建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土構(gòu)造的主要方法

黃妙武

（馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，尤其是我國(guó)新一輪新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程的高位推進(jìn)，國(guó)家對(duì)建筑工程的質(zhì)量與安全將越來(lái)越高。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于其自身的諸多優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楸粡V泛運(yùn)用到各種建筑工程中。但是，鋼筋混凝土構(gòu)造本身也是需要不斷更新升級(jí)的，這樣才能更好地適應(yīng)新形勢(shì)下人們對(duì)建筑工程質(zhì)量和安全的新要求和新期待。因此，深入研究和探討當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)造存在的主要技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而提出科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施，這不僅很有必要，而且很重要。本文，筆者將從分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)造存在的主要技術(shù)瓶頸入手，對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行剖析，在此基礎(chǔ)上，就如何有效提升鋼筋混凝土構(gòu)造水平提出了一些對(duì)策建議。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)造的主要技術(shù)瓶頸

當(dāng)前，鋼筋混凝土構(gòu)造遇到的主要技術(shù)瓶頸問(wèn)題在抗震級(jí)別、周期折減系數(shù)、梁剛度放大系數(shù)等方面的技術(shù)確定方面。

1.1 關(guān)于抗震等級(jí)的確定

抗震等級(jí)的確定是最基本的技術(shù)要求，是任何建筑工程都必然要進(jìn)行科學(xué)評(píng)估確定的技術(shù)問(wèn)題。實(shí)際操作過(guò)程中，不同的建筑工程要求的抗震等級(jí)也是不同的。因此，在具體的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要依據(jù)現(xiàn)行的抗震等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（GB50223-2008），確定建筑工程的抗震等級(jí)，進(jìn)而確定混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)。

1.2 關(guān)于周期折減系數(shù)的確定

混凝土框架結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度比計(jì)算的剛度更大，導(dǎo)致實(shí)際周期比計(jì)算周期更短，這主要是在框架結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置了填充墻。這種現(xiàn)象會(huì)增加一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。很顯然，按照計(jì)算周期得出的抗震作用效力會(huì)比實(shí)際周期小，這就降低了鋼筋混凝土機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)。對(duì)此，通常的辦法是，研究實(shí)行相應(yīng)的折減措施。原則上，對(duì)計(jì)算周期進(jìn)行折減時(shí)，要首先確保系數(shù)科學(xué)合理。一般而言，折減系數(shù)應(yīng)控制在0.6～0.7，實(shí)際確定系數(shù)需要根據(jù)填充墻的實(shí)際數(shù)量與材質(zhì)進(jìn)行。特殊情況下，折減系數(shù)還應(yīng)加大，比如填充墻的數(shù)量比較少或者使用的是輕質(zhì)砌體，這時(shí)的折減系數(shù)要加大到0.9。當(dāng)然，如果鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)沒(méi)有填充墻的話(huà)，計(jì)算周期就不存在折減程序。

1.3 梁剛度放大系數(shù)的確定

由于普遍采用計(jì)算機(jī)軟件模型進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致在輸入電腦時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)多為矩形截面。但是，實(shí)際構(gòu)造中，往往在樓板上會(huì)形成T型截面，而在計(jì)算機(jī)模型中，這個(gè)T型截面是不能事先設(shè)計(jì)好的。這就造成計(jì)算所得剛度比實(shí)際剛度小得多，這就必然導(dǎo)致計(jì)算出來(lái)的地震力值偏小，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅。針對(duì)這些問(wèn)題，在計(jì)算剛度時(shí)，就要是適度放大梁剛度系數(shù)，一般情況下，中梁應(yīng)放大2.0，邊梁應(yīng)放大1.5。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)造的主要方法探析

