土木工程中钢筋混凝土结构设计问题解读

冯安飞

摘要：钢筋混凝土结构是住宅钢筋混凝土结构设计中的重要环节，其材料和钢筋混凝土结构设计的质量直接影响到住宅的使用寿命。钢筋混凝土结构设计中主要涉及地基与基础的设计问题以及上部结构的设计问题。为有效地避免上述设计问题，本文介绍了钢筋混凝土的原理、结构特点、基础与基础设计问题以及结构计算与分析等方面的问题。

关键词：土木工程;钢筋混凝土;结构设计;设计问题

一、土木工程结构设计要求

（一）安全第一

要明确建筑物的抗震设防烈度，根据建筑物类型、场地类型、建筑物高度等结构类型确定建筑物抗震等级，并进行相应的结构计算，采取相应的结构抗震措施。适用于土木工程的混凝土结构形式一般有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和管道结构。其中框架结构特点是建筑布局灵活、延性好、抗震性能好，但整体横向刚度小，水平位移大。在高刚度、高空间完整性和水平力作用下，剪力墙结构存在横向变形小的特点，但存在着平面布置不灵活、结构自重较大等缺点。在框架剪力墙结构的布置上较灵活、方便，同时还具有较高的刚性和较好的抗震性能。管道结构包括框架-核心筒结构、管内管结构和多管结构。框架-核心筒结构的主要反侧力部分位于中间，由剪力墙包围，其芯管相对于侧力有较高的刚度和强度。四周为列间隔宽的框架。内筒结构的外套管由密集圆柱和截面高度较大的侧梁组成，具有良好的空间效果，横向力的刚性和强度高。建筑物类型的选择不仅关系到建筑物的经济指标，还关系到结构的安全。建筑类型应根据建筑的高度、尺寸要求和建筑布局等综合考虑。结构物具有一定的承载能力、刚性、延性，避免了结构件和构件的局部破坏而使结构物整体承载能力的丧失。

（二）经济性要求

土木工程的钢筋混凝土结构的设计也要注重保证满足经济的基本需求，确保钢筋混凝土结构正确实施，避免施工过程中出现资金不足、不能实施的问题，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维护条件下，混凝土结构及其部件在规定时间内保持其最小性能要求的能力。其耐久性主要有抗渗透性、抗侵蚀性、抗冻性。影响混凝土结构耐久性的因素概述混凝土结构的耐久性取决于混凝土条件（包括水泥、保护层厚度、集料、混和剂）以及外部环境（温度、湿度、冻融、碳化等）。因外部因素的地区差异较大，各个地区的各种因素对建筑混凝土结构的影响也存在明显的差异。

（四）稳定性要求

在正常使用条件下，土木工程应有足够的刚度，避免影响结构支撑力、稳定性及使用要求的过大位移。在建筑行业中，很多国家颁布了建筑基准法，每个过程都要严格检查。钢筋混凝土结构在建筑的钢筋混凝土结构设计上稍有不同，这主要是因为施工人员的素质和随后的建筑技术的不同。不管采用何种原材料和工艺进行建筑钢筋混凝土结构设计，钢筋混凝土必须满足基本的稳定性要求。它也是最基本的前提。从建筑结构上看，钢筋混凝土在大型商场、住宅等大型建筑中发挥着稳定的作用，在以后的建筑中也起到了承上启下的作用，稳定也是保障施工人员安全的重要因素。

二、土木工程钢筋混凝土结构设计

（一）恰当运用概念设计

在土木工程中合理应用混凝土结构设计应遵循现行的国家标准、规章、法规，并借鉴工程实际经验，吸收钢筋混凝土结构设计措施和科学研究成果，使钢筋混凝土结构设计达到安全经济的目的。概念设计是我国当前建筑设计的一个重要组成部分，可有效保证土木工程钢筋混凝土结构的设计能够有效地满足各方面的基本要求。在概念设计中，应当进行合理的分析与设计，以确定钢筋混凝土结构的受力概念和变形特征。从结构的特殊布局和形式分析，合理运用概念设计，还能提高钢筋混凝土结构设计的审美效果，将某些新的建筑钢筋混凝土结构设计风格运用到钢筋混凝土结构设计中，使之达到美的效果。改进其钢筋混凝土结构设计水平。

（二）合理设置剪力墙

在土木工程钢筋混凝土结构中，合理设置剪力墙结构也是其中一个十分重要的方面。合理使用这种剪力墙，可以较好地提高建筑物的整体使用效果。一是从整体性的角度出发，对剪力墙进行专门的研究。为保证在满足结构要求的基础上，对剪力墙的数量进行改进，提高其使用效果，过度抗震的问题也应该能够避免，这会导致成本过高。二是要严格控制剪力墙结构的具体形式，结合土木工程的特殊特点，设置合适的剪力墙形状。提高适应性，保证了应用效果。最后，对于相关连接，部分剪力墙适当的控制和处理也是提高连接稳定性的必要条件。

（三）优化结构体系

在土木工程中的钢筋混凝土结构系统优化也是重要课题，对结构体系的优化主要是提高整体设计效果，可以增强土木工程整体的安全性和耐久性。具体地说，在该结构的系统优化中，主要是为了提高稳定性，需要对建筑物的刚性、支撑力、剪力等方面进行综合分析。

混凝土结构受压能力强，但抗拉能力弱，为提高结构物的支撑力，将钢筋和混凝土二者结合起来，充分发挥混凝土的压缩性能和钢筋的拉伸性能。除结构强度高、耐火性能好外，钢筋混凝土结构还具有较低的工程造价，在现代建筑中得到了广泛应用。砂石在混凝土结构中的比重较大，水泥和钢筋的比重较小。钢筋混凝土结构具有较高的支撑力，可以代替钢结构，节省钢结构用量。在混凝土中埋入钢筋可以防止混凝土腐蚀，从而提高结构的耐久性。当火灾发生时，钢筋混凝土结构不会像木质结构一样燃烧，也不会立即达到软化温度，像钢结构一样被破坏。钢筋混凝土结构可按要求注入任何形状。现场浇筑或组装的整体钢筋混凝土结构完整性好，刚度高。

