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混凝土结构的设计方法范文1
关键词：建筑工程；结构设计；钢筋混凝土构造；配筋
Abstract: In the structural design, construction process, insufficient researches on the mechanical properties of the structure construction management is not perfect; it is the cause of cast-in-place reinforced concrete reinforcement improper internal cause. It is sometimes used in computerized design has the unreasonable place, need for mechanical analysis, manual review, if there is no force, according to the measures for construction steel bars. Construction process of inherent uncertainty and complexity of structure and performance of the myriads of changes is the structure of the construction phase average risk rate is an important external cause.
Key words: construction engineering; structure design; reinforced concrete structure; reinforcement
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：
1、配筋构造要求
钢筋混凝土结构是指承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。混凝土主要构件包括梁、板、柱、剪力墙、壳体，还有局部构件如楼梯、雨篷。
1.1建筑方案设计与配筋构造
就从经济角度出发，任何一个投资人都希望减少配筋同时获得较好的安全与功能具备的建筑物。一位好的方案设计人员在满足建筑功能布局要求的前提下尽量考虑到结构规范的限制。否则，当设计者再考虑建筑设计时，由于建筑专业设计人员对结构设计的有关规范要求不熟悉，做出的建筑方案很可能使相应的结构方案难以满足结构设计规范的要求，待进入施工图设计阶段后，结构专业才对建筑方案提出较大的修改意见。此时，由于建筑方案已经经过提交，甲方往往对建筑方案已认可，要么重新对建筑方案提出修改，要么因为建筑超限而增加构造措施，增加配筋。
1.2概念设计与构造问题方法
设计人员应特别重视结构概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性，优先选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。建筑设计的目的是创造一个有效的环境整体，即一个由许多相互关联的环境分体系形成的整体。所以，设计人员在开始处理结构方面的问题时，必然希望在形成和处理总体方案时，分析各单元体之间的关系，而不是构件和细部构造。设计人员应具有总体考虑的能力，能够从一开始就将结构知识运用到全部建筑设计中，并且使水平不高的细部设计减至最小。结构设计应根据建筑的房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系。实践证明，一个良好的结构体系设计既能达到良好的抗震性能又能节约工程造价。
2、钢筋混凝土的注意事项
2.1周期折减系数
由于在混凝土框架结构中一般都会设置填充墙，从而会导致结构的实际刚度往往会比计算刚度要大一些，致使计算周期通常要比实际周期大。所以，由此计算得出的地震作用效应会偏小一些，以至于混凝土结构的整体安全系数较低。因此，为了克服这一因素的影响必须对结构的计算周期进行折减。在进行折减时需注意折减系数的取值不宜过大。对于钢筋混凝土框架结构而言，当其使用砌体填充墙时，折减系数可按填充墙的材料及实际数量进行确定，一般可将系数确定为0.6~0.7；如果结构中的填充墙较少，或是轻质砌体时，可将系数确定为0.9；对于没有填充墙的钢筋混凝土框架结构，可以不进行计算周期的折减。
2.2确定梁刚度放大系数
由于目前的混凝土结构设计计算软件所输入的模型以矩形截面居多，软件并未对因结构中楼板的存在而形成T型截面考虑在内，这样势必会导致因T型截面的存在引起刚度增大，从而使钢筋混凝土结构的实际刚度较之计算所得的刚度大很多，这样计算出的地震剪力值会偏小，影响结构的稳定性。所以在进行计算时应适当将梁刚度放大，放大的系数一般为边梁1.5、中梁2.0。
3、钢筋混凝土构造的主要方法
3.1概念设计
在建筑结构设计中进行钢筋混凝土的构造时，应重视结构概念设计，如平立面布置的规则性、结构选型、选择抗震性能以及抗风压性能好的结构体系等。建筑结构设计的最终目的是为了构建一个最佳的环境整体，换言之就是指一个由各种相互联系在内的环境分体系组成的整体。因此，结构设计应按照建筑工程的实际高度和宽度比、场地类别、抗震等级、施工技术以及结构材料等选择最适宜的结构体系。这样不仅能使建筑结构达到最佳的使用效果，而且还可以降低工程造价。
3.2建筑方案设计与配筋构造
从经济的角度出发，任何一个投资人都希望减少配筋同时获得较好的安全与功能具备的建筑物。一位好的方案设计人员在满足建筑功能布局要求的前提下尽量考虑到结构规范的限制。否则当设计者再考虑建筑设计时。由于建筑专业设计人员对结构设计的有关规范要求不熟悉，做出的建筑方案很可能使相应的结构方案难以满足结构设计规范的要求，待进入施工图设计阶段后，结构专业才对建筑方案提出较大的修改意见。此时，由于建筑方案已经经过提交，甲方往往对建筑方案已认可，要么重新对建筑方案提出修改要么因为建筑超限而增加构造措施，增加配筋。
