混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)注意的問題分析

李曉音

【摘要】建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保建筑使用質(zhì)量，提高建筑使用壽命的關(guān)健，本文從平面或豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)、抗震設(shè)計中“強剪弱彎、強柱弱梁、下連梁（地框梁）的設(shè)置問題進行了分析。

【關(guān)鍵詞】混凝土；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；分析

引言：建筑施工中混凝土、鋼筋是經(jīng)常用到的施工材料，因為混凝土的強度和剛度具有很大的優(yōu)勢，對于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起到很大的作用，但是混凝土很容易受到環(huán)境以及溫度等因素變化的影響而產(chǎn)生裂縫，為了進一步提高混凝土在建筑工程中優(yōu)勢，就要對混凝土結(jié)構(gòu)不斷進行優(yōu)化設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性以及耐久性。

1.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)裂縫的類型

1.1塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫產(chǎn)生的原因主要是指混凝土骨料在沉降的過程中，受到了鋼筋或者是模板等方面的阻礙產(chǎn)生的，這種裂縫主要是在混凝土在澆注后的。0.5到3個小時之間比較容易產(chǎn)生，而對混凝土來說，還處于塑性狀態(tài)，當(dāng)混凝土的表面消失水光時就會產(chǎn)生，不僅沿著梁上面的鋼筋出現(xiàn)走向的現(xiàn)象，還會沿著板上面的鋼筋出現(xiàn)其現(xiàn)象，主要就是混凝土出現(xiàn)的塌落是比較大以及過高的沉陷導(dǎo)致的。同時在進行施工的過程中，如果沒有把模板綁扎好，在移動的過程中，就會出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

1.2溫度應(yīng)力裂縫

產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫的主要原因就是在對混凝土進行澆筑以后，聚集在內(nèi)部的水泥，不僅水化比較熱，還不容易散發(fā)，這樣就會在一定的程度上導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部溫度在不斷的升高，混凝土表面具有比較快的散熱，這樣就會比較容易的造成內(nèi)外溫差，這樣就會導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部具有比較大的壓力應(yīng)，表面也會產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。如果混凝土的表面附近有著比較大的溫度梯度，這樣就會比較容易的產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這樣就會導(dǎo)致混凝土的齡期比較短，抗壓的強度也是比較低的。如果溫差在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，對混凝土極限抗拉強度超過的話，就會導(dǎo)致混凝土的表面產(chǎn)生裂縫。

1.3塑性沉降裂縫

該裂縫產(chǎn)生的主要原因就是在對混凝土進行澆筑之后，在塑性狀態(tài)中，就會產(chǎn)生水分蒸發(fā)比較快的現(xiàn)象，這樣的裂縫在一般的情況下，主要是在表面出現(xiàn)，產(chǎn)生的原因就是混凝土在澆筑后的三到四個小時的時間，其混凝土的表面沒有得到覆蓋，尤其是針對平板結(jié)構(gòu)，在大風(fēng)天或者是比較炎熱的夏天，混凝土表面水分的蒸發(fā)相對來說是比較快的，特別是模板吸水比較快，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生急劇收縮的主要原因就是混凝土本身的水化熱高導(dǎo)致的，所以此時的混凝土強度將會趨近于零，對這種變形的應(yīng)力無法進行抵抗，才會導(dǎo)致裂開的。

2.平面或豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)

2.1平面或是豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)因為其結(jié)構(gòu)的特殊性，需要的工作量大，計算的難度很高，雖然計算手段增多，但是結(jié)果的準(zhǔn)確性還是不能準(zhǔn)確，使得結(jié)構(gòu)的安全使用無法保證。因此，在進行建筑設(shè)計的時候，盡量避免出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容，特別是嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。

2.2在建筑中的防震縫設(shè)置，對于一些體型復(fù)雜、平面或是立面不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)有效的避免碰撞。不過在高層建筑或是超高層建筑中不設(shè)置防震縫，而是通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)本身來提高結(jié)構(gòu)的使用。有些建筑結(jié)構(gòu)使用的防震縫，可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)寬高比超過限制范圍，對于超長建筑來說，防震縫的設(shè)置可以兼做溫度縫，對于建筑的整體性能是一種很好的提升。

2.3主軸兩個方向的結(jié)構(gòu)在動力特性方面應(yīng)該保持一致，設(shè)計人員在進行設(shè)計的時候，一定要注意，建筑平面的長寬應(yīng)該適宜，不應(yīng)過大或是過??；剪力墻布置柱截面bh的擺向以及樓層結(jié)構(gòu)布置在長方形的平面內(nèi)，如果要提高建筑結(jié)構(gòu)的強度，結(jié)構(gòu)不應(yīng)該豎向或是長方向進行剛度設(shè)計，這樣做會造成主軸間的動力特性會擴大，不利于抗震，正確的做法是結(jié)構(gòu)橫向也就是短向進行剛度設(shè)計，保持主軸的動力特性。

