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混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法范文第1篇

【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土柱；型鋼混凝土柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑物的要求也越來越高。各種新技術(shù)被應(yīng)用到建筑業(yè)中，對(duì)于建筑物來說基本的設(shè)計(jì)就是建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)前在建筑中應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)是：剛一混凝土組合結(jié)構(gòu)。經(jīng)過不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也更加的成熟，并逐漸的向結(jié)構(gòu)體系方面發(fā)展。承重構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件是組合結(jié)構(gòu)體系中最主要的構(gòu)成部分，一般采用的是型鋼混凝土和鋼管混凝土。將兩種結(jié)構(gòu)相結(jié)合應(yīng)用，可以提高建筑結(jié)構(gòu)的受力性能。在結(jié)合這兩種結(jié)構(gòu)的是要注意二者之間的差異，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)要注意到這一點(diǎn)。

1.鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)與型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)工作原理比較

鋼管混凝土是指將混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)形成的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。由于混凝土不是一種均勻的材料，混凝土中砂石和骨料之間會(huì)有一些縫隙，當(dāng)超過混凝土的承受力時(shí)，混凝土的縫隙會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，使得混凝土分成若干與軸向壓力方向大致平行的微柱，進(jìn)而破壞混凝土。將混凝土填入到圓形鋼管內(nèi)，鋼管可以提供給內(nèi)部混凝土側(cè)向壓力，進(jìn)而限制混凝土之間的縫隙繼續(xù)擴(kuò)大，提高從而提高混凝土的抗壓性能和變形能力。在一些比較薄的鋼管內(nèi)部填入混凝土，內(nèi)部的混凝土對(duì)鋼管也起到了一定的支撐作用，可以防止鋼管承受壓力過大后發(fā)生變形和失穩(wěn)。通過以上分析總結(jié)出了鋼管混凝土柱的工作原理：鋼管混凝土柱利用的鋼管對(duì)內(nèi)部混凝土的側(cè)向壓力來達(dá)到約束混凝土的目的，鋼管內(nèi)部的混凝土受到的是三個(gè)方向上的應(yīng)力，限制了混凝土的縱向裂變，同時(shí)提高了混凝土的抗壓性能和壓縮能力。而在鋼管內(nèi)部填筑混凝土以后，可以提高鋼管本身的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了鋼管混凝土的抗壓性能。

型鋼混凝土柱是指在配置混凝土?xí)r采用型鋼作為主要的受力骨架，其他的構(gòu)件采用鋼筋來受力。在配置混凝土?xí)r加入型鋼，使得混凝土和型鋼能夠相互制約。型鋼可以制約混凝土，提高混凝土的強(qiáng)度；而型鋼被混凝土包圍在內(nèi)側(cè)，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的承載力超過構(gòu)件以后，型鋼的局部不會(huì)發(fā)生變形。型鋼混凝土柱的承載力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼筋混凝土柱，由于型鋼混凝土柱的型鋼是集中配置的，鋼筋混凝土中的鋼筋是分散配置的，因此型鋼混凝土柱的剛度要比鋼筋混凝土剛度高。

2.鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)與型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)計(jì)算方法比較

在計(jì)算鋼管混凝土承載力時(shí)參考的是套箍指標(biāo)，反應(yīng)鋼管混凝土的組合作用和受力性能的一個(gè)重要參數(shù)就是套箍指標(biāo)，數(shù)θ=As ×fs/ fc ×Ac ， θ范圍在0.3～3 之間， 下限0.3 是為了防止鋼管對(duì)混凝土的約束作用不足而引起脆性破壞， 上限3 是為了防止因混凝土強(qiáng)度等級(jí)過低而使結(jié)構(gòu)在使用荷載下產(chǎn)生塑性變形[1]。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：當(dāng)0 .3 ≤θ≤3 時(shí)，在正常的使用環(huán)境下，鋼管混凝土構(gòu)件的工作性能具有一定的彈性，當(dāng)達(dá)到一定的承載力以后鋼管混凝土依然有很好的延展性。在這種情況下，鋼管混凝土柱的抗壓性和承載力都得到了最大化的發(fā)揮，可以有效的避免因鋼管混凝土柱不穩(wěn)定而降低混凝土柱的承載力和軸心力的偏移，此外還要注意鋼管混凝土的長(zhǎng)度和粗細(xì)的比例，其比值不能大于20（L＼D≤20），而軸壓力的偏心率不能大于1（e0＼rc≤1）。當(dāng)θ≥0.9時(shí)，在鋼管混凝土柱的應(yīng)力――應(yīng)變曲線中沒有下降的情況，當(dāng)軸壓比為1時(shí)，鋼管混凝土的抗彎能力仍滿足構(gòu)件的需求，在這種情況下可以不用限制軸壓比[2]。為了增強(qiáng)型鋼混凝土的延性和耗能性能，需要控制型鋼混凝土的軸壓比，在計(jì)算型鋼混凝土的軸壓比時(shí)可以用：N/（fc ×Ac + fa ×Aa）這個(gè)公式來計(jì)算。

