第一篇：钢筋混凝土限高防护架分析
摘要：以铁路沿线桥涵限高防护架为计算实例，使用ＭＩＤＡＳ软件建模，得出相应结论，供类似铁路沿线桥涵工程设计参考。
关键词：铁路；桥涵；钢筋混凝土；限高防护架
目前，铁路沿线有部分车辆不愿绕行既有的立交通道，而选择就近从既有排洪桥涵下通行，对铁路沿线桥涵的使用安全造成极大的隐患。针对此情况，内蒙古铁道勘察设计院有限公司受铁路局委托，编制了钢筋混凝土限高防护架的设计图，①对过往车辆起到减速慢行的作用；②也可避免车辆直接撞击既有桥涵结构，对铁路安全运营起到保障的作用。
１工程概况
本限高防护架适用于路宽７ｍ以内，限高４．５ｍ以下通行机动车的等外道路。限高防护架设计采用框架形式，截面尺寸限宽５ｍ、７ｍ采用０．６ｍ×０．６ｍ；限宽３ｍ采用０．５ｍ×０．５ｍ，为保证结构强度及稳定性增加斜撑的设计，斜撑截面采用与主体截面一致。横梁、墩柱、斜撑等采用Ｃ３５钢筋混凝土结构，基础采用Ｃ３５钢筋混凝土扩大基础。钢筋混凝土限高防护架布置图，如图１所示。
２建立有限元模型
对钢筋混凝土限高防护架的计算采用ＭＩＤＡＳ软件进行了建模分析，横梁、墩柱及斜撑均采用梁单元，基础采用板单元，横梁与墩柱间、斜撑与墩柱间采用刚性连接模拟，基底采用固结形式。钢筋混凝土限高防护架受力图，如图２所示。
３计算方法
《铁路桥涵设计基本规范》（ＴＢ１０００２．１－２００５）中对撞击力的规定如下：“撞击力顺行车方向应采用１０００ｋＮ，横行车方向应采用５００ｋＮ，作用在路面以上１．２ｍ高度处”。车辆撞击限高防护架的荷载可借鉴船舶撞击桥墩荷载的设计公式，《铁路桥涵设计基本规范》（ＴＢ１０００２．１－２００５）中墩台承受船只或排筏的撞击力按下式计算：式中：Ｆ为撞击力，γ为动能折减系数，υ为船只或排筏撞击墩台时的速度，α为撞击角度，ｗ为船只重量。本模型中，横梁中部作用顺行车向１０００ｋＮ撞击力，即按汽车质量２０ｔ，行车速度１０ｋｍ／ｈ，碰撞角度９０°进行计算。
４施工注意事项
①为不影响现场车辆通行，横梁采用提前在预制场进行预制，两侧预留纵向钢｀然后吊装，搭放在墩柱牛腿上，与墩柱顶部预留钢筋进行现场浇筑，使横梁与墩柱连接成整体。②在主体结构底部基础间设置钢筋混凝土连接块增加防护，以防止挖掘机破坏。钢筋混凝土连接块截面采用０．５ｍ×０．３ｍ，需在预制场进行预制，两端预留部分钢筋，需在墩柱浇注前运至现场，连接块预留钢筋与两侧基础内部钢筋搭接，进行整体连接现浇工作。③在横梁迎车面下部设置∠１００×１００×１０角钢，与横梁中预埋Ｕ型钢筋进行焊接，对横梁起到保护作用。④安装横梁期间，应采取可靠的措施使横梁与牛腿进行临时固定，以避免在施工期间发生意外。
５结论
钢筋混凝土限高防护架已经在桥涵出入口架设施工，从运营情况来看，限高防护架对行驶的车辆起到了警示降速的作用，解决了超标车辆对铁路沿线桥涵造成的隐患.
作者：王英 单位：内蒙古铁道勘察设计院有限公司
第二篇：钢筋混凝土保护层厚度施工的质量管理
【摘要】在所有的建筑材料中，钢筋和混凝土因其优势经常被用到建筑当中，但受压性能差，混凝土具有很强的抗压性能，且可塑性好，但它有一个缺点，抗拉能力差，受力呈脆性，因此，不配置钢筋的素混凝土只能用作受压构件，在建筑结构中比较少用。而钢筋混凝土是结合了钢筋的受拉性能及混凝土的受压性能，抵消了双方的缺点，在力学上是一种强大的受力构件，因而在建筑结构中最常用。钢筋混凝土主要用于建筑的承重构件。
【关键词】钢筋混凝土；特点；安全性能；管理策略
一栋完整的建筑，包括很多东西，首先，基础是建筑底部的承重部件，在基础上是建筑的结构，建筑结构承受建筑外部的重量，再由基础承受整个建筑的重量。因此，建筑的结构体系是整个建筑的骨架结构，是建筑中最重要的部分，涉及到建筑的安全性。钢筋混凝土在建筑结构中又最常用到，故钢筋混凝土的质量是建筑整体安全的关键。钢筋与混凝土之间是否能有力地凝结在一起也关系着建筑结构的稳定。钢筋混凝土在建筑中被用来搭接梁、柱以及板等，主要运用了钢筋的抗拉性和混凝土的抗压性，只有两者的这两种性能同时发挥作用才能最安全地承受上部的重量。
1钢筋混凝土
