構(gòu)造要求在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性

王興斌

摘要：混凝土在工程施工中發(fā)揮著重要作用，能夠抵抗高強(qiáng)度的壓力，但是在拉力方面強(qiáng)度不夠。混凝土的這種性質(zhì)，使混凝土在使用過(guò)程中較難建立起一套比較完整的強(qiáng)度理論。而鋼筋則在抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度上均有良好的表現(xiàn)。因此在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意其構(gòu)造要求，從而根據(jù)大量試驗(yàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析，建立起能夠解決鋼筋混凝土相關(guān)問(wèn)題的計(jì)算模型。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造要求;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);重要性

中圖分類號(hào)：TU973.12

引言

鋼筋混凝土在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮很多問(wèn)題，不僅僅是是否能夠承受住受壓和受拉強(qiáng)度，還要能夠綜合考慮多方面的問(wèn)題，如選擇合適的材料、截面的形式等等，從而保證鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)具備足夠的安全性，能夠給施工企業(yè)帶來(lái)利益，并且具有可行性，不會(huì)因?yàn)橐恍┎磺袑?shí)際的設(shè)計(jì)而使施工過(guò)程難以極性下去。

鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有多樣性，通用的載荷條件下，可以通過(guò)不同的截面、尺寸、配筋方式等等，設(shè)計(jì)不同的方案。但是為了方便設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)行，混凝土在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須采用統(tǒng)一的方案標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)家的相關(guān)經(jīng)濟(jì)政策相吻合，能夠促進(jìn)混凝土的質(zhì)量和規(guī)范。

一、結(jié)構(gòu)的尺寸擬定

在擬定截面尺寸的過(guò)程中，要明確跨度對(duì)截面寬度及高度的影響，特別是在研究板或梁的截面尺寸擬定過(guò)程中，要用準(zhǔn)確的跨度，使其符合相關(guān)要求。梁的跨度上出了錯(cuò)誤，會(huì)接連影響到建筑物的造價(jià)，跨度過(guò)大的梁使建筑物造價(jià)升高，跨度過(guò)小的梁，使建筑物造價(jià)降低，同時(shí)使建筑物內(nèi)部柱子太多，使建筑物內(nèi)部面積減小，影響了建筑物的正常使用。所以，在選取梁或板的跨寬時(shí)應(yīng)該以建筑物施工的經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，確保不會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的損失。

在進(jìn)行受壓構(gòu)件的尺寸設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該保持受壓構(gòu)件足夠大的構(gòu)件截面積，構(gòu)件在縱向彎曲的過(guò)程中，會(huì)降低承載能力，只有保持足夠的截面面積，才不會(huì)對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度造成影響;另外，留有足夠的截面面積能夠防止由于施工中的缺陷導(dǎo)致的施工缺陷，使其不會(huì)小于最小邊長(zhǎng)尺寸。最后，受壓構(gòu)件的使用也應(yīng)該有統(tǒng)一的模板。

在肋形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該首先注意板、梁的構(gòu)造和布置。通過(guò)對(duì)板、梁進(jìn)行合理的布置，能夠有效降低工程的成本，使建筑物的外觀更加和諧，有利于施工部門(mén)開(kāi)展各項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先要滿足板、梁不會(huì)對(duì)正常的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何影響，并且建筑物的各項(xiàng)使用性能都能夠完好保存，采光和透氣都能夠做到完好。根據(jù)不同的實(shí)際建筑情況，采用不同的板、梁布置方式。然后，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮結(jié)構(gòu)的合理性，不會(huì)因?yàn)檩d荷過(guò)于集中而造成斷裂等現(xiàn)象，在工作中由于需要把機(jī)器后者其他重量設(shè)備放在板上時(shí)，應(yīng)該設(shè)置板下支撐梁，來(lái)保證不會(huì)發(fā)生斷裂事故，梁在設(shè)置的過(guò)程中不宜放在門(mén)窗孔上;第三，在施工過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)各部分結(jié)果的不同進(jìn)行材料的適當(dāng)增減，當(dāng)板的跨度減小時(shí)，可以減小其厚度，增加次梁;當(dāng)板的跨度增加時(shí)，可以增加其厚度，減少次梁。通過(guò)這樣合理的安排和設(shè)計(jì)，使其能夠達(dá)到最佳的造價(jià)水準(zhǔn)，盡最大可能節(jié)約成本。這是一種此消彼長(zhǎng)的原理，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要能夠充分理解二者之間的關(guān)系，用最佳的工程設(shè)計(jì)滿足肋形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。肋形結(jié)構(gòu)在工程混凝土施工過(guò)程中占了很大一部分比例，適當(dāng)減小板厚能夠有效控制原材料的消耗，從而降低工程成本，在保證施工質(zhì)量的前提下，完成施工任務(wù)，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，如果在擬定結(jié)構(gòu)尺寸的過(guò)程中，如果沒(méi)有解決問(wèn)題的最終途徑，應(yīng)該按照一般構(gòu)造要求進(jìn)行構(gòu)造。

