浅析混凝土结构设计

罗 维

(大连六环景观建筑设计院有限公司)

浅析混凝土结构设计

罗 维

(大连六环景观建筑设计院有限公司)

对于建筑工程来说，混凝土结构质量对于建筑工程有着很大的影响，因此，做好混凝土结构设计，解决结构设计中存在的问题，不断提升建筑工程质量。

混凝土；结构设计；具体方法

引言

钢筋混凝土框架结构因其具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性，目前广泛用于地震设防地区，是最常用的结构形式。在工程设计中，如何正确分析研究每一个工程的特点，选用合理的方案，采用合理的结构形式，以及采用合理的计算依据，是每一位工程设计人员面临的首要问题。就施工期的钢筋混凝土结构而言，定义中规定的时间是指结构构件由设计方案的图纸变为真实结构的施工期，时间要远远短于设计基准期，规定的条件是指满足设计方案的要求，且能保证安全、可靠的正常施工，规定的“预定功能”是指钢筋混凝土结构在施工费用经济合理的条件下，能够保证施工过程的安全、可靠。由于结构可靠度定义在施工期的特殊涵义，根据结构在使用阶段承载能力的极限状态也可将施工期钢筋混凝土结构的极限状态区分为正常施工极限状态和承载能力极限状态，正常施工极限状态相应于施工期钢筋混凝土结构的正常施工要求，承载能力极限状态相应于施工期钢筋混凝土结构的安全性要求。

1、结构设计时应注意的问题

1.1 关于柱的设计

1.1 .1 框架柱的截面设计

在多层或高层钢筋混凝土结构中,柱的截面尺寸从下到上逐渐缩小,以节约投资,使设计更合理。柱截面尺寸减小的间隔层数为 3～5 层,如果间隔太密,会造成模板浪费、施工不便;太疏又起不到节约投资、降低造价的目的。每次每侧减小的尺寸以 100～150 为宜,如减得太多,有可能导致结构竖向刚度突变。另外,柱的最小截面尺寸应符合《混凝土结构设计规范 GB50010-2002》第 l1.4.11 条的规定:矩形柱的宽度和高度均不宜小于 300mm;圆柱的截面直径不宜小于 350mm。

1.1 .2 框架柱的箍筋肢距

《混凝土结构设计规范 GB500l0-2002》第 l1.4.15 条规定“柱箍筋加密区内的箍筋肢距:一级抗震等级不宜大于 200mm;二、三级抗震等级不宜大于250mm 和 20 倍箍筋直径中的较大值;四级抗震等级不宜大于 300mm”。此处的“箍筋肢距”的定义,规范没有明确的说明。按一般的理解,箍筋肢距应为每肢箍筋的水平距离。因此不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且不大于200mm(以一级抗震等级为例),如图(a)所示。这样将使混凝土的浇捣发生困难。因为混凝土在浇捣时,是不允许从高处直接坠落的,必须使用导管,将混凝土引导到根部,然后逐渐向上浇灌。如果箍筋肢距过小,将无法使用导管。

1.2 关于梁的设计

1.2 .1 框架梁的负筋只需按计算配够,不必增加配筋量在框架结构的计算中,由于地震作用、风荷载等水平力的作用,往往使得框架梁的粱端负弯矩远大过跨中正弯矩。为了避免框架梁负筋过多过密,我们往往都将框架梁的负弯矩乘以一个 0.85 左右的调幅系数进行调幅,使梁端负弯矩减少,并相应增加跨中正弯矩,使梁的上下配筋均匀一些。如果在框架计算是作了负弯矩调幅,而配筋时又将负筋放大,就是没有道理而且是自相矛盾的。

1.2 .2 梁侧纵向钢筋的配置

梁侧纵向钢筋包括梁侧纵向构造钢筋和梁侧抗扭纵筋。新混凝土设计规范规定梁腹板高度 hw ≥ 450mm 梁侧应沿高度配纵向构造钢筋,且间距不大于200mm。梁侧纵向构造钢筋对防止梁侧面的开裂具有非常重要的作用。梁侧纵向钢筋的直径不应太大,一般以Ф 12～Ф 16 为宜。在实际设计中,常常见到梁侧抗扭纵筋很大的情况,这是由于电算结果显示抗扭纵筋的面积较大。对这种情况应在计算和设计上做一些调整:

