混凝土结构基本设计原则范文

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第1篇

关键词：混凝土结构；教学探索；体会

作者简介：杨淑红（1969-），女，内蒙古呼伦贝尔人，呼伦贝尔学院，副教授；王建华（1966-），男，内蒙古呼伦贝尔人，呼伦贝尔学院，副教授。（内蒙古 呼伦贝尔 021008 ）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0083-02

混凝土结构是土木工程专业的专业核心课。该课程涉及内容广，包含建筑力学、建筑制图、建筑构造、建筑材料、建筑施工、土力学地基基础、计算机辅助设计等多门学科的知识，有基本构件设计和房屋结构设计两大部分，知识面宽且实践性强。本课程的任务是使学生初步掌握混凝土基本构件的受力和破坏特征，掌握基本计算理论和方法，掌握传力路线，对一般房屋能进行结构选型和构件布置，在正确识读建筑结构施工图的基础上具备一定的结构设计能力，为今后从事开发、管理、设计、施工及监理等与建筑相关的工作打下必备基础。为提高教学质量，加强教学效果，笔者结合多年教学实践对该课程展开探讨，供同行交流参考。

一、结合课程特点，讲清混凝土结构课与力学的联系与区别

力学是混凝土结构的先修基础课，混凝土基本构件在性质上相当于“材料力学”，因而它与材料力学既有联系但又有所区别。材料力学主要研究单一、均质、连续、弹性材料的单纯构件的受力分析，而混凝土结构则是研究钢筋和混凝土这两种力学性质差别很大、复杂构件的受力分析。在裂缝出现以后，特别是临近破坏之前，其受力和变形状态与理想材料有显著不同。这导致学生刚入门时思维产生混乱、混淆。但二者又都是通过几何、物理和平衡关系来建立基本方程这一方法来解决问题的，只是混凝土构件要始终考虑两种材料组成及非均质、非连续、非弹性的特点。

材料力学、结构力学等课程侧重于构件的应力、内力和变形的计算，答案唯一。混凝土结构课程不仅要解决构件强度、变形的计算，更侧重于设计；不仅包括结构方案的确定、构件选型、材料选择、确定计算简图、荷载计算及配筋构造等，还要考虑安全、适用、经济、施工合理可行等因素，是一个综合性的问题，有多种解决的方案。

二、讲好设计原则，掌握结构的基本设计方法

“以概率理论为基础的极限状态设计法以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计”[1]是混凝土结构的基本设计原则。这部分内容多，关系复杂，信息量大。包括结构的功能要求、极限状态、极限状态方程、结构可靠度、目标可靠指标、安全等级、结构重要性系数、荷载效应组合的设计值、结构构件的抗力设计值，其中荷载效应组合的设计值又有多种组合，适用于不同的极限状态。荷载效应组合设计值与结构构件的抗力设计值的表达式涉及的参数非常多，初学者不易领会理顺。授课时将这部分内容制成教学挂图展示给学生，如图1所示。

其中：γ0 为结构的重要性系数；S为荷载效应组合的设计值，其函数为：S =S（γG，γQi，ψCi，ψqi，SGK，SQik，…）；R为结构构件的抗力设计值，其函数为R=R（fc，fs，αk，…）/γRd；C为结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值。

同时将图中内容归纳为“一个基本要求，两类极限状态，三种性质，多个分项系数”，这样使零散的概念条理化、系统化，宜于理解掌握。

三、构建整体的传力体系，指明设计思路

混凝土结构课的讲授要使学生一开始就建立总的框架结构，明确整体传力体系，这样才能目标明确、思路清晰、抓住构件、整合结构。

房屋结构中的屋（楼）盖（梁、板）是水平承重构件，主要承受直接作用在屋（楼）盖上的竖向荷载及本身自重。柱、墙是竖向承重构件，除承受由屋（楼）盖传来的作用及自重外，尚承受由风和地震所引起的水平作用（对于地震区房屋或高层建筑，水平作用往往是比较大的）。房屋所承受的全部竖向荷载、自重及水平作用等通过柱和墙作用到基础结构上，最后由基础传至地基。

在教学中以图2形式展示直观形象，实践证明教学效果良好。

四、遵循教学规律，加强与工程实践的结合

1.重视构造措施并在工程实践中加深理解

实际工程中的混凝土结构或构件通常受到多轴正应力、剪应力的复合作用，混凝土很少处于单向受力状态。对复合受力情况下的混凝土强度，由于其材料的复杂性，至今未有能同时圆满解释各种现象的强度理论。这导致混凝土结构的设计理论和计算方法至今仍建立在性能试验和工程实践的基础上，其计算公式有边界条件和使用范围；对于在计算中不易详细考虑而被忽略了的因素，往往会通过一定的构造措施加以补充完善。可以说：一个完整的结构设计应是可靠的计算依据、合理的构造措施相辅相成的。计算固然重要，但若缺少构造前提，计算将无法进行；反之，有了计算结果，还需要构造措施加以保证。

构造措施在混凝土结构课中所占比重很大，复杂抽象，单凭课堂教学很难取得良好的教学效果，因此除在思想上提高认识，将构造措施与结构计算并重外，安排多次认识实习并在实践中理解、领会、消化构造措施是切实可行的途径。

2.课程设计保持连贯性，与工程实践紧密结合

土木工程专业有房屋建筑学的课程设计、混凝土结构的课程设计、地基基础的课程设计、施工组织的课程设计、概预算的课程设计等等，它们往往自成体系、各自独立。片面强调本课程的理论和实践、互不衔接既不利于学生综合思考问题能力的培养也影响学生创造性的发挥。

在相互协调的基础上，把建筑、结构、地基基础、施工组织、概预算等各课程设计连贯起来，任务书合成一本，统一下达的教学方法可有效解决上述问题。教学中要注意设计题目应“拆得开、并得拢”，既有工业建筑又有民用建筑，让学生选择自己喜欢的对口方向，尽量做到一人一题，结合实践真题实做。

教学实践证明：通过相互连贯的课程设计既锻炼了学生综合驾驭问题的能力又可为毕业设计及通才加专才应用型人才的培养打下坚实基础。

五、注重连续性、过程性，课程考核方式多样化

考核是教学活动的一个重要环节。20世纪70年代，教育学家O·桑迪在总结前辈们各种理论和实践的基础上提出了现代人才评价的原理，其别强调将过去那种单纯在课程结束时进行考试的评测转化为与课程同时进行的合作性、过程性评价。[2]

在教学初始将课程要求、成绩标准、考核方式介绍给学生，使学生了解合作评价、过程评价的重要性，可激发学生的学习潜能与创新能力。如该课程采用的考核方式：两次笔试占50%（期中占20%、期末占30%），混凝土结构新材料、新工艺、新理论方面的研讨论文占10%，自主到施工现场、科研单位、设计所进行实践性学习的成果占20%，课堂参与占10%，小组讨论占10%。同时各部分的考核分散在课程的各个阶段，有时效性。这种考核方式会保证学生从始至终全神贯注参与教学的全过程，不会出现前松后紧、期末突击的不均衡现象。

六、紧跟时代要求，培养现代化、高素质的工程技术人员

1.增加课堂教学的信息量，构建大土木的混凝土结构

为解决原有的课程设置过于“专业”、学生知识面狭窄、部分课程内容重复、交叉的弊端，教育部明确了宽口径、大土木的培养目标。大土木下的混凝土结构的类型很多，涉及的领域很广，新材料、新技术层出不穷。内容上除基本的材料力学性能、设计原则、受弯（受扭、受拉、受压）构件承载力计算、构件的变形和裂缝宽度验算、预应力混凝土构件、梁板结构及单层工业厂房等内容外，在教学中增加了构件受冲切性能、灾害作用下的混凝土结构性能、新性能的混凝土结构（如：高性能混凝土结构、纤维增强混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、钢—钢混凝土组合结构）、体外预应力混凝土等内容的介绍。同时把粘结与锚固列为独立章节，构建粘结应力滑移本构关系，着重掌握基本锚固长度、锚固长度、搭接长度的计算及一系列相关构造要求。

教学过程中结合实例注重新材料、先进施工方法的引入，利用多媒体等现代化的教学手段加大课堂的教学信息量，使学生视野开阔，毕业后适应的工作范围广泛，有后劲。

2. 紧密结合《规范》授课，为注册执业资格考试做好知识储备

执业资格考试是对建筑工程领域从业人员的资格认证考试，如全国注册结构工程师自1998年实行全国统一考试以来极大地提高了我国建筑结构设计人员的理论知识水平和业务能力，保证了我国建筑结构设计总体水平的稳步提升。考试中混凝土结构所占比重很大，因此在学生阶段就要打好基础，为注册执业资格考试做好知识储备。为此在教学中要优化课程内容，不仅注重知识点的试验研究、结论引入，更在教学中结合《规范》注重其边界条件，侧重知识点的实际应用，学会“学《规范》、套《规范》、《规范》与其他规范（如《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》等）的交叉应用”的学习方法，为学生毕业后终身学习、专业发展、参加执业资格考试奠定基础。

七、结束语

目前混凝土仍是我国建房的主要材料，混凝土结构课程的改革与建设仍是一项长期、艰巨、系统的工程。不断提高教学质量，加强学生的综合素养，为社会培养宽口径、厚基础、强实践、有后劲的工程技术人员仍需不断探索努力。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准. 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] 韩峰. 美国评价学生的七项标准[N]. 中国科技报，2001-02-21.

第2篇

关键词：混凝土结构；教学改革；实训操作；职业能力培养

高等教育应用型本科人才土木工程专业主要培养面向社会一线需要的高技能人才，学生毕业后从事的职业有结构工程师、土建工程师、监理工程师等；混凝土结构课程是建筑工程技术专业的专业主干课，也是工程建设中大量使用的一种结构形式，对培养具备职业岗位和工种要求的基本能力、基本技能和专业综合素质有着重要的作用。按照培养“服务为宗旨、就业为导向”人才培养模式，我们对混凝土结构设计课程体系、教学内容、教学环节、教学方法和手段、实践教学等方面进行了深入的改革和大胆的实践，形成了完整的课程教学体系，取得了良好的教学效果。

一、课程改革的理念

1.服务企业，突出职业能力培养

长期以来，混凝上结构课程受本科教学模式的影响，教学大纲和教学环节围绕培养设计、兼顾施工和管理的人才目标制订，而且，在教学过程中，重课堂教学和理论知识传授，轻应用能力的培养，使得学生毕业后需要很长一段时间才能胜任岗位工作。近年来，随着我国建筑设计企业改革的不断深入，企业对本专业学生就业要求是懂得设计的基本原理，会正确应用规范、图集、能进行电算操作、直接承担施工图绘制，编辑的工作任务。因此，对混凝土结构设计课程，必须紧紧围绕建筑设计单位对一线设计人员的需求，能力与素质的要求，以突出应用能力培养为主线进行教学改革。

2.校企合作，构建“教、学、做”的教学模式

混凝土结构设计课程不仅包括混凝土结构构件的基本受力性能、设计计算理论和方法及配图的绘制，而且涵盖了大景直接涉及混凝土结构细节的构造、大样方面的内容。显然，使学生更好地掌握这些基本知识和技能，仅由专任教师在学校进行教学足不可能完全实现的。只有通过学校与企业合作，以学生完成混凝上结构工程设计的真实工作任务及其工作流程为依据，共同构建“教、学、做”的工学结合教学模式，将工程基本技能的训练贯彻到教学的伞过程，才能使学生在掌握混凝土结构基本知识的基础上，具备较强的从事职业岗位的工作能力，并获得工程设计实践经验，同时，使学生加深对社会的了解和职业的认识，正确地选择就业岗位。

二、课程体系的构建

混凝土结构课程传统的课程教学体系一般是先讲授受弯、受剪、受扭、受压及受拉构件的截面计算，然后再讲授相应的结构设计，最后集中时间进行课程设计。这种体系不仅使构件的截而计算与相应的结构设计教学内容不连续，不利于学生在混凝土结构设计的真实工作过程中系统地掌握所需的专业知识，而且实践教学只安排课程设计，时间少，内容仅为设计手工计算与施工图的绘制，缺乏对学生进行所从事的PKPM电算和平法施工图表达的训练。为此，我们根据混凝土的结构的组成和受力特点，本着便于工学结合的原则，对教学内容进行了有机地整合和序化，构建了对不同受力类型的构件及其组成的相应结构为工作任务载体的6个学习情境(见下图)。对每一个学习情境，除了讲授学生必备的混凝土结构构件设计的知识外，根据实际工程应用情况，按真实设计过程进行常用结构构件的设计计算、施工图绘制的实训指导，形成了混凝土结构原理性知识―平法电算―施工图绘制“三位一体”的“教、学、做”教学模式。

