談混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題

文/王燕科　中核龍瑞科技有限公司　甘肅嘉峪關(guān)　735100

談混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題

文/王燕科中核龍瑞科技有限公司甘肅嘉峪關(guān)735100

在本文中，筆者基于實際和個人工作心得，就混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題進(jìn)行了總結(jié)，同時也提出了相應(yīng)的防控方法設(shè)計，希望通過本文，可以為今后混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計伴隨的常見問題提供理論參考。

混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計；問題

目前，就我國混凝土而言，其相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定，但是受到實際施工環(huán)境的影響，還是會存在一些不足和空白，為了設(shè)計、施工人員能夠更好地實施相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，保證工程安全、合理、所用技術(shù)較為先進(jìn)、工程質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，筆者從實際出發(fā)，就混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計伴隨的問題以及對策進(jìn)行了總結(jié)，希望能對相關(guān)研究有所幫助。

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中混凝土伴隨的裂紋問題及相應(yīng)防控方案

1.1混凝土裂紋分析

裂紋是固體材料中常見的瑕疵。很多專家通過多年的試驗分析得出，混凝土在無負(fù)荷的狀態(tài)下，也是會出現(xiàn)一些細(xì)微的裂紋，具體來說，主要有三種：粘結(jié)裂紋、水泥漿裂紋、骨料裂紋。從斷裂損傷力學(xué)的角度分析，斷裂損傷的廣義概念是，在外力作用下，使材料的表面發(fā)生微小的變化，然后基于微小的變化繼續(xù)孕育發(fā)展，進(jìn)而生成較大的缺陷，最終材料出現(xiàn)大的缺損。同樣，混凝土的受損過程也是細(xì)微裂紋的發(fā)展最終造成的。有關(guān)實驗證明，裂紋的發(fā)展是混凝土破損的表現(xiàn)，但是，裂紋是混凝土本身就有的物理特征，故而也有它存在的必然。

1.2控制混凝土裂紋的相關(guān)防控方法設(shè)計

就防控混凝土裂紋方法的設(shè)計而言，主要以預(yù)防為主，下文中將從傳統(tǒng)力學(xué)、斷裂力學(xué)的角度來提出預(yù)防混凝土裂紋的方法。

基于傳統(tǒng)力學(xué)的角度來看。如果事先給混凝土梁添加了相應(yīng)的預(yù)壓應(yīng)力，將混凝土梁的梁體下端產(chǎn)生的拉應(yīng)力被部分或是全部抵消，這樣就可以預(yù)防裂紋的產(chǎn)生或是推遲裂紋產(chǎn)生的時間，混凝土梁得以全截面承受負(fù)荷，如此，也就相應(yīng)提升了混凝土的抗拉性，能夠讓高強(qiáng)材料應(yīng)用的更充分。

基于斷裂力學(xué)的角度來看。混凝土的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，本來就存在著一些小的缺損，這些缺損在外界負(fù)荷的影響下，不斷孕育，最終形成裂紋。預(yù)防裂紋的方法是事先在混凝土梁的兩頭增設(shè)一對軸向的壓力，這一作用力相當(dāng)于施加在混凝土梁內(nèi)部的裂紋上了，這樣裂紋就不會擴(kuò)展，直到混凝土梁的外力負(fù)荷時內(nèi)部的強(qiáng)度達(dá)到混凝土的斷裂韌性值時，裂紋才會發(fā)展。所以，從斷裂力學(xué)上講，是先給混凝土梁的施加壓力，減少了外力導(dǎo)致的裂紋端部的應(yīng)力強(qiáng)度，進(jìn)而，也就相應(yīng)預(yù)防或是推遲了裂紋的出現(xiàn)。

2、梁支座的結(jié)構(gòu)的相關(guān)分析以及實現(xiàn)設(shè)計可靠性的措施

關(guān)于梁支座的結(jié)構(gòu)形式，假設(shè)剪力墻、框架梁垂直相交，并且剪力墻對梁的約束力不大，梁支座以鉸接為主。

對于某一結(jié)構(gòu)來講，核算結(jié)果是設(shè)計的前提和依據(jù)。在設(shè)計時，選擇科學(xué)的核算假設(shè)和簡圖，是得到精準(zhǔn)核算結(jié)果的前提。然而，在設(shè)計結(jié)構(gòu)的過程中，很多情況將框架梁支座看成固定的，這種假設(shè)情況不是每次都對，比如說，剪力墻和框架梁垂直相交同時剪力墻對梁的約束力很小的時候，這一假設(shè)很難成立，這時候要將梁支座調(diào)成鉸接支座，要不然，核算出來的數(shù)據(jù)和實際有著很大的出入，在設(shè)計結(jié)構(gòu)的實際過程中，要慎重考慮框架梁的支座形式，在具體操作中，要綜合考慮剪力墻和框架梁的位置、方向、剛度，來綜合核算剪力墻對框架梁的約束力，只有這樣，支座形式才能更符合實踐。

