浅谈混凝土结构设计

　　摘要：在建筑物的整体设计里，混凝土结构设计关系到建筑的功能和安全，影响着建筑物的使用寿命和效益等方面，因此混凝土结构设计是整体工程顺利施工的基础工作。本人旨在介绍混凝土结构设计的内容，应用中最需要坚持的理念，以及混凝土结构设计注意问题，以增加对混凝土结构的认识，从而在施工中避免差错。

　　关键字：混凝土;结构设计

　　1、混凝土结构设计内容

　　1.1计算地震作用

　　规范中要求规则结构不计算扭转耦联的时候，平行于地震作用力方向的两边要乘以放大系数，一般较短边乘以1.15的系数，长些的边乘以1.05的系数，扭转刚度小时要按大于或等于1.3采用，地震作用计算要考虑扭转耦连产生的影响;质量、刚度不对称分布的结构要计入双向水平方向的地震作用扭转影响。

　　1.2计算质量系数

　　一般工程采用不少于9的质量系数，如果是2层结构采用6个，一般是取3的倍数，每层有3个自由度。计算的时候要检查质量振型参数，要保证不能小于 90%，如果不够的情况，将导致设计的结构不够安全。

　　1.3计算最小地震剪重比

　　规范强制要求各楼层剪重比不小于规范给出的标准，当不满足要求时要检查质量系数，有效的质量系数不够要增加振型数的计算;有效质量系数能够满足时可能结构设计不合理，要合理分布结构质量和刚度。

　　1.4计算结构的位移、周期

　　周期比要控制在大震下扭转振型不靠前，用楼层竖向最大位移限制层间最大位移，位移比取最大和平均位移比值。

　　1.5计算柱长度

　　水平荷载造成的弯矩设计值超过总设计值75%时，框架柱长度按规范内 7.3.11-1 和 -2 公式计算的小值为准。

　　1.6确定柱配筋的方式

　　单偏压方式是按规范公式计算的，双偏压则是用数值积分法，整体计算建议使用单偏压方式，得出具体结果时再用双偏压复核。

　　1.7分析框架的结构

　　注意柱长度的计算系数;建议柱采用单偏压配筋;大截面的柱可以设与梁重叠处为刚域。

　　1.8分析混合的结构

　　模型数据尽量以原型输入，节点要有规律性，并合理的输入参数，墙体受压以墙段为单元进行计算，注意不要忽视小于 250 的墙段。

　　2.设计中坚持的理念

　　2.1抗震设计。

　　在建筑中柱通常都承受较大轴力, 在高轴压下, 钢筋混凝土柱很难具有高延性能。而梁是受弯构件, 比较容易实现高延性系数要求。柱是主要承重构件, 出现较大的塑性变形后难于修复，柱子破坏可能引起整个结构倒塌。为了使抗震结构能维持承载能力而又具有较大的塑性变形能力, 设计时应遵循“强剪弱弯、强柱弱梁”,保证主要耗能部位具有延性的设计原则。设计中通过控制受压区高度、最小配筋率、梁上部和下部纵筋的比例关系以及梁端箍筋配置要求来保证梁端塑性铰区有足够的转动能力;通过各种内力调整系数来保证“强剪弱弯、强柱弱梁“ , 设计时在承载力和变形能力上应有较多考虑, 如加大配箍,采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。遵循“强剪弱弯、强柱弱梁”,保证结构整体稳定至关重要。

　　2.2 抗裂设计

　　混凝土结构物产生裂缝，是结构物的承载能力、耐久性、防水性等的各种性能下降的主要原因，裂缝控制

　　是制约工程质量和建设成本的一个重要因素。因此混凝土结构设计中，要针对不同的结构应采取相应的抗裂措施。只有从设计、施工到建筑的使用和维护的每个环节对混凝土结构的裂缝问题引起足够的重视并采取正确的预防措施才能更有利于保证建筑物的承载能力、安全性和耐久性。首先，混凝土原材料的选择。要控制混凝土的开裂，需要从原材料的选择出发，从选择水化热低的水泥，控制水灰比，减少水泥用量和用水量，添加适当的外加剂等措施以控制混凝土的开裂例如，超长的地下室结构外墙应选用补偿收缩混凝土。第二，提高结构自身承载力在结构设计过程中，加大梁截面或板厚提高结构配筋率以提高结构的强度储备，混凝土强度必须有一定安全储备，才能保证结构有足够的安全性和耐性。第三，必要厚度的保护层。当混凝土保护层厚度较大时，虽然裂缝宽度计算值也较大，但较大的混凝土保护层厚度对防止钢筋锈蚀是有利的，因此，要有必要厚度的保护层使钢筋与外界隔绝。

