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开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇混凝土的结构设计,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
中图分类号:TU7文献标识码:A 文章编号:
混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程,在这过程中出现任何的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全隐患。因此,我们设计人员应按规范相应的构造要求严格执行,才真正确保设计质量的安全。
1 混凝土结构设计的原则
1.1 整体性
混凝土结构设计的整体性是指把各个部分组成一个整体,研究整体的功能和设计规律,从整体和部分中发现整体的特征。
1.2 结构性
在混凝土结构设计过程中,要充分了解其结构及其各要素是非常重要的。建筑结构决定着建筑的性能和质量,影响着它在建筑中的使用和其发展情况,同时它也是性能的载体,还可以反作用于结构。混凝土结构的各要素运动的稳定性与结构息息相关。
1.3 最优化性
混凝土结构设计中存在差异整合,使建筑的各个部分合理的组合在一起,差异的部分相互互补,相互支持,相互需要,保证着整合后的性能。建筑结构的形成也离不开差异整合,充分体现了它的重要性,在设计过程中,我们要重视这一点。
1.4 动态性
混凝土结构设计的动态原则是把握系统的内外联系,以及发展趋势,动力规律、方式等方面,使混凝土在建筑中提供更好地应用,满足需求,把握时代的发展方向,跟随时代的脚步。
2 混凝土结构设计中存在的问题
混凝土在我国各项工程中应用广泛,具有可模型好、耐久耐火、造价低等特点,是非常好的建筑材料。然而,近年来,随着建筑业和水利等的发展对混凝土的需求不断加大,且对混凝土结构的应用跨度和高度都不断地增大,但由于混凝土容易出现裂缝,且受季节限制,致使混凝土在结构设计的过程中出现了很多问题。
2.1 基础设计
2.1.1 工程实地勘察报告缺错漏
地基基础是建筑质量的保证,影响着建筑的安全以及所产生的经济效益,若地基建设出现问题,则所造成的不只是经济问题还会带来重大的人员伤亡。建筑物的基础建设过程包括勘察、设计和施工。每一个步骤都是非常重要的环节。在我国设计时常存在勘察不全面,内容含糊不清,地质勘探报告未经审查部门审核,导致建筑物建设当中存在极大的隐患。设计过程应要严格把关,对不合格的勘察报告要及时提出异议,未修改完善的勘察报告不能作为基础设计的依据。
2.1.2 未说明绝对标高的问题
设计单位在工程的设计阶段,要注意在基础图中要说明建筑所定的±0.00与工程地质勘察中绝对标高的关系。在混凝土结构设计中,一些工程未说明±0.00的绝对标高,直接影响到基础底标高的确定,为施工带来许多不必要的麻烦。
2.1.3 基础垫层与保护层
设置混凝土垫层,不但可以保证基础混凝土的浇筑质量,还可以保护钢筋。设计时,配有钢筋的柔性基础宜使用垫层,但要注意的是,垫层向外延伸的面积不能计入基础底面积。
2.1.4 基础的变形计算
(1)设计等级为甲级,乙级的建筑物,均应按地基变形设计。
(2)丙级建筑物有下列情况时,仍应作变形验算:
1)地基承载力特征值小于130kPa,且体型复杂的建筑物;
2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生国大的不均匀沉降时;
3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时;
4)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时;
5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时。
2.2 结构设计
2.2.1 柱设计
⑴框架柱的截面设计
混凝土的框架柱设计中,设计人员很容易忽视角柱的自定义计算,导致配筋率不足。在多层或高层的钢筋水泥结构中,柱的截面尺寸从下到上逐渐减小,以节约资金,合理利用。柱截面的间隔数一般在3~5层,每次每侧减少尺寸100~150比较适宜,既能满足要求,又能节约成本,有利于空间合理利用。
⑵框架柱的箍筋肢距
柱箍筋加密区的箍筋肢距:一级抗震等级不宜大于200mm;二、三级抗震等级不宜大于250mm。箍筋肢距一般应为每肢箍筋的水平距离,不少设计人员在设计时将箍筋肢距都按不大于200mm,这样将会导致混凝土的浇筑发生困难,混凝土的浇筑必须使用导管,将混凝土引导到根部,自上而下浇灌。若箍筋肢距过小则无法使用导管,所以,我们要正确理解箍筋肢距,这样既方便施工又可以符合要求,从而较好地完成建筑任务。
2.2.2 梁的设计
⑴梁端按简支计算但实际受到部分约束
当梁端按简支计算但实际受到部分约束时,应在支座区上部设置纵向构造钢筋,其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的1/4,且不应少于2根,此举是为了避免出现负弯矩裂缝而采用的构造措施,设计中要给予足够的重视。
⑵侧梁纵向的钢筋配置
侧梁纵向钢筋结构对防止梁侧面的开裂具有非常重要的作用,但是一些设计人员并为意识到这一点,甚至盲目的增大其抗弯能力,严重影响抗震性能。梁侧钢筋的直径一般以Φ12~Φ16为最佳标准。在设计中应该注意避免抗扭纵筋的面积过大,及时做出相应调整。
⑶水平锚固长度
楼层框架梁在边柱非抗震设计上部纵向钢筋和抗震设计的上部及下部纵向钢筋,锚固段当柱截面尺寸不足锚固长度时,纵向钢筋应伸至节点对边向下和向上弯折15倍直径,锚固段弯折前的水平投影长度不应小于0.4la或0.4laE。设计中容易忽略。
3 混凝土结构设计改进的措施
3.1 改进钢筋锚固和连接的方式
采用基本锚固长度:根据实验表明,高强度混凝土的锚固性能被低估,当混凝土强度等级高于C60时,ft按C60取值,并且不再使用锚固性能很差的刻痕钢丝,同时当混凝土保护层厚度不大于5d时,在钢筋锚固长度范围内配置构造钢筋,并且完善机械锚固的方法。箍筋对约束受压钢筋的搭接传力很重要,根据汶川地震时柱子钢筋在搭接处破坏很严重的情况,为防止粗钢筋在搭接端头的局部挤压产生裂缝,提出了在受压搭接接头端部增加配箍的要求,今后设计及施工要注意。
3.2 提高结构构件的安全性
通过考虑配筋特征值调整钢筋最小配筋率,增加安全度,控制大截面构件的最小配筋率;当构件所需截面高度远大于承载的需求时,可调整其纵向受拉钢筋配比率;调整柱的轴压比限值、最小截面尺寸,适度的提高安全储备,增加四级抗震等级框架柱、框支柱的轴压比限值。混凝土结构材料性能劣化的因素复杂,受天气,气候等的影响较大,建筑的耐久性需根据以往的经验采取措施来解决。
3.3 新规范
3.3.1 提高结构安全储备
新规范在结构安全储备方面更加严格:斜截面受承载力公式的修改;调整混凝土构件纵向受力钢筋的最小配筋率;调整混凝土柱的轴压比限值;调整混凝土的最小截面尺寸;增加三级抗震等级剪力墙的最大轴压比;加强底层柱等等。
3.3.2 应用高性能高强度的材料
随着经济的发展,环境问题成为人们日益关注的话题,与此同时,建筑也需要实行环保政策,因此要提倡高性能高强度的钢筋,减少钢材的用量,同时促进我国结构设计的节能环保建设。通过工程实践的证明,现规范推广的HRB系列普通热轧带肋钢筋具有较好的延展性及机械连接性,对于RRB系列预热处理钢筋者来说应该合理使用,这类钢筋由高温淬水,预热处理后提高了强度,但其延展性和机械连接性却有所下降,设计者应当合理使用。
参考文献:
[关键词]钢筋混凝土;结构设计;规范;概念设计;问题
中图分类号:TU973.12 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)18-0220-01
1、钢筋混凝土柱的结构设计
1.1 钢筋混凝土柱的截面设计
一般在对钢筋混凝土结构进行设计时,首先需要按照至下而上的顺序对截面尺寸进行调整,通常框架结构的柱按照这一顺序变化比较合理,此外,还应创建合理的柱模板,柱断面变化次数不宜太多,柱断面变小也不宜设在同一层,以节约投资,使设计更合理。除了柱截面变小与混凝土强度降低宜设在不同层外,而且柱截面变小剧烈。否则抗侧刚度减少较多,对抗震不利。柱截面尺寸减小的间隔层数为四层,如果间隔太疏又起不到节约投资、降低造价的目的;太密会造成模板浪费、施工不便。每次每侧减小以150mm为宜,减得过多会导致结构竖向刚度变化异常。例如柱截面从550@550变为450@450,柱的线刚度会减少了60%左右,对于纯框架结构其抗侧刚度就减小过多。如果柱截面变化过大时应将柱分批在不同楼层进行截面变小。同时钢筋混凝土柱截面的最小尺寸应符合相关规定。
1.2 钢筋混凝土柱箍筋的肢距设计
根据混凝土结构设计的有关规定可以看出,在对钢筋混凝土柱加密区的箍筋内箍筋肢距进行设计时,要保证一级抗震等级不能超出二十厘米,二三级抗震等级则不能超出二十五厘米,同时保证箍筋直径在二十倍中的较大值;四级抗震等级不宜大于三十厘米。按一般的理解,箍筋肢距应为每肢箍筋的水平距离。本文作者对箍筋肢距的解释为钢筋混凝土柱纵向钢筋的箍筋拉接点的距离,这样不仅可以顺利对柱钢筋的拉接还便于施工的要求。而不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且小于二十厘米,导致混凝土浇捣困难,必须使用导管,将混凝土引导到根部,是不能让其从高处直接坠落的,然后逐渐向上浇灌。如果箍筋肢距过小,将无法使用导管。
2、关于梁的结构设计
梁的截面高度是由挠度与配筋控制其下限值,由裂缝允许值控制上限值。设计中很多人取较大的梁截面以保证挠度满足要求。但大截面低配筋率梁对抗裂并不利,经过适当配筋调整,裂缝宽度能勉强地满足要求,其计算裂缝宽度很小,然而这种梁出现裂缝的可能性较大。
2.1 钢筋混凝土梁侧的纵向钢筋设计应该注意的问题
根据相关要求我们可以发现,梁腹板的高度大于45cm时,梁的两个侧面设计应该满足纵向构造要求,纵向构造钢筋之间的距离需要保持在20cm以内,每一侧的截面面积应该大于或等于腹板界面的0.1%,钢筋混凝土梁侧纵向钢筋的直径一般为十五厘米左右。在钢筋混凝土结构的实际设计中,常会遇到钢筋混凝土梁侧抗扭纵筋很大,对上述情况应在计算上做合理的调整,由于电算设计时候的抗扭纵筋面积较大。对跨度较大的钢筋混凝土次梁支承于主梁上时,钢筋混凝土次梁的支承端会对主梁产生较大的扭矩,在电算程序中钢筋混凝土次梁的端支座为绞接造成的。目前电算程序在结构构件计算时尚未考虑现浇楼板对钢筋混凝土梁扭转影响,必须需要人为地给程序一个梁扭矩折减系数,合理选择钢筋混凝土梁扭矩折减系数是必要的。调整后计算出来的钢筋混凝土梁的抗扭纵筋面积会很大,必须保证箍筋的配筋率满足规范的规定。
