時間：2023-03-30 10:39:09
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關鍵詞：現澆鋼筋混凝土樓板裂縫建筑設計結構設計
前言
自2001年起,蘇州市從預制多孔板體系轉化為商品混凝土現澆板體系?，F澆鋼筋混凝土樓板在結構安全和使用功能方面比預制板優越得多,但是樓板裂縫不斷增加。大多數消費者對樓板裂縫缺乏必要常識,統視裂縫為有害,擔心樓板裂縫會引起建筑物倒塌,反應極為敏感,近年來成為投訴熱點,開發商和承包商為此的花費亦逐年增長。
1樓板裂縫種類
1.1溫差裂縫
由于溫度變化,混凝土熱脹冷縮而形成的裂縫,此類裂縫一般集中在東西單元的房間、屋面層和上部樓層的樓板。
1.2結構裂縫
雖然現澆樓板承載力均能滿足設計要求,但由于預制多孔板改為現澆板后,墻體剛度相對增大,樓板剛度相對減弱。因此在一些薄弱部位和截面突變處。往往容易產生一些結構性裂縫。例如:墻角應力集中處的45°斜裂縫,板端負彎矩較大處的板面裂縫等。
1.3構造裂縫
PVC管處混凝土厚度減薄,容易出現裂縫。
1.4收縮裂縫
混凝土在塑性收縮、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過程中易形成各種收縮裂縫。
2樓板裂縫形式
2.145°斜裂縫
該裂縫常出現在墻角,特別是房屋東西兩端房間,呈45°狀。
2.2縱橫向裂縫
該裂縫一般出現在跨中、負彎距鋼筋端部、PVC電線暗管敷埋處。
2.3長裂縫
一部分房間預埋PVC電線管的板面上出現裂縫,裂縫寬度達0．2mm～0．3mm左右。這種裂縫僅在樓板表面出現,板底無裂縫。
2.4不規則裂縫
裂縫出現部位形狀無規則,或散狀或龜裂狀。一般發生在房屋東西兩單元、閣樓頂層部位。
3從設計方面分析裂縫及控制方法
造成現澆鋼筋混凝土樓板開裂有設計原因、施工原因、材料原因,本文僅從設計方面進行探討。隨著蘇州市經濟的快速發展、建設任務增加迅猛,勘察設計隊伍亦在迅速擴大,蘇州市住宅工程相當一部分是由乙級和丙級設計單位承擔。住宅設計單位低資質,或由于設計市場管理的不到位,造成低資格設計人員掛靠設計,而掛靠單位收取一定比例管理費后,就盲目蓋章、簽字,根本不對圖紙的結構安全、合理性、完整性等認真審核。結果是一部分住宅工程勘察設計質量低下,問題較多。另一個原因是,一些住宅開發商任意壓價,片面降低勘察設計費,以收費最低為主要條件選擇勘察設計單位,同時又不講合理設計時間,限期開工,逼迫提前出圖,造成施工圖設計深度不夠,問題必然較多。
3.1建筑設計方面原因
3.1.1斜屋面、露臺、外墻節能保溫措施不夠
蘇州市一年之內氣溫變化較大,夏季最高溫度可達40℃以上,冬季溫度最低可達-4℃～-7℃,由于夏天室外墻體溫度高于室內溫度,結構外墻面在高溫下發生受熱膨脹,如果未采取保溫措施,在縱橫兩外墻面的變形對樓板產生牽拉作用下,東西單元的臥室樓板被外墻向外拉伸就容易引起裂縫。同樣,屋面如果未設保溫層,頂層樓板會因熱脹冷縮而引起開裂。
目前與溫度有關的裂縫計算公式有:
連續式約束條件下樓板、長板、剪力墻、大底板等最大約束應力計算公式:
σ＊xmax＝－EaT1－1chβL2H（t，τ）（1）
或按時間增量的計算公式:
σ＊xmax＝∑ni＝1Δσi＝-a1－u∑ni＝11－1chβiL2ΔTiεi（t）H（t，τ）（2）
當應力超過混凝土的抗拉強度時,可求出裂縫間距:
Lmax＝2EHCxarcchaTaT－εp（3）
L＝1．5EHCxarcchaTaT－εp（4）
Lmin＝12Lmax（5）
式中,T-包含水化熱、氣溫差及收縮當量溫差。同號疊加,異號取差,由此可見,夏天炎熱季節澆筑混凝土到秋冬冷縮都是疊加的,拉應力較大;
H（t,τ）-松弛系數。在保溫保濕養護條件下(緩慢降溫即緩慢收縮),松弛系數取0．3或0．5,當寒潮襲擊或激烈干燥時,松弛系數取0．8,應力接近彈性應力,容易開裂;
T＝T1+T2+T3（T1為水化熱溫差、T2為氣溫差、T3為收縮當量差,取代數和）;
εp-混凝土的極限拉伸。級配不良,養護不佳,取0．5×10-4～0．8×10-4;正常級配,一般養護,取1．0×10-4～1．5×10-4;級配良好,養護優良,取2×10-4;配筋合理(細一些,密一些),可提高極限拉伸20%～40%。構造配筋宜為0．3%～0．5%;
H-均拉層厚度(強約束區);
E-混凝土彈性模量;
Cx-水平約束系數;
ch、arcch-雙曲余弦及雙曲余弦反函數;
a-線膨脹系數,一般情況εp≤｜aT｜,當εp≥｜aT｜時取εp＝｜aT｜,［L］∞。
裂縫開展寬度:
δf＝2ψEHCxaTthβL2（6）
δfmax＝2ψEHCxaTthβLmax2（7）
δf＝2ψEHCxaTthβLmin2（8）
β＝CxEH（9）
式中,ψ-裂縫寬度經驗系數;
Cx-約束系數。
3.1.2住宅長度超長
住宅平面超長,由于溫差和材料變形,會造成墻體和樓板橫向開裂。僅就長度而言,結構長度與應力呈非線性關系,如結構長度小于規范要求,結構內力影響很小。
3.1.3平面形狀
當住宅臥室沿長度、寬度方向尺寸變化,由于樓板剛度不一致,會產生不相同變形,引起薄弱部位開裂。
3.2結構設計方面原因
3.2.1近代國際上結構的設計原則是,整個建筑結構的功能必須滿足兩種狀態的要求:①承載力極限狀態,以保證結構不產生破壞,不失去平衡,不產生破壞時過大變形,不失去穩定。②正常使用極限狀態,以確保結構不產生超過正常使用狀態的變形、裂縫及耐久性、振動及其它影響使用的極限狀態。目前人們對第一極限狀態已給于足夠重視并嚴格執行,而對第二種極限狀態卻經常被忽視。
