钢筋混凝土结构优化设计

李成伟　梁亮

【摘要】在进行钢筋混凝土建筑结构设计时，不仅要保证建筑的使用功能和外观效果，还应充分考虑设计安全质量的问题，这也是建筑结构设计的重中之重。本文主要对钢筋混凝土结构优化设计进行了分析研究。

【关键词】钢筋混凝土；结构设计；优化措施

引言

钢筋混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这个过程中的遗漏或错误都有可能使设计结果存在不安全的因素。要想让建筑项目成为安全、经济、合理的优秀设计项目，那么从头至尾的正确的概念设计，准确的计算模式、构造和合理的配筋是必不可少，这就要求结构设计人员要加强自身的学习，充分理解规范条文的要求，深入分析、仔细思考，才能够消除设计质量的隐患，保证结构设计结果的安全性。

一、框架结构的特点

框架结构是当前建筑行业中应用较多的一种结构体系，其通过梁和柱连接而成，框架以刚节点进行连接，为几何不变体。目前应用最广泛的钢筋混凝土框架结构具有较好的防震性能和抗风性，其不仅使用空间较大，而且易于对建筑平面进行布置，具有较好的延展性，能够更好的满足当前用户对大房间设置的要求。同时利用钢筋混凝土框架结构还能够更好的确保建筑物整体重量的减轻，这也是当前钢筋混凝土结构在工业和民用建筑中得以广泛应用的最主要原因。

二、钢筋混凝土建筑结构设计中的要点分析

1、基础拉梁的设计以及计算应符合实际的情况

1.1基础拉梁的设计

多层框架的房屋单独的柱基埋置较深，或者柱基承受重力荷的能力差别较大，或着在受力层范围之类，根据抗震的要求，应该沿主轴看两个不同方向设置基础拉梁。基础拉梁的设计应该要大一些，梁的高度应在柱中心距的1/10～1/15，截面的宽度应取梁高1/2～1/3。这样可以使底柱弯曲的距离平衡，减少底层的位移。

1.2基础拉梁的计算应符合实际情况

用TAT或者SATWE等电算程序进行框架整体的计算时，在基础拉梁层无楼板的情况下，楼板厚度应取零，并且定义弹性节点，采用总刚分析的方法进行分析以及计算。虽然楼板厚度取零，也定义为弹性节点，但未使用总刚分析，程序的分析会自动按照地面假定来进行计算，与实际的情况不符合。

2、框架梁、柱箍筋的间距处理

在建筑设计的规范中，对抗震等级以及抗震标准都有一定的规定，尤其是对于框架梁以及柱的箍筋间距的处理问题，要严格按照抗震规范的相关标准执行。在框架梁和柱箍筋的密度处理上，对于加密区的最大距离以及最小距离都有明确的规定。从工程设计的习惯角度来讲，对于加密区的最大间距规定为100mm，非加密区的最大间距为200mm。但是如果按照电算程序来讲的话，在知道了梁柱箍筋在加密区的间距后，就可以计算出箍筋的面积，然后设计人员就会算出箍筋的直径以及数量，从而更加合理的设计出箍筋的荷载能力，提高结构的抗震性能。但在程序的内定条件下，框架梁跨中的部位有较大的集中荷载作用却只配两肢箍筋的情况下，非加密区的间距采用200mm会导致非加密区的配箍不足，为此建议改成间距为100mm，这样便可以保证受集中荷载时非加密区的抗剪承载力。

3、钢筋混凝土建筑结构抗震设计

3.1梁柱结构设计

为增强建筑物的抗震能力，在抗震设计环节，应适当提高框柱承载能力，以便进一步承担框梁压力。钢筋混凝土结构在遭遇地震灾害后，框梁塑性异常明显，一旦受到最大非线性位移干扰，塑性将会发生较大的转变，引发柱端塑性延迟出现，待达到最大非线性位移后，塑性转变较小，有些甚至不出现塑性转变，便可确保钢筋混凝土结构的强度和稳定性。

