论文部分内容阅读
摘要：混凝土结构体系是工程设计中应用比较广泛的—种结构体系，但具体设计中常常因为种种原因而存在—些问题，笔者就混凝土结构设计中应注意的问题做简要探讨。
关键词：混凝土结构设计；常见问题
Abstract: the concrete structure system is engineering design is widely-kind of structure system, but the specific design often for a variety of reasons and exist-some problems, the author concrete structure design problems should be paid attention to briefly discussed.
Keywords: concrete structure design; Common problem
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
建筑混凝土结构设计质量，密切关系到人民生命财产的安全，责任重大。而且结构专业是一个既有深度又有广度的专业，这就要求设计人员要有更强的创新意识，在工作中不断地学习、总结，才能成为一名合格的设计师。
一、混凝土结构设计的原则
1、整体性设计原则：整体性设计原则是把要设计的建筑作为由各个组成部分构成的一个整体来全面研究整体的功能、构成及发展规律，从整体与部分相互依赖、相互结合、相互制约的关系中揭示系统的特征和运动规律。
2、动态性设计原则：动态原则就是要探索系统的内外联系及系统发展变化的方向、趋势、活动的速度和方式，还要探索系统发展的动力、应用和规律。对于建筑设计来讲尤其要满足现在，兼顾未来，把握时代的发展方向。
3、结构性设计原则：结构是要素关系作用下的结合方式，是性能的载体，普遍地存在于建筑之中。结构决定性能，性能表现可以反作用于结构。要素运动的稳定与否、发展方向将影响结构的稳定与否和发展方向，而关系是将要素连接起来的作用，是构成系统的纽带，关系的质和量决定结构性能的稳定性一，因此必须了解它的结构。
4、最优化设计原则：系统形成的过程实际上是差异整合的过程。差异的事物能够整合在一起，它们之间必定有同一性，相互需要、相互支持、优势互补，这是整合的前提和基础。通过差异的整合使建筑的各个部分有机地组织在一起。
二、建筑混凝土结构设计要注意的问题
1、基础设计应注意的问题
（1）多层框架的钢筋混凝土柱下独立基础设计不应仅考虑恒载加活载内力组合进行计算，还应考虑风载、地震作用下的最不利组合；不仅考虑轴力、弯矩设计值，还应考虑剪力设计值进行计算。（2）桩基础设计。桩基安全等级与上部结构的安全等级不一定相同，《建筑桩基技术规定》指出，对于20层以上的高层建筑，列入重要建筑物。如一幢25层的民用建筑，建筑结构安全等级为二级，建筑桩安全等级为一级。桩基设计还应注意如下问题：①预应力管桩设计时应注意：当柱下为单桩或双桩，且桩安全等级为二级时，桩基应乘以重要系数1.1，当桩安全等级为一级时，桩基应乘以重要性系数1.2。②剪力墙下的桩应沿墙均匀布置，尽量使桩中心与恒载加活载的合力形心重合，若不重合则应考虑附加弯矩对桩产生的压力和拉力；布桩时应尽量避免桩产生拉力。如小高层，由于剪力墙数量较少、承受水平力大，竖向荷载相对较小，布桩时容易出现桩受拉的情况，应调整桩的位置，提高群桩的抗弯能力。同时可采用减少桩数，提高单桩承载力的方法，有效地避免桩受拉。
2、关于柱的设计
（1）框架柱的截面设计。在多层或高层钢筋混凝土结构中，柱的截面尺寸从下到上逐渐缩小，以节约投资，使设计更合理。柱截面尺寸减小的间隔层数为3～5层，如果间隔太密，会造成模板浪费、施工不便；太疏又起不到节约投资、降低造价的目的。每次每侧减小的尺寸以100~150为宜，如减得太多，有可能导致结构竖向刚度突变。另外，柱的最小截面尺寸应符合相关规定：矩形柱的宽度和高度均不宣小于300mm；圆柱的截面直径不宜小于350mm。（2）框架柱的箍筋肢距。按一般的理解，箍筋肢距应为每肢箍筋的水平距离，因此不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且不大于200mm（以一级抗震等级为例），这样将使混凝土的浇捣发生困难。因为混凝土在浇捣时，是不允许从高处直接坠落的，必须使用导管，将混凝土引导到根部，然后逐渐向上浇灌。如果箍筋肢距过小，将无法使用导管。笔者认为“箍筋肢距”应理解为“柱纵向钢筋的箍筋拉接点之间的距离”由此可以采用箍筋形式，这样既便于施工，对柱钢筋的拉接，也符合要求。
