淺析混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅 維

(大連六環(huán)景觀建筑設(shè)計(jì)院有限公司)

淺析混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅 維

(大連六環(huán)景觀建筑設(shè)計(jì)院有限公司)

對(duì)于建筑工程來說，混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量對(duì)于建筑工程有著很大的影響，因此，做好混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，不斷提升建筑工程質(zhì)量。

混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；具體方法

引言

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)因其具有足夠的強(qiáng)度、良好的延性和較強(qiáng)的整體性，目前廣泛用于地震設(shè)防地區(qū)，是最常用的結(jié)構(gòu)形式。在工程設(shè)計(jì)中，如何正確分析研究每一個(gè)工程的特點(diǎn)，選用合理的方案，采用合理的結(jié)構(gòu)形式，以及采用合理的計(jì)算依據(jù)，是每一位工程設(shè)計(jì)人員面臨的首要問題。就施工期的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，定義中規(guī)定的時(shí)間是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件由設(shè)計(jì)方案的圖紙變?yōu)檎鎸?shí)結(jié)構(gòu)的施工期，時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，規(guī)定的條件是指滿足設(shè)計(jì)方案的要求，且能保證安全、可靠的正常施工，規(guī)定的“預(yù)定功能”是指鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工費(fèi)用經(jīng)濟(jì)合理的條件下，能夠保證施工過程的安全、可靠。由于結(jié)構(gòu)可靠度定義在施工期的特殊涵義，根據(jù)結(jié)構(gòu)在使用階段承載能力的極限狀態(tài)也可將施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)區(qū)分為正常施工極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)，正常施工極限狀態(tài)相應(yīng)于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的正常施工要求，承載能力極限狀態(tài)相應(yīng)于施工期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性要求。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

1.1 關(guān)于柱的設(shè)計(jì)

1.1 .1 框架柱的截面設(shè)計(jì)

在多層或高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,柱的截面尺寸從下到上逐漸縮小,以節(jié)約投資,使設(shè)計(jì)更合理。柱截面尺寸減小的間隔層數(shù)為 3～5 層,如果間隔太密,會(huì)造成模板浪費(fèi)、施工不便;太疏又起不到節(jié)約投資、降低造價(jià)的目的。每次每側(cè)減小的尺寸以 100～150 為宜,如減得太多,有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向剛度突變。另外,柱的最小截面尺寸應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50010-2002》第 l1.4.11 條的規(guī)定:矩形柱的寬度和高度均不宜小于 300mm;圓柱的截面直徑不宜小于 350mm。

1.1 .2 框架柱的箍筋肢距

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB500l0-2002》第 l1.4.15 條規(guī)定“柱箍筋加密區(qū)內(nèi)的箍筋肢距:一級(jí)抗震等級(jí)不宜大于 200mm;二、三級(jí)抗震等級(jí)不宜大于250mm 和 20 倍箍筋直徑中的較大值;四級(jí)抗震等級(jí)不宜大于 300mm”。此處的“箍筋肢距”的定義,規(guī)范沒有明確的說明。按一般的理解,箍筋肢距應(yīng)為每肢箍筋的水平距離。因此不少設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)將箍筋肢距一律按均勻分布且不大于200mm(以一級(jí)抗震等級(jí)為例),如圖(a)所示。這樣將使混凝土的澆搗發(fā)生困難。因?yàn)榛炷猎跐矒v時(shí),是不允許從高處直接墜落的,必須使用導(dǎo)管,將混凝土引導(dǎo)到根部,然后逐漸向上澆灌。如果箍筋肢距過小,將無法使用導(dǎo)管。

1.2 關(guān)于梁的設(shè)計(jì)

1.2 .1 框架梁的負(fù)筋只需按計(jì)算配夠,不必增加配筋量在框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算中,由于地震作用、風(fēng)荷載等水平力的作用,往往使得框架梁的粱端負(fù)彎矩遠(yuǎn)大過跨中正彎矩。為了避免框架梁負(fù)筋過多過密,我們往往都將框架梁的負(fù)彎矩乘以一個(gè) 0.85 左右的調(diào)幅系數(shù)進(jìn)行調(diào)幅,使梁端負(fù)彎矩減少,并相應(yīng)增加跨中正彎矩,使梁的上下配筋均勻一些。如果在框架計(jì)算是作了負(fù)彎矩調(diào)幅,而配筋時(shí)又將負(fù)筋放大,就是沒有道理而且是自相矛盾的。

