钢筋混凝土结构设计中的常见问题

刘镇

（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司， 山西 太原 030001）

在钢筋混凝土结构的设计过程中， 需要考虑到的方面较多， 包含多个不同的环节。 在其中一个方面没有考虑到的情况下， 如果导致设计步骤出现偏差， 很有可能会对整个工程带来负面影响。 从目前钢筋混凝土结构设计的整体情况来看， 针对其中所存在的问题， 采取相应的优化措施十分有必要， 只有这样， 才能够更好的发挥出其应用优势， 进一步提升工程质量。

1 钢筋混凝土结构设计原则

在钢筋混凝土结构的应用过程中， 从整体上来说， 虽然与其他建筑结构相比， 具有比较明显的应用优势， 但是并不是完全没有缺点。 比如， 除了具有抗裂性能较弱的缺点之外， 其在自重方面也不占优势。 在实际的设计过程中， 需要满足以下几点要求。

1） 安全性。 这方面的要求为基础性的要求， 也是根本性的要求。 在运用钢筋混凝土结构时， 其不可避免需要承受来自各个方面的承载能力。 因此，在具体的结构设计环节， 需要确保在受到相应的承载之后， 不会对整体的结构产生负面影响， 可以具备稳定性的特性。 在此处所提到的承载能力， 主要来自两个方面的内容。 一方面， 在正常的施工过程中， 包括在后续的使用过程中， 通过提前的分析和判断， 需要承受的最大承载力； 另一方面， 在建筑结构使用的各个阶段， 对于部分承载力， 通过分析提前无法得知， 可能会出现的偶然性的、 潜在承载力。 比如， 在个别情况下， 可能会出现的地震冲击等等[1]。

2） 适用性。 不管是任何类型的建筑， 简单的来说， 都是为了使用的需要， 需要考虑到各个方面的因素， 了解与使用功能之间的联系性， 使其具备良好的性能。 比如， 要避免出现变形、 开裂等情况，这一要求也是基础性要求的内容之一。 以室内布局方面为例， 需要通过对空间特征的分析， 选择与之相对应的结构形式， 尤其是在设计梁柱时， 要考虑是否会对实际的使用造成负面影响、 是否会影响其结构功能的效果等等。 在进行结构设计时， 只有符合使用的要求， 且具备良好的适用性特点， 才能够更好的发挥建筑本身的作用， 进而促使施工单位获得更好的发展。

3） 可靠性。 对于任何一种类型的建筑， 通过了解发现， 其都有一定的使用时间， 在使用时间方面，具有明确的要求和标准。 正是由于这方面的原因，在实际的结构设计中， 需要考虑到方方面面的内容。比如， 是否安全、 使用功能等等， 或者其他一些重要要求和内容， 从整体的层面入手展开分析工作，针对与结构相关的某一个部分， 或者其中的构件等等， 进行更加细致的设计工作。 从目前的设计情况来看， 不难发现已经出现了多种可以选择的材料，其性能、 品质等等， 直接影响着建筑结构作用的发挥， 要认真、 严谨的对待任何一种材料的选择。 因此， 要根据对建筑的要求、 标准， 以及使用时间方面的要求， 展开结构设计， 从而最大程度上的保证建筑的使用性、 耐用性能。

2 钢筋混凝土结构设计问题

2.1 地基、 基础设计问题

建筑物沉降有两个方面的内容： 一方面， 不均匀的沉降； 另一方面， 均匀沉降。 不管是哪一个方面， 都与多种因素有关。 比如， 施工所采用的工艺、现场的水文条件等等。 在实际的设计中， 由于相关人员过于重视某一方面的考虑， 所考虑的内容不够全面， 再加上从事此行业的时间相对较短， 所进行的设计不够合理。 因此， 在建筑物自身的重量过于大的情况下， 基础底的应力较高， 而地基本身的承载能力是有限的， 发生沉降的几率也会相应的大大提升[2]。

