发布时间：2023-09-22 10:39:23
绪论：一篇引人入胜的混凝土结构设计，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号：TV331文献标识码： A
一、工程概况
某机场新航站楼由主楼、指廊和连廊三部分组成，地下1层、地上3层，总建筑面积约15万m2。其中:主楼长315m，宽8519~9715m，划分为C1~C3段；A指廊和B指廊的长度均为25618m，宽度均为38m，划分为A1，A2，B1，B2段；连廊长5413m，宽26m，划分为A3，B3段。
图1 主楼剖面图
二、结构体系及特点
新航站楼的主体结构为混凝土-预应力混凝土-钢拱架组合框排架结构，其中:框架柱为普通混凝土结构；框架主、次梁为有粘结预应力混凝土结构；各层顶板为无粘结预应力混凝土结构；屋盖为三角形截面钢拱架结构。主楼的基本柱网为15m@11m和15m@19m，其地下室顶板的315m@9715m超大平面内未设温度变形缝，地上各层顶板沿纵向设置2道温度变形缝，将平面分成3段，各段的纵向边缘处均为7145m跨的悬挑梁、板。指廊的基本柱网为12m@8m和12m@1615m。连廊的基本柱网为(11~1315)m@(11~15)m。
综上所述，工程的结构体系具有大空间、大跨度、相邻变跨度、大跨度悬挑和超大平面未设温度变形缝等特点。此外，为了满足建筑使用功能的要求，需要在室内净高受到严格限制的条件下，在楼盖下方吊挂各种重型设备和密集管线。因此，如何较好地解决结构构件在上述条件下的抗裂和抗变形等是设计的重点。
三、结构计算及分析
(一)结构计算参数
1)结构设计参数。本工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级。按照乙类建筑进行设计，框架抗震等级二级，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅲ类。基本风压0.55kN/m2，地面粗糙度B类。基本雪压0.25kN/m2。
2)荷载与作用。包括楼面及屋面恒载、活载以及风载、雪载、地震作用。钢结构屋面永久荷载:1.0kN/m2，屋面活载:0.50kN/m2。混凝土楼面永久荷载按照实际考虑；楼面活载:3.5kN/m2(候机大厅、商店、走廊、楼梯)、2.0kN/m2(办公)、3.5kN/m2(餐厅)、2.5kN/m2(卫生间)。地震作用:按振型分解反应谱法进行计算。
3)荷载组合。按国家相关规范进行。
(二)结构计算方法
航站楼大厅和两侧指廊间设有伸缩缝，构件之间没有连接，独立形成三个结构单体。计算时分别建模分析。大厅和指廊结构均采用MidasGen结构分析软件进行线弹性三维空间整体模型分析。由于航站楼下部为混凝土结构，上部为钢结构，属于两种不同材料的组合结构类型。结构分析时，采用Midas中组阻尼的概念，对该组合结构进行分析计算。
(三)计算结果及分析
由于三个单元类似，本文仅给出大厅的计算分析过程及结果。大厅整体结构的周期如图1所示。大厅1层混凝土部分的位移比及位移角如表1所示，均满足规范要求。
1)按(1/10~1/15)l和(1/15~1/20)l的经验公式初估框架主、次梁的截面高度(l为梁跨度)，选择适当高
宽比初估框架梁截面，并建立结构计算分析模型。
2)按非预应力矩形截面框架梁计算正常使用极限状态和承载力极限状态下的控制内力，在不出现超筋
的条件下调整和确定梁的截面尺寸。
3)按预应力T形截面框架梁计算正常使用极限状态和承载力极限状态下的控制内力，并初估框架梁中
预应力筋和非预应力筋的配筋量。
4)验算预应力梁的相关指标(承载力、挠度、裂缝宽度和配筋率)并调整预应力筋和非预应力筋的配筋量比例，直至满足设计规范的相关要求。
5)根据计算确定的框架梁截面和配筋量，验算施工期间预应力框架梁的反拱情况，并调整至满足设计规范中的相关要求。
