建筑工程混凝土结构设计方法浅谈

董大海

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摘要：根据建筑工程的特点，作为结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有正确意识地处理构件与结构、结构与结构的关系；介绍了混凝土结构具体的设计方法；从结构的安全性、抗震性、耐久性入手，阐明了结构优化措施，以促进建筑工程中混凝土结构设计的优化完善。

关键词：混凝土结构；建筑工程；设计方法

一.建筑工程的混凝土结构的设计原则

多道防线必要的刚度、强度、稳定性、延性及耗能能力；合理布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应结构刚度、强度（承载力）沿竖向宜均匀、连续分布，避免造成软弱或薄弱部位。合理控制結构的塑性铰区，掌握结构的屈服过程及屈服机制。构件抗震设计的4项基本准则：强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉。嵌固部位（基础或地下室），应具有足够的整体刚度和承载能力。

二、建筑工程混凝土结构的具体设计方法

2.1 完善单元结构的布局设计

独立的结构单元设计，是建筑工程中的主要结构设计内容，此结构设计工作适合采用简单、规则的平面形式，但平面的整体长度与突出部分的长度应当控制于适宜的范围，且具备均匀分布的承载力与刚度，同时，竖向结构适合采取均匀、规则的形式，以保证建筑的外挑与内收问题得到有效的控制。

为了实现这一目标，混凝土结构的设计者应在结构设计方案阶段，以概念设计知识的想法作为参考，使建筑的适用性与美观度等要求在得到满足的基础上，通过进行优化设计，使其结构的平面与竖向布局尽可能地实现简单、均匀与规则性，保证其结构刚度与承载力的合理分布，避免建筑独立结构单元出现过于集中的塑性变形或应力。

2.2优化高强的混凝土与钢筋使用

建筑工程施工需要消耗较多的混凝土，钢铁和其他材料，如果混凝土和钢筋的强度过大，势必会造成建筑材料总成本超支，并增加其他组件的成本，从而降低了建筑施工的经济效益。因此，混凝土的结构设计人员应当对高强度的混凝土与钢筋的使用进行合理的优化控制。

以软土地基施工工程设计为例，高负荷的结构基础，设计人员可以通过优化高强度的混凝土以及钢筋的使用，使建筑中各构件的截面尺寸得到合理优化，从而减轻建筑的结构自重，使建筑的基础工程建设难度得到大幅度的削减，降低工程的地基处理工作造价。

再以位于震区的建筑工程的结构设计为例，建筑的自重与地震作用程度成正比例关系，设计人员通过将高强度的混凝土与钢筋的使用量减少，可以在减轻其梁、板、墙、柱等构件自重的基础上，降低地震的作用力，进而保证建筑结构的安全程度，使建筑的整体安全度得以提升。

2.3合理设计剪力墙平面结构

建筑工程的结构设计人员对混凝土结构进行设计，还需要充分地重视剪力墙结构的平面布局问题，以保证建筑整体结构受力的均匀性，并使建筑在侧向力的影响下出现的位移控制于允许状态。具体来讲，剪力墙平面结构的优化设计主要为以下几个方面：

1）对作为建筑的基础功能的基本结构，在满足功能的前提下，尽可能地使剪力墙的布置实现相对的集中化与均匀化，对具有较高的恒载或者平面形式变化较大的部位设计剪力墙，应当尽量缩小其间距。2）以建筑物或其他方向作为基准的主轴方向，对剪力墙双向布置，且墙肢截面适合为具备较小的侧向刚度的简单规则的形式，在设计中还要尽量地减少对短肢剪力墙的使用。

2.4混凝土结构的干缩变形控制

在国家颁布相关建筑工程结构设计标准中明确指出：建筑室内现浇框架结构的伸缩缝间距，必须控制在55m以下，而现浇剪力墙结构的伸缩缝间距则要控制在45m以下。在室外环境中，混凝土结构的伸缩缝更加要注意严格控制，其具体设计要求如下：1）干缩裂缝：在现浇混凝土的凝固硬化过程中，经常会出现不同程度的收缩应力，而建筑结构中则会出现规则或不规则的干缩裂缝，建筑结构形式越长，干缩裂缝也越大，所以，在混凝土结构的设计中，必须严格控制结构形式的长度；2）结构控制：为了有效解决建筑工程混凝土结构的干缩变形问题，可以采取合理分布混凝土后浇带的设计方案，即将大楼板的面积划分为若干小区格，按照顺序进行小区格的混凝土浇筑，待小区格内的混凝土干缩变形完全结束后，对于区格之间的预留区域进行混凝土浇筑，以有效解决混凝土结构的干缩变形问题。