3、框剪结构的连梁设计
框剪结构的连梁设计很重要，但我们看到，目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够，有的是应为认识不足。所谓连梁，就是那些连接两片剪力墙，当遇到中震或大震时，它会首先开裂，起到耗能作用，从而使建筑物保持一定延性的梁。只有满足了这种情况，才是连梁，或者说我们才有意义把它接连梁进行设计。根据它的特性，我们就应该设计时注意几点：第一，不要盲目地增大它抗弯的能力，否则会使连梁延迟破坏，起不到及时耗能的作用，致使其他重要构件破坏，使结构失去延性。第二，我国现行结构规范中规定，连梁上不许搭框架梁。我觉得这句话说得不嚴谨，更准确的定义应该是，不准搭重要的竖向承重构件。因为我们设计连梁会在遇到中震或大震时，首先开裂，所以它的抗剪能力也会急剧下降，如果此时它还承受着很大的竖向荷载，就会引起连锁破坏。
4、注重结构整体计算需控制的几个参数
（1）剪重比：控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。若过小，说明底部剪力过小，这时应注意结构位移和结构稳定是否满足要求。若过大，应检查输入信息是否有误或剪力墙过多结构太刚。（2）刚度比：控制结构竖向规则性，避免产生刚度突变。（3）位移比：控制结构平面规则性，以免产生扭转。它反映的是质心与刚心的偏离程度。平面布置宜规则、对称，使质心和刚心尽量重合。（4）周期比：控制结构扭转效应。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85，反映的是抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系。
5、抗震设计应注意的问题
重视概念设计，抗震设计宜采用平面基本均匀，竖向无明显刚度、承载力突变的结构，不应采用严重不规则结构。因此应选择合理的结构体系和构件尺寸及配筋方式，确保竖向构件有足够的延性，并通过合理的配筋构造增大它的塑性变形能力，做到强剪弱弯，使建筑物在遭遇地震作用时能够小震不坏，中震可修，大震不倒。为确保柱子延性应使柱轴压比，剪跨比及箍筋形式、直径、间距和纵向钢筋的配筋率等，满足规范的基本要求；梁支座钢筋不应随意加大，保证强剪弱弯的设计原则，当梁纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，加密区箍筋直径应增大2mm。剪力墙的竖向、横向分布钢筋配筋率满足抗震相关规范的规定，且应重视约束边缘构件的配筋构造要求，明确抗震墙的加强部位，将抗震墙的塑性铰区控制在底部，避免脆性剪切破坏，以改善整个结构的抗震性能。
综上所述，混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。也正因为这样，设计人员要严格按照规范的规定进行设计，绝对不能接受业主、建筑专业的无理要求而进行违规设计。只有精益求精、对自己设计的每一项工程负责，不断学习、汲取前人的经验和教训，才能真正地做好结构设计工作。
参考文献
[1] 李彦明,王红宇.混凝土结构设计的一些常见问题分析[J].科技创新导报.2009(8)
[2] 郑智垚,乐肖军.结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].中国新技术新产品.2011(2)
[3] 王新刚.浅析建筑结构设计中如何减少地震力影响[J].黑龙江科技信息.2012(1)
[4] 蒋乐.钢筋混凝土结构设计常见问题处理方法[J].建材与装饰(中旬刊).2007(12)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：混凝土结构设计；常见问题
Abstract: the concrete structure system is engineering design is widely-kind of structure system, but the specific design often for a variety of reasons and exist-some problems, the author concrete structure design problems should be paid attention to briefly discussed.