3.2实施短肢剪力墙设计

短肢剪力墙是指中间位置布置剪力墙，其它均是短肢剪力墙，该结构主要被应用在地震等级在6-7级范围内的区域中。在短肢剪力墙中存在多个剪力墙结构，在具体的设计环节，应严格参照相关规范，合理设计，不仅要确保受力方向的抗震能力满足标准，还应保证承载能力统一。同时，还应有效控制倾覆力矩，在具体的建筑工程中，应依据相同侧力方向上的实际面积以及整体结构中截面面积，来确定倾覆力矩。

3.3其它措施

为确保钢筋混凝土结构具有较强的抗震能力，在设计环节，应明确受拉钢筋的最理想的配筋率，同时，配筋率一定要涵盖最小以及最大配筋率，其中最小配筋率可确保房梁稳固，不会因拉力影响出现断裂或者缝隙，最大配筋率可确保受拉钢筋在屈服条件下，混凝土承压地带和房梁的最后损坏状态下的极限压应力之间存在一定的差距，这是因为在房梁的最后损坏状态下，均以受压地带混凝土的负载压力和损坏程度进行衡量。另外，在建筑结构的抗震设计环节，可针对箍筋使用制定详细的标准，此种作法，可全面抗剪，并可规范箍筋的最小半径，使其在箍筋条件下，竖向箍筋不会因提前受力，引发不稳现象。同时，还应约束遭受压力的混凝土，以此来增强混凝土的耐压力。最后，还应切实保证房梁部位所使用的钢筋质量合格，满足相关规范标准。受压钢筋可充分分散剪力作用，减小受压地带的高度值，在遭遇地震灾害时，下梁地带可整体弯曲，下方钢筋会承担一定的压力。

三、优化钢筋混凝土结构设计的对策

1、完善地基与基础设计

在进行建筑的地基设计时，天然地基应优先采用阶梯形独立基础，并在设计独立基础间的拉梁时，充分考虑梁坡上扩散角内土的重量，适当增大配筋或混凝土强度，从而保证独立基础间的拉梁结构具有足够的稳定性。对于有地下室的建筑，为防止地下室底板因整体沉降而产生开裂，应在设计时在地下室底板与持力层间采取褥垫处理措施；如果是天然地基，附加应力的影响会更大，这时就需要在地下室底板与持力层之间采取支护的保护措施。另外，对于地下水位季节性变化较大的地区，还应综合考虑不同水位对底板的影响，求出包络图，再依据包络图做好建筑本身的防水和排水设计，并做好配筋设计。在计算配筋时，一定要对地下室底板和外墙采用统一的配筋计算方法，使其标准化和规范化。

2、优化上部结构设计

首先，在进行框架-剪力墙结构设计时，应遵循多道设防的设计原则，并保证其结构布置及形状的规则性，使整个结构的各部分刚性一致，避免应力过于集中，从而提升钢筋混凝土结构的稳定性和安全性，增强其抵抗外来破坏力的能力。其次，对剪力墙的梁和柱的结构设计，应严格按照强柱弱梁、强剪弱弯和强大节点的要求进行，并在挑梁端头设置构造柱，将每层的挑梁连接在一起，有效避免挑梁变形和墙体外闪，从而提升建筑的抗震性。另外，梁的支座形式应根据工程具体情况来确定，有时设计为铰接支座更加合理，绝不可全部设计为固定式。

3、加大裂缝控制力度

在进行钢筋混凝土结构设计时，对裂缝的防治处理也是其中的重要内容。在容易产生裂缝的部位应采用预应力混凝土浇筑方式，并在预埋管线时，利用设置支架的方式固定管线，同时在管线交叉部位应用固定接线盒，从而降低各种裂缝出现的几率，提高结构的整体稳定性和牢固性。

结束语

钢筋混凝土结构因其具备的强度大、延性好、整体性强等优势而得到广泛应用，但同时也存在着自身重量大、抗裂性不好、性质偏脆等缺点，因此在设计中除了以上问题以外，还存在着诸多问题，而且涉及范围较广。因此，广大设计人员应严格遵循国家的有关规定，结合施工现场实际情况进行不断总结，从而在设计中充分发挥钢筋混凝土结构的优势，进一步提升钢筋混凝土结构设计的科学性与合理性。

参考文献：

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