3.3钢筋混凝土配筋的构造方法
在实际的建筑工程中，由于受各种因素的制约，如场地面积、建筑使用功能以及结构原因等，很多工程均在框架的梁端设计挑梁。在钢筋混凝土框架结构中，框架梁所承受的荷载一般与外挑梁承受的实际荷载值时不同的，所以两者的断面尺寸也是不同的，但在一些工程设计中，设计人员往往在绘图时将框架梁上的一些主筋向外挑梁延伸，然而这些延伸的主筋却根本无法进入到挑梁当中，这种错误的设计基本会在工程施工阶段显现出来，当发现时大量的钢筋已经截断成型，从而不仅影响了工程施工进度，同时也导致了不必要的损失。因此，在进行钢筋混凝土构造时，必须对这一问题加以重视，尽可能避免出现类似的设计。
3.4剪力墙截面设计与构造
剪力墙在弯矩和轴向拉力作用下，当拉力较大，使偏心矩时，全截面受拉，属于小偏心受拉情况。当偏心矩，即为大偏心受拉。在小偏心受拉情况下，整个截面处在拉应力状态下，混凝土由于抗拉性能很差将开裂贯通整个截面，所有拉力分别由墙肢腹部竖向分布钢筋和端部钢筋承担。因此，剪力墙一般不可能也不允许发生小偏心受拉破坏。在大偏心受拉情况下，截面上大部分受拉，仍有小部分受压。与大偏压一样，假定1.5x 范围以外的受拉分布钢筋都参加工作并达到屈服，同时忽略受压竖向分布钢筋的作用。剪力墙斜截面受剪破坏主要有三种破坏形态：剪拉破坏、剪压破坏和斜压破坏。其中剪拉破坏和斜压破坏比剪压破坏显得更脆性，设计中应尽量避免。在剪力墙设计中，通过构造措施防止发生剪拉和斜压破坏，通过计算确定墙中水平钢筋，防止其发生剪切破坏。具体地，是通过限制墙肢内分布钢筋的最小配筋率防止发生剪拉破坏；通过限制截面剪压比避免斜压破坏；斜截面承载力计算则是为了防止剪压破坏。设计中通常认为：竖向分布筋抵抗弯矩，而水平分布筋抵抗剪力。这样，剪力墙就由混凝土和水平钢筋共同抗剪。所以斜截面承载力计算的主要目的就是在已定截面尺寸和混凝土等级的情况下，计算水平分布筋的面积。试验表明，当剪力墙截面尺寸太小（通常指厚度太小），截面剪应力过高时，会在早期出现斜裂缝，而且很可能是在抗剪钢筋还没有来得及发挥作用时，混凝土就在高剪力及压力下被挤碎了，此时配置更多的抗剪钢筋已毫无意义。为避免这种破坏，应当对截面的剪压比进行限制。
混凝土结构的设计方法范文2
Abstract: This paper quotes and analyzes the main theories and methods of concrete structure durability design. Based on the environmental indicator evaluation method and probability limit states method, the author puts forward durability design method based on probability limit states theory and discusses the determining of durability limit states.
关键词:耐久性设计;可靠度;极限状态
Key words: durability design; reliability; limit states
中图分类号:TU528 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)21-0084-01
1已有耐久性设计的主要理论和方法
1.1 环境指数评定法[2]环境指数评定法首先由日本土木工程师协会混凝土委员会于1989年提出,曾列入日本《混凝土结构物耐久性设计准则(试行)》中。对于混凝土结构物的耐久性探讨,要求构件各部位的耐久指数Tp大于或等于环境指数Sp,即:Tp≥Sp。与以往的结构设计方法相比,该方法明确提出了结构耐久性设计的概念,并将设计条件写成R≥S的形式,与规范的设计表达式相同,而且较全面地考虑了影响耐久性的各个因素,特别是考虑了结构体系和构造的影响,直到今天这种思路仍值得借鉴。但该法在耐久性指数的选取上,人为的主观性较大,不同设计者可能给出的结果差别很大。
1.2 基于时变可靠度耐久性设计法[3]基于时变可靠度耐久性设计法是直接计算不同时刻t的抗力效应R(t)与荷载效应S(t),用Monte-Carlo法求对应时刻功能函数的可靠度,从而求出结构的动态可靠度变化。从理论上讲,这种方法很适合结构的耐久性研究。从强度降低的计算、某一时刻结构抗力随机变量计算、功能函数可靠度计算到最终回归出动态可靠度函数,每个步骤都可使用计算机来实现。失效概率的计算方法可以采用现行规范的方法。混凝土结构耐久性失效的功能随机过程为:Z(t)=R(t)-S(t)。式中R(t)为结构抗力随机过程;S(t)为结构荷载随机过程。该方法已经考虑了抗力和荷载的随机变化特性,较环境指数评定法减少了人为因素的影响;但其可靠指标随时间变化的函数β(t)要靠很多现场试测工作和专家经验相结合才能求得。另外,Monte-Carlo法作为一种校核其他算法精度的方法,由于计算量大的缺点,应用于实际工程尚有一定困难。
1.3 基于耐久性的优化设计方法结构可靠度的研究达到以来,许多学者在这方面做了大量的工作。早期结构经济优化是从结构初始造价与结构倒塌损失期望值的和最小角度着眼。然而,大量工程调查表明,由于结构的耐久性不足,在设计使用期的费用甚至超过了结构初始的造价。在这种条件下,建立着眼于在结构的全生命过程中使结构的初始造价、倒塌损失期望值和维护费用的总和最小的基于寿命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis)方法进行耐久性设计优化[4]。在结构经济优化设计中,一个比较棘手的问题是如何估计结构倒塌的损失,它除了包括一些可以定量的因素外,还包括许多难以定量的因素,这方面的研究并不充分。另外,目前的可靠度分析只处于构件水平上,已有的结构体系可靠度分析方法尚不能完全反映结构整体可靠度的本质,况且结构的倒塌损失与结构的失效模式有关,不同的失效模式造成的损失也各不相同。因此,目前全寿命耐久性经济优化设计还只是一种概念,尽管如此,它对保持结构设计的合理性仍具有重要的指导意义。
