建筑混凝土设计之我见

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  摘要:本文作者结合实际工作经验,对建筑混凝土结构设计进行了分析探讨,供同行参考。
  关键词:建筑结构;混凝土;设计
  Abstract: The authors combine practical work experience, was analyzed and discussed the architectural design of concrete structures, for reference.Keywords: building structure; concrete; design
  中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)
  伴随着社会经济的进步发展,建筑行业将还会在国民经济中继续扮演者重要的重要的角色,建筑结构的整体设计是否科学合理,是否符合相关的要求将关系到人民的生命财产安全,鉴于我国现在在建筑行业中因为设计不当导致的事故频繁发生的现状以及相应的设计探究分析,我们应该更加重视设计环节的重要性,相关部门也应该采取相应的积极措施,提升设计和施工水平,保证社会经济的持续健康发展。
  混凝土结构的发展可谓是十分迅速,在我国改革开放的30多年来,混凝土的结构技术无论是在材料的研究和开发还是其应用与施工都有着令人咋舌的发展速度,混凝土结构的应用范围也是日益扩大,无论是在地上还是地下甚至是海洋都有了混凝土的踪迹,混凝土在建筑行业的广泛应用似乎已经是时代发展的一个重要标志。虽然现在的钢结构也有了很大的发展但是因为其自身的一些问题还没有完全得以解决,所以混凝土依然是建筑行业中应用最为广泛的结构形式,特别是在我国由于钢结构的相关技术发展较慢,混凝土几乎占据了建筑业的全部领域。可是在现在的建筑行业之中我国的混凝土结构的应用和设计依然存在着许多问题,在设计方面主要是结构设计不完善,相关的设计人员并没有从整体的角度进行综合的管理设计,从而出现了许多大型建筑因为设计方面的问题出现事故。以下将对建筑结构混凝土设计的原则及要点等问题进行分析与阐述:
  1 建筑结构混凝土的设计原则
  随着技术水平的不断发展,混凝土已成为建筑工程中应用最多的材料,也是主要结构材料之一。
  1.1侧向力的把握
  在建筑结构中,侧向力已经成为对结构的内力、结构变形以及建筑物土建等主要影响因素。无论是在高层建筑还是高层建筑中,都要承受自重、雪载、活载等荷载力,再加上大风、地震等水平作用力影响,水平荷载力的内力或位移逐渐加大,因此水平荷载与地震力等将成为建筑的主要控制因素。
  1.2建筑结构的刚度适宜性
  随着建筑高度的不断增加,高层建筑的侧向位移越来越大。因此,在高层建筑设计中,既对结构的强度提出要求,同时也不能忽视结构的适宜性,确保结构具有合理的自振频率,同时控制水平力作用下的层位移。
  1.3结构的良好延展性
  与矮层建筑相比,高层建筑的结构更柔缓,并且在地震作用下会产生更大变形。建筑结构的耐震性主要与结构的变形、承载力两大因素息息相关。为了确保建筑结构在塑性变阶段仍具有一定变形能力,可有效抵抗地震作用力。因此,在满足强度要求的前提下,通过合理的设计与构造技术手段,提升整体结构的变形能力,尤其针对薄弱层,满足结构的延展性。
  1.4设计的整体性原则
  整体设计原则主要将建筑的各个组成部分当做一个整体,全面研究整体构成、功能、发展规律等因素,实现整体与部分的相互制约、相互结合、相互依赖,从中获得建筑结构的系统特征与运行规律。
  2 建筑结构混凝土的设计要点
  2.1混凝土结构的耐久性
  混凝土自身的质量是影响混凝土耐久性的直接原因。通过提高混凝土密度、减少渗透性,可有效减少侵蚀物进入混凝土的速度,这又与混凝土的水灰比、强度等级等因素相关。
  由于氯离子可能加快钢筋的锈蚀性,因此根據各种环境的情况不同,应注意控制氯离子含量。如果混凝土中含有一定数量的碱活性骨料,那么在露天或者潮湿环境中,碱与骨料中的活性颗粒就会发生反应,最终造成混凝土裂缝,加快侵蚀物的破坏速度。如果混凝土结构的裂缝比较大,侵蚀性物质就有可能由裂缝进入混凝土内部,对钢筋造成锈蚀。当钢筋锈蚀氧化后,体积会迅速扩大,造成混凝土保护层的破裂,甚至保护层剥落。当钢筋被锈蚀之后,其有效面积就会减少,同时造成结构承载力的下降。另外,锈蚀钢筋抗滑移的能力也有所降低,出现建筑结构隐患。因此,在设计中必须考虑到混凝土结构的承载力问题,否则可能产生脆性破坏。可见,耐久力对整个混凝土结构发挥重要作用。
  2.2 混凝土结构的抗震性
  地震力主要在两种构件之间分配,因此需考虑在不同时间两种构件的抗推刚度变化。在钢筋混凝土材料中,可采用钢框架—混凝土的剪力墙为主要结构体系,其中将钢筋混凝土的内筒作为主要的抗侧力结构。钢框架结构主要用于承载重力,以及较少的水平剪力。在水平的地震力作用下,经一些工程实践表明,由于这种钢框架结构的抗推刚度较差,而水平剪力除了顶部几层达到楼层剪力的15%—20%之外,其他楼层剪力基本仅有10%—15%,甚至有些工程仅为5%。在往复的地震力作用下,当整体结构进入了弹塑性阶段,如果墙体出现裂缝,此时内简抗推刚度会大幅度下降,刚度的退化同时带来钢框架剪力的增加。在钢框架中,由于弹性极限变形一般在1:400以上,比钢筋混凝土墙体弹性极限变形中的1:3000大得多。
  在这种情况下,虽然水平地震的作用力小于塑性阶段,但是其钢框架则要承担更多的水平地震剪力与倾覆力矩。因此,为了满足结构最基本的“裂而不倒”应对钢框架中的部分水平剪力进行调整,尽量提高钢框架的承载力,同时采取必要施工技术与措施,提高混凝土内筒的延展性,满足建筑结构要求。
  2.3“强柱弱梁”的设计
  强柱弱梁的设计理念主要源于“小震不坏、中震可修、大震不倒”的建筑抗震目标。在地震力作用下,如果柱被破坏,那么整个建筑物都会被倾覆,而如果仅是梁遭到破坏,那么某个区域可能失效,但不会影响整体。因此,柱的作用比梁更重要。
  近年来,各种地震灾害频发,因此设计人员在设计过程中必须重视抗震性能。首先,必须加强对柱轴压比的控制。目前大多相关计算都是考虑了小震情况,如果在小震状况下,柱子的轴压比偏高,那么如果遇到大震,必将对边柱产生附加的轴力影响,那么柱子就不存在安全储备功能,在大震作用下将会完全破坏。
  参考诸多工程实际,一般轴压比最好不超过0.9%,同时对配筋设置、柱断面等进行处理,,适当加强边柱与角柱的作用力,尤其是角柱应采取加密箍筋的方式,将配筋率控制在1%以上。另外,所有的框架柱,不包括小的截面柱等,应该将纵筋控制在20以上,注意柱筋的品种不可过多。同时,可适当降低支座,以便在地震作用下形成梁铰作用,以在梁端先发生塑性铰的作用,以实现柱端受弯承载力大于梁端受弯承载力。
  3 结束语
  随着我国经济的发展及人民生活水平的提高,人们对建筑工程的特点与使用功能要求越来越高。目前,虽然混凝土结构已经在建筑中广泛应用,但是在设计阶段仍存在一些问题不容忽视。只有提高建筑结构混凝土的设计水平,才能真正提高建筑质量与使用功能。
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