三、教学环节的组织

根据建筑设计类企业对本专业人才的要求，遵循学生职业能力的培养规律，对混凝土结构课程的每一个学习情境，采用下表所列的两阶段四步教学法组织教学。通过每个阶段的资讯、决策、计划、实施、检查、评价教学过程的实施，培养学生在真实工程环境条件下，正确地选用结构工程材料，能够进行常用结构构件的设计计算和施工图的绘制。

四、教学方法和手段的改革

在混凝剂结构课程的教学中，我们除了灵活地应用传统的教学方法和手段外，结合教学内容和教学环节，采用现场教学、工程实例教学、动手操作教学、相互评价教学等方法和现代教育技术手段进行教学，有效地提高了教学质量。

1.现场教学

在进行楼盖结构、单层厂房排架结构、框架结构以及预应力混凝土结构等教学时，利用课内、外时间组织学生到校外实训基地的工程现场，由兼职教师讲授结构的组成、布置、工程构造要求以及施工工序。直观的现场教学，不仅有利于学生更好地理解、掌握教学内容，而且也有利于增强学生的工程意识，激发学习兴趣。

2.工程实例教学

通过外伸梁、雨蓬、楼盖结构以及单层厂房排架结构等工程设计计算实例教学，使学生在理解混凝土结构构件的基本知识和原理的基础上，熟悉结构构件的计算方法和过程，提高结构施工图的绘图和识图能力，并积累一定的工程经验。

3.动手操作与相互评价教学

在专、兼职教师的指导下，学生根据实际项目工程资料进行梁、板、柱、基础等结构构件的设计计算和施工图绘制，同时组织学生分别对绘制的施工图开展相互评价。这种教学方法，不仅学生乐于实践，能够较好地了解工程设计过程，提高职业技能和综合素质水平，而且有利于培养学生的鉴别能力，进一步提高教学效率。

五、实践教学的实施

根据课程实践教学环节的设置，我们与多家建筑设计院本着合作育人、共享资源的原则共同建立了稳定的校外实训基地，同时从设计一线聘请了技术水平高、工程经验丰富、善于教学工作的校外兼职教师，为实践教学的开展奠定了良好的基础。

在实训基地，学生通过完成典型的框架、剪力墙等具体结构形式，加深了对混凝土结构职业性知识的理解，了解了工程设计类企业内部的工作流程和管理制度。教师在参加工程实践锻炼的同时，可帮助单位解决工作过程中遇到的技术难题。

第3篇

【关键词】： 混凝土结构 ，桥梁 ，建筑结构

【 abstract 】 : according to China's present "railway bridge design basic rules" (TB10002.1-2005), and "the railway bridge reinforced concrete and prestressed concrete structure design rules" (TB10002.3-2005) and the concrete structure design rules "(GB50010-2010), such as design specification, to design basic principles, the flexural members, eccentric loading capacity calculation method, component structure requirement, applied in engineering practice, refers for the colleague.

【 key words 】 : concrete structure, Bridges, building structure

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

一、涵身结构

（1）结构形式：采用平行四边形结构，单孔为变截面框架，双孔为变截面连续框架。

（2）施工方法：按就地灌注法施工。

（3）截面尺寸的设计：

a、截面尺寸确定的原则及方法：框架各构件截面高度经技术经济比较按下述原则确定：

填土高较低的涵节（高边墙涵洞填土高较小的两级及中、底边墙涵洞）主要以控制设计截面上混凝土σw≤［σb］及主拉应力σz≤［σtp-2］为条件进行设计（［σb］、［σtp-2］分别为混凝土弯曲受压及偏心受压时的压应力与无箍筋及斜筋时主拉应力的容许值）。

填土高较高的涵节（高边墙涵洞填土高较大的两级）因顶底板梗胁起始截面处剪力较大，则按配置箍筋及斜筋设计，截面尺寸经比选后选定，截面尺寸以2cm为模数。

b、截面最小尺寸的拟定：考虑施工时，质量易于保证，本图各孔径的顶、底板及边中墙截面最小厚度定为16cm，双孔涵洞中墙厚度一般与边墙一致。

（4）加腋：为改善角隅部分的应力状态，在角隅处设计直线形梗胁。

三、结构承受的荷载：

（1）恒载：包括结构自重、填土引起的竖向及水平力、路面铺装等。

a、结构自重：钢筋混凝土容重按25KN/m计算，加腋部分自重在加腋范围内简化为均布荷载。

b、顶板上路基填方的竖向压力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.2.3条规定计算：

p=KγH(kPa)

式中γ为填料容重，H为轨底至板顶填土高，K为系数，本设计将该竖向力分成填方重(γH)与附加竖向力((K-1)γH)两部分考虑,并将前者视为主力,后者视为附加力进行组合。

c、路基填方作用于边墙的水平压力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.2.3条规定计算：

e=ξγH1 (kPa)

式中γ为填料容重，H1为轨底至涵洞计算截面处的填土高，ξ为系数，系数采用0.25。

d、填土容重按18KN/m计算。

（2）活载：中－活载，按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.3.4条规定计算：

a、活载作用于涵洞的竖向压力：

qh= (kPa)

式中h为轨底以下深度；

b、活载引起的水平压力：e=ξqh（kpa）

侧压系数ξ=0.25，不计动力影响。

c、线数：根据填土高视不利情况分别按单、双线计算，双线线间距以5m计。

d、活载冲击力：中－活载的动力系数按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）4.3.5计算。

e、不计制动（牵引）力及长轨作用力。

（3）其它荷载：

a、涵内水压力：静水压力按主加附设计。

b、本设计不考虑地震力的影响。

四、结构内力计算：

（1）本图涵身结构计算图式按垂直于线路方向截取单宽1m，计算跨径按平行线路方向的框架宽度，计算边墙宽度为平行于线路方向墙厚计算，其轴线为构件混凝土截面中心线。

（2）地基反力按直线分布考虑。

（3）结构内力计算采用平面杆系有限单元法，单元设为等截面直杆，对于梗胁部分单元则按其两杆端有效高度（按1：3的坡线计算）

以单孔框架为例，控制截面位置如下：

五、截面配筋计算

（1）截面设计按容许应力法进行。框架顶底板按受弯构件计算，不考虑轴向力影响，边墙、中墙按偏心受压构件计算。

（2）顶、底板按照受弯构件进行受力分析，强度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.5条各式计算，

a.混凝土压应力

b.钢筋的拉应力

式中钢筋弹性模量与混凝土变形模量之比n按其它结构项取值（C35混凝土为10）。HRB335钢筋容许应力按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.2条取值。

（3）边墙按照偏心受压构件进行受力分析，强度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.6条各式计算，并按该规定计算主拉应力。

（4）梗胁范围截面的剪应力计算按照受弯构件变高度梁剪应力的计算方法考虑截面高度变化的影响。按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.5条计算。

（5）钢筋的配置根据弯距包络图及剪应力图进行。当构件某截面主拉应力（主力或主力加附加力组合下）超过《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）表5.2.1[σtp-2]值时,则该截面所在的半跨范围内按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.3.14条要求设置开口箍筋及斜筋。

以单孔框架为例，弯矩及配筋包络图如下：

（6）梗胁部分斜向钢筋一般按构造布置，但当顶板梗胁下缘受拉时，则据其最不利竖向截面的强度和裂缝宽度的要求设计，其配筋率不小于钢筋混凝土最小配筋率要求。

（7）裂缝宽度计算按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.8条进行，其容许值为主力时［δf］=0.20mm，为主＋附时，［δf］=0.24mm。

（8）设计涵节长度顺涵轴方向3～5m，纵向辅助钢筋间距一般为20cm设置，在钝角处顶板顶面及底板底面设加强钢筋，加强范围约为跨长的1/5。出入口涵节按涵身一致配筋，其长度在斜交角35度及以下用2.5m，在斜交角35度以上采用3.0m。涵节端面边墙仍采用斜面。

（9）钢筋布置，钢筋骨架沿涵轴每1/cosα米配置8或10排，钢筋保护层厚度由结构所处环境，按《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005-2010）确定，纵向钢筋构造布置。

六、设计注意事项

1、若采用顶进法施工，纵向钢筋配筋率不小于3%，并应检算顶进部位局部应力，边、中墙根剪应力等，且在底板前后端做局部加强设计。

2、对于双线或多线路基下涵洞，其线路下涵节长度宜设计为5m，沉落缝宜布置在线间中央附近，以免由单独一节涵身承受活载横向分布线重叠部分的力。

3、同一涵节应避免设在软硬相差甚大的两种地基上。

参考文献

1、《铁路桥涵设计基本规范》TB 10002.1-2005

2、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3-2005

3、《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》TB 10002.4-2005

第4篇

【关键词】建筑结构 新版混凝土规范 教学改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）03-0019-02

1 引言

《建筑结构》是非土建类专业开设的专业基础课程，内容涵盖混凝土基本原理、钢筋混凝土结构设计、砌体结构、钢结构以及抗震设计，知识面广、内容全面。在"需求导向，能力为本，知行合一，重在创新"的人才培养理念指导下，《建筑结构》课程应紧密结合结构设计规范[1]，以结构设计基本原理为基础，以建筑结构发展最新动向为延伸，强调学生对基本概念和设计方法的掌握，培养学生发现问题、解决问题的能力。

2010年新修订的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[2]于2011年7月1日在全国范围内开始实施。新规范在总结今年来全国科研、高校和设计单位的科研成果和工程实践经验基础上，学习借鉴国外先进规范和经验，广泛征求国内有关单位意见，经过反复修订而成，代表了混凝土结构学科在现阶段的技术水平。而《建筑结构》课程体系中最重要的混凝土基本原理和钢筋混凝土结构设计必须遵循新版混凝土规范要求。因此，在新版混凝土规范出台之际，《建筑结构》课程教学应适时进行调整和完善，以确保学生能正确完成钢筋混凝土结构的设计，了解混凝土结构学科发展趋势。

2 《建筑结构》课程特点

《建筑结构》课程授课对象是非土建类学生，这一特殊的教学群体决定了该课程的主要特点：

（1）课程内容繁多。《建筑结构》以"混凝土基本原理"为基础，以"钢筋混凝土结构"、"砌体结构"、"钢结构"为应用，以"抗震设计"为补充，基本涵盖了土建类专业的大多数专业基础课。同时在《建筑结构》的教学环节中，涉及了工程材料、材料力学以及结构力学等多门课程内容，要求学生具备扎实的基础知识。

（2）课程课时少。《建筑结构》课程通常分两学期教学，总课时不足90学时，远低于土建类专业课时数。在内容多、课时少的背景下，必然要求对建筑结构教学内容进行合理分配，结合教学对象，针对专业特点，把握全局，突出重点。

（3）学生基础薄弱。非土建类学生数学、力学基础较差，面对《建筑结构》中大量公式的推导和应用，往往存在心有余而力不足的现象。尤其对一些理论性稍强的内容，学生普遍认为内容太难，无法完全掌握。

（4）学生思想不重视。学生往往只关注本专业的核心课程，不重视《建筑结构》课程，在学习过程中只求应付考试，不求真正掌握、灵活应用，所以即使老师反复强调，教学效果仍然不佳。

因此，《建筑结构》课程只有针对课程自身特点，结合非土建类专业学生基础，因材施教，才能真正实现课程教学目的。恰逢2010版混凝土规范修订，可通过对教学内容和教学方式的改进，突出新旧混凝土规范的差异，促进学生对混凝土规范的认识和理解，提高教学效果。

3 《建筑结构》教学内容改革

（1）采用高强高性能材料

新版混凝土规范提倡高强高性能材料，要求适当提高一般结构的混凝土强度等级，钢筋混凝土强度不应低于C20，采用强度级别400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。同时废除23MPa5级钢筋，以300MPa级钢筋代替，新增500MPa级钢筋，大力推广400MPa级、500MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋，并逐步限制335MPa级钢筋。

