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关键词:钢筋混凝土现浇板;裂缝;原因;措施
中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
引言: 现浇钢筋混凝土板因其诸多优点正在成为建筑物不可或缺的部分,但是因为现浇钢筋混凝土从材料特性到设计施工中存在很多问题而不可避免的产生裂缝。裂缝是钢筋混凝土现浇板的主要质量问题。
裂缝是目前较难消除的质量问题,根据裂缝的性质和成因可将裂缝分为很多种,尽管多数裂缝不会危及结构的安全,但会影响建筑物的正常使用功能,降低建筑物的整体质量,因此必须加以重视。 如何有效解决现浇板施工裂缝这一难题,要先分析施工裂缝产生的原因, 并采取相应的针对措施,以减少或消除施工裂缝的产生,达到提高现浇板整体质量的目的。
1.钢筋混凝土现浇板裂缝的成因
1.1设计方面的原因
1.1.1地基基础处理不当。如果地基处理不当,基础设计不合理,将使房屋产生较大的不均匀沉降,也容易使楼板开裂。此种裂缝的出现一般伴随出现墙体裂缝。
1.1.2 设计上按规范要求验算最大裂缝宽度,只考虑了在一般情况下为主要因素的结构荷载、几何尺寸和边界条件等计算参数,而未涉及到施工工艺等诸多可能成为裂缝主要原因的情况。
1.1.3混凝土设计标号偏大。在影响混凝土收缩的各种因素中,水灰比和水泥浆量对最终混凝土的收缩的影响最为显著,其中水泥浆量主要取决于设计标号,在其他条件不变的情况下,如果水泥浆量由20%增至35%,混凝土的最终收缩量将增大50%^-70%。而水灰比和水泥浆量又是设计和施工中最易产生波动的因素,设计单位有时因建设单位提出缩短工期的要求或其他原因而随意提高设计标号,但是没有相应地给出提高混凝土楼板抗裂能力的措施,最终导致混凝土楼板开裂的可能性大大增加。
1.1.4 设计时忽略了屋面板的温度应力作用。屋面板的温度应力不可忽视,尤其是无可靠保温隔热层的屋面板受温度影响较大,若设计中未加以考虑,板往往开裂。钢筋混凝土楼板温度收缩裂缝是楼板内部应力发展的结果:一方面温度变化引起应力和应变,另一方面混凝土受到自身强度和抵抗变形能力的内、外部约束,两方面共同作用是裂缝生成的根本原因。
1.1.5楼板配筋不当。有的楼板配筋率太低,钢筋间距偏大,再加上现浇楼板按照周边嵌固的双向板设计,故板的跨中只有板底钢筋而没有板面钢筋,因此裂缝集中在板中央。由于楼板底部钢筋的约束,裂缝呈楔形,上宽下窄并且不贯通,但由于预埋设备(如灯座等)和预留孔,也可能引起贯通裂缝而造成渗漏问题。如用冷轧扭钢筋、冷轧带肋钢筋等强度代换,则其配筋率更低,裂缝出现的机率更大。
1.2施工原因造成的混凝土开裂
1.2.1混凝土拌和物运输过程中,因运距过长造成混凝土拌和物离析,或因路面不平坦、运输工具密封性差,使得水泥浆流失较多,导致混凝土过早开裂。
1.2.2施工过程中随意增加水泥的用量
随着对工程质量的要求不断提高,工程建设各方责任主体的质量意识也有所加强,施工单位偷工减料、随意降低设计标准的现象己经很少出现,但是实际工作中发现大部分施工单位认为混凝土施工中水泥少加了不行,而多加一些不要紧,普遍存在水泥加得越多对工程质量越有利的误解,尤其是现在要求对工程混凝土构件进行回弹取芯检测,由于一些施工单位和监理单位对检测的要求理解不透,认为只要检测强度低于设计强度就是不合格,进而影响到主体的评定,大都在施工中主动增加水泥用量,以提高混凝土强度。但是,混凝土中的水泥浆的含量的增加,会使混凝土的收缩加剧,成为混凝土楼板裂缝的主要隐患之一。
1.2.3钢筋绑扎不规范,钢筋位置不正确,未加设马凳筋,造成板的有效高度低于设计要求,降低了构件承载力,使得混凝土板在正常使用荷载下出现过宽裂缝,严重时将会影响结构安全。
1.2.4混凝土成型后养护不当,受到风吹日晒,表面水分散失快、体积收缩大,引起混凝土表面开裂。
1.2.5楼板内预埋管线直径较大或管线较集中时,管外混凝土厚度不够,造成混凝土开裂。
1.2.6混凝土终凝后,即将模板、建材或机具集中堆积在楼板上,使混凝土现浇板过早地受到振动或承受较大、较集中的施工荷载而产生裂缝。
2.控制裂缝产生的措施
2.1结构设计控制措施
目前混凝土结构设计大都是荷载、变形及裂缝计算,然后按照设计规范的构造要求配制构造筋。实践证明,这对于防止出现裂缝,特别是出现变形裂缝是远远不够的。因此在结构设计方面应注意以下方面:①增加混凝土耐久性要求,并提出具体的耐久性指标。②混凝土结构形式应合理,对可能产生应力集中的部位要配制构造筋。③对于强约束的结构应适当留有变形余地,以减少约束力,有些结构之间可考虑设置滑动层。④在可能产生裂缝的部位增配构造筋,构造筋宜使用直径较小的变形钢筋,也可采用钢筋网片。⑤在荷载及构造要求允许的情况下,使用低强度等级的混凝土。
为增强现浇板的抗干缩、抗温度变形能力,现浇板配筋宜采用双向、双面配筋 ,分布筋间距不应大于 200mm,楼板钢筋的配筋率不应小于0.3%; 阳角处的楼板及跨度大于3.9米的楼板均应采用双向双面配筋,阳角处楼板钢筋间距不应大于100mm,钢筋直径不宜太小,一般应大于8mm,并宜采用强度较高的变形钢筋 ;转角处楼板阴阳角处配筋应加强,建议与设计单位沟通,采用负筋沿房间全长布置,并且适当加密加粗;当房屋长度超过40米时,可在平面中布置后浇带,增加一些微膨胀抗裂措施;屋面设计传热系数宜不大1.0Wm.K。
2.2原材料及混凝土配合比控制。
①对混凝土工程所用的水泥:根据工程特点选用合适的、质量可靠的水泥品种。现浇楼盖往往厚度不太大,混凝土的收缩变形是其开裂的主控因素,故应选用收缩较小的粉煤灰水泥或普通硅酸盐水泥。进场时必须有生产厂家的出厂质量证明书并严格按规定进行复试(应有28天强度)。②石子:国家标准规定,建筑工程使用的石子应为连续级配,最小粒径为5mm。同时,研究表明选择粗细骨料级配良好且最大粒径尽可能大的骨料可以减少混凝土中水泥的用量。采用5-40mm的骨料比用5-25mm的骨料,在相同水灰比时可减少水泥20kg/m³,。这不但是节约水泥的问题,采用5-40mm的骨料还可以在一定程度上减小混凝土的收缩。石子应按规定进行复试,施工过程中所用的石子的粒径、级配、产地应符合混凝土配合比通知单的要求。③选择适宜的外加剂,外加剂要选用有资质的生产厂家,严格按批量进行复试,有条件的应作外加剂混凝土和普通混凝土的收缩对比试验,尽量避免采用早强型外加剂。除非有特别需要和专业人员指导,不应滥用膨胀剂来减少混凝土收缩。④尽量降低用水量和水泥用量。含水量和水泥用量较高是产生裂缝的主要原因,因混凝土强度等级的不断提高和泵送混凝土的大量使用,两者难有较大的下降空间,但采取一些措施用量还是可以降低的。预控制混凝土的用水量必须控制坍落度,大力提倡使用塑性混凝土,尽量不使用大流动性的混凝土,同时掺加引气减水剂改善混凝土工作性。经验证明,混凝土具有良好的工作性比具有较大的坍落度易于浇筑,如果工作性不良,即使坍落度提高了,反而会使混凝土产生离析,故应将改善工作性放在第一位,并采取增加矿物掺料用量,改善砂石级配,或者掺入引气剂等措施改善混凝土工作性。
3.结语
通过本文的研究分析,我们对钢筋混凝土现浇板裂缝多了一些认识。施工单位要严格按照规范施工,认真解决施工中的问题,保证工程质量。
参考文献:
关键词:建筑工程;混凝土结构设计;问题思考
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
中图分类号:B032.2文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
随着建筑水平的不断提高,对建筑的耐久性提出了要求。可以说,耐久性是现代建筑的具体表现,而混凝土结构设计与建筑的耐久性密切相关。因此,对建筑工程混凝土结构设计及相关问题思考的探讨有其必要性。
一、建筑工程混凝土结构设计
