建筑工程混凝土結構支撐設計技術探討

摘要：本文針對混凝土結構設計過程中，實現(xiàn)結構支撐設計以及建筑結構設計中梁、柱、剪力墻等等是如何支撐起這一建筑體系等等問題，就這些結構支撐設計的關鍵技術問題做一些簡要探討，期望能為建筑結構設計提供一些借鑒。

關鍵詞：混凝土結構；建筑工程；結構支撐設計；探討

前言

混凝土建筑結構的使用已經(jīng)有一百多年的歷史，混凝土結構形式的優(yōu)點很多，其耐火性好、結構自重比較小、抗震能力強等等，因而被廣泛使用[1]。然而混凝土結構設計，就需要對于相關結構設計規(guī)范以及結構形式等等有一些深層次的研究。怎么樣實現(xiàn)最優(yōu)化結構設計，是所有設計者孜孜追求的。所謂最優(yōu)化設計是指實現(xiàn)結構承載力的最大化、造價的最小化、結構的最美化等等要求。當然，要是結構的支撐設計同時達到最優(yōu)化，是不可能辦到的。但是，設計者可以以此為目標進行結構支撐設計，讓設計盡可能實現(xiàn)最優(yōu)化。

1 混凝土框架結構的支撐設計

1.1 結構計算

建筑結構設計中，首先要根據(jù)使用要求、抗震等級要求、場地類別等等因素進行綜合考慮，然后對結構設計簡圖進行精確計算，驗算是否所有的結構都處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（1）正確選擇結構設計抗震等級要求

建筑結構設計中，各類建筑抗震等級的要求是必須要考慮的因素之一。具體的選擇過程如下：根據(jù)《建筑抗震等級設計規(guī)范》中給定的各類建筑抗震等級要求來選擇。一般民用建筑為丙類建筑，這類建筑的抗震等級需按當?shù)氐卣鹪O防烈度來計算。一般情況下，為了結構設計的保險起見，抗震等級的選定比當?shù)氐卣鹪O防烈度要高一級。例如，某地丙類建筑設計的地震設防烈度為6度，那么結構設計過程中，應按7度地震來考慮。

（2）基本地震加速度的規(guī)范化設計

《建筑抗震等級設計規(guī)范》中明確規(guī)定，地震設防烈度為7度時，其地震加速度規(guī)范化設計為0.1g和0.15g；地震設防烈度為8度時，其地震加速度規(guī)范化設計為0.2g和0.3g .計算過程中，應嚴格依據(jù)規(guī)范來選取相關系數(shù)。

（3）各類荷載值參數(shù)

《建筑結構設計規(guī)范》明確規(guī)定出框架結構外墻、內墻、板、柱等等自重與活荷載值的計算，以及樓梯上活荷載的計算方法。因此結構設計過程中，應嚴格按照其規(guī)范要求來進行設計。還有很多參數(shù)需要通過相關的規(guī)范進行確定，如當?shù)仫L荷載值、雪荷載值等等，選好這些系數(shù)只是設計的第一步。

1.2 多層框架結構支撐設計具體要求

（1）強柱弱梁的節(jié)點設計要求

強柱弱梁是框架結構設計中很常見的一句話，這句話的含義是指，框架結構中柱的作用是用作承受建筑物墻體的自重以及板和梁傳遞給柱的荷載，因此對于混凝土柱的強度要求是很高的，柱的抗壓能力要求很高，這就是強柱；弱梁只是相對于強柱而言，是說梁體主要承受的是板以及活荷載的彎矩作用，因此對于梁的抗壓能力要求不像柱那么高，即強柱弱梁。但是柱和梁的節(jié)點處的設計需要嚴格驗算。一般情況下，為了使得柱受壓時，不至于使得結構發(fā)生側移，實際施工過程中，將盡可能的放大柱的截面尺寸來放大柱的軸壓比，使其滿足具體的規(guī)范要求。除此之外，梁體的縱向配筋率不得太高，否則地震荷載作用下，梁體會發(fā)生塑性鉸的轉移。所以，對于框架結構的整體設計過程中，應根據(jù)強柱弱梁這一標準進行調整放大，不能只單一放大或調整柱或梁。

（2）強剪弱彎剪力墻的設計要求

為了提高框架結構的抗震能力，一般情況下會采用框架剪力墻結構，這樣可以大程度的避免地震荷載作用下的剪切破壞。框架剪力墻結構設計時，剪力墻設計為幾個小開口墻或者幾個小的單肢墻，相關規(guī)范規(guī)定，各部分小墻體的高寬比不小于2。