3.2.2從鋼筋混凝土現澆樓板各種受力體系分析,無論是按單向板設計還是按雙向板設計,是單跨還是多跨連續板設計;無論是板端支承在磚墻上還是支承在過梁或剪力墻內,受力狀態考慮都是局限于樓板平面的應力變化(按彎矩配置抵抗正、負彎矩的受力鋼筋)、板平面的受剪變形。即使是考慮板端嵌固端節點產生彎矩,也只是考慮板平面彎曲或屈曲所產生的應力。在樓板受力體系分析時,對于現澆結構構件之間在三維空間中如何分配內力、協調變形,根本沒有考慮。
3.2.3目前不少設計人員只按單向板計算方法來設計配置樓板鋼筋,支座處僅設置分離式負彎矩鋼筋。由于計算受力與實際受力情況不符,單向高強鋼筋或粗鋼筋使混凝土樓面抗拉能力不均,局部較弱處易產生裂縫。部分設計人員對構造配筋,放射筋設置不重視或不合理,薄弱環節無加強筋。
3.2.4結構設計對板內布線引起裂縫的構造考慮不夠。住宅電器、電信快速發展的今日,現澆樓板內暗敷PVC電線管越來越多,甚至有些部位三根交錯疊放,兩根管交錯疊放更為普遍。PVC管錯疊處板的抗彎高度大大降低,從而減弱了板的抗彎性能。
3.2.5對開口樓板,特別是開洞口比較大的雙向板,設計時往往只考慮樓板在豎向荷載作用下的洞口四周加強配筋。由于縱向的受力鋼筋被切斷,而忽視了板與墻體或板與梁的變形協調問題。這時如墻或梁的剛度較大,板的孔邊凹角處未必出現應力集中現象,開洞板易發生翹曲。
3.3建筑設計控制措施
3.3.1屋面與外墻采取保溫措施按照國外建筑設計常規的做法,屋面設保溫隔熱層,使屋面的傳熱系數≤1．0W／m2·K；外墻外表面或內表面相應設置保溫隔熱層,同時外墻面宜采用淺色裝飾材料,增強熱反射,減少對日照熱量吸收。根據蘇州的具體情況,屋面和外墻的保溫設計應通過熱工計算,在不同季節均應能達到《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》和《江蘇省民用建筑熱環境與節能設計標準》要求,徹底解決溫度應力對屋面和墻體的破壞。
3.3.2適當控制建筑物長度根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2002）和《砌體結構設計規范》(GB50003-2001),為避免結構由于溫度收縮應力引起的開裂,宜采取設置伸縮縫,伸縮縫間距為30m～50m。多層住宅建筑控制長度建議不大于50m,高層應控制在45m以內。如果超過此長度,應設置伸縮縫。超長量不大時,可采用設置后澆帶的方法,以減少混凝土樓板收縮開裂。
3.3.3住宅平面形狀控制住宅平面宜規則,避免平面形狀突變。當樓板平面形狀不規則時,宜設置梁使之形成較規則平面。當平面有凹口時,凹口周邊樓板的配筋宜適當加強。
3.4結構設計控制措施
3.4.1工程裂縫產生的主要原因是混凝土的變形。如溫度變形、收縮變形、基礎不均勻沉降變形等,此類因變形引起的裂縫幾乎占到全部裂縫的80%以上。在變形作用下,結構抗力取決于混凝土的抗拉性能,當抗拉應力超過設計強度時,應驗算裂縫間距,再根據裂縫間距驗算裂縫寬度。
3.4.2現澆板板厚宜控制在跨度的1／30,最小板厚不宜小于110mm（廚房、浴廁、陽臺板最小厚度不小于90mm）。有交叉管線時板厚不宜小于120mm。
3.4.3樓板宜采用熱軋帶肋鋼筋以增加其握裹力,不宜采用光圓鋼筋。分布鋼筋與構造鋼筋宜采用變形鋼筋來增加與現澆混凝土的握裹力,對控制樓板裂縫的效果較好。
3.4.4設計時注意構造鋼筋的布置十分重要,它對構造抗裂影響很大。對連續板不宜采用分離式配筋,應采用上、下兩層連續式配筋;洞口處配加強筋;對混凝土梁的腰部增配構造筋,其直徑為8mm～14mm,間距約200mm。
3.4.5屋面層陽角處、東西單元房間和跨度≥3．9m時,應設置雙層雙向鋼筋,陽角處鋼筋間距不宜大于100mm,跨度≥3．9m的樓板鋼筋間距不宜大于150mm。跨度＜3．9m的現澆樓板上面負彎矩鋼筋應一隔一拉通。外墻轉角處應設置放射鋼筋,配筋范圍應大于板跨的1／3,且長度不小于2．0m,每一轉角處放射鋼筋數量不少于7根,鋼筋間距不宜大于100mm。
3.4.6現澆樓板的混凝土強度等級不宜大于C30,特殊情況須采用高強度等級混凝土或高強度等級水泥時,要考慮采用低水化熱的水泥和加強澆水養護,便于混凝土凝固時的水化熱釋放。
3.4.7在預埋PVC電線管時,必須有一定的措施,PVC管要有支架固定,嚴禁兩根管線交叉疊放,確須交叉時應采用專門設計的塑料接線盒,以防止塑料管在管線交叉對混凝土厚度削弱過多。在預埋電線管上部應配置鋼筋網片,（4＠100mm寬度600mm）。若用鐵管作為預埋管時,宜采用內壁涂塑黑鐵管,一方面既能保證黑鐵管(不鍍鋅鋼管)與混凝土的粘結力,同時也有利于穿線和不影響混凝土的計算高度。
3.4.8后澆帶處理
（1）后澆帶應設置在對結構受力影響較小部位,一般應從梁、板的1／3跨部位通過或從縱橫相交部位或門洞口的連梁處通過。后澆帶間距不宜超過30m。
（2）后澆帶寬度為700mm～1000mm,板和墻鋼筋搭接長度應不低于45d,且同一截面受力筋搭接不超過50%。梁、板主筋不宜斷開,使其保持一定聯系性。
（3）后澆帶澆筑時間不宜過早,以能將混凝土總降溫及收縮變形完成一半以上時間為佳。從目前混凝土的收縮量來看,估計3～6月方能取得明顯效果,最短不少于45天。在蘇州這樣軟土地區,后澆帶澆筑時間應在主體封頂以后,方可有效地釋放沉降的應力。