3.型鋼混凝土柱與鋼管混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過分析鋼管混凝土柱和型鋼混凝土柱的工作原理和計(jì)算方法，可以看出這兩種結(jié)構(gòu)的混凝土都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在設(shè)計(jì)和實(shí)際的應(yīng)用中，就要注意二者的不同，選擇合適的結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：第一，因?yàn)殇摴苣軌蛑萍s內(nèi)部的混凝土，使得混凝土受到三個(gè)方向上的應(yīng)力，提高了混凝土柱的抗壓強(qiáng)度。第二，填在鋼管內(nèi)部的混凝土又可以控制鋼管，防止鋼管發(fā)生局部的彎曲和變形，從而很好的提高了鋼管的抗壓強(qiáng)度。第三，與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱的抗扭承載力和抗剪強(qiáng)度也都得到了很大的提升。此外，也提高了內(nèi)部的混凝土的抗壓強(qiáng)度，使得混凝土能夠發(fā)揮出高強(qiáng)度混凝土的作用。第四，與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土需要承載的壓力更高，不用控制限壓比，混凝土柱截面的面積可以縮小到一半以上。第五，與型鋼混凝土柱相比，型鋼混凝土需要承載的壓力是鋼管和混凝土單獨(dú)承載力之和的2倍，因此可以減小截面的面積[3]。外部的鋼管對(duì)內(nèi)部的混凝土產(chǎn)生的套箍作用，當(dāng)柱發(fā)生破壞時(shí)，由直接性的破壞轉(zhuǎn)化為延性破壞。當(dāng)θ≥0.9時(shí)，在往復(fù)水平荷載的作用下，柱的延性得到了提升，具有很大的延性系數(shù)值。第六，采用的是管壁比較薄的鋼管，不用為了加厚鋼管而進(jìn)行額外的焊接加工工序。第七。在鋼管內(nèi)部填入混凝土以后，混凝土可以吸收外部的熱量，進(jìn)而提高了柱的耐火性能，進(jìn)而節(jié)省了一部分防火涂料。缺點(diǎn)是：鋼管混凝土容易產(chǎn)生橫向的壓縮和變形，對(duì)于樓層比較高的建筑來說，會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn)。與型鋼混凝土相比，其連接點(diǎn)的的工序要復(fù)雜的多，在實(shí)際的施工過程中，澆筑樓板的混凝土要比澆筑鋼管混凝土快的多。為此在施工階段時(shí)，為了限制鋼管的初始?jí)簯?yīng)力，需要依據(jù)施工階段的荷載來計(jì)算和驗(yàn)證鋼管的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：第一，與單純的鋼結(jié)構(gòu)相比，型鋼的混凝土柱外包的混凝土可以有效的抑制內(nèi)部型鋼的彎曲和變形，同時(shí)還能改善型鋼的平面外扭轉(zhuǎn)屈曲性能，從而充分的發(fā)揮鋼骨的鋼材強(qiáng)度，能夠節(jié)省大約一半以上的鋼材。第二，由于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼比比較大，當(dāng)發(fā)生地震或刮大風(fēng)時(shí)，可以防止建筑物結(jié)構(gòu)的變形。第三，外包的混凝土可以延長(zhǎng)混凝土柱的使用壽命，增強(qiáng)柱的耐火性能。第四，與單純的鋼筋結(jié)構(gòu)的混凝土柱相比，型鋼混凝土的壓彎承載力和受壓剪力都得到了很大的提升；同時(shí)框架梁到柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能也得到了改善；低周往復(fù)荷載下的構(gòu)件滯回特性、耗能容量以及構(gòu)件的延性均有較大幅度提高[4]。第五，構(gòu)件中的鋼骨可以作為施工階段的荷載，將構(gòu)件模板懸掛在鋼骨上， 就可以同時(shí)對(duì)多個(gè)樓層進(jìn)行灌澆混凝土等作業(yè)， 提高了施工的效率。型鋼混凝土的缺點(diǎn)是：不僅要制作和安裝鋼結(jié)構(gòu)，還要安裝支護(hù)模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土，工序繁瑣、工作量大，加大了施工的難度。在設(shè)計(jì)的過程中，工程師應(yīng)該結(jié)合工程的實(shí)際情況，盡量的發(fā)揮出這兩種柱的優(yōu)點(diǎn)，有效的避免缺點(diǎn)，從而才能體現(xiàn)出這兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。

4.結(jié)束語

通過分析鋼管混凝土柱和型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)的工作原理和計(jì)算的方法，對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。為了充分的發(fā)揮這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分的注意到二者結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并應(yīng)用到對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系中，能與其他的構(gòu)件協(xié)調(diào)的工作。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 肖建莊，楊潔，黃一杰，王正平. 鋼管約束再生混凝土軸壓試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào). 2011（06）

混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法范文第2篇

關(guān)鍵詞： 基于性能的塑性設(shè)計(jì)；目標(biāo)側(cè)移；屈服機(jī)制；功能方程

中圖分類號(hào)： TU391文獻(xiàn)標(biāo)志碼： APerformanceBased Plastic Design Method of

Reinforced Concrete FramesXIONG Ergang1，ZHANG Qian2

（1. School of Civil Engineering， Changan University， Xian 710061， China； 2. School of Civil Engineering， Xian Euraisa University， Xian 710065， China）

Abstract：In order to desirably predict and control the inelastic activity of reinforced concrete （RC） frames subjected to severe ground motions， on the basis of energywork balance a performancebased plastic design （PBPD） method for the design of RC frames was presented. In the PBPD method， the design base shear is obtained based on the energywork balance and preselected target drift and yield mechanism. Plastic design was performed to detail the frame members and connections in order to achieve the targeted yield mechanism and behavior. The method was applied to an eightstorey RC frame and validated by inelastic dynamic analyses. The results indicate that the frames develop desired strong column sway mechanisms， and the story drifts are well within the target values to meet the desired performance objectives.

Key words：PBPD （performancebased plastic design）； target drift； yielding mechanism； workenergy equation

眾所周知，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在大震作用下會(huì)經(jīng)歷較大的非彈性變形.現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范通?；诮Y(jié)構(gòu)彈性性能，間接考慮結(jié)構(gòu)的非彈性性能.即根據(jù)規(guī)范的彈性反應(yīng)譜，計(jì)算結(jié)構(gòu)在小震作用下的基底剪力和彈性側(cè)移，用計(jì)算所得的組合內(nèi)力設(shè)計(jì)構(gòu)件并驗(yàn)算側(cè)移；罕遇地震下的非彈性側(cè)移按彈性側(cè)移乘以側(cè)移增大系數(shù)估算，且該側(cè)移不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定的側(cè)移限值，而對(duì)于結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力，大多是通過構(gòu)造措施獲得的.可是，采用上述方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)（盡管滿足所有規(guī)范條文）在罕遇地震下會(huì)經(jīng)歷較大的非彈性變形，其非彈性性能在一定程度上難以預(yù)測(cè)和控制[18].非彈性性能包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的嚴(yán)重屈服和屈曲，而非彈性性能在結(jié)構(gòu)中的不均勻分布會(huì)導(dǎo)致不利的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，有時(shí)甚至整體倒塌或需要進(jìn)行大修[910].

近年來，數(shù)次強(qiáng)烈地震給人類造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失.基于強(qiáng)度的抗震設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足要求，基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想已得到重視.基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論（PBSD）以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能為目標(biāo)，要求所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在未來地震作用下具有可預(yù)見的抗震能力，與傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)思想相比，它具有多級(jí)性、全面性、靈活性的特點(diǎn)，更能被多數(shù)業(yè)主和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者接受.盡管如此，目前基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法在很大程度上依賴于這樣一個(gè)反復(fù)的迭代過程，即“評(píng)估性能”―“修正設(shè)計(jì)”―“評(píng)估性能”，直至所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期的性能[1112].而且，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法也沒能給結(jié)構(gòu)工程師提供如何修正初始設(shè)計(jì)以達(dá)到預(yù)期性能目標(biāo)的指南.

正是基于此，本文提出了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法（PBPD）.該方法根據(jù)預(yù)定的屈服機(jī)制和目標(biāo)側(cè)移，由能量方程求得設(shè)計(jì)基西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)第48卷第4期熊二剛等：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法底剪力，然后對(duì)指定屈服構(gòu)件（梁）采用塑性方法設(shè)計(jì)，對(duì)指定非屈服構(gòu)件（柱）采用能力方法設(shè)計(jì).基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法可以直接考慮結(jié)構(gòu)的非彈性性能而不需要進(jìn)行評(píng)估和迭代，概念清晰，過程簡(jiǎn)單，有利于在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中推廣應(yīng)用.1基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法（PBPD）基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法采用預(yù)選的目標(biāo)側(cè)移和屈服機(jī)制作為性能極限狀態(tài)，這2個(gè)極限狀態(tài)與結(jié)構(gòu)的損傷程度和損傷分布狀況直接相關(guān).根據(jù)能量相等原則，即根據(jù)結(jié)構(gòu)單調(diào)達(dá)到目標(biāo)側(cè)移所需作的功等于等效彈塑性單自由度體系（EPSDOF）達(dá)到相同狀態(tài)所需要的能量（圖1）來計(jì)算給定的地震水準(zhǔn)下的設(shè)計(jì)基底剪力.然后，采用塑性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)框架構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到預(yù)期的屈服機(jī)制和性能.