（2）统一受剪承载力计算公式

在2002版规范[3]中，均布荷载作用下的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.25fyv（Asv/s）h0，受集中荷载作用的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.0fyv（Asv/s）h0。新版混凝土规范统一了受弯构件抗剪承载力计算公式，均按1.0fyv（Asv/s）h0计算，修订后规范适当提高了斜截面受剪承载力的安全储备。

（3）提高最小配筋率

2002版混凝土规范规定受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率取0.6，对400MPa级钢筋可减小0.1。新版混凝土规范中根据抗震设计要求，受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率如表1所示，修订后受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率有所提高。

表1 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中最小配筋率规定

受力类型 最小配筋率（%）

受压构件 全部纵向钢筋 0.50（500MPa级钢筋）

0.55（400MPa级钢筋）

0.60（300、335MPa级钢筋）

一侧纵向钢筋 0.2

受弯构件、偏心受拉、轴心

受拉构件一侧的受拉钢筋 0.2和45 中的较大值

表中：ft为混凝土抗拉强度设计值，MPa；fy为钢筋屈服强度设计值，MPa。

（4）调整裂缝宽度计算公式

新版混凝土规范中裂缝宽度计算公式形式保持不变，但对于三级裂缝控制等级的非预应力混凝土构件，最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算。同时对于非预应力的受弯或偏心受压构件，受力特征系数αcr减小为1.9。修订后计算得到的裂缝宽度值有所减小，解决了采用高强钢筋受裂缝宽度限制的问题。

（5）完善了各种构件的构造要求

新版混凝土规范中对板、板柱结构、混凝土墙、钢筋锚固等构造要求进行了完善修订。包括：正式提出现浇空心楼板的最小板厚200mm；修改了锚固长度的修正系数，将锚固长度的下限值减低为0.6；完善装配式结构的构造要求，增补机械连接、浆锚接头等连接方式等等。

（6）提出新的设计原则

新版混凝土规范为提高结构抵御灾害的能力，提出了结构防倒塌概念设计，介绍了结构防倒塌定量设计方法的原则。同时为完善耐久性设计，针对既有建筑改造的迫切需要，提出了既有结构延长年限、安全复核、改变用途、扩建改造、修复加固的设计原则。

4 《建筑结构》教学方式改革

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）在第六批规范课程研究的基础上，对"从截面计算到结构设计"、"增加结构防倒塌设计的原则"、"耐久性及既有结构再设计"、"提高安全度设置水平"、"采用高强-高性能材料"以及"技术进步标准协调国际接轨"六个方面进行了补充、完善、提高。新版混凝土规范的发展方向代表了混凝土结构领域的发展方向，体现了不断进步、紧密联系工程的精神。因此，作为《建筑结构》课程更应及时贯彻2010版混凝土规范精神，结合工程实践开展教学工作，具体可进行以下几方面的教学改革尝试。

（1）大量运用对比分析法

在众多《建筑结构》课程教改研究成果中，对比分析法可以通过比较，找出事物的相同点和不同点，加深学生对教学知识的理解和掌握[4]。在《建筑结构》课程教学过程中，可采用对比分析法对新旧混凝土规范内容进行举例说明，不仅要突出修订后的内容，也应介绍规范修订的背景、原则，让学生在记住专业知识的同时，也对混凝土学科发展方向有所了解。

（2）开展"现场"教学

《建筑结构》课程中的部分概念性知识，学生往往很难把握。为让学生拥有对混凝土结构的直观认识，可以带领学生参观结构试验大厅，逐一介绍钢筋、水泥、砂石、模板等基本材料；还可带领学生旁观土建类专业学生材料试验课和混凝土试验课，观察钢筋绑扎、混凝土浇筑、振捣以及适筋梁破坏试验。通过"现场"教学把抽象的事物、概念实体化，加深学生的理解，培养学生对《建筑结构》课程的学习热情。

（3）紧密结合工程实例

对于非土建专业学生，大量概念、公式、计算内容的讲授不免显得枯燥，因此需要在教学过程中不时通过生动的工程照片、实例、视频吸引学生注意、强化学生的感性认知，将有助于《建筑结构》课程教学效果的改善。

（4）教师不断自我培训

随着新技术、新工艺、新知识的不断发展，混凝土规范进行了再次修订和完善，以规范为根本的《建筑结构》课程也应紧跟发展趋势，不断自我完善。因此，任课教师必须及时更新知识结构、增长工程实践经验、及时掌握行业发展动向，积极参与课程相关的各项科研、教改研究，不断进行自我培训，提高自身素质。同时在教学环节中，以身作则给学生树立积极向上的榜样。

5 小结

本文以新版混凝土规范为背景，结合非土建类专业学生特点，初步探讨了《建筑结构》课程的教学改革。通过对教学内容和教学方法的改进和完善，以期实现课程教学目的，完成教学任务，达到教学效果，使学生在接受建筑结构设计相关理论知识的同时，了解行业发展方向，提高自身实践能力。

参考文献：

1.王文龙. 高职《建筑结构》课程的教改实践与探索[J]. 长江工程职业技术学院学报. 2006，23（1）：43-45.

2.中华人民共和国住房和城乡建设部. 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[S]. 中国建筑工业出版社出版. 2010.

第5篇

关键词：工业建筑；混凝土结构；设计

Abstract: compared with the civil, commercial buildings, industrial building for the safety of the structure, vibrate resistance, resistance to put forward such as more strict requirements, particularly in the concrete structure design, must take effective process and technical measures, not only to improve the overall performance of the structure, but also for of the construction of the project schedule, quality, safety and cost have important influence. The author discusses industrial building engineering management experience for many years, this paper analyzes the concrete structure design of related problems, only for reference to fellow.

Keywords: industrial architecture; Concrete structure; design

中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：

目前，国内建设的工业建筑主要采取混凝土结构，与传统的建筑结构形式相比，其具有较为理想的综合性能，造价也较为合理，在国内工业建筑行业得到了广泛的应用。在工业建筑混凝土结构的设计中，必须结合建筑的基本功能和使用要求，选择最为合理的结构形式，并且逐步完善细节部分的设计，从而达到预期的工业建筑建设目标。

1工业建筑结构选型的一般规定

在工业建筑混凝土结构设计中，为了保证设计方案具有可行性与经济性，必须合理确定其结构形式，国家建设主管部门相继出台了一系列的规定，对于工业建筑的结构选型作出了具体的要求，其中较为重要的几条规定如下：

1.1在常规工业建筑的结构设计中，应优先选择预应力混凝土装配式钢结构，必要时也可以采用现浇混凝土的结构形式。

1.2当工业建筑结构为柱距≤4m，跨度≤15m的单层厂房，并且满足以下两方面的要求：1）柱顶的高度≤6.5m，无吊车或者有≤2t悬挂吊车的厂房；2）吊车的起重量≤3t，轨道顶的高度≤5.4m的轻级或者中级厂房，可以结合实际情况和相关要求，优先选择砖混结构，其中砖墙起到承重作用，钢筋混凝土楼板、顶板等组成主体结构。

1.3除工业建筑的顶层外，如果楼层的总高度≤15m，各层主梁的跨度≤7.5m，楼面荷载≤1000kg/m2四层或四层以下的厂房，可以采用钢筋混凝土内框架的建筑结构形式。

1.4在大中型厂房的结构选型中，宜采用预应力结构或者装配式钢筋混凝土结构。如果厂房独立砖柱的截面≥490mm×490mm，则应采用组合砖柱或者钢筋混凝土结构。

1.5对于具有耐高温要求的工业建筑，如果建筑构件的表面温度长期≥50℃，避免采用木结构；如果建筑构件的表面温度长期≥150℃，，应尽量采用钢结构，并且采取相应的隔热与防护措施；在屋面梁、屋架、托架≥80℃，吊车梁≥60℃，以及其他建筑构件≥100℃的工业建筑中，钢筋混凝土结构设计中，其强度与弹性模量必须进行折减。

2工业建筑混凝土结构设计中应注意的问题

在工业建筑混凝土结构的设计中，需要综合考虑各方面的影响因素和技术条件，不断对于设计方案进行修改与完善，进而才能保障施工作业的有序开展和进行。结合笔者多年的工业建筑混凝土结构设计经验，总结了以下需要注意的问题：

2.1框架基础设计1）设计人员应仔细阅读与使用相关地质报告，了解地质勘察结论与计算指标的可靠性，进而判断工程建设方提出了的框架基础设计方案是否具有可行性；2）在满足变形与承载力等基本要求的前提下，尽量选择天然地基中的浅基础，综合考虑项目所在地土层的实际分布情况、物理力学性质与稳定性，以及土建筑物的形状、结构类型、地下水、荷载性质与大小等，合理进行框架基础设计。

2.2框架柱设计1）在各种内外力组合的情况下，工业建筑混凝土结构的框架柱必须满足高强度的要求，特别是在配筋计算中，应选择最为不利的方向进行框架计算，也可以在两个方向均进行计算，在确定较大方向配筋数据后，采用对称配筋的设计方案；2）为了增强工业建筑底部的整体性，减少发生位移的几率，一般采取框架柱附近合理设置基础连系梁的方法。将基础连系梁的以下部分视为底层，框架柱的高度值则是依据基础顶面、连系梁顶面而定，将实际建筑的底层视为第二层。在框架柱的设计中，底层柱配筋要选取基础顶面、连系梁顶面中最大的内力进行计算，以保证设计结果的合理性和可行性。

2.3框架梁设计1）如果工业建筑混凝土框架的主梁与次梁之间的截面相差较小，而次梁的荷载相对较大，则要在设计中适量增加附加筋。如果主梁的高度较高，而次梁的截面、荷载较小，主粱则无需增加附加筋；2）当工业建筑混凝土结构的外部梁跨度相差较小时，梁高宜采取等高的形式，尤其是外部框架梁应尽量保证高度相等。当梁底距离外窗顶的尺寸相对较小时，设计中应适当加大梁高，一般情况要做至窗顶；3）在工业建筑混凝土结构框架梁的设计中，原则上梁纵筋宜采用小直径、小间距的形式，这样更有利于结构的抗裂性能，但是必须应注意钢筋间距满足相关要求，并且与梁的断面相对应。

2.4抗裂设计

1）根据《砌体结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》的相关规定，合理控制工业建筑混凝土结构的长度，以避免因主体结构过长，而增加局部裂缝的几率。为了有效控制由于温度收缩应力而引起的结构裂缝，可以在结构设计中适当增设伸缩缝，伸缩缝的间距一般为30mm-50mm；2）在混凝土结构浇筑方法的设计中，由于混凝土的仓面相对较大，所以，通常选用分层浇筑的方法，即在第一层浇筑完成后，浇筑第二层，直至全部施工作业项目完成；3）在工业建筑混凝土结构设计中，为了防止裂缝现象的发生，必须严格规定各种温差，其中包括内部温差、外部温差、温度徒降等容许值，上述容许温差必须结合相关理论计算结果，以及以往的工程实践经验确定。2.5抗震设计在工业建筑混凝土结构的设计中，抗震设计通常是以强度、延性为基点，特别是在单层厂房的布置中，应坚持平面与立面简单、规则、对称等基本原则。在混凝土结构的抗震设计中，应注意以下问题：1)平面布置应做到简单、规则、对称，尽量减少偏心，而且要考虑有可能出现的各种不利影响；2)尽量保证刚度中心、质量中心的重合；3)重量相对较大的框架梁、柱不宜布置于结构单元边缘，应尽量布置于距刚度中心相对较近的部位；4)尽量避免大悬挑结构；5)围护结构应尽量采用轻质材料。

3结束语

总之，在工业建筑混凝土结构的设计中，应综合考虑各方面的影响因素与技术问题，对于设计方案中的相关工艺、技术参数一定要进行认真的计算与复核，进而不断修改和完善设计方案，以保证施工作业的有序开展。

第6篇

关键词：高层建筑；抗震；概念设计；计算设计

中图分类号：TU318+.1 文献标识码：A

现代高层建筑出现在19世纪，1960年以后，建筑材料、结构体系和施工技术的不断发展，进入了大量建造50层以上高层建筑的时代。高层建筑结构的材料主要是钢筋混凝土和钢。除了全部采用钢材的钢结构和全部采用钢筋混凝土材料的钢筋混凝土结构外，同时采用两种材料做成的混合体结构和组合结构在近年来也得到了广泛应用。但考虑到建设成本、维护成本、可模性等因素，钢筋混凝土结构在未来很长一段时间内仍然会作为高层建筑的主要结构类型。

