對混凝土結構設計的探討

1、<p>　　對混凝土結構設計的探討</p><p>　　摘要：在建筑物的整體設計里,混凝土結構設計關系到建筑的功能和安全,影響著建筑物的使用壽命和效益等方面,混凝土結構設計是整體工程順利施工的基礎工作。本文作者對混凝土結構設計進行了探討。 </p><p>　　關鍵詞：混凝土結構；結構設計 </p><p>　　Abstract: in the desig

2、n of the overall structure, the concrete structure design in relation to the architectural function and safety, affect the life of the building and the benefit, the concrete structure design is basic work for the smooth

3、construction of the whole project. In this paper, the author discussed the concrete structure design. </p><p>　　Keywords: reinforced concrete structure; structural design </p><p>　　中圖分類號：文獻標識碼：A

4、 文章編號：2095-2104（2012 </p><p>　　使結構安全適用、經(jīng)濟合理、是結構工程師的任務和責任。隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，科技的快速進步，設計逐步轉(zhuǎn)向重視建筑的功能、安全和技術因素。 </p><p>　　一、混凝土結構設計的內(nèi)容 </p><p>　　1、關于地震作用的計算：規(guī)范規(guī)定：在地震作用計算情況下要考慮扭轉(zhuǎn)耦連的影響，而規(guī)則結構的情況下不計

5、算扭轉(zhuǎn)耦連時，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)，長些的邊應該乘以 1.05 的系數(shù)，而扭轉(zhuǎn)剛度小時要按大于或等于1.3的系數(shù)計算，質(zhì)量、剛度不對稱分布的結構要計入雙向水平方向的地震作用扭轉(zhuǎn)影響。 </p><p>　　2、關于質(zhì)量系數(shù)的計算：在一般工程中藥采用質(zhì)量系數(shù)大于等于9，要是兩層結構應該采用6，都是選擇3的倍數(shù)，每層要有自由度3個。并且在計算式要對質(zhì)量振型參數(shù)進

6、行檢查，此參數(shù)必須大于90%，因為如果在實際中達不到這個要求，則設計結構的安全性將無法得到保障。 </p><p>　　3、關于結構的位移、周期的計算：規(guī)范要求周期比應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限制層間最大位移，位移比應該取最大和平均位移比值。 </p><p>　　4、關于最小地震剪重比的計算：在規(guī)范中強制要求各樓層剪重比不得小于規(guī)范給出的標準，如果不滿足要

7、求需要檢查質(zhì)量系數(shù)，有效的質(zhì)量系數(shù)不夠應該增加振型數(shù)的計算；有效質(zhì)量系數(shù)得到滿足時可能是源于結構設計不合理，因此要合理對結構質(zhì)量和剛度的分布情況。 </p><p>　　5、關于柱的計算：如果彎矩設計值由水平荷載造成且超過總設計值的75%時，框架柱長度按規(guī)范內(nèi) 7.3.11-1 和 -2 公式計算的小值為準。 </p><p>　　6、關于柱配筋方式的選定：如若整體計算則建議使用單偏壓方式

8、，而在產(chǎn)生具體結果時再用雙偏壓進行復核。這是由于單偏壓方式是按照規(guī)范公式計算的，而雙偏壓則是用數(shù)值積分法計算的。 </p><p>　　7、關于框架結構：要注重計算系數(shù)尤其是柱長度；建議采用單偏壓配筋；如果是大截面的柱應該設置剛域位于與梁重疊處。 </p><p>　　二、混凝土結構設計的質(zhì)量控制 </p><p>　　1、關于裂紋控制的問題 </p>

9、<p>　　裂紋是產(chǎn)生不連續(xù)的現(xiàn)象的固體材料。多年的現(xiàn)代混凝土試驗已充分證實在混凝土和鋼筋混凝土結構中的微裂紋的存在下主要是骨料和水泥凈漿粘結裂紋，裂紋在水泥漿和骨材料裂紋的附著表面。斷裂損傷力學的角度來看，所謂的斷裂損傷是廣義的外部負載，細觀結構的重大變化，所造成的微觀缺陷成胚，擴建和匯通，導致宏觀經(jīng)濟性能惡化的結構，最終形成的宏觀開裂和破壞的結構。因此，混凝土結構的破壞過程實際上是形成于微裂紋的擴展?，F(xiàn)代化的混凝土微觀研

