建筑工程混凝土结构设计
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建筑工程混凝土结构设计的若干问题探讨
【摘要】随着建筑行业的快速发展，混凝土已经在广泛的应用于工程建设中去成为现代建筑的标志。混凝土的使用，提升了建筑结构和使用性能的质量，为我国建筑行业的不断发展提供发展动力，也为城市建设奠定了基础。文章针对建筑混凝土结构设计存在的若干问题进行分析探讨。
引言
混凝土作为目前世界上最大的商品之一是因为混凝土具有较好的延性和较高的强度，因此在结构设计中被广泛使用。在结构设计时应根据结构的具体设计环境要求选择混凝土强度等级。由于在设计过程中设计人员的不同而导致设计风格和理念有差异，因此在设计过程中会存在不同的设计方案，结构的质量也会有所差异。
1.混凝土结构设计中的裂纹问题及其控制
1.1 混凝土结构设计中的裂纹问题
裂纹是固体材料中的某种不连续现象。多年来，有关混凝土的现代试验完全证实了在尚未受荷的混凝土和钢筋混凝土结构中存在微裂纹，主要有骨料与水泥石的粘结面上的粘结裂纹、水泥浆中的裂纹以及骨料裂纹。而根据断裂损伤力学的观点，所谓断裂损伤是在广义的外载作用下，使材料的细观结构发生变化，引起微缺陷成胚、孕育、扩展和汇通，导致结构宏观性能的劣化，最终形成结构宏观开裂和破坏。因而混凝土结构的破坏过程实际上是微裂纹的扩展、贯通而形成的。近代的混凝土的微观研究也表明：微裂纹的扩展是材料破损程度的标志，同时，微裂纹的存在也是一种材料本身固有的物理性质。因而，裂纹在钢筋混凝土结构中的存在有其必然性。
1.2 混凝土结构设计中的裂纹控制
预应力混凝土结构的裂纹控制方法主要是基于“抗”的思想，下面分别应用传统力学和断裂力学来分析传统裂纹控制方法：从传统力学观点来看，由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁在外部荷载作用下梁体下缘产生的拉应力全部被抵消（或部分被抵消），因而可避免混凝土出现裂纹（或推迟出现裂纹），混凝土梁可以全截面参加工作（或增加参加工作的混凝土截面），这就相当于改善了梁中混凝土的抗拉性能，而且可以达到充分利用高强材料的目的。从断裂力学观点来看，混凝土材料内部存在许多微缺陷和微裂纹，这些微缺陷和微裂纹在外部荷载作用下会不断演化、发展，最终形成宏观裂纹。预先在混凝土梁两端施加一对轴向压力，相当于在梁内微裂纹面上作用了一对非均布压应力，这时可以认为裂纹端部的应力强度因子为负值。当外载在裂纹端部产生的应力强度因子与非均布压应力产生的应力强度因子大小相等时，裂纹端部的应力强度因子为零。这时裂纹并不会失稳扩展，只有随着外载的增加，使裂纹端部的应力强度因子达到混凝土材料的断裂韧性时，裂纹才会失稳扩展。因此，从断裂力学角度来说，由于预先对混凝土梁施加预压应力，从而减小了外载作用下裂纹端部的应力强度因子，避免或是推迟了混凝土出现裂纹。
2.梁支座的结构形式分析及其设计可靠性的实现策略
对于梁支座形式的选择来说，如果剪力墙与框架梁垂直正面相交，同时剪力墙对梁的约束能力不强时，梁支座形式宜为铰接。结构计算是结构设计的基础，计算结果是结构设计的依据，设计中选择合适的计算假定、计算简图是得到正确计算结果的关键。当前结构设计程序中往往把与剪力墙相交的框架梁支座看作固定支座，这种假定不是在任何情况下都是正确的。当框架梁与剪力墙正面垂直相交，且剪力墙对梁的约束能力较弱时，很难实现固定支座的假定，此时宜将梁支座形式人为调成铰接支座，否则计算结果将与实际不符。在结构设计中，对与剪力墙相交的框架梁，其支座形式要慎重对待，具体工程应视框架梁与剪力墙的相对刚度及相交位置、方向，正确判断剪力墙对梁的约束能力，近而较为准确地确定框架梁支座形式。对于提高混凝土结构的设计可靠度，在材料强度等级不变的情况下会增加材料用量，增加造价，用高强材料替代低强材料，可有效地降低成本。混凝土结构中，水平受力构件如梁、板，主要以钢筋的抗力为主，提高钢筋级别效益较好，设计中应优先采用新规范提倡的主导钢筋HRB400（III）级钢筋；竖向受力构件如墙、柱，主要以混凝土的抗力为主，提高混凝土等级效益较好
3.高层建筑混凝土结构设计中注意要点分析
3.1 概念设计
结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。结构概念设计是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。以下在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。一般工程都仅进行小震下的弹性设计，而用概念设计和构造措施保证“中震可修，大震不倒”，但没有验算和证实，那么建筑物是否真能做到“中震可修，大震不倒”，无人知晓。对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑，审查专家往往会提出更具体的设计指标：中震或大震不屈服设计；中震或大震弹性设计；要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标。水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用，应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度以减少地震作用效应，但是也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因p-δ效应过大而导致结构破坏。
3.2 结构选型
（1）结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作被动。结构的超高问题。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为a 级高度的建筑外，增加了b 级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为b 级高度建筑甚或超过了b 级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面。
4.结语
新时期建筑行业的快速发展，无论施工方还是对于使用来说，对于建筑整体质量都是非常重视，在建筑工程当中，混凝土成为现代建筑发展的标志，混凝土结构设计水平的高低会影响到建筑质量的水平高低，如何更好的进行混凝土结构设计，提高建筑整体质量成为当代建筑发展所要思考的问题，作为设计人员，一定要不断提高 自身专业知识，一定要实践和理论相结合，发现问题要及时进行纠正，不断的探索研究，只有这样，才能不断的完善建筑混凝土结构设计，才能提高建筑质量。
参考文献
[1] 徐培福，黄小坤.《高层建筑混凝土结构技术规程》修订简介[J].建筑科学. 2002（01）
[2] 黄小坤，郝锐坤.《高层建筑混凝土结构技术规程》简介[J].建筑结构. 2001（11）
[3] 江云红.高层混凝土建筑结构的抗震概念设计[J].四川建筑.
2011（01）
