董大海

身份證330326198709254212 325000

摘要：根據(jù)建筑工程的特點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有正確意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系；介紹了混凝土結(jié)構(gòu)具體的設(shè)計(jì)方法；從結(jié)構(gòu)的安全性、抗震性、耐久性入手，闡明了結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，以促進(jìn)建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化完善。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；建筑工程；設(shè)計(jì)方法

一.建筑工程的混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

多道防線必要的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、延性及耗能能力；合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度（承載力）沿豎向宜均勻、連續(xù)分布，避免造成軟弱或薄弱部位。合理控制結(jié)構(gòu)的塑性鉸區(qū)，掌握結(jié)構(gòu)的屈服過程及屈服機(jī)制。構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)的4項(xiàng)基本準(zhǔn)則：強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉。嵌固部位（基礎(chǔ)或地下室），應(yīng)具有足夠的整體剛度和承載能力。

二、建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方法

2.1 完善單元結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)

獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元設(shè)計(jì)，是建筑工程中的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作適合采用簡(jiǎn)單、規(guī)則的平面形式，但平面的整體長(zhǎng)度與突出部分的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)控制于適宜的范圍，且具備均勻分布的承載力與剛度，同時(shí)，豎向結(jié)構(gòu)適合采取均勻、規(guī)則的形式，以保證建筑的外挑與內(nèi)收問題得到有效的控制。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案階段，以概念設(shè)計(jì)知識(shí)的想法作為參考，使建筑的適用性與美觀度等要求在得到滿足的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)的平面與豎向布局盡可能地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、均勻與規(guī)則性，保證其結(jié)構(gòu)剛度與承載力的合理分布，避免建筑獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元出現(xiàn)過于集中的塑性變形或應(yīng)力。

2.2優(yōu)化高強(qiáng)的混凝土與鋼筋使用

建筑工程施工需要消耗較多的混凝土，鋼鐵和其他材料，如果混凝土和鋼筋的強(qiáng)度過大，勢(shì)必會(huì)造成建筑材料總成本超支，并增加其他組件的成本，從而降低了建筑施工的經(jīng)濟(jì)效益。因此，混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)高強(qiáng)度的混凝土與鋼筋的使用進(jìn)行合理的優(yōu)化控制。

以軟土地基施工工程設(shè)計(jì)為例，高負(fù)荷的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員可以通過優(yōu)化高強(qiáng)度的混凝土以及鋼筋的使用，使建筑中各構(gòu)件的截面尺寸得到合理優(yōu)化，從而減輕建筑的結(jié)構(gòu)自重，使建筑的基礎(chǔ)工程建設(shè)難度得到大幅度的削減，降低工程的地基處理工作造價(jià)。

再以位于震區(qū)的建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，建筑的自重與地震作用程度成正比例關(guān)系，設(shè)計(jì)人員通過將高強(qiáng)度的混凝土與鋼筋的使用量減少，可以在減輕其梁、板、墻、柱等構(gòu)件自重的基礎(chǔ)上，降低地震的作用力，進(jìn)而保證建筑結(jié)構(gòu)的安全程度，使建筑的整體安全度得以提升。

2.3合理設(shè)計(jì)剪力墻平面結(jié)構(gòu)

建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還需要充分地重視剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布局問題，以保證建筑整體結(jié)構(gòu)受力的均勻性，并使建筑在側(cè)向力的影響下出現(xiàn)的位移控制于允許狀態(tài)。具體來講，剪力墻平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要為以下幾個(gè)方面：

1）對(duì)作為建筑的基礎(chǔ)功能的基本結(jié)構(gòu)，在滿足功能的前提下，盡可能地使剪力墻的布置實(shí)現(xiàn)相對(duì)的集中化與均勻化，對(duì)具有較高的恒載或者平面形式變化較大的部位設(shè)計(jì)剪力墻，應(yīng)當(dāng)盡量縮小其間距。2）以建筑物或其他方向作為基準(zhǔn)的主軸方向，對(duì)剪力墻雙向布置，且墻肢截面適合為具備較小的側(cè)向剛度的簡(jiǎn)單規(guī)則的形式，在設(shè)計(jì)中還要盡量地減少對(duì)短肢剪力墻的使用。

2.4混凝土結(jié)構(gòu)的干縮變形控制

在國(guó)家頒布相關(guān)建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：建筑室內(nèi)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距，必須控制在55m以下，而現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距則要控制在45m以下。在室外環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)的伸縮縫更加要注意嚴(yán)格控制，其具體設(shè)計(jì)要求如下：1）干縮裂縫：在現(xiàn)澆混凝土的凝固硬化過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不同程度的收縮應(yīng)力，而建筑結(jié)構(gòu)中則會(huì)出現(xiàn)規(guī)則或不規(guī)則的干縮裂縫，建筑結(jié)構(gòu)形式越長(zhǎng)，干縮裂縫也越大，所以，在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，必須嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)形式的長(zhǎng)度；2）結(jié)構(gòu)控制：為了有效解決建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)的干縮變形問題，可以采取合理分布混凝土后澆帶的設(shè)計(jì)方案，即將大樓板的面積劃分為若干小區(qū)格，按照順序進(jìn)行小區(qū)格的混凝土澆筑，待小區(qū)格內(nèi)的混凝土干縮變形完全結(jié)束后，對(duì)于區(qū)格之間的預(yù)留區(qū)域進(jìn)行混凝土澆筑，以有效解決混凝土結(jié)構(gòu)的干縮變形問題。

