钢筋混凝土是建筑中的重要原材料,对于建筑的稳定性与强度有着重要的支撑作用。随着房屋设计的多样化与高度化,钢混结构面临着新的挑战,我们必须要对钢混结构进行全面掌握,把握好房屋设计关键点,找出钢混结构在房屋设计中的常见问题,既而采取有效措施进行规避,以保证建筑的使用寿命与安全质量。
1 钢混结构的概述
钢混结构是指钢筋与混凝土两种不同材质的原料相互作用,配有钢筋的混凝土制成的结构。钢混结构中,钢筋的作用是承受拉力,混凝土的作用是承受压力,以此加固建筑物使其稳定坚固。钢混结构在强度、坚固性以及柔韧度与延展性方面,有着独特的优势,并且由于其成本较低,防火性能好等特点,被广泛运用,但是,钢混结构的连接形式多样,构造方法会因连接构件、及受力性质其材质的变形能力有所不同,或掌控不好,在设计及施工中就会存在一些问题。
由此,钢混结构在房屋设计中,应当抓住以下关键点: ( 1) 安全实用性。钢混结构的本质就是整体受力,在实际的应用中,可规避钢筋和混凝土的各自的不足,将二者的优势完全发挥出来,在房屋设计中,应当完全体现这种优势,着重考虑结构构件的承载力,二者整体的安全性等。此外,由于钢混结构的成本较低,在设计时,本着安全的基础,控制好建筑成本,达到安全实用的标准; ( 2) 稳定性。钢混结构的最基本的功能即加固建筑物,在对房屋设计中,稳定性是必须要满足的,这也是探究钢混结构在房屋设计中的问题的重要考察因素之一; ( 3) 抗震性。
近年来,由于气候问题,地震频发,是人民财产生命的重大威胁之一,因此房屋的抗震性研究必不可少。钢混结构的稳定及抗压抗拉性为房屋提高了一定的抗震性,但是,地震的难预测性,使得房屋的抗震标准进一步提高,所以,在对房屋设计中,钢混结构的抗震也是需要重要考虑的。
2 钢混结构房屋设计中的问题
2. 1 地基与基础设计的问题
( 1) 裂缝与沉降。在房屋建筑中,一般都采用天然地基,必然会出现沉降问题,如果对建筑沉降导致的附加应力影响没有进行充分的估量与考虑,很容易会出现混凝土裂缝问题。
( 2) 地基防水问题。在对房屋的设计中,建筑物的防水与降水功能不容忽视,尤其是柱下承台的形式,基槽地模的形状非常复杂,经常会出现阴阳坡与放坡的情况,这为地基的防水与降水带来了一定的难度,在地基与基础设计中,也要注意到这个问题。
( 3) 配筋计算问题。配筋的计算往往会出现实际情况与结算结构不符的情况,这是由于在地下室底板与外墙配筋的计算中,假设条件与实际情况不符,而计算方式没有选择正确导致的。
( 4) 基础坡面的设置。在天然地基的基础设计中,基础坡面往往会设置到 1/3 以上,为混凝土的捣实工作带来一定的障碍,必须要用人工拍打振捣来弥补,大大影响到钢筋混凝土强度的均匀性除此之外,在对地基及基础中的拉梁设计中,没有考虑到其他的因素,而与普通的拉梁行类似设计方法,也使得钢混结构下地基及基础的稳定性不能够得到保证。
2. 2 上部结构设计中的问题
上部结构设计中的问题,主要是框架 - 剪力墙的结构设计问题,如果剪力墙的布置不能均匀,或者存在较大刚度的单肢情况,就会影响到梁板等构件的设计,出现应力破坏及集中应力的问题,严重影响到建筑的稳定性。
( 1) 强柱弱梁和强剪弱弯的问题。这是建筑抗震的结构设计,实现难度比较大,容易出现问题。如果在设计过程中,采取强梁弱柱或者弱剪强弯的结构设计原则,就会产生严重的破坏力,但在实践过程中,强柱弱梁和强剪弱梁又不太容易实现,一旦出现地震,出现柱梁倒塌,造成损失。
( 2) 挑梁变形和墙体外闪的问题。挑梁变形和墙体外闪问题的出现,大多出现在钢筋混凝土结构的局部受力较大的情况,在房屋设计中,需要注意规避这类问题的出现。