四、结构设计
(一)混凝土概况
航站楼1层为现浇混凝土框架结构，由于总长度为352m，因此，航站楼各段之间以变形缝分开，变形缝处双柱间距2.0m。各段结构特征分述如下:A段主体为1层现浇混凝土框架结构。平面尺寸27.00m×84.00m，基本柱网13.50m×12.00m，混凝土结构标高为6.035m，为后张有粘结预应力混凝土主次梁体系。B段主体为1层现浇混凝土框架结构。平面尺寸64.00m×132.00m，基本柱网13.50m×11.00m和15.00m×12.00m，混凝土结构标高为6.035m，为后张有粘结预应力混凝土主次梁体系。C段主体为1层现浇混凝土框架结构。平面尺寸27.00m×136.00m，基本柱网13.50m×12.00m，混凝土结构标高为6.035m，为后张有粘结预应力混凝土主次梁体系。
(二)后张有粘结与无粘结预应力混凝土结构
本设计在框架梁中采用了有粘结预应力混凝土结构（BPCS），次梁采用了无粘结预应力混凝土结构（UPCS）。目前，现浇预应力混凝土结构一般采用后张法，后张预应力施工分为有粘结及无粘结两种。BPCS靠灌浆实现有粘结，UPCS靠端锚建立预应力。有粘结筋的最大应力出现在最大弯矩截面处，破坏时临界截面有粘结筋的应力非常接近钢筋的极限强度fpu，无粘结筋的应力沿全长几乎相等，构件破坏时，无粘结筋的应力总是低于条件屈服点fp，0.2。预应力钢筋应力随荷载变化曲线见图2。由于无粘结筋的应力沿全长几乎保持相同，预应力钢筋的非弹性性能即构件的能量消散不能得到充分发挥，限制了UPCS在地震区框架结构中的应用。有粘结预应力结构的极限强度高，抗震性能好，适用于框架梁。无粘结预应力结构施工简单，适合数量多、吨位不大的次梁。次梁不需要抵抗地震力，可以采用无粘结预应力结构。混凝土楼盖采用不同的预应力结构，充分发挥了有粘结结构及无粘结结构的优点。
图2 预应力钢筋应力随荷载变化曲线
(三)不承受水平力的混凝土框架梁结构
不承受水平力的混凝土框架梁最适合采用后张预应力混凝土结构。后张预应力混凝土梁通常将预应力筋布置成抛物线形状，这样的力筋最适合承受竖向均布荷载。由于正反方向的水平荷载会产生支座处的正负弯矩，因此抛物线形状的力筋不适合承受水平力，一般是用抛物线形状的预应力筋抵抗竖向荷载，用直线形状的上下非预应力筋抵抗水平力。在框架结构中，非预应力筋占总用钢量70%以上，如果框架梁不受水平力，这个结构的非预应力钢筋的用量可以降至最低。国外有的不承受水平力的有粘结预应力框架梁的用钢量非常低，有的梁甚至不配纵向非预应力钢筋，设计中不计算地震力；风荷载是通过玻璃幕墙系统的桁架传至屋盖钢桁架的下弦，再传至2500mm*4500mm的巨形混凝土箱形柱，箱形柱壁厚为500mm，巨形混凝土箱形柱与混凝土楼盖脱离，使混凝土楼盖不承受水平力，而间距为54的次梁集中重使垂直荷载近似于均布荷载，非常适合采用抛物线形状的后张预应力筋，这种不承受水平力的混凝土框架结构的设计，使大跨度的混凝土框架的用钢量降至最低。
(四)单向板体系楼盖
本工程混凝土楼盖采用单向板结构。单向板方案采用18m跨度的次梁，次梁的间距为3m，沿结构单元的长向布置，利用次梁的预应力筋抵抗超长混凝土的伸缩应力。由于只有一个方向有次梁，次梁中的预应力值较大，可以有效地解决超长混凝土结构的抗裂度。主框架梁采用的是宽扁梁，一个方向的宽扁梁的梁柱节点形式比较简单。方案设计时亦考虑过采用井字楼盖的双向板方案，双向板方案的优点是利用了两个方向的框架梁受力，框架梁的负担小，楼盖的两个方向都有预应力，提高了楼盖的抗裂性能。缺点是两个方向的宽扁梁节点受力复杂，节点的用钢量多；沿结构单元长向的次梁需多配预应力筋以抵抗超长混凝土的伸缩应
力。用钢量较单向板方案多，施工也较单向板方案复杂。最后采用的是单向板方案，主框架梁截面为2000mm*1000mm，在支座处梁宽加腋至2500mm*1000mm或3000mm*1000mm，与次梁平行的框架梁为500mm*1000mm，次梁为300mm*1000mm，楼板厚120mm。