一、高层建筑的特点

何谓高层建筑，其高度测量起始位置和终止位置在何处，世界上均无统一规定。在我国，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）（下简称《高规》）规定：10层及10层以上或总高度超过28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他民用建筑混凝土结构为高层建筑。

相较于低层结构以竖向荷载为控制因素，在高层结构中，水平荷载往往成为了设计中的控制因素，建筑物的高度与荷载效应的关系一般为：N=f（H），M=f（H2），=f（H4）。由此可知，随着高度的增大，位移增大最快，矩次之，轴力再次之。构件截面层次的强度、结构层次的刚度和稳定性是高层建筑设计的核心控制指标。

在地震区，要求高层建筑有良好的抗震性能。在地震作用下结构具有良好的塑性变形能力。具体应使高层建筑达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的要求。

高层建筑的设计是一个系统工程，包括概念设计、构件设计、构造措施、维护保养手段等。如果将其与人做对比，那么概念设计无疑是高层建筑的DNA，决定了建筑物先天条件；构件设计和构造措施，类似人的后天成长和学习；与人类一样，维护保养可以使建筑物更长久更安全地服役。

二、抗震概念设计的含义

因其丰富内涵，概念设计对高层建筑结构设计具有相当重要的作用，尽管多年以来在高层建筑结构的教育和培训中受到普遍重视，但当前结构工程师对结构设计软件的依赖和面向应用的高等教育模式又往往将其淡化了。结构概念设计并非强调计算方法和计算的准确性，它强调的是一种抗震设防理念在结构设计每一步骤中具有体现，包括方案设计阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段等，它是结构工程师水平的体现。

概念设计是根据试验数据、震害现象和工程经验提炼、总结出的基本设计原则和理念，是一种定性设计。

三、概念设计的目的和重要作用

在进行建筑抗震设计时，原则上应满足二阶段三水准的设计原则。第一阶段的设计，通过计算保证强度要求和变形要求。第二阶段的设计，通过弹塑性层间侧移验算结构的弹塑性变形，实现“大震不倒”的第三水准抗震设防要求。我国设计规范主要通过良好的抗震构造措施来实现“中震可修”的第二水准要求。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则，以满足抗震设防要求。概念设计的重要性还在于现行建筑抗震设计方法存在以下问题：（1）地震影响的不确定性；（2）地震作用计算方法的近似性；（3）结构内力分析方法的近似性。

四、抗震概念设计的基本内容

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（下简称《抗规》）对抗震概念设计作了全面具体的规定，使概念设计更容易理解，也使更多的设计人员便于掌握和运用概念设计。规范明确了概念设计包含的3个基本内容：（1）重视结构的规则性；（2）选择合理的结构体系；（3）结构构件的延性设计。

五、概念设计的核心准则及其保证措施

（一）核心准则

“强节点弱构件”――防止节点核心区破坏先于构件；“强柱弱梁”――防止结构塑性铰先在柱内出现，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力；“强剪弱弯”――防止构件发生剪切破坏，要求构件受剪承载力高于受弯承载力。

（二）保证措施

保证措施有两个方面：一是合理选择确定结构屈服水准（也可以说承载能力）的地震作用。这个地震作用通常小于或明显小于设防烈度地震，但它必须与结构的延性能力相协调。二是制定有效的抗震构造措施使结构确实具备所需要的保持竖向承载力条件的非弹性变形能力。这两个方面在《高规》中有详细的规定。如：《高规》第3.9节（抗震等级）的要求，我国规范对钢筋混凝土延性等级的划分以烈度区为主要依据，但还要考虑各类结构构件以及同一类结构中不同组成部分对延性的不同需求，因此《高规》建立了“抗震等级”（即抗震措施的等级）的概念，并将其划分为一、二、三、四级。这样，只需规定各抗震等级对应的内力调整和构造措施，所有不同类型结构在不同抗震设防标准下的对应抗震手段就都清楚了。总之，《高规》中许多条文都是概念设计的内容，都与“三强三弱”密切相关。

六、加强抗震概念设计的建议

（1）结构工程师不应被设计软件束缚，应该对概念设计有清晰认识，通过概念设计使建筑结构更合理；对《高规》及《抗规》应加强学习理解，对各条规范内涵应注意把握，对规范条文的逻辑联系应加强体会。在实践中，保证对各条概念设计条文的正确执行；（2）结构工程师应当善于模仿、学习、创新，善于从别人的结构方案中获得新的灵感；（3）建筑师也应加强结构专业知识的学习，掌握基本的建筑力学和结构设计概念，在方案阶段就尽力保证建筑结构布局和造型的美观合理，并注意与结构工程师配合沟通，避免出现因沟通不畅导致的项目进展阻滞。

结语

高层建筑结构设计遵循如下的流程：方案选择、概念设计荷载水平计算各种工况下结构内力及变形计算第一次内力调整荷载组合第二次内力调整构件设计及刚度验算。概念设计贯穿了整个设计流程，尤其是在结构选型和布置阶段，严格执行概念设计足以帮助建筑结构拥有良好的先天安全与稳定优势，在后续构件设计及刚度验算时更容易满足和通过。概念设计也是体现一个结构工程师水平高低的重要方面。无论是教学、科研还是工程实践，概念设计都应该是重点和核心内容。

参考文献

[1] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]包世华，张铜生.高层建筑结构设计和计算[M].北京：清华大学出版社，2013.

第7篇

[关键词]：水工砌体 ;结构设计方法

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、新的水工砌体结构设计应符合的原则

参考新编《水工砼结构设计规范》编制中具备的原则，新的水工砌体结构设计方法应能符合下述三项基本要求:

1、符合水利水电系统工程结构应遵守的共同准则.术语和符号按《工程结构设计基本术语和通用符号(GBJ3-88 )》规定采用，计量单位采用我国法定的计量单位.根据《水工统标》规足，改用近似概率极限状态设计法计算，并以5种分项系数表达的实用设计表达式表达.

2、尽量与我国其他规范统一衔接，尤其是与即将颁行的新编水工建筑物荷载设计规范、水工硅结构设计规范以及GBJ3一88规范、85桥规等规范统一衔接.

3、能反映水工结构特点，使同类构件在不同荷载组合作用下均具有较准的可靠度.

新编水工钢筋砼构件计算公式的组成与特点

在新编水工砼结构设计规范中，钢筋砼结构构件的计算公式可分为内力设计值、结构系数和极限承载力设计值三部分.例如，钢筋砼轴心受压构件，可按新编水工砼结构设计规范计算:

(公式1）

式中N.(水工)-按水工建筑物荷载设计规范计算的内力(轴向压力)设计值

Yd一一结构系数，按水工砼结构设计规范，取Yd = 1. 20;

为讨论方便，本文称其为轴心受压构件载面极限承载力设计值.

在新编水工砼结构设计规范中，钢筋硅结构构件计算公式的组成具有下列特点:

(1)水工钢筋砼构件载面极限承载力设计道〔例如轴心受压构件的一般与GBJ10一89规范相同;

（2）内力设计值按水工建筑物荷载设计规范规定计算，反映水工结构特点;

(3)由GBJ10一89砼结构设计规范公式〔例如轴心受压构件N(工民建)与新编水工砼结构设计规范公式〔例如式. 1〕对比可知:（公式2）

式中，N(工民建)表示按工民建系统规范计算的内力(轴向压力)设计值，其余符号意义同前.

综上所述，水工钢筋砼结构构件的计算公式，一般是由GBJ10一89公式的内力设计值换成结构系数Yd(= 1. 20)乘水工内力设计值而来的.

二、新水工砌体结构设计方法的设想

式 2本质意义是:工民建系统公式的内力设计值等于结构系数Yd(= 1. 20)乘以水工系统的内力设计值.根据这一观点，参考新编水工钢筋硅结构构件计算公式的组成，可将GBJ3一88砌体结构设计规范中按工民建系统计算的内力设计值，一律换成水工系统的内力设计值与结构系数Yd的乘积，然后用GBJ3一88规范公式计算水工砌体结构.这就是笔者对新的水工砌体结构设计方法的设想.下面进一步论述这种新的设计方法.

1、设计表达式

按《水工统标》采用5种分项系数表达的实用设计表达式.

1）承载能力极限状态计算

・基本组合

承载能力极限状态的基本组合采用下列设计表达式:

（式3）

式中左边诸项的乘积为内力设计值，按水工规范计算，各符号意义及其求算方法与新编水工砼结构规范相同;R(.)表示结构构件抗力函数，可套用GBJ3一88规范的规定和方法计算;

Yd为结构系数.只要能合理确定Yd值，就可用新编水工砼结构设计规范的方法求算内力设计值，用GBJ3一88规范求承载力〔R(・)/Yd}，按式3)进行承载力设计.

・偶然组合

承载能力极限状态偶然组合的设计表达式，采用与新编水工砖结构设计规范相同的原则确定.即偶然作用分项系数可取为1. 0;参与组合的某些可变作用，可根据各类水工建筑物设计规范的规定作适当折减;结构系数Yd的取值可按基本组合的规定取用.

2）整体稳定验算

当水工砌体结构作为一个刚体，需验算整体稳定时(例如验算抵抗倾班、滑移、漂浮等)，可参考85《桥规》,GBJ3一88《砌体结构设计规范》，采用下列实用设计表达式计算:

式中CG.CQ分别为水久荷载与可变荷载的效应系数，其余符号意义同前.

2、关于正常使用极限状态验算的问题

砌体结构除应按承载力极限状态设计外，还应满足正常使用极限状态的要求.由于砌体结构自身的特点，其正常使用极限状态的要求在一般情况下可通过一定的构造措施予以保证.

3、水工砌体结构系数yd的确定

在基本构件载面承载力计算中，水工砌体结构系数Ya的取值，可参照85《桥规》，按水工素砼结构构件计算公式估计.

在85《桥规》中，素砼结构构件与砼砌块砌体结构构件为统一的计算公式.参照85《桥规》的做法，水工砼砌块砌体结构构件可用水工素砼结构构件的公式计算.以砼轴心受压短柱为例:

按水工砼结构设计规范计算:

按本文方法计算

4、水工砌体结构构件的计算

根据本文2所述设计表达式，以及内力设计值按水工方法计算、抗力计算与GBJ3一88相同的原则，不难列出水工砌体结构构件的具体计算公式.以下通过几个算例进一步讨论本文提出的计算方法.

例某钢筋砼梁式渡槽(图1)属Ⅲ级水工建筑物.采用M5水泥砂浆、MU30粗料石砌成等载面石墩支承.墩身载面尺寸:顺渡槽方向b=1.6m,横渡槽方向h=2. 5 m ,最高墩身高25 m.砌体重力密度Y=23 kN/m3，跨槽身自重NK=800kN,满水时水重,NK=1900GkN.试验算石墩支承是否安全.

「解(1)高厚比验算

比照砖柱，取[β=16，则

符合构造要求.

