土木工程中鋼筋混凝土結構設計問題解讀

馮安飛

摘要：鋼筋混凝土結構是住宅鋼筋混凝土結構設計中的重要環節，其材料和鋼筋混凝土結構設計的質量直接影響到住宅的使用壽命。鋼筋混凝土結構設計中主要涉及地基與基礎的設計問題以及上部結構的設計問題。為有效地避免上述設計問題，本文介紹了鋼筋混凝土的原理、結構特點、基礎與基礎設計問題以及結構計算與分析等方面的問題。

關鍵詞：土木工程;鋼筋混凝土;結構設計;設計問題

一、土木工程結構設計要求

（一）安全第一

要明確建筑物的抗震設防烈度，根據建筑物類型、場地類型、建筑物高度等結構類型確定建筑物抗震等級，并進行相應的結構計算，采取相應的結構抗震措施。適用于土木工程的混凝土結構形式一般有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構和管道結構。其中框架結構特點是建筑布局靈活、延性好、抗震性能好，但整體橫向剛度小，水平位移大。在高剛度、高空間完整性和水平力作用下，剪力墻結構存在橫向變形小的特點，但存在著平面布置不靈活、結構自重較大等缺點。在框架剪力墻結構的布置上較靈活、方便，同時還具有較高的剛性和較好的抗震性能。管道結構包括框架-核心筒結構、管內管結構和多管結構。框架-核心筒結構的主要反側力部分位于中間，由剪力墻包圍，其芯管相對于側力有較高的剛度和強度。四周為列間隔寬的框架。內筒結構的外套管由密集圓柱和截面高度較大的側梁組成，具有良好的空間效果，橫向力的剛性和強度高。建筑物類型的選擇不僅關系到建筑物的經濟指標，還關系到結構的安全。建筑類型應根據建筑的高度、尺寸要求和建筑布局等綜合考慮。結構物具有一定的承載能力、剛性、延性，避免了結構件和構件的局部破壞而使結構物整體承載能力的喪失。

（二）經濟性要求

土木工程的鋼筋混凝土結構的設計也要注重保證滿足經濟的基本需求，確保鋼筋混凝土結構正確實施，避免施工過程中出現資金不足、不能實施的問題，提高可行性。

（三）耐久性能要求

耐久性是指在正常的外界因素和維護條件下，混凝土結構及其部件在規定時間內保持其最小性能要求的能力。其耐久性主要有抗滲透性、抗侵蝕性、抗凍性。影響混凝土結構耐久性的因素概述混凝土結構的耐久性取決于混凝土條件（包括水泥、保護層厚度、集料、混和劑）以及外部環境（溫度、濕度、凍融、碳化等）。因外部因素的地區差異較大，各個地區的各種因素對建筑混凝土結構的影響也存在明顯的差異。

（四）穩定性要求

在正常使用條件下，土木工程應有足夠的剛度，避免影響結構支撐力、穩定性及使用要求的過大位移。在建筑行業中，很多國家頒布了建筑基準法，每個過程都要嚴格檢查。鋼筋混凝土結構在建筑的鋼筋混凝土結構設計上稍有不同，這主要是因為施工人員的素質和隨后的建筑技術的不同。不管采用何種原材料和工藝進行建筑鋼筋混凝土結構設計，鋼筋混凝土必須滿足基本的穩定性要求。它也是最基本的前提。從建筑結構上看，鋼筋混凝土在大型商場、住宅等大型建筑中發揮著穩定的作用，在以后的建筑中也起到了承上啟下的作用，穩定也是保障施工人員安全的重要因素。

二、土木工程鋼筋混凝土結構設計

（一）恰當運用概念設計

在土木工程中合理應用混凝土結構設計應遵循現行的國家標準、規章、法規，并借鑒工程實際經驗，吸收鋼筋混凝土結構設計措施和科學研究成果，使鋼筋混凝土結構設計達到安全經濟的目的。概念設計是我國當前建筑設計的一個重要組成部分，可有效保證土木工程鋼筋混凝土結構的設計能夠有效地滿足各方面的基本要求。在概念設計中，應當進行合理的分析與設計，以確定鋼筋混凝土結構的受力概念和變形特征。從結構的特殊布局和形式分析，合理運用概念設計，還能提高鋼筋混凝土結構設計的審美效果，將某些新的建筑鋼筋混凝土結構設計風格運用到鋼筋混凝土結構設計中，使之達到美的效果。改進其鋼筋混凝土結構設計水平。

