论文部分内容阅读
摘 要：随着经济与科学技术全面快速的发展，混凝土结构在建筑行业中得到了广泛的应用，混凝土的施工工艺也发生了日新月异的变化，然而混凝土本身对结构设计的要求又过于复杂，所以在结构设计中常出现一些问题，本文对混凝土结构设计进行了探讨。
关键词：混凝土；结构设计；问题前 言
随着我国经济的发展，混凝土在各行各业中的应用日益广泛，混凝土结构以其整体性能良好、可塑性较好、使用寿命较长以及投资造价相对较低等等优势，得到了广大工程建设者的青睐，虽然很多新型混凝土材料得到了进一步的发展，混凝土的结构设计水平得到了提高，但是混凝土结构设计的复杂性及多样性又使得混凝土结构的设计存在很多的问题，本文就混凝土结构设计进行了分析。
1 混凝土结构设计的原则
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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，因此必须了解它的结构。
1.4 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。
2 混凝土结构设计的内容
2.1 基础设计
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。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。
2.2 上部结构设计
2.2.1 框架柱
角柱指的是两个方向与框架梁相连的框架柱，程序没有隐含定义，切记计算时应自行定义，不可忽视。如果计算时未定义角柱而实际配筋又刚好满足计算结果，就会出现配筋不满足最小配筋率要求的情况。短柱为剪跨比不大于2及因填充墙设置或楼梯平台梁、雨篷梁的设置形成柱净高与其截面高度之比不大于4的框架柱，箍筋应沿柱全高加密，箍筋间距不应大于100mm，箍筋的体积配箍率不应小于1.2%，9度时不应小于1.5%；一级抗震时，沿柱全高箍筋间距还不应大于6倍纵筋直径。剪跨比不大于2的框架柱程序能自行判定，配筋时应注意前面的1.2和1.5%为构造要求不受钢筋种类的影响。对这样的框架柱不能直接进行等强代换，不同强度级别的箍筋均应满足计算结果。超短柱为剪跨比小于1.5或柱净高与柱截面高度之比小于3的框架柱。设计中应尽量避免出现超短柱，当无法避免时，可采取一些措施。
2.2.2 框架梁
（1）框架梁实际配筋远大于计算结果的情况，一般出现在大小跨相连的支座或带有长悬臂的支座。绘图时没有按计算结果将配筋分别原位标注在支座两侧，而仅在支座某一侧标注一次配筋，这样很可能造成小跨的支座处配筋率超过2.5%，或者是支座处配筋率超过2.0%后箍筋没有按规范要求增大一级；再有就是跨中配筋与支座配筋之比小于0.3或0.5的情况。
（2）框架梁加密区箍筋的最大间距在抗震等级1～4级均不应大于梁高的1/4。对于梁高小于400mm的框架梁，如果加密区箍筋间距取100mm就违反强制性标准。为了避免出现这种情况，在满足建筑功能的情况下梁高不宜小于400mm。
2.2.3 连 梁
连梁的刚度折减系数主要是为了考虑其开裂后的折算刚度。当设计人员填入此系数后，实际上就已经允许了该连梁在中震和大震作用下开裂。为避免在正常使用极限状态下连梁开裂，折减系数通常不应小于0.50，一般工程取0.7。对跨高比不大于2.5的连梁，仅用墙体水平分布筋作为连梁的腰筋时，梁两侧腰筋的面积配筋率不满足0.3%的情况经常出现，这属于违反强制性标准，设计时应注意。
3 混凝土结构设计中存在的其他问题分析
3.1 混凝土结构耐久性和防腐蚀设计存在的问题
对于混凝土结构设计，混凝土耐久性以及防腐蚀性设计也很重要。建筑物在外界环境下，会长期受到雨水、风沙的侵蚀，这种气候环境将导致建筑物产生硅碳化反应，甚至出现开裂，最终钢筋受到严重腐蚀等现象。在对钢筋混凝土设计时注重混凝土的耐久性以及防腐蚀性设计，就能有效的使建筑物避免这些风险，延长建筑的使用寿命。混凝土耐久性设计包括抗冻融设计、抗碳化设计以及抗腐蚀设计等等。我国目前混凝土耐久性设计存在的主要问题包括配比环节设计不良、仅停留在对单个环境以及物理因素影响的独立分析层面，没能形成综合的协同影响因素分析。在现场施工中，水泥用量过多就会使水灰比较大，此时混凝土就会发生自收缩甚至是干缩变化，使得混凝土内部产生较大的拉应力，如果这种应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现开裂。
3.2 混凝土结构设计中的裂纹问题分析
裂纹在固体材料中是普遍存在的。有关混凝土的实验也证实了在没有受荷载的混凝土以及钢筋混凝土结构中会存在一些微裂纹，混凝土结构的裂纹控制方法主要是基于“抗”的思想，可以分别应用传统力学和断裂力学来分析传统裂纹控制方法。从传统力学观点来看，由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁受到外部荷载，拉应力全部（或部分）被抵消，所以可以避免（或者推迟）混凝土出现裂纹，从断裂力学的观点来看，混凝土材料内部存在许多微缺陷和微裂纹，而且这些微缺陷和微裂纹会在外部荷载作用下不断演化、发展，最终形成宏观裂纹。如果在混凝土梁两端预先施加一对轴向压力，可以认为裂纹端部的应力强度因子为负值。如果外部荷载在裂纹端部产生的应力强度因子与非均布压应力产生的应力强度因子大小相等时，裂纹端部的应力强度因子就为零。
4 结 语
混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，设计人员要严格按照规范的规定进行设计，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（08）.
