混凝土结构设计论文范文

混凝土结构设计论文范文第1篇

关键词：高层建筑；超长结构；预应力结构；设计

1前言

预应力结构设计技术的发展，为现代高层建筑向更高、体型更复杂，结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上，上部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作为办公用房，下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。

2工程概况

本工程位于益阳市赫山区，建筑面积31000m2，地上21层，地下一层，总高度为83m。其中一层为大型商场，二层为餐厅，三层为娱乐场所，四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构，裙楼为超长结构，结构平面布置随建筑变化而逐层变化，图1为四层的结构平面图，楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。

3结构方案设计

混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力，当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时，构件即开裂。对此，现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为45~55m。本结构纵向长度近159.6m，远超过上述规定，而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝，必须采用从基础到顶层增加双梁双柱来实现，这除了增加施工难度和成本之外，还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题，通过对结构施加预应力，在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。

预应力除了可有效控制裂缝的作用之外，其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm，次梁梁高可由600mm降为450mm，16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm~

1100mm。这样在保持净层高不变的情况下，每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案，使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层，从而取得显著的经济效果。

为此，在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点，确定了以下主要设计原则：

3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高，结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋；考虑到规范要求，采取有粘结预应力，跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。

3.2根据文献[2]，混凝土中有效预应力大于0.7Mpa，则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力，已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。

3.3后浇带位置要合理，避免布置在侧向刚度很大的构件周围，以免影响两侧板带的自由收缩。

3.4由于结构复杂，预应力筋数量和形式多样，设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。

4预应力计算

4.1设计重点

a)4~6轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构，其中六楼为空中花园，七、八楼中空，到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋，并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高，而且后浇带的设置使地下一层至六层的A~C轴和E~F轴以及九、十层A~F轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。

b)如图1所示，十层和十一层17~20/C~G轴之间是一个悬挑大网架，面积为25.2m×33.6m，矢高为一个楼层高度，通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力，十一层G点支座向外拉力最大，为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力，在预埋件上钻直径20mm的孔，采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干，基本走梁中直线，张拉控制应力为0.6fptk。

c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂，特别是广告牌支座在风荷载作用下，每个支座最不利弯矩为250kN·m，支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m，对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置，荷载值很大。

针对以上所述的设计重点难点，预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合，均采取了相应有效合理的设计措施。

4.2预应力计算标准

材料强度等级:混凝土C40，局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线，张拉控制应力均为0.75fptk。

本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准（见表1）。

所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋，其受压区高度均小于0.35h0，纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3％，符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算，均未开裂。

5构造设计

5.1后浇带设置

如图1所示，三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段，有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长，初期发展较快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2，三个月完成60％～80％。在后浇带浇筑之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌，考虑竖向结构（柱和墙）的约束影响，可认为此时收缩变形已完成50％。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100％强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能，采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。

预应力对于E～F轴段结构从第三层就到17轴为止，则该区段15～16轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度，从第六层开始把该后浇带取消，预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带，以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带，以防止4～6轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。

5.2锚具设计

由于荷载和结构形式复杂，预应力梁内的预应力数量种类很多，根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。

5.3张拉槽、后浇带构造设计

由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术，而要实现变角张拉的操作，梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑，必将带来如截筋而无法补强等施工问题，最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理，以保证施工质量。

在梁后浇带处或梁面张拉槽处，先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋，对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面张拉槽处张拉端的详细构造设计（见图2和图3）。

5.4张拉顺序设计

根据本工程的结构设计特点，张拉各个区域分开进行，先张拉次梁，后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁（特别是与次梁垂直的主梁），有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁，而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下：

a）先沿着一个方向张拉纵向次梁，再返回张拉纵向主梁；

b）沿一个方向张拉横向主、次梁；

c）横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多，必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋，在两边短跨梁内建立起预压力，再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。

6结语

经各方共同努力，本工程施工进展顺利，经观察没有发现结构裂缝，质量优良。工程实践表明：

6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。

6.2在高层中，施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下，采用预应力方案可以增加建筑物层数，从而取得显著的经济效益。

6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定，对同一幢建筑中的不同构件，同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。

6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。

参考文献：

[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.

[2]美国混凝土协会规范.AC1318.

[3]陶学康.后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社.

[4]徐焱，苏文元.超长结构中预应力的应用.新世纪预应力技术创新学术交流会论文集.

混凝土结构设计论文范文第2篇

关键词：混凝土结构设计建筑结构

前言

1在设计方法上的差别

在建筑结构专业的《混凝土结构设计规范》GBJ10－89中（以下简称GBJ10－89），采用的是近似概率极限状态设计方法。以概率理论为基础，较完整的统计资料为依据，用结构可靠度来衡量结构的可靠性，按可靠度指标来确定荷载分项系数与材料分项系数，使设计出来的不同结构，只要重要性相同，结构的可靠度是相同的。

在公路桥梁专业的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》TJT023－85中（以下简称TJT023－85），采用的是半概率半经验的极限状态设计方法。虽然也采用概率理论及结构可靠度理论，但在设计公式中是用三个经验系数来反映结构的安全性，即荷载安全系数、材料安全系数、结构工作条件系数。

在设计中，对这种系数的差别要注意区别，不能混淆。

2材料强度取值上的差别

2．1混凝土的强度

混凝土立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标，是用标准试块在标准养护条件下养护后用标准试验方法测得的强度指标。两规范中所采用的试块尺寸是不同的。GBJ10－89中采用150mm立方体试块，TJT023－85中用200mm的立方体试块。GBJ10－89中，根据测得的具有95％保证率的立方体抗压极限值来确定混凝土的强度等级，一共分为十级，即C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C60。

TJT023－85中，根据测得到具有84．13％保证率的立方体抗压极限值来确定混凝土的强度等级，用混凝土标号表示，一共分为七级，即15号、20号、25号、30号、40号、50号、60号。由于所采用的试块尺寸不同，两规范中相同数值等级的混凝土强度值是不同的，GBJ10－89的值大。如C15混凝土与15号混凝土，尽管都表示强度等级为15Mpa的混凝土，但实际强度C15混凝土比15号混凝土大。混凝土强度取值不同，这一点在设计中是要注意的。

2．2钢筋的强度

两规范中，钢筋的标准强度取值是一样的，都采用钢材的废品限制值作为取值依据。但钢筋的设计强度取值不一样，GBJ10－89中以标准强度值除以材料分项系数作为取值依据，而TJT023－85中设计强度取值与标准强度取值是一样的。这样，相同的钢筋等级，TJT023－85中钢筋的设计强度取值大。

3荷载取值的差别

两规范中荷载分类与取值都有明确的规定，不容易混淆。在荷载效应组合中有一点差别，应注意。GBJ10－89中，荷载效应组合时，既有荷载分项系数，又有荷载组合系数，要区别开来。TJT023－85中只有荷载分项系数。

4构件计算的差别

两规范中在构件计算上，尽管依据的原理、计算假定、计算模型基本一致，但计算公式、计算结果是有较大差别的。构件计算是关系到设计结果的最重要的一环，值得重视。限于篇幅，只以正截面受弯和斜截面受剪强度计算为例看计算上的差别。

4．1正截面受弯强度计算

两规范在计算假定上就有差别。混凝土极限压应变取值，TJT023－85中为εu＝0．003GBJ10－89中εu＝0．0033。在等效矩形应力图形中，TJT023－85取γσ＝Raβx＝0．9x。GBJ10－89中取γσ＝1．1fcβx＝0．8x。由于εu取值不同，两规范中混凝土界限受压区高度有些差别。从混凝土极限压应变、等效矩形应力图形的差别上可以看出，两规范中安全储备是不同的。TJT023－85的安全储备大。

下面用算例来说明这一问题。

有矩形截面梁，截面尺寸为250mm×500mm20号混凝土，Ⅱ级钢筋。计算截面处计算弯矩为Mj＝15KN．m试进行配筋计算。

4．1．1先按TJT023－85计算。

已知20号混凝土抗压强度设计值Ra＝11MpaII级钢筋抗拉强度设计值Rg＝340Mpa混凝土相对界限受压区高度ξjg＝0．55，材料安全系数γc＝γs＝1．25。

