土木工程中钢筋混凝土结构设计问题分析

王磊

(煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030000)

随着我国经济的快速发展，建筑行业也飞速发展，而土木工程中钢筋混凝土结构设计是其中一个关键环节。在整个工程建设中都存在大量的钢筋材料、构件等各种质量问题。这些问题直接影响到整体建筑工程质量以及安全使用寿命和耐久性；所以对其进行科学合理地分析与研究就显得尤为重要了。

1 土木工程中钢筋混凝土结构设计的现状分析

在土木工程中，钢筋混凝土结构设计的主要内容是确定合理经济、适用性和耐久性等原则。因此在实际工程建设过程中有很大一部分会受到施工材料质量影响。例如：水泥浆料质量不好，砂石骨料粒径较大且不均匀，外加剂选用不当或掺用度过多等等因素均会对建筑施工产生一定程度上的消极作用，导致建筑物出现裂缝问题，甚至严重危害生命安全与财产安全，给人们带来巨大经济损失[1]。我国在土木工程中的钢筋混凝土结构设计，主要是将混凝土作为主体，以满足施工需求并与实际情况相结合，但是由于我国人口众多且分布范围广、地域差异大等因素影响下，发展迅速和建筑行业快速进步的同时也给建筑工程带来了诸多问题。例如：地基基础工程量巨大而复杂，土建工程数量庞大而复杂，结构构件材料选择不合理等等一系列原因导致在设计阶段中出现钢筋混凝土梁柱节点断裂或变形过大，甚至发生倒塌事故等情况。

2 土木工程中钢筋混凝土结构设计存在的问题

2.1 基础设计中的问题

随着我国经济的发展，人们生活质量也在不断提高，对钢筋混凝土结构设计提出了更高要求，但是由于现阶段我国基础建设中存在基础薄弱、技术落后等问题。在土木工程施工过程中会出现很多不确定因素影响着建筑整体效果和安全性能，同时还会因为地基承载力达不到标准而导致建筑物坍塌或倒塌事件发生等等一系列问题，这都与施工工艺有关系，所以要解决这些隐患就要提高整个工程的质量水平，确保建筑工程能够正常进行。在基础设计中，在实际的钢筋混凝土结构施工过程中是存在一些问题，有很多地方需要引起重视。如果建筑是属于多层框架的话就会出现许多问题，如地基变形以及裂缝情况等等都将直接导致基础的设计不合理造成严重后果。

2.2 上部结构及裂缝问题

在土木工程中，钢筋混凝土结构设计的关键环节是对上部和下部结构进行连接。由于施工荷载、环境温度变化等因素作用下发生沉降问题时，如果出现裂缝问题会直接影响建筑构件的使用寿命以及整体质量，甚至造成严重后果。因此为了避免或减少建筑物产生裂纹及渗水隐患，而导致建筑变形过大而引起安全事故，在实际工程建设中必须重视钢筋混凝土设计与制造过程中存在的一些关键技术难题。在钢筋混凝土结构设计中，除了要满足其安全性、耐久性和稳定性，还应考虑到整体性。因此需要对上部结构的抗震性能进行评估，对于地震作用下影响较大的建筑而言，由于地基承载力较低导致了地基下沉变形过大而出现开裂等问题，另外如果是由荷载引起裂缝时也会造成建筑物产生不均匀沉降现象，以及钢筋混凝土梁柱截面尺寸不一致、混凝土保护层厚度不足，使其不能满足使用要求，甚至发生断裂或倒塌事故等等情况，都需要及时进行处理。

2.3 地基变形的问题

地基变形问题在土木工程中十分常见，尤其是对于高层建筑来说，由于地下工程的特殊性和复杂性，以及地基本身所具有的承载能力有限，所以当建筑物发生沉降或者位移时，通常会造成较大损失。例如：混凝土结构在施工过程中会出现裂缝、桩侧挤等情况，同时因为沉陷较深导致了钢筋砼产生开裂现象等等，因此为了避免或减少土木工程中基础变形问题对建筑带来不利影响，必须要采取必要措施进行加固处理[2]。地基变形问题是影响混凝土强度的主要因素，其对结构安全和稳定产生重要威胁。在土木工程中，由于受到施工环境、材料性能等多种不确定性因素的综合作用，导致工程建筑物出现不同程度的沉降。例如：地基土质变化，建筑基础发生位置改变以及地下水位下降等等，都会造成建筑物沉陷或倾斜现象发生，从而引起严重变形问题。

