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關鍵詞:鋼筋混凝土現澆板;裂縫;原因;措施
中圖分類號:TU37 文獻標識碼:A 文章編號:
引言: 現澆鋼筋混凝土板因其諸多優點正在成為建筑物不可或缺的部分,但是因為現澆鋼筋混凝土從材料特性到設計施工中存在很多問題而不可避免的產生裂縫。裂縫是鋼筋混凝土現澆板的主要質量問題。
裂縫是目前較難消除的質量問題,根據裂縫的性質和成因可將裂縫分為很多種,盡管多數裂縫不會危及結構的安全,但會影響建筑物的正常使用功能,降低建筑物的整體質量,因此必須加以重視。 如何有效解決現澆板施工裂縫這一難題,要先分析施工裂縫產生的原因, 并采取相應的針對措施,以減少或消除施工裂縫的產生,達到提高現澆板整體質量的目的。
1.鋼筋混凝土現澆板裂縫的成因
1.1設計方面的原因
1.1.1地基基礎處理不當。如果地基處理不當,基礎設計不合理,將使房屋產生較大的不均勻沉降,也容易使樓板開裂。此種裂縫的出現一般伴隨出現墻體裂縫。
1.1.2 設計上按規范要求驗算最大裂縫寬度,只考慮了在一般情況下為主要因素的結構荷載、幾何尺寸和邊界條件等計算參數,而未涉及到施工工藝等諸多可能成為裂縫主要原因的情況。
1.1.3混凝土設計標號偏大。在影響混凝土收縮的各種因素中,水灰比和水泥漿量對最終混凝土的收縮的影響最為顯著,其中水泥漿量主要取決于設計標號,在其他條件不變的情況下,如果水泥漿量由20%增至35%,混凝土的最終收縮量將增大50%^-70%。而水灰比和水泥漿量又是設計和施工中最易產生波動的因素,設計單位有時因建設單位提出縮短工期的要求或其他原因而隨意提高設計標號,但是沒有相應地給出提高混凝土樓板抗裂能力的措施,最終導致混凝土樓板開裂的可能性大大增加。
1.1.4 設計時忽略了屋面板的溫度應力作用。屋面板的溫度應力不可忽視,尤其是無可靠保溫隔熱層的屋面板受溫度影響較大,若設計中未加以考慮,板往往開裂。鋼筋混凝土樓板溫度收縮裂縫是樓板內部應力發展的結果:一方面溫度變化引起應力和應變,另一方面混凝土受到自身強度和抵抗變形能力的內、外部約束,兩方面共同作用是裂縫生成的根本原因。
1.1.5樓板配筋不當。有的樓板配筋率太低,鋼筋間距偏大,再加上現澆樓板按照周邊嵌固的雙向板設計,故板的跨中只有板底鋼筋而沒有板面鋼筋,因此裂縫集中在板中央。由于樓板底部鋼筋的約束,裂縫呈楔形,上寬下窄并且不貫通,但由于預埋設備(如燈座等)和預留孔,也可能引起貫通裂縫而造成滲漏問題。如用冷軋扭鋼筋、冷軋帶肋鋼筋等強度代換,則其配筋率更低,裂縫出現的機率更大。
1.2施工原因造成的混凝土開裂
1.2.1混凝土拌和物運輸過程中,因運距過長造成混凝土拌和物離析,或因路面不平坦、運輸工具密封性差,使得水泥漿流失較多,導致混凝土過早開裂。
1.2.2施工過程中隨意增加水泥的用量
隨著對工程質量的要求不斷提高,工程建設各方責任主體的質量意識也有所加強,施工單位偷工減料、隨意降低設計標準的現象己經很少出現,但是實際工作中發現大部分施工單位認為混凝土施工中水泥少加了不行,而多加一些不要緊,普遍存在水泥加得越多對工程質量越有利的誤解,尤其是現在要求對工程混凝土構件進行回彈取芯檢測,由于一些施工單位和監理單位對檢測的要求理解不透,認為只要檢測強度低于設計強度就是不合格,進而影響到主體的評定,大都在施工中主動增加水泥用量,以提高混凝土強度。但是,混凝土中的水泥漿的含量的增加,會使混凝土的收縮加劇,成為混凝土樓板裂縫的主要隱患之一。
1.2.3鋼筋綁扎不規范,鋼筋位置不正確,未加設馬凳筋,造成板的有效高度低于設計要求,降低了構件承載力,使得混凝土板在正常使用荷載下出現過寬裂縫,嚴重時將會影響結構安全。
1.2.4混凝土成型后養護不當,受到風吹日曬,表面水分散失快、體積收縮大,引起混凝土表面開裂。
1.2.5樓板內預埋管線直徑較大或管線較集中時,管外混凝土厚度不夠,造成混凝土開裂。
1.2.6混凝土終凝后,即將模板、建材或機具集中堆積在樓板上,使混凝土現澆板過早地受到振動或承受較大、較集中的施工荷載而產生裂縫。
2.控制裂縫產生的措施
2.1結構設計控制措施
目前混凝土結構設計大都是荷載、變形及裂縫計算,然后按照設計規范的構造要求配制構造筋。實踐證明,這對于防止出現裂縫,特別是出現變形裂縫是遠遠不夠的。因此在結構設計方面應注意以下方面:①增加混凝土耐久性要求,并提出具體的耐久性指標。②混凝土結構形式應合理,對可能產生應力集中的部位要配制構造筋。③對于強約束的結構應適當留有變形余地,以減少約束力,有些結構之間可考慮設置滑動層。④在可能產生裂縫的部位增配構造筋,構造筋宜使用直徑較小的變形鋼筋,也可采用鋼筋網片。⑤在荷載及構造要求允許的情況下,使用低強度等級的混凝土。
為增強現澆板的抗干縮、抗溫度變形能力,現澆板配筋宜采用雙向、雙面配筋 ,分布筋間距不應大于 200mm,樓板鋼筋的配筋率不應小于0.3%; 陽角處的樓板及跨度大于3.9米的樓板均應采用雙向雙面配筋,陽角處樓板鋼筋間距不應大于100mm,鋼筋直徑不宜太小,一般應大于8mm,并宜采用強度較高的變形鋼筋 ;轉角處樓板陰陽角處配筋應加強,建議與設計單位溝通,采用負筋沿房間全長布置,并且適當加密加粗;當房屋長度超過40米時,可在平面中布置后澆帶,增加一些微膨脹抗裂措施;屋面設計傳熱系數宜不大1.0Wm.K。
2.2原材料及混凝土配合比控制。
①對混凝土工程所用的水泥:根據工程特點選用合適的、質量可靠的水泥品種。現澆樓蓋往往厚度不太大,混凝土的收縮變形是其開裂的主控因素,故應選用收縮較小的粉煤灰水泥或普通硅酸鹽水泥。進場時必須有生產廠家的出廠質量證明書并嚴格按規定進行復試(應有28天強度)。②石子:國家標準規定,建筑工程使用的石子應為連續級配,最小粒徑為5mm。同時,研究表明選擇粗細骨料級配良好且最大粒徑盡可能大的骨料可以減少混凝土中水泥的用量。采用5-40mm的骨料比用5-25mm的骨料,在相同水灰比時可減少水泥20kg/m³,。這不但是節約水泥的問題,采用5-40mm的骨料還可以在一定程度上減小混凝土的收縮。石子應按規定進行復試,施工過程中所用的石子的粒徑、級配、產地應符合混凝土配合比通知單的要求。③選擇適宜的外加劑,外加劑要選用有資質的生產廠家,嚴格按批量進行復試,有條件的應作外加劑混凝土和普通混凝土的收縮對比試驗,盡量避免采用早強型外加劑。除非有特別需要和專業人員指導,不應濫用膨脹劑來減少混凝土收縮。④盡量降低用水量和水泥用量。含水量和水泥用量較高是產生裂縫的主要原因,因混凝土強度等級的不斷提高和泵送混凝土的大量使用,兩者難有較大的下降空間,但采取一些措施用量還是可以降低的。預控制混凝土的用水量必須控制坍落度,大力提倡使用塑性混凝土,盡量不使用大流動性的混凝土,同時摻加引氣減水劑改善混凝土工作性。經驗證明,混凝土具有良好的工作性比具有較大的坍落度易于澆筑,如果工作性不良,即使坍落度提高了,反而會使混凝土產生離析,故應將改善工作性放在第一位,并采取增加礦物摻料用量,改善砂石級配,或者摻入引氣劑等措施改善混凝土工作性。
3.結語
通過本文的研究分析,我們對鋼筋混凝土現澆板裂縫多了一些認識。施工單位要嚴格按照規范施工,認真解決施工中的問題,保證工程質量。
參考文獻:
關鍵詞:建筑工程;混凝土結構設計;問題思考
Abstract: with the development of society, people on the construction of quality requirements are also continuously improve, and the concrete structure design is to ensure the quality of engineering is one of the main factors, must be to ensure that the design is scientific and reasonable, therefore, this article mainly aims at the construction of concrete structure design and related problems are analyzed and discussed.