（4）后澆帶中垃圾應清理干凈,接縫應密實,新老混凝土界面用1:1水泥砂漿接漿。后澆帶混凝土強度等級比原混凝土強度等級提高一級,且采用微膨脹混凝土,以防止新老混凝土界面產生裂縫。
（5）后澆帶混凝土接縫宜設置企口縫,混凝土澆筑溫度盡量與原老混凝土澆筑時溫度一致。
一般施工做法的弊病
梁柱節點施工的復雜性主要表現為：節點構造復雜，鋼筋分布密集，操作人員高空作業，施工難度大，特別是中間柱子鋼筋縱橫交錯，箍筋綁扎不便，采用整體沉梁時節點區下部箍筋無法綁扎，致使梁節點部位不放或少放柱箍筋，留下嚴重隱患。部分施工人員意識到鋼筋骨架整體人模后柱節點內箍筋綁扎困難，便采用兩個開口箍筋拼合，然而在整個節點區均采用開口箍筋顯然不符合規范規定。規范對箍筋封閉和箍筋末端彎鉤的構造要求，是保證箍筋對混凝土核心起有效約束作用的必要條件。采用分層套箍法操作難度仍相當大，且須將節點部分側模板拆除方能保證節點箍筋間距及綁扎牢固。若采用原位綁扎鋼筋(即先安裝梁底模，再直接在梁底模上綁扎梁筋、安裝側模板)，其缺陷是：(1)只安裝梁底模，不安裝側模板，板的模板無法安裝，造成整個模板支撐系統不穩定，易發生模板倒塌事故；(2)在框架結構施工中，所有的鋼筋均須在施工樓層堆放和二次運輸，在這種開放的模板體系上推放和搬運鋼筋極其不安全；(3)支模和綁鋼筋多次交叉作業，不利于施工組織管理，窩工現象較嚴重，工效較低。
2.2改進的對策
近幾年的做法是將梁板模板(含側模板)全部安裝完畢后才安裝梁板鋼筋并整體沉梁。該施工程序的優點是鋼筋堆放、運輸及綁扎較安全，交叉作業少，支模和綁鋼筋不沖突，工效較高。但若不采取特別措施，會出現節點箍筋少放或者箍筋間距無法保證的問題。對此，可采用如下措施解決：(1)下料時每個節點增加若干根縱向短筋(可用細鋼筋)；(2)柱節點區箍筋現場焊接在縱向短筋上形成整體骨架，再將整體骨架套入柱縱筋并擱置在樓板模板面上，穿梁鋼筋并綁扎，為防止附加縱向短筋位置與柱縱筋沖突而造成套箍困難，附加縱向短筋應偏離箍筋角部約50mm，采用該法可保證柱節點箍筋的間距與數量，實施效果較好．需要說明的是，當結構較復雜時，采用該方法可能也會有困難，施工時要視具體情況而定。
3框架柱縱筋的搭接
按照規范和規程的規定允許搭接的矩形，異形柱縱筋應優先采用機械連接或對接焊，但有些施工單位為降低成本或貪圖方便，更愿意采用搭接。這種做法往往會造成柱在縱筋搭接部位的截面過小，因該部位箍筋尺寸并未變化，使柱縱筋難以緊靠箍筋(相差柱主筋1d的距離，其直徑通常在?覬18以上)。這一問題在柱截面較大時還不太突出。隨柱截面的減小就顯得較為突出。特別是異型柱通常柱寬僅2O0mm．如端部配2?覬25縱筋．減去鋼筋保護層5Omm。則此時兩根縱筋的凈距僅100mm。若采用搭接，則搭接處兩根縱筋的凈距如按搭接1根考慮也僅75mm，若兩根同時搭接則只剩下50mm。顯然對柱有效截面削弱太大，使鋼筋搭接末端延伸部位成為柱的薄弱點。
在按規范柱縱筋容許搭接時(三、四級框架d<22)，施工人員應在下部柱筋搭接部位末端延伸15Omm，并向外彎折1d，使上部柱縱筋通過此彎折段與下部柱縱筋軸線對齊，并宜在彎折段增加構造焊，可較好地解決這一問題。同時增加的工作量又不算大。
4混凝土保護層厚度問題
保護層厚度的規定是為滿足結構構件的耐久性要求和對受力鋼筋有效錨固的要求。保護層厚度太小，無法滿足上述要求，太大則構件表面易開裂，因此，《混凝土結構工程施工及驗收規范》(GB50204-1992)第3.5.8條《建筑工程質量檢驗評定標準》(GBJ301-1988)第5.2.10條、《混凝土結構工程施工質量驗收規范》(GB50204-2002)第5.5.2條均規定受力鋼筋保護層厚度梁拄允許偏差為±5mm。
在框架結構施工中，由于樓面標高是一致的，雙向框架梁同時穿越柱節點時，必然造成一側框架梁面筋保護層厚度偏火(往往會超過40ram)。井字架梁節點也有同樣問題，這些問題無法避免，但需注意：一是梁箍筋的下料問題，由于一向框架梁面筋需從另一向框架梁面筋底下穿過，若該向框架梁梁端箍筋按原尺寸下料，面筋無法直接綁扎到箍筋上，對粱骨架受力不利，因此梁端箍筋下料時高度可減小20～30mm(儀一向框架梁端需要),二是施工時以哪一向為主，因保護層厚度增大，截面有效高度變小，正截面受彎承載能力減小(約5％)，設計時是否考慮了這種影響，另一方面構件表面容易開裂?！痘炷两Y構設計規范》(GB50010-2002)第9.2.4條規定：當梁、柱中縱向受力鋼筋的保護層厚度大干40mm時，應對保護層采取有效的防裂構造措施。對此須在設汁時就明確以哪一向為主，并對保護層厚度偏大的一向梁端加鋪一層鋼絲網以防表面開裂。
5混凝土施工質量控制
5.1柱的“爛根”和“夾渣”
現澆框架容易出現“夾渣爛根”現象，使根部混凝土漏漿，嚴重時出現“露筋”和“孔洞”。其直接原因是柱模直接放在樓地板上，預先沒有在樓板上做找平層或加標準框澆出底面，更沒有留清掃口。當層段>5m中段未留澆筑口，進料從頂部直接下。自由落差>3m，在柱內鋼筋阻攔下料使粗細料分離，另因底部板麗不平且未堵縫。導致水泥漿流失掉，也存在底面垃圾未清除凈、振動棒長度不到位等因素，造成根部夾渣，爛根問題。保證質量的措施應在框架柱接頭外進行，即上次燒筑后加相同規格的方框，并澆平框面，繼續上澆前支橫模從板面開始，澆筑時在頂灑一層l：0.4的水泥砂漿。并鋪l：2水泥25～30mm厚，在其上澆混凝土，可保證框架柱自然密實，不會出現夾渣或爛根的質量問題。
5.2控制好混凝土質量