Keywords: concrete structure design; Common problem
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
建筑混凝土结构设计质量，密切关系到人民生命财产的安全，责任重大。而且结构专业是一个既有深度又有广度的专业，这就要求设计人员要有更强的创新意识，在工作中不断地学习、总结，才能成为一名合格的设计师。
一、混凝土结构设计的原则
1、整体性设计原则：整体性设计原则是把要设计的建筑作为由各个组成部分构成的一个整体来全面研究整体的功能、构成及发展规律，从整体与部分相互依赖、相互结合、相互制约的关系中揭示系统的特征和运动规律。
2、动态性设计原则：动态原则就是要探索系统的内外联系及系统发展变化的方向、趋势、活动的速度和方式，还要探索系统发展的动力、应用和规律。对于建筑设计来讲尤其要满足现在，兼顾未来，把握时代的发展方向。
3、结构性设计原则：结构是要素关系作用下的结合方式，是性能的载体，普遍地存在于建筑之中。结构决定性能，性能表现可以反作用于结构。要素运动的稳定与否、发展方向将影响结构的稳定与否和发展方向，而关系是将要素连接起来的作用，是构成系统的纽带，关系的质和量决定结构性能的稳定性一，因此必须了解它的结构。
4、最优化设计原则：系统形成的过程实际上是差异整合的过程。差异的事物能够整合在一起，它们之间必定有同一性，相互需要、相互支持、优势互补，这是整合的前提和基础。通过差异的整合使建筑的各个部分有机地组织在一起。
二、建筑混凝土结构设计要注意的问题
1、基础设计应注意的问题
（1）多层框架的钢筋混凝土柱下独立基础设计不应仅考虑恒载加活载内力组合进行计算，还应考虑风载、地震作用下的最不利组合；不仅考虑轴力、弯矩设计值，还应考虑剪力设计值进行计算。（2）桩基础设计。桩基安全等级与上部结构的安全等级不一定相同，《建筑桩基技术规定》指出，对于20层以上的高层建筑，列入重要建筑物。如一幢25层的民用建筑，建筑结构安全等级为二级，建筑桩安全等级为一级。桩基设计还应注意如下问题：①预应力管桩设计时应注意：当柱下为单桩或双桩，且桩安全等级为二级时，桩基应乘以重要系数1.1，当桩安全等级为一级时，桩基应乘以重要性系数1.2。②剪力墙下的桩应沿墙均匀布置，尽量使桩中心与恒载加活载的合力形心重合，若不重合则应考虑附加弯矩对桩产生的压力和拉力；布桩时应尽量避免桩产生拉力。如小高层，由于剪力墙数量较少、承受水平力大，竖向荷载相对较小，布桩时容易出现桩受拉的情况，应调整桩的位置，提高群桩的抗弯能力。同时可采用减少桩数，提高单桩承载力的方法，有效地避免桩受拉。
2、关于柱的设计
（1）框架柱的截面设计。在多层或高层钢筋混凝土结构中，柱的截面尺寸从下到上逐渐缩小，以节约投资，使设计更合理。柱截面尺寸减小的间隔层数为3～5层，如果间隔太密，会造成模板浪费、施工不便；太疏又起不到节约投资、降低造价的目的。每次每侧减小的尺寸以100~150为宜，如减得太多，有可能导致结构竖向刚度突变。另外，柱的最小截面尺寸应符合相关规定：矩形柱的宽度和高度均不宣小于300mm；圆柱的截面直径不宜小于350mm。（2）框架柱的箍筋肢距。按一般的理解，箍筋肢距应为每肢箍筋的水平距离，因此不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且不大于200mm（以一级抗震等级为例），这样将使混凝土的浇捣发生困难。因为混凝土在浇捣时，是不允许从高处直接坠落的，必须使用导管，将混凝土引导到根部，然后逐渐向上浇灌。如果箍筋肢距过小，将无法使用导管。笔者认为“箍筋肢距”应理解为“柱纵向钢筋的箍筋拉接点之间的距离”由此可以采用箍筋形式，这样既便于施工，对柱钢筋的拉接，也符合要求。
