建筑混凝土结构与钢结构设计中的特点和方法

建筑混凝土结构与钢结构设计中的特点和方法

吴小斌

福建龙净环保股份有限公司   福建龙岩  364000

摘要：在现代建筑工程结构设计中，设计者需要科学把握钢结构和混凝土结构的主要特征，并结合工程实际，将两者结合起来应用。通过合理设计和组合钢结构，既能充分发挥各自的应用优势，又能取长补短，进一步提高建筑整体结构性能。这对于建筑工程中钢结构和混凝土结构的组合应用以及建筑工程的进一步发展具有重要意义。

关键词：建筑混凝土结构；钢结构设计；特点；方法

1高层建筑钢结构特点

1.1框架结构的高层建筑

框架结构高层建筑多用于钢、钢混结构高层建筑，其主要结构是由节点相构成的梁和柱。框架结构的应用非常灵活，应用范围广泛，便于室内空间的布置。但由于框架结构的梁柱界面较小，其抗震性较差。

1.2剪力墙结构的高层建筑

这种结构的高层建筑通常用于钢混结构，其主要缺点是间距不宜过大，平面布置不灵活，称重能力不强，因此很少应用于共建。

1.3框架结构与剪力墙结构相结合的高层建筑

框架剪力墙结构比框架结构和剪力墙结构具有更大的承重和刚度，两者结合，可以起到相辅相成的作用。因此，我国高层建筑普遍采用这种结构形式。

1.4简体结构的高层建筑

在高层建筑中，这种简体结构通常与其它结构建筑相结合。

1.5巨型结构的高层建筑

在高层建筑中，这种巨型结构一般都是和其他结构建筑结合在一起的。

2建筑工程中的钢结构和混凝土结构设计注意事项

2.1水平风荷载对屋盖及网架的影响

在建筑工程设计中，钢结构屋盖主要采用上弦支撑和下弦支撑两种形式。在钢结构屋盖采用上下支撑形式时，其高度不应超过柱高，因此设计时无需考虑水平方向的风荷载。在下弦式屋盖应用时，需要在屋盖周围设置封板，这样设计人员就需要分析水平风荷载对屋盖的影响。一般工业厂房钢结构屋盖跨度应控制在20~50 m，高度控制在3~4 m，跨度与高度比为1:13~1:16。通过相关研究和分析，得出了建筑物的风压和风振系数受建筑物高度影响的结论。

在利用 PKPM软件建立建筑模型时，设计者必须充分考虑到网架高度，并根据网架的高度来计算风压和柱底弯矩。另外，由于平板网架通常采用满跨形式，而对侧为 S型横向网架布设时，设计者需要采用四个半跨活荷载布置，以有效降低水平方向的风荷载对建筑网架的不利影响，从而保证整体结构的风载性能。

2.2屋盖结构形式对下部混凝土结构的影响

在建筑工程钢结构设计中，当钢结构屋盖跨度小于20 m时，应采用轻型钢结构；如果跨径大于20米，则应设计成管桁架或网架结构。综合考虑受力、成本等因素，设计下部结构时，最好采用钢结构与混凝土结构结合的形式，采用轻质夹心保温板、钢框架结构的墙体与屋面合理搭配，楼板钢筋、混凝土浇筑、振捣等施工均可单独进行。基于此，本工程采用这种形式对厂房下部结构进行设计。根据工业厂房的实际应用需求，本项目设计厂房平面尺寸为130 m×42 m，开间尺寸为20~6.5 m，主梁跨度为4×10.5 m，次梁间距为2.1 m，组合盖板跨度为2.1 m。

3钢、混凝土结构组合设计在建筑工程中的应用

3.1网架与管桁架的设计

在设计网架时，设计者要做好螺栓球的定位，尽量控制误差，这样才能很好地控制网架安装偏差。在钢结构屋盖采用管桁架形式设计时，设计者需要严格控制相贯线切割工序，因为管桁架具有较大的安全储备和较好的防腐蚀性能，因此在中等腐蚀条件下，钢结构屋盖应采用管桁架形式设计，腐蚀较弱时可采用网架形式。通过对工程现场环境条件的分析，结合工业厂房的实际应用，确定了厂房屋盖的环境属于弱腐蚀环境，具体设计时采用网架结构。

3.2屋盖网架支座设计

在钢结构屋盖网架设计时，设计者需要综合考虑屋盖吸力的影响，从而科学地判断其承压状态和受拉情况，并确定其锚固长度。对于跨度较大的网架，应在网架的四角及中部设置滑动支座及橡胶支座，以达到良好的固定效果。在制作滑动支座时，要求网架制造单位将聚四氟乙烯划片安装到橡胶板上，以达到有效释放温度应力的目的。