1.1混凝土混凝土起源于罗马，主要是由水泥，砂，石，水组成，再根据需要加入一些化学外加剂或者矿物参合料。混凝土可以根据用料的不同来调制出不同类型的混凝土，从而具备不同的特性。混凝土之所以普遍运用在建筑结构中有很多实用的优点，组成混凝土的材料中有百分之八十的材料来源丰富，因此造价低廉。另外，混凝土具有良好的可塑性，可以被制成任何形状而不会变形，且抗压强度特别高，可以根据需要配置出强度不同的混凝土。混凝土的耐久性能也很好，在自然环境中能够在很长时间内不被破坏，此外其耐火性好，在高温下能够保持强度几个小时。但混凝土也有它的缺点，混凝土的组成材料都是沙石之类重量大的材料，因此自重较大，其抗拉强度也比较低，保温隔热性能差，凝结硬化速度慢，生产周期长。1.2钢筋混凝土结合的优势钢筋和混凝土因其各自的性能特点而被混在一起作为工程材料被使用，主要有三点：第一点是硬化后的混凝土具有一定的粘合力，将湿润的混凝土与钢筋结合在一起，自然风干后就使得两者完美的粘合在一起，形成的钢筋混凝土结构就结合了两者的优质性能而被利用第二点是关于两者的温度膨胀系数，钢筋与混凝土的温度膨胀系数比较接近，因此，当温度发生变化时，两者之间不会产生太大的温度应力而使得两者分离，结构的整体性得以保持。第三点是，钢筋因为是金属，裸露的钢筋容易遭到雨水的腐蚀，而硬化后的混凝土不会被雨水影响，将钢筋包裹在混凝土里面可以良好地保护钢筋不被雨水及空气所腐蚀，因此，这两种材料的组合运用是一项互利双赢的结合。
2钢筋混凝土保护层厚度
在钢筋混凝土中，钢筋的摆放位置很重要，因为钢筋主要承受拉力，当钢筋混凝土构件在搭接梁时，由于钢筋混凝土有一定的自重以及承受上部传来的荷载，钢筋混凝土的下部受弯受到的是拉力，这时，作为承受拉力的钢筋应该放在混凝土的下方部位。但是钢筋的摆放不能离混凝土外边缘太远，不然钢筋在里面不能发挥它的抗拉性，而如果钢筋离混凝土外边缘太近的话，钢筋容易外露，遇到空气或雨水容易腐蚀，这样会大大降低钢筋的性能，同时混凝土也会发生裂缝，因此，钢筋混凝土的厚度是一个很关键的数字。除此之外，钢筋外的混凝土保护层还起着固定，及给钢筋骨架限位的作用。钢筋具有很好的抗拉性能，混凝土具有抗压性能，两者的结合能使结构同时具有抗压和抗拉的性能，而如果两者的比例不协调的话会使得其中一种的性能下降，从而减少结构的稳定性，只有当两者的比例一定，结合后将两者的作用同时发挥，两者协调工作。
3影响钢筋保护层的因素
3.1保护层厚度设计值偏小对于保护层的厚度，有关部门制订了相应的法规，在施工时施工人员本该按照规定的数据进行施工，但是有一些施工单位会为了追求外形上的好看而不安规定，单纯按照自己的想法来设计这样的结果必然引起保护层的厚度的数值偏大或者偏小，这样在施工时会造成困难，甚至影响建筑的稳定性。3.2施工人员意识不强钢筋混凝土保护层厚度关系到整个构件的性能，在设计时非常重要，但是施工人员对此意识薄弱，在施工时，施工人员要在梁的上部绑扎垫块，以保证结构的稳定性，但有些不够专业的施工人员往往会忽视这一点，这样很容易导致保护层厚度太大或者太小，进而威胁到工程的稳定性。除此之外，钢筋保护层的检查工作也缺乏施工人员的注意或者检查不够仔细，甚至有些工程没有配备专业的检测仪器进行检测，这些施工人员本来能避免的问题，由于施工单位的不负责而导致工程的合格率大大降低。3.3垫块设置不合理在施工过程中，钢筋保护层需要绑扎一个垫块，这是不可缺少的一个关键点，垫块的种类也越来越多，水泥砂浆，大理石，塑料等，这些东西在建筑施工中应用比较广，但是很多施工单位越来越不负责任，施工过程中经常出现一些不该出现的问题，比如垫块的数量不够，垫块变形等问题都是能够被避免的。
4控制钢筋混凝土保护层厚度的因素
4.1钢筋与混凝土的粘结力由上面内容我们知道，钢筋与混凝土能够组合在一起是因为它们之间存在相互作用—握裹力，钢筋保护层的厚度会影响它们之间的这种握裹力，只有达到一定的厚度才能具有足够的握裹力来支撑它们粘结在一起，因此，当这个厚度过小时，钢筋离混凝土边缘太近而容易导致钢筋外露，进而导致钢筋与混凝土之间的作用力太小，混凝土脱落。除此之外，保护层的厚度太小还会引起的一个问题是，长时间之后，混凝土表层会渐渐炭化，失去了保护的钢筋接触到空气后氧化并加剧这种状态，钢筋也就失去了它的作用效果，使得钢筋混凝土构件没有了抗拉能力，当情况严重时还会影响到建筑的结构体系[1]。4.2从力学角度上看钢筋混凝土从力学上它的优势得益于两者的优劣势互补，结合钢筋的抗拉能力与混凝土的抗压能力，这种完美的组合适应于建筑结构中的大部分体系，并主要用作承重构件，当钢筋混凝土在承重时，它的受力主要涉及钢筋受到的拉力以及混凝土承受的压力，而在钢筋混凝土构件的受拉及受压能力时，钢筋的摆放位置是关键。