2.5女儿墙的优化设计

在建筑工程中，屋面女儿墙的作用是不容忽视的，其对于浇筑整体效果的影响也较大。尤其是在屋面高大女儿墙的设计中，由于难以直接参与建筑工程主体结构的研究，所以，必须进行严格、周密的计算，以得出准确的女儿墙自重。如果女儿墙的高度较低即可达到相关要求，对于建筑结构安全的影响较小。如果在女儿墙高度上升的过程中，地震荷载、风荷载效应的变化较为明显，则有可能不同程度的影响到建筑结构的安全。在女儿墙较高的情况下，必须从采用科学的方法和专业的软件计算出女儿墙承受的水平荷载，而对于配筋的计算则要借鉴支承于屋顶的悬臂板，并且运用双层钢筋。屋面女儿墙与建筑工程主体结构之间的关联较大，与屋面女儿墙相连接的框架梁或墙必须满足相应的强度要求。

三.建筑工程的混凝土结构具体设计措施

3.1结构安全性

3.1.1提高建筑结构设计人员对安全性的重视

在设计过程中，应结合工程建设的实际情况，做到对规范意义的深刻理解，细化设计每一个基本结构，善于总结经验教训，反思工作，为今后的建筑结构设计累积经验。在对建筑物进行结构设计时，结构设计人员要发挥自身主导作用，转换陈旧设计观念，正确对待建筑结构设计安全度的重要性。

3.1.2提高构件的承载能力，保证构件的安全性

应充分研究各种设计荷载：如构件自重，建筑物楼屋面活载，风荷载，雪荷载在结构中产生的效应及各结构构件是否具有抵抗这些效应的能力。构件的承载能力状态是进行结构设计的依据，结构只有满足承载能力极限状态的最大承载能力，才能使结构满足安全性的要求

3.2抗震概念

在设计过程中，设计人员以抗震概念设计为基础，通过结构抗震等级来抗震试验，或者借鉴相似建筑的抗震设计经验等，对建筑工程的结构体系、平立面设计、结构构件延展性等进行优化设计，以使建筑的抗震能力得到有效的提升。

具体而言，在结构设计方面，设计人员应尽量选择空间结构和平面布局这种简单的规则形式，作为建筑的整体结构。同时，设计人员还要通过进行合理的布局，使建筑的质量与刚度实现均匀平衡的分布。

在立面设计上，设计师可以将墙体设置均匀对称的形式从而提升爬楼梯或电梯的井筒等具备较高刚度的结构布置的集中性，将抗震墙设计为符合建筑结构整体抗震需求的形式，提高平面建筑结构抗震性能。而且，还要保持各转换层结构在竖向刚度方面分布的接近，并使剪力墙的设计可以将墙面竖向持续地贯通到建筑底部。

3.3耐久性

3.3.1选择的混凝土材料。

混凝土拌合物和易性要求，在水泥品种的选择上也要认真进行分析，通常条件下，可以考虑使用普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥等品种，由于矿渣水泥在保水性能上相对普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥较差，其泌水性也相对较大，因此在高层建筑中通常不考虑选择矿渣水泥。另外，高层建筑混凝土还不宜使用火山灰质的硅酸盐水泥。为了满足高层建筑对混凝土的要求，所选用的水泥必须满足高层建筑混凝土对水泥在质量和性能上的要求，只有这样，才能保证高层建筑的质量。

3.3.2 合理设计结构构造形式

设计人员应根据建筑物的环境类别与设计使用年限，控制混凝土构件的保护层厚度在20mm～70mm之间，并通过协调构件的截面积与表面积，避免侵蚀性物质集中停留区域的形成，同时注意高侵蚀度的环境，混凝土墙板的通风效果，并注意配筋间距的合理设计，以减少钢筋锈蚀、保护层剥离等问题的出现。

四.结束语

由上可见，结构设计师必须掌握加强设计和分析的原理，根据设计原则和具体要求，从整个设计工作和设计等方面具体内容，采取有效的策略。从而优化和完善混凝土结构的设计。