1.1設(shè)計(jì)基底剪力對(duì)于給定的地震水準(zhǔn)，確定設(shè)計(jì)基底剪力是PBPD法的重要環(huán)節(jié).如前所述，根據(jù)使結(jié)構(gòu)單調(diào)達(dá)到目標(biāo)側(cè)移所需作的功等于等效彈塑性單自由度體系（EPSDOF）達(dá)到相同狀態(tài)所需要的能量計(jì)

（a） 屈服機(jī)構(gòu)（b） 單自由度體系能量作功平衡概念

圖1基于性能的塑性設(shè)計(jì)概念

Fig.1 PBPD （performancebased plastic design） concept

算設(shè)計(jì)基底剪力.假定系統(tǒng)為理想的彈塑性體系，則有功能方程：

（Ee+Ep）=γ12mS2v=12γmT2πSag2，（1）

式中：Ee、Ep分別為使結(jié)構(gòu)達(dá)到目標(biāo)側(cè)移所需能量的彈性分量和塑性分量；

Sv為設(shè)計(jì)擬速度譜；

Sa為擬加速度譜；

T為基本自振周期；

m為體系的總質(zhì)量；

g為重力加速度；

γ為能量修正系數(shù)，其值取決于結(jié)構(gòu)的延性系數(shù)μ和延性折減系數(shù)Rμ：

γ=2μ-1R2μ .（2）

彈性能量

Ee=12mT2π QyGg2，（3）

式中：G為結(jié)構(gòu)的總重力荷載代表值；

Qy為屈服基底剪力.

塑性能量Ep等于結(jié)構(gòu)中塑性鉸耗散的能量，如圖1所示.對(duì)于選定的屈服機(jī)制，

Ep=Qy∑ni=1λihiθp，（4）

式中：λi為樓第i層側(cè)向力分布系數(shù)；

hi為第i層計(jì)算高度；

θp為塑性側(cè)移角.

根據(jù)式（1）、（3）和（4），功能方程可改寫為

QyG2+QyGh*8π2θpT2g=γS2a，（5）

其中，h*=∑ni=1λihi.

由式（5）可得設(shè)計(jì)基底剪力系數(shù)

QyG=-α+α2+4γS2a2，（6）

式中：α為無量綱參數(shù)，

α=h*8π2θpT2g.（7）

1.2側(cè)向力分布S S Lee等通過對(duì)大量框架結(jié)構(gòu)的非線性分析，得出了樓層剪力分布系數(shù)βi[1314]，將該系數(shù)作為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在彈塑性狀態(tài)下側(cè)向力分布模式.該側(cè)向力分布模式可使RC框架結(jié)構(gòu)在大震作用的樓層剪力更接近實(shí)際剪力分布，且能產(chǎn)生更均勻的層間側(cè)移角，見式（8）～（9）：

βi=QsiQsn=∑nj=iGjhjGnhn0.75T-0.2，（8）

Fi=（βi-βi+1）Gnhn∑nj=iGjhj0.75T-0.2Qy，（9）

式中：Qsi和Qsn分別為第i層、頂層剪力；

Gj和Gn分別為第j層、頂層的重力荷載代表值；

hj為第j層的計(jì)算高度；

Fi為第i層的側(cè)向力；

βi為第i層的剪力分布系數(shù)，βi+1為第i+1層的剪力分布系數(shù)，βn+1=0.1.3鋼筋混凝土框架構(gòu)件設(shè)計(jì)1.3.1梁設(shè)計(jì)（指定屈服構(gòu)件）

在罕遇地震作用下，為了避免結(jié)構(gòu)倒塌破壞，最大程度地耗散地震輸入能量，使結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度和延性，需要在設(shè)計(jì)初為結(jié)構(gòu)選擇一個(gè)合理的屈服機(jī)構(gòu)[6].當(dāng)RC框架采用圖2所示的目標(biāo)屈服機(jī)制時(shí)，梁就成了指定的屈服構(gòu)件.每層梁所需要的抗彎承載力可由塑性設(shè)計(jì)方法確定（外功等于內(nèi)功）：

∑ni=1Fihiθp=2Mpcθp+∑ni=12Mpbiφi，（10）

式中：Mpb和Mpbi分別為梁頂層和第i層所需的塑性彎矩；

φi為第i層塑性鉸轉(zhuǎn)角，φi=（L/Li′ ）θp，其中L為梁跨度，Li′為塑性鉸之間的距離；

Mpc為底層柱底塑性彎矩.

圖2RC框架目標(biāo)屈服機(jī)制

Fig.2Target yield mechanism for moment frames

值得注意的是，由于梁發(fā)生反對(duì)稱變形，故由均勻分布的重力荷載所作的外功等于0.

相關(guān)研究成果[10]表明，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沿建筑高度的分布服從設(shè)計(jì)層間剪力分布較為合理.這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)的屈服分布更趨均勻，從而防止屈服集中在某幾層.即令

Mpbi=βiMpb.（11）

對(duì)于RC框架，由于板和非矩形截面梁的強(qiáng)度貢獻(xiàn)，以及梁頂部和底部配置的鋼筋數(shù)量不同，故梁端正塑性彎矩M+pb和負(fù)塑性彎矩M-pb不同.因此，式（10）可修正如下：

∑ni=1Fihiθp=2Mpcθp+∑ni=1βi（M+pb+M-pb）φi.（12）

令x=M-pb/M+pb，則式（12）可以簡(jiǎn)化為：

∑ni=1Fihiθp=2Mpcθp+

∑ni=1（1+x）βiM+pbφi.（13）

選定適當(dāng)?shù)膞后，式（3）僅包含2個(gè)未知參數(shù)，即M+pb和Mpb.

根據(jù)結(jié)構(gòu)底層不能形成薄弱層機(jī)構(gòu)（圖3）的條件，確定柱底塑性彎矩Mpc.假定塑性鉸出現(xiàn)在底層的柱底和柱頂，對(duì)于屈服機(jī)構(gòu)的微小變形，其相應(yīng)的作功方程[15]為

ΨQ′h1θ=4Mpcθ，（14）

則

Mpc=ΨQ′h1/4，（15）

式中：θ為屈服機(jī)構(gòu)的微小轉(zhuǎn)角；

Q′為基底剪力（對(duì)應(yīng)于等效單跨模型），Q′等于總剪力Q除以跨數(shù)；

h1為底層層高；

Ψ為考慮了設(shè)計(jì)力的超強(qiáng)系數(shù)（在后面的設(shè)計(jì)算例中，取Ψ=1.1）.