结语
目前，该航站楼施工其主体结构构件未出现裂缝， 抗裂效果良好。工程中应用预应力技术成功地解决了主体结构大空间、大跨度、相邻变跨度、超大跨度悬挑和超大平面未设温度变形缝和楼面重荷载等技术难点， 该设计方法可供同类工程预应力结构设计参考。
参考文献
1.1混凝土结构设计过程中的抗震设计
为了更好的将混凝土应用到各个行业中，在进行混凝土结构设计的时候，我们必须要首先准确的了解并且掌握所有混凝土结构设计的原理，而在所有结构设计原理中，抗震设计是极其重要的原理之一。对于抗震设计原理而言，它受地质条件影响比较大。众所周知的是，在建筑工程施工过程中，混凝土柱需要承受的力比较大，尤其是在一些高压力的情况下，混凝土柱很难具有一定的延展性能，甚至可能会导致混凝土柱出现变形的情况，因此，为了更好的避免这一现象，在进行结构设计的时候，我们必须要严格的遵循“强柱弱梁”的设计原则，保证承受压力的部分具有一定的延展性能。另外，在进行设计的过程中，我们还应该尽可能的通过控制受压区的高度，以及梁的上部和下部之间的比例关系，通过改变各种内力之间的系数关系不断地增加所有混凝土柱承受压力的性能。
1.2抗裂设计
在将混凝土应用到建筑工程施工的过程中，为了更好的确保建筑物的质量，我们必须要确保所有建筑物具有一定的抗裂能力，进而更好的避免建筑物出现裂缝。而导致混凝土结构物出现裂缝的主要原因就是结构物本身的耐久性、防水性能降低，因此，进行裂缝控制是将混凝土结构设计更好的应用到建筑工程的有效手段之一。例如，在进行混凝土结构设计的过程中，为了更好的提高所有混凝土结构物的抗裂性能，我们必须要针对不同的结构采取相对应的抗裂对策。如在进行混凝土原材料选择的时候，我们必须要选择正规的厂家进行原材料的购买，在购买的过程中应该由专业的工作人员选择高质量的混凝土原材料。同时，我们还应该尽可能的选择水化热比较低的水泥，控制好水与灰的比例，适当的在材料中添加一些外加剂，这样可以更好的防止混凝土结构物出现开裂的现象。另外，在进行混凝土结构设计的过程中，我们还应该尽可能的加大梁的截面积或者则可以增加板的厚度，进而不断的提高混凝土结构的强度，只有混凝土结构物的强度提高了，才能更好的确保混凝土结构物具有足够的安全性和耐久性。
1.3混凝土结构设计中的平面设计
除了抗震设计和抗裂设计，在将混凝土应用到实际施工过程中，我们还必须要严格的遵循平面设计这一原则。随着我国经济的快速发展，对于建筑物结构设计质量水平提出了越来越高的要求，同时对于混凝土结构设计也提出了比较高的要求。如在进行混凝土结构设计的过程中，我们必须要尽可能的确保整个设计平面的规则、简单以及对称，这样可以更好的提供混凝土结构物的刚度以及承载能力，最终不断的提高混凝土结构物的抗裂、抗震能力。另外，在进行结构设计的时候，我们还应该确保所有结构的平面、立面以及结构布置具有一定的规则性，同时还应该具备合理的传递力的途径以及方式，进而使得作用在混凝土上部结构的力都能够直接的传递到目的地，避免了中间的传递过程。最后，还应该确保混凝土结构物具有整体的可靠性以及牢固性，进而更好的避免因为外来力的影响导致建筑出现倒塌的现象，给企业带来巨大的经济损失。确定构件与构件之间、结构与结构之间，该彻底分离的绝不似分非分，该牢固的绝不似接非接；处理好结构单元与结构构件承载力之间的关系，尽量设置多道抗震防线，增强结构的抗震能力。
2混凝土结构设计过程中所存在的问题
尽管几年来我国许多企业在混凝土结构设计方面取得了比较显著的成就，但是，尽管如此，我国许多企业在进行混凝土结构设计的过程中仍然存在着一系列的问题。例如，一些企业的混凝土结构设计管理机制不够完善，有些设计人员在设计过程中不能严格的按照设计标准进行设计。另外，还有一部分设计人员的专业素养比较低，他们对于混凝土结构设计相关知识的掌握不足。最后，甚至有一些企业在进行混凝土结构设计的时候不能严格的按照客户的需求进行设计，随意的改变设计的理念，这对于促进我国混凝土结构设计的发展具有极其不利的影响。