(1)由于目前电算程序在结构构件分析时，尚不能考虑现浇楼板对梁扭转的影响,而是由程序给出一个梁扭矩折减系数,合理选用梁扭矩折减系数对控制梁的扭矩是很重要的,一般情况可取 0.4～0.6。(2)对跨度较大的次梁支承于主梁上时,次梁的支承端会对主梁产生较大的扭矩,这时可在电算程序中指定该次梁的端支座为绞接。这种方法对解决梁在受剪扭情况下的超筋超限是非常有效的。

1.3 非加密区的箍筋的配筋率

抗震设计时框架梁的非加密区的箍筋的配筋率应满足《混凝土结构设计规范GB50010-2002》第 11.3.9 条的规定:ρ sv≥ 0.26ft/fyv。

2、混凝土结构设计存在的其他问题分析

2.1 混凝土结构设计中的抗震问题分析

地震力在两类构件之间分配，应考虑不同时段两类构件抗推刚度相对比值的变化。钢一混凝土混合结构中现在采用的主要结构体系为钢框架一混凝土剪力墙(内筒)体系，其中钢筋混凝土内筒为主要抗侧力结构，钢框架主要承担重力荷载，承担较小的水平剪力。在水平地震作用下，有工程经验表明，由于钢框架的抗推刚度远小于混凝上内筒，钢框架承担的水平剪力除顶部几层可为楼层剪力的15%～20%，中部及下部约为相应楼层剪力的10%～15%，有的工程甚至仅有5%左右。在往复地震动的持续作用下，结构进入弹塑性阶段时，墙体产生裂缝后，内筒的抗推刚度大幅度降低，刚度退化将加大钢框架的剪力。钢框架由于弹性极限变形角为1/400以上，远大于约为1/3000的钢筋混凝土墙体弹性极限变形角。虽然此时的水平地震作用要小于塑性阶段，但钢框架仍有可能要承担比弹性阶段大得多的水平地震剪力和倾覆力矩。因此，为符合结构裂而不倒的要求，需要调整钢框架部分的承担的水平剪力，规程抗震要求钢框架一混凝土结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的 25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值，以提高钢框架的承载力，并采取措施提高混凝土内筒的延性。

2.2 结构设计过程要确定适宜的层间位移限 值

我国有关混合结构的规程正在修编，高层建筑钢结构规程没有列出对钢一混凝土结构的设计规定，但对以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的结构，高层建筑混凝土规程，则提出其侧移限值的要求，规定为等同于相当高度的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。确定适宜的层间侧移和顶点侧移限值是该结构体系规程的重要内容之一。

“高钢规程”没有列出对钢一混凝土结构的设计规定，但对有混凝土剪力墙的钢结构，规定应符合《钢筋混凝土高层建筑设计与施工规程》JGJ3-91的要求。现行的“混凝土高规”规定的层间位移限值，对于钢一混凝土结构常不易符合要求。修编中的“混凝土高规”(第二稿)，将包含对钢一混凝土结构设计规定的内容；关于钢一混凝土结构的层间位移限值，将规定为等同于相当的钢筋混凝土高层建筑结构体系的要求。此外，修编中的“混凝土高规”，关于层间位移限值将对现行“混凝土高规”JGJ3-91有所放松，并以此确定适宜的限值。

结语

混凝土结构对于建筑工程质量有着关键的影响，新时期，对于建筑工程的质量要求越来越严格，因此，做好混凝土结构设计，通过不断的发展研究，提高建筑工程质量。

[1]梁炜. 高层混凝土结构设计若干问题探讨[J]. 建材与装饰(上旬刊). 2008(06)

[2]焦博,杨永超. 混凝土结构设计中的几个概念应用问题[J]. China’s Foreign Trade. 2011(02)

[3]刘萍. 对无粘结预应力混凝土结构设计中若干问题的探讨[J]. 改革与开放. 2010(18)

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1007–6344（2015）01–0019–01