大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

徐炘

摘 要：在建筑結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展中，大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中得到了迅速的應(yīng)用。大跨度建筑在我國的發(fā)展速度相當(dāng)快，在建筑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要科學(xué)合理的精度計(jì)算。不僅要考慮建筑結(jié)構(gòu)的外觀美，還要考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性和建筑設(shè)施的安全性。

關(guān)鍵詞：大跨度 鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、大跨度的概念

建筑設(shè)計(jì)中的大跨度概念是指空間跨度超過30米的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。只有符合這一條件的建筑結(jié)構(gòu)才能稱為大跨度空間結(jié)構(gòu)。大跨度空間結(jié)構(gòu)主要是為了滿足建筑大空間的需要。此外，與普通建筑結(jié)構(gòu)相比，大跨度空間結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)輕、造型大方、受力設(shè)計(jì)更科學(xué)、建筑使用壽命長、鋼材用量低等優(yōu)點(diǎn)。在材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，大跨空間結(jié)構(gòu)更加靈活，在實(shí)體施工時(shí)可以靈活配置。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大跨空間結(jié)構(gòu)模式的選擇應(yīng)基于具體的建筑功能、環(huán)境結(jié)構(gòu)布局等科學(xué)設(shè)計(jì)。大跨度空間結(jié)構(gòu)通常用于車站、體育館等公共建筑中。

二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)優(yōu)勢

1、充分發(fā)揮鋼筋混凝土的特征

根據(jù)相關(guān)研究，混凝土結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是抗壓剛度強(qiáng)，抗壓強(qiáng)度可達(dá)30MPA以上。但對于建筑施工而言，目前的抗壓強(qiáng)度仍不能滿足要求，建筑工程的穩(wěn)定性和質(zhì)量仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。和鋼具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度為建筑仍有差異，所以兩個(gè)單體的抗拉和抗壓強(qiáng)度按照一定的比例，不僅可以互補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，可以極大地增強(qiáng)鋼筋混凝土抗拉、抗壓強(qiáng)度和滿足建筑施工技術(shù)的基本需求。

2、結(jié)構(gòu)整體性較強(qiáng)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)按照一定的比例將鋼筋和混凝土配合在一定，不僅提高混凝土抗壓強(qiáng)度，還增加了鋼筋的抗拉強(qiáng)度，優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)的方式，從整體結(jié)構(gòu)上大大提供了其穩(wěn)定性，另外還能提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防爆能力和抗震能力，這種唯一的特征不是某個(gè)單體鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)制裝配式材料所能達(dá)到的效果。

3、制作方便快捷

所謂的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，將鋼筋和混凝土按照一定的比例進(jìn)行配制，但是并不只有這兩種材料，還有一些其它輔助材料，比如外加劑、摻和材料、水、石子和砂子等。在建筑行業(yè)中，這些材料比較普遍，其都具有資金獨(dú)特的特征和性能，并在建筑領(lǐng)域中發(fā)揮巨大作用，鋼筋混凝土的原材料比較豐富，且價(jià)格成本低，在制作過程中也比較方便快捷，依靠攪拌機(jī)就能制作出混凝土，且還不會(huì)影響到周圍的環(huán)境，滿足國家綠色環(huán)保的發(fā)展需求。

三、大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、大跨度空間結(jié)構(gòu)計(jì)算

大跨度空間結(jié)構(gòu)計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，以確保模型組件與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)之間連接的一致性。確保模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，并為大跨度空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)。同時(shí)，將多向地震效應(yīng)引入模型，確保上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同性，并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況與抗震需求，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行受力計(jì)算。同時(shí)，在確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿足工程要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能簡化下部結(jié)構(gòu)。此外，在分析和計(jì)算結(jié)構(gòu)的總應(yīng)力時(shí)，有必要考慮在實(shí)際施工過程中可能發(fā)生的特殊應(yīng)力。設(shè)置特殊組件的應(yīng)力變化范圍，以確保組件上的負(fù)載不超過設(shè)定范圍的最大值。避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形甚至是斷裂現(xiàn)象。在計(jì)算大跨度空間結(jié)構(gòu)模型時(shí)，選擇計(jì)算精度較高的計(jì)算方法，比如多向地震反應(yīng)譜法，時(shí)程分析法和多向隨機(jī)振動(dòng)分析法等等。

