土木工程中鋼筋混凝土結構設計問題分析

王磊

(煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030000)

隨著我國經濟的快速發展，建筑行業也飛速發展，而土木工程中鋼筋混凝土結構設計是其中一個關鍵環節。在整個工程建設中都存在大量的鋼筋材料、構件等各種質量問題。這些問題直接影響到整體建筑工程質量以及安全使用壽命和耐久性；所以對其進行科學合理地分析與研究就顯得尤為重要了。

1 土木工程中鋼筋混凝土結構設計的現狀分析

在土木工程中，鋼筋混凝土結構設計的主要內容是確定合理經濟、適用性和耐久性等原則。因此在實際工程建設過程中有很大一部分會受到施工材料質量影響。例如：水泥漿料質量不好，砂石骨料粒徑較大且不均勻，外加劑選用不當或摻用度過多等等因素均會對建筑施工產生一定程度上的消極作用，導致建筑物出現裂縫問題，甚至嚴重危害生命安全與財產安全，給人們帶來巨大經濟損失[1]。我國在土木工程中的鋼筋混凝土結構設計，主要是將混凝土作為主體，以滿足施工需求并與實際情況相結合，但是由于我國人口眾多且分布范圍廣、地域差異大等因素影響下，發展迅速和建筑行業快速進步的同時也給建筑工程帶來了諸多問題。例如：地基基礎工程量巨大而復雜，土建工程數量龐大而復雜，結構構件材料選擇不合理等等一系列原因導致在設計階段中出現鋼筋混凝土梁柱節點斷裂或變形過大，甚至發生倒塌事故等情況。

2 土木工程中鋼筋混凝土結構設計存在的問題

2.1 基礎設計中的問題

隨著我國經濟的發展，人們生活質量也在不斷提高，對鋼筋混凝土結構設計提出了更高要求，但是由于現階段我國基礎建設中存在基礎薄弱、技術落后等問題。在土木工程施工過程中會出現很多不確定因素影響著建筑整體效果和安全性能，同時還會因為地基承載力達不到標準而導致建筑物坍塌或倒塌事件發生等等一系列問題，這都與施工工藝有關系，所以要解決這些隱患就要提高整個工程的質量水平，確保建筑工程能夠正常進行。在基礎設計中，在實際的鋼筋混凝土結構施工過程中是存在一些問題，有很多地方需要引起重視。如果建筑是屬于多層框架的話就會出現許多問題，如地基變形以及裂縫情況等等都將直接導致基礎的設計不合理造成嚴重后果。

2.2 上部結構及裂縫問題

在土木工程中，鋼筋混凝土結構設計的關鍵環節是對上部和下部結構進行連接。由于施工荷載、環境溫度變化等因素作用下發生沉降問題時，如果出現裂縫問題會直接影響建筑構件的使用壽命以及整體質量，甚至造成嚴重后果。因此為了避免或減少建筑物產生裂紋及滲水隱患，而導致建筑變形過大而引起安全事故，在實際工程建設中必須重視鋼筋混凝土設計與制造過程中存在的一些關鍵技術難題。在鋼筋混凝土結構設計中，除了要滿足其安全性、耐久性和穩定性，還應考慮到整體性。因此需要對上部結構的抗震性能進行評估，對于地震作用下影響較大的建筑而言，由于地基承載力較低導致了地基下沉變形過大而出現開裂等問題，另外如果是由荷載引起裂縫時也會造成建筑物產生不均勻沉降現象，以及鋼筋混凝土梁柱截面尺寸不一致、混凝土保護層厚度不足，使其不能滿足使用要求，甚至發生斷裂或倒塌事故等等情況，都需要及時進行處理。

2.3 地基變形的問題

地基變形問題在土木工程中十分常見，尤其是對于高層建筑來說，由于地下工程的特殊性和復雜性，以及地基本身所具有的承載能力有限，所以當建筑物發生沉降或者位移時，通常會造成較大損失。例如：混凝土結構在施工過程中會出現裂縫、樁側擠等情況，同時因為沉陷較深導致了鋼筋砼產生開裂現象等等，因此為了避免或減少土木工程中基礎變形問題對建筑帶來不利影響，必須要采取必要措施進行加固處理[2]。地基變形問題是影響混凝土強度的主要因素，其對結構安全和穩定產生重要威脅。在土木工程中，由于受到施工環境、材料性能等多種不確定性因素的綜合作用，導致工程建筑物出現不同程度的沉降。例如：地基土質變化，建筑基礎發生位置改變以及地下水位下降等等，都會造成建筑物沉陷或傾斜現象發生，從而引起嚴重變形問題。

