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摘要:混凝土在我國各项工程中应用广泛,具有可模型好、耐久耐火、造价低等特点,是非常好的建筑材料。本文主要对混凝土结构设计中存在的问题及措施进行了简要分析。
关键词:混凝土;结构设计;对策
中图分类号: TU37 文献标识码: A
引言
混凝土结构是现代建筑工程中最为常见的一种结构形式。随着社会经济的快速发展,人们生活水平的不断提高,对于建筑设计也提出了更高的要求。不仅要求建筑物具有舒适的使用功能,更要求其造型的美观,此时建筑工程的设计也就相对更为复杂。如果出现失误,就可能导致工程出现各种质量问题,所以要求建筑结构设计人员对其加以足够的重视。
一、混凝土结构设计的原则
1、整体性
混凝土结构设计的整体性是指把各个部分组成一个整体,研究整体的功能和设计规律,从整体和部分中发现整体的特征。
2、结构性
在混凝土结构设计过程中,要充分了解其结构及其各要素是非常重要的。建筑结构决定着建筑的性能和质量,影响着它在建筑中的使用和其发展情况,同时它也是性能的载体,还可以反作用于结构。混凝土结构的各要素运动的稳定性与结构息息相关。
3、最优化性
混凝土结构设计中存在差异整合,使建筑的各个部分合理的组合在一起,差异的部分相互互补,相互支持,相互需要,保证着整合后的性能。建筑结构的形成也离不开差异整合,充分体现了它的重要性,在设计过程中,我们要重视这一点。
4、动态性
混凝土结构设计的动态原则是把握系统的内外联系,以及发展趋势,动力规律、方式等方面,使混凝土在建筑中提供更好地应用,满足需求,把握时代的发展方向,跟随时代的脚步。
二、计算与分析阶段存在的问题及解决办法
1、计算软件的合理选择
当前我国建筑设计领域中有多种不同的计算软件,每一种都有其各自的特点,由于计算假定、模型简化、计算精度等的不同,其结果也往往不同。正确合理的选择计算软件对结构设计非常重要。如果计算软件选择失误,不但耗费大量时间与人力,还会得到不真实甚至错误的计算结果,使结构设计存在安全隐患。
合理选择计算软件,首先,要求设计人员充分了解所做项目的结构类型和复杂程度,优先选择结构三维空间有限元分析软件进行计算。因为其能相对真实的反映结构整体受力和变形,各构件间的相互作用和变形协调,计算结果也相对更准确,更真实。其次,设计人员要根据结构主要受力构件的特性,确定其简化模型。如柱与梁可简化为二维杆元模型,抗震墙为三维墙元模型等。最后,对于复杂结构,设计人员还应采用两种以上软件进行整体计算复核,进行包络设计。如果不同软件的结果相差较大,还应对其进行对比分析,合理修正,确保结果的有效性。
2、结构建模计算中的常见问题
工程设计人员在进行结构建模计算时经常会遇到以下一些问题,需引起注意。设计框架结构和框架抗震墙结构时,对于矩形柱结构可采用单偏压进行计算,并采用双偏压复合柱配筋。而对于异形柱则应采用双偏压进行计算和配筋。在地下室设计中,当在建筑外圈柱布置地下室外墙时,因外墙将部分土压力传给了外圈柱,使得外圈柱的弯矩加大,需对其配筋进行复核。对于次梁的端支座,因作为其支座的墙或梁宽度较小,平面外的抗扭能力较弱,为保证次梁的安全可靠,建议次梁端按铰接计算。对于房间内存在隔墙,又不能在墙下布梁时,可在墙下设虚梁或将隔墙荷载折算为板上均布荷载计算,这里建议采用折算均布荷载的方式。对于阳台、雨篷等悬挑构件,当无法布置悬挑梁时,可采用设悬挑板、将挑板荷载折算为梁上线荷载或在挑板周边布置虚梁等方式,这里建议采用设置悬挑板的方式。
三、混凝土地基设计中存在的主要问题以及解决方法
1、地下室设计