2.2 针对强柱弱梁的结构设计
强柱弱梁的概念最早是在抗震设计中提出的,钢筋混凝土柱的结构设计直接关系着整个建筑物的安全性能,因此我们需要减少钢筋混凝土梁的破坏。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。
3、关于基础的结构设计
在整个建筑工程开展过程中影响工程造价及施工质量的主要因素就是地基基础,这是在工程设计过程中相关人员十分重视的结构设计内容,由于地基设计的好与坏直接关系到后期设计工作的有序开展,还可能会造成无法弥补的损失。所以,在进行地基基础设计时,在地基基础设计中要注意地方性规范的学习。避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。因此在基础设计时,应充分重视工程当地的规定要求,最好能参考邻近已建建筑物设计经验,可使基础设计更加经济、合理。如某综合楼工程,抗震设防烈度为8度,建筑总高度100m,采用框架核心筒结构,基础设计采用筏板基础。在利用程序计算时,主楼下的筏板板厚达到3m,配筋量大。规范基础冲切计算也未考虑基础底板下土的影响,在参考类似工程经验后,设计基础筏板厚度定为2.1m,使筏板厚度减少近30%。
3.1 基础的最低混凝土强度等级
有关规定中提到建筑地基的扩展基础混凝土强度等级不应低于C20,规范还规定基础的最低混凝土强度等级二a类为C25,二b 类为C30。规定高层建筑基础的混凝土强度等级不宜低于C30。
3.2 基础的最小配筋率
墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土独立基础的最小配筋率如何确定存在分歧。混凝土结构设计相关规定了受弯构件的最小配筋百分率的值;而建筑地基基础设计中规定:基础底板的配筋,应按抗弯计算确定。
4、结语
设计是一个工程开展的最初环节,同时也是最关键的环节,直接关系到之后各个环节的落实,钢筋混凝土结构设计也是如此。如果在设计过程中有任何的参数选择失误都会给整个设计带来影响,严重的甚至无法弥补。该文重点针对钢筋混凝土结构设计中常见的问题进行了分析,并在此基础上提出了一些建议。在今后的钢筋混凝土结构设计过程中,经常钢筋混凝土结构总结设计的经验,使设计更经济、合理。
参考文献:
[1] 混凝土结构设计规范GB50010-2010.中国建筑工业出版社.2010.
【关键词】设计理念;设计构造;优化措施
在钢筋混凝土结构中,钢筋承受拉力,混凝土承受压力,坚固,耐久,防火性能好,节省钢材,成本较低。近年来,随着我国钢材量的不断提高,钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展。结构设计者要在遵循各种规范的前提下,大胆灵活的优化结构设计方案。
1 钢筋混凝土结构设计应有的理念
在建筑设计领域,结构工程师应具有创新精神和超前意识,按照建筑要求,综合结构安全、节省造价、方便施工等因素,做出最优的结构设计方案,尽最大限度满足建筑师的设计要求,结构设计人员应具备以下基本理念:
1.1 复杂结构简单化。要善于将复杂变简单,将结构的受力、传力途径,设计的越简单直接越好。沿建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件,最好成均匀的连续布置,以避免出现层间位移角、内力,以及传力途径的突变,避免出现软弱层。建筑物的使用包括采光、通风、采暖、供水、排水、温湿度调节等多种要求,因此建筑结构设计,应和相关专业密切配合,尽量简单化设计,以便于多种管线、设备及设施的施工安装。
1.2 结构可靠,确保安全。结构设计必须确保使用者在正常使用的安全,而且在遇到可能预料的各种灾难时,使生命财产的损失减少到最小程度。要尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心,靠近建筑物质量重心,最好重合,以避免或降低在风荷载或地震的作用下,产生的扭转效应及其相应的破坏。结构设计方案应尽量做到受力明确。利于计算,减小作用效应,增加结构构件抗力,利于非结构构件可靠连接,不易遭到破坏。
1.3 刚柔结合,富有艺术美感。建筑物的作用是为了使用,对于不同类型建筑物,必须满足使用功能的要求;由于建筑同时又体现了社会的文化艺术,因此在做结构设计时,不仅要满足承载力、刚度和延性的要求,还要尽可能实现刚柔结合,采用多种建筑艺术手法,体现出时代的艺术美感,反映出建筑设计师所要表现的建筑艺术要求。
2 优化钢筋混凝土结构设计的措施
2.1 保证结构传力路线简捷。建筑布置在抗震设计中,平面、立面都要简单、规则、对称,结构的传力路线要简捷明了。在荷载作用下,结构的传力路线越短,越直接,结构的工作效能越高,耗费的建材也就越少。钢筋混凝土结构的抗震设计,要注意:平面宜简单,规则,对称,减少偏心;刚度中心与质量中心尽量重合;质量大的跨间,不宜布置在结构单元的边缘,质量大的设备,宜布置在距刚度中心较近的部位;尽量少采用大悬挑结构;围护结构宜采用轻质材料。从力学观点看,在民用和公共建筑的平面布局中,应尽量使柱网按开间等跨和进深等距布置,这样可以相应减少边跨柱距,充分利用连续梁的受力特点,以减少结构中的弯距,使各跨梁截面趋于一致,从而提高结构的整体刚度。
2.2 注意加强构造措施。对于大跨度柱网的框架结构,处于楼梯间处的框架柱,由于楼梯平台梁与其相连,使得楼梯问处的柱可能成为短柱,应对柱箍筋全长加密。这一点在设计中容易被忽视,应引起重视。对框架结构外立面为带形窗时,设置连续的窗过梁,可能会使外框架柱成为短柱,应注意加强构造措施;对于框架结构长度略超过规范限值,建筑功能需要不允许留缝时,为减少有害裂缝,建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋,构造间距宜小于150毫米,对屋面宜设置后浇带,后浇带处的构造措施,宜适当加强。
2.3 注意地下室的结构设计。有地下室的建筑,当地下水位较高时,在室外地坪之下的结构部分外轮廓形状应尽量简洁,以有利于建筑防水的施工。由于柱下承台的影响,基槽地模形状很复杂,太多的阴阳角和放坡,不但增加了防水施工难度,延长了施工时间,而且增加了工程造价。对于这种情况,建议考虑采用反承台法:统一地下室底板和承台的下皮标高相同,承台需要加厚部分向上作,然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。此方法基槽地模形状简单,不但方便施工,利于保证工程质量,而且缩短施工时间,内部的覆土重量,也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,提高了建筑物的抗倾覆能力。
2.4 注意嵌固端与短肢剪力墙的设置。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,由嵌固端的设置引起的一系列需要注意的问题容易被忽视,例如,嵌固端楼板的设计,嵌固端上下层刚度比的限制,嵌固端上下层抗震等级的一致性,在结构整体计算时嵌固端的设置,结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面,都有可能埋下安全隐患,导致后期设计的大量修改;新规范对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙,同时根据实验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用,增加了相当多的限制。因此,在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少用最好不用短肢剪力墙,以避免给后期设计带来不必要的麻烦。
2.5 注意节点构造,使塑性铰向梁跨内移。在罕遇地震作用下,要实现让梁端形成塑形铰,柱端处于非弹性工作状态而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁相对于梁端截面实际抗弯能力而言,柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是使柱不被压溃的关键控制措施,它决定了由强震引起柱端截面屈服后,塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成层侧移机构;柱强于梁的幅度大小,取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布,以及动力特征的相应变化。因此,要在建筑许可的前提下,尽可能把柱的截面尺寸做大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。验算截面承载力时,将柱的设计弯距,按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进入屈服阶段,不能形成塑性铰,或塑性铰转移到立柱上。
总之,建筑结构设计的好坏关系到人民生命财产的安全,责任重大。钢筋混凝土框架结构设计中有很多地方需要注意,结构设计人员要具有良好的设计概念,熟练掌握规范,不断优化设计方案,保证设计建筑安全,经济适用。
参考文献:
关键词:钢筋混凝土;框架;结构设计
中图分类号:U663.9+3文献标识码:A文章编号:
引言:
钢筋混凝土框架结构在建筑工程中为一种常用的结构形式,广泛地应用于工业和民用建筑工程中。它之所以应用如此广泛,是因为它具有如下优点:抗震性和整体性良好、结构布置较为灵活以及传力明确 。
1钢筋混凝土结构设计的要点
1.1水平荷载逐渐成为钢筋混凝土结构设计的控制因素 在低层住宅中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着钢筋混凝土结构设计;而在小高层住宅中,尽管竖向荷载仍对钢筋混凝土结构设计产生着重要影响,但水平荷载将成为控制因素。对某一特定建筑来说,竖向荷载大体上是定值;而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随动力特性的不同而有较大幅度的变化。
