劉 輝

(山西省商業(yè)設(shè)計院，山西 太原 030001)

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混凝土結(jié)構(gòu)前期設(shè)計常見問題分析

劉 輝

(山西省商業(yè)設(shè)計院，山西 太原 030001)

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從使用年限、耐久性、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)體系等方面，分析了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的解決方法，并探討了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計各環(huán)節(jié)應(yīng)注意的事項(xiàng)，為類似工程設(shè)計提供參考。

混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，高層建筑，耐久性

1 合理確定設(shè)計使用年限

對于結(jié)構(gòu)而言，設(shè)計使用年限是區(qū)分一個建筑重要性的指標(biāo)，規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行大修即可達(dá)到使用目的的時間就是設(shè)計使用年限，一個結(jié)構(gòu)在這個年限內(nèi)，需滿足安全性和耐久性。一個建筑正常使用年限是建立在正規(guī)設(shè)計、正規(guī)施工和維護(hù)使用的前提下，也是衡量一個工程質(zhì)量的重要指標(biāo)，如果在設(shè)計使用年限內(nèi)出現(xiàn)問題，應(yīng)找到某一環(huán)節(jié)是否在前期就出現(xiàn)了問題，也有利于彌補(bǔ)。當(dāng)建筑接近設(shè)計使用年限后，并不意味著建筑喪失了安全性，只能說明建筑的安全能力降低了，需要進(jìn)行安全檢查，重新確定后續(xù)使用年限。GB 50068—2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)指出一般建筑設(shè)計使用年限和建筑類別的劃分，對于設(shè)計使用年限為5年的，定義為臨時性建筑；對于設(shè)計使用年限為25年的，定義為易替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件或部件；對于設(shè)計使用年限為50年的，就是一般普通建筑和構(gòu)筑物；對于設(shè)計使用年限為100年或以上的，規(guī)定為紀(jì)念性和特別重要的建筑。由于設(shè)計使用年限的不同，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)活荷載重要性系數(shù)γ0的選取。對應(yīng)的取值見表1。

2 正確判定混凝土環(huán)境類別

表1 不同使用年限結(jié)構(gòu)活荷載取值表

環(huán)境類別的選擇直接決定了混凝土構(gòu)件的最低強(qiáng)度等級，按照GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對耐久性設(shè)計中明確規(guī)定了五種環(huán)境類別，分別是一類、二a類、二b類、三類、四類和五類。區(qū)分如表2所示。

表2 混凝土環(huán)境類別區(qū)分表

各個環(huán)境類別的區(qū)別：一類和二a類的區(qū)別在于是否為潮濕環(huán)境；二a類和二b類的區(qū)別在于冰凍、水和土壤因素，主要考慮地下室、水池、游泳池等結(jié)構(gòu)；三、四、五類主要應(yīng)用在港口工程等具有腐蝕性的環(huán)境。

一般結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一些人員對一類、二a類和二b類區(qū)分不是很清楚，例如帶游泳池或浴池的室內(nèi)建筑是選擇一類還是二a類；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)是選擇二a類還是二b類等。

環(huán)境類別直接影響混凝土耐久性，主要因素有混凝土碳化、腐蝕、凍融和鋼筋銹蝕，其中最重要的因素是混凝土碳化和鋼筋銹蝕，所以對于工程檢測鑒定一般就是檢查這兩項(xiàng)來判定結(jié)構(gòu)的安全性。其中對于設(shè)計使用年限為100年的建筑所要求的耐久性都相應(yīng)提高，并且對于二、三類的環(huán)境中明確了專門的措施。

