混凝土结构基本原理在建筑施工中的应用

2018-03-31王泽成

四川水泥 2018年10期

王泽成

（贵州工程应用技术学院，贵州毕节 551700）

1 概述

随着中国经济的不断发展，在一些欠发达地区，也开始逐渐得到开发，同时也出现了大量的工程建设，由于各种原因，这些地区的工程技术人员也出现了大量的缺口，这就导致了一部分的建筑施工技术人员，对施工图纸的原理理解不够，实施过程中一切都按图进行，而为什么要这样做，却处于一种模糊状态，这对我们优化图纸和及时发现图纸中不恰当的地方是一个很大的问题。所以，作为一名建筑施工技术员，除了能看懂图纸和对施工工序的掌握外，还需掌握一些混凝土结构的基本原理，了解结构的受力分析和结构计算的基本方法，以及概念设计的一些思路。这样，才能对实施的工程建设的受力状况有一整体认识，也对施工图中钢筋的数量、位置及形式有更深层次的理解，这就便于技术人员分析和解决现场出现的问题。

2 混凝土构件受力分析

在多层建筑中，基础以上主要的受力构件就是梁、板、柱（或墙），只要对这些基本构件的受力和传力理解清楚，那就知道图纸中为什么要这样做了，为现场施工人员理解图纸和提出一些合理的建议打下基础。下面就具体构件简要说明。

2.1 板

板是直接承受竖向荷载的构件，将荷载传给梁或墙，同时也起到传递水平荷载的作用。现以单跨和多跨形式分别讨论板的受力。

单跨板：楼盖沿一个方向受力，由砖墙支承，板的支承条件可按简支考虑。对支承在次梁上的板，可忽略次梁的弯曲变形，且不考虑支承处节点的刚性和支承宽度，将其视为不动铰支座[1]。

从简化后的受力来看，单跨板跨中弯矩最大，支座处弯矩为零，按此，单跨板只需在跨中受拉区配置足够钢筋即可，支座处无负弯矩就无需配筋。但实际受力有所差别，原因是在确定计算简图过程中，完全忽略了梁（或墙）对板的约束，而实际梁（或墙）会对板有约束并在支座处产生负弯矩，故也需在支座处布置承担负弯矩的钢筋，但此处弯矩受板自身刚度和梁（或墙）的约束力大小的影响，不易确定。对此《混凝土结构设计规范》对板面钢筋提出了钢筋截面面积、直径、间距、伸入板内的锚固长度等的构造要求，以防止混凝土板在其非主要受力方向的侧边上由于边界约束产生一定的负弯矩而导致板面裂缝[2]。

多跨连续板：计算简图的确定原理同单跨板，从连续板的受力可看出，在跨中有较大正弯矩，在支座处有较大负弯矩，配置受力钢筋时，主要由弯矩引起的混凝土构件受拉区配置相应钢筋，这就充分的利用了混凝土较好的抗压性能，同时又通过钢筋较好的抗拉性能来克服了混凝土抗拉较差性能，如跨中正弯矩大，受拉区在底部，在支座处，负弯矩较大，受拉区在顶部。

2.2 梁

梁主要承受由板（或次梁）传来的荷载，承受截面上通常有弯矩和剪力共同作用，是典型的受弯构件。梁和板的受力基本相同，其区别在于：梁的截面高度一般大于其宽度，而板的截面高度则远小于其宽度[3]。

计算简图的支承可按简支考虑的单跨梁，支座处负弯矩一般较小，按构造配置相应纵筋就可以了；计算简图的支承按框架考虑的单跨梁，除需按跨中弯矩计算配筋外，还得按支座处负弯矩计算配筋，才能保证构件的安全。

支座处较大的剪力也可能导致构件发生斜截面破坏，故必须根据剪力大小进行抗剪验算，钢筋混凝土构件中承受剪力的主要是箍筋和弯起钢筋，图纸中所指的加密区就是靠近支座的一定范围内。而弯起钢筋是在靠近支座附近弯起，纵向钢筋从底部变换到顶部，弯起钢筋既减少了底部纵向钢筋因支座附近弯矩减少而不需要的钢筋，又增加了顶部因负弯矩而需加设的钢筋，同时穿过构件因受剪可能发生破坏的斜截面，也提高了斜截面承载力，因此，弯起钢筋的利用率是较好的。但弯起钢筋在施工过程中较为不便，同时为增加构件的安全储备，实际应用中除荷载很大的构件外，一般不设弯起钢筋。

对多跨连续梁，其弯矩和剪力图同板受力，需按跨中最大弯矩、支座处最大负弯矩计算纵筋，按支座处最大剪力计算腹筋。同时，在实际使用过程中，活荷载是具有随机性的，而针对某一截面，并不是满载时内力最大，因为在不同部位施加活荷载，内力可能出现叠加或抵消的现象，故结构计算时，需考虑的是最不利荷载的组合，以此产生的最大内力进行配置钢筋。

2.3 柱

柱是承担由梁传来竖向的荷载和水平荷载的受力构件。从传力来看，是板传到梁，梁在传到柱，所以柱也是更为重要的受力构件，为进一步提高结构的安全性，设计一般按“强柱弱梁”的理念进行，即在极限荷载下梁先达到屈服强度。

竖向荷载作用下，弯矩水平构件跨中有较大正弯矩、支座有较大负弯矩，竖向构件在节点处有较大弯矩，轴向力为自上而下逐层叠加节点左右的梁端剪力，轴向力自上而下逐层增加。水平风荷载作用下，柱子上下端和梁支座处有较大弯矩、剪力与轴向力自上而下逐层增加，由于风荷载的随机性，故计算时应分别考虑左右风荷载的影响。

根据以上的受力分析，混凝土连续梁（板）构件主要在跨中有正弯矩和支座有负弯矩，因此，纵向受力钢筋主要布置在梁（板）跨中底部和支座处顶部，横向受力钢筋主要布置在支座附近。柱子除了承受较大轴力外，还需承担弯矩和剪力，弯矩和剪力在竖向荷载与水平荷载作用下叠加，会在柱子上下端产生较大弯矩和剪力，风荷载而实际发生时可能是左分，也可能是右风，故叠加时应按最不利情况考虑。

3 构造措施

混凝土构件承载力的计算通常只考虑荷载对截面抵抗能力的影响，有些因素，如温度、混凝土的收缩、徐变等对截面承载力的影响不容易详细计算。人们在长期实践经验的基础上，总结出一些构造措施，按照这些构造措施，可防止因计算中没有考虑的因素的影响而造成结构构件的破坏。同时，某些构造措施也是为了使用和施工上的可能和需要而采用的。因此，进行钢筋混凝土结构和构件设计时，除了要符合计算结果以外，还必须要满足有关构造要求[3]。构造措施主要有，最小截面要求、最小配筋率要求、钢筋最小直径及根数要求、混凝土保护层要求等。