鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題

劉鎮(zhèn)

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030001）

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中， 需要考慮到的方面較多， 包含多個不同的環(huán)節(jié)。 在其中一個方面沒有考慮到的情況下， 如果導(dǎo)致設(shè)計步驟出現(xiàn)偏差， 很有可能會對整個工程帶來負(fù)面影響。 從目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體情況來看， 針對其中所存在的問題， 采取相應(yīng)的優(yōu)化措施十分有必要， 只有這樣， 才能夠更好的發(fā)揮出其應(yīng)用優(yōu)勢， 進(jìn)一步提升工程質(zhì)量。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中， 從整體上來說， 雖然與其他建筑結(jié)構(gòu)相比， 具有比較明顯的應(yīng)用優(yōu)勢， 但是并不是完全沒有缺點(diǎn)。 比如， 除了具有抗裂性能較弱的缺點(diǎn)之外， 其在自重方面也不占優(yōu)勢。 在實(shí)際的設(shè)計過程中， 需要滿足以下幾點(diǎn)要求。

1） 安全性。 這方面的要求為基礎(chǔ)性的要求， 也是根本性的要求。 在運(yùn)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時， 其不可避免需要承受來自各個方面的承載能力。 因此，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)， 需要確保在受到相應(yīng)的承載之后， 不會對整體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響， 可以具備穩(wěn)定性的特性。 在此處所提到的承載能力， 主要來自兩個方面的內(nèi)容。 一方面， 在正常的施工過程中， 包括在后續(xù)的使用過程中， 通過提前的分析和判斷， 需要承受的最大承載力； 另一方面， 在建筑結(jié)構(gòu)使用的各個階段， 對于部分承載力， 通過分析提前無法得知， 可能會出現(xiàn)的偶然性的、 潛在承載力。 比如， 在個別情況下， 可能會出現(xiàn)的地震沖擊等等[1]。

2） 適用性。 不管是任何類型的建筑， 簡單的來說， 都是為了使用的需要， 需要考慮到各個方面的因素， 了解與使用功能之間的聯(lián)系性， 使其具備良好的性能。 比如， 要避免出現(xiàn)變形、 開裂等情況，這一要求也是基礎(chǔ)性要求的內(nèi)容之一。 以室內(nèi)布局方面為例， 需要通過對空間特征的分析， 選擇與之相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式， 尤其是在設(shè)計梁柱時， 要考慮是否會對實(shí)際的使用造成負(fù)面影響、 是否會影響其結(jié)構(gòu)功能的效果等等。 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時， 只有符合使用的要求， 且具備良好的適用性特點(diǎn)， 才能夠更好的發(fā)揮建筑本身的作用， 進(jìn)而促使施工單位獲得更好的發(fā)展。

3） 可靠性。 對于任何一種類型的建筑， 通過了解發(fā)現(xiàn)， 其都有一定的使用時間， 在使用時間方面，具有明確的要求和標(biāo)準(zhǔn)。 正是由于這方面的原因，在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 需要考慮到方方面面的內(nèi)容。比如， 是否安全、 使用功能等等， 或者其他一些重要要求和內(nèi)容， 從整體的層面入手展開分析工作，針對與結(jié)構(gòu)相關(guān)的某一個部分， 或者其中的構(gòu)件等等， 進(jìn)行更加細(xì)致的設(shè)計工作。 從目前的設(shè)計情況來看， 不難發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)了多種可以選擇的材料，其性能、 品質(zhì)等等， 直接影響著建筑結(jié)構(gòu)作用的發(fā)揮， 要認(rèn)真、 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶Υ魏我环N材料的選擇。 因此， 要根據(jù)對建筑的要求、 標(biāo)準(zhǔn)， 以及使用時間方面的要求， 展開結(jié)構(gòu)設(shè)計， 從而最大程度上的保證建筑的使用性、 耐用性能。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

2.1 地基、 基礎(chǔ)設(shè)計問題

建筑物沉降有兩個方面的內(nèi)容： 一方面， 不均勻的沉降； 另一方面， 均勻沉降。 不管是哪一個方面， 都與多種因素有關(guān)。 比如， 施工所采用的工藝、現(xiàn)場的水文條件等等。 在實(shí)際的設(shè)計中， 由于相關(guān)人員過于重視某一方面的考慮， 所考慮的內(nèi)容不夠全面， 再加上從事此行業(yè)的時間相對較短， 所進(jìn)行的設(shè)計不夠合理。 因此， 在建筑物自身的重量過于大的情況下， 基礎(chǔ)底的應(yīng)力較高， 而地基本身的承載能力是有限的， 發(fā)生沉降的幾率也會相應(yīng)的大大提升[2]。

