论文部分内容阅读
摘要：本文作者阐述了钢筋混凝土结构设计应有的理念，探讨了优化钢筋混凝土结构设计的措施。
关键词：建筑；钢筋混凝土；结构设计
伴随着建筑业在我国的迅速发展，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。但是目前尚没有对钢筋混凝土结构钢筋细部节点的设计形成一个统一的方法，从而造成在节点配筋设计时往往会出现配筋率过大、钢筋锚固不够等现象。因此，建筑结构钢筋设计应该结合实际施工的操作困难而进行施工，从而避免涉及不当对结构本身产生的影响。
1 钢筋混凝土结构设计应有的理念
钢筋混凝土结构的优点是坚固，耐久，防火性能好，节省钢材，成本较低，是工业与民用建筑最常见的结构形式，得到了广泛的应用。在建筑设计领域，结构工程师应具有创新精神和超前意识，按照建筑要求，综合结构安全、节省造价、方便施工等因素，做出最优的结构设计方案，尽最大限度满足建筑师的设计要求，结构设计人员应具备以下基本理念：
1.1 复杂结构简单化。要善于将复杂变简单，将结构的受力、传力途径，设计的越简单直接越好。沿建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件，最好成均匀的连续布置，以避免出现层间位移角、内力，以及传力途径的突变，避免出现软弱层。建筑物的使用包括采光、通风、采暖、供水、排水、温湿度调节等多种要求，因此建筑结构设计，应和相关专业密切配合，尽量简单化设计，以便于多种管线、设备及设施的施工安装。
1.2 结构可靠，确保安全。结构设计必须确保使用者在正常使用的安全，而且在遇到可能预料的各种灾难时，使生命财产的损失减少到最小程度。要尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心，靠近建筑物质量重心，最好重合，以避免或降低在风荷载或地震的作用下，产生的扭转效应及其相应的破坏。结构设计方案应尽量做到受力明确。利于计算，减小作用效应，增加结构构件抗力，利于非结构构件可靠连接，不易遭到破坏。
1.3 刚柔结合，富有艺术美感。建筑物的作用是为了使用，对于不同类型建筑物，必须满足使用功能的要求；由于建筑同时又体现了社会的文化艺术，因此在做结构设计时，不仅要满足承载力、刚度和延性的要求，还要尽可能实现刚柔结合，采用多种建筑艺术手法，体现出时代的艺术美感，反映出建筑设计师所要表现的建筑艺术要求。
2 优化钢筋混凝土结构设计的措施
在钢筋混凝土结构中，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，坚固，耐久，防火性能好，节省钢材，成本较低。近年来，随着我国钢材量的不断提高，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展。结构设计者要在遵循各种规范的前提下，大胆灵活的优化结构设计方案。
2.1 保证结构传力路线简捷。建筑布置在抗震设计中，平面、立面都要简单、规则、对称，结构的传力路线要简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短，越直接，结构的工作效能越高，耗费的建材也就越少。钢筋混凝土结构的抗震设计，要注意：平面宜简单，规则，对称，减少偏心；刚度中心与质量中心尽量重合；质量大的跨间，不宜布置在结构单元的边缘，质量大的设备，宜布置在距刚度中心较近的部位；尽量少采用大悬挑结构；围护结构宜采用轻质材料。从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应尽量使柱网按开间等跨和进深等距布置，这样可以相应减少边跨柱距，充分利用连续梁的受力特点，以减少结构中的弯距，使各跨梁截面趋于一致，从而提高结构的整体刚度。
2.2 注意加强构造措施。对于大跨度柱网的框架结构，处于楼梯间处的框架柱，由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯间处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点在设计中容易被忽视，应引起重视。对框架结构外立面为带形窗时，设置连续的窗过梁，可能会使外框架柱成为短柱，应注意加强构造措施；对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150毫米，对屋面宜设置后浇带，后浇带处的构造措施，宜适当加强。
2.3 注意地下室的结构设计。有地下室的建筑，当地下水位较高时，在室外地坪之下的结构部分外轮廓形状应尽量简洁，以有利于建筑防水的施工。由于柱下承台的影响，基槽地模形状很复杂，太多的阴阳角和放坡，不但增加了防水施工难度，延长了施工时间，而且增加了工程造价。对于这种情况，建议考虑采用反承台法：统一地下室底板和承台的下皮标高相同，承台需要加厚部分向上作，然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。此方法基槽地模形状简单，不但方便施工，利于保证工程质量，而且缩短施工时间，内部的覆土重量，也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，提高了建筑物的抗倾覆能力。