结构,就是指用来承受荷载或者其他作用的空间骨架体系,而这里我们所讲的混凝土结构,简单来讲,就是指用混凝土做成的能够承载的空间骨架体系。一般而言,混凝土结构主要包括素混凝土结构、普通钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构,此外还还与钢管混凝土、钢纤维混凝土、组合结构等等,这些都是建筑工程中所涉及到的一些问题。以下针对混凝土结构设计进行具体的分析:
1.参数分析
首先,抗震设计。在混凝土结构中,地震作用及结构振动特性的分析是其中的一个关键参数,此外,还要荷载统计、初拟梁板柱截面、手算各工况下内力、按荷载规范进行内力组合、复核正常使用及承载能力极限状态等等,需要要设计时,设计人员要对这些参数进行认真的计算和分析,提高参数设计的准确性和精度。
其次,在混凝土结构设计中,还有一个参数就是长期荷载和短期荷载。所谓长期荷载就是指包括混凝土自重、上部承重等在内的长期作用的荷载,而短期荷载,就是指在施工过程中以及在工完工后,短期作用下结构的荷载,具体包括风、人、雨雪、车辆荷载,等等。为此,需要设计人员做好分析与计算,控制好结构的挠度变形,从而来提高结构的安全性与稳定性。
此外,在混凝土结构设计中,采用承载力极限状态计算时对荷载和材料强度有一定的要求,需要用设计值和标准值对比,并通过计算软件,输入材料的强度,采用承载力极限状态计算,进而达到工程要求的设计值。
2.柱的设计
首先,截面设计。建筑工程混凝土结构中柱的截面尺寸,一般都是从下到上逐渐缩短,这样做的主要目的就是了保证设计更加合理,进而节约投资。通常情况下,截面尺寸减少时,其间隔层数要控制在3-5层左右,间隔不可以过密,否则会给施工带来不便,还会造成模板浪费,若是太疏,则可能会增加投资,提高工程造价。同时,对于每一次减少的尺寸最好控制在100-150,为了保证工程结构的竖向刚度,减少范围不可过大也不可过小,在具体的施工中,要以混凝土结构设计规范中的相关规定进行,合理控制柱的高度与宽度;对于柱的截面直径一般要超过 350mm。
其次,箍筋肢距。对于这个阶段的设计,一定要根据工程的抗震设计为标准,控制箍筋肢距的合理性,要求一级抗震设计要小于 200mm,二、三级抗震设计要小于250mm ,四极抗震设计则不可以超过300mm,此外,对于箍筋的水平距离的控制,要根据工程的实际需要,均匀布置,另外,在浇捣混凝土的过程中,要利用导管,将混凝土引到根部位置,然后逐渐浇灌即可。
3.梁的设计
在进行梁的设计,一般框架梁的负筋,只需要根据计算的结果,进行配置就可以,在没有特殊要求下,不需要增加配筋量,同时,还要控制好梁侧纵向钢筋的配置以及箍筋的配筋率,这就需要在框架结构设计时,针对底层地面的高差,确定地梁顶标高,如地面标高为-0.900,则要根据地梁顶标高确定的原则,结合地梁作用,保证柱脚的联系拉结,防止墙体沉降。此外,对于地梁标高确定,要遵循以下设计原则:一、室内正负零以下200MM以下(留室内地坪做法);二、留出进出室内地下管道空间(水、电、燃气等)。
另外,要控制好梁侧纵向钢筋的直径,不可以过大,这样的做的主要目的是为了防止建筑物坍塌。为此,需要设计者对原结构、构件等做好科学设计,并且要为其提供附加的安全保护,提高梁结构的承载力。
二、强化混凝土结构设计有效对策
首先,要加强效应计算,在工程结构设计中,利用结构力学知识,结合设计规范的要求,提高结构可靠度,同时,还要保证设计统一性,以此来提高结构的抗震效果,避免结构剪力变形。
其次,强化截面设计,在实际工作中,根据各个控制截面的面积,合理控制基本构件的抗力,并且要处理好截面面积与抗力的关系,设计人员可以根据结构设计要求,提高截面设计的合理性。
第三,重视构造设计,设计人员要采取有效的构造设计措施,强化混凝土结构的承载力,既要满足建筑的功能需求,也要满足抗震要求,并且在设计图上详细标明。
此外,在结构的设计时,一定以现行的国家规范为标准,设计出的结构不仅要符合“安全、适用、耐久”的要求外,同时还在达到经济性,避免工程施工中不必要的浪费。
总结:
总而言之,在建筑工程中,混凝土结构设计具有一定的复杂性与综合性,尤其是随着时间的发展,相关技术正在不断的进步和完善,与此同时,相关的规范和标准也不断地改变,为此,需要设计人员对现行设计标准进行分析,并严格按照设计要求,提高混凝土结构设计的科学性,保证建筑施工的质量。
参考文献:
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[3]梁敏成.混凝土结构设计及施工中的注意事项[J].中国新技术新产品. 2009(07)
作者简介:
第一作者:赵利侠(1979—),男,汉族,山西闻喜 ,硕士研究生,工程师 单位-中国联合工程公司,毕业院校-合肥工业大学
关键词:道桥专业;项目模块;实践环节;人才培养
中图分类号:G6420 文献标志码:A 文章编号:10052909(2017)02006204
混凝土结构设计原理课程内容丰富,与实际联系较紧密[1],在道桥专业中处于十分重要的地位。分析道桥专业课程体系的特点,课程的定位明确:既是导前课程在实际中的应用,又是后续课程的基础,如图1所示。
从图1中不难发现,混凝土结构设计原理作为专业课程体系的“桥梁”,实践性较强,既在综合应用中巩固了基础课程知识,又在循序渐进的学习过程中为后续课程打下了基础。因此,学生对该课程掌握的情况对专业技能的培养影响较大。文章结合混凝土结构设计原理的特点和课程体系中的定位,对该课程的教学做了探索性思考和总结。
一、混凝土结构设计原理课程教学存在的问题
作为道桥专业的学位课程,该课程的要求较高,但学生掌握的情况不够理想。以三峡大学科技学院为例,课程的最终成绩由闭卷考试的卷面成绩(60%)、实验成绩(20%)和平时成绩(20%)综合评定。从2013级道桥本科专业成绩分析结果来看,达到合格标准的只占70%,优良的只占18%,如表2所示。
结合该课程的特点和学生学习的情况,很多专业教师就教学方法和教学手段的改革进行了探索,提供了较多好的方法和建议[2~4],但仍然存在如下问题。
(一)理论和实践学时不均衡,缺乏实践训练
为强化学生对理论知识点的熟悉程度,混凝土结构设计原理课程的授课往往以理论教学为主,实践环节学时占比较少,部分高校学时分配如表3所示。
(二)教材例}设置过于简化,未结合工程实际
混凝土结构设计原理教材例题的侧重点在于对基本计算理论的巩固,往往在设置时简化了大部分内容,学生在练习的过程中过于依赖例题,缺乏分析思维和解决问题能力的训练。比如矩形截面设计问题,实际工程的设计过程是结构计算简图的抽象结构荷载分析不同荷载的作用效应计算内力最不利的组合截面尺寸的拟定材料的选择设计计算构造性要求变形和裂缝验算结构施工图,而教材由于篇幅的限制和侧重点的不同,将大部分例题的设计过程设定为设计计算构造性要求配筋图,虽然节约了大量教学时间,但不符合工程实际,也渐渐抹杀了学生的创新和分析能力。
(三)课程设计的实践训练过于集中,收效甚微
道桥专业在相应实践教学环节中均会设置混凝土结构设计原理的课程设计,目的是综合训练学生查阅资料、分析问题和设计的初步能力,一般要求学生一周完成设计。课题内容较多,任务量较大,加上同一学期其他专业课程的要求,学生为完成任务要么依赖例题,要么抄袭别人的成果。此外,混凝土结构设计原理的课程设计一般为梁板结构设计,偏向土木工程房建方向,而道桥专业后一学期的桥梁工程课程为混凝土简支梁桥的设计,其大部分内容是重复的,因此,对于道桥专业学生而言,混凝土结构设计原理课程设计的效果不佳。
三、基于项目模块教学方法的探索
专业课程的理论知识是实际工程应用的基础,传统的教学模式使得混凝土结构设计原理课程慢慢地独立于专业课程体系之外,不符合应用技术型人才培养模式的要求,为增强学生的专业综合素质和就业优势,文章以项目模式为基础对该课程的教学做了探索。
(一)项目模块的设定与课程内容的对应
结合道桥专业的需求,将现浇混凝土桥梁工程作为项目模块分解混凝土设计原理课程,设定4个项目模块及10个子模块,与课程内容的对应关系如图1所示。
以项目模块分解课程内容不仅让课程教学更加符合理论应用于实践的宗旨,也让学生在学习过程中逐渐学会了如何解决实际工程中的五大类问题,即材料如何选择?截面如何设计?钢筋用量如何计算?施工图如何绘制?结构质量如何控制?
