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论文;钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制


网络教育学院 本 科 生 毕 业 论 文(设 计)



目:钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制

学习中心: 层 专 年 学 学 次: 业: 级: 号: 生:

奥鹏学习中心 专科起点本科 土木工程 2013 年秋季

指导教师: 完成日期:

钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制

内容摘要
钢筋混凝土在工程建设中应用非常普遍,常用作建筑工程的承重结构,防水 结构和高层建筑地下室外墙等,钢筋混凝土施工质量的好坏,决定着主体工程的 质量,影响着屋面及地下室的渗漏和用户的使用情况。钢筋混凝土工程不合格, 必然引起使用上的不安全,而钢筋混凝土工程要整改和修复,也会给设计单位、 施工单位带来很大的麻烦。钢筋混凝土结构工程,特别是现浇钢筋混凝土框架结 构的房屋建筑工程,如果出现进场原材料不严格控制、混凝土施工配合比调配不 合理、施工过程中施工、监理人员的质量控制不到位等问题,会直接影响施工质 量,一旦结构上出现质量事故,往往对建筑物产生严重的危害,给人民群众的生 命财产安全造成严重威胁。如何加强钢筋混凝土的施工质量控制显得尤为重要。 本文论述了当前钢筋混凝土在施工质量方面的通病与面临的问题,并就提高建筑 工程钢筋混凝土的施工质量提出了相应的解决对策,为保障人民生命财产安全和 建筑质量奠定了重要的基础。

关键词:钢筋混凝土;框架结构;质量事故;控制措施;混凝土施工质量

I

钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制





内容摘要 ............................................................ I 引 言 ............................................................. 1

1 设计实例 ......................................................... 2 1.1 1.2 1.3 设计基本资料 ................................................ 2 框架梁的计算 ................................................ 2 框架柱的计算 ................................................ 4

2 混凝土结构施工中常见的质量通病 ................................... 7 2.1 2.2 混凝土结构质量的重要性 ...................................... 7 常见的建筑施工质量通病 ...................................... 7 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 现浇钢筋混凝土框架结构 ................................ 7 麻面 .................................................. 9 蜂窝 .................................................. 9 孔洞 ................................................. 10 露筋 ................................................. 10 施工缝夹层 ........................................... 10

3 混凝土结构设计中的若干问题 ...................................... 11 3.1 3.2 3.3 砌体结构设计中存在的问题及处理措施 ......................... 11 楼层平面刚度的问题 ......................................... 12 屋面梁与配筋的问题 ......................................... 12

4 混凝土结构的应用及前景 .......................................... 14 4.1 4.2 混凝土结构应用现状 ......................................... 14 混凝土结构的发展前景 ....................................... 14 4.2.1 4.2.2 钢管混凝土结构 ....................................... 15 纤维混凝土结构 ....................................... 16

5 常见的技术问题及解决办法 ........................................ 18 5.1 5.2 5.3 在设计时缺少工程实地勘察报告或者临近建筑的勘察报告 ......... 18 梁、柱混凝土强度等级不同的问题 ............................. 18 混凝土保护层厚度的问题 ..................................... 19
II

钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制

5.4

梁柱节点箍筋施工的问题 ..................................... 20

6 结论与展望 ...................................................... 21 参考文献 ........................................................... 22

III

钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制





随着我国市场经济中房地产业的快速发展和建筑水平的不断提升,建筑物的 高度和规模也越来越大。结构设计人员配筋设计方法虽然也得到一定的提高,但 却不能满足实际发展的需要。特别在复杂受力情况下,配筋方案往往不能满足工 程实际的需要。钢筋混凝土工程质量关系到人民的生命财产安全和建筑质量,如 何加强钢筋混凝土的施工质量控制显得尤为重要。现代建筑,离不开钢筋,它与 混凝土粘结,形成钢筋混凝土,钢筋混凝土是建筑物的结构。它直接影响到建筑 物的安全,影响到建筑物的成本。

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钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制

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1.1 设计基本资料

设计实例

一、工程名称:大连沙河口区服务中心办公楼。 二、工程概况:主体大楼为六层,框架结构。 三、基本计算条件:结构中某框架梁的荷载及计算简图如下图 1.1 所示,框架 柱的承受的荷载及计算简图如下图 1.2 所示,假定框架梁为简支梁,需计算箍筋和 弯起筋的配置,框架柱为小偏心受压柱,对称配筋,按构造配置箍筋,需按计算 配置纵向受力筋。
80kN 100kN 80kN 46.3kN/m

300 240 3120 240

图 1.1

框架梁计算简图及截面尺寸(单位:mm)

A

B 400

图 1.2

框架柱 AB 的计算简图及截面尺寸(单位:mm)

1.2 框架梁的计算
根据上述已知的框架梁的荷载信息,计算框架梁的主要配筋,包括纵向受力 钢筋,弯起筋,箍筋,纵筋采用 HRB335 级钢筋,箍筋采用 HPB235 级钢筋[1]。由 于在设计要求中已经指出假定框架结构梁为简支梁,则梁的计算简图可以采用叠 加法的原因进行内力求解,具体如下图所示:

2

2500

700

550

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图 1.3

叠加法等效计算简图

对于单独承受均布荷载的简支梁来说,通过图 1.3 中的等效计算简图,可以求 得跨中截面的计算弯矩: 1 1 M 11 ? ql 2 ? ? 46.3 ? 3.122 ? 56.3 kN.m 8 8 l l 3.12 3.12 M 21 ? F20 ? F21 ? 130 ? ? 80 ? ? 140.4 kN.m 2 4 2 4 跨中最大弯矩为 56.3+140.4=196.7 kN.m 根据弯矩图分析得, 简支梁在图 1.1 所示荷载作用下的最大弯矩值有可能发生 在梁 1/4 跨附近,对距离梁段 1/4 跨地方进行计算可得: l ql 2 46.3 ? 3.122 M12 ? F10 ? ? 72.2 ? 0.78 ? ? 42.2 kN.m 4 32 32 l 3.12 M 22 ? F20 ? 130 ? ? 101.4 kN.m 4 4 1/4 跨最大弯矩值为 42.4+101.4=143.8 kN.m 其中 M11 代表均布荷载作用下的简支梁跨中弯矩;M21 代表集中荷载作用下 简支梁跨中弯矩;M12、M22 代表均布荷载、集中荷载作用下 1/4 跨处的弯矩值; F20、F21 代表集中荷载作用下左端支座及 1/4 跨处的剪力值[2]。 经过比较分析得出简支梁跨中弯矩最大为 140.4 kN.m 由剪力最大值发生在支座附近可得: ql Vmax ? ? 130 ? 202.2 2 根据混凝土强度: C30, f c ? 14.3 N/mm 2 ,ft ? 1.43 N/mm 2 ,ftk ? 2.01 N/mm 2 ; 钢筋强度:纵筋:HRB335, f y ? 300 N/mm 2 , f yk ? 335 N/mm 2 ;箍筋:HPB235,

f y ? 210 N/mm 2 , f yk ? 235 N/mm 2 ;纵筋保护层厚: a ? a? ? 35 mm。
(1)正截面受弯承载力计算:梁 (300mm× 550mm) 环 境 类 别 为 二 类 , 取 as =35mm , h0 =515mm , 跨 中 截 面 : M=196.7kN.m

h f ' ? 90mm
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? 3120 ? 1040mm 3 hf ' 90 ? 1 f c b f ' h f ' (h0 ? ) ? 1.0 ? 14.3 ? 1040? (515? ) ? 90 ? 642.5 kN.m 2 2 hf ' M ? ? 1 f c b f ' h f ' (h0 ? ) 属第一类截面。 2 M 196.7 ? 106 ?s ? ? ? 0.047 ?1 f c bh02 1.0 ? 14.3 ? 1040? 5152 bf ' ? 3

l0

m

? ? 1 ? 1 ? 2? s ? 0.048 ? ? b ; ? s ?
As ?
0.45

1 ? 1 ? 2? s 2

? 0.975

M f y ? s h0

?

196.7 ? 106 ? 1088 .2mm2 360? 0.975? 515

? min

ft h 1.43 . ? 0.45? ? 1.07 ? 0.19% ? 0.2% f y h0 360 h 550 ? 0.2%. ? 0.2% ? ? 0.21% h0 515

As ? ? minbh ? 0.21% ? 300? 550 ? 346.5mm2
下部实配 3 根直径 22 的 HRB335 钢筋,间距为 90mm,上部按构造要求进行 配筋[3]。 (2)斜截面受剪承载力计算 h Vb ? 202.2 kN; w ? 1.75 ? 4 b

0.25? c f c bh0 ? 0.25?1.0 ?14.3 ? 300? 515 ? 552.3kN ? Vb 满足要求
按构造要求配置箍筋,取双肢箍 Φ8@150

1.3 框架柱的计算
? m 已 知 框 架 柱 的 荷 载 为 轴 向 力 设 计 值 N ? 2200kN , 弯 矩 M ? 2 3 0 k N ,

as ? as' ? 35mm ,混凝土强度等级为 C25,纵筋采用 HRB335 级钢筋,箍筋采用
HPB235 级钢筋,构件的计算长度为 2.5m。 (1) 轴压比验算: N 2200? 103 轴压比: ? N ? ? ? 0.549 ? [1.05] 柱的轴压比满足要求。 f c Ac 14.3 ? 400? 700 (2)截面尺寸复核

? ? 35 mm, h0 ? h ? as ? ? 700 ? 35 ? 665 mm 取 as ? as
因为 hw / b ? 665 / 700 ? 0.95 ? 4 所以 0.25?c fcbh0 ?? 0.25 ?1.0 ?14.3? 400 ? 665 ? 950.95 kN> Vmax ? 25.5934 kN (3)正截面受弯承载力计算
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柱同一截面分别承受正反向弯矩,故采用对称配筋。 ?1 0.8 ?b ? ? ? 0.550 fy 300 1? 1? 2 ?105 ? 0.0033 Es? cu

N b ? ?1 f c bh0? b ? 14.3 ? 400? 665? 0.55 ? 2092 .09 kN
由柱的组合表可见, N ? N b 属小偏心受压; 假设弯矩中由风荷载作用产生的弯矩<75%弯矩最大设计值,故柱的计算长度

l0 ? 1.0H ? 2.5 m。 M 230 e0 ? ? ? 103 ? 104.5 mm N 2200 ? 20 ? ea ? max ? ? ? 23.3 mm ? 700 / 30 ? 23.3 ? ei ? e0 ? ea ? 104.5 ? 23.3 ? 127.8 mm 0.5 f c A 0.5 ?14.3 ? 400 ? 700 ?1 ? ? ? 0.91 ? 1 ,故取 ? 1 =0.91 N 2200 ?103
因为 l0 / h ? 2.5 / 0.7 ? 3.6 ? 15 ,所以 ? 2 ? 1.0 。
1 1 ? l0 ? ? 2500 ? ? ? 1? ? ? ? 0.91? 1.0 ? 1.04 ? ? ? 1? 2 ? 1 ? 1400ei / h0 ? h ? 1400 ?127.8 / 665 ? 700 ? h 700 e ? ? ei ? ? a ? 1.04 ? 127.8 ? ? 35 ? 447.9 mm 2 2 N ? ? b?1 f c bh0 ?? ? ? b ? 0.628 ? 0.55 2 Ne ? 0.43?1 f c bh0 ? ?1 f c bh0 ( ?1 ? ? b )(h0 ? a s )
2 2

As ? As? ?