　　3.设计中常见问题

　　3.1关于板面设置温度应力筋

　　混凝土结构设计规范 GB50010 - 2002 第10.1.9条规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内， 钢筋间距宜取为150 ～ 200mm，并应在板的未配筋表面布置温度收缩钢筋， 板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%，在具体施工中区别对待，对于规则较短的建筑物可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋，而对于超长结构，则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋，其余部位则可因情况而异。

　　3.2关于梁上起柱是否设置附加钢筋

　　某些工程梁上起柱及次梁上面都在梁中附加横向钢筋，有的设计人员甚至在弹性梁基础中柱下梁内亦附加钢筋，这完全没有必要.混凝土结构设计规范GB50010 - 2002 第 10.2.13 条规定，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋( 箍筋吊筋) 承担，附加横向钢筋宜采用箍筋因此次梁放在主梁上面及梁上起柱，主梁是不必设置附加横向钢筋的，混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图就是如此的。

　　3.3关于梁筏基础板筋位置弹性梁筏基础

　　由于考虑水浮力下底板所受向上的反向力，设计人员会要求筏板面筋能置于地梁主筋以下，而地梁配筋有时较多甚至配置双排筋，再加上梁箍筋则施工中引起板筋的弯折相当困难，遇到人防工程则更难施工笔者认为从受力传递过程来说，板筋设置必须准确，但考虑施工困难及相应板保护层的损失，建议可以作适当放松。

　　3.4关于强柱弱梁的设计

　　强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏，中震可修大震不倒的抗震设防目标而提出的 柱破坏了建筑物整个都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，因此柱较之梁破坏的损害更大。设计人员在设计中必须严格控制柱轴压比，目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力，则柱子根本不可能有这点安全储备，在大震即会破坏。因此控制轴压比至关重要，边柱角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于 1% 所有框架柱，不包括小截面柱，建议纵筋直径均应大于20 ㎜，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋则应配足梁中部筋， 而支座筋则可通过调幅让其适当降低，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱先于梁屈服，使梁端能首先产生塑性铰，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力

　　3.5关于剪力墙结构中的几个问题

　　短肢剪力墙结构设计中有几个问题值得重视，处理不当经常会成为薄弱点，这也是抗震审查中经常发现的问题。(1) 对普通长墙的界定，高规 JGJ3 -2002第7.1.2 条中规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8 的剪力墙，短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为5 ～ 8 的剪力墙这就带来一个困惑,高厚比为7.9 倍及 8.1 倍的两种墙受力特性截然不同，由此而引起的配筋亦相差甚远因此在布置长墙时建议控制高厚比大; (2) 关于小墙肢 JGJ3 -2002 第 7.2.5此而引起的配筋亦相差甚远 因此在布置长墙时建议控制高厚比大; (2) 关于小墙肢 JGJ3 - 2002 第 7.2.5条规定矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面厚度的5 倍，因为当墙肢高厚比较小时受力特性是脆性破坏，属抗震不利构件因此认为在剪力墙结构设计中应尽量避免此类构件的出现，特别是高厚比小于3的小墙肢应不出现，如出现建议一种是按构造柱考虑，不作为抗侧力构件，否则应按框架柱设计，尽量降低轴压比，加强配筋。

　　总结

　　混凝土结构设计关系重大，设计人员需要严格遵守结构设计规范，坚持抗震和抗裂的理念，在工作中秉着科学的原则和认真的态度做好工作，以保证建筑工程的安全和效益。

　　参考文献：

　　[1] 马晓辉：《钢筋混凝土结构设计中应注意的几点问题》，《科协论坛》( 下半月 )，2007(10)

　　[2] 刘箴：《混凝土结构设计中一些问题的讨论》，《今日科苑》，2008(06)

　　[3] 李彦明、王红宇：《混凝土结构设计的一些常见问题分析》，《科技创新导报》，2009(22)