建筑混凝土結構設計探討

【摘要】本文介紹了混凝土結構設計的內容，探討了混凝土結構設計的質量控制及設計時需要注意的問題。

【關鍵詞】建筑工程；混凝土結構；結構設計

1、混凝土結構設計的內容

1.1關于地震作用的計算

在地震作用計算情況下要考慮扭轉耦聯的影響，而規則結構的情況下不計算扭轉耦聯時，平行于地震作用力方向的兩邊要乘以放大系數，較短邊可以乘以1.15的系數，長些的邊應該乘以1.05的系數，而扭轉剛度小時要按大于或等于1.3的系數計算，質量、剛度不對稱分布的結構要計入雙向水平方向的地震作用扭轉影響。

1.2關于質量系數的計算

按側剛計算時：單塔樓考慮耦聯時應大于等于9；復雜結構應大于等于15；N 個塔樓時，振型個數應大于等于N×9。一般較規則的單塔樓結構不考慮耦聯時取振型數大于等于3就可，頂部有小塔樓時就大于等于6。振型數取3的倍數且≤3倍層數，振型數與樓層自由度有關，一個剛性樓板層，只有3個自由度。并且在計算時要對質量振型參數進行檢查，有效質量系數一定≥90%，因為如果在實際中達不到這個要求，則設計結構的安全性將無法得到保障。

1.3關于結構的位移、周期的計算

規范要求周期比應該控制在大震下扭轉振型不靠前的情況，用樓層豎向最大位移來限制層間最大位移，位移比應該取最大和平均位移比值。

1.4關于最小地震剪重比的計算

在規范中強制要求各樓層剪重比不得小于規范給出的標準，如果不滿足要求需要檢查質量系數，有效的質量系數不夠應該增加振型數的計算；有效質量系數得到滿足時可能是源于結構設計不合理，因此要合理對結構質量和剛度的分布情況。

1.5關于柱的計算

如果彎矩設計值由水平荷載造成且超過總設計值的75%時，框架柱長度按規范內6.2.20-1和-2公式計算的小值為準。

1.6關于柱配筋方式的選定

如若整體計算則建議使用單偏壓方式，而在產生具體結果時再用雙偏壓進行復核。這是由于單偏壓方式是按照規范公式計算的，而雙偏壓則是用數值積分法計算的。

1.7關于框架結構

要注重計算系數尤其是柱長度；建議采用單偏壓配筋；如果是大截面的柱應該設置剛域位于與梁重疊處。

2、混凝土結構設計的質量控制

2.1關于裂紋控制的問題

斷裂損傷力學的角度來看，所謂的斷裂損傷是廣義的外部負載，細觀結構的重大變化，所造成的微觀缺陷成胚，擴建和匯通，導致宏觀經濟性能惡化的結構，最終形成的宏觀開裂和破壞的結構。因此，混凝土結構的破壞過程實際上是形成于微裂紋的擴展。現代化的混凝土微觀研究還表明：微裂紋的擴展源于材料損壞的程度，也是材料損壞的標志，在同一時間，微裂紋也是材料固有的物理特性現狀。因此，在鋼筋混凝土結構裂縫的存在有其必然性。

2.2關于抗震問題的分析

在兩種類型的組件之間分配的地震力，應該考慮不同時段的兩種類型的組件有關抗推剛度相對的比值變化。主要結構系統即現在使用的鋼-混凝土混合結構在鋼架和混凝土剪力墻（內管）系統中，鋼筋混凝土內筒為主要抗側力結構而鋼架主要負責重力荷載，擔負一個較小的平剪切。由于剛性的鋼框架的反推遠小于所述內筒上凝固的水平地震工程經驗，承擔水平剪力在除了鋼框架的頂部幾層為其15%到20%，中部和下部的都約為10%至15%，相應的樓層剪力，有些項目甚至只有約5%的往復。在結構的彈塑性的階段，墻體在地震的持續作用下生成裂紋，剛性顯著的減少將增加的鋼框架的剪切剛度退化。鋼框架由于變形，彈性極限的1/400以上的角度，是遠遠大于約1/3000的鋼筋混凝土墻的彈性極限變形角度。水平地震作用小于塑性階段，但仍有可能承擔遠遠大于彈性階段的水平地震剪力和傾覆力矩。