(2)渡槽通水时的验算

按GBJ3一88规范，M5水泥砂浆、NIU30粗料石

则

(3)施工期验算

由和查表得则

三、水工混凝土结构设计

针对传统的混凝土结构设计以强度设计为主的特点，水工混凝土建筑结构设计不仅要注重结构强度设计，还需要更多地考虑建筑结构在长期使用过程中由于水下环境作用引起的结构材料腐蚀对结构性能与适用性的影响,应尽可能通过合理的结构设计延长结构使用寿命。水工混凝土建筑结构的设计应严格按照现行的有关国家、地区及行业标准和规定执行,充分考虑建筑结构在正常使用阶段结构构件的相关检测和维护过程,在进行水工混凝土结构设计时, 应预留足够的工作面为后续工作提供可实施性。值得指出的是,水工混凝土结构在使用过程中遭受病害是不可避免的,只是应将其程度降至最低水平。因此,在设计混凝土结构构件时,在考虑材料受环境侵蚀和老化对性能产生的影响后,还仍然要确保结构和构件存有足够的安全性和整体稳定性。

1、水工混凝土结构的特性

水工混凝土是混凝土学科中带有许多特殊性的领域。将一般混凝土结构设计理论用于水工混凝土结构,常会遇到不少无法解决的困难。水工混凝土结构的特殊性有如以下5个方面。

1） 结构尺寸较大,常为大体积结构,或为跨高比很小的短杆件。

2） 强度所需的配筋率小于一般混凝土结构设计理论中规定的最小配筋率,但其配筋量仍极大。

3） 大体积混凝土结构的水泥水化热较大,在外界温度变化时,常不可避免地发生温度裂缝。为限制裂缝宽度需配置较多的温度钢筋。

4） 结构有的全浸于水中,有的处于承压或干湿交替的状态,有的尚有渗漏、冻融或冲刷气蚀等作用,耐久性常成为水工混凝土的严重问题。

5）不少结构为非杆件体系,无法象弯、压、拉等标准杆件那样按极限强度理论进行配筋分析。

为适应水工中这种大体积、低配筋和非杆件的特殊性态, 我国工程界曾作过多方面的探索,如按应力图形配筋、非线性钢筋混凝土有限元分析、大体积混凝土温度配筋等,并有了不少进展。

2、水工混凝土结构的可靠度分析

水工统一标准已规定水工结构设计必须采用以近似概率法为基础的可靠度理论。但在引用这一理论时,注意到水工混凝土结构的某些特殊性是完全必要的。例如：

1） 水工大体积混凝土的实际强度与实验室小试块强度的差异就比工民建的混凝土来得更大些,其中尺寸效应、持久强度和水饱和时的强度降低及后期强度的增长等因素造成的混凝土强度不定性就有深入研究的必要。

水工中一些主要荷载的实测和统计工作做得还很不够。有些荷载如土压力、围岩压力、

渗透压力、地基反力等还是用理论公式计算出来的,与实测值有多大差异还不十分清楚。有些荷载还具有人工控制的特点,如有溢洪或闸门设施时的挡水压力,就具有确定的上下限,它的分布概型就具有很大特殊性。

2） 水工中荷载与荷载效应之间的关系常随所采用的分析方法的不同而有根本性的差别。例如：尾水管,采用一般框架分析或带刚性域框架分析或用有限元分析,得出的荷载效应值将有极大差别,甚至会使截面内力发生变号。因此计算简图正确程度的不定性将严重影响结构实有的可靠指标。但这种不定性目前还难于统计分析。

3）房屋建筑或桥梁工程等失事后果仅在于建筑物本身以及本身范围内的人身及经济损失。但挡水大坝等水工建筑物失事后将危及下游广大范围内的村镇及农田,其损失远大于建筑物本身。因此对这种会导致严重后果的结构是不能用一个结构重要性系数并简单地取 就能了事的。在它的可靠指标分析中应该把造成后果的严重程度考虑在内。目前,水工统一标准（初稿）把水工建筑物的安全等级也类似房屋建筑那样分为三级,分别取。但水工中的大型建筑物如葛洲坝、刘家峡工程与一些小型渠系涵管之间,其失事后果严重性的差别,决不是1.0， 0.9 之比。我们认为水工建筑物的安全等级宜分为五级,对于挡水建筑可分属于1,2,3个级别,对于一般钢筋混凝土结构构件则可分属于3,4,5三个级别。因为最重要的钢筋混凝土构件也无法与3级挡水闸坝相比。

3、 水工混凝土结构的耐久性

过去,工程技术人员所关心的常常只是工程的设计和建造。但工程结构在长期使用过程

中会逐渐损坏这一客观规律迫使人们把注意力转向已建结构的可靠性评估及维修加固技术方面来。人们除了关心工程的初始造价外,还应从大系统出发考虑工程的维护费用及遇到风险时的损失期望值。这方面的研究已成为结构工程学科发展的重要分支。

目前,国内不少50年代的建筑物,已进入“老年期”,对其继续使用寿命作出鉴定和书评估,以及采取最佳的加固补救技术是十分重要的。国内在房屋建筑方面已制定了相应的法规

和条文,编制了可靠性鉴定标准和加固技术规范。水工混凝土建筑的病害比房屋建筑严重得多,除混凝土碳化钢筋诱蚀引起顺筋开裂外,还有冻融、低强度风化、渗漏、冲刷气蚀、水质侵蚀、碱骨料反应等严重病害。仅“七五”期间,部属大中型水电工程需要修补的就耗资数亿元。

但目前水工钢筋混凝土设计规范中, 对耐久性还只以荷载直接作用下的受力裂缝的宽度作为衡量的指标,这显然是很不全面的。有关水工建筑物调查显示：967根构件中因钢筋锈蚀顺筋开裂（先锈后裂）的占56% ,但未发现一根是由于受力裂缝（横向裂缝）引起的。钢筋混凝土构件的耐久性主要决定子保护层厚度、水泥品种和讯量、水灰比、结构类型、施工质量、表面防护等。大体积混凝土结构则还与混凝土强度、抗冻性、抗渗性、抗腐蚀性和抗冲刷能力等有关。因此,在设计阶段就应该把这些因素加入进去加以考虑,以改变设计人员只重视强度的片面观。

结语：

1)当前我国工程结构总的基本设计原则是“概率极限状态设计原则”.从长远的观点看，水工砌体结构继续沿用《桥规》设计是不适宜的.

2)尽管GBJ3一88规范也是采用“概率极限状态设计原则”，但不是以5种分项系数表达的实用设计表达式，不完全符合水利水电系统工程结构应共同遵守的GBJ5099一94《水工统标》，用GBJ3一88规范设计一般的水工砌体结构有不足之处.

3)本文方法本质上是GBJ3-88规范方法.由于内力设计值改用水工方法计算，因此，可与其它专业的水工规范统一或衔接，使用方便、安全可靠，具有水工特点.鉴于目前研究的深度和广度，建议用于中小型水利水电工程中的砌体结构设计.

参考文献：

第8篇

关键词：水工 少筋 混凝土 结构 设计 方法

一、概述

少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。

这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

ρmin=ρ0min ()

也可按下列近似公式计算：

底板 ρmin= (规范9.5.2-1)

墩墙 ρmin= (规范9.5.2-2)

此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

ρ＇min=ρ′0min ()

按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

上列诸式中 M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；

e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；

Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；

b、ho——截面宽度及有效高度；

fy——钢筋受拉强度设计值；

γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。

采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

3．特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

转贴于 三、规范的应用举例

例1 一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。

解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

αs= ==0.012556

ξ=1-=1-=0.0126

As===591mm2

计算配筋率ρ= = =0.041%

2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，

则 As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin

ρmin===0.0779%

As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）

讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。

2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：

ρmin===0.0461%

则 As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。

例2 一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

解：1) b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：

N≤φ(fcA+fy′As′)

==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，

As′===3809mm2

ρ′===0.38%

由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋

As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

2) b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则

As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：

ρmin′=ρ0min′()

式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。

①假定As′=4000mm2。

Nu=fy′As′+ fyAs

=210×4000+10×4.0×106=40.84×106 N

ρmin′=ρ0min′()

=0.4%()=0.106%

As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

②假定As′=4231mm2。

Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106 N

ρmin′=0.4%()=0.1056%

第9篇

关键词：建筑地下室；钢筋混凝土；结构施工；

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

引言

在建筑设计、施工过程中，对结构变形缝的预控，通常的作法是：设置沉降缝以解决因地基不均匀沉降产生的建筑结构变形，设置伸缩缝以防止混凝土收缩产生的结构裂缝，设置防震缝以满足建筑的抗震要求，而现行《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010）作出了“如有充分依据和可靠措施，本规范表中的伸缩缝最大间距可适当增大，混凝土浇筑采用后浇带分段施工”的规定，为解决地下室建筑结构中地基差异沉降、混凝土收缩、增大伸缩缝间距、减少永久性变形缝等问题提供了路径及规范依据。本文依据相关规范，结合工程实践，就地下室钢筋混凝土结构后浇带的应用问题作些分析探讨。

1、后浇带的主要功能

1.1 解决沉降差

高层建筑和裙房的结构及基础设计为整体，但在施工时用后浇带将两部分暂时断开，待主体结构施工完毕，已完成大部分沉降量（50%以上）以后再浇注连接部分的混凝土，将高低层连为整体。设计时，应考虑基础在两个阶段不同的受力状态，分别进行强度校核。连为整体后的计算，应考虑后期沉降差引起的附加内力。这种做法要求地基土较好，房屋的沉降能在施工期间内基本完成。同时还可以采取以下调整措施：

1）调压力差。主楼荷载大，采用整体基础降低土压力并加大埋深，减少附加压力；低层部分采用较浅的十字交叉梁基础，增加土压力，使高低层沉降接近。

2）调时间差。先施工主楼，待其基本建成，沉降基本稳定，再施工裙房，使后期沉降基本相近。

1.2 减小温度收缩影响

新浇混凝土在硬化过程中会收缩，已建成的结构受热要膨胀，受冷则收缩。混凝土硬化收缩的大部分将在施工后的1～2个月内完成，而温度变化对结构的作用则是经常的。当其变形受到约束时，在结构内部就产生温度应力，严重时就会在构件中出现裂缝。留出后浇带后，施工过程中混凝土可以自由收缩，从而大大减少了收缩应力。混凝土的抗拉强度可以大部分用来抵抗温度应力，提高结构抵抗温度变化的能力。

2． 地下室后浇带的设置原则

钢筋混凝土结构后浇带设置遵循的是“抗放兼备，以放为主”的设计原则，其原理是以设置临射性变形缝的方法释放大部分约束力。然后，用强度较高的膨胀混凝土填缝，既后浇带方法以抗衡残余的应力。通过钢筋混凝土结构后浇带技术措施来解决建筑结构预控沉降或伸缩的调整方法，达到不设永久变形缝的目的。平战结合防空地下室多附建于民用建筑地下，因此，防空地下室钢筋混凝土结构后浇带的设置必须兼顾防空地下室和地面民用建筑结构的特点来统筹考虑设置。

2.1 设置的一般原则

后浇带设置的位置、间距、断面形式应根据工程类型、工程部位、工程地质、基础形式、结构受力、上部结构布置、现场施工条件等具体情况通过设计计算来确定。防空地下室后浇带设置通常应遵循以下原则：

1）考虑确定设置后浇带要解决什么问题。主要用于解决地基沉降差的后浇带，为后浇沉降带；主要用于解决混凝土收缩变形的后浇带，为后浇伸缩带。

2）后浇带设置位置和宽度的确定。后浇带应设置在结构受力弯矩和剪力均较小以及变形较小部位。一般在梁、板跨度内的三分之一处，且宜自上而下对齐，竖向上不宜错开。后浇带带宽不宜小于800mm，也不宜大于1000mm，避免应力过于集中和便于组织施工。

3）后浇带带内的结构主筋不宜在带中断开，带内混凝土则应遇梁断梁，遇墙断墙，遇板断板，全断面贯通设置后浇带。

4）后浇带带内混凝土强度的确定。后浇带混凝土应采用比两侧混凝土强度等级高一级的膨胀混凝土；浇筑时间根据后浇带性质由设计计算确定，同时要求混凝土不得少于28天保湿养护。

5）当超长结构设置后浇伸缩带时，间距一般应控制在30-50m内设置。当高层建筑与裙房并设有防空地下室时，设置后浇带宜设置在裙房一侧，不得设在主楼内，其位置应设在主楼边柱第二跨裙房内。并加强高层建筑与裙房相连部位的构造，提高纵向钢筋的配筋率，用以抵抗后浇带封闭后由剩余差异沉降并引起结构内力。

3 混凝土结构后浇带的施工需注意的问题

总结工程实践，本文认为在处理防空地下室钢筋混凝土结构后浇带施工时，应注意的问题。

3.1施工前的技术交底工作

1）后浇带的平面位置，断面形式及接缝防水处理的做法。当施工图纸中设计明确时，必须依照设计要求施工。当设计不明确，施工确需设置时，必须依照防空地下室后浇带设置的原则和规范要求，施工单位预先确定设置方案，报监理后按设计审核确认实施，不能施工到位时临时决定处理。