2基于概率极限状态理论的耐久性设计方法
耐久性设计应相对独立化进行,将可靠度理论引入环境指数评定法,进行基于概率极限状态理论的耐久性设计,将是探明耐久性设计的必经之路。
2.1 基本原理极限状态模式失效概率的概念与结构承载能力极限状态相似。其特点是以等效的作用和材料抵抗环境的作用能力作为基本变量,分别以环境作用和构件材料抵抗环境作用的能力为随机变量,形成R和S,控制R-S≤0的概率。
2.2 耐久性极限状态根据ISO 2394、WD13823 和我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)的情况,并考虑结构工程设计的具体特点,混凝土结构耐久性的极限状态应该取类似的使用极限状态。也就是结构构件的适用性受到影响,承载能力的影响可以忽略不计。
根据上述耐久性极限状态的原则,提出在各种侵蚀环境下混凝土构件的耐久性极限状态标志。
①碳化造成的钢筋锈蚀。对于钢筋混凝土构件来说,钢筋出现锈蚀并使保护层混凝土出现锈蚀造成的裂缝可以作为碳化造成钢筋锈蚀情况的耐久性极限状态标志。此时对于直径较大的钢筋来说,钢筋的截面损失率较小,构件的承载能力不会受到明显的影响,但损伤的迹象已经明显。对于预应力钢筋和直径较小的受力主筋,宜以钢筋具备锈蚀条件作为耐久性的极限状态。此时保证构件延性破坏的性能可能已经受到了影响。②冻融作用。混凝土表面出现冻融损伤,约相当于标准冻融试验终结的程度。此时,构件出现表面损伤或动弹模下降到一定的程度,内部混凝土未受到明显影响,构件的承载能力没有受到明显影响。混凝土的硫酸盐侵蚀、酸侵蚀、碱侵蚀、生物侵蚀等情况下的耐久性极限状态,可参照冻融损伤情况确定。也就是以表面出现明显的损伤作为耐久性极限状态的标志。③碱骨料反应。碱骨料反应情况宜以构件表面出现AAR反应造成的裂缝等作为耐久性的极限状态。而不以碱含量或骨料的碱活性作为耐久性极限状态的标志。④有害物质的影响。无论是掺加在混凝土内部的有害物质还是外部侵入到混凝土内部的有害物质都以造成实际的影响作为耐久性极限状态的标志。例如氯离子的侵入,以钢筋开始锈蚀作为耐久性极限状态的标志或以其浓度达到使钢筋开始锈蚀的程度作为耐久性的极限状态。
3结语
混凝土结构耐久性设计方法应给予相对于抗力设计的独立性考虑,这是耐久性设计所需经历的发展阶段,而最终随着耐久性设计的成熟发展,会与抗力设计融为一体,或者基于实际设计需要而相对独立进行。
参考文献:
[1]段金树.日本《混凝土结构耐久性设计准则(试行)》简介[J].华东水利水电学院学报,2001,12(4):56-60.
[2]李田,刘西拉.混凝土结构的耐久性设计[J].土木工程学报,1994,27(2):47-55.
混凝土结构的设计方法范文3
关键词：现浇混凝土；结构设计；裂缝控制； 措施
中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号：
出现混凝土裂缝的次数越来越多，设计人员对混凝土裂缝问题也很困扰。从材质上说，裂缝不可避免，但是我们可以从技术上尽量控制混凝土裂缝的产生，分析探讨裂缝原因，控制混凝土裂缝的产生，减少裂缝的宽度。
一、混凝土裂缝产生的原因
一）混凝土材料特性
1、自身“干缩”现象
大量数据分析得出：一般的混凝土收缩值是（4-8）×10-4， 混凝土的抗拉强度大约在2MPa，而弹性模量Es为（2-4）×104 ，那么根据公式
，
可得混凝土的自身材料允许变形的范围大约是1/10000，这个数值远小于工程中的实际数值。所以混凝土的裂缝不可避免，控制宽度和深度尤其重要。
混凝土产生裂缝的一个原因是因为混凝土自身材料会产生“干缩”现象。当环境的相对湿度低于100%时，就会发生“干缩”。大量数据表明，骨料的品种及用量影响干缩程度。骨料的品种值一定，用量越多，浆骨比就会越小，干缩程度也越小；相对而言，用量一定，水灰比大，浆骨比大，干缩程度越大。在混凝土中尽量少加水，降低干缩程度。随着混凝土收缩，在整个结构中会产生约束力，就会产生裂缝。
2、混凝土比例“失常”
目前，混凝土主要用泵送，而为了达到免振，混凝土中的减少使用了粒径及粗骨料，也加快了干缩程度。
混凝土的材料强度高
目前混凝土的材料的强度越来越高，加快了裂缝时间。强度高的混凝土中，水泥含量较高，容易干缩；再者，它的弹性模具较多，约束力变大，抗拉力却没有多大变化。发生混凝土裂缝是一个比较缓慢的过程，内部复杂的结构相互作用使整体干裂速度减小，但是这个因素仍然要引以重视。
二）设计思路模糊，考虑不得当
混凝土结构的设计思路关联到每个细小的步骤，思路不明确，使得整个方案模糊不清，容易出错。例如荷载容易漏算，实际值大于荷载值，很容易产生裂缝。
三）温度差
随着混凝土强度的增大，水泥用量的增多，在高热情况下凝固的混凝土，必然在冷却收缩后，在现浇结构中产生约束应变，引起约束拉应力而导致混凝土裂缝。
就C30混凝土举例，C30混凝土的标准抗拉强度值是2.01N/mm2。混凝土的线膨胀系数是αc=1×10-5/℃，10℃的温差使应变ε=1×10-4，会产生σ=ε·E=3.0N/mm2温度应力。
表明温度差越大，裂缝越容易变大。
产生温差的原因有两个：一个是自然四季变化，主要是外墙部分，裂缝随四季温度不同，宽度随着不同；另一个则因为混凝土内部温度不同，产生裂缝，尤其是表面位置及突出位置。
而且目前的混凝入中大量应用水泥，水泥量增加，热胀冷缩后，约束力增强，更容易产生裂缝。
四）施工不当
混凝土中的水灰比较大，容易产生裂缝
支模不太严格，截面比较小，容易漏浆
施工者操作不当，荷载过大
混凝土的养护措施不到位
混凝土未达到要求的强度，就进行下步操作
五）管道影响
水暖管、照明管、通讯网络等管线需要放在现浇板中，这些管线比较集中或者多层交叉，而一般板的厚度在100mm左右，使板实际厚度小于原始厚度，很容易产生裂缝。
六），设计结构过于复杂