(二)项目子模块的实践环节
实践教学环节作为理论知识的应用在专业教学中尤为重要,由于条件和学时的限制,传统的混凝土结构设计原理课程实践仅仅是在课程设计中体现,并没有达到综合训练的目的,因此,以项目模块驱动的课程教学在子模块中设定了三大类实践任务和10个训练项目,理论与实践紧密结合,综合训练学生的分析、动手能力,如表4所示。
(三)项目模块教学课程考核方案的思考
考核是学习成果检验的重要环节,也直接引导了学习的目的性。传统的考核方案以闭卷考试为主,使得学生习惯性养成了以应试为目的学习态度,上课敷衍了事,考前死记硬背,逐渐形成了高分低能、无法解决实际问题的怪相。
为培养具有较扎实理论基础和较强实践能力的应用技术型人才,在以项目模块设定的教学模式基础上,对课程的考核方案做了如下思考。
(1)放弃闭卷考试的考查。混凝土结构设计原理课程本身就具有公式多、条件多的特点,记忆大量的公式和公式条件并不是学习该课程的主要目的,学会步骤分析的方法,学会解决不同条件下的实际问题才是学习这门课程的宗旨,显然闭卷考试并不能客观反映学生对课程的掌握程度。
(2)以平时成绩、子模块实践训练项目成绩综合评定。如表5所示考核方案,平时成绩的考核主要训练学生的学习态度,项目设计成绩考核主要强化学生对设计理论和规范的应用,实验成绩考核主要训练学生的动手和分析能力,实训成绩考核主要考查学生对实际工程问题的判断和写作能力。
(3)为增强课程考核要求的约束性,设定学分和学位获得条件,如表6所示。
四、结语
以实际项目模块为基础,将混凝土结构设计原理的理论课程分解到项目模块中,相应的子项目的训练增强了课程实践教学的效果,不仅将理论知识迅速地应用于实践,而且增强了项目所设定的实验的意义,提高了学生学习的兴趣和目的性。
课程的考核方案从学习态度、理论知识掌握程度、资料的搜集及规范的应用、动手能力和实际问题判断能力各个方面综合评价学生的学习情况,在重复训练中提高学生的专业技能,避免了学生以考试为目的,被迫学习的心理,为后续的学习打下坚实的基础,也为同类院校提高专业课程体系的教学质量提供了参考和借鉴。
参考文献:
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[4]陈进,谢孝,等.基于执业能力培养的混凝土结构设计原理系列课程改革[J].高等建筑教育,2010,19(1):51-53.
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.
关键词:高层建筑;结构设计;钢筋混凝土;关键问题
中图分类号:TU97文献标识码: A
在现代高层建筑工程施工中,钢筋混凝土结构的应用已变得非常广泛,在提高建筑结构的安全性、稳定性与耐久性等方面发挥着非常重要的作用。做好钢筋混凝土结构设计是高层建筑工程质量的重要前提保障。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的重要功能,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短肢剪力墙结构的体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
1做好高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要意义
做好高层建筑钢筋混凝土结构设计工作必须要体现设计的重要功能,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的基本要求总结为如下几点:
1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。
1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有助于实现设计目标的耐久性基础。
1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
2.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规律以及规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多。应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的墙肢数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
2.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
2.3结构高度的控制
对于高层建筑超高问题,控制不好会影响建筑结构的抗震性能,应当结合不同级别的设计规范进行控制,出现超高问题就要重新进行结构设计,以保证建筑安全。
2.4建筑结构平面的设计
在进行平面设计的时候尽量选择规则而简单的结构形式,以保证承载能力与刚度符合要求,并可以弱化风力的影响。在设计中尽量少用短肢剪力墙结构,如果必须要用,则必须控制其厚度,截面厚度要控制在30cm以内,每个短肢截面的高厚最大比控制在4~8之间。
3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点
3.1加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。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,尽量取≥12的振型个数,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得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中,要对其面积进行全面的控制,保证其在一定的范围之内,这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中,不但要对建筑的配筋进行不断的加强,而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整,这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。
3.2高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地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。
3.3增强地基承载能力
对于建筑结构的设计而言,地基的设计是整个设计的重要部分,建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此,对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中,进行宏观的把握,要严格的把握地基的承载能力,并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言,其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室,这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小,从而有效的保证了上层结构的牢固性,提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外,在进行建筑地基设计的过程中,还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言,通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。