Key words: Construction Engineering; concrete structure; question ponder
中圖分類號:B032.2文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012)
隨著建筑水平的不斷提高,對建筑的耐久性提出了要求??梢哉f,耐久性是現代建筑的具體表現,而混凝土結構設計與建筑的耐久性密切相關。因此,對建筑工程混凝土結構設計及相關問題思考的探討有其必要性。
一、建筑工程混凝土結構設計
結構,就是指用來承受荷載或者其他作用的空間骨架體系,而這里我們所講的混凝土結構,簡單來講,就是指用混凝土做成的能夠承載的空間骨架體系。一般而言,混凝土結構主要包括素混凝土結構、普通鋼筋混凝土結構、預應力混凝土結構,此外還還與鋼管混凝土、鋼纖維混凝土、組合結構等等,這些都是建筑工程中所涉及到的一些問題。以下針對混凝土結構設計進行具體的分析:
1.參數分析
首先,抗震設計。在混凝土結構中,地震作用及結構振動特性的分析是其中的一個關鍵參數,此外,還要荷載統計、初擬梁板柱截面、手算各工況下內力、按荷載規范進行內力組合、復核正常使用及承載能力極限狀態等等,需要要設計時,設計人員要對這些參數進行認真的計算和分析,提高參數設計的準確性和精度。
其次,在混凝土結構設計中,還有一個參數就是長期荷載和短期荷載。所謂長期荷載就是指包括混凝土自重、上部承重等在內的長期作用的荷載,而短期荷載,就是指在施工過程中以及在工完工后,短期作用下結構的荷載,具體包括風、人、雨雪、車輛荷載,等等。為此,需要設計人員做好分析與計算,控制好結構的撓度變形,從而來提高結構的安全性與穩定性。
此外,在混凝土結構設計中,采用承載力極限狀態計算時對荷載和材料強度有一定的要求,需要用設計值和標準值對比,并通過計算軟件,輸入材料的強度,采用承載力極限狀態計算,進而達到工程要求的設計值。
2.柱的設計
首先,截面設計。建筑工程混凝土結構中柱的截面尺寸,一般都是從下到上逐漸縮短,這樣做的主要目的就是了保證設計更加合理,進而節約投資。通常情況下,截面尺寸減少時,其間隔層數要控制在3-5層左右,間隔不可以過密,否則會給施工帶來不便,還會造成模板浪費,若是太疏,則可能會增加投資,提高工程造價。同時,對于每一次減少的尺寸最好控制在100-150,為了保證工程結構的豎向剛度,減少范圍不可過大也不可過小,在具體的施工中,要以混凝土結構設計規范中的相關規定進行,合理控制柱的高度與寬度;對于柱的截面直徑一般要超過 350mm。
其次,箍筋肢距。對于這個階段的設計,一定要根據工程的抗震設計為標準,控制箍筋肢距的合理性,要求一級抗震設計要小于 200mm,二、三級抗震設計要小于250mm ,四極抗震設計則不可以超過300mm,此外,對于箍筋的水平距離的控制,要根據工程的實際需要,均勻布置,另外,在澆搗混凝土的過程中,要利用導管,將混凝土引到根部位置,然后逐漸澆灌即可。
3.梁的設計
在進行梁的設計,一般框架梁的負筋,只需要根據計算的結果,進行配置就可以,在沒有特殊要求下,不需要增加配筋量,同時,還要控制好梁側縱向鋼筋的配置以及箍筋的配筋率,這就需要在框架結構設計時,針對底層地面的高差,確定地梁頂標高,如地面標高為-0.900,則要根據地梁頂標高確定的原則,結合地梁作用,保證柱腳的聯系拉結,防止墻體沉降。此外,對于地梁標高確定,要遵循以下設計原則:一、室內正負零以下200MM以下(留室內地坪做法);二、留出進出室內地下管道空間(水、電、燃氣等)。
另外,要控制好梁側縱向鋼筋的直徑,不可以過大,這樣的做的主要目的是為了防止建筑物坍塌。為此,需要設計者對原結構、構件等做好科學設計,并且要為其提供附加的安全保護,提高梁結構的承載力。
二、強化混凝土結構設計有效對策
首先,要加強效應計算,在工程結構設計中,利用結構力學知識,結合設計規范的要求,提高結構可靠度,同時,還要保證設計統一性,以此來提高結構的抗震效果,避免結構剪力變形。
其次,強化截面設計,在實際工作中,根據各個控制截面的面積,合理控制基本構件的抗力,并且要處理好截面面積與抗力的關系,設計人員可以根據結構設計要求,提高截面設計的合理性。
第三,重視構造設計,設計人員要采取有效的構造設計措施,強化混凝土結構的承載力,既要滿足建筑的功能需求,也要滿足抗震要求,并且在設計圖上詳細標明。
此外,在結構的設計時,一定以現行的國家規范為標準,設計出的結構不僅要符合“安全、適用、耐久”的要求外,同時還在達到經濟性,避免工程施工中不必要的浪費。
總結:
總而言之,在建筑工程中,混凝土結構設計具有一定的復雜性與綜合性,尤其是隨著時間的發展,相關技術正在不斷的進步和完善,與此同時,相關的規范和標準也不斷地改變,為此,需要設計人員對現行設計標準進行分析,并嚴格按照設計要求,提高混凝土結構設計的科學性,保證建筑施工的質量。
參考文獻:
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作者簡介:
第一作者:趙利俠(1979—),男,漢族,山西聞喜 ,碩士研究生,工程師 單位-中國聯合工程公司,畢業院校-合肥工業大學
關鍵詞:道橋專業;項目模塊;實踐環節;人才培養
中圖分類號:G6420 文獻標志碼:A 文章編號:10052909(2017)02006204
混凝土結構設計原理課程內容豐富,與實際聯系較緊密[1],在道橋專業中處于十分重要的地位。分析道橋專業課程體系的特點,課程的定位明確:既是導前課程在實際中的應用,又是后續課程的基礎,如圖1所示。
從圖1中不難發現,混凝土結構設計原理作為專業課程體系的“橋梁”,實踐性較強,既在綜合應用中鞏固了基礎課程知識,又在循序漸進的學習過程中為后續課程打下了基礎。因此,學生對該課程掌握的情況對專業技能的培養影響較大。文章結合混凝土結構設計原理的特點和課程體系中的定位,對該課程的教學做了探索性思考和總結。
一、混凝土結構設計原理課程教學存在的問題
作為道橋專業的學位課程,該課程的要求較高,但學生掌握的情況不夠理想。以三峽大學科技學院為例,課程的最終成績由閉卷考試的卷面成績(60%)、實驗成績(20%)和平時成績(20%)綜合評定。從2013級道橋本科專業成績分析結果來看,達到合格標準的只占70%,優良的只占18%,如表2所示。
結合該課程的特點和學生學習的情況,很多專業教師就教學方法和教學手段的改革進行了探索,提供了較多好的方法和建議[2~4],但仍然存在如下問題。
(一)理論和實踐學時不均衡,缺乏實踐訓練
為強化學生對理論知識點的熟悉程度,混凝土結構設計原理課程的授課往往以理論教學為主,實踐環節學時占比較少,部分高校學時分配如表3所示。
(二)教材例}設置過于簡化,未結合工程實際
混凝土結構設計原理教材例題的側重點在于對基本計算理論的鞏固,往往在設置時簡化了大部分內容,學生在練習的過程中過于依賴例題,缺乏分析思維和解決問題能力的訓練。比如矩形截面設計問題,實際工程的設計過程是結構計算簡圖的抽象結構荷載分析不同荷載的作用效應計算內力最不利的組合截面尺寸的擬定材料的選擇設計計算構造性要求變形和裂縫驗算結構施工圖,而教材由于篇幅的限制和側重點的不同,將大部分例題的設計過程設定為設計計算構造性要求配筋圖,雖然節約了大量教學時間,但不符合工程實際,也漸漸抹殺了學生的創新和分析能力。
(三)課程設計的實踐訓練過于集中,收效甚微
道橋專業在相應實踐教學環節中均會設置混凝土結構設計原理的課程設計,目的是綜合訓練學生查閱資料、分析問題和設計的初步能力,一般要求學生一周完成設計。課題內容較多,任務量較大,加上同一學期其他專業課程的要求,學生為完成任務要么依賴例題,要么抄襲別人的成果。此外,混凝土結構設計原理的課程設計一般為梁板結構設計,偏向土木工程房建方向,而道橋專業后一學期的橋梁工程課程為混凝土簡支梁橋的設計,其大部分內容是重復的,因此,對于道橋專業學生而言,混凝土結構設計原理課程設計的效果不佳。
三、基于項目模塊教學方法的探索
專業課程的理論知識是實際工程應用的基礎,傳統的教學模式使得混凝土結構設計原理課程慢慢地獨立于專業課程體系之外,不符合應用技術型人才培養模式的要求,為增強學生的專業綜合素質和就業優勢,文章以項目模式為基礎對該課程的教學做了探索。
(一)項目模塊的設定與課程內容的對應
結合道橋專業的需求,將現澆混凝土橋梁工程作為項目模塊分解混凝土設計原理課程,設定4個項目模塊及10個子模塊,與課程內容的對應關系如圖1所示。
以項目模塊分解課程內容不僅讓課程教學更加符合理論應用于實踐的宗旨,也讓學生在學習過程中逐漸學會了如何解決實際工程中的五大類問題,即材料如何選擇?截面如何設計?鋼筋用量如何計算?施工圖如何繪制?結構質量如何控制?