( 3) 其他问题。除了以上主要四类问题,在房屋设计中,钢混结构还存在着一些细节方面的问题,包括钢筋混凝土结构中的钢筋保护层的厚度问题,框架梁端的受拉钢筋的配筋率取值等,都应当在设计中予以重视。
3 有效措施
3. 1 针对地基及基础设计的问题
在地基和基础设计中所出现的问题,需要根据具体情况进行有效防治: 首先,针对地基设计中出现混凝土裂缝的情况,如果建筑房屋的沉降量不大,可采取在地下板和持力层之间铺设褥垫来缓和建筑附加应力的影响; 其次,在房屋地基及基础的设计过程中,应当对不同季节地下建筑的水位进行勘测标注,计算出精确的包络图,以科学的数据作为设计的数值基础,以提高房屋的防水功能; 第三,对于配筋的问题,应当统一地下室底板与墙外配筋的计算方式,一般受压构件最小配筋率为: 全部纵向钢筋0. 6%,一侧纵向钢筋0. 2%,受拉钢筋0. 2%.同时,确定底部固结和顶部铰接计算模型的应用范围,以此消除配筋问题为建筑带来的不良影响; 第四,在基础坡面的设置问题中,由于常采用的是天然地基锥体独立基础设计方案,要解决这类问题,可以采取阶梯型基础设计,设置合理的坡面坡度,以保证混凝土均匀性受力。同时,在对地下独立基础之间的拉梁设计中,应当按照实际的建筑情况,对梁坡上扩散角内土的重量进行必要的估量,采取符合实际情况的拉梁设计,从而保证拉梁结构的稳定性。
3. 2 针对上部结构设计中的问题
在框架 - 剪力墙的设计中,首先要注意房屋的高度,按国家规定,当楼层高于 50M 时,框架 - 剪力墙结构应当采用现浇楼盖结构,并且加大混凝土的强度,应当在 C20 ~ C40 范围内。其次,为了分散应力,应当保证墙肢数不少于 4,此外,必须要遵循框架结构的多层设防原则,以增强剪力墙的防御能力,有效抵抗外来的破坏力。同时,对于剪力墙梁柱的设计,应当采取强柱弱梁和强剪弱弯结构形式,将大放小,以增强框架 - 剪力强结构的稳固性。
3. 3 抗震性的问题
抗震性是房屋设计的重要因素之一,要根据抗震等级对房屋进行合理设计。在这个过程中,结合我国地震具体情况,对抗震设计时行改良与完善,促使强柱弱梁及强剪弱弯的结构设计能够在实际操作中产生效用。
3. 4 针对挑梁变形及墙体外闪的问题
对于挑梁变形和墙体外闪,采取的有效措施为: 在挑梁的端头设置构造柱,以连接每层的挑梁,这样的设计可以消除挑梁及墙体局部过大受力,对压力进行有效的分散与缓解,从而彻底规避此类问题。
3. 5 其他问题
在钢混结构的房屋设计中,一些细节上的问题必须要注意,比如钢混结构中钢筋混凝土的保护层厚度的设置,并不是越厚越能够起到保护作用,比如基础中的保护层厚度分为无垫层与有垫层,前者为40MM,后者为 70MM; 预应力钢筋保护层必须大于 15MM,而受弯构件端头保护层应当不小于 10MM……诸如此类,因此,一定要按照房屋设计的实际情况进行标配与取值。
4 结束语
钢筋混凝土结构由于其稳定性高、整体性强、刚度大,以及成本低等优势被建筑行业广泛应用,但是,通过分析可以看出来,在实际的操作运用中,钢混结构依然存在着一些问题,而房屋建设是关乎到国计民生的大问题,其质量与安全是重要考虑的,因此,需要设计人员不断学习,全面掌握建筑行业的相关规范,在规避存在问题的基础上,不断改进技术和设计工艺,保证每个细节的无误。本文对于钢混结构房屋设计的主要问题进行了剖析,希望能够得到业界的重视。
参考文献
[1]李嘉。 钢混结构房屋设计中的问题研究[J]. 江西建材,2014( 7) : 9.
[2]王宇。 探讨钢筋混凝土在建筑结构设计中的关键点[J]. 城市地理,2014( 14)。