建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理分析

李洪圳

0 引言

混凝土材料是承受載荷的建筑物（結(jié)構(gòu)）的主要組成部分，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計是以混凝土為主體的工程管理結(jié)構(gòu)。十多年來我國建筑工程項目建設(shè)的快速發(fā)展，以及加入世貿(mào)組織的需求，使混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用與發(fā)展都日趨迅速。尤其是近幾年，隨著新材料、技術(shù)和結(jié)構(gòu)的使用，混凝土結(jié)構(gòu)進行不斷創(chuàng)新、發(fā)展，進入了一個嶄新的階段。

混凝土的性能通常直接關(guān)系到整個建筑的安全和壽命，因此必須特別注意水泥項目的施工質(zhì)量，以確保沒有影響混凝土施工效果的缺陷。在施工管理過程中，必須通過采取有效的技術(shù)發(fā)展措施，確?；炷恋馁|(zhì)量，施工企業(yè)質(zhì)量，設(shè)計工作要求，材料供應(yīng)，建筑物的技術(shù)質(zhì)量以及施工部門的管理。為了確保項目的質(zhì)量，必須按照設(shè)計和施工批準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進行施工，避免常見的質(zhì)量錯誤和遺漏。

經(jīng)過大量的建設(shè)性設(shè)計研究和實踐，人們積累了很多有益的經(jīng)驗。由于計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機及其結(jié)構(gòu)程序已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程，雖然對設(shè)計者來說很方便，但是會引起誤解，從而導(dǎo)致人們認為某些結(jié)構(gòu)易于設(shè)計。設(shè)計者只需遵循規(guī)格，說明，表格，等待建筑師制定一個（非建設(shè)性的）計劃來構(gòu)建發(fā)展空間，使用電子計算機，然后嘗試自己完成工作。設(shè)計者雖然能有效地利用知識、精力和時間，但是在與建筑師的互動中會產(chǎn)生差異和矛盾。對于混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計，難度系數(shù)比較大，在設(shè)計發(fā)展過程中必須將設(shè)計與施工企業(yè)項目的實際生活需求結(jié)合起來，才能將混凝土更有效地應(yīng)用于工程施工過程。然而，由于多種因素的制約，許多中國企業(yè)在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計上遇到了一系列問題，對我國建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。

因此，為了能夠盡快改變這種發(fā)展?fàn)顩r并更好地將混凝土建筑材料應(yīng)用于各個不同行業(yè)，所有混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須首先準(zhǔn)確地理解和掌握混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計的原理，然后嚴(yán)格按照此原理進行教學(xué)設(shè)計。不同的設(shè)計師在設(shè)計過程中會有不同的設(shè)計風(fēng)格和概念，所以會有不同的設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)質(zhì)量。同時，必須盡快認識設(shè)計發(fā)展過程中的問題，然后針對這些問題盡快提出相應(yīng)的解決方案。

1 建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計基礎(chǔ)原則

混凝土結(jié)構(gòu)是支撐建筑物的主要組成部分，就像人體的骨架一樣，因此建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須充分遵守并嚴(yán)格執(zhí)行國家規(guī)定，以確保建筑物的質(zhì)量與安全。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計師而言，從模型簡化、荷載匯總、結(jié)構(gòu)計算到施工圖的整個教學(xué)過程中，要仔細檢查經(jīng)過研究驗證的設(shè)計及所有設(shè)計特征，計算模型與實際項目相同，計算方法相同。計算機應(yīng)正確使用和自行計算，以驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性，并應(yīng)加強規(guī)范研究，概念設(shè)計應(yīng)確保結(jié)構(gòu)符合各種結(jié)構(gòu)措施的要求，使建筑結(jié)構(gòu)能夠承受一切可能的影響，并確保結(jié)構(gòu)具有良好的工作性能和耐久性。