地下室能够提高建筑地基的承载力和建筑结构的稳定性,减少地震带来的破坏程度,也能够扩大建筑的使用空间面积,所以近年来的许多建筑都设置建筑的地下室结构。但是在建筑结构设计地下室的过程中,忽略了落体下沉的因素,从而使底板出现裂缝现象。建筑结构在完成之后,整个楼体会随着时间的延长而发生下沉的现象,某些建筑的地下室的部分柱下独立基础带梁板式或者是使用天然地基的地下室都会受到影响。主要是在设计中没有考虑到部分附加应力产生的影响,所以地下室底板由于承受巨大的压力,从而发生开裂现象。
解决措施:为了解决地下室底板在建筑下沉中出现裂缝的问题,在设计中要对地下室底板的钢筋混凝土进行优化设计,将把一层褥垫加设在地下室底板以及受力层之间,从而减少或者消除了建筑物下沉所产生的附加应力。
2、地下水位产生的影响
许多工程师在建筑结构设计中,忽略了地下水位对建筑体的影响。地下水位对建筑施工过程以及完工后的实体建筑都产生一定的影响。
解决措施:在建筑施工中总是会遇到地下水位的上涨,要消除和减少地下水位上涨的影响,必须做好建筑基础的排水与防水工作。例如,在地下建筑施工中通过采用反承台法,提高建筑的防水功能,并且地下室内部还可以做覆土,用来平衡地下室底板上产生的水浮力。
3、地下室底板与外墙的钢筋混凝土
由于设计的不科学和设计理念的落后,国内建筑体的地下室底板与外墙在钢筋和混凝土的配置上不合理,例如,对扶壁柱外墙钢筋和混凝土的配置计算中,对扶壁柱体积大小的设计忽略不计,地下室扶壁柱的设计是用双向板对钢筋混凝土配置比例计算的,而不是根据双向板的荷载传递进行验算的。
解决措施:建筑体的地下室底板与外墙钢筋混凝土的配置中必须仔细考虑建筑体的变形为题,例如考虑到外墙的钢筋混凝土与外墙板块以及扶壁柱的大小和间距,按照单向板配筋计算,而不是全部按照双向板与钢筋混凝土配置计算。
4、天然地基的独立基础设计
目前,许多地基的基础设计不够科学合理,基础的设计还是使用锥体的形式,锥体形式的坡度较大,但是锥体中某些混凝土的振捣密实相对较难,很难满足设计强度的要求。部分柱下独立基础的拉梁,尤其是上覆土的承重梁仍是按照简单的拉梁进行设计,忽略了上覆土重所产生的影响,存在着严重的隐患。
解决措施:对于地基的独立基础可以使用梯形设计形式,这样对建筑施工设计所要求的强度,在拉梁的设计中,必须考虑覆土重对建筑产生的影响,适当的加大钢筋与混凝土的配置强度,提高了建筑实体的结实程度。
四、上部结构设计阶段常见问题及解决办法
在进行结构构件布置时,首先要考虑建筑物的抗震性能,设置多道抗震防线,提高结构的延性。作为第一道防线的剪力墙,布置时应沿两个主轴方向,均匀布置在建筑物的周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大部位,墙间距不宜过大;平面形状凹凸较大时,宜在凸出部位的端部布置剪力墙;单片剪力墙承担的水平剪力不应超过结构底部总水平剪力的30%;纵横剪力墙宜组成L形、T形及槽形;剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。将剪力墙设置为四周有梁柱的带边框墙,同时要控制每肢墙的高宽比,必要时可设结构洞口或结构竖缝使变成双肢墙或多肢墙。对于第二道防线的剪力墙连梁,设计时应尽量控制其跨高比。试验表明:当连梁的跨高比为5时,延性和耗能很好;当跨高比降至1时,耗能很小,最后弯剪破坏。当连梁跨高比较小时,可在1/2梁高的中性面上留一水平通缝,将其分为上下等高的两个连梁,可有效提高其延性。
结束语
混凝土结构的设计与施工关系到整个建筑工程的质量,与人们的切身利益与生命安全息息相关。混凝土结构设计是一项长期而又复杂的工作,工程师只有在实际工作中不断学习,不断创新,力求将所有因素考虑在其中,这样才能够保证混凝土结构设计的质量,保证整个建筑工程的质量。
参考文献
[1]何俊奎,黎颢.混凝土结构设计问题之管见[J].四川建材,2012.
[2]刘雅丽,周小可.混凝土结构设计中的若干问题[J].工程质量,2011.