2）后浇带内的结构主筋在后浇带内的处理方式，是连续或是断开，要根据确定的处理方式，有针对性地提出处理要求，确保后浇带带内的主筋满足结构技术要求规定。

3）对后浇带的模板及支撑要求。后浇带跨内两侧的模板及支撑体系应一次性安装成型到位，并且使用独立支撑系统，以方便后续施工。同时，必须待后浇带混凝土浇筑并养护好后，方可按从上到下的顺序原则

拆除模板支撑，以确保建筑结构均衡承载受力不被破坏，混凝土表面不开裂表面平整。

3.2 确保施工质量

1）对混凝土浇筑前后浇带带内的保护工作要求。对后浇带部位的基础、底板、墙体、顶板应加设临时护栏围护，以免施工过程中不必要的垃圾、材料等的堆放，造成后浇带处的应力传递而减弱约束应力的释放。也可加设临时挡水带或集水井等，以防止后浇带处的钢筋污染，并及时清理后浇带接口缝和带中积水和建筑垃圾。

2） 做好工程所用各种原材料和混凝土配合比的检测及试验，确保满足对后浇带的设计质量要求。

3）后浇带带中的结构主筋在带中连续通过时，确因调整困难需要在带中断开，要首选机械连接或焊接，并必须满足同一截面的钢筋焊接连接率不得大于50%的规范要求。在制安后浇带跨内钢筋时，应加密拉结筋、支撑筋、保护层垫块；在浇筑两侧混凝土时要对称浇筑，以保证后浇带内主筋不走形不移位。

4） 后浇带两侧接缝处宜采用钢筋支架钢丝网隔断，制安钢丝网片时必须绷紧钢丝网，钢丝网片与钢筋支架必须绑扎结实、牢固，以便于施工及保证断面企口成型。并要求在后浇带两侧混凝土浇筑后终凝前，把流淌到带内的混凝土浆块敲碎，以便后期清理干净。

5）后浇带接缝处止水带的处理。防空地下室后浇带接缝处不宜留成直槎；止水带的埋设形式有：遇水膨胀止水带、橡胶止水带、钢板止水带等埋设。选择钢板止水带止水安装时，钢板止水片接头必须搭接焊接，搭接长度≥50mm，搭接处四个方向需满焊接，焊接处无渣、咬肉、气泡等，以确保后浇带接缝处不渗水漏水。

6）保证混凝土浇筑质量

①带内混凝土必须较两侧混凝土强度高一个等级且具有微膨胀效应，必须预先做好配合比试验并满足设计要求，有抗渗要求时还应做抗渗试验。控制好带内混凝土浇筑时间，设计明确时，按设计要求。设计没明确时，掌握原则是：伸缩后浇带视先浇部分混凝土浇捣完60天之后，最少不能低于40天；沉降后浇带宜在建筑物基本完成沉降后进行，或者根据沉降观测数据，当高层建筑结构施工到一定高度时，高层建筑的沉降量较小并且相对较稳定时，预估高层与裙房之间产生的差异沉降量处在控制范围之内时，浇筑混凝土。

②浇捣后浇带内混凝土之前，应做好钢筋的除锈工作。同时，将带内两侧混凝土凿毛，将带内杂物清理干净，并用水冲洗施工缝，排除表面积水，两侧表面混凝土保持湿润24小时。在浇筑时，在界面处涂刷与带内混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆，以确保后浇带内混凝土与先浇捣的混凝土连接良好。并掌控好后浇带的环境温度低于两侧混凝土浇筑时的环境温度。严格按配合比计量进行搅拌；混凝土应搅拌均匀，避免产生局部过大过小的膨胀，影响工程质量。

③混凝土振捣时，应限制振捣器与模板的距离，避免强振与贴边框，适当延长振捣时间，以保证混凝土的密实性，避免形成贯穿通缝。当采用钢丝网做隔断时，钢丝网片之间的接口及两侧保护层的接口必须封闭，要特别注意分层浇筑厚度和振捣器距钢丝网模板的距离。有必要时可采用钢钎捣实垂直施工缝处的混凝土，以提高混凝土密实性和抗裂性。在混凝土初凝后应用木抹子抹平混凝土表面，并压光数遍，减少表面裂缝产生。

4 结束语

综上所述，防空地下室工程钢筋混凝土结构后浇带的设置，是解决防空地下室结构工程中混凝土收缩、地基差异沉降、增大伸缩缝间距、减少永久性变形缝等问题的有效技术措施。同时，结合防空地下室结构的特点，把握防空地下室设置后浇带的设计规范规定和原则，注重施工质量和技术措施，同时，运用技术手段，我们就能在平战结合防空地下室设计施工中，有效地预控结构变形缝的产生，减少工程额外的投入，确保防空地下室的防护功能不受影响，达到满足平战两用功能的作用和效益。

参考文献

第10篇

【关键词】混凝土结构；应用型；改革

0 前言

《混凝土结构设计原理》和《混凝土结构设计》为土木工程专业若干力学课程后的专业基础课程，具有很强的理论性和实践性。它们都是土木工程专业重要的核心课程，具有理论性、应用性等特点。本课程既有较为复杂的理论分析，又与现行国家规范、标准和工程实践紧密相关。这两门课的任课教师具有较为丰富的实践工程设计经验，多名教师具有国家注册结构工程师资格，为本课程应用型教学打下了良好的基础。本文就针对混凝土结构应用型教学改革作一些介绍。

1 修改教学大纲重新组织教学内容和环节

传统的《混凝土结构设计原理》和《混凝土结构设计》这两门课教学内容主要体现在基本概念多、破坏特征烦、计算公式多、理论推导多等特点，教学环节也集中在课堂理论讲授。针对以上特点，作为应用型本科教学改革教研项目，我们重新修改教学大纲，在课程教学内容上与工程实践相关的我们多讲一点、讲深一点，在教学大纲中也加入了实践教学的环节，比如混凝土结构课程设计、混凝土结构试验、现场参观教学等。在讲完设计构件基本原理后，主要进行大量实际工程与施工的教学，注重培养学生分析问题、解决问题的能力[1]。

2 理论联系实际，加强应用型教学

2.1 结合实际工程教学

通常情况下，教材所叙述的是全国通用的基本理论设计方法，但有时候地方性的设计作法可能与课本不一致，这时需要工程实践经验丰富的老师把地方性作法讲解给学生，并告诉学生这些并不冲突。它们都符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）的要求，有时地方性作法是考虑施工方便和节省材料等因素，因此要灵活把握，综合考虑，使学生在课堂上就了解解决实际工程问题的基本方法[2]。

混凝土结构是应用性很强的课程，很多学生以前几乎没有接触过这方面的知识，有的也只是肤浅的听说，甚至很多学生没有到过施工现场一线或建筑设计研究院。因此，在教学环节上，我们安排一定的课时带领学生去实际工程现场学习，结合正规设计院设计的结构施工图纸讲解，把设计规范、标准图集、结构模型引入现场教学，激发学生的兴趣，达到课本理论与实践工程相结合的目的。

通过实践现场的教学，使学生对在书本知识学习时很难领会的一些知识，如混凝土保护层厚度、钢筋的间距与净距、钢筋的空间位置、受力筋与构造筋、钢筋的绑扎与搭接等内容，通过现场参观学习，很快就融会贯通，一些在课堂上难以理解的空间概念和结构概念通过实地参观，其问题就迎刃而解了，以达到良好的教学效果。

2.2 课程设计

混凝土结构课程设计是一次综合性、应用性的训练，它能使学生熟悉结构布置方法与原则、设计计算方法与要求和相应的构造细则，掌握施工图绘制与表达方法等设计全过程；通过课程设计使学生了解了结构体系的选择和布置，尤其是抗侧力结构单元的布置对结构抗侧能力的影响，了解了结构优化设计的思想，增强学生发现问题和分析解决结构设计问题的能力；使学生完成从理论到结构整体概念认识的飞跃。

以往课程设计普遍采用假题假做，往往沿袭几年前的课程设计任务书，容易导致准备工作不充分，指导工作缺乏针对性的现象。我们重新调整了课时和内容，做一项一到二周的综合课程设计，由指导老师给出实际工程的真题，并把它分成基础设计、框架梁、板、柱的设计、楼梯设计等等，由学生自选，分组进行，不用面面俱到，这样锻炼了学生综合运用混凝土结构设计的知识[2-3]。

2.3 课程实验教学

混凝土结构课程是学生较早接触的专业课程，它与以前所学的课程相比，有混凝土的破坏形态和规范规定的构造措施等。而看录像与实际动手做是有明显差别的，通过理论和实践教学环节，使学生获得构件受力及破坏特征的直观认识，有助于学生在此基础上深入掌握公式的来龙去脉和相关构造措施的有关规定，尽快适应专业课程的学习。

本校采用开放性实验的组织形式，学生可在规定的四个试验中选择其中的某个试验，填写开放性实验申请表，写明试验目的并编写试验大纲，大纲内容包括：概述、试件设计及制作工艺、加载方案与设备、测试方案和内容、安全技术措施、试验组织与管理、附录等内容，交给结构实验室。由试验室指定指导教师负责审核修改，并负责以后试验的指导工作。达到要求后方可进行试件的制作，仪器的调试率定等准备工作。教师指导采取“抓”和“放”相结合的办法。“抓”主要指的是审核学生撰写的实验大纲内容的合理性、完整性、可行性，提出具体的修改意见，以及应该注意的专业知识点；批阅实验完成以后形成的实验报告，指明分析的深度和分析的方向。“放”主要指的是放手让学生自己动手，包括拟定实验方案、设计混凝土的配合比并进行试配，绑扎钢筋，根据实验方案拟定的测点粘贴应变片，在指导老师的指导下操作实验仪器，并学习排除简单的操作故障，提高学生的动手能力，并能够运用知识分析实验结果的合理性。

3 总结

结合应用型人才培养目标，对土木工程专业的混凝土结构课程进行教学法研究，强调其应用性，加强对学生实践动手能力的培养，把这种能力的培养渗透在教学的各个环节中。本文根据混凝土结构课程的特点，以土木工程专业人才基本素质培养为目的，从教学内容、教学方法和课程设计改革几个方面探讨了应用型能力方面培养的措施。经本校的实践证明，这些方法可以较好地提高学生的应用能力、分析问题能力和解决实际问题的能力，以达到应用型本科教育的目的。

【参考文献】

[1]魏春明，赵星海，秦力.钢筋混凝土课程的教学探讨[J].东北电力大学学报，2010，30（5）：44-47.

第11篇

关键词：高层建筑；混凝土；优化设计；方法

中图分类号：TU97 文献标识码：A

在现代建筑中，混凝土结构以其强度高、耐久性好、坚固抗震等优点获得了广泛的应用，并且近年来一些新材料、新技术的逐步应用，在很大程度上提高了混凝土结构的施工效率，减少了施工成本，但是在建筑设计中依然存在一些不合理的现象，因此必须进行优化，才能促进建筑行业的可持续发展。

一、高层建筑混凝土结构的基本要求和类型。

建筑因其高低的不同，它承受力的大小和方向也是不同的。对高层建筑来说，建筑结构承受力的方向同时有水平和竖向两种力的作用。这与低层建筑是不同的，低层建筑结构承受的力方向主要是竖向的荷载，水平力的作用对结构的影响不大。[1]水平荷载不仅仅在高层建筑中是一种主要的荷载，而且它和竖向荷载相互影响，相互作用，共同对建筑施加影响，成为混凝土就够设计中主要考虑的因素。

考虑到高层建筑的这些特点，在混凝土的选用上就需要提高混凝土的质量和数量。首先，我们要对混凝土出厂前进行相关的技术处理，目的是减少水泥的水化热作用，这样可以降低混凝土自身的温度，保证其质量。其次，施工前必不可少的要进行一些必要的应急准备措施，以防在施工时出现意想不到的情况，以确保精心组织、精心施工，万无一失地完成任务。最后，在施工当中，最好采用预拌泵送混凝土，加大对混凝土施工细节的注意，比如混凝土施工缝等。我们讨论的混凝土结构优化设计以及节约建筑成本，都应该在达到高层建筑混凝土结构的基本要求的基础之上进行。