1.2轴向变形不容忽视 对于采用框架体系或框架一剪力墙体系的小高层住宅,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,这就使得中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种差异轴向变形将会达到很大的数值,其后果相当于连续梁中间支座产生沉陷,使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
1.3侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标 与低层住宅不同,结构侧移己成为小高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素。随着房屋高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,结构的顶点侧移一般与房屋高度H的四次方成正比。在设计小高层住宅时,不仅要求结构具有足够的强度,而且还要有足够的抗侧移刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移控制在一定的范围内。这是因为:①过大的侧移会使人不舒服,影响房屋的正常使用。②过大的侧移会使隔墙、围护墙以及它们的高级饰面材料出现裂缝或损坏,也会使电梯轨道变形而导致不能正常运行。③过大的侧移会因P一效应使结构产生附加内力,甚至因侧移与附加内力的恶性循环导致建筑物的倒塌。
1.4结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标 相对于低层住宅而言,小高层住宅更柔一些,地震作用下的变形就更大一些。为了使结构在进入塑性阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
2.框架结构体系选择的因素及适用范围
2.1考虑建筑功能的要求。例如多层建筑空间大、平面布置灵活时。
2.2考虑建筑高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件等因素。
2.3框架结构体系是介于砌体结构与框架-剪力墙结构之间的可选结构体系。框架结构设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、方便施工的原则(结构设计原则)。
2.4非抗震设计时用于多层及高层建筑。抗震设计时一般情况下框架结构多用多层及小高层建筑(7度区以下)。
2.5框架结构由于其抗侧刚度较差,因此在地震区不宜设计较高的框架结构。在7度(0.15g)设防区,对于一般民用建筑,层数不宜超过7层,总高度不宜超过28米。在8度(0.3g)设防区,层数不宜超过5层,总高度不宜超过20米。超过以上数据时虽然计算指标均满足规范要求,但是不经济。
3.钢筋混凝土框架结构设计应注意的问题
3.1关于强柱弱梁节点。这是为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑形铰,柱端处于非弹性工作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱,也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此,当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。
3.2关于“强剪弱弯”措施:强剪弱弯是保证构件延性,防止脆性破坏的重要原则,它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力,使这些部位在结构经历罕遇地震的 过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造,使其满足相关规范要求。
3.3注意构造措施。(1)对于大跨度柱网的框架结构,在楼梯间处的框架柱由于楼梯平台梁与其相连,使得楼梯间处的柱可能成为短柱,应对柱箍筋全长加密。这一点,在设计中容易被忽视,应引起重视。(2)对框架结构外立面为带形窗时,因设置连续的窗过梁,使外框架柱可能成为短柱,应注意加强构造措施。(3)对于框架结构长度略超过规范限值,建筑功能需要不允许留缝时,为减少有害裂缝(规范规定裂缝宽度小于0.3mm),建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋,构造间距宜小于150mm,对屋面宜设置后浇带,后浇带处按构造措施宜适当加强。(4)其它构造措施限于篇幅,这里不再赘述,请详见新规范。
3.4注意抗震设计。(1)抗震设计的基点结构。抗震设计的基点是强度和延性。人们现在已经认识到可以利用钢筋混凝土结构屈服后的非弹性变形来抵抗地震,也就是将强度和延性两者相结合来抵抗地震。为保证结构的抗震能力,对结构设计而言, 如果我们给结构设定较低的承载力水准,相应地就要求结构具有较高的延性水准;如果我们给结构设定较高的承载力水准,则结构需要的延性水准就可以较低。在这个问题的具体处理上,各国的理念存在一定的差异。(2)能力设计法。能力设计法的基本思想为:为了使抗震钢筋混凝土结构在地震中形成所追求的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”,就需要把不希望出现塑性铰或不希望先出现塑性铰(也就是不希望塑性转动过大)的部位的抗弯能力相对增强;为了不致在结构表现出所需的延性之前在结构的任何部位出现几乎没有延性的剪切失效,也需要相对增强各有关部位的抗剪能力;还需要采取必要的措施使可能形成塑性铰的部位具有足够的延性能力和必要的耗能能力。
4.结语
随着我国经济的发展,人民生水平进一步提高,用户对住宅的功能提出更高的要求,人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性,能够适应多功能变换的需求。因此,设计单位在拿到开发单位的设计意图后,应本着经济美观,安全适用的原则多为社会设计出更好的产品。
参考文献:
[1]蒋鲁蓉.钢筋混凝土框架结构设计有关问题的初步探讨[J].山西建筑, 2008.(01).
[2] 梅洪元,付本臣.中国高层建筑创作理论发展研究,高层建筑与智能建筑国际学术研讨会,2002.
关键词:混凝土;大跨度;工业厂房;钢筋;截面
Abstract: with the rapid development of national economy, industrial architecture to meet the requirements of modern industrial production, technology constantly updated, the structural system has become increasingly diverse, architectural layout and the vertical size is becoming more and more complex, it puts forward higher requirements to structure design. Concrete large-span industrial factory building design to meet the relevant specifications, accomplish economic reasonable, safe and applicable, to ensure the quality, in line with the requirements of energy conservation and environmental protection. This article first analysis of multi-storey concrete building structure of the component, and then from the four aspects concrete large-span industrial factory building structure design are discussed in detail. The main points of the
Key words: reinforced concrete; Large span; Industrial buildings; Steel bar; Cross section
中图分类号:[U260.8+1] 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
大跨度多层混凝土厂房结构的组成部分
(一)空间构造
空间构造是多层厂房与单层厂房的重要区别之一。多长厂房的构造在长度上有着明确的规定也即需要设置伸缩缝以避免在施工过程中构件之间产生裂缝进而影响到厂房的安全胜。在设计中需要根据实际需要设置合适的施工缝;另外在多层厂房地基质量较差而厂房竖向高差较大还应设置一定的沉降缝以确保地基与厂房之间的牢固度;对于需要增加抗震设防的多层厂房在设计时,可以将伸缩缝可与防震缝合并,但要注意的是缝的宽度要加大,使之相互作用。
(二)楼盖和屋盖结构
楼盖和屋盖结构是多层厂房的主体结构之一,主要由主梁与次梁以及板组合而成,是任何多层厂房不可缺少的重要部分。在楼盖和屋盖结构的设计中要充分考虑到楼盖结构的承受荷载和作用,必须要科学合理的计算出楼盖结构的截面承载力以及裂缝宽度。当受有动力作用时,还要按有关规范计算结构的动力效应(楼盖的垂直振幅、结构的水平振幅和振动速度等),有时也采取隔振措施,以降低因机器本身的扰力引起的结构振动。
(三)剪力墙
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。剪力墙在多层厂房起着重要作用,通常采用的是钢筋混凝土结构,但在设计中需要着重注意的是其强度等级不可低于C20、存厚度设计上一般情况下不低于楼层高度的1/20且不低于140mm,以防止结构剪切破坏。
(四)梁截面
