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摘要：人们生活水平的日益提高推动了建筑行业的蓬勃发展，各式各样的建筑在我国广袤的土地上涌现。结构设计的意义在于满足建筑的安全、经济、合理性。由于结构设计造成的事故，不但危害到施工人员的人身安全，而且也造成了不良的社会影响，对建筑物的经济效益有所损害，钢筋混凝土结构作为我国建筑物现行最典型的结构，理应受到社会业界的重视和关注，重点研究关于钢筋混凝土结构设计的一些常见问题，并且找出对应的措施，以期解决现存的问题。
关键词：建筑工程；钢筋混凝土；结构设计；问题；对策
引言
现代人们对于生活品质的要求越来越高，相应的对建筑物的要求也不断提高，建筑的功能以及类型也不断的丰富多样，作为其中最为常见的一种结构———钢筋混凝土结构因其拥有良好的延性、整体性、高强度、经济等特点，受到业内人士的广泛认同，被应用在大多数的建筑工程当中。由于钢筋混凝土结构工程在施工的过程中会应用砂石，水泥、钢筋等不同施工材料以及各种复杂的施工工艺，所以在设计上会存在不同程度的难度，其中也必然会有不少的问题出现，针对这些问题，运用相应的策略进行处理，做到优化钢筋混凝土结构设计，进而促进建筑工程品质的提高。
1 结构选型
1.1 短肢剪力墙的设置问题
《高层建筑混凝土结构设计规程》7.1.8条规定短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各墙肢截面高度与厚度之比为5~8的剪力墙，短肢剪力墙结构中应有足够的长肢剪力墙。根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应有增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构设计工程师应尽可能减少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
1.2 嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，结构设计工程师往往会忽视由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、千骨点上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调性等等，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作需要大量修改，甚至埋下隐患。
2 钢筋混凝土结构设计中存在的问题
2.1 结构概念设计问题
我国结构计算理论经历了经验估算，容许应力法，破损阶段计算，极限状态计算，到目前普遍采用的概率极限状态理论等阶段。以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，使建筑结构的设计经济合理、安全适用。概率极限状态设计法更科学、更合理。但该法在运算过程中还带有一定程度的近似，只能视作近似概率法。事实上，建筑物是一个空间结构，各种构件以相当复杂的方式共同工作，并非是脱离总体系的单独构件。目前，人们在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多假定与简化。这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学知识，把概念设计应用到实际工作中去。结构平面形状和立体体型的选择，平面形状宜简单、规则，避免过多的外伸、内凹。建筑的平里面刚度不对称，地震时将产生扭转破坏。尽可能满足建筑竖向均匀布置。承载力和刚度在平面内及高度不均匀分布，容易突变和应力集中，薄弱的子结构会过早破坏、倒塌，无法充分发挥整个结构耗散地震能量的作用。在实际工程中，质量分布不可能做到绝对均匀因此不可避免的会产生扭转效应，这时，除了考虑结构的平面对称以外，要通过结构抗力构件的布置来提高结构的抗扭能力。