建筑結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)探討

楊穎

摘 要：我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展，人們對建筑的使用功能有了更高的要求。在建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，但在混凝土設(shè)計(jì)中依然存在一些不容忽視的問題。建筑項(xiàng)目施工中應(yīng)該不斷提高混凝土設(shè)計(jì)水平，以此保障建筑的施工質(zhì)量與使用功能。本文對建筑結(jié)構(gòu)混凝土的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究與探討。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；混凝土；設(shè)計(jì)

引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及城市化的不斷發(fā)展，高層建筑越來越多，建筑的安全性與使用性能也是社會(huì)普遍關(guān)注的問題。由于混凝土具有性能好、強(qiáng)度高以及造價(jià)低等特點(diǎn)，因此在我國建筑施工中的應(yīng)用十分普遍。而混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建筑物的整體使用性能有十分密切的聯(lián)系，必須引起設(shè)計(jì)者的高度重視。

1 建筑結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分析

自改革開放以來，我國的混凝土施工技術(shù)不斷提高，混凝土材料的研究與開發(fā)也得到了迅速發(fā)展。當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分廣泛，不管是陸地還是海洋工程中都可以看到它的身影，混凝土的普遍應(yīng)用也可以看做時(shí)代發(fā)展的印記。雖然目前在建筑行業(yè)中鋼結(jié)構(gòu)迅速興起，但是由于其存在一些尚未解決的問題，混凝土依然是建筑施工中應(yīng)用最多的一種形式。在當(dāng)前我國鋼結(jié)構(gòu)施工水平相對偏低的情況下，混凝土幾乎霸占了大部分地區(qū)的建筑市場[1]。

隨著我國建筑施工技術(shù)的不斷發(fā)展，混凝土逐漸成為建筑工程中十分重要的結(jié)構(gòu)材料。但當(dāng)前在建筑行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，混凝土在結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方面依然存在一些問題，表現(xiàn)為混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不盡完善、設(shè)計(jì)技術(shù)水平有限等。一些設(shè)計(jì)人員在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中無法把握整體性，這就導(dǎo)致很多大型建筑物由于混凝土設(shè)計(jì)不當(dāng)而引發(fā)意外事故。例如，被稱為亞洲第一的寧波獨(dú)塔斜拉橋，由于混凝土設(shè)計(jì)問題引發(fā)橋裂；某市投入巨資建造的高速公路通車后，不到三個(gè)月的時(shí)間就在不同部位發(fā)現(xiàn)裂紋與凹槽等。這些大型工程由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，進(jìn)而形成“豆腐渣”工程，這不僅浪費(fèi)了大量人力、財(cái)力與物力，對正常的社會(huì)秩序也造成嚴(yán)重影響。在建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，建筑工程的設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到工程使用安全[2]。

2 建筑結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)的主要原則

2.1 把握側(cè)向力

在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，側(cè)向力對建筑物結(jié)構(gòu)的形變、內(nèi)力有直接影響，同時(shí)與建筑項(xiàng)目的工程造價(jià)密切相關(guān)。側(cè)向力主要是指水平地震作用以及風(fēng)的作用，不管是高層還是低層建筑，都需要承受自重、雪載等垂直荷載的作用，并且需要承受風(fēng)力、地震等水平力。對于低層混凝土結(jié)構(gòu)，其在水平荷載的影響下位移以及內(nèi)力較小，這個(gè)時(shí)候幾乎可以忽略不計(jì)。而在多層建筑結(jié)構(gòu)中，由于受到的水平荷載作用逐漸增強(qiáng)，這個(gè)時(shí)候水平荷載等就成為最重要的影響因素之一，需要作為主要控制點(diǎn)。

2.2 要求較好的延性

與低層建筑相比，高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為柔和，在地震等水平力的作用下變形更大。建筑物的抗震能力與建筑結(jié)構(gòu)的變形能力以及承載力這兩個(gè)因素密切相關(guān)[3]。在進(jìn)入塑形階段后，為了保障建筑物具有較好的變形能力，避免高層建筑在大的地震中倒塌，就需要在符合混凝土結(jié)構(gòu)剛性的前提下，運(yùn)用科學(xué)合理的混凝土設(shè)計(jì)理念，并通過完善的構(gòu)造措施，來提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的變形能力，尤其需要注意建筑物的薄弱部位，保障整個(gè)結(jié)構(gòu)有很好的延性。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該綜合考慮多方面的因素，保障設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，讓其具有良好的強(qiáng)度以及延性[4]。

2.3 要求合適的剛度

目前高層建筑越來越多，隨著高度的增加建筑物的側(cè)向位移也將逐漸增加。因此，在高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，不僅需要保障混凝土結(jié)構(gòu)良好的強(qiáng)度，也應(yīng)該保障其具有合適的剛度，混凝土結(jié)構(gòu)的自振頻率等應(yīng)該符合要求，在水平力的作用下結(jié)構(gòu)的層位移也應(yīng)該控制在適宜的范圍內(nèi)。