Ne ? ?1 f cbh0 2? ?1 ? 0.5? ? ?? f y? ? h0 ? as

2200 ?103 ? 447.9 ? 1.0 ?14.3 ? 400 ? 6652 ? 0.628 ? ?1 ? 0.5 ? 0.628 ? ? 300 ? ? 665 ? 35? ? 537.061mm 2 ? ? min bh ? 0.6% ? 400 ? 700 ? 1680mm 2
按构造配筋,由于纵向受力钢筋采用 HRB335,最小总配筋率 ?min ? 0.6% ,

?,min ? 0.6% ? 400 ? 700 / 2 ? 840 mm 2 As,min ? As
? ? 1017 mm 2 。 每侧实配 4Ф18, As ? As
(4)斜截面受剪承载力计算: H 2.5 因为剪跨比 ? ? n ? ? 1.88 ? 3 ,取 ? ? 1.88 。 2h0 2 ? 0.665 因为 0.3 fc A ? 0.3?14.3? 400 ? 700 ? 1201.2 kN,所以取 N=1201.2kN。

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1.75 ? ? V? ft bh0 ? 0.07 N ? ? AS ? ? ?1 ? ? s f yv ho ? 202.2 ?103 ? 1.75 ?1.43 ? 400 ? 665 ? 0.07 ? 1201.2 ? 103 1.88 ? 1 210 ? 665

? ?0.5619 ? 0
按构造配箍,取复式箍 4Ф10@200。但考虑到梁柱交接处的受力比较复杂, 故设置加密区和非加密区,分别为 Ф10@100;Ф10@200。

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混凝土结构施工中常见的质量通病

钢筋混凝土在工程建设中应用非常普遍,是建筑物的承重结构,我们建造各 种类型的房屋,是为了给人类生活、生产或其它活动提供既不受外界恶劣气候条 件影响又能满足各项内部功能要求的空间。钢筋混凝土结构常用作建筑工程的承 重结构,高层建筑地下室外墙等,钢筋混凝土施工质量的好坏,决定着主体工程 的质量,影响着建筑物的使用情况。钢筋混凝土结构的作用就是保证房屋在使用 期限内把作用在房屋上的各种荷载或作用力可靠地承担起来;并在保证房屋的强 度、刚度和耐久性的同时,把所有的作用力可靠地传到地基中去。

2.1 混凝土结构质量的重要性
现如今,无论是工业建筑还是民用建筑,绝大多数都采用钢筋混凝土结构, 所以说混凝土结构的质量的好坏直接关系到广大人民群众的生命财产安全。既然 混凝土结构在社会生活中的地位如此重要,就要了解它、认识它,混凝土同其他 材料的结构相比,主要优点是:整体性好,可浇筑成为一个整体;可模性好,可 浇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,而 且通过混凝土的成分我们知道它能就地取材;缺点是混凝土抗拉强度低,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;混凝土结构施工工序 复杂,周期较大,且受季节和气候的影响较大。如遇损伤,则修复比较困难。混 凝土的隔热、隔声性能也较差。所以我们在进行结构设计时在充分的发挥它的优 点的同时也要通过新工艺、新材料来弥补它的缺陷。混凝土是多种原材料组成的 一种不匀质性的结构材料,要保证其质量,就要从多方面分析控制,设计的时候 保证整体结构的安全,施工过程中根据操作规程进行施工,按照规范进行验收。

2.2 常见的建筑施工质量通病
2.2.1 现浇钢筋混凝土框架结构

现浇钢筋混凝土框架结构工序多,难度大,技术和管理要求高。现浇钢筋混 凝土框架结构在施工中出现的质量问题,除了钢筋混凝土工程施工中常见的如混 凝土强度不足、钢筋用量偏低等质量事故外,就其框架结构本身而言,可能出现 的质量缺陷或事故主要是柱、梁、板等构件的施工质量缺陷或事故,以及各构件 之间刚性连接节点不牢固的质量缺陷事故。下面主要就柱、柱梁连接等施工中常 见质量缺陷或事故做一简要分析。
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(一)柱平面错位 多层框架的上下层柱,在各楼层处容易发生平面位置错位,特别是在边柱、 楼梯间柱和角柱更是明显。 造成上述现象的主要原因有: 1、放线不准确,使轴线或柱边线出现较大的偏差。 2、下层柱模板支立不垂直、支撑不牢或模板受到侧向撞击,均易造成柱上端 移动错位。 3、柱主筋位移偏差较大,使模板无法正位。 (二)柱主筋位移 柱主筋位移,在钢筋混凝土框架结构施工中极易发生,钢筋的位移严重地影 响了结构的受力性能。 造成柱主筋位移的主要原因: 1、梁、柱节点内钢筋较密,柱主筋被梁筋挤歪,造成柱上端外伸主筋位移。 2、柱箍筋绑扎不牢,模板上口刚度差,浇筑混凝土时施工不当引起主筋位移 (三)柱弯曲、鼓肚、扭转 在柱的施工中,柱容易发生弯曲、截面扭转、鼓肝、窜角等质量缺陷。 1、造成柱弯曲的主要原因:模板刚度不够,斜向支撑不对称、不牢固、松紧 不一致,浇筑混凝土时模板受力不一,造成弯曲变形。 2、造成柱截面扭转主要原因:放线误差,支模未能按轴线兜方,上下端固定 不牢,支撑不稳,上部梁板模板位置不正确和浇筑混凝土时碰撞等因素,均可能 造成柱身扭转。 3、造成鼓肚、窜角的主要原因:柱箍间距过大或强度、刚度不足,一次浇筑 过高、速度太快,振捣器紧靠模板,使混凝土产生过大的侧压力等引起模板变形, 柱箍安装不牢固等。 (四)梁柱交接部位强度达不到设计要求 梁柱节点是框架结构极重要的部位,该部位的质量对于保证框架结构有足够 的强度至关重要。在梁柱节点部位常见的质量事故有混凝土振捣不密实、主筋锚 固达不到设计要求、箍筋遗漏等。 造成上述事故的主要原因有: 1、钢筋太密,浇筑混凝土的漏振均会引起该处混凝土的不密实。 2、主筋设计错误或施工错误等均会造成主筋锚固不够。