2.4 防震性能問題

在土木工程中，鋼筋混凝土結構設計過程當中必須要重視防震問題，這就需要我們從施工的現場以及材料上進行有效地控制。由于混凝土結構設計中，對結構的抗震性能要求較高，因此其在地震作用下還需要具有一定的延性。但就目前而言建筑行業所采用的是鋼筋混凝土框架柱和梁板體系。但是這種形式存在著明顯缺陷：1)當受到外界自然力或人為破壞時很容易產生裂縫；2)因為施工工藝不夠成熟造成混凝土出現開裂等問題，而導致結構抗震性能降低；3)因為在地震作用下混凝土會發生一定程度的變形，進而引起建筑物的安全隱患。在土木工程中，鋼筋混凝土結構設計的重點之一是防震性能，但目前我國對其抗拉、受力和變形等方面還沒有進行系統有效地研究。因此，要想使建筑物具有足夠強力學強度以及耐久性，就需要采取一定措施來防止地震災害造成人員傷亡情況的發生。

2.5 嵌固端的設置問題

在混凝土澆筑過程中，如果出現嵌固問題，則會直接影響到鋼筋與混凝土之間的粘結力。若是發生這種情況時將會導致結構承載能力降低，因此要采取必要措施來解決這一難題，首先就是對施工現場進行有效地管理；其次可以通過科學合理的方法選擇出合適材料并采用優質高效設備配合使用；最后還應該加強對于施工人員及相關技術人員技術水平以及素質等方面的要求，以確保鋼筋與混凝土之間具有良好的粘結力和穩定性[3]。在進行嵌固時，要考慮到是否滿足施工的需要，如果設計人員不注意的話就會造成鋼筋混凝土結構出現裂縫問題。若是沒有辦法保證施工質量的要求下再對其采取措施來控制收縮，例如：可以通過增加箍筋、錨栓等手段將主梁與次梁相連接或者采用設置肋條或加強筒加固連接方式加以解決，也可在設計中考慮到是否滿足抗震設防烈度。

3 土木工程中鋼筋混凝土結構設計的改進措施

3.1 基礎設計的改進措施

在進行基礎設計時，應考慮到地基的承載能力與變形問題，并采取相應措施來控制結構位移以防止因沉降而出現裂縫、傾斜等現象發生。對于基底處可能存在不均勻下沉或水平位移情況的地方可以采用樁基方式，對地面有一定影響或者產生局部隆起情況且深度較大地段，可選用鋼筋混凝土柱網復合式支護形式進行處理或是將其作為基礎支撐的一部分用鋼管與預制板連接，并在樁間設置加強筋，以防止出現沉降等現象。樁間加強筋的設置，以防止鋼筋混凝土結構在施工過程中出現不均勻沉降。為了提高樁之間增強連接質量與保證節點受力強度，強化筋的布置必須要考慮到整體性和抗震承載能力等因素進行設計優化

3.2 上部結構設計的改進措施

鋼筋混凝土結構設計中，要充分考慮到上部土層對結構強度的需求，采用合理有效地措施降低地震發生時帶來的影響。在進行下部構造處理時要將其與梁、板結合在一起來實現梁柱連系線形和剛度雙向變化，對于墻體來說需要設置加強筋保證整體性及抗震能力，而在進行頂棚澆筑后可以適當增加鋼筋混凝土構件截面長度以提高抗側力效果等。另外，還應該根據現場實際情況合理設計結構體系的組合形式以及施工方法及控制措施。在對土木工程中的鋼筋混凝土結構進行設計時，需要考慮到現場實際情況，例如：施工環境、施工地區地質條件等，所以要根據這些因素來確定最合理化的設計方案。如果設計人員不了解工程周圍是否有地下管線或地下水位線等等一些問題，就可以通過測量和實地勘測后再做出判斷，而對于那些復雜多變且難以計算的構件，則必須采用特殊技術手段進行加固處理或者采取其他措施，這樣才能更好地提高鋼筋混凝土結構安全系數、經濟性以及穩定性等。

3.3 地基設計的改進措施

地基設計對于土木工程中建筑結構安全有著至關重要的作用，在實際施工過程中，要根據工程地質、水文條件對地基進行合理選擇[4]。首先是對場地平整度和排水情況做出科學分析；其次是結合現場實際狀況確定地基土質類型與砂層材料配比參數是否符合要求；最后是計算出基礎承載力以及穩定性等相關指標并加以驗證其有效性后，方可繼續開展下一步的設計工作，確保施工質量滿足土木工程結構使用功能需求，即可保證后續建筑安全可靠進行。地基的設計，對土木工程中混凝土結構具有十分重要的意義。在進行建筑施工時，要重視對于基礎部分和上部結構位置之間的關系處理。如果是位于軟弱、較低土層上或者處于相對高含水率下等情況時，就需要加強基礎部位與下部加固工作；若是處在中等地質條件或受地下水影響而引起建筑物沉降問題時，可以采取樁基法來解決。