3.4提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
3.5扭转问题分析和几何中心的确定
为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏,结构和布局应在结构设计合理的前提下,尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下,高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下,街道景观的要求和限制,城市规划的高层建筑,不使用简单的平面结构,不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状,在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。同时,我们应尽可能使结构在一个对称的状态。建筑结构振动周期包括两个方面:结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。
4、结束语
简而言之,钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,应该突出钢筋混凝土结构的特性,结合高层建筑的特点,把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
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关键词:型钢混凝土 设计规程 分析比较。
中图分类号: TV331 文献标识码: A
型钢混凝土结构(简称SRC结构)是以型钢为钢骨并在型钢周围配置钢筋和浇筑混凝土的埋入式组合结构体系。具有强度高、刚度大、抗震性能强等优点,故而被广泛应用于高层与高耸结构、大跨结构和转换层结构等。
1 我国SRC结构设计规范
我国对应用型钢混凝土结构研究起步较晚, 20世80年代才开始对型钢混凝土结构进行较系统的研究。西安建筑科技大学与原冶金部建筑研究总院最早开始研究。为了指引我国型钢混凝土结构的发展,1998年原冶金部参考了日本钢骨混凝土规范主持制定和颁布了我国第一部《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-97)。2002年,由建设部在总结了我国近年来的研究成果的基础上又颁布了《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)。
2 我国两部型钢混凝土规程的设计区别
2.1SRC梁承载能力研究
SRC梁承载能力研究有两部规程,都主要针对比较规则、常见的截面形式,但一般不影响实际的工程应用。对于对称性差、较特殊的截面,规程中相应内容不多。
2.1.1JGJ规程
采用钢筋混凝土计算理论,考虑到构件受力后期粘结失效的客观存在,将混凝土的极限压应变取为0.003,并将《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)中的fcm改为fc,以降低构建承受能力,而新的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)为提高可靠度,统一将fcm改为fc,所以JGJ规程的结果会导致其可靠度较《规范》(GB50010-2002)低。
2.2.2YB规程
采用强度叠加理论,将SRC分为钢结构部分和混凝土部分并分别计算,计算结果为实际承载能力下限值,偏于保守,而且对不对称截面计算精度不高。但计算方便简单,适合于截面试设计
2.2 偏心受压构件正截面承载能力
两部规程关于偏压构件的正截面承载能力计算区别较大。 “YB规程”采用两种叠加模式简单叠加方法和改进叠加方法。计算比较方便,但计算结果相对保守,计算用钢量偏大。“JGJ规程”采用与钢筋混凝土构件正截面承载力计算相同的基本假定,以钢筋混凝土偏心受压柱正截面承载能力计算理论为基本模式,将型钢腹板的应化简化为拉压矩形应力图,采用极限平衡法推导出简化计算方法,并对大、小偏心受压情况分别给出了不同腹板的守弯承载力和受压承载力的计算公式,在一定程度上保持了与钢筋混凝土结构设计的连贯性。“JGJ规程”的计算方法理论依据比较充分,但一般需要进行复杂的数学计算[1]。
2.3梁柱节点抗剪承载能力
两部规程逗分别对由型钢混凝土柱与框架梁、型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁和钢筋组成的节点的设计剪力Vj和节点Vju抗剪承载能力建立了计算公式,并考虑承载力的抗震调整系数。两部规程对于节点核心区剪力设计值的计算,主要差别体现在对节点区柱轴压力有利作用考虑(V)。两部规程虽然逗考虑柱轴压力对节点核心区混凝土约束的有力作用,但“YB规程”在计算公式中直接考虑轴压力的有利作用,而“JGJ规程”则考虑轴压比对混凝土的约束作用、“JGJ规程”更为详细地考虑到在不同抗震等级、不同节点类型情况下轴压力影响的区别,分别建立了不同抗震等级、不同节点类型、不同位置节点(一般层中节点、边节点和顶层节点)的抗剪承载力计算公式[2]。
2.4构造要求
构造要求对型钢混凝土构件的受力性能,尤其是抗震性能的影响很大、两部规程对型钢混凝土构件均提出了详细的构造要求,包括构件的纵筋配置、箍筋加密、保护层厚度、型钢的宽厚比要求和型钢含钢率,以及体积配箍率的要求。相对来说,“JGJ规程”对构造要求的规定更为详细和全面,与“规范”(GBJ10=89)更为接近和相似。
3 结束语
“YB规程”以日本规程为基准,主要根据强度叠加原理建立构件承载力计算理论,计算简单方便,但计算结果偏于保守。“JGJ规程”以我国试验研究为依据,基本上以钢筋混凝土模式建立计算方法,计算过程和计算公式比较复杂,但计算结果比较准确。SRC偏压构件正截面承载能力采用“JGJ规程”计算较为准确,但是计算比较繁琐。SRC梁柱节点的设计计算,采用两部规程的计算结果相差不大。“JGJ规程”采用“规范”(GBJ10-89)的模式,将节点的计算更加细化,准确度有所提高。 “JGJ规程”相对“YB规程”的构造要求更加严格和细化,与“规范”(GBJ10-89)计较相近。两部规程在很多内容上以“规范”(GBJ10-89)为基准,随着新的《混凝土结构设计规范.》(GB50010-2002)的施行,两部规程应该进行相应的修订和统一。
参考文献
【关键词】钢筋混凝土;结构设计;常见问题
1.引言
随着我国的城镇化发展,建筑需求量猛增,尤其是对住宅类建筑的需求,建筑行业随之迅猛发展。钢筋混凝土结构因其具备强度高、延性好、安全系数高和抗震性能好等优点,而被广泛应用于我国建筑物的整体框架建造中。然而近年来,随着建筑技术和科学技术的不断发展,建筑功能逐渐向多样化和全面化发展,钢筋混凝土结构的设计也逐渐向复杂化发展,其设计难度越来越高,因而在设计中出现了诸多问题,严重影响了建筑工程的质量和建筑物的使用寿命,有些甚至造成了施工期结构倒塌事故的发生。因此,针对钢筋混凝土结构设计中的常见问题采取有效措施予以解决,对于提高建筑工程的质量和安全性,保证人民生命和财产安全具有重要的现实意义。
2.钢筋混凝土结构设计中的常见问题
2.1地基与基础设计中的问题