在多层厂房混凝土梁的设计中不可忽视的环节就是确定梁的截面尺寸,一般先由梁的高跨比h/l0确定梁的高度h,再由梁的高宽比确定梁的宽度b(b为矩形截面梁的宽度或T形、I形截面梁的腹板宽度),并将其模数化。对变形和裂缝宽度要求严格的梁,尚应按规定进行扰度验算及裂缝宽度验算。梁截面在大多数建筑中表现为矩形或T形,在设计中除了要确定截面尺寸之外,还应注意梁截面高度与宽度的比值一般不大于4。当楼层高度受限制时,需加大宽度,设置受压钢筋。
二、混凝土大跨度工业厂房结构设计的要点
(一)厂房设计的主要层高及柱网尺寸
多层钢筋混凝土厂房层数多为3~5层,建筑高度控制在24m以下。层高一般较普通结构高,常见的底层层高为5.5~7.0m,上部层高多为4.2~5.0m,某些对净高有特殊要求的厂房上部层高还可达到6m。根据功能需要,一些多层厂房的底层层高高达8~9m,在这种情况下,局部通常会设置夹层作为生产辅房,以充分利用空间。多层钢筋混凝土厂房一般为多跨厂房,各跨度视需要可相同或不同。按照不同的工艺及物流布置,厂房的跨度和柱距也各有不同。不同用途厂房及仓库常用的柱距情况如下:
1、电力工业厂房:9m×12m;10m×15m;12m×24m;
2、图书库类厂房:8m×12m;9m×12m;
3、机械类厂房:9m×12m;
普通仓库:9m×12m;12m×12m。
(二)设计中相关活荷载取值
多层钢筋混凝土厂房由于用途不同,活载取值也不尽相同,应满足《建筑结构荷载规范》关于工业建筑楼面活载取值要求。工业厂房中无设备区域的操作荷载,可按均布荷载2.0kN/m2考虑,设备区的荷载需结合厂房的生产用途及业主的需求确定。
设计工业厂房楼面梁、墙、柱基基础时,可按荷载规范进行折减,仓库可根据楼面堆放原料或成品较多、较重的区域,应按实际情况考虑;一般的堆放情况可按均布活荷载或等效均布活荷载考虑。在承载能力极限状态下按荷载基本组合进行设计时,活载的分项系数取1.4,对于标准值大于4.0kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载,应取1.3。
当工业楼面荷载大于4.0kN/m2时,现行的计算软件无法修正活载的分项系数,在设计时可对活载进行等效,使得结构设计更为合理。如活载为8.0kN/m2时,在计算时可仅考虑7.43kN/m2(1.3×8/1.4=7.43)。
多层钢筋混凝土厂房活载与民用建筑相比有许多不同之处,在厂房结构设计时需结合厂房的功能及工艺充分考虑地面、楼面、屋面及其他特殊区域的活载。
1、地面活载
工业厂房地坪可采用建筑构造地坪和结构架空楼板两种做法,建筑地坪荷载一般为30.0kN/m2~80.0kN/m2;当采用架空楼板时,荷载一般为15.0kN/m2~35.0kN/m2。
2、楼面活载
常见的多层工业厂房楼面活载一般为5.0kN/m2~10.0kN/m2,发电机房及变配电房的活载为15.0kN/m2~20.0kN/m2。某些特殊功能的仓库,楼面荷载也可达到15.0kN/m2~20.0kN/m2,如冻库的蛋品和果蔬储存区,荷载考虑15.0kN/m2,而其中的机房荷载则达到20.0kN/m2。其他按实际情况考虑。
3、屋面活载
屋面分上人屋面和不上人屋面,一般按规范考虑的活载为2.0kN/m2和0.5kN/m2。多层工业厂房屋面通常考虑后期放置设备,如风机基础,小水箱等,除了特定设备区域外,其他区域活载一般为4.0kN/m2~5.0kN/m2。
4、其他区域活载
生产车间的楼梯活载,可按实际情况采用,但不宜小于3.5kN/m2;生产车间的参观走廊荷载,可采用3.5kN/m2。
(三)板、梁、柱断面合理选择
多层钢筋混凝土厂房结构构件应结合厂房的物流、建筑功能、荷载等影响因素并参考相关的工程实例选择,既要确保结构安全、受力合理,同时兼顾经济合理。框架的主次梁布置需结合内部的工艺物流净高要求,确定主次梁体系、井字梁格布置,板格形成单向板或双向板。
通过对比分析可知,在柱网为8m×8m且荷载小于5.0kN/m2的情况下,布置单向梁格较为经济(若板面有较大的振动荷载,建议考虑双向板);在柱网为8m×12m且荷载为5.0kN/m2的情况下,布置单向梁格较为经济,考虑后期荷载和改造需求,建议使用双向梁格;柱网为8m×12m或12m×12m且荷载10.0kN/m2~15.0kN/m2的情况下,采用井字梁格布置对受力和梁格大。
在建筑防火分类为丙类建筑时,在设计满足要求的情况下,井字梁格的次梁腹板高度(梁底至板底的净高)宜≤600mm,有利于电专业在造价方面的控制(设置防火报警装置的区域,如未加设吊顶时,次梁腹板高度大于600mm,须在每一个梁格内设置报警装置)小均比较合理。
(四)构件配筋设计要点及注意细节
多层钢筋混凝土厂房结构荷载较大,在地震作用下既要使结构具有足够的承载力,又要使结构有一定的延性,结构构件的配筋及构造措施尤为重要。
板
板配筋应满足计算及构造相关要求,在温度及收缩应力较大的现浇板区域,应在板的表面双向配置防裂构造钢筋。当结构超长未设置伸缩缝时,施工中可结合工期要求采用膨胀加强带。
2、梁
(1)在厂房结构中,荷载较大,主次梁节点处剪力较大,根据混凝土规范此处的剪力由附加钢筋承担,需设置附加箍筋或吊筋。一般活载为5.0kN/m2~8.0kN/m2时,在主次梁节点处的主梁上设置5~6道附加箍筋或设置吊筋2、14及3道附加箍筋,承担次梁传来的剪力。
(2)工业厂房荷载较大,梁剪力比普通结构大,箍筋加密区随受力特征的变化设置也有所不同。当结构布置为井字梁格时,箍筋通常加密至第一道次梁。
3、柱
(1)由于厂房荷载较大,梁断面高达350×1000或400×1200时,为满足强柱弱梁的措施,使得结构在地震作用下形成梁端先出铰的耗能体系,建议柱子轴压比的限值比规范要求普通框架结构降低些,并加强柱子配筋及构造。
(2)柱子纵筋应采用HRB400级及以上的高强钢筋,箍筋采用复合箍筋。角柱应采用双偏压验算,并适当加强配筋。
(3)柱子混凝土强度等级不应低于C30,底层可根据层数及荷载将混凝土强度等级提高到C35~C40,满足轴压比要求,兼顾配筋和断面合理。
梁柱节点区的设计也应引起重视,一、二、三级框架的节点核芯区应进行抗震验算,四级框架可不进行抗震验算,但应符合抗震构造措施。
结语
综上,多层钢筋混凝土厂房应用越来越广泛,其结构布置的合理性和经济性也备受关注;由于其平面布局较为规整,在柱网选择和相关断面选择上对结构设计师提出更加精细化的要求。结合今年来类似项目的工程经验,建议设计人员在进行结构设计之前,充分了勘成果合理利用地形的优势,在方案阶段提出合理的平面布局(包含柱网布置),结合使用荷载和后期使用要求,根据规范相关规定确定合理的计算荷载,进行充分的对比分析,确定合理的构件断面取值,并注重特殊节点部位的构造处理。
参考文献
[1]魏民,孙守岗.钢筋混凝土结构工业厂房改造中的加固处理方法[J].华章,2011.13.
关键词:混凝土结构;分类错误
建设工程的结构施工图的设计,关系到建筑物的安全、建造、经济等方面,是工程建设的重要组成部分。结构施工图的设计,涉及到的规范多、资料多、细节多,需要结构工程师认真细致的工作,需要不断地学习和总结。笔者通过对近来审查过的130个混凝土结构工程发现的问题进行了统计,并结合自身多年的设计经历,对混凝土结构设计工作中容易出现和忽视的问题按照构件类别进行分类,作一些分析小结,希望对同行有借鉴之用。
1、梁。在混凝土结构的图纸中,有近35%的问题是梁的设计错误,所占比例最大。
梁是钢砼结构中数量最多的构件,尺寸和涉及的荷载繁多,配筋结果核对工作量大,在一定程度上造成了83%的图纸里都有梁的设计错误。
梁的配筋不足,是最为常见的错误。以下几种情况是设计人员容易忽视而造成梁配筋不足的:(1)合并梁时,未核对所有同梁号的梁配筋结果,未按照最大的计算值进行配筋。(2)在高层建筑中,横向梁和纵向梁随楼层的变化规律不同,通常不是在同一个楼层同时达到峰值,设计师往往只是选取某一个楼层的计算配筋文件来对多个楼层的梁进行配筋,就会造成有一些梁在某些楼层配筋不足。(3)漏荷载和计算荷载不足,多见于坡屋顶处、建筑中砌体墙厚不同的地方和建筑造型线条较大型复杂处,此外施工图的楼板厚度比计算板厚增加时没有调整计算书也造成了相关的梁荷载有误。(4)抗震等级高、受力大的梁,底筋和面筋面积的比值不足(强条)。(5)梁端箍筋的加密区长度、箍筋最大间距和箍筋最小直径,不满足强条的要求也不少见,特别是“当梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,表中箍筋最小直径应增大2mm”这条容易出错。(6)不注意跨高比,混淆连梁和框架梁,箍筋配置错误;如果连梁中有梁高大于700mm或跨高比不大于2.5时,腰筋的直径和配筋率不满足规范要求亦常见。(7)当屋顶的女儿墙和线条采用钢砼悬臂结构设计,整体计算时对应的屋面仅考虑了女儿墙和线条的自重,没有计算风荷带来的扭矩,就会造成配筋不足和隐患。(8)由于梁配筋计算结果文件中,跨中的梁面配筋一般显示为零,设计师惯于把梁顶的通长钢筋设定为两条Φ12或Φ14。当抗震等级是一、二级时就容易不满足规范对通长钢筋的要求:“钢筋直径不应小于14mm,且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向受力钢筋中较大截面面积的1/4”,特别是这个1/4的要求。(9)框支梁未沿梁高配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋。
2、楼板。有关楼板的错误占图纸错误的18%。
楼板,相对比其他构件是在设计最为简单的,就是因为简单,往往设计师不重视甚至不设计,于是就出现了问题,出错比例排第二。我们知道,楼板是承受、传递平面荷载的第一道构件,应予重视。在设计中,设计师为求出图快,有两种常见的错误做法:一是楼板厚度一致取为100厚,然后在施工图中再凭经验和规范的构造要求改板厚,在高层建筑中累计下来的自重就不是个小数字,会导致对应的梁配筋不足、下部墙柱配筋不足和基础承载力不足。二是不进行楼板配筋计算,仅以文字说明楼板统一的配筋,这一做法往往造成大跨板和同层中的大荷载板的负筋不足。另外有一种错误做法容易忽视:在建筑中不方便布置梁的地方,结构师在该处的楼板配了一些附加筋成“暗梁”,并把对应的楼板当成了两块楼板进行配筋,导致垂直暗梁方向楼板的负筋长度不足。
楼板的最小配筋率不足,是设计中最为容易违反的强条,多见于厚度大于100mm的楼板。