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3、由于该节点三个方向梁柱交叉,钢筋密集,加以受传统施工工艺和顺序的 影响,绑扎箍筋的不方便,因此,施工中往往造成箍筋遗漏。 (五)梁板施工钢筋位置不正、楼板超厚等。 主要原因: 1、主次梁在柱头交接处钢筋重叠交叉,排列不当时,钢筋容易超过板面标高, 要保证钢筋的保护层厚,必然使楼板加厚。 2、板内各种预埋管线过多,也可能形成露筋或板厚的质量通病。 3、施工顺序安排不当。特别是电气工和钢筋工的工序。先绑负筋时,部分电 气管道压在上面,使负筋位置降低,影响结构承载力。 2.2.2 麻面

表现为混凝土表面局部缺浆粗糙,或有许多小凹坑,但无钢筋和石子外露。 其原因分析: (1)模板表面粗糙或清理不干净,粘有干硬水泥砂浆等杂物,拆模时砼表面 被粘损。 (2)钢模板脱模剂涂刷不均匀,拆模时砼表面粘结模板。 (3)模板接缝拼装不严密,灌注砼时缝隙漏浆。 (4)混凝土振捣不密实,混凝土中的气泡未排出,一部分气泡停留在模板表 面。 2.2.3 蜂窝

表现为混凝土局部酥松,砂浆少石子多,石子之间出现空隙,形成蜂窝状的 孔洞。其原因分析: (1)混凝土配合比不合理,砂子、碎石计量错误,或加水量不准,造成砂浆 少石子多。 (2)混凝土搅拌时间短,没有拌合均匀,造成混凝土和易性差,振捣不密实。 (3)未按操作规程浇筑混凝土,下料不当,使碎石集中,振不出水泥浆,造 成混凝土离析。 (4)混凝土一次下料过多,没有分段、分层浇筑,振捣不实或下料与振捣配 合不好,未振捣又下料。 (5)模板孔隙未堵好,或模板支设不牢固,振捣砼时模板移位,造成严重漏
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浆。 2.2.4 孔洞

表现为现浇结构内有空隙,局部没有混凝土。其原因分析: (1)在钢筋密集处或预埋件处,混凝土浇筑不畅通,不能充满模板间隙。 (2)未按顺序振捣混凝土,产生漏振。 (3)混凝土离析,砂浆分离,石子成堆,或严重跑浆。 (4)混凝土工程的施工组织不好,未按施工顺序和施工工艺认真操作。 (5)混凝土中有硬块和杂物掺入,或木块等大件料具掉入砼中。 (6)不按规定下料,吊斗直接将砼卸入模板内,一次下料过多,下部因振捣 器振动作用半径达不到,形成松散状态。 2.2.5 露筋

表现为钢筋混凝土结构内的主筋、负筋或箍筋等露在砼表面。其原因分析: (1)混凝土浇筑振捣时,钢筋垫块移位或垫块太少甚至漏放,钢筋紧贴模板。 (2)钢筋混凝土结构断面较小,钢筋过密,如遇大石子卡在钢筋上,混凝土 水泥浆不能充满钢筋周围。 (3)因配合比不当混凝土产生离析,浇捣部位缺浆或模板严重漏浆。 (4)混凝土振捣时,振捣棒撞击钢筋,使钢筋移位。 (5)混凝土保护层振捣不密实,或木模板湿润不够,混凝土表面失水过多, 或拆模过早等,拆模时混凝土缺棱掉角。 2.2.6 施工缝夹层

表现为施工缝处混凝土结合不好,有缝隙或夹有杂物,造成结构整体性不良。 其原因分析: (1)在浇筑混凝土前没有认真处理施工缝表面;浇筑前,捣实不够。 (2)浇筑大体积混凝土时,往往分层分段施工。在施工停歇期间常有木块、 锯末等杂物积存在混凝土表面,未认真检查清理,再次浇筑混凝土时混入混凝土 内,在施工缝处造成杂物夹层。

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混凝土结构设计中的若干问题

由于当前的建筑工程设计越来越复杂,而设计周期又普遍偏短,再加之建筑 方案的调整所带来的设计图纸的反复修改,使得设计中存在某些问题在所难免。 在实际工作中,由于种种原因,结构设计人员容易在结构设计、屋面梁与配筋、 楼层平面刚度计算及原则、构造箍筋等环节出现失误。这就要求我们提出相应的 解决方法。

