刍议混凝土结构设计的相关问题

李秀华 段红英

（周口市水利勘测设计院，河南 周口 466000）

钢一混凝土混合结构是我国目前在高层建筑领域里应用较多的一种结构形式。钢结构和混凝土结构各有所长，前者具有重量轻、强度高、延性好、施工速度快、建筑物内部净空高度大等优点；而后者刚度大、耗钢量少、材料费省、防火性能好。综合利用这两种结构的优点为高层建筑的发展开辟了一条新途径。统计分析表明，高层建筑采用钢一混凝土混合结构的用钢量约为钢结构的70%，而施工速度与全钢结构相当，在综合考虑施工周期、结构占用使用面积等因索后。混合结构的综合经济指标优于全钢结构和混凝土结构的综合经济指标。

钢一混凝土混合结构最早于1972年用于芝加哥的Gateway I]I Building(36层137m)。我国至20世纪80年代才将钢结构用于高层建筑，目前已建成或在建的高层建筑(约有40余幢)中，有一半以上采用的是钢一混凝土混合结构，钢—混凝土混合结构在高层办公楼、学校、医院及住宅等建筑中将有更广泛的应用。

通常，建筑设计都要遵循一定的原则，钢筋混凝土结构也不例外，简述如下：

1整体性设计原则：整体性设计原则是把要设计的建筑作为由各个组成部分构成的一个整体来全面研究整体的功能、构成及其发展规律，从整体与部分相互依赖、相互结合、相互制约的关系中揭示系统的特征和运动规律。

2综合性设计原则：对任一系统的研究，必须从它的要素、结构、功能、相互关系、历史发展等方面进行综合地考察。在综合的过程中把分析有机地给合起来。从综合出发，在综合的基础上进行分析，再回到综合。每一层次分析的结果都要反馈到上一层次的综合去与整体进行比较，按照比较的差异从新进行分析、修改、整合，使部分与整体达到高度的统一。

3动态性设计原则:动态原则就是要探索系统的内外联系及系统发展变化的方向、趋势、活动的速度和方式，还要探索系统发展的动力、应用和规律。对于建筑设计来讲尤其要立足现在，兼顾未来，把握时代的发展方向。

4结构性设计原则:结构是要素在关系作用下的结合方式，是性能的载体，普遍地存在于事物之中。结构决定性能，性能表现可以反作用于结构。要素是结构的赖以结合者，要素运动的稳定与否、发展方向将影响结构的稳定与否和方向。关系是将要素连接起来的作用，是构成系统的纽带，关系质和量决定结构性能的稳定性。因此，必须了解它的结构。

5最优化设计原则:系统形成的过程实际上是差异整合的过程。差异的事物能够整合在一起，它们之间必定有同一性，相互需要、相互支持、优势互补，这是整合的前提和基础。通过差异的整合使建筑的各个部分有机地组织在一起，激发出正的整体效应，促进“整体大于部分之和”。

以下我们来具体谈下框架结构设计方法。现代建筑常因设计不当而造成施工环节质量难以保证，给工程安全留下隐患，现从以下几个方面阐述框架结构设计时应注意的问题。

5.1 无地下室的多层框架房屋

5.1.1 基础埋深较浅时现浇的框架结构梁柱刚接，计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002(以下简称《结构规范》)第7，3.11条规定:一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构，底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H:装配式框架取1.25H。

5.1.2 基础埋深较大时为了增加房屋底部的整体性，减小位移有时在0.000附近设置基础连系梁。将基础连系梁以下的部分看作底层，往的H值取基础顶面至连系梁顶面的高度，而把实际建筑的底层作为第二层考虑，层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。

5.2 带地下室的多层框架房屋 对于带地下室的多层框架结构，合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(以下简称《抗震规范》)，都没有明确地提出具体位置，需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或采用箱型基础时，可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置，在利用PKPM软件进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近。对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时，嵌固位置最好取在基础顶面。此时，利用电算进行楼层组合时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。

5.3 基础宽度和面积的计算 在计算基础宽度或面积时，往往由于力学模型不明确或考虑问题不周详，导致基础宽度或面积不足。如墙体上作用有较大集中力的情况，当墙体上有较大的集中力作用时，通过墙体和基础可将集中力向地基扩散，但这种扩散是有一定范围的，且基底土反力并不均匀分布。若设计时用该集中力除以墙段长度得到的平均线荷来确定基础宽度，则导致局部基础宽度不足。因此，必须加大基础宽度以满足地基承载力的要求。通常采用局部调整系数调整基础宽度的方法解决此类问题。

5.4 目前常用的框架结构空间分析计算软件都是以整幢楼的梁、柱整体参加工作进行计算分析的，对部分梁而言，尽管相交梁截面尺寸不同，相互之间却不存在主、次梁关系，设计人员在绘制施工图时，应注意配筋形式与受力分析相匹配。框架结构经空间分析程序电算，所有按主梁输人模型的梁是整体工作的，部分梁将产生扭转问题。一些三维空间分析软件，虽已调整梁的抗扭刚度，但计算出来框架边梁扭矩筋仍很大，因程序不计楼板对梁的约束作用，实际受力与计算模型不符。可把次梁支座改为铰支座，并配以构造处理。

5.5 钢筋混凝土保护层厚度的取值

混凝土保护层的作用是保护钢筋不发生锈蚀，并保证钢筋的粘结锚固性能，直接影响构件的耐久性和钢筋的受力性能，但由于设计人员的不重视，常会出现问题:

①梁或柱中，只注意到主筋的保护层厚度，而忽略了箍筋的保护层厚度，造成箍筋外露或保护层厚度不足；

②主梁与次梁交叉处、主梁、次梁和板的钢筋关系处理不明确，造成板负筋保护层厚度不足或构件有效截面高度损失，直接影响到构件的安全性；

③地上部分与地下部分的柱子因所处的环境条件不同，根据规范要求，应采取不同的保护层厚度。

因此，设计时应注意：

①正确处理构件内各类钢筋的相互关系，按钢筋的正确位置确定构件内钢筋的保护层厚度及构件有效截面高度，并进行构件的截面设计。首先根据规范要求确定梁柱内箍筋的保护层厚度，即确定箍筋的正确位置，主筋的保护层厚度可采用a+dl(a为箍筋保护层最小厚度，d:为箍筋直径)，并大于规范规定的最小厚度，以此确定主筋的正确位置；根据各种钢筋的正确位置，确定相关构件的有效截面高度并进行配筋计算，在施工图中标出相关构件中钢筋的位置。

②正确区分同一构件所处的环境条件，区别对待不同环境下的混凝土保护层厚度。地下部分的柱子可将其断面加大，满足其保护层厚度的要求，同时保证柱子钢筋上下位置的一致性，满足钢筋受力要求。

[1]皮亚杰.结构主义，商务出版社，1996.

[2]李大夏，路易·康，中国建工出版社，1993.

[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

[4]《建筑抗震设计规范》GB50011-2001