對混凝土結構設計中一些問題的探討論文
論文摘要:使結構安全適用、經濟合理、是結構工程師的任務和責任。根據長期工作體會從概念設計的觀點出發，介紹抗震設計中遵循的原則，提高房屋抗震性能的措施。結合工程實際介紹了環境類別和保護層厚度的確定、按簡支梁計算構造鋼筋的設置等問題。
論文關鍵詞:概念設計；結構計算；配筋構造；保護層厚度
一、概念設計和結構構造
抗震設計中，影響整個結構抗震能力的因素很多，如：結構構件的承載力和變形能力;非結構構件的材料性能及提供的強度儲備；結構的連接構造；結構的穩定性；結構的整體性能在經受第一次地震后多次余震反復作用下的抗破壞能力。目前只對第一種因素作了計算，其它因素尚無法進行計算，靠概念設計和結構構造做到結構體系具備必要的承載力、剛度、穩定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足后的延性。對復雜結構，七分計算三分構造，更重要的是概念設計。
（一）概念設計
材料性能、構件性能、連接構造、結構體系通過實驗、實踐檢驗，但還不能計算，稱為概念設計，抗震設計中應遵循以下原則：
(1)結構的承載力、剛度、質量在平面內和沿高度應均勻、對稱和連續分布，避免應力集中：
(2)應盡可能設置多道抗震防線，布置超靜定結構及延性較高的耗能構件，注意適當加強靜定結構部位、關鍵部位和薄弱環節；
(3)注意結構的連接整體性，結果單元應采用牢固連接，不同結構單元應遵守徹底分開的要求；
(4)估計和控制塑形鉸區出現的范圍和部位，有針對性的進行構造布置，掌握結構的屈服過程以及最后形成的屈服機制；
(5)做到強柱弱梁、強剪弱彎；
(6)采取有效措施防止過早的混凝土剪切破壞，鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎等脆性破壞；
(7)構件和節點連接的承載力和剛度要與結構的承載力和剛度相適應，節點連接的承載力不低于構件的承載力；
(8)應該避免盲目增加鋼筋，某一部分結構設計承載力超強或不足，都可能造成結構的相對薄弱，梁端、柱端及抗震墻的加強部位受彎配筋在滿足承載力和抗震構造要求的條件下，應減少鋼筋超配；
(9)考慮非結構性部件對主體結構抗震產生有利和不利的影響。
（二）結構構造
結構體系靠力學計算保證構件的承載力及變形，又靠構造措施將構件連接在一起，形成結構體系，合理的構造保證構件傳力明確；保證在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分構件破壞而使結構體系喪失承載能力及抗震能力；保證在設計使用年限內的耐久性。可以說結構構造是概念設計的具體化。我國通過幾十年的實踐，特別是唐山地震所總計的經驗教訓，后來試驗研究都有完整的結構構造措施。但是認識在不斷提高，概念設計在不斷發展，結構設計除正確運用目前的構造措施，同時還需要不斷總結、充實、提高。
二、結構計算
（一）荷載要準確
荷載包括結構自重，建筑材料做法，設備荷載（設備自重、管道重），建筑功能需要的活荷載，風、雪荷載、地震力、溫度變化產生應力以及其它偶然作用等。有的荷載規范有所規定，可作依據，有的需要各專業提高。建筑專業提高的不僅僅是荷重，而應該是具體的材料做法，設備專業則應提供所選用的樣本。由于建筑做法和設備一般要到訂貨時才能落實，在這以前變換的可能性很大，結構設計人員應該意識到這一點，并要求有相關的知識，準確計算所采用的荷載。
隔墻荷載占總荷載的比例較大，隔墻材料品種繁多，但尚無十分理想的隔墻材料，不是荷重偏大就是隔音差、抗撞擊差或板塊之間易出現裂縫。當隔墻位置固定且隔墻材料確定時，預留荷載是必要的，但考慮過重的隔墻會使結構用鋼量過大。一般可與建筑專業配合，易采用輕質材料并在施工圖中說明隔墻材料，允許荷載值及位置。 結構計算最忌諱漏掉荷載，他將使計算白費或使結構存在隱患，應引以為戒。
（二）應分析計算結果
對復雜或重大工程一般需要用兩種不同單元模型的程序進行分析和比較，對特殊工程應選擇適當的計算程序。建立的模型，邊界、支撐條件應盡量符合實際。程序中的輸入數據應弄明其緣由，弄清其概念，對提高設計質量是不可缺少的。
（三）環境類別與保護層的確定問題
混凝土設計規范第3.4.1條規定了耐久性設計的原則及構件環境類別的分類標準。規范第9.2.1條給出了各類環境條件下的構件縱向受力筋保護層最小厚度。這是新規范重視耐久性問題的具體體現。由于規范是依據構件所處的環境類別來確定縱向受力筋保護層最小厚度的，對于處在兩種環境交界部位的構件，如地下室墻，迎水面側一般為二類環境，而其室內一側一般為一類環境，兩側面的受力筋保護層最小厚度也應有所區別。因此筆者認為，對于處在兩種環境交界部位的構件，在選用最低混凝土級別、確定混凝土配合比等耐久性基本要求（規范第3.4.2～3.4.8條）時應接交界面上兩種環境類別中的最不利環境類別確定，在確定受力筋保護層最小厚度時，則應按構件表面所處的環境類別分別考慮。否則，對于基礎地板、地下室外墻，隨著保護層厚度的增大，采用商品混凝土時，構件表面出現早期收縮縫的機率也隨之增大，而構件表面開裂后，反而影響構件的耐久性。所以保護層厚度不是越大越好，而應構件表面所處的環境類別有針對性地選用。
（四）安簡支計算的梁端部上部構造鋼筋設置問題
混凝土結構設計規范第10.2.6條對實際受約束的簡支梁端上部構造筋作了規定。此時梁端實際受到部分約束，如按梁端的實際約束條件采用彈性理論進行整體內分析，計算所得的實際彎矩除與梁上承受的荷載大小有關外，更與梁端的約束構件即邊梁或構件柱的相對剛度有關。將梁端構造鋼筋的截面面積與梁跨中下部縱向受力鋼筋計算所需截面面積相關聯，只體現了梁上承受荷載的大小，而沒有考慮梁端實際約束程度，如果梁端實際約束程度很弱，非常接近于簡支，即使梁上承受的荷載很大，梁端實際彎矩仍很小，因而沒必要配置太多鋼筋，這是其一。其二，條文所指部分約束梁端的構件通常是指磚混結構的構造柱、框架和主次梁體系中的邊梁，如果梁端實際配筋較大，梁承受的負彎矩也較大，與之平衡的構造柱彎矩或邊梁的扭矩也較大，當約束構件是構造柱時，由于構造柱配筋較小，一般為4φ12，很可能造成構造柱的配筋不足；當約束構件是框架或主次梁體系中的邊梁時，雖然按彈性理論計算邊梁有較大的扭矩，但國外的試驗資料表明5，邊梁開裂后，其抗扭剛度約相當于彈性抗扭剛度的1/10。塑性內力重分的結果使得邊梁扭矩和梁端實際彎矩值都很小，沒比要配置太多的鋼筋。新的混凝土結構設計規范實施前，我院設計的大部分工程終于邊梁相交的梁端實際配筋統一為2φ12（四肢箍為4φ12），20世紀六七十年代設計的部分工程甚至為2φ10或2φ8這些工程已正常使用了30年綜上所述，規范所給的這種配筋策略是否合適值得商榷。
參考文獻：
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