(二)項目子模塊的實踐環節
實踐教學環節作為理論知識的應用在專業教學中尤為重要,由于條件和學時的限制,傳統的混凝土結構設計原理課程實踐僅僅是在課程設計中體現,并沒有達到綜合訓練的目的,因此,以項目模塊驅動的課程教學在子模塊中設定了三大類實踐任務和10個訓練項目,理論與實踐緊密結合,綜合訓練學生的分析、動手能力,如表4所示。
(三)項目模塊教學課程考核方案的思考
考核是學習成果檢驗的重要環節,也直接引導了學習的目的性。傳統的考核方案以閉卷考試為主,使得學生習慣性養成了以應試為目的學習態度,上課敷衍了事,考前死記硬背,逐漸形成了高分低能、無法解決實際問題的怪相。
為培養具有較扎實理論基礎和較強實踐能力的應用技術型人才,在以項目模塊設定的教學模式基礎上,對課程的考核方案做了如下思考。
(1)放棄閉卷考試的考查?;炷两Y構設計原理課程本身就具有公式多、條件多的特點,記憶大量的公式和公式條件并不是學習該課程的主要目的,學會步驟分析的方法,學會解決不同條件下的實際問題才是學習這門課程的宗旨,顯然閉卷考試并不能客觀反映學生對課程的掌握程度。
(2)以平時成績、子模塊實踐訓練項目成績綜合評定。如表5所示考核方案,平時成績的考核主要訓練學生的學習態度,項目設計成績考核主要強化學生對設計理論和規范的應用,實驗成績考核主要訓練學生的動手和分析能力,實訓成績考核主要考查學生對實際工程問題的判斷和寫作能力。
(3)為增強課程考核要求的約束性,設定學分和學位獲得條件,如表6所示。
四、結語
以實際項目模塊為基礎,將混凝土結構設計原理的理論課程分解到項目模塊中,相應的子項目的訓練增強了課程實踐教學的效果,不僅將理論知識迅速地應用于實踐,而且增強了項目所設定的實驗的意義,提高了學生學習的興趣和目的性。
課程的考核方案從學習態度、理論知識掌握程度、資料的搜集及規范的應用、動手能力和實際問題判斷能力各個方面綜合評價學生的學習情況,在重復訓練中提高學生的專業技能,避免了學生以考試為目的,被迫學習的心理,為后續的學習打下堅實的基礎,也為同類院校提高專業課程體系的教學質量提供了參考和借鑒。
參考文獻:
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Abstract:Concrete structure principle course is very important in road and bridge specialty curriculum system, simplified conditions of the traditional teaching methods is not conducive to the training of creative thinking and analytical thinking. This paper explored the course teaching by project module, set the links of practice and the scheme of course examination to improve students, interest in learning and close to actual project scenario. It can not only train the students, professional skills, also provide reference for the training of applied talents.
關鍵詞:高層建筑;結構設計;鋼筋混凝土;關鍵問題
中圖分類號:TU97文獻標識碼: A
在現代高層建筑工程施工中,鋼筋混凝土結構的應用已變得非常廣泛,在提高建筑結構的安全性、穩定性與耐久性等方面發揮著非常重要的作用。做好鋼筋混凝土結構設計是高層建筑工程質量的重要前提保障。在具體的高層建筑鋼筋混凝土結構設計中,應該突出設計的內涵,體現高層建筑鋼筋混凝土結構的重要功能,對高層建筑設計中鋼筋混凝土結構方面的關鍵問題進行全面思考,從短肢剪力墻結構的體系、高度控制等關鍵環節展開對高層建筑鋼筋混凝土結構的設計控制和管理,進而為高層建筑鋼筋混凝土結構設計目標的達成起到重點方面和體系方面的支撐作用。
1做好高層建筑鋼筋混凝土結構設計的重要意義
做好高層建筑鋼筋混凝土結構設計工作必須要體現設計的重要功能,我們可以將高層建筑鋼筋混凝土結構的基本要求總結為如下幾點:
1.1高層建筑鋼筋混凝土結構的安全性
高層建筑設計鋼筋混凝土結構的強度和功能時要以突出安全性為第一要務,要確保在設計年限內高層建筑鋼筋混凝土結構在各種負荷和影響下的穩定性和安全性,同時要確保突發事件和偶然事件中高層建筑鋼筋混凝土必須的穩定性和結構延性。
1.2高層建筑鋼筋混凝土結構的耐久性
高層建筑鋼筋混凝土結構設計過程中要有年限上的考慮,要在規定的年限上實現高層建筑的穩定以及鋼筋混凝土結構的功能連續,形成有助于實現設計目標的耐久性基礎。
1.3高層建筑鋼筋混凝土結構的適用性
通過高層建筑設計工作的突出,要實現鋼筋混凝土結構具有在一定時間內功能的實現,這樣就可以保證高層建筑整體的使用要求,也可以保障鋼筋混凝土結構對于裂縫、撞擊、地震、形變等各種影響因素的抵御能力。
2高層建筑鋼筋混凝土結構設計中關鍵問題
2.1短肢剪力墻的設計
高層建筑設計短肢剪力墻具有強烈的功能性,但是,短肢剪力墻的設置需要遵照一定的規律以及規范,切不可在設計中頻繁采用,也不能布設過多。應該在確保高層建筑抗震目標達到的范圍內,盡量降低短肢剪力墻的墻肢數量,這樣的設計可以降低后續高層建筑鋼筋混凝土結構施工和處理過程中的難度。
2.2結構體系的選擇
高層建筑鋼筋混凝土的結構體系是整個設計工作的選擇重點,通常的設計方式是:要在盡量減少高層建筑鋼筋混凝土結構剛度的前提下,優化高層建筑的外觀和內部結構,保障結構對形變和強度的范圍上的滿足。
2.3結構高度的控制
對于高層建筑超高問題,控制不好會影響建筑結構的抗震性能,應當結合不同級別的設計規范進行控制,出現超高問題就要重新進行結構設計,以保證建筑安全。
2.4建筑結構平面的設計
在進行平面設計的時候盡量選擇規則而簡單的結構形式,以保證承載能力與剛度符合要求,并可以弱化風力的影響。在設計中盡量少用短肢剪力墻結構,如果必須要用,則必須控制其厚度,截面厚度要控制在30cm以內,每個短肢截面的高厚最大比控制在4~8之間。
3高層建筑鋼筋混凝土結構設計的要點
3.1加強抗震功能
高層建筑抗震功能主要由鋼筋混凝土結構來實現,因此,需要重視抗震這一環節,要在設計工作中將抗震設計作為高層建筑鋼筋混凝土結構設計的重要因素和關鍵影響。高層房屋結構的層數多或者房屋結構的剛度突變系數較大的話,其振型數則應該多取,例如房屋結構中含有多塔結構、頂部有小塔樓、轉換層等,盡量取≥12的振型個數,但是它的大小依然不可以大于房屋總共層數的3倍。除了含有彈性的樓板,而且在進行總剛性的分析時,它的振型數才可以取得更大些。在對建筑物的框架柱進行設計的過程中,要對其面積進行全面的控制,保證其在一定的范圍之內,這樣才能夠有效的提高建筑的質量。在對配筋進行設計的過程中,不但要對建筑的配筋進行不斷的加強,而對于支座的部分要按照相應的規定進行相應的調整,這樣才能夠有效的增強建筑結構的承載能力。
3.2高強混凝土合理運用
在高層建筑混凝土結構設計中關鍵的步驟之一是合理地使用高強混凝土,為了有效地降低建筑的用鋼量,可以在建筑設計的時候使用高強混凝土,這樣可以大幅度地節約建筑的成本。這樣的做法可以明顯地降低基本設施的實施難度和工程的造價,用來取得較好的經濟效果。
3.3增強地基承載能力
對于建筑結構的設計而言,地基的設計是整個設計的重要部分,建筑地基的設計好壞能夠直接影響到整個建筑結構的質量和使用性能。因此,對于建筑地基的設計就顯得的至關重要。在對建筑地基進行設計的過程中,進行宏觀的把握,要嚴格的把握地基的承載能力,并且還要對建筑地基的變形和沉降等問題進行充分的考慮。對于層數較高的建筑物而言,其進行地基的設計時通常都會將其設置在地下室,這樣就能夠有效的對地基的沉降程度降到最小,從而有效的保證了上層結構的牢固性,提高了整個高層建筑的承載能力。除此之外,在進行建筑地基設計的過程中,還要按照相關的規定對其進行相應的規范。對于層數較多的建筑而言,通常都會對地基進行相應的處理來對高層建筑的沉降進行有效的控制。
3.4提高耐久性
必須加強高層建筑鋼筋混凝土結構的耐久性設計,在原來的混凝土結構設計方案中,沒有完全考慮建筑物在實際運作中由于環境、條件的影響,從而導致建筑的可靠指數明顯降低。因此在對一般的高層建筑混凝土進行設計時,主要都集中在造價、材料上,所以只有造價小、材料少的結構設計才是滿意的設計。如今人們的生活水平不斷地提高,對工程的質量要求也相應地得到提高,所以當建筑物的特殊使用要求或者技術要求與經濟成為主要矛盾時,就要果斷地放棄經濟這個指標。
3.5扭轉問題分析和幾何中心的確定
為了避免由于水平荷載和扭轉作用的建筑物破壞,結構和布局應在結構設計合理的前提下,盡可能使建筑達到三心合一的目的。在水平荷載作用下,高層建筑扭轉功能取決于質量分布。為了減少結構的扭轉振動,應使建筑平面盡可能采用正方形、矩形、圓形、多邊形等簡單形式。在某些情況下,街道景觀的要求和限制,城市規劃的高層建筑,不使用簡單的平面結構,不規則的平面形成L形、T形、十字形等復雜形狀,在突出部分的寬度和厚度比的控制范圍規范允許的布局結構。同時,我們應盡可能使結構在一個對稱的狀態。建筑結構振動周期包括兩個方面:結構的固有周期的合理控制和振動控制周期可以使周期誤差的開放性降低。
4、結束語
簡而言之,鋼筋混凝土結構是高層建筑出現的基礎,如何科學地進行高層建筑鋼筋混凝土結構的設計已經成為行業的重點,應該突出鋼筋混凝土結構的特性,結合高層建筑的特點,把握高層建筑鋼筋混凝土結構設計的關鍵環節和難點,充分發揮鋼筋混凝土結構在整體性和機械性能上的優勢,設計出高層建筑鋼筋混凝土結構的精品,在實現高層建筑穩定和安全的同時,實現高層建筑舒適度和功能性的保證。
參考文獻
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[2]崔立成.鋼筋混凝土高層結構設計中的幾個問題[J].中國新技術新產品,2010(01)
[3]張嵐.對高層建筑鋼筋混凝土結構設計實踐的分析[J].廣東科技,2012(22).