2.2 裂縫問題

裂縫問題是一種比較常見的問題， 發(fā)生的幾率較高， 基本上很難做到完全意義上的避免， 主要包括四種類型。 第一種， 溫度裂縫。 這種情況在小體積混凝土中比較少見， 在大型體積混凝土中可以經(jīng)常看到。 主要是由于在澆筑完成之后， 水泥在凝結(jié)過程中， 會發(fā)生一系列的反應(yīng)， 會導(dǎo)致體積發(fā)生變化， 在溫度持續(xù)升高， 達(dá)到一定的程度之后， 會達(dá)到凝結(jié)的效果。 隨后， 溫度會出現(xiàn)不斷下降的情況，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。 如果在天氣發(fā)生較大的波動時， 尤其是在短時間內(nèi)降溫的情況下， 內(nèi)部的溫度與外部的溫度差值較大， 表面也會出現(xiàn)裂縫； 第二種， 收縮裂縫。 在現(xiàn)階段的市場上， 不難發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)了多種類型的混凝土。 其性能、 用途、 質(zhì)量等等， 都會有所不同， 在實(shí)際的選擇過程中， 如果沒有按照具體的要求、 標(biāo)準(zhǔn)， 導(dǎo)致所選擇的品質(zhì)不達(dá)標(biāo)， 在施工之后， 受到外界阻力的影響， 開裂的情況也會比較容易發(fā)生； 第三， 結(jié)構(gòu)裂縫。 在任何一個環(huán)節(jié)的混凝土操作， 都需要有具體的規(guī)范， 在實(shí)際的操作環(huán)節(jié)， 由于沒有考慮到這一方面的內(nèi)容， 導(dǎo)致實(shí)際的操作具有一定的隨意性， 且在整個工序完成之后， 會直接運(yùn)用灑水的方式進(jìn)行簡單的養(yǎng)護(hù)， 后續(xù)開裂的情況將會十分嚴(yán)重。 通過對鋼筋混凝土構(gòu)建的了解發(fā)現(xiàn)， 在一般情況下， 現(xiàn)場根據(jù)情況進(jìn)行制作、 澆筑的情況比較常見， 如果構(gòu)件不同， 則其對應(yīng)的剛度具有比較明顯的差異性特點(diǎn)。 因此， 在整個結(jié)構(gòu)中， 會根據(jù)剛度的情況， 呈現(xiàn)出厚薄不一致的情況， 在施工中， 或者在后續(xù)的使用環(huán)節(jié)， 在某個區(qū)域就會出現(xiàn)開裂的情況。 比如， 在頂部樓層中，由于樓板的剛度相對較高， 墻體的剛度則相對較低，在剛度不同的情況下， 對應(yīng)的連接位置經(jīng)過長時間后， 很容易出現(xiàn)開裂的情況； 第四， 構(gòu)造裂縫。 在水灰的配合比控制不夠合理的情況下， 或者構(gòu)件還未等待足夠的時間， 就已經(jīng)進(jìn)行了脫模處理， 這兩種情況都會導(dǎo)致裂縫的發(fā)生。 在混凝土施工之后，其需要有一定的硬化時間， 在整個過程中， 水分會隨著時間的推移而不斷流失。 這一現(xiàn)象無法避免，幾乎在任何階段都有存在， 包括施工階段、 使用階段等等。 因此， 這一現(xiàn)象也是導(dǎo)致裂縫發(fā)生的主要原因[3]。

2.3 鋼筋排列問題

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中， 對于需要使用的鋼筋， 需要在設(shè)計圖紙中標(biāo)注出來。 比如， 排列的情況、 對應(yīng)位置的數(shù)量等等， 用線條進(jìn)行詳細(xì)的標(biāo)注和說明。 通過這種方式， 在后續(xù)操作時可以通過對標(biāo)注的查看，按照具體的要求進(jìn)行操作。 但是在實(shí)際的設(shè)計時，在標(biāo)注方面不夠清楚， 所存在的問題比較明顯。 比如， 在特定位置， 鋼筋數(shù)量的使用沒有給出詳細(xì)說明， 在位置的安排上與實(shí)際不符， 導(dǎo)致無法對實(shí)際的操作起到參考的作用。 如果出現(xiàn)這種情況， 在實(shí)際的操作中， 鋼筋的排列可能會不夠規(guī)范， 與規(guī)定的要求不符， 甚至在某些情況下， 還需要將鋼筋進(jìn)行處理。 比如， 進(jìn)行切斷操作， 全程需要花費(fèi)的時間將會更長， 也會影響鋼筋混凝土的性能， 為后續(xù)的使用埋下安全隱患。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計改善措施

