混凝土的结构设计篇(1)

郝艳娥(1979- )，女，陕西西安人，讲师，一级注册结构师，硕士，研究方向:建筑结构和施工技术。

摘要：若根据结构受力特点及建筑尺度、形状、使用功能要求，在设计中提前确定结构缝的合理位置和构造要求，不仅可以改善混凝土结构的受力，而且能避免或者减轻结构裂缝等不利因素的影响。本文阐述了钢筋混凝土房屋在结构设计中主要的设缝类型及作用，然后对结构缝的设置部位及技术要求进行总结和探讨，以便为设计人员提供参考。

关键词：混凝土结构；设缝；技术分析

1.混凝土结构房屋建筑中设缝的主要类型及作用

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（以下简称《混规》）第3.2.2条规定：混凝土结构中结构缝的设计应根据结构受力特点及建筑尺度、形状、使用功能要求，合理确定结构缝的位置和构造要求；宜控制结构缝的数量，并采取有效措施减少设缝对使用功能的不利影响[1]。为了改善混凝土结构的受力，设计时通过设置结构缝将结构分割为若干相对独立的单元。不同类型的结构缝以消除混凝土收缩、温度变化引起的胀缩变形、基础不均匀沉降、刚度质量突变、结构防震、连续性倒塌等不利因素的影响。结构缝主要包括伸缝、缩缝、沉降缝、防震缝、构造缝、防止连续倒塌的分割缝等，这些都属于永久缝；下面具体介绍常见的三种设缝类型及功能作用：（1）伸缩缝伸缩缝又称温度缝，是混凝土结构中伸缝和缩缝的合称。伸缝又称膨胀缝，由于混凝土结构中某些局部体积膨胀或平面尺寸过长宜与其余部分造成变形差而设置伸缝而加以隔离。一般设于屋盖或山墙部位。缩缝又称收缩缝，为了减小混凝土在凝固过程中体积减小或温度下降而造成的约束应力而设置。（2）沉降缝当建筑物的基层土质差别较大或者是与相邻建筑物的高度、荷载和结构形式差别较大时，容易造成地基或基础的不均匀的沉降。为了避免或减少这种结构沉降差异，在适当部位设置沉降缝将建筑物划分成若干个刚度较好的单元，以减小由此引起的约束内力及沉降裂缝。（3）防震缝为减轻或防止相邻结构单元由地震作用引起的碰撞而预先设置的间隙。在适当部分设置防震缝能将形体复杂和结构不规则的建筑物划分成为若干个体型简单、结构规则的独立抗震单元，中间间隙可使两侧结构完全分开距离，保证在地震作用下两侧结构不发生碰撞。

2.设计中常见“缝”的设置方法和技术要求在设计图纸阶段，需在结构适当部位设置的缝有伸缩缝、沉降缝、防震缝，一般将这三类缝合称为变形缝。

2.1伸缩缝的设置和技术要求:根据《混规》可确定伸缩缝的设置部位。《混规》第8.1.1条规定了钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距，可根据不同的结构类别、施工方法及环境条件确定合理的伸缩缝间距。若施工阶段采用低收缩混凝土、加强养护等有效措施来减少气候变化的不利影响时，可将伸缩缝间距适当增大。《混规》第8.1.4条规定设置伸缩缝时，框架、排架结构的双柱基础可不断开。这是因为基础因埋在地下受气温变化和混凝土收缩影响小可以不设伸缩缝，但必须将基础以上的建筑构件如墙体、楼板、屋顶（木屋顶除外）等完全分开，让建筑物沿长方向自由变形。混凝土结构伸缩缝的宽度应满足防震缝的要求。2.2沉降缝的设置和技术要求:《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011（以下简称《地规》）第7.3.2-1条详细规定了建筑物设置沉降缝的具体部位，这里不再赘述。应根据建筑物各部分的刚度差异将建筑物从基础到屋顶间的构件完全断开，以使建筑各部分独立沉降。沉降缝的宽度与所建房屋层数有关。若房屋层数为二~三层，则沉降缝宽度为50~80mm；若房屋层数为四~五层，则沉降缝宽度为80~120mm；若房屋层数为五层以上，则沉降缝宽度不小于120mm。沉降缝一般兼起伸缩缝的作用，其构造与伸缩缝基本相同，但盖缝条及调节片构造必须注意能保证在水平方向和垂直方向自由变形。

2.3防震缝的设置和技术要求:是否设置防震缝应按〖JP+1〗《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（以下简称《抗规》）第3.4.5条和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称《高规》）第3.4.9条进行判断。目前对于体型复杂的建筑物是否设置防震缝看法不一。若设置抗震缝，可将复杂结构平面划分为较简单的结构单元，使结构抗震分析模型较为简单，容易估计地震作用和采用抗震措施，但需考虑扭转地震作用，同时也会给建筑立面处理、结构及设备设计带来许多困难，基础防水也不好处理；若不设置防震缝，结构分析模型复杂，局部应力、变形集中的连接处需加强，而且要仔细估计地震扭转效应导致的不利影响。设计界目前总体倾向是可设缝、可不设缝时，采取不设或少设缝。如设缝，应从设计和施工上采取有效措施减少不利影响。若设置防震缝时，《抗规》第6.1.4条和《高规》第3.4.10-1条规定了防震缝宽度的最小值，现列于表1。对于防震缝两侧的结构体系和房屋高度不同时，防震缝宽度宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度来确定。

表1防震缝的最小宽度要求(mm)

