混凝土結構應用與民用建筑中的相關設計要點

【摘要】本文作者闡述了混凝土結構應用與民用建筑中的相關設計要點及在設計過程中應注意的問題，希望通過本文的研究可以對今后混凝土結構設計在民用建筑中的應用研究起到一定的借鑒作用。

【關鍵字】民用建筑；混凝土；結構設計

混凝土結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，在這個過程中出現任何的遺漏或錯誤都有可能使得整個設計失去實際的意義，而更加嚴重的是設計中存在的安全隱患，直接威脅國家及人民的生命財產安全。因此，我們設計人員應按規范的規定要求嚴格執行，才能真正確保設計的質量。

一、混凝土結構設計內容

1.1 計算地震作用

規范規定規則結構不進行扭轉耦聯計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀各構件，其地震作用效應應乘以增大系數，一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用，當扭轉剛度較小時，周邊各構件宜按不小于1.3采用。角部構件宜同時乘以兩個方向各自的增大系數。地震作用計算要考慮扭轉耦聯產生的影響。質量、剛度不對稱分布的結構要考慮在雙向水平地震作用下扭轉耦聯的影響。

1.2計算質量系數

一般工程采用不少于9的質量系數，如果是2層結構采用6個，一般是取3的倍數，每層有3個自由度。計算的時候要檢查質量振型參數，要保證不能小于90%，如果不夠的情況，將導致設計的結構結果不符合實際。

1.3計算最小地震剪重比

規范強制要求各樓層剪重比不小于規范給出的標準，當不滿足要求時要檢查質量系數，有效的質量系數不夠要增加振型數的計算；有效質量系數能夠滿足時可能結構設計不合理，要合理分布結構質量和剛度。

1.4計算結構的位移、周期

周期比要控制在大震下扭轉振型不靠前，用樓層豎向最大位移限制層間最大位移，位移比取最大和平均位移比。

1.5確定柱配筋的方式

單偏壓方式是根據規范公式進行計算的，雙偏壓則是用數值積分法，整體計算建議采用單偏壓方式，得出具體結果后再用雙偏壓復核柱配筋。

二、混凝土結構設計中應注意的問題

2.1關于柱的設計

2.1.1框架柱的截面設計

在鋼筋混凝土結構中，柱的截面尺寸從下到上逐漸縮小，以節約投資，使設計更合理。柱截面尺寸減小的間隔層數為3 ～5層，如果間隔太密，會造成模板浪費、施工不便；太疏又起不到節約投資、降低造價的目的。每次每側減小的尺寸以100～150為宜，如減的太多，有可能導致結構豎向剛度突變。另外，柱的最小截面尺寸應符合《混凝土結構設計規范GB50010-2010》的11.4.11條的規定：矩形框架柱，抗震等級為四級或層數不超過2層時，其最小截面尺寸不宜小于300mm，一、二、三級抗震等級且層數超過2層是不宜小于400mm，圓柱的截面直徑，抗震等級為四級或層數不超過2層時不宜小于350mm，一、二、三級抗震等級且層數超過2層時不宜小于450mm。

2.1.2框架柱的箍筋肢距

《混凝土結構設計規范GB50010-2010》第11.4.15條規定，柱箍筋加密區內的箍筋肢距：一級抗震等級不宜大于200mm；二、三級抗震等級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑中的較小值；四級抗震等級不宜大于300mm。此處的“箍筋肢距”的定義，規范沒有明確的說明。按一般的理解，箍筋肢距應為每肢箍筋的水平距離。因此不少設計人員在設計時將箍筋肢距一般按均勻分布且不大于200mm（以一級抗震等級為例）。這樣將使混凝土的澆搗發生困難。因為混凝土在澆搗時，是不允許從高處直接墜落的，必須使用導管，將混凝土引導到根部，然后逐漸向上澆灌。如果箍筋肢距過小，將無法使用導管。

2.2關于梁的設計

2.2.1框架梁的負筋只需按計算配夠，不必增加配筋量

在框架結構的計算中，由于地震作用、風荷載等水平力的作用，往往使得框架梁的梁端負彎矩遠大過跨中正彎矩。為了避免框架梁負筋過多過密，我們往往都將框架梁的負彎矩乘以一個0.85左右的調幅系數進行調幅，使梁端負彎矩減少，并相應增加跨中正彎矩，使梁的上下配筋均勻一些。如果在框架計算時做了負彎矩調幅，而配筋時又將負筋放大，就是沒有道理而且是自相矛盾了。

2.2.2梁側縱向鋼筋的配置

梁側縱向鋼筋包括梁側縱向構造鋼筋和梁側抗扭縱筋。混凝土結構設計規范規定梁腹板高度hw≥450mm，梁側應沿高度配縱向構造筋，且間距不大于200mm。梁側縱向構造鋼筋對防止梁側面混凝土的開裂起到重要的協調作用。

梁側縱向鋼筋的直徑不應太大，一般以Ф12～Ф16為宜。在設計中，常常見到梁側抗扭縱筋很大的情況，這是由于電算結果顯示抗扭縱筋的面積較大。對這種情況應在計算和設計上做一些調整：

1.由于目前電算程序在結構構件分析時尚不能考慮現澆樓板對梁扭轉的影響，而是由程序給出一個梁扭矩折減系數，合理選用扭矩折減系數對控制梁的扭矩是很重要的，一般情況可取0.4～0.6。

2.對跨度較大的次梁支承于主梁上時，次梁的支承端會對主梁產生較大的扭矩，而實際梁端沒有承受這么多彎矩，這時在電算程序中指定該次梁的端支座為鉸接。這種方法對解決梁在受剪扭情況下的超筋超限是非常有效的。

2.3基礎的設計

2.3.1基礎墊層與保護層

混凝土基礎墊層的作用：一方面可以方便施工，保證基礎混凝土的澆筑質量，二是可以作為混凝土保護層，對鋼筋起到保護作用。設計時，配有鋼筋的柔性基礎宜考慮設置墊層。墊層的厚度通常取70-100mm。在基本條件較好時，也可以不設墊層，但應注意施工時確保鋼筋的保護層厚度滿足要求。

2.3.2基礎寬度或面積計算

在計算基礎寬度或面積時，往往由于力學模型不明確或考慮問題不周詳，使得基礎寬度或面積不足，下面列舉三種情況以說明。

情況一：墻體上作用較大的集中力。當墻體上有較大的集中力作用時，通過墻體和基礎可將此集中力向地基擴散，但這種擴散是有一定范圍的，并且基底土反力并非均勻分布。

情況二：縱橫墻體相交處，存在著基礎面積重疊問題，由于地基受力面積的重復使用，造成地基應力加大。在四墻相交的節點處，三墻相交的口型節點處應力集中最為顯著。因此，必須調整局部基礎寬度以滿足地基承載力的要求。

情況三：柱下單獨基礎與墻下條形基礎混用，在框架結構中，有時為了減小柱基礎所受壓力而設置墻下條形基礎以承受底層墻體的重量。此時，由于地圈梁的作用，實際仍有一部分墻重難以計算，設計時往往忽略，從而導致柱下基礎面積偏小。因此，筆者認為設計時應盡可能地使得計算模型簡化和明朗化，從而避開由于結構模型模糊造成的隱患。

三、結語

我國混凝土結構設計規范已經基本形成體系，但由于受到諸多條件的限制和具體工作環境的束縛，存在一些設計方面的空缺和問題是難免的，為了使設計人員在混凝土結構設計中更好的貫徹執行相關設計規范等，做到安全適用、經濟合理、技術先進和確保質量。

參考文獻

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