從根本上講，建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其最終目的就是為了構(gòu)建一個(gè)最為合適的環(huán)境整體。這個(gè)環(huán)境整體包括了結(jié)構(gòu)型號(hào)、平面及立體布置的規(guī)則性、抗震性能擇定、抗風(fēng)壓性能選定等一系列結(jié)構(gòu)體系。為了構(gòu)建這個(gè)優(yōu)良的環(huán)境整體，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)按照建筑工程的實(shí)際高度和寬度比、抗震級(jí)別、場(chǎng)地類(lèi)型、結(jié)構(gòu)材料等方面的技術(shù)規(guī)定，選擇最佳的結(jié)構(gòu)體系。這樣的操作方式，可以讓建筑工程結(jié)構(gòu)的使用效果最優(yōu)化，也可以大幅降低工程造價(jià)。

2.1 優(yōu)化混凝土構(gòu)造方案

建筑方案的設(shè)計(jì)，是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)造的重要先導(dǎo)性工作。由于每一個(gè)投資商都希望獲取最大的效益，也就是說(shuō)用最小的成本開(kāi)支并在保質(zhì)保量按時(shí)交底之后獲取利益的最大化，這就導(dǎo)致很多投資商都希望具體的施工中減少配筋的使用以此實(shí)現(xiàn)工程建筑的安全與實(shí)用。在這種情況下，作為建筑工程的設(shè)計(jì)人員，就必須采取切實(shí)有效的設(shè)計(jì)技術(shù)措施，最大限度地滿(mǎn)足建筑的功能布局的同時(shí)，盡量考慮結(jié)構(gòu)的規(guī)范。這對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)要求是比較高的。如果設(shè)計(jì)工作人員在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不熟悉相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)方案往往很難滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。這就必然為后面的實(shí)體施工造成被動(dòng)乃至損失。比如，等到進(jìn)入了具體施工階段才發(fā)現(xiàn)先前的設(shè)計(jì)與實(shí)際施工出入很大，這時(shí)再進(jìn)行臨時(shí)性的必要的修改，雖然能夠彌補(bǔ)一些技術(shù)缺陷，但是對(duì)施工非常不利。這是因?yàn)椋M(jìn)入施工環(huán)節(jié)后，整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)方案已經(jīng)提報(bào)并通過(guò)了相關(guān)單位及企業(yè)的評(píng)估論證，是已經(jīng)產(chǎn)生法定效力的方案，要進(jìn)行臨時(shí)性的修改，這會(huì)極大地增加建筑的構(gòu)造限度，大大增加配筋成本。

2.2 科學(xué)構(gòu)造最小配筋率

普遍使用挑梁，這是配筋的主要構(gòu)造方法。使用挑梁，能夠有效克服施工過(guò)程中場(chǎng)地面積結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地功能等的不利影響，從而提高鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)性能。但是挑梁的使用，需要較高的技術(shù)水準(zhǔn)。比如，具體的施工設(shè)計(jì)中，某些設(shè)計(jì)工作人員會(huì)把框架梁的主筋往外挑梁延伸一些，可延伸的主筋卻無(wú)法進(jìn)入挑梁中。這是因?yàn)椋摻罨炷两Y(jié)構(gòu)中，外挑梁承受的荷載往往與框架梁承受的荷載不同，也就是說(shuō)兩者在斷面設(shè)計(jì)上的尺寸不同。一旦有了這種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)，在具體施工階段才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，而此時(shí)大量的鋼筋已截?cái)喑尚?，這樣就會(huì)阻礙工程的施工進(jìn)度，同時(shí)也是一種不必要的損失。為了避免出現(xiàn)這些問(wèn)題，在進(jìn)行鋼筋混凝土構(gòu)造時(shí)，要精確計(jì)算最小配筋率，以規(guī)避剪拉破壞。施工之前，要事先通過(guò)精細(xì)的計(jì)算，確定墻中的水平鋼筋，以防止剪切破壞。換句話(huà)說(shuō)，就是通過(guò)限制墻肢內(nèi)鋼筋的最小配筋率，最終實(shí)現(xiàn)有效規(guī)避剪拉破壞的目的（如表1）。