2.4三缝之间的关系及设置原则:《高规》第3.4.11条规定：在抗震设计时，伸缩缝和沉降缝应留足够的宽度，必须满足防震缝宽度的要求。无抗震设防要求时，沉降缝也应有应有一定的宽度，防止因基础倾斜而顶部碰撞的可能。三缝设置时应遵循的原则：1）统筹考虑，合并设置，尽量达到“一缝多能”的作用；2）沉降缝与伸缩缝合并设置时，基础应按沉降缝要求，从基础到屋顶设缝断开；伸缩缝和防震缝合并设置可只从上部结构断开，基础相连。3）设缝技术应满足建筑功能要求，比如止水防渗、保温隔声及安全美观。总之:由于现代工程建筑体型复杂、使用功能多样化、房屋高度不断增加、水泥强度等级的提高以及混凝土浇筑量加大，使现浇钢筋混凝土房屋的裂缝问题比较普遍。若能在设计钢筋混凝土结构时提前合理设缝，不仅可以改善混凝土结构的受力，而且能消除混凝土的胀缩变形、基础不均匀沉降、地震作用等不利因素的影响，有效控制结构有害裂缝的出现，保证工程质量。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范GB50010-2010. 北京：中国建筑工业出版社，2010

混凝土的结构设计篇(2)

关键词 混凝土结构;砌体结构;钢结构加固

【中图分类号】 TU522.3+1 文献标识码:B 文章编号:1673-8500(2012)10-0018-02

1 直接加固的一般方法有

1.1 加大截面加固法:

在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。

在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。在原构件正截面配筋率不太高的情况下,增大主筋面积可有效地提高原构件正截面抗弯承载力。在截面的受拉区加现浇混凝土围套增加构件截面,通过新加部分和原构件共同工作,可有效地提高构件承载力,改善正常使用性能。

加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

1.2 置换混凝土加固法:该法的优点与加大截面法相近,且加固后不影响建筑物的净空,但同样存在施工的湿作业时间长的缺点;适用于受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

1.3 粘钢加固法:钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。

该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

2 间接加固的一般方法有

2.1 预应力加固法

2.1.1 预应力水平拉杆固法:

预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上(当拉杆与梁板底面紧密贴合时,拉杆会与构件共同找曲,此时尚有一部分压力直接传递给构件底面),在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。

2.1.2 预应力下撑拉杆加固法:

钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点(下撑点和杆端锚固点)传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,改变了原构件截面内力特征,从而提高了构件的承载能力。

该法能降低被加固构件的应力水平,不仅使加固效果好,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力,但加固后对原结构外观有一定影响;适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固,但在无防护的情况下,不能用于温度在600C以上环境中,也不宜用于混凝土收缩徐变大的结构。

2.2 增加支承加固法:

增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于具体条件许可的混凝土结构加固。

2.3 其它加固法:

辅助结构加固法是采用另制的辅助构件,如型钢、钢桁架或钢筋混凝土梁,部分或全部分担被加固梁的荷载。

在支座附近加腋后,支座附近截面的有效高度提高了,因此,截面的抗弯和抗剪能力都得到提高。

3 与混凝土结构加固改造配套使用的技术一般有

3.1 托换技术:

系托梁(或桁架)拆柱(或墙)、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称;属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成;适用于已有建筑物的加固改造;与传统做法相比,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但对技术要求较高,需由熟练工人来完成,才能确保安全。

3.2 植筋技术:

系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术;可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋;已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋钢筋或钢筋偏离设计位置的补救,构件加大截面加固的补筋,上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长,房屋加层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。

3.3 裂缝修补技术:

根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术;适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。内部修补法。

内部修补法是用压力泵把胶结材料压力混凝土裂缝中,结硬后起到补缝作用,并通过其胶结性使原结构恢复整体性,该方法适用于裂缝宽度较大,对结构的整体性和安全性及耐久性等有影响,或有防水防渗等要求的裂缝的修补。

3.4 碳化混凝土修复技术:

系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀得到遏制的技术。

4 砌体结构加固方法

砌体结构的加固分为直接加固与间接加固两类,设计时,可根据实际条件和使用要求选择适宜的方法。

4.1 适用于砌体结构的直接加固方法一般为:1、钢筋混凝土外加层加固法: 该法属于复合截面加固法的一种。其优点是施工工艺简单、适应性强,砌体加固后承载力有较大提高,并具有成熟的设计和施工经验;适用于柱、带壁墙的加固;其缺点是现场施工的湿作业时间长,对生产和生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。 2、钢筋水泥砂浆外加层加固法: 该法属于复合截面加固法的一种。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近,但提高承载力不如前者;适用于砌体墙的加固,有时也用于钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。 3、增设扶壁柱加固法: 该法属于加大截面加固法的一种。其优点亦与钢筋混凝土外加层加固法相近,但承载力提高有限,且较难满足抗震要求,一般仅在非地震区应用。

4.2 适用于砌体结构的间接加固方法一般为: 1、无粘结外包型钢加固法: 该法属于传统加固方法,其优点是施工简便、现场工作量和湿作业少,受力较为可靠;适用于不允许增大原构件截面尺寸,却又要求大幅度提高截面承载力的砌体柱的加固;其缺点为加固费用较高,并需采用类似钢结构的防护措施。

4.3 砌体结构构造性加固与修补:1、增设圈梁加固: 当圈梁设置不符合现行设计规范要求,或纵横墙交接处咬搓有明显缺陷,或房屋的整体性较差时,应增设圈梁进行加固。 2、增设梁垫加固: 当大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体出现局部竖直裂缝时,应增设梁垫进行加固。 3、砌体局部拆砌: 当房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影响承重及安全时,可将破裂墙体局部拆除,并按提高砂浆强度一级用整砖填砌。