(1)天然地基的独立基础。在进行天然地基的独立基础设计时,有些设计十分不合理,其采用斜面坡度大于1:3的锥体形式,导致锥体部分的混凝土很难振捣密实,只能在现场施工采用人工拍打振捣,然而这种方式处理的混凝土无法达到设计强度要求[1]。(2)地下室底板和外墙配筋。因地下室具有提高建筑地基承载力、增加建筑结构本身稳定性以及减小地震破坏程度的作用,故很多建筑工程都设置地下室结构。然而,设计人员在进行地下室设计时,总是忽略建筑物竣工后楼体的沉降现象,进而引发附加应力对地下室的作用,造成地下室底板承载能力不足而开裂,尤其是采用天然地基的建筑,对其影响更加显著。另外,在地下室底板与外墙配筋的计算中,经常出现计算与实际情况不相符的问题,最终导致外墙水平分布筋过多,竖向受力筋数量偏少以及扶壁柱配筋不足。(3)地下水位的影响。在进行结构设计时,还应考虑地下水位对建筑物的影响,特别是地下水位较高的情况下,更要重视建筑防水与降水问题,否则将在建筑工程后期影响工程的进度和质量。
2.2上部结构设计中的问题
(1)框架-剪力墙结构及其连梁。在进行框架-剪力墙结构设计时,经常出现剪力墙布置不均匀的问题,甚至出现单肢刚度过大的剪力墙,从而导致应力过于集中,严重影响到建筑结构的安全性和稳定性,增大其被地震破坏的可能性[2]。另外,在设计与框架-剪力墙结构相连接的连梁等构件时,如果剪力墙布置不均匀或刚度参差不齐,就会极大增加连梁与框架-剪力墙结构的接触性结构设计难度。(2)梁支座。在建筑钢筋混凝土结构的设计中,很多设计人员将梁与柱子间或梁之间接触的梁支座部分作为不可转动的刚域,设计成固定支座,这样的设计在某些情况下是不合理的。例如,当框架-剪力墙结构的框架梁与剪力墙正面垂直相交,并且剪力墙对梁的约束力较弱时,就不再需要固定的支座。(3)其他设计细节问题。在钢筋混凝土的上部结构设计中,还普遍存在一些细节问题。例如,钢筋混凝土结构局部受力过大导致的挑梁变形与墙体外闪问题;钢筋混凝土结构的侧向位移没有满足规定的侧移限值要求问题;钢筋混凝土构件的钢筋保护层厚度取值问题;框架梁端纵向受拉钢筋配筋率问题等等。
2.3裂缝问题
(1)结构裂缝。在钢筋混凝土浇筑过程中,不同构件间的刚度差异极易导致整体结构中形成刚度薄弱区,从而造成钢筋混凝土中出现裂缝,即为结构裂缝。这种裂缝多出现在建筑物墙角处及楼板的板端处。(2)构造裂缝。不规范的操作和不到位的技术是导致钢筋混凝土结构出现构造裂缝的主要原因。例如,混凝土的水灰比错误;浇筑混凝土时振捣不充分;模板位置发生变化;支架下沉;脱模过早;混凝土养护不利等。(3)温度裂缝。温度裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的裂缝,其形成原因主要是外界温度变化较大时,混凝土随着温差发生热胀冷缩,从而形成裂缝。温度裂缝多出现在建筑结构的屋面层。(4)收缩裂缝。混凝土结构在硬化过程中,会发生化学反应导致水分部分流失,从而造成混凝土收缩形成收缩裂缝。另外,在混凝土结构养护过程中,还会继续发生硬化、碳化和脱水现象,即使在达到28天龄期后也不会停止,这也会形成收缩裂缝。
3.优化钢筋混凝土结构设计的对策
3.1完善地基与基础设计
在进行建筑的地基设计时,天然地基应优先采用阶梯形独立基础,并在设计独立基础间的拉梁时,充分考虑梁坡上扩散角内土的重量,适当增大配筋或混凝土强度,从而保证独立基础间的拉梁结构具有足够的稳定性。对于有地下室的建筑,为防止地下室底板因整体沉降而产生开裂,应在设计时在地下室底板与持力层间采取褥垫处理措施;如果是天然地基,附加应力的影响会更大,这时就需要在地下室底板与持力层之间采取支护的保护措施[3]。另外,对于地下水位季节性变化较大的地区,还应综合考虑不同水位对底板的影响,求出包络图,再依据包络图做好建筑本身的防水和排水设计,并做好配筋设计。在计算配筋时,一定要对地下室底板和外墙采用统一的配筋计算方法,使其标准化和规范化。
3.2优化上部结构设计
首先,在进行框架-剪力墙结构设计时,应遵循多道设防的设计原则,并保证其结构布置及形状的规则性,使整个结构的各部分刚性一致,避免应力过于集中,从而提升钢筋混凝土结构的稳定性和安全性,增强其抵抗外来破坏力的能力。其次,对剪力墙的梁和柱的结构设计,应严格按照强柱弱梁、强剪弱弯和强大节点的要求进行,并在挑梁端头设置构造柱,将每层的挑梁连接在一起,有效避免挑梁变形和墙体外闪,从而提升建筑的抗震性。另外,梁的支座形式应根据工程具体情况来确定,有时设计为铰接支座更加合理,绝不可全部设计为固定式。
3.3加大裂缝控制力度
在进行钢筋混凝土结构设计时,对裂缝的防治处理也是其中的重要内容。在容易产生裂缝的部位应采用预应力混凝土浇筑方式,并在预埋管线时,利用设置支架的方式固定管线,同时在管线交叉部位应用固定接线盒,从而降低各种裂缝出现的几率,提高结构的整体稳定性和牢固性。
4.结束语
钢筋混凝土结构因其具备的强度大、延性好、整体性强等优势而得到广泛应用,但同时也存在着自身重量大、抗裂性不好、性质偏脆等缺点,因此在设计中除了以上问题以外,还存在着诸多问题,而且涉及范围较广。因此,广大设计人员应严格遵循国家的有关规定,结合施工现场实际情况进行不断总结,从而在设计中充分发挥钢筋混凝土结构的优势,进一步提升钢筋混凝土结构设计的科学性与合理性。
参考文献
[1]钱启军.钢筋混凝土结构设计中的常见问题探讨.工业设计,2012(2):106.
【关键词】建筑结构;结构设计;混凝土;温度应力筋;强柱弱梁
我们在建筑设计中都是要严格按照《混凝土设计规范》(以下简称《规范》)的各项标准执行的,但是,在设计中我们发现,对于有些问题,规范中表述的相对笼统,或者这些问题就目前的情况来看,还不能作出更准确的规定,没有办法进一步量化。对于这些问题,我们就要结合实际,发挥主观能动性,科学、严密地进行设计。接下来,我们对设计工作中遇到的实际问题进行一一探讨。
1 建筑结构设计的原则
适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计往往是这五个方面的最佳结合。完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。
结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要,虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。
2 超大跨度混凝土结构的实际取值问题
《规范》中对跨度较大的混凝土结构的最大跨度问题也做了一些规定,最主要的有两条:1)规定钢筋混凝土结构设计和施工的时候要保证两个伸缩缝之间的间距要不大于60m;2)施工过程中,如果采用后浇带分段施工,并且采取一定的措施减小预应力的影响、减少混凝土因温度变化的影响及其变化后可以适当的加大伸缩缝之间的距离。这样的规定是很笼统的,我们在设计、施工的过程中是很难把握的。采取什么样的措施才能保证伸缩缝之间的间距加大而不会对建筑的结构稳定及安全造成影响,在实践中我们发现,影响这一跨度之间距离取值的主要影响因素有两个方面:1)不同地区之间气候不同,环境温度的温差不同;2)混凝土标号不同,它们的预应力收缩情况不同。我们以某地区为例,这个地区的气候相对比较温暖,环境温差比较小,实践中我们发现单层混凝土结构的最大跨度可以达到70m,我们对这个地区大跨度混凝土结构进行抽样调查以后发现在这个区域如果钢筋混凝土的跨度超过70m,就必须采取相应的措施,如果小于这个取值则不用采取特别的措施,建筑物不会出现明显的裂缝。但是,在增大伸缩缝间距的情况下,对梁柱配筋问题要进行必要的调整。因为当我们增加钢筋混凝土跨度的情况下,中部区域和一些角落部分的预应力情况会发生明显的变化,因此,我们可采取以下几点措施:1)钢筋混凝土结构中的长向钢筋要加强,尽量采取双层设计;2)较大面积混凝土结构中间部分除了增加配筋外,还要特别注意两侧梁柱和边梁的预应力影响;3)在框架结构的长度超过70m的时候应该采取添加防裂添加剂等特殊的措施;4)做好结构的预应力分析,充分考虑当地的温度变化情况。