對配合比的控制不容忽視，再準確的配合比，現場不控制粗細骨料的含雜質量和稱量，仍然會生產出不合格品。有的工地不做配合比設計，而套用別人的比例。對已澆成品不保護，養護不及時，尤其是夏天氣溫高的地區更需要保養，這是提高強度的重要環節。對混凝土框架柱的澆筑施工，必須遵守現行的施工規范，注意克服配料計量、拌和時間短，加水不控制，運距長搖晃離析現象，更要注意不允許二次加水重拌及振搗不密實、過振、漏漿、跑模、不清除殘留木屑等現象。操作素質低下所產生的后果將削目支撐件的豎向荷載，影響結構連接及降低抗震能力。只要有健全的施工操作標準，步步檢驗認證，按規范施工，框架工程質量就會得到保證。
6結語
現澆施工的框架具有整體性好、圍護墻體輕、抗震性好、施工速度快、布局靈活多樣的優點，在工程實踐中成為主要的結構形式，工程技術人員在施工中應嚴格按照圖紙和規范施工，確保工程質量和安全。
關鍵詞：結構設計抗震
一.抗震設計思路發展歷程
隨著建筑結構抗震相關理論研究的不斷發展，結構抗震設計思路也經歷了一系列的變化。
最初，在未考慮結構彈性動力特征，也無詳細的地震作用記錄統計資料的條件下，經驗性的取一個地震水平作用（0.1倍自重）用于結構設計。到了60年代，隨著地面運動記錄的不斷豐富，人們通過單自由度體系的彈性反應譜，第一次從宏觀上看到地震對彈性結構引起的反應隨結構周期和阻尼比變化的總體趨勢，揭示了結構在地震地面運動的隨機激勵下的強迫振動動力特征。但同時也發現一個無法解釋的矛盾，當時規范所取的設計用地面運動加速度明顯小于按彈性反應譜得出的作用于結構上的地面運動加速度，這些結構大多數卻并未出現嚴重損壞和倒塌。后來隨著對結構非線性性能的不斷研究，人們發現設計結構時取的地震作用只是賦予結構一個基本屈服承載力，當發生更大地震時，結構將在一系列控制部位進入屈服后非彈性變形狀態，并靠其屈服后的非彈性變形能力來經受地震作用。由此，也逐漸形成了使結構在一定水平的地震作用下進入屈服，并達到足夠的屈服后非彈性變形狀態來耗散能量的現代抗震設計理論。
由以上可以看出，結構抗震設計思路經歷了從彈性到非線性，從基于經驗到基于非線性理論，從單純保證結構承載能力的“抗”到允許結構屈服，并賦予結構一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉變。
二.現代抗震設計思路及關系
在當前抗震理論下形成的現代抗震設計思路，其主要內容是：
1.合理選擇確定結構屈服水準的地震作用。一般先以一具有統計意義的地面峰值加速度作為該地區地震強弱標志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系數）得到不同的設計用地面運動加速度（即小震的）來進行結構的強度設計，從而確定了結構的屈服水準。
2.制定有效的抗震措施使結構確實具備設計時采用的R所對應的延性能力。其中主要包括內力調整措施（強柱弱梁、強剪弱彎）和抗震構造措施。
現代抗震設計理念是基于對結構非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是關系，關系主要指在不同滯回規律和地面運動特征下，結構的屈服水準與自振周期以及最大非彈性動力反應間的關系。其中R為彈塑性反應地震力降低系數，簡稱地震力降低系數；而為最大非彈性反應位移與屈服位移之比，稱為位移延性系數；T則為按彈性剛度求得的結構自振周期。
60年代開始，研究者在滯回曲線為理想彈塑性及彈性剛度始終不變的前提下，通過對不同周期，不同屈服水準的非彈性單自由度體系做動力分析，得到了有關彈塑性反應下最大位移的規律：對T大于1.0秒的體系適用“等位移法則”即非彈性反應下的最大位移總等于同一地面運動輸入下的彈性反應最大位移。對于T在0.12－0.5秒之間的結構，適用“等能量法則”即非彈性反應下的彈塑性變形能等于同一地震地面運動輸入下的彈性變形能。當“等能量原則”適用時，隨著R的增大，位移延性需求的增長速度比“等位移原則”下按與R相同的比例增長更快。由以上規律我們可以看出，如果以結構彈性反應為準，把結構用來做承載能力設計的地震作用取的越低，即R越大，則結構在與彈性反應時相同的地震作用下達到的非彈性位移就越大，位移延性需求就越高。這意味著結構必須具有更高的塑性變形能力。規律初步揭示出不同彈性周期的結構，當其彈塑性屈服水準取值大小不同時，在同一地面運動輸入下屈服水準與所達到的最大非彈性位移之間的關系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準不高的結構在較大地震引起的非彈性動力反應中不致發生嚴重損壞和倒塌的主要原因。讓人們認識到延性在抗震設計中的重要性。
之所以存在上訴的規律，我們應該注意到鋼筋混凝土結構的一些相關特性。首先，通過人為措施可以使結構具有一定的延性，即結構在外部作用下，可以發生足夠的非線性變形，而又維持承載力的屬性。這樣就可以保證結構在進入較大非線性變形時，不會出現因強度急劇下降而導致的嚴重破壞和倒塌，從而使結構在非線性變形狀態下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結構，在一定的外力作用下，結構將從彈性進入非彈性狀態。在非彈性變形過程中，外力做功全部變為熱能，并傳入空氣中耗散掉。