面已經不再是簡單的矩形或方形了，對于L形、U形、弧形等異形平面，對于長邊(L)、凸出的長度(l)、凸出的寬度(b)、樓最寬處(Bmax)有如表5所示的限值規定。

表5 建筑平面長寬比限值規定表

6 結語

結構設計是一個建筑由圖紙變成現實的關鍵專業，合理的結構形式和選型對于一個工程的安全性、經濟性、舒適性都起到非常重要的決定，在實際工程設計時，需要注意的項目還有很多，需要結構設計人員在方案初期就進行介入，以便后續設計工作。

[1] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[4] 許 建.建筑結構設計常見及疑難問題解析[Z].ISBN 978-7-112-09182-9.

Analysis on common primary design problems of concrete structure

Liu Hui

(ShanxiCommercialDesignInstitute,Taiyuan030001,China)

Combining with practical experience, starting from aspects of service life, durability, regularity and structural system, the paper analyzes solving methods to common concrete structure design problems, and explores matters needing attention in concrete structure design, which has provided some guidance for similar engineering design.

concrete structure, structural design, high-rise building, durability

1009-6825(2016)32-0065-03

2016-09-04

劉 輝(1983- )，男，助理工程師

TU375

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