關鍵詞:型鋼混凝土 設計規程 分析比較。
中圖分類號: TV331 文獻標識碼: A
型鋼混凝土結構(簡稱SRC結構)是以型鋼為鋼骨并在型鋼周圍配置鋼筋和澆筑混凝土的埋入式組合結構體系。具有強度高、剛度大、抗震性能強等優點,故而被廣泛應用于高層與高聳結構、大跨結構和轉換層結構等。
1 我國SRC結構設計規范
我國對應用型鋼混凝土結構研究起步較晚, 20世80年代才開始對型鋼混凝土結構進行較系統的研究。西安建筑科技大學與原冶金部建筑研究總院最早開始研究。為了指引我國型鋼混凝土結構的發展,1998年原冶金部參考了日本鋼骨混凝土規范主持制定和頒布了我國第一部《鋼骨混凝土結構設計規程》(YB9082-97)。2002年,由建設部在總結了我國近年來的研究成果的基礎上又頒布了《型鋼混凝土組合結構技術規程》(JGJ138-2001)。
2 我國兩部型鋼混凝土規程的設計區別
2.1SRC梁承載能力研究
SRC梁承載能力研究有兩部規程,都主要針對比較規則、常見的截面形式,但一般不影響實際的工程應用。對于對稱性差、較特殊的截面,規程中相應內容不多。
2.1.1JGJ規程
采用鋼筋混凝土計算理論,考慮到構件受力后期粘結失效的客觀存在,將混凝土的極限壓應變取為0.003,并將《混凝土結構設計規范》(GBJ10-89)中的fcm改為fc,以降低構建承受能力,而新的《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)為提高可靠度,統一將fcm改為fc,所以JGJ規程的結果會導致其可靠度較《規范》(GB50010-2002)低。
2.2.2YB規程
采用強度疊加理論,將SRC分為鋼結構部分和混凝土部分并分別計算,計算結果為實際承載能力下限值,偏于保守,而且對不對稱截面計算精度不高。但計算方便簡單,適合于截面試設計
2.2 偏心受壓構件正截面承載能力
兩部規程關于偏壓構件的正截面承載能力計算區別較大。 “YB規程”采用兩種疊加模式簡單疊加方法和改進疊加方法。計算比較方便,但計算結果相對保守,計算用鋼量偏大?!癑GJ規程”采用與鋼筋混凝土構件正截面承載力計算相同的基本假定,以鋼筋混凝土偏心受壓柱正截面承載能力計算理論為基本模式,將型鋼腹板的應化簡化為拉壓矩形應力圖,采用極限平衡法推導出簡化計算方法,并對大、小偏心受壓情況分別給出了不同腹板的守彎承載力和受壓承載力的計算公式,在一定程度上保持了與鋼筋混凝土結構設計的連貫性?!癑GJ規程”的計算方法理論依據比較充分,但一般需要進行復雜的數學計算[1]。
2.3梁柱節點抗剪承載能力
兩部規程逗分別對由型鋼混凝土柱與框架梁、型鋼混凝土梁、鋼筋混凝土梁和鋼筋組成的節點的設計剪力Vj和節點Vju抗剪承載能力建立了計算公式,并考慮承載力的抗震調整系數。兩部規程對于節點核心區剪力設計值的計算,主要差別體現在對節點區柱軸壓力有利作用考慮(V)。兩部規程雖然逗考慮柱軸壓力對節點核心區混凝土約束的有力作用,但“YB規程”在計算公式中直接考慮軸壓力的有利作用,而“JGJ規程”則考慮軸壓比對混凝土的約束作用、“JGJ規程”更為詳細地考慮到在不同抗震等級、不同節點類型情況下軸壓力影響的區別,分別建立了不同抗震等級、不同節點類型、不同位置節點(一般層中節點、邊節點和頂層節點)的抗剪承載力計算公式[2]。
2.4構造要求
構造要求對型鋼混凝土構件的受力性能,尤其是抗震性能的影響很大、兩部規程對型鋼混凝土構件均提出了詳細的構造要求,包括構件的縱筋配置、箍筋加密、保護層厚度、型鋼的寬厚比要求和型鋼含鋼率,以及體積配箍率的要求。相對來說,“JGJ規程”對構造要求的規定更為詳細和全面,與“規范”(GBJ10=89)更為接近和相似。
3 結束語
“YB規程”以日本規程為基準,主要根據強度疊加原理建立構件承載力計算理論,計算簡單方便,但計算結果偏于保守。“JGJ規程”以我國試驗研究為依據,基本上以鋼筋混凝土模式建立計算方法,計算過程和計算公式比較復雜,但計算結果比較準確。SRC偏壓構件正截面承載能力采用“JGJ規程”計算較為準確,但是計算比較繁瑣。SRC梁柱節點的設計計算,采用兩部規程的計算結果相差不大。“JGJ規程”采用“規范”(GBJ10-89)的模式,將節點的計算更加細化,準確度有所提高。 “JGJ規程”相對“YB規程”的構造要求更加嚴格和細化,與“規范”(GBJ10-89)計較相近。兩部規程在很多內容上以“規范”(GBJ10-89)為基準,隨著新的《混凝土結構設計規范.》(GB50010-2002)的施行,兩部規程應該進行相應的修訂和統一。
參考文獻
【關鍵詞】鋼筋混凝土;結構設計;常見問題
1.引言
隨著我國的城鎮化發展,建筑需求量猛增,尤其是對住宅類建筑的需求,建筑行業隨之迅猛發展。鋼筋混凝土結構因其具備強度高、延性好、安全系數高和抗震性能好等優點,而被廣泛應用于我國建筑物的整體框架建造中。然而近年來,隨著建筑技術和科學技術的不斷發展,建筑功能逐漸向多樣化和全面化發展,鋼筋混凝土結構的設計也逐漸向復雜化發展,其設計難度越來越高,因而在設計中出現了諸多問題,嚴重影響了建筑工程的質量和建筑物的使用壽命,有些甚至造成了施工期結構倒塌事故的發生。因此,針對鋼筋混凝土結構設計中的常見問題采取有效措施予以解決,對于提高建筑工程的質量和安全性,保證人民生命和財產安全具有重要的現實意義。
2.鋼筋混凝土結構設計中的常見問題
2.1地基與基礎設計中的問題
(1)天然地基的獨立基礎。在進行天然地基的獨立基礎設計時,有些設計十分不合理,其采用斜面坡度大于1:3的錐體形式,導致錐體部分的混凝土很難振搗密實,只能在現場施工采用人工拍打振搗,然而這種方式處理的混凝土無法達到設計強度要求[1]。(2)地下室底板和外墻配筋。因地下室具有提高建筑地基承載力、增加建筑結構本身穩定性以及減小地震破壞程度的作用,故很多建筑工程都設置地下室結構。然而,設計人員在進行地下室設計時,總是忽略建筑物竣工后樓體的沉降現象,進而引發附加應力對地下室的作用,造成地下室底板承載能力不足而開裂,尤其是采用天然地基的建筑,對其影響更加顯著。另外,在地下室底板與外墻配筋的計算中,經常出現計算與實際情況不相符的問題,最終導致外墻水平分布筋過多,豎向受力筋數量偏少以及扶壁柱配筋不足。(3)地下水位的影響。在進行結構設計時,還應考慮地下水位對建筑物的影響,特別是地下水位較高的情況下,更要重視建筑防水與降水問題,否則將在建筑工程后期影響工程的進度和質量。
2.2上部結構設計中的問題
(1)框架-剪力墻結構及其連梁。在進行框架-剪力墻結構設計時,經常出現剪力墻布置不均勻的問題,甚至出現單肢剛度過大的剪力墻,從而導致應力過于集中,嚴重影響到建筑結構的安全性和穩定性,增大其被地震破壞的可能性[2]。另外,在設計與框架-剪力墻結構相連接的連梁等構件時,如果剪力墻布置不均勻或剛度參差不齊,就會極大增加連梁與框架-剪力墻結構的接觸性結構設計難度。(2)梁支座。在建筑鋼筋混凝土結構的設計中,很多設計人員將梁與柱子間或梁之間接觸的梁支座部分作為不可轉動的剛域,設計成固定支座,這樣的設計在某些情況下是不合理的。例如,當框架-剪力墻結構的框架梁與剪力墻正面垂直相交,并且剪力墻對梁的約束力較弱時,就不再需要固定的支座。(3)其他設計細節問題。在鋼筋混凝土的上部結構設計中,還普遍存在一些細節問題。例如,鋼筋混凝土結構局部受力過大導致的挑梁變形與墻體外閃問題;鋼筋混凝土結構的側向位移沒有滿足規定的側移限值要求問題;鋼筋混凝土構件的鋼筋保護層厚度取值問題;框架梁端縱向受拉鋼筋配筋率問題等等。
