对混凝土结构设计中问题的讨

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【摘 要】使结构安全适用、经济、合理、是结构工程师的任务和责任.根据长期工作体会从概念设计的观点出发,提高房屋抗震性能的措施.结合工程实际介绍了环境类别和保护层厚度的确定等问题.

【关 键 词 】概念设计；结构设计；计算参数；荷载

1.概念设计与结构构造

1.1概念设计

概念设计是指结构设计人员运用其材料性能、构件性能、连接构造、结构体系通过对所掌握的结构知识和实践经验,从宏观上决定结构设计的合理性,但还不能计算.随着计算机的普及,现在很多设计师仅仅依赖于程序计算出的结果进行设计,不判断结果的正确性,不分析结构的合理性,以“算够了”为依据理由,忽略了结构设计中的重要步骤,那就是概念设计.

做好概念设计,确定合理的结构方案应注意以下几点原则：

（1）根据建筑的使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术、材料供应、设防类别确定结构类型.

（2）竖向荷载、风荷载及地震作用对不同结构体系的受力特点；各荷载的传递途径.

（3）清楚结构破坏的机制和过程,加强结构的关键部位和薄弱环节.

（4）建筑结构的整体性,承载力和刚度在平面内及沿墙高度均匀分布,避免刚度突变和应力集中.

（5）做到强柱弱梁、强剪弱弯.

（6）采取有效措施防止过早的混凝土剪切破坏,钢筋锚固滑移和混凝土压碎等脆性破坏.

（7）地基变形对上部结构的影响,地基基础与上部结构协同工作的可能性.

（8）预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围.

1.2结构设计

结构体系是靠力学计算保证构件的承载力及变形,又靠构造措施将构件连接在一起,形成结构体系,合理的构造能够保证构件的传力明确,保证在力的多次作用下能力的吸收和耗散,避免因部分构件破坏而使结构体系丧失承载能力及抗震能力,保证在设计使用年限内的耐久性.我国通过这几十年的实践,特别是唐山地震所总结的经验教训,使得后来的试验研究都有了完整的结构构造措施.虽然认识在不断提高,概念设计在不断发展,结构设计除正确运用目前的构造措施,同时还需要不断总结、充实和提高.

2.混凝土结构设计需要控制的计算参数

刚开始从事设计还不太清楚应该控制哪些参数才算满足规范的基本要求,规范的内容很多,一下全部理解和掌握有一定困难,在设计过程中,需要严格控制以下几个重要指标：

（1）轴压比：主要控制竖向构件的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见《建筑抗震设计规范GB50011-2010》以下简称《抗规》6.3.6和6.4.5；高层建筑混凝土结构技术规程JGJ等于-2010 J186-2010以下简称《高规》6.4.2和7.2.14；《混凝土结构设计规范GB50010-2001》以下简称《混规》第11.4.16条.

（2）剪重比：主要控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,见《抗规》5.2.5；《高规》3.3.13.

（3）刚度比：主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层,见《抗规》表3.4.3-2第一行；《高规》3.5.2；对于形成的薄弱层则按《抗规》3.4.4-2条.

（4）位移比：主要为控制结构平面规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应.见《抗规》表3.4.3-1第一行,《高规》3.4.5.

（5）位移角：主要是为衡量结构变形能力判别是否满足建筑功能要求.见《抗规》5.5.1；《高规》3.7.3.

（6）周期比：主要为控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,见《高规》4.3.5.周期比不满足要求的,说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小,结构扭转效应过大.

（7）刚重比：主要为控制结构的稳定性,避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳,见《高规》5.4.1和5.4.4.刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚度比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积.

（8）层间受剪承载力比：控制竖向不规则性,以免竖向楼层受剪承载力突变,形成薄弱层,见《抗规》表3.4.3-2第三行,《高规》3.5.3.

以上八个参数的计算应采用刚性楼板假定且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%《高规》5.1.13-1条.如楼板开有大洞或楼板不连续,应再按弹性楼板计算结构内力.

3.确定荷载及计算结果

首先荷载要准确,荷载包括结构自重,建筑材料做法,设备荷载（设备自重、管道重）,建筑功能需要的活荷载,风、雪荷载、地震力、温度变化产生应力以及其它偶然作用等.有的荷载规范有所规定,可作依据,有的需要各专业提供.结构设计人员应有相关的知识,准确计算所采用的荷载.结构计算最忌讳漏掉荷载,他将使计算白费或使结构存在隐患,应引以为戒.

其次应分析计算结果,对复杂或重大工程一般需要用两种不同单元模型的程序进行分析和比较,对特殊工程应选择适当的计算程序.建立的模型,边界、支撑条件应尽量符合实际.程序中的输入参数应弄明其缘由,对提高设计质量是必不可少的.

4.环境类别与保护层的确定问题

混凝土设计规范第3.5.2条规定了耐久性设计的原则及构件环境类别的分类标准.规范第8.2.1条给出了各类环境条件下的构件混凝土保护层最小厚度.这是新规范重视耐久性问题的具体体现.由于规范是依据构件所处的环境类别来确定纵向受力筋保护层最小厚度的,对于处在两种环境交界部位的构件,如地下室墙,迎水面侧一般为二类环境,而其室内一侧一般为一类环境,两侧面的受力筋保护层最小厚度也应有所区别.对于处在两种环境交界部位的构件,在选用最低混凝土级别、确定混凝土配合比等耐久性基本要求（规范第3.5.3～3.5.8条）时应接交界面上两种环境类别中的最不利环境类别确定,在确定受力筋保护层最小厚度时,则应按构件表面所处的环境类别分别考虑.否则,对于基础地板、地下室外墙,随着保护层厚度的增大,采用商品混凝土时,构件表面出现早期收缩缝的机率也随之增大,而构件表面开裂后,反而影响构件的耐久性.所以保护层厚度不是越大越好,而应构件表面所处的环境类别有针对性地选用.

5.结束语

建筑结构设计质量,密切关系到人民生命财产的安全,责任重大.而且结构专业是一个既有深度又有广度的专业,必须在工作中,不断地学习、总结,才能有所进步,才能成为一名合格的工程师.