[3]王飞,温小峰.混凝土结构设计中的常见问题及解决方法[J].科技与生活,2012.
关键词:混凝土;结构设计;对策
中图分类号: TU37 文献标识码: A
引言
混凝土结构是现代建筑工程中最为常见的一种结构形式。随着社会经济的快速发展,人们生活水平的不断提高,对于建筑设计也提出了更高的要求。不仅要求建筑物具有舒适的使用功能,更要求其造型的美观,此时建筑工程的设计也就相对更为复杂。如果出现失误,就可能导致工程出现各种质量问题,所以要求建筑结构设计人员对其加以足够的重视。
一、混凝土结构设计的原则
1、整体性
混凝土结构设计的整体性是指把各个部分组成一个整体,研究整体的功能和设计规律,从整体和部分中发现整体的特征。
2、结构性
在混凝土结构设计过程中,要充分了解其结构及其各要素是非常重要的。建筑结构决定着建筑的性能和质量,影响着它在建筑中的使用和其发展情况,同时它也是性能的载体,还可以反作用于结构。混凝土结构的各要素运动的稳定性与结构息息相关。
3、最优化性
混凝土结构设计中存在差异整合,使建筑的各个部分合理的组合在一起,差异的部分相互互补,相互支持,相互需要,保证着整合后的性能。建筑结构的形成也离不开差异整合,充分体现了它的重要性,在设计过程中,我们要重视这一点。
4、动态性
混凝土结构设计的动态原则是把握系统的内外联系,以及发展趋势,动力规律、方式等方面,使混凝土在建筑中提供更好地应用,满足需求,把握时代的发展方向,跟随时代的脚步。
二、计算与分析阶段存在的问题及解决办法
1、计算软件的合理选择
当前我国建筑设计领域中有多种不同的计算软件,每一种都有其各自的特点,由于计算假定、模型简化、计算精度等的不同,其结果也往往不同。正确合理的选择计算软件对结构设计非常重要。如果计算软件选择失误,不但耗费大量时间与人力,还会得到不真实甚至错误的计算结果,使结构设计存在安全隐患。
合理选择计算软件,首先,要求设计人员充分了解所做项目的结构类型和复杂程度,优先选择结构三维空间有限元分析软件进行计算。因为其能相对真实的反映结构整体受力和变形,各构件间的相互作用和变形协调,计算结果也相对更准确,更真实。其次,设计人员要根据结构主要受力构件的特性,确定其简化模型。如柱与梁可简化为二维杆元模型,抗震墙为三维墙元模型等。最后,对于复杂结构,设计人员还应采用两种以上软件进行整体计算复核,进行包络设计。如果不同软件的结果相差较大,还应对其进行对比分析,合理修正,确保结果的有效性。
2、结构建模计算中的常见问题
工程设计人员在进行结构建模计算时经常会遇到以下一些问题,需引起注意。设计框架结构和框架抗震墙结构时,对于矩形柱结构可采用单偏压进行计算,并采用双偏压复合柱配筋。而对于异形柱则应采用双偏压进行计算和配筋。在地下室设计中,当在建筑外圈柱布置地下室外墙时,因外墙将部分土压力传给了外圈柱,使得外圈柱的弯矩加大,需对其配筋进行复核。对于次梁的端支座,因作为其支座的墙或梁宽度较小,平面外的抗扭能力较弱,为保证次梁的安全可靠,建议次梁端按铰接计算。对于房间内存在隔墙,又不能在墙下布梁时,可在墙下设虚梁或将隔墙荷载折算为板上均布荷载计算,这里建议采用折算均布荷载的方式。对于阳台、雨篷等悬挑构件,当无法布置悬挑梁时,可采用设悬挑板、将挑板荷载折算为梁上线荷载或在挑板周边布置虚梁等方式,这里建议采用设置悬挑板的方式。
三、混凝土地基设计中存在的主要问题以及解决方法
1、地下室设计
地下室能够提高建筑地基的承载力和建筑结构的稳定性,减少地震带来的破坏程度,也能够扩大建筑的使用空间面积,所以近年来的许多建筑都设置建筑的地下室结构。但是在建筑结构设计地下室的过程中,忽略了落体下沉的因素,从而使底板出现裂缝现象。建筑结构在完成之后,整个楼体会随着时间的延长而发生下沉的现象,某些建筑的地下室的部分柱下独立基础带梁板式或者是使用天然地基的地下室都会受到影响。主要是在设计中没有考虑到部分附加应力产生的影响,所以地下室底板由于承受巨大的压力,从而发生开裂现象。