5 钢结构加固方法

钢结构加固的主要方法有:减轻荷载、改变结构计算图形、加大原结构构件截面和连接强度、阻止裂纹扩展等。当有成熟经验时,亦可采用其它加固方法。1、改变结构计算图形: 改变结构计算图形的加固方法是指采用改变荷载分布状况、传力途径、节点性质和边界条件,增设附加杆件和支撑、施加预应力、考虑空间协同工作等措施对结构进行加固的方法; 改变结构计算图形的一般加固方法: (1)对结构可采用下列增加结构或构件的刚度的方法进行加固:A、增加支撑形成空间结构并按空间结构验算; B、加设支撑增加结构刚度,或者调整结构的自振频率等以提高结构承载力和改善结构动力特性;C、增设支撑或辅助杆件使结构的长细比减少以提高其稳定性; D、在排架结构中重点加强某一列柱的刚度,使之承受大部分水平力,以减轻其它柱列负荷;E、在塔架等结构中设置拉杆或适度张紧的拉索以加强结构的刚度。2、加大构件截面的加固: 采用加大截面加固钢构件时,所选截面形式应有利于加固技术要求并考虑已有缺陷和损伤的状况。3、连接的加固与加固件的连接:钢结构连接方法,即焊缝、铆钉、普通螺栓和高强度螺栓连接方法的选择,应根据结构需要加固的原因、目的、受力状况、构造及施工条件,并考虑结构原有的连接方法确定。 钢结构加固一般宜采用焊缝连接、摩擦型高强度螺栓连接,有依据时亦可采用焊缝和摩擦型高强度螺栓的混合连接。当采用焊缝连接时,应采用经评定认可的焊接工艺及连接材料。

参考文献

[1] 曹双寅,邱洪兴,王恒华编. 《结构可靠性鉴定与加固技术》[M],1998.

混凝土的结构设计篇(3)

关键词：混凝；裂缝；设计；预防措施

混凝土结构出现不同程度，不同形式的裂缝，这是非常普遍的，特别是大体积混凝土结构出现裂缝更常见。但这些裂缝必然会给工程带来不同程度的危害。如何采取有效措施，从设计上防止混凝土结构表面和内部出现有害裂缝呢？下面谈谈笔者的一些看法。

一 混凝土结构产生裂缝设计方面的成因

混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，主要原因有设计原因、材料原因、混凝土配合比设计原因、施工及现场养护原因、使用原因（外界因素），下面主要对设计原因进行进一步的分析。

1. 设计原因

⑴设计结构中的断面突变而产生的应力集中所产生的构件裂缝。

⑵设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝（偏心、应力过大等）。

⑶设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝（如墙板、楼板）。

⑷设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形。

⑸设计中采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。

2. 材料原因

⑴.粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。⑵.骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。⑶.混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。⑷.水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大、粉煤灰及矾土水泥收缩值较小、快硬水泥收缩大。⑸.水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。

3.混凝土配合比设计原因

⑴.设计中水泥等级或品种选用不当。⑵.配合比中水灰比（水胶比）过大。⑶.单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大。⑷.配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值。⑸.配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。

二 混凝土结构裂缝设计预防措施

想要对裂缝进行最为有效的预防和控制就必须对裂缝的成因和类型进行深入的研究和了解，因地制宜，对每一种裂缝类型实施有针对性的预防和控制。在可能产生裂缝的各个环节采取有效的预防措施。将混凝土裂缝的隐患消灭在萌芽之中。

混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。混凝土的裂缝一般都发生在早期，所产生的裂缝主要是塑性收缩裂缝、沉降裂缝及收缩裂缝，而在后期所产生的裂缝与结构设计及材料的应用有关。大部分混凝土结构裂缝的原因是由于变形作用引起的，而变形作用包括温度、湿度及不均匀沉降等。由于混凝土自身所具有的一些特点，从原材料到施工工艺等诸多因素都会对混凝土发生直接的影响，所以控制混凝土的裂缝应综合从各个方面综合考虑，把好可能对其发生影响的各道关。设计时预防混凝土结构裂缝，主要包括以下两方面。

1.混凝土裂缝的设计防治措施

混凝土裂缝的防治措施主要有设计措施和施工措施，混凝土裂缝常见的预防措施主要有混凝土塑性裂缝的预防措施、温差裂缝的预防措施、混凝土裂缝渗漏水的预防措施、合理正确的使用外加剂、混凝土的早期养护，下面将对设计防治措施进行进一步的研究。

一是精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土；二是增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3-0.5%之间；三是避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施；四是在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸；五是在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

2. 混凝土裂缝渗漏水的设计预防措施

设计中应充分考虑地下水作用的最不利情况，即地下水、地表水和毛细管水对结构的作用以及由于人为因素而引起的周围水文地质变化的影响。

桩基、筏基必须支撑在可靠的持力层上，使结构具有足够的强度、刚度，以抑制地基基础局部下沉。

结构设计中，应根据地下工程确定的几何尺寸，地基土和桩基情况，验算整浇混凝土由于温差混凝土收缩所产生的总温度应力是否超过当时基础混凝土极限抗拉强度，并采取相应的混凝土强度和抗渗。等级，合理配置钢筋，提高混凝土的瞬时极限拉伸值，使大体积混凝土具有足够的抗裂能力而不出现裂缝。根据结构断面形状、荷载、埋深，基础的强度，采用结构自防水混凝土，即补偿收缩混凝土。一般在混凝土中内掺WG-HEA或UEA膨胀剂，补偿混凝土的限制收缩，抵消混凝土结构在收缩中产生的拉应力，控制温差，使结构不裂。HEA、UEA混凝土参以膨胀加强带取代后浇缝。即在结构收缩应力最大的地方多掺入HEA或UEA，产生相应较大的膨胀来补偿结构的收缩。加强带的位置一般设在结构后浇带上，宽为2m。带之间适当增加温度钢筋10%～15%，能实现连续超长防水结构，其后浇缝设置可延长至100m以上对于温度影响大，墙薄、面大，养护困难的地下室边墙、柱墙变截面部位，只需适当增加水平构造钢筋和加强钢筋。特别重要的防水建筑，增加外防水层，即构造自防水与建筑防水相结合，双防双保险。地下工程底板采用现代高效预应力混凝土，对消除结构混凝土裂缝，有其独特的效果。