（1）求混凝土受压区高度x

先假定钢筋按一排布置，钢筋重心到混凝土受拉边缘的距离a＝40mm，则有效高度h0＝（500－40）mm＝460mm由

得

解得X＝133mm＜ξjgh0＝0．55×460＝253mm。

（2）求所需钢筋数量Ag，由RgAg＝Ra·bx，得

Ag＝＝＝1076mm2

（3）验算最小配筋率μ＝＝＝1％＞μmin＝

0．1％，满足规范要求。

4．1．2按GBJ10－89计算

C20混凝土，弯曲抗压强度设计值fcm＝11Mpa，钢筋抗拉强度设计值fy＝310Mpa混凝土相对界限受压区高度ξb＝0．544

（1）求X有Mj＝fcmb×（h0－）得115×106＝11×250×（460－），解得x＝（1－1－）h0＝102．3mm＜ξbh0＝0．544×460＝250．2mm满足要求

（2）求As由Asfy＝fcmbx得As＝fcmbx／fy＝（11x250×102．3）／310＝907．5mm2＞μminbh0＝0．15％×250×460＝172．5mm2

如果扣除由于20号混凝土与C20混凝土之间强度取值的差别，20号混凝土按GBJ10－89，fcm＝11×0．95＝10．45MPa则x＝（1－1－）×460＝108．5mm，As＝（10．45x250x108．5）／310＝914．4mm2

从上述计算中看出，按TJT023－85比按GBJ10－89钢筋用量多17．7％。

4．1．3受弯构件斜截面强度计算

在斜截面强度计算中，两规范都是根据斜截面发生剪压破坏时的受力特征和试验资料所制定的。但两规范在计算公式表述上及计算结果上都有较大的差别。

TJT023－85中，斜截面强度计算公式为：Qj≤Qu＝Qhk＋QW，其中Qhk＝0．0349bh0（2＋p）RμkRgk，Qw＝0．06RgwΣAwsinα，式中Qj：根据荷载组合得出的通过斜截面顶端正截面内的最大剪力，即计算剪力，单位为KN；Qhk：混凝土和箍筋的综合抗剪承载力（KN）；Qw：弯起钢筋承受的剪力（KN）；b：通过斜截面受压区顶端截面上的腹板厚度（cm）；h0：通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离（cm）；μk：箍筋配筋率μk＝nk·ak／（b·s）；Rgk：箍筋的抗拉设计强度（Mpa），设计时不得采用大于340Mpa：R：混凝土标号（Mpa）；p斜截面内纵向受拉主筋的配筋率，p＝100μ，μ＝Ag／bh0当p＞3．5时，取p＝3．5；Rgw：弯起钢筋的抗拉设计强度（Mpa）；Aw在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋纵截面面积（cm2）；α：弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。

上式中工作条件系数、安全系数均已记入。公式的适用条件采用上限值和下限值来保证。上限值要求截面最小尺寸满足Qj≤0．051Rh0（KN）。满足下限值，Qj≤0．038R1bh0（KN）可按构造要求配置箍筋，式中R1：混凝土抗拉设计强度（Mpa）。GBJ10－89中，斜截面承载力的计算公式为V≤Vu＝Vcs＋Vsb其中Vcs＝0．07fcbh0＋1．5fyv（Asv／S）h0Vsb＝0．8fyAsbsinαs当为承受集中荷载的矩形独立梁，Vcs＝0．2／（λ＋1．5）fcbh0＋1．25fyvh0，式中V：构件截面上的最大剪力设计值（N）；Vcs：混凝土与箍筋的综合抗剪承载力（N）；Vsb：弯起钢筋所承受的剪力（N）；b：矩形截面的宽度，T形截面或I形截面的腹板宽度（mm）；h0：通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离（mm）；fc：混凝土的抗压强度设计值（Mpa）；fyv：箍筋的抗拉强度设计值（Mpa）；S：沿构件长度箍筋间距（mm）；fy：弯起钢筋的抗拉强度设计值（Mpa）；Asb：在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋纵截面面积（mm2）；αs：弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。

公式的适用条件也是采用上限值和下限值来保证。上限值要求截面最小尺寸满足V≤0．25fcbh0当为薄腹梁，V≤0．2fcbh0。满足下限值V＝0．07fbh0，可按构造要求配置箍筋。从上述公式中，可以看出，公式的表达形式不同，各物理量的单位也不同。

下面以实际例子看看计算结果上的差别。

已知T形截面简支梁，25号混凝土，纵筋采用II级钢筋，箍筋采用I级钢筋，计算截面的计算剪力为416．27KN受拉区有2Φ32的纵筋，保护层厚30mm。进行腹筋设计。

下表是根据两规范进行的计算比较。

TJT023－85中，对斜截面抗剪计算，要求弯起钢筋承担40％的计算剪力，混凝土与箍筋共同承担60％的计算剪力。另根据规范对计算剪力的定义，TJT023－85中的计算剪力与GBJ10－89中的设计剪力是一致的。所以在GBJ10－89计算中，也按4：6比例分担剪力。

从上表中，明显看出，TJT023－85比GBJ10－89在斜截面承载力计算中，安全储备大得多。这与桥涵结构跟建筑结构所处环境，所受荷载不同有关系。

混凝土结构设计论文范文第3篇

关键词：建筑工程；混凝土；结构设计

近年来，随着我国城镇化发展的深入推进，建筑需求量越来越多。在现代建筑工程施工过程中，混凝土结构是普遍使用的一种结构形式。这种结构具有承载力强、耐久性好、刚度大、耐火性高、安全性高等特点，同时在施工过程中施工成本较低，得到了广泛的应用。在实际中，为了确保建筑混凝土结构的施工质量，实现建筑工程的各项功能，必须对混凝土结构设计中可能存在的问题进行严格的管控，合理分析，并制定相应的解决对策，为建筑工程施工质量的提高打下良好基础。

1建筑工程混凝土结构设计中的不足

1.1地基与基础设计中的问题

在混凝土结构设计中，天然地基独立基础有时因为持力层土层分布不均匀，使基础坐落在软硬不均的土层上，相邻基础沉降差过大，导致基础变形过大；由于地下室在提高建筑稳定性、地基承载力、减少地震破坏以及解决建筑埋深等方面有十分重要的作用。因此，在很多建筑工程中，经常会设置地下室。当建筑选址在山地上时，由于原始地貌水位较低，设计过程中往往会忽视建筑工程竣工后由于回填土体毛细现象，导致地下室底板及外墙承载力不足，出现墙体裂缝和底板涌水现象，给工程项目带来难以解决的问题和损失。

1.2混凝土上部结构设计中的问题

在混凝土结构上部设计时，还存在一些问题，框架结构中抗震设防防线较少；因梁跨度大，梁截面高度就大，而框架柱截面较小，导致强梁弱柱情况出现；框架—剪力墙和剪力墙结构中，剪力墙布置不均匀，出现单肢剪力墙刚度过大，应力集中，连梁刚度过强等；高层结构中忽视零应力区等现象。这样类似问题出现，会给建筑结构的安全带来隐患。

2混凝土结构设计不足的应对策略

2.1混凝土结构地基与基础设计

在实际工程中，采用天然地基基础形式时，要么基础情况非常好，地基承载力非常高；要么上部荷载较小，楼层数较低，对地基承载力要求也较低，采用天然地基可以使工期短、造价低。但无论如何都要满足地基的强度和变形要求。根据地基基础设计规范的规定，地基承载力特征值低于130kPa、相邻建筑物距离过近可能导致发生倾斜、建筑物附近堆载过大等都应进行变形验算。当基础处于软硬不均的持力层土层上时，要采用褥垫层以调整不均匀沉降。根据具体情况，进行厚度约为500～600mm的换填，并进行分层碾压夯实。采用锥形独立基础时，斜面坡度小于1:3，混凝土能够振捣密实，保证基础强度和高度的要求。在对基础间拉梁设计时，要充分考虑梁上土的重量和柱底荷载拉力的作用，适当的增加配筋，从而保证基础的整体刚度。对于地下室工程，宜建造在密实、均匀、稳定的地基上。当处于不利地段时，应采取相应措施。充分考虑各个构件所承受的荷载，尤其是水浮力，回填土后水的压力会升高。底板的浮力会加大，墙体的水平压力也会增高。针对这样的问题，在建筑使用功能允许的情况下，应将底板和地下室外墙尽量分隔成小跨，以减小压力对底板和外墙的影响，减少开裂情况的发生。同时，可以提高垫层混凝土强度等级，厚度也不小于100mm。