3 温度应力筋的设置问题
温度对钢筋混凝土结构的影响是很大的,所以在设计时要在必要的时候视具体情况设置温度应力筋,关于这一点,《混凝土结构设计规范》中也作出了规定,但是表述的不够明确,只是说在受温度收缩应力影响较为严重的地方,钢筋与钢筋之间的距离应在15mm~20mm之间,同时,在未配筋表面一般情况下要布置一定数量的温度收缩筋,在现浇板面上的配筋率要大于0.1%。实际上,温度收缩应力较大区域的概念我们是很难把握的,在设计的过程中,技术人员所采用的标准是有差异的。根据我们设计过程中的总结,我认为在面积较小、结构上较短的建筑部分,应该在楼面的边跨部分和屋面等关键的部位设置一定的温度应力筋,防止因为温度的变化出现裂缝。在较长的钢筋混凝土结构中,要尽量采用双层结构筋的设计。对于地下室的处理,当筏板的厚度在12cm以上时,为了防止温度对建筑结构的影响,可以在筏板中间部分设置温度应力筋,这也是防止大体积混凝土结构产生温度应力收缩时通常采用的重要措施。对于这种情况我根据自身实践经验认为,配筋量应该为1/2筏板厚的0.1%。
4 钢筋混凝土结构梁柱抗震设计问题
对于钢筋混凝土的抗震问题,我们在设计中通常是坚持强柱弱梁的原则,这是结合我们设计中能达到建筑物遇到小的地震时不被损坏,遇到中型地震后能够修复,遇到大的地震时整个建筑物不倒塌的目标而提出来的,并且一直以来我们设计人员也是这样坚持的。提出的所谓强柱弱梁主要是考虑到如果一个建筑物的梁坏了,只会导致建筑物局部受到损坏,但是如果柱子坏了,就会导致建筑物的整个受力结构发生变化,出现整体建筑坍塌的现象。但是,在实际操作过程中我们发现,建筑物的柱也不是越强越好,柱的轴压比也不能太高,如果轴压比过高,在大地震发生时将对建筑物的边柱产生最少30%以上的附加轴力,这对建筑物的安全问题是致命性的。因此,不是强柱弱梁就一定能够保证建筑物不倒塌。我们通常要注意以下几个方面:1)控制好建筑物的柱轴压比,保证这个比率在各种建筑物中不超过1%,并且要对重点部位的柱断面和配筋进行特别处理,对角柱和边柱要加强,通常要加密箍筋。2)科学配置框架柱和小截面柱的钢筋,确保不小于20,矩形的柱面我们要采用对称配筋的方法,增强稳定性。3)巧妙设计梁配筋,对于梁的配筋来说我们应该加强梁中部的配筋,而支座部分的配筋可以根据情况适当降低,这样有利于形成梁铰机制,当地震发生时,因梁端的塑性铰作用而增加柱的实际承载能力。
5 附加钢筋的使用问题
我们在设计中总会遇到一些设计人员出于对建筑整体牢固性的考虑,不经过力学分析而保守的设置一些附加筋。但是我们都知道,如果没有经过计算,没有经过严格受力分析就这样做,如果这个附加筋是多余的,那就是资源浪费。这种情况最多的出现在梁上起柱和次梁的设计中,有些设计人员就是在梁上盲目的设置一些附加钢筋,实际上,这样做是没有必要的。《规范》中有这样的规定:“位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋(箍筋,吊筋)承担,附加横向钢筋宜采用箍筋。”为什么还有这么多设计人员这么做,是因为他们错误的认为次梁或者柱的负荷会落在主梁的截面上,因此,通常都设置了横向钢筋。我们稍加分析就知道,这个负荷不是通过柱内钢筋传递的,而是通过柱面钢筋混凝土传给梁的,因此,在梁中设置横向附加筋是多余的。
一、混凝土结构课程特点
1. 课程内容
混凝土结构设计课程为土木工程专业必修的重要专业基础课,该课程主要包括以下内容:钢筋混凝土结构基本构件(其中包括受弯构件、受剪构件、受压(拉)构件、受扭构件等)设计、预应力混凝土结构设计的基本原理、钢筋混凝土楼盖结构设计、工业厂房设计等内容。通过本课程的学习可使学生掌握工程结构的受力性能分析、设计方法、以及如何利用现有的规范对结构进行设计,为以后进一步的学习结构设计等其它专业课程打下良好的基础。
2. 课程特点
作为土木工程专业的一门重要的学科基础平台课程,混凝土结构课程与前续课程理论力学、材料力学、结构力学及建筑材料等课程密切相关,又是后续课程高层建筑结构、砌体结构、特种结构、抗震结构设计等专业课程学习的基础。它有理论基础,又包含很多经验公式,混凝土结构设计原理中受弯、受压构件承载力的计算,有较好的简化力学模型,易于理解。而抗剪承载力、变形、裂缝宽度计算多采用半经验半理论公式。抗扭承载力计算则基于试验资料的统计而给出经验公式,不易从理论上理解。解决一个问题往往需要不止一个而是一系列的经验公式,公式中含有的符号众多。另外,混凝土截面的延性、耐久性设计为概念设计。
混凝土结构课程的学习应结合相关的现行行业规范。《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)是教学的重要规范依据,其中条文较多,在学习课本的基础上与规范相结合,理解规范条文,明确构造要求。
混凝土结构课程设计实用性强,一般为:楼盖设计和单层厂房设计。课程设计是对整个教学效果的总结和应用,与工程应用技能的培养紧密相关,课程设计教学的效果决定了综合性应用技能培养的成效。
同时随着建筑科学的先进技术的发展,教学内容不断更新,以及“大土木”的宽口径教学计划的要求,课时普遍被压缩,从而造成学时减少、内容增多的矛盾,所以有必要调整目前的传统教学模式,以适应新的教学要求。
二、混凝土结构课程教学存在的主要问题
1. 教材问题
从教育教学改革的目标要求看,缺乏适用于一般院校特别是专科层次的,在体系、内容与阐述方式等方面均有所突破的教材。笔者曾主讲过工程造价、工程管理等专业的混凝土结构、建筑结构等课程,从接触的各类本专科教材看,混凝土结构教材体系编排雷同,内容没有变化,缺乏个性和特色。例如:现有教材依然按照专门化人才培养模式安排内容,由学习基本构件设计开始,然后是混凝土结构设计,两部分内容相互割裂、缺乏联系。又如,在基本构件部分过于重视破坏机理的研究和理论推导,很容易使学生陷入概念、符号、公式、系数中,对学习产生畏惧感、丧失信心、失去兴趣。又如,对结构构件只强调局部而不是整体,其结果是学生较孤立地学习了一些设计理论,却不能理解结构应具备的功能,搞不清一个具体的工程结构应承受和传递哪些荷载,以及为保证传递过程的完成而采取的各种措施,在头脑中并未建立起较清晰的整体结构概念,不利于学生综合能力的培养,即使靠课程设计、毕业设计的训练也难以弥补学生这种先天不足。因此,对讲授内容深广度的把握基本取决于教师本人,带有一定的随意性和盲目性,在学时减少的情况下,教师为保证基本构件部分的理论体系完整,常常是删减结构体系和实践性较强的内容。
2. 教学安排问题
混凝土结构是一门理论性、工程实践性均很强的应用科学,既需要力学、数学、材料学等课程作基础,又需要涉及实际工程结构物。在教学安排上,专业基础课和专业课缺乏必要的联系,未形成完整的体系,专业基础知识没有真正起到基础和支撑专业课的作用,加之混凝土结构理论内容丰富、工程实践性强,致使该课程普遍存在教师难教、学生难学的问题,学生不能将所学知识真正融会贯通,建立起较清晰的结构概念。例如,力学课程中并没有深入讲授多跨连续梁内力的计算方法以及内力包络图的概念和求法,致使混凝土结构课程中的梁板结构设计中的计算方法和理论相对于学生的知识体系来说,有一些高不可攀,很多学生在学习基本构件时还得心应手,到了梁板结构这一部分就很难领会其中的精髓,从而丧失学习兴趣。
3. 教学方法缺乏针对性
多年来我们习惯了以教为中心的教学模式,教学中主要采用的是灌输式的教学方法,教学时过分注重课程本身的完整性却忽视了课程的针对性和实用性,忽视了对学生的学习能力、创造性思维能力、综合分析问题和解决问题能力的培养,没有充分发挥学生在教学活动中的主体作用。另外,教学过程中只注重讲授书本知识,而忽略了理论与实践相结合。在教学过程中不注重规范的讲解与应用,没有使学生养成查规范的良好习惯,使学生感觉知识比较抽象,即使完成了楼盖、工业厂房的课程设计,学生对结构设计的基本思想也没有掌握,教学效果不够理想。
