房屋建筑混凝土结构受力性能研究

陈红杰

【摘要】随着我国经济的发展，城乡房屋建筑呈现一片繁荣景象。然而，作为建造房屋的主要材料之一的混凝土，人们容易对它的结构受力性能产生忽视。房屋混凝土结构是时变结构，正确认识其受力特性对于建筑本身的质量具有重要意义。本文通过SAP2000模型，对房屋建筑混凝土结构受力性能作一个初步研究，经供参考。

【关键词】房屋建筑；混凝土；结构受力；性能

在房屋建筑混凝土结构的施工过程中，建造商一方面要确保结构的安全，另一方面也要追求工程进度和提高生产率。这就要求混凝土结构有一个合理的安全水平来满足两方面的要求。而现行的《混凝土结构设计规范》和《混凝土结构工程施工质量验收规范》并未能为施工期混凝土结构提供较统一的安全度要求。对于施工单位而言，能快速有效的确定房屋建筑混凝土结构受力参数，对于保证建筑质量，节约成本起至关重要的作用。

1.国内外对建筑混凝土结构的受力研究现状

目前对建筑混凝土结构的受力研究大多集中在建筑完成后，一次施加负载的方法进行各项性能分析研究。对于逐层加载的建筑混凝土结构受力研究还相对较少，主要有矩阵叠代法、总体刚度矩阵一次形成分层加载法、修正分层法和平面简化手算法。正确模拟施工过程，己成为建筑混凝土结构设计和分析中不需考虑的阶段。

2.建筑混凝土结构受力分析的理论计算基础

建筑施工中混凝土结构受力分析的理论计算基础主要有有限元仿真分析、利用ANSYS建立有限元模型模拟施工过程受力、利用TBSA建立有限元模型模拟施工过程受力和利用SAP2000建立有限元模型模拟施工过程受力三种方法。由于施工过程复杂、人为影响因素多，通过仿真模拟施工过程的研究方法还存在一定的缺陷。本文通过SAP2000建立有限元模型，对逐层加载法模拟施工过程建筑混凝土结构的受力情况进行了浅要的研究。

3.基本理论

施工期的建筑混凝土结构，是由混凝土柱（或剪力墙）、数层普通混凝土梁与楼板、支撑混凝土梁板结构的数层模板支撑系统等共同组成的临时受力体系。新浇筑楼板的自重及施工荷载通过支撑系统向下层楼板传递，荷载效应随着施工进程不断积累，使得临时承载体系中底部楼层承担的荷载逐渐增大。受荷最大的楼板总是在该临时受力体系的最底层。这一切与正常使用状态时的荷载情况完全不同，这就可能导致临时受力体系中的楼层出现裂缝、挠度过大、甚至整体坍塌等。

3.1主要测试方法

采用振弦式钢筋应变计、应变片对现浇梁、柱钢筋的变形情况进行量测，配套使用读数仪。楼板混凝土实际厚度及钢筋保护层厚度采用专用仪器测量。混凝土试块多龄期立方体抗压强度、弹性模量在材料性能试验室进行测试。

3.2主要测试内容

1各层梁柱钢筋随施工进度的应力应变变化情况；

2各层梁柱混凝土随施工进度的应力应变情况；

3材料各种性能基础数据测量；

4.混凝土结构受力性能的试验研究

4.1破坏形态

建筑混凝土的破坏形态同钢筋混凝土的破坏形态类似，主要有：大偏心受压破坏、小偏心受压破坏、界限破坏、剪切粘结破坏，典型的剪切粘结破坏。

4.2混凝土强度的影响

混凝土强度等级越高，构件的刚度增加，开裂荷载越大，在一定混凝土强度范围内，提高混凝土强度可增加梁延性的结论，可运用于钢骨、钢筋混凝土柱中。强度较高的钢筋混凝土构件的弯曲率曲线包围的面积较大，说明其只有更大的耗能力。混凝土的强度对型钢混凝土的最大粘结强度影响较大，charles.w.Roeder[0]通过对型钢混凝土的压人试验得出，按翼缘与混凝土接触面积平均的局部最大粘结应力t随混凝土圆柱体抗压强度f的增大而增大的规律，统计回归出一个线性公式：t=0.09f ，并考虑试验数据离散后建议了一个保守公式t=0.09f-0.655（式中t，f的单位为N/mm n2）。日本的研究表明，钢骨的粘结强度随混凝土抗压强度增大而增大，大体与抗压强度成正比。

4.3钢骨含量

随着钢骨含量的增加，钢骨混凝土柱的刚度及强度均会得到较大的提高，实腹式钢骨混凝土柱的承载力和抗震能力比空腹式钢骨混凝土柱好。同时实腹式钢骨混凝土柱的剪切破坏特点大多是延性破坏，而空腹式钢骨混凝土柱的斜截面破坏，大多是斜压破坏，它是脆性的。

4.4剪跨比的影响

实腹式钢骨混凝土柱较易发生剪切粘结破坏，而空腹式钢骨混凝土柱子则较易发生斜压破坏；剪跨比较小，易发生斜压破坏。由理论报道及结合国内外试验综合分析，破坏形态与剪跨比的定量关系大致可按如下划分： 入<1.5时发生斜压破坏；1.5<入<2.5时，发生剪切粘结破坏；久>2.5时，发生弯曲破坏。

4.5保护层厚度的影响

混凝土保护层厚度对型钢混凝土的粘结有较大的影响，当混凝土的保护层厚度较小时，型钢混凝土的粘结破坏常以混凝土保护层开裂为先导，影响到粘结强度的发展。当混凝土保护层达到一定的厚度时，粘结应力的发展就不会因为混凝土保护层的较早开裂所引起的滑移而受到保护层厚度对粘结的影响限制，粘结强度也就相应的提高。

5.结论

施工期建筑混凝土结构是材料性能、结构形状、空间位置均随时间变化而变化的时变结构，它与模板支撑系统组成施工时变结构体系承担施工荷载。本文将其模拟成一组弹性支撑连续梁，建立了施工时变结构体系分析的弹性支撑连续梁模型CBSS，基于该模型对施工期建筑混凝土结构的受力性能进行了分析，主要结论如下：

5.1给出了施工时变结构体系弹性特征值的概念，定义楼板刚度与模板支撑的刚度比为施工时变结构体系的弹性特征值，建立了包含弹性特征值参数的施工时变结构体系分析的弹性支撑连续梁模型CBSS。

5.2施工期现浇钢筋混凝土结构，在确定的施工方案情况下，所有楼层中承担最大施工荷载的楼层的位置随施工时变结构体系的弹性特征值大小而变。当施工时变结构的弹性特征值s大于250时，该楼层为模板支撑设置层数；当施工时变结构的弹性特征值s小于250时，所有楼层中承担最大施工荷载的楼层位置提前。

5.3施工期现浇混凝土结构各楼层承担的最大施工荷载呈现沿楼层逐渐衰减波动的特征，波幅逐渐减小，最后趋于稳定。所有楼层中最大施工荷载量值随施工时变结构体系的弹性特征值变化，弹性特征值小时，最大施工荷载比率大，弹性特征值大时，最大施工荷载比率小。

5.4拆模时间明显地影响楼层承担的最大施工荷载的量值。拆模时间短，楼层承担的施工荷载比率增大，拆模时间延长，楼层承担的施工荷载比率减小。

建筑混凝土受力结构的性能受多种因素的影响，其理论研究涉及到多种学科知识之间的交融，本文只是简单地探究和摸索，需要进一步地研究。

参考文献：

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