钢筋设计（精选11篇）
钢筋设计 篇1
0前言
随着社会的发展, 城市的扩大, 民用建筑、工业生产和环境保护的需要, 水池类构筑物工程建设逐年增多。而钢筋混凝土作为常见的水池结构材料, 被广范应用于工业与民用建筑的给水、污水、消防工程中。在满足工艺要求的前提下, 水池结构既要能够满足结构的正常使用要求, 又要经济合理。
1 钢筋混凝土水池分类及应用
钢筋混凝土水池有多种分类方法, 如按结构形式可分为圆形水池、矩形水池;按施工方式可分为整体式、分离式和装配式;按用途可分为水处理水池和贮水池等。钢筋混凝土水池大部分建于地下或半地下, 因为这种布置方式质量较好而且可以节省材料, 在地下温度及风化作用等荷载较小, 池壁外土压力能平衡部分或全部池壁内的水压力, 对水池结构的正常使用有利。在多种因素的作用下, 池体结构会产生裂缝 (包括池顶板、壁板、底板) , 为了使裂缝不致过大而影响水池的使用, 应按规范严格控制裂缝的宽度 (一般水池裂缝控制在0.2 mm) 。此外, 钢筋混凝土水池结构还应考虑池体的抗渗性能。
2 钢筋混凝土水池结构设计的基本规定
1) 各种结构类别、形式的水池均应进行强度计算, 可按GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中的有关规定计算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件, 确定是否需要验算结构的稳定性。
2) 钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度验算。满足正常使用要求时, 控制裂缝开展是必要的, 对于圆形水池或矩形水池的某些部位 (例如长壁水池的角隅处) , 其受力状态多属轴拉或小偏心受拉, 整个截面处于受拉状态, 这就需要控制其裂缝出现;更多的构件将处于受弯, 大偏心受力状态, 为满足结构的耐久性要求, 需要限制混凝土的裂缝开展宽度, 防止因钢筋锈蚀而影响水池的使用年限。同时, 还要满足规范规定的混凝土抗渗, 抗冻以及钢筋保护层厚度等要求, 详见《混凝土结构设计规范》有关规定。
3) 当建筑场地的地下水位比较高时, 还应对水池进行抗浮验算。
3 钢筋混凝土水池结构的荷载
对于非地上式水池, 池壁的水平向荷载包括:池内水压力, 池外土压力 (包括地面活荷载影响和地下水位所处的位置的影响) ;垂直向荷载包括:池内水重和池外土重。荷载最不利组合可分为:池内有水、池外无土;池外有土、池内无水。
1) 池内水压力:池内水压作为水池类构筑物的主要荷载。在设计过程中, 应当偏于安全的按满水高度来计算水压, 因为使用过程中很可能由于值班人员疏忽、计量仪表失灵等造成满池。
2) 池外土压力:池外土压力可按库伦土压力理论或郎肯土压力理论确定。在设计过程中, 应考虑底面堆载或活荷载对池壁所受到的土压力的影响, 地面堆载或活荷载的取值可按照相关的规范确定。同时, 当建筑场地的地下水位较高时, 池壁所受到的压力应计入池外地下水压力的作用。此时, 池外土压力应按土的有效重度计算, 池壁所受到的池外压力为池外土压力加上地下水压力。
3) 浮力:当建筑场地的地下水位较高时, 池壁外侧除应考虑地下水的水平向压力外, 还应考虑地下水对池体的浮力。由于地下水位未掌握好而引起结构选型错误及抗浮不够等工程事故也时有发生。地质勘察报告所提供的地下水位一般仅反映勘测期间的地下水位情况。如果详勘在当地枯水期进行, 所提供的地下水位标高将无法被设计取用, 或导致结构计算的失误。根据实际情况, 结合地方水文资料, 确定一个合适的地下水位标高做设计地下水位, 做到既保证使用阶段结构安全和不利情况抗浮安全, 又能降低工程造价双赢的目的。
4) 温、湿度作用。由于混凝土施工过程中的水化热、工业生产条件以及季节变化等使水池膨胀或收缩, 在池体中产生相应的应力, 很容易产生有害裂缝。
4 钢筋混凝土水池结构的荷载及边界条件
池体结构一般由池壁、底板和顶盖组成。选择合理的结构计算简图和计算公式才能保证结构设计的准确、可靠。水池内力分析计算时, 应做到边界条件的假定与实际情况相符。
1) 当水池设有顶板时, 顶板可按一般的双向板来计算。当顶板长边不小于短边长度的3倍时, 可按单向板计算。
2) 当水池设有顶板时, 池壁顶端的边界条件应根据顶板与池壁的连接构造来确定。当池壁线刚度不小于5倍顶板线刚度时, 可认为池壁顶端为铰支, 否则应按弹性固定计算。当池壁长度不小于池壁高度的3倍时, 池壁可简化为沿池壁高度方向的一端铰接, 另一端固定的单向板。开敞式水池的池壁边界条件可假定为三边固定, 顶边自由, 当池壁长度不小于池壁高度的3倍时, 池壁可简化为沿池壁高度方向的悬臂板计算。比较两种边界条件假定的内力计算结果, 设置顶盖的池壁所承受的弯矩要小很多。
3) 对于池体容积小, 短跨尺寸在6m以内, 地基土质较好时, 计算底板内力可以按地基反力直线分布计算。一般情况下, 直接作用于底板上的池内水重和底板自重与它们引起的那部分地基反力直接抵消, 而不产生弯曲应力。只有由池壁和池顶、支柱作用在底板上的力所引起的地基反力才会使底板产生弯曲应力。当存在多格水池分格盛水时, 地基反力可按照局部均布荷载下的直线分布的原则计算。此时应分格满池最不利布置按照单向板或双向板进行静力结构计算。当池底为软土地基或板的跨度较大时, 应采取单位截条, 将构筑物内外墙作为集中力按弹性地基梁进行内力分析。此时考虑地基变形影响, 按文克尔假定或半无限弹性体假定计算, 两者均可以查表或软件计算。
5 构造措施
1) 钢筋混凝土水池, 池壁、底板厚度均不宜小于200mm。池壁、底板的受力钢筋宜选用小直径且间距较密的钢筋, 有利于控制水池裂缝的宽度。水池各部位的钢筋间距宜控制在100~250 mm范围内。为了保证水池结构的耐久性, 水池各部位构件受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应符合GB50010-2010《混凝土结构设计规范》等相关规范的规定。足够的钢筋保护层厚度, 保证了混凝土 (钢筋与模板间) 施工振捣的质量, 对混凝土的水密性也是有利的。对于平面尺寸大于规范规定的设置伸缩缝间距的水池, 还应设置800~1 000 mm的后浇带, 以控制温度变化, 混凝土收缩等引起的应力和变形。
2) “暗梁”“暗柱”。现浇钢筋混凝土水池最容易在角隅处出现裂缝, 因此必须在池壁转角处、池壁与底板相交处设置“暗梁”“暗柱”。敞口水池顶端也宜配置水平向加强钢筋。敞口水池在温差或地基变形作用下池壁顶端是结构的薄弱点, 宜设置暗梁。水池池壁的拐角, 池壁与顶、底板的交接处, 宜设置腋角。腋角宽度不应小于150 mm, 并应配置构造钢筋, 一般可按受力钢筋面积的50%采用。
[ID:001250]
摘要：根据钢筋混凝土水池结构的特点, 总结设计的方法和注意事项。
关键词：钢筋混凝土水池,结构设计,荷载组合,构造
参考文献
[1]GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].
[2]《给水排水工程结构设计手册》编委会.给水排水工程结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社.