2.2混凝土结构上部设计

上部设计中，宜设置多道防线。（1）对整体建筑的抗震要求进行全面考虑，也就是重视概念设计。抗震设计宜采用平面布置基本均匀，竖向刚度无明显变形、承载力无明显突变的结构体系，不应采用严重不规则结构。因此应选择合理的抗震结构体系和构件截面尺寸以及合适的配筋方式，确保竖向构件有足够的延性，增大构件的塑性变形能力。框剪结构和剪力墙结构设计时，剪力墙应沿着纵横两个方向，布置在建筑周边、电梯间、楼梯间及荷载较大的位置，墙体间距满足规范，同时单片剪力墙的水平剪力不能高于结构底部总水平剪力的30%。在设计第二道防线时，要对剪力墙连梁的跨高比进行严格控制。实践表明，剪力墙连梁跨高比为5时，各项性能是最好的。（2）在进行剪力墙梁、柱设计时，应该坚持强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固的原则。此外，对于中震程度建筑混凝土结构，需要考虑第一级别剪力墙，墙肢数量最少要保持4肢。当第一级别的剪力墙进入塑性阶段后，需要在级别较小的剪力墙进行多道设防，避免建筑在震动下过度变形，从而对级别小的剪力墙造成危害。在上部结构设计中，设计者应有选择的将纵横两片剪力墙连接在一起，在遇到中震或者大震时，剪力墙开裂会达到耗能的作用，这样就保持了建筑延性破坏，确保了建筑整体性能不损坏，真正做到小震不坏、中震可修、大震不倒，以保证人民生命财产的安全。

3结束语

在新时期下，不管是业主，还是建设单位都对建筑工程的整体质量有很高的要求，即使是墙体开裂都会对人的心理带来不好的影响。因此结构设计时必须根据具体情况，认真、仔细的对混凝土结构进行设计，并反复审查，发现问题后及时解决，不断优化混凝土结构设计方案，从而促进建筑工程施工质量的提升，为整个建筑工程各项功能的实现提供保障。

作者:毛亚凤 单位:昆明理工大学

参考文献：

[1]张立军.论房屋建筑混凝土施工技术[J].工程技术研究,2017,(2):73+75.

[2]仇文法.建筑工程混凝土施工技术与质量管理[J].住宅与房地产,2015,(28):53+57.

[3]马远荣,唐小弟.混凝土结构设计原理中的相关问题探讨[J].中南林业科技大学学报,2009,(1):117-121.

混凝土结构设计论文范文第4篇

关键词：混凝土结构；教学方法；课程

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）05-0105-02 混凝土结构使用至今已经有160年的历史，与钢、木和砌体结构相比，因其在物理力学性能及材料来源等方面的诸多优点，同时结合高强度结构钢材很好的受拉性能、延性以及与混凝土间良好的粘结性能等优点，目前已发展出了钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土组合结构、纤维混凝土结构等诸多结构形式，发展速度快，应用范围也非常广泛。混凝土结构是我国高等院校土木工程专业本科培养计划中一门重要的专业学位课，一般而言的混凝土结构是《混凝土结构设计原理》和《混凝土结构与砌体结构设计》两门课的总称，以下简称“混凝土结构”课程。作为土建类专业本科生必修的一门重要的专业课程，近年来关于混凝土结构的教科书、专著和论文很多，但有关其教学方法研究方面的论文却很少，基于这一点，本文从土木工程专业本科教学的角度出发，对混凝土结构的教学方法进行探讨。

一、《混凝土结构》课程的特点

《混凝土结构》课程包括基本（构件）理论和结构设计两大部分内容。第一部分为基本（构件）理论，主要探讨钢筋混凝土基本构件——受弯构件、轴心受拉、受压构件、偏心受拉、受压构件以及受扭构件等，在单一的拉、压、弯、剪、扭应力状态及几种复合应力状态共同作用下的受力性能分析方法、设计计算和构造配筋等方面内容。在教学计划上，这部分内容属于专业基础课，重点在于让学生掌握钢筋混凝土各种构件受力性能的分析和设计计算[1]。第二部分为结构设计部分，主要探讨楼盖结构、单层厂房结构和高层建筑结构的设计，在教学计划上，这部分内容属于专业课，重点在于让学生掌握结构设计的总体思路、设计步骤及具体施工图的绘制，培养学生解决实际问题的综合能力。

由于在第一部分基本（构件）理论中，概念多、公式多、符号多、配筋构造多、计算过程繁琐，使得初学者往往抓不住重点；而在结构设计部分中，需要当把各种单个构件组合成整体结构进行设计时，就更难弄清楚了。因此在讲授本课程时，必须首先了解本课程的特点。

1.混凝土结构涉及的问题往往都是工程上的一些实际问题，很少有孤立存在的，学生在学习本课程之前一般都缺少工程概念，有一些构件是怎么连接的根本不清楚，就更谈不上清楚构件间受力的传递路径是怎样的了，因此在开始学习本课程时必然感到不适应。

2.钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的，根本不属于理想变形体，因此不能采用以往在材料力学和结构力学课程中学习的杆件或结构的一些力学公式进行计算分析。因此，混凝土结构中各种构件的承载力计算公式，一般都是以室内模型实验分析数据为依据，再基于某些基本假定，得到截面破坏时的应力图形，利用分析截面应力平衡条件建立平衡方程，进而得到各种构件承载力计算的基本公式。

3.混凝土结构构件承载力极限状态设计主要包括：材料选择、截面预估和配筋计算三部分。在这三部分中，“材料选择”是根据工程特点和设计经验确定的，“截面预估”是根据构造要求和工程上常用尺寸确定的，只有“配筋计算”是根据承载力计算公式计算出来的。可以说，我们在进行结构构件设计时，是“由未知求未知”的过程，解答必然也是多种多样的，因此如何合理的选择设计参数并优选出最佳的配筋结果，这是学生在以往课程中所没有遇到的。

二、教学方法分析

根据《混凝土结构》课程的特点，总结出如下几条教学经验，以提高本课程的教学效果，加强学生综合能力的培养。

（一）从全局建立结构系统概念

为了使学生了解和掌握结构系统概念，了解本课程的主要层次关系，从全局把握学习重点，理清学习思路。我们首先以一个学生比较熟知的、具体的结构（如教学楼）为例，从全局上介绍结构—构件—截面—材料体系，讲清结构设计程序是从结构构件截面，同时构件的受力性能又取决于材料，而课程的教学程序则与设计程序相反，是从材料截面构件结构，通过这样讲授，使学生一开始就建立结构整体系统的概念，理清了各部分的关系，为课程学习建立了一个总体框架，更重要的是使学生明白了所应解决的问题[1，2]。

（二）强调实践性教学环节

实践性教学环节包括：到施工现场参观的认识实习、课程设计及综合技能训练等。在《混凝土结构》课程开课之前，安排学生到一些建筑工地去参观正在施工中的混凝土结构工程，观察结构形式、分析梁、板、柱的受力和传力关系，了解各种构件的配筋特点及主要的构造措施，使学生对梁、板、柱等常见的混凝土基本构件和框架结构、剪力墙结构等常见的混凝土结构形式有一些初步的感性认识，并借以引发和提高学生学习《混凝土结构》课程的兴趣。在《混凝土结构》课程后期安排的混凝土楼盖结构设计、混凝土单层厂房结构设计等课程设计，使学生有机会完成混凝土结构设计的完整过程，诸如确定结构方案、建立结构计算简图、结构受力分析、结构配筋计算、结构施工图绘制等各个环节的训练，使学生全面消化、吸收和运用在课堂教学中已经学到的理论知识，培养学生综合分析和处理实际工程问题的能力。

