管繼綱

(山西省冶金設(shè)計(jì)院，山西太原 030001)

0 引言

混凝土作為目前世界上最大的商品之一是因?yàn)榛炷辆哂休^好的延性和較高的強(qiáng)度，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛使用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)環(huán)境要求選擇混凝土強(qiáng)度等級。由于在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員的不同而導(dǎo)致設(shè)計(jì)風(fēng)格和理念有差異，因此在設(shè)計(jì)過程中會存在不同的設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量也會有所差異。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的原理

廣義上的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由在混凝土中配有一定數(shù)量的鋼筋而形成的新型結(jié)構(gòu)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋主要承受拉力而混凝土主要承受壓力，混凝土和鋼筋共同工作使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的抗壓和抗拉性能、延性、耐久性等，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到使用要求。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有這些優(yōu)良的性能，尤其在防火性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼結(jié)構(gòu)，因此綜合性價(jià)比較高，工程造價(jià)較低，在工程上被普遍使用［1-3］。

1.1 原理

素混凝土結(jié)構(gòu)是由純混凝土組合而成具有較好的抗壓性能，但是抗拉性能和延性較差，因此為改善混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉性能和延性需要在混凝土結(jié)構(gòu)中布置鋼筋，極大改善混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能和使用性能，抵抗外部荷載，增加其耐久性能。

1.2 特性

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要特性表現(xiàn)在其熱脹冷縮和延性等反應(yīng)中?；炷两Y(jié)構(gòu)在水泥水化反應(yīng)過程和季節(jié)交替時(shí)的熱脹冷縮過程中使得混凝土具有拉應(yīng)力，混凝土內(nèi)的鋼筋產(chǎn)生壓應(yīng)力，這時(shí)應(yīng)對混凝土材料本身進(jìn)行設(shè)計(jì)，改善混凝土結(jié)構(gòu)的收縮性能。通常混凝土的延性和混凝土的強(qiáng)度有著直接關(guān)系，強(qiáng)度越高延性越差，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇不同強(qiáng)度的混凝土。一般的混凝土在-40℃～60℃時(shí)具有較好的、穩(wěn)定的物理性能，因此在低于或者高于規(guī)定環(huán)境時(shí)應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)采取一定措施防止混凝土凍害或者膨脹破壞。

2 設(shè)計(jì)要求

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物所在地區(qū)和所擁有的建筑材料采用合理的設(shè)計(jì)，如抗震要求、高度限制、地理環(huán)境要求等對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)等，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中可能會和建筑設(shè)計(jì)有沖突，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)和建筑設(shè)計(jì)綜合考慮，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不失建筑風(fēng)格的美觀又不失結(jié)構(gòu)的安全性能。相對于建筑設(shè)計(jì)講，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全度，尤其對于我國而言主要是提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)的尺寸比例對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行恰當(dāng)劃分，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的橫豎向荷載分析，綜合考慮結(jié)構(gòu)所承受的多向應(yīng)力。

3 設(shè)計(jì)措施

3.1 結(jié)構(gòu)選擇

進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，由于建筑所處地勢不同、風(fēng)俗不同，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)會存在不同的風(fēng)格和設(shè)計(jì)理念，因此設(shè)計(jì)的前提是對當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情、風(fēng)俗習(xí)慣和地理環(huán)境進(jìn)行充分的調(diào)查，最后根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)防等級和抗震等級進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前在高層設(shè)計(jì)中主要使用的是剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)具有抗震性能好、工程造價(jià)低、施工周期短、隔音效果好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，盡管剪力墻結(jié)構(gòu)房間開間小，房間面積小，但是并不影響剪力墻結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［4］。

3.2 剛度處理

隨著社會的發(fā)展和人民的需要，建筑朝著超高層建筑發(fā)展，由于建筑高度的增加對建筑物的整體剛度要求也隨之增加，此時(shí)應(yīng)對結(jié)構(gòu)側(cè)移進(jìn)行一定控制。眾所周知建筑物的豎向荷載對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著決定性因素，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體方案選擇是否提高結(jié)構(gòu)的剛度或提高其延性。在目前的住宅設(shè)計(jì)中絕大多數(shù)采用的是剪力墻結(jié)構(gòu)，由于住宅的房間布置限制使得墻體布置較多，并且在設(shè)計(jì)時(shí)往往采用的剪力墻墻壁較厚，但是并不是所有地區(qū)都需要布置較多的剪力墻和較厚的墻壁，因此相對于有些地區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往會造成許多浪費(fèi)，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以在滿足結(jié)構(gòu)位移的要求下將主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相對柔些，不僅滿足抗震要求而且將工程造價(jià)降到最低。

3.3 加固方法的應(yīng)用

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)通常采用兩種加固方法進(jìn)行加固:1)碳纖維加固;2)預(yù)應(yīng)力加固。采用碳纖維加固的原理是碳纖維抗拉強(qiáng)度高、加入到混凝土中抗裂性能好等。通過碳纖維和環(huán)氧樹脂配合使用可形成一種新型混凝土加固材料，有效提高原混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗裂性能。限制碳纖維加固應(yīng)用的條件是采用此種加固方法對外界環(huán)境影響較大，施工過后要對加固部分進(jìn)行防火處理，以免帶來火災(zāi)隱患。采用預(yù)應(yīng)力加固的原理是通過在結(jié)構(gòu)外部設(shè)置拉桿或撐桿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，從而提高結(jié)構(gòu)承載力，分散結(jié)構(gòu)內(nèi)力達(dá)到應(yīng)力重分布的狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力加固法一般廣泛應(yīng)用于大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或大型承重型結(jié)構(gòu)等。

4 結(jié)語

工程建設(shè)中鋼筋和混凝土成為目前世界上的大宗商品，鋼筋和混凝土的質(zhì)量好壞成為影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性等的關(guān)鍵因素，加上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對鋼筋和混凝土兩種材料合理組合搭配形成一種具有高度抗拉、抗壓和抗裂等良好性能的建筑材料，從而確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全，為我國建筑行業(yè)乃至全球建筑行業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和做出貢獻(xiàn)。

［1］秦炳棋.鋼筋混凝土在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(21):217.

［2］楊海明.短肢剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析［J］.福建建材，2008(5):39-40.

［3］張宏錄，朱建國，魏興華.概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性及應(yīng)用分析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(6):183.

［4］簡洪平.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題分析［J］.有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2004(3):60-62，65.