3 合理選用現(xiàn)澆板的混凝土強(qiáng)度和鋼筋強(qiáng)度等級

合理選用混凝土強(qiáng)度等級和鋼筋級別，可以使混凝土構(gòu)件在安全可靠的前提下也極大的滿足經(jīng)濟(jì)性?；炷翉?qiáng)度的提高，對于構(gòu)件的承載力和整體剛度都有很大的貢獻(xiàn)，可是混凝土強(qiáng)度的提高往往會增加配筋率和構(gòu)造要求，又使得耗鋼量升高，同時混凝土強(qiáng)度等級過高，水泥用量多，易導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生收縮裂縫。所以對于選擇合理的混凝土強(qiáng)度等級，顯得尤為關(guān)鍵。一般結(jié)構(gòu)常選用的混凝土等級在C20～C30，不宜超過C40。關(guān)于鋼筋的選用，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，衡量經(jīng)濟(jì)性的是鋼筋的強(qiáng)度價格比，即固定價格可買到的單位鋼筋強(qiáng)度，所以采用高強(qiáng)度，對于控制造價是比較有利的，現(xiàn)在大規(guī)模采用HRB400級鋼筋，對于大跨度構(gòu)件的裂縫和撓度控制很有成效。

4 選擇合理經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系

一個建筑，根據(jù)建筑功能、材料要求、高度要求，確定合理的結(jié)構(gòu)體系，對于施工技術(shù)條件、建材、經(jīng)濟(jì)、設(shè)備機(jī)電等各專業(yè)都至關(guān)重要。對于商場、車站、餐廳等多層房屋，選用框架結(jié)構(gòu)較合理；對于住宅、賓館等居民房屋，選用剪力墻結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)較合理；對于寫字樓、教學(xué)樓、醫(yī)院等綜合性公共建筑，多選用框架—剪力墻或框架—核心筒較多。按照建筑層數(shù)和高度要求，6層及以下多采用磚混結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)；高層建筑多采用剪力墻結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。

JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定了高層建筑結(jié)構(gòu)高度的區(qū)分，分為A級高度和B級高度。A級高度是結(jié)構(gòu)體系比較合適的結(jié)構(gòu)高度，較B類低，所以對于A級高度的最大適用高度有如表3所示的要求。

表3 高層建筑結(jié)構(gòu)A級高度最大適用高度表

需要說明的是：房屋高度是指室外地面至主體屋面的高度，不包括凸出屋頂?shù)牟糠?；對于重點(diǎn)設(shè)防類別的建筑，應(yīng)按提高一級設(shè)防要求來確定最大適用高度。

5 合理選擇建筑規(guī)則性，避免出現(xiàn)超限工程

5.1 建筑高寬比

高寬比是指建筑物高度與寬度的比值，其中，高度是指室外地面至主樓屋面高度，寬度是兩個方向的尺寸，一般高寬比也是兩個方向的數(shù)值，這個寬度是所考慮方向的最小投影寬度，不包括凸出屋面的部分。A級高度最大高寬比見表4。

表4 A級高度最大高寬比

5.2 平面長寬比

隨著使用功能和造型的不斷提高，建筑平面已經(jīng)不再是簡單的矩形或方形了，對于L形、U形、弧形等異形平面，對于長邊(L)、凸出的長度(l)、凸出的寬度(b)、樓最寬處(Bmax)有如表5所示的限值規(guī)定。

表5 建筑平面長寬比限值規(guī)定表

6 結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個建筑由圖紙變成現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵專業(yè)，合理的結(jié)構(gòu)形式和選型對于一個工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性都起到非常重要的決定，在實(shí)際工程設(shè)計時，需要注意的項(xiàng)目還有很多，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在方案初期就進(jìn)行介入，以便后續(xù)設(shè)計工作。

[1] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 許 建.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見及疑難問題解析[Z].ISBN 978-7-112-09182-9.

Analysis on common primary design problems of concrete structure

Liu Hui

(ShanxiCommercialDesignInstitute,Taiyuan030001,China)

Combining with practical experience, starting from aspects of service life, durability, regularity and structural system, the paper analyzes solving methods to common concrete structure design problems, and explores matters needing attention in concrete structure design, which has provided some guidance for similar engineering design.

concrete structure, structural design, high-rise building, durability

1009-6825(2016)32-0065-03

2016-09-04

劉 輝(1983- )，男，助理工程師

TU375

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