二、計(jì)算簡(jiǎn)圖，內(nèi)力計(jì)算，配筋計(jì)算

隨著矩形截面梁所承受的載荷不斷增加，其截面面積需要有足夠的尺寸，才能夠不必進(jìn)行抗剪強(qiáng)度計(jì)算。在混凝土斜截面受到一點(diǎn)荷載破壞時(shí)就可能會(huì)造成開(kāi)裂現(xiàn)象，隨著時(shí)間的不斷增加和荷載的不斷加強(qiáng)，裂縫的寬度也會(huì)不斷增加，從而影響了鋼筋混凝土的質(zhì)量。當(dāng)裂縫向梁內(nèi)延伸的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致混凝土的抗剪能力減小，從而破壞構(gòu)件的完整性，使其各方面強(qiáng)度降低，從熱影響了鋼筋混凝土的正常是喲金。所以，及時(shí)由于矩形截面梁的截面面積滿足相關(guān)要求不用進(jìn)行箍筋配置，也必須要求能夠有相應(yīng)的抗剪箍筋，防止出現(xiàn)質(zhì)量上的問(wèn)題。

在計(jì)算截面梁抗剪強(qiáng)度的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)彎矩和剪力的計(jì)算，能夠解決抗剪強(qiáng)度的計(jì)算問(wèn)題。在具體選配箍筋的過(guò)程中，要注意箍筋的質(zhì)量對(duì)施工難度的影響。箍筋越粗越密，施工難度越大，混凝土澆筑過(guò)程也難以進(jìn)行;如果箍筋太細(xì)或者太稀疏，無(wú)法保證骨架的強(qiáng)度，影響施工的質(zhì)量，還需要額外用大量的鋼筋構(gòu)造支撐結(jié)構(gòu)，增加了施工步驟。所以，在混凝土施工的過(guò)程中，應(yīng)該通過(guò)綜合考慮各方面因素，用最佳構(gòu)造來(lái)開(kāi)展施工，從而妥善解決施工過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題。

整體式結(jié)構(gòu)在澆筑過(guò)程中雖然是按照板、梁、柱之間互為整體來(lái)進(jìn)行計(jì)算，但是在實(shí)際計(jì)算簡(jiǎn)圖的分析過(guò)程中，依然按照相應(yīng)的支撐部位特點(diǎn)，用假定力假定與鉸鏈連接。例如，通過(guò)對(duì)整體單向肋板結(jié)構(gòu)的使用，計(jì)算其內(nèi)力分布，應(yīng)該假設(shè)支座處為鉸鏈相接，如圖1（a），通過(guò)對(duì)圖1（a）的分析，可以看出，當(dāng)忽略支座對(duì)梁的約束作用時(shí)，可以視作梁直接放在墻上，從而達(dá)到想要的理想結(jié)果。當(dāng)采用整體分析法，將梁與支座視為一個(gè)整體進(jìn)行澆筑，則需要通過(guò)現(xiàn)澆肋形結(jié)構(gòu)幫助板和次梁進(jìn)行剪力計(jì)算，如圖1（b），次梁的抗扭剛度能夠影響到板的內(nèi)力。在通常恒定載荷的情況下，次梁的抗扭剛度可以忽略不計(jì)，因?yàn)榇瘟簝蓚?cè)抗扭力矩抵消了，板在支座處幾乎沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，因此沒(méi)有梁的抗扭剛度的影響，如圖1（c）所示。但是如果要計(jì)算活載荷下的最大正彎矩時(shí)，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)梁兩側(cè)的抗扭剛度平衡，因?yàn)樾枰返粢粋?cè)的抗扭剛度，從而使支座處的轉(zhuǎn)角θ減小，如圖1（d）（e）。在這種情況下，板內(nèi)力分布會(huì)發(fā)生較大的變化，從而使支座的正彎矩減小，負(fù)彎矩增大。在板內(nèi)力的計(jì)算過(guò)程中，為了減少支座抗扭剛度的影響，應(yīng)該對(duì)載荷進(jìn)行調(diào)整，從而使相關(guān)計(jì)算結(jié)果得到修正，增加恒定載荷，并且能夠使鋼筋混凝土所受載荷可變性減少，通過(guò)相關(guān)調(diào)整，使鋼筋混凝土的計(jì)算載荷與實(shí)際載荷相同，從而確保相關(guān)梁的抗扭剛度相同。在計(jì)算過(guò)程中，次梁與主梁的澆筑過(guò)程應(yīng)該能夠相互影響，從而按照相同的修復(fù)原則進(jìn)行載荷的調(diào)整。

圖1

三、鋼筋混凝土抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)

（一）抗震計(jì)算中的延性保證

樓層水平地震剪力以及層間位移關(guān)系會(huì)對(duì)樓層產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，從而使抗震設(shè)防的框架構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段。樓層抗震構(gòu)件的這種彈塑性變形能夠?qū)Φ卣甬a(chǎn)生的破壞能量進(jìn)行有效的分散，從而減小地震對(duì)樓層的損害，使抗震結(jié)構(gòu)真正起到抗震效果。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，通過(guò)對(duì)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層柱底的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效改善樓層內(nèi)力分布，從熱使抗震效果加強(qiáng)。在抗震結(jié)構(gòu)中，擁有較大的極限層間位移，能夠有較好的抗震性能。通過(guò)對(duì)相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行抗震組合，能夠通過(guò)相關(guān)計(jì)算，得到更好的地震內(nèi)力組合設(shè)計(jì)，從而及時(shí)調(diào)整樓層抗震結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)件。