[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（02）.
关键词：混凝土；结构设计；问题前 言
随着我国经济的发展，混凝土在各行各业中的应用日益广泛，混凝土结构以其整体性能良好、可塑性较好、使用寿命较长以及投资造价相对较低等等优势，得到了广大工程建设者的青睐，虽然很多新型混凝土材料得到了进一步的发展，混凝土的结构设计水平得到了提高，但是混凝土结构设计的复杂性及多样性又使得混凝土结构的设计存在很多的问题，本文就混凝土结构设计进行了分析。
1 混凝土结构设计的原则
1.1 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。
1.2 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。
1.3 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，因此必须了解它的结构。
1.4 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。
2 混凝土结构设计的内容
2.1 基础设计
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。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。
2.2 上部结构设计
2.2.1 框架柱
角柱指的是两个方向与框架梁相连的框架柱，程序没有隐含定义，切记计算时应自行定义，不可忽视。如果计算时未定义角柱而实际配筋又刚好满足计算结果，就会出现配筋不满足最小配筋率要求的情况。短柱为剪跨比不大于2及因填充墙设置或楼梯平台梁、雨篷梁的设置形成柱净高与其截面高度之比不大于4的框架柱，箍筋应沿柱全高加密，箍筋间距不应大于100mm，箍筋的体积配箍率不应小于1.2%，9度时不应小于1.5%；一级抗震时，沿柱全高箍筋间距还不应大于6倍纵筋直径。剪跨比不大于2的框架柱程序能自行判定，配筋时应注意前面的1.2和1.5%为构造要求不受钢筋种类的影响。对这样的框架柱不能直接进行等强代换，不同强度级别的箍筋均应满足计算结果。超短柱为剪跨比小于1.5或柱净高与柱截面高度之比小于3的框架柱。设计中应尽量避免出现超短柱，当无法避免时，可采取一些措施。
2.2.2 框架梁
（1）框架梁实际配筋远大于计算结果的情况，一般出现在大小跨相连的支座或带有长悬臂的支座。绘图时没有按计算结果将配筋分别原位标注在支座两侧，而仅在支座某一侧标注一次配筋，这样很可能造成小跨的支座处配筋率超过2.5%，或者是支座处配筋率超过2.0%后箍筋没有按规范要求增大一级；再有就是跨中配筋与支座配筋之比小于0.3或0.5的情况。
（2）框架梁加密区箍筋的最大间距在抗震等级1～4级均不应大于梁高的1/4。对于梁高小于400mm的框架梁，如果加密区箍筋间距取100mm就违反强制性标准。为了避免出现这种情况，在满足建筑功能的情况下梁高不宜小于400mm。
2.2.3 连 梁
连梁的刚度折减系数主要是为了考虑其开裂后的折算刚度。当设计人员填入此系数后，实际上就已经允许了该连梁在中震和大震作用下开裂。为避免在正常使用极限状态下连梁开裂，折减系数通常不应小于0.50，一般工程取0.7。对跨高比不大于2.5的连梁，仅用墙体水平分布筋作为连梁的腰筋时，梁两侧腰筋的面积配筋率不满足0.3%的情况经常出现，这属于违反强制性标准，设计时应注意。
3 混凝土结构设计中存在的其他问题分析
3.1 混凝土结构耐久性和防腐蚀设计存在的问题
对于混凝土结构设计，混凝土耐久性以及防腐蚀性设计也很重要。建筑物在外界环境下，会长期受到雨水、风沙的侵蚀，这种气候环境将导致建筑物产生硅碳化反应，甚至出现开裂，最终钢筋受到严重腐蚀等现象。在对钢筋混凝土设计时注重混凝土的耐久性以及防腐蚀性设计，就能有效的使建筑物避免这些风险，延长建筑的使用寿命。混凝土耐久性设计包括抗冻融设计、抗碳化设计以及抗腐蚀设计等等。我国目前混凝土耐久性设计存在的主要问题包括配比环节设计不良、仅停留在对单个环境以及物理因素影响的独立分析层面，没能形成综合的协同影响因素分析。在现场施工中，水泥用量过多就会使水灰比较大，此时混凝土就会发生自收缩甚至是干缩变化，使得混凝土内部产生较大的拉应力，如果这种应力超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会出现开裂。
3.2 混凝土结构设计中的裂纹问题分析
裂纹在固体材料中是普遍存在的。有关混凝土的实验也证实了在没有受荷载的混凝土以及钢筋混凝土结构中会存在一些微裂纹，混凝土结构的裂纹控制方法主要是基于“抗”的思想，可以分别应用传统力学和断裂力学来分析传统裂纹控制方法。从传统力学观点来看，由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁受到外部荷载，拉应力全部（或部分）被抵消，所以可以避免（或者推迟）混凝土出现裂纹，从断裂力学的观点来看，混凝土材料内部存在许多微缺陷和微裂纹，而且这些微缺陷和微裂纹会在外部荷载作用下不断演化、发展，最终形成宏观裂纹。如果在混凝土梁两端预先施加一对轴向压力，可以认为裂纹端部的应力强度因子为负值。如果外部荷载在裂纹端部产生的应力强度因子与非均布压应力产生的应力强度因子大小相等时，裂纹端部的应力强度因子就为零。
4 结 语
混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，设计人员要严格按照规范的规定进行设计，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（08）.
[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（02）.