目前我国采用的高层建筑混凝土结构按照时间的发展顺序主要以下几种[2]：

1、钢筋混凝土结构：

与钢结构相比，钢筋混凝土结构的优点在于整体性好、耐高温性强、舒适度较好、抗腐蚀强、成本低、刚度大、维护方便等。现在，随着我国混凝土技术的发展和混凝土理论（高强混凝土、钢管混凝土、钢混凝土、轻混凝土）的发展，我国的钢筋混凝土的发展已经达到了成熟阶段。在我国钢筋混凝土材料受到了很高的重视，应用在很大一部分高层建筑中。

2、组合结构：

相对于钢筋混凝土来说，组合结构更具优点。这些优点主要在于节约钢材、减少污染、提高科技含量、加快施工进程等。所以，对于高层建筑来说，组合结构可以在一定程度上取代钢筋混凝土结构，这就较少了高层建筑的横向和纵向的压力。不仅如此，组合结构在冶金、造船、电力、交通等方面也逐步开始得到应用。

3、新型结构：

相对于钢筋混凝土结构和组合结构，新型结构体系的区分标准是筒体的组成方式。新型结构体系主要有三种类型：框筒体系、筒中筒体系、多束筒体系。之所以称之为新型结构主要是因为与传统的单片平面结构相比，筒体结构可以承受更多的荷载力。在我国，筒体结构的应用并不少见，主要应用的高层建筑的特点是功能多、用途多、楼层高、层数多等。

二、高层建筑混凝土结构设计特点

与多层建筑的结构设计不同，高层建筑的结构设计需要考虑的因素更多，设计中所涉及到的问题更为复杂，设计难度更大。这是因为高层建筑不但增大了对地基基础的荷载与强度要求，同时其自身的结构构件柱、墙、梁、板的承载能力、抗震能力也都需要得到保证，只有这样才能确保建筑自身的稳定性与安全性[3]。

1、水平侧向力是影响高层建筑结构设计中关于变形设计的主要影响因素。高层建筑受到的水平力主要为日常的风荷载及地震荷载作用下产生的水平地震力。与普通多层建筑相比，高层建筑的结构中更需要考虑到侧向力对建筑结构的影响，这是因为高层建筑受到水平荷载会产生较大的水平位移，影响到建筑结构的整体稳定性和舒适性。因此在结构设计中要尤其注意考虑到这一点。

2、结构的刚度布置需适宜。有人认为在建筑结构的设计中，结构的刚度越大则其承载能力越强，抗震性能就越好。其实不然，高层建筑的结构并非是刚度越大越好，刚度及质量越大，吸引的地震力也越大，同时造价也会提高，所以高层建筑结构需同时具备一定的柔性，这样才能增大其抗震性能，保证其在外力作用下，不会因刚度和脆性过大而发生倒塌。因此在设计中应该将建筑的刚度控制在适宜的范围内，不可过大，也不可过小。这也就要求高层建筑应当具备一定的延性，同时满足建筑的承载能力和抗震能力。

三、钢筋混凝土结构优化设计应用分析

1、工程概况

某钢筋混凝土框架——剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，地下两层为停车库和设备用房。总建筑面积约2万m2，房屋平面布置为不规则形状[4]。

2、结构设计要求

本工程采用钢筋混凝土框架——剪力墙结构，建筑结构的安全等级为二级。地震基本烈度为7度（0.1g，第二组，特征周期0.4s），抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.1g，第二组）。地基基础设计等级为乙级。上部结构和负一层的框架抗震等级为二级，剪力墙为二级结构，负二层的框架抗震等级为三级。基本风压：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。

3、设计优化的原则

在满足结构设计现行规范和相关规定的前提下，通过大量计算和经验分析进行优化，遵循以下原则：保证结构的安全性和正常使用；保证结构具有合理的刚度，特殊部位应有局部加强；可以减小的结构构件，应进行有效的核减。

4、结构优化设计

高层框架剪力墙结构体系中，主要是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计，其中剪力墙的设计位置和数量就是关键。

1）结构最优设防的选择

在预测地震烈度概率分析的基础下，使用专业地震安全评价报告的数据，采用模糊综合评定分析法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度，损失等级概率和震害损失的概率预估期望值，在满足最大投资期望和最大损失约束条件下，求出最优地震设防烈度值。

2）框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计

框架——剪力墙结构的设计主要是结构刚度和结构延性的最佳组合。结构刚度对结构的主要影响为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力能力的前提下的变形能力，因此可以采用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性，按规范对层间位移量和顶点位移总侧移的限值来控制结构的刚度和延性设计。

3）框架——剪力墙结构的优化设计

框架——剪力墙结构优化设计的原则就是优化结构的各个杆件，结构模型计算时，通过一次性完成的结构构件的输入，然后逐步优化各个杆件，以达到结构杆件合适、配筋合理，节约工程造价。

4）基础优化设计

在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程造价目的。

5）强化“强柱弱梁、强剪弱弯”设计理念

框架结构的柱、剪力墙设计要引起重视，要加强设计；而梁和板的配筋不宜调大，梁的设计变量主要是截面高、宽及纵向受拉钢筋的截面积和架立钢筋的截面积，优化设计主要针对以上设计变量进行优化，因此梁的截面尽量按正常值取定，少做宽扁梁，配筋率也应控制在 1.5%左右，次梁的箍筋宜分为加密区和非加密区。

四、结束语：

通过优化设计后，本工程的最终优化的结果为：节约钢筋65t，节约资金约32万元。高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须严格依照设计标准。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。

参考文献：

[1]杨克家,梁兴文,张茂雨.带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计[J].地震工程与工程振动,2010.

第12篇

关键词：高层建筑；混凝土；优化设计；方法

中图分类号： TU97 文献标识码： A

在现代建筑中，混凝土结构以其强度高、耐久性好、坚固抗震等优点获得了广泛的应用，并且近年来一些新材料、新技术的逐步应用，在很大程度上提高了混凝土结构的施工效率，减少了施工成本，但是在建筑设计中依然存在一些不合理的现象，因此必须进行优化，才能促进建筑行业的可持续发展。

一、高层建筑混凝土结构的基本要求和类型。

建筑因其高低的不同，它承受力的大小和方向也是不同的。对高层建筑来说，建筑结构承受力的方向同时有水平和竖向两种力的作用。这与低层建筑是不同的，低层建筑结构承受的力方向主要是竖向的荷载，水平力的作用对结构的影响不大。[1]水平荷载不仅仅在高层建筑中是一种主要的荷载，而且它和竖向荷载相互影响，相互作用，共同对建筑施加影响，成为混凝土就够设计中主要考虑的因素。

考虑到高层建筑的这些特点，在混凝土的选用上就需要提高混凝土的质量和数量。首先，我们要对混凝土出厂前进行相关的技术处理，目的是减少水泥的水化热作用，这样可以降低混凝土自身的温度，保证其质量。其次，施工前必不可少的要进行一些必要的应急准备措施，以防在施工时出现意想不到的情况，以确保精心组织、精心施工，万无一失地完成任务。最后，在施工当中，最好采用预拌泵送混凝土，加大对混凝土施工细节的注意，比如混凝土施工缝等。我们讨论的混凝土结构优化设计以及节约建筑成本，都应该在达到高层建筑混凝土结构的基本要求的基础之上进行。

目前我国采用的高层建筑混凝土结构按照时间的发展顺序主要以下几种[2]：

1、钢筋混凝土结构：

与钢结构相比，钢筋混凝土结构的优点在于整体性好、耐高温性强、舒适度较好、抗腐蚀强、成本低、刚度大、维护方便等。现在，随着我国混凝土技术的发展和混凝土理论（高强混凝土、钢管混凝土、钢混凝土、轻混凝土）的发展，我国的钢筋混凝土的发展已经达到了成熟阶段。在我国钢筋混凝土材料受到了很高的重视，应用在很大一部分高层建筑中。

2、组合结构：

相对于钢筋混凝土来说，组合结构更具优点。这些优点主要在于节约钢材、减少污染、提高科技含量、加快施工进程等。所以，对于高层建筑来说，组合结构可以在一定程度上取代钢筋混凝土结构，这就较少了高层建筑的横向和纵向的压力。不仅如此，组合结构在冶金、造船、电力、交通等方面也逐步开始得到应用。

3、新型结构：

相对于钢筋混凝土结构和组合结构，新型结构体系的区分标准是筒体的组成方式。新型结构体系主要有三种类型：框筒体系、筒中筒体系、多束筒体系。之所以称之为新型结构主要是因为与传统的单片平面结构相比，筒体结构可以承受更多的荷载力。在我国，筒体结构的应用并不少见，主要应用的高层建筑的特点是功能多、用途多、楼层高、层数多等。

二、高层建筑混凝土结构设计特点

与多层建筑的结构设计不同，高层建筑的结构设计需要考虑的因素更多，设计中所涉及到的问题更为复杂，设计难度更大。这是因为高层建筑不但增大了对地基基础的荷载与强度要求，同时其自身的结构构件柱、墙、梁、板的承载能力、抗震能力也都需要得到保证，只有这样才能确保建筑自身的稳定性与安全性[3]。

1、水平侧向力是影响高层建筑结构设计中关于变形设计的主要影响因素。高层建筑受到的水平力主要为日常的风荷载及地震荷载作用下产生的水平地震力。与普通多层建筑相比，高层建筑的结构中更需要考虑到侧向力对建筑结构的影响，这是因为高层建筑受到水平荷载会产生较大的水平位移，影响到建筑结构的整体稳定性和舒适性。因此在结构设计中要尤其注意考虑到这一点。

2、结构的刚度布置需适宜。有人认为在建筑结构的设计中，结构的刚度越大则其承载能力越强，抗震性能就越好。其实不然，高层建筑的结构并非是刚度越大越好，刚度及质量越大，吸引的地震力也越大，同时造价也会提高，所以高层建筑结构需同时具备一定的柔性，这样才能增大其抗震性能，保证其在外力作用下，不会因刚度和脆性过大而发生倒塌。因此在设计中应该将建筑的刚度控制在适宜的范围内，不可过大，也不可过小。这也就要求高层建筑应当具备一定的延性，同时满足建筑的承载能力和抗震能力。

三、钢筋混凝土结构优化设计应用分析

1、工程概况

某钢筋混凝土框架——剪力墙结构建筑由四层裙楼和A、B两栋高层建筑组成，地下两层为停车库和设备用房。总建筑面积约2万m2，房屋平面布置为不规则形状[4]。

2、结构设计要求

本工程采用钢筋混凝土框架——剪力墙结构，建筑结构的安全等级为二级。地震基本烈度为7度（0.1g，第二组，特征周期0.4s），抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度（0.1g，第二组）。地基基础设计等级为乙级。上部结构和负一层的框架抗震等级为二级，剪力墙为二级结构，负二层的框架抗震等级为三级。基本风压：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度为B类。

3、设计优化的原则

在满足结构设计现行规范和相关规定的前提下，通过大量计算和经验分析进行优化，遵循以下原则：保证结构的安全性和正常使用；保证结构具有合理的刚度，特殊部位应有局部加强；可以减小的结构构件，应进行有效的核减。

4、结构优化设计

高层框架剪力墙结构体系中，主要是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计，其中剪力墙的设计位置和数量就是关键。

1）结构最优设防的选择

在预测地震烈度概率分析的基础下，使用专业地震安全评价报告的数据，采用模糊综合评定分析法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度，损失等级概率和震害损失的概率预估期望值，在满足最大投资期望和最大损失约束条件下，求出最优地震设防烈度值。

2）框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计

框架——剪力墙结构的设计主要是结构刚度和结构延性的最佳组合。结构刚度对结构的主要影响为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力能力的前提下的变形能力，因此可以采用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性，按规范对层间位移量和顶点位移总侧移的限值来控制结构的刚度和延性设计。

3）框架——剪力墙结构的优化设计

框架——剪力墙结构优化设计的原则就是优化结构的各个杆件，结构模型计算时，通过一次性完成的结构构件的输入，然后逐步优化各个杆件，以达到结构杆件合适、配筋合理，节约工程造价。

4）基础优化设计

在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程造价目的。

5）强化“强柱弱梁、强剪弱弯”设计理念

框架结构的柱、剪力墙设计要引起重视，要加强设计；而梁和板的配筋不宜调大，梁的设计变量主要是截面高、宽及纵向受拉钢筋的截面积和架立钢筋的截面积，优化设计主要针对以上设计变量进行优化，因此梁的截面尽量按正常值取定，少做宽扁梁，配筋率也应控制在 1.5%左右，次梁的箍筋宜分为加密区和非加密区。

四、结束语：

通过优化设计后，本工程的最终优化的结果为：节约钢筋65t，节约资金约32万元。高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须严格依照设计标准。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。

参考文献：

[1]杨克家,梁兴文,张茂雨.带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计[J].地震工程与工程振动,2010.