（三）注重采用对比联系的方法介绍问题

由于混凝土材料物理力学性能的复杂性，使得混凝土结构构件在许多情况下的受力分析也变得十分复杂，因此，在课堂授课过程中要尽量采用对比、分析因果关系和联系的方法进行讲解，使学生对所研究问题的思路更加清晰，理解也更加深刻。

例如我们在讲解梁的正截面受弯及偏心受压柱的实验研究时[3，4]，可将三种破坏类型采用如表1、表2所示的对比方法讲述，这样把引起三种破坏形式的原因就清晰直观的表达了出来。

另外，我们在讲解问题时还应注重各章之间的联系，使知识融会贯通，形成一个网络，例如，“受弯构件”和“受压构件”是两个完全不同的章节，也是两个不同的结构构件，但它们之间却存在着一定的联系，如在讲解“矩形截面偏心受压构件”时，可以指出“矩形截面偏心受压构件的受力模式，就是受弯构件竖立起来再施加轴力的模式”，由于学生之前已经学过了“受弯构件”，所以在学习这一知识点时就不会感觉到新内容的负担。这样不仅学习起来比较轻松，而且容易将前后知识点联系起来，加深印象，提高学习效果。

（四）重视构造措施

结构和构件设计时，必须经过计算和构造设计两部分才能完成。由于强度和变形计算并非考虑了结构上的所有作用，因此除了利用承载力公式计算配筋外，还必须用构造设计来补充。构造措施是人们在长期实践经验的基础上总结出来的，可防止因计算中没有考虑的影响因素而使结构构件开裂和破坏，同时也是为了结构构件在使用和施工上的需要而采用的。

构造措施是《混凝土结构》课程学习中既简单又难于掌握的一部分知识，简单在于规范规定很明确，而且表达形式简单；难于掌握在于内容多且零散，系统性和逻辑性较差。但构造措施在混凝土结构设计中又是非常重要的，大多数抗震设计的相关问题都是通过构造措施来保证的，所以在给学生授课时一定要重视构造措施的讲解。仔细分析不难发现，混凝土结构的构造措施主要包括三个方面：关于构件截面尺寸的要求、纵筋（主筋）的要求以及箍筋的要求，对于这些规定性的内容，只有将其进行适当的分类和文字上的加工，使其变为条理化和简单化的形式，才能产生良好的理解和记忆效果。

（五）重视现行设计规范与书本内容的结合

我们培养的土木工程专业学生毕业后有一部分要到设计单位工作，从事与钢筋混凝土结构设计有关的工作，因此必须熟悉、掌握和应用国家颁布的有关结构设计计算和构造要求的技术规定和标准，如《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）等。它是工程技术人员进行设计时必须遵守的法规，因此我们在讲课过程中，应该紧密结合现行规范，分析工程设计实例，对教材的内容加以拓宽，使学生认识到：作为实际工程结构设计，既要满足理论分析计算，还要符合现行规范规定的要求。

综上所述，《混凝土结构》是一门理论与实践紧密联系的课程，具有很强的工程概念，教授这门课时，应紧紧把握住《混凝土结构》课程的特点，从全局建立结构系统概念，以力学知识为基础，合理的安排教学次序，加强理论与实际的联系、章节之间的联系，同时结合设计规范，通过多种考核方式使学生真正的掌握这门课程，为土木工程专业的学生毕业后成为一名合格的工程师打下坚实的基础。

参考文献：

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[2]刘雁，李琪，徐宜和.混凝土结构教学改革尝试[J].扬州大学学报，1997，（4）：49-51.

[3]王秋萍，李宏伟.混凝土结构课程的教学方法初探[J].高等建筑教育，2005，14（1）：59-61.

[4]东南大学.混凝土结构（上册）[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

混凝土结构设计论文范文第5篇

【关键词】混凝土结构 教学改革 应用型

【中图分类号】 G642.0

前言

近年来的大学毕业生的就业压力和用人单位对土木工程专业人才的需求，加强对学生执业能力的培养已变得极为迫切。混凝土结构课程作为土木工程专业主干课程，在整个课程体系占有举足轻重的地位，对混凝土结构课程内容、教学方法进行适时顺势的调整和实践是十分有必要的。基于混凝土结构课程特点及以上原因，笔者大胆尝试，对混凝土结构课程内容及教学方法进行了改革，已取得了良好的成效。

1、课程特点及其在土木工程专业中的地位

混凝土结构课程通常按内容的性质可分为“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分。前者主要讲述各种混凝土基本构件的受力性能、截面计算和构造等基本理论，属于专业基础课内容，具有概念多、公式多、符号多、计算量大和构造措施繁杂等特点。后者主要讲述梁板结构、单层工业厂房、多层和高层房屋、公路桥梁等的结构设计，属于专业课内容，具有系统性强，概念设计内容多等特点。

混凝土结构是理论性和工程应用性并重的一门课程，土木工程专业学生无论将来从事结构设计、施工监控、结构安全性评价、结构加固等，其实归根结底问题的本质就在于进行不同受力形式的混凝土构件截面的设计和校核，这恰恰是混凝土结构着重解决的问题。它决定了混凝土结构作为土木工程专业核心课程的地位，对混凝土结构知识的掌握和运用也将成为学生在毕业设计和日后从事专业技术工作的一把利器。

2、改革教学内容和教学方法

2.1 教学内容的改革

首先，将“土木工程材料”、“混凝土结构设计原理”、“混凝土结构设计”、“建筑结构抗震设计”、“高层建筑结构”等课程分别进行系列的整合和优化，避免重复，精简混凝土结构课程内容。如将荷载和设计原则等内容从其他同类课程中抽出，单独设一门“荷载和结构设计方法”课程；将混凝土和钢筋的材料性能部分归并于“土木工程材料”课程中，“混凝土结构设计原理”仅简单介绍混凝土和钢筋的力学性能；将构件和结构的抗震设计部分归并于“建筑结构抗震设计”课程中；将框-剪结构、剪力墙结构、筒体结构等部分归并于“高层建筑结构”课程中。当然，在授课过程中，我们也注重了专业课程之间的相互衔接。如在讲解第2章混凝土和钢筋的基本力学性能时，可结合前面课程《土木工程材料》对这部分的内容作以复习和补充，而学生对一些实际结构提取计算简图的能力则需要通过“结构力学”、“混凝土结构设计原理”、后续“房屋建筑结构设计”或“桥梁工程”等诸多专业课程学习来培养[1]。

另外，对土木工程专业的建筑结构和道桥工程方向，由于引用规范的不同导致混凝土结构设计原理的教学内容有较大的差异，如矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算，在《混凝土结构设计规范》和《公路桥规》中是大有不同的，具体见表1。

从表1所列内容可知：《混凝土结构设计规范》和《公路桥规》在偏心受压构件计算时都考虑了构件纵向弯曲引起的二阶弯矩的影响，即采用初始偏心距乘以一个偏心距增大系数来考虑。而在这两个规范中取值是不同的，在结构规范中，为轴向力对截面重心的偏心距与附加偏心距之和，而在桥涵规范中未考虑附加偏心距，初始偏心距就取成。而且，在两个规范中材料强度的表达符号也是有差别的等。

2.2 教学方法的改革

针对混凝土结构设计原理知识的“繁”、“杂”，在“教”的过程中更要注重授课的条理性、重点突出并指明规律。例如繁杂的计算公式主要来源于两个方面：一是基于构件在不同荷载作用下的破坏机理和形态，掌握各个临界状态下构件截面的应力分布情况，然后基于力的平衡条件、力矩平衡条件列出力学平衡方程，进而摆脱记忆公式带来的烦恼；而对于那些通过理论推导不能得出的半经验半理论公式，我们将教材和规范结合，以教材为蓝本分析构件破坏的影响因素，通过查规范得到相关计算方法，使学生在学习的过程中逐步熟悉如何正确使用规范。此外，对于那些琐碎的构造要求，以实际工程的介绍配合规范相关条文的要求，使同学们更加容易理解和记忆。

