浅析混凝土结构设计的常见问题及方法-建筑设计职称论文

浅析混凝土结构设计的常见问题及方法
贾东升
摘要:19世纪下半期开始，钢筋混凝土作为结构材料在工业文明的潮流下广泛得到应用，并且因为其本身的材料特性优于其他结构材料而在房屋建筑和土木工程中也得到空前的应用和发展，而后相继在材料、设计方法、制作工艺、施工技术等方面也大显身手。目前，随着我国经济的飞速发展,城市面貌日新月异,一栋栋高楼大厦拔地而起。混凝土也已经成为我国工程建设中最主要的结构材料之一。随着我国建筑业的迅猛发展，随之建筑功能的不断丰富,新颖的造型,致使工程设计越来越复杂,但目前的设计周期普遍偏短,也使设计文件中普遍存在某些质量问题,因而在混凝土结构设计过程中，一些影响混凝土质量的问题必须引起工程设计人员的重视。在此,作为一个从事结构设计工作的工程技术人员，在下文中，笔者将从个人的工作经验出发，探讨混凝土设计工作的常见问题及解决方法。
关键字：混凝土结构设计常见问题解决方法
1 在结构计算与分析阶段的常见问题
广泛而言，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。因此，结构工程师也应该对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。在结构整体设计阶段，工程师在设计阶段经常受到困扰的问题是对结构整体计算的软件的选择。由于采用的计算模型的不同，每一个计算软件计算的最终结果也是有所不同的，尽管结果差别不大，但是对设计标准和规范有着很大的影响。目前，比较普遍的计算软件并不少，SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等都有其各自的特点，然而，设计工程师在选择时要么只是单一考虑设计模型的特点而忽视结构类型，要么只是着眼于结构类型而忽视对计算软件的分析，导致在整体计算阶段，设计工程就出现纰漏。
解决方法：对于结构设计工程师而言，一个科学的计算软件绝对不是单单取决于软件系统的优越与否，而是这种计算软件是否与设计的结构类型相适应。因此，结构设计师首要要做的，就是对各个计算软件的计算模型的特点进行对比和比较，熟悉结构设计的类型，从而依此进行计算软件的选择。
具体上，在地下室底板和外墙配筋计算时，设计工程师往往采用假设的方法进行计算设计，然而，假设条件的选择与采用与现实情况并不是相符的。例如：在地下室外墙配筋计算中：对于外墙带扶壁柱的结构类型，设计计算时一律不区别扶壁柱尺寸的大小，全部按双向板来计算配筋，而在扶壁柱的整体计算分析阶段，又未按外墙双向板传递荷载的公式验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理分析，这样粗放的设计计算方法会导致其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。
解决方法：建议除了垂直于外墙方向并且与带有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或者是截面尺寸较大的外墙扶壁柱之间的外墙板块采用双向板来计算配筋外，其余的外墙应该按竖向单向板计算配筋为妥。
2 地基与基础设计过程中存在的问题
　 “万丈高楼平地起”这一俗语精炼的道出了地基工程在建筑工程中的重要性，地基的好坏将决定一个工程的最终质量，因此，在地基与基础设计阶段，对于设计工程师而言，这一阶段是决胜局，正是因为其有着如此重要的作用，任何一个问题与错误都是不被允许的。在地基与基础设计阶段，一般来讲，要重视以下问题。
由于地下室底板与柱下独立基础会受到建筑物上部整体重力的沉降作用的附加应力。在共同受力的情况下，地下室底板会一起沉降变形。工程师在底板设计时，很有可能会忽视这种附加应力，而导致设计的底板负载能力不足而造成底板开裂，这对于地下室建筑是不安全的。另外，地基的稳定性也受到极大的威胁。
解决方法：针对不同程度的沉降量的工程，地基与基础设计所采取的处理措施也是不同的。对于沉降量相对较小的工程，可以采用褥垫的方法处理，也就是说在地下室与持力层之间建筑一层保护带，在沉降作用发生时，保护层会承受一部分的附加应力，防止地下室地板因受力过度而开裂或沉降。同时，对天然地基也起到了养护的作用。这样，地基保养便从根本上达到了解决。
对于有地下室的建筑，地下水的季节性变化也是影响地下室底板的重要因素。当降水期来临，地下水位升高。底板的防水设计显得尤为重要。一般的地下室建筑，由于柱下承台的形式比较复杂，其基槽地膜形状也是较为繁复的，建筑复杂的外在轮廓一方面加大了防水设计的难度，另一方面，增加了工程造价。很多设计工程师仅仅考虑到建筑物当时当地的地理状况，忽视对降水这一因素的考虑，而导致在地下室底板设计时对防水工程的不全面、不科学。
解决措施：在在室外地坪之下的结构部分,外轮廓形状设计应尽量简洁,这样有利于建筑防水的施工。另外，在具体的设计方略上，采用统一地下室底板和柱下承台的下标高的反承台法。这一方法的具体做法：在地下室内部做滤水层和覆土，同时对柱下承台进行加厚工程的设计。这样一来，基槽地膜形状变得简单，方便施工，缩短了施工时间，从而施工质量也可以得到保证。
3 上部结构设计过程中存在的问题
　在上部结构设计时，框剪结构剪力墙在设计上布置不均匀，经常出现单肢刚度过大的剪力墙，这样会造成应力的过度集中，容易造成剪力墙的部分破坏。同时，在上部结构设计阶段，与之相关联的结构构件，比如连梁等构件的设计难度也很大。
解决方法：采用延性设计和连梁设计。在上部结构设计阶段，要考虑建筑物的抗震功能，当遇到中震时，我们应考虑第一级别的剪力墙(指比值小于2时的墙肢) 其墙肢数最少为4肢。待第一级别的剪力墙进入塑性阶段后，为保证建筑物在震动作用下不至于过度变形而带来灾害来建设小级别的剪力墙进行多道设防。但当遇到大震时，小级别的剪力墙也进入塑性阶段后，建筑物基本已经破坏了。此时，我们应该通过我们的设计有选择地让那些连接两片剪力墙，在中震或大震的作用下会首先开裂起到耗能作用，从而保持建筑物延性的连梁破坏，从而来保证柱子的完整性。这就是我们说的延性设计和连梁设计。
总之，混凝土结构设计质量密切关系到人民生命财产的安全，责任重大。混凝土结构设计本身是一个长期、复杂兼具深度和广度的专业。以上也只是笔者在设计工作的实践的一些浅薄认识。只有通过不断地学习、对实践经验不断进行总结，才能成为一名合格优秀的工程师。这也是我在此文中把我在设计过程中的一些认识写出来与大家交流的根本原因。
参考文献
[1] 陈岱林,等.多层及高层结构CAD 软件高级应用——PKPM 系列软件
应用指南丛书[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.
[2] 混凝土结构设计规范（GB500010-2002）北京。中国建筑工业出版社
[3] 朱炳寅,等.建筑地基基础设计方法及实例分析[M].北京:中国建筑工
业出版社, 2007.