大跨度钢筋混凝土结构设计分析

徐炘

摘 要：在建筑结构工程的发展中，大跨度空间结构设计在建筑设计中得到了迅速的应用。大跨度建筑在我国的发展速度相当快，在建筑领域得到了广泛的应用。大跨度空间结构设计需要科学合理的精度计算。不仅要考虑建筑结构的外观美，还要考虑机械结构的合理性和建筑设施的安全性。

关键词：大跨度 钢筋混凝土 结构设计

一、大跨度的概念

建筑设计中的大跨度概念是指空间跨度超过30米的建筑结构设计。只有符合这一条件的建筑结构才能称为大跨度空间结构。大跨度空间结构主要是为了满足建筑大空间的需要。此外，与普通建筑结构相比，大跨度空间结构具有结构轻、造型大方、受力设计更科学、建筑使用寿命长、钢材用量低等优点。在材料选择和结构设计上，大跨空间结构更加灵活，在实体施工时可以灵活配置。在结构设计中，大跨空间结构模式的选择应基于具体的建筑功能、环境结构布局等科学设计。大跨度空间结构通常用于车站、体育馆等公共建筑中。

二、钢筋混凝土结构施工技术优势

1、充分发挥钢筋混凝土的特征

根据相关研究，混凝土结构最大的优点是抗压刚度强，抗压强度可达30MPA以上。但对于建筑施工而言，目前的抗压强度仍不能满足要求，建筑工程的稳定性和质量仍需进一步加强。和钢具有较强的抗拉强度，但抗拉强度为建筑仍有差异，所以两个单体的抗拉和抗压强度按照一定的比例，不仅可以互补的优点和缺点，可以极大地增强钢筋混凝土抗拉、抗压强度和满足建筑施工技术的基本需求。

2、结构整体性较强

钢筋混凝土结构按照一定的比例将钢筋和混凝土配合在一定，不仅提高混凝土抗压强度，还增加了钢筋的抗拉强度，优缺点互补的方式，从整体结构上大大提供了其稳定性，另外还能提高钢筋混凝土结构的防爆能力和抗震能力，这种唯一的特征不是某个单体钢结构和预制装配式材料所能达到的效果。

3、制作方便快捷

所谓的钢筋混凝土结构就是一种复合结构材料，将钢筋和混凝土按照一定的比例进行配制，但是并不只有这两种材料，还有一些其它辅助材料，比如外加剂、掺和材料、水、石子和砂子等。在建筑行业中，这些材料比较普遍，其都具有资金独特的特征和性能，并在建筑领域中发挥巨大作用，钢筋混凝土的原材料比较丰富，且价格成本低，在制作过程中也比较方便快捷，依靠搅拌机就能制作出混凝土，且还不会影响到周围的环境，满足国家绿色环保的发展需求。

三、大跨度钢筋混凝土结构设计要点

1、大跨度空间结构计算

大跨度空间结构计算是结构设计的首要任务。在进行结构计算时，可以通过计算机技术构建结构模型，以确保模型组件与实际工程结构之间连接的一致性。确保模型计算结果的准确性，并为大跨度空间结构的设计提供可靠的数据。同时，将多向地震效应引入模型，确保上部结构与下部结构的协同性，并对整体结构进行综合分析。根据结构的受力情况与抗震需求，对结构构件及节点位置进行受力计算。同时，在确保结构强度和稳定性满足工程要求的基础上，应尽可能简化下部结构。此外，在分析和计算结构的总应力时，有必要考虑在实际施工过程中可能发生的特殊应力。设置特殊组件的应力变化范围，以确保组件上的负载不超过设定范围的最大值。避免出现结构变形甚至是断裂现象。在计算大跨度空间结构模型时，选择计算精度较高的计算方法，比如多向地震反应谱法，时程分析法和多向随机振动分析法等等。

2、大跨度空间结构布置

结构布置是影响大跨度空间结构应力和稳定性的主要因素，可以确保结构质量和刚度分布的平衡，是确保结构稳定性的基础。分析结构受力的传递路径，并优先考虑空间力传递系统，将建筑结构的中心轴作为参照，尽量将建筑构件进行对称分布。

3、大跨度空间结构防震缝设计

在大跨度空间结构的设计中必须考虑防震缝设计，使其能够在提高建筑物的抗震性能方面发挥重要作用。在大跨度空间结构的防震缝宽度设置时，由下支撑结构作为框架形成地震墙来考虑的，并且防震缝宽度应该≧150mm。然而，在实际设计过程中，按照这个标准往往不能满足大跨度空间结构的抗震要求，因此一般要求在结构在抗震等级的要求范围之内，将结构的侧向极限位移作为参照，设置合理的防震缝的宽度。如果建筑结构相对规则，多遇地震下的最大相对变形值可乘以不小于3的放大系数，两者的乘积作为最小抗震缝宽度。

4、预应力筋的合理布置

在中国，常用的预应力钢筋是热处理钢筋，消除应力的钢丝和钢绞线。如何布置钢筋是大跨度预应力混凝土结构设计中的重点，具有一定的难度。一般情况下支座与跨中的正负弯矩以抛物线的形式互相交替出现，因此，钢筋的布置也应根据交替规则进行布置。在无梁大板结构的设计时，框架之间柱上板带的中跨部分通常属于其正矩区域，如果预应力弯起钢筋布置在这个位置，那么负弯矩将集中在柱的附近，不利于板的受力，为了改善这种情况，预应力钢筋的布置应该遵循跨中区域不弯曲，柱附近的负弯矩区域弯起的原则。另一方面，在设计过程中，四段抛物线的形式不适合在边跨板中预应力钢筋的布筋。这种方法会使边跨附近受到过大的压力，使边跨附近板的抗裂性达不到规范要求。因而，在实际设计过程中，我们应根据其受力特性以两级抛物线或三段抛物线的形式进行布置。

5、楼板开洞处理

大跨度板将不可避免地出现开洞的情况，对于洞口小于1米的情况，应该在洞口设置附加钢筋，增加承载力，但是对于孔洞大于1m的，必须要进行受力的计算，并且洞口集中应力会对短跨边长1.5倍长度范围内造成影响。在板的加固计算中，先按照无孔洞计算，然后将洞口处的集中应力按照1.5L（L是洞口长度）宽的板带进行验算。如果洞口离支座较近，则应该增加支座的钢筋配置。为了提高结构的安全性，如果洞口较大，则可以在洞口边缘设置上反小梁，提高洞口周边的强度，还可以使钢筋垂直洞口，增长锚固长度。因为大跨度板可以有效地防止在使用过程中主梁和次梁的搭接，这将更有利于用户房间的布局，同时在此过程中可以表现出良好的性能，因而得到了广泛的使用。

结束语

随着人们对建筑功能的要求不断提高，大跨度结构在建筑中的应用逐渐广泛。这种结构形式的应用有效地改善了一些楼层相对复杂的房间分割问题。有效减少了有墙就得设梁的情况，使整个结构在受力传递方面更加完善。同时，该结构形式也为建筑的施工带了了很大的便利，也给住户预留了更多可以自己布置的空间。

参考文献

[1]葉修喜，张锦松，赖海斌.双向大跨度预应力混凝土厂房结构设计[J].工程建设与设计，2017（6）：11.

[2]侯林峰，曾庆雪，李旸，马振强.大跨度预应力框架梁应力测试技术研究[J].河南科学，2018（6）：56.