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在房屋等各種建築工程中, 都是采用鋼筋混凝土作為建造材料。因而,鋼筋混凝土的材料質量和結構設計, 在保證建築物使用壽命方面具有極其重要的地位。随着多層建築物和高層建築物的不斷湧現,業界相關人士将關注的眼光越來越多地投注在鋼筋混凝土方面。質量優等的鋼筋混凝土與科學合理的鋼筋混凝土結構, 不僅能夠保證房屋建築能夠擁有一個安全與穩定的鋼筋混凝土結構,也能保證房屋建築的質量安全與穩定。

一、鋼筋混凝土結構定義和基本原理

1、定義

鋼筋混凝土結構是由鋼筋和混凝土兩種材料結合成整體共同受力的工程結構,其主要承重構件是由鋼筋與混凝土制造而成。

2、基本原理

混凝土結構在鋼筋和混凝土兩種不同性質材料的有效結合作用下, 能夠充分發揮混凝土抗壓強度和鋼筋抗拉強度的優勢,有效地掩飾掉彼此的缺陷。在二者共同抵抗外力的作用下,提高建築結構中梁和闆的承載能力。

二、鋼筋混凝土結構設計常見問題解析

1、關于超長結構的問題

混凝土結構設計規範規定鋼筋混凝土框架結構伸縮縫最大間距為55 m, 同時規定當采取後澆帶分段施工, 專門的預加應力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施且有充分依據的, 伸縮縫間距可适當增大。這兩條使我們在實際設計過程中較難把握。工程實例中超過55 m 就設置伸縮縫, 這顯然是很難保證的,而且在采取後澆帶分段施工後很難控制房屋的長度而不至于産生裂縫等不良現象。

出現此類狀況這取決于各地區的溫差及混凝土不同的收縮應力。在結構設計中必須對梁柱配筋進行概念上的調整。首先是長向闆鋼筋應雙層設置, 并适當加強中部區域的梁闆配筋, 筆者認為中部區域作為一個中點必然受較大應力, 而兩側梁柱, 特别是邊跨的柱配筋必須加強以抵抗溫度應力帶來的推力, 而超長結構在角部容易産生的扭轉效應也須我們在設計中對角部結構進行加強。當框架結構超過70 m 時, 應采取特殊的措施才能不設置伸縮縫, 如采用預加應力, 摻入抗裂外加劑等等, 而且作為超過70 m 的結構, 必須對溫度及收縮裂縫采取定量的分析, 并相應施加預應力, 這在許多工程實例中應用的效果也是衆目共睹的。如果對超長結構, 不能有效的分析清楚受力情況, 筆者建議還是應按規範要求設置伸縮縫, 畢竟建築上縫隻要處理得當還是不影響觀瞻的。

2、關于樁筏基礎設計中對于筏闆厚度的取值問題

樁筏基礎設計中對于筏闆厚度的取值, 一般是先按建築層數估算筏闆厚度, 常規是按層數×50 mm 來估算。例如一幢十八層的小高層住宅, 我們則先按18×50= 900 mm設定筏闆厚, 然後再根據排樁情況, 分别驗算角樁沖切,邊樁沖切及牆沖切, 群樁沖切。一般情況均為角樁沖切來控制闆厚, 但這裡主要強調一個短肢剪力牆結構下的群樁沖切, 短肢剪力牆結構由于牆體不封閉, 故取值群樁沖切邊界時有相當大的困難, 而群樁沖切由于樁群重疊面積較大, 應是一種不利狀态。因此, 一般建議是取值幾個大層間近似作為沖切邊界, 所圍區域内短肢牆體内力則作為抗力抵消, 雖不完全準确, 但區域放大後, 邊界的開口效應有所削弱, 是可行的。

3、關于箱、筏基礎底闆的挑闆問題

從結構角度來講, 如果能出挑闆, 能調勻邊跨底闆鋼筋, 特别是當底闆鋼筋通長布置時, 不會因邊跨鋼筋而加大整個底闆的通長筋, 較節約。出挑闆後, 能降低基底附加應力, 當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時, 加挑闆就可能采用天然地基。必要時可加較大跨度的周圈窗井。窗井部位可以認為是挑闆上砌牆, 不宜再出長挑闆。雖然在計算時此處闆并不應按挑闆計算。當然此問題并不絕對, 當有數層地下室, 窗井橫隔牆較密, 且橫隔牆能與内部牆體連通時, 可靈活考慮。當地下水位很高,出基礎挑闆, 有利于解決抗浮問題。此外, 從建築角度講,取消挑闆, 可方便柔性防水做法。當為多層建築時, 結構也可謙讓一下建築。