2.4 防震性能问题

在土木工程中，钢筋混凝土结构设计过程当中必须要重视防震问题，这就需要我们从施工的现场以及材料上进行有效地控制。由于混凝土结构设计中，对结构的抗震性能要求较高，因此其在地震作用下还需要具有一定的延性。但就目前而言建筑行业所采用的是钢筋混凝土框架柱和梁板体系。但是这种形式存在着明显缺陷：1)当受到外界自然力或人为破坏时很容易产生裂缝；2)因为施工工艺不够成熟造成混凝土出现开裂等问题，而导致结构抗震性能降低；3)因为在地震作用下混凝土会发生一定程度的变形，进而引起建筑物的安全隐患。在土木工程中，钢筋混凝土结构设计的重点之一是防震性能，但目前我国对其抗拉、受力和变形等方面还没有进行系统有效地研究。因此，要想使建筑物具有足够强力学强度以及耐久性，就需要采取一定措施来防止地震灾害造成人员伤亡情况的发生。

2.5 嵌固端的设置问题

在混凝土浇筑过程中，如果出现嵌固问题，则会直接影响到钢筋与混凝土之间的粘结力。若是发生这种情况时将会导致结构承载能力降低，因此要采取必要措施来解决这一难题，首先就是对施工现场进行有效地管理；其次可以通过科学合理的方法选择出合适材料并采用优质高效设备配合使用；最后还应该加强对于施工人员及相关技术人员技术水平以及素质等方面的要求，以确保钢筋与混凝土之间具有良好的粘结力和稳定性[3]。在进行嵌固时，要考虑到是否满足施工的需要，如果设计人员不注意的话就会造成钢筋混凝土结构出现裂缝问题。若是没有办法保证施工质量的要求下再对其采取措施来控制收缩，例如：可以通过增加箍筋、锚栓等手段将主梁与次梁相连接或者采用设置肋条或加强筒加固连接方式加以解决，也可在设计中考虑到是否满足抗震设防烈度。

3 土木工程中钢筋混凝土结构设计的改进措施

3.1 基础设计的改进措施

在进行基础设计时，应考虑到地基的承载能力与变形问题，并采取相应措施来控制结构位移以防止因沉降而出现裂缝、倾斜等现象发生。对于基底处可能存在不均匀下沉或水平位移情况的地方可以采用桩基方式，对地面有一定影响或者产生局部隆起情况且深度较大地段，可选用钢筋混凝土柱网复合式支护形式进行处理或是将其作为基础支撑的一部分用钢管与预制板连接，并在桩间设置加强筋，以防止出现沉降等现象。桩间加强筋的设置，以防止钢筋混凝土结构在施工过程中出现不均匀沉降。为了提高桩之间增强连接质量与保证节点受力强度，强化筋的布置必须要考虑到整体性和抗震承载能力等因素进行设计优化

3.2 上部结构设计的改进措施

钢筋混凝土结构设计中，要充分考虑到上部土层对结构强度的需求，采用合理有效地措施降低地震发生时带来的影响。在进行下部构造处理时要将其与梁、板结合在一起来实现梁柱连系线形和刚度双向变化，对于墙体来说需要设置加强筋保证整体性及抗震能力，而在进行顶棚浇筑后可以适当增加钢筋混凝土构件截面长度以提高抗侧力效果等。另外，还应该根据现场实际情况合理设计结构体系的组合形式以及施工方法及控制措施。在对土木工程中的钢筋混凝土结构进行设计时，需要考虑到现场实际情况，例如：施工环境、施工地区地质条件等，所以要根据这些因素来确定最合理化的设计方案。如果设计人员不了解工程周围是否有地下管线或地下水位线等等一些问题，就可以通过测量和实地勘测后再做出判断，而对于那些复杂多变且难以计算的构件，则必须采用特殊技术手段进行加固处理或者采取其他措施，这样才能更好地提高钢筋混凝土结构安全系数、经济性以及稳定性等。

3.3 地基设计的改进措施

地基设计对于土木工程中建筑结构安全有着至关重要的作用，在实际施工过程中，要根据工程地质、水文条件对地基进行合理选择[4]。首先是对场地平整度和排水情况做出科学分析；其次是结合现场实际状况确定地基土质类型与砂层材料配比参数是否符合要求；最后是计算出基础承载力以及稳定性等相关指标并加以验证其有效性后，方可继续开展下一步的设计工作，确保施工质量满足土木工程结构使用功能需求，即可保证后续建筑安全可靠进行。地基的设计，对土木工程中混凝土结构具有十分重要的意义。在进行建筑施工时，要重视对于基础部分和上部结构位置之间的关系处理。如果是位于软弱、较低土层上或者处于相对高含水率下等情况时，就需要加强基础部位与下部加固工作；若是处在中等地质条件或受地下水影响而引起建筑物沉降问题时，可以采取桩基法来解决。