楼板荷载常见错误:雨篷板经常有反梁,容易漏积水荷载。地下室顶板漏消防车荷载或消防车荷载区域与建筑图不对应。大面积屋顶采用建筑找坡时,坡顶区域楼板荷载偏小。地下室底板进行计算时的常见错误:在有地下水荷载参与的工况中,恒荷的分项系数仍然取为1.2,加入了不需要加入的活荷载。
合理的楼板构造,是保障建筑物整体性、抗裂性能的需要。有些东西不是常用程序能够计算出来的,个别设计师就选择忽视。
3、基础。有关基础的错误占图纸错误的17%。
在江门地区的工程,经常采用的是管桩基础和天然基础,这两种基础的计算都比较清晰、简便,但在以下地方发现的错误做法需避免:(1)在计算基础时,仅取用柱脚的轴力,柱脚的弯矩和剪力都不加入计算。这个错误较为常见;(2)忽略基础埋深;(3)在计算多条柱的联合基础时,未考虑各条柱对基础重心的偏心弯矩;(4)在大型住宅小区或厂区的设计中,常见一些设计师用一条基础承载力的算式通用各栋建筑物,并未根据各栋建筑物的场址对应的不同地质情况进行调整。
4、柱和剪力墙。竖向构件的错误占图纸错误的14%。
审查发现常见错误有:(1)混凝土标号和约束边缘构件的层数与计算书不同。由于结构计算层和建筑层、施工图的墙柱层号往往不同,20%设计师会忽视而出错。(2)在多层建筑中,一些设计师在首层不做结构层的情况下把首层的计算层高从±0.00算起,而不是从基础面算起,使首层柱的计算高度偏小而留下隐患。(3)当剪力墙与平面外方向的梁连接时,没有按照规范的要求在剪力墙中设置暗柱或其他有效的控制剪力墙平面外弯矩措施。(4)剪力墙结构的非底部加强区,设计师通常是统一配置一样的分布钢筋,当分布钢筋间距大于200mm或墙肢厚度大于200mm时,容易不满足高规的7.2.19条规定。(5)抗震等级是三级和四级的框架柱,柱端箍筋加密区最大间距须取8d和150的较小值,当柱的钢筋小于Φ20时,易出现箍筋加密区间距取为150的错误。(6)部分框支剪力墙结构,底部加强部位的水平和竖向分布钢筋的配筋率不足0.3%。(7)对于剪跨比小于2的柱即短柱,规范是强条规定箍筋间距不应大于100mm。在楼梯间、电梯机房、建筑错层处、高层建筑的塔楼与裙房交接处等短柱的常见部位,设计师忽视这一强条的错误时有发生。
当局部楼板开洞,造成个别柱子周边超过一层没有梁板连接而形成了跨层柱时,容易出问题。在整体建模后,程序有时是不能识别这些跨层柱的,设计师应当检查其计算长度(系数),并验算其配筋是否足够。
以上四类构件的错误合计占错误总数的84%,余下16%的错误,在此文不再展开论述。常见是以下几种情况:结构模型错误;程序录入的控制信息错误;节点构造错误和楼梯设计错误。
结语:
现时的混凝土工程结构设计,已经全面使用各种计算程序进行结构的整体计算。各个主流计算程序经过十几年的不断开发和完善,已经越来越智能化,不少结构规范中的条文经过计算程序的处理,已经得到很好的执行,使结构施工图基本不会违反这些条文。在上述施工图审查中发现的具体问题,常见的错误可以归纳为两大类:一类是非常规的、与结构整体模型有差异的或与计算假定条件不同的构件出现的问题。另一类是在对计算结果进行后处理和对构件进行配筋时出现的问题。我们进行工程结构设计,首先应根据建筑和地质等的要求布置合理的结构方案,按照有关程序的规定建立合理的模型、细致地输入各种荷载。对程序的计算结果应当进行合理性的分析判断,对特殊构件应进行处理和另行计算,施工图绘制不应全部交由程序包办。我们在对构件配筋时核查程序的计算结果,不仅可以保障配筋正确,也能检查计算结果的合理性、是否有漏荷载、构件建模是否正确等问题。
结构安全无小事,愿与各位同行共勉。
参考文献:
[1] 混凝土结构设计规范。
关键词:混凝土;裂缝;成因;对策
混凝土自诞生之起就在工程建设领域占有重要的地位,有关混凝土的理论和技术也非常成熟,但是混凝土结构裂缝问题现在仍然是一个广泛出现且不宜解决的问题,在施工实践中经常遇到各种各样的裂缝,严重的已经影响了结构安全和正常使用。混凝土结构裂缝产生的形式和种类很多,要从根本解决混凝土的裂缝问题,还是需要从混凝土裂缝的形成原因入手。正确判断和分析混凝土裂缝的成因是有效控制和减少混凝土裂缝产生的最有效的途径。
一、工程中常见裂缝及成因
1、与结构设计及受力荷载有关
超过设计荷载范围或设计未考虑到的作用;地震、台风作用等;构件断面尺寸不足、钢筋用量不足、配置位置不当;结构物的沉降差异;次应力作用;对温度应力和混凝土收缩应力估计不足。
2、与使用及环境条件有关
环境温度、湿度的变化;结构构件各区域温度的变化;冻融、冻胀;内部钢筋锈蚀;火灾或表明遭受高温;酸、碱、盐类的化学作用;冲击、振动影响、使用中短期或长期超载。
3、与材料性质和配合比有关
水泥非正常凝结(受潮水泥、水泥温度过高);水泥非正常膨胀(游离CaO、游离MgO、含碱量过高);水泥的水化热;骨料含量过大、骨料级配不良、使用了碱活性骨料或风化岩石、混凝土收缩、混凝土配合比不当(水泥用量大、用水量大、水胶比大、砂率大等);选用的水泥、外加剂、掺合料不当或匹配不当;外加剂、硅灰等掺合料量过大。
二、防治措施
1、严格控制设计
(1)从我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)的裂缝最大宽度计算公式(8.1.2-1~4)可以看出,对受力引起的裂缝控制手段,最重要的是减小钢筋的拉应力或增大配筋面积。而采用直径较小且具有高粘结性能的钢筋也有利于裂缝控制。具有较高抗拉强度的混凝土构件其抗裂性能也较高。钢筋配置间距过大也会增大裂缝最大宽度。
(2)注意构造钢筋的直径和数量的选择,同时注意改进防裂钢筋的构造,对预埋管线、预留孔洞等做好防裂构造措施。
(3)把握好设计中的‘抗’与‘放’的原则。
所谓‘抗’就是处于约束状态下的结构,没有足够的变形余地时,为防止裂缝所采取的有力措施,而所谓‘放’就是结构完全处于自由变形无约束状态下,有足够变形余地时所采取的措施。设计不仅要考虑承载力问题,更重要的是考虑变形作用问题(温度变化、收缩作用及地基变形问题)施工期间所受的温差和湿差最大,可以采用“先放后抗”的设计原则。根据建筑的平面布置,减少约束度,如岩石基础或老混凝土基础应设置滑动层,任何柔性防水层都可兼作滑动层,合理的设置后浇带。或者是采用“抗放兼施的”以抗为主的措施,采取“跳仓法”。
(4)积极采用补偿收缩混凝土技术。
在常见的混凝土裂缝中,有相当部分都是由于混凝土收缩而造成的。要解决由于收缩而产生的裂缝,可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩。大面积混凝土中可掺纤维
2、严格控制混凝土材料的选用
水泥应先用水化热较低的水泥,严禁使用安全性不合格的水泥。粗骨料宜选用表面粗糙,质地坚硬的石料。级配良好,空隙率小,无碱性反应,有害物质及粘土含量不超规定。细骨料宜用颗粒较粗,空隙较小,含泥量较低的中沙。外掺料宜采用减水剂等外加剂,以改善混凝土工作性能,降低用水量,减小收缩。
3、科学控制混凝土的配料
配合比的设计,应采用低水灰比,低用水量,以减少混凝土的收缩。严禁随意增加水泥用量。配制混凝土时计量应准确,要严格控制水灰比和水泥用量,搅拌要均匀,离析的混凝土必须重新搅拌均匀后,方可浇灌。
4、严格控制钢筋的配置
钢筋的配置要严格按图纸要求施工。钢筋的品种、规格、数量的改变、代用必须考虑对构件抗裂性能的影响,并经过按要求的报批。钢筋配置的位置要正确,符合图纸要求,保护层过大或过小,都可能导致混凝土开裂、裂缝;钢筋间距过大,容易引起钢筋之间的混凝土开裂。
5、严格控制混凝土浇筑工艺
(1)做好混凝土浇捣工作。混凝土现场浇捣时,振捣捧要要快插慢拔,根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间,避免过振或漏振,应提倡采用二次振捣、二次抹面技术,以排除泌水和气泡。
(2)注意混凝土的早期养护。混凝土的早期养护,主要目的在于保持适宜的温湿条件,以达到两个方面的效果:一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭,防止有害的冷缩和干缩;另一方面使水泥水化作用顺利进行,以期达到设计的强度和抗裂能力。混凝土浇捣成型后,应采取必要的蓄水保温措施,表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护,以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。
(3)严禁现浇板上过早上人、堆料、施荷加载。因混凝土浇筑后要有一个硬化过程,才会有强度;在这个过程中,应对混凝土加以保养,不能对混凝土施加任何外力。如果在混凝土尚未有一定强度的情况下,在其上面集中堆放建筑材料或支模立撑,这样带给现浇板的不是强度,而是更多的裂缝。因此,必须做到在混凝土强度达1.2N/mm2以后,才允许在其上踩踏或安装模板及支架。
(4)严格控制板面负筋保护层厚度。现浇板负筋按设计要求都放在板上面,有梁通过或隔断时一般放置在梁钢筋上面或与梁钢筋绑扎在一起。钢筋绑扎施工,必须采取有效的措施固定负筋的位置,确保负筋在混凝土浇筑过程中不移位,不下沉,从而有效控制负筋保护层的厚度,不使板负筋保护层过厚而产生裂缝。
(5)严格控制好砂、石粒径及含泥量。现浇板应选用中粗砂,粒径在0.25-0.5mm之间的石子,砂石含泥量均不得超过1%。如砂、石粒径过细过小,含泥量过大,都会降低混凝土强度,最终会使混凝土产生裂缝。
6、科学管理
(1)应当确定科学的控制裂缝标准,合理的选择施工进度,避免在混凝土施工中过分抢工期。
(2)监督混凝土施工中制定的各项技术措施,严格执行。
(3)注意施工的季节、环境的温度湿度及气象变化,严格控制现场塌落度、防风、尽可能在较低温度环境中开盘浇筑。暴雨中不能浇灌混凝土。
总之,混凝土产生裂缝在工程实践中出现的非常多,也是建筑质量通病之一,而且裂缝一旦产生,处理起来费工费料,效果还不一定好。因此,对混凝土的裂缝应立足于“防”,根据裂缝产生的原因,采取相应的对策,从原材料的选用,配合比的设计,到混凝土的生产、运输、养护,一直到使用,都要考虑裂缝问题,把裂缝控制在国家规范和设计要求的范围之内,相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
参考文献:
[1]高红霞,倪修全.浅谈混凝土结构裂缝预防方法[J].四川建筑,2008,31(12):57~58.
[2]冯开红,范庆斌,梁战锁.工业建筑混凝土结构裂缝原因分析及预防措施[J].冶金标准化与质量,2010,40(6):45-46.