钢筋设计 篇2
来源：考试大
【考试大：学子希望之家！】
2008年7月1日
一、施工概况
K130+595钢筋砼圆管涵涵长36.0米，孔径φ1.5米，涵轴线与路中线正交，进口为跌水井，出口为直翼墙，管顶最大填土高度2.5米，该涵挖土方160m3，圆管涵管节为C25钢筋砼预制，管身下碎石垫层为19.8m3，直翼墙及基础7.5#浆砌片石58m3，隔水墙2.4m3.二、工期人员及设备
1、工期
本圆管涵计划于2002年1月25日开工，2002年3月5日完工，工期40天。
施工放样1天
挖基整平5天
砂砾垫层10天
圆管安放9天
洞口及铺砌10天
台背回填5天
2、人员
本涵洞配现场施工技术员1名，由陈涛负责，另备从事过这方面施工有经验的工人队伍20人，担负该涵洞的全面施工。
3、机械设备
为使施工能顺利地进行，特配备CAT320B挖掘机一台，15KW发电机一台，震动夯一台，装载机一台。
三、施工放样及挖基
复核原设计图纸，根据新测地面线确定原进出口设计高程是否能满足实际需要，然后结合涵洞通用图作出施工图，报监理工程师审批。
1、施工放样及挖基
首先用全站仪放出轴线桩，并在进出洞口处护桩，护桩钉用铁钉以便随时恢复涵轴线，以便施工。同时用钢卷尺量出基坑的开挖线并用石灰注明。
2、基坑开挖
基坑的开挖采用挖掘机和人工配合的方法进行。挖掘机开挖时，先预留基底20cm，留作人工整平。在基底整平的过程中，随时用水准仪控制基底设计标高。基坑开挖好之后，必须对基坑进行检测。检测的内容包括：
（1）基坑的平面位置、尺寸和基底标高。
（2）基底承载力是否满足要求。经监理工程师检验合格之后，方可进行基础施工。
3、砂砾垫层
砂砾垫层为压实的连续材料层，粒径不大于40mm，其压实度要求在95%以上，砂砾垫层为30cm，砂砾垫层摊铺后用夯机压实。
4、7.5号浆砌片石铺底
施工前，根据设计图纸浆砌片石的平面位置放出，同时用已知水准点控制铺底的厚度。
5、管节的吊装
为了保证涵管的质量，管节由业主指定的厂家生产。在购买时应注意以下几个方面的问题：
（1）管径及长度尺寸是否符合设计要求。
（2）是否有破损或贯通裂缝。
（3）表面是否有严重的蜂窝孔、麻面和砼松散现象。
（4）是否有钢筋外露。
（5）管节两端是否平整。
（6）管节强度是否达到设计强度。满足上述所有要求，验收合格后，方可吊装。吊装工作由人工配合挖掘机完成，管节的安装由下游涵节向上游推移，每节涵管应紧贴与基座上，使涵管受力均匀。且所有管节应按正确的轴线和坡度敷设。在吊装过程中应注意避免人为的损伤和破坏。涵管之间的接缝不大于10mm，禁止加大接缝宽度来满足涵长的要求。用沥青麻絮填接缝的内外侧，形成柔性封闭层。在用两层15mm宽的浸透沥青的油毛毡包缠接缝部位。
6、基座墙身及15号砼
管节吊装完毕后且经监理工程师检验合格，即对基座墙身进行砌筑，墙身也为7.5号浆砌块石。待墙身达到一定强度后，即用15片石砼进行浇筑，增强涵管的密封性。
7、洞口工程
帽石、直翼墙均采用7.5#浆砌块石，砌筑前应将石块表面泥垢清扫干净，并用水保持湿润。砌筑前必须两面立杆线，外面线应顺直整齐，内面线大致适顺，以保证砌体各部分的几何尺寸符合设计要求。所以在砌筑过程中要经常效正杆线，浆砌块石应卧浆铺砌，立缝填浆补实，不得有空隙和立缝贯通现象。砌筑中断时，可将砌好的石层孔隙用砂浆填满，再砌时表面要仔细清扫干净，洒水湿润。铺底、端墙及隔水墙用7.5号浆砌片石，砂浆必须饱满、片石符合要求。
8、涵背回填
钢筋混凝土结构构件的延性设计 篇3
摘要:钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度,并具有良好的延性性能,避免构件的脆性破坏,从而导致主体结构受力不合理,地震时出现过早破坏。因此,可以采取措施,做好延性设计,防止构件在地震作用下提前破坏,并避免结构体系出现不应有的破坏。
关键词:钢筋混凝土结构 构件 延性设计
中图分类号:TU37文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0061-02
1 前言
在现代房屋结构设计中,延性研究越来越显得重要,钢筋混凝土结构延性的研究是塑性设计方法和抗震设计理论发展的基础。所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下,进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。描写延性常用的变量有:材料的韧性,截面的曲率延性系数,构件或结构的位移延性系数,塑性铰转角能力,滞回曲线,耗能能力等。试验和非线性计算分析表明:构件的结构的破坏由受拉钢筋引起的,常表现出良好的延性,如适筋梁、大偏心受压柱等;而破坏由混凝土拉断、剪坏和压溃控制的常表现为脆性,如素混凝土板、超尽梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。
对于建筑结构系统来说,一方面,钢筋混凝土构件的功能依赖于整体结构系统功能,任何构件一旦离开整体结构,就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能;另一方面,构件又影响整体结构系统的功能,任何构件一旦离开整体结构,整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能,可能更大,也可能更小。在地震作用下,有可能由于部分构件的破坏乃至退出工作,整个结构体系会因此破坏,这里的部分构件包括了结构构件以及非结构构件。
在地震作用下,混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种,其中脆性破坏的危害时非常大的,设计上是一定要避免的,而延性破坏时指构件承载力没有显著降低的情况下,经历很大的非线性变形后所发生的破坏,在破坏前能给人以警示。钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度,并具有良好的延性性能,避免构件的脆性破坏,从而导致主体结构受力不合理,地震时出现过早破坏。因此,可以采取措施,做好延性设计,防止构件在地震作用下提前破坏,并避免结构体系出现不应有的破坏。
2 延性设计的重要性
目前,结构抗震设计的基本原则是:“ 小震不坏,中震可修,大震不倒”。如果把建筑物设计成在强烈地震作用下仍呈弹性反应,那么建筑物的造价将是十分昂贵的。把建筑物设计成在强烈地震作用下呈非线性反应,进入屈服状态,靠结构的延性耗散地震能量,从而度过灾难而不倒塌,建筑物的造价比前者大大降低。此外,结构的延性也是建筑物遇到意外超载、碰撞、爆炸和基础沉降等引起超过设计预计的内力和变形是而不突然倒塌的保证。
在实际工程中进行延性设计有重大的意义,可从延性结构的优越性加以说明:
第一,破坏前有明显预兆,破坏过程缓慢,确保生命安全,减少财产损失,因而可采用偏小的计算安全可靠度。
第二,出现非预计荷载,例如偶然超载,荷载反向,温度升高或基础沉降引起附加内力等情况下,有较强的承受和抗衡能力。而这些因素在设计中一般是未予考虑的,因此延性材料的后期变形能力可作为出现上述情况的安全储备。
第三,有利于实现超静定结构的内力充分重分布。延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力,形成塑性铰区域,产生内力重分布,从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计,得到有利的弯矩分布,使配筋合理,节约材料,而且便于施工。
第四,在承受动力作用(如振动、地震、爆炸等)情况下,能减小惯性力,吸收更大动能,降低动力反应,减轻破坏程度,防止结构倒塌以及有利于修复。
第五,延性结构的后期变形能力,可以作为各种意外情况时的安全储备。
结构抗震的本质就是延性,用受弯构件来说举例:随着荷载增加,首先受拉区混凝土出现裂缝,表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈服,受压区高度减小,受压区混凝土压碎,构件最终破坏。从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎,是构件的破坏过程。在这过程中,构件的承载能力没有多大变化,但其变形的大小却决定了破坏的性质。
3 影响构件延性的因素
3.1纵向钢筋配筋率
试验表明,当梁纵向受拉钢筋配筋率很高时,在弯矩达到最大值时,弯矩——曲率曲线很快出现下降;当配筋率较低时,弯矩达到最大值后能保持相当长的水平段,因而大大提高了梁的延性和耗散能量的能力。理论上,当梁的纵向配筋率取为平衡配筋率时,纵向受拉钢筋屈服与压区混凝土压碎同时发生,截面延性系数为零。因此,应限制纵向受拉钢筋配筋率,保证构件具有足够的延性。混凝土受压区配置受压钢筋,可以减少相对受压区高度,改善构件延性。
3.2约束构件延性
在受压构件或压弯构件中配置封闭式箍筋、螺旋筋等密排横向钢筋,可以限制混凝土的横向变形,提高构件的承载力和极限变形能力,使得混凝土构件在极限荷载下具有良好延性性能。
箍筋对构件延性的贡献,取决于箍筋的形式和体积配箍率。不同形式的箍筋对核心区混凝土的约束作用时不相同的,螺旋箍筋对核心区混凝土产生均匀分布的侧向压力,使混凝土处于三向受压状态,矩形箍筋只对角隅处混凝土产生有效的约束,侧面混凝土有外凸的趋势,约束作用降低。因此配有螺旋箍筋的构件,其延性好于配有矩形箍筋的构件。
3.3构件的破坏类型
以砼框架结构为例,截面的破坏形态有剪切破坏、弯曲破坏、小偏心的受压破坏,大偏心的受压破坏。但按受力特点可分为两类:受压破坏和受拉破坏。其中弯曲破坏和大偏心受压破坏属于受拉破坏,剪切破坏和小偏心受压破坏属于受压破坏。受拉破坏是由受拉钢筋屈服引起的破坏,受拉钢筋进入屈服阶段形成塑性铰,在截面完全破坏达到承载力极限状态前,要经历较大的塑性变形才达到承载力极限状态,由于形成了塑性铰,截面塑性变形引起截面裂缝急剧开展和变形急剧增加,而后混凝土才达到极限压应变压碎,到达承载力极限状态,截面破坏阶段能给人以明显的破坏预兆,具有延性破坏的性质;受压破坏是由受压砼压碎引起或斜截面控制的破坏,破坏过程中未形成塑性铰无明显的塑性变形,不能给人以明显的破坏预兆,由于这种破坏带有一定的突然性,具有脆性破坏的性质。当结构中截面出现受压破坏时,塑性变形小,结构延性差;当结构中截面出现受拉破坏时,塑性变形大,结构延性好。
4 钢筋混凝土结构的延性保证
钢筋混凝土结构中钢筋的塑性变形性能、混凝土的韧性及钢筋与混凝土的粘结锚固性能对结构的延性影响较大,在材料的选用上要考虑这些因素。构件的纵筋易选用延伸率较大、与混凝土粘结性能好的Ⅱ、Ⅲ级钢筋。采用冷拉钢筋、高强钢筋(丝)和钢绞线等延伸率较低的钢筋配制预应力混凝土结构,只要适当配置热轧非预应力钢筋、保证配筋指数不超过一定限制和适当提高箍筋构造要求,结构的延性也可满足抗震要求。混凝土的强度和施工质量对钢筋的粘结锚固至关重要,而只有避免钢筋与混凝土的粘结锚固失效才能确保结构的延性。因此,为确保钢筋与混凝土的粘结,规范规定:一级抗震的框架要求混凝土强度等级不低于C30,其它抗震等级时不低于C20。C60 和C60以上的高强混凝土本身的韧性降低,对结构的延性不利。
4.1轴压比限值
柱的轴压比是影响框架结构延性的重要因素。柱的延性随轴压比增大而减小,轴压比超过界限值将发生小偏压脆性破坏。在抗震设计中应控制柱的轴压比不超过限值,使其发生大偏压破坏并具有一定延性。规范规定,对于框架柱相应于一、二、三级抗震时,轴压比限值分别为0.7、0.8、0.9。这里规定的轴压比限值系指柱轴压力设计值与柱轴压承载力设计值得比值。
4.2筋的构造要求
梁的延性随截面受压区高度减小而增大,一般截面受压区高度=0.35∶0.20ho时,位移延性系数相应为3～4。所以规范规定,一级抗震等级时,≤0.25ho,二、三级抗震等级时,≤0.35h0,并且要求受压钢筋与受拉钢筋之比控制在一定范围内,即A' s≥0.5As(一级抗震),A' s≥0.3As(二级抗震)。为防止过多的纵向受拉钢筋在地震中使梁产生粘结劈裂破坏,规范还规定s≤2.5%。在地震作用下,梁的反弯点变化很难准确预计,所以应有足够数量的钢筋贯通梁的上、下部。同时将梁的最小配筋率比非地震作用时的规定予以提高。为防止地震作用下柱子少筋脆性破坏和超筋粘结劈裂破坏,柱的纵向配筋率不得少于0.8%、0.7%、0.6%、0.5%、(相应于一、二、三、四级抗震等级),角柱的上述限值相应提高0.1%;柱的纵向配筋率最大间距不宜超过200 mm。
4.3箍筋的构造要求
箍筋不仅提供构件和节点的抗剪能力,确保“强柱弱梁”和“强节点”设计目标的实现,同时还对梁、柱塑性铰区混凝土和受压钢筋提供约束作用,延缓塑性铰的破坏过程,从而改善结构的延性和耗能能力。梁和柱的剪切破坏区和弯压塑性铰区均发生在构件的两端,因此应对构件两端的箍筋加密设置。加密区的构造要求包括加密区的长度、箍筋最小直径、最大间距和最小体积率的规定。同时规范还规定了箍筋延构件全长的最小体积率以及节点的最小体积率。其中柱加密区和节点的箍紧最小体积率除与抗震等级有关外,还与柱的轴压比和箍筋的类型有关。抗震等级高要求的最小体积率高、轴压比高要求的最小体积率高,采用普通箍筋比采用螺旋箍筋要求的体积率高。对于一级抗震的角柱在地震作用下可能伴随扭转作用,Hn/h 小于4的框架柱可能产生剪切破坏,这两种情况需要在全长加密箍筋。可见箍筋的构造规定是保证“大震不倒”设计目标实现的最重要的措施。
5 结语
从钢筋混凝土结构的抗震设计基本原则,到结构抗震承载力和变形验算以及抗震构造措施的制定,都离不开对结构和构件延性的深入研究。更好的研究它和应用它,使建筑物既能达到国家抗震设计标准,又能够符合经济合理的原则。
参考文献:
[1] 顾渭建. 钢筋混凝土杆系结构的耗能机理和延性设计[J]. 工业建筑,1997,(11).