（二）合理設置剪力墻

在土木工程鋼筋混凝土結構中，合理設置剪力墻結構也是其中一個十分重要的方面。合理使用這種剪力墻，可以較好地提高建筑物的整體使用效果。一是從整體性的角度出發，對剪力墻進行專門的研究。為保證在滿足結構要求的基礎上，對剪力墻的數量進行改進，提高其使用效果，過度抗震的問題也應該能夠避免，這會導致成本過高。二是要嚴格控制剪力墻結構的具體形式，結合土木工程的特殊特點，設置合適的剪力墻形狀。提高適應性，保證了應用效果。最后，對于相關連接，部分剪力墻適當的控制和處理也是提高連接穩定性的必要條件。

（三）優化結構體系

在土木工程中的鋼筋混凝土結構系統優化也是重要課題，對結構體系的優化主要是提高整體設計效果，可以增強土木工程整體的安全性和耐久性。具體地說，在該結構的系統優化中，主要是為了提高穩定性，需要對建筑物的剛性、支撐力、剪力等方面進行綜合分析。

混凝土結構受壓能力強，但抗拉能力弱，為提高結構物的支撐力，將鋼筋和混凝土二者結合起來，充分發揮混凝土的壓縮性能和鋼筋的拉伸性能。除結構強度高、耐火性能好外，鋼筋混凝土結構還具有較低的工程造價，在現代建筑中得到了廣泛應用。砂石在混凝土結構中的比重較大，水泥和鋼筋的比重較小。鋼筋混凝土結構具有較高的支撐力，可以代替鋼結構，節省鋼結構用量。在混凝土中埋入鋼筋可以防止混凝土腐蝕，從而提高結構的耐久性。當火災發生時，鋼筋混凝土結構不會像木質結構一樣燃燒，也不會立即達到軟化溫度，像鋼結構一樣被破壞。鋼筋混凝土結構可按要求注入任何形狀。現場澆筑或組裝的整體鋼筋混凝土結構完整性好，剛度高。

（四）加強抗震設計

隨著地震問題不斷發生，建筑物的抗震性能受到廣泛關注。其中，土木工程的抗震性能比較突出，與土木工程結構密切相關是抗震的主要原因。此外，從這一重要意義的觀點來看，通過合理的鋼筋混凝土結構設計方法對提高其抗震性能具有重要意義，因為與其安全、穩定有著密切的關系。除對土木工程中特殊鋼筋混凝土結構的機械系統進行優化和確定機械傳動路徑外，還應合理增加部分抗震裝置，以提高其整體抗震效果。

三、土木工程中鋼筋混凝土結構設計要點

（一）地基與基礎設計

隨著對工程質量的要求在不斷提高，有些施工項目對質量和工期要求很高。但若能掌握鋼筋混凝土建筑的鋼筋混凝土結構設計要點，將有助于土木工程中鋼筋混凝土結構設計向更高層次發展。鑒于我國地域遼闊、地質條件復雜，國家標準的《地基基礎設計規范》及其他相關法規、政策均屬國家標準，不能對所有部分作詳細規定。任何先進的建筑技術和方案不可能在任何地方都適用，只能從實際情況出發才能獲得理想的效果。