关键词:混凝土;高层建筑;结构设计
1.提高结构重要部位的延性,防止截面钢筋超配
1).要使高层建筑在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力,最理想的办法是使结构中所有的构件都具有很高的延性。然而在实际工程中很难完全做到这一点,比较经济的办法是有选择有重点的提高结构中重要构件或某些构件中关键部位的延性。在结构平面位置上,应该着重提高房屋周边转角处、平面突变处以及复杂平面各翼相接处构件的延性;对偏心结构,应加大房屋周边特别是刚度较弱一侧构件的延性;对具有多道抗震防线抗侧力构件,应着重提高第一道抗震防线构件的延性。
2).使结构能进入弹塑性状态,并能通过结构的塑性变形吸收地震能量、抗御更高烈度的地震,从而达到“中震可修、大震不倒”的设防目标,就必须做到“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件”,才能使结构在进入弹塑性状态后形成合理的延性较大的屈服机制。因此在设计工作中,必须注意构件截面纵向钢筋的超配现象,同时也要注意材料的超强问题。
2注意高大建筑的整体稳定性
对高层建筑来说,在抗震设计中,房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。近年来出现了许多板式高层住宅,其立面高度很大而房屋进深尺寸有限,即高宽比超过了规范限值,也就是说建筑愈瘦高,在地震作用下的侧移就愈大,地震引起的倾覆作用就愈严重,巨大的倾覆力矩在柱中和基础中引起的拉力和压力比较难处理。结合几年来的工程实践,有以下几点体会:
1).对整个建筑进行抗倾覆稳定性验算,使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交界面上的合力作用点,不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的1/4。
2).加大建筑物下部几层的宽度,使其满足规范高宽比的限值,但尽可能避免形成大底盘建筑。必要时通过设置类似扶壁的钢筋混凝土构件,来增加基础底板的悬挑宽度,达到扩大基础底面积的效果,从而保证上部结构的稳定。
3).使基础有足够的埋置深度。在部分设计图纸上,发现裙楼和高层主楼从地上到地下用变形缝彻底分开,导致主楼基础埋深不够或者根本没有埋深,地震时会使建筑物发生滑移、整体倾斜甚至倾覆,这个问题必须引起注意。
4).对于高宽比很大的高层建筑,建议尽可能采用深基础,即采用配有钢筋的桩基础,桩基础钢筋在承台内的锚固长度要足够大。因为桩是埋在土中的细长构件,由于桩土摩擦力的存在,桩的抗拔性能较好,从而能很好地抵抗上部结构的倾覆。
3.剪力墙设计中需要注意的几个问题
3.1钢筋混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。
1)为了提高抗震墙的变形能力,避免发生剪切破坏,对于一道截面较长的抗震墙,应该利用洞口设置弱连梁,使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙,并使每个墙段的高宽比不小于2。所谓弱连梁,是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20%;连梁不能太强,以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉,这是比较危险的。
2)在实际设计中,对连梁的刚度都要进行折减,这是因为剪力墙的刚度一般都很大,在水平力作用下,剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值,可靠的办法是让这些连梁先屈服,要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏,连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求,对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。
3.2规范规定,剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。
这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱,当结构的刚度较小,地震作用下层间位移和顶点位移较大时,边缘构件所起的作用也就越大,此时暗柱的截面和配筋就应加大。如果剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值较大时,且房屋高度较小、楼座面积较大时,墙端部的暗柱面积和配筋量就不需按规范要求设置那么多。1985年智利大地震时,有300多栋钢筋混凝土剪力墙结构的破坏较轻,但它们的墙端并无较好的约束,这就是最好的证明。
3.3在钢筋混凝土全墙结构中,采用大开间剪力墙结构好,还是采用小开间剪力墙结构好,这一直是一个争论的焦点问题。大开间剪力墙结构的优点较多:
1)墙体数量少,相应的混凝土用量少,墙体的约束构件少,结构自重轻;
2)相对小开间剪力墙结构,其抗推刚度小,自振周期长,水平地震作用小;
3)墙体的配筋率适当,结构的延性增加,地震时能充分发挥墙体约束构件的作用;
4)使用空间大,建筑布置灵活。缺点是:1)楼板跨度大,钢筋用量大;2)要求设置高效轻质的隔墙,造价高。
4.屋面高大女儿墙的设计方法
对于高层建筑,为了照顾立面效果,屋顶女儿墙往往做的很高,其荷载效应对主体结构的影响越来越明显,这一点常常被设计者所忽略。在设计上,女儿墙无法直接参与主体结构的分析,所以在计算时往往仅考虑女儿墙的自重,当女儿墙较低时,这种方法是符合精度要求的,不会影响结构的安全;但是,随着女儿墙高度的增加,其地震荷载和风荷载效应也在增加,对主体结构的影响越来越大。因此,当女儿墙较高时,要仔细计算女儿墙所受水平荷载的情况。
5.地下室外墙的设计方法
在一般情况下,地下室外墙所承受的主要荷载为结构自重、地面活载、侧向土压力等。在我国已建成的高层建筑中,地下室外墙的墙厚和配筋相差很大,墙厚在200mm~700mm之间,配筋在565mm2~4909mm2之间,可见在结构可靠与经济之间选择一个合理的平衡,始终是一个值得探讨的课题。地下室外墙的受力状况与上部结构类型及平面布置有很大关系。在实际情况中,考虑到边界条件不十分明确,为安全起见,可对同一边界采用两种不同的假设,如按端部固定计算墙端弯矩,按端部铰接计算墙跨中弯矩。
6.超长结构的温度变形和混凝土干缩变形
钢筋混凝土结构规范规定,在室内条件下现浇框架结构伸缩缝的最大间距为55m,现浇剪力墙结构伸缩缝的最大间距为45m;在露天条件下,结构伸缩缝的间距还要小,这样规定的目的就是解决两个方面的问题:
1)现浇混凝土在凝固硬化时会产生收缩应力,以致在结构中形成干缩裂缝,结构越长,干缩的影响越大。
2)结构在使用期间必然要经过春夏秋冬季节的变化,大气温度的变化会使结构产生热胀冷缩,从而在结构中造成温度裂缝,同样,结构越长,温度的影响越大。但是,在实际工程中超长建筑物常常出现。如果按规定去设伸缩缝,就会出现双墙、双柱、双梁,给建筑物的立面处理、防水构造带来很大的困难。
近些年来,建筑行业取得了不凡的进步,这其中尤其是预应力混凝土结构以及混凝土结构相关技术得到了不小的发展,其科技成果日趋成熟。在建筑材料方面也得到了不小的发展,各种高性能的混凝土都在建筑中得到了应用。然而在建筑材料和建筑技术都得到快速发展的同时,建筑设计以及建筑施工方面还存在有不小的问题。温度变化会引起混凝土的热胀冷缩,这将会导致混凝土在竖直方向和水平方向都会产生一定的变形。在进行建筑结构设计过程中,对于温度引起的内力变化计算有一定的难度。混凝土的性质包括塑料变形以及应力松弛,温度的变化等都会导致混凝土产生裂缝。
2裂缝控制的意义和标准
建筑的结构设计建立在构件的强度极限承载力的基础之上,而建筑工程的使用标准则是由混凝土裂缝控制的。近些年的研究表明。建筑物中混凝土裂缝是不能避免的,但是能够有效的减少混凝土裂缝的存在。对于一般的民用以及工业建筑而言,小的混凝土裂缝对于建筑的日常使用是没有危险的,只有一定宽度的裂缝才会对建筑物的使用造成较大的影响与危害。因此,在设置混凝土裂缝控制标准时,不能够将混凝土裂缝的标准控制过严,同时还要考虑到地震等对于建筑物的影响。不管是预应力混凝土结构还是混凝土结构,其中存在的裂缝都会减小建筑结构的刚度,降低结构的耐久性。裂缝控制是指通过现有的建筑技术与措施控制建筑物中裂缝的大小,使其不会对建筑的正常使用造成影响。在建筑工程中,对于混凝土裂缝的控制主要表现在两个方面。即设计和施工两个阶段。在设计方面对于裂缝的控制是指通过构造措施以及相关计算降低混凝土裂缝高于限度值的可能性。而在施工方面对裂缝的控制则是指在是施工过程中采取一定的施工措施以及相关技术降低建筑物中有害裂缝的产生。文章主要从建筑结构设计方面对混凝土裂缝进行分析,从而减少混凝土裂缝对于建筑物的损害。
3混凝土裂缝产生的原因分析
从建筑结构设计方面进行分析,产生混凝土裂缝的原因主要有以下几个方面:首先,由于对于建筑结构的计算不够准确,设计中涉及到的构件厚度不足,配筋数量也不够充足,由于此种原因导致的板缝的产生会影响到建筑的结构,直接导致建筑物安全问题的产生。其次,在设计过程中,没有对建筑物会受到的装修荷载以及使用荷载进行准确估计,导致设计的建筑物受力远远小于建筑物的实际受力,导致建筑物中混凝土的开裂。以上两种原因都是由于在建筑结构设计中对建筑的受力分析有误而导致的,因此而导致的混凝土裂缝会对建筑物的结构造成较大的危害。而在目前的建筑结构设计中,还会出现另外一个极端的现象,那就是设计人员过于担心在施工过程中有偷工减料情况的存在,在进行结构设计的时候,对于混凝土的强度等级计算会高出一个等级。这样一来看似楼板十分安全,但其实混凝土的强度等级过高会为建筑带来负面的影响,因为混凝土强度越高,混凝土的水化热就会越大,从而使得混凝土产生有害性裂缝的可能性大大增加。有的设计人员还会考虑到施工方面而降现浇楼盖的混凝土强度与建筑中的梁柱取为一致的。这样做的危害在于建筑的实际受力与设计时的受力相去甚远,因此会导致在真正的运用过程中,建筑中混凝土的受力远远大于设计受力,从而导致混凝土裂缝的产生。另外,在设计的过程中,对于温度应力的重视可能不到位,因此,在隔热层以及保温层等方面没有良好的设置,导致混凝土会因为温度的变化而产生开裂。或是出现伸缩缝设置不够合理的情况,在温度应力以及收缩应力的双重作用之下,混凝土很容易产生开裂。楼盖边缘的约束的加强也会导致混凝土的开裂。
