建筑混凝土结构设计
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摘要：本文作者主要阐述土建结构设计过程中材料选择、构造要求、荷载取值等方面，分析了违反结构设计规范的常见情况，并研究了如何正确理解和执行相关结构设计规范。
建筑结构设计规范是国内结构设计的法规，是建筑结构做到技术先进、安全适用、经济合理的指导文件。为了更好的遵循这一法规，对结构设计规范应该熟悉，更应该正确理解，保证土建结构设计质量。
1 结构材料选择
1.1混凝土结构设计规范
在设计工作中，在对混凝土的强度等级的理解与应用存在以下两方面的问题与争议：
1.1.1规范4.1.2条规定：钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15。与此条相呼应在4.1.3条和4.1.4条中不再列入了C10混凝土的强度标准值、设计值。这里存在一个对上述规范条文的正确理解与应用的问题，这就是作为基础垫层的素混凝土是否可以采用C10混凝土，是否也必须采用C15混凝土。对这一问题存在很广泛的争议。在某些工程中对基础垫层的混凝土采用C10后，不仅有的监理公司的监理人员对此置疑，甚至有的图纸审查人员也表示反对，都认为这违反了规范的要求，要求改正为C15。混凝土垫层采用C10等级的混凝土，如改为C15级混凝土没有必要而且增加造价造成经济上的浪费。分歧的原因是置疑的人员没有正确理解规范的条文，因为规范的4.1.2条是指钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15，而作为垫层的混凝土是素混凝土不属于钢筋混凝土，垫层混凝土的作用是保护地基土在施工中不扰动，同时为基础的施工创造有利的工作条件，C10混凝土完全可以达到。
1.1.2规范4.1.4条例表规定了各个强度等级的混凝土的轴心抗压强度设计值。其中有一个注释，因是用小字表达常被设计人员忽视，这个注是指当轴心受压及偏心受压构件的截面长边或直径小于300mm，则表中的混凝土强度设计值应乘以系数0.8。该注释是不能忽视的，因为当构件的截面尺寸越小，混凝土构件的缺陷带来的强度损失越大。
1.2 砌体结构设计规范（GB 50003-2011）
在砌体结构设计规范中，对结构材料选择的规定方面容易忽视的主要是第6.2.2条对地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙，所用材料的最低强度等级提出的要求，其目的是为了保证结构的耐久性。例如对于地基土很潮湿的砌体，砖至少要求MU15，砂浆必须是水泥砂浆而且不低于M7.5。但在实践中很多设计人员单从砌体的强度要求出发采用MU10砖、M5水泥砂浆。这是违背规范要求的，应予改正以保证结构的耐久性。此外，上述这一要求不仅针对地面以下砌体，还针对地面以上的潮湿房间，例如卫生间等。
2 结构构造要求
2.1砌体结构伸缩缝的最大间距
在建筑设计中，为了防止或减轻房屋在正常使用条件下，由于温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝，应在墙体中设置伸缩缝。在砌体结构设计规范（GB 50003-2011）中第6.3.1条规定了砌体房屋伸缩缝的最大间距，例如钢筋混凝土屋盖当屋面设有保温层或隔热层时，伸缩缝的最大间距为50m。我国很多房屋长度在40m～50m的砌体房屋，按上述规定没有设置伸缩缝，但不少房屋还是出现了温度裂缝，有的甚至比较严重。原因在于设计人员没有全面理解该规范条文。首先该规定是针对烧结普通砖的，对于目前墙体改革中新使用的混凝土砌块等房屋，该规范已强调由于混凝土有干缩性，应该将伸缩缝的最大间距乘以0.8系数，也就是说应将伸缩缝的最大间距调整为50m×0.8=40m。其次该规范在注释中还强调了对于白天和夜晚温差较大地区，伸缩缝的最大间距应予以适当减小，因此，对于我国昼夜温差较大的地区来说，应适当减小伸缩缝的最大间距，使用烧结普通砖的上述砌体房屋，伸缩缝的最大间距应降为45m，使用混凝土砌块的上述房屋，伸缩缝的最大间距应降为35m。按调整后的伸缩缝的最大间距设计的砌体房屋再辅以其它措施后，很少再出现温度裂缝了。
2.2混凝土结构中钢筋的混凝土保护层厚度
现行混凝结构设计规范（GB 50010-2012）中，比89规范更加重视对混凝土耐久的要求，而混凝土结构的耐久性与混凝土保护层的厚度是密切相关的，因此现行规范比原规范对混凝土保护层的厚度要求有所增加。例如在一类环境柱的混凝土保护层的厚度由25mm增加到30mm。特别对于基础，混凝土保护层的厚度增加得更多，因为基础与水有接触，所处环境更为不利。但在设计实践中往往有些设计人员忽略了这一变化，因而不能满足混凝土耐久的要求，造成混凝土质量下降。
3 结构荷载取值
3.1屋面可变荷载的取值和分布
并非在屋面全跨布置可变荷载产生的内力一定最大，往往在半跨布置可变荷载时结构可能更为不利。因此对于屋架和拱壳屋面除了全跨布置可变荷载时做出计算外，还应考虑半跨布置可变荷载，并做出相应的计算，然后按最不利的情况进行设计。对屋面可变荷载的取值应十分谨慎，特别是对于屋架和拱壳屋面，因为这类屋面荷载的分布对结构的内力很敏感。例如积雪荷载应按全跨均匀分布、不均匀分布，半跨均匀分布的几种情况进行设计，这样才能保证屋面结构的安全。
3.2 基础设计时的荷载取值
在建筑地基基础设计规范（GB 50007-2012）中第3.0.4条明确做出了以下规定：计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的永久值组合，不应计入风荷载和地震作用。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，分项系数均为1.0。按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。在设计实践中上述的各方面经常有设计人员没有正确执行。
3.2.1计算地基变形时将荷载取值错误地取为荷载设计值而不是荷载的准永久组合值。由于荷载的设计值大约为荷载准永久组合值的1.4～1.6倍，因此这一错误取值造成的影响更多，常常使原本地基变形不超过限值，错误的判断为地基的变形不满足设计要求。错误地将基础加深或将基础的底面积扩大，造成很大的浪费。
3.2.2在确定基础底面积或确定桩数时，荷载取值错误地取为荷载的设计值而不是荷载的标准值，由于荷载的设计值大约为荷载标准值的1.25倍左右。因此这一错误将导致约20%的浪费，对整栋建筑而言，这一浪费是相当大的。
3.2.3计算挡土墙的土压力、地基或斜坡的稳定时，荷载的取值错误地将永久荷载的分项系数取1.2，将可变荷载的分项系数取1.4，而忽视了规范别说明了的分项系数均为1.0的规定。
4 结束语
在结构设计工作实践中部分结构设计人员对现行结构设计规范缺乏正确理解或常有疏忽，给工程带来安全隐患或者增加不必要的造价。在建构筑物的设计中，结构设计关系到建筑结构的安全、耐久、适用和经济等多个方面，因而结构设计工作是十分重要的。
参考文献：
[1]砌体结构设计规范.GB 50003-2007.中国建筑工业出版社.2007.
[2]建筑地基基础设计规范.GB 50007-2008.中国建筑工业出版社.2008.
[3]建筑地基基础设计规范.GB 50007-2012.中国建筑工业出版社.2012.