3.1 基地設(shè)計優(yōu)化措施

通常情況下， 對地基產(chǎn)生影響的因素并不局限于特定的某一個方面， 與多個方面的因素都有關(guān)。要想了解地基的沉降量， 不能僅僅考慮某一個方面的因素， 也無法通過具體的公式詳細(xì)的計算出來，而是需要根據(jù)工程的情況， 結(jié)合以往的工程經(jīng)驗(yàn)，同時考慮到多個方面的因素。 第一， 為了減少地基變形的幾率， 可以通過對各種結(jié)構(gòu)體系的了解， 盡可能的選擇剛度系數(shù)較大的體系。 與此同時， 在進(jìn)行平面布置工作時， 需要通過與此領(lǐng)域更加專業(yè)的人員進(jìn)行協(xié)商， 針對結(jié)構(gòu)的布置方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 比如， 要盡可能的做到平面的簡單、 規(guī)則性等等。 通過這種方式， 能夠確保上部結(jié)構(gòu)具有一定的剛度， 可以與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)共同發(fā)揮作用， 達(dá)到起拱的效果， 可以在減少變形程度的同時， 減少基礎(chǔ)的內(nèi)力； 第二， 可以采用減少上部荷載的方式。 具體的來說， 在上部結(jié)構(gòu)方面， 需要從材料的選擇方面入手， 選擇質(zhì)量較輕， 且強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的材料。如果能夠合理選擇材料， 可以在提升剛度的同時，避免荷載過于高， 進(jìn)而降低地基沉降的發(fā)生幾率；第三， 對于基礎(chǔ)部分的結(jié)構(gòu)， 也可以通過相應(yīng)的方式， 提升其以整體的剛度。 比如， 在現(xiàn)階段， 比較常見的有雙向條形基礎(chǔ)。 在無法運(yùn)用整體性基礎(chǔ)的情況下， 也可以運(yùn)用方形， 或者圓形類型的基礎(chǔ)，要盡可能的采用長和寬數(shù)值相對較小的基礎(chǔ)。 通常情況下， 在長和寬的比例方面， 最高不能超過3；第四， 對于設(shè)計人員而言， 其還需要提前到現(xiàn)場，對水位情況、 地形等等， 做好詳細(xì)的記錄， 并且對施工結(jié)構(gòu)的類型進(jìn)行了解， 掌握其功能， 進(jìn)而保證在各個方面都能夠達(dá)到設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。 還有部分建筑物， 如果其地基的情況相對較好， 在上部結(jié)構(gòu)方面，可以適當(dāng)降低其在傾斜方面的要求， 在達(dá)到最大傾斜值的情況下， 可以稍稍降低其剛度數(shù)值[4]。