3、教学效果反馈

2009年以来，基于应用型土木工程人才的培养思路，我们对混凝土结构进行了有益的考试改革。混凝土结构设计原理的考核，采用平时成绩加期末考试成绩的方法，平时成绩主要是量化的练习、作业成绩，占总成绩的30%，期末考试成绩占70%，形式上采用闭卷。对混凝土结构设计采用开卷形式，考试题型和形式模拟国家注册结构工程师执业资格考试，允许学生带入教材、规范等参考资料，使学生在学校里就体验到日后执业考试的要求。表2是2008年（教改前）与2009年以来（教改后）教学效果的对比。

表2中的数据表明，2009年以来的教学改革和实践取得了良好的效果。同时，由于加强了在专业课程教学中对工程软件的学习，使同学们提前对结构设计过程中结构分析、截面设计、施工图绘制等各个过程有了较为深刻的了解。这样以来，一方面使学生在毕业设计中更容易入手，为部分同学考研复习取得了时间，也缓解了毕业设计时间紧、任务重和毕业生求职时间提前间的矛盾；另一方面学生的实际应用能力的强化，毕业生求职的竞争力就得以提升，实现了毕业生和用人单位的无缝连接。

参考文献

[1] 范颖芳，杨刚，刘婷婷.工程软件在《钢筋混凝土结构设计原理》课程教学中的应用初探，第十届全国高校土木工程学院（系）院长（主任）工作研讨会论文集[C]，中南大学出版社，2010，288-292.

[2] GB50010—2002.混凝土结构设计规范[S].

混凝土结构设计论文范文第6篇

关键词：水利工程;建筑物;结构设计;问题;处理方式;分析

水利工程建筑项目在正式施工建造前需要做好各项设计、规划工作，工程设计人员在实地勘察中分析影响项目建设的主要因素，在结构设计上不断进行优化和改进，提高项目建设水平与质量。设计人员对于水利工程建筑物结构标准要进行等级划分，依照科学标准展开项目施工现场的信息分析，水利工程项目结构设计是整个工程建设工作中重要一环，建筑物结构设计水平直接影响到后期项目的建设质量，因而保证水利工程建筑物结构设计方案的合理、科学，能够有效提升项目建设的质量。[1]针对水利工程建筑物结构设计中容易产生的问题，需要从工程实践角度重点分析其问题解决方法，这对结构设计人员的专业基础和技能水平有一定要求。

1水利工程建筑物结构设计要点部分

（一）整体结构设计

水利工程项目在施工建设过程中进行结构设计，是为了使项目建设满足施工合同基本要求，在项目结构安排中提高建筑建设、使用的实用性与适用性。水利工程建筑物整体结构设计中需要在施工现场勘查的基础上，对照工程合同要求，对建筑整体进行结构类型的划分。[2]水利工程建筑物整体结构能够划分为不同的类型，主要结构包括大坝和水闸，其他则是一些配套设施，如管理用房等，在整体性结构设计过程中需要对水利工程建筑物整体框架进行规划，保证建筑结构设计完整与配套。

（二）混凝土结构设计

水利工程建筑物结构设计中一大重点内容即混凝土结构设计，由于项目建设特性，大多水利工程项目建造均应用混凝土结构，水利工程建筑物混凝土结构设计的效果与水平直接关系到整体水利工程项目设计与建造的效果与质量。混凝土结构具有较为明显的施工优势，在混凝土浇筑、养护到位的情况下，混凝土结构具有较强的稳固性，但是容易出现施工裂缝，导致混凝土结构使用安全性与美观性均会受到不同程度的影响。[3]因而进行水利工程建筑物混凝土结构设计时需要进行大量的结构质量试验，对混凝土结构的承重极限和抗震能力等进行检验，减少施工裂缝，提高混凝土结构性能。

（三）水闸结构设计

水利工程项目另一主体结构为水闸，水闸结构设计中要重点考虑工程防水性与排水性，水利工程项目建设受水力作用影响较大，因而在结构安排中未设计好水闸部分，将导致工程项目整体防水、排水性能下降，水利工程建筑物建成后投入使用的寿命也会大大降低。水利工程建筑物水闸部分的结构设计要与整体结构设计和混凝土结构设计工作相连接，综合性的考虑水利工程建设的性能要求和质量标准，提高不同类型水利工程结构设计的有效性。[4]

2水利工程建筑物结构设计处理方法

（一）明确结构等级划分标准

水利工程建筑物结构设计过程中需要进行结构等级的划分，否则设计效果难以达到预期理想，因而在建筑物结构等级划分的标准制定中要注意合理性与可用性，设置的等级标准过高或过低，均会影响最终的设计成果。根据项目建设合同要求，参照不同项目结构等级划分标准，使水利工程结构等级划分与实际工程建设要求一致，减少不必要的资源浪费。在结构设计中需要相关部门提交与工程有关的项目资料，资料内容包括气候环境、水文、土质等，设计人员在资料分析中不断改进建筑物结构，在方案优化中提高设计效果。[5]水利工程建筑物结构设计明确结构等级划分标准能够在保证工程质量的前提下，最大限度的降低施工成本，促使水利工程项目建设效益最大化。

（二）合理安排结构尺寸参数

水利工程建筑物结构设计中需要应用工程技术手段对项目结构尺寸等参数进行合理计算与安排，以混凝土结构设计为例，在结构设计中由于尺寸较大，应该尽量选用跨高比较小和体积结构较大的混凝土构件。由于水利工程项目建设、使用特性，建筑物主要结构部分位于水下较多，因而要对混凝土结构强度进行严格控制，在结构设计中要灵活安排混凝土配筋量和配筋率。混凝土结构纵向钢筋受压构件强度等级为500MPa时，最小配筋百分率为0.50；强度等级为400MPa时，最小配筋百分率为0.55；强度等级为300MPa时，最小配筋百分率为0.60；一侧纵向钢筋，最小配筋百分率为0.20。[6]大体积的混凝土结构具有强烈的水化热反应，因而需要使用温度钢筋，防止钢筋内外温差较大，产生温度裂缝影响建筑结构质量。

（三）配筋设计

由于水利工程建筑物结构设计对结构耐久性问题要引起足够的重视，水下建筑物受水力冲刷和冻融影响较大，对于非杆系建筑物体系设计不能一味依照极限理论完成配筋设计，要经过严格的数据计算保证设计合理性。水利工程建筑物结构设计对于不同类型结构安排需要综合考虑其建筑建造类别、工程产出效益、规模效益和成本效益，在设计过程中对于项目结构配筋设计要遵从客观依据，非杆系建筑物体系较为脆弱，因而无法进行压、弯和拉等极限测试操作，无法作为配筋设计理论依据。结构设计中的配筋设计要综合项目数据，在物理学原理应用研究下，进行合理计算，并使其符合工程施工要求。

3结语

水利工程建设的目的是为了合理调配和控制地下水与地表水，在水资源的开发利用中满足人们基本的生活、生产需求，由于水利工程项目建设过程中受自然地理、气候、水文、土质等因素影响较大，同时项目建设中资金投入大、工程量大，因而需要重点做好建筑物的结构设计工作，保证项目建设的稳定性。水利工程项目建设，需要工程设计人员根据现场实地勘察结果，对项目施工中容易产生的结构性问题、质量性问题进行预测、分析，并提出有效的问题解决方案。水利工程建筑物结构设计要按照不同的工程标准，对建筑结构等级进行划分，并准备好相关资料，包括气象数据资料和冻土厚度资料等，主要为工程设计工作提高必要参考。水利工程建筑物结构设计要有完整的设计方案，重点解决好水利工程建筑物基础结构、整体结构和混凝土结构等施工问题，提高项目建设的效率与效益。

参考文献

[1]宫玉焕.基于创新角度下的水利工程中建筑物结构缝处理新方式研究[J].科技创新与应用,2013,03:7.[2017-08-17].

