李曉音

【摘要】建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，確保建筑使用質(zhì)量，提高建筑使用壽命的關(guān)健，本文從平面或豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)、抗震設(shè)計(jì)中“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、下連梁（地框梁）的設(shè)置問題進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】混凝土；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析

引言：建筑施工中混凝土、鋼筋是經(jīng)常用到的施工材料，因?yàn)榛炷恋膹?qiáng)度和剛度具有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起到很大的作用，但是混凝土很容易受到環(huán)境以及溫度等因素變化的影響而產(chǎn)生裂縫，為了進(jìn)一步提高混凝土在建筑工程中優(yōu)勢(shì)，就要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性以及耐久性。

1.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)裂縫的類型

1.1塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫產(chǎn)生的原因主要是指混凝土骨料在沉降的過程中，受到了鋼筋或者是模板等方面的阻礙產(chǎn)生的，這種裂縫主要是在混凝土在澆注后的。0.5到3個(gè)小時(shí)之間比較容易產(chǎn)生，而對(duì)混凝土來說，還處于塑性狀態(tài)，當(dāng)混凝土的表面消失水光時(shí)就會(huì)產(chǎn)生，不僅沿著梁上面的鋼筋出現(xiàn)走向的現(xiàn)象，還會(huì)沿著板上面的鋼筋出現(xiàn)其現(xiàn)象，主要就是混凝土出現(xiàn)的塌落是比較大以及過高的沉陷導(dǎo)致的。同時(shí)在進(jìn)行施工的過程中，如果沒有把模板綁扎好，在移動(dòng)的過程中，就會(huì)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

1.2溫度應(yīng)力裂縫

產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫的主要原因就是在對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑以后，聚集在內(nèi)部的水泥，不僅水化比較熱，還不容易散發(fā)，這樣就會(huì)在一定的程度上導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部溫度在不斷的升高，混凝土表面具有比較快的散熱，這樣就會(huì)比較容易的造成內(nèi)外溫差，這樣就會(huì)導(dǎo)致混凝土的內(nèi)部具有比較大的壓力應(yīng)，表面也會(huì)產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力。如果混凝土的表面附近有著比較大的溫度梯度，這樣就會(huì)比較容易的產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這樣就會(huì)導(dǎo)致混凝土的齡期比較短，抗壓的強(qiáng)度也是比較低的。如果溫差在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，對(duì)混凝土極限抗拉強(qiáng)度超過的話，就會(huì)導(dǎo)致混凝土的表面產(chǎn)生裂縫。

1.3塑性沉降裂縫

該裂縫產(chǎn)生的主要原因就是在對(duì)混凝土進(jìn)行澆筑之后，在塑性狀態(tài)中，就會(huì)產(chǎn)生水分蒸發(fā)比較快的現(xiàn)象，這樣的裂縫在一般的情況下，主要是在表面出現(xiàn)，產(chǎn)生的原因就是混凝土在澆筑后的三到四個(gè)小時(shí)的時(shí)間，其混凝土的表面沒有得到覆蓋，尤其是針對(duì)平板結(jié)構(gòu)，在大風(fēng)天或者是比較炎熱的夏天，混凝土表面水分的蒸發(fā)相對(duì)來說是比較快的，特別是模板吸水比較快，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生急劇收縮的主要原因就是混凝土本身的水化熱高導(dǎo)致的，所以此時(shí)的混凝土強(qiáng)度將會(huì)趨近于零，對(duì)這種變形的應(yīng)力無法進(jìn)行抵抗，才會(huì)導(dǎo)致裂開的。

2.平面或豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)

2.1平面或是豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的特殊性，需要的工作量大，計(jì)算的難度很高，雖然計(jì)算手段增多，但是結(jié)果的準(zhǔn)確性還是不能準(zhǔn)確，使得結(jié)構(gòu)的安全使用無法保證。因此，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量避免出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，特別是嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。

2.2在建筑中的防震縫設(shè)置，對(duì)于一些體型復(fù)雜、平面或是立面不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)有效的避免碰撞。不過在高層建筑或是超高層建筑中不設(shè)置防震縫，而是通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)本身來提高結(jié)構(gòu)的使用。有些建筑結(jié)構(gòu)使用的防震縫，可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)寬高比超過限制范圍，對(duì)于超長(zhǎng)建筑來說，防震縫的設(shè)置可以兼做溫度縫，對(duì)于建筑的整體性能是一種很好的提升。

2.3主軸兩個(gè)方向的結(jié)構(gòu)在動(dòng)力特性方面應(yīng)該保持一致，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要注意，建筑平面的長(zhǎng)寬應(yīng)該適宜，不應(yīng)過大或是過小；剪力墻布置柱截面bh的擺向以及樓層結(jié)構(gòu)布置在長(zhǎng)方形的平面內(nèi)，如果要提高建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)不應(yīng)該豎向或是長(zhǎng)方向進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)，這樣做會(huì)造成主軸間的動(dòng)力特性會(huì)擴(kuò)大，不利于抗震，正確的做法是結(jié)構(gòu)橫向也就是短向進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)，保持主軸的動(dòng)力特性。

3.抗晨設(shè)計(jì)中“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”