3.抗晨設(shè)計中“強剪弱彎、強柱弱梁”

3.1剛柱柔梁，一般可以理解為大截面和配筋，但這只是片面的意識，如果一味的增大截面或是增多配筋，反而會造成框架結(jié)構(gòu)抗震性能減弱，對于建筑結(jié)構(gòu)的安全使用留下隱患。遇到中震時，結(jié)構(gòu)中的一些部件開始屈服并且出現(xiàn)塑性鉸，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遭到破壞、塑性變形增大，當(dāng)塑性鉸的數(shù)量增加到一定程度時候，結(jié)構(gòu)承受力趨于穩(wěn)定，不再增加或是降低，但是結(jié)構(gòu)變形迅速增加，結(jié)構(gòu)遭到損壞，失去使用功能.為了提高結(jié)構(gòu)承載力與塑性變形能力的增加，“強剪弱彎、強柱弱梁”是很好的遵循原則，這樣的原則遵循的是耗能結(jié)構(gòu)部位的延性設(shè)計，保證受壓區(qū)域高度、最小配筋率、梁的上下部縱筋比列、梁端箍筋配置通過合理的控制，提高梁端塑性鉸區(qū)轉(zhuǎn)動能力足夠承受荷載力。

3.2通過各種內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，來保證“強剪弱彎、強柱弱梁”，合理配置梁端結(jié)構(gòu)的比例關(guān)系，在遇到地震的時候，梁端塑性可以早出現(xiàn)，柱端的塑性較晚出現(xiàn)，通過對塑性出現(xiàn)時間的掌握，改善結(jié)構(gòu)承載力，提高結(jié)構(gòu)在強震下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性，保護了人身安全。

4.地下連梁（地框梁）的設(shè)置問題

一般來說在基礎(chǔ)埋深比較大的時候，會設(shè)置底層層墻，減小結(jié)構(gòu)高度。在進行設(shè)計的時候，為了更加簡單快速計算出結(jié)果，通常會在結(jié)構(gòu)計算的模型中增設(shè)一層框架設(shè)計，這樣的設(shè)計下就會出現(xiàn)短柱。對于短柱的出現(xiàn)，有以下幾種處理方法：

4.1短柱一旦形成，其強度配筋一定要嚴(yán)格按照抗震計算規(guī)范進行。同時，還要建立兩個計算模型：一是有地框梁模型，二是無地框梁模型。有地框梁模型考慮地下土體實際的約束作用，模型中的二層柱之計算長度系數(shù)應(yīng)為一點二五到一點零之間；無地框梁層只計算一次，實際建筑一層柱配筋取二者包絡(luò)值，并短柱箍筋全高加密，建筑一層以上樓層梁、柱配筋取有地框梁模型實配。

4.2地下連梁下移至基礎(chǔ)頂面，此時是基礎(chǔ)設(shè)計中常見的基礎(chǔ)拉梁，作用是平衡柱底彎矩。承受墻體自重，僅為了計算出圖的方便而仍按多一層的框架模型考慮。此時應(yīng)改變計算模型中的二層柱計算長度系數(shù)，由一點二五改為一點零左右，基礎(chǔ)連梁考慮彎矩和軸向拉力后一般構(gòu)造配筋；不必理會軟件提示的底層柱抗剪不足問題。

4.3根據(jù)相關(guān)的文件規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，高頸現(xiàn)澆基礎(chǔ)由高杯口基礎(chǔ)制作而成，高頸至地下連梁頂處的剛度，剛度是非線性剛度，要大于柱的四倍以上，按照正常的模型計算要符合地基規(guī)范復(fù)核高頸配筋。

4.4上部結(jié)構(gòu)的嵌固端是地下室頂板作為結(jié)構(gòu)一部分的時候，對于樓層、樓板、硅、板都有具體的要求，要求樓板的厚度符合、鹼強度要夠、板的配筋率要達標(biāo)、樓層層面剛度要強，而且地下室的層數(shù)要大于兩層。

4.5在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，最重要的一個構(gòu)件就是角柱。角柱在受力方面很復(fù)雜，因此，在角柱受彎、受剪配筋上面一定要加強，以保證結(jié)構(gòu)的強度。

結(jié)語：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑設(shè)計中非常重要，混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、耐久性設(shè)計一直是設(shè)計以及建筑工程單位重視的環(huán)節(jié)，作為設(shè)計人員，一定要對結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計以及構(gòu)造設(shè)計有深刻的認(rèn)識，對于設(shè)計中存在的問題要完善解決，因為隨著高層建筑等建筑形式多元化的發(fā)展，對于建筑質(zhì)量要求不斷提升，建筑難度也隨之增加，因此，做好建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及質(zhì)量控制，是每一個設(shè)計者要不斷研究探索的命題。

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