3.1 砌体结构设计中存在的问题及处理措施
1. 底层框架——剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题 底层框架剪力墙砌体结构房屋是指底层为钢筋混凝土框架——剪力墙结构, 上部为多层砌体结构的房屋。该类房屋多见于沿街的旅馆、住宅、办公楼,底层 为商店,餐厅、邮局等空间房屋,上部为小开间的多层砌体结构。这类建筑是解 决底层需要一种比较经济的空间房屋的结构形式。部分设计者为追求单一的建筑 立面造型来增加使用面积,将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上,各 层设计有挑梁,但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝,该类挑梁的设计与出 现裂缝在临街砌体结构房屋中比较常见。 原因是原设计各层挑梁均按承受本层楼盖及其墙体的荷载进行计算。但实际 结构中,悬挑梁上部墙体均为整体砌筑,且下部墙体均兼上层挑梁的底摸,这样 挑梁上部的墙体及楼盖的荷载实际上是由上往下传递。上述挑梁的设计计算与实 际工程中受力及传力路线不符是导致底层挑梁承载力不足并出现受力裂缝的主要 原因,解决的办法要么改变计算简图及受力路线,要么注意施工顺序和施工工序。 2. 砌体结构布置方式及抗震分析 (1)横墙承重的结构布置: 一般房屋为矩形平面, 其横向刚度远小于纵向刚度, 因此有足够数量的横墙,是提高结构抗震性能的主要途径。由震害可知,墙体多 为剪切破坏,因此,为了提高横墙的抗震能力,必须提高其抗剪强度。主要措施 是提高材料的强度等级,增加横墙上的轴压力。为此,应尽量使横墙成为承重和 隔断合二为一的墙体。 (2)纵横墙共同承重的结构布置。当房间较大时,设有沿进深方向的梁支承于 纵墙上,使纵墙承重。楼板沿纵向搁置, 故形成横墙承重,横墙间距不入,一般 可满足抗震要求,同时纵墙也因轴压力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是纵

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钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制

墙承重与横墙承重沿竖向交替布置,这种方案实际应用不多。 (3)纵墙承重的结构布置。该种布置方案,横墙间距大、数量小,且轴压力较 小,故对抗震不利;纵墙多易引起弯曲破坏,应慎重选用。 (4)混合承重结构布置。这种布置可有多种布置方式,如内框架砌体结构、底 层框架砌体结构及局部框架砌体结构等。这种结构体系由两种结构材料弹性模量 和动力性能相差很大的两种结构体系组成,因而不是一种良好的抗震结构形式。 但因其能满足建筑使用要求,提供较大的使用空间,且结构经济、方便施工,应 用较多。总之,选择哪种砌体结构是抗震结构设计中的关键环节,应从抗震的概 念设计出发,综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面进行选择。

3.2 楼层平面刚度的问题
一些设计在缺乏基本的结构观念或结构布置缺乏必要措施时,采用楼板变形 的计算程序。尽管程序的编程在数学力学模型上是成立的甚至是准确无误的,但 在确定楼板变形程度上却很难做到准确。作为计算的大前提都无法“准确” ,就不 可能指望其结果会“正确”了。据此进行的结构设计肯定存在着结构不安全成分 或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反 映结构的真实受力状况而不致于出现根本性的误差,设计时应尽可能将楼层设计 成刚性楼面。要做到这一点,首先应在建筑设计甚至方案阶段就避免采用楼面有 变形的平面比如楼层大开洞、外伸翼块太长、块体之间成“缩颈”连接、凹槽缺 口太深等。其次要从结构布置和配筋构造上给予保证,对于使用功能确实必需的, 或者建筑效果十分优越的建筑设计,如果其平面无法完全符合刚性楼板的假定, 那么在结构设计时可以通过增设连系梁板、洞口边加设暗梁边梁、提高连系梁板 或暗梁边梁的配筋量、采用斜向配筋或双层配筋形式等方法,尽量满足刚性楼板 的基本假设,或者弥补由于不是绝对的刚性楼板假定而产生的计算“误差” 。