为了追求建筑整体视觉效果好，设计造型奇特，结构会比较立体，这使得某些地方拉力变强，受力也不相等。而本身混凝土会发生干缩现象，这样更加剧了产生裂缝的速度。
二、基本裂缝控制措施
一）要有控制意识
在实际设计过程中，就要重视混凝土裂缝的问题，要有控制意识。结合实际的情况，要求准确计算出荷载。设计构造时，不能够仅仅考虑到混凝土强度的问题，混凝土的结构也必须达到国家要求的标准，要具有较强的张力，达到抗裂的效果。
控制裂缝时，采取“抗”“放”原则，一些部位可以在一般基础上合理加上配筋，可提高混凝土的弹性，控制混凝土裂缝的变形，这就是“抗”原则。
例如在梁侧、屋面板角等等部位，但是这些部位都必须进行混凝土裂缝的宽度验算，配筋达到一定值后，配筋越多，收缩越大。如果盲目增加配筋，不仅达不到抗裂效果，还会起相反作用。“抗”原则起不到效果或者造价过高，就选择使用“放”原则，主要是设置伸缩缝、滑动层以及沉降缝。当混凝土裂缝变形过大时，则应该采取“抗放”的原则，首先设置后浇带，变形快结束时，进行浇筑，使整体结构稳定。
二）设计思路明确、考虑周全
首先混凝土的结构必须符合《混凝土结构设计规范》(GB5001-2002)，其次必须依据荷载效应进行裂缝宽度验算。在设计过程中，要注意每个细节，考虑全面，考虑到每个可能会发生的事件以及非正常反应，并且要采取合理措施控制。尤其是一些比较立体容易突变部位；建筑的四角、屋面板；现浇混凝土结构和周围浇筑的梁柱的楼板等等。这些部位很容易引起问题，在构造设计时，要思路明确、考虑周全。
三）尽可能的改善混凝土的性能
在施工时，如果条件允许，尽可能的改善混凝土的性能。例如，在混凝土中添加抗裂剂和膨胀剂。混凝土性能高，混凝土的抗裂能力才会越好。
四）尽量减少温度差
对于四季变化产生的温度差，我们无法控制，但是我们可以尽量减少混凝土内部的温度差。我们可以把建筑划分为N个小结构单元，这样可以减少内部结构作用产生的拉力，温度差就会变小，降低了因为温差导致的裂缝概率。这种小结构单元更适用于一些特殊地段，如软地基、地震多发地段等。
五）合理选择配筋和钢筋
根据公式得出，钢筋的面积和裂缝宽度有关，那么为了控制混凝土裂缝，应选择细直径的钢筋，当外部的条件与配筋面积值一定时，直径越细，排列越密，那么，混凝土与钢筋的粘接力就越强，混凝土裂缝较分散，其单条裂缝又会分成很多细小裂缝，这样对整个混凝土结构比较有利。但是它有个缺点，这种情况下，施工难度大，截面比较小，钢筋的间距变小，混凝土浇筑不方便。在一定情况下，可以使用螺纹式钢筋，它跟混凝土的粘接力更强，控制裂缝更为容易。
三、具体部位裂缝控制
湖南邵阳地区的某住宅楼，梁柱板的位置发生了多处裂缝，有关部门对此高度重视。经检查发现，主要是钢筋用量少，有很多薄弱环节，稳定性差。目前裂缝宽度已趋于稳定。对此，根据对梁、柱、板等裂缝的分析，提出几点建议。
一）对梁、柱裂缝的控制措施
首先，要控制保护层的厚度。梁柱厚度＞50mm，就要采取一些防裂措施，或是设置纵向配筋。梁高≥450mm，截面就增大，容易产生裂缝，要设置纵向配筋，且纵向钢筋截面的面积不能小于腹板截面的面积的0.1%，间距要＜200mm。对于梁下的腹板，也要在梁下部1/2梁高的范围内，向两侧纵向配置钢筋间距100-150mm。主梁与次梁之间、荷载较集中部分都应添加配筋，防止混凝土下方产生裂缝。
二）对板裂缝的控制措施
在实际施工时，采取一定控制措施，可以部分控制板裂缝的控制。不可避免的凹凸部位容易出现裂缝，凹凸部位内侧要加固配筋，可以抵抗温差力和材料自身收缩力。对于立体受力不均匀部位，要实行结构小单元原则，减少内部作用力，对面积大的板采取使用双层双向的配筋。增加楼板的厚度，并设置配筋，也利于控制混凝土裂缝。根据《结构概念和体系》的数据，钢筋混凝土的实心板最大值是32，平均28；载梁双向板最大值为36，平均30。我国常用实心板数值为30-35，双向板是35-40,则可以适当增加楼板的厚度，设置配筋。
四、结语
综上所述，在工程建设中，要想达到混凝土裂缝的减少，设计师需要进一步的研究，控制裂缝。
参考文献
混凝土结构的设计方法范文4
【关键词】混凝土结构设计；概念设计；结构构造；结构设计；结构计算
1、混凝土结构的概念设计
混凝土结构概念设计是将对混凝土结构的想法和意图初步进行检验的过程，主要是对混凝土性能、构件强弱、连接结构构造和混凝土结构体系等关键参数做以仔细试验和检验，由于这一过程的重点在于定性和可行性方面的检验，因此被成为概念设计。混凝土结构概念设计要点应该关注：第一，要确保混凝土结构应力集中，混凝土结构的重量、刚度和承载力应呈现均匀、连续性的分布，特别应该保证在水平面和垂直面的力学稳定性。第二，要注意混凝土结构的整体性，同一结构的混凝土单元应该牢固连接。第三，做到混凝土结构强柱弱梁，概念设计时应该将柱结构的尺寸尽量扩大，确保线刚度比值大于1。第四，做到强剪弱弯，混凝土结构要提高延展性和稳定性，需要加大混凝土结构的抗弯性能，提高其抗剪能力，因此在设计工作中应该采用强剪弱弯的策略，确保剪切性的提高。第五，提高混凝土结构抗脆性破坏的能力，对于钢筋锚固滑块、混凝土压碎和混凝土剪切破坏等问题应该采用提高结构横截面和支撑面等措施进行防护。第六，减少混凝土结构的钢筋使用，在结构应力比较大的区域如果其抗震性能和承载能力已经符合要求，就应该避免钢筋的盲目增加，这会对建筑结构重量带来无谓的提升，也会对建筑造价带来极大的浪费。
2、混凝土结构构造的要点
混凝土结构构造过程是混凝土概念设计的计算步骤和具体化。混凝土结构构造环节中主要是力学计算，达到验证构件承载力及变形的目的，此外，通过混凝土结构体系计算，确定混凝土构造和合理性和传力的明确性。混凝土结构构造的原则为：尽量缩短混凝土结构传力的距离、提高混凝土结构工作的效能，降低混凝土结构的材料耗费。混凝土结构构造应该重点做好如下工作：第一，对于混凝土大跨度的框架结构应该注意楼梯间处框架柱的连接构造，一般将柱体设计为短柱，加密柱体箍筋的密度，且做到于楼梯平台梁项链。第二，对与混凝土框架结构的外立面有带形窗设计时，应该采用连续的窗过梁设计，将外框架柱设计短柱形式，加强混凝土构造的性能。第三，当混凝土框架结构的长度过长时，应该采用后浇带处理技术，避免有害裂缝的产生。第四，混凝土结构后浇带构造部位应该加强处理设计。
