试述建筑结构混凝土设计

摘要：随着经济水平的不断提高，人们对建筑的质量及功能提出了更高的要求。目前，在建筑工程中，混凝土结构已经获得了广泛的应用，然而在设计环节仍然存在诸多问题。有鉴于此，本文将针对建筑结构混凝土设计展开论述，旨在进一步提高建筑的质量及功能。

关键词：建筑结构；混凝土；设计 

中图分类号： TU8文献标识码： A

在建筑工程中，混凝土结构的应用已经十分普遍。自改革开放以来，混凝土结构不管是材料方面，还是开发方面，又或者施工方面，均取得了难以置信的发展。如今不管是地上，还是地下，又或者海洋，均可见混凝土结构的应用。混凝土结构已经成为当代社会的一个明显标志。

一、混凝土结构历史

混凝土结构有着一百多年的历史，是一种新兴建筑结构。在19 世纪中期，混凝土才得到了广泛应用，但是混凝土由于技术原因质量都比较低劣。直到 19 世纪末，工业生产的发展才推动了建筑材料的计算和研究。随着水泥、钢材工业的发展，混凝土的抗压强度才逐步提高，从 20 世纪 40 年代到 70 年代，已经从 28N/平方毫米提高到了 420N/平方毫米。抗压强度的提高是混凝土的应用极速扩展，高强度的混凝土已经运用于大跨度、重型、高层建筑结构中，不仅减轻了自重还降低了建筑成本。我国到了 70 年代混凝土的应用才随着高层建筑的快速发展而广泛应用。比如北京饭店、白云广场等。80 年代后，混凝土技术才向着高技术、多元化发展，比如 78 层的香港中环广场是世界上最高的混凝土建筑，广州 80 层的中天广场是国内最高的混凝土结构建筑。现在，我国重视混凝土结构，建筑结构的理论分析和试验工作都取得了较好的效果，通过不断的学习和创新现在国内混凝土技术都已经趋近于发达国家水平。

 二、混凝土结构设计优点

（1）对比与砖混结构，结构较为稳定，抗震抗风性能好，所以耐久性好，建筑实使用命增长。和钢结构相比能较少材料成本和人工成本，且具有耐火性好、结构刚度大、维修费用少的特点。

（2）空间分布灵活、格局多变，可以灵活配合建筑平面布置，有利于建筑空间的充分利用。

（3）混凝土现浇时，结构完整，整体性、刚度都能达到优良的抗震效果。还能通过不同的模具达到不同的形状和尺寸，可塑性强。

（4）属于绿色建筑材料，矿渣、粉煤灰等工业废料都可以成为混凝土的原料。

（5）在城市建设中，混凝土已经商品化，价格低廉、材料丰富。

三、建筑结构混凝土设计原则

3.1侧向力的把握

在建筑结构中，侧向力的影响效果是多方面的，包括结构内力、结构形变，土建工程等。不管是高层建筑，还是一般建筑，均会受到多种作用力，如自重、雪载以及活载等，特殊情况下，还会受到大风，甚至地震施加的水平作用力影响。在建筑结构中，水平作用力将会导致横向位移的加大，所以，应该重点关注风力及地震力的影响，并将二者当作主要的控制因素。

3.2建筑结构的刚度适宜性

建筑越高，其侧向位移也就越大。所以，在高层建筑设计中，不仅要求结构强度符合设计要求，而且要充分考虑结构的适宜性，另外，应为其设计一个科学的自振频率，与此同时，还应控制过量层位移的发生。

3.3结构的良好延展性

相较低层建筑而言，高层建筑结构更容易受到地震的影响而发生较大的变形。建筑结构耐震性能优劣与否取决于两大方面，一是结构的变形能力，二是结构的承载能力。为有效降低地震的破坏程度，要求建筑结构即使在塑性变形阶段也不可完全丧失变形能力。所以，在保证强度的基础上，应该利用科学的设计手段以及构造技术去尽量提升建筑整体结构的变形能力，特别是薄弱层，更应该保证结构具有合理的延展性。

3.4设计的整体性原则

所谓设计的整体性原则是指将建筑视作一个有机的整体，站在整体的视角，研究它的构成、功能以及发展规律等，并揭示整体和部分之间的关系，是制约？是结合？还是依赖？从而认清建筑结构的系统特征，还有运行规律。