[2] 鲍雷. 钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计[J]. 中国建筑工业出版社,1999.
[3] 赵国藩. 高等钢筋混凝土结构学[M]. 机械工业出版社,2005,(8).
钢筋混凝土框架延性设计 篇4
关键词：抗震设计,框架结构,延性性能
《建筑抗震设计规范》中规定“进行抗震设计的建筑, 其基本的抗震设防目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时, 主体结构不受损坏或不需修理可继续使用;当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时, 可能发生损坏, 经一般修理仍可继续使用, 当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时, 不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。使用功能或其他方面有专门要求的建筑, 当采用抗震性能化设计时, 具有更具体或更高的抗震设防目标。”即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的三个水准抗震设防目标。
一、钢筋混凝土框架结构的延性设计
建筑体型、结构布置确定后, 框架结构的抗震设计必须遵循以下原则, 才能形成延性耗能框架: (1) 强柱弱梁。以保证塑性铰出现在梁端而不在柱端, 因为塑型铰在柱中出现, 很容易形成几何可变形体系而倒塌。 (2) 强剪弱弯。以保证构件 (包括框架梁和柱) 受弯破坏而不是受剪破坏, 使构件处于良好的变形性能下、尽可能多地吸收和耗散地震能量。 (3) 强核心区、强锚固。伸入核心区的梁、柱纵向钢筋, 在核心区内应有足够的锚固长度, 避免因粘结、锚固破坏而增大层间位移, 以保证结构的整体性。 (4) 强压弱拉。以保证梁、柱各构件的受拉钢筋屈服早于混凝土的压溃和保证形成塑性铰。为此, 构件的含钢率需介于它的最大与最小含钢率之间。 (5) 局部加强。提高和加强柱根部以及角柱、框支柱等受力不利部位的承载力和抗震构造措施。 (6) 限制轴压比, 加强柱箍筋对混凝土的约束。
在进行钢筋混凝土框架梁、柱设计时应满足以下要求:
(一) 框架横梁。
框架梁是钢筋混凝土框架结构在地震作用下的主要耗能构件, 因此梁特别是梁的塑性铰区应保证有足够的延性。影响梁延性的因素有破坏形态、截面混凝土相对受压区高度、塑性铰区混凝土约束程度等。
1.实现弯曲破坏, 避免剪切破坏。剪切破坏属延性小、耗能差的脆性破坏, 延性框架梁端的塑性铰区, 应采用强剪弱弯设计, 实现弯曲破坏, 避免剪切破坏。为了确保梁端塑性铰区不发生脆性剪切破坏, 需按“强剪弱弯”的设计原则, 增大地震作用组合后的剪力设计值。为此, 框架梁的左右二端截面, 以弯距平衡计算得到的剪力作为剪力设计值, 计算箍筋量。要真正实现“强剪弱弯”, 梁的受剪承载力应大于实际受弯承载力 (按实际配筋面积和材料强度标准值计算的承载力) 所对应的剪力。工程设计中, 在实际配筋不超过计算配筋10%的前提下, 可不计算实际受弯承载力而转为将内力设计值乘以剪力增大系数, 这是一种简化。对不同的抗震等级, 采用不同的剪力增大系数, 使强剪弱弯的程度有所区别。
2.限制最大剪力设计值。《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中规定钢筋混凝土结构的梁, 其截面组合的剪力设计值应符合以下要求:
跨高比大于2.5的梁:undefined
跨高比不大于2.5的梁:undefined
3.控制梁的混凝土受压区高度。为实现延性钢筋混凝土梁, 应限制梁端塑性铰区受拉钢筋的配筋率, 同时, 必须在梁端配置一定量的受压钢筋, 以减小框架梁端塑性铰区截面的相对受压区高度。控制梁的混凝土受压高度的目的, 在于控制纵向钢筋的配筋率不要过大, 以免发生属脆性破坏范畴的超筋梁;对于抗震设防的框架梁, 更是为了保障梁的延性所需;梁截面的混凝土受压区高度值是计入受压钢筋的作用后的梁截面混凝土受压区的高度。《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010中6.3.3规定“梁端计入受压钢筋的混凝土受压区高度和有效高度之比, 一级不应大于0.25, 二、三级不应大于0.35”。 6.3.4规定“梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%”。
(二) 框架柱。
1.采用大剪跨比柱, 避免小剪跨比柱。
剪跨比 是判别梁以及柱和墙肢等抗侧力构件抗震性能的重要指标。《建筑抗震设计规范》中规定柱的剪跨比λ定义为:undefined式中M、V——柱端截面组合的弯距计算值和剪力计算值;h0——计算方向柱截面的有效高度。柱的破坏形态与其剪跨比有关。剪跨比大于2的柱为长柱, 其弯距相对较大, 一般容易实现延性压弯破坏;剪跨比不大于2、但大于1.5的柱为短柱, 一般发生剪切破坏, 若配置足够的箍筋, 也可能实现延性较好的剪切破坏;剪跨比不大于1.5的柱称为极短柱, 极短柱一般会发生斜拉破坏, 工程中应尽量避免采用极短柱。
2.限制轴压比。
《建筑抗震设计规范》中规定柱的轴压比为柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值, 即undefined式中n——轴压比;N——组合的柱轴压力设计值;bc、hc——分别为柱截面的宽度和截面的高度;ƒc——混凝土轴心抗压强度设计值。轴压比是影响柱的破坏形态和变形能力的重要因素。柱的破坏形态与相对受压区高度密切相关, 对称配筋柱截面的混凝土相对受压区高度与其轴压比有关, 因此柱的破坏形态也与轴压比有关。相对受压区高度小于等于界限值时为大偏心受压破坏, 超过界限值时为小偏心受压破坏。增大轴压比也就是增大相对受压区高度。因此, 为了实现大偏心受压破坏, 使柱具有良好的延性和耗能能力, 柱截面的混凝土相对受压区高度应小于界限值, 采取的措施之一就是限值柱的轴压比。此外, 在柱的截面中部三分之一左右的核心部位配置附加纵向钢筋形成芯柱, 在周期反复水平荷载作用下芯柱具有良好的延性和耗能能力, 能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴压比情况下的抗震性能。
3.提高纵筋配筋率。
提高柱的纵向钢筋的配筋率, 可以提高其轴压承载力, 降低轴压比;同时, 还可以提高轴压力作用下的正截面承载力, 推迟屈服。
4.框架柱的内力调整。
在地震作用下, 框架柱需设计成“强柱弱梁”、“强剪弱弯”, 并配以构造措施, 以实现延性框架的目的。《建筑抗震设计规范》中采用了增大柱端弯距设计值的方法来实现“强柱弱梁”的目的。
(三) 框架节点核心区箍筋设置。
(1) 根据震害和试验研究, 框架梁端破坏主要集中在1～2倍梁高的梁端塑性铰区范围内。塑性铰区不仅有竖向裂缝, 而且有斜裂缝;在地震反复作用下, 竖向裂缝贯通, 斜裂缝交叉, 混凝土骨料的咬合作用渐渐丧失, 主要靠箍筋和纵筋的销键作用传递剪力, 这是十分不利的。为了使塑性铰区具有良好的塑性转动能力, 同时为了防止混凝土压溃前受压钢筋过早压屈, 在梁的两端设置箍筋加密区。箍筋加密区配置的箍筋应不少于按强剪弱弯确定的剪力所需要的箍筋量, 还不应少于抗震构造措施要求配置的箍筋量。 (2) 框架柱的箍筋有三个作用:抵抗剪力, 对混凝土提供约束, 防止纵筋压屈。箍筋对混凝土的约束程度是影响柱的延性和耗能能力的主要因素之一。约束程度与箍筋的抗拉强度和数量有关, 与混凝土强度有关, 可以采用一个综合指标——配箍特征值度量箍筋的约束程度;约束程度同时还与箍筋的形式有关。《建筑抗震设计规范》中规定柱箍筋加密区的体积配箍率, 应符合下列要求:undefined即undefined式中λv——配箍特征值;ρv——箍筋的体积配箍率;ƒyv——箍筋的抗拉强度设计值;ƒc——混凝土轴心抗压强度设计值。欲提高柱端塑性铰区和延性较小处的构件变形能力, 加密箍筋是必要的。
二、结语
实际设计中, 为了保证框架结构的延性, 应依据抗震等级对构件本身不同性质的承载力或构件间的相对的承载力进行内力调整, 并从轴压比、剪跨比、核心区箍筋设置等节点设计来达到延性要求。我们应坚持“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防水准目标。设计出合理的结构设计, 并在保证结构安全的前提下还应尽量节约资源。
参考文献
[1].《建筑抗震设计规范》——GB50011-2010
[2].郭继武.建筑抗震疑难释义 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2010
浅谈钢筋混凝土框架结构的设计 篇5
【关键词】钢筋；混凝土；框架结构；结构设计
0.概述
自改革开放以来，特别是上世纪90年代以后，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展，特别是钢筋混凝土框架结构，因为其具有足够的强度，良好的延性和较强的整体性，更是广泛应用于地震设防区的多高层建筑中。下面就框架结构的一些设计理念及常见问题与大家共同探讨与学习。
1.框架结构的设计思路
框架结构抗震设计的正确指导思想：（1）塑性效应发生在梁端，底层柱的塑性效应较晚形成。（2）梁柱在弯曲破坏前，避免发生其他形式的破坏，如剪切破坏，粘性破坏。（3）在梁柱破坏之前，节点应有足够的强度及变形能力。（4）重视非主体结构构件设计。
2.重视强柱弱梁，强剪弱弯的设计理念