2.2 裂缝问题

裂缝问题是一种比较常见的问题， 发生的几率较高， 基本上很难做到完全意义上的避免， 主要包括四种类型。 第一种， 温度裂缝。 这种情况在小体积混凝土中比较少见， 在大型体积混凝土中可以经常看到。 主要是由于在浇筑完成之后， 水泥在凝结过程中， 会发生一系列的反应， 会导致体积发生变化， 在温度持续升高， 达到一定的程度之后， 会达到凝结的效果。 随后， 温度会出现不断下降的情况，进而出现裂缝。 如果在天气发生较大的波动时， 尤其是在短时间内降温的情况下， 内部的温度与外部的温度差值较大， 表面也会出现裂缝； 第二种， 收缩裂缝。 在现阶段的市场上， 不难发现已经出现了多种类型的混凝土。 其性能、 用途、 质量等等， 都会有所不同， 在实际的选择过程中， 如果没有按照具体的要求、 标准， 导致所选择的品质不达标， 在施工之后， 受到外界阻力的影响， 开裂的情况也会比较容易发生； 第三， 结构裂缝。 在任何一个环节的混凝土操作， 都需要有具体的规范， 在实际的操作环节， 由于没有考虑到这一方面的内容， 导致实际的操作具有一定的随意性， 且在整个工序完成之后， 会直接运用洒水的方式进行简单的养护， 后续开裂的情况将会十分严重。 通过对钢筋混凝土构建的了解发现， 在一般情况下， 现场根据情况进行制作、 浇筑的情况比较常见， 如果构件不同， 则其对应的刚度具有比较明显的差异性特点。 因此， 在整个结构中， 会根据刚度的情况， 呈现出厚薄不一致的情况， 在施工中， 或者在后续的使用环节， 在某个区域就会出现开裂的情况。 比如， 在顶部楼层中，由于楼板的刚度相对较高， 墙体的刚度则相对较低，在刚度不同的情况下， 对应的连接位置经过长时间后， 很容易出现开裂的情况； 第四， 构造裂缝。 在水灰的配合比控制不够合理的情况下， 或者构件还未等待足够的时间， 就已经进行了脱模处理， 这两种情况都会导致裂缝的发生。 在混凝土施工之后，其需要有一定的硬化时间， 在整个过程中， 水分会随着时间的推移而不断流失。 这一现象无法避免，几乎在任何阶段都有存在， 包括施工阶段、 使用阶段等等。 因此， 这一现象也是导致裂缝发生的主要原因[3]。

2.3 钢筋排列问题

在结构设计中， 对于需要使用的钢筋， 需要在设计图纸中标注出来。 比如， 排列的情况、 对应位置的数量等等， 用线条进行详细的标注和说明。 通过这种方式， 在后续操作时可以通过对标注的查看，按照具体的要求进行操作。 但是在实际的设计时，在标注方面不够清楚， 所存在的问题比较明显。 比如， 在特定位置， 钢筋数量的使用没有给出详细说明， 在位置的安排上与实际不符， 导致无法对实际的操作起到参考的作用。 如果出现这种情况， 在实际的操作中， 钢筋的排列可能会不够规范， 与规定的要求不符， 甚至在某些情况下， 还需要将钢筋进行处理。 比如， 进行切断操作， 全程需要花费的时间将会更长， 也会影响钢筋混凝土的性能， 为后续的使用埋下安全隐患。

3 钢筋混凝土结构设计改善措施

3.1 基地设计优化措施

通常情况下， 对地基产生影响的因素并不局限于特定的某一个方面， 与多个方面的因素都有关。要想了解地基的沉降量， 不能仅仅考虑某一个方面的因素， 也无法通过具体的公式详细的计算出来，而是需要根据工程的情况， 结合以往的工程经验，同时考虑到多个方面的因素。 第一， 为了减少地基变形的几率， 可以通过对各种结构体系的了解， 尽可能的选择刚度系数较大的体系。 与此同时， 在进行平面布置工作时， 需要通过与此领域更加专业的人员进行协商， 针对结构的布置方面进行进一步的研究。 比如， 要尽可能的做到平面的简单、 规则性等等。 通过这种方式， 能够确保上部结构具有一定的刚度， 可以与基础结构共同发挥作用， 达到起拱的效果， 可以在减少变形程度的同时， 减少基础的内力； 第二， 可以采用减少上部荷载的方式。 具体的来说， 在上部结构方面， 需要从材料的选择方面入手， 选择质量较轻， 且强度达到规定标准的材料。如果能够合理选择材料， 可以在提升刚度的同时，避免荷载过于高， 进而降低地基沉降的发生几率；第三， 对于基础部分的结构， 也可以通过相应的方式， 提升其以整体的刚度。 比如， 在现阶段， 比较常见的有双向条形基础。 在无法运用整体性基础的情况下， 也可以运用方形， 或者圆形类型的基础，要尽可能的采用长和宽数值相对较小的基础。 通常情况下， 在长和宽的比例方面， 最高不能超过3；第四， 对于设计人员而言， 其还需要提前到现场，对水位情况、 地形等等， 做好详细的记录， 并且对施工结构的类型进行了解， 掌握其功能， 进而保证在各个方面都能够达到设计的标准。 还有部分建筑物， 如果其地基的情况相对较好， 在上部结构方面，可以适当降低其在倾斜方面的要求， 在达到最大倾斜值的情况下， 可以稍稍降低其刚度数值[4]。