2.3裂縫問題
(1)結構裂縫。在鋼筋混凝土澆筑過程中,不同構件間的剛度差異極易導致整體結構中形成剛度薄弱區,從而造成鋼筋混凝土中出現裂縫,即為結構裂縫。這種裂縫多出現在建筑物墻角處及樓板的板端處。(2)構造裂縫。不規范的操作和不到位的技術是導致鋼筋混凝土結構出現構造裂縫的主要原因。例如,混凝土的水灰比錯誤;澆筑混凝土時振搗不充分;模板位置發生變化;支架下沉;脫模過早;混凝土養護不利等。(3)溫度裂縫。溫度裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的裂縫,其形成原因主要是外界溫度變化較大時,混凝土隨著溫差發生熱脹冷縮,從而形成裂縫。溫度裂縫多出現在建筑結構的屋面層。(4)收縮裂縫?;炷两Y構在硬化過程中,會發生化學反應導致水分部分流失,從而造成混凝土收縮形成收縮裂縫。另外,在混凝土結構養護過程中,還會繼續發生硬化、碳化和脫水現象,即使在達到28天齡期后也不會停止,這也會形成收縮裂縫。
3.優化鋼筋混凝土結構設計的對策
3.1完善地基與基礎設計
在進行建筑的地基設計時,天然地基應優先采用階梯形獨立基礎,并在設計獨立基礎間的拉梁時,充分考慮梁坡上擴散角內土的重量,適當增大配筋或混凝土強度,從而保證獨立基礎間的拉梁結構具有足夠的穩定性。對于有地下室的建筑,為防止地下室底板因整體沉降而產生開裂,應在設計時在地下室底板與持力層間采取褥墊處理措施;如果是天然地基,附加應力的影響會更大,這時就需要在地下室底板與持力層之間采取支護的保護措施[3]。另外,對于地下水位季節性變化較大的地區,還應綜合考慮不同水位對底板的影響,求出包絡圖,再依據包絡圖做好建筑本身的防水和排水設計,并做好配筋設計。在計算配筋時,一定要對地下室底板和外墻采用統一的配筋計算方法,使其標準化和規范化。
3.2優化上部結構設計
首先,在進行框架-剪力墻結構設計時,應遵循多道設防的設計原則,并保證其結構布置及形狀的規則性,使整個結構的各部分剛性一致,避免應力過于集中,從而提升鋼筋混凝土結構的穩定性和安全性,增強其抵抗外來破壞力的能力。其次,對剪力墻的梁和柱的結構設計,應嚴格按照強柱弱梁、強剪弱彎和強大節點的要求進行,并在挑梁端頭設置構造柱,將每層的挑梁連接在一起,有效避免挑梁變形和墻體外閃,從而提升建筑的抗震性。另外,梁的支座形式應根據工程具體情況來確定,有時設計為鉸接支座更加合理,絕不可全部設計為固定式。
3.3加大裂縫控制力度
在進行鋼筋混凝土結構設計時,對裂縫的防治處理也是其中的重要內容。在容易產生裂縫的部位應采用預應力混凝土澆筑方式,并在預埋管線時,利用設置支架的方式固定管線,同時在管線交叉部位應用固定接線盒,從而降低各種裂縫出現的幾率,提高結構的整體穩定性和牢固性。
4.結束語
鋼筋混凝土結構因其具備的強度大、延性好、整體性強等優勢而得到廣泛應用,但同時也存在著自身重量大、抗裂性不好、性質偏脆等缺點,因此在設計中除了以上問題以外,還存在著諸多問題,而且涉及范圍較廣。因此,廣大設計人員應嚴格遵循國家的有關規定,結合施工現場實際情況進行不斷總結,從而在設計中充分發揮鋼筋混凝土結構的優勢,進一步提升鋼筋混凝土結構設計的科學性與合理性。
參考文獻
[1]錢啟軍.鋼筋混凝土結構設計中的常見問題探討.工業設計,2012(2):106.
【關鍵詞】建筑結構;結構設計;混凝土;溫度應力筋;強柱弱梁
我們在建筑設計中都是要嚴格按照《混凝土設計規范》(以下簡稱《規范》)的各項標準執行的,但是,在設計中我們發現,對于有些問題,規范中表述的相對籠統,或者這些問題就目前的情況來看,還不能作出更準確的規定,沒有辦法進一步量化。對于這些問題,我們就要結合實際,發揮主觀能動性,科學、嚴密地進行設計。接下來,我們對設計工作中遇到的實際問題進行一一探討。
1 建筑結構設計的原則
適用、安全、經濟、美觀、便于施工是進行建筑結構設計的原則。一個優秀的建筑結構設計往往是這五個方面的最佳結合。完美的建筑結構設計就是在努力追求這五個方面的最佳結合的過程中產生的,適用、安全、經濟、美觀、便于施工是結構設計人員最終努力的目標,是結構設計的最佳體現。
結構設計一般在建筑設計之后,“受制”于建筑設計,但又“反制”于建筑設計。結構設計不能破壞建筑設計,應滿足、實現各種建筑要求;建筑設計不能超出結構設計的能力范圍,不能超出安全、經濟、合理的結構設計原則。結構設計決定建筑設計能否實現,從這個意義上講,結構設計顯得更為重要,雖然一棟標志性建筑物建成后,人們只知道建筑師的名字,但一個適用、安全、經濟、美觀、便于施工的結構設計也是工程師們的驕傲和成就。
2 超大跨度混凝土結構的實際取值問題
《規范》中對跨度較大的混凝土結構的最大跨度問題也做了一些規定,最主要的有兩條:1)規定鋼筋混凝土結構設計和施工的時候要保證兩個伸縮縫之間的間距要不大于60m;2)施工過程中,如果采用后澆帶分段施工,并且采取一定的措施減小預應力的影響、減少混凝土因溫度變化的影響及其變化后可以適當的加大伸縮縫之間的距離。這樣的規定是很籠統的,我們在設計、施工的過程中是很難把握的。采取什么樣的措施才能保證伸縮縫之間的間距加大而不會對建筑的結構穩定及安全造成影響,在實踐中我們發現,影響這一跨度之間距離取值的主要影響因素有兩個方面:1)不同地區之間氣候不同,環境溫度的溫差不同;2)混凝土標號不同,它們的預應力收縮情況不同。我們以某地區為例,這個地區的氣候相對比較溫暖,環境溫差比較小,實踐中我們發現單層混凝土結構的最大跨度可以達到70m,我們對這個地區大跨度混凝土結構進行抽樣調查以后發現在這個區域如果鋼筋混凝土的跨度超過70m,就必須采取相應的措施,如果小于這個取值則不用采取特別的措施,建筑物不會出現明顯的裂縫。但是,在增大伸縮縫間距的情況下,對梁柱配筋問題要進行必要的調整。因為當我們增加鋼筋混凝土跨度的情況下,中部區域和一些角落部分的預應力情況會發生明顯的變化,因此,我們可采取以下幾點措施:1)鋼筋混凝土結構中的長向鋼筋要加強,盡量采取雙層設計;2)較大面積混凝土結構中間部分除了增加配筋外,還要特別注意兩側梁柱和邊梁的預應力影響;3)在框架結構的長度超過70m的時候應該采取添加防裂添加劑等特殊的措施;4)做好結構的預應力分析,充分考慮當地的溫度變化情況。
3 溫度應力筋的設置問題
溫度對鋼筋混凝土結構的影響是很大的,所以在設計時要在必要的時候視具體情況設置溫度應力筋,關于這一點,《混凝土結構設計規范》中也作出了規定,但是表述的不夠明確,只是說在受溫度收縮應力影響較為嚴重的地方,鋼筋與鋼筋之間的距離應在15mm~20mm之間,同時,在未配筋表面一般情況下要布置一定數量的溫度收縮筋,在現澆板面上的配筋率要大于0.1%。實際上,溫度收縮應力較大區域的概念我們是很難把握的,在設計的過程中,技術人員所采用的標準是有差異的。根據我們設計過程中的總結,我認為在面積較小、結構上較短的建筑部分,應該在樓面的邊跨部分和屋面等關鍵的部位設置一定的溫度應力筋,防止因為溫度的變化出現裂縫。在較長的鋼筋混凝土結構中,要盡量采用雙層結構筋的設計。對于地下室的處理,當筏板的厚度在12cm以上時,為了防止溫度對建筑結構的影響,可以在筏板中間部分設置溫度應力筋,這也是防止大體積混凝土結構產生溫度應力收縮時通常采用的重要措施。對于這種情況我根據自身實踐經驗認為,配筋量應該為1/2筏板厚的0.1%。