如何提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性？如果使用的材料，強(qiáng)度級別相同，勢必會增加材料的總使用數(shù)量，成本也會隨之上升，而要想降低成本，就要考慮用強(qiáng)度高的材料取代強(qiáng)度低的材料。

3、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中伴隨的其他問題

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中伴隨的抗震問題

在混凝土的兩類結(jié)構(gòu)之間分配地震作用力的時候，要綜合考慮這兩類結(jié)構(gòu)在不同的時間段抗推強(qiáng)度相對值的變化情況。在鋼一混凝土結(jié)構(gòu)中，主要使用鋼一混凝土剪力墻系統(tǒng)，其中的鋼筋混凝土剪力墻，是最主要的承受力結(jié)構(gòu)，鋼框架承擔(dān)的垂直負(fù)荷相對較大，而水平作用力相對很小。有關(guān)工程實踐驗證結(jié)果表明，當(dāng)?shù)卣鹱饔昧Πl(fā)生在水平方向時，鋼框架的抗推強(qiáng)度要小于剪力墻，鋼框架承受的水平作用力，樓頂數(shù)層承受總剪力的百分之十八左右，樓體中下部分占到百分之十二左右，還有些工程，中下部的水平剪力只占據(jù)百分之五，當(dāng)?shù)卣鹚阶饔贸掷m(xù)存在的時候，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈性階段，墻體裂縫產(chǎn)生，剪力墻的抗推強(qiáng)度降低了很多，強(qiáng)度降低會增加鋼框架的剪力，彈性極限變形角度大于四百分之一，這一數(shù)值遠(yuǎn)大于混凝土的墻體彈性極限變形角（三千分之一）。盡管這時的地震水平作用力還達(dá)不到塑性階段，但是鋼框架仍然很有可能承受著較大的地震水平作用力和傾覆力。所以，為了達(dá)到結(jié)構(gòu)有裂縫但是不倒的標(biāo)準(zhǔn)，要調(diào)整鋼框架承受的水平作用力，根據(jù)抗震需求，鋼框架—混凝土框架承受的地震作用力要高于總作用力的四分之一，或是框架部分地震承受力最大值的1.8倍這二者的較小數(shù)值，這樣才能提升鋼框架的承受能力，進(jìn)而也相應(yīng)的提升混凝土剪力墻的延性。

3.2在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候需要確定合理地層間位移限值

關(guān)于混凝土的規(guī)程，我國正處于改編階段，在高層建筑中，到目前為止，還沒有明確的關(guān)于鋼一混凝土結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)。然而，對于一些使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主要承受力構(gòu)造的高層建筑，卻已經(jīng)提出了關(guān)于側(cè)移限值的要求，這一數(shù)值的要求和高度相同的鋼筋混凝土高層建筑系統(tǒng)的要求基本等同，這一系統(tǒng)的重要內(nèi)容就是確定較為合理地層間位移、頂點位移的數(shù)值。

“高鋼規(guī)程”關(guān)于鋼一混凝土結(jié)構(gòu)并沒有列出明確的要求，但是，這一規(guī)程要求混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)要符合相關(guān)的規(guī)定，現(xiàn)行的混凝土高鋼規(guī)程要求的層間位移值，一般的鋼一混凝土結(jié)構(gòu)往往不符合這一數(shù)值，對于正在改編的混凝土高規(guī)第二稿，明確了鋼一混凝土設(shè)計的相關(guān)要求：鋼一混凝土的層間位移值，必須和相同高度的鋼筋混凝土高層的體系的要求一致，另外，正在改編的混凝土高規(guī)第二稿，適當(dāng)放松了層間位移值的具體要求，認(rèn)為只要不超出適當(dāng)?shù)膮^(qū)間值就行。

結(jié)語：

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計伴隨很多常見問題，因而在設(shè)計過程中，應(yīng)該結(jié)合實際和相關(guān)設(shè)計規(guī)范，做好相應(yīng)的防控措施，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。

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