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究可以從中找到不同受力節(jié)點(diǎn)之間性能的關(guān)系，從而更加有效地解決影響樓層結(jié)構(gòu)抗震性能的因素：相對(duì)作用剪力、相對(duì)配筋率、梁柱縱橫粘結(jié)點(diǎn)等等。

（二）構(gòu)造措施上的延性保證

通過(guò)大量地震事例表明，當(dāng)?shù)孛娼ㄖ镉龅綇?qiáng)烈地震時(shí)，需要有足夠的承載力才能夠吸收地震引起的巨大能量，從而使減小地震對(duì)建筑物的傷害，在震中進(jìn)入一個(gè)塑性階段，產(chǎn)生建筑物的變形。因此，根據(jù)不同的地震特點(diǎn)，需要從構(gòu)造措施上采取延性保護(hù)，從而保證局部構(gòu)造的承載力和剛度。在抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，地震多發(fā)國(guó)家在抗震設(shè)計(jì)方面多采用延性框架結(jié)構(gòu)，能夠使建筑構(gòu)造在抗震設(shè)計(jì)方面保證一定的整體性，從而使建筑物的變形能力增強(qiáng)，減少了地震帶來(lái)的破壞作用，使建筑物的能夠擁有更好的抗震效果。

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行合理安排，使柱端的抗彎承載力擴(kuò)大，從而減少了建筑物柱的屈服性能，使柱的強(qiáng)度增強(qiáng)、梁的強(qiáng)度減弱，符合抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因?yàn)楦鞣N原因，使梁的實(shí)際抗彎承載力增大，進(jìn)而使柱的反彎點(diǎn)轉(zhuǎn)移，影響了抗震的實(shí)際效果，對(duì)柱中塑性機(jī)制的避免無(wú)法有效進(jìn)行。但是為了實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”的有效構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)，同樣應(yīng)該實(shí)現(xiàn)構(gòu)造塑性區(qū)域的延性，通過(guò)一定的措施保證結(jié)構(gòu)的延性，從而保證抗震結(jié)構(gòu)的抗震能力。

四、配筋圖

在施工過(guò)程中，應(yīng)該繪制嚴(yán)格的配筋圖，以使施工過(guò)程能夠圓滿完成。配筋圖中能夠顯示出鋼筋混凝土骨架的形狀以及各個(gè)模板在混凝土中的位置，從而方面了綁定骨架的工作。

通過(guò)對(duì)鋼筋的支座錨進(jìn)行固定，使簡(jiǎn)支梁的端部彎矩M=0，從而正面計(jì)算截面的強(qiáng)度，使縱向鋼筋在支座中加大防護(hù)力度。但是這種情況會(huì)在支座邊緣產(chǎn)生裂縫，如圖2中的裂縫BC，因此會(huì)導(dǎo)致截面荷矩的增加，使M的值由0變?yōu)镸C，支座邊緣的拉力由于縱向鋼筋的作用突然增加，產(chǎn)生了鋼筋與混凝土的錯(cuò)位，因?yàn)閷?dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生，隨著錯(cuò)位的不斷加劇，裂縫的長(zhǎng)度和寬度都在不斷增加，情況嚴(yán)重者，會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土支座拔地而起，產(chǎn)生錨固破壞。在防止破壞的過(guò)程中，簡(jiǎn)支梁下方的受拉鋼筋在支座中應(yīng)該增加錨固長(zhǎng)度，從而滿足相應(yīng)的條件。

鋼筋直徑的選取對(duì)梁或板的布置情況影響較大，當(dāng)鋼筋直徑較大時(shí)，鋼筋數(shù)量會(huì)減少，布置情況也會(huì)顯得更加容易;當(dāng)鋼筋直徑減小時(shí)，鋼筋數(shù)量會(huì)增多，同時(shí)增加了布置難度。在采用較細(xì)的鋼筋進(jìn)行構(gòu)件的過(guò)程中，具有較好的抗裂性能，因此應(yīng)該多使用在對(duì)抗裂性能要求較高的構(gòu)件中。

圖2

五、總結(jié)

在工程施工過(guò)程中，鋼筋混凝土必不可少，如何做到在使用過(guò)程中更加節(jié)省成本，質(zhì)量更高，是工程施工中需要重點(diǎn)探討的問(wèn)題。鋼筋混凝土的施工需要滿足合理性和可行性兩個(gè)方面，在施工過(guò)程中要進(jìn)行精確的計(jì)算，滿足構(gòu)造要求，保證鋼筋混凝土的質(zhì)量，才能夠使鋼筋混凝土在工程施工中發(fā)揮更大的作用。

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