將式（15）代入式（12），可以得到第i層梁的需求塑性彎矩M+pb和M-pb，然后根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì).

圖3單跨框架（底部形成薄弱層）

Fig.3Onebay moment frame with

“softstorey” mechanism

1.3.2柱設(shè)計(jì)（指定非屈服構(gòu)件）

指定非屈服構(gòu)件（如柱）必須能抵抗設(shè)計(jì)重力荷載和最大指定屈服構(gòu)件預(yù)期強(qiáng)度的組合，同時(shí)考慮合理的應(yīng)變硬化和材料超強(qiáng).在RC框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可將柱分離成懸臂的隔離體，圖4為目標(biāo)側(cè)移時(shí)框架邊柱隔離體圖.

圖4邊柱隔離體圖

Fig.4Freebody diagram of an exterior column

為保證結(jié)構(gòu)形成預(yù)期的強(qiáng)柱弱梁塑性機(jī)制，柱的設(shè)計(jì)必須能夠抵抗最大預(yù)期荷載（包括梁柱上的重力荷載），同時(shí)考慮梁端塑性鉸一定范圍內(nèi)的應(yīng)變硬化和材料超強(qiáng).應(yīng)變硬化梁塑性鉸的彎矩Mpri，可將需求塑性彎矩Mpbi乘以適當(dāng)?shù)某瑥?qiáng)系數(shù)ξ得到，超強(qiáng)系數(shù)ξ需考慮材料應(yīng)變硬化效應(yīng)和材料超強(qiáng).

假定作用在隔離體上所需的側(cè)向力Fli服從式（9）的分布形式，則其值可通過整個(gè)隔離體的平衡條件獲得.結(jié)合作用在每層梁端的彎矩和側(cè)向力Fli，可計(jì)算出每層的柱端彎矩和剪力.

（1） 邊柱隔離體

當(dāng)框架達(dá)到目標(biāo)側(cè)移時(shí)，假定各層梁端塑性鉸截面處的剪力Qi、Qi′和彎矩Mpri均達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度（圖5，lc=（L-L′）/2），Qi和Qi′可由式（16）和（17）給出：

Qi=M+pri+M-priL′+qiL′2，（16）

Qi′=M+pri+M-priL′-qiL′2，（17）

式中，qi為作用在梁上的均布荷載.

圖5柱隔離體圖

Fig.5Freebody diagram of a column

在RC框架中，作用在邊柱隔離體（圖5）上的需求平衡側(cè)向力之和Flext可以由式（18）確定；

Flext=∑ni=1M-pri+∑ni=1Qilci+Mpc∑ni=1αihi，（18）

其中，

αi=βi-βi+1∑ni=1（βi-βi+1） .（19）

式（19）中，當(dāng)i=n時(shí)， βn+1=0.

（2） 中柱隔離體

對(duì)于中柱隔離體（圖5），側(cè)向力之和

Flint=∑ni=1（M+pri+M-pri）∑ni=1αihi+

∑ni=1[Qi+Q′i]lci+2Mpc∑ni=1αihi .（20）2PBPD法的設(shè)計(jì)步驟PBPD法設(shè)計(jì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的步驟：

（1） 根據(jù)設(shè)計(jì)地震水準(zhǔn)選擇與預(yù)定性能目標(biāo)一致的預(yù)期屈服機(jī)制和目標(biāo)側(cè)移角θu.假定結(jié)構(gòu)的力位移關(guān)系為理想彈塑性，并估算結(jié)構(gòu)的屈服側(cè)移角θy.

（2） 用預(yù)選的目標(biāo)側(cè)移角θu減去屈服側(cè)移角θy，計(jì)算出塑性側(cè)移角θp.

（3） 根據(jù)質(zhì)量和剛度特性估算結(jié)構(gòu)的基本自振周期T（也可采用基于規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)結(jié)構(gòu)體系的基本周期），選擇適當(dāng)?shù)膫?cè)向力分布形式.

（4） 采用第（1）、（2）步確定的參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)譜加速度值Sa即可計(jì)算出設(shè)計(jì)基底剪力Q.此時(shí)，可采用相應(yīng)的非彈性地震反應(yīng)理論，如NewmarkHall提出的理想非彈性反應(yīng)譜或其他方法.

（5） 如果結(jié)構(gòu)的力變形性能與假定的彈塑性能不同，則需修正Q.

（6） 采用塑性方法對(duì)指定屈服構(gòu)件梁進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)側(cè)向強(qiáng)度的分布服從設(shè)計(jì)樓層剪力分布；采用彈性設(shè)計(jì)方法對(duì)指定非屈服構(gòu)件柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并考慮指定屈服構(gòu)件的應(yīng)變硬化、材料超強(qiáng).3算例及其分析3.1工程概況某工程主體為8層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平面布置見圖6，各層層高均為3.3 m.樓面恒（活）荷載為3.3（2.0）kPa，屋面恒（活）荷載為5.0（2.0）kPa，雪荷載為0.2 kPa.抗震設(shè)防烈度為8度（0.20g），Ⅰ類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第2組.混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，受力主筋為HRB400.

圖6結(jié)構(gòu)平面圖

Fig.6Floor plan of a structure

初步選定的梁、柱（矩形）截面尺寸見表1.

表1梁柱截面尺寸

Tab.1Member sectionsmm

樓層橫梁縱梁次梁柱第5～8層300×500300×600300×450550×550第1～4層350×500350×600300×450600×600

3.2鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)PBPD方法的上述設(shè)計(jì)步驟，得到RC框架設(shè)計(jì)參數(shù)（表2）.

根據(jù)式（8）和（9）計(jì)算側(cè)向力分布，然后計(jì)算梁、柱需求強(qiáng)度，最后確定梁、柱截面配筋，見表3

表2RC框架設(shè)計(jì)參數(shù)

Tab.2Design parameters for RC frame

地震程度SaT/sθy/%θu/%θp/%μ=θu/θyRμγαQ/GQ/kN中震0.210g0.800.501.000.50220.7501.1280.104650罕遇地震0.420g0.800.502.001.50330.5563.3830.109679

表3RC框架梁、柱需求強(qiáng)度和截面配筋

Tab.3Required strength and reinforcement details of beams and columns of the RC frame

