鋼筋混凝土結構設計中常見問題及分析

李宇軒

（太原市建筑設計研究院，山西 太原 030000）

近年來，工程項目出現意外事故較多，對于整個行業來說社會影響是巨大的，也阻礙了企業的發展。規劃考慮不合理，工程設計考慮不周全，施工方式不正確等是導致這些事故發生的原因。鋼筋混凝土的優點是方便就地取材，耐久性、耐火性好，整體性好，可塑性好。但是也不能忽視它存在的缺點：自重大，抗拉強度較低、易裂，施工受季節影響大，補強修復困難等。以下是鋼筋混凝土在結構設計中存在的常見問題和解決方法。

1 常見問題

1.1 地基、基礎設計

地基、基礎設計常見的問題有以下兩方面：地基設計和基礎設計。地基設計中常見的問題主要是墻體開裂、建筑物下沉過大、地基滑動等。基礎設計中常見的問題主要是穩定性驗算問題、液化土層計算問題、布樁計算問題等。這里我們著重探討建筑物下沉過大和穩定性驗算兩個問題。建筑物沉降可分為均勻沉降和不均勻沉降，場地的地質條件與水文條件、設計方案與施工方法都是對建筑物沉降產生影響的主要因素。在設計中，由于建設經驗不足或者考慮問題不周，建筑物本身自重過大，基礎底的應力超過了地基承載力，導致地基土發生剪切破壞，發生沉降，導致鋼筋混凝土發生下沉，直接關乎建筑整體安全。此外，地基土下有軟弱下臥層，附加應力導致軟弱下臥層發生破壞，從而引起地基下陷；后做相鄰建筑物基礎傳遞的附加應力導致地基土發生破壞，原因是兩建筑物距離太近，基礎應力有擴散角等等都是導致地基發生沉降的原因。因此，設計人員應完善理論知識，擴充知識儲備。鋼筋混凝土地基承載力不足，往往是工作人員缺乏專業性技術導致，最終給建筑整體帶來不可估量的后果，由于地理位置，降水深度，土壤地質條件的影響，加上設計人員細節問題缺乏重視，對地勘報告沒有充分的掌握、理解，沒有正確預估土地的承受力度，使混凝土承載能力的問題得不到良好的解決，上部傳下來的力過大導致土地區位下降，從而使整個建筑失穩傾斜。

1.2 上部結構設計

地基、基礎設計的目的是為上部結構提供可靠的平臺，上部結構的剛度與荷載是地基、基礎設計的重要依據。上部結構的主要問題體現在沒有考慮上部的均勻受力、抗震因素帶來的影響。以青海玉樹地震為例，在設計初期，設計師沒有考慮抗震因素，因此，當地震來臨時，房屋結構無法阻擋地震帶來的強大壓力，使房屋加速坍塌，造成嚴重的人員傷亡和經濟財產損失。地震作用具有較強的隨機性和復雜性，需要在強烈地震作用下，結構仍然保持在彈性狀態，且不發生破壞，是很不現實的。另外，在整個框架結構中，不同部位的構件對于抗震能力和受壓、受剪能力都有不同的要求，設計人員若不遵從地區的規范、要求，無形之中就會得到對整體不利的結果。此外，由于氣溫變化幅度較大，混凝土內外結構受到溫度而發生性質上的改變，再加上荷載考慮不足，地基沉降不均勻，施工工藝等問題，使結構梁、板、柱等構件發生裂縫。混凝土勻質性沒有達到要求也是重要的因素之一：在混凝土的拌合，運輸，澆筑和振搗過程中，由于材料本身性質的影響，容易產生離析等不利情況，這對混凝土是不利的；同時，在攪拌途中產生的氣泡發生物理反應，導致氣泡固化，從而產生裂縫。

