钢筋混凝土结构设计中的常见问题及优化措施

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  【摘 要】 我国经济的发展过程中,建筑行业的贡献巨大,钢筋混凝土最为建筑结构中,最为主要的部分,它是建筑物稳定性与可靠性的保障,这个部门的质量如果不过关,或者设计不合理,那么将会对整座建筑的质量产长极为严重的影响,从目前我国建筑施工的形势来看,钢筋混凝土结构坍塌的事故还是时有出现,为了保障人们的生命安全以及企业的利益,相关的工作人员应该提高其设计的可行性与合理性,并且要严格的按照国家的各种规定要求进行,目前,我国的钢筋混凝土施工中还存在很多问题,这些问题如果得不到解决,在很大程度上会影响整座建筑物的质量,威胁人们的生命财产安全,提高设计的科学性与合理性,十分必要。
  【关键词】 钢筋混凝土;结构设计;常见问题;优化措施
  一、钢筋混凝土结构设计的基本要求
  1、安全性
  指结构要能承受正常使用、正常施工时可能出现的各种荷载。在出现预定的偶然荷载时,主体结构要保持稳定、坚固。例如:直接作用在结构上的荷载以及温度的变化、支座沉陷、撞击、地震击等偶然事件,当发生这些作用时,以及在发生之后,建筑结构要保持整体的稳定性。
  2、适用性
  指结构在正常作用时要具有良好的工作性能。不发生过大的变形和过宽的裂缝而影响正常使用。裂缝的宽度不能超过允许值。
  3、耐久性
  指结构在正常维护下要具有足够的耐久性能,必须满足结构的使用时间。安全性、适用性及耐久性,被统称为结构的可靠性,也称为结构最基本的功能要求。在结构设计中,一定要学会正确处理结构的可靠性和经济性之间的矛盾,使结构设计既安全可靠又经济合理。
  二、建筑钢筋混凝土的结构选型方面
  1、设置短肢剪力墙
  短肢剪力墙的使用虽然具有一定的作用,但是在使用数量上一定要严格参照规范,不可设置过多。而且,在抗震达到要求的情况下,建筑设计师可以尽量少采用这种结构,尽量减少后面处理的麻烦。
  2、如何选择结构体系
  结构体系的选择是建筑钢筋混凝土设计的重点之一,在一些地基基础比较稳固的地方,在上部结构能够满足变形限值的前提下,考虑到建筑的外观问题,可以尽量减小刚度。规范中确定转换层上下刚度比的公式宜改为控制上下层转角的比值在1左右较为合理。规范中顶点位移和层间位移限值不尽合理,可以通过采取措施来突破这些限值。水平加强层在增加侧向刚度的同时,会使外柱的剪力有较大增加,应慎重设计。
  3、结构的超高问题
  建筑钢筋混凝土结构设计对于结构超高具有一定的规定,尤其是在抗震规范中,建筑物的高度控制是非常严格的,而在新规范中对这一点重新进行了界定,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,所以在进行设计的时候一定不可以超越其应属范围,B级建筑物就应该控制在B级规定范围之内,一旦超过了,那么无论是设计还是施工都要全部进行重新设定。在现实情况中这类问题曾经出现过,结果导致审查时难以通过。
  三、钢筋混凝土结构设计中存在的问题
  1、地基设计過程中存在的问题
  在建筑工程的地基设计过程中,对于地下室底板设计中容易忽视附加应力的作用及影响,这种附加应力是由建筑物沉降而引起的,在实际的工程施工中,柱下独立基础与地下室底板在上部建筑物的重力载荷作用下,会发生一定程度的变形沉降,如果不将附加应力考虑进去,势必会影响地下室底板的安全性和稳定性。在采用天然地基的情况之下,附加应力的影响会更加显著,因此需要在地下室底板与持力层之间采取支护的保护措施,如果变形与总沉降的程度较小,可以在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施。对于减小附加应力作用的各种办法的采用,需要根据具体的工程要求与地质、季节等客观因素来进行选择。
  2、上部结构设计中存在的问题
  对于框剪结构来说,一些剪力墙的分布不够均匀,甚至出现单肢刚度过大的剪力墙,这就导致应力过于集中,为建筑结构的安全性和稳定性埋下安全隐患,一旦该单肢出现问题,其影响较大,波及的范围较大,最终对钢筋混凝土工程造成严重的损害。其次,与框剪结构相连接的一些基础性结构,如连梁等构件,其设计本身就具有一定的难度与专业性,如果剪力墙的布置不够均匀,出现刚度参差不齐的现象,就会增加与框剪结构连接的接触性结构的设计难度。对于框剪结构的设计需要明确多道设防的概念,它是指当建筑物遭遇中震时,在第一级别的剪力墙进入塑性之后,还需要有小级别的剪力墙对建筑物的整体框架结构维持,尽可能的降低其变形程度。如果遇到较大的地震时,小级别的剪力墙也会随着进入塑性阶段,此时建筑的整体结构基本已遭到较重程度的破坏,为了保证立柱的完整,需要进行一系列的设计,从而让梁来承担建筑物的载重力,以破坏梁为代价而维持柱的稳定性,在一定程度上可以延迟建筑物的倒塌时间,甚至避免建筑物倒塌。