我們可以進一步以單質點體系的無阻尼振動來分析，在彈性范圍振動時，慣性力與彈性恢復力總處于動態平衡狀態，體系能量在動能、勢能間不停轉換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體系進入屈服后狀態，則體系在平衡位置的動能將在最大位移處轉化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復作用下，結構在振動過程中，如果進入屈服后狀態，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結構的累積能量，從而減小地震反應。同時，實際結構存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應。此外，結構進入非彈性狀態后，其側向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導致結構瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。
隨著對規律認識的深入，這一規律已被各國規范所接受。在抗震設計時，對在同一烈度區的同一類結構，可以根據情況取用不同的R，也就是不同的用于強度設計的地震作用。當R取值較大，即用于設計的地震作用較小時，對結構的延性要求就越嚴；反之，當R取值較小，即用于設計的地震作用較大時，對結構的延性要求就可放松。
目前，國際上逐步形成了一套“多層次，多水準性態控制目標”的抗震理念。這一理念主要含義為：工程師應該選擇合適的形態水準和地震荷載進行結構設計。建筑物的性態是由結構的性態，非結構構件和體系的性態以及建筑物內容物性態的組合。目前性態水準一般分為：損傷出現（damageonset）、正常運作（operational）、能繼續居住（countinuedoccupancy）、可修復的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。性態目標指建筑物在一定程度的地震作用下對所期望的性態水準的表述。對建筑抗震設計應采用多重性態目標，比如美國的“面向2000基于性態工程的框架方案”曾對一般結構、必要結構、對安全起控制作用的結構分別建議了相應的性態目標――基本目標（常遇地震下完全正常運作，少遇地震下正常運作，罕遇地震下保證生命安全，極罕遇地震下接近倒塌）、必要目標（少于地震下完全正常運作，罕遇地震下正常運作，極罕遇地震下保證生命安全）、對安全其控制作用的目標（罕遇地震下完全正常運作，極罕遇地震下正常運作）。對重要性不同的建筑，如協助進行災害恢復行動的醫院等建筑，應該按較高的性態目標設計，此外，也可以針對甲方對建筑提出的不同抗震要求，選擇不同的性態目標。
三.保證結構延性能力的抗震措施
合理選擇了結構的屈服水準和延性要求后，就需要通過抗震措施來保證結構確實具有所需的延性能力，從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標。系統的抗震措施包括以下幾個方面內容：
1.“強柱弱梁”：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現較早，在達到最大非線性位移時塑性轉動較大；而柱端塑性鉸出現較晚，在達到最大非線性位移時塑性轉動較小，甚至根本不出現塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。
2.“強剪弱彎”：剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發生剪切破壞，該部位就將徹底退出結構抗震能力，對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值，使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪切破壞。
3.抗震構造措施：通過抗震構造措施來保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時保證結構的整體性。
這一系統的抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機構卻出現了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優先引導梁端出塑性鉸為前提。
新西蘭的抗震研究者認為耗能機構宜采用符合塑性力學中的“理想梁鉸機構”，即梁端全部形成塑性鉸，同時底層柱底也都形成塑性鉸的“全結構塑性機構”。其具體做法是通過結構分析得到各構件組合內力值后，對梁端截面就按組合彎矩進行截面設計；而對除底層柱底以外的柱截面，則用人為增大了以后的組合彎矩和組合軸力進行設計；對底層柱底截面則用增大幅度較小的組合彎矩和組合軸力進行截面設計。通過這一做法實現在大震下的較大塑性變形中，梁端塑性鉸形成的較為普遍，底層柱底塑性鉸出現遲于梁端塑性鉸，而其余所有的柱截面不出現塑性鉸，最終形成“理想梁鉸機構”。為此，這種方法就必須取足夠大的柱端彎矩增強系數。
美國抗震界則認為新西蘭取的柱彎矩增強系數過大，根據經驗取了較小的柱彎矩增強系數，這一做法使結構在大震引起的非彈性變形過程中，梁端塑性鉸形成較早，柱端塑性鉸形成的相對較遲，梁端塑性鉸形成的較普遍，柱端塑性鉸形成的相對少一些，從而形成“梁柱塑性鉸機構”。