表1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中縱向受力鋼筋的最小配筋百分率

2.3 剪力墻最小截面、保護(hù)層、鋼筋錨固長(zhǎng)度的構(gòu)造方法

剪力墻的技術(shù)要求及其嚴(yán)格，不管是小偏心還是大偏心，這對(duì)整個(gè)建筑工程的穩(wěn)定性和安全性的影響都是很大的，甚至是致命的。具體來(lái)講，應(yīng)圍繞構(gòu)造最小截面、保護(hù)層、鋼筋錨固長(zhǎng)度等方面重點(diǎn)抓好以下3個(gè)環(huán)節(jié)。

2.3.1 剪力墻容易產(chǎn)生的主要問(wèn)題

剪力墻容易產(chǎn)生的主要問(wèn)題是小偏心和大偏心。如果剪力墻往往受到了彎矩與軸向拉力的作用，如果軸向拉力過(guò)大，全截面受拉，則屬于小偏心受拉；如果是偏心矩，則屬于大偏心受拉。小偏心受拉條件下，將主要由墻肢腹部豎向分布鋼筋和端部鋼筋承擔(dān)所有拉力，這是因?yàn)榇藭r(shí)的整個(gè)截面處在拉應(yīng)力狀態(tài)下，由于抗拉能力比較差導(dǎo)致混凝土裂開(kāi)貫通整個(gè)截面。大偏心受拉條件下，除小部分受拉，大部分將處于受壓狀態(tài)。

2.3.2 剪力墻斜截面受剪破壞的主要形態(tài)

在小偏心受拉和大偏心受拉的情況下，剪力墻的斜截面將不同程度地遭受破壞。這些破壞的程度往往各不相同，破壞程度的決定因素主要是受拉與受壓之間的比例狀況。一般而言，按照遭受破壞的難易程度排列，最容易造成破壞的是剪拉，斜壓次之，剪壓最后。相對(duì)應(yīng)的，就可以把剪力墻斜截面遭受破壞的主要形態(tài)概括為剪拉破壞、剪壓破壞和斜壓破壞3種。

2.3.3 規(guī)避剪力墻造成破壞的主要方法

在剪力墻構(gòu)造的具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)針對(duì)不同的斜截面受拉與受壓情況，制定針對(duì)性強(qiáng)的構(gòu)造措施方式，最大限度地減少或規(guī)避剪壓、剪拉、斜壓現(xiàn)象，以避免對(duì)剪力墻造成破壞。一方面，要精確計(jì)算剪力墻斜截面剪壓比，以規(guī)避斜壓破壞。這主要是通過(guò)適當(dāng)?shù)叵拗萍袅π苯孛娴募魤罕葋?lái)實(shí)現(xiàn)；另一方面，要精細(xì)計(jì)算剪力墻斜截面承載力，以規(guī)避剪壓破壞。要防止剪壓破壞的關(guān)鍵在于將能夠承載斜截面的最大值計(jì)算出來(lái)，進(jìn)而確定最為恰當(dāng)?shù)某休d力。

通過(guò)以上3種措施，剪力墻的抗剪能力就能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)大提升，混凝土與水平鋼筋就能夠較好地承受剪力墻的抗剪任務(wù)，進(jìn)而促進(jìn)建筑工程質(zhì)量與安全的雙提升。

3 結(jié)語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土構(gòu)造是整個(gè)建筑工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，也是技術(shù)含量比較高、設(shè)計(jì)流程比較復(fù)雜的環(huán)節(jié)。構(gòu)造水平如何，將直接影響和關(guān)系整個(gè)建筑工程的質(zhì)量和安全。所以，在具體的構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行，尤其是負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的技術(shù)人員需要具備較高的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)水平和過(guò)硬的職業(yè)道德與責(zé)任，這樣才能確保鋼筋混凝土構(gòu)造達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而為打造精品建筑奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1] 黃光春.工程設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)[J].廣東科技，2011（18）.

[2] 張衛(wèi)娜.淺析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土構(gòu)造的主要方法[J].黑龍江科技信息，2012（18）.

[3] 于志巍.鋼筋混凝土構(gòu)造柱施工質(zhì)量控制[J].民營(yíng)科技，2011（05）.

[4] 秦緒波.淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的鋼筋混凝土構(gòu)造措施[J].中國(guó)科技博覽，2011（02）.