[2]李曼.浅谈水利工程建筑物结构设计与处理方式[J].科技创新与应用,2013,15:186.[2017-08-17].

[3]李曼.浅谈水利工程建筑物结构设计与处理方式[J].科技创新与应用,2013,19:176.[2017-08-17].

[4]赵勇.论述当前处理水利工程建筑物结构缝的新技术[A].中国武汉决策信息研究开发中心、决策与信息杂志社、北京大学经济管理学院.“学术视域下的2015全国两会热点解读——决策论坛”论文集（下）[C].中国武汉决策信息研究开发中心、决策与信息杂志社、北京大学经济管理学院:,2015:1.

[5]方心恬.提升建筑物结构设计与处理方式确保水利工程质量得到有效提升[J].吉林农业,2017,01:78.[2017-08-17].

[6]宋迪.试论水利工程建筑物结构设计的技术创新与实际应用[J].四川水泥,2016,10:47.[2017-08-17].

混凝土结构设计论文范文第7篇

【关键词】型钢混凝土；石油化工；结构设计

1引言

型钢混凝土结构构件具备诸多优势，比如：受力性能好、截面尺寸小、抗震性能好、自重轻等，在石油化工结构设计中具备很优越的应用价值。在型钢混凝土结构设计过程中，需要明确方法，遵循《型钢混凝土组合结构技术规程》《型钢混凝土结构设计规程》等[1]。此外，还有必要通过构件的实际受力情况，对设计进行优化。总之，由于型钢混凝土具备很好的应用价值，所以对其应用进行探讨意义重大。

2工程实例分析

在石油化工焦化装置中，焦炭塔框架属于核心构筑物，操作重量大，装置支座位置及井架总高度偏高，通常情况下会有焦溜槽以及楼梯间附带。整体结构体系较复杂，设计存在一定难度。以某炼油厂为例，其工程延迟焦化装置焦炭塔框架属于两塔结构，焦炭塔单塔自重达4300kN(430t)，塔外径为9690mm，单塔最大高度为41.3m。水焦工况最大操作介质为3040t，满焦工况焦炭量达到1150t。该工程所处场地在地面上10m位置的基本风压为0.5kN/m2，地面粗糙度为B类，抗震设防裂度为7度，工程场地设计基本地震加速度值为0.15g[2]。从框架设计来看属正常，但在结构空间利用方面提出了一些基本建议：（1）尽可能控制主要构件截面，使整体平面布置的需求得到有效满足；（2）确保塔体下方具备充足的空间，能够设置冷焦水过滤器1台和别的附属操作框架；（3）在塔体下方框架位置，有必要对全封闭设备操作房进行合理设置；（4）确保型钢混凝土结构能够合理、科学地应用，进而发挥型钢混凝土结构的作用。

3型钢混凝土结构的选择以及模型的计算

3.1结构选择

对于上述工程的焦炭塔框架设备支承部分来说，为典型的塔型设备基础，即：两塔板式框架联合塔基础，一共有3层，高为27m，纵向连续两跨2.5m×2，横向为单跨12.5m，出焦井架标高为27～117m，属中心支撑钢结构框架。

3.2模型计算

在设计中，所使用的是有限元分析软件STRAT，在利用该软件进行计算过程中需由经验丰富的技术人员操作，以确保计算值的精准性。同时，在焦炭框架选择上，选择高耸组合结构，在建模分析过程中，有必要对下部混凝土框架和上部钢结构的共同作用充分考虑，以此有效模拟结构的具体情况。对于完整的焦炭塔框架模型来说，需具备：①混凝土框架柱；②井架钢结构梁；③混凝土框架梁。此外，利用厚壳单元模拟混凝土顶板，利用薄壳单元模拟设备塔体。

4荷载组合与截面设计

4.1荷载组合分析

根据相关设计规范要求，对焦炭塔框架设计需根据承载能力极限状态最不利的效应组合加以设计。因此，两塔结构设计时的荷载组合为：（1）正常操作工况下：1.2永久荷载＋1.0×1.3×（介质荷载＋活荷载）＋1.4×风荷载；（2）停产之前：1.2永久荷载＋1.0×1.3×（介质荷载＋活荷载）＋1.4×风荷载；（3）停产检修工况下：1.2永久荷载＋1.0×1.3×活荷载＋1.4×风荷载；（4）地震作用下：1.2×[永久荷载＋0.5×（介质荷载＋活荷载）]＋1.3×水平地震荷载＋1.4×0.2×风荷载[3]。总之，需合理分析荷载组合，以此为进一步截面设计以及计算结果的准确性提供保障。

4.2截面设计分析

截面框架柱、框架梁的设计内容如下：1）框架柱设计。在设计初始阶段，如果外在条件全部一致，为了使框架柱截面的尺寸得到有效保证，可选择2种框架柱截面尺寸，通常会选择1个大柱尺寸，即：2500mm×2500mm规模；同时选取1个小柱尺寸，即：1800mm×1800mm规模，根据计算结果，采取对比的方法最终选择适合本工程结构的合理尺寸。在外在条件一致时，大柱和小柱模型需采取分别进行计算的方法。由于会受到框架柱截面尺寸差异的影响，进而使结构刚度存在很大的差异。针对此类情况，需要利用地震组合工况控制好设计结构。从实际经验来看，小柱模型在刚度上偏小，在柔性上较好，基于同样风载或者地震条件作用之下，结构内力偏小，便于为构件截面设计提供有利的条件。2）框架梁设计。对于框架梁来说，因受到工艺设计需求的影响，加之标高相对明确，使得调整的空间偏小。在梁截面上，一般选取为1500mm×2500mm。在对梁截面刚度进行合理增多的条件下，能够使框架柱的反弯点位置得到有效控制，进而使框架梁设计弯矩的要求得到有效满足。基于框架梁内部对H型钢进行设计，能够和框架柱内型钢柱之间组合成为内框架体系，从而使结构的整体性得到有效提升[4]。此外，框架顶板属于设备的支座层，起到承载塔体荷载的作用，在顶板中间部位需设置型钢斜梁，并采取STRAT计算结果提取内力，对厚板配筋进行计算。总结起来，在设置斜梁的条件下，能够使顶板的受力得到有效改善，同时使传力路线得到有效简化。

5结语

本次研究结合实际工程案例，对型钢混凝土在石油化工结构设计中的应用进行了探讨。在了解工程实例的条件下，需选择合理的型钢混凝土结构，并通过模型的计算，进一步分析荷载组合，然后在截面设计过程中，注重框架柱的设计和框架梁的设计。总之，对于型钢混凝土结构来说，对型钢和混凝同受力的特性加以应用的条件下，使混凝土的抗压性能以及型钢的抗弯性能得到有效展现，进而使结构的延展性得到有效提升。此外，在合理应用型钢混凝土结构的条件下，能够提升结构空间的利用效率，进而使实际生产需求得到有效满足。

作者:冉艳华 单位:中海油山东化学工程有限责任公司

【参考文献】

【1】陈燕,何夕平,马乐乐.各国规程对型钢混凝土梁抗弯承载力计算对比分析[J].青岛理工大学学报[J],2016（3）:24-29.

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【5】靳铁钢.轻型钢结构设计问题探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2011（33）：11-12.

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【7】唐国昱.型钢混凝土结构在工程设计中的应用[J].价值工程,2012（21）：93.

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【9】刘巨保，许蕴博.基于GB50341标准设计的立式拱顶储罐弱顶结构分析与评价[J].化工机械，2011（4）：96.

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【11】GB50017—2003钢结构设计规范[S].