为什么要在这里着重强调一下呢，通过去年汶川5.12强震后一些框架结构建筑物的实际破坏情况我们注意到，柱破坏了建筑物整个都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，不会影响全局，柱较之梁破坏的损害更大，这是我们的必须重视的。因此我们设计人员在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去，首先必须严格控制柱轴压比，我们目前的计算均是基于小震下进行的，如果小震下柱子轴压比过高，则大震下地震力将对边柱产生一个巨大的附加轴力（有文章研究表明约增加30%），则柱子根本不可能有这点安全储备，在大震即会破坏，那又何谈大震不倒呢？笔者认为轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%。其次我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%所有框架柱，不包括小截面柱，笔者建议纵筋均应大于20，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。而对梁配筋笔者则建议应配足梁中部筋，而支座筋则可通过调幅让其适当降低，以使地震作用下能形成梁铰机制，防止柱先于梁屈服，使粱端能首先产生塑性铰，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。
3.框架结构抗震设计用软件（如pkpm）计算时应注意的几个问题
3.1抗震等级
对于乙类建筑，建筑抗震设计规范3.1.322规定：地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求，但是抗震措施（主要体现为抗震等级）在一般情况下，当抗震设防烈度为6度-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求。实际设计中经常发生抗震等级选错的情况，如：位于8度区的某乙类建筑，应按9度由建筑抗震设计规范表6.1.2确定，为一级抗震等级。
3.2振型组合数的选取
应按以下规则选取：对于较高层建筑，当不考虑扭转耦联时，振型数应不小于3；当振型数多于3时，宜取为3的倍数（由于程序按3个振型一页输出），但不能多于层数。当房屋层数不大于2时，振型数可取层数。对于不规则建筑，当考虑扭转耦联时，振型数应不小于9，但不能超过结构层的3倍，只有定义弹性楼板且按总刚分析法分析时，才可以取更多的振型。建筑抗震设计规范在条文说明中明确指出：振型数可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数。目前satwe等程序已有这种功能，这是一个重要指标。如：对于某一建筑，选取的振型数为15，但振型参与质量系数只有50%，说明振型数取得不够，可能由于此建筑过于复杂或由于某些杆件不连续导致局部震动引起的，应仔细复核。
3.3结构周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震作用效应偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取0.7-0.9。
3.4梁刚度放大系数
SATWE或TAT等计算软件的梁输入模型均为矩形截面，未考虑因存在楼板形成T型截面而引起的刚度增大，造成结构的实际刚度大于计算刚度，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全。因此计算时应将梁刚度进行放大，放大系数中粱取20、边梁取1.5为宜。
3.5活荷载的最不利布置
多层框架，尤其是活荷载较大时，是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程的实际受力情况，有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快，作者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。
4.设计中应注意的若干问题
（1）框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中规定的”一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08且体积配箍率分别不宜小于06%0.5%，0.4%。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措是、应严格遵守。
（2）底层框架柱箍筋加密区范围应满足要求建筑抗震设计规范（GB50011-2001）中规定：”底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的l/3”这是新增加的要求，设计中应重点说明。
（3）框架梁的纵向配筋率应注意《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中规定：”当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2/mm。”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。
（4）框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中规定：”框架端节点处，当框架梁上都纵筋水平直线段锚固长度不足时，应伸至柱外边并向下弯折，弯折前的水平投影长度不应小于0.4LaE.”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。
（5）短柱位置未明确楼梯平台梁或者雨篷梁支撑在框架柱上，容易形成短柱，应按要求全长加密箍筋。框架外围填充墙开窗，由于窗台处砌体对框架柱作用，容易形成短柱，也应全长加密。若不加密，可将砌体墙与框架柱设成柔性连接（如：墙柱之间留有缝隙，填充一些松散材料，但应有钢筋与柱拉结），或从边框梁处出挑挑耳，上砌砌体填充墙，消除对框架柱的作用。
5.总结
钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。 [科]
【参考文献】
[1]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].
[2]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].
钢筋混凝土框架结构设计 篇6
一、构思框架结构方案设计要求
1. 结构的传力路线应简捷明了。
在荷载作用下, 结构的传力路线越短、越直接, 其工作效能就会越高, 所耗费的建材也就越少。
2. 结构设计应符合力学规律。
从力学观点看, 在民用和公共建筑的平面布局中, 应当尽量使柱网按开间等跨和进深等距 (或近似于等距) 的方式进行布置, 这样可以相应减少边跨柱距, 也可以充分利用连续梁的受力特点, 以减少结构中的弯矩。
3. 结构设计要结合实际。
结构设计应综合考虑工程地质实际情况和建筑功能要求等因素。
二、在概念设计上需注意的问题
1. 基础部分。设计基础部分需要注意的问题如下。
(1) 在柱下扩展基础宽度较宽、地基不均匀或地基较软时, 宜采用柱下条基, 并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素, 适当加宽基础。
(2) 建筑地段较好, 基础埋深大于3 m时, 应建议甲方做地下室。当地基承载力满足设计要求时, 地下室底板可不再外伸以利于防水。可每隔30～40 m设一条后浇带, 并注明两个月后用微膨胀混凝土浇筑。地下室外墙为混凝土时, 相应的楼层处梁和基础梁可取消。
(3) 地面以下可不设抗震缝、伸缩缝, 连接处则应加强抗震缝、伸缩缝的设置, 沉降缝两侧墙体基础一定要分开。
2. 柱部分。设计柱部分时需要考虑的问题如下。
(1) 原则上柱的纵筋宜采用大直径、大间距。
(2) 由于梁的纵筋锚入柱内, 因此, 一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。管截面面积占柱截面4%以下时, 可不必验算。柱内不得穿暖气管。
(3) 柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制, 从而减小断面尺寸。
3. 梁部分。设计梁部分时需要注意的问题如下。
(1) 当外部梁跨度相差不大时, 梁宜等高, 尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时, 宜加大梁高至窗顶。外部框架梁应尽量做成外皮与柱外皮平齐。梁也可略偏出柱边, 两者的偏心可大于1/4柱宽, 但不要超过1/3柱宽。
(2) 梁上有次梁时, 应避免次梁搭接在主梁的支座附近, 否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭, 并采取增加构造抗扭纵筋和箍筋等措施。采用现浇板时, 抗扭问题一般并不严重。
(3) 端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁时, 梁端支座可按简支考虑, 但梁端箍筋应加密。
4. 现浇板部分。设计现浇板部分要注意的如下问题。
(1) 板钢筋宜采用大直径、大间距, 间距一般不小于200 mm。一般跨度小于6.6 m的板的裂缝均可满足要求。板上下的钢筋间距宜相等, 但钢筋直径类型可不同 (也不宜过多) 。相连几个房间的同型号、同间距板底的钢筋宜连通。配筋计算时, 要考虑到塑性的内力重分布, 将将板上筋乘以0.8～0.9的折减系数, 将板下筋乘以1.1～1.2的放大系数。
