钢筋混凝土结构设计的要点

钢筋混凝土结构设计的要点

赵海瑞

赵海瑞（沧州市建筑设计研究院有限公司，河北沧州061000）

摘要：在钢筋混凝土结构设计中，每一个细小的遗漏或错误都可能造成严重的后果。对在设计中容易遗漏或错误的方面进行探讨。

关键词：钢筋混凝土；结构；设计

随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。在高层建筑结构设计过程中经常出现一些遗漏或错误。

1混凝土的概念、特点、作用

1.1混凝土是以胶凝材料、粗骨料、细骨料、水，必要时加入外加剂，按适当比例配合，经过均匀搅拌，密实成型及养护硬化而成的人工石材。混凝土是现代土木建筑工程不可缺少的重要工程材料。建筑工程中用量最大、用途最广的，是以水泥为胶凝材料、卵石或碎石为粗骨料、砂为细骨料。

1.2混凝土的特点。具有较高的抗压强度及耐久性能，而且可以随着组成材料及配合比例的不同而得到不同的物理，力学性能，并且具有可塑性。主要缺点是抗拉强度很低，不能用于承受拉力，易受温度变化、湿度变化等的影响而产生裂缝。

1.3混凝土的作用。混凝土是现代土木建筑工程中不可缺少的重要工程材料。可以根据不同的模具成型，浇注成不同形状的构件。

2钢筋混凝土的概念、特点和作用

2.1钢筋混凝土是采用钢筋做骨架的混凝土构件。钢筋可以承受拉力，增加机械强度。钢筋混凝土合理地利用了钢筋和混凝土两种不同受力性能材料的强度，比钢结构更节约钢材。

2.2钢筋混凝土的主要优点。钢筋和混凝土共同作用，提高了构件的抗拉强度，耐久性，并且具有耐火性、整体性、可塑性，混凝土所用的砂石可就地取材。缺点是自重大、抗裂性能差、施工时模板费用高。

2.3钢筋混凝土的作用。钢筋与混凝土之间存在良好的粘结作用；钢筋和混凝土的温度线膨胀系数几乎相同，在温度变化时不致破坏钢筋混凝土结构的整体性；钢筋被混凝土包裹着，使钢筋不会因大气的侵蚀而生锈变质。

3结构选型设计

对于高层结构而言，在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应该注意以下几点。

3.1结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

3.2结构的超高问题。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，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，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3.3嵌固端的设置问题。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，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，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导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.4短肢剪力墙的设置问题。在新规范中，对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙，且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采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

4地基与基础设计

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行。在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

5结构计算与分析

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。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。

5.1结构整体计算的软件选择。由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

5.2是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

5.3振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

5.4多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而使结构出现不安全的隐患。

5.5非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

6结论

钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中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因素。会给工程带来不可挽回的后果，因此我们必须重视设计中的每个细节问题。为保证工程的设计质量打基础。