3、混凝土结构设计的要点
3.1混凝土结构设计的原则
首先，混凝土结构设计应该坚持科学设计原则，要在混凝土结构设计工作中无时无刻不体现科学性。其次，混凝土结构设计应该坚持节约原则，对于已经达到强度和能力的部位，尽量少用或不用加强措施。最后，混凝土结构设计应该坚持实事求是原则，应该尊重施工实际、原材料实际，以切实有效的设计保证混凝土结构的性能和强度。
3.2混凝土结构设计应与实际施工相一致
混凝土结构的设计首先应满足实际的施工工艺，当出现施工工艺与结构设计发生矛盾时应该更改设计，采用便宜的措施进行处理，因此在混凝土结构设计方案阶段应该多做与实际施工和施工工艺的协调工作，减少不必要的矛盾和麻烦。
3.3混凝土结构荷载要设计精确
混凝土结构荷载包括：混凝土结构自重、设备荷载和设计载荷，混凝土结构设计中还要对风、雨、雪、地震力、温度应力等活性荷载有估算，使混凝土结构设计的计算中不要漏掉各种可能性的荷载，制止可能出现的混凝土结构安全隐患。
4、混凝土结构计算的要点
4.1混凝土结构计算简图的处理技术
混凝土结构简图的计算中应该确保简图选取的科学性，以保证混凝土结构计算结果的准确性。基础梁设置在基础高度范围内，作为基础的一部分，此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载，构造满足普通梁的要求即可。当基础埋深过大时，为了减少底层的计算高度和底层的位移，设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。此时，基础拉梁应作为一层输入，底层计算高度应取基础顶面至基础拉梁顶面的高度，二层计算高度应取基础拉梁顶面至一层楼板顶面的高度。拉梁层无楼板，应开洞处理，并采用总刚分析方法进行计算。基础拉梁截面及配筋按实际计算结果采用。
4.2混凝土结构计算参数的确定
首先，科学选择地震加速度值，在混凝土结构计算中应严格注意地震区的划分，选取正确的设计基本地震加速度值，确保混凝土结构的稳定性。其次，混凝土结构填充墙的计算周期和计算强度应该有效调整，确保混凝土框架结构的稳定，折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7～0.9。其三，当利用SATWE或TAT设计软件进行计算时，应该将梁刚度放大，中梁取2.0、边梁取1.5，以便提高梁体的稳定性。最后，多层混凝土框架结构的梁设计中，应该适当放大弯矩系数，并进行活荷载的布置计算，以便利于多层混凝土框架结构的稳定。
4.3复核混凝土独立梁箍筋的计算结果
通常使用的SATWE软件缺乏独立梁这一情况的设计，都按公式进行计算，有时会造成计算结果偏小，设计中若遇到有独立梁存在的情况，应对梁箍筋的计算结果必须进行手算复核来确保稳定。
4.4混凝土结构节点核心区抗剪的验算
大跨度、大空间、大荷载的核心区节点设计必须经过抗剪演算，应遵循“强柱弱梁更强节点”的原则，一二级抗震等级的节点还应进行受剪承载力计算。由于梁柱中心线重合较难，柱截面比较大，对柱节点核心区的构造和受力都有较大的不利影响，这就更需要抗剪验算进行检验。
参考文献：
[1]尹明，陈绪坤，郑海峰.结构设计中应该注意的问题[J].科技致富向导.2011（05）
[2]黄海涛，黄慎江.结构设计中概念设计方法应用的探讨[J].工程与建设.2010（04）
[3]齐书俊，但功水.徐州地区住宅结构设计通病的防范[J].山西建筑.2007（12）
混凝土结构的设计方法范文5
（深圳市综合交通设计研究院有限公司广东深圳518000）
【摘要】本文阐述了混凝土结构耐久性设计的重要性，分析了影响混凝土结构耐久性的因素，提出了提高混凝土结构耐久性的方法。
关键词 混凝土结构；耐久性
Durability design of concrete structures
Xie Zhen-ming
(Shenzhen City Comprehensive Transportation Design Institute LtdShenzhenGuangdong518000)
【Abstract】This paper describes the importance of the durability of concrete structure design, analysis of the factors affecting the durability of concrete structure, we proposed a method to improve the durability of concrete structures.
【Key words】Concrete structures;Durability
1. 前言
（1）长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑料这一认识的影响，忽视了混凝土结构耐久性问题，造成了混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出了巨大的代价。
（2）国内外大量调查分析发现，引起混凝土结构耐久性失效的原因存在于结构设计、施工及维修的各个环节。虽然在许多国家的设计规范中都明确规定混凝土结构的耐久性要求，但是，这一宗旨并没有充分地体在具体设计条文中，致使在以往的乃至现在的工程设计中普遍存在重视强度设计而轻视耐久性设计的现象。我国1989年颁布的《混凝土结构设计规范》和1985年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》涉及结构耐久性的内容很少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之外，只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。