(2) 支承在外圈框架梁上的板负筋不宜过大, 否则将对梁产生过大的附加扭矩。
三、设计中的处理措施
1. 建筑许可时, 应尽可能将柱的截面尺寸作得大些, 使柱与梁的线刚度比尽可能大于1, 并控制柱的轴压比, 以增加延性。
验算截面承载力时, 要加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高。注意节点构造, 让塑性铰向梁跨内移。
2.“强剪弱弯”是保证构件延性、防止脆性破坏的重要原则,
它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力, 使这些部位结构在经历罕遇地震时不会出现脆性剪切而失效。
四、结构计算方面的问题
1. 设计基本地震加速度值。
《建筑抗震设计规范》 (GB50011–2001) 中规定:抗震设防烈度为7度时, 设计基本地震加速度值分别为0.1 g和0.15 g两种;抗震设防烈度为8度时, 设计基本地震加速度值分别为0.2 g和0.3 g两种。这与“89规范”差别较大, 应加以注意。计算中还应严格注意地震区的划分, 选取正确的设计基本地震加速度值。
2. 结构周期折减系数。
由于填充墙的存在, 框架结构的实际结构刚度会大于计算刚度, 而计算周期会大于实际周期, 因而会导致算出的地震作用效应偏小, 使结构偏于不安全, 所以对结构的计算周期进行折减是十分必要的。折减系数可根据填充墙的材料及数量选取, 一般为0.7～0.9。
3. 梁刚度放大系数。
钢筋混凝土梁设计问题探讨 篇7
受弯构件是建筑工程中应用最为广泛的一类构件。如房屋建筑中的梁、板是典型的受弯构件。本文主要讨论梁的计算。在外力作用下,受弯构件将承受弯矩和剪力作用。设计受弯构件时,需要进行正截面和斜截面2种承载力计算。本文根据CEB-FIP1990模式规范进行研究计算。
对钢筋混凝土截面的分析受到许多学者关注,主要原因在于混凝土的受压非线性力学特征非常强,而且混凝土的抗拉、抗压强度差别很大,以及混凝土与钢筋组合后使问题更复杂[1,2]。已有的研究都采用简化方程近似模拟混凝土和钢筋的本构关系研究规则截面(矩形、“T”形截面)。国外学者分析时考虑截面形状的任意性,分别采用条带法、网格法和绕截面周边的高斯积分法等积分方法。我国规范与CEB规范建议的混凝土受压本构关系的表达式、曲线形状均不相同,本文按照CEB-FIP1990模式规范计算本文分析我国现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 500010-2002)[3]建议的混凝土受压应力应变关系的截面分析结果与CEB ModelCode (1990)[4]建议的本构关系的分析结果的差异。分析中不考虑受拉及开裂混凝土对截面刚度的影响;假定钢筋的应力应变关系为弹-纯塑性;截面受力前后仍保持平截面;忽略翘曲和扭转效应。
2 2种规范混凝土本构关系比较
我国现行《混凝土结构设计规范》(GB 500010-2002)建议的普通混凝土受压应力应变关系为:
CEB规范建议的应力应变关系为:
式中:Ec——混凝土初始弹性模量;εe1——相应于压应力峰值fcm的压应变,εc1=-0.002 2;Ec1——从原点到压应力峰值点的割线模量Ec1=fcm/0.002 2;fcm——混凝土抗压强度平均值fcm=fck+8。
3 计算理论研究
3.1 计算的基本前提条件
分析中不考虑受拉及开裂混凝土对截面刚度的影响;假定钢筋的应力应变关系为弹-纯塑性,截面受力前后仍保持平截面;忽略翘曲和扭转效应。受压混凝土本构关系为CEB-FIP模式规范(εcu=0.003 39),如前文所叙述。钢筋本构关系为线弹性加强化。
3.2 基本计算方法
CEB-FIP 1990规范的应力为:
其中,fcm为龄期28 d混凝土圆柱体平均抗压强度;Eo
钢筋的应力-应变关系为:
4 梁截面设计方法探讨
(1)初估截面:梁的跨度为L,梁高为h,宽为b,它们之间的关系是:。
(2)在截面受弯时,截面应变和应力关系采用式(1)的关系式;钢筋的应力应变关系采用式(2)的关系式。受压区混凝土压应力的合力:,C到中和轴的距离为:;受拉钢筋的拉力Ts=σsAs,受拉钢筋到中和轴的距离为:ys=(h0-xn)。
由上面的分析可以知道,截面的平衡条件为:C=Ts,M=Cyc+Ts(h0-xn);分析合力C,由混凝土应力应变关系可知:代入式(1)中得到合力应力为:,其中εc为常数。xn为待求的常数。
现在我们是要求解出梁的极限弯矩Mu,εc采用用规范规定的εcu=0.003 39代入并结合受压区混凝土压应力的合力C表达式,求解出C=56.375 6bxn及yc=0.469 7xn,并代入M=Cyc+Ts(h0-xn)中得到:M=56.375 6bxn(h0-0.530 3xn)。当梁屈服时,σs=fy,所以Ts=fyAs。在设计梁的截面时,先初估梁的截面高和宽,代入M=56.375 6bxn(h0-0.530 3xn)和Ts=fyAs分别算出xn和As。
(3)利用桁架模型计算弯剪承载力。纵筋集中分布在上、下弦,总的纵筋力flAl由上、下弦等分,fl、Al为纵筋应力和面积。箍筋沿梁长等距离布置,单位长度上的箍筋力为nt=ftAt/St(At为同一截面内的箍筋面积,ft、St为箍筋应力、间距)。作用在单元顶面上(或底面)上的横向钢筋力为ntγh0,当纵筋和箍筋屈服时,则ft=fty,Nly=fly·Al,,由桁架模型分析可得钢箍计算式为:
5 结语
通过应用我国现行规范及CEB规范建议的混凝土受压应力-应变关系,对钢筋混凝土受弯截面进行分析,并将理论分析与计算结果比较,可得出如下结论:①我国规范与CEB规范的截面极限承载力分析结果十分接近;②用2种σ-ε关系分析截面的弯矩-曲率关系,我国规范与CEB规范分析曲线的上升段基本重合,下降段略有差别,前者截面刚度降低速度较后者快;③我国规范与CEB规范的截面极限承载力分析结果与试验结果吻合。截面非线性刚度作为梁柱单元的高斯点,是建立非线性梁柱单元的基础,采用不同的本构关系,将对梁柱单元的刚度及结构分析结果产生影响。同样,对组合结构、劲性混凝土结构亦产生影响。
参考文献
[1]过镇海.钢筋混凝土原理[M].北京:清华大学出版社,1999.
[2]王传志,腾智明.钢筋混凝土结构[M].北京:中国建筑工业出版社.1985.
[3]GB 50010—2002,混凝土结构设计规范[S].
浅析钢筋混凝土水池设计要点 篇8
在工业建筑领域, 水池是保证工厂正常运行的不可或缺的构筑物。水池主要由池壁、底板和顶板三种构件构成, 水池依据结构类型的不同分为开敞式、封闭式和半封闭式;依据几何形状的不同可分为:圆形和矩形;依据布置方式的不同又可分为:地下式、半地下式和地上式。水池设计应在满足工艺要求的前提下, 选择合理的结构类型和布置方式尤为重要。因矩形钢筋混凝土水池施工方便且对场地及工艺均有较好的适应性, 在工业建筑中被广泛使用。
1 截面尺寸
水池的整体尺寸由工艺要求、总平面布置等综合确定。根据水池容积选择合理的池壁高度, 然后计算平面尺寸。一般钢筋混凝土水池的池壁厚度不宜小于200mm, 顶板厚度不宜小于150mm。其中, 池壁可以为等截面, 同样也可以做成变厚截面, 中、小型水池一般采用等截面池壁, 较大的水池可采用变厚截面, 以便节省材料使工程更为经济。另外, 底板形式按地基优劣情况和受力性能的不同可分为整体式和分离式。当地下水位在底板以上或地基软弱地区, 宜采用整体式底板且通过计算确定板厚和配筋;当地下水对池体受力影响较小, 或地基为较均匀的中、低压缩性地基时, 宜采用分离式底板且沿池壁作条形基础, 池底的其余部分采用厚度不小于120mm的构造底板, 底板顶面配置不小于Φ8@250的钢筋网。
2 受力体系及简化计算
水池的受力体系不同于一般民用与工业建筑物, 其恒荷载不仅包括自身重量, 还有池内的水压力、池外土的侧向压力以及地基的不均匀沉降等;可变荷载除了顶板活荷载外, 还有地下水侧压力及浮力, 构件的温湿度变化作用等。
2.1 顶板
当池体顶板采用预制板时, 顶板搁置在池壁顶端, 池壁顶端仅预留切口, 此时认为顶板简支在池壁上, 池壁顶端可视作自由端;当预制板与池壁配有抗剪钢筋, 或采用现浇顶板且仅配有抗剪钢筋与池壁时, 此时认为顶板与池壁铰接连接;当顶板与池壁整体现浇且配有受弯钢筋连接时, 顶板与池壁可视为固接, 因为池壁刚度远大于顶板刚度, 所以顶板与池壁也可视为铰接进行简化计算, 但当采用铰接计算时, 偏于安全设计通常按弹性支座配以适当的负筋。
2.2 池壁
池壁的受力体系比较复杂, 池壁承受的荷载主要包括:池外土侧压力、池内水侧压力、池外地下水侧压力及浮力、地面活荷载及温湿度作用产生的应力。除了地上式水池, 池体均承受池外土压力, 土的内摩擦角及其他参数可选取岩土勘察报告中提供的实际数值, 土压力一般采用朗肯土压力理论计算;池内水侧压力作用于池壁内侧, 根据不同的荷载组合选择相应的水位计算;当地下水位在水池底板以上时, 池壁外侧地下水位以下的土的有效重度降低, 同时, 地下水对池体存在浮力, 设计时必须通过抗浮稳定验算确保池体的安全。
矩形水池的池壁转角可看作是池壁间的转角, 池壁的受力钢筋应做可靠的锚固, 以便承担池体侧压力引起的边缘负弯矩, 受力钢筋要达到可靠的锚固, 只能弯折到相邻池壁中, 也就是说池壁受力钢筋相互锚固, 再加上连续配筋和构造配筋, 池壁间可认为固接。池壁与底板整体现浇时, 通常认为池壁底端固接。池壁与底板的边界条件根据两者的线刚度比确定。也就是说, 底板对池壁要达到一定程度的嵌固作用, 因此底板厚度应选取池壁厚度的1.2-1.5倍, 并将底板外挑。