4 鋼筋混凝土結構梁柱抗震設計問題
對于鋼筋混凝土的抗震問題,我們在設計中通常是堅持強柱弱梁的原則,這是結合我們設計中能達到建筑物遇到小的地震時不被損壞,遇到中型地震后能夠修復,遇到大的地震時整個建筑物不倒塌的目標而提出來的,并且一直以來我們設計人員也是這樣堅持的。提出的所謂強柱弱梁主要是考慮到如果一個建筑物的梁壞了,只會導致建筑物局部受到損壞,但是如果柱子壞了,就會導致建筑物的整個受力結構發生變化,出現整體建筑坍塌的現象。但是,在實際操作過程中我們發現,建筑物的柱也不是越強越好,柱的軸壓比也不能太高,如果軸壓比過高,在大地震發生時將對建筑物的邊柱產生最少30%以上的附加軸力,這對建筑物的安全問題是致命性的。因此,不是強柱弱梁就一定能夠保證建筑物不倒塌。我們通常要注意以下幾個方面:1)控制好建筑物的柱軸壓比,保證這個比率在各種建筑物中不超過1%,并且要對重點部位的柱斷面和配筋進行特別處理,對角柱和邊柱要加強,通常要加密箍筋。2)科學配置框架柱和小截面柱的鋼筋,確保不小于20,矩形的柱面我們要采用對稱配筋的方法,增強穩定性。3)巧妙設計梁配筋,對于梁的配筋來說我們應該加強梁中部的配筋,而支座部分的配筋可以根據情況適當降低,這樣有利于形成梁鉸機制,當地震發生時,因梁端的塑性鉸作用而增加柱的實際承載能力。
5 附加鋼筋的使用問題
我們在設計中總會遇到一些設計人員出于對建筑整體牢固性的考慮,不經過力學分析而保守的設置一些附加筋。但是我們都知道,如果沒有經過計算,沒有經過嚴格受力分析就這樣做,如果這個附加筋是多余的,那就是資源浪費。這種情況最多的出現在梁上起柱和次梁的設計中,有些設計人員就是在梁上盲目的設置一些附加鋼筋,實際上,這樣做是沒有必要的?!兑幏丁分杏羞@樣的規定:“位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載,應全部由附加橫向鋼筋(箍筋,吊筋)承擔,附加橫向鋼筋宜采用箍筋?!睘槭裁催€有這么多設計人員這么做,是因為他們錯誤的認為次梁或者柱的負荷會落在主梁的截面上,因此,通常都設置了橫向鋼筋。我們稍加分析就知道,這個負荷不是通過柱內鋼筋傳遞的,而是通過柱面鋼筋混凝土傳給梁的,因此,在梁中設置橫向附加筋是多余的。
一、混凝土結構課程特點
1. 課程內容
混凝土結構設計課程為土木工程專業必修的重要專業基礎課,該課程主要包括以下內容:鋼筋混凝土結構基本構件(其中包括受彎構件、受剪構件、受壓(拉)構件、受扭構件等)設計、預應力混凝土結構設計的基本原理、鋼筋混凝土樓蓋結構設計、工業廠房設計等內容。通過本課程的學習可使學生掌握工程結構的受力性能分析、設計方法、以及如何利用現有的規范對結構進行設計,為以后進一步的學習結構設計等其它專業課程打下良好的基礎。
2. 課程特點
作為土木工程專業的一門重要的學科基礎平臺課程,混凝土結構課程與前續課程理論力學、材料力學、結構力學及建筑材料等課程密切相關,又是后續課程高層建筑結構、砌體結構、特種結構、抗震結構設計等專業課程學習的基礎。它有理論基礎,又包含很多經驗公式,混凝土結構設計原理中受彎、受壓構件承載力的計算,有較好的簡化力學模型,易于理解。而抗剪承載力、變形、裂縫寬度計算多采用半經驗半理論公式。抗扭承載力計算則基于試驗資料的統計而給出經驗公式,不易從理論上理解。解決一個問題往往需要不止一個而是一系列的經驗公式,公式中含有的符號眾多。另外,混凝土截面的延性、耐久性設計為概念設計。
混凝土結構課程的學習應結合相關的現行行業規范?!痘炷两Y構設計規范》(GB50010-2010)是教學的重要規范依據,其中條文較多,在學習課本的基礎上與規范相結合,理解規范條文,明確構造要求。
混凝土結構課程設計實用性強,一般為:樓蓋設計和單層廠房設計。課程設計是對整個教學效果的總結和應用,與工程應用技能的培養緊密相關,課程設計教學的效果決定了綜合性應用技能培養的成效。
同時隨著建筑科學的先進技術的發展,教學內容不斷更新,以及“大土木”的寬口徑教學計劃的要求,課時普遍被壓縮,從而造成學時減少、內容增多的矛盾,所以有必要調整目前的傳統教學模式,以適應新的教學要求。
二、混凝土結構課程教學存在的主要問題
1. 教材問題
從教育教學改革的目標要求看,缺乏適用于一般院校特別是??茖哟蔚?,在體系、內容與闡述方式等方面均有所突破的教材。筆者曾主講過工程造價、工程管理等專業的混凝土結構、建筑結構等課程,從接觸的各類本專科教材看,混凝土結構教材體系編排雷同,內容沒有變化,缺乏個性和特色。例如:現有教材依然按照專門化人才培養模式安排內容,由學習基本構件設計開始,然后是混凝土結構設計,兩部分內容相互割裂、缺乏聯系。又如,在基本構件部分過于重視破壞機理的研究和理論推導,很容易使學生陷入概念、符號、公式、系數中,對學習產生畏懼感、喪失信心、失去興趣。又如,對結構構件只強調局部而不是整體,其結果是學生較孤立地學習了一些設計理論,卻不能理解結構應具備的功能,搞不清一個具體的工程結構應承受和傳遞哪些荷載,以及為保證傳遞過程的完成而采取的各種措施,在頭腦中并未建立起較清晰的整體結構概念,不利于學生綜合能力的培養,即使靠課程設計、畢業設計的訓練也難以彌補學生這種先天不足。因此,對講授內容深廣度的把握基本取決于教師本人,帶有一定的隨意性和盲目性,在學時減少的情況下,教師為保證基本構件部分的理論體系完整,常常是刪減結構體系和實踐性較強的內容。
2. 教學安排問題
混凝土結構是一門理論性、工程實踐性均很強的應用科學,既需要力學、數學、材料學等課程作基礎,又需要涉及實際工程結構物。在教學安排上,專業基礎課和專業課缺乏必要的聯系,未形成完整的體系,專業基礎知識沒有真正起到基礎和支撐專業課的作用,加之混凝土結構理論內容豐富、工程實踐性強,致使該課程普遍存在教師難教、學生難學的問題,學生不能將所學知識真正融會貫通,建立起較清晰的結構概念。例如,力學課程中并沒有深入講授多跨連續梁內力的計算方法以及內力包絡圖的概念和求法,致使混凝土結構課程中的梁板結構設計中的計算方法和理論相對于學生的知識體系來說,有一些高不可攀,很多學生在學習基本構件時還得心應手,到了梁板結構這一部分就很難領會其中的精髓,從而喪失學習興趣。
3. 教學方法缺乏針對性
多年來我們習慣了以教為中心的教學模式,教學中主要采用的是灌輸式的教學方法,教學時過分注重課程本身的完整性卻忽視了課程的針對性和實用性,忽視了對學生的學習能力、創造性思維能力、綜合分析問題和解決問題能力的培養,沒有充分發揮學生在教學活動中的主體作用。另外,教學過程中只注重講授書本知識,而忽略了理論與實踐相結合。在教學過程中不注重規范的講解與應用,沒有使學生養成查規范的良好習慣,使學生感覺知識比較抽象,即使完成了樓蓋、工業廠房的課程設計,學生對結構設計的基本思想也沒有掌握,教學效果不夠理想。
三、對混凝土課程教學改革的幾點建議
1. 教學內容的改革