在梁、板结构中，钢筋应放置在混凝土结构中的受拉部位，而悬挑的梁中，钢筋则应设在上端受拉的部位。4.3从钢筋混凝土的耐久性分析外面包裹着的混凝土对钢筋有很好的保护作用，能够避免钢筋在空气或者雨水中被腐蚀，进而提高钢筋的使用寿命，除了外界产生的因素，钢筋混凝土中的混凝土质量也是影响因素之一，如果混凝土密实性不够，有裂缝，或者保护厚度太小的话都容易导致钢筋混凝土的耐久性下降，加上混凝土中所含的碳元素与钢筋中的金属容易形成电化学腐蚀，加速钢筋的腐蚀速度[2]。
5对钢筋混凝土保护层厚度施工质量管理的相关策略
5.1施工前设计好图纸并进行会审由上面钢筋混凝土保护层影响因素中可知，施工单位没有做好相关监督及审核工作，导致施工人员有时没有按照要求进行施工，因此在施工之前先设计好相应的图纸，对保护层厚度的要求尤其要详细标注，不同情况的保护层厚度不同。设计人员要根据不同情况设计好相应的保护层厚度，再而交给施工人员施工，在施工时施工人员要多与设计师沟通，设计师更应该在现场进行指导监督，施工结束后验收人员要仔细检查，尤其是内部比较隐藏的部位要加大检查力度，将认为因素降低到最小。5.2钢筋的放样在施工时，放样工作同样重要，尤其是在一些细节上，详细的放样图及正确的放样尺寸影响一个工程的质量，建筑工程涉及到很多细小的方面，在一些建筑结构上，如梁和柱的交接处，以及主梁与次梁的交接，这种复杂的结构处必须实施放样，并安排好主筋与副筋的位置关系，当然，正确的钢筋尺寸是施工的前提[3]。5.3施工过程注重文明我国施工现场有很多不文明的现象，比如一些施工单位在施工过程中缺乏指挥人员导致一些被加工好的成品被随意摆放，甚至施工人员随意踩踏，或者将一些重要的机械设备随意放置而被其他东西压坏，以及在施工时使用工具不正确而使得钢筋骨架变形等，最终导致保护层厚度不均匀，影响施工质量，因此，在施工过程中必须有统一的指挥监督人员，文明施工。
6结束语
钢筋混凝土目前是我国运用在建筑中最为广泛的一种，它们之间的完美合作在受力方面是一种典型的材料，如今很多建筑出现的一些问题几乎都和钢筋混凝土的厚度相关，对此，我们更要加强在这方面的设计施工，施工管理部门要建立相关的制度来加强这方面的管理，提高我国建筑施工水平的质量。
作者：潘云海
第三篇：外包钢筋混凝土轴压钢柱承载力的计算方法
摘要:在合理基本假设下,对负载下钢筋混凝土加固钢柱的折减系数进行修改,求解轴压加固柱的承载力公式.并通过试验,分析验证混凝土强度、初始负载量、配箍率等对折减系数的影响.结果表明,适当的混凝土强度既能提高柱承载力又能使钢筋刚好屈服;初始负载量越小,加固柱的承载力提高越明显;试验中配箍率高的加固柱延性较好.最后将推算结果与规范和实验结果对比,规范中钢筋与混凝土两部分的折减系数均取0.8,过于保守,而推算公式计算结果更贴近试验结果,相对合理些.
关键词:负载;钢筋混凝土外包;轴压钢柱;承载力;折减系数
建筑物遭到偶然或自然的破坏,或者原有结构功能、使用功能已经不能满足使用要求,大部分使用者首先想到的是加固结构构件,因为推倒重建会提高工程造价,造成不必要的浪费,故结构构件加固已经成为普遍的方法.钢柱有很多种加固方法[12],如增大截面法,FRP布粘贴法,粘贴角钢加固法,等等,外包混凝土属于增大截面法.因为20世纪我国钢材资源匮乏,导致钢结构发展也相对落后.为此,我国参照国外规范,摸索出一系列适合国内的规范,如《钢结构加固技术规范》《建筑结构鉴定与加固改造技术的进展》等,但在近几年的求证过程中发现,规范中负载下加固轴压钢的承载力计算,方法过于保守[3].
1基本假设
由于加固柱在实际中受力情况比较复杂,存在外界干扰、施工技术等因素,且钢筋混凝土的变化也没有那么理想,因此在理论分析时做出以下基本假设:(1)受力平截面的应力变化符合平截面假定.(2)钢筋和型钢在达到屈服前,应力均为其线应变与其相应弹性模量[4]的乘积.(1)式中:σs、εs为钢材的应力、应变;Es、fy、εy为钢材的弹性模量、屈服强度、屈服应变.(3)混凝土的应力应变采用Hognestad[5]建议曲线.(4)原型钢柱不发生局部屈曲.(5)型钢与混凝土间黏结性能较好,受力过程中不发生相对滑移.