10、究還表明：微裂紋的擴展源于材料損壞的程度，也是材料損壞的標志，在同一時間，微裂紋也是材料固有的物理特性現(xiàn)狀。因此，在鋼筋混凝土結構裂縫的存在有其必然性。 </p><p>　　從傳統(tǒng)力學和斷裂力學方面來分析傳統(tǒng)的裂縫控制方法的應用，主要是基于“防”的理念，來研究預應力混凝土結構產(chǎn)生裂縫的控制方法。從傳統(tǒng)的機械的角度來看，由于預加應力施用到混凝土梁，混凝土梁產(chǎn)生的拉伸應力的所有偏移通過外部負載（或偏移）的下邊緣被全

11、部取消，從而避免了混凝土裂縫（或延時裂紋），混凝土梁的全斷面（或增加參與的混凝土部分的工作），這是相當于提高混凝土梁的拉伸性能，高強度材料，以充分利用；從斷裂力學的角度來看，在混凝土材料的內(nèi)部，也存在許多微缺陷和微裂紋，這些微缺陷和微裂紋中的外部負載將繼續(xù)發(fā)展，最終形成宏觀裂紋。預先的軸向壓力施加在混凝土梁，相當于微裂紋的表面產(chǎn)生一對非均勻的壓應力的作用，在裂紋尖端的應力強度因子為負。當外部載荷的裂紋尖端的應力強度因子和非均勻的壓應力所

12、產(chǎn)生的應力強度因子，裂紋尖端的應力強度因子為零的大小相等。裂紋不穩(wěn)定的傳播與外部負載增加了。在裂紋尖端的應力強度因子達到混凝土材料的斷裂韌性，裂紋將是不穩(wěn)定的傳播。因此，源于斷裂力學研究，預先對混凝土梁施加的預加應力，減少了在裂紋尖端的應力強度因子的外部負載的作用，以避免混凝土裂縫視圖。 </p><p>　　2、關于抗震問題的分析 </p><p>　　在兩種類型的組件之間分配的地震力，

13、應該考慮不同時段的兩種類型的組件有關抗推剛度相對的比值變化。主要結構系統(tǒng)即現(xiàn)在使用的鋼-混凝土混合結構在鋼架和混凝土剪力墻（內(nèi)管）系統(tǒng)中，鋼筋混凝土內(nèi)筒為主要抗側力結構而鋼架主要負責重力荷載，擔負一個較小的平剪切。由于剛性的鋼框架的反推遠小于所述內(nèi)筒上凝固的水平地震工程經(jīng)驗，承擔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％，相應的樓層剪力，有些項目甚至只有約 5％的往復。在結構的彈塑性的階段，墻體在

14、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，是遠遠大于約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，但仍有可能承擔遠遠大于彈性階段的水平地震剪力和傾覆力矩。 </p><p>　　因此，為了符合要求，需要調(diào)整的部分鋼架水平剪力，鋼框架混凝土結構層框架柱的抗震要求應不小于比底部的結構剪切的25％或框架部分地震剪

15、力最大值的1.8倍，兩個選擇較小的，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。 </p><p><b>　　關于混凝土的加固 </b></p><p>　　較常用的方法是：粘鋼加固法、粘貼纖維加固法、預應力加固發(fā)、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應力加固法和增加支承加固法等。較常用的技術是：裂縫

16、修補技術、混凝土表面處理技術、托換技術、 植筋技術、 碳化混凝土修復技術等等。由于荷載作用、材料選擇或施工不當?shù)仍?，結構可能遭受可擴展性或脆性斷裂，此時應該努力修復，并且在此之前，應該分析裂縫的產(chǎn)生原因和影響的嚴重程度，有針對性地采取措施，以改善結構或鋼筋，若構件不宜修復或者加固，則應該拆除更換。 </p><p>　　三、混凝土結構設計應注意的問題 </p><p>　　1、結構選型階