層

序梁需求彎矩M+pb/

（kN?m）M-pb/

（kN?m）梁配筋

面積/mm2AsAs′邊柱Mtop/

（kN?m）Mbot/

（kN?m）軸力/

kN剪力/

kN中柱Mtop/

（kN?m）Mbot/

（kN?m）軸力/

kN剪力/

kN柱配筋

面積/mm2邊柱中柱862.73-131.73388853195.804.74169.5657.89259.82-21.67210.4985.303 0544 5617100.46-210.966371 450299.73-6.23379.0992.72394.41-56.38418.05136.603 7705 8916129.83-272.658391 984368.99-26.45611.15119.83481.38-101.22625.60176.544 5615 8915152.96-321.221 0052 469411.93-53.94860.96141.17532.33-154.06833.16207.995 8917 3844170.79-358.661 1172 711433.11-87.051 129.83157.63553.32-213.051 046.12232.233 7705 8913183.83-386.031 2123 004435.61-124.261 413.40169.66548.33-276.541 263.77249.963 7705 8912192.38-403.991 2753 211421.75-164.161 703.54177.55520.26-342.981 481.43261.583 0543 7701196.61-412.891 3073 318393.42-205.401 996.92181.46471.36-410.891 699.08―3 0543 054（表中As和As′分別為受拉和受壓鋼筋的截面面積；Mtop和Mbot分別為柱頂和柱底彎矩）.4驗(yàn)證分析采用非線性分析軟件PERFORM3D建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的有限元模型，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，以驗(yàn)證上述計(jì)算結(jié)果.時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程的峰值根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[4]確定.選用RGB1波、RGB2波、RGB3波、Morgan波、Mexico波、Kobe波、Landers波、Loma波和Northridge波，這9種地震波分別具有不同的頻譜特性.

按這9種地震波且地震波峰值調(diào)整為8度設(shè)防地震和罕遇地震對(duì)應(yīng)的加速度0.2g和0.4g，得到樓層位移角包絡(luò)圖分別見圖7和圖8.

圖7中震作用下RC框架最大層間位移角

Fig.7Maximum interstory drift ratios of

the RC frame under moderate earthquake

圖8大震作用下RC框架最大層間位移角

Fig.8Maximum interstory drift ratios of

the RC frame under major earthquake

從圖7和圖8可見，除Mexico波之外，在其余地震波作用下，最大層間位移角沿樓層均勻分布，在設(shè)防地震和罕遇地震作用下，其均值分別介于0.24%～0.31%和0.38%～0.55%之間.表明結(jié)構(gòu)的非彈性性能沿樓層分布較均勻，各樓層可以同時(shí)耗散相當(dāng)?shù)牡卣鹉芰?而不像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法那樣，僅通過結(jié)構(gòu)的某一層或某幾層薄弱層來耗散地震能量.按基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法給出的各層最大層間位移角均小于目標(biāo)位移角限值，表明結(jié)構(gòu)滿足目標(biāo)性能要求.

大震作用下RC框架塑性鉸分布如圖9所示.從圖9可見，各層梁端均出現(xiàn)塑性鉸，滿足預(yù)先設(shè)定的屈服機(jī)制.

圖9大震作用下RC框架塑性鉸分布

Fig.9Plastic hinge distribution of the RC frame

5結(jié)論基于功能平衡原理，本文提出了一種鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法，獲得以下結(jié)論：

（1） 基于性能的塑性設(shè)計(jì)方法（PBPD）用預(yù)定目標(biāo)側(cè)移和屈服機(jī)制作為性能目標(biāo)，而這2個(gè)性能決定著結(jié)構(gòu)的損傷程度和分布.對(duì)于給定的地震水準(zhǔn)，根據(jù)能量平衡原理計(jì)算設(shè)計(jì)基底剪力，即使結(jié)構(gòu)單調(diào)達(dá)到目標(biāo)側(cè)移所需作的功等于等效EPSDOF達(dá)到相同狀態(tài)所需要的能量.

（2） 采用塑性設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)RC框架構(gòu)件和梁柱節(jié)點(diǎn)，以便達(dá)到預(yù)期的屈服機(jī)制和性能.由于該方法在設(shè)計(jì)過程中引入了結(jié)構(gòu)的非線性性能以及重要的性能準(zhǔn)則，故采用PBPD設(shè)計(jì)的RC框架結(jié)構(gòu)，無需進(jìn)行繁瑣且反復(fù)迭代的性能評(píng)估.

（3） PBPD不僅能實(shí)現(xiàn)多性能水準(zhǔn)下RC框架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且能控制RC框架結(jié)構(gòu)在設(shè)防地震和罕遇地震作用下的性能.

致謝：西安歐亞學(xué)院科研項(xiàng)目（12ZKB05）資助.

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混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法范文第3篇

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)任務(wù)的初步完成，各大城市也得到了較好的發(fā)展，尤其是近年來隨著飲食、建筑、經(jīng)濟(jì)、生活方式等的變化，使人們對(duì)于居住的需求漸漸向品質(zhì)化的方向轉(zhuǎn)移。但是在實(shí)際的房地產(chǎn)業(yè)中，居民與建筑企業(yè)間的矛盾也會(huì)時(shí)常發(fā)生，引起這些爭(zhēng)執(zhí)的關(guān)鍵性因素就在于建筑物的質(zhì)量或者在售后維修方面。為了解決此類問題，我國(guó)雖然出臺(tái)了不少政策，然而由于近年來房地產(chǎn)行業(yè)不斷有糾紛出現(xiàn)，加之市場(chǎng)不景氣，此類問題也受到了社會(huì)各界的重視，以下就對(duì)這方面的問題展開具體說明。

一、概述

混凝土結(jié)構(gòu)是目前在建筑領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的建筑施工方法，從近些年的應(yīng)用與發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，由于材料、工藝、環(huán)境、管理、技術(shù)等多方面的因素影響，依然存在漏水、裂縫、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱等問題，因而應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)這些常見問題的探討，從中找到導(dǎo)致此類問題的原因，并據(jù)此找到具體的解決辦法，提高建筑物質(zhì)量，為民眾提供安全可靠的居住、辦公條件。

二、混凝土裂縫原因

1 從材料質(zhì)量方面看

材料占到工程建設(shè)的70%～80%，所以非常關(guān)鍵，然而，由于水泥、砂、石等不合格，在材料購進(jìn)環(huán)節(jié)對(duì)市場(chǎng)調(diào)查不細(xì)致，材料實(shí)驗(yàn)不足，貪圖便宜買“關(guān)系材料、便宜材料”等，卻未選擇真正適合工程要求標(biāo)準(zhǔn)的材料，或者配比不合理，共同造成了建筑物的質(zhì)量問題，進(jìn)而形成通常所說的“豆腐渣工程”。

2 從地基的變形看

由于不均勻沉降的存在，會(huì)令鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中發(fā)生開裂的問題，通常來看，裂縫在大小、形狀、方向方面與地基變形相關(guān)，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生變形應(yīng)力增大時(shí)，會(huì)造成貫穿性的裂縫。

3 結(jié)構(gòu)受荷看

一般來講，如果結(jié)構(gòu)所受負(fù)荷超過了承載能力，則會(huì)造成裂縫，這些裂縫的形成也與施工、使用等因素密切相關(guān)，在日常的實(shí)踐中可以看到鋼筋混凝土梁、板受彎構(gòu)件在使用中，會(huì)因荷載過大而出現(xiàn)裂縫，雖然程度不一，但會(huì)因時(shí)間增加而帶來更大的事故隱患。