3.1剛柱柔梁，一般可以理解為大截面和配筋，但這只是片面的意識(shí)，如果一味的增大截面或是增多配筋，反而會(huì)造成框架結(jié)構(gòu)抗震性能減弱，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的安全使用留下隱患。遇到中震時(shí)，結(jié)構(gòu)中的一些部件開始屈服并且出現(xiàn)塑性鉸，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遭到破壞、塑性變形增大，當(dāng)塑性鉸的數(shù)量增加到一定程度時(shí)候，結(jié)構(gòu)承受力趨于穩(wěn)定，不再增加或是降低，但是結(jié)構(gòu)變形迅速增加，結(jié)構(gòu)遭到損壞，失去使用功能.為了提高結(jié)構(gòu)承載力與塑性變形能力的增加，“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”是很好的遵循原則，這樣的原則遵循的是耗能結(jié)構(gòu)部位的延性設(shè)計(jì)，保證受壓區(qū)域高度、最小配筋率、梁的上下部縱筋比列、梁端箍筋配置通過合理的控制，提高梁端塑性鉸區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)能力足夠承受荷載力。

3.2通過各種內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，來保證“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁”，合理配置梁端結(jié)構(gòu)的比例關(guān)系，在遇到地震的時(shí)候，梁端塑性可以早出現(xiàn)，柱端的塑性較晚出現(xiàn)，通過對(duì)塑性出現(xiàn)時(shí)間的掌握，改善結(jié)構(gòu)承載力，提高結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，保證了建筑結(jié)構(gòu)的安全性，保護(hù)了人身安全。

4.地下連梁（地框梁）的設(shè)置問題

一般來說在基礎(chǔ)埋深比較大的時(shí)候，會(huì)設(shè)置底層層墻，減小結(jié)構(gòu)高度。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了更加簡(jiǎn)單快速計(jì)算出結(jié)果，通常會(huì)在結(jié)構(gòu)計(jì)算的模型中增設(shè)一層框架設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)下就會(huì)出現(xiàn)短柱。對(duì)于短柱的出現(xiàn)，有以下幾種處理方法：

4.1短柱一旦形成，其強(qiáng)度配筋一定要嚴(yán)格按照抗震計(jì)算規(guī)范進(jìn)行。同時(shí)，還要建立兩個(gè)計(jì)算模型：一是有地框梁模型，二是無地框梁模型。有地框梁模型考慮地下土體實(shí)際的約束作用，模型中的二層柱之計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)應(yīng)為一點(diǎn)二五到一點(diǎn)零之間；無地框梁層只計(jì)算一次，實(shí)際建筑一層柱配筋取二者包絡(luò)值，并短柱箍筋全高加密，建筑一層以上樓層梁、柱配筋取有地框梁模型實(shí)配。

4.2地下連梁下移至基礎(chǔ)頂面，此時(shí)是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中常見的基礎(chǔ)拉梁，作用是平衡柱底彎矩。承受墻體自重，僅為了計(jì)算出圖的方便而仍按多一層的框架模型考慮。此時(shí)應(yīng)改變計(jì)算模型中的二層柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，由一點(diǎn)二五改為一點(diǎn)零左右，基礎(chǔ)連梁考慮彎矩和軸向拉力后一般構(gòu)造配筋；不必理會(huì)軟件提示的底層柱抗剪不足問題。

4.3根據(jù)相關(guān)的文件規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，高頸現(xiàn)澆基礎(chǔ)由高杯口基礎(chǔ)制作而成，高頸至地下連梁頂處的剛度，剛度是非線性剛度，要大于柱的四倍以上，按照正常的模型計(jì)算要符合地基規(guī)范復(fù)核高頸配筋。

4.4上部結(jié)構(gòu)的嵌固端是地下室頂板作為結(jié)構(gòu)一部分的時(shí)候，對(duì)于樓層、樓板、硅、板都有具體的要求，要求樓板的厚度符合、鹼強(qiáng)度要夠、板的配筋率要達(dá)標(biāo)、樓層層面剛度要強(qiáng)，而且地下室的層數(shù)要大于兩層。

4.5在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，最重要的一個(gè)構(gòu)件就是角柱。角柱在受力方面很復(fù)雜，因此，在角柱受彎、受剪配筋上面一定要加強(qiáng)，以保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

結(jié)語：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中非常重要，混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性、耐久性設(shè)計(jì)一直是設(shè)計(jì)以及建筑工程單位重視的環(huán)節(jié)，作為設(shè)計(jì)人員，一定要對(duì)結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)以及構(gòu)造設(shè)計(jì)有深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)中存在的問題要完善解決，因?yàn)殡S著高層建筑等建筑形式多元化的發(fā)展，對(duì)于建筑質(zhì)量要求不斷提升，建筑難度也隨之增加，因此，做好建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及質(zhì)量控制，是每一個(gè)設(shè)計(jì)者要不斷研究探索的命題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王崇帥，林嵩. 混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題[J]. 門窗，2014，11：195.

[2]查春光. 型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2006.

[3]趙偉. 基于粘結(jié)滑移理論的型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論方法研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2008.

[4]趙瑞寶. 基于地震反應(yīng)譜對(duì)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化的研究[D].太原理工大學(xué)，2010.