2 解決方法

2.1 地基、基礎設計

良好的開端是成功的一半，高樓的建立需要穩健的地基，在行業中，工程的質量安全始終是放在首位的，首先要確保地基的承載力符合要求，科學設計，合理規劃，必須根據建筑物的用途和等級、構件布置和結構形式，充分考慮建筑場地和地基基礎條件，結合施工條件以及工期、造價等各方面的要求，合理選擇地基基礎設計方案。一般來說結構方面可以采取以下措施來解決地基不均勻沉降的問題：一、減輕建筑物自重，選用輕質高強度墻體材料，采用架空地板代替室內填土，設置地下室或半地下室，采用覆土少，自重輕的基礎形式；二、加強建筑物的剛度和強度，在砌體承重結構的房屋中，當地基發生不均勻變形時，墻身是主要受力構件，它應具有相當的能力以抵抗地基不均勻變形，所以，合理布置墻體也十分重要。在加強建筑物整體剛度和強度方面，合理的設置圈梁和構造柱是砌體承重結構中較常用的辦法，它可使抗剪、抗拉能力均較低的砌體較好的成為一個整體，在相當程度上可以防止或減少墻體裂縫。三、對于建筑物體系復雜、荷載差異較大的框架結構，可加強基礎整體剛度，如采用箱基、樁基、厚筏板等，以減少不均勻沉降。一般來說，天然地基上的淺基礎便于施工，工期短，造價低。如能滿足地基的強度和變形要求，宜首先選用。合理控制鋼筋的數量和混凝土量，確保地基的承載能力滿足要求，通過計算、驗算使整個地基基礎的承受力控制在合理范圍內，[1]應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數。合理的進行地基承載力驗算、持力層承載力驗算、軟弱下臥層驗算等都是基礎穩定性驗算的內容。降水量不均勻會導致水面的上升，水的大量進入導致水位增大，水壓也會侵蝕底板，造成底板不穩定。因此，設計人員應根據實地情況經過計算、分析，結合當地的氣候變化以及地理環境，準確的將地基的受力布置均勻、合理[2]。

2.2 上部結構設計

對于上部結構的設計，一定要根據實際情況，避免受力過重導致建筑損毀，造成無法挽回的后果。在實際施工過程中，對于上部結構的框架墻來說，首先應根據方案、施工圖，結合施工過程中遇到的問題，采取合適的上部設計結構，通過荷載、構件、內力計算，得到計算結果來最終確定構件布置、配筋；根據規范的要求來確定構件的構造措施。與此同時，也應適當的增加整體對各個方面所帶來的不利影響，從而保證鋼筋混凝土整體結構的安全性和穩定性，應通過計算分析，合理的荷載布置，明確受力關系，確保梁、板、墻、柱的受力均勻穩定[3]。

在剪力墻設計的過程中，應當根據實際需求計算墻體高度以及強弱彎曲度；要增加與墻體的連結，使整體性得到統一；還要確保工程效果可以達到抗震的性能；在設計過程中避開框架變形現象。對于上部結構設計，應根據工程項目的實際情況確定施工方法，以最大程度的滿足客戶的需求。舉例來說，在計算墻體時，根據規則要求，普通剪力墻的橫截面高度和厚度的比結果應大于8，短肢剪力墻墻面橫截面高度和厚度之比宜大于4小于8，且厚度應不大于300毫米。墻體的高厚比例不同，所需的材料也完全不同，墻體的耐受力性能也不同，剪力墻是最特殊的墻體，鋼筋的含量也不同。不可因為降低成本而偷工減料。剪力墻損壞程度極高，損壞一旦發生，就會造成無法挽回的后果。

在進行鋼筋混凝土的整體設計中，應重視規范，規程和圖集的硬性要求，減少撓度不夠或裂縫的出現。結構裂縫應采用以下技術手段：一、通過卸載方法減輕墻體荷載：對由于荷載過大，砌體強度低，已經產生裂縫的墻體，可以采用此方法；或在其頂部砌體內增設鋼筋混凝土梁來承擔上部荷載。二、結構加固補強法：對于荷載較大，砌體截面尺寸較小，承載力不足并已產生裂縫的墻體，可在不損害主體結構的情況下適當加大截面尺寸，以提高其承載能力，這種方法也可以起到相應的效果。因此，設計人員要適當的調控裂縫出現的程度，把裂縫范圍控制在合理范圍之內。房屋的四個角落以及房頂最容易出現裂縫，設計者應將注意力多放在這些特殊和敏感的部位，解決這些問題的辦法之一就是，在裂縫出現的區域，將同等比例和型號的混凝土澆灌進去，提高工程質量，保持入模混凝土的濕度，保證施工工藝流程的正確性。完善整體的美觀性[4]。

3 結束語

鋼筋混凝土具有一系列的優點，比如耐受力強，較高的舒適度，整體的美觀性等，在行業內的應用程度較為廣泛。同時，它也有不可忽視的缺點，比如不抗裂以及性能配置不高等，因此，在設計過程中，應注意這些缺點，及時找到補救措施，具體問題具體分析，提前做好應對措施，科學利用鋼筋混凝土的結構特點，將其優勢發揮到極致，避免其缺點帶來的影響。同時結構設計人員在工作中應多學習借鑒成功的案例，提高能力，改進理念，從而使細節得到完善，結構更加合理，確保工程的質量，為祖國和社會的發展貢獻力量。