3.2 裂縫控制措施

相關(guān)人員對鋼筋混凝土進(jìn)行了長期的研究， 有結(jié)果明確顯示， 其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與長度之間存在著某種聯(lián)系。 從另一個層面上來說， 只有提升內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性， 才能夠降低出現(xiàn)裂縫的幾率。 第一，對于設(shè)計人員而言， 在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時， 其需要嚴(yán)格按照具體的要求、 標(biāo)準(zhǔn)， 確定好平面尺寸的數(shù)值。在長度數(shù)值方面， 如果長度過長時， 在必要的情況下， 可以通過伸縮縫解決問題。 在無法應(yīng)用伸縮縫的情況下， 對于比較容易受到溫度影響的部位， 可以通過分析， 增加其配筋率， 除了這種方式之外，也可以采用增加后澆帶的方式。 在此環(huán)節(jié)， 水泥材料的選擇， 要確保其具備低收縮的性能， 最大程度上的降低對水泥量的使用， 在達(dá)到建設(shè)要求的同時，防止出現(xiàn)大量的裂縫； 第二， 在建筑結(jié)構(gòu)中， 對于不同部位的構(gòu)件， 由于其所發(fā)揮的作用不同， 所運(yùn)用的混凝土強(qiáng)度并不是完全相同， 也正是由于這一方面的原因， 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)比較容易出現(xiàn)變形的情況。在這一情況下， 在整體的結(jié)構(gòu)中， 不可避免的會有部分構(gòu)件， 其在強(qiáng)度方面相對比較弱。 對此， 設(shè)計人員要考慮到這方面的因素， 對于各個不同部位的構(gòu)件， 要盡可能的在不影響設(shè)計效果、 達(dá)到規(guī)定的要求的基礎(chǔ)上， 使內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度保持在相同的水平。 只有做到這樣， 才能夠降低問題出現(xiàn)的幾率， 進(jìn)而使整體的結(jié)構(gòu)更加可靠； 第三， 預(yù)應(yīng)力混凝土澆筑也是一種比較常用的方式， 通過了解發(fā)現(xiàn)， 其在現(xiàn)階段已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用， 是避免構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的重要手段之一； 第四， 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中， 從以往的操作情況來看， 一般情況下， 在樓層面板的構(gòu)件部位， 很有可能會產(chǎn)生裂縫。對于這一情況， 在這部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計中， 在內(nèi)部管線的交錯位置， 可以根據(jù)對其情況的進(jìn)一步分析，在具體的位置上安裝上相應(yīng)的固定接線盒。

3.3 剪力墻和連梁設(shè)計

在現(xiàn)階段的建筑中， 不難發(fā)現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)比較常見。 與此同時， 其在設(shè)計方法上， 包括模式上等等， 經(jīng)過長期的發(fā)展， 都已經(jīng)相對比較成熟， 但是經(jīng)過仔細(xì)的分析可以看到， 還存在一定的不合理之處。 對此， 在剪力墻設(shè)計方面， 需要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容。 第一， 需要根據(jù)實(shí)際情況， 確定出墻體高度的數(shù)值。 與此同時， 還需要通過對彎度情況的分析，做好與墻體的結(jié)合工作， 確保最終可以達(dá)到抗震的要求； 第二， 在墻體計算環(huán)節(jié)， 需要嚴(yán)格按照具體的規(guī)定。 根據(jù)相關(guān)規(guī)定， 以普通類型的剪力墻為例，可以對其橫截面的高度數(shù)值進(jìn)行記錄， 通過對厚度數(shù)值的計算， 這兩個數(shù)值比的結(jié)果不能低于8。 以短肢剪力墻為例， 在得到其橫截面的高度數(shù)值之后，同樣需要記錄其厚度數(shù)值， 這兩者數(shù)值之間的比至少需要大于4， 但是需要注意的是， 在最高的情況下， 不能大于8， 且在厚度方面， 也有明確的要求，一般情況下， 不能超過300mm。 簡單的來說， 如果墻體的厚度、 高度數(shù)值， 在經(jīng)過計算之后， 兩者的比例在發(fā)生變化的情況下， 則所應(yīng)用的材料也會隨之發(fā)生變化。 與其他墻體相比， 由于剪力墻本身的特性， 其具有一定的特殊性， 在鋼筋的含量方面，具有更高、 更為嚴(yán)格的說明。 不管是在任何情況下，都不能因?yàn)槿魏卧颍?降低對材料的使用。 在剪力墻的使用過程中， 其比較容易受到外部因素的影響，發(fā)生損壞的幾率較高， 且一旦出現(xiàn)損壞， 則所造成的后果將會十分嚴(yán)重； 第三， 在剪力墻的布置過程中， 還需要對單肢的剛度情況進(jìn)行了解， 避免其中某一部分的單肢剛度過于大， 并且在確定墻肢的數(shù)量時， 也要考慮到其他方面的因素， 根據(jù)剛度的具體情況， 進(jìn)行進(jìn)一步的確定， 從而保證結(jié)構(gòu)具備抗震性[5]。

4 結(jié)語

綜上所述， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的優(yōu)化策略十分重要。 對此， 在實(shí)際的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中， 需要注意其中的缺點(diǎn)， 根據(jù)問題找到對應(yīng)的優(yōu)化措施， 從多個不同的方面入手， 根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)， 發(fā)揮出結(jié)構(gòu)優(yōu)勢， 最大程度上的保證工程質(zhì)量。