2.4 注意嵌固端与短肢剪力墙的设置。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，由嵌固端的设置引起的一系列需要注意的问题容易被忽视，例如，嵌固端楼板的设计，嵌固端上下层刚度比的限制，嵌固端上下层抗震等级的一致性，在结构整体计算时嵌固端的设置，结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面，都有可能埋下安全隐患，导致后期设计的大量修改；新规范对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，同时根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用，增加了相当多的限制。因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少用最好不用短肢剪力墙，以避免给后期设计带来不必要的麻烦。
2.5 注意节点构造，使塑性铰向梁跨内移。在罕遇地震作用下，要实现让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁相对于梁端截面实际抗弯能力而言，柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是使柱不被压溃的关键控制措施，它决定了由强震引起柱端截面屈服后，塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成层侧移机构；柱强于梁的幅度大小，取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布，以及动力特征的相应变化。因此，要在建筑许可的前提下，尽可能把柱的截面尺寸做大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，将柱的设计弯距，按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段，不能形成塑性铰，或塑性铰转移到立柱上。
3 结束语
建筑结构设计的好坏关系到人民生命财产的安全，责任重大。钢筋混凝土框架结构设计中有很多地方需要注意，結构设计人员要具有良好的设计概念，熟练掌握规范，不断优化设计方案，保证设计建筑安全，经济适用。
参考文献：
[1] 付平位.高层建筑钢筋混凝土的结构设计[J].商业文化（下半月），2011，（08）.
[2] 刘越.论延性钢筋混凝土结构设计要点[J].东北水利水电，2012，（02）.
[3] 张伟才，任光勇，程媛.非抗震设防地区高层建筑混凝土结构设计[J].浙江建筑，2012（03）.
[4] 荆雷.现代工业建筑混凝土框架结构的设计[J].内蒙古科技与经济.2008，（10）.
[5] 刘婷.浅析现代工业建筑混凝土框架的设计探讨[J].山西建筑.2011，（26）.
[6] 李一民.钢筋混凝土房屋设计结构中存在的问题与改进措施[J].科技资讯，2012，（10）.
关键词：建筑；钢筋混凝土；结构设计
伴随着建筑业在我国的迅速发展，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。但是目前尚没有对钢筋混凝土结构钢筋细部节点的设计形成一个统一的方法，从而造成在节点配筋设计时往往会出现配筋率过大、钢筋锚固不够等现象。因此，建筑结构钢筋设计应该结合实际施工的操作困难而进行施工，从而避免涉及不当对结构本身产生的影响。
1 钢筋混凝土结构设计应有的理念
钢筋混凝土结构的优点是坚固，耐久，防火性能好，节省钢材，成本较低，是工业与民用建筑最常见的结构形式，得到了广泛的应用。在建筑设计领域，结构工程师应具有创新精神和超前意识，按照建筑要求，综合结构安全、节省造价、方便施工等因素，做出最优的结构设计方案，尽最大限度满足建筑师的设计要求，结构设计人员应具备以下基本理念：
1.1 复杂结构简单化。要善于将复杂变简单，将结构的受力、传力途径，设计的越简单直接越好。沿建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件，最好成均匀的连续布置，以避免出现层间位移角、内力，以及传力途径的突变，避免出现软弱层。建筑物的使用包括采光、通风、采暖、供水、排水、温湿度调节等多种要求，因此建筑结构设计，应和相关专业密切配合，尽量简单化设计，以便于多种管线、设备及设施的施工安装。
1.2 结构可靠，确保安全。结构设计必须确保使用者在正常使用的安全，而且在遇到可能预料的各种灾难时，使生命财产的损失减少到最小程度。要尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心，靠近建筑物质量重心，最好重合，以避免或降低在风荷载或地震的作用下，产生的扭转效应及其相应的破坏。结构设计方案应尽量做到受力明确。利于计算，减小作用效应，增加结构构件抗力，利于非结构构件可靠连接，不易遭到破坏。
1.3 刚柔结合，富有艺术美感。建筑物的作用是为了使用，对于不同类型建筑物，必须满足使用功能的要求；由于建筑同时又体现了社会的文化艺术，因此在做结构设计时，不仅要满足承载力、刚度和延性的要求，还要尽可能实现刚柔结合，采用多种建筑艺术手法，体现出时代的艺术美感，反映出建筑设计师所要表现的建筑艺术要求。
2 优化钢筋混凝土结构设计的措施
在钢筋混凝土结构中，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，坚固，耐久，防火性能好，节省钢材，成本较低。近年来，随着我国钢材量的不断提高，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展。结构设计者要在遵循各种规范的前提下，大胆灵活的优化结构设计方案。
