鋼筋混凝土在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析

管繼綱

(山西省冶金設(shè)計院，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為混凝土具有較好的延性和較高的強度，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中被廣泛使用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計環(huán)境要求選擇混凝土強度等級。由于在設(shè)計過程中設(shè)計人員的不同而導(dǎo)致設(shè)計風(fēng)格和理念有差異，因此在設(shè)計過程中會存在不同的設(shè)計方案，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)，因此綜合性價比較高，工程造價較低，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。混凝土結(jié)構(gòu)在水泥水化反應(yīng)過程和季節(jié)交替時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，這時應(yīng)對混凝土材料本身進行設(shè)計，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度有著直接關(guān)系，強度越高延性越差，因此在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇不同強度的混凝土。一般的混凝土在-40℃～60℃時具有較好的、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)計要求

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計應(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，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)進行特殊設(shè)計等，但是在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中可能會和建筑設(shè)計有沖突，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)和建筑設(shè)計綜合考慮，對混凝土結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，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)計講，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮結(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)進行恰當(dāng)劃分，對結(jié)構(gòu)進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)計措施

3.1 結(jié)構(gòu)選擇

進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于建筑所處地勢不同、風(fēng)俗不同，因此在進行設(shè)計時會存在不同的風(fēng)格和設(shè)計理念，因此設(shè)計的前提是對當(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行設(shè)計。目前在高層設(shè)計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、工程造價低、施工周期短、隔音效果好等優(yōu)點而被廣泛使用，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，此時應(yīng)對結(jié)構(gòu)側(cè)移進行一定控制。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，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(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)計時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)計往往會造成許多浪費，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以在滿足結(jié)構(gòu)位移的要求下將主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的相對柔些，不僅滿足抗震要求而且將工程造價降到最低。

3.3 加固方法的應(yīng)用

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問題時通常采用兩種加固方法進行加固: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)進行加固，從而提高結(jié)構(gòu)承載力，分散結(jié)構(gòu)內(nèi)力達到應(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)打下堅實基礎(chǔ)和做出貢獻。

［1］秦炳棋.鋼筋混凝土在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(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)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性及應(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)計中的常見問題分析［J］.有色冶金設(shè)計與研究，2004(3):60-62，65.