解决措施:为了解决地下室底板在建筑下沉中出现裂缝的问题,在设计中要对地下室底板的钢筋混凝土进行优化设计,将把一层褥垫加设在地下室底板以及受力层之间,从而减少或者消除了建筑物下沉所产生的附加应力。
2、地下水位产生的影响
许多工程师在建筑结构设计中,忽略了地下水位对建筑体的影响。地下水位对建筑施工过程以及完工后的实体建筑都产生一定的影响。
解决措施:在建筑施工中总是会遇到地下水位的上涨,要消除和减少地下水位上涨的影响,必须做好建筑基础的排水与防水工作。例如,在地下建筑施工中通过采用反承台法,提高建筑的防水功能,并且地下室内部还可以做覆土,用来平衡地下室底板上产生的水浮力。
3、地下室底板与外墙的钢筋混凝土
由于设计的不科学和设计理念的落后,国内建筑体的地下室底板与外墙在钢筋和混凝土的配置上不合理,例如,对扶壁柱外墙钢筋和混凝土的配置计算中,对扶壁柱体积大小的设计忽略不计,地下室扶壁柱的设计是用双向板对钢筋混凝土配置比例计算的,而不是根据双向板的荷载传递进行验算的。
解决措施:建筑体的地下室底板与外墙钢筋混凝土的配置中必须仔细考虑建筑体的变形为题,例如考虑到外墙的钢筋混凝土与外墙板块以及扶壁柱的大小和间距,按照单向板配筋计算,而不是全部按照双向板与钢筋混凝土配置计算。
4、天然地基的独立基础设计
目前,许多地基的基础设计不够科学合理,基础的设计还是使用锥体的形式,锥体形式的坡度较大,但是锥体中某些混凝土的振捣密实相对较难,很难满足设计强度的要求。部分柱下独立基础的拉梁,尤其是上覆土的承重梁仍是按照简单的拉梁进行设计,忽略了上覆土重所产生的影响,存在着严重的隐患。
解决措施:对于地基的独立基础可以使用梯形设计形式,这样对建筑施工设计所要求的强度,在拉梁的设计中,必须考虑覆土重对建筑产生的影响,适当的加大钢筋与混凝土的配置强度,提高了建筑实体的结实程度。
四、上部结构设计阶段常见问题及解决办法
在进行结构构件布置时,首先要考虑建筑物的抗震性能,设置多道抗震防线,提高结构的延性。作为第一道防线的剪力墙,布置时应沿两个主轴方向,均匀布置在建筑物的周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大部位,墙间距不宜过大;平面形状凹凸较大时,宜在凸出部位的端部布置剪力墙;单片剪力墙承担的水平剪力不应超过结构底部总水平剪力的30%;纵横剪力墙宜组成L形、T形及槽形;剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。将剪力墙设置为四周有梁柱的带边框墙,同时要控制每肢墙的高宽比,必要时可设结构洞口或结构竖缝使变成双肢墙或多肢墙。对于第二道防线的剪力墙连梁,设计时应尽量控制其跨高比。试验表明:当连梁的跨高比为5时,延性和耗能很好;当跨高比降至1时,耗能很小,最后弯剪破坏。当连梁跨高比较小时,可在1/2梁高的中性面上留一水平通缝,将其分为上下等高的两个连梁,可有效提高其延性。
结束语
混凝土结构的设计与施工关系到整个建筑工程的质量,与人们的切身利益与生命安全息息相关。混凝土结构设计是一项长期而又复杂的工作,工程师只有在实际工作中不断学习,不断创新,力求将所有因素考虑在其中,这样才能够保证混凝土结构设计的质量,保证整个建筑工程的质量。
参考文献
[1]何俊奎,黎颢.混凝土结构设计问题之管见[J].四川建材,2012.
[2]刘雅丽,周小可.混凝土结构设计中的若干问题[J].工程质量,2011.
[3]王飞,温小峰.混凝土结构设计中的常见问题及解决方法[J].科技与生活,2012.