3.2 裂缝控制措施

相关人员对钢筋混凝土进行了长期的研究， 有结果明确显示， 其内部的结构应力与长度之间存在着某种联系。 从另一个层面上来说， 只有提升内部结构的稳定性， 才能够降低出现裂缝的几率。 第一，对于设计人员而言， 在进行结构设计时， 其需要严格按照具体的要求、 标准， 确定好平面尺寸的数值。在长度数值方面， 如果长度过长时， 在必要的情况下， 可以通过伸缩缝解决问题。 在无法应用伸缩缝的情况下， 对于比较容易受到温度影响的部位， 可以通过分析， 增加其配筋率， 除了这种方式之外，也可以采用增加后浇带的方式。 在此环节， 水泥材料的选择， 要确保其具备低收缩的性能， 最大程度上的降低对水泥量的使用， 在达到建设要求的同时，防止出现大量的裂缝； 第二， 在建筑结构中， 对于不同部位的构件， 由于其所发挥的作用不同， 所运用的混凝土强度并不是完全相同， 也正是由于这一方面的原因， 导致结构比较容易出现变形的情况。在这一情况下， 在整体的结构中， 不可避免的会有部分构件， 其在强度方面相对比较弱。 对此， 设计人员要考虑到这方面的因素， 对于各个不同部位的构件， 要尽可能的在不影响设计效果、 达到规定的要求的基础上， 使内部结构构件的混凝土强度保持在相同的水平。 只有做到这样， 才能够降低问题出现的几率， 进而使整体的结构更加可靠； 第三， 预应力混凝土浇筑也是一种比较常用的方式， 通过了解发现， 其在现阶段已经得到了广泛应用， 是避免构件出现裂缝的重要手段之一； 第四， 在钢筋混凝土结构施工中， 从以往的操作情况来看， 一般情况下， 在楼层面板的构件部位， 很有可能会产生裂缝。对于这一情况， 在这部分结构的设计中， 在内部管线的交错位置， 可以根据对其情况的进一步分析，在具体的位置上安装上相应的固定接线盒。

3.3 剪力墙和连梁设计

在现阶段的建筑中， 不难发现剪力墙结构比较常见。 与此同时， 其在设计方法上， 包括模式上等等， 经过长期的发展， 都已经相对比较成熟， 但是经过仔细的分析可以看到， 还存在一定的不合理之处。 对此， 在剪力墙设计方面， 需要注意以下几点内容。 第一， 需要根据实际情况， 确定出墙体高度的数值。 与此同时， 还需要通过对弯度情况的分析，做好与墙体的结合工作， 确保最终可以达到抗震的要求； 第二， 在墙体计算环节， 需要严格按照具体的规定。 根据相关规定， 以普通类型的剪力墙为例，可以对其横截面的高度数值进行记录， 通过对厚度数值的计算， 这两个数值比的结果不能低于8。 以短肢剪力墙为例， 在得到其横截面的高度数值之后，同样需要记录其厚度数值， 这两者数值之间的比至少需要大于4， 但是需要注意的是， 在最高的情况下， 不能大于8， 且在厚度方面， 也有明确的要求，一般情况下， 不能超过300mm。 简单的来说， 如果墙体的厚度、 高度数值， 在经过计算之后， 两者的比例在发生变化的情况下， 则所应用的材料也会随之发生变化。 与其他墙体相比， 由于剪力墙本身的特性， 其具有一定的特殊性， 在钢筋的含量方面，具有更高、 更为严格的说明。 不管是在任何情况下，都不能因为任何原因， 降低对材料的使用。 在剪力墙的使用过程中， 其比较容易受到外部因素的影响，发生损坏的几率较高， 且一旦出现损坏， 则所造成的后果将会十分严重； 第三， 在剪力墙的布置过程中， 还需要对单肢的刚度情况进行了解， 避免其中某一部分的单肢刚度过于大， 并且在确定墙肢的数量时， 也要考虑到其他方面的因素， 根据刚度的具体情况， 进行进一步的确定， 从而保证结构具备抗震性[5]。

4 结语

综上所述， 钢筋混凝土结构设计中常见问题的优化策略十分重要。 对此， 在实际的钢筋混凝土结构设计过程中， 需要注意其中的缺点， 根据问题找到对应的优化措施， 从多个不同的方面入手， 根据钢筋混凝土结构上的特点， 发挥出结构优势， 最大程度上的保证工程质量。