常见钢筋混凝土结构设计问题分析

　　摘要：在进行现浇混凝土结构设计时经常会遇到各种问题，文章主要从结构体系选择、结构刚度、地基与基础设计、梁侧纵向钢筋的配置、钢筋混凝土结构的裂缝控制及施工后浇带混凝土施工方面等六个方面分析了上述问题的成因及应该注意的事项，以作参考，避免在设计中重复出现此类问题。
　　关键词：结构设计，钢筋混凝土结构
　　前言
　　在钢筋混凝土结构设计过程中经常一些结构概念或与施工相关的问题，例如：结构体系的选型、结构刚度的控制、基础设计需要注意的内容、后浇带的设置、梁柱节点处理等问题。上述问题在规范条文中没有具体明确规定，也容易被忽视，但这些问题往往对结构的安全性、经济性产生直接的影响，甚至决定了结构设计的成败。
　　1结构体系的选择
　　钢筋混凝土结构建筑大量兴建始于20世纪70年代，采用的结构体系依各地不同情况而各不相同。随着经济的发展和对各种结构体系的实践总结，从90年代起基本都采用大开间现浇钢筋混凝土剪力墙结构。这是因为大开间剪力墙结构体系，可以做到房间不露梁柱，有效使用空间大、隔音效果好，当采用钢制模板时，墙面和楼板表面平整不需要湿作业抹灰。而且该结构体系不但用钢量少、施工周期短、造价低，还具有整体性强、侧向刚度大等优点，有利于抗风抗震。为了进一步降低建筑造价，近些年部分地区(大多为抗震设防烈度7度区)越来越多地采用短肢剪力墙(墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙)与筒体或一般剪力墙组成的结构体系。该结构体系其实也属于剪力墙结构的一种，同一般剪力墙结构相比，这种结构的建筑平面布置更具灵活性，同时又节省了钢筋和混凝土用量，减轻了建筑总重量，从而降低地基基础造价。但该结构的抗震性能无疑比一般剪力墙结构要差，因此，在结构设计中要注意以下问题：
　　（1）短肢剪力墙较多时，应布置简体或一般剪力墙，形成短肢剪力墙与简体或一般剪力墙共同抵抗水平力的剪力墙结构，而且短肢剪力墙的厚度不应小于200mm，其最大适用高度也应比一般剪力墙结构的规定值适当降低。
　　（2）抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％，同时，短肢剪力墙的抗震等级还应比一般剪力墙的抗震等级提高一级。
　　（3）短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁；若设置，梁端只能按简支考虑。
　　以上是对目前我国建筑常用结构体系的一些看法，但究竟采用何种结构体系应因地制宜，根据当地的具体情况具体分析，从而确定出安全、合理、经济的结构体系。
　　2结构刚度
　　在钢筋混凝土结构设计中，现行的规范是建筑混凝土结构技术规程(下简称规程)。建筑层数多高度大，为保证建筑结构具有必要的刚度，应对其层间位移加以控制。这个控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个相对指标。建筑的抗侧刚度对结构的抗震性有很大的影响，应设计的刚些，还是柔些，不同的设计人员有不同的看法。目前大多数建筑都设计的比较刚特别是高层住宅，由于房间布置的要求，开间较小，这样剪力墙布置较多，而且墙厚较厚，比较浪费。在结构结算时，计算的最大弹性层间位移角只有1／2000-1／3000，甚至更小。
　　一般认为，对于某些地区，由于土质较好，基岩埋深也普遍较浅，且建筑多采用桩基础，或者有1至2层的地下室，持力层为中，微风化岩层或者中硬场地土层，地基的特征周期值较小。所以在此条件下，建筑的抗侧刚度一般可以设计的柔些，以结构的极限变形能力(可按照规程的弹性层间位移角限值，剪力墙结构为1／1000)作为控制值。在满足变形的限值的前提下，结构刚度可尽可能设计的小些，这样既降低了地震作用，减少配筋量，也使场地与建筑物发生共振的可能性减小，而且也达到了经济目的。大多数工程实践证明，建在较硬场地上的建筑可以按变形控制，以柔克刚，既安全又经济。
　　3地基与基础设计
　　地基设计部分一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素。因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。
　　在基础设计中，应综合考虑建筑场地的地质状况及水位、上部结构类型、使用功能、施工条件以及相邻建筑的相互影响，以保证建筑物不致发生过量沉降或倾斜，并能满足正常使用要求。还应注意了解相邻地下构筑物及各类地下实施的位置和标高，以保证基础的安全和确保施工中不发生问题。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国幅员辽阔，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定。因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确。所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入的学习，避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