2加固柱承载力计算
负载下加固的钢柱不同于一次性整浇钢骨柱,也与完全卸载下加固柱受力有所不同.轴心受压原柱在加固前已经产生应变,新浇混凝土的应变落后于原柱型钢的变形,即产生应变滞后现象,随着轴力的增加,型钢逐渐达到屈服应力,不再承受载荷,只发生形变,所有载荷由钢筋混凝土柱承担,至型钢变形极限应变,外包混凝土被压碎,柱子失去承载能力,破坏.根据基本假定,加固新柱从开始受力至破坏,混凝土与钢柱都保持良好的黏结性能,型钢、混凝土、钢筋三者发生相同的变形量.我国混凝土加固规范,对负载下钢筋混凝土外包钢柱的应力滞后问题,考虑了外包部分的折减系数,但将钢筋和混凝土两部分的折减系数同取0.8[4],忽略了部分材料特性,如混凝土的强度、钢筋强度、外包截面面积等.由以往实验研究可以看到,这些因素或多或少都影响着加固新柱的承载力大小.参阅了大量文献及做了相关试验[6]后,本文对加固柱新的轴向承载力做了如下修改:(2)式中:N为加固后柱的新轴心受压承载力设计值;φ为加固柱的稳定系数,从结构规范中查找;Ae为箍筋约束混凝土的有效面积;Nss为原钢柱加固后新的轴压承载力设计值;αc、Ac、Fc分别为加固混凝土部分的轴压承载力折减系数、正截面面积、承载力设计值,当计算αc值大于1时,取1;αs、As、F′y分别为加钢筋的轴压承载力折减系数、正截面面积、承载力设计值.加固后,由于原型钢柱存在应力滞后现象,在其达到屈服应变时,钢筋混凝土两部分的应力对数没有达到轴压破坏的设计值,所以需对两部分的承载力进行折减[6].根据如上基本假定,认为从加固至原柱破坏的形变量,与钢筋混凝土的形变量是相同的.加固后原钢柱的应变量不是从零开始,所以加固后新的承载力有部分改变,其计算如式(3)、式(4)。
3影响承载力大小的因素
针对钢筋混凝土外包加固形式,对持载型钢柱进行加固实验.试验时对加固柱进行轴压,根据钢骨规范,试验中型钢均采用热轧Q235级工10(100×68×4.5×7.6)碳素钢;纵向钢筋采用4⌀14的HRB335级钢筋,加固后柱的截面尺寸为200mm×200mm,加固柱的正截面形式如图1所示;柱子高度为1.2m,共做了7根加固柱,具体参数如表2所示.3.1初始负载对承载力的影响从表1可知,SRHC-1、SRHC-2、SRHC-3三根柱子的初始负载不同,分别为0、0.3Nu、0.5Nu.由式(6)、式(7)可以看出,β值越大,折减系数越小,即钢筋混凝土两部分分担点承载力越少,原钢柱过早屈服,将起不到加固效果.β值与折减系数成反比,越小越好,故建议实际工程中,尽量卸载,充分发挥材料性能.图2能较好地反映初始负载与折减系数之间的关系.3.2混凝土强度对承载力的影响从试验参数表2可知,试验过程中采用了三种混凝土强度:C40(SRC-4)、C60(SRHC-2)、C80(SRHC-5).仅从折减系数公式来看,同一配筋率、相同截面面积的构件,混凝土强度对折减系数基本无影响;从图3可以看出,随着混凝土强度的提高,构件材料的应变逐渐减小;从试验现象知,加固柱SRHC-5破坏时纵向钢筋仍未屈服,纵筋强度没有得到充分利用,承载力计算公式的假设条件为:三者有相同的形变量,加固材料应力达到屈服点,由此计算加固柱的承载力将大于试验值.3.3配箍率对承载力的影响从目前文献知,配箍率对折减系数影响的研究还是很少,许鹏红[8]对此作了部分试验研究,笔者考虑到箍筋对混凝土具有部分约束作用,于是将混凝土的承载力分了两部分:一部分为混凝土不被箍筋约束仅靠自身能力提供的抗力;一部分为仅被箍筋约束时,箍筋给予的结构抗力.箍筋可以对纵向受力钢筋定位,也可以约束混凝土的侧向变形.当加固柱达到屈服载荷时,原钢柱承载力不再增加,载荷由混凝土部分承担,但位移形变量仍在继续增加,混凝土受到三部分作用,一部分为轴压荷作用,另一部分为型钢变形时的挤压,再一部分就是外部箍筋的约束.混凝土处于三面受力,此时箍筋对内部混凝土约束则显得尤为重要,提高了柱子的延性.试验中,SRHC-2、SRHC-6、SRHC-7构件的箍筋直径分别为6.5、8、10mm,混凝土强度、截面面积等其他条件相同.实验现象表明,随配箍率的增大,混凝土截面轴向位移逐渐增大,延缓了型钢的应变增长速度,使得加固柱的整体延性提高.
4实验结果与理论结果对比分析
根据式(2)及《钢结构加固技术规范》:CECS77:96,与实验结果进行比对,具体见表3由表3可知,钢结构加固规范与推导公式相比,最大值相差20.44%,最小值相差1.34%,平均值6.07%,结果总体上低于试验值,且相差不多,计算结果较安全;试验值对比规范,平均差值为14.45%,所以αc=αs=0.8,过于保守,加固材料得不到充分利用;另外,试验值总体低于推算公式结果,平均差值为-7.92%.试验现象表明,箍筋提高了加固柱的延性,由于箍筋直径相差不大,计算时将箍筋约束混凝土的有效面积取同一数据,才使得计算结果一样,但对比SRHC-3构件可以看出,箍筋发挥了部分作用;规范中未体现箍筋作用,总的来说,该推导公式计算结果接近但低于试验值,偏于安全,比规范较合理.
5结论
(1)仅运用我国钢结构加固技术规范来计算加固柱的承载力,钢筋与混凝土部分的折减系数均取0.8,过于保守,且材料特性不能充分利用,造成浪费.(2)在合理的基本假定下,原柱和钢筋从加固至破坏均与混凝土保持良好的黏结性能,所以型钢的形变量与钢筋、混凝土的形变量相同,根据这一结果推算出钢筋混凝土两部分的折减系数.(3)本研究表明,初始负载量直接影响着加固柱的承载力,初始负载越大,原柱屈服越早,且承载力下降,因此应尽量卸载加固;混凝土强度越高,加固的承载能力将相对提高,但强度过高,受力纵筋达不到屈服柱子就被破坏;试验采用三种直径的箍筋来计算不同配箍率,对加固柱承载力的影响,规范未能体现箍筋的作用,所以本文推导公式更合理些.