3.3 屋面梁与配筋的问题
1. 屋面梁配筋太少。结构建模时, 设计人员图方便,屋面梁直接拷贝下层梁 的尺寸。由于屋面梁荷载较小,计算结果配筋不多,这样屋面梁在温度变化、混 凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低而裂缝宽度较大。 2. 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。 对于一般的梁, 为了保持钥筋骨架的刚度, 同 时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝,一般构造措施为梁腹板 高度大于 450mm 时加设腰筋, 其间距≤200mm, 然后拉筋勾连。 对于受扭构件, 《混 凝土结构设计规范》 (GB50010-2002)第 10.2.5 条第二款规定, 其纵向受力钢筋的间
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距不应大于 200mm 和梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁,在结构设计 中误等同一般梁,未按受扭构件设计配筋。 基于以上问题,怎样对结构计算中几个重要参数的合理选取是建筑结构设计 中应该重点考虑的,笔者从以下三个方面进行说明: (1)振型数的取值 振型数取多少关系到结构计算结果的精度。对于平面不规则、刚度不均匀的 复杂结构,尤其对于多塔结构、大底盘结构,在考虑扭转耦联计算时,很难确定 应该取多少个振型来计算地震作用。若振型数取少了,有些高振型的地震作用计 算不出来,结构抗震设计不安全;若振型数取得太多,又增加很多计算工作量。 一般应遵循以下原则: 当不考虑扭转耦联计算时, 至少应取 3; 当振型数多于 3 时, 宜取 3 的倍数,但不应多于房屋的层数;如层数≤2 时,振型数可取 2 或 1,如层 数=5 层时,振型数可取 3,而不能是 6;对于不规则的结构,当考虑扭转耦联时, 振型数应取≥9,结构层数较多或结构刚度突变较大,振型数应多取,但又不能多 于房屋层数的 3 倍。 (2)周期折减系数 框架结构由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大 于实际周期。因此算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全,所以对结构的计算 周期进行折减是必要的。但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都 是不妥当的。对于砌体填充墙,周期折减可取 0.6~0.7;砌体填充墙较少或采用 轻质砌块时,可取 0.7~0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取 0.9;只有无墙的纯 框架,计算周期才可以不折减。周期折减系数不改变结构的自振特性,只改变地 震影响系数。 (3)梁跨中正弯矩放大系数 此系数主要是对那些楼面活荷载较大的多层建筑设置的,不能泛用。当梁上 不计算活荷载或不考虑活荷载的不利布置时,一般取放大系数 1.2,以弥补梁跨中 弯矩偏小之不足;当多层建筑推导荷载时,将永久荷载与楼面活荷载分开计算, 并作活荷载不利布置,此时系数应取 1.0,不再放大。一般计算高层建筑时,为了 计算简化起见,永久荷载与楼面活荷载不分开计算,也不作活荷载不利布置,此 时梁跨中正弯矩放大系数应取 1.2。

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混凝土结构的应用及前景

混凝土结构在土木工程中的应用范围极广,各种工程结构都可采用钢筋混凝 土建造。目前已经广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海 港等土木工程领域,解决了钢结构未能解决的技术难题。近年来,随着高层建筑 的发展,高强度混凝土的应用成为发展钢筋混凝土结构的重要途径,提高混凝土 的性能是当今混凝土技术发展的主要方向之一。其中冷轧带肋钢筋的生产和应用 在我国有着广阔的前景。其强度高,韧性好,工业化程度高,经济效益好,如此 多的优势使其能最大程度的满足经济建设的需要。相信混凝土的前景将更为广阔。

4.1 混凝土结构应用现状
混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构相比,历史不长,但自 19 世纪中叶 开始使用后,由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进,结构理论施工技术的进步 使钢筋混凝土结构得到迅速发展。1824 年波特兰水泥的发明为混凝土的大量使用 开创了新纪元。至今仅有 160 多年的历史。特别是在 20 世纪 80 年代后期,由于 现代高强度,高性能混凝土技术,混凝土结构技术及泵灌溉的快速发展,发展的 混凝土结构技术,增添新的活力混凝土结构,在一些欧洲和美国的桥梁工程和高 层建筑项目技术的兴起。

4.2 混凝土结构的发展前景
国内外的研究成果已表明,混凝土基本能满足普通混凝土的性能要求,应用 于一般工程结构是完全可行的。然而,目前国内混凝土的应用并不乐观,大多数 应用在非承重的次要结构中。分析其原因主要有两方面,一方面经济性是阻碍混 凝土大规模推广应用的主要原因之一。由于再生骨料的生产要耗费较多的人力、 物力,致使目前的混凝土的生产成本高于天然骨料混凝土。但是,随着社会的发 展与科学技术的进步以及人们环保意识的增强,经济性的概念也会随之变化。对 混凝土的经济分析应当从社会、经济、环境效益上进行综合考虑。另一方面是混 凝土结构应用缺少相应的规程和技术标准。人们传统地认为,混凝土的质量达不 到工程要求,担心应用于工程中出问题,即人们对混凝土应用技术的可信度不高, 这主要是由于目前混凝土的应用大多处于试验、谨慎使用的状态,从技术上说, 是缺少较完善的技术规程、标准,混凝土技术还没有形成一套成熟、完善的系统 造成的。但随着人们的环保意识的增强,经济性的概念的变化和混凝土技术的不

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断完善,混凝土结构的应用前景还是相当乐观的。就当前国内外应用现状,还以 下几方面可大力推广应用混凝土结构: 4.2.1 钢管混凝土结构