（四）加强抗震設计

随着地震问题不断发生，建筑物的抗震性能受到广泛关注。其中，土木工程的抗震性能比较突出，与土木工程结构密切相关是抗震的主要原因。此外，从这一重要意义的观点来看，通过合理的钢筋混凝土结构设计方法对提高其抗震性能具有重要意义，因为与其安全、稳定有着密切的关系。除对土木工程中特殊钢筋混凝土结构的机械系统进行优化和确定机械传动路径外，还应合理增加部分抗震装置，以提高其整体抗震效果。

三、土木工程中钢筋混凝土结构设计要点

（一）地基与基础设计

随着对工程质量的要求在不断提高，有些施工项目对质量和工期要求很高。但若能掌握钢筋混凝土建筑的钢筋混凝土结构设计要点，将有助于土木工程中钢筋混凝土结构设计向更高层次发展。鉴于我国地域辽阔、地质条件复杂，国家标准的《地基基础设计规范》及其他相关法规、政策均属国家标准，不能对所有部分作详细规定。任何先进的建筑技术和方案不可能在任何地方都适用，只能从实际情况出发才能获得理想的效果。

（二）构造措施要加强

土木工程中钢筋混凝土结构设计的“结构对策”是重点，原先的结构性对策本来是适用于当时的情况，但现在随着建筑行业的快速发展，目前的结构对策已经不能达到预期的效果。其次，随着经济的持续发展，人们的经济和生活水平有了很大的提高，如果结构对策不加强，市民的需求就不能得到满足，间接影响了经济。结构措施直接影响到未来建筑物的使用寿命和安全率。即便所指定的指标之间差别很小，也需要进行重做。要控制这个关键点，需要通过以下环节来完成。第一，在大跨度柱网框架结构中，楼梯通风的框架柱与楼梯通风梁连接;列可能是短列，必须对该列的全长进行加密。高楼大厦建设中，楼梯、横梁等环节容易被忽视。加强钢筋混凝土结构设计，如能如上，不仅能提高工程质量和进度，而且会促进行业的发展。第二，如果框架结构的长度稍超过规范限度，并且建筑功能不允许在接合处，那么建议采用补偿混凝土注入，以减少有害裂缝。因此，在土木工程中钢筋混凝土结构设计中，既要加强结构，又要加强应急预案。当自然灾害突如其来的时候，骨架不会立刻倒塌，而是非常持久。

（三）传力设计要简单

由现状分析，钢筋混凝土建筑设计的另一个关键是“传力设计”。实际上，所有的工程都要经过详细计算才能完成。传力设计对钢筋混凝土建筑的钢筋混凝土结构设计具有决定性作用，可以说是其中的关键。为了避免未来不能承受过大的作用力而造成的结构问题，需要设计简单的传力方法。简洁明了并不意味着步数少，而是指采用一些简单的方法提高土木工程中钢筋混凝土结构设计的支承强度。也就是说，在设计结构时，结构的力传递路径越短、结构的力越直接，结构的工作效率越高，消耗的建筑材料也越少。若地面主力层内没有松软的粘性土层，不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房，没有必要确定基础的抗震性。尽管设计过程并非一件简单的工作，但可以通过实际检查和局部地区考察来确定设计方法。

（四）计算分析

根据建筑结构的要求，在进行建筑钢筋混凝土结构设计时，必须考虑三个基本指标：强度、刚度、稳定性。通常采用弹性设计的方法。即建筑物在正常使用條件下，构件处于弹性应力状态，结构的刚性较高，结构设计人员需要对此进行初步计算和分析。

（五）框架柱配筋的调整

通常框架柱的配筋率通常很低，但在实际工程中，还需注意配筋薄弱环节。原因在于框架柱，尤其是角柱，在地震作用下，受双向弯矩的影响，其约束较小，处于双向偏心状态。压缩状态地震在使用条件下引起的损伤大于内柱。这种情况在非均匀质量分布的框架中尤其明显。必须选择框架计算中最不利的方向。还可通过纵向和侧向计算，比较同侧钢筋，取较大值，采用对称钢筋原理。针对框架柱在各种内力复合作用下的强度要求。地震联合作用下发生偏心张力时，必须对立柱的纵肋进行配筋。加强框架柱的配筋，使之符合概念设计中的强、弱梁原理。为了加强对混凝土环筋的约束，框架柱的箍筋形状应该为菱形或楔形。采用二、三级框架焊接下柱上下层配筋材料的纵向配筋材料，当柱体纵向配筋率超过3%时，箍筋的直径不能减小。

（六）变形的分析

结构变形过大会产生相应的裂缝，一般是结构稳定性和刚度不足的表现，并不能直接反映结构强度。引起结构变形的因素有跨距、截面尺寸、支撑形状、材料质量、载荷等。建筑结构变形是住宅安全性评价的重要内容。在对住宅进行安全评价时，应考虑住宅的整体状况。

结束语：

在目前施工阶段，钢筋混凝土结构的设计成为一个重要环节。在客观上，建筑物的建造与钢筋混凝土建筑的钢筋混凝土结构设计有很大的关系。对于材质，要根据结构整体要求选择，调整比例。对于建筑技术，需要根据建筑物的未来用途来选择。在今后的建筑施工中，要掌握土木工程中钢筋混凝土结构设计的要点，避免因疏忽而造成重大安全损失。

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