把立柱加密在建筑平面的四周或加大四周柱断面，比立柱均匀分布或集中布置在内部更能提高结构的抗扭能力。因此，布置抗力构件，如剪力墙时，应尽量往四周布置。分析结构的破坏机制和过程，以加强结构的关键部位恶化薄弱环节，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A 级建筑不应大于 0.9，B 级高层建筑、混合结构高层建筑及该规程第10 章所指的复杂高层建筑不应大于 0.85限制周期比的目的就是使结构具有必要的抗扭刚度，防止产生不必要的扭转。当不满足要求时，宜调整抗侧力结构布置，尽可能沿四周布置，最大限度地加大抵抗扭转的内力臂而提升整个结构的抗扭能力。当然不能强调了概念设计的重要性，就轻视设计过程的计算。没有单根构件的安全就没有整体结构的安全。在设计工作中结构设计与概念设计起着同等重要的作用。
2.2地基设计过程中存在的问题
在建筑工程的地基设计过程中，对于地下室底板设计中容易忽视附加应力的作用及影响，这种附加应力是由建筑物沉降而引起的，在实际的工程施工中，柱下独立基础与地下室底板在上部建筑物的重力载荷作用下，会发生一定程度的变形沉降，如果不将附加应力考虑进去，势必会影响地下室底板的安全性和稳定性。在采用天然地基的情况之下，附加应力的影响会更加显著，因此需要在地下室底板与持力层之间采取支护的保护措施，如果变形与总沉降的程度较小，可以在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施。对于减小附加应力作用的各种办法的采用，需要根据具体的工程要求与地质、季节等客观因素来进行选择。
2.3 上部结构设计中存在的问题
对于框剪结构来说，一些剪力墙的分布不够均匀，甚至出现单肢刚度过大的剪力墙，这就导致应力过于集中，为建筑结构的安全性和稳定性埋下安全隐患，一旦该单肢出现问题，其影响较大，波及的范围较大，最终对钢筋混凝土工程造成严重的损害。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其次，与框剪结构相连接的一些基础性结构，如连梁等构件，其设计本身就具有一定的难度与专业性，如果剪力墙的布置不够均匀，出现刚度参差不齐的现象，就会增加与框剪结构连接的接触性结构的设计难度。对于框剪结构的设计需要明确多道设防的概念，它是指当建筑物遭遇中震时，在第一级别的剪力墙进入塑性之后，还需要有小级别的剪力墙对建筑物的整体框架结构维持，尽可能的降低其变形程度。如果遇到较大的地震时，小级别的剪力墙也会随着进入塑性阶段，此时建筑的整体结构基本已遭到较重程度的破坏，为了保证立柱的完整，需要进行一系列的设计，从而让梁来承担建筑物的载重力，以破坏梁为代价而维持柱的稳定性，在一定程度上可以延迟建筑物的倒塌时间，甚至避免建筑物倒塌。
2.4裂缝问题
（1）结构裂缝
在钢筋混凝土浇筑过程中，不同构件间的刚度差异极易导致整体结构中形成刚度薄弱区，从而造成钢筋混凝土中出现裂缝，即为结构裂缝。这种裂缝多出现在建筑物墙角处及楼板的板端处。
（2）构造裂缝。不规范的操作和不到位的技术是导致钢筋混凝土结构出现构造裂缝的主要原因。例如，混凝土的水灰比错误；浇筑混凝土时振捣不充分；模板位置发生变化；支架下沉；脱模过早；混凝土养护不利等。
（3）温度裂缝。温度裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的裂缝，其形成原因主要是外界温度变化较大时，混凝土随着温差发生热胀冷缩，从而形成裂缝。温度裂缝多出现在建筑结构的屋面层。
（4）收缩裂缝。混凝土结构在硬化过程中，会发生化学反应导致水分部分流失，从而造成混凝土收缩形成收缩裂缝。另外，在混凝土结构养护过程中，还会继续发生硬化、碳化和脱水现象，即使在达到28天龄期后也不会停止，这也会形成收缩裂缝。
3 混凝土结构设计的解决对策
3.1 合理的结构体系
3.1.1 地下结构体系