新西蘭抗震措施的好處在于“理想梁鉸機構”完全利用了延性和塑性耗能能力較好的梁端塑性鉸來實現框架延性和耗散地震能量，同時因為除底層柱底外的其它柱端不出現塑性鉸，也就不必再對這些柱端加更多的箍筋。但是這種思路過于受塑性力學形成理想機構概念的制約，總認為底層柱底應該形成塑性鉸，這樣就對底層柱底提出了較嚴格的軸壓比要求，同時還要用足夠多的箍筋來使柱底截面具有所需的延性，此外，底層柱底如果延性不夠發生破壞很容易導致結構整體倒塌。這些不利因素使該方法喪失了很大的優勢。
因此很多研究者認為不需要被塑性力學的機構概念所限制，只要能在大震下實現以下的塑性耗能機構，就能保證抗震設計的基本要求：
1.以梁端塑性鉸耗能為主；
2.不限制柱端塑性鉸出現（包括底層柱底），但是通過適當增強柱端抗彎能力的方法使它在大震下的塑性轉動離其塑性轉動能力有足夠裕量；
3.同層各柱上下端不同時處于塑性變形狀態。
我國的抗震措施中對耗能機構的考慮也基本遵循了這一思路，采用了“梁柱塑性鉸機構”模式，而放棄了新西蘭的基于塑性力學的“理想梁鉸機構”模式。
抗震設計中我們為了避免沒有延性的剪切破壞的發生，采取了“強剪弱彎”的措施來處理構件受彎能力與受剪能力的關系問題。值得注意的是，與非抗震抗剪破壞相比，地震作用下的剪切破壞是不同的。以梁構件為例，在較大地震作用下，梁端形成交叉斜裂縫區，該區混凝土受斜裂縫分割，形成若干個菱形塊體，而且破碎會隨著延性增長而加劇。由于交叉斜裂縫與塑性鉸區基本重合，垂直和斜裂縫寬度都會隨延性而增大。抗震下根據梁端的受力特征，正剪力總是大于負剪力，正剪力作用下的剪壓區一般位于梁下部，但由于地震的往復作用，梁底的混凝土保護層可能已經剝落，從而削弱了混凝土剪壓區的抗剪能力；交叉斜裂縫寬度比非抗震情況大，以及斜裂縫反復開閉，混凝土破碎更嚴重，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應退化；混凝土保護層剝落和裂縫的加寬又會使縱筋的銷栓作用有一定退化。可見，地震作用下，混凝土抗剪能力嚴重退化，但是試驗發現箍筋的抗剪能力仍可以維持。當地震作用越來越小時，梁端可能不出現雙向斜裂縫，而出現單向斜裂縫，裂縫寬度發育也從大于非抗震情況到接近非抗震情況，抗剪環境越來越有利。此外，抗震抗剪要求結構構件應在大震下預計達到的非彈性變形狀態之前不發生剪切破壞。因為框架剪切破壞總是發生在梁端塑性鉸區，這就不僅要求在梁端形成塑性鉸前不發生剪切破壞，而且抗剪能力還要維持到塑性鉸的塑性轉動達到大震所要求的程度，這就需要更多的箍筋。同時，在梁端塑性變形過程中作用剪力并沒有明顯增大，也進一步說明這里增加的箍筋不是用來增大抗剪強度，而是為了提高構件在發生剪切破壞時所達的延性。
綜上所述，與非抗震抗剪相比，抗震抗剪性能是不同的，其性能與剪力作用環境，塑性區延性要求大小有關。我們可以采取以下公式來考慮抗震抗剪的強度公式：
其中為混凝土抗剪能力，為箍筋抗剪能力，為由于地震作用導致的混凝土抗剪能力下降的折減系數，且隨著剪力作用環境、延性要求而改變。我國的抗震抗剪強度公式也以上面公式為基礎的，但是為設計方便，不同的烈度區取用了相同的公式，均取為0.6，與上面提到的混凝土抗剪能力隨地震作用變化而不同的規律不一致，較為粗略。
延性對抗震來說是極其重要的一個性質，我們要想通過抗震措施來保證結構的延性，那么就必須清楚影響延性的因素。對于梁柱等構件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點：混凝土極限壓應變，破壞時的受壓區高度。影響延性的其他因素實質都是這兩個根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大，混凝土受壓區高度就越大，延性越差；受壓鋼筋越多，混凝土受壓區高度越小，延性越好；混凝土強度越高，受壓區高度越低，延性越好（但如果混凝土強度過高可能會減小混凝土極限壓應變從而降低延性）；對柱子這類偏壓構件，軸壓力的存在會增大混凝土受壓區高度，減小延性；箍筋可以提高混凝土極限壓應變，從而提高延性，但對于高強度混凝土，受壓時，其橫向變形系數較一般混凝土明顯偏小，箍筋的約束作用不能充分發揮，所以對于高強度混凝土，不適于用加箍筋的方法來改善其延性。此外，箍筋還有約束縱向鋼筋，避免其發生局部壓屈失穩，提高構件抗剪能力的作用，因此箍筋對提高結構抗震性能具有相當重要的作用。根據以上規律，在抗震設計中為保證結構的延性，常常采用以下措施：控制受拉鋼筋配筋率，保證一定數量受壓鋼筋，通過加箍筋保證縱筋不局部壓屈失穩以及約束受壓混凝土，對柱子限制軸壓比等。
四.我國抗震設計思路中的部分不足
我國在學習借鑒世界其他國家抗震研究成果的基礎上，逐漸形成了自己的一套較為先進的抗震設計思路。其中大部分內容都符合現代抗震設計理念，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。
其中，最值得我們注意的是，與國外規范相比，我國抗震規范在對關系的認識上還存在一定的差距。歐洲和新西蘭規范按地震作用降低系數（“中震”的地面運動加速度與“小震”的地面運動加速度之比）來劃分延性等級，“小震”取值越高，延性要求越低，“小震”取值越低，延性要求越高。美國UBC規范按同樣原則來劃分延性等級，但在高烈度區推薦使用高延性等級，在低烈度區推薦使用低延性等級。這幾種抗震思路都是符合規律的。而目前我國將地震作用降低系數統一取為2.86，而且還把用于結構截面承載能力設計和變形驗算的小震賦予一個固定的統計意義。對延性要求則并未按關系來取對應的，而是按抗震等級來劃分，抗震等級實質又主要是由烈度分區來決定的。這就導致同一個R對應了不同的，從而制定了不同的抗震措施，這與關系是不一致的。這種思路造成低烈度區的結構延性要求可能偏低的結果。