混凝土楼板如果能够进行自由的变形与收缩,混凝土内部不会产生应力。因此,也不会有裂缝的产生,但是由于楼盖边缘的约束有所加强,因此,混凝土的收缩变形以及温度导致的变形都会大大增加,从而导致在混凝土楼板的中部产生的最大的约束应力大于了混凝土所能承受的抗拉强度,使得混凝土产生裂缝。有的建筑结构设计人员在砖混的结构中采用了现浇混凝土的方式进行楼盖的浇筑,出于抗震方面以及建筑结构方面的考虑,通常会将墙边的支座按照简支梁进行近似的估算。而建筑中混凝土楼板的实际受力却与估算结果不一致,如果混凝土楼板的跨度比较大的时候,在板顶的支座处会产生一定的裂缝,有时楼板的边角以及中央都会出现收缩裂缝。另外,如果在建筑结构设计中忽略了建筑中边角柱以及构造柱对于建筑的影响,则会增大混凝土可能产生的裂缝。
4混凝土裂缝的有效处理措施
在进行混凝土裂缝的处理时,除了加强设计人员的安全责任意识之外,更重要的是在进行建筑结构设计时,加强设计人员对于混凝土裂缝的重视。另外,设计人员采取的结构形式一定要科学合理,为了保证其合理性,要在建筑结构设计前建立严格的审查制度,严格防止建筑结构设计中对混凝土裂缝的忽视。首先,在选择建筑混凝土时,一定要按照建筑的功能与需求进行混凝土的选择。如果混凝土的强度过低,则会对建筑的质量造成影响,而混凝土强度过高,会为建筑带来负面的影响,因为混凝土强度越高,混凝土的水化热就会越大,从而使得混凝土产生有害性裂缝的可能性大大增加。不能为了简便施工而将楼板的混凝土强度的等级与建筑中梁柱的强度等级取为同一等级,更好的做法应该是对混凝土收缩的量进行减少,此外对于混凝土中水泥的用量以及外加剂的用量都提出具体的要求。如果建筑设计中,对于楼板的周边约束是有必要的加强,那么与此同时还要加强构造钢筋,以防止由于楼板所受到的约束应力的增大而导致的混凝土的裂缝的增大,对建筑结构造成影响。为了防止楼板的边角产生斜裂缝,可以在楼板的边角外侧的上下两层中都设置一定数量的钢筋,需要注意的是增加的钢筋长度一定要超过混凝土楼板长度的三分之一。另外在建筑结构的设计中,需要合理设置建筑的保温层以及隔热层,并且保证保温层隔热层使用的材料以及厚度都是科学合理的。在建筑结构中一般都会设置温度伸缩缝抵消温度变化会对混凝土产生的影响。因此温度缝的设置需要足够的合理,才能避免温度对混凝土产生裂缝等的影响。
5结束语
关键字:混凝土结构设计 常见问题解决方法
1 在结构计算与分析阶段的常见问题
广泛而言,在结构计算与分析阶段,如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。因此,结构工程师也应该对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。在结构整体设计阶段,工程师在设计阶段经常受到困扰的问题是对结构整体计算的软件的选择。由于采用的计算模型的不同,每一个计算软件计算的最终结果也是有所不同的,尽管结果差别不大,但是对设计标准和规范有着很大的影响。目前,比较普遍的计算软件并不少,SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等都有其各自的特点,然而,设计工程师在选择时要么只是单一考虑设计模型的特点而忽视结构类型,要么只是着眼于结构类型而忽视对计算软件的分析,导致在整体计算阶段,设计工程就出现纰漏。
解决方法:对于结构设计工程师而言,一个科学的计算软件绝对不是单单取决于软件系统的优越与否,而是这种计算软件是否与设计的结构类型相适应。因此,结构设计师首要要做的,就是对各个计算软件的计算模型的特点进行对比和比较,熟悉结构设计的类型,从而依此进行计算软件的选择。
具体上,在地下室底板和外墙配筋计算时,设计工程师往往采用假设的方法进行计算设计,然而,假设条件的选择与采用与现实情况并不是相符的。例如:在地下室外墙配筋计算中:对于外墙带扶壁柱的结构类型,设计计算时一律不区别扶壁柱尺寸的大小,全部按双向板来计算配筋,而在扶壁柱的整体计算分析阶段,又未按外墙双向板传递荷载的公式验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,这样粗放的设计计算方法会导致其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。
解决方法:建议除了垂直于外墙方向并且与带有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或者是截面尺寸较大的外墙扶壁柱之间的外墙板块采用双向板来计算配筋外,其余的外墙应该按竖向单向板计算配筋为妥。
2 地基与基础设计过程中存在的问题
“万丈高楼平地起”这一俗语精炼的道出了地基工程在建筑工程中的重要性,地基的好坏将决定一个工程的最终质量,因此,在地基与基础设计阶段,对于设计工程师而言,这一阶段是决胜局,正是因为其有着如此重要的作用,任何一个问题与错误都是不被允许的。在地基与基础设计阶段,一般来讲,要重视以下问题。
由于地下室底板与柱下独立基础会受到建筑物上部整体重力的沉降作用的附加应力。在共同受力的情况下,地下室底板会一起沉降变形。工程师在底板设计时,很有可能会忽视这种附加应力,而导致设计的底板负载能力不足而造成底板开裂,这对于地下室建筑是不安全的。另外,地基的稳定性也受到极大的威胁。
解决方法:针对不同程度的沉降量的工程,地基与基础设计所采取的处理措施也是不同的。对于沉降量相对较小的工程,可以采用褥垫的方法处理,也就是说在地下室与持力层之间建筑一层保护带,在沉降作用发生时,保护层会承受一部分的附加应力,防止地下室地板因受力过度而开裂或沉降。同时,对天然地基也起到了养护的作用。这样,地基保养便从根本上达到了解决。
对于有地下室的建筑,地下水的季节性变化也是影响地下室底板的重要因素。当降水期来临,地下水位升高。底板的防水设计显得尤为重要。一般的地下室建筑,由于柱下承台的形式比较复杂,其基槽地膜形状也是较为繁复的,建筑复杂的外在轮廓一方面加大了防水设计的难度,另一方面,增加了工程造价。很多设计工程师仅仅考虑到建筑物当时当地的地理状况,忽视对降水这一因素的考虑,而导致在地下室底板设计时对防水工程的不全面、不科学。
解决措施:在在室外地坪之下的结构部分,外轮廓形状设计应尽量简洁,这样有利于建筑防水的施工。另外,在具体的设计方略上,采用统一地下室底板和柱下承台的下标高的反承台法。这一方法的具体做法:在地下室内部做滤水层和覆土,同时对柱下承台进行加厚工程的设计。这样一来,基槽地膜形状变得简单,方便施工,缩短了施工时间,从而施工质量也可以得到保证。
3 上部结构设计过程中存在的问题
在上部结构设计时,框剪结构剪力墙在设计上布置不均匀,经常出现单肢刚度过大的剪力墙,这样会造成应力的过度集中,容易造成剪力墙的部分破坏。同时,在上部结构设计阶段,与之相关联的结构构件,比如连梁等构件的设计难度也很大。
根据工程实际情况,通过对地下通道需要承载的作用力的了解,分析了地下钢筋混凝土通道的结构设计。
关键词:钢筋混凝土;地下通道;结构设计
市政道路工程及高速公路工程建设中,通常会遇到地下通道的结构形式,一般会采用钢筋混凝土设计的箱涵形式。国内的这类设计标准主要有《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)等,但是民用建筑规范对地下钢筋混凝土通道的机构设计没有做具体的有关设计规定。本文以工程案例,对地下钢筋混凝土通道的结构设计进行了分析。
一、工程概况
该工程的地下通道位于高铁附近的地下车库北侧。这个通道作为连接地下车库与地面商城的必经枢纽,它全部长度为八十八米,通道内净宽为十一米,净高为六米,呈矩形箱涵形式,并且其顶板需覆土三百五十厘米。地下车库主体、出地面U形槽与地下通道之间,需要设立变形缝,缝宽设定为三十毫米。
二、工程场地地质情况
经过对工程实际地质的勘察以及相关地质资料的显示,该工程的地下通道的箱涵处于粉质粘土中,通道箱涵底部土层的地质为粉质粘土和全风化钙泥质粉砂岩的混合土质。工程场地地下水为孔隙潜水,里面含有素填土与粉质黏土,地质透水性能比较差,抗浮设计地下水稳定水位为地面以下一米。
三、地下钢筋混凝土通道结构截面尺寸的设定
(一)通道顶板厚度的设定
对于地下钢筋混凝土通道顶板厚度的设定,一般把它设置为整个通道净跨径的十二分之一到十分之一之间,本工程通道的净跨径为十一米,那么我们的顶板宽度可以取为八百八十毫米。
(二)通道底板厚度的设定
地下钢筋混凝土通道底板厚度通常取为通道净跨径的十分之一左右,根据本工程的通道净跨径,我们可以设置顶板厚度为一千一百毫米。
(三)通道侧墙厚度的设定
地下钢筋混凝土通道的侧墙厚度通常为地板的十分之七到十分之八之间,需要综合考虑,以方便通道工程施工。本工程通道侧墙厚度可以定为八百毫米。
(四)通道加腋构造的设定
如果地下通道的跨度在六米以内时,工程的主体结构框架可以做成等截面,若地下通道跨度在六米以上时,需要在板的端部加腋,所加腋的高度一般是侧墙厚度的五分之二到一倍之间,斜面与水平线成二十度至四十五度的夹角,本工程的加腋结构可以采用三百毫米的高度和六百毫米的宽度。
四、地下钢筋混凝土通道的主要荷载作用分析
地下钢筋混凝土通道的荷载作用分析准确与否将影响到建筑工程整体的安全性。地下钢筋混凝土通道的主要荷载作用可以分为三种:可变作用、永久作用和偶然作用。来往车辆荷载、车辆荷载所引起的侧压力和人群荷载都属于可变作用。永久作用一般指土地本身存在的土地重力、水压力、结构重力以及土侧压力等。偶然作用一般是无法控制的,随时可能会发生对土地有荷载的作用,比如地震的作用、汽车撞击作用等。
(一)地下钢筋混凝土通道的结构重力
地下钢筋混凝土通道的结构重力主要指结构自重、路面面层以及附属设备等所附加的重力。结构重力有国家相关的标准计算,比如《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)。