混凝土结构设计论文范文第8篇

关键词：钢筋砼结构；最小配筋率；受弯构件；带肋钢筋

现行的国家规范“砼结构设计规范”(gb50010-2002) 中把hrb400钢筋确定为钢筋砼结构的主导用筋。其后冶金企业研制开发的符合国情标准“钢筋砼用热轧带肋钢筋”(gb1499-1998) 的新型号筋。hrb500钢筋具有强度高、延性好、耐高低温、耐疲劳和可加工性能好的优点，符合砼结构对建筑用筋性能指标的主要内容要求。hrb500钢筋在建筑行业中己得到广泛使用，会促进其它相关建筑材料的发展提高，因此而带来可观的社会及经济效益，促进建筑业健康有序的发展具有重要意义。

钢筋砼梁的主筋纵向筋配筋率是保证安全使用影响承载力的主要因素，配筋率的变化不仅使梁的受弯承载力产生变化，而且会使梁的受力性能和破坏特征发生质的变化。当纵向主筋配筋率少到一定值后，梁的受力性能会产生大的变化，同无筋素砼梁没有什么差别。当这种梁一旦在受拉区的砼出现开裂，裂缝截面的拉力会很快超过屈服强度而进入强化阶段，造成整根梁发生撕裂，甚至使整个钢筋被拉断，这种破坏现象没有明显的预兆，属于脆性破坏。为了防止这种脆断的产生，钢筋砼结构设计规范明确规定：钢筋砼受弯构件的纵向受力主筋的配筋率不能低于某一限定值，该值即为受控钢筋的最小配筋率。hrb500钢筋作为一种新型的高强钢筋，已经在工程实践应用范围较广,必须合理确定其作为受拉钢筋的最小配筋率。在实践应用中探讨对hrb500钢筋作为受弯构件纵向主受拉的最小配筋率作浅要分析。

1最小配筋率确定的一般原则

钢筋砼受弯构件的最小配筋率是一个比较复杂的技术问题。试验和理论分析均表明,构件的最小配筋不仅与受力形态、表面尺寸及形式、材料强度有关,而且与受荷时间的长短、温度变化的大小、收缩及徐变的程度有关。目前世界一些国家对钢筋砼受弯构件的受拉钢筋最小配筋率的取值方法基本上有两种：即模型法和经验法。模型法是以截面受拉区砼开裂后，受拉钢筋由于配置过少而立即屈服进入强化阶段，此时的受拉钢筋配筋的最小配筋率。经验法是指直接给出最小配筋率的的取值，而没有受完整的受力模型作为取值准则，但其中也从不同角度考虑了一些因素对最小钢筋率取值的影响，所考虑的这些因素的影响规律与模型方案的趋势有一定的近似性。

而国内现行的《混凝土结构设计规范》对钢筋砼受弯构件的最小配筋率的确定原则是：截面开裂后，构件不会立即失效（裂而不断），即在最小配筋率的条件下，构件的抗弯承载力不低于同截面素混凝土构件的开裂弯矩，即：

mey≤mu ①

现以单筋矩形截面承受纯弯矩作用为例探讨钢筋砼受弯构件的纵向主受拉钢筋的最小配筋率问题。首先要计算钢筋砼梁的开裂弯矩。由于钢筋砼梁开裂时，钢筋的应力很低，因此计算钢筋砼梁开裂弯矩时，可以忽略钢筋的作用，即钢筋砼梁的开裂弯矩等于素砼的开裂弯矩。根据文献对素砼梁的开裂弯矩的推导计算，无筋素砼梁的开裂弯矩为：

mey =0.256fftbh2 ②

试中： ft-为混凝土轴心抗拉强度设计值。

根据钢筋砼梁的受力进行过程, 按照现行砼设计规范关于正截面承载力计算的基本假定“不考虑砼的抗拉强度”,假定钢筋砼梁达到极限承载力状态时的截面力臂为yho，其中y为内力臂长度系数,则钢筋砼梁的极限弯矩为:

mu = yhoòyas

此时òy= fyas =pmin bho y=1

mu = ho fypmin bho③

将式②、式③ 带入式① 以后，求出：

pmin=0.256ft / fy[h/ho]2 ④

2国内不同时期砼结构设计规范对最小配筋率的规定

根据介绍对世界各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率进行了简单比较，见表1。为转化为国内材料强度后各有关国家砼结构设计规范，对钢筋砼受弯构件规定的最小配筋率表达式。

表1不同国家对钢筋砼构件最小配筋率计算要求

我国的设计规范对于钢筋砼受弯构件，确定的最小配筋率的规定基本上是沿用前苏联20世纪五、六十年代的规定,数值明显偏低。随着我国国力的增强,结构设计的安全度增大以及结构耐久性设计概念的应用,钢材供应状况及水平的偏高,每次规范修订均适当提高了受力钢筋的最小配筋率,而且使其更为合理。a.在原《钢筋混凝土结构设计规范》tj10-74中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度标号为200号及以下时为0.

1;当砼强度标号为250-400号时为0.15。b.在进行了修改后的《混凝土结构设计规范》gbj10-1989中规定受弯构件最小配筋百分率:当砼强度等级为c35时为0.15；当砼强度等级为c40-c60时为0.2。c.在现行的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002中规定受弯构件最小配筋百分率为0.2和45 ft / fy中的较大值。

从国各内各个阶段设计规范对最小配筋率规定的变化可以看出:随着我国改革开放的进一步推进,国民经济收入稳步的提高,对结构安全度的要求逐渐提高,综合考虑各种因素,构件的最小配筋率均有提高,而且考虑了材料强度的影响,有利于促进高强材料在工程中的大量应用。

3hrb500钢筋砼受弯构件的最小配筋率的应用

根据我国现行的《钢筋砼用热扎带肋钢筋》gb1499-1998中规定:hrb 335的屈服强度为335 mpa，hrb 400的屈服强度为400 mpa,hrb 500的屈服强度为500 mpa。我国现行的《混凝土结构设计规范》规定：hrb 335的屈服强度设计值为300 mpa，hrb 400的屈服强度设计值为360 mpa，不同种类钢筋材料分项系数ys均为1.10，因此hrb500钢筋的屈服强度设计值应取为450mpa。根据资料介绍的试验结果并考虑到裂缝宽度的影响，对hrb500钢筋的屈服强度设计值建议为420mpa，材料分项系数ys为1.19。根据我国现行的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002中规定受弯构件最小配筋率百分率公式45 ft / fy，分别计算出各种钢筋的最小配筋率。详见表2。

表2钢筋混凝土受弯构件配筋率要求

根据表2可以看出，钢筋砼构件的最小配筋率的确定，不完全是技术问题，还反映了某一地区当时的经济建设发展水平，具有一定的社会性和政策性。因此，考虑将hrb 500钢筋砼受弯构件的最小配筋率百分率（%）为：当混凝土强度等级不大于c30时为0.15，当砼强度等级为c30以上时为0.2和45ft / fy 中的较大值为宜。根据上述浅要分析，国家推广应用hrb500钢筋不仅可以满足建筑行业科技飞速发展的需用，还具有明显的经济效益和社会效益。为了在工程实践中大力推广hrb500钢筋，考虑到我国实际国情，要采用hrb 500钢筋砼受弯构件的最小百分率（%）为：当砼强度等级不大于c30时为0.15，当砼强度等级为c30以上时为0.2和45ft / fy，中的较大值安全。

参考文献

1徐有邻等．混凝土结构设计规范理解与应用．中国建筑工业出版社, 2002

2张艇.hrb500钢筋砼构件受力性能的试验研究[d].学位论文.郑州 大学,2004(4)

3谭周玲等.非抗震梁受拉钢筋最小配筋率取值分析与建议[j].重庆 建筑大学学报,2004(25)2 转

混凝土结构设计论文范文第9篇

本科毕业论文设计开题报告范文

1.课题名称：

钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发

2.项目研究背景：

所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计，建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中，由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。

编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,该规范与原混凝土结构设计规范GBJ10-89相比，新增内容约占15%，有重大修订的内容约占35%，保持和基本保持原规范内容的部分约占50%，规范全面总结了原规范实施以来的实践经验，借鉴了国外先进标准技术。