2.4 整體性原則

建筑結(jié)構(gòu)混凝土的總體設(shè)計(jì)原則，就是要求建筑物的每個(gè)組成部分形成一個(gè)整體，并對整體的結(jié)構(gòu)以及功能等進(jìn)行全面分析研究，保障整體與部分之間相互制約、相互依存，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

3 建筑結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

混凝土自身的質(zhì)量與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有直接關(guān)系，在設(shè)計(jì)過程中改變混凝土的密度，并對混凝土的滲透壓等進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以有效減緩混凝土被侵蝕的速度，同時(shí)混凝土的耐久性與混凝土的水灰比、強(qiáng)度等級等因素也有關(guān)系。在混凝土的實(shí)際應(yīng)用中，氯離子對其中的鋼材具有很強(qiáng)的腐蝕性，因此應(yīng)該根據(jù)工程所處環(huán)境的不同，注意控制環(huán)境中氯離子的濃度。同時(shí)由于混凝土中含有大量堿性骨料，如果建筑工程所處的環(huán)境比較潮濕，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的活性離子與堿會(huì)發(fā)生反應(yīng)，這樣容易導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而加快混凝土被侵蝕的速度。如果混凝土出現(xiàn)的裂縫較大，在裂縫內(nèi)部也可能出現(xiàn)腐蝕性物質(zhì)，并導(dǎo)致混凝土中的鋼材被腐蝕。上述這些因素均會(huì)導(dǎo)致鋼筋的腐蝕速率加快，導(dǎo)致混凝土的保護(hù)層裂開并剝落，出現(xiàn)銹蝕后鋼筋的接觸面積會(huì)逐漸減少，這也導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的承載力逐漸降低。另一方面鋼筋出現(xiàn)銹蝕后，其抗滑能力會(huì)逐漸下降，也給建筑結(jié)構(gòu)埋下了安全隱患。因此，在建筑結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)過程中需要綜合考慮承載力問題，避免出現(xiàn)混凝土的脆性破壞[5]。由此可見，對混凝土的耐久性進(jìn)行深入研究尤為重要。

3.2 混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)

發(fā)生地震后建筑物的兩個(gè)主體力量間將發(fā)生分配，因此在混凝土設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到建筑物主體結(jié)構(gòu)在不同時(shí)期剛度的變化情況，對于鋼筋混凝土材料，設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇混凝土剪力墻作為建筑的主體結(jié)構(gòu)，并將鋼筋混凝土作為建筑物的一個(gè)主要抗側(cè)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。如果出現(xiàn)往復(fù)式地震，處于塑性階段的建筑物會(huì)出現(xiàn)墻體裂縫，這個(gè)時(shí)候結(jié)構(gòu)的剛度將迅速下降，而剛度出現(xiàn)退化會(huì)導(dǎo)致框架的剪應(yīng)力增加。一般來說，建筑物鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈性形變較大，比混凝土墻體的彈性好的多。在遇到較大的地震時(shí)，盡管建筑物的抗震能力比塑性階段低，其中的鋼筋混凝土框架會(huì)吸收大部分彎矩與水平剪應(yīng)力。因此，為了保障建筑結(jié)構(gòu)的基本“裂縫”需求，同時(shí)把握鋼筋混凝土框架的水平部分，有效提高建筑物地基的承載能力，就需要應(yīng)用相應(yīng)的工藝措施讓混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的變形能力，以此保障建筑物具有較好的抗震性。

3.3 遵循強(qiáng)柱弱梁的理念

在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)遵循強(qiáng)柱弱梁的理念，在出現(xiàn)地震作用時(shí)，如果只是梁被破壞，并不會(huì)影響建筑物的整體運(yùn)作，可能只是部分結(jié)構(gòu)失去工作能力，但如果柱被破壞，那么整個(gè)建筑物將會(huì)倒塌。因此，柱的作用是十分關(guān)鍵的。近年來，我國發(fā)生了多處地震，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。首先，在設(shè)計(jì)過程中對柱的軸壓比加強(qiáng)控制。根據(jù)相關(guān)工程的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，柱的軸壓比一般需要控制在0.9%以下。同時(shí)需要加強(qiáng)柱截面、邊柱的強(qiáng)度，并對柱進(jìn)行加密箍筋設(shè)計(jì)，保障配筋率在1%以上。

4 結(jié) 語

建筑行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著十分重要的作用，而整個(gè)建筑物的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否合理，將直接影響到人民群眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全。我們應(yīng)該對建筑結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析，并采取有效的措施提高建筑結(jié)構(gòu)混凝土的設(shè)計(jì)水平，以此維護(hù)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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