钢筋混凝土结构设计要点

现在越来越多的建筑物使用钢筋混凝土结构，因此钢筋混凝土结构设计在建设设计阶段就显得很重要。本文从实用的角度出发，基于钢筋混凝土结构设计的基本要求，探讨了钢筋混凝土设计的要点，主要从裂纹、变形缝、抗震三个方面进行了探讨，作为技术交流供同行参考。


1 引言
19世纪下半期开始，钢筋混凝土作为结构材料在工业文明的潮流下广泛得到应用，由于其本身的材料特性比其他结构材料更优越，因此在房屋建筑和土木工程中得到了空前的应用和发展，然后相继在材料、设计方法、制作工艺以及施工技术等方面也大显身手。因此，建筑结构设计逐渐成为结构工程师工作的重点和难点所在，本文从钢筋混凝土结构设计的基本要求、设计要求进行了探讨 。
2 钢筋混凝土结构设计的基本要求
结构设计的目的是要保证结构的安全适用、经济合理，具体要求有下面3个方面：
(1)安全性。指结构要能承受正常使用、正常施工时可能出现的各种荷载。在出现预定的偶然荷载时，主体结构要保持稳定、坚固。例如：直接作用在结构上的荷载以及温度的变化、支座沉陷、撞击、地震击等偶然事件，当发生这些作用时，以及在发生之后，建筑结构要保持整体的稳定性。
(2)适用性。指结构在正常作用时要具有良好的工作性能。不发生过大的变形和过宽的裂缝而影响正常使用。裂缝的宽度不能超过允许值。
(3)耐久性。指结构在正常维护下要具有足够的耐久性能，必须满足结构的使用时间。
安全性、适用性及耐久性，被统称为结构的可靠性，也称为结构最基本的功能要求。在结构设计中，一定要学会正确处理结构的可靠性和经济性之间的矛盾，使结构设计既安全可靠又经济合理。
3 钢筋混凝土结构设计中的裂纹问题
固体材料中的某种不连续现象，也就是我们常说的裂纹，这种现象在固体材料中是普遍存在的。有关混凝土的实验也证实了在没有受荷载的混凝土以及钢筋混凝土结构中会存在一些微裂纹，包括骨料裂纹、骨料与水泥石粘结面上的粘结裂纹以及水泥浆中的裂纹等等[5]。
钢筋混凝土结构的裂纹控制方法主要是基于“抗”的思想，可以分别应用传统力学和断裂力学来分析传统裂纹控制方法。
从传统力学观点来看，由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁受到外部荷载，拉应力全部（或部分）被抵消，所以可以避免（或者推迟）混凝土出现裂纹，这其实相当于改善了梁中混凝土的抗拉性能，以此达到充分利用高强材料的目的。
从断裂力学的观点来看，混凝土材料内部存在许多微缺陷和微裂纹，而且这些微缺陷和微裂纹会在外部荷载作用下不断演化、发展，最终形成宏观裂纹。如果在混凝土梁两端预先施加一对轴向压力，可以认为裂纹端部的应力强度因子为负值。如果外部荷载在裂纹端部产生的应力强度因子与非均布压应力产生的应力强度因子大小相等时，裂纹端部的应力强度因子就为零。这时裂纹就不会失稳扩展。也就是说，由于预先对混凝土梁施加了预压应力，从而减小了外部荷载作用下裂纹端部的应力强度因子，从而避免或是推迟了混凝土出现裂纹。
4 钢筋混凝土结构设计中的变形缝问题
对于钢筋混凝土结构设计中变形缝间距的问题，施工过程中一般都很难把握。结构设计规范规定：钢筋混凝土结构的伸缩缝最大间距是55m，如果采取后浇带段分段施工、专门的预加应力措施，或者是采取能减小混凝土温度变化以及收缩的措施且有充分依据的，这时，可以适当增大变形缝的间距。
由于各地区的温差以及混凝土不同的收缩应力出现裂纹状况的概率不相同，要求我们在结构设计中必须对梁柱配筋进行调整。比如：长向板钢筋，需要双层设置，还要加强中部区域的梁板配筋；对于两侧的梁柱，特别要加强边跨的柱配筋，以此抵抗温度引起的应力，超长结构在角部很容易产生扭转效应，所以在设计中，要加强角部结构。如果不能有效分析清楚受力的情况，必须按建议规范要求设置变形缝，除非采取特殊的措施才能不设置伸缩缝。
5 钢筋混凝土结构设计中的抗震问题
地震和刮风、下雨一样是一种自然现象，是由地球内部引起的地表震动。世界上多国频发地震，我国近几年也是地震灾害频发，汶川、青海发生的地震警告我们，建筑物的抗震性能是我国建房的必须考虑的因素。抗震结构也已经列入世界建筑结构设计要考虑的重要因素之列。
钢筋混凝土建筑设计中需要遵循以下原则：
(1)承载力、质量、刚度在结构上，而且在平面内和沿高度应对称、均匀且连续分布，还要注意应力钢筋的厚度，因地制宜，应力集中要避免。
(2)尽可能设置多道抗震防线。布置超静定结构以及延性较高的耗能构件，对于静定结构部位、关键部位和薄弱环节，需要加强。
(3)在结构中要做到连接整体性，牢固连接各个结构单元，不同的结构单元要彻底分开。
(4)构件和节点连接的承载力和刚度要与结构的承载力和刚度相适应，节点连接的承载力不能低于构件的承载力。
(5)需要采取有效的措施，来防止混凝土过早的剪切破坏，以及混凝土压碎和钢筋锚固滑移等脆性破坏。
(6)不要盲目地增加钢筋，因为某个部分结构设计承载力超强或者不足，都有可能造成结构的相对薄弱，对于梁端、柱端以及抗震墙的加强部位，应当减少配置钢筋，当然前提是受弯配筋要满足承载力和抗震构造的要求。
5 结论
钢筋混凝土结构设计的质量关系到整个工程的最终质量，关系到人民财产的安全，所以对于结构设计人员，责任重大。因此，在进行钢筋混凝土结构设计时，一定要根据相关的制度、法规，并根据实际工程，做出科学的合适的设计，这样才能提高建筑质量，造福人民。