3.4 抗震設計的改進措施

在對混凝土結構抗震設計中，要根據實際的工程情況，結合當地地震災害，制定出科學合理有效的措施。首先是對于梁柱節點進行加固處理，如果出現了變形過大或者破壞嚴重時，可以采取臨時墩臺、樁基等方式來保證其穩定性；其次是對于墻體和樓板之間縫隙處采用環向嵌縫或整體澆筑工藝將裂縫填充密實；最后要在設計時考慮到地基土質情況，對其中一些比較特殊的地方需要增加鋼筋混凝土梁柱節點連接孔數量。在實際設計中，要注意抗震問題，加強對結構的整體性和剛度進行計算。對于混凝土建筑來說需要考慮到地基承載力、基礎沉降以及地震等因素來確定其是否處于安全狀態下。另外還要注意地基土質變化情況和變形狀況來綜合分析其穩定性與安全性要求，同時還應重視基坑支護加固措施的合理應用，以保證施工過程中周邊環境不被破壞，避免因地下水位下降而出現坍塌問題。在設計時應對結構構件進行整體性計算、分析，在進行設計時，應根據結構的實際受力情況，對不同類型的荷載進行分析。

3.5 提高鋼筋混凝土抗裂縫水平

在混凝土中加入適量的膨脹劑，使其與水泥漿發生反應，從而形成密實性較高、強度較大且抗裂性能好的混凝土；此外還可以提高鋼筋混凝土內部和外部之間粘結層結構的承載力。對于預應力筋板來說，應嚴格控制施工質量和設計參數進行計算分析，對鋼筋裂縫寬度及間距均要滿足相關標準要求才能達到規范規定值以上才可使用。同時也要注意其與周圍環境相適應，在施工的過程中，要注意周圍環境對鋼筋混凝土結構造成的影響，例如：溫度、濕度等。因此為了避免出現不利因素而導致質量問題，應嚴格按照規范規定進行操作，對于不允許有裂縫產生和擴展情況發生時，應該及時處理掉或截斷措施。如果在設計階段就已經發現了嚴重破損現象，可以使用修補方法來解決這一現象，同時也要注意施工過程中對鋼筋混凝土結構造成損害之后再做修復工作。

3.6 高強鋼筋混凝土的優化設計

在進行混凝土的設計過程中，對于鋼筋與預應力筋之間存在一定程度上差值，為了有效地降低這種差值對工程質量造成影響。因此需要采取一些措施來減小這一現象，首先是要提高鋼材的抗拉強度和屈服極限；其次就是采用適當方法增加鋼材料間距離從而減少兩者之間差異性大小；最后則可以通過在相同條件下使用不同厚度的混凝土來改善預應力筋與鋼筋連接處產生裂縫問題，也能夠有效地降低其出現裂紋等情況發生概率[5]。在土木工程中，結構設計的重點在于混凝土強度和耐久性，而高強鋼筋作為一種新型材料，其具有較高的抗拉、抗彎及極限承載力等性能。因此在進行工程建設時，應優先選用高強鋼材或低合金型纖維來滿足施工工藝要求。同時還可以通過對構件截面尺寸合理控制以達到減小裂縫寬度并提高整體性、改善建筑結構受凍問題以及降低造價成本目的。隨著我國經濟水平和人們生活質量不斷提升，對于鋼筋混凝土的應用需求也越來越大。

4 結語

在土木工程中，鋼筋混凝土作為其中重要的一部分，其設計問題是不容忽視的。隨著社會經濟水平不斷提高和建筑業競爭壓力加大，以及人們對建筑工程質量要求日益提升，所以要想更好地保證工程建設安全和高質量，就必須加強施工現場管理、規范操作規程及相關標準等工作，保障施工人員生命財產不受威脅，確保施工進度與質量控制在可控范圍內，以達到降低成本提高效益效果。同時還應該重視鋼筋混凝土的配筋設計和使用方法，使其符合建筑結構設計要求。隨著我國土木工程事業的不斷發展，鋼筋混凝土作為其中重要組成部分，在未來幾年將會有非常大空間。因此鋼筋與混凝土之間的關系是至關重要且必不可少的話題之一了，這也就要求我們要從設計理念和施工技術出發，進行深入研究分析探討解決這一問題對建筑行業產生的影響及作用，從而更好地促進我國土木工程事業健康穩定可持續發展。