3结束语
总而言之，在当代这样一个社会，混凝土已经被广泛的应用到了许多行业中，而为了更好的将混凝土材料应用到实际中，我们必须要不断的提高混凝土结构设计的水平。而在设计的过程中，我们应该首先发现我国在混凝土结构设计过程中所存在的问题，然后尽快的根据这些问题提出相对应的解决对策。
作者:王炳监 单位:盐城工业职业技术学院
参考文献：
中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：
混凝土结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，在这过程中出现任何的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全隐患。因此，我们设计人员应按规范相应的构造要求严格执行，才真正确保设计质量的安全。
1 混凝土结构设计内容
1.1计算地震作用
规范中要求规则结构不计算扭转耦联的时候，平行于地震作用力方向的两边要乘以放大系数，一般较短边乘以1.15的系数，长些的边乘以 1.05 的系数，扭转刚度小时要按大于或等于 1.3 采用，地震作用计算要考虑扭转耦联产生的影响；质量、刚度不对称分布的结构要计入双向水平方向的地震作用扭转影响。
1.2计算质量系数
一般工程采用不少于 9 的质量系数，如果是2层结构采用6个，一般是取3的倍数，每层有3个自由度。计算的时候要检查质量振型参数，要保证不能小于90%，如果不够的情况，将导致设计的结构不够安全。
1.3计算最小地震剪重比
规范强制要求各楼层剪重比不小于规范给出的标准，当不满足要求时要检查质量系数，有效的质量系数不够要增加振型数的计算；有效质量系数能够满足时可能结构设计不合理，要合理分布结构质量和刚度。
1.4计算结构的位移、周期
周期比要控制在大震下扭转振型不靠前，用楼层竖向最大位移限制层间最大位移，位移比取最大和平均位移比值。
1.5计算柱长度
水平荷载造成的弯矩设计值超过总设计值 75% 时，框架柱长度按规范内 7.3.11-1 和 -2 公式计算的小值为准。
1.6确定柱配筋的方式
单偏压方式是按规范公式计算的，双偏压则是用数值积分法，整体计算建议使用单偏压方式，得出具体结果时再用双偏压复核。
1.7分析框架的结构
注意柱长度的计算系数；建议柱采用单偏压配筋；大截面的柱可以设与梁重叠处为刚域。
1.8分析混合的结构
模型数据尽量以原型输入，节点要有规律性，并合理的输入参数，墙体受压以墙段为单元进行计算，注意不要忽视小于 250 的墙段。
2 混凝土结构设计中应注意的问题
2.1 关于柱的设计
2.1.1 框架柱的截面设计
在钢筋混凝土结构中，柱的截面尺寸从下到上逐渐缩小，以节约投资，使设计更合理。柱截面尺寸减小的间隔层数为3～5层，如果间隔太密，会造成模板浪费、施工不便；太疏又起不到节约投资、降低造价的目的。每次每侧减小的尺寸以100～150为宜，如减得太多，有可能导致结构竖向刚度突变。另外，柱的最小截面尺寸应符合《混凝土结构设计规范GB50010-2002》第l1.4.11条的规定：矩形柱的宽度和高度均不宜小于300mm ；圆柱的截面直径不宜小于350mm 。
2.1.2 框架柱的箍筋肢距
《混凝土结构设计规范GB500l0-2002》第l1.4.15条规定“柱箍筋加密区内的箍筋肢距：一级抗震等级不宜大于200mm；二、三级抗震等级不宜大于250mm和20倍箍筋直径中的较大值；四级抗震等级不宜大于300mm。此处的“箍筋肢距” 的定义，规范没有明确的说明。按一般的理解，箍筋肢距应为每肢箍筋的水平距离。因此不少设计人员在设计时将箍筋肢距一律按均匀分布且不大于200mm（以一级抗震等级为例）。这样将使混凝土的浇捣发生困难。因为混凝土在浇捣时，是不允许从高处直接坠落的，必须使用导管，将混凝土引导到根部，然后逐渐向上浇灌。如果箍筋肢距过小，将无法使用导管。笔者认为“箍筋肢距” 应理解为“柱纵向钢筋的箍筋拉接点之间的距离”由此可以采用箍筋形式，这样既便于施工，对柱钢筋的拉接，也符合要求。
