优化钢筋混凝土结构设计的措施探讨

【摘 要】钢筋混凝土结构的优点是坚固，耐久，防火性能好，节省钢材，成本较低，是工业与民用建筑最常见的结构，得到了广泛的应用。本文探讨了优化钢筋混凝土结构设计的措施。

【关键词】设计理念；设计构造；优化措施

在钢筋混凝土结构中，钢筋承受拉力，混凝土承受压力，坚固，耐久，防火性能好，节省钢材，成本较低。近年来，随着我国钢材量的不断提高，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展。结构设计者要在遵循各种规范的前提下，大胆灵活的优化结构设计方案。

1 钢筋混凝土结构设计应有的理念

在建筑设计领域，结构工程师应具有创新精神和超前意识，按照建筑要求，综合结构安全、节省造价、方便施工等因素，做出最优的结构设计方案，尽最大限度满足建筑师的设计要求，结构设计人员应具备以下基本理念：

1.1 复杂结构简单化。要善于将复杂变简单，将结构的受力、传力途径，设计的越简单直接越好。沿建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件，最好成均匀的连续布置，以避免出现层间位移角、内力，以及传力途径的突变，避免出现软弱层。建筑物的使用包括采光、通风、采暖、供水、排水、温湿度调节等多种要求，因此建筑结构设计，应和相关专业密切配合，尽量简单化设计，以便于多种管线、设备及设施的施工安装。

1.2 结构可靠，确保安全。结构设计必须确保使用者在正常使用的安全，而且在遇到可能预料的各种灾难时，使生命财产的损失减少到最小程度。要尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心，靠近建筑物质量重心，最好重合，以避免或降低在风荷载或地震的作用下，产生的扭转效应及其相应的破坏。结构设计方案应尽量做到受力明确。利于计算，减小作用效应，增加结构构件抗力，利于非结构构件可靠连接，不易遭到破坏。

1.3 刚柔结合，富有艺术美感。建筑物的作用是为了使用，对于不同类型建筑物，必须满足使用功能的要求；由于建筑同时又体现了社会的文化艺术，因此在做结构设计时，不仅要满足承载力、刚度和延性的要求，还要尽可能实现刚柔结合，采用多种建筑艺术手法，体现出时代的艺术美感，反映出建筑设计师所要表现的建筑艺术要求。

2 优化钢筋混凝土结构设计的措施

2.1 保证结构传力路线简捷。建筑布置在抗震设计中，平面、立面都要简单、规则、对称，结构的传力路线要简捷明了。在荷载作用下，结构的传力路线越短，越直接，结构的工作效能越高，耗费的建材也就越少。钢筋混凝土结构的抗震设计，要注意：平面宜简单，规则，对称，减少偏心；刚度中心与质量中心尽量重合；质量大的跨间，不宜布置在结构单元的边缘，质量大的设备，宜布置在距刚度中心较近的部位；尽量少采用大悬挑结构；围护结构宜采用轻质材料。从力学观点看，在民用和公共建筑的平面布局中，应尽量使柱网按开间等跨和进深等距布置，这样可以相应减少边跨柱距，充分利用连续梁的受力特点，以减少结构中的弯距，使各跨梁截面趋于一致，从而提高结构的整体刚度。

2.2 注意加强构造措施。对于大跨度柱网的框架结构，处于楼梯间处的框架柱，由于楼梯平台梁与其相连，使得楼梯问处的柱可能成为短柱，应对柱箍筋全长加密。这一点在设计中容易被忽视，应引起重视。对框架结构外立面为带形窗时，设置连续的窗过梁，可能会使外框架柱成为短柱，应注意加强构造措施；对于框架结构长度略超过规范限值，建筑功能需要不允许留缝时，为减少有害裂缝，建议采用补偿混凝土浇筑。采用细而密的双向配筋，构造间距宜小于150毫米，对屋面宜设置后浇带，后浇带处的构造措施，宜适当加强。

2.3 注意地下室的结构设计。有地下室的建筑，当地下水位较高时，在室外地坪之下的结构部分外轮廓形状应尽量简洁，以有利于建筑防水的施工。由于柱下承台的影响，基槽地模形状很复杂，太多的阴阳角和放坡，不但增加了防水施工难度，延长了施工时间，而且增加了工程造价。对于这种情况，建议考虑采用反承台法：统一地下室底板和承台的下皮标高相同，承台需要加厚部分向上作，然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。此方法基槽地模形状简单，不但方便施工，利于保证工程质量，而且缩短施工时间，内部的覆土重量，也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，提高了建筑物的抗倾覆能力。

2.4 注意嵌固端与短肢剪力墙的设置。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，在这个问题上，由嵌固端的设置引起的一系列需要注意的问题容易被忽视，例如，嵌固端楼板的设计，嵌固端上下层刚度比的限制，嵌固端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等问题，而忽略其中任何一个方面，都有可能埋下安全隐患，导致后期设计的大量修改；新规范对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙，同时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用，增加了相当多的限制。因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少用最好不用短肢剪力墙，以避免给后期设计带来不必要的麻烦。

2.5 注意节点构造，使塑性铰向梁跨内移。在罕遇地震作用下，要实现让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁相对于梁端截面实际抗弯能力而言，柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是使柱不被压溃的关键控制措施，它决定了由强震引起柱端截面屈服后，塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成层侧移机构；柱强于梁的幅度大小，取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布，以及动力特征的相应变化。因此，要在建筑许可的前提下，尽可能把柱的截面尺寸做大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。验算截面承载力时，将柱的设计弯距，按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段，不能形成塑性铰，或塑性铰转移到立柱上。

总之，建筑结构设计的好坏关系到人民生命财产的安全，责任重大。钢筋混凝土框架结构设计中有很多地方需要注意，结构设计人员要具有良好的设计概念，熟练掌握规范，不断优化设计方案，保证设计建筑安全，经济适用。

参考文献：

[1]《混凝土结构设计规范》（GB50010 -2002）

[2]程志军 徐有邻 王全礼 微合金化HRB级钢筋的研制与应用 建筑结构 2002年第1期

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[4]徐有邻 钢筋对结构安全的影响―汶川震害中钢筋的表现 工业建筑 2009年第11期

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