根据结构设计，合理设置后浇带和变形缝。设计图中，应着重绘制加强带、后浇带、变形缝和施工缝等构造详图，便于施工。

三 结束语

总之，混凝土在设计中对有些结构按其所处条件的不同，允许存在一定宽度的裂缝。但设计时应尽可能采取有效的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，或尽量减少裂缝的数量和宽度，特别是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量。

参考文献

[1]王乃胜.浅谈混凝土裂缝的成因及控制[J].安徽建筑.2012（06）

混凝土的结构设计篇(4)

关键词：混凝土；结构；素混凝土；钢筋混凝土；预应力混凝土

中图分类号：TU37文献标识码：A

前言

混凝土结构是指把混凝土当做主要材料的工程结构，它主要包括了素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土等。这三种混凝土结构各有各的优劣，下面主要介绍在何种情况下应用何种结构的混凝土最为合适。

各种混凝土结构简略介绍

（一）素混凝土：素混凝土相对于预应力混凝土、钢筋混凝土而言。它是钢筋混凝土结构中一项重要的组成部分，将水泥、砂、石子、矿物参合料等用一定比例混合后经过一定配比加水制成。普通混凝土干表观密度为1900～2500kg/m3，是用石作骨料、天然砂制成的。而当构件配筋率小于钢筋混凝土纵向受力钢筋的最小配筋百分率之时，便视为素混凝土结构。素混凝土具有一定的抗压强度，而抗拉强度却比较低。

（二）钢筋混凝土：钢筋混凝土结构是将钢筋和混凝土按一定比例拌制而成的一种结构。钢筋用来承受拉力，混凝土用来承受压力。钢筋混凝土具有材料坚固、使用耐久性好、防火性能突出、比钢结构更加节省钢材并且比钢结构成本更为低廉等优点。钢筋混凝土分两种：(1)整体式的钢筋混凝土结构。在施工的现场架设出模板并配置钢筋，再浇捣混凝土制成。(2)装配式的钢筋混凝土结构。用在工厂或者施工的现场预先制成钢筋混凝土构件，再在现场拼装而成。20世纪90年代以来，我国钢材量不断的提高，钢筋混凝土组合结构在我国建筑行业中得到了迅速的发展，并且随着建筑的造型和建筑的功能要求越来越多样化。

（三）预应力混凝土：预应力混凝土讲的是在混凝土结构的构件承受荷载前，利用张拉配在混凝土里，高强度的预应力钢筋使混凝土受到一定的挤压，挤压后产生的预压应力便可以抵销外荷载引起的一大部分或者全部拉应力，这也就提高了混凝土结构构件的抗裂程度。这样，预应力混凝土一方面由于不出现裂缝或者裂缝宽度小，它比普通钢筋混凝土的截面刚度要大一些，变形要小一些；另一方面预应力将构件或结构产生的变形与外荷载产生变形的方向相反（称为“反拱”），因而可抵销后者的一部分变形，使之较容易满足混凝土结构对变形的要求，所以将预应力混凝土用在建造大跨度结构的建筑中使用效果会相当的好。

预应力混凝土和钢筋混凝土的运用

（一）预应力混凝土：在20世纪70年代时，新西兰就将预应力混凝土结构抗震研究成果列入了国家抗震设计规范中，还提出了“抗地震荷载的延性预应力混凝土框架的设计与细节处理建议条款和说明”，主要的规定和要求有：（1）全预应力混凝土结构的设计地震荷载应比普通混凝土框架增加20%，对于部分预应力混凝土框架，增加的地震荷载可以在0~20%间用插入法选用（2）高于二层的预应力混凝土框架，应具有通过在梁中行程塑性铰而以弯曲形式耗散地震能量的能力。对于二层以上的框架柱，不应在同一楼层柱上、下端同时出现塑性铰。不久之后，国际预应力混凝土协会也提出了一项建议“预应力混凝土抗震设计建议”，在这个建议中，详细的说明了抗震结构形式的选择、特征地震荷载和地震分析的方法。并详细的叙述了抗震设计的要点：(1)为了确保塑性铰位置合适以及塑性铰具有足够的转动能力，应考虑影响延性的下列因素：①限制受拉钢筋的含量，满足戈≤0．25h，当采用能够保证足够延性的其它措施时，可适当放宽要求；②在弯矩变号处，要求延性最大，钢筋应设置在靠近两侧的最外边缘处，而不是集中在中性轴附近，以增加构件的延性；③临界截面应当配有约束箍筋，尤其是该截面有较大的弯矩和剪力作用时；④轴向受压荷载会大大减小预应力混凝土构件的延性；⑤截面设计弯矩至少等于开裂弯矩的1．3倍。(2)在计算设计剪力时，应考虑材料可能超强。考虑超强后的弯矩可取按材料特征强度计算的抗弯能力的1．15倍。(3)柱子的设计原则是，应具有比其它构件更强的安全储备，柱子同样必须满足延性的要求。在柱子抗剪设计时，应将柱子的端部区视为塑性铰区。(4)梁柱节点设计时，节点的强度应不小于其所连接构件的强度，并应在整个节点核心区范围内，沿柱的纵筋周围配置箍筋。