池壁的内力通常按弹性理论计算, 矩形壁板的计算可按混凝土结构矩形板的计算方法划分为单向板或双向板进行计算, 划分方法详见《CESC138-2002给排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》[1]6.1.2条文。
2.3 底板
水池底板作为直接与土体接触的构件, 其不仅要承受池壁、隔墙、柱及顶板等上部结构传来的荷载, 还要承受土的反力以及地基不均匀沉降形成的应力。在计算地基反力时, 池底的地基反力通常按均布考虑, 池内液体的自重可以减小地基反力对底板的影响, 也就是说池内液体对于底板来讲是有利的存在, 因此不把其自重加入计算。因为地基反力的大小及分布情况受很多因素的影响, 所以水池底板的计算过于复杂, 常见的计算方法有倒梁楼盖法和弹性地基梁法。地下水对水池底板的浮力是导致水池底板失稳的主要控制荷载, 设计过程中不容忽视。工程中一般采用在池体底板周边做放大角, 以池底挑出部分的填土的重量来抵消地下水对池体的浮力, 采用增加结构自重的方法是非常不经济。
3 水池裂缝成因及控制方法
钢筋混凝土结构的裂缝分为正常的结构裂缝和破坏性裂缝, 混凝土受拉时往往伴随着变形, 此时就会形成裂缝, 如果产生较小宽度的裂缝且结构件受力性能、使用性和耐久性均不受影响, 这种裂缝就是正常的结构裂缝, 不需对此类裂缝进行加固结构也可正常工作;当裂缝的宽度超过一定的限值, 结构的安全性、使用性和耐久性就会受到影响, 此时裂缝就转变为破坏性裂缝。对于钢筋混凝土水池, 当水池结构构件处于轴心受拉或小偏心受拉时, 应控制抗裂度;当水池结构构件处于受弯、大偏心受压或大偏心受拉时, 应控制裂缝宽度。规范[1,2]中规定钢筋混凝土水池根据盛水性质和使用功能, 最大裂缝宽度不大于0.20~0.25mm。
3.1 荷载作用造成的裂缝
水池在外部荷载作用下, 如果结构的受力性能不足, 就会引起结构的变形, 伴随着裂缝的发生, 并最终发展为破坏性裂缝;此种裂缝产生的主要原因是在设计阶段采用的基础资料有误或设计人员计算疏忽、考虑不周及施工质量不合格等。要控制此类裂缝, 首先要确保用于水池结构设计的基础资料要做到完整、准确, 在掌握了准确可靠的基础资料后, 再建立符合池体结构的正确的计算模型并采取全面合理的荷载工况, 保证水池内力及变形的计算值符合水池的实际工作情况;其次要求设计人员对池体中可能产生最大拉应力的各个截面进行计算分析, 确保能达到裂缝控制的标准。
3.2 混凝土收缩和温湿差造成的裂缝
在硬化期间混凝土内部会放出大量水化热, 结构内部的温度不断上升, 导致混凝土内热外冷, 此时结构表面就会引起拉应力, 表面受拉从而产生裂缝;另外, 由于支座及周边混凝土的约束作用, 混凝土在后期的降温和收缩过程中, 结构内部出现拉应力从而产生裂缝。要控制此类裂缝的发生, 就必须严格按照规范规定, 掌握混凝土配比及其用料的级配和品种规格, 针对大型水池可设伸缩缝, 掺添加剂和设加强带、后浇带等措施。
3.3 由于材料质量和构造不良造成的裂缝
水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂是混凝土的组成材料, 当混凝土用料不当或材料质量不合格时都会使得水池产生破坏性裂缝;设计或施工时没有按照水池构造要求或采用不正确的构造措施, 就会使实际的结构受力性能与设计时的计算模型不符, 结构中形成薄弱部位从而产生破坏性裂缝。
在《CESC138-2002给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》[1]中, 对水池结构的材料及构造要求给出了相应的规定, 设计时应严格遵守并针对具体项目做出更为合理的要求。
4 结论
综上所述, 水池作为工业建筑中常见的构筑物, 设计不当就会造成结构的不安全或者增加成本, 在水池设计时, 必须以满足工艺条件和保证安全使用为前提, 还必须了解和掌握水池设计的计算方法、构造原理和受力特点, 并选择合理的截面形式、结构形式及荷载工况。综合考虑多种因素, 才能够保证结构的安全使用并节约成本, 取得良好的经济效益。
摘要：针对钢筋混凝土矩形水池结构的特点, 从水池受力特点及构件间多样的节点连接形式, 结合水池的构造措施确定了结构的简化计算模型。介绍了水池裂缝的成因及控制方法。
关键词：水池设计,简化计算,裂缝控制
参考文献
[1]中国工程建筑标准化协会.CESC138-2002给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
[2]北京市市政工程设计研究总院.GB50069-2002给水排水工程构筑物结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
地下连续墙钢筋笼吊装设计 篇9
1 工程概况
广济路站位于广济南路与干将西路丁字形交叉路口地下,为1号线和2号线的换乘车站。车站由1号线,2号线,北联络线及控制中心等四部分组成,其中,1号线车站为东西向,有效站台中心里程为右DK10+361,设计起终点分界里程分别为DK10+146.8,右DK10+459,1号线结构外包全长315.2 m,标准段外包宽度32.4 m;2号线车站为南北向,外包总长度113.9 m,外包总宽度24.7 m,1号线和2号线“T”形换乘;北联络线位于2号线北端,联络线长约168 m,为地下3层结构;控制中心位于1号线北侧,长约108 m,宽约60 m,为地下1层结构。
车站结合1,2号线的联络线设置,平面形状多变,1号线底板坐落在粉质黏土层上,车站一般段基坑深度在16 m左右,盾构井段深约17.7 m;2号线底板坐落在粉质黏土层上,标段基坑深度在22 m左右,盾构井段深约23.7 m。基坑宽度从15.25 m～41.2 m不等。基坑采用地下连续墙+内支撑的围护方案,其中1号线采用800 mm厚地下连续墙作为围护结构,2号线采用1 000 mm厚地下连续墙作为围护结构,内支撑体系采用混凝土支撑(局部采用钢支撑)。
2 钢筋笼吊装施工难点
车站基坑围护结构采用地下连续墙,墙体厚度分别有800 mm和1 000 mm两种。连续墙钢筋笼纵向长度有4种,即40.4 m(单幅总重32.657 t),31.4 m(单幅总重23.164 8 t),28.4 m(单幅总重23.133 t),24.73 m(单幅总重18.191 t),并有“—”“L” “Z”“+”等4种形式。可见,工程地下连续墙钢筋笼具有纵向长、质量重的特点。为确保连续墙的施工质量,设计要求每幅钢筋笼必
须整体吊装入槽。由此可见,地下连续墙钢筋笼的吊装安放施工主要面临两大难点:1)纵向长度大,质量重,对吊装机械要求高;2)在吊装过程中要求钢筋笼横、纵向都不得有过大变形,因此须加强钢筋笼的刚度。
3 吊装设计
针对以上难点,钢筋笼吊装设计的主要内容有:施工机械的选取、吊点位置设计、挠度验算、吊环与钢丝绳设计和笼体碰主臂验算等。在此选取最重的钢筋笼(长40.4 m,单幅重32.657 t)进行吊装施工设计。
3.1 施工机械的选取
根据以往地铁工程施工经验,计划采取双机抬吊“多点起吊、空中翻转、整体入槽”的吊装方案。吊装主机选用150 t履带吊车,副机选用80 t履带吊车。主吊机用18 m(起吊绳)+12 m(连接绳)长的钢丝绳,副吊机用20 m+12 m长的钢丝绳。起吊时必须使吊钩中心与钢筋笼重心相重合,保证起吊平衡。
3.2 吊点位置设计
吊点位置设计是钢筋笼安全吊装的关键,根据类似工程的成功经验,本钢筋笼的吊点位置设置如下:
1)横向:设钢筋笼单幅宽度为L,吊点按0.207L,0.586L,0.207L位置为宜。2)纵向:钢筋笼纵向设置5处吊点(见图1)。
经计算可得,钢筋笼重心距笼顶距离为:
其中,M总为钢筋笼单根钢筋相对笼头力矩的总和汇总;G总为单根钢筋质量的总和汇总。
起吊时对钢筋笼列平衡方程,有:
其中,T′1,T′2分别为吊点处钢丝绳竖向拉力。
解之,可得T1′=7.72 t,T2′=8.609 t。
继而有T1=7.72/sin46°=10.732 t,T2= 8.609/sin56°=10.384 t,其中T1,T2分别为吊点处钢丝绳轴向拉力。
平抬钢筋笼时副吊起吊重量为2T′2=17.218 4 t。
副吊机在钢筋笼翻转过程中随着角度的增大受力也越大,故考虑副机的最大受力为2T2=20.7 t。
3.3 钢筋笼挠度
钢筋笼挠度计算取最不利情况进行检算,计算跨径为12.5 m。
斜杆长1.13 m,采用Φ20钢筋。按照长细杆计算可得斜杆能承受最大压力Fcr为:
斜杆决定桁架的强度,10 m长桁架水平钢筋的刚度可以忽略。桁架承受钢筋笼传递的荷载为均布荷载。桁架上所受力均根据吊点布置,桁架所能承受的最大力P可由下式求得:
4×6P/10-P×1=1.414/2×Fcr×4 (4)
解之,得P=12.85 kN。
桁架最大弯距Mmax=1.4P=18 kN·m。
由[σ]=Mmax/W,可得W=Mmax/[σ]=0.124 m3。
继而有I=1/2 h,W=0.057 m4。
作用在每根桁架钢筋重量为2.55 t,钢筋作用于3个点,每个点上压力为p=8.5 kN,利用叠加法可求得挠度ω为:
ω=p×4(3×102-4×42)/(48EI)-p×1×3×4/(16EI)=8.37 mm (5)
根据规范要求:[ω]=12.5/400=31.25 mm。
可见,ω<[ω],挠度满足要求。
3.4 吊环钢筋设计
主吊点全荷载吊环钢筋规格按下式选取。
Ag=K×G/(n×2×Rg)×sinα (6)
其中,Ag为吊环钢筋截面积,cm2;K=1.5;G重量=32 657 kg,α=90°;n为吊点系数,取5;Rg为钢筋,取1 250 kg/cm2。
代入相关数值,式(6)计算结果为:钢筋截面积Ag=4.9 cm2,钢筋直径D=2.5 cm。选取D=2.8 cm>2.5 cm,主副吊点吊钩相同,即均选取Φ28钢筋。
