钢筋混凝土在结构设计中的应用分析

管继纲

(山西省冶金设计院，山西太原 030001)

0 引言

混凝土作为目前世界上最大的商品之一是因为混凝土具有较好的延性和较高的强度，因此在结构设计中被广泛使用。在结构设计时应根据结构的具体设计环境要求选择混凝土强度等级。由于在设计过程中设计人员的不同而导致设计风格和理念有差异，因此在设计过程中会存在不同的设计方案，结构的质量也会有所差异。

1 钢筋混凝土结构的原理

广义上的钢筋混凝土结构是由在混凝土中配有一定数量的钢筋而形成的新型结构。在钢筋混凝土结构中钢筋主要承受拉力而混凝土主要承受压力，混凝土和钢筋共同工作使钢筋混凝土结构具有优良的抗压和抗拉性能、延性、耐久性等，使得钢筋混凝土结构达到使用要求。由于钢筋混凝土结构具有这些优良的性能，尤其在防火性能上远远高于钢结构，因此综合性价比较高，工程造价较低，在工程上被普遍使用［1-3］。

1.1 原理

素混凝土结构是由纯混凝土组合而成具有较好的抗压性能，但是抗拉性能和延性较差，因此为改善混凝土结构的抗拉性能和延性需要在混凝土结构中布置钢筋，极大改善混凝土结构的受力性能和使用性能，抵抗外部荷载，增加其耐久性能。

1.2 特性

钢筋混凝土结构的主要特性表现在其热胀冷缩和延性等反应中。混凝土结构在水泥水化反应过程和季节交替时的热胀冷缩过程中使得混凝土具有拉应力，混凝土内的钢筋产生压应力，这时应对混凝土材料本身进行设计，改善混凝土结构的收缩性能。通常混凝土的延性和混凝土的强度有着直接关系，强度越高延性越差，因此在设计时应根据工程具体情况选择不同强度的混凝土。一般的混凝土在-40℃～60℃时具有较好的、稳定的物理性能，因此在低于或者高于规定环境时应对混凝土结构采取一定措施防止混凝土冻害或者膨胀破坏。

2 设计要求

对于钢筋混凝土结构设计应根据建筑物所在地区和所拥有的建筑材料采用合理的设计，如抗震要求、高度限制、地理环境要求等对混凝土结构进行特殊设计等，但是在结构设计过程中可能会和建筑设计有冲突，因此在结构设计时应和建筑设计综合考虑，对混凝土结构进行优化设计，不失建筑风格的美观又不失结构的安全性能。相对于建筑设计讲，结构设计主要考虑结构的稳定性和安全度，尤其对于我国而言主要是提高结构的抗震性能。根据结构的尺寸比例对混凝土结构进行恰当划分，对结构进行精确的横竖向荷载分析，综合考虑结构所承受的多向应力。

3 设计措施

3.1 结构选择

进行结构设计时，由于建筑所处地势不同、风俗不同，因此在进行设计时会存在不同的风格和设计理念，因此设计的前提是对当地的风土人情、风俗习惯和地理环境进行充分的调查，最后根据结构的设防等级和抗震等级进行设计。目前在高层设计中主要使用的是剪力墙结构，剪力墙结构具有抗震性能好、工程造价低、施工周期短、隔音效果好等优点而被广泛使用，尽管剪力墙结构房间开间小，房间面积小，但是并不影响剪力墙结构在结构设计中的应用［4］。

3.2 刚度处理

随着社会的发展和人民的需要，建筑朝着超高层建筑发展，由于建筑高度的增加对建筑物的整体刚度要求也随之增加，此时应对结构侧移进行一定控制。众所周知建筑物的竖向荷载对结构的抗震性能有着决定性因素，因此在进行结构设计时应根据结构的具体方案选择是否提高结构的刚度或提高其延性。在目前的住宅设计中绝大多数采用的是剪力墙结构，由于住宅的房间布置限制使得墙体布置较多，并且在设计时往往采用的剪力墙墙壁较厚，但是并不是所有地区都需要布置较多的剪力墙和较厚的墙壁，因此相对于有些地区的结构设计往往会造成许多浪费，因此在结构设计时可以在满足结构位移的要求下将主体结构设计的相对柔些，不仅满足抗震要求而且将工程造价降到最低。

3.3 加固方法的应用

钢筋混凝土结构出现质量问题时通常采用两种加固方法进行加固:1)碳纤维加固;2)预应力加固。采用碳纤维加固的原理是碳纤维抗拉强度高、加入到混凝土中抗裂性能好等。通过碳纤维和环氧树脂配合使用可形成一种新型混凝土加固材料，有效提高原混凝土结构的强度和抗裂性能。限制碳纤维加固应用的条件是采用此种加固方法对外界环境影响较大，施工过后要对加固部分进行防火处理，以免带来火灾隐患。采用预应力加固的原理是通过在结构外部设置拉杆或撑杆对结构进行加固，从而提高结构承载力，分散结构内力达到应力重分布的状态。预应力加固法一般广泛应用于大跨度钢筋混凝土结构或大型承重型结构等。

4 结语

工程建设中钢筋和混凝土成为目前世界上的大宗商品，钢筋和混凝土的质量好坏成为影响结构稳定性和耐久性等的关键因素，加上结构设计师对钢筋和混凝土两种材料合理组合搭配形成一种具有高度抗拉、抗压和抗裂等良好性能的建筑材料，从而确保结构稳定、安全，为我国建筑行业乃至全球建筑行业打下坚实基础和做出贡献。

［1］秦炳棋.钢筋混凝土在建筑结构设计中的应用探析［J］.科技创新与应用，2013(21):217.

［2］杨海明.短肢剪力墙在结构设计中的应用分析［J］.福建建材，2008(5):39-40.

［3］张宏录，朱建国，魏兴华.概念设计在结构设计中的重要性及应用分析［J］.中国新技术新产品，2011(6):183.

［4］简洪平.钢筋混凝土高层建筑结构设计中的常见问题分析［J］.有色冶金设计与研究，2004(3):60-62，65.