建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的思考

趙新勇

【摘要】本文首先介紹了高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，然后就其在建筑主體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。高層建筑在建設(shè)中，多采用鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)形式，要確保建筑的質(zhì)量，就必須切實(shí)做好混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

【關(guān)鍵詞】高層建筑； 混凝土； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

隨著城市化建設(shè)的大步發(fā)展，高層建筑在城市建設(shè)中的比例進(jìn)一步加大。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作，對(duì)于建筑的設(shè)計(jì)有著非常重要的作用和意義。在每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，都應(yīng)該進(jìn)行認(rèn)真的分析和計(jì)算，并且要不斷地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果。

二、混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)

對(duì)于高層建筑的結(jié)構(gòu)而言，實(shí)際上它是豎向懸臂結(jié)構(gòu)的一種，其垂直荷載可使該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的軸向力。同時(shí)，它與建筑結(jié)構(gòu)自身的軸力和結(jié)構(gòu)高度成線性關(guān)系。就建筑結(jié)構(gòu)受力特性而言，垂直方向上的荷載一般不發(fā)生任何的變化，只是隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷增高，可能會(huì)引起一定的量變化。實(shí)踐中，若建筑荷載呈均勻分布狀態(tài)，則建筑高度與彎矩之間就會(huì)形成二次方變化關(guān)系。就建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移特性而言，豎向上的荷載所產(chǎn)生的側(cè)移量一般都比較小。水平荷載若均勻分布，則側(cè)移與建筑結(jié)構(gòu)的高度就會(huì)形成四次方變化關(guān)系。由此可見(jiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)中的水平荷載問(wèn)題要比較垂直荷載問(wèn)題的影響程度要大很多。同時(shí)，水平荷載主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素，會(huì)令建筑結(jié)構(gòu)在抵抗水平荷載過(guò)程中產(chǎn)生一定的剪力、彎矩或者拉應(yīng)力。因此，實(shí)踐中應(yīng)確保其具有較大抗壓強(qiáng)度，而且要求其結(jié)構(gòu)保持一定的剛度。從而使之能夠隨著建筑高度的增加，將側(cè)向變形控制在允許的范圍之內(nèi)。

三、混凝土設(shè)計(jì)原則

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，必須要遵循一定的設(shè)計(jì)原則，這也是保證混凝土設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。首先，混凝土設(shè)計(jì)必須要遵循安全性的原則，即所有的施工設(shè)計(jì)方案都要以安全為前提，包括施工中的人員安全與混凝土結(jié)構(gòu)的安全以及在使用中建筑的整體安全；其次，適用性也是混凝土設(shè)計(jì)的主要原則之一，混凝土的設(shè)計(jì)必須要滿足建筑功能的需求，且能夠保證建筑在使用壽命范圍內(nèi)都能夠具備良好的性能。第三，混凝土設(shè)計(jì)需要以建筑保持足夠的耐久性為原則，不可使建筑因設(shè)計(jì)的缺陷而影響到建筑的使用壽命。第四，混凝土設(shè)計(jì)要具備一定的結(jié)構(gòu)可靠性，一般來(lái)講，建筑主體結(jié)構(gòu)在達(dá)到使用預(yù)計(jì)年限后，并不是就不能再使用，其性能在檢測(cè)后若達(dá)到技術(shù)指標(biāo)則仍可以繼續(xù)使用，這就要求建筑設(shè)計(jì)要以結(jié)構(gòu)可靠性為原則，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證混凝土建筑結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。

四、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的應(yīng)用

1、剪力墻設(shè)計(jì)

墻體是建筑物的主要承重構(gòu)造，墻體的穩(wěn)固性也是決定建筑物穩(wěn)固性的主要因素，而墻體有承重墻、剪力墻等不同的類(lèi)型，就剪力墻而言，首先要通過(guò)調(diào)整長(zhǎng)寬比，提升剪力墻的抗震性；剪力墻施工操作時(shí)，需要接觸到一個(gè)建筑學(xué)上的概念——弱連梁指的是在地震作用下，各層連梁的總約束彎矩不大于該墻段總地震彎矩的20%；連梁不能太強(qiáng)，以免水平地震作用下某個(gè)墻肢出現(xiàn)全截面受拉，這是比較危險(xiǎn)的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，對(duì)連梁的剛度都要進(jìn)行折減，這是因?yàn)榧袅Φ膭偠纫话愣己艽?，在水平力作用下，剪力墻中的連梁會(huì)因?yàn)楹艽蟮膬?nèi)力而超過(guò)截面允許值，可靠的辦法是讓這些連梁先屈服，要使連梁能形成塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞，連梁首先就必須滿足強(qiáng)剪弱彎的要求，對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減實(shí)際上就是降低其抗彎能力。

2、地下室外墻設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于地下室外墻其所承受的主要荷載主要是地面活載、結(jié)構(gòu)自重、側(cè)向土壓力等。地下室外墻受力與平面布置及上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型有很大關(guān)聯(lián)。基礎(chǔ)剛度通常較墻體剛度都較大，因此墻下端都可以看成是固定端。實(shí)際考慮邊界條件并非明確，為了安全，可對(duì)同一邊界采用兩種不同假設(shè)，如按端部固定計(jì)算墻端彎矩，按端部鉸接計(jì)算墻跨中彎矩。一般來(lái)講，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為框架時(shí)，地下室外墻的墻厚和配筋要大些；當(dāng)上部結(jié)構(gòu)為剪力墻時(shí)，由于正壓應(yīng)力的存在，墻體厚度和配筋相對(duì)要小些。計(jì)算表明，外墻壁配筋滿足裂縫寬度要求后，一般能同時(shí)滿足承載力計(jì)算和構(gòu)造要求；而當(dāng)外墻配筋滿足承載力計(jì)算時(shí)，卻不一定滿足最大裂縫寬度允許值要求。

