建筑物大體積混凝土結構計算方法探討

【摘要】在建筑物的施工過程中，一定要把握好大體積混凝土的施工工作，對施工的結構計算進行嚴格把握，才能夠確保建筑物大體積混凝土的施工效果。保證施工更加的科學合理，提升施工整體質量。本文主要論述了建筑物大體積混凝土的計算方法，總結了計算的過程中如何提升計算的水平，保證計算的準確性。

【關鍵詞】建筑物；大體積混凝土；結構計算

建筑物施工的首要環(huán)節(jié)就是制定施工的方案，而在計算的過程中，結構計算尤為重要，這關乎后期的整體施工，所以，提升建筑物大體積混凝土的結構計算水平是當前工作的重點。

1、規(guī)范對少筋混凝土結構的設計規(guī)定

建筑物混凝土結構中有很多為大體積混凝土，其對強度要求往往不是很高。在一般水工建筑物中，如閘墩、閘底板、溢流堰、擋土墻、水電站廠房的擋土墻、尾水管、泵站閘室等，在外力作用下，一方面要滿足抗滑、抗傾覆的穩(wěn)定性要求，結構應有足夠的自重；另一方面，還應滿足強度、抗?jié)B、抗凍和不允許出現裂縫等要求，因此結構的尺寸比較大。若按鋼筋混凝土結構設計，常需配置較多的鋼筋而造成浪費，若按素混凝土結構設計，則又因計算所需截面較大，需使用大量的混凝土。對于這類結構，如在混凝土中配置少量鋼筋，在滿足穩(wěn)定性的要求下，考慮此少量鋼筋對結構強度安全方面所起的作用，就能減少混凝土用量，從而達到經濟和安全的要求。因此，在大體積的水工建筑物中，采用在混凝土中少量配筋結構，有其特殊意義。

弱筋混凝土結構是指配筋率低于普通鋼筋混凝土結構的最小配筋率、介于素混凝土結構和鋼筋混凝土結構之間的一種少量配筋的結構，稱弱筋混凝土結構，也稱為少筋混凝土結構（下同）。這類結構在水利工程設計中是常見的，有時它在某些水工混凝土工程結構中處于制約設計的重要地位。從常理講，只要允許素混凝土結構的存在，必定會有少筋混凝土結構的應用范圍，因為它畢竟是素混凝土和鋼筋混凝土結構之間的中介產物。

對少筋混凝土結構的設計規(guī)定體現在最小配筋率規(guī)定上，《水工混凝土結構設計規(guī)范》（SL/T191-96）有關最小配筋率的規(guī)定如下：

1.1 鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋最小配筋率

一般鋼筋混凝土構件的受力鋼筋的配筋率不應小于規(guī)范中規(guī)定的數值。溫度、收縮等因素對結構產生的影響較大時，最小配筋率應適當增大。

1.2 大尺寸底板和墩墻的縱向受力鋼筋最小配筋率

截面尺寸較大的底板和墩墻一類結構，其最小配筋率可由鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面極限內力值與截面極限承載力之比得出。即：

（1）

1.3 特大截面的最小配筋用量

對于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結構構件，規(guī)范9.5.3規(guī)定：如經論證，其縱向受拉鋼筋可不受最小配筋率的限制，鋼筋截面面積按承載力計算確定，但鋼筋截面面積不得小于2500mm2/m。

規(guī)范對最小配筋率作了3個層次的規(guī)定，即對一般尺寸的梁、柱構件必須遵循規(guī)范表9.5.1的規(guī)定；對于截面厚度較大的板、墻類結構，則可按規(guī)范9.5.2-9.5.2.2計算最小配筋率；對于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結構構件則可按規(guī)范9.5.3處理。設計時可根據具體情況分別對待。

為慎重計，目前僅建議對臥置于地基上的底板的墩墻可采用變化的最小配筋率，對于其他結構，則仍建議采用規(guī)范中的基本最小配筋率計算，以避免因配筋過少，萬一發(fā)生裂縫就無法抑制的情況。

經驗算，按所建議的變化的最小配筋率配筋，其最大裂縫寬度基本上在容許范圍內。對于處于惡劣環(huán)境的結構，為控制裂縫不過寬，宜將受拉鋼筋最小配筋率提高0.05%。大體積構件的受壓鋼筋按計算不需配筋時，則可僅配構造鋼筋。

2、混凝土絕熱溫升和水化熱模型

溫度應力是造成大體積混凝土表面開裂的主要原因之一?？刂拼篌w積混凝土內部溫升速度和溫度梯度，進而減小溫度應力，對于控制混凝土的開裂是十分必要的。混凝土內部溫度場的變化發(fā)展，是混凝土材料的熱學性能、結構的幾何形狀和尺寸、周圍環(huán)境等多個因素相互作用的結果。

溫度場的計算，是基于三維瞬態(tài)熱傳導方程：

（2）

式中 λ———導熱系數，kJ/（m·h·℃）；

c———比熱，kJ/（kg·℃）；

t———時間，h；

ρ———密度，kg/m3；

θ———混凝土的絕熱溫升，kJ/kg。

式（2）中，表示混凝土的絕熱溫升速率?；炷恋慕^熱溫升和水泥的水化熱有關。測定混凝土的絕熱溫升有兩種方法，一種是用絕熱溫升設備直接測定，另一種是間接法，根據水泥最終水化熱和水化過程曲線來計算混凝土的絕熱溫升。相比之下，直接法比較準確，應盡量進行混凝土的絕熱溫升試驗。

2.1混凝土溫升的水化熱模型

混凝土內部各點的水化放熱量不僅依賴于齡期，而且也受到溫度的影響。大體積混凝土中心部位水化快、升溫高、放熱快，而邊緣部位由于散熱的影響，升溫慢，水化速度相對也較慢。因此，在同一齡期，大體積混凝土內部各點的放熱速率是不同的。為了真實模擬內部放熱速率，需要考慮溫度的影響。

結語：

綜上所述，從當前的建筑物大體積混凝土結構計算來看，我們要將計算的重點做好，把握好計算的關鍵環(huán)節(jié)和重點結構，才能夠提升建筑物大體積混凝土的結構計算效果。

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