3. 项目研究意义：

建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，对发展新技术。新材料，提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。

由于结构计算牵扯的数学公式较多，并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大，近年来，随着经济进一步发展，城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，更加剧了房屋设计的复杂性，许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样，结构软件开发就显得尤为重要。

一栋建筑的结构设计是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用到具体的程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何把这些做法用代码来实现，

4.文献研究概况

在不同类型的结构设计中有些内容是一样的，做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差错，计算机也是如此的。

建筑结构设计统一标准(GBJ68-84) 该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则，是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则，这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时，可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物(包括一般构筑物)的整个结构，以及组成结构的构件和基础;适用于结构的使用阶段，以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引进了现代结构可靠性设计理论，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定，即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量，使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础上，并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性，属于概率设计法，这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势，而我国在设计规范(或标准)中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。

结构的作用效应 常见的作用效应有：

1.内力。

轴向力，即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力;

剪力，即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力;

弯矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩;

扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。

2.应力。如正应力、剪应力、主应力等。

3.位移。作用引起的结构或构件中某点位变(线位移)或某线段方向的改变(角位移)。

4.挠度。构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。

5.变形。作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。

混凝土结构设计论文范文第10篇

【关键词】钢筋混凝土，建筑工程，结构设计，优化研究

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

伴随着我国建筑行业的迅速发展，工程建筑行业日渐成为了我国国民经济新的经济增长点，不仅仅在国民经济的增长中占据着越来越重要的地位，而且在改善居民生活方式，提高居民的生活质量方面有着巨大的推动作用。随着钢筋混凝土建筑结构在建筑行业中的广泛应用，建筑结构的设计和施工都有了新的标准和要求，在钢筋混凝土结构的设计施工中，不仅仅要使得结构的平面，立面布置符合相关规则，更要使得建筑结构的各种构件的强度和变形能够达到相关的标准，同时，要在满足建筑设计基本目标的基础上，更加重视建筑结构的抗震设计，提高建筑结构的抗震能力，保证整个建筑结构的质量。

二、钢筋混凝土建筑结构设计的优化措施

1．做好结构体系的选型设计与优化

由于大开间剪力墙结构体系，可以做到房间不露出梁柱，有效空间大、隔音效果较好，当采用钢制模板时，墙面和楼板表面平整并且不需要在湿作业的情况下抹灰。另外该结构体系不但用钢量少，施工周期短、造价低，还具有整体性强、侧向刚度大等优点，有利于抗风抗震，所以自九十年代起建筑结构体系基本上都采用大开间现浇钢筋混凝土剪力墙结构。随着经济的发展，为了进一步降低建筑造价，近几年来部分地区越来越多地采用短肢剪力墙与简体或一般剪力墙组成的结构体系。这个结构体系也属于剪力墙结构的一种。它的特点是建筑平面布置更具灵活性，并且又能节省钢筋和混凝土用量，减轻建筑的总重量，从而降低地基基础造价。

2．加强混凝土建筑结构的施工设计

为满足结构承载力的需求，通常在结构设计中柱与梁板选择不同强度等级的混凝土。施工规范规定柱的施工缝宜留设在梁底标高以下20mm-30mm处，其原则是施工缝宜留在结构受力小且便于施工的位置。施工时，为方便柱身混凝土的下料与振捣，在梁内钢筋未绑扎之前进行浇注。按施工规范的要求，当梁柱的混凝土强度等级不同时，节点处应按。弱梁强柱”的原则。在实际施工中，施工班组制定合理的节点保证措施，监理人员加强对浇注质量的监管和提高整体结构的抗震性能十分重要。

3．建筑结构的基础设计方面

在建筑的基础设计中，要综合考虑建筑场地的地质情况以及水位、使用功能、上部结构类型、施工条件和相邻建筑的相互影响，以保证建筑物不会过量沉降或倾斜，而且还能满足正常使用要求。另外还要注意相邻地下建筑物及各类地下设施的位置，以保证施工的安全。

4．建筑结构设计的抗震方面

（一）房建结构设计要从建筑的全局出发

全面考虑各种建筑部位的功能，在此基础上，科学设计每个部分的构件，保证每个部件之间的契合，促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求，满足一定的现实需求，同时，通过抗震设计，使得每个构件都可以具有相应的承载力，当地震来袭，每个构件都可以有着一定的次序先后破坏，整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性，从而延缓地震破坏的速度，消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。

（二）要严格选择地基选址

地基选址是进行建筑结构设计的基础，因此，在房间结构抗震设计中，要科学避开山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本着坚硬，牢固，平坦，开阔的选址原则。亲身实地，利用先进技术设备，进行地质勘探，山石水土监测，并取样论证，科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠，地质稳定无渗漏，无坍塌，无暗河，无熔岩，无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。

（三）采用合理的建筑平立面

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，通过无数次的实验表明，简单、规则、对称的建筑结构抗震能力强，对延缓地震烈度范围延伸，消耗地震的能量，减少地震对整体结构的破坏，而且，对称结构容易准确计算其地震反应。

5. 加强对连梁的设计优化

（一）对连梁的刚度进行折减

连梁由于跨高比较小与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，在连梁遇到外力发生屈服的过程中，主要有几个表现，比如出现裂缝，连梁的刚度减弱，内力发生重新分布，因此，一般而言，在进行建筑结构设计之前，要对连梁的刚度实施折减，从高规中的相关条款解释而言，是要对整个混凝土建筑结构的各个环节的刚度和弹性进行比较科学合理的分析，但是，在具体实际的操作过程中，各个部分的构件都需要承担比较大的弯矩和剪力，并且配筋设计具有很大的难度，因而，在笔者多年的建筑结构设计过程中，可以减少对竖向荷载能力的考虑，而更多的进行适当的开裂设计，将内力转移到墙体上去，如此，可以更好的实现建筑结构设计的优化。

（二）在设计过程中适当的减少连梁的高度

在进行连梁的设计中，为了达到降低连梁刚度，减少地震影响效果的目的，可以在保证整个建筑功能的基础上，让连梁的总体的跨度不断增加，如此，可以很大程度的让连梁的整体高度降低，一定程度而言，也使得可以讲整个连梁的整体承载能力控制在一定的范围之内，既可以让设计得到优化，又可以让建筑的功能得到正常发挥。

（三）在连梁设计过程中适当增加厚度

在进行连梁设计，在做好各种构件的设计优化的基础上，可以让连梁的整体截面的宽度进一步扩大，如此，不仅仅可以让建筑结构整体的刚度变大，也能够让整个地震过程中产生的各种内力作用相对而言变得更大。而且，由于连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。通过剪力墙的厚度增加，也有可能达到让连梁抗剪承载力符合限度的目的。

（四）提高混凝土等级

为了让连梁的抗剪承载能力不会超过规定个标准，可以合理的提高剪力墙的混泥土的等级，当混泥土的等级得到提升，混泥土的弹性模量增加比例会小于抗剪承载力的提升比例，从而，可以达到控制目标。

三.、结束语

混凝土建筑结构设计是一项专业性极强的工作，必须综合考虑到多种因素，既要满足居民的生活生产多种需要，更要从地震防护，防水防渗漏等各种因素对建筑结构做出性能设计，同时，从城市整体的人文自然，交通政治等各方面的因素出发，选择合理的建筑结构体系，做出科学严谨的设计，实现实用价值和美学价值的统一，为整个建筑业的发展和居民生活质量的提高，奠定基础。

参考文献：

[1]刘利峰 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究 [期刊论文] 《科技资讯》 -2010年20期

[2]张红标 建筑结构设计成本优化研究--以深圳高层钢筋混凝土建筑结构为例 [学位论文] 2011 - 浙江大学：企业管理

[3]张民 钢筋混凝土框架-剪力墙结构设计的优化研究 [学位论文]2008 - 同济大学土木工程学院 同济大学：结构工程

[4]洪叶 空间钢筋混凝土框架结构优化研究 [学位论文]2007 - 上海大学：结构工程