（3）经过多年的实践后，在2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》增加了混凝土耐久性设计的内容，特别是《耐久性设计与施工指南CCES01》提出了混凝土结构应根据不同设计年限及相应的极限状态和不同的环境进行类别及其作用等级进行耐久性设计的概念。明确提出了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与施工的基本原则与要求，是结构设计理念上的重大突破，是工程结构科学的重大技术进步，对提高工程质量具有指导意义。
2. 影响混凝土结构耐久性的因素
2.1混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，产生碳化，冻融，锈蚀作用而影响结构的受力性能。并且结构在使用年限内还会受到各种机械物理损伤（腐损，撞击等）及冲刷、溶蚀、生物侵蚀的作用。混凝土结构的耐久性问题表现为：混凝土损伤（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）；钢筋的锈蚀，脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则会降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。
2.2影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂，主要取决于以下四个方面：
（1）混凝土材料的自身特性；
（2）混凝土结构的设计与施工质量；
（3）混凝土结构所处的环境条件；
（4）混凝土结构的使用条件和防护措施。
2.3混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐久性的内因。混凝土的材料组成，如水灰比、水泥品种和数量，骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性。混凝土的缺陷（例如裂缝，气泡，空穴等）都会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作用，影响混凝土结构的耐久性。
2.4混凝土结构所处的环境条件和防护措施，是影响混凝土结构耐久性的外因。外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素是对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：
（1）混凝土的碳化：
混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。
（2）氯离子的侵蚀：
氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源，北方寒冷的冬季向道路、桥面洒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。
（3）碱骨料反应：
碱-骨料反应一般指水泥的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱-硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱-骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱-骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构的“癌症”。
(4) 冻融循环破坏：
渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构。经多次冻融循环后，损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。
(5) 钢筋锈蚀：
钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是混凝土的碳化和脱钝，只有将覆盖钢筋表面的碱性钝化膜破坏，加之有水分和氧的侵入，才有可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。值得注意的是，几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，并都与最终的混凝土开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快。混凝土结构的耐久性将进一步恶化。在影响混凝土结构耐久性的诸多因素中，钢筋锈蚀危害最大，钢筋锈蚀与混凝土碳化有关，混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提，水分、氧气的存在是引起钢筋锈蚀的必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性的根本途径是增强混凝土密实度，防止或控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。
3. 混凝土结构耐久性设计原则
3.1混凝土结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。综合国内外研究成果和工程经验，一般是从以下三个方面解决混凝土结构的耐久性：
（1）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实度，提高混凝土自身抗破损能力；
（2）加强排水和防水层设计，改善混凝土结构的环境作用条件；
（3）改进混凝土结构设计，其中包括加大混凝土保护层厚度；加强构造钢筋，防止控制裂缝发展；采用具有防腐保护的钢筋（例如：体外预应力筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。
3.2结构混凝土耐久性的基本要求。