2、大跨度空間結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)布置是影響大跨度空間結(jié)構(gòu)應(yīng)力和穩(wěn)定性的主要因素，可以確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布的平衡，是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。分析結(jié)構(gòu)受力的傳遞路徑，并優(yōu)先考慮空間力傳遞系統(tǒng)，將建筑結(jié)構(gòu)的中心軸作為參照，盡量將建筑構(gòu)件進(jìn)行對稱分布。

3、大跨度空間結(jié)構(gòu)防震縫設(shè)計(jì)

在大跨度空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中必須考慮防震縫設(shè)計(jì)，使其能夠在提高建筑物的抗震性能方面發(fā)揮重要作用。在大跨度空間結(jié)構(gòu)的防震縫寬度設(shè)置時(shí)，由下支撐結(jié)構(gòu)作為框架形成地震墻來考慮的，并且防震縫寬度應(yīng)該≧150mm。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)往往不能滿足大跨度空間結(jié)構(gòu)的抗震要求，因此一般要求在結(jié)構(gòu)在抗震等級(jí)的要求范圍之內(nèi)，將結(jié)構(gòu)的側(cè)向極限位移作為參照，設(shè)置合理的防震縫的寬度。如果建筑結(jié)構(gòu)相對規(guī)則，多遇地震下的最大相對變形值可乘以不小于3的放大系數(shù)，兩者的乘積作為最小抗震縫寬度。

4、預(yù)應(yīng)力筋的合理布置

在中國，常用的預(yù)應(yīng)力鋼筋是熱處理鋼筋，消除應(yīng)力的鋼絲和鋼絞線。如何布置鋼筋是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，具有一定的難度。一般情況下支座與跨中的正負(fù)彎矩以拋物線的形式互相交替出現(xiàn)，因此，鋼筋的布置也應(yīng)根據(jù)交替規(guī)則進(jìn)行布置。在無梁大板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，框架之間柱上板帶的中跨部分通常屬于其正矩區(qū)域，如果預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋布置在這個(gè)位置，那么負(fù)彎矩將集中在柱的附近，不利于板的受力，為了改善這種情況，預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置應(yīng)該遵循跨中區(qū)域不彎曲，柱附近的負(fù)彎矩區(qū)域彎起的原則。另一方面，在設(shè)計(jì)過程中，四段拋物線的形式不適合在邊跨板中預(yù)應(yīng)力鋼筋的布筋。這種方法會(huì)使邊跨附近受到過大的壓力，使邊跨附近板的抗裂性達(dá)不到規(guī)范要求。因而，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)根據(jù)其受力特性以兩級(jí)拋物線或三段拋物線的形式進(jìn)行布置。

5、樓板開洞處理

大跨度板將不可避免地出現(xiàn)開洞的情況，對于洞口小于1米的情況，應(yīng)該在洞口設(shè)置附加鋼筋，增加承載力，但是對于孔洞大于1m的，必須要進(jìn)行受力的計(jì)算，并且洞口集中應(yīng)力會(huì)對短跨邊長1.5倍長度范圍內(nèi)造成影響。在板的加固計(jì)算中，先按照無孔洞計(jì)算，然后將洞口處的集中應(yīng)力按照1.5L（L是洞口長度）寬的板帶進(jìn)行驗(yàn)算。如果洞口離支座較近，則應(yīng)該增加支座的鋼筋配置。為了提高結(jié)構(gòu)的安全性，如果洞口較大，則可以在洞口邊緣設(shè)置上反小梁，提高洞口周邊的強(qiáng)度，還可以使鋼筋垂直洞口，增長錨固長度。因?yàn)榇罂缍劝蹇梢杂行У胤乐乖谑褂眠^程中主梁和次梁的搭接，這將更有利于用戶房間的布局，同時(shí)在此過程中可以表現(xiàn)出良好的性能，因而得到了廣泛的使用。

結(jié)束語

隨著人們對建筑功能的要求不斷提高，大跨度結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用逐漸廣泛。這種結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用有效地改善了一些樓層相對復(fù)雜的房間分割問題。有效減少了有墻就得設(shè)梁的情況，使整個(gè)結(jié)構(gòu)在受力傳遞方面更加完善。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)形式也為建筑的施工帶了了很大的便利，也給住戶預(yù)留了更多可以自己布置的空間。

參考文獻(xiàn)

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