(二)地下钢筋混凝土通道的土压力
土压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧向压力。地下钢筋混凝土通道的土压力包括通道顶板所受到的垂直土压力和侧墙所受到侧面的土压力。土压力的计算是个比较复杂的问题,需要具体分析它的各个压力的相互作用,按照《土力学与基础工程》等可以计算相关的水平侧面土压力和竖向垂直土压力。水平侧面土压力的计算公式为: ,竖向垂直土压力的计算公式为: 。公式中, 为土地的重力密度, 为截面到路面顶的高度, 为土的侧压力系数。
(三)地下钢筋混凝土通道的水压力
地下钢筋混凝土通道的土压力可以依照静水的压力来计算。水压力的计算公式为: ,公式中 为土质中水的重力密度, 为截面到路面顶的高度。
(四))地下钢筋混凝土通道的汽车荷载
地下钢筋混凝土通道的汽车荷载指汽车轮胎直接压在地下通道结构上,对通道的顶板及其以上表面产生竖向的压力。如果通道顶板上面所覆盖的土面厚度比较大,那么由地面汽车荷载到通道的竖向压力会比较小,通道顶板上面所覆盖的土面有足够的厚度,就能分散来自汽车荷载足够的压力,汽车荷载可以按照均匀分析荷载来考虑,可以根据荷载简化计算公式计算,文中工程中覆土为三百五十厘米,汽车荷载在顶板的等效均匀荷载可以取值为十一千牛每平方米。
(五)地下钢筋混凝土通道的汽车荷载所引起的侧墙压力
地下钢筋混凝土通道的汽车荷载所引起的侧墙压力计算时,可以将汽车均匀荷载当成地表以上对应的土的重量来计算。汽车荷载所引起的侧墙压力的计算公式为: ,公式中 为汽车均匀分布的荷载, 为土地重力密度, 为土的侧压力系数。
五、地下钢筋混凝土通道的结构计算模型分析
地下钢筋混凝土通道的结构计算模型分析可以充分把现代计算机应用进来。地下通道箱涵我们可以简化为放置在半无限弹性体地基上的板式框架结构。依照假设的模型结构来全面分析和计算工程的受力情况。一般情况下,地下通道箱涵的纵向尺寸要比横截面的尺寸大很多,所以沿着箱涵纵向取单位长度一米箱带,把箱涵结构连同与结构相连的地基结合考虑,依照荷载-结构方法对内力进行分析。在有限元计算的时候,顶板、底板和侧墙作为面截面中的壳单元输入到计算模型。考虑到地基土和底板的共同作用,在底板的底面施加节点弹簧,此时地基反力不需要再输入计算模型。
六、地下钢筋混凝土通道的计算结果分析
采用sap84有限元软件对地下通道结构分别进行了承载力极限状态与正常使用极限状态的计算。由于地下通道结构中覆土比较厚,永久荷载对于通道作用的比重比较大,在地下通道结构承载力极限状态的计算时,我们按照荷载效应的基本组合进行设计需要注意基本组合要取永久荷载占控制作用的组合。另外,地下通道结构一般都会埋置比较深,通常会处于地下水位之下,这就对通道结构防水的要求比较高,需要我们正常使用极限状态,采用荷载效应标准组合即综合结构自重、水压力、土压力、汽车荷载和人群荷载。内力的计算结果表明,侧墙外侧上端弯矩和下端弯矩分别与顶板端部负弯矩和底板端部负弯矩相等。根据内力计算结果进行配筋计算,可得裂缝控制下要比强度控制下的结构配筋要大。
关键词:建筑结构;裂缝;措施
中图分类号:TU3文献标识码: A
引言
目前房屋建筑的需求量越来越多,因此进行快速高质的建设也是目前建筑行业面对的主要问题。如今随着技术的进步,越来越多的先进建设手段被运用到实际中去,促进了建筑业的快速发展。然而建筑出现裂缝的情况而导致的房屋安全质量问题愈发严重,如何进行防裂缝处理也已成为企业在进行施工时要注意的问题。
一、混凝土结构的概念
混凝土结构概念设计在混凝土结构裂缝控制中起着重要作用,设计的思路可通过概念设计来实现,发挥和利用结构总体体系与各基本构件之间的关系,能迅速、有效地对总体结构体系进行构思、比较和选择。结构工程师在项目中的任务就是用整体概念来设计总体结构体系。同时,基本结构构件的力学性能又在整体结构中起着重要作用,通过概念设计和创新,可获得受力明确、抗裂性能良好、造价较低的结构总体方案。
二、现浇混凝土裂缝形成的原因分析
1、荷载作用下形成的裂缝
混凝土构件在荷载作用下引起的主拉应力大于混凝土自身的抗拉强度或者主拉应变超过其极限拉伸应变后,导致混凝土构件受拉区出现裂缝。荷载作用下引起的裂缝的主要特点是:裂缝主要出现在构件的受拉区域或者剪拉区域,且裂缝形状多为楔形裂缝。对于受弯构件,最大正、负弯矩处的裂缝基本上都为竖向裂缝;对于轴心受拉构件,裂缝形式一般为贯穿整个截面的主裂缝。钢筋混凝土构件在荷载作用下常见的裂缝
2、温度变化引起的裂缝
温度变化引起的裂缝主要体现在2个方面:对于配筋率较大的钢筋混凝土构件,当暴露在外界环境中时容易受到环境温度变化的影响,这主要受季节变化、昼夜交替等因素的影响;对于大体积混凝土的浇筑,浇筑过程会明显受到水化热的影响,当一次性浇筑量过大时,产生的大量水化热不能有效的消耗,导致混凝土构件的内、外表面温度存在较大差异,从而导致温度裂缝的产生,严重时甚至出现贯穿裂缝。
3、结构不均匀沉降引起的裂缝
结构产生不均匀沉降后将导致混凝土构件产生协同变形,导致构件产生裂缝;同时,随着不均匀沉降的进一步增大或者不均匀性增强,裂缝会越来越大。
4、塑性沉降裂缝
塑性沉降裂缝的出现通常会给建筑物的质量造成严重的影响。而分析塑性沉降裂缝产生的主要原因,我们发现,在建筑施工过程中,尤其是在混凝土的浇注过程中,如果出现阻碍骨料沉降现象,则往往会伴随着裂缝的出现。通常造成这种阻碍现象发生的因素是一些建筑辅的材料(模板、钢筋等)。如果,在建筑施工中,没能按照操作规定对模板进行绑扎也可能导致塑性沉降裂缝的出现。
三、现浇混凝土结构裂缝控制的方法
1、建筑结构设计方面
在进行建筑物结构设计时,应严格按照《混凝土结构设计规范》等国家相关标准规范执行。除此之外,还应根据《建筑抗震设计规范》,结合建筑结构物所在地的抗震等级、场地使用条件、建筑物的使用功能、平面尺寸及相关规模,同时考虑建筑物所在地区的气候条件、相关装饰装修要求等影响因素,采取一定的措施,最大程度控制混凝土收缩,避免因地基基础等原因导致混凝土出现裂缝。结合大量的现浇混凝土施工经验,由于现浇混凝土在施工期间所经历的温度差异和环境差异变化较大,因此在施工中可以采取“先放再抗”的设计原则。在设计中可以通过减小结构约束,通过合理设置后浇带等措施减小裂缝的产生。其次,合理设计构造钢筋的布置形式,构造钢筋应布置在受力主筋的外侧,同时在混凝土中可以适当添加一些用于改善混凝土抗裂性能的添加剂,提高现浇混凝土抵抗因温差、环境改变引起的裂缝的能力。
2、混凝土材料和配合比方面
混凝土材料的选择应该严格按照国家相关行业规范和标准的规定进行选择。水泥的选择方面,宜选择硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥。骨料的选择方面,应注意骨料的级配、质量,具体的讲,骨料应选择级配良好且干净的中砂和级配良好且孔隙率较小的粗骨料,同时要注意骨料中其他杂质的相对含量应满足相关标准的要求。添加剂方面,对于常用的普通混凝土,应尽可能采用普通减水剂或中效减水剂,而对于大体积混凝土,考虑到混凝土构件的收缩变形较大且水化热产生的温差效应引起的裂缝,应选择对混凝土收缩变形及水化热影响较小的外加剂或者其它一些掺合料。混凝土配合比方面,应严格按照《普通混凝土配合比设计规程》进行执行,结合建筑结构中要求的强度等级、结构耐久性、抗渗等级以及工作性能等进行具体的设计。
3、施工水平、环境及管理方面
选择具有一定资质的施工企业进行现浇,确保现浇混凝土的施工质量。密切注意现浇混凝土的施工季节,明确环境温度、湿度等条件变化对现浇混凝土产生裂缝的影响,严格控制施工现场中混凝土的坍落度,避免因环境、温度等变化对现浇混凝土产生不利的影响。施工管理方面,应该制定科学和严格的现浇混凝土裂缝控制标准及措施,同时,合理安排现浇混凝土的浇筑进度,避免因混凝土施工安排不合理影响混凝土浇筑质量。对混凝土浇筑中的各项技术进行严格监督,确保施工质量。
4、有效控制建筑物的浇筑施工技术
在建筑施工中,可以通过科学合理控制混泥土浇筑过程来防止建筑裂缝的产生。在建筑施工过程中,一旦施工技术出现了问题,则会对建筑物的整体质量造成严重的影响。因此,在现代建筑的施工过程中,通常采用先进的施工工艺来提高建筑物的整体质量。而且,多年的实践经验和建筑事件也证明了,施工工艺的提高,以及科学合理的安排施工顺序,坚持分缝分块的原则进行施工,可以有效的提高建筑物的整体质量。除此之外,还要在建筑的过程中有效的处理好一些施工细节问题,以进一步的提高施工质量。
5、混凝土养护及拆模的控制
房屋建筑现浇混凝土的养护是一个关键步骤,需要加强技术和管理工作,混凝土浇筑完毕后,应按施工技术方案及时采取有效的养护措施,应符合下列规定:应在浇筑完后的12h内对混凝土加以覆盖并保湿养护;混凝土浇水养护时间:对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土,不得少于7d;对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土,不得少于14d;浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态;混凝土养护用水应与拌制用水相同;采用塑料布覆盖养护的混凝土,其敞露的全部表面应覆盖严密,并应保持塑料布内有凝结水;混凝土强度达到1.22N/mm2前,不得在其上踩踏或安装模板及支架,避免对房屋建筑现浇混凝土的损害。拆模是房屋建筑现浇混凝土施工的最后一个步骤,应该确保模板及其支架的拆除顺序及安全措施应按施工方案进行。侧模拆除时的混凝土强度应能保证其表面及棱角不受损伤。底模及其支架拆除时的混凝土强度应符合设计要求;当设计无具体要求时,应该参照现浇混凝土的一般规定进行拆模处理。
结束语
综上所述,在进行房屋建筑现浇混凝土施工的过程中,必须根据实际情况仔细分析设计,通过预先防范和施工中的小心处理,尽可能地减少裂缝出现的可能性,以提高房屋的整体质量。用过科学的平面布局和空间布置,充分考虑建筑物的受力情况,采取合理的构造设计,达到高水准的防裂缝控制技术。
参考文献
[1]黄德樟.浅述房屋建筑现浇混凝土施工与防裂缝控制技术[J].福建建材,2013,01:66-69.