2.1 保证结构传力路线简捷。建筑布置在抗震设计中，平面、立面都要简单、规则、对称，结构的传力路线要简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短，越直接，结构的工作效能越高，耗费的建材也就越少。钢筋混凝土结构的抗震设计，要注意：平面宜简单，规则，对称，减少偏心；刚度中心与质量中心尽量重合；质量大的跨间，不宜布置在结构单元的边缘，质量大的设备，宜布置在距刚度中心较近的部位；尽量少采用大悬挑结构；围护结构宜采用轻质材料。从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应尽量使柱网按开间等跨和进深等距布置，这样可以相应减少边跨柱距，充分利用连续梁的受力特点，以减少结构中的弯距，使各跨梁截面趋于一致，从而提高结构的整体刚度。
2.2 注意加强构造措施。对于大跨度柱网的框架结构，处于楼梯间处的框架柱，由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯间处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点在设计中容易被忽视，应引起重视。对框架结构外立面为带形窗时，设置连续的窗过梁，可能会使外框架柱成为短柱，应注意加强构造措施；对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150毫米，对屋面宜设置后浇带，后浇带处的构造措施，宜适当加强。
2.3 注意地下室的结构设计。有地下室的建筑，当地下水位较高时，在室外地坪之下的结构部分外轮廓形状应尽量简洁，以有利于建筑防水的施工。由于柱下承台的影响，基槽地模形状很复杂，太多的阴阳角和放坡，不但增加了防水施工难度，延长了施工时间，而且增加了工程造价。对于这种情况，建议考虑采用反承台法：统一地下室底板和承台的下皮标高相同，承台需要加厚部分向上作，然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。此方法基槽地模形状简单，不但方便施工，利于保证工程质量，而且缩短施工时间，内部的覆土重量，也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，提高了建筑物的抗倾覆能力。
2.4 注意嵌固端与短肢剪力墙的设置。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，由嵌固端的设置引起的一系列需要注意的问题容易被忽视，例如，嵌固端楼板的设计，嵌固端上下层刚度比的限制，嵌固端上下层抗震等级的一致性，在结构整体计算时嵌固端的设置，结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面，都有可能埋下安全隐患，导致后期设计的大量修改；新规范对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，同时根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用，增加了相当多的限制。因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少用最好不用短肢剪力墙，以避免给后期设计带来不必要的麻烦。
2.5 注意节点构造，使塑性铰向梁跨内移。在罕遇地震作用下，要实现让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁相对于梁端截面实际抗弯能力而言，柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是使柱不被压溃的关键控制措施，它决定了由强震引起柱端截面屈服后，塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成层侧移机构；柱强于梁的幅度大小，取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布，以及动力特征的相应变化。因此，要在建筑许可的前提下，尽可能把柱的截面尺寸做大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，将柱的设计弯距，按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段，不能形成塑性铰，或塑性铰转移到立柱上。
3 结束语
建筑结构设计的好坏关系到人民生命财产的安全，责任重大。钢筋混凝土框架结构设计中有很多地方需要注意，結构设计人员要具有良好的设计概念，熟练掌握规范，不断优化设计方案，保证设计建筑安全，经济适用。
参考文献：
[1] 付平位.高层建筑钢筋混凝土的结构设计[J].商业文化（下半月），2011，（08）.
[2] 刘越.论延性钢筋混凝土结构设计要点[J].东北水利水电，2012，（02）.
[3] 张伟才，任光勇，程媛.非抗震设防地区高层建筑混凝土结构设计[J].浙江建筑，2012（03）.
[4] 荆雷.现代工业建筑混凝土框架结构的设计[J].内蒙古科技与经济.2008，（10）.
[5] 刘婷.浅析现代工业建筑混凝土框架的设计探讨[J].山西建筑.2011，（26）.
[6] 李一民.钢筋混凝土房屋设计结构中存在的问题与改进措施[J].科技资讯，2012，（10）.