17、段時，首先應該注意結構的規(guī)則性問題；其次應注意新規(guī)則有關規(guī)定的變更情況，以免在后期工作產(chǎn)生紕漏。再者要注意結構的超高問題，在抗震規(guī)范和高規(guī)的結構，總高度都有嚴格的限制，在更改的新規(guī)范中，除了原來的高度限制設定為 A 級的建筑高度，還增加了結構的建設 B 級高度，因此必須嚴格注意，一旦建筑結構高度為B類甚至超過B級高度，設計方法和措施一定會變化很大。最后是要注意嵌固端的設置，因為高層建筑都會帶有兩層或以上的地下室，嵌入式固定端可以設在地下

18、室的頂板上，或者人防頂板的地方，因此，設計師經(jīng)常會忽略一些方面，如：設計嵌固側安裝在地板上的端部的剛度比上下限、安裝的抗震等級整體一致性、計算結構的嵌固端組、抗震縫和嵌入式固定端位置的協(xié)調(diào)問題等等，而這些方面忽略任何一個都會為后期設計埋下隱患，產(chǎn)生不可估量的后果。 </p><p>　　2、基礎設計階段是應該給與相當重視的方面，因為這個階段是與后期設計工作直接相關的，它的好壞至關重要，并且是整個項目成本的決定因素

19、，因此這個方面若是產(chǎn)生紕漏一定會帶來不可估量的損失。在基礎設計中也應注意本地規(guī)范的重要性。以《地基基礎設計規(guī)范》作為國家的標準來看，它具有相當?shù)臋嗤菂s不能明確詳細地規(guī)定全國各地的各種基礎狀況，所以當?shù)氐幕A類型和設計方法的描述和指定更詳細和準確，所以在基礎設計時， 也要大力研究地方性標準或規(guī)范，以免更大的影響在整個結構上的設計或后期工作。由于缺乏工程設計的現(xiàn)場調(diào)查報告或附近的建筑物調(diào)查報告，必須根據(jù)調(diào)查-設計- 施工過程的基礎上進行

20、設計，要禁止缺乏調(diào)查的過程，若是調(diào)查不夠詳細、全面時，設計人員要通知建設單位進行重新調(diào)查或者是額外勘探。不考慮地面變形的影響，有一些混凝土結構設計沒有關注地基變形后檢查，評級為 A或B級的結構設計應按照有關規(guī)定進行地基的變形情況進行設計，而c級時，應該根據(jù)相關規(guī)定對地基進行處理，然后變性檢驗。在對下臥層的地基承載力計算時，要進行深度的修正，修正系數(shù)源于土壤。當擴散角數(shù)值符合有關規(guī)范，可以直接使用，不符合時，根據(jù)附錄中的規(guī)格，采用<

21、/p><p>　　3、在計算和分析結構階段，對于工程內(nèi)力分析要按照規(guī)范要求的設計和加工，并且準確高效，是決定質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié)。因此，新規(guī)范推出以來，已經(jīng)計算和分析的結構作為一個整體的一部分，有相當數(shù)量的內(nèi)容調(diào)整和改進，有了更為清晰的進展。首先應該適當選擇計算軟件，即減少由于模型的差異性帶來的結果的不同，這是設計工作的首要進程，以避免不安全的隱患存在。其次要考慮自振周期的影響，由于新規(guī)范中提及了各種體系下結構設計中計算自

22、振周期的折減系數(shù)。最后是振型數(shù)目，在計算階段要對其結果中的振型參與系數(shù)結果進行判斷，然后決定振型數(shù)目的取值是否調(diào)整。 </p><p>　　4、在框架-剪力墻結構中，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度的水平邊時，應盡可能減少鋼筋直徑。 </p><

23、p>　　5、如果剪力墻結構要將角窗設置于角部時，適當?shù)募訌姶翱诓考?。角窗處樓板上應該適當進行加厚處理，且通長配筋要雙層設置進行加固，或者可以設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，邊緣構件應當適當?shù)丶庸獭?</p><p><b>　　四、結語 </b></p><p>　　總而言之，混凝土結構的設計是一個循環(huán)的長周期，并且具有專業(yè)的深度和復

24、雜性。因此，要結合設計中總結出來的經(jīng)驗，不斷完善設計理念，以確保整個工程的質(zhì)量。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]劉峰，李翔.鋼筋混凝土結構加固方法的比較[J].中國房地產(chǎn)業(yè).2011（11） </p><p>　　[2]周克榮等編著. 混凝土結構設計 [M].同濟大學出版社.2001.8. <