從對過去混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗的評估到現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我國建筑工程技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的時間，在這方面做出重要貢獻的人們給我們留下了很多寶貴的財富。目前，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)框架的使用基于國家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的可行性，并符合技術(shù)的合理性和安全實施政策的要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計師進行設(shè)計時，必須在腦海中思考建筑物的結(jié)構(gòu)，不同的部分以復(fù)雜的方式協(xié)同工作。在使用計算機時，必須掌握每個細節(jié)和每個鏈接。設(shè)計必須非常清晰，這樣就可以擴展設(shè)計思路，以便更好地理解整體設(shè)計，并且不會增加結(jié)構(gòu)阻力。通常，根據(jù)水泥的初始尺寸和含量，計算結(jié)構(gòu)強度，再根據(jù)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)強度，計算地震強度，然后根據(jù)鋼筋計算強度。但是，結(jié)構(gòu)上的限制很高，地震作用增大，地震強度越加強，烈度越高，地震加劇。這樣，當(dāng)與抗震鋼棒結(jié)合使用時，結(jié)構(gòu)的強度增加。相反，增強了抗震效果。這就要求設(shè)計人員根據(jù)計算機計算的結(jié)果，再加上一些自己的手工計算相互補充，才能真正理解設(shè)計的每個數(shù)據(jù)，以便最好地進行設(shè)計。

1.1 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗震設(shè)計

抗震設(shè)防是指建筑物的抗震設(shè)計，同時采取一定的抗震結(jié)構(gòu)的針對性措施，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震的作用和目的。一般來說，地震設(shè)防主要是基于地震設(shè)防強度。地震防御工事強度基于國家授權(quán)或發(fā)布的文件，該文件是地區(qū)地震防御工事的標(biāo)準(zhǔn)。

建筑工程在設(shè)計和施工中的防御目標(biāo)如下：

（1）如果感覺到傳統(tǒng)地震，則可以在沒有設(shè)防，無需維修的建筑物中使用。

（2）如果該地區(qū)之間發(fā)生強烈地震，建筑物，包括經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)組成部分，可能會受到損壞，但機械不會對人類社會生命或產(chǎn)品信息安全構(gòu)成威脅，維修后仍可使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（3）地震大于設(shè)防區(qū)域的，該建筑物將不會倒塌或造成危及生命的傷害。也就是說，在建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，設(shè)計者們可以進行考慮多值強度，基本工作強度和稀有強度三個不同層次。

為了更好地將混凝土應(yīng)用于各個行業(yè)，在建造混凝土結(jié)構(gòu)時，首先必須了解和掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的所有原則。地震設(shè)計在所有建設(shè)性設(shè)計原則中都非常重要。抗震設(shè)計工作原理受地質(zhì)環(huán)境條件的影響很大。眾所周知，在建筑工程的施工過程中，混凝土柱需要承受較大的力，特別是在一些高壓條件下，水泥柱很難形成一定的恒定性和延性，可能導(dǎo)致真正的變化。因此，為了能夠更好地避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，在設(shè)計進行結(jié)構(gòu)時，必須遵循“強極和弱極”的設(shè)計策略，使承壓零件具有一定的延展性。此外，在設(shè)計過程中，盡可能合理確定轉(zhuǎn)彎區(qū)域的高度與頂梁與底梁之間的比例，以及通過改變不同內(nèi)部力之間的緊密關(guān)系，來提高混凝土的效率。

1.2 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的抗裂設(shè)計

為了在混凝土工程施工管理過程中確保建筑物的質(zhì)量，要確保企業(yè)所有建筑物都具有一定影響程度的防爆能力，從而有效避免建筑裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的主要原因是結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和流動效率差。因此，裂縫控制是在建設(shè)項目中實施混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效方法。例如，在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，為了改善所有混凝土結(jié)構(gòu)的開裂，必須針對不同的結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的防開裂措施。例如在選擇混凝土原材料時，國家必須選擇一個標(biāo)準(zhǔn)制造商來購買原材料，在采購管理過程中，企業(yè)必須選擇最優(yōu)質(zhì)的混凝土原材料。同時，應(yīng)盡量選用水化熱低的水泥，控制水灰比，并在材料中加入一定的外加劑，防止混凝土結(jié)構(gòu)開裂。此外，在混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，還應(yīng)盡可能增加梁的截面積或樓板的厚度，從而能夠不斷提高混凝土建筑結(jié)構(gòu)的強度。只有增加混凝土的強度等級，才能提高混凝土結(jié)構(gòu)的強度，確?；炷两Y(jié)構(gòu)具有足夠的安全性和耐久性。