（二）構造措施要加強

土木工程中鋼筋混凝土結構設計的“結構對策”是重點，原先的結構性對策本來是適用于當時的情況，但現在隨著建筑行業的快速發展，目前的結構對策已經不能達到預期的效果。其次，隨著經濟的持續發展，人們的經濟和生活水平有了很大的提高，如果結構對策不加強，市民的需求就不能得到滿足，間接影響了經濟。結構措施直接影響到未來建筑物的使用壽命和安全率。即便所指定的指標之間差別很小，也需要進行重做。要控制這個關鍵點，需要通過以下環節來完成。第一，在大跨度柱網框架結構中，樓梯通風的框架柱與樓梯通風梁連接;列可能是短列，必須對該列的全長進行加密。高樓大廈建設中，樓梯、橫梁等環節容易被忽視。加強鋼筋混凝土結構設計，如能如上，不僅能提高工程質量和進度，而且會促進行業的發展。第二，如果框架結構的長度稍超過規范限度，并且建筑功能不允許在接合處，那么建議采用補償混凝土注入，以減少有害裂縫。因此，在土木工程中鋼筋混凝土結構設計中，既要加強結構，又要加強應急預案。當自然災害突如其來的時候，骨架不會立刻倒塌，而是非常持久。

（三）傳力設計要簡單

由現狀分析，鋼筋混凝土建筑設計的另一個關鍵是“傳力設計”。實際上，所有的工程都要經過詳細計算才能完成。傳力設計對鋼筋混凝土建筑的鋼筋混凝土結構設計具有決定性作用，可以說是其中的關鍵。為了避免未來不能承受過大的作用力而造成的結構問題，需要設計簡單的傳力方法。簡潔明了并不意味著步數少，而是指采用一些簡單的方法提高土木工程中鋼筋混凝土結構設計的支承強度。也就是說，在設計結構時，結構的力傳遞路徑越短、結構的力越直接，結構的工作效率越高，消耗的建筑材料也越少。若地面主力層內沒有松軟的粘性土層，不超過8層且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷載相當的多層框架廠房，沒有必要確定基礎的抗震性。盡管設計過程并非一件簡單的工作，但可以通過實際檢查和局部地區考察來確定設計方法。

（四）計算分析

根據建筑結構的要求，在進行建筑鋼筋混凝土結構設計時，必須考慮三個基本指標：強度、剛度、穩定性。通常采用彈性設計的方法。即建筑物在正常使用條件下，構件處于彈性應力狀態，結構的剛性較高，結構設計人員需要對此進行初步計算和分析。

（五）框架柱配筋的調整

通常框架柱的配筋率通常很低，但在實際工程中，還需注意配筋薄弱環節。原因在于框架柱，尤其是角柱，在地震作用下，受雙向彎矩的影響，其約束較小，處于雙向偏心狀態。壓縮狀態地震在使用條件下引起的損傷大于內柱。這種情況在非均勻質量分布的框架中尤其明顯。必須選擇框架計算中最不利的方向。還可通過縱向和側向計算，比較同側鋼筋，取較大值，采用對稱鋼筋原理。針對框架柱在各種內力復合作用下的強度要求。地震聯合作用下發生偏心張力時，必須對立柱的縱肋進行配筋。加強框架柱的配筋，使之符合概念設計中的強、弱梁原理。為了加強對混凝土環筋的約束，框架柱的箍筋形狀應該為菱形或楔形。采用二、三級框架焊接下柱上下層配筋材料的縱向配筋材料，當柱體縱向配筋率超過3%時，箍筋的直徑不能減小。

（六）變形的分析

結構變形過大會產生相應的裂縫，一般是結構穩定性和剛度不足的表現，并不能直接反映結構強度。引起結構變形的因素有跨距、截面尺寸、支撐形狀、材料質量、載荷等。建筑結構變形是住宅安全性評價的重要內容。在對住宅進行安全評價時，應考慮住宅的整體狀況。

結束語：

在目前施工階段，鋼筋混凝土結構的設計成為一個重要環節。在客觀上，建筑物的建造與鋼筋混凝土建筑的鋼筋混凝土結構設計有很大的關系。對于材質，要根據結構整體要求選擇，調整比例。對于建筑技術，需要根據建筑物的未來用途來選擇。在今后的建筑施工中，要掌握土木工程中鋼筋混凝土結構設計的要點，避免因疏忽而造成重大安全損失。

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