4 從設(shè)計(jì)構(gòu)造看

在混凝土結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面發(fā)生突變、或者因不合理開洞、留槽等，皆會(huì)使應(yīng)力聚集，因而在圈梁或者箍筋、吊筋及其它結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不科學(xué)時(shí)，易造成混凝土開裂。

5 從濕度影響看

從物理學(xué)的角度講，熱脹冷縮這一原理適合于混凝土材料，因而當(dāng)混凝土在空氣中進(jìn)行硬結(jié)時(shí)，體積自然會(huì)收縮，這與構(gòu)件內(nèi)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力相關(guān)，尤其是在混凝土早期階段，強(qiáng)度低，因而收縮值也會(huì)達(dá)到最大；以此推斷，如果早期的養(yǎng)護(hù)工作不到位自然會(huì)引發(fā)收縮裂縫，從表現(xiàn)形式上看，以現(xiàn)澆剪力墻、水池底工程方面較為常見。

6 從徐變方面看

以結(jié)構(gòu)構(gòu)件為主，當(dāng)其內(nèi)應(yīng)力發(fā)揮功用時(shí)，會(huì)在瞬時(shí)令混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生彈性變形，加上時(shí)間的延長(zhǎng)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，這也就是通常所說的徐變變形。如果這種情況發(fā)生，會(huì)給預(yù)應(yīng)力構(gòu)件帶來諸多應(yīng)力損失，結(jié)構(gòu)本身的抗裂性能會(huì)隨之銳減，較常見的區(qū)域在受彎構(gòu)件拉區(qū)。

7 從施工方面看

建筑施工中以混凝土結(jié)構(gòu)為主，但在施工中由于安全質(zhì)量管理不到位、施工工藝不合理、監(jiān)管不嚴(yán)格或者材料比例不合格、澆筑時(shí)振搗不均勻、配筋比例不科學(xué)、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、對(duì)施工環(huán)境中的防護(hù)措施不到位、加上溫度濕度、季節(jié)變化、材料運(yùn)輸?shù)?，都?huì)造成裂縫問題。

三、修補(bǔ)設(shè)計(jì)

在建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補(bǔ)設(shè)計(jì)的原則方面，需要對(duì)修補(bǔ)與補(bǔ)強(qiáng)加固的判定結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，然后再對(duì)開裂結(jié)構(gòu)機(jī)能、耐久性實(shí)施恢復(fù)設(shè)計(jì)，另一方面，在修補(bǔ)方面應(yīng)該重視材料、修補(bǔ)工法、修補(bǔ)時(shí)間的考慮，并以這些基本條件作為基礎(chǔ)，展開修補(bǔ)設(shè)計(jì)工作。具體如下：

首先，應(yīng)該對(duì)修補(bǔ)范圍、規(guī)模加以設(shè)定，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究；

其次，對(duì)開裂原因、開裂狀況與程度，比如裂縫寬度、深度、型式等加以記錄、分析，還應(yīng)對(duì)建筑物的重要性，所處的一般環(huán)境、工廠地區(qū)、鹽類環(huán)境、溫泉地帶、寒冷地帶以及特殊用途加以辨別、區(qū)分；

第三，就是在修補(bǔ)中，需要有明確的規(guī)定、恢復(fù)目標(biāo)設(shè)置，確保選擇的修補(bǔ)材料、工法、時(shí)間滿足修補(bǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性；還需要比較環(huán)境狀況，給予較高的等級(jí)修補(bǔ)設(shè)計(jì)，最好是在穩(wěn)定裂縫的情況下展開修補(bǔ)工作，因?yàn)楦鞣N條件會(huì)對(duì)裂縫形成不同的影響，比如溫度、濕度、時(shí)間等都會(huì)在修補(bǔ)中影響到裂縫的變化；

第四，根據(jù)修補(bǔ)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以在修補(bǔ)恢復(fù)目標(biāo)方面進(jìn)行階段劃分；如性能恢復(fù)方面，通常將其恢復(fù)到健全構(gòu)件的同等性能為宜，這是由于把水泥方面引發(fā)的裂縫作為修補(bǔ)對(duì)象，一般可以將其保修年限設(shè)定在10～15年；再如程度恢復(fù)方面，因?yàn)殇摻罡g、堿性骨料所引發(fā)的骨料會(huì)惡化，加之開裂原因較多，目前對(duì)所有原因的分析還尚未明了，因此通?？梢詫⑿扪a(bǔ)程度恢復(fù)的時(shí)間設(shè)定在5～10年；還有在安全可靠性方面的恢復(fù)情況，可以以確保人身安全程度為基本標(biāo)準(zhǔn)，展開應(yīng)急修補(bǔ)工程；

第五，需要注意的事項(xiàng)是，在修補(bǔ)作業(yè)方面，要展開充分、具體的研究，并且做好機(jī)械材料、腳手架、工程現(xiàn)場(chǎng)、周圍人群的安全保障措施。

四、修補(bǔ)方法與特征分析

建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修補(bǔ)方法較多，以下從基本上較為常見的涂覆蓋法、充填法、預(yù)應(yīng)力法、灌漿法進(jìn)行具體說明。

1 涂覆法

在修補(bǔ)作業(yè)方面，按照要求與相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通常對(duì)混凝土表面存在數(shù)量多的表面裂縫行手工方法或機(jī)械噴涂方法；原理就是將修補(bǔ)材料涂覆在混凝土的表面，對(duì)其進(jìn)行封閉式保護(hù)；一般情況下，0.3mm～2.5mm的厚度即可滿足涂膜要求，注意厚度越大，適應(yīng)裂縫的變化能力也會(huì)隨之增加；采用該方法時(shí)，對(duì)所選擇的修補(bǔ)材料應(yīng)該加以區(qū)別，比如在室內(nèi)、室外、不同環(huán)境、不同介質(zhì)、裂縫活動(dòng)等方面，要求細(xì)致分析，嚴(yán)格選擇；通常的修補(bǔ)施工中所選擇的材料針對(duì)性要強(qiáng)，如耐磨地坪中選擇環(huán)氧瀝青類的剛性涂料，而對(duì)于不穩(wěn)定的裂縫，則以彈性體較強(qiáng)的聚氨酷類涂料為主。

2 充填法

選擇充填法，主要是以鋼釬、風(fēng)鎬、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的切割圓盤先對(duì)裂縫進(jìn)行擴(kuò)張?zhí)幚?，使其形成一個(gè)V型或者梯形的槽；然后，采用環(huán)氧砂漿、水泥砂漿、聚氯乙烯膠泥、瀝青油膏等，進(jìn)行分層壓抹令其構(gòu)成封閉保護(hù)；這種方法對(duì)一般裂縫的修補(bǔ)、滲水裂縫的修補(bǔ)都非常適用，比如V型就可以適用于一般裂縫，而梯形就可以適用于滲水裂縫；從材料方面分析，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高時(shí)，則可以選擇環(huán)氧砂漿，若只是進(jìn)行滲漏修補(bǔ)則以聚氯乙烯、瀝青油膏為宜。