1.3 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的平面設(shè)計

在實際施工中，除了抗震設(shè)計和抗裂設(shè)計之外，還必須遵循圖形設(shè)計原則。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對高質(zhì)量的建筑設(shè)計和水泥建筑設(shè)計提出了很高的要求。例如，在設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)的過程中，需要盡可能確保整個系統(tǒng)設(shè)計的完整性、簡潔性和對稱性，以便能夠更好地提供混凝土結(jié)構(gòu)的剛度和承載力，并最終通過提高其結(jié)構(gòu)性能，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性和抗震性。此外，設(shè)計結(jié)構(gòu)時，確保所有結(jié)構(gòu)和高度的對齊也很重要。另外，必須有一種合理的方法來進行傳遞，避免強制傳遞過程將其直接發(fā)送到目的地。最后，需要確保混凝土結(jié)構(gòu)的整體可靠性和可持續(xù)性，使建筑物不會因外力而倒塌，給行業(yè)造成重大的經(jīng)濟損失。處理好結(jié)構(gòu)單元與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力之間的關(guān)系，并嘗試設(shè)置多個地震防御線以增強結(jié)構(gòu)的地震承載力。

1.4 建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

盡管近年來許多中國企業(yè)在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計研究方面取得了長足進步，但許多中國管理公司在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)過程中仍面臨許多問題。比如有些公司的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計管理體系不完善，有些設(shè)計師在設(shè)計過程中不能嚴(yán)格遵循設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。另外，一些設(shè)計師的專業(yè)水平相對較低，對具體設(shè)計的知識不足，甚至有些企業(yè)在設(shè)計混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)時不能嚴(yán)格遵循客戶的需求，隨意更改設(shè)計概念，這對促進我國混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展產(chǎn)生了極大的負面影響。

2 建筑混凝土結(jié)構(gòu)自縮現(xiàn)象的原因分析

混凝土材料的膨脹和收縮是相似的，這是由于水的傳遞，不是因為水從外部蒸發(fā)，而是因為使用水泥使水減少了凝膠孔的液面并產(chǎn)生了我們所說的自干效應(yīng)，從而引起相對濕度和混凝土材料體積的減少。混凝土材料膨脹和收縮的主要來源是自膨脹，水灰比對自膨脹有顯著影響，通常水灰比為0.5，當(dāng)水灰比大于0.5 時，自干效應(yīng)和自伸長與干縮相比可忽略不計。但是當(dāng)水灰比低于0.35 時，混凝土的相對濕度迅速降低。混凝土主體的相對濕度將迅速下降至80%以下，其自身的膨脹和收縮幾乎被均分。自延伸主要發(fā)生在混凝土材料混合后的初始階段。因此，在去除模板之前，混凝土材料的大部分或全部膨脹和收縮都已完成。在大體積混凝土材料中，即使不同水灰比不低，且自延伸值不大，但是當(dāng)溫度不斷變化產(chǎn)生膨脹和收縮功能疊加時，應(yīng)力會增加。測量縮放比例，并將其視為性能指標(biāo)。當(dāng)然，對于許多尺寸不是很大并且水灰含量高的混凝土材料，還應(yīng)考慮水分含量以及由此產(chǎn)生的體積變形，以減少開裂的影響，疊加溫度膨脹和自膨脹的效果。

2.1 水泥質(zhì)量導(dǎo)致的因素

水泥是混凝土的重要組成部分，水泥自縮的原因之一是其質(zhì)量直接影響混凝土的質(zhì)量。通常情況下，不同的水泥在純化過程中具有不同的降解能力。具有高自降解值的水泥包括早強水泥和鋁鹽酸水泥，而具有低自變形值的水泥包括低溫和中溫水泥。在使用過程中，水泥的自動壓縮值會增加。另外，水泥的質(zhì)量及細度也會影響自收縮值。