众所周知,混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱,而钢材,特别是型钢的 抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而 钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起,可使混凝土处于侧向受压状 态,其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共 同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构, 主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主,被广泛使用于框架结构中(如 厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性 能,具体表现为以下几个方面: 1、承载力高、延性好,抗震性能优越 钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状 态,提高了混凝土的抗压强度;钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局 部屈曲。研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱 承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏 转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善,耗能能力大大提高,具有优越的抗 震性能。 2、施工方便,工期大大缩短 钢管混凝土结构施工时,钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和 结构重量,施工不受混凝土养护时间的影响;由于钢管混凝土内部没有钢筋,便 于混凝土的浇注和捣实;钢管混凝土结构施工时,不需要模板,既节省了支模、 拆模的材料和人工费用,也节省了时间。 3、有利于钢管的抗火和防火 由于钢管内填有混凝土,能吸收大量的热能,因此遭受火灾时管柱截面温度 场的分布很不均匀,增加了柱子的耐火时间,减慢钢柱的升温速度,并且一旦钢 柱屈服,混凝土可以承受大部分的轴向荷载,防止结构倒塌。组合梁的耐火能力 也会提高,因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统 计数据表明:达到一级耐火 3 小时要求和钢柱相比可节约防火涂料 1/3~2/3 甚至更 多,随着钢管直径增大,节约涂料也越多。
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4、耐腐蚀性能优于钢结构 钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少,受外界气体腐蚀面积比钢结构少 得多,抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管 混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。 圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用,使钢管内 部的混凝土处于三向受压状态,使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝 土结构的施工难度大,施工成本较高。相比之下,方钢管混凝土结构的施工较为 方便,但钢管混凝土受到的约束作用较小,结构的承载力较低。 5、施工方面 钢管混凝土柱的零件较少,焊缝少,构造简单,柱脚常采用在混凝土基础上 预留杯口的插入式柱脚,因而工厂制造比较简单,同时构件自重较小,运输和吊 装也较易,施工很简便,而且钢管混凝土柱采用板材卷制,板材厚度都不大,一 般在 40mm 以内,无论工厂焊接和现场进行对接,都没有什么困难。同时,与钢 筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱的外皮钢管具有钢筋的功能,兼有纵向钢筋和横 向箍筋的作用,所以管内没钢筋,省了钢筋下料和绑扎钢筋等一系列工艺,又由 于柱外皮钢管本身就是耐侧压的模板,同时也省了支模和拆模等工序。近年来, 泵送砼相当普遍,现场浇灌并无困难,我国创造并广泛使用的高位抛落不振捣混 凝土的施工方法,更简化了现场灌混凝土的工序,简便了施工。也有在管柱下部 开临时浇灌孔,用混凝土泵自下而上灌注混凝土的方法,既快,又保证浇灌质量。 而且,在浇筑后,钢管内处于相当稳定的湿度条件,水分不易蒸发,省去浇水养 护工序,简化了混凝土的养护工艺。

4.2.2

纤维混凝土结构

目前发展起来的的纤维增强混凝土,应用最广泛是指钢纤维增强混凝土、玻 璃纤维增强混凝土和丙烯纤维增强混凝土。前者在国内已经制成高强纤维混凝土, 抗压强度 100~110MPa ,抗弯强度也接近 15MPa ,抗冲击强度为普通混凝土的 3.6~6.3 倍。 纤维混凝土与普通混凝土相比,虽有许多优点,但毕竟代替不了钢筋混凝土。 人们开始在配有钢筋的混凝土中掺加纤维,使其成为钢筋-纤维复合混凝土,这又 为纤维混凝土的应用开发了一条新途径。
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在混凝土拌合物中,掺入适量的钢纤维,可配成一种既可浇筑又可喷射的特 种混凝土,这种钢纤维混凝土。与普通混凝土相比,钢纤维混凝土抗拉、抗弯强 度及耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性和抗裂、抗爆等性能可得到提高。因为大量很 细的钢纤维均匀地分散在混凝土中,与混凝土接触的面积很大,因而,在所有的 方向,都使混凝土强度得到提高,大大改善了混凝土的各项性能。 聚丙烯纤维混凝土:聚丙烯纤维增强水泥基材有两种不同的方式,连接网片 和短切纤维。聚丙烯纤维的主要优点是良好的抗碱性和化学稳定性,有较高的溶 点,且原材料价格低廉。 纤维混凝土的作用:制造纤维混凝土主要使用具有一定长径比(即纤维的长 度与直径的比值)的短纤维。但有时也使用长纤维(如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙 烯纤化薄膜)或纤维制品(如玻璃纤维网格布、玻璃纤维毡) 。其抗拉极限强度可 提高 30~50%。 纤维在纤维混凝土中的主要作用,在于限制在外力作用下水泥基料中裂缝的 扩展。在受荷(拉、弯)初期,当配料合适并掺有适宜的高效减水剂时,水泥基 料与纤维共同承受外力,而前者是外力的主要承受者;当基料发生开裂后,横跨 裂缝的纤维成为外力的主要承受者。 若纤维的体积掺量大于某一临界值,整个复合材料可继续承受较高的荷载并 产生较大的变形,直到纤维被拉断或纤维从基料中被拨出,以致复合材料破坏。 与普通混凝土相比,纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度,尤以韧性提高 的幅度为大。

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常见的技术问题及解决办法

随着经济的高速发展,我国高层建筑发展迅速,设计思想在不断更新,建筑 平面布置与竖向体形也越来越复杂,这就给高层结构设计和施工提出更高的要求。 采用框架结构形式,可形成内部大空间,能进行灵活的建筑平面布置,因此,框 架结构体系在结构设计中应用甚广,特别是在高度不超过 60m 的高层建筑中,其 优势更为明显、突出。与此同时,对于高层建筑钢筋混凝土框架结构设计和施工 中的现实问题却往往被忽视,给工程质量留下隐患。现结合自己多年的经验,对 工程施工的实际情况和现行的有关规范进行讨论。

5.1 在设计时缺少工程实地勘察报告或者临近建筑的勘察报告
对于基础没计来说,基础设计必须按照勘察—设计一实施的流程来进行,要 坚决杜绝出现缺少地质勘察报告而进行设计的情况出现。而如果出现地质勘查不 够全面,或者内容模糊的情况时,设计单位必须告知建设单位并要求勘察单位重 新勘察或者进行补勘。 而目前在我国,仍存在很多基础设计缺少实地勘察报告或者缺少临近建筑勘 察报告的现象出现,而这样的设计对于整体工程来说,无法做到经济、科学,甚 至会存在一定的安全问题。