四、混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等

素混凝土是由水泥、砂（细骨料）、石子（粗骨料）、外加剂，按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成，与钢筋混凝土相比，不再配置钢筋。

钢筋混凝土是在素混凝土的基础上配置一定数量的钢筋，是两种材料粘结在一起形成一个整体，共同承受外力。钢筋锈蚀是钢筋混凝土出现裂缝的主要原因。钢筋锈蚀随着年限的增加而加剧时，会使混凝土结构出现锈胀裂缝。锈胀裂缝能够引起钢筋和混凝土之间的粘接性能的退化。

预应力混凝土结构主要是针对钢筋混凝土结构。因为钢筋混凝土容易产生裂缝，预应力是利用高强度钢筋和高强度混凝土，在混凝土出现裂缝之前通过外力施加使混凝土受拉区预先受压力，再抵消受拉力区混凝土中的预压力，这样能够控制混凝土的延伸，控制出现裂缝，提高了构件的抗裂性能和刚度。在高层建筑、桥隧建筑、海洋结构、飞机跑道等方面都有预应力的身影存在。预应力不仅能够改善钢筋混凝土结构，提高结构的构件的稳定性和耐疲劳性外，在一些特殊要求的工业建筑中也得到了充分的利用，比如说对压力有要求的原子能发电站，对防腐有要求的采油平台等，都需要预应力混凝土结构。预应力改善钢筋混凝土的一大特点就是利用轻质材料来改善自重大的缺点，比如陶粒混凝土、浮石混凝土、火山渣混凝土、膨胀矿渣混凝土中，可以制成跨度较大、质量较轻的壁板、屋面板等。现在国内的轻质混凝土强度等级是 C20-C40，容重是 12-18N/立方米，所以自重轻。在地震多发地区利用这种轻质混凝土能够减小地震力。

混凝土结构设计的安全性要求

结构设计的总体要求是安全舒适和经济合理，这两者之间达到平衡才能满足建筑的基本功能。基本功能中最重要的是可靠性，包括安全性、适用性、耐久性，三者之间相互制约、相互影响，重新定义了结构性能。结构的安全等级根据其重要程度和综合经济效益进行划分。六、加强混凝土结构安全性的方法

6.1提高现行技术标准安全系数

我国现行结构设计规范中结构安全可靠度仅仅是对结构构件而言。但是构件的安全性很大程度上取决于荷载的取值。现在的规定不能在不同的设计规范中体现不同的荷载标准值。因而在设计安全系数时要审视安全系数的标准，从实际出发，提高混凝土结构的荷载等级和构件承载能力。

6.2提高混凝土结构设计中的耐久性

现代设计规范和施工常常局限在荷载作用下结构、构件的安全性问题，却对建筑整体结构和构件随着时间的增长而不断劣化的作用认识不足。现有的结构耐久性定义局限于外部环境的长期作用，对结构累积损伤和结构性能变化的分析却比较少。建筑业长期重设计轻维护的思想无疑又加剧了混凝土结构的安全性和耐久性。所以积极使用高耐久性能的高分子材料、控制水泥和粗骨料的使用等提供结构耐久性。

6.3加强施工过程的质量管理

施工期安全性主要是因为施工方案失误、施工不当、结构性能不完善、材料劣质等。工程施工质量直接影响到混凝土结构的安全性和耐久性。所以对于工程中的原材料及加工构件进行严格的质量把控，施工过程要严格按照《中华人民共和国产品质量法》，各项指标通过检验，并且通过监理单位的规范查收。建立完整严密的全过程质量检验体系。

6.4用科学的方法制定项目工期

项目工期常常受到人为环境因素的控制，尤其是在政绩工程中，常常由于建筑期限和规模忽视了项目工期。一个合理的项目工期是利用科学的手段、科学的方式、科学的组织力来为结构构件和安全性创造前提。

结语

我国混凝土结构设计在工程中根据设计原理、荷载分析方面做出来大量新的技术成果。加强结构的可靠度和安全性才是整个混凝土结构需要重点解决的问题。

参考文献

[1] 温灿.钢筋混凝土框架结构设计问题探讨[J].城市建设,2010(23).

[2]苏赐钦.高层建筑混凝土结构的优化设计探析[J].黑龙江科技信息.2010(20).