针对地下水位高度不是很高的地基工程，由于其建筑整体沉降量较小，因此，根据实际工程情况，可以在地下结构楼面板与土边坡持力层之间使用褥垫的方式进行处理；对于随季节地下水位变化较大或者昼夜地下水位变化较大的施工地区，可以在设计过程中分别绘制两种水位情况下的地基受力图，并以包络图的形式表现出来，分别找出内力最大点和两种情况下受内力均较大的构件，针对其受力情况，处理，合理优化地下结构的结构设计方案。对于上部载荷较大且地基土层条件较差的情况，可以采用箱型基础以增强基础和地下结构的安全性。保证地下结构既能承受上部结构载荷又能和地基完美配合减小地基沉降速率。
3.1.2 框架结构
设计框架结构时应充分考虑施工地区的地震发生几率、风荷载常年值等外界因素，较为合理的确定适合该建筑的框架结构的设计规范等级类别。框架体系设计的稳定性能和抗震性能要求较高，框架体系的高度不宜过大，过高的楼层会产生较大的位移，不利于结构的抗震性能，因此要尽量减少建筑的振型数。同时，在建筑内部应当合理布置剪力墙，对柔度较大的构件进行固定，防止其结构主体位移过大。剪力墙的布置不宜过多也不宜过少，在重要的部位要合理布置剪力墙，从而起到抵抗风荷载影响和形成刚弹性砌体结构的作用，框架结构要秉承小震不坏、中震可修、大震不倒的原则，合理设计钢筋混凝土框架结构，根据不同的防震等级确定剪力墙体的支座形式。
3.1.3 裂缝控制
尽量选择刚度差距不大的构件进行搭界，刚度差别较大的构件应在二者的连接处进行必要的结构处理，并及时进行裂缝处理。设计人员要保证构件布置的合理性，在建筑高频使用部位，避免出现该类裂缝。构件裂缝的控制主要分为两个方面，一个是结构设计阶段的合理布置，防止因构件刚度不同而产生的裂缝。另一个则是在施工组织设计中对施工过程进行合理控制，防止裂缝的出现。施工过程中易产生因温度变化过大而产生的温度裂缝、因混凝土振捣不均匀而产生的施工裂缝，还有因混凝土质量不达标而产生的收缩裂缝。针对这三种裂缝形成的原因，混凝土的水灰比必须按照施工图纸上规定的比例进行生产和采购，施工现场应当合理做好施工组织设计工作，根据实际天气情况科学计算混凝土浇筑的时机，并振捣均匀，保证混凝土结构的施工质量。
3.2 规范结构尺寸设计
在钢筋混凝土结构工程中，施工材料的变形以及温度的变化都会引起钢筋混凝土结构出现裂缝，钢筋混凝土结构越长，由于材料和温度变化引起的应力就会越大，从而裂缝出现的几率就会相应变大，这也是横向裂缝产生的原因。而通过笔者及建筑行业多年的研究及总结，发现钢筋混凝土结构的应力与其长度呈非线性的关系，这就表明钢筋混凝土结构的尺寸设计对其稳定性和安全性关系重大，如此以来，在钢筋混凝土结构的设计过程中，需要对其设计尺寸进行严格的控制，使其符合工程施工设计要求，从而降低各种裂缝出现的几率。
3.3 优化结构布置及形状
在钢筋混凝土结构中，如果结构的布置和形状不规则，就会导致结构各部分的刚性不一致，从而就会致使结构各部分产生的变形也不尽相同，这就容易造成刚度比较薄弱的部位出现一系列问题，因此在对钢筋混凝土结构进行设计的时候，需要保证其结构布置及形状的规则性，从而使钢筋混凝土结构的各部分刚性一致，最终降低问题出现的几率，增强钢筋混凝土结构的稳定性和安全性。
结束语
建筑结构设计的好坏，直接影响这后续建筑的施工以及建筑工程投入使用之后产生的经济效益，同时也关系着使用建筑人群的生命安全，以及社会影响，因此，在建筑结构的设计中一定要秉承着科学严谨的态度，合理设计，不断的通过学习和积累经验，来完善设计中出现的一些问题，以期保证建筑工程的质量，促进建筑行业的稳定发展。
参考文献
[1] 姜凯.浅谈混凝土结构设计的若干问题[J].民营科技.2014（03）
[2] 胡晓珊.有关混凝土结构设计的探讨[J].中华民居（下旬刊）.2014（08）
论文作者:莫先汉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/4
标签：结构论文; 裂缝论文; 钢筋论文; 刚度论文; 结构设计论文; 构件论文; 混凝土结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;