三、对混凝土课程教学改革的几点建议
1. 教学内容的改革
课程内容要精减、优化,突出重点,讲透难点,避免教学资源的浪费。例如,在建筑工程相关的专业中,钢筋和混凝土的材料性能在《建筑材料》、《建筑工程施工》、《混凝土结构》、《建筑构造》、《建筑力学》等多门课程中重复出现。对于类似先修课程中已将讲授过的知识可以取消,保证知识结构体系在全面无遗漏的基础上简洁明快,有利于学生接受。另外,对一些复杂的且有经验系数引入的公式的讲解过程中,应以重点内容为主线,避免大段公式的推导,只讲思路、脉络、公式符号含义、应用条件、物理意义等,如等效矩形应力图形混凝土受压区高度x、偏心距增大系数η等。
在精简教学内容的同时,要求教学目标和教学内容适应面要宽,要抓住培养学生工程综合能力这条主线,适当补充教材上没有的教学内容,缩短学生从毕业到将来参加实际工作时在知识上的差距。例如,在设计方法一章中,增加了由原始资料求荷载效应的例题和作业,有目的地训练学生结构设计中“导荷载”的能力。对于恒荷载,可以根据构件建筑构造,从荷载规范中查出相应材料重力密度,进而计算出面荷载,对于活荷载可以从荷载规范中查出。对正常使用极限状态,要让学生自己从荷载规范中查出相应荷载的组合值系数、准永久值系数和频遇值系数。另外,教学内容中还应融入建筑法规的教育和职业道德的内容,在潜移默化中培养学生良好的质量意识、责任意识等职业素质。同时,要加强理解现行规范(如混凝土结构设计规范(GB50010-2010)、建筑结构荷载规范(GB50009-2012)、混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002,2011版)、建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)等),使学生知识结构与现行规范相结合,不与实际工作相脱节。
教学内容也要体现本学科的科学研究和工艺、技术改进的新信息和最新成果,充分反映学科前沿的动态,注重对学生创新意识和创新能力的培养。在教学过程中,不能只局限于书本上的内容,而应当跟踪国内外土木工程学科的先进成果,把新理论、新方法、新材料、新技术、新工艺及时融入于课程之中,如增设新型混凝土结构体系设计原理与应用方面的内容;介绍诸如高强混凝土结构、钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构、纤维混凝土结构、新型楼盖结构等内容,以此扩大学生的视野,激发其上进心和求知欲。
随着计算机分析软件及绘图软件的普及和大量使用,出现了计算机分析和绘图逐步取代传统手算方法和手工绘图的趋势,特别是对大型和高层建筑结构的设计更是如此。计算机技术的飞速发展以及计算机。因此,在混凝土结构课程的教学中,也应加强对学生计算机分析和绘图能力的培养;重视训练学生的空间想象能力和创新思维能力。使理论内容的讲授和计算机设计能力的培养协调同步进行是当前教学的迫切需要。
2. 教学方法的改革
为了增强课堂教学的互动性,可以采用“讨论式”启发性的教学方法,通过写读书报告,学生上讲台,课程重点、难点专题讨论等方式激发学生的学习积极性,将教师的主导与学生的主体作用合理地结合起来,师生互动,提高教学质量。必要的时候也可以采用看录像、做试验的方式。例如,对于材料的实际性能特点和构件的实际受力行为,安排课时让学生亲自动手操作实验,若不能做实验则可以采用播放录像的方式让学生了解一些实验过程,同时把先进的应用软件运用于多媒体教学实验设计中,发挥多媒体在教学中的优势,帮助学生理解课程内容,加强学生的空间概念和感性认识,从而提高教学和学习效率。
教师在传授理论知识的同时要和实际工程联系起来,例如,开课之前带领学生进行认识实习,使学生对梁桥等常见的结构形式和梁、板、柱等常见的基本构件建立一些初步直观的认识;在讲到混凝土构件时,应结合教室内的梁、板、柱构件进行讲解;在讲到厂房结构的组成时,可以把学生带到学校的结构实验大厅(单层厂房结构)内进行现场讲解,学生很快就明白了课堂教学的内容,由此可知到工程实地讲解,通俗易懂,使学生有较深刻的感性认识,加深对所学理论知识的掌握,同时还可以培养学生对周边环境建筑的观察力,激发学生的学习兴趣。
由于学时有限,我们不可能讲解教材上的所有内容,也不能讲授的内容平均分配时间, 重点内容应该多安排课时进行精讲,比如受弯构件的正截面和斜截面承载力计算就应该是整本书的重中之重。
由于混凝土结构设计课程符号、公式的数量很多,对初学者来说,要在短时间内完全记住困难较大。考试时不妨借鉴现在的执业资格考试的形式,就是采用完全开卷的方式,既允许学生把自己认为考试时需要参考的内容写在一张备考纸上,考试时只准许带该备考纸,不得再带其他任何相关资料,在交卷时,备考纸与试卷一并交回,并且作为平时成绩的一部分。从几年的实行情况看,这种考试方法效果比较好,主要表现在:学生不必再像闭卷考试时对概念、公式进行死记硬背,可以将学习重点转向对概念、公式的理解、应用,提高了分析问题解决问题的能力,这在后续的课程设计中有所反应,学生表现出较强的综合应用知识能力和解决实际工程问题的能力。课程设计考核中,可以采用计算书、结构施工图纸的评定与课程设计答辩相结合方式进行。软件应用与课程设计紧密相关,故可以不做单独考核。
关键词:建筑;现浇混凝土结构;后浇带施工
中图分类号: TS958 文献标识码: A
概述
当增大结构伸缩缝间距或者不设置伸缩缝时,为防止结构开裂,可以加设后浇带。后浇带两侧应采用钢筋支架钢丝网隔断,并由结构设计人员确定两侧断面形式,保持内部清洁,做好钢筋的除锈,将两侧混凝土凿毛,涂刷界面剂,浇筑完毕注意养护。施工后浇带的设计和施工直接影响到结构的安全性与经济性,应做好后浇带的设计与施工,确保结构的质量。
一、关于混凝土结构认识
(一)什么是混凝土结构
以混凝土为主要材料制成的结构成为混凝土结构
(二)混凝土结构的类型
素混凝土:素混凝土是针对钢筋混凝土、预应力混凝土等而言的。素混凝土是钢筋混凝土的重要组成部分,由水泥、砂(细骨料)、石子(粗骨料)、矿物参合料、外加剂等,按一定比例混合后加一定比例的水拌制而成。当构件的配筋率小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时,应视为素混凝土结构。
钢筋混凝土:当在混凝土中配以适量的钢筋,则为钢筋混凝土。
预应力混凝土:预应力混凝土是在混凝土结构构件承受荷载之前,利用张拉配在混凝土中的高强度预应力钢筋而使混凝土受到挤压,所产生的预压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力,也就提高了结构构件的抗裂度。
(三)现浇混凝土结构的优缺点
优点和其他材料的结构相比,混凝土结构的主要优点是:整体性好,可灌筑成为一个整体;可模性好,可灌筑成各种形状和尺寸的结构;耐久性和耐火性好;工程造价和维护费用低。缺点主要缺点是:混凝土抗拉强度低,部分地采用了钢筋混凝土楼板。容易出现裂缝;结构自重比钢、木结构大;室外施工受气候和季节的限制;新旧混凝土不易连接,增加了补强修复的困难。
二、关于后浇带的几点认识
(一)什么是后浇带及后浇带的作用和种类