作者：万路霞 周乐 伊军伟 单位：沈阳大学 建筑工程学
第四篇：钢筋混凝土高层建筑的结构设计
摘要:介绍了高层建筑结构方案的选择原则，阐述了高层建筑超限判定及结构计算的方法，并从楼板应力集中、板裂缝、大跨度和长悬臂结构设计等方面，分析了高层建筑设计中常见的问题，以供参考。
关键词:高层建筑，结构设计，楼板，应力
引言
在社会发展的漫漫长河中，建筑技术的变革日新月异。而在各个不同的历史时期，结构技术在建筑发展中的作用十分重要，影响了建筑发展的历史文化价值。近些年来，随着经济发展和人们物质文化生活水平的不断提高，现代建筑作为人们工作、生活的重要场所，不但要满足实用性，更要具有地区性和多样性的特征。这就对结构设计人员提出了更高的要求。同时，随着高层建筑的日益增多，不规则平面、建筑特殊的立面造型以及大空间的使用要求，使得结构设计无论在抗震构件的布局、结构分析、节点构造方面都面临着诸多挑战和创新。而钢筋混凝土高层建筑作为最常见的一种结构形式，如何在满足安全适用、经济合理的基本原则下优化计算，精益求精是一个值得探讨和思考的话题。
1结构方案的选择
高层建筑结构的结构体系，应根据建筑的不同使用功能、房屋荷载、层数、高度、跨度，同时考虑建筑物所在地区的抗震设防烈度，建筑工程抗震设计的设防类别和相应的抗震设防标准确定。目前高层建筑的钢筋混凝土结构常用的结构体系有框架、框架—剪力墙、剪力墙、框架—核心筒、底部带有转换的部分框支剪力墙结构等。根据建筑专业提供的设计方案与技术条件，在尽量满足使用功能的前提下，与建筑和设备专业充分沟通，仔细推敲，合理布置抗侧力构件，选择适用的结构体系，使结构具有合理的刚度和承载能力，避免产生软弱层或薄弱层。随着高层建筑的不断增多，概念设计在结构方案的选择与确定中的作用越来越重要。这就要求结构工程师具有丰富的实践经验，掌握相应的法律法规、施工技术，收集分析资料，对建筑工程进行宏观控制，在特定的建筑空间中，用整体的概念完成结构总体方案的设计。结构方案的选择会直接影响到房屋的造价高低、施工的进展速度。
2超限高层建筑界定
在高层建筑方案和初步设计阶段，对超限类型的准确判别，是进行结构设计，确保结构安全的前提条件。所以在拿到建筑方案的第一步，应该仔细研究现行规范的适用范围，针对不同方面对工程项目进行仔细核对，分析研究本结构工程是否为超限工程。结构工程设计中，这一步至关重要，否则不但会耽误设计工期，还会对结构安全造成严重影响。判断超限高层建筑工程主要有以下几个方面:1)对于不同抗震设防烈度、不同结构类型和结构体系，规范规定了房屋的最大适用高度，超过此高度则属超限。这一类超限判别时应注意，平面和竖向均不规则的，适用高度宜适当降低，同时应考虑房屋的抗震设防类别。2)房屋高度在规范允许范围之内，但建筑结构布置属于特别不规则的高层建筑:a．扭转不规则或抗扭刚度弱。考虑偶然偏心的扭转位移比大于1．4(扭转偏大)或大于1．2(扭转不规则)，扭转周期比大于0．9(B级高度)或大于0．8(A级高度)。b．平面不规则。平面凹凸尺寸与相应尺寸比值超限，细腰形或角部重叠形。c．竖向不规则。竖向构件收进尺寸过大或外挑尺寸大于限值要求。d．楼板不连续。楼板开洞面积过大，有效楼板宽度过小或楼板错层大于梁高。e．局部的穿层柱、斜柱、夹层，个别构件错层或转换。3)特殊类型的高层建筑:a．加层结构。加层部分的结构与原主体结构形式不同。b．采用新型结构材料或新型抗震体系。c．规范中未列入的其他高层建筑结构，特殊形式的大型公共建筑及悬挑结构，特大跨度的连体结构等。
3结构计算及变形分析
在高层建筑的结构设计中，对于高度小于40m，且质量、刚度沿高度分布比较均匀，以剪切变形为主的结构，可采用底部剪力法进行简化计算。先确定结构总地震力，然后按照高度呈倒三角形分布特征进行各楼层分配，同时在顶部增加附加集中力，考虑顶部鞭梢效应。随着反应谱理论的不断成熟，大多数建筑结构体系采用振型分解反应谱法进行计算。考虑不同振型在地震反应中的参与程度，先确定在各质点的水平地震作用标准值，再综合计算整体水平地震作用效应;同时考虑扭转耦联影响，确定各振型在两水平方向和转角方向的地震作用标准值。同时，对于特别不规则的建筑、甲类建筑和一些特殊高度的高层建筑，采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。根据时程分析和振型分解反应谱法的不同结果，对比分析后进行包络设计。结构抗震变形验算分两阶段进行:第一阶段是多遇地震下的承载力验算，主体结构不受损，保证建筑物正常使用功能。此阶段以弹性变形为主，保证结构及非结构构件不开裂或开裂不明显;第二阶段是罕遇地震作用下建筑主体结构遭遇破坏，但不倒塌。此阶段以弹塑性变形为主，根据震害经验和实验分析提出了极限变形时的层间极限位移角，防止薄弱层弹塑性变形过大引起结构倒塌。
4高层建筑设计中常见问题解析
4．1楼板应力集中问题
建筑结构中楼板作为水平抗侧力体系，在承受和传递竖向力作用的同时，把水平力传递和分配给竖向抗侧力构件，协调同一楼层中竖向构件的变形，使建筑物形成一个完整的抗侧力体系。建筑平面布置中，由于存在凹凸布置，楼板尺寸和刚度的急剧变化都可能在角点局部位置及楼层凹角处产生应力集中。结构设计中应当提高此区域刚度，适当增加楼板厚度及配筋率，楼板配筋双层双向拉通布置。
4．2板裂缝及挠度问题
近年来高层建筑设计中，由于使用功能的要求，大跨度板越来越多。同时随着地板采暖的不断普及，上部荷载增加，对板裂缝和挠度要求日益提高。结构设计中，虽然现浇板承载力均能满足要求，但是使用中大跨度板往往是由裂缝和挠度控制，所以，在设计中应注意对大跨度板的变形验算。满足强度计算的情况下尽量采用中低强度混凝土，在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸，同时在屋面板顶部增设温度钢筋。
4．3大跨度和长悬臂结构的设计
抗震设防烈度8度、9度时的大跨度和长悬臂结构应计算竖向地震作用。由于大跨度、长悬臂结构对竖向地震较为敏感，仅仅考虑水平地震作用存在一定的安全隐患。所以，在设计中应引起足够的重视，尽量选用高强度混凝土，增大配筋率，严格控制构件裂缝和挠度。在满足使用功能的前提下，可采用劲性混凝土和轻钢结构，并加强周边的连接构造，有效提高整体结构的承载力和延性。
5结语
钢筋混凝土高层建筑的结构设计是一项复杂、系统的工程。工程设计人员要严把规范、规程，并深刻理解，同时要灵活运用，善于创新，在工作中精益求精，不断总结和反思，使建筑工程达到安全适用、经济合理，实现房屋建筑工程的科学化发展.