因此，為了符合要求，需要調整的部分鋼架水平剪力，鋼框架混凝土結構層框架柱的抗震要求應不小于比底部的結構剪切的25%或框架部分地震剪力最大值的1.8倍，兩個選擇較小的，以改善的鋼框架的承載能力，并采取措施改善混凝土內筒的延展。

2.3關于混凝土的加固

較常用的方法是：粘鋼加固法、粘貼纖維加固法、預應力加固法、加大截面加固法、置換混凝土加固法等，這些均為直接加固方法，此外還有間接加固的一般方法如預應力加固法和增加支承加固法等。較常用的技術是：裂縫修補技術、混凝土表面處理技術、托換技術、植筋技術、碳化混凝土修復技術等等。由于荷載作用、材料選擇或施工不當等原因，結構可能遭受可擴展性或脆性斷裂，此時應該努力修復，并且在此之前，應該分析裂縫的產生原因和影響的嚴重程度，有針對性地采取措施，以改善結構或鋼筋，若構件不宜修復或者加固，則應該拆除更換。

3、混凝土結構設計應注意的問題

3.1結構選型階段

結構選型階段時，首先應該注意結構的規則性問題；其次應注意新規則有關規定的變更情況，以免在后期工作產生紕漏。再者要注意結構的超高問題，在抗震規范和高規的結構，總高度都有嚴格的限制，在更改的新規范中，除了原來的高度限制設定為A級的建筑高度，還增加了結構的建設B級高度，因此必須嚴格注意，一旦建筑結構高度為B類甚至超過B級高度，設計方法和措施一定會變化很大。最后是要注意嵌固端的設置，因為高層建筑都會帶有兩層或以上的地下室，嵌入式固定端可以設在地下室的頂板上，或者人防頂板的地方，因此，設計師經常會忽略一些方面，如：設計嵌固側安裝在地板上的端部的剛度比上下限、安裝的抗震等級整體一致性、計算結構的嵌固端組、抗震縫和嵌入式固定端位置的協調問題等等，而這些方面忽略任何一個都會為后期設計埋下隱患，產生不可估量的后果。

3.2基礎設計階段

基礎設計階段是應該給與相當重視的方面，因為這個階段是與后期設計工作直接相關的，它的好壞至關重要，并且是整個項目成本的決定因素，因此這個方面若是產生紕漏一定會帶來不可估量的損失。在基礎設計中也應注意本地規范的重要性。以《地基基礎設計規范》作為國家的標準來看，它具有相當的權威但是卻不能明確詳細地規定全國各地的各種基礎狀況，所以當地的基礎類型和設計方法的描述和指定更詳細和準確，所以在基礎設計時，也要大力研究地方性標準或規范，以免更大的影響在整個結構上的設計或后期工作。由于缺乏工程設計的現場調查報告或附近的建筑物調查報告，必須根據調查-設計-施工過程的基礎上進行設計，要禁止缺乏調查的過程，若是調查不夠詳細、全面時，設計人員要通知建設單位進行重新調查或者是額外勘探。不考慮地面變形的影響，有一些混凝土結構設計沒有關注地基變形后檢查，評級為A或B級的結構設計應按照有關規定進行地基的變形情況進行設計，而c級時，應該根據相關規定對地基進行處理，然后變性檢驗。在對下臥層的地基承載力計算時，要進行深度的修正，修正系數源于土壤。

3.3 框架-剪力墻結構

在框架-剪力墻結構中，較大的交叉樓面橫梁與垂直剪力墻單面相交，按照《高規》規定要減少梁的彎矩不良效果，根據剪力墻設置壁柱，暗柱或減少截面的端部截面等等，或者墻的厚度不符合縱向框架梁錨固鋼筋的錨固長度的水平邊時，應盡可能減少鋼筋直徑。如果剪力墻結構要將角窗設置于角部時，適當加強窗口部件。角窗處樓板上應該適當進行加厚處理，且通長配筋要雙層設置進行加固，或者可以設置斜暗梁或斜向集中加固配筋，斜向鋼錨入角窗的邊緣上的組件，邊緣構件應當適當地加固。

結束語

總而言之，混凝土結構的設計是一個循環的長周期，并且具有專業的深度和復雜性。因此，要結合設計中總結出來的經驗，不斷完善設計理念，以確保整個工程的質量。

參考文獻：

[1] 劉峰，李翔.鋼筋混凝土結構加固方法的比較[J].中國房地產業，2012，（03）.

[2] 周克榮.混凝土結構設計[M].上海：同濟大學出版社，2010.