4、關于強柱弱梁的設計理念

強柱弱梁的概念主要是針對小震不壞, 中震可修, 大震不倒的抗震設防目标而提出的。柱破壞了建築物整個都會傾覆, 而梁破壞則僅是某個區域失效, 因此, 柱較之梁破壞的損害更大, 當前我們的經濟已高速發展, 我們結構設計人員在設計中一定要将這一概念設計貫徹下去。必須嚴格控制柱軸壓比, 筆者認為軸壓比在任何情況下均不宜超過0.9%, 且我們對柱斷面及配筋設置時應分部位處理,建議邊柱, 角柱應适當加強, 特别是角柱, 建議應全柱加密箍筋, 且配筋率不宜小于1%, 所有框架柱, 不包括小截面柱, 建議縱筋均應大于20, 且柱筋品種不宜過多, 矩形截面柱盡可能對稱配筋。而對梁配筋則建議應配足梁中部筋, 而支座筋則可通過調幅讓其适當降低, 以使地震作用下能形成梁鉸機制, 防止柱先于梁屈服, 使梁端能首先産生塑性鉸, 保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。

5、關于闆面設置溫度應力筋的問題

根據規定在溫度收縮應力較大的現澆闆區域内, 鋼筋間距宜取為150 mm ~ 200 mm, 并應在闆的末配筋表面布置溫度收縮鋼筋, 闆的上下表面沿縱橫兩個方向的配筋率均不宜小于0.1%。對于規則較短的建築物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設置相應的溫度應力鋼筋, 而對于超長結構, 則建議在超長結構的長向均應設置雙層鋼筋。其餘部位則可因人而異, 功能重要的區域設置, 有條件的建設子項設置, 而不必過于強調。另外值得注意的問題是: 當地下室筏闆厚度大于1 200 mm 時, 可在筏闆中間配置溫度收縮應力鋼筋以抵抗大體積混凝土所産生的收縮及溫度應力, 配筋量筆者建議取1 /2筏闆厚的0。1%, 且不小于Φ12@ 200。

6、關于對梁筏基礎闆筋位置的設置問題

彈性梁筏基礎, 由于考慮水浮力下底闆所受向上的反向力, 設計人員會要求筏闆面筋能置于地梁主筋以下, 而地梁配筋有時較多甚至配置雙排筋, 再加上梁箍筋則施工中引起闆筋的彎折相當困難, 遇到人防工程則更難施工。筆者認為從受力傳遞過程來說, 闆筋設置必須準确, 但考慮施工困難及相應闆保護層的損失, 建議可以作适當放松。

7、關于短肢剪力牆結構設計中的重點問題

短肢剪力牆結構設計中有兩個重點問題值得我們防範,處理不當經常會成為薄弱環節, 這也是抗震審查中經常發現的問題。

（1）對普通長牆的界定, 根據規定一般剪力牆是指牆肢截面高度與厚度之比大于8的剪力牆, 短肢剪力牆是指截面高度與厚度之比為5~ 8的剪力牆。這明顯出現了一些難度, 高厚比為7.9 倍及8.1倍的兩種牆受力特性截然不同, 由此而引起的配筋亦相差甚遠(對四級剪力牆而言, 短肢剪力牆在一般部位的配筋率要求大于1.0%, 而普通牆則僅要求邊緣構件配筋率0.4%, 牆身部分配筋率僅為0.2%。) 因此筆者在布置長牆時建議控制高厚比大于9, 這樣就與短肢剪力牆有所區分而不會混淆。

(2)關于小牆肢根據規定矩形截面獨立牆肢的截面高度不宜小于截面厚度的5 倍, 因為當牆肢高厚比較小時受力特性是脆性破壞, 屬抗震不利構件。

因此, 筆者認為在剪力牆結構設計中應盡量避免次類構件的出現, 特别是高厚比小于3的小牆肢應不出現, 如出現建議按構造柱考慮, 不作為抗側力構件, 否則應按框架柱設計, 盡量降低軸壓比, 加強配筋。

8、關于地基與基礎設計的問題

地基與基礎設計一直也是值得結構工程師非常重視的方面, 不僅僅由于該階段設計過程的好與壞将直接影響後期設計工作的進行, 同時, 也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素, 因此, 在這一階段, 所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規範的重要性問題。所以, 在進行地基基礎設計時, 一定要對地方規範進行深入地學習, 以避免對整個結構設計或後期設計工作造成較大的影響。

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