作者：侯小红 单位：山西省建筑设计研究院
第五篇：钢筋混凝土结构延性分析
摘要：结构的塑性变形能力和抗震能力主要依靠延性来提供，结构的延性和强度是研究其抗震性能的重要指标，因此，结构的延性是否足够影响着结构的抗震性能是够能够满足设计要求。本文主要从定义、计算、影响因素、如何提高延性等方面来探究钢筋混凝土结构的延性，从而为结构的抗震设计提供可行性比较高的设计方式。
关键词：延性；钢筋混凝土结构；变形；抗震
引言
提高构件的静力承载力、变形性能可以大大提高建筑物的抗震能力，从而大大提高建筑物的安全性，此外，建筑物的抗震能力和安全性还取决于构件的动力响应以及吸收和耗散能量的能力，综上所述，建筑物的抗震性能和安全性主要是承载能力和变形能力所决定的。如果建筑结构的承载能力不足但是其变形能力很好，这样的结构能够在地震发生时吸收较多的能量，即使在早期发生破坏，但是由于变形能力好而能够承受更大的变形，建筑物不易发生倒塌。与之相比，若建筑结构的强度达到了要求，但是其变形能力很差，这样的结构属于脆性结构，在地震发生时吸收的能量很少，一旦地震作用超过了设计时考虑的设计水平，建筑物就会由于发生脆性破坏而出现突然倒塌的现象，这样的破坏形式更为不合理。因此，在地震多发地区的建筑物设计时首先要考虑延性设计以提高建筑物的抗震性能。
1定义
结构的延性代表着结构的变形能力，即在不影响结构承载能力的前提下发生塑性变形的能力。结构的延性直接反映了结构地震时发生塑性变形的能力，决定着结构在发生地震时是否能够防止倒塌。受弯构件在承受荷载的过程中，受拉区的混凝土首先出现裂缝，其变形属于非弹性变形，随之，受拉钢筋出现屈服，此时的受压区混凝土被压碎，从而构件发生破坏。从受拉钢筋屈服到构件破坏这一过程中，构件的承载力没有发生多大的变化，但构件的变形能力决定了其破坏的性质。如果这种后期非弹性变形能力很大，延性就越好，其破坏成为延性破坏；反之，延性就差，成为脆性破坏。如图1所示，钢筋混凝土受弯构件在脆性破坏和延性破坏形式下的荷载—挠度曲线可以很直观地表现出来。钢筋混凝土结构的延性可以分为三个方面来理解其概念：首先是结构构件截面的延性，延性的好坏取决于截面破坏的形式，截面的破坏形式一般可分为剪切破坏以及弯曲破坏，如果截面发生的是弯曲破坏，那截面的延性主要受截面受压区高度的影响，截面的受压区高度越小，则截面产生的转动越大，从而构件截面的延性就越好，反之，截面的受压区高度越大，则构件截面的延性就越差；其次是结构构件的延性，构件的延性主要受构件的约束条件的影响，此外，构件的延性还与塑性铰的出现次序、构件截面的延性有关；最后是结构的延性，结构延性的大小主要取决于结构构件的延性和结构构件的强度对比。在度量延性大小的时候有一个很重要的指标，即延性系数。延性系数主要包括三种，这三种延性系数分别是曲率延性系数、位移延性系数和转角延性系数。曲率延性系数μφ=φu/φy一般用来表示截面的延性，φu为极限状态下的曲率，φy为屈服状态下的曲率；位移延性系数μΔ=Δu/Δy和转角延性系数μθ=θu/θy通常用来表示结构或构件的延性系数，Δu为极限状态下的位移，Δy为屈服状态下的位移，θu为极限状态下的转角，θy为屈服状态下的转角。一般认为，钢筋混凝土结构要满足抗震要求，其延性系数要在3到4之间。
2影响因素
根据曲率的计算公式φy=εs/(d-kd)和φu=εc/c，分析可知：(1)受拉钢筋含量的增加降低了延性。因为此时受拉钢筋屈服时的受压区高度kd和构件破坏时的受压区高度c都增大了，所以φy增大，φu减小，从而，μφ=φu/φy减小，延性降低。(2)受压钢筋含量的增加提高了延性。因为此时受拉钢筋屈服时的受压区高度kd和构件破坏时的受压区高度c都减小了，所以φy减小，φu增大，从而，μφ=φu/φy减小，延性提高。(3)提高受拉钢筋的屈服强度降低了延性。因为此时受拉钢筋屈服时的受压区高度kd和构件破坏时的受压区高度c都增大了，所以φy增大，φu减小，从而，μφ=φu/φy减小，延性降低。(4)提高混凝土的抗压强度提高了延性。因为此时受拉钢筋屈服时的受压区高度kd和构件破坏时的受压区高度c都减小了，所以φy减小，φu增大，从而，μφ=φu/φy减小，延性提高。(5)预应力的存在降低了构件的延性。对构件施加预应力的目的是为了控制其变形（挠度和裂缝），就受弯构件而言，预应力对承载力影响不大，却延长了未裂阶段，缩短了带裂缝工作阶段，大大地降低了构件破坏时的非弹性变形能力，即延性。
3保证措施
