混凝土结构设计探讨

混凝土结构设计探讨

摘要：改革开放以来，随着我国经济的迅猛发展，我国的建筑行业也发展迅速，设计思想也在不断更新。混凝土结构是目前应用最广泛的结构形式之一，本文介绍了混凝土结构的分类、优缺点以及结构设计问题。

关键词:混凝土;结构;设计

abstract: since the reform and opening, along with the rapid development of our economy, our country’s construction industry is developing rapidly, the design ideas are constantly updated. concrete structure is one of the most widely used structure form, this paper introduces the classification, advantages and disadvantages of concrete structure and structural design problems.

key words: reinforced concrete; structure; design.

中图分类号：tu318文献标识码：a文章编号：2095-2104（2013）一、混凝土结构及其分类

混凝土结构是指以混凝土为主要材料建造的工程结构。包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等。

(一)素混凝土

素混凝土是针对钢筋混凝土、预应力混凝土等而言的。素混凝土是钢筋混凝土的重要组成部分，由水泥、砂（细骨料）、石子（粗骨料）、矿物参合料、外加剂等，按一定比例混合后加一定比例的

水拌制而成。普通混凝土干表观密度为1900～2500kg/m3，是由天然砂、石作骨料制成的。当构件的配筋率小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时，应视为素混凝土结构。这种材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度却很低，故一般在以受压为主的结构构件中采用，如柱墩、基础墙等。

（二）钢筋混凝土

当在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。钢筋和混凝土这种物理、力学性能很不相同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要靠两者之间存在粘结力，受荷后协调变形。再者这两种材料温度线膨胀系数接近，此外钢筋至混凝土边缘之间的混凝土，作为钢筋的保护层，使钢筋不受锈蚀并提高构件的防火性能。由于钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两者性能特点，可形成强度较高，刚度较大的结构，其耐久性和防火性能好，可模性好，结构造型灵活，以及整体性、延性好，适用于抗震结构等特点，因而在建筑结构及其他土木工程中得到广泛应用。

（三）预应力混凝土

预应力混凝土是在混凝土结构构件承受荷载之前，利用张拉配在混凝土中的高强度预应力钢筋而使混凝土受到挤压，所产生的预压应力可以抵销外荷载所引起的大部分或全部拉应力，也就提高了结构构件的抗裂度。这样的预应力混凝土一方面由于不出现裂缝或裂缝宽度较小，所以它比相应的普通钢筋混凝土的截面刚度要大，变形要小；另一方面预应力使构件或结构产生的变形与外荷载产生的

变形方向相反（习惯称为“反拱”），因而可抵销后者一部分变形，使之容易满足结构对变形的要求，故预应力混凝土适宜于建造大跨度结构。混凝土和预应力钢筋强度越高，可建立的预应力值越大，则构件的抗裂性越好。同时，由于合理有效地利用高强度钢材，从而节约钢材，减轻结构自重。由于抗裂性高，可建造水工、储水和其它不渗漏结构。

二、混凝土结构的优缺点

（一）混凝土结构优点

和其他材料的结构相比，混凝土结构的主要优点[1]是：整体性好，可灌筑成为一个整体；可模性好，可灌筑成各种形状和尺寸的结构；耐久性和耐火性好;工程造价和维护费用低。混凝土结构的优点具体提现在以下几个方面：

1)耐久性好。在混凝土结构中，钢筋受到保护不易锈蚀，因此混凝土结构具有良好的耐久性，不像钢结构那样需要经常地保养和维护。

2)耐火性好。混凝土为不良导热体，当火灾发生时，混凝土不会像木结构那样迅速燃烧，也不会像钢结构那样很快软化而破坏。因此，混凝土结构具有更好的耐火性。

3)整体性好。现浇或装配整体式混凝土结构具有良好的整体性，其刚度较大，有利于抵抗地震作用或强烈爆炸时冲击波的作用。

4)可模性好。混凝土结构可根据需要浇筑成任何形状，有利于建筑造型。

5)就地取材。混凝土的主要成分，如砂和石均可就地取材。另外，还可以有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。

6)节约钢材。钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，可以节约钢材并降低造价。

（二）混凝土结构的缺点

主要缺点是：混凝土抗拉强度低，部分地采用了钢筋混凝土楼板。容易出现裂缝；结构自重比钢、木结构大；室外施工受气候和季节的限制；新旧混凝土不易连接，增加了补强修复的困难。混凝土结构的缺点具体提现在以下几个方面：

1)自重大。在负担相同荷重的情况下，混凝土结构的截面尺寸和自重都比钢结构大，这对大跨结构、高层建筑结构都是不利的。另外，自重大会使结构地震作用增大，对抗震也不利。

2)抗裂性差。由于混凝土的抗拉强度很低，因此在正常使用条件下钢筋混凝土构件截面的受拉区都处于开裂状态，如果裂缝过宽，则会影响结构的耐久性和应用范围。

3)需用模板。混凝土结构的制作，需用模板子以成型。如果采用木模板，则可重复使用的次数减少，从而增加工程造价。

此外，混凝土结构施工工序复杂，周期较大，且受季节和气候的影响较大。如遇损伤，则修复比较困难。混凝土的隔热、隔声性能也较差。

三、混凝土结构设计

（一）关于柱的设计

1、框架柱的截面设计在多层或高层钢筋混凝土结构中，柱的截面尺寸从下到上逐渐缩小，以节约投资，使设计更合理。柱截面尺寸减小的间隔层数为３～５层，如果间隔太密，会造成模板浪费、施工不便；太疏又起不到节约投资、降低造价的目的。每次每侧减小的尺寸以100～150为宜，如减得太多，有可能导致结构竖向刚度突变。另外，柱的最小截面尺寸应符合《混凝土结构设计规范ｇｂ50010－2005》第11．4．11条的规定：矩形柱的宽度和高度均不宜小于300ｍｍ；圆柱的截面直径不宜小于350ｍｍ。

2、框架柱的箍筋肢距《混凝土结构设计规范ｇｂ50010－2002》第11．4．15条规定“柱箍筋加密区内的箍筋肢距：一级抗震等级不宜大于200ｍｍ；二、三级抗震等级不宜大于250ｍｍ和20倍箍筋直径中的较大值；四级抗震等级不宜大于300ｍｍ”。此处的“箍筋肢距”的定义，规范没有明确的说明。按一般的理解，箍筋肢距应为每肢箍筋的水平距离。因此不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且不大于200ｍｍ（以一级抗震等级为例），这样将使混凝土的浇捣发生困难。因为混凝土在浇捣时，是不允许从高处直接坠落的，必须使用导管，将混凝土引导到根部，然后逐渐向上浇灌。如果箍筋肢距过小，将无法使用导管。

（二）框架梁的纵向配筋率问题

《建筑抗震设计规范》gb50011- 2001中规定“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时,梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3