3.5 钢丝绳选取与验算
钢丝绳拟采用6×37+1,公称强度为1 550 MPa,安全系数K=6。经查《起重吊装常用数据手册》[2]钢丝绳数据表,可得:
1)主吊扁担上部钢丝绳验算。
钢丝绳在钢筋笼竖立起来时受力最大。
吊重:Q1=Q+G吊=32.657+1.5=34.157 t。
钢丝绳直径:39 mm,[T]=14.58 t。
钢丝绳:T=Q1/4sin41°=13.02 t<[T],满足要求。
2)主吊扁担下部钢丝绳验算。
钢丝绳在钢筋笼竖立起来时受力最大。
吊重:Q=32.657 t。
钢丝绳直径:32.5 mm,[T]=10.13 t;钢丝绳长度:18 m(起吊绳)+12 m(连接绳)。
钢丝绳:T=Q/4=32.657/4=8.164 t<[T],满足要求。
3)副吊扁担上部钢丝绳验算。
通过钢筋笼在起吊过程中的受力分析,知副吊最大作用力2T2=20.7 t。
钢丝绳直径:32.5 mm,[T]=10.13 t。
钢丝绳:T=Q1/4sin41°=7.889 t<[T],满足要求。
安全系数:K=[T]/T×3.5=4.5。
4)副吊扁担下部钢丝绳验算。
通过钢筋笼在起吊过程中的受力分析,知钢丝绳最大内力为T2=10.384 t。
钢丝绳直径:28 mm,[T]=7.61 t;钢丝绳长度:20 m+12 m。
钢丝绳:T=T2/2=5.192 t<[T],满足要求。
3.6 钢筋笼碰主臂验算
主吊选用150 t履带吊,其相关参数为:主臂长度55 m,角度77°,额定起重量47.6 t。
主吊吊臂长度验算:钢筋笼长度40.4 m,扁担下钢丝绳高度4.5 m,扁担上钢丝绳高度3.5 m,吊机吊钩卷上允许高度4.5 m,其他扁担高度约1.0 m,吊装余裕高度1.0 m,满足要求。
扁担碰吊臂验算:L=4.5+3.5=8 m>1.8×tg77°=7.8 m,满足要求。
钢筋笼回卷碰吊臂验算:L=4.5+3.5+4.5+1.0=13.5 m>3×tg77°=13 m,满足要求。
提升高度:4.5+3.5+4.5+1+40.4+1.0=54.9 m。
机高2.235 m,吊臂长度L≥(54.9-2.235)/sin77°=54 m,满足要求。
4 结语
实践证明,通过对地下连续墙钢筋笼吊装的施工设计,钢筋笼的吊装安放过程进行得十分顺利,有效地控制了钢筋笼的变形,确保了钢筋笼在槽坑内的准确就位,施工质量达到设计、规范要求。
摘要：针对地下连续墙施工中所面临的墙体钢筋笼吊装设计问题,在简要分析了墙体钢筋笼吊装施工难点的基础上,重点就起吊吊点位置设计、钢筋笼挠度验算、吊环与钢丝绳设计、笼体碰主臂验算等进行了详细阐述,实践证明设计是成功的。
关键词：地下连续墙,钢筋笼,吊装
参考文献
[1]林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1993.
[2]杨文渊.起重吊装常用数据手册[M].北京:人民交通出版社,2002.
钢筋混凝土结构耐久性设计分析 篇10
【关键词】钢筋混凝土；结构；耐久度
一、钢筋混凝土耐久度的定义
钢筋混凝土耐久性，指的是指混凝土结构建筑在按照既定设计要求的目标使用期内，在实地自然环境、使用环境及材料内部因素的化学、物理作用下，不需要额外的维修和加固而保持安全稳定、正常使用的能力。钢筋混凝土结构的耐久性，一方面维护着使用者的安全与正常使用，另一方面，也反映了涉及建筑建设各方面的企业生产水平。因此，分析影响钢筋混凝土耐久性的因素，进而做好结构耐久性设计，找出问题，提出建议，有很强的实际意义。
二、影响钢筋混凝土耐久性的因素
（一）凝土结构损害因素分析
建筑钢筋混凝土结构的损坏是材料耐久性出现问题的一个最主要表现。混凝土结构在自然环境条件下，随着时间的推移与外部环境的改变，混凝土材料逐渐老化，结构稳定性不断的减弱，最终使得钢筋混凝土结构出现损伤，甚至损坏，进而在建筑的承载力与稳定性上产生隐患，影响整个建筑结构的使用与安全。
影响混凝土耐久性的因素很多，也很复杂，一些因素是在特定的条件下产生的，总体看可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素主要为选用的水泥和骨料种类、混凝土的水胶比和密实度、外加剂类型、浇注和养护的施工工艺、结构的设计形状和构造型式、保护层厚度和钢筋直径的大小等。外在因素主要指环境因素，包括冷热、干湿、冻融循环、化学介质（氯离子、酸、酸盐、海水、碱类等）侵蚀、磨损、疲劳等多方面。不同的环境对混凝土耐久性的影响程度不尽相同，外在因素是通过内在因素而起作用的。混凝土耐久性问题又可以分成钢材和混凝土两大类，钢材问题主要指钢筋的锈蚀。
（二）混凝土耐久性影响因素的特征
钢筋混凝土耐久性变弱的因素往往是在特定的环境下形成的，主要有以下特征：一是损伤产生较为隐蔽，不容易发现，多数损伤产生到发现的时间较晚，发展较慢，往往需要若干年甚至更长的时间，但是到最后建筑损坏往往难以弥补。二是耐久性问题是很复杂的多因素共同影响的结果。如一些海洋混凝土工程，有混凝土碳化钢筋锈蚀受到化学介质如氯离子腐蚀、电解，也有季节性的冻融损伤，还伴随着海水冲击和海砂磨损等等原因，另外突发自然灾害与生物侵蚀也是影响海洋混凝土工程耐久性的重要因素。三是大多数钢筋混凝土耐久性损伤是由构件表面开始形成的，所以有人称耐久性问题是混凝土结构的“皮肤病”。
三、混凝土结构耐久性设计
（一）混凝土结构耐久性设计依据
钢筋混凝土耐久性设计，是建筑结构设计的重要组成部分，这部分设计不仅仅决定了建筑的使用年限，维修频率，还决定了建筑的经济效益与建造成本。耐久性设计对混凝土建筑结构设计而言较新，尤其是我国建筑行业在技术更新较快，老旧建筑出现寿命问题后，才在国内被重视起来。
混凝土结构耐久性设计涉及到结构的使用环境、结构型式、材料选择、施工质量、养护条件、管理和维护维修等多个方面。以前钢筋混凝土结构设计对耐久度很少涉及，尤其是对周围环境对建筑结构的长期影响考虑的较少，传统建筑主要考虑荷载、承载力、地基等安全性与稳定性，尤其是对混凝土裂缝、挠度等因素对结构使用性能的影响较为关心。事实上，使用环境对钢筋混凝土材料性能的长期影响很大，尤其是建筑功能的退化和结构功能的劣化，各种因素的影响机理也不尽相同，因此，需要考虑的复杂因素较多。当前，混凝土结构耐久性设计的基本依据主要有三点：一是依据结构设计使用寿命进行设计；二是依据混凝土结构或构件的工作环境进行设计；三是根据工作环境确定耐久性极限状态及标志。混凝土结构耐久性设计应作为建筑结构设计的重要内容。首先应明确该结构的耐久性目标，即预期的结构设计使用年限，其次是要明确耐久性失效的标准或准则。这样才能控制项目的运营期间的维修费用，对严重超出正常维修的允许范围的设计，要及时的调整。
耐久性设计需要分析结构抗力与荷载随时间的变化规律，使设计的建筑结构有明确的目标使用期，并充分考虑以后的维修甚至改扩建的需要，使建筑工程项目达到安全、经济和实用的建设目的。
（二）钢筋混凝土设计使用寿命
耐久性设计的内容主要是根据混凝土结构劣化规律来计算或验算结构在设计使用寿命期内，环境作用的能力是否大于环境对结构的作用。设计使用寿命也称设计使用年限，是设计规定的一个时期，在这一规定的时期内，建筑在局部维修的情况下，能够按预期目的使用、完成预定使用功能。所谓“正常维护”即正常设计、正常施工、正常使用和维护，包括必要的检测、维护及维修。结构或建筑工程的使用情况与用途不同，其不同的部件也会有不同的使用寿命，因此，必须充分考虑到建筑工程在设计使用寿命期内，如何对部件进行维修、保养与更换，才能保证整个建筑工程项目的功能正常。
（三）钢筋混凝土环境改造
钢筋混凝土结构的使用寿命与其所处的工作环境密切有关。对不同使用情况与环境情况的建筑，其建筑的环境改造十分重要，对于不同的设计使用寿命，其环境的影响往往决定了建筑耐久度设计中的使用寿命长短，因此，必须以实践为基础，对拟建的建筑工程所处的工作环境有充分的考虑。在一般的工作环境下，结构材料随时间的延长其性能退化不明显，比较容易达到设计使用寿命。但在恶劣的工作环境下就必须有针对性地采取技术措施和相应的管理措施，才能满足设计使用寿命的要求。
钢筋混凝土结构所处的环境可以分为一般大气环境、工业建筑环境和海洋环境。前两种环境又分为室内环境和室外环境。一般来讲，室外的混凝土构件比室内构件的耐久性低。在工业环境下，空气中的二氧化碳和有害气体一般比其他环境下高，而且许多工业建筑室内构件可能处于高温、高湿和有腐蚀介质的环境中，因此会比民用建筑有着更严重的混凝土耐久性问题。处于海洋环境中的混凝土结构，由于受到混凝土碳化、氯离子侵蚀、干湿交替和波浪冲击等复杂作用，其耐久性问题较内陆地区的混凝土结构更为严重。在海洋环境中，混凝土构件腐蚀最严重的区域是潮汐区，其次是海平面以上的大气区及近海区域，而浸没在海水中的混凝土构件的耐久性问题却较相对较轻。
对于钢筋混凝土结构的安全性、适用性和耐久性，是保证结构可靠性不可缺少的重要要求。结构的完全安全与恒定是不存在的，钢筋混凝土耐久性问题导致了结构的安全性和适用性不断降低，因此，对钢筋混凝土结构的耐久性评估是耐久度设计是否成功的关键，而目前，科学的评估方法并不完善，而结构的可靠性是对建筑工程项目使用寿命预测的基础。因此，要对耐久度设计进行不断的改善，要从建筑设计理念、材料的使用与检测、结构的不断优化等方面，综合考虑建筑的钢筋混凝土的耐久度。而对于我国传统建筑以砖混结构为主的情况，要做好改造与技术升级，最大限度的增加建筑的使用寿命，缩小维修与重建成本，对于新建筑本身，要做好建筑的新概念设计，如钢结构设计与新兴材料应用等，按照国际标准做好耐久度设计，确保建筑在预计使用寿命之内，使用正常。
参考文献：
[1]易忠来，李化建，谢永江，方博.混凝土结构耐久性监测技术研究进展[J].混凝土，2012（05）.