前面介绍的关于延性的定义以及影响延性的因素，最重要的目的是为了提高建筑物的延性以提高其抗震性能。地震作用的实质就是一种周期较低的交变循环荷载，当地震作用于结构上时，结构反应的变形特性（恢复力特性曲线）与单调一次加载时的曲线是不同的，因此关于抗震结构的延性设计在计算的时候是十分复杂的。实际进行工程设计的时候，结构或构件的延性一般不作具体的计算，保证结构（或构件）足够的延性主要依靠构造措施。（1）如果建筑物是砌体结构，一般通过设置构造柱与圈梁的方式增加其延性，这样的方式能够对墙体产生较大的约束作用，在建筑物遇到较大的地震作用时，建筑物能够保证良好的变形能力，从而大大增加了结构的整体延性。这是一种十分有效的抗倒塌措施，为了保证构造柱和圈梁的约束作用能够发挥其效用，必须严格按照规范的要求进行设置构造柱和圈梁。（2）如果建筑物属于框架结构，那么在进行抗震设计的时候首先要先确定一个方向，即抗震设计并没有要求构件的截面受弯承载力越高越好，正确的方式应该是框架两端可以先出现塑性铰，柱中尽量推迟或者不出现塑性铰，满足“强柱弱梁”的设计要求。梁端塑性铰在转动的过程中，梁和柱的受弯承载力不能超过其受剪承载力，满足“强剪弱弯”的设计要求。在这些设计要求都满足之后，根据这种方式设计出的梁铰型延性框架遇到强烈的地震作用时，其变形能力会比较强，并且这样的结构能够很好的吸收和耗散地震能量。由于框架底层柱根部过早的出现塑性铰会使得整体框架延性及耗能能力减弱，因此，为了避免这种情况的发生，规范规定，梁底层柱的抗弯能力需要加强，还应限制柱的轴压比，对柱端进行箍筋加密，规定纵向钢筋的最大配筋率，从而保证框架柱具有足够的延性。此外，为了保证框架梁的延性足够，规范规定，梁的截面宽度在设计的时候不应太小，这样会限制纵向受拉钢筋的配置，还规定钢筋在受压区和受压区的面积比值，梁端的箍筋加密也做出了一系列的要求。
4结语
延性设计在结构的抗震设计中是十分重要的，采取合理的构造措施，就可以保证结构的整体性，增强抗震结构的延性性能，从而提高结构的变形能力，保证整个建筑物实现抗震设防。
作者：崔行浩 吕腾飞 单位：山东科技大学土木工程与建筑学院
第六篇：电化学沉积对钢筋混凝土裂缝的应用
摘要：本文主要阐述了混凝土产生裂缝原因，提出了电化学沉积法在水下钢筋混凝土裂缝的修复中的应用。
关键词：钢筋混凝土；裂缝；电化学沉积；应用
1钢筋混凝土产生裂缝的原因
混凝土结构裂缝产生的原因很多，有变形引起的、有荷载作用引起的、有养护不当和化学作用引起的等各种情况，但大致可将原因归纳为内因和外因两大类。1.1内因：混凝土原材料不合格、配合比及均匀性欠佳。混凝土原材料中含碱性离子比重大，碱性离子与某些活性骨料产生化学反应并吸收周围环境中的水分而体积增大，造成混凝土酥松、膨胀开裂。混凝土具有湿胀干缩的性质，在外界环境的湿度变化剧烈的情况下，导致体积的膨胀与收缩不协调，出现裂缝。水工混凝土浇筑后的硬化初期，水泥水化热使其内部与外部温差较大，内部高温使混凝土膨胀，从而造成混凝土内部受压外部受拉，形成裂缝。自生变形产生的内应力，诱导混凝土产生裂缝。1.2外因：水工混凝土浇筑后，未能及时压实抹光、洒水养护，暴露的混凝土表面因风吹日晒水分迅速蒸发变干，体积收缩，而内部仍旧是塑性体，导致表面裂缝的产生。混凝土脱模时间控制不当，在混凝土力学性能尚达不到抗裂能力的要求时，提前拆模，导致混凝土产生裂缝。建筑物地基的不均匀沉降，使结构受迫变形导致混凝土产生裂缝。水工混凝土碳化或酸性介质的侵入引起内部钢筋的锈蚀，导致混凝土体积膨胀，引起混凝土中产生膨胀应力，形成沿钢筋的顺筋裂缝。混凝土结构在工作环境中受到动静荷载作用，产生的弯矩、剪力、扭矩和轴向拉力都可能引起钢筋混凝土构件的开裂。
2钢筋混凝土裂缝常用的修复方法
2.1结构加固法结构加固法是在混凝土结构的裂缝周围或外部采用一些措施改变原结构受力体系，如采用浇筑钢筋混凝土围套或包钢筋等方法将混凝土结构构件箍紧,使混凝土结构构件的受力面积增大,进而提高结构的承载力和刚度。这种方法适用于有深进及贯穿性裂缝的混凝土结构，这样的裂缝对混凝土结构的完整性及承载力有较大的影响。结构加固法适用范围广,操作工艺简单,但现场湿作业的工程量较大，养护周期较长，且加固后建筑物的使用空间会有减小，对建筑物的使用有一定影响。2.2表面处理法表面处理法的修补混凝土裂缝的机理是在裂缝周围涂覆粘合性材料，并根据裂缝的大小、稳定程度和疏密程度，选择全部或部分涂覆修补，以达到恢复其耐久性、防水性和承载力的目的。