2.2 关于梁的设计
2.2.1 框架梁的负筋只需按计算配够，不必增加配筋量
在框架结构的计算中， 由于地震作用、风荷载等水平力的作用，往往使得框架梁的粱端负弯距远大过跨中正弯距。为了避免框架梁负筋过多过密，我们往往都将框架梁的负弯距乘以一个0.85左右的调幅系数进行调幅，使梁端负弯距减少，并相应增加跨中正弯距，使梁的上下配筋均匀一些。如果在框架计算是作了负弯距调幅，而配筋时又将负筋放大，就是没有道理而且是自相矛盾的。
2.2.2 梁侧纵向钢筋的配置
梁侧纵向钢筋包括梁侧纵向构造钢筋和梁侧抗扭纵筋。新混凝土设计规范规定梁腹板高度hw≥450mm梁侧应沿高度配纵向构造钢筋， 且间距不大于2OOmm。梁侧纵向构造钢筋对防止梁侧面的开裂具有非常重要的作用。
梁侧纵向钢筋的直径不应太大，一般以φ12～φ16为宜。在实际设计中，常常见到梁侧抗扭纵筋很大的情况，这是由于电算结果显示抗扭纵筋的面积较大。对这种情况应在计算和设计上做一些调整：
a.由于目前电算程序在结构构件分析时尚不能考虑现浇楼板对梁扭转的影响，而是由程序给出一个梁扭距折减系
数，合理选用梁扭距折减系数对控制梁的扭距是很重要的，一般情况可取0.4～0.6 。
b.对跨度较大的次粱支承于主梁上时，次梁的支承端会对主梁产生较大的扭距，这时可在电算程序中指定该次梁
的端支座为绞接。这种方法对解决粱在受剪扭情况下的超筋超限是非常有效的。
c.有时虽然做了以上调整，但梁的抗扭纵筋面积仍然较大。此时应将抗扭纵筋面积分摊一部分到粱的四根角筋其余部分面积按梁侧腰筋设置，梁腰筋直径仍以φ12～φ16为宜。
2.3 基础的设计
2.3.1 基础垫层与保护层
混凝土基础垫层的作用：一可方便施工，保证基础混凝土的浇筑质量，二可兼作混凝土保护层，对钢筋起保护作用。设计时，配有钢筋的柔性基础宜考虑设置垫层。垫层的厚度通常取70-100mm。在基本积极条件较好时，也可以不设垫层，但应注意施工时确保钢筋的保护层厚度满足要求。按规定，有垫层时，最小混凝土保护层厚度为35mm，无垫层时则为70mm。如果设置的垫层伸出基础四边，其伸出长度与垫层厚度相同。
2.3.2 基础宽度或面积的计算
在计算基础宽度或面积的时候，往往由于力学模型不明确或考虑问题不周详，，使得基础宽度或面积不足，下面列举三种情况用以说明。
情况一：墙体上作用有较大的集中力。当墙体上有较大的集中力作用时，通过墙体和基础可将此集中力向地基扩散，但这种扩散是有一定范围的，并且基底土反力并非均匀分布。如果设计时用该集中力除以墙段长度得到的平均线荷载来计算基础宽度，则可能造成局部基础宽度不足。
情况二：纵横墙体相交处，存在着基础面积重叠问题，由于地基受力面积的重复使用，造成地基应力加大。在四墙相交的十型节点处，三墙相交的口型节点处应力集中最为显著。因此，必须调整局部基础宽度以满足地基承载力的要求。上文提出了采用局部调整系数调整基础宽度的方法。
情况三：柱下单独基础与墙下条形基础混用，在框架结构中，有时为了减小柱基所受压力而设置墙下条形基础以承受底层墙体的重量。此时，由于地圈梁的作用，实际仍有一部分墙重难以计算，设计时往往忽略，从而导致柱下基础面积偏小。因此，笔者认为设计时应尽可能地使得计算模型简化和明朗化，从而避开由于结构模型模糊造成的隐患。
3 结束语
我国的混凝土结构设计规范已经基本形成体系，但限于条件和具体工作环境状况，存在一些设计方面的空缺和问题是难免的，为了使设计人员在混凝土结构设计中更好地贯彻执行向关设计规范等，做到安全适用、经济合理、技术先进和确保质量。