實際項目的設計過程中，一般所設計的梁體需要進行折減計算，這主要是要考慮剪力墻的水平作用這一因素。因為剪力墻受地震水平荷載時，先會將其所承受荷載傳遞給梁，梁受到水平荷載作用，不會使得梁發(fā)生脆性破壞而是導致梁產(chǎn)生塑性鉸。強剪弱彎是為了保證構件在荷載作用下時的延伸性，延伸性差的混凝土就容易發(fā)生脆性破壞，這種破壞一般情況下是不可修復的。綜上所述，當設計的框架結構需要抵抗較高等級地震作用時，需要結合剪力墻結構來保證梁體不會出現(xiàn)脆性剪切破壞。與此同時，對于多層建筑的框架剪力墻結構需要特別驗算梁體的抗剪能力是否符合相關規(guī)范要求。

2 框架--剪力墻結構支撐設計

2.1 剪力墻的數(shù)量

框架剪力墻結構中，其剪力墻的設置是為了提高建筑物的抗震等級而設置。剪力墻的數(shù)量取決于結構的側向剛度，即各剪力墻截面彎曲剛度之和 ， 的值越大，其建筑結構的水平位移越小。所有層數(shù)越高，所需要設置的剪力墻數(shù)量越多。但是剪力墻的數(shù)目又不宜過多，否則使得建筑物的自重變大，使得結構沉降量增加，同時也會提高造價。一般情況下，以滿足結構的水平位移限值作為設置剪力墻數(shù)量的依據(jù)。如一些情況下通過計算表明剪力墻數(shù)量設置偏少，而由于使用要求不宜增加時，應當增加框架結構中柱的承載能力。

2.2 剪力墻的布置原則：

第一、剪力墻的間距不宜過大，通常情況下，均勻的布置在建筑物的周邊；電梯間與樓梯道處也應設置一定數(shù)量的剪力墻；還有些受到較大活荷載處與恒載很大的部位。這樣設置的目的是為了增強整體結構的抗扭性能，彌補結構的薄弱部位受力性能不足，同時防止外圍溫度應力對于建筑結構的影響。

第二、橫、縱向剪力墻所組成的剪力墻體系適宜組成T型或者是L型，使得縱墻的端部與橫墻的頭部相接，提高結構的抗扭性能與承載能力。樓梯間與電梯間的剪力墻易布置在外側，這樣可以增強結構的整體性，使得結構的剛度增強。

第三、剪力墻的布置應貫穿整個建筑，避免建筑結構的區(qū)域剛度不同；與此同時，框架剪力墻結構設計時，剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近[2]。

第四、框架剪力墻結構中，框架部分的設計與框架結構設計基本相同，其結構支撐原理也一樣。

3 支撐結構的計算分析

不論是框架結構還是框架剪力墻結構，對其結構體系進行相關計算分析時，需要確定總框架的剪切強度、梁體的等效剪切剛度以及剪力墻結構的彎曲剛度。計算過程中，假設一些結構參數(shù)與房屋的高度無關。

（1）總框架的剪切強度

框架結構的總框架剪切強度為能使框架柱兩端產(chǎn)生相對側移所需要的水平剪力[3]，使用數(shù)學式表示如下：

式中： 表示總框架的剪切強度；

表示各層哥柱的剛度；

表示建筑物高度。

（2）梁體的等效剪切剛度

不論是框架結構還是框架剪力墻結構，梁體與柱或墻體接觸部分所需要的剛度很大，因此需要對梁體的剛度進行相關計算分析。假定梁與柱或墻體之間的接觸是剛性的，即整個結構是一體式結構。梁體的等效剪切剛度的數(shù)學計算式如下：

式中： 表示第i層梁體所受等效剪切剛度；

、 表示梁體兩端的轉動剛度。

（3）剪力墻的彎曲剛度

對于框架剪力墻結構，其剪力墻布置合理性就是通過剪力墻的彎曲剛度是否滿足規(guī)范要求來確定。對于剪力墻的彎曲剛度計算如下：

式中： 表示各段強度的彎曲剛度。

結語

混凝土結構的支撐設計時，需要考慮的因素有很多，其結構布置是否合理，結構設計時候最經(jīng)濟實用，結構是否穩(wěn)定等等。這些都是結構設計過程中的難點，規(guī)范熟悉的同時更需要對結構設計有著深刻的認識，這樣才能最大實現(xiàn)設計的意義。

參考文獻

[1] 黃小果，練賢榮.淺談剪力墻厚度的確定.《深圳土木與建筑》. 2005，2（ 4 ）：33～3 4 .

[2] 魏忠，伍庶.關于剪力墻結構設計的幾個問題.《四川建筑科學研究》.2005，31 （1）：30～32.

[3]王長永，趙權.常見現(xiàn)澆混凝土樓蓋的工程應用及造價分析.《建筑技術開發(fā)》.2003，30 （10）：88～90.