（二）钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构在建筑工程中的应用范围很广，许多工程结构都可使用钢筋混凝土来建造。在工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利海港等土木工程领域中都得到了充分的御用。钢筋混凝土结构在原子能工程、海洋工程和机械制造业的一些特殊场合也有使用，例如反应堆压力容器等，它将钢结构中许多难于解决的技术问题都解决了。

混凝土结构的缺点

（一）钢筋混凝土结构的缺点：钢筋混凝土结构的缺点是表面容易损伤，易缺棱掉角。当模板表面没有涂抹隔离剂的时候或者磨板表面没有清理干净沾有混凝土的时候，容易出现这种状况。当然，模板不平，混凝土强度偏低，拆模方式不够规范也容易出现这种状况。还有就是钢筋混凝土的内部有时并不密实。造成这种现象的原因大多是板缝处跑浆的结果。

（二）预应力混凝土结构的缺点：预应力混凝土制作工艺复杂，质量要求比较高，需要配备专业的队伍和专门的设备。而且预应力反拱不易控制，它会随着混凝土徐变增大，并且影响使用的效果。此外开工费用大，成本高也是一大难题。

五、结语

本文浅析了钢筋混凝土和预应力混凝土的优缺点，希望在今后的生活中可以指导各位用于实践。

参考文献：

混凝土的结构设计篇(5)

关键词：混凝土；结构设计；抗裂措施

混凝土结构物产生裂缝是结构物的承载能力、耐久性、防水性等的各种性能下降的主要原因；其对策的重要性直接影响到结构物的耐用年数，以及能否达到设计要求的服役年限。按我国有关规范设计的工程，有相当数量的混凝土构件配筋量是由裂缝控制决定的，裂缝控制是制约工程质量和建设成本的一个重要因素。

混凝土裂缝产生的原因很多，基本上裂缝的发生与混凝土原材料、设计、施工的环境条件和施工工艺、结构的使用和维护等密切相关。结构设计是首位，不仅要保证设计的结构具有足够的强度和强度储备，而且针对不同的结构应采取相应的抗裂措施。

1、混凝土结构裂缝成因分析

为了有效解决混凝土施工过程中存在的裂缝问题，需要对其产生原因做细致分析，结合建筑工程施工实践看，导致混凝土裂缝的原因有很多，但归纳起来主要包括如下几个方面：

原材料的配置不合理，如混凝土配置时水泥所占的比例过大，导致混凝土中的水分较大，当水分蒸发后也会导致混凝土的收缩增大，如果骨料所使用的砂岩颗粒较小也会增大混凝土的收缩率，因而也更容易发生裂缝现象。

施工现场环境恶劣，施工现场的温度湿度也会对混凝土是否裂缝产生重要影响，建筑施工时会在混凝土内部发生水化放热现象，加之混凝土内外部的温差变化和建筑配件的互相限制，当混凝土的抗裂能力小于温差变化产生的温度应力时，在建筑表面甚至内部也会出现裂缝现象。

施工设计的不合理，如在安装混凝土楼板时，由于受到双向剪力的作用，在切角处常常会出现裂缝，对此也可以从力学角度加以计算分析。除了上述三个主要影响因素以外，混凝土裂缝问题还受到诸如建筑结构、施工工艺以及后续维护的影响，只有综合考虑并完善这些细节工作，才能有效改善混凝土施工实践工作，提升建筑工程质量。

2、结构设计时用的抗裂措施

2.1混凝土原材料的选择

要控制混凝土的开裂，需要从原材料的选择出发，原材料选择的正确与否，直接影响到混凝土的开裂。由于混凝土自身的特性，水灰比过大，水泥用量大，外掺剂保水性差，粗骨料少，用水量大，振捣不良，环境气温高，表面失水大（养护不良及吸水砖模）等都能导致塑性收缩表面开裂。

自20世纪初起，为了减小水化放热产生的影响，开始采用掺火山灰的办法，30年代又开发出低热水泥。利用加大粗骨料粒径、非常低的水泥用量、预冷拌合物原材料、限制浇筑层高和管道冷却等措施，进一步获得了降低水化温峰、抑制热裂缝的效果。因此从选择水化热低的水泥，控制水灰比，减少水泥用量和用水量，添加适当的外加剂等措施以控制混凝土的开裂。例如，超长的地下室结构外墙应选用补偿收缩混凝土，即在混凝土中掺入UEA、HEA等微膨胀剂，以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值不小于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。普通硅酸盐水泥外掺粉煤灰可有效控制早期和长期收缩开裂。

2.2提高结构自身承载力

在建筑工程设计过程中，有时候虽然梁板的挠度和承载力都在规范标准的限定范围之内，但是如果相比而言，挠度较大而承载力较小，这种偏差也会导致工程项目产生裂缝，对此可通过提高结构配筋率、加大梁截面或板厚加以解决。考虑混凝土的承载力会随着温度、湿度等带来的环境侵蚀而逐渐降低，因此对混凝土相关项目的设计必须考虑留有一定的安全余地，从而保障工程项目的安全、持久和耐用。此外，建筑地基的不均匀沉降，引发的受力不均也极易导致裂缝现象，对此应考虑加强基础的整体性能，如在拉梁两端设置相应的后浇带，通常的做法是在每30～45m设置一道后浇带并在45～60天以后进行浇筑。