由于涂层比较薄，选取的涂覆材料应是倾向粘合力强且不宜老化的材料，而对于活动性裂缝，由于其稳定性较差，所以应选择延伸率较大的弹性材料，用以缓冲活动所产生的应力。目前，表面处理法的应用还存在很多的局限，对于稳定性较差，深度较大的裂缝，修复效果不是很理想。2.3灌浆法将水泥等浆液注入钢筋混凝土结构的裂缝内，依靠流动性扩散到裂缝的深层间隙并固化，固化后的浆液有很高的粘合强度，可最大程度的把裂缝粘结，修复的同时还增强了混凝土构件的整体性能，使其恢复原来的预期功能，阻止了混凝土结构进一步受到外界有害物质的侵蚀。在实际工程中根据裂缝的宽度和活动性的差异，对浆液的选择有所不同。当前国内并没有定型的灌浆设备，这在很大程度上限制了灌浆法修复混凝土裂缝的普及和推广。2.4填充法沿构件裂缝将混凝土开凿成V型槽,填入修补材料,使之达到预期的防水性、耐久性及承载力的目的。适用于修补裂缝数量少但宽度大的裂缝(宽度一般大于0.5mm)和因钢筋腐蚀产生的裂缝。使用的嵌填材料有环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂浆等。对于活动性裂缝,应采用有较大弹性的延伸性材料;对于腐蚀产生的裂缝,应先开凿至露出钢筋生锈的部位,彻底除锈,再涂抹防锈涂料,之后填充修补材料。填充法应用范围广，从细微裂缝到大裂缝均可适用，处理效果好，但对结构有损伤,像混凝土梁、轨枕这等些构件不能采用这种方法。
3电化学沉积法在钢筋混凝土裂缝修复中的应用
电化学沉积法通过大胆的引用电化学机理，巧妙的运用学科交叉把不利因素转化成可应用的条件，为问题的解决开辟了一条崭新的途径。电化学沉积法的推广应用可大大减少水利水电工程、海洋工程等结构裂缝的修复成本，从根本上解决水环境中混凝土裂缝修复修复的技术难题，甚至可以将此应用推广到陆基混凝土裂缝的修复上。3.1电化学沉积法修复钢筋混凝土裂缝的原理电化学方法的实施，要求被修复的混凝土裂缝浸在电解液中，并在电解液中放有惰性电极，由外加电源负极接混凝土内的钢筋，正极连外加的惰性电极，形成回路，并通入电流。在外加电源的作用下，浸泡在溶液内的惰性电极与钢筋混凝土之间会产生电位差，使带电离子分别向两极迁移。混凝土内部的钢筋作为阴极，通电后电解水产生OH–离子，会在电位差的作用下，从回路的阴极（钢筋）穿过混凝土的保护层向阳极（外加惰性电极）运动[28]。离子在混凝土的表面及裂缝中发生反应，生成沉淀，覆盖混凝土的裂缝并填充混凝土裂缝。钢筋混凝土裂缝的修复过程，不仅可以提高混凝土的碱性，还可以减少混凝土中氯离子等有害负离子的浓度，制止混凝土中钢筋的腐蚀。因此，该方法不仅能愈合钢筋混凝土的裂缝，还能有效的制止氯离子侵蚀钢筋和混凝土碳化引起的混凝土侵蚀破坏，对已经腐蚀的钢筋可以产生良好的钝化效果。3.2电化学修复方法与常用方法的比较常用的各种混凝土裂缝修复方式多为物理修复，即通过加固构件或填充物质的方法来填充裂缝或者制止裂缝的继续发展，这些方法是保护混凝土中钢筋的补充措施，但都有一定的局限性。这些常规修补方法由于不能有效清除氯离子，只治标，不治本；而电化学方法修复的方式是利用化学方法生成的新物质填充裂缝并在表面生成混合物覆盖层，可从根本上制止氯化物污染引起混凝土中钢筋的腐蚀，而无需凿除大量被污染混凝土的保护层。
4结语
电化学沉积法是一种新兴、高效的钢筋混凝土裂缝修复方法，尤其是对传统修补方法有局限性的水下混凝土结构裂缝的修复，它不仅能愈合混凝土的裂缝，还能提高混凝土中钢筋附近的碱性环境，保护混凝土中的钢筋不被腐蚀。但是电化学修复钢筋混凝土裂缝是一个受多因素影响的复杂问题，基于电化学方式修复构件方法的特殊性，其在钢筋混凝土建筑结构中的应用受到工作环境的限制。目前电化学修复法主要应用于化工、微电子、陶瓷、新材料等产业中。工程中，电化学沉积法主要应用于水工、海工等钢筋混凝土裂缝的修复，充分利用其有水工作环境的特点。对于陆基工程的修复，需为其构建适当的液体环境，该条件限制了电化学方式在陆基工程上的应用。
参考文献：
[1]姚继涛，马永欣，董振平等.建筑物可靠性鉴定和加固：基本原理和方法[M].北京：科学出版社，2003:266-320.
[2]祁红梅，朱丽娟，姚博等.混凝土裂缝修复技术探析[J].徐州：徐州建筑职业技术学院学报，2009,9(4):33-35.
[3]张羽，张俊喜，王昆等.电化学修复技术在钢筋混凝土结构中的研究及应用[J].材料保护,2009,42(8):51-55.
作者：柴焕芳 单位：山东理工大学