另外，我國規定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準抗震設防目標也存在一定的問題。該設防目標對甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來說，并不都是恰當的。這種籠統的設防目標也不符合當今國際上的“多層次，多水準性態控制目標”思想，這種多性態目標思想提倡在建筑抗震設計中應靈活采用多重性態目標。甲類建筑指重大建筑工程和地震時可能發生嚴重此生災害的建筑，乙類建筑指地震時使用不能中斷或需要盡快修復的建筑，由于不同類別建筑的不同重要性，不宜再籠統的使用以上同一個性態目標（設防目標），此外，還應該考慮建筑所有者的不同要求，選擇不同的設防目標，從而做到在性態目標的選擇上更加靈活。
五.常用抗震分析方法
伴隨著抗震理論的發展，各種抗震分析方法也不斷出現在研究和設計領域。
在結構設計中，我們需要確定用來進行內力組合及截面設計的地震作用值。通常采用底部剪力法，振型分解反應譜法，彈性時程分析方法來計算該地震作用值，這三種方法都是彈性分析方法。其中，底部剪力法最簡便，適用于質量、剛度沿高度分布較均勻的結構。它的大致思路是通過估計結構的第一振型周期來確定地震影響系數，再結合結構的重力荷載來確定總的水平地震作用，然后按一定方式分配至各層進行結構設計。對較復雜的結構體系則宜采用振型分解反應譜法進行抗震計算，它的思路是根據振型疊加原理，將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加，將各種振型對應的地震作用、作用效應以一定方式疊加起來得到結構總的地震作用、作用效應。而對于特別不規則和特別重要的結構，常常需要進行彈性時程分析，該方法為直接動力分析方法。以上方法主要針對結構在地震作用下的彈性階段，保證結構具有一定的屈服水準。
1)建筑抗震設防分類:抗震設防類別為丙類。2)本工程建筑結構的安全等級為二級，設計使用年限為50年。3)本地區抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0．2g，設計地震分組為第一組。4)地基基礎設計等級:丙級。5)按照《濕陷性黃土地區建筑規范》確定建筑物分類:丙類。6)防火等級為:一級。4荷載作用取值1)自然條件:基本風壓:0．40kN/m2;基本雪壓:0．35kN/m2．2)樓(屋)面使用荷載:教室:2．0kN/m2;活動室:4．0kN/m2;盥洗室，衛生間(有蹲坑):2．0(8．0)kN/m2;樓梯、走廊、陽臺:3．5kN/m2;上人屋面:2．0kN/m2;不上人屋面:0．5kN/m2;檔案室:5kN/m2;庫房:5kN/m2。
2地基處理
根據參考地質報告，本場地屬于非自重濕陷性場地，地基濕陷等級為Ⅱ類，采用強夯法，消除濕陷提高承載力。計算分析選用中國建筑科學研究院編制的《基礎工程計算機輔助設計軟件》JCCAD2010版?；A采用鋼筋混凝土筏板基礎或條形基礎及獨立柱基。
3上部結構設計
1)A，B，C區采用鋼筋混凝土框架剪力墻結構，D，E，F區采用鋼筋混凝土框架結構。2)結構設計。地震作用按8度0．2g進行計算，抗震措施按8度0．2g進行設計，A，B，C建筑框架的抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為二級;D，E，F區框架等級為二級。抗震計算采用振型分解反應譜法，結構整體分析選用中國建筑科學研究院編制的《多層及高層建筑結構空間有限元分析軟件》SATWE2010版。采用總剛分析方法，計算結果如下:A區:周期，地震力與振型分析見表1～表3。結構位移:地震力作用下的X方向最大值層間位移角:1/1033;地震力作用下的Y方向最大值層間位移角:1/1213。B區:結構位移:地震力作用下的X方向最大值層間位移角:1/1030;地震力作用下的Y方向最大值層間位移角:1/1212。C區:周期，地震力與振型分析見表7～表9。結構位移:地震力作用下的X方向最大值層間位移角:1/1044;地震力作用下的Y方向最大值層間位移角:1/1045。D區:振動周期見表10。結構位移:地震力作用下的X方向最大值層間位移角:1/710;地震力作用下的Y方向最大值層間位移角:1/605。E區:振動周期見表11。結構位移:地震力作用下的X方向最大值層間位移角:1/551;地震力作用下的Y方向最大值層間位移角:1/601。F區:振動周期見表12。結構位移:地震力作用下的X方向最大值層間位移角:1/628;地震力作用下的Y方向最大值層間位移角:1/623。各項指標均滿足規范相應要求。3)最外層鋼筋的混凝土保護層(mm):a．基礎梁及地下室底板:下部鋼筋:有墊層40;無墊層70，上部鋼筋40;b．地下室外墻:外側50，內側20;c．柱:地下與土壤接觸面:防水混凝土50，其余部位25;且不小于縱筋直徑;d．梁:室外露天環境35，室內潮濕環境25，其余部位20;且不小于縱筋直徑;e．在一類環境下各層樓板、樓梯板為15，梁為20;在二a類環境下各層樓板、樓梯板為20，梁為25;在二b類環境下各層樓板、樓梯板為25，梁為35;f．梁板中預埋管的混凝土保護層厚度應大于30。4)本工程各部分之間設置抗震縫，主體長度超過規范要求時相應部位設置后澆帶，減少混凝土收縮影響。5)材料?；炷?A，B，C區柱、墻:1層～2層頂為C40;3層～4層頂為C35;5層～6層頂為C30;D，E，F區柱:C30。梁、板:C30。基礎:C30。樓梯、女兒墻、雨篷、挑檐、構架等露天構件:C30。圈梁、構造柱:C25。填充墻:±0．000以下采用MU10頁巖燒結磚，M10水泥砂漿砌筑，±0．000及以上采用A3．5加氣混凝土砌塊(容重不大于6kN/m3)，M5混合砂漿砌筑。鋼筋:采用HPB300級，HRB335級和HRB400級鋼筋。