3.4 抗震设计的改进措施

在对混凝土结构抗震设计中，要根据实际的工程情况，结合当地地震灾害，制定出科学合理有效的措施。首先是对于梁柱节点进行加固处理，如果出现了变形过大或者破坏严重时，可以采取临时墩台、桩基等方式来保证其稳定性；其次是对于墙体和楼板之间缝隙处采用环向嵌缝或整体浇筑工艺将裂缝填充密实；最后要在设计时考虑到地基土质情况，对其中一些比较特殊的地方需要增加钢筋混凝土梁柱节点连接孔数量。在实际设计中，要注意抗震问题，加强对结构的整体性和刚度进行计算。对于混凝土建筑来说需要考虑到地基承载力、基础沉降以及地震等因素来确定其是否处于安全状态下。另外还要注意地基土质变化情况和变形状况来综合分析其稳定性与安全性要求，同时还应重视基坑支护加固措施的合理应用，以保证施工过程中周边环境不被破坏，避免因地下水位下降而出现坍塌问题。在设计时应对结构构件进行整体性计算、分析，在进行设计时，应根据结构的实际受力情况，对不同类型的荷载进行分析。

3.5 提高钢筋混凝土抗裂缝水平

在混凝土中加入适量的膨胀剂，使其与水泥浆发生反应，从而形成密实性较高、强度较大且抗裂性能好的混凝土；此外还可以提高钢筋混凝土内部和外部之间粘结层结构的承载力。对于预应力筋板来说，应严格控制施工质量和设计参数进行计算分析，对钢筋裂缝宽度及间距均要满足相关标准要求才能达到规范规定值以上才可使用。同时也要注意其与周围环境相适应，在施工的过程中，要注意周围环境对钢筋混凝土结构造成的影响，例如：温度、湿度等。因此为了避免出现不利因素而导致质量问题，应严格按照规范规定进行操作，对于不允许有裂缝产生和扩展情况发生时，应该及时处理掉或截断措施。如果在设计阶段就已经发现了严重破损现象，可以使用修补方法来解决这一现象，同时也要注意施工过程中对钢筋混凝土结构造成损害之后再做修复工作。

3.6 高强钢筋混凝土的优化设计

在进行混凝土的设计过程中，对于钢筋与预应力筋之间存在一定程度上差值，为了有效地降低这种差值对工程质量造成影响。因此需要采取一些措施来减小这一现象，首先是要提高钢材的抗拉强度和屈服极限；其次就是采用适当方法增加钢材料间距离从而减少两者之间差异性大小；最后则可以通过在相同条件下使用不同厚度的混凝土来改善预应力筋与钢筋连接处产生裂缝问题，也能够有效地降低其出现裂纹等情况发生概率[5]。在土木工程中，结构设计的重点在于混凝土强度和耐久性，而高强钢筋作为一种新型材料，其具有较高的抗拉、抗弯及极限承载力等性能。因此在进行工程建设时，应优先选用高强钢材或低合金型纤维来满足施工工艺要求。同时还可以通过对构件截面尺寸合理控制以达到减小裂缝宽度并提高整体性、改善建筑结构受冻问题以及降低造价成本目的。随着我国经济水平和人们生活质量不断提升，对于钢筋混凝土的应用需求也越来越大。

4 结语

在土木工程中，钢筋混凝土作为其中重要的一部分，其设计问题是不容忽视的。随着社会经济水平不断提高和建筑业竞争压力加大，以及人们对建筑工程质量要求日益提升，所以要想更好地保证工程建设安全和高质量，就必须加强施工现场管理、规范操作规程及相关标准等工作，保障施工人员生命财产不受威胁，确保施工进度与质量控制在可控范围内，以达到降低成本提高效益效果。同时还应该重视钢筋混凝土的配筋设计和使用方法，使其符合建筑结构设计要求。随着我国土木工程事业的不断发展，钢筋混凝土作为其中重要组成部分，在未来几年将会有非常大空间。因此钢筋与混凝土之间的关系是至关重要且必不可少的话题之一了，这也就要求我们要从设计理念和施工技术出发，进行深入研究分析探讨解决这一问题对建筑行业产生的影响及作用，从而更好地促进我国土木工程事业健康稳定可持续发展。