2.3减小地基的不均匀沉降

因为建筑物地基的不均匀沉降而引起的结构裂缝的事例不多，位于采空区的建筑物易发生。此时需加强基础的整体性，以减小地基不均匀沉降对结构的影响，比如独立基础时设置拉梁，或采用筏板基础，或采用箱形基础。如果地基土本身软硬不均，除采取上述措施外，还可以采取局部换土或加大基础底面积的措施。柱下独立基础或桩承台，当设置拉梁时，由于各独立基础或桩承台之间的沉降差，会造成拉梁两端的开裂，而且在有些工程中开裂还非常严重。此时建议在拉梁两端各设一道后浇带，如果地质条件较好可设一道或不设。

2.4控制地下室墙体的裂缝并设置后浇带

为控制地下室墙体裂缝的发生，可在墙体顶部和腰部设两道暗梁，并适当增设暗柱，以起到模箍作用或适当增加墙体配筋。为防止墙体出现早期收缩裂缝，在墙体中可设置适当数量后浇带。随着社会的发展，超长建筑越来越多，而且很多因为建筑功能和美观不让设伸缩缝，这便需要结构专业采取措施来解决混凝土的收缩应力和温度应力引起的结构变形和裂缝。一般做法即是设置后浇带： 每隔30～45m设置一道，在45～60d后浇筑。超长建筑物、高层建筑的屋面板、不做保温的屋面板均会产生很大的温度应力，势必会形成温度裂缝。加厚板厚且受力钢筋双层双向配筋能有效的解决温度应力对裂缝的影响，但钢筋间距不宜过大，一般不大于150mm。或加厚板厚但受力钢筋不通长设置，在受力钢筋外侧设置双层双向Φ6@150的钢筋网片。

2.5必要厚度的保护层

混凝土结构中，钢筋与混凝同工作，足够的配筋是保证混凝土结构承载力的必要条件； 钢筋在混凝土中良好锚固是钢筋与混凝土能共同工作的保证。因此，钢筋需除去泥土、油污、锈蚀，使之与混凝土良好的结合，以保证混凝土对钢筋的握裹力。否则，钢筋锈蚀会逐渐导致混凝土出现顺钢筋的裂缝，裂缝发展会导致混凝土剥落开裂，这种裂缝不但破坏混凝土对钢筋的握裹力、破坏钢筋的锚固，还会加速钢筋的锈蚀。如此发展下去使结构的承载力下降，耐久性降低，甚至危及结构的安全。而混凝土结构设计规范也指出，当混凝土保护层厚度较大时，虽然裂缝宽度计算值也较大，但较大的混凝土保护层厚度对防止钢筋锈蚀是有利的。因此，要有必要厚度的保护层使钢筋与外界隔绝，避免此种情况的发生。

3、结语

混凝土裂缝问题直接关系到建设施工项目的美观和安全性能，需要重点加以关注。本文在较为详细分析混凝土结构裂缝原因的基础上，针对性的提出了相应的改进建议，旨在抛砖引玉，相互交流，有效促进相关工程实践工作的更好开展。

参考文献：

混凝土的结构设计篇(6)

【关键词】混凝土；高层建筑；结构设计；建筑安全

1 混凝土结构在高层设计中的要求

目前， 由于商品混凝土的所需费用高以及数量的有限性， 往往仅限于供应大中型城市， 其他地区仍以现场搅拌生产混凝土为主。现场混凝土的生产， 就要求搅拌设备较先进， 工艺流程清晰和操作程序严格， 否则就会导致混凝土非常不稳定的质量， 离散性很大的强度。对于高层建筑来说，由于其结构具有一定的特殊性。因此，对于其稳定性和抗震性提出了较高的要求。混凝土结构可以有效地满足这一要求，达到建筑结构的稳定性。从混凝土自身的特点来看，其特点较为突出，主要表现在以下三个方面：

第一，安全性。所谓的安全性就是指混凝土结构能够对整个建筑结构起到一定的承载作用， 而且不容易受到温度以及湿度的影响。最重要的是，混凝土结构在运用的过程中可以有效地减少较大应力的撞击，保证了建筑的整体稳定性，进而保证了建筑结构的安全性。为了使得建筑结构处于一种稳定的状态，可以考虑采用混凝土材料作为施工材料。

第二，持久性。混凝土材料本身的抗腐蚀性较强，所以可以有效地抵制不良环境的威胁。和其他的建筑材料相比，混凝土结构的持久性较强。为了提高建筑工程中混凝土材料的持久性，还可以完善对建筑结构的设计。

第三，实用性。所谓的实用性是从混凝土结构的性能上来说的。但是混凝土结构在应用的过程中，如果施工或者是养护不当回出现严重的裂缝或者是断层的现象，因此，需要将这两种状态控制在标准的范围内，尽量满足建筑结构的完整性和坚韧度。混凝土材料由于在设计和施工的过程中存在着一定的优点。因此，在建筑工程中得到了广泛的应用。

2 混凝土在高层建筑结构设计中的应用分析

2.1 概念设计

在高层建筑中应用混凝土材料，主要是在保证建筑结构的稳定性的基础上，提高建筑物的抗震功能。其设计理念就是通过这一概念设计体现出来的。提高建筑的抗震功能可以通过提高其抗扭刚度来实现，同时对于眼性结构进行精心设计，另外要对较为薄弱的环节进行分析和研究。这一系列的措施主要是为了减少外力对建筑结构的影响和破坏，同时也是为了减少建筑的局部损害引起的整体结构失衡，保证建筑结构的整体稳定性。另外，不同地区的建筑结构需要采用不同的设计方式，例如，地震发生的频发地区需要对建筑结构的稳定性加强重视，同时对于建筑内部的基础设施以及特殊区域来说，要聘请专业的设计和施工人员来进行施工和设计。这既是所谓的概念设计，有效地提高了建筑结构的整体稳定性。