4結語
這類結構在水利工程設計中是難于避免的，有時，它在某些水工混凝土工程結構中處于制約設計的重要地位。從邏輯概念講，只要允許素混凝土結構的存在，必定會有少筋混凝土結構的應用范圍，因為它畢竟是素混凝土和適筋混凝土結構之間的中介產物。
凡經常或周期性地受環境水作用的水工建筑物所用的混凝土稱水工混凝土，水工混凝土多數為大體積混凝土，水工混凝土對強度要求則往往不是很高。在一般水工建筑物中，如閘墩、閘底板、水電站廠房的擋水墻、尾水管、船塢閘室等，在外力作用下，一方面要滿足抗滑、抗傾覆的穩定性要求，結構應有足夠的自重；另一方面，還應滿足強度、抗滲、抗凍等要求，不允許出現裂縫，因此結構的尺寸比較大。若按鋼筋混凝土結構設計，常需配置較多的鋼筋而造成浪費，若按素混凝土結構設計，則又因計算所需截面較大，需使用大量的混凝土。
對于這類結構，如在混凝土中配置少量鋼筋，在滿足穩定性的要求下，考慮此少量鋼筋對結構強度安全方面所起的作用，就能減少混凝土用量，從而達到經濟和安全的要求。因此，在大體積的水工建筑物中，采用少筋混凝土結構，有其特殊意義。
關于少筋混凝土結構的設計思想和原則，我國《水工混凝土結構設計規范》(SL/T191—96)作了明確的規定。
二、規范對少筋混凝土結構的設計規定
對少筋混凝土結構的設計規定體現在最小配筋率規定上，這里將《水工混凝土結構設計規范》(SL/T191—96)（下文簡稱規范）有關最小配筋率的規定，摘錄并闡述如下：
1．一般構件的縱向鋼筋最小配筋率
一般鋼筋混凝土構件的縱向受力鋼筋的配筋率不應小于規范表9.5.1規定的數值。溫度、收縮等因素對結構產生的影響較大時，最小配筋率應適當增大。
2．大尺寸底板和墩墻的縱向鋼筋最小配筋率
截面尺寸較大的底板和墩墻一類結構，其最小配筋率可由鋼筋混凝土構件縱向受力鋼筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面極限內力值與截面極限承載力之比得出。即
1)對底板(受彎構件)或墩墻(大偏心受壓構件)的受拉鋼筋As的最小配筋率可取為：
ρmin=ρ0min()
也可按下列近似公式計算：
底板ρmin=(規范9.5.2-1)
墩墻ρmin=(規范9.5.2-2)
此時，底板與墩墻的受壓鋼筋可不受最小配筋率限制，但應配置適量的構造鋼筋。
2)對墩墻(軸心受壓或小偏心受壓構件)的受壓鋼筋As’的最小配筋率可取為：
ρ＇min=ρ′0min()
按上式計算最小配筋率時，由于截面實際配筋量未知，其截面實際的極限承載力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量經2—3次試算得出。
上列諸式中M、N——截面彎矩設計值、軸力設計值；
e0——軸向力至截面重心的距離，eo=M／N；
Mu、Nu——截面實際能承受的極限受彎承載力、極限受壓承載力；
b、ho——截面寬度及有效高度；
fy——鋼筋受拉強度設計值；
γd——鋼筋混凝土結構的結構系數，按規范表4.2.1取值。
采用本條計算方法，隨尺寸增大時，用鋼量仍保持在同一水平上。
3．特大截面的最小配筋用量
對于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結構構件，規范規定：如經論證，其縱向受拉鋼筋可不受最小配筋率的限制，鋼筋截面面積按承載力計算確定，但每米寬度內的鋼筋截面面積不得小于2500mm2。
規范對最小配筋率作了三個層次的規定，即對一般尺寸的梁、柱構件必須遵循規范表9.5.1的規定；對于截面厚度較大的板、墻類結構，則可按規范9.5.2計算最小配筋率；對于截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確定的厚度大于5m的結構構件則可按規范9.5.3處理。設計時可根據具體情況分別對待。
為慎重計，目前僅建議對臥置于地基上的底板和墩墻可采用變化的最小配筋率，對于其他結構，則仍建議采用規范表9.5.1所列的基本最小配筋率計算，以避免因配筋過少，萬一發生裂縫就無法抑制的情況。
經驗算，按所建議的變化的最小配筋率配筋，其最大裂縫寬度基本上在容許范圍內。對于處于惡劣環境的結構，為控制裂縫不過寬，宜將本規范表9.5.1所列受拉鋼筋最小配筋率提高0.05％。大體積構件的受壓鋼筋按計算不需配筋時，則可僅配構造鋼筋。
三、規范的應用舉例
例1一水閘底板，板厚1.5m，采用C20級混凝土和Ⅱ級鋼筋，每米板寬承受彎矩設計值M=220kN／m(已包含γ0、φ系數在內)，試配置受拉鋼筋As。
解：1)取1m板寬，按受彎構件承載力公式計算受拉鋼筋截面面積As。
αs===0.012556
ξ=1-=1-=0.0126
As===591mm2
計算配筋率ρ===0.041%
2)如按一般梁、柱構件考慮，則必須滿足ρ≥ρmin條件，查規范表9.5.1，得ρ0min=0.15%，
則As=ρ0bh0=0.15%×1000×1450=2175mm2
3)現因底板為大尺寸厚板，可按規范9.5.2計算ρmin
ρmin===0.0779%
As=ρminbh0=0.