　　4梁侧纵向钢筋的配置
　　梁侧纵向钢筋包括梁侧纵向构造钢筋和梁侧抗扭纵筋。新混凝土设计规范规定梁腹板高度hw／>450mm梁侧应沿高度配纵向构造钢筋，且间距不大于200mm。梁侧纵向构造钢筋对防止梁侧面的开裂具有非常重要的作用。梁侧纵向钢筋的直径不应太大，一般以中12～中16为宜。在实际设计中，常常见到梁侧抗扭纵筋很大的情况，这是由于电算结果显示抗扭纵筋的面积较大。对这种情况应在计算和设计上做一些调整。
　　（1）由于目前电算程序在结构构件分析时尚不能考虑现浇楼板对梁扭转的影响，而是由程序给出一个梁扭距折减系数，合理选用梁扭距折减系数对控制梁的扭矩是很重要的，一般情况可取0．4．~0．6。
　　（2）对跨度较大的次梁支承于主梁上时，次梁的支承端会对主梁产生较大的扭矩，这时可在电算程序中指定该次梁的端支座为绞接。这种方法对解决梁在受剪扭情况下的超筋超限是非常有效的。
　　（3）有时虽然做了以上调整，但梁的抗扭纵筋面积仍然较大。此时应将抗扭纵筋面积分摊一部分到梁的四根角筋，其余部分面积按梁侧腰筋设置，梁腰筋直径仍以中12～中16为宜。
　　5钢筋混凝土结构的裂缝控制及施工后浇带
　　钢筋混凝土结构的裂缝产生的直接原因是由于混凝土的收缩及水化热增加、养护方法不当、结构约束应力不断增大、外加剂的负效应等。对钢筋混凝土结构裂缝控制的主要方法是通过合理选择结构形式，降低结构约束程度，对于水平构件梁、板、墙等采用中低强度级混凝土，加强构造配筋。对于高层主楼与低层裙房之间的连接部分或超长结构可采取后浇带方法施工。施工后浇带既在整个结构施工中解决了高层主楼与低居裙房的差异沉降，又达到了不设永久变形缝的目的。施工后浇带的位置宜选在结构受力较小的部位，一般设在梁、板的中部三分之一跨区域内，因为一般该部位剪力最小。在施工后浇带处，混凝土虽为后浇，但钢筋不能断。后浇带的宽度一般以700--lO00mm为宜。施工后浇带的断面形式应考虑浇筑混凝土后连接牢固，一般宜避免留直缝。对于板，可留斜缝；对于梁及基础，可留企口缝，而企口缝又有多种形式，可根据结构断面情况确定。
　　6混凝土施工方面出现的问题
　　为满足结构承载的要求，节约工程造价，通常在结构设计中对上、下柱或柱与梁扳的混凝土选择不同强度等级，然而未对结构的点区域的混凝土强度作出明确说明。通常柱的混凝土施工在梁底标高以下20~30mm处留设施工缝，与梁板同时施工，而施工人员往往贪图方便而使用同样强度等级的混凝土施工，降低了节点的强度。节点受力破坏形态主要为剪切破坏，节点区域的剪力由混凝土及箍筋共同承担，因此应该保证节点区域的混凝土具有足够的强度。按施工规范要求，当梁柱的混凝土强度等级不同时，节点处应按强柱弱梁的原则，节点区域的混凝土强度等级应与柱相同。采用强度较高的混凝土，在梁柱交汇处侧面设垂直施工缝是不符合规范要求的，混凝土浇筑时，应按图在梁柱接头周边用钢网或小板定位，并先浇筑梁柱接头的混凝土，随后浇筑梁板混凝土，这样既不便于施工，其质量也得不到保证。有些施工人员为了方便而将梁与柱使用强度等级相同的混凝土，这样既增加工程造价，又造成浪费．因此，在结构设计时应作综合考虑，根据实际情况选择合适的梁柱混凝土强度等级，以方便施工。
　　另外，浇筑节点区域混凝土前未及时对施工缝按规范要求进行处理，在浇筑柱的混凝土时，由于振捣、石子自重等因素，柱头施工缝区域一般浮浆较多，表面混凝土较软弱，的、所以应在安装接点模板之前及时清除松动的石子及软弱的混凝土层。模扳安装完成后，要清理杂物、泥砂、石屑等，防止浇筑混凝土时出现水平裂缝或松散夹层。在浇筑混凝土前，还要先浇一层水泥浆，以保证新旧混凝土良好地结合成一体。由于节点受力状态复杂，且钢筋密集，存在混凝土浇注时下料、振捣均较困难，容易出现蜂窝等情况而降低了混凝土强度，因此在混凝土施工中要严格控制骨料的颗粒大小，并选择合适的坍落度，精心施工，以保证工程质量。
　　结束语
　　钢筋混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，在这过程中的任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂，使设计结果存在不安全因素。因此，在每个过程都应该进行认真地分析和计算，并且要不断地进行优化设计，最终达到满意的结果。
　　参考文献：
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