2.2 混凝土结构的选型

在进行混凝土结构的运用中，需要对混凝土的形态和结构提出较高的要求，同时符合设计的基本原则，尤其是建筑的不规则形。实际上，混凝土材料在施工的过程中，受到了多种因素的限制，其中涉及规范主要表现在以下三个方面：

第一，结构超高。高层建筑结构的高度是其主要的特点，这也是影响混凝土结构、整体稳定性的重要因素。因此，在混凝土结构的设计和施工的过程中，需要根据建筑结构的高度来确定设计方案。而且，随着高度的变化，设计工程也会有所改变。只需要在设计工程中，加强对建筑物高度的重视。因为，从混凝土建筑工程上来看，施工人员多数都是重视施工的质量和施工的周期，对于限高问题没有明确的意识。久而久之就会造成施工图的不合理，影响工程的质量以及工程造价。使得施工单位造成严重的损失。

第二，短肢剪力墙设置。短肢剪力墙即对墙肢截面高厚比为5- 8的墙， 就现在高层建筑设计规范来看， 对短肢剪力墙进行了很多设置。因此，结构工程师在对高层建筑进行设计时，应尽量少选用短肢剪力墙，避免在后期设计中增加不必要的麻烦。

第三，嵌固端设置。高层建筑一般都会存在地下室与人防结构，嵌固端大多设置在地下室顶板。因此在对高层建筑进行混凝土结构设计时，应加强对嵌固端设置位置的重视，避免因为忽略而使得后期设计进行大量修改或者是工程施工造成一定安全隐患。

2.3 混凝土刚度处理

随着高层建筑的逐渐增多，有效的促进了社会经济发展，并缓解了城市发展过程中的土地压力。与之同时高层建筑的安全性与稳定性问题，也更受社会各界的关注。为了确保建筑的结构强度，必须要增强建筑的竖向负载能力。就我国高层建筑建设现状来看，剪力墙应用比较频繁。虽然剪力墙可以更好的提升建筑结构强度，但是过多的应用剪力墙对于大多部分地质条件良好的地区，成为了一种资源浪费。因此，在进行高层建筑结构设计时，需要在满足建筑位移要求的基础上，适当减少对剪力墙的使用，可以有效降低施工成本。

2.4 混凝土加固

混凝土加固是高层建筑结构设计中比较常用的一种方法， 主要包括碳纤维加固与预应力加固两种。碳纤维加固即将具有极强抗拉性的碳纤维用环氧树脂粘剂粘贴到建筑结构上，可以有效提高建筑抗拉能力，增强结构强度。此种加固方法，主要做好维护和管理工作，避免造成火灾。预应力加固即充分利用预应力技术，强制性的加固后加拉杆，提高建筑的机构强度。此种加固法在一定程度上改变了混凝土内部结构。可以有效改善混凝土结构应力不足现状。

3 混凝土施工全过程控制

3.1 原材料、配合比控制要点

新拌混凝土必须具有极好的工作性和黏聚性， 绝对不允许出现分层离析的现象；原材料产地必须统一，砂、石的色泽和颗粒级配均匀。在材料和浇筑方法允许的条件下，应采用尽可能低的坍落度和水灰比，本工程采用泵送商品混凝土，控制坍落度为mm，尽量减少泌水的可能性。同时控制混凝土含气量不超过1.7%，初凝时间不超过6h- 8h。

3.2 混凝土浇筑控制要点

检查落实施工技术保证措施、现场组织措施， 严格执行有关规定；合理调度搅拌输送车送料时间。逐车测量混凝土的坍落度；严格控制每次下料的高度和厚度，保证分层厚度不30cm；振捣方法要求正确，不得漏振和过振。

4 结论

在实施混凝土工程的时候常常会突发一些状况，为了降低这些突发状况对于建设施工的影响，就需要相关的施工建设人员在工程建设以前进行预先的施工设计，预估突发事件影响的程度，并预先做好相应的准备，选取混凝土材料的时候要保证材料的质量，同时要做好混凝土配合比工作。混凝土是现在建筑建设的主要施工材料， 其性能如何在很大程度上影响着整个工程的质量， 对于建筑结构的设计具有重要意义。因此，结构工程师在进行设计时，需要结构建筑当地环境、气候等因素进行综合分析与考察，做好混凝土结构设计，不断提高建筑的抗震性与稳定性，不断优化建筑整体性能。

参考文献

混凝土的结构设计篇(7)

关键词：高层建筑；混凝土结构；优化设计

中图分类号：TU972 文献标识码：A

对高层建筑混凝土结构优化设计不仅是提高高层建筑工程质量的重要举措，也是提高企业核心竞争力的必经之路。那么作为新时期背景下的建筑结构设计人员，在实际工作中应如何确保设计的优越性呢？

一、高层建筑混凝土结构设计需要考虑的相关因素浅析

安全始终是一切建筑工程建设的根本前提，尤其是高层建筑更是如此。而对高层建筑混凝土结构进行优化设计就是提高高层建筑工程安全性的重要举措。因而对高层建筑混凝土结构进行优化具有十分重要的意义。但在优化设计之前，笔者认为还应考虑以下相关因素，才能更好的确保设计的优越性，达到优化设计的目的[1]。

（一）充分考虑侧向力因素

所谓侧向力，就是建成之后的建筑物需要承受的各种外力，如垂直荷载、地震力、风力等外力。尤其是高层建筑需要承受的侧向力，会随着层数的增加而增大，而且侧向力对高层建筑结构的变形、工程造价以及结构内力等有着重要的影响，因而在高层建筑混凝土结构优化设计时必须考虑侧向力因素。