  3、钢筋混凝土结构设计中的裂缝处理问题
  在钢筋混凝土结构中裂缝的出现不可避免,或是由于施工要求人工造成的施工缝,或是因为施工操作不到位引起的裂缝,对裂缝的处理是钢筋混凝土结构设计中的关键组成部分。构造裂缝。在钢筋混凝土结构中,一系列操作不规范和技术不到位的现象如混凝土浇筑时的振捣不充分、模板发生移动、水灰比错误等,都会造成钢筋混凝土结构中出现构造裂缝;温度裂缝。在钢筋混凝土结构中,最常见的裂缝就是温度裂缝,引起温度裂缝的原因是外界温度变化较大,混凝土会随着温度的变化和差异发生热胀冷缩,从而引起温度裂缝,这种裂缝在建筑物的屋面层出现的几率较多;收缩裂缝。收缩裂缝的出现原因是因为混凝土结构在化学反应中水分会进一步流失,从而造成混凝土收缩,除此之外,在混凝土结构的养护过程中,混凝土会发生硬化、碳化和脱水的情况,这本来属于混凝土的固有特性,也会造成钢筋混凝土结构出现收缩裂缝;结构裂缝。在混凝土浇筑的过程中,由于各个构件具有不同的刚度,因此在钢筋混凝土的整体结构中会出现刚度较弱的部位,这就容易造成钢筋混凝土中出现裂缝,称之为结构裂缝。   四、优化钢筋混凝土结构设计的措施
  1、完善结构体系
  一般来说,钢筋混凝土结构比较复杂,其复杂性也是造成其结构问题出现的原因之一,因此在钢筋混凝土结构设计中,需要将结构体系中比较繁琐且作用不大的部分进行删除或者合并,从而使复杂的结构体系变得简化。其次,在钢筋混凝土结构设计中,最容易忽略的是受力及变形的计算,因此在对配筋进行计算时,需要将受力和变形计算进去。除此之外,需要采用一定的有效措施,对钢筋混凝土结构中容易出现问题的部位,进行预防和控制。
  2、规范结构尺寸设计
  在钢筋混凝土结构工程中,施工材料的变形以及温度的变化都会引起钢筋混凝土结构出现裂缝,钢筋混凝土结构越长,由于材料和温度变化引起的应力就会越大,从而裂缝出现的几率就会相应变大,这也是横向裂缝产生的原因。而通过笔者及建筑行业多年的研究及总结,发现钢筋混凝土结构的应力与其长度呈非线性的关系,这就表明钢筋混凝土结构的尺寸设计对其稳定性和安全性关系重大,如此以来,在钢筋混凝土结构的设计过程中,需要对其设计尺寸进行严格的控制,使其符合工程施工设计要求,从而降低各种裂缝出现的几率。
  3、加大板类构件裂缝控制力度
  对于钢筋混凝土结构中板类构件裂缝的控制,主要采取防治的措施。在钢筋混凝土结构中,屋面及楼面板构件相对容易出现裂缝,因此在结构设计中可以采用预应力混凝土浇筑的方式,并在楼面板预埋管线的过程中,利用设置支架的方式对管线进行固定,同时要在管线的交叉部位固定接线盒,以将钢筋混凝土板的刚度进行削弱,从而降低板类构件出现裂缝的几率,提高结构的整体稳定性和牢固性。
  4、关于强柱弱梁的设计理念
  强柱弱梁的概念主要是针对抗震设防而出现的。钢筋混凝土柱的破坏能导致整个建筑物倒塌,而钢筋混凝土梁的破坏可能仅在某些区域中发生。强柱弱梁设计理念一定要将这一概念设计贯彻下去。严格控制钢筋混凝土柱轴压比,笔者认为轴压比不宜过大,且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理,建议适当加强角柱、边柱的配筋,所有钢筋混凝土柱建议纵筋均不宜小于20mm,同时应该全柱通长加密箍筋,且配箍率满足规范要求,矩形截面柱对称配筋。而对梁配筋则建议应配足梁中部筋,以使地震作用下梁铰机制的形成,避免柱比梁先屈服,使钢筋混凝土梁端能先形成塑性铰,使柱端受弯承载力比梁端的实际受弯承载力大。
  五、结束语
  钢筋混凝土结构是现阶段我国建筑工程中最普遍的结构,因其具备多种优势而备受关注和重视,然而也因为施工难度大,涉及范围较广等因素,其设计中依然存在着诸多问题,只有积极采取有效措施优化钢筋混凝土结构设计,才能提高建筑工程的整体质量,促进我国建筑行业的繁荣与长期发展。
  参考文献:
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