5.2 梁、柱混凝土强度等级不同的问题
(1)产生原因 为了满足柱轴压比的要求,同时又要满足控制柱截面的要求,柱子采用较高 强度等级的混凝土则成为一种必然。而对于以受弯为主的楼层梁板,过高的混凝 土强度等级却不必要且不适宜。首先,高强度等级混凝土对其抗弯承载力贡献不 明显;其次,高强度等级混凝土对构件承受非荷载应力(混凝土收缩应力、温度应 力等)不利,正因为如此,才有“现浇框架的混凝土强度等级不宜高于 C40”的规 定。事实上,在实际工程设计中合适的楼盖混凝土强度等级通常采用 C20~C35。 由此可见,高层建筑混凝土框架结构的柱混凝土设计强度高于梁板的设计强度必 然存在,而且随着建筑物高度的增大,两者的设计强度差距会越大,此外,需特 别说明的是,这种情况主要存在于高层建筑的下部。 目前,混凝土的浇筑施工几乎都是用商品混凝土泵送工艺,而且习惯上,各 施工单位通常将竖向构件与水平构件分批集中浇筑(即节点区采用楼盖混凝土强度
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等级浇筑)。 如果要求对其中的梁柱节点进行单独浇筑,那么将导致两方面的问题, 首先是供应量及浇筑时间不易控制而导致质量事故,其次是节点区与梁板之间的 分隔存在难度,故施工单位不希望大面积采用此方法。 (2)处理措施 JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程第 13.5.7 条规定:当柱混凝土设计强 度高于梁、楼板的设计强度时,应对梁柱节点混凝土施工采取有效措施。可从以 下两个方面着手解决: A、在结构设计方面:对高层建筑混凝土结构的竖向和水平构件的混凝土强度 要进行合理取值。整个工程的竖向构件混凝土强度等级种类不应过多,且与竖向 构件截面的变化要错层同步;水平构件的混凝土强度等级取值要符合规范要求, 尽可能与竖向构件相匹配,使实际施工简单化,尽量减少梁柱节点单独浇筑混凝 土。 B、在现场施工方面:当梁板比柱的混凝土强度等级低 5MPa 时,节点区可用 楼盖混凝土强度等级浇筑,其节点核心区截面承载力一般仍能满足要求;当梁板 比柱的混凝土强度等级低 10MPa 及 10MPa 以上而仍用梁混凝土浇筑节点区时, 则 必须对节点区采取措施。处理措施可分两种:当梁板比柱的混凝土强度等级分别 低 10MPa 和 15MPa 时,节点区需增设竖向短筋,其数量分别为柱主筋配筋量的 50%和 100%;当梁板比柱的混凝土强度等级低 20MPa 及 20MPa 以上时,再靠增 设节点区短筋来提高承载力已不可行,其原因一方面是无法布筋,另一方面是短 筋数量太大。因此节点区需采用与柱同等级混凝土单独浇筑,为防止交接面形成 施工冷缝,建议施工时节点区混凝土采用塔吊用漏斗浇筑,梁板混凝土则采用泵 送同时浇筑。

5.3 混凝土保护层厚度的问题
(1)施工中存在的问题 GB50204—1992 混凝土结构工程施工及验收规范第 3.5.8 条规定:受力钢筋保 护层厚度梁柱允许偏差为± 5rflrfl。但是框架结构施工中,当梁边与柱边平齐时,柱 的纵筋必须包梁的纵筋,即梁的纵筋要在柱纵筋的内侧,此时,平齐的梁侧往往 容易开裂;另外高层框架结构的顶层角节点处,由于钢筋实际加工的原因,一般 会出现角节点外侧钢筋保护层过厚的情况,此处亦往往出现裂缝。 (2)处理措施
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GB50010—2002 混凝土结构设计规范第 9.2.4 条规定:当梁、柱中纵向受力钢 筋的保护层厚度大于 4cm 时,应对保护层采取有效的防裂构造措施。梁边与柱边 平齐时梁侧的防裂措施:在梁纵筋弯折处加设附加钢筋。框架角节点处的防裂措 施:加设钢筋网片,以提高角节点处的抗裂性。

5.4 梁柱节点箍筋施工的问题
(1)施工中存在的问题 梁柱节点施工的复杂性主要表现为:节点构造复杂,钢筋分布密集,施工难 度大,特别是中间柱子钢筋纵横交错,箍筋绑扎不便,采用整体沉梁时节点区下 部箍筋无法绑扎,致使梁柱节点部位不放或少放柱子箍筋,留下严重后患。 (2)处理措施 柱子节点区箍筋现场焊接在纵向短筋上形成整体骨架,再将整体骨架套入柱 纵筋并搁置在楼板模板面上,穿梁钢筋并绑扎。为防止附加短筋位置与柱纵筋冲 突而造成套箍困难,附加纵向短筋应偏离箍筋角部约 5cm。

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结论与展望

本文总结了钢筋混凝土结构配筋设计及施工质量控制子过程中的设计实例、 常见的质量通病、应用前景、常见问题及解决办法等诸多方面做论述。混凝土在 我国推广应用需要全社会的努力,也十分需要政府的产业政策扶持和国家的法律 法规保障。政府可通过设立专项资金资助混凝土结构进行更深入和更系统的研究。 通过加强立法,利用经济杠杆的调节作用制定混凝土推广应用的强制性措施。国 内外对混凝土材料性能和结构行为的研究成果已初步表明,合理设计的再生混凝 土结构能够达到普通混凝土结构的性能要求,是与时俱进、采用新工艺、新技术, 其应用于土木工程中是可行和安全的,是即节能又环保的。

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参考文献
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