課程內容要精減、優化,突出重點,講透難點,避免教學資源的浪費。例如,在建筑工程相關的專業中,鋼筋和混凝土的材料性能在《建筑材料》、《建筑工程施工》、《混凝土結構》、《建筑構造》、《建筑力學》等多門課程中重復出現。對于類似先修課程中已將講授過的知識可以取消,保證知識結構體系在全面無遺漏的基礎上簡潔明快,有利于學生接受。另外,對一些復雜的且有經驗系數引入的公式的講解過程中,應以重點內容為主線,避免大段公式的推導,只講思路、脈絡、公式符號含義、應用條件、物理意義等,如等效矩形應力圖形混凝土受壓區高度x、偏心距增大系數η等。
在精簡教學內容的同時,要求教學目標和教學內容適應面要寬,要抓住培養學生工程綜合能力這條主線,適當補充教材上沒有的教學內容,縮短學生從畢業到將來參加實際工作時在知識上的差距。例如,在設計方法一章中,增加了由原始資料求荷載效應的例題和作業,有目的地訓練學生結構設計中“導荷載”的能力。對于恒荷載,可以根據構件建筑構造,從荷載規范中查出相應材料重力密度,進而計算出面荷載,對于活荷載可以從荷載規范中查出。對正常使用極限狀態,要讓學生自己從荷載規范中查出相應荷載的組合值系數、準永久值系數和頻遇值系數。另外,教學內容中還應融入建筑法規的教育和職業道德的內容,在潛移默化中培養學生良好的質量意識、責任意識等職業素質。同時,要加強理解現行規范(如混凝土結構設計規范(GB50010-2010)、建筑結構荷載規范(GB50009-2012)、混凝土結構工程施工質量驗收規范(GB50204-2002,2011版)、建筑結構可靠度設計統一標準(GB50068-2001)等),使學生知識結構與現行規范相結合,不與實際工作相脫節。
教學內容也要體現本學科的科學研究和工藝、技術改進的新信息和最新成果,充分反映學科前沿的動態,注重對學生創新意識和創新能力的培養。在教學過程中,不能只局限于書本上的內容,而應當跟蹤國內外土木工程學科的先進成果,把新理論、新方法、新材料、新技術、新工藝及時融入于課程之中,如增設新型混凝土結構體系設計原理與應用方面的內容;介紹諸如高強混凝土結構、鋼管混凝土結構、鋼骨混凝土結構、纖維混凝土結構、新型樓蓋結構等內容,以此擴大學生的視野,激發其上進心和求知欲。
隨著計算機分析軟件及繪圖軟件的普及和大量使用,出現了計算機分析和繪圖逐步取代傳統手算方法和手工繪圖的趨勢,特別是對大型和高層建筑結構的設計更是如此。計算機技術的飛速發展以及計算機。因此,在混凝土結構課程的教學中,也應加強對學生計算機分析和繪圖能力的培養;重視訓練學生的空間想象能力和創新思維能力。使理論內容的講授和計算機設計能力的培養協調同步進行是當前教學的迫切需要。
2. 教學方法的改革
為了增強課堂教學的互動性,可以采用“討論式”啟發性的教學方法,通過寫讀書報告,學生上講臺,課程重點、難點專題討論等方式激發學生的學習積極性,將教師的主導與學生的主體作用合理地結合起來,師生互動,提高教學質量。必要的時候也可以采用看錄像、做試驗的方式。例如,對于材料的實際性能特點和構件的實際受力行為,安排課時讓學生親自動手操作實驗,若不能做實驗則可以采用播放錄像的方式讓學生了解一些實驗過程,同時把先進的應用軟件運用于多媒體教學實驗設計中,發揮多媒體在教學中的優勢,幫助學生理解課程內容,加強學生的空間概念和感性認識,從而提高教學和學習效率。
教師在傳授理論知識的同時要和實際工程聯系起來,例如,開課之前帶領學生進行認識實習,使學生對梁橋等常見的結構形式和梁、板、柱等常見的基本構件建立一些初步直觀的認識;在講到混凝土構件時,應結合教室內的梁、板、柱構件進行講解;在講到廠房結構的組成時,可以把學生帶到學校的結構實驗大廳(單層廠房結構)內進行現場講解,學生很快就明白了課堂教學的內容,由此可知到工程實地講解,通俗易懂,使學生有較深刻的感性認識,加深對所學理論知識的掌握,同時還可以培養學生對周邊環境建筑的觀察力,激發學生的學習興趣。
由于學時有限,我們不可能講解教材上的所有內容,也不能講授的內容平均分配時間, 重點內容應該多安排課時進行精講,比如受彎構件的正截面和斜截面承載力計算就應該是整本書的重中之重。
由于混凝土結構設計課程符號、公式的數量很多,對初學者來說,要在短時間內完全記住困難較大。考試時不妨借鑒現在的執業資格考試的形式,就是采用完全開卷的方式,既允許學生把自己認為考試時需要參考的內容寫在一張備考紙上,考試時只準許帶該備考紙,不得再帶其他任何相關資料,在交卷時,備考紙與試卷一并交回,并且作為平時成績的一部分。從幾年的實行情況看,這種考試方法效果比較好,主要表現在:學生不必再像閉卷考試時對概念、公式進行死記硬背,可以將學習重點轉向對概念、公式的理解、應用,提高了分析問題解決問題的能力,這在后續的課程設計中有所反應,學生表現出較強的綜合應用知識能力和解決實際工程問題的能力。課程設計考核中,可以采用計算書、結構施工圖紙的評定與課程設計答辯相結合方式進行。軟件應用與課程設計緊密相關,故可以不做單獨考核。
關鍵詞:建筑;現澆混凝土結構;后澆帶施工
中圖分類號: TS958 文獻標識碼: A
概述
當增大結構伸縮縫間距或者不設置伸縮縫時,為防止結構開裂,可以加設后澆帶。后澆帶兩側應采用鋼筋支架鋼絲網隔斷,并由結構設計人員確定兩側斷面形式,保持內部清潔,做好鋼筋的除銹,將兩側混凝土鑿毛,涂刷界面劑,澆筑完畢注意養護。施工后澆帶的設計和施工直接影響到結構的安全性與經濟性,應做好后澆帶的設計與施工,確保結構的質量。
一、關于混凝土結構認識
(一)什么是混凝土結構
以混凝土為主要材料制成的結構成為混凝土結構
(二)混凝土結構的類型
素混凝土:素混凝土是針對鋼筋混凝土、預應力混凝土等而言的。素混凝土是鋼筋混凝土的重要組成部分,由水泥、砂(細骨料)、石子(粗骨料)、礦物參合料、外加劑等,按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成。當構件的配筋率小于鋼筋混凝土中縱向受力鋼筋最小配筋百分率時,應視為素混凝土結構。
鋼筋混凝土:當在混凝土中配以適量的鋼筋,則為鋼筋混凝土。
預應力混凝土:預應力混凝土是在混凝土結構構件承受荷載之前,利用張拉配在混凝土中的高強度預應力鋼筋而使混凝土受到擠壓,所產生的預壓應力可以抵消外荷載所引起的大部分或全部拉應力,也就提高了結構構件的抗裂度。
(三)現澆混凝土結構的優缺點
優點和其他材料的結構相比,混凝土結構的主要優點是:整體性好,可灌筑成為一個整體;可模性好,可灌筑成各種形狀和尺寸的結構;耐久性和耐火性好;工程造價和維護費用低。缺點主要缺點是:混凝土抗拉強度低,部分地采用了鋼筋混凝土樓板。容易出現裂縫;結構自重比鋼、木結構大;室外施工受氣候和季節的限制;新舊混凝土不易連接,增加了補強修復的困難。
二、關于后澆帶的幾點認識
(一)什么是后澆帶及后澆帶的作用和種類