3 預(yù)應(yīng)力法

預(yù)應(yīng)力法的應(yīng)用，主要是通過它達(dá)到螺帽擰緊減少裂縫或使其閉合；比如，用鉆機(jī)對(duì)構(gòu)件鉆孔，穿入螺栓后，就可以增加預(yù)應(yīng)力，促使螺帽擰緊，達(dá)到裂縫修補(bǔ)的目的，如果符合相關(guān)的條件與標(biāo)準(zhǔn)，則可以運(yùn)用雙向預(yù)應(yīng)力法，效果更好，比如，成孔方向、裂縫方向形成垂直或不垂直時(shí)，就可以此為準(zhǔn)。

4 灌漿法

所謂灌漿法就是將水泥或者其它化學(xué)漿液灌入到混凝土縫中，起到擴(kuò)散時(shí)的固化目的，從而形成勃結(jié)強(qiáng)度增加構(gòu)件整體性，促進(jìn)使用功能的恢復(fù)，讓其耐久強(qiáng)度增加，實(shí)現(xiàn)堵漏防銹的目標(biāo)。從材料方面看，以環(huán)氧樹脂漿、甲凝液為主，可廣泛適用于結(jié)構(gòu)修補(bǔ)；以水玻璃、丙烯酞安、聚氨酷、丙烯酸鹽為主，可廣泛適用于防治堵漏；從功能上看，此類不溶物的充填，可以有效的增加建筑物強(qiáng)度，使其隔水性能得到強(qiáng)化。

混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法范文第4篇

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性 問題 研究

一、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要研究?jī)?nèi)容

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)在使用的過程中由于混凝土材料自身性能的影響和外部環(huán)境的影響而對(duì)自身性能的保持能力和耐久能力?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中的承載能力，影響建筑工程的進(jìn)行和使用。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素主要有四種，即外部環(huán)境因素、材料自身性質(zhì)、構(gòu)件承載力、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)評(píng)估。

1、混凝土碳化

混凝土碳化是最常見的影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素，是指混凝土結(jié)構(gòu)暴露在空氣中，使混凝土中的堿性物質(zhì)和空氣中的二氧化碳和水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，是混凝土結(jié)構(gòu)的性能發(fā)生變化，降低混凝土的堿度，從而影響混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)能力，造成鋼筋銹蝕，影響建筑質(zhì)量，還會(huì)造成建筑裂縫。在混凝土碳化中的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為CO2+H2OH2CO3，Ca（OH）2+H2CO3CaCO3+2H2O。而空氣中的一部分二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸，碳酸與混凝土中的主要堿性材料氫氧化鈣發(fā)展中和反應(yīng)，生成碳酸鈣和水，影響混凝土的堿性性能。

2、混凝土的堿-集料反應(yīng)

混凝土的堿-集料反應(yīng)是指混凝土中的堿性物質(zhì)，如水泥、額外添加的拌合水、摻合料等與集料中的活性成分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一，而且這種影響是整體性的裂開，對(duì)這種影響沒有有效的預(yù)防措施，沒有修補(bǔ)的方法，因此結(jié)果非常嚴(yán)重。堿-集料反應(yīng)發(fā)生的條件主要有三個(gè)，其一是在混凝土配比混合中的水泥、集料、額外添加的拌合水、摻合料等中含有堿性物質(zhì)，或者混凝土在使用的環(huán)境中有堿性物質(zhì)。其二是集料中含有活性成分，易與堿發(fā)生反應(yīng)。其三是潮濕的環(huán)境，能讓混凝土中的堿性物質(zhì)和集料發(fā)生膨脹反應(yīng)提供水分。混凝土在發(fā)生堿-集料反應(yīng)之后，表面會(huì)出現(xiàn)明顯特征，表面變形，出現(xiàn)裂縫，并且有滲出的物質(zhì)。同時(shí)內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)裂縫，反應(yīng)產(chǎn)生硅膠狀物體。而且混凝土發(fā)生堿-集料反應(yīng)后，也會(huì)加速其它影響，例如混凝土的碳化反應(yīng)，加速空氣中的二氧化碳和水進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的速度，加速鋼筋的銹蝕速度，然后這些影響又會(huì)反作用于混凝土結(jié)構(gòu)上，增大裂縫，如此惡性循環(huán)，造成建筑工程的嚴(yán)重破壞，如果外部溫度低，更會(huì)產(chǎn)生凍融破壞，讓混凝土建筑工程破壞到無法修復(fù)的程度。

3、混凝土的凍融破壞

混凝土的凍融破壞是指混凝土中多于的自由水在環(huán)境的影響下，溫度降低，產(chǎn)生凍結(jié)，體積增加發(fā)生膨脹，引起裂縫?；炷猎谂浔鹊臅r(shí)候會(huì)加入水泥和拌合水，為了讓混凝土發(fā)揮更大的作用，加入的拌合水會(huì)大于水泥中的水含量，產(chǎn)生自由水，這部分自由水就會(huì)在寒冷的條件下產(chǎn)生凍結(jié)，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。盡管在正常情況下，這部分自由水不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部造成嚴(yán)重的影響，因?yàn)檫€會(huì)有其它的排水孔，可是的那個(gè)排水孔中的水飽和的情況下，這種排水孔就會(huì)起到反作用，使膨脹效果進(jìn)一步加劇，然后導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂，經(jīng)過溫度的冷熱變化是混凝土內(nèi)部和外部異同發(fā)生裂縫。在防止混凝土產(chǎn)生凍融破壞是，會(huì)采用的方法主要有：在混凝土配合中加入引氣劑或減水劑，嚴(yán)格控制配合過程中的水灰比，加入防凍劑等。

4、混凝土受氯離子的侵蝕

混凝土受氯離子侵蝕主要是由于氯化物對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響，破壞混凝土結(jié)構(gòu)的鈍化膜，，銹蝕鋼筋，在混凝土結(jié)構(gòu)中建立小型的腐蝕電池，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用。這中侵蝕在沿海地區(qū)較常見，海水中的氯離子通過自然界中的水循環(huán)作用于混凝土結(jié)構(gòu)建筑，減少混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，而且在冬季的道路上會(huì)有積雪，防止道路因積雪結(jié)冰發(fā)生交通事故，就會(huì)道路上撒鹽和鹽水融化冰雪，保證道路的暢通，可是在這過程中，就會(huì)使氯離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生侵蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