后浇带是指在现浇整体钢筋混凝土结构中,只在施工期间留存的临时性的带形缝,起到消化沉降收缩变形的作用,根据工程需要,保留一定时间后,再用混凝土浇筑密实成为连续整体的结构。随着社会经济的发展,城市中超长结构,大底盘多塔式结构或形体不规则结构的建筑不断涌现。特别是对地下防水有特殊要求的超大面积地下建筑的不断出现。广大建筑师为了建筑立面及空间使用功能的要求,又往往希望结构工程师不留变形缝。这就要求在结构设计中,设计者必须认真对待由于超长给结构带来的不利影响,因为在《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002,以下简称混凝土规范)中,对钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距有着严格的要求。当增大结构伸缩缝间距或者是不设置伸缩缝时,必须采取切实可行的措施,防止结构开裂。在适当增大伸缩缝最大间距的各项措施中,可以在结构施工阶段采取必要的保温等防裂措施,用以减小混凝土收缩不利影响,或者用设置施工后浇带的方法增大伸缩缝最大间距。我国建筑施工常用的做法是设置施工后浇带。当建筑物存在较大的高差,但是结构设计根据具体情况可不设置永久变形缝时,例如高层建筑主体和多层(或低层)裙房之间,也常常采用施工后浇带来解决施工阶段的差异沉降问题。这两种施工后浇带,前者可称之为收缩后浇带,后者可称之为沉降后浇带。
(二)后浇带的设计
当建筑结构的平面尺寸超过混凝土规范规定的伸缩缝最大间距时,可考虑采用施工后浇带的方法来适当增大伸缩缝间距。但一般地上结构由于受环境温度变化影响较大,所以伸缩缝最大间距不宜超过混凝土规范限值过多,同时应注意加强屋面保温隔热,采用可靠的、高效的外墙外保温,并适当提高外纵墙、山墙、屋面等重要部位的纵向钢筋配筋率。地下室结构超长的情况较为常见,除地下室顶板和处于室外地面以上的地下室外墙受温度变化影响相对较大外,地下室内部和基础结构在使用阶段受室内外温度变化影响较小,需解决的主要问题是混凝土收缩应力对结构的影响。除在施工阶段设置后浇带外,应该加强地下室顶板及地下室外墙的配筋,建议纵向钢筋应尽可能选择直径较小的,一般10到16即可,间距尽量选择较密的,且宜不大于150mm。
当地下室结构长度超过规范规定长度较多时,单靠设置后浇带是不足以解决混凝土收缩和温度变化问题,可以考虑采用补偿收缩混凝土,在适当位置设置膨胀加强带。但是必须指出的是后浇带是不能替代伸缩缝的作用。因为后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩,它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中。有一些结构设计者将后浇带和伸缩缝等同起来的看法是错误的,因为两者的作用并不相同。
对高层建筑主体与裙房之间是设置永久变形缝,还是在施工阶段设置沉降后浇带,应该根据建筑场地地基持力层土质情况、基础形式、上部结构布置等条件综合确定。当地基持力层土质较好,例如高层建筑基础做在基岩层或卵石层上,或采用桩基时,高层建筑沉降变形量较小,此时可考虑采用施工后浇带而不设置永久变形缝,将高层建筑与裙房基础(或地下室)连成整体。
对于施工后浇带的位置的布置,应根据基础和上部结构布置的具体情况确定。后浇带应设置在结构受力较小处,一般在梁、板跨度内的三分之一处,结构弯矩和剪力均较小,且宜自上而下对齐,竖向上不宜错开,后浇带间距一般为30米到50米。在高层建筑与裙房之间设置后浇带时,后浇带宜处于裙房一侧,且在结构设计上,应注意加强高层建筑与裙房相连部位的构造,提高纵向钢筋配筋率,用以抵抗后浇带封闭后由剩余差异沉降差所引起的结构内力。后浇带部位的钢筋一般不宜断开,而应让钢筋连续通过,即只将后浇带处的混凝土临时断开。
三、混凝土结构中后浇带的施工
(一)适用范围
本方法适用于高低结构的高层住宅、公共建筑及超长结构的现浇整体钢筋混凝土结构中后浇带的施工,其他有特殊要求结构中的后浇带可参照本方法施。
(二)施工工艺
1.由于施工原因需设置后浇带时,应视工程具体结构形状而定,留设位置应经设计院认可。
2.后浇带的保留时间。应按设计要求确定,当设计无要求时,应不少于40天;在不影响施工进度的情况下,应保留60天。
3.后浇带的保护。基础承台的后浇带留设后,应采取保护措施,防止垃圾杂物掉入。保护措施可采用木盖覆盖在承台的上皮钢筋上,盖板两边应比后浇带各宽出500毫米以上。地下室外墙竖向后浇带可采用砌砖保护。楼层面板后浇带两侧的梁底模及梁板支承架不得拆除。
4.后浇带的封闭。浇筑结构混凝土时,后浇带的模板上应设一层钢丝网,后浇带施工时,钢丝网不必拆除。后浇带无论采用何种形式设置,都必须在封闭前仔细地将整个混凝土表面的浮浆凿除,并凿成毛面,彻底清除后浇带中的垃圾及杂物,并隔夜浇水湿润,铺设水泥浆,以确保后浇带砼与先浇捣的砼连接良好。地下室底板和外墙后浇带的止水处理,按设计要求及相应施工验收规范进行。后浇带的封闭材料应采用比先浇捣的结构砼设计强度等级提高一级的微膨胀混凝土(可在普通混凝土中掺入微膨胀剂UEA,掺量为12%-15%)浇筑振捣密实,并保持不少于14天的保温、保湿养护。
(三)后浇带的施工及应注意的问题
施工中必须保证后浇带两侧混凝土浇筑质量,防止漏浆,或混凝土疏松。后浇带两侧应采用钢筋支架钢丝网隔断,并由结构设计人员确定两侧断面形式,当地下室有防水要求时,地下室后浇带不宜留成直槎。施工单位应指派专人负责保持后浇带内的清洁,防止后浇带内的钢筋锈蚀,或钢筋被压弯、踩弯。在封闭施工后浇带之前,应将后浇带内的杂物清理干净,做好钢筋的除锈工作,并将两侧混凝土凿毛,涂刷界面剂,后浇带混凝土应比两侧混凝土强度等级增大一级,并且采用掺加了微膨胀剂的补偿收缩混凝土浇筑。后浇带混凝土浇筑时,宜控制其环境温度低于两侧混凝土浇筑时的环境温度,并应有专人负责。后浇带混凝土浇筑完毕后,应注意做好养护工作。
施工后浇带的封闭时间,一般来讲,对于收缩后浇带,不宜少于两个月,通常认为这时候混凝土的收缩变形已经完成60%以上;对于沉降后浇带,应等高层建筑主体结构封顶后再浇筑后浇带混凝土,即要求高层建筑先施工、先沉降,以释放一部分高层与裙房之间的差异沉降;或者根据沉降观测,当高层建筑结构施工到一定高度时,若高层建筑的沉降量较小,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,亦可以提前浇筑后浇带混凝土。
在封闭后浇带之前,结构设计者应在图纸上明确提出后浇带附近一定范围内不应允许施工堆放材料,限制施工荷载,并做好后浇带两侧的临时支护。特别是目前很多工程中,施工采用快拆体系的模板,这时候更要注意后浇带附近的支护质量,防止在拆除模板过程中,由于支撑松动、移位等造成结构开裂。此外,后浇带的混凝土因一次浇筑量小,因而通常采用现场搅拌混凝土的方法,且后浇带应用强度等级提高一级、早强、补偿收缩的混凝土浇筑,所以应单独申请混凝土配合比。施工中应提前做好水泥、砂、石和外加剂及掺合料的进场检验和试验工作,及时申请混凝土配合比。浇筑时认真计量,在混凝土浇筑时按规定留置标准养护试件和同条件养试件,用以检验和证明后浇带混凝土的强度。混凝土浇筑后应重视其养护工作,及时的养护可使混凝土在潮湿的环境中硬化,水泥水化生成物堵塞毛细孔隙。提高混凝土的密实度和抗渗性。后浇带可以有效地减少收缩应力,在施工后期,把后浇带砼浇上,使工程变成整体,以利用“后浇带”办法控制裂缝并达到不设置永久伸缩缝的目的。通过设计单位、施工单位认真设计、精心施工,一定能在工程实践中收到较好的效果。
(四)效益分析
通过设置后浇带,使大体积混凝土可以分块施工,加快了施工进度,缩短了施工工期。由于不设永久性的沉降缝,简化了建筑结构设计,提高了建筑物的整体性,同时也减少了渗漏水的因素。
四、结语
通过设置后浇带,使大体积混凝土可以分块施工,加快了施工进度,缩短了施工工期。由于不设永久性的沉降缝,简化了建筑结构设计,提高了建筑物的整体性,同时也减少了渗漏水的因素。
参考文献:
1.高层建筑施工(中国建筑工业出版社2003)
2.建筑施工技术(中国电力出版社2009)
3.混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)