[2]王海勇，周春雷，柏云.钢筋混凝土锈蚀损伤原因与防治技术[J].中国建材科技，2010（02）.
多层钢筋砼框架结构抗震设计要点 篇11
多层钢筋砼框架结构是建筑中常用的一种结构形式, 其优点为结构布置灵活、传力明确以及整体性和抗震性优良, 在各类多层的民用建筑及工业建筑中均被广泛的采用。但早期的多层钢筋砼框架结构的抗震设计均有不足, 在地震中表现出不同程度的破坏, 文章中总结了其框架结构及部分构件破坏的具体情况, 并进行了分析, 提出了多层砼框架结构抗震设计需改进的要点, 尤其对楼梯的建设进行了详细的分析, 通过改进建议使整体框架结构处于更利于抗震和安全可靠的状态。
1 多层钢筋砼框架结构震害概况
与砖砌房屋或其他砖墙承重混合结构类型的建筑物相比, 钢筋砼框架房屋在地震灾害中的损坏率较低。多层钢筋砼框架结构以其较大的延伸性和较好的整体性成为建筑型式中抗震性能良好的一种结构型式。在地震灾害中, 钢筋砼框架结构震害情况如下。
1.1 震害中框架梁及其柱身与节点的破坏形式
震害中框架梁及其柱身与节点的破坏形式主要有, 设计中如未考虑梁在地震时附加产生的弯矩和剪力可能会在发生地震时柱边竖向及斜向的裂缝, 或者柱边梁底下钢筋锚固因设计中未考虑变号弯矩作用可能在震害中被拔出, 以及加腋梁在变截面处发生竖向或斜向裂缝等情况。而框架柱的破坏主要形成在柱子两端, 震害中偶遇剪力弯曲及压力等作用使砼破碎产生裂缝。一般角柱遭受破坏较重, 受破坏框架柱子上端箍筋一般未采用加密措施。因地震中产生的双向偏心压力以及由填充墙带来的剪力等因素, 角柱加固设施不够或受力计算不全, 极易在地震中遭受破坏。另外一种在震害中常见的易遭受破坏的柱子是一类高宽比较小的柱子, 其中以高宽比低于3的短柱情况较为严重[1]。
1.2 框架结构以及其他相关结构的破坏也是多层钢筋砼建筑在震害中出现的主要破坏
有抗震墙的框架结构房屋在震害中遭受损失较小, 破坏程度较低, 无抗震墙的框架结构房屋, 底层若较为空旷且整体刚度不强, 在首层柱的上下两端则会有较大的转动, 震害中产生的危害也较大。装配式的钢筋砼框架结构在实践中有着良好的抗震性能, 但地震中表现的装配式框架房屋的破坏产生在大梁或柱边的节点位置, 应采取能够保证合理传力的构造及材料设施。框架结构顶部砖房的破坏也是震害加重的主要原因之一, 多层框架顶部在地震中存在框架的摆动, 顶部砖房受重大, 易产生应力集中造成重大破坏。
1.3 填充墙及防震缝的破坏
填充墙在不同震级的作用中一般均会发生破裂与倒塌现象。多层钢筋砼框架房屋的填充墙在地震中分担了部分作用力, 可减缓框架结构的压力, 有一定的防倒塌作用[2]。在有抗震墙结构的房屋或框架中, 填充墙受损程度会较轻。伸缩缝宽度较窄时, 在地震中相近的多层钢筋砼框架结构建筑易发生相互碰撞造成严重破坏。
2 多层钢筋砼框架结构抗震设计分析
2.1 砼框架结构设计要点
在地震灾害研究中, 遭受破坏较为严重的房屋多表现为强梁弱柱的建筑形式。在设计中抗震等级为二级或三级的构件, 柱的配筋通常采用构造配筋, 节点处梁的上皮钢筋受力。将梁支座负筋采用归并系数且进行一定程度的放大, 易形成强梁弱柱这一易遭破坏的建筑特点。故在设计中应一定程度的加大柱子断面和配筋, 将使用在楼板的一定宽度的配筋应用到梁上作为梁的配筋, 减小归并系数使梁的刚度降低, 确保建筑形式处于强柱弱梁, 提高柱的延伸性, 避免短柱的出现和其产生的脆性破坏[3]。
强剪弱弯的设计可控制梁柱的破坏形态, 避免脆性的剪切破坏, 使其发生较好的延伸性, 降低弯曲破坏。梁较于柱的塑性屈服发生较早且较多, 底层柱根的塑性铰形成的较晚, 在建筑设计中不应集中在某一层而要依照其屈服顺序合理错开。为了确保抗震性能, 相应的建筑规范中要求框架梁净跨长度和截面高度之比不在4以上, 柱净高和截面变长之比不低于4。通过控制剪压比, 可防止斜裂缝的出现, 有效减轻砼的破裂程度, 同时降低了箍筋的使用数量[4]。
节点的安全可靠性是梁柱稳定可靠发挥作用的重要前提, 当结构中的节点区域承受的外力较为复杂时, 易发生断裂或破坏, 因此在框架结构的连接区域必须做到强锚固和强节点, 对箍筋的设计使用是加强梁柱节点的重要途径, 要保证节点不能出现脆性剪切破坏。
2.2 框架结构中楼梯的抗震设计与分析
楼梯是发生地震时重要的逃生通道, 其合理的抗震设计具有重大的安全意义。砌体结构的楼梯间在地震中产生的破坏主要源自于与其连接的墙体, 由于楼梯间自身的特点, 与其连接的墙体量也比较多, 构件也较为集中, 受到的水平力也因其水平方向的刚度相对较大而增大, 支撑力较弱, 造成了楼梯间构造震害比较严重的情况。框架结构的楼梯间墙体为填充墙, 填充墙的刚度较大, 且框架结构刚度不能够均匀分布, 框架承受的水平压力会随着楼梯间的刚度而增加, 也极易产生破坏。
板式楼梯是楼梯的主要结构形式之一, 其组成部分包括梯段板、平台梁及平台板。梯段板端负筋截断位置大多在1/4～1/3处, 该部位的受力筋数量相对较少, 承受压力能力较差。在地震中, 抗压能力较差的砼达到最大耐受限度时, 受拉梯段板在其薄弱的位置出现裂缝, 此时只有钢筋承受全部拉力[5]。钢筋数量的不足以及其受拉钢筋拉应力突变使钢筋较快的出现屈服状态, 并且随着裂缝程度的增加而不断拉伸, 在地震作用下往复伸屈, 最终造成梯段板断裂。楼梯的平台板与平台梁与梯段板相接, 受力情况较为复杂, 地震中受到了空间弯矩、扭矩及剪力的共同作用。一般与框架相连的平台梁内力较大, 损坏较为严重。剪跨比和轴压比是影响柱子延伸性的主要因素, 依据剪跨比的不同可将柱子归为长柱、短柱和极短柱, 短柱和极短柱的破坏均属于脆性剪切破坏, 在楼梯框架结构中, 按照抗震设计标准要尽量避免出现短柱, 故楼梯梁不宜直接与框架柱现浇, 以避免出现短柱, 且在平台靠踏步处设梁, 由梁两端设计建设构造柱, 平台板外端不再设梁而梯段板外伸悬挑板避免短柱问题。
楼梯的结构设计中, 楼梯间不宜设置在房屋端部转角, 且不能凸出建设, 砌体结构中避免窗洞开设过大而使整个结构的梁柱结构破坏, 需要有可靠的锚固或者连接支撑楼梯间的非承重构件[6]。梯段板负筋要拉通, 板厚度适当增加, 实现双层钢筋配置, 同时对于作为传递楼梯支撑作用的重要构件的楼梯平台也应实现双向双面配筋。平台梁适当增加横截面积缓解其在震害中易受的扭力作用, 在梯段板的转角处, 局部的对构造措施进行加强, 在短柱框架中为防止过早的发生剪切性脆性破坏, 对框架短柱可实施全高加密, 或在柱身内配置一定数量的斜向钢筋[7]。
在楼梯的抗震设计中, 其构造与主体结构脱离使楼梯不参与整体结构受力是降低地震中楼梯破坏的有效途径之一。楼梯构造受力与整体受力相脱离, 梯柱弯矩剪力值显著降低, 也降低了梯柱破坏程度, 使作为竖向承重构件框架和重要通道的楼梯相对处于安全状态。
3 总结
建筑结构的抗震设计有着较早的起源, 抗震理论也在不断的完善。多层钢筋砼框架结构相对于其他建筑结构表现出的较好的抗震性能也不断的得到了验证, 但根据近年的地震灾害总结, 多层钢筋砼框架结构在地震中依然有需要改进之处。根据实践总结, 其结构中的梁柱设计强柱弱梁等要点使其更利于抗震和降低震害中的破坏。框架结构设计合理化与可靠度提高是在震害中保证人民财产生命安全的重要手段, 也是要不断发展和研究的重要课题。
参考文献
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