（1）提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，其中水灰比，水泥用量，强度等级均对耐久性有较大影响。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》在总则中增加耐久性设计内容，明确规定了不同使用环境下，结构混凝土的基本要求，对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量做出了限制规定，并规定应根据所处环境进行耐久性设计。结构混凝耐久性的基本要求应符表1的要求：
（2）为此，除了选择级配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比是影响混凝土密实性的最重要的条件。为了保证混凝土有足够的耐久性，控制最低水泥用量也很重要的，因为单位水泥用量较高的混凝土，混凝土拌合物比较均匀，可减少混凝土捣实中出现的局部缺陷。混凝土抗冻融的能力与其含气量有密切关系，因此，有抗冻要求的结构混凝土应掺入适量的引气剂。
3.3加大钢筋的混凝土保护层厚度。
混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》给出的钢筋最小混凝土保护层厚度列于表2。
3.4加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝。
混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。反过来，裂缝的存在会增加混凝土渗透性，提拱了使侵蚀破坏作用逐步升级，混凝土耐久性不断下降的渠道。当混凝土开裂后，侵蚀速度将加大加快，形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环。因此，防止和控制混凝土的裂缝，对提高混凝土结构的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂缝，除按规范要求，控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，更重要的是要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》突出强调了加强水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用，提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的限制。
3.5提高后张法预应力钢筋管道压浆质量的措施。
后张法预应力钢筋管道压浆质量是影响预应力混凝土梁耐久性的关键之一。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定，预应力钢筋管道压浆所用水泥浆的抗压强度不应低于30MPa，其水灰比为0.4～0.5，为减少收缩，可通过试验掺入适量膨胀剂。《耐久性设计与施工CCES01》认为，预应力筋的锈蚀会导致结构的突然破坏，事先不易发现，在耐久性设计中必须特别重视，并宜采用多重的防护手段。对于可能遭受氯盐侵蚀的预应力混凝土结构，预应力筋、锚具、连接器等钢材组件宜采用环氧涂层或涂锌，后张预应力体系的管道必须具有密封性能，不应使用金属的螺旋管，宜采用有良好密封性能的高密度塑料波形管，管道灌浆材料和灌浆方法要事先通过试验验证，尽可能降低浆体硬化后形成的气孔，并采用真空灌。必要时还可以在灌浆材料中掺入适量的阻锈剂。
3.6加强钢筋混凝土结构的防水设计。
钢筋混凝土结构的防水层具有重要的防护作用，必须精心设计与施工。桥如面铺装层应采用密实性较好的C30以上等级的混凝土，混凝土铺装层内应设置钢筋网，防止混凝土开裂。采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料(赛柏斯)，都能收到较好的防水效果。桥面铺装层顶面应设置防水层，特别是连续梁（或悬臂梁）的负弯矩段更应十分重视防水层设计。加强泄水管设计，应特别注意泄水管周边的构造细节处理。加强伸缩缝处的排水设计，防止水分从伸缩缝处渗入梁内。
4. 结语
混凝土结构的耐久性是一个涉及环境、材料、设计、施工等多种因素的复杂问题，同时也是影响工程使用寿命的主要问题。影响混凝土耐久性的主要因素为：混凝土冻融破坏、渗透破坏、碱集料反应、混凝土碳化、钢筋锈蚀、侵蚀性介质腐蚀等。如何提高混凝土结构耐久性是国内外研究的重要课题，具有重要意义。未来的混凝土结构将更多的采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料，具有较高的抗氯离子渗透性能的高性能混凝土；对混入型和渗入型氯离子进行有效防护的涂层钢筋、耐腐蚀钢筋；能有效地阻止钢筋腐蚀发生的钢筋阻锈剂。结构设计应充分考虑环境温度、混凝土内应力、裂缝等各种可变因素对的影响。只有这样，才能保证和提高混凝土结构的耐久性，才能保证我国建筑事业的可持续发展。
混凝土结构的设计方法范文6
【关键词】高层建筑；混凝土结构；稳定设计
前言
本文首先对高层建筑混凝土结构的临界荷重及确定进行了详细介绍，其次对高层建筑混凝土结构的稳定设计的要素以及混凝土结构稳定性预测准则进行了阐述，通过分析，结合自身实践经验和相关理论知识，对高层建筑混凝土结构的稳定设计的建议进行了探讨。
一、高层建筑混凝土结构的临界荷重及确定
1、高层建筑混凝土结构的临界荷重
高层建筑混凝土结构可视为其有中等长细比的悬臂杆，其高宽比一般为3～9。此悬臂杆的整体失稳或整体楼层失稳形态有三种可能：剪切型、弯曲型及弯剪型。纯框架结构的失稳形态一般为剪切型；剪力墙结构的失稳形态为弯曲型或弯剪型：框架一剪力墙、框架一简体等带有剪力墙或筒体的结构，
2、高层建筑混凝土结构的临界荷重的确定
根据混凝土设计规范___的规定）对于正常使用极限状态）结构构件应分别按荷载效应的标组合以及荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响进行验算）以保证变形裂缝等计算值不超出规范规定的限制。由于研究性试验并不一定根据某一具体的荷载情况来设计试验结构构件因而不能像检验性试验一样）直接根据荷载的标准值来确定荷载标准组合设计值s，然后再按试验加载图式换算为结构构件的使用状态短期试验荷载值。