2.2 額外添加劑導(dǎo)致的因素

高效減水劑的使用可能會增加流體流量，高效減水劑對自動壓縮的影響是顯著的，但是高效減水劑的類型和尺寸的差異對自動壓縮沒有明顯的影響。對于降壓劑，自壓縮值可以降低到50，這主要是由于降低了表面張力和降壓劑的其他因素。不同的膨脹劑對自收縮的影響不同。例如，氧化鈣誘導(dǎo)的膨脹劑對自動壓縮幾乎沒有影響，但是其他早期膨脹劑的膨脹率低。

2.3 礦物質(zhì)摻合料導(dǎo)致的因素

當(dāng)使用混凝土?xí)r，通常將其與背景為400m/kg 或更高的水泥混合，但是對于120D 自變性，礦渣添加量增加所以速率也隨之增加。水泥與漿料的結(jié)合含量為337m/kg，自降解速率為120D，對礦渣含量變化的影響較小。如果將二氧化硅添加到工程水泥中，混凝土的壓縮成本會增加，如果硅灰用量增加，水泥漿的收縮值也會增加。3d 后，粉煤灰增加后，自收縮率要大于輕混凝土。如果水泥中的粉煤灰超過20%，則由于自收縮，濕度會降低。將間苯二酚添加到工程水泥中，當(dāng)含量為10%時，水泥漿的自收縮值達到一個最大值。

3 建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工方案的設(shè)計

3.1 機理設(shè)計

為了選擇基礎(chǔ)材料，可以將混凝土與帶有ZY 膨脹劑的收縮補償混凝土混合。更換皮帶后，混凝土結(jié)構(gòu)可在皮帶固化后繼續(xù)澆筑。參照混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將方形底板分為幾塊；對于后澆鑄區(qū)，可以將底板分為4 個塊，因此，已經(jīng)建立了4 個澆筑單位，并且在此塊中沒有相應(yīng)的塊。準(zhǔn)備伸縮加強帶，然后將其分成5 個板塊，最后將整個底板分成16個板塊，將底板分成塊后，設(shè)計后舉帶和加固帶，以使整個墻板和底板對齊，以加強整個結(jié)構(gòu)。擴展可以提高2m 帶寬。邊緣每側(cè)均安裝密網(wǎng)，鋼筋加固，擴展混凝土加固以防止混凝土流入內(nèi)部，因此會削弱混凝土施工的強度。在匹配材料時，強度水平必須不斷提高，促進工作以實現(xiàn)目標(biāo)。

3.2 補償收縮混凝土

使用混凝土外加劑的技術(shù)管理規(guī)范作為一個基本施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，施工步驟可以用于壓實復(fù)合混凝土的自應(yīng)力，混凝土主要低于0.2MPa～ 0.7MPa。ZY 樣本膨脹量測試必須在實驗室中完成以準(zhǔn)確測量膨脹率?？梢酝ㄟ^將ZY 與水泥混合來實現(xiàn)微膨脹，而尺寸和膨脹率之間存在直接比例。

3.3 配合比的設(shè)計

（1）水泥：混凝土材料：使用常規(guī)硅酸鹽水泥（42.5MPa）。

（2）砂土：選擇中國長江砂，相應(yīng)的細度模數(shù)為M×2.5～2.7，表面密度2.63g/cm，疏松密度為1 405kg/m，壓實密度為1 500kg/m，泥漿技術(shù)含量分析應(yīng)為≤4。

（3）石材：湖州石材：粒度范圍為6～ 31mm，連續(xù)分級，破碎指數(shù)范圍為7～ 9.6，泥漿含量應(yīng)≤4。

（4）膨脹劑：使用ZY 膨脹劑。

（5）外加劑：二級粉煤灰。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，混凝土在不同行業(yè)中將被廣泛使用，需要不斷改進混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計，充分利用混凝土材料進行實踐、研究和探索。在設(shè)計過程中，必須找出中國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，并根據(jù)這些問題盡快提供解決方案。在實際施工過程中，不僅要充分注意混凝土材料的性能，而且要嚴(yán)格控制所涉及的質(zhì)量要點，節(jié)約成本，確保工程質(zhì)量安全。