建筑物大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)合理，提升施工整體質(zhì)量。本文主要論述了建筑物大體積混凝土的計算方法，總結(jié)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(guān)鍵詞】建筑物；大體積混凝土；結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)計算尤為重要，這關(guān)乎后期的整體施工，所以，提升建筑物大體積混凝土的結(jié)構(gòu)計算水平是當前工作的重點。

1、規(guī)范對少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)定

建筑物混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的自重；另一方面，還應(yīng)滿足強度、抗?jié)B、抗凍和不允許出現(xiàn)裂縫等要求，因此結(jié)構(gòu)的尺寸比較大。若按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，常需配置較多的鋼筋而造成浪費，若按素混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)構(gòu)，有其特殊意義。

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

對少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)定體現(xiàn)在最小配筋率規(guī)定上，《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL/T191-96）有關(guān)最小配筋率的規(guī)定如下：

1.1 鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受力鋼筋最小配筋率

一般鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值。溫度、收縮等因素對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較大時，最小配筋率應(yīng)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(jié)構(gòu)，其最小配筋率可由鋼筋混凝土構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)構(gòu)件，規(guī)范9.5.3規(guī)定：如經(jīng)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(gòu)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)構(gòu)件則可按規(guī)范9.5.3處理。設(shè)計時可根據(jù)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(jié)構(gòu)，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(jīng)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(nèi)。對于處于惡劣環(huán)境的結(jié)構(gòu)，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(gòu)件的受壓鋼筋按計算不需配筋時，則可僅配構(gòu)造鋼筋。

2、混凝土絕熱溫升和水化熱模型

溫度應(yīng)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(nèi)部溫升速度和溫度梯度，進而減小溫度應(yīng)力，對于控制混凝土的開裂是十分必要的?；炷羶?nèi)部溫度場的變化發(fā)展，是混凝土材料的熱學(xué)性能、結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸、周圍環(huán)境等多個因素相互作用的結(jié)果。

溫度場的計算，是基于三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程：

（2）

式中 λ———導(dǎo)熱系數(shù)，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(guān)。測定混凝土的絕熱溫升有兩種方法，一種是用絕熱溫升設(shè)備直接測定，另一種是間接法，根據(jù)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(yīng)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(nèi)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(nèi)部各點的放熱速率是不同的。為了真實模擬內(nèi)部放熱速率，需要考慮溫度的影響。

結(jié)語：

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

參考文獻：

[1]王建，劉愛龍.ABAQUS在大體積混凝土徐變溫度應(yīng)力計算中的應(yīng)用[J].河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，04：532-537.

[2]王新剛，高洪生，聞寶聯(lián).ANSYS計算大體積混凝土溫度場的關(guān)鍵技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，2016，01：41-44.

[3]司政，李守義，陳培培，等.基于ANSYS的大體積混凝土溫度場計算程序開發(fā)[J].長江科學(xué)院院報，2016，09：53-56.

[4]張超，段寅，劉杏紅等.基于并層單元的大體積混凝土水管冷卻溫度場熱-流耦合精細計算[J].工程力學(xué)，2016，12：147-154.

[5]董仲飛，劉曼茹，宣虹，等.高層建筑基礎(chǔ)大體積混凝土底板溫度計算的研究及應(yīng)用[J].混凝土，2016，05：67-71+74.