2.5女兒墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑工程中，屋面女兒墻的作用是不容忽視的，其對(duì)于澆筑整體效果的影響也較大。尤其是在屋面高大女兒墻的設(shè)計(jì)中，由于難以直接參與建筑工程主體結(jié)構(gòu)的研究，所以，必須進(jìn)行嚴(yán)格、周密的計(jì)算，以得出準(zhǔn)確的女兒墻自重。如果女兒墻的高度較低即可達(dá)到相關(guān)要求，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)安全的影響較小。如果在女兒墻高度上升的過程中，地震荷載、風(fēng)荷載效應(yīng)的變化較為明顯，則有可能不同程度的影響到建筑結(jié)構(gòu)的安全。在女兒墻較高的情況下，必須從采用科學(xué)的方法和專業(yè)的軟件計(jì)算出女兒墻承受的水平荷載，而對(duì)于配筋的計(jì)算則要借鑒支承于屋頂?shù)膽冶郯澹⑶疫\(yùn)用雙層鋼筋。屋面女兒墻與建筑工程主體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)較大，與屋面女兒墻相連接的框架梁或墻必須滿足相應(yīng)的強(qiáng)度要求。

三.建筑工程的混凝土結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)措施

3.1結(jié)構(gòu)安全性

3.1.1提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)安全性的重視

在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際情況，做到對(duì)規(guī)范意義的深刻理解，細(xì)化設(shè)計(jì)每一個(gè)基本結(jié)構(gòu)，善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，反思工作，為今后的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)累積經(jīng)驗(yàn)。在對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要發(fā)揮自身主導(dǎo)作用，轉(zhuǎn)換陳舊設(shè)計(jì)觀念，正確對(duì)待建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度的重要性。

3.1.2提高構(gòu)件的承載能力，保證構(gòu)件的安全性

應(yīng)充分研究各種設(shè)計(jì)荷載：如構(gòu)件自重，建筑物樓屋面活載，風(fēng)荷載，雪荷載在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的效應(yīng)及各結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否具有抵抗這些效應(yīng)的能力。構(gòu)件的承載能力狀態(tài)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，結(jié)構(gòu)只有滿足承載能力極限狀態(tài)的最大承載能力，才能使結(jié)構(gòu)滿足安全性的要求

3.2抗震概念

在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員以抗震概念設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，通過結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)來抗震試驗(yàn)，或者借鑒相似建筑的抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等，對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)體系、平立面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件延展性等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使建筑的抗震能力得到有效的提升。

具體而言，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量選擇空間結(jié)構(gòu)和平面布局這種簡(jiǎn)單的規(guī)則形式，作為建筑的整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要通過進(jìn)行合理的布局，使建筑的質(zhì)量與剛度實(shí)現(xiàn)均勻平衡的分布。

在立面設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)師可以將墻體設(shè)置均勻?qū)ΨQ的形式從而提升爬樓梯或電梯的井筒等具備較高剛度的結(jié)構(gòu)布置的集中性，將抗震墻設(shè)計(jì)為符合建筑結(jié)構(gòu)整體抗震需求的形式，提高平面建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。而且，還要保持各轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在豎向剛度方面分布的接近，并使剪力墻的設(shè)計(jì)可以將墻面豎向持續(xù)地貫通到建筑底部。

3.3耐久性

3.3.1選擇的混凝土材料。

混凝土拌合物和易性要求，在水泥品種的選擇上也要認(rèn)真進(jìn)行分析，通常條件下，可以考慮使用普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥等品種，由于礦渣水泥在保水性能上相對(duì)普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥較差，其泌水性也相對(duì)較大，因此在高層建筑中通常不考慮選擇礦渣水泥。另外，高層建筑混凝土還不宜使用火山灰質(zhì)的硅酸鹽水泥。為了滿足高層建筑對(duì)混凝土的要求，所選用的水泥必須滿足高層建筑混凝土對(duì)水泥在質(zhì)量和性能上的要求，只有這樣，才能保證高層建筑的質(zhì)量。

3.3.2 合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式

設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑物的環(huán)境類別與設(shè)計(jì)使用年限，控制混凝土構(gòu)件的保護(hù)層厚度在20mm～70mm之間，并通過協(xié)調(diào)構(gòu)件的截面積與表面積，避免侵蝕性物質(zhì)集中停留區(qū)域的形成，同時(shí)注意高侵蝕度的環(huán)境，混凝土墻板的通風(fēng)效果，并注意配筋間距的合理設(shè)計(jì)，以減少鋼筋銹蝕、保護(hù)層剝離等問題的出現(xiàn)。

四.結(jié)束語

由上可見，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須掌握加強(qiáng)設(shè)計(jì)和分析的原理，根據(jù)設(shè)計(jì)原則和具體要求，從整個(gè)設(shè)計(jì)工作和設(shè)計(jì)等方面具體內(nèi)容，采取有效的策略。從而優(yōu)化和完善混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。