5、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕

混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋一般由混凝土對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，可是由于環(huán)境的影響，外部的混凝土?xí)l(fā)生不同程度的破壞，使鋼筋失去混凝土的保護(hù)，然后在進(jìn)一步銹蝕鈍化膜，進(jìn)而對(duì)鋼筋進(jìn)行銹蝕，影響混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和使用性能。這是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最直接的因素?；炷两Y(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕主要有混凝土的碳化，堿-集料反應(yīng)，氯離子侵蝕等方面的影響，破壞鋼筋表面的混凝土的堿性，是混凝土產(chǎn)生開裂剝落，然后氯離子破壞鋼筋表面的鈍化膜，造成鋼筋的電化學(xué)腐蝕，再在水和二氧化碳的影響下，銹蝕鋼筋，從斑斑點(diǎn)點(diǎn)的銹蝕到主筋的銹蝕再到鋼筋整體的銹蝕斷裂。其中的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)原理主要是鐵在陽極變?yōu)閬嗚F離子，在與陰極產(chǎn)生的氫氧離子結(jié)合成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵在與水和氧氣變成氫氧化鐵。對(duì)此的檢測(cè)方法主要為無損檢測(cè)，就是在不損壞使用情況的條件下對(duì)鋼筋的銹蝕情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)鋼筋的直徑變化，鈍化膜的厚度，混凝土的開裂程度等，檢查鋼筋銹蝕的程度和速度。

5、混凝土構(gòu)件的耐久性

混凝土構(gòu)件的耐久性是研究混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基礎(chǔ)?；炷两Y(jié)構(gòu)中混凝土受到外界環(huán)境的影響產(chǎn)生裂縫，從而影響鋼筋表面的鈍化膜，然后鋼筋銹蝕，產(chǎn)生膨脹裂縫，然后造成混凝土的膨脹裂縫，反復(fù)循環(huán)就會(huì)影響混凝土構(gòu)件的耐久性。

二、增強(qiáng)混凝土耐久性的方法

在混凝土結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)階段要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范安全度的要求來設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。根據(jù)不同建筑工程的結(jié)構(gòu)類型，所用到的材料，建成投入使用之后的功能和應(yīng)用環(huán)境的溫度、濕度、鹽分等條件，設(shè)計(jì)不同的增強(qiáng)混凝土機(jī)構(gòu)耐久性的方案。保證混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工程能夠使用在不同的條件下，各設(shè)計(jì)人員要將強(qiáng)認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中好考慮懂啊混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素，對(duì)材料和施工步驟謹(jǐn)慎選擇，合理應(yīng)用，保證混凝土結(jié)構(gòu)建筑工程的使用年限。在設(shè)計(jì)時(shí)可以加入防水劑，防銹劑都能減輕混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕程度，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。在施工過程中加強(qiáng)管理，控制施工的質(zhì)量，嚴(yán)格不使用劣質(zhì)材料和杜絕偷工減料情況的發(fā)生。施工人員加強(qiáng)素質(zhì)教育，有專人監(jiān)察，檢驗(yàn)和驗(yàn)收過程中要通過無損檢驗(yàn)方法保證工程的質(zhì)量。投入使用之后做好防護(hù)工作，定期對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固措施，保證混凝土結(jié)構(gòu)建筑工程的使用年限和使用安全。

三、結(jié)語

綜上所述，由于環(huán)境和材料本身性質(zhì)的不同，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生了很大的影響。關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平和人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，因此要加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究工作的重視程度。

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混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法范文第5篇

關(guān)鍵詞：鋼管 混凝土 現(xiàn)狀 發(fā)展

近年來，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)逐漸被應(yīng)用于跨度長(zhǎng)、荷載重、高度大的建筑結(jié)構(gòu)中。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)，它能夠更有效地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了鋼管結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈服的缺點(diǎn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)按照截面形式的不同可以分為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等，其中矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣。

1．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代之前，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究對(duì)象主要是圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。從60年代后半期以后，開始比較系統(tǒng)地研究矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。目前，圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果，很多國(guó)家制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范或規(guī)程，如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EC4（1996）、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN18800（1997）、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ACI319－89、SSLC（1979）和LRFD（1997）、日本標(biāo)準(zhǔn)AIJ（1980，1997）。在我國(guó)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究主要集中在圓鋼管中填充素混凝土的內(nèi)填型圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，最早開展研究工作的是原中國(guó)科學(xué)院哈爾濱土建研究所。1968年以后，中國(guó)建筑科學(xué)研究院、冶金部冶金建筑科學(xué)研究院等單位也先后對(duì)鋼管混凝土基本構(gòu)件的工作性能、設(shè)計(jì)方法、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工技術(shù)等方面展開了系統(tǒng)的研究。進(jìn)入80年代后，研究工作進(jìn)一步深入，通過大量的試驗(yàn)研究和理論分析，對(duì)構(gòu)件的承載力和變形性能及其影響因素進(jìn)行了全面的研究，得到了實(shí)用的設(shè)計(jì)計(jì)算公式。與此同時(shí)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也在迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新的施工工藝和施工方法，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)得到了更加充分的發(fā)揮。近十幾年來，我國(guó)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的科學(xué)研究和工程應(yīng)用都取得了令人矚目的成就。目前已經(jīng)先后有國(guó)家建材局、中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)、國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)和總后勤部頒布發(fā)行了有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程。為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種大型建筑工程和交通運(yùn)輸工程中。

2．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展方向

2.1 高強(qiáng)度材料的應(yīng)用

采用高強(qiáng)混凝土可以減輕結(jié)構(gòu)自重、降低工程造價(jià)。隨著混凝土強(qiáng)度的提高，其延性下降，這阻礙了它在實(shí)際工程中的應(yīng)用。將高強(qiáng)混凝土灌入鋼管中形成高強(qiáng)鋼管混凝土，由于受到鋼管的約束作用，混凝土處于三向受壓狀態(tài)，其延性將大為提高，而其構(gòu)件的承載力也得到了相應(yīng)的提高。因此，高強(qiáng)鋼管混凝土具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究

節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位，也是施工的難點(diǎn)。對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)，其合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和整個(gè)工程的造價(jià)。鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)可以分為兩種；鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點(diǎn)和鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)靜力性能的研究較多，而對(duì)于節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究報(bào)導(dǎo)還較少。

2.3 耐火性能的研究

我國(guó)還沒有制定針對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的防火規(guī)定。對(duì)于已經(jīng)建成的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，有的采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)外包混凝土，有的按照鋼結(jié)構(gòu)的要求涂防火材料，都沒有統(tǒng)一規(guī)定和科學(xué)的依據(jù)。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者就鋼管混凝土的耐火性能問題進(jìn)行了研究，已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)，但形成規(guī)范還需時(shí)日。

2.4 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系抗震性能的研究

在對(duì)采用鋼管混凝土柱及鋼筋混凝土柱的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能的對(duì)比試驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯優(yōu)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。但目前對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的研究，主要還是集中在基本構(gòu)件方面，而對(duì)于鋼管混凝土整體結(jié)構(gòu)的抗震性能的研究還不多。應(yīng)開展這方面充分的研究，以提供合理的抗震設(shè)計(jì)參數(shù)，便于工程應(yīng)用。

3．結(jié)束語

與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相比,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種相對(duì)新的結(jié)構(gòu)形式。但鋼管混凝土能夠適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載發(fā)展的需要,符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求,因而正被越來越廣泛地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)工程中,并已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果。隨著理論研究的深入和完善,施工工藝的提高和高性能材料的應(yīng)用,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大,將是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：