后澆帶是指在現澆整體鋼筋混凝土結構中,只在施工期間留存的臨時性的帶形縫,起到消化沉降收縮變形的作用,根據工程需要,保留一定時間后,再用混凝土澆筑密實成為連續整體的結構。隨著社會經濟的發展,城市中超長結構,大底盤多塔式結構或形體不規則結構的建筑不斷涌現。特別是對地下防水有特殊要求的超大面積地下建筑的不斷出現。廣大建筑師為了建筑立面及空間使用功能的要求,又往往希望結構工程師不留變形縫。這就要求在結構設計中,設計者必須認真對待由于超長給結構帶來的不利影響,因為在《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2002,以下簡稱混凝土規范)中,對鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距有著嚴格的要求。當增大結構伸縮縫間距或者是不設置伸縮縫時,必須采取切實可行的措施,防止結構開裂。在適當增大伸縮縫最大間距的各項措施中,可以在結構施工階段采取必要的保溫等防裂措施,用以減小混凝土收縮不利影響,或者用設置施工后澆帶的方法增大伸縮縫最大間距。我國建筑施工常用的做法是設置施工后澆帶。當建筑物存在較大的高差,但是結構設計根據具體情況可不設置永久變形縫時,例如高層建筑主體和多層(或低層)裙房之間,也常常采用施工后澆帶來解決施工階段的差異沉降問題。這兩種施工后澆帶,前者可稱之為收縮后澆帶,后者可稱之為沉降后澆帶。
(二)后澆帶的設計
當建筑結構的平面尺寸超過混凝土規范規定的伸縮縫最大間距時,可考慮采用施工后澆帶的方法來適當增大伸縮縫間距。但一般地上結構由于受環境溫度變化影響較大,所以伸縮縫最大間距不宜超過混凝土規范限值過多,同時應注意加強屋面保溫隔熱,采用可靠的、高效的外墻外保溫,并適當提高外縱墻、山墻、屋面等重要部位的縱向鋼筋配筋率。地下室結構超長的情況較為常見,除地下室頂板和處于室外地面以上的地下室外墻受溫度變化影響相對較大外,地下室內部和基礎結構在使用階段受室內外溫度變化影響較小,需解決的主要問題是混凝土收縮應力對結構的影響。除在施工階段設置后澆帶外,應該加強地下室頂板及地下室外墻的配筋,建議縱向鋼筋應盡可能選擇直徑較小的,一般10到16即可,間距盡量選擇較密的,且宜不大于150mm。
當地下室結構長度超過規范規定長度較多時,單靠設置后澆帶是不足以解決混凝土收縮和溫度變化問題,可以考慮采用補償收縮混凝土,在適當位置設置膨脹加強帶。但是必須指出的是后澆帶是不能替代伸縮縫的作用。因為后澆帶只能解決施工期間的混凝土自收縮,它不能解決由于溫度變化引起的結構應力集中。有一些結構設計者將后澆帶和伸縮縫等同起來的看法是錯誤的,因為兩者的作用并不相同。
對高層建筑主體與裙房之間是設置永久變形縫,還是在施工階段設置沉降后澆帶,應該根據建筑場地地基持力層土質情況、基礎形式、上部結構布置等條件綜合確定。當地基持力層土質較好,例如高層建筑基礎做在基巖層或卵石層上,或采用樁基時,高層建筑沉降變形量較小,此時可考慮采用施工后澆帶而不設置永久變形縫,將高層建筑與裙房基礎(或地下室)連成整體。
對于施工后澆帶的位置的布置,應根據基礎和上部結構布置的具體情況確定。后澆帶應設置在結構受力較小處,一般在梁、板跨度內的三分之一處,結構彎矩和剪力均較小,且宜自上而下對齊,豎向上不宜錯開,后澆帶間距一般為30米到50米。在高層建筑與裙房之間設置后澆帶時,后澆帶宜處于裙房一側,且在結構設計上,應注意加強高層建筑與裙房相連部位的構造,提高縱向鋼筋配筋率,用以抵抗后澆帶封閉后由剩余差異沉降差所引起的結構內力。后澆帶部位的鋼筋一般不宜斷開,而應讓鋼筋連續通過,即只將后澆帶處的混凝土臨時斷開。
三、混凝土結構中后澆帶的施工
(一)適用范圍
本方法適用于高低結構的高層住宅、公共建筑及超長結構的現澆整體鋼筋混凝土結構中后澆帶的施工,其他有特殊要求結構中的后澆帶可參照本方法施。
(二)施工工藝
1.由于施工原因需設置后澆帶時,應視工程具體結構形狀而定,留設位置應經設計院認可。
2.后澆帶的保留時間。應按設計要求確定,當設計無要求時,應不少于40天;在不影響施工進度的情況下,應保留60天。
3.后澆帶的保護?;A承臺的后澆帶留設后,應采取保護措施,防止垃圾雜物掉入。保護措施可采用木蓋覆蓋在承臺的上皮鋼筋上,蓋板兩邊應比后澆帶各寬出500毫米以上。地下室外墻豎向后澆帶可采用砌磚保護。樓層面板后澆帶兩側的梁底模及梁板支承架不得拆除。
4.后澆帶的封閉。澆筑結構混凝土時,后澆帶的模板上應設一層鋼絲網,后澆帶施工時,鋼絲網不必拆除。后澆帶無論采用何種形式設置,都必須在封閉前仔細地將整個混凝土表面的浮漿鑿除,并鑿成毛面,徹底清除后澆帶中的垃圾及雜物,并隔夜澆水濕潤,鋪設水泥漿,以確保后澆帶砼與先澆搗的砼連接良好。地下室底板和外墻后澆帶的止水處理,按設計要求及相應施工驗收規范進行。后澆帶的封閉材料應采用比先澆搗的結構砼設計強度等級提高一級的微膨脹混凝土(可在普通混凝土中摻入微膨脹劑UEA,摻量為12%-15%)澆筑振搗密實,并保持不少于14天的保溫、保濕養護。
(三)后澆帶的施工及應注意的問題
施工中必須保證后澆帶兩側混凝土澆筑質量,防止漏漿,或混凝土疏松。后澆帶兩側應采用鋼筋支架鋼絲網隔斷,并由結構設計人員確定兩側斷面形式,當地下室有防水要求時,地下室后澆帶不宜留成直槎。施工單位應指派專人負責保持后澆帶內的清潔,防止后澆帶內的鋼筋銹蝕,或鋼筋被壓彎、踩彎。在封閉施工后澆帶之前,應將后澆帶內的雜物清理干凈,做好鋼筋的除銹工作,并將兩側混凝土鑿毛,涂刷界面劑,后澆帶混凝土應比兩側混凝土強度等級增大一級,并且采用摻加了微膨脹劑的補償收縮混凝土澆筑。后澆帶混凝土澆筑時,宜控制其環境溫度低于兩側混凝土澆筑時的環境溫度,并應有專人負責。后澆帶混凝土澆筑完畢后,應注意做好養護工作。
施工后澆帶的封閉時間,一般來講,對于收縮后澆帶,不宜少于兩個月,通常認為這時候混凝土的收縮變形已經完成60%以上;對于沉降后澆帶,應等高層建筑主體結構封頂后再澆筑后澆帶混凝土,即要求高層建筑先施工、先沉降,以釋放一部分高層與裙房之間的差異沉降;或者根據沉降觀測,當高層建筑結構施工到一定高度時,若高層建筑的沉降量較小,預估高層與裙房之間產生的差異沉降量處在控制范圍之內時,亦可以提前澆筑后澆帶混凝土。
在封閉后澆帶之前,結構設計者應在圖紙上明確提出后澆帶附近一定范圍內不應允許施工堆放材料,限制施工荷載,并做好后澆帶兩側的臨時支護。特別是目前很多工程中,施工采用快拆體系的模板,這時候更要注意后澆帶附近的支護質量,防止在拆除模板過程中,由于支撐松動、移位等造成結構開裂。此外,后澆帶的混凝土因一次澆筑量小,因而通常采用現場攪拌混凝土的方法,且后澆帶應用強度等級提高一級、早強、補償收縮的混凝土澆筑,所以應單獨申請混凝土配合比。施工中應提前做好水泥、砂、石和外加劑及摻合料的進場檢驗和試驗工作,及時申請混凝土配合比。澆筑時認真計量,在混凝土澆筑時按規定留置標準養護試件和同條件養試件,用以檢驗和證明后澆帶混凝土的強度?;炷翝仓髴匾暺漯B護工作,及時的養護可使混凝土在潮濕的環境中硬化,水泥水化生成物堵塞毛細孔隙。提高混凝土的密實度和抗滲性。后澆帶可以有效地減少收縮應力,在施工后期,把后澆帶砼澆上,使工程變成整體,以利用“后澆帶”辦法控制裂縫并達到不設置永久伸縮縫的目的。通過設計單位、施工單位認真設計、精心施工,一定能在工程實踐中收到較好的效果。
(四)效益分析
通過設置后澆帶,使大體積混凝土可以分塊施工,加快了施工進度,縮短了施工工期。由于不設永久性的沉降縫,簡化了建筑結構設計,提高了建筑物的整體性,同時也減少了滲漏水的因素。
四、結語
通過設置后澆帶,使大體積混凝土可以分塊施工,加快了施工進度,縮短了施工工期。由于不設永久性的沉降縫,簡化了建筑結構設計,提高了建筑物的整體性,同時也減少了滲漏水的因素。
參考文獻:
1.高層建筑施工(中國建筑工業出版社2003)
2.建筑施工技術(中國電力出版社2009)
3.混凝土結構設計規范(GB 50010-2002)