1.2 .2 梁側(cè)縱向鋼筋的配置

梁側(cè)縱向鋼筋包括梁側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋和梁側(cè)抗扭縱筋。新混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定梁腹板高度 hw ≥ 450mm 梁側(cè)應(yīng)沿高度配縱向構(gòu)造鋼筋,且間距不大于200mm。梁側(cè)縱向構(gòu)造鋼筋對(duì)防止梁側(cè)面的開裂具有非常重要的作用。梁側(cè)縱向鋼筋的直徑不應(yīng)太大,一般以Ф 12～Ф 16 為宜。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,常常見到梁側(cè)抗扭縱筋很大的情況,這是由于電算結(jié)果顯示抗扭縱筋的面積較大。對(duì)這種情況應(yīng)在計(jì)算和設(shè)計(jì)上做一些調(diào)整:

(1)由于目前電算程序在結(jié)構(gòu)構(gòu)件分析時(shí)，尚不能考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)梁扭轉(zhuǎn)的影響,而是由程序給出一個(gè)梁扭矩折減系數(shù),合理選用梁扭矩折減系數(shù)對(duì)控制梁的扭矩是很重要的,一般情況可取 0.4～0.6。(2)對(duì)跨度較大的次梁支承于主梁上時(shí),次梁的支承端會(huì)對(duì)主梁產(chǎn)生較大的扭矩,這時(shí)可在電算程序中指定該次梁的端支座為絞接。這種方法對(duì)解決梁在受剪扭情況下的超筋超限是非常有效的。

1.3 非加密區(qū)的箍筋的配筋率

抗震設(shè)計(jì)時(shí)框架梁的非加密區(qū)的箍筋的配筋率應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002》第 11.3.9 條的規(guī)定:ρ sv≥ 0.26ft/fyv。

2、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的其他問題分析

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震問題分析

地震力在兩類構(gòu)件之間分配，應(yīng)考慮不同時(shí)段兩類構(gòu)件抗推剛度相對(duì)比值的變化。鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)中現(xiàn)在采用的主要結(jié)構(gòu)體系為鋼框架一混凝土剪力墻(內(nèi)筒)體系，其中鋼筋混凝土內(nèi)筒為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，鋼框架主要承擔(dān)重力荷載，承擔(dān)較小的水平剪力。在水平地震作用下，有工程經(jīng)驗(yàn)表明，由于鋼框架的抗推剛度遠(yuǎn)小于混凝上內(nèi)筒，鋼框架承擔(dān)的水平剪力除頂部幾層可為樓層剪力的15%～20%，中部及下部約為相應(yīng)樓層剪力的10%～15%，有的工程甚至僅有5%左右。在往復(fù)地震動(dòng)的持續(xù)作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時(shí)，墻體產(chǎn)生裂縫后，內(nèi)筒的抗推剛度大幅度降低，剛度退化將加大鋼框架的剪力。鋼框架由于彈性極限變形角為1/400以上，遠(yuǎn)大于約為1/3000的鋼筋混凝土墻體彈性極限變形角。雖然此時(shí)的水平地震作用要小于塑性階段，但鋼框架仍有可能要承擔(dān)比彈性階段大得多的水平地震剪力和傾覆力矩。因此，為符合結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求，需要調(diào)整鋼框架部分的承擔(dān)的水平剪力，規(guī)程抗震要求鋼框架一混凝土結(jié)構(gòu)各層框架柱所承擔(dān)的地震剪力不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的 25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的較小值，以提高鋼框架的承載力，并采取措施提高混凝土內(nèi)筒的延性。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程要確定適宜的層間位移限 值

我國有關(guān)混合結(jié)構(gòu)的規(guī)程正在修編，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)程沒有列出對(duì)鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定，但對(duì)以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主要抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，高層建筑混凝土規(guī)程，則提出其側(cè)移限值的要求，規(guī)定為等同于相當(dāng)高度的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)體系的要求。確定適宜的層間側(cè)移和頂點(diǎn)側(cè)移限值是該結(jié)構(gòu)體系規(guī)程的重要內(nèi)容之一。

“高鋼規(guī)程”沒有列出對(duì)鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定，但對(duì)有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)，規(guī)定應(yīng)符合《鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》JGJ3-91的要求?，F(xiàn)行的“混凝土高規(guī)”規(guī)定的層間位移限值，對(duì)于鋼一混凝土結(jié)構(gòu)常不易符合要求。修編中的“混凝土高規(guī)”(第二稿)，將包含對(duì)鋼一混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的內(nèi)容；關(guān)于鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的層間位移限值，將規(guī)定為等同于相當(dāng)?shù)匿摻罨炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)體系的要求。此外，修編中的“混凝土高規(guī)”，關(guān)于層間位移限值將對(duì)現(xiàn)行“混凝土高規(guī)”JGJ3-91有所放松，并以此確定適宜的限值。

結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)于建筑工程質(zhì)量有著關(guān)鍵的影響，新時(shí)期，對(duì)于建筑工程的質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，因此，做好混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過不斷的發(fā)展研究，提高建筑工程質(zhì)量。

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[2]焦博,楊永超. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)概念應(yīng)用問題[J]. China’s Foreign Trade. 2011(02)

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1007–6344（2015）01–0019–01