五、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量管理的措施

1、凝土的養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)工作對(duì)保障混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全有著不可忽視的作用，必須得到重視。而在大體積混凝土的具體施工過(guò)程中，很多施工人員恰巧會(huì)忽略對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，只注重對(duì)混凝土的澆筑施工，致使大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，從而給建筑結(jié)構(gòu)的日后使用埋下安全隱患。并且如果沒(méi)有及時(shí)處理裂縫問(wèn)題，使裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，就會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的使用性能和安全性能造成惡劣影響。因此結(jié)束大體積混凝土的澆筑工作后，必須及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。施工季節(jié)不同，養(yǎng)護(hù)手段也不盡相同。夏季施工時(shí)，由于溫度較高，因此應(yīng)該通過(guò)灑水濕潤(rùn)來(lái)養(yǎng)護(hù)混凝土；冬季施工時(shí)，由于溫度很低，可通過(guò)保溫保濕措施來(lái)養(yǎng)護(hù)混凝土，另外，當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)應(yīng)暫停大體積混凝土的澆筑工作，待溫度達(dá)到5℃之后，再繼續(xù)進(jìn)行澆筑工作。在對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注混凝土的內(nèi)外溫差情況，可通過(guò)循環(huán)水流量及進(jìn)口的水溫的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)內(nèi)外溫差進(jìn)行控制，將其控制在5℃范圍內(nèi)。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)在十四天以上，如情況特殊，則應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況將養(yǎng)護(hù)時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)。

2、限制建筑材料，加強(qiáng)檢質(zhì)量檢測(cè)

一般來(lái)說(shuō)，由于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)需要承受非常大的承載壓力。那么，設(shè)計(jì)人員就需要對(duì)其地下室等部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體的規(guī)劃設(shè)計(jì)，尤其是要對(duì)建筑材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量把關(guān)，以此來(lái)提高高層建筑物的穩(wěn)定性。在實(shí)際的地下室工程施工中，混凝土是一種比較常見(jiàn)的建筑材料，其質(zhì)量的好壞將會(huì)直接影響到整個(gè)地下室工程的施工質(zhì)量。因此，施工單位應(yīng)該盡可能選擇強(qiáng)度較高的混凝土，并加強(qiáng)做好混凝土的日常養(yǎng)護(hù)管理工作，對(duì)水泥用量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，堅(jiān)決不允許采用質(zhì)量粗劣的水泥。與此同時(shí)，施工單位還需要結(jié)合實(shí)際的施工情況，在混凝土的配置過(guò)程中，適當(dāng)?shù)募尤胍欢縿┑姆勖夯?，這樣做的主要原因是為了防止混凝土水化熱反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題。

3、認(rèn)真做好混凝土施工質(zhì)量管理

在混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)該講預(yù)埋管設(shè)置在板的中間，并采取捆扎等措施固定預(yù)埋管，在預(yù)埋的過(guò)程中必須計(jì)算好鋼筋撐腳的高度，預(yù)埋的管線必須綁在撐腳，或者用砂漿墊塊進(jìn)行固定。為了保證施工質(zhì)量，混凝土澆筑以后的空載養(yǎng)護(hù)的時(shí)間要適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)，做好早期收縮裂縫的控制。預(yù)埋管管線之間的間距要在25cm以上，在管線交叉或者管線相對(duì)比較集中的地方要設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，有效的防止應(yīng)力集中當(dāng)中的樓板裂縫的的出現(xiàn)。在樓板的上下部要鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)，要比管區(qū)寬出10cm，在施工過(guò)程中要做好工程竣工之后門(mén)窗洞口風(fēng)速的控制，控制好施工結(jié)束以后的環(huán)境溫差與風(fēng)速，避免溫差過(guò)大、水分蒸發(fā)過(guò)快等因素導(dǎo)致的混凝土收縮裂縫。

4、合理的使用混凝土外摻劑

在施工過(guò)程中，對(duì)商品混凝土的生產(chǎn)級(jí)配材料進(jìn)行替代，合理的使用各種外摻劑，在控制好水灰比的基礎(chǔ)上，減少混凝土的水和水泥的用量。在混凝土的配合比上，可以加入適當(dāng)?shù)木郾├w維，這種材料能夠達(dá)到有效的預(yù)防早期收縮裂縫的作用。同時(shí)，在外摻混凝土膨脹劑的時(shí)候，要詳細(xì)的考察膨脹劑的質(zhì)量，要使用知名品牌的產(chǎn)品，利用優(yōu)質(zhì)的膨脹劑有效的降低混凝土的膨脹率?；炷翝仓┕ね瓿梢院?，要重視混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中可以使用養(yǎng)護(hù)劑，降低混凝土的外部收縮幾率，減少早期干縮導(dǎo)致的裂縫出現(xiàn)。

六、結(jié)束語(yǔ)

高層建筑物混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑物的安全性、合理性以及舒適性息息相關(guān)，這就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，嚴(yán)把其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，不斷強(qiáng)化理論知識(shí)，時(shí)刻保持認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，在工作中不斷學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加的合理科學(xué)。

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