浅析建筑工程混凝土结构设计

马明山

摘要 ：本文从混凝土结构设计的结构计算以及结构设计中需要注意的问题进行分析，为工程结构的不断完善，提升工程质量，促进工程的不断发展。

关键词 ：混凝土结构 设计 方法

引言

我国的混凝土结构设计规范已经基本形成体系，但限于条件和具体工作环境状况，存在一些设计方面的空缺和问题是难免的，为了使设计人员在混凝土结构设计中更好地贯彻执行向关设计规范等，做到安全适用、经济合理、技术先进和确保质量，本文从实用的角度出发，结合混凝土结构具体设计问题谈一些个人体会，作为技术交流供同行参考。

1、结构计算

1.1 结构基本自振周期

程序给出的隐含值是按《高层建筑混凝土结构技术规程》的附录 B 的公式：B.0.2 计算的。最好是将程序计算的精确值反填回来，再计算。

1.2 地震作用及结构振动特性

（1）新规范规定规则结构不进行扭转藕连计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用应乘以放大系数。一般情况下，短边可按 1.15 采用，长边可按 1.05 采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于 1.3 采用。软件未执行这一条规定，建议对规则结构的地震作用计算也要考虑扭转藕连的影响。

（2）质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。1.3 有效质量系数与计算振型数取 3 的倍数，对于一般工程，不少于 9个。但如果是 2 层的结构，最多也就是 6 个，因为每层只有 3 个自由度，两层就是 6 个。计算时要检查 Cmass-x 及 Cmass-Y 两向质量振型参与系数，均要保证不小于 90%，超过 0.9 意味着计算振型数够了，否则计算振型数不够。如果不够，说明后续振型产生的地震作用效应不能忽略。如果不能保证这一点，将导致地震作用偏小。按此地震作用设计的结构将存在不安全性，所以应该增加振型数重算。（注：要密切关注有效质量系数是否达到了要求。若不够，则地震作用计算也就失去了意义）。

1.3 楼层最小地震剪力系数（剪重比）规范：抗震规范 5.2.5 條规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表 5.2.5 给出的楼层最小地震剪力系数值。（强制性条文）

（1）当楼层剪重比不满足要求时，首先要检查有效质量系数是否达到 50%。若没有达到，则应增加计算振型数。（2）当有效质量系数满足且楼层剪重比不满足要求时，反映了结构刚度和质量可能不合理分布，应对结构方案的合理性进行判断，并调整方案，直到达到规范的值为止，而不能简单的调大地震力。

1.4 结构的周期与位移

（1）周期比：控制结构在大震下，扭转振型不应靠前，以减小震害。（2）最大层间位移：按规范要求取楼层竖向构件最大杆件位移称为楼层控制层间位移。（3）位移比：取楼层最大杆件位移与平均杆件位移比值。位移比是控制结构的扭转效应的参数。

1.5 框架结构分析

（1）注意柱计算长度系数的选取；（2）柱一般按单偏压配筋、双偏压验算为好，因双偏压存在多解，配筋量与形式不唯一；（3）梁一柱保护层厚度按规范取，程序自动加12.5；（4）对于大截面的柱，可考虑梁、柱重叠部分为刚域；（5）一般可考虑梁刚度放大，扭矩折减，以考虑楼板的影响；（6）负弯矩向下调幅后，跨中弯矩自动增大。“梁跨中弯矩增大系数”是不考虑活载不利布置时乘的系数，不要与此混淆。

2、建筑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。

3、结语

混凝土结构设计是一项综合性很强的设计工作，做好结构设计，是保障建筑工程质量的前提，随着工程项目的不断发展，完善结构设计，才能促进工程质量的提升。

参考文献：

[1] 王芳，王鋆威.混凝土结构的耐久性设计方法[J]. 黑龙江科技信息. 2013（34）.

[2] 刘新安.混凝土耐久性浅析[J]. 经营管理者. 2013（26）.