（二）充分考虑刚度因素

从胡克定律分析，相同材料刚度的大小主要取决于剪切模量，建筑塑性刚度取决于建筑的形状、构制。因而在高层建筑工程项目施工过程中，其高度是导致一切风险因素形成的原因，在包括侧向力因素的同时还包括侧向位移，同样随着层数的增加而增大，若水平力作用在高层建筑上，就应确保其侧向位移始终保持在一定的范围以内，而这就需要高层建筑具有充足的强度，并严格控制自振周期始终处于最佳范围之内。因而在高层建筑混凝土结构优化设计时必须考虑刚度因素，确保建筑具有合理的刚度。

（三）充分考虑延性因素

当不同高度的建筑同时遭受侧向力的作用时，高度越高的建筑越容易变形，而究其根源就是其柔性较大，抗变形能力差。因而在优化高层建筑混凝土结构设计时，在确保强度充足的前提下，还应考虑如何提高整体和局部结构的抗变形能力[2]。

二、探讨高层建筑混凝土结构的优化设计

分析了高层建筑混凝土结构优化设计应考虑的因素，那么在高层建筑混凝土结构优化设计中应采取哪些措施以达到优化的效果呢？笔者认为应采取以下几点优化设计措施。

（一）精心设计原材料选用方案

在高层建筑混凝土结构中，原材料是影响结构质量的关键因素之一。一般情况下，高层建筑混凝土结构原材料主要有钢筋和混凝土。其中，钢筋用量的多少对工程造价有着决定性的影响。基于此，为降低工程造价，减少钢筋用量，必须在将高强钢筋作为优先选用的材料。在高层建筑工程项目建设过程中，往往由于土地资源的缺乏和实际需要，而不得不建在软土地基上，不仅会提高工程造价，也会给工程带来难度。因而为了降低造价，减少施工难度，减轻建筑对地基的荷载，在选用高强钢筋的同时还应选用高强混凝土，并确保钢筋混凝土构件的界面尺寸得到有效的优化和合理的使用。通常情况下，地震对建筑物造成的破坏程度大小往往取决于建筑物自重的大小。因而尽可能的降低建筑物的自重是主要的减震措施，从而提高自身的安全系数。因而在设计诸如高强混凝土、钢筋时必须合理，才能快速有效地减少各构件截面尺寸，将少钢筋用量，降低建筑物的自重，在降低工程造价的同时提高建筑物的安全性能。

（二）合理设计独立单元结构，注重结构概念的设计

在高层建筑混凝土结构优化设计中，若整个混凝土结构是独立的单元结构。为确保设计的优化，首先应对平面结构性状进行优化设计，即做到简单规则、长度适中、凹凸部分大小适中、竖向体型均匀规则、外挑内收适中。在此基础上，各结构部分的刚度和承载力必须均匀分布，严禁采用竖向布置不规则的结构，而是采用侧向力上小下大、变化均匀的刚度结构。与此同时，在整个混凝土结构优化设计中，虽然能达到上述的各种标准，但是美观性和适用性又降低了，针对这一情况，作为设计人员必须注重结构概念设计，且在整个设计过程中始终以概念设计为底线，在尽可能确保满足外观和适用的建筑结构的原则下，平面和竖向布局应简洁、均匀、规则，以确保各结构部分承载力刚度分布的均匀合理性。

（三）不断优化剪力墙平面布置

对于剪力墙平面布置的优化，笔者认为应采取以下优化措施：第一，布置剪力墙应采取顺周边均匀且集中布置且对建筑原有功能不损坏的基本布置原则，因而建筑剪力墙通常布置在电梯间、楼梯间处和恒载大、平面形状变化大的地方；第二，对于剪力墙的墙肢截面，采取简单规则的原则，且剪力墙结构的侧向刚度较强，但也不能过大；第三，应避免出现过多的短肢剪力墙，尤其是全部均为短肢剪力墙更应避免，这是由于一旦设计过多或全部为短肢剪力墙，其联合剪力效果不佳，抗剪性能差，容易导致结构破裂[3]。

（四）不断优化高程建筑混凝土结构抗震性能

在抗震设计过程中，必须注意混凝土筒体的承载力和延性。对于高程建筑混凝土结构，出于抗震的需要，不同高度的建筑物，型钢柱的设置位置与设置方法是不一样的，型钢柱设置于筒体四角，建筑物高度一般低于130m，并且抗震设防等级多为7级；筒体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱，建筑物的高度一般高于130m，同时抗震设防等级为7、8、9级。以此增强框架的刚度及承载力。通过刚性连接框架平面内柱与梁的方法可达到增强框架的刚度和水平承载力的目的。具体可采取如下措施：第一，设置外伸桁架加强层；第二，分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接的方法可以被采用；第三，贯通性的刚接桁架与抗侧力墙体应均匀分布。这样就可以很好地避免楼层在水平力作用下的侧移。

三、结语

综上所述，探讨探讨高层建筑混凝土结构的优化设计具有十分重要的意义。作为新时期背景下的高层建筑结构设计人员，必须以客户需求为导向，以实际情况为基本，在日常工作中不断积累经验和教训，加强自身的学习和锻炼，不断提高自身的专业技术水平，切实做好高层建筑混凝土结构的优化设计工作，以不断提高优化设计效果，提升混凝土结构的稳固性，最终确保工程质量提高，创造更多效益，实现可持续发展。

参考文献：

[1]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑.2010，36(05):73.