对于研究性试验往往是已知钢筋和混凝土材料的实测强度9结构构件的界面几何尺寸实测值及实际配筋率等）因此）应根据结构构件的这些实际参数反求正常使用极限状态标准组合内力计算值s。然后再根据结构构件控制界面上的这个内力计算值和试验加载图式来确定结构构件的使用状态试验荷载值。对于现有结构）由于材料的实测强度9截面几何尺寸9配筋等是已知的）因而也可参照研究性试验方法来确定结构构件的使用状态试验检验值。本试验基于试样本进行分析）主要利用结构抗力9荷载效应中变量的统计结果。再结合预制混凝土构件质量检验评定标准中的结构性能检验方法）对现有钢筋混凝土结构性能做出评定。
二、高层建筑混凝土结构的稳定设计的要素
1、刚度比
刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标，规范及软件分别提供了剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比三种刚度比的计算方式，其中剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定，剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构设计，我们这里强调的是楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度，通常绝大多数工程都可以用此值来判定结构的竖向规则性，它也是软件刚度比计算的缺省方式。主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层则应予以加强。
2、轴压比
规范对轴压比限值按照抗震等级进行了规定，限制框架柱的轴压比主要是保证柱的塑性变形能力和框架的抗倒塌能力，控制柱的延性，避免柱在地震作用下的脆性破坏，尽可能使框架柱最终为大偏心受压破坏：确保剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能和耗能能力，避免在强烈地震时墙体的压溃和丧失竖向荷载的承载能力。结合对其它结构特性的控制及构造措施来间接实现对该值的限制。轴压比不满足时可增大剪力墙、框架柱的截面尺寸、设置芯柱，采用复合箍筋等办法。
3、剪重比
剪重比是某层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力与该层及其上各层重力荷载代表值之和的比值。主要是控制各楼层的最小地震剪力，确保结构能够承担足够的地震作用。地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，计算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移对结构的破坏作用可能更大。由于目前规范采用的振型分解反应谱法不能对此做出；隹确估计，为确保结构安全，特提出对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力最小值的限制。
三、混凝土结构稳定性预测准则
1、碳化寿命准则
碳化寿命准则是混凝土保护层发生碳化，失去了对钢筋的保护作用，以钢筋开始产生锈蚀的时间作为混凝土结构的寿命。碳化寿命理论是混凝土结构构件寿命分析的基础。在大气环境下，钢筋锈蚀的主要原因是CO作用下混凝土的碳化。目前钢筋开始锈蚀的标志是混凝土碳化深度己达钢筋表面。
2、锈胀开裂寿命准则
锈胀开裂寿命准则是混凝土表面产生沿钢筋锈胀裂缝需要的时间，以此来作为混凝土结构的寿命。这就是说，钢筋锈蚀使混凝土纵裂，而此时钢筋锈蚀的速度大幅度提高，把这个界限看做是危及结构安全，需要采取维修加固措施的前兆。
3、裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则
裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则是锈胀裂缝宽度或钢筋锈蚀量达到某一限值时寿命终止。与锈胀开裂寿命准则相比，由于锈蚀开裂的标准很难定量，且锈胀开裂对大多数结构的安全性和适用性影响不大，所以裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则显得更加实用。
4、承载力寿命准则
承载力寿命理论是抗力的退化是由钢筋锈蚀引起的，以混凝土构件的承载力降低到某一限值作为耐久性极限状态。《钢铁工业建筑可靠性鉴定规程》以一半主筋破坏为丧失承载力标志.给出了构件剩余寿命的计算公式。
四、高层建筑混凝土结构的稳定设计的建议
1、风荷戴或多遇地震作用下结构的稳定设计
高层建筑混凝土结构在风荷载或多遇地震作用下的稳定设计拟控制结构的刚重比，以限制P.A效应，同时在结构位移计算及构件承载力设计中需考虑P.A效应的不利影响。
2、稳定设计中刚重比控制值与位移限值的关系
“高层规定”中对不同结构体系提出了位移限值，以控制结构刚度不致过弱。但是，结构满足位移限值并不一定都能满足稳定设计对刚重比的控制值。特别是当结构的设计水平荷载较小时，结构刚度虽然较低，其计算位移仍能满足位移限值要求；然而，稳定设计中对刚度的控制与水平荷载的大小是无关的。地震作用下.结构稳定设计主要是做好在多遇地震作用下的稳定设计，从而使结构在罕遇地震作用下的P.效应得到控制，弥补结构耗能能力的下降，并可防止结构的失稳倒塌。对罕遇地震作用下结构薄弱层的弹塑性变形考虑P.效应的计算，可采用非弹性P-A效应分析法。
结语
随着社会的发展，人们对于高层建筑质量的要求越来越高，加强高层建筑混凝土结构的稳定设计将成为一种必然趋势，因此，加强高层建筑混凝土结构的稳定设计是当务之急。
参考文献
[1]刘俊岐.在役混凝土框架结构可靠性评估及维修加固决策研究[D].湖南大学.2012.
[2]国家标准：GB50068―2001建筑结构可靠度设计统一标准[s].中国建筑工业出版。2011.