第13篇

这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

ρmin=ρ0min()

也可按下列近似公式计算：

底板ρmin=(规范9.5.2-1)

墩墙ρmin=(规范9.5.2-2)

此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

ρ＇min=ρ′0min()

按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

上列诸式中M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；

e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；

Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；

b、ho——截面宽度及有效高度；

fy——钢筋受拉强度设计值；

γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。

采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

3．特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

三、规范的应用举例

例1一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。

解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

αs===0.012556

ξ=1-=1-=0.0126

As===591mm2

计算配筋率ρ===0.041%

2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，

则As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin

ρmin===0.0779%

As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）

讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。

2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：

ρmin===0.0461%

则As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。

例2一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

解：1)b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：

N≤φ(fcA+fy′As′)

==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，

As′===3809mm2

ρ′===0.38%

由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋

As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

2)b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则

As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：

ρmin′=ρ0min′()

式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。

①假定As′=4000mm2。

Nu=fy′As′+fyAs

=210×4000+10×4.0×106=40.84×106N

ρmin′=ρ0min′()

=0.4%()=0.106%

As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

②假定As′=4231mm2。

Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106N

ρmin′=0.4%()=0.1056%

第14篇

【关键词】高层建筑；混凝土；结构；稳定性

1高层建筑混凝土结构设计特点

风或水平地震作用成为影响混凝土结构内力、混凝土结构变形及建筑物土建造价的主要因素。高层建筑和低层建筑一样，承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层混凝土结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计；在多层结构中，水平荷载的效应（内力和位移）逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。

相对于较低楼房而言，高层的混凝土结构在地震作用下的变形更大一些。建筑混凝土结构的耐震主要取决于混凝土结构的承载力和变形能力两个因素。为了使混凝土结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足必要强度的前提下，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个混凝土结构、特别是薄弱层（部位）的变形能力，来保证混凝土结构具有足够的延性。

2高层建筑中的混凝土结构设计内涵

随着高层建筑混凝土结构应用于高层建筑越来越广泛，要想保证高层建筑混凝土结构设计达到规范规定的标准，就必须遵循一定的原则，加强高层的建筑结构的使用维护、施工及设计，原则需求主要表现在以下三个方面：

第一，安全性。在设计的合理的使用年限以内的高层建筑的结构时应该可以承担各种可能发生的突况。而且在发生了偶然事件以后，建筑物的结构必须要保持一定的稳定特性。

第二，耐久性。在设计的可以使用的年限以内，高层建筑的结构应该具有一定的耐久性。

第三，适用性。在它能够合理使用的年限以内，高层建筑结构的设计应该可以满足使用的要求，具有较好的抗振、抗裂缝或者抗变形的性能。

3 高层建筑混凝土结构稳定设计考虑因素分析

3.1侧向力

无论是高层建筑还是低层建筑，它们都承受着风、地震力和垂直载荷（如自重、雪载和活载等） 等外力。只不过低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。在高层建筑混凝土结构设计时，应着重考虑到水平荷载和地震力等会影响混凝土结构变形、混凝土结构内力和建筑物土建造价的主要控制因素。

3.2适宜刚度

高层建筑的侧向位移会随着高度的增加而逐渐增大，在混凝土结构设计时应考虑到混凝土结构的强度必须足够且自振频率得合理等因素，以控制水平力作用下的高层建筑的侧向位移在一定范围之内。

3.3 延性良好

高层建筑与低层建筑相比其混凝土结构要更加柔性一些，若受到相同的地震力作用也更容易变形。在混凝土结构设计时首先应满足足够的强度，其次再通过优良的概念设计和合理的构造措施提高混凝土结构整体和局部的变形能力，保证混凝土结构在进入塑性变形阶段仍具有较强的变形能力，即具有足够的延性，以避免高层建筑在大地震作用下而倒坍，造成人们财产安全损失。

4高层建筑混凝土结构稳定设计对策分析

4.1 单元结构布局设计的完善

高层建筑的结构设计的主要内容是对各个单元结构进行独立设计。单元结构设计通常应用于一些建筑结构比较简单、规则的平面设计，在设计过程中，需要注意适当的控制平面结构中的整体、突出部分的长度，确保各个部分的承载力和结构强度均匀。在竖向结构的设计中，通常采用一些比较均匀、规则的设计，能够有效的控制建筑外观与内部结构之间的问题。

4.2 高强混凝土与钢筋使用的优化

混凝土和钢筋是高层建筑的主要施工原料，在具体的设计过程中，需要保障在高层建筑质量的前提下，对高强度的混凝土和钢筋的使用进行相关的优化，减少混凝土和钢筋的使用量，提高资源的配置效率。

例如，在地壳运动较活跃的地区进行高层建筑设计时，设计人员应该明确高层建筑的重量越大，地震的作用程度就越剧烈，在保障高层建筑的质量的前提下，对其进行优化设计，尽量的减少混凝土和钢筋的使用量，降低振动作用程度，提高其建筑结构的稳定性和安全性，延长其使用年限。

4.3 对剪力墙平面结构设计的合理化

设计人员在对高层建筑混凝土结构进行优化设计时，还需要重视剪力墙平面结构布局对高层整体建筑结构承载力均匀程度的影响。在进行剪力墙平面结构的优化设计时，主要是通过以下几点：一是将高层建筑的基本结构功能作为其设计的依据，最大程度的将剪力墙进行集中化和均匀化设计。二是找准高层建筑的设计基准，对剪力墙进行双向布置，尽可能的减少使用一些短肢剪力墙。

4.4 高层建筑钢筋混凝土结构抗震功能设计

高层建筑钢筋混凝土的抗震设计是建筑设计中的关键因素之一，在进行工程图纸设计时，房屋的结构按照其抗震的设防进行分类，其中房屋抗震的等级可以依据房屋结构类型、烈度和高度来按照国家抗震规范来确定。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数，但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍，除了含有弹性的楼板，而且在进行总刚性的分析时，它的振型数才可以取的更大些。

4.5 加强对高强砼和高强钢筋的合理设计

为了可以有效的降低基本设施实施的难度与工程造价，在高层建筑混凝土结构设计中，要合理的使用高强混凝土和高强度钢筋。高层建筑的总造价一般包含框架结构的基础物料、施工及材料费用等，其中影响房屋造价比较大的是构筑件截面积和用钢量，为了有效的降低建筑的用钢量可以在建筑设计的时候合理的使用高强度钢筋和高强混凝土，这样可以大幅度的节约建筑的成本。

若高层的建筑设计是在厚软的地基上面的话，由于矗立在地基上面的荷载比较大，所以应该高效合理的使用高强混凝土及高强钢筋来优化构件的截面积，用来减少结构的重量，这样可以明显的降低基本设施的实施难度和工程的造价，用来取得较好的经济效果。

4.6 加强对高层建筑构造周期性折减系数设计

在框架结构中，当采用砌体来填充墙体时，折减系数在计算周期时取0.6～0.7；当采用轻质的砌块或者墙体少时，折减系数在计算周期时取0.7～0.8；当采用轻质的墙板时，折减系数在计算周期时取0.9。除了没有墙的框架结构，其余都要进行适量的折减。

在框架结构与顶盖结构设计中，填充墙会直接使结构的实际刚度大于设计时的刚度，所以这就会导致计算周期远远大于结构的实际周期，计算出的结构剪力比较小时，这就会使房屋建筑的结构不安全，所以要把建筑物的结构计算周期进行适当的折减，只有这样建筑的效果才能有所改善。

结 语

高层建筑的混凝土结构设计是现代建筑设计的重点和难点。在对混凝土高层建筑进行结构设计时，必须严格注意，在设计中充分发挥建筑力学材料的特性，加强设计过程的优化，根据实践经验设计出结构稳定的建筑作品，减少针对给人们日常生活带来的影响，在保证人们对建筑结构稳定性的信任度，满足建筑的舒适度。

参考文献

第15篇

这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。

凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。

对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。

关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。

二、规范对少筋混凝土结构的设计规定

对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：

1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率

一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。

2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率

截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即

1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：

ρmin=ρ0min()

也可按下列近似公式计算：

底板ρmin=(规范9.5.2-1)

墩墙ρmin=(规范9.5.2-2)

此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。

2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：

ρ＇min=ρ′0min()

按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。

上列诸式中M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；

e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；

Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；

b、ho——截面宽度及有效高度；

fy——钢筋受拉强度设计值；

γd——钢筋混凝土结构的结构系数，按规范表4.2.1取值。

采用本条计算方法，随尺寸增大时，用钢量仍保持在同一水平上。

3．特大截面的最小配筋用量

对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件，规范规定：如经论证，其纵向受拉钢筋可不受最小配筋率的限制，钢筋截面面积按承载力计算确定，但每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。

规范对最小配筋率作了三个层次的规定，即对一般尺寸的梁、柱构件必须遵循规范表9.5.1的规定；对于截面厚度较大的板、墙类结构，则可按规范9.5.2计算最小配筋率；对于截面尺寸由抗倾、抗滑、抗浮或布置等条件确定的厚度大于5m的结构构件则可按规范9.5.3处理。设计时可根据具体情况分别对待。

为慎重计，目前仅建议对卧置于地基上的底板和墩墙可采用变化的最小配筋率，对于其他结构，则仍建议采用规范表9.5.1所列的基本最小配筋率计算，以避免因配筋过少，万一发生裂缝就无法抑制的情况。

经验算，按所建议的变化的最小配筋率配筋，其最大裂缝宽度基本上在容许范围内。对于处于恶劣环境的结构，为控制裂缝不过宽，宜将本规范表9.5.1所列受拉钢筋最小配筋率提高0.05％。大体积构件的受压钢筋按计算不需配筋时，则可仅配构造钢筋。

三、规范的应用举例

例1一水闸底板，板厚1.5m，采用C20级混凝土和Ⅱ级钢筋，每米板宽承受弯矩设计值M=220kN／m(已包含γ0、φ系数在内)，试配置受拉钢筋As。

解：1)取1m板宽，按受弯构件承载力公式计算受拉钢筋截面面积As。

αs===0.012556

ξ=1-=1-=0.0126

As===591mm2

计算配筋率ρ===0.041%

2)如按一般梁、柱构件考虑，则必须满足ρ≥ρmin条件，查规范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，

则As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2

3)现因底板为大尺寸厚板，可按规范9.5.2计算ρmin

ρmin===0.0779%

As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2

实际选配每米5Φ18（As=1272mm2）

讨论：1)对大截面尺寸构件，采用规范9.5.2计算的可变的ρmin比采用规范表9.5.1所列的固定的ρ0min可节省大量钢筋，本例为1：1130／2175=1：0.52。

2)若将此水闸底板的板厚h增大为2.5m，按规范9.5.2计算的ρmin变为：

ρmin===0.0461%

则As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2

可见，采用规范9.5.2计算最小配筋率时，当承受的内力不变，则不论板厚再增大多少，配筋面积As将保持不变。

例2一轴心受压柱，承受轴向压力设计值N=9000kN；采用C20级混凝土和I级钢筋；柱计算高度l0=7m；试分别求柱截面尺寸为b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m时的受压钢筋面积。

解：1)b×h=1.0m×1.0m时，轴心受压柱承载力公式为：

N≤φ(fcA+fy′As′)

==7＜8，属于短柱，稳定系数φ=1.0，

As′===3809mm2

ρ′===0.38%

由规范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，对一般构件，应按ρ0min′配筋

As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2

2)b×h=2.0m×2.0m时，若仍按一般构件配筋，则

As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2

现因构件尺寸已较大，可按规范9.5.3计算最小配筋率：

ρmin′=ρ0min′()

式中因实际配筋量As′尚不知，故需先假定As′计算Nu。

①假定As′=4000mm2。

Nu=fy′As′+fyAs

=210×4000+10×4.0×106=40.84×106N

ρmin′=ρ0min′()

=0.4%()=0.106%

As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2

②假定As′=4231mm2。

Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106N

ρmin′=0.4%()=0.1056%