3.3屋面板和组合楼板设计

在设计工业厂房钢结构与混凝土结构结合形式时，设计人员应从挠度设计环节着手。由于屋面板厚度较小，如果设计得过大，积水深度就会增加，从而增加屋面板所受的荷载。对于夹芯板材料，可以选用岩棉板、玻璃板等材料，使屋面具有良好的保温隔热效果。根据实际防火隔热要求确定夹芯板的厚度，在具体设计中不能使用苯板作为保温材料，以避免有毒气体的释放。根据防水环的防渗要求，屋面板搭接设计的主要方法有以下三种：

(1)穿透式搭接，用螺钉固定房屋面板雨水渗漏处；

(2)采用暗扣式搭接，利用高强板抵御台风，这种搭接方法适用于坡度较小的屋面；

(3)立式锁边搭接，采用低强度钢板360°锁边形式进行防水防渗搭接。在具体设计时，设计师还要根据建筑设计要求和工程实际特点灵活设计屋面板，以保证其防水、防渗、抗台风等功能。在设计组合楼板时，需要借助计算软件计算出组合楼板跨中抗弯强度。这样才能合理地设计组合楼板。

3.4钢柱和混凝土结构设计

由于该工程施工进度要求较高，因此在具体设计中，为了保证施工进度，将部分混凝土柱改为 H型钢柱焊接。在设计此类结构时，应着重考虑钢柱的水平侧刚度，使其水平侧移符合实际设计要求，并结合具体抗震设计计算钢柱长细比。在设计钢混凝土组合结构时，设计人员必须保证刚性板厚度大于6 mm，使其稳定符合工程设计要求，同时框架梁的截面宽度应大于30 cm，这样才能更好地约束节点。对混凝土强度要求控制在C30以上才能使整体结构性能得到进一步强化。同时，设计人员还要严格控制混凝土中的骨料，粗集料直径不能超过钢外混凝土厚度的三分之一，不能超过25毫米。只有这样，才能为后续的混凝土施工打下良好的基础，才能使整个建筑结构体系得到合理优化，使其充分发挥其应用优势。

3.5高层混凝土剪力墙设计

一般情况下，高层混凝土结构必须具有良好的变形能力，如果要有良好的变形能力，就必须采取措施保证剪切状态。对于截面较长的抗震墙，需要在墙体洞口设置弱连梁，使每个墙体有多个开口，使各墙体的高度比例保持在2及以上。对于高层混凝土结构，弱连梁在地震作用下需要满足各层连梁总约束弯矩小于该墙段总地震弯矩的20%；高层混凝土结构的连梁也按此标准施工，这样可以防止墙体变形，如果出现墙面变形，将严重影响工程质量。同时，为了节约能源，避免连梁强度偏低，需要对连梁进行一定的施工。如果把强度较高的连梁换成强度较低的小梁，那就变成了一种强度较低的单梁，这种墙体的延展性和抗震性都比较差，如果发生地震之类的情况，对建筑物的破坏会非常严重。但是，如果在墙体设计时采用具有极小截面高度的二力杆件，可大大提高墙体的变形能力和抗震强度。

结语

综上所述，高层混凝土结构设计不存在一成不变的统一参考模式，应根据实际应用情况，根据不同要求选择合适的结构设计方案。本文通过对高层建筑结构特点的分析，提出了高层建筑施工过程中存在的一些设计要求和具体分析，以保证高层建筑水平不断提高，具体包括：剪力墙设计；超长结构温度变形、混凝土干缩变形等问题，加强技术管理，确保施工质量。希望本文对高层混凝土结构设计有一定的启示作用。

参考文献

[1]刘正勇,顾洪潮.装配式建筑混凝土结构支撑体系设计及施工研究[J].建筑安全,2020,35(04):10-15.

[2]朱樑.高层建筑混凝土结构设计中的抗震设计[J].建材与装饰,2018(44):70-71.

[3]翟波波.剖析结构设计在工业建筑中应把控的若干问题[J].建材与装饰,2017(35):96-97.

[4]董金爽. 新型传统风格建筑混凝土梁柱组合件抗震性能研究[D].西安建筑科技大学,2017.

[5]李思佳.工业与民用建筑混凝土结构设计刍议[J].江西建材,2015(10):44+48.

[6]刘宏军.浅谈高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计[J].中国建筑金属结构,2013(10):23.