3、框剪结构的连梁设计
框剪结构的连梁设计很重要，但我们看到，目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够，有的是应为认识不足。所谓连梁，就是那些连接两片剪力墙，当遇到中震或大震时，它会首先开裂，起到耗能作用，从而使建筑物保持一定延性的梁。只有满足了这种情况，才是连梁，或者说我们才有意义把它接连梁进行设计。根据它的特性，我们就应该设计时注意几点：第一，不要盲目地增大它抗弯的能力，否则会使连梁延迟破坏，起不到及时耗能的作用，致使其他重要构件破坏，使结构失去延性。第二，我国现行结构规范中规定，连梁上不许搭框架梁。我觉得这句话说得不嚴谨，更准确的定义应该是，不准搭重要的竖向承重构件。因为我们设计连梁会在遇到中震或大震时，首先开裂，所以它的抗剪能力也会急剧下降，如果此时它还承受着很大的竖向荷载，就会引起连锁破坏。
4、注重结构整体计算需控制的几个参数
（1）剪重比：控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。若过小，说明底部剪力过小，这时应注意结构位移和结构稳定是否满足要求。若过大，应检查输入信息是否有误或剪力墙过多结构太刚。（2）刚度比：控制结构竖向规则性，避免产生刚度突变。（3）位移比：控制结构平面规则性，以免产生扭转。它反映的是质心与刚心的偏离程度。平面布置宜规则、对称，使质心和刚心尽量重合。（4）周期比：控制结构扭转效应。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85，反映的是抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系。
5、抗震设计应注意的问题
重视概念设计，抗震设计宜采用平面基本均匀，竖向无明显刚度、承载力突变的结构，不应采用严重不规则结构。因此应选择合理的结构体系和构件尺寸及配筋方式，确保竖向构件有足够的延性，并通过合理的配筋构造增大它的塑性变形能力，做到强剪弱弯，使建筑物在遭遇地震作用时能够小震不坏，中震可修，大震不倒。为确保柱子延性应使柱轴压比，剪跨比及箍筋形式、直径、间距和纵向钢筋的配筋率等，满足规范的基本要求；梁支座钢筋不应随意加大，保证强剪弱弯的设计原则，当梁纵向受拉钢筋配筋率大于2％时，加密区箍筋直径应增大2mm。剪力墙的竖向、横向分布钢筋配筋率满足抗震相关规范的规定，且应重视约束边缘构件的配筋构造要求，明确抗震墙的加强部位，将抗震墙的塑性铰区控制在底部，避免脆性剪切破坏，以改善整个结构的抗震性能。
综上所述，混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。也正因为这样，设计人员要严格按照规范的规定进行设计，绝对不能接受业主、建筑专业的无理要求而进行违规设计。只有精益求精、对自己设计的每一项工程负责，不断学习、汲取前人的经验和教训，才能真正地做好结构设计工作。
参考文献
[1] 李彦明,王红宇.混凝土结构设计的一些常见问题分析[J].科技创新导报.2009(8)
[2] 郑智垚,乐肖军.结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].中国新技术新产品.2011(2)
[3] 王新刚.浅析建筑结构设计中如何减少地震力影响[J].黑龙江科技信息.2012(1)
[4] 蒋乐.钢筋混凝土结构设计常见问题处理方法[J].建材与装饰(中旬刊).2007(12)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。