談混凝土結構設計的常見問題

文/王燕科　中核龍瑞科技有限公司　甘肅嘉峪關　735100

談混凝土結構設計的常見問題

文/王燕科中核龍瑞科技有限公司甘肅嘉峪關735100

在本文中，筆者基于實際和個人工作心得，就混凝土結構設計的常見問題進行了總結，同時也提出了相應的防控方法設計，希望通過本文，可以為今后混凝土結構設計伴隨的常見問題提供理論參考。

混凝土；結構設計；問題

目前，就我國混凝土而言，其相關結構設計標準已經確定，但是受到實際施工環境的影響，還是會存在一些不足和空白，為了設計、施工人員能夠更好地實施相關的標準，保證工程安全、合理、所用技術較為先進、工程質量符合標準，筆者從實際出發，就混凝土的結構設計伴隨的問題以及對策進行了總結，希望能對相關研究有所幫助。

1、結構設計過程中混凝土伴隨的裂紋問題及相應防控方案

1.1混凝土裂紋分析

裂紋是固體材料中常見的瑕疵。很多專家通過多年的試驗分析得出，混凝土在無負荷的狀態下，也是會出現一些細微的裂紋，具體來說，主要有三種：粘結裂紋、水泥漿裂紋、骨料裂紋。從斷裂損傷力學的角度分析，斷裂損傷的廣義概念是，在外力作用下，使材料的表面發生微小的變化，然后基于微小的變化繼續孕育發展，進而生成較大的缺陷，最終材料出現大的缺損。同樣，混凝土的受損過程也是細微裂紋的發展最終造成的。有關實驗證明，裂紋的發展是混凝土破損的表現，但是，裂紋是混凝土本身就有的物理特征，故而也有它存在的必然。

1.2控制混凝土裂紋的相關防控方法設計

就防控混凝土裂紋方法的設計而言，主要以預防為主，下文中將從傳統力學、斷裂力學的角度來提出預防混凝土裂紋的方法。

基于傳統力學的角度來看。如果事先給混凝土梁添加了相應的預壓應力，將混凝土梁的梁體下端產生的拉應力被部分或是全部抵消，這樣就可以預防裂紋的產生或是推遲裂紋產生的時間，混凝土梁得以全截面承受負荷，如此，也就相應提升了混凝土的抗拉性，能夠讓高強材料應用的更充分。

基于斷裂力學的角度來看。混凝土的結構內部，本來就存在著一些小的缺損，這些缺損在外界負荷的影響下，不斷孕育，最終形成裂紋。預防裂紋的方法是事先在混凝土梁的兩頭增設一對軸向的壓力，這一作用力相當于施加在混凝土梁內部的裂紋上了，這樣裂紋就不會擴展，直到混凝土梁的外力負荷時內部的強度達到混凝土的斷裂韌性值時，裂紋才會發展。所以，從斷裂力學上講，是先給混凝土梁的施加壓力，減少了外力導致的裂紋端部的應力強度，進而，也就相應預防或是推遲了裂紋的出現。

2、梁支座的結構的相關分析以及實現設計可靠性的措施

關于梁支座的結構形式，假設剪力墻、框架梁垂直相交，并且剪力墻對梁的約束力不大，梁支座以鉸接為主。

對于某一結構來講，核算結果是設計的前提和依據。在設計時，選擇科學的核算假設和簡圖，是得到精準核算結果的前提。然而，在設計結構的過程中，很多情況將框架梁支座看成固定的，這種假設情況不是每次都對，比如說，剪力墻和框架梁垂直相交同時剪力墻對梁的約束力很小的時候，這一假設很難成立，這時候要將梁支座調成鉸接支座，要不然，核算出來的數據和實際有著很大的出入，在設計結構的實際過程中，要慎重考慮框架梁的支座形式，在具體操作中，要綜合考慮剪力墻和框架梁的位置、方向、剛度，來綜合核算剪力墻對框架梁的約束力，只有這樣，支座形式才能更符合實踐。

如何提高混凝土結構設計的可靠性？如果使用的材料，強度級別相同，勢必會增加材料的總使用數量，成本也會隨之上升，而要想降低成本，就要考慮用強度高的材料取代強度低的材料。

3、混凝土結構設計過程中伴隨的其他問題

3.1結構設計過程中伴隨的抗震問題

在混凝土的兩類結構之間分配地震作用力的時候，要綜合考慮這兩類結構在不同的時間段抗推強度相對值的變化情況。在鋼一混凝土結構中，主要使用鋼一混凝土剪力墻系統，其中的鋼筋混凝土剪力墻，是最主要的承受力結構，鋼框架承擔的垂直負荷相對較大，而水平作用力相對很小。有關工程實踐驗證結果表明，當地震作用力發生在水平方向時，鋼框架的抗推強度要小于剪力墻，鋼框架承受的水平作用力，樓頂數層承受總剪力的百分之十八左右，樓體中下部分占到百分之十二左右，還有些工程，中下部的水平剪力只占據百分之五，當地震水平作用持續存在的時候，結構進入彈性階段，墻體裂縫產生，剪力墻的抗推強度降低了很多，強度降低會增加鋼框架的剪力，彈性極限變形角度大于四百分之一，這一數值遠大于混凝土的墻體彈性極限變形角（三千分之一）。盡管這時的地震水平作用力還達不到塑性階段，但是鋼框架仍然很有可能承受著較大的地震水平作用力和傾覆力。所以，為了達到結構有裂縫但是不倒的標準，要調整鋼框架承受的水平作用力，根據抗震需求，鋼框架—混凝土框架承受的地震作用力要高于總作用力的四分之一，或是框架部分地震承受力最大值的1.8倍這二者的較小數值，這樣才能提升鋼框架的承受能力，進而也相應的提升混凝土剪力墻的延性。

3.2在進行結構設計的時候需要確定合理地層間位移限值

關于混凝土的規程，我國正處于改編階段，在高層建筑中，到目前為止，還沒有明確的關于鋼一混凝土結構的標準。然而，對于一些使用鋼筋混凝土結構為主要承受力構造的高層建筑，卻已經提出了關于側移限值的要求，這一數值的要求和高度相同的鋼筋混凝土高層建筑系統的要求基本等同，這一系統的重要內容就是確定較為合理地層間位移、頂點位移的數值。

“高鋼規程”關于鋼一混凝土結構并沒有列出明確的要求，但是，這一規程要求混凝土剪力墻的鋼結構要符合相關的規定，現行的混凝土高鋼規程要求的層間位移值，一般的鋼一混凝土結構往往不符合這一數值，對于正在改編的混凝土高規第二稿，明確了鋼一混凝土設計的相關要求：鋼一混凝土的層間位移值，必須和相同高度的鋼筋混凝土高層的體系的要求一致，另外，正在改編的混凝土高規第二稿，適當放松了層間位移值的具體要求，認為只要不超出適當的區間值就行。

結語：

綜上所述，混凝土結構設計伴隨很多常見問題，因而在設計過程中，應該結合實際和相關設計規范，做好相應的防控措施，從而保證混凝土結構的施工質量。

［1］陳曉衛，陳永.混凝土房屋建筑施工期結構性能的研究分析［J］.科技信息，2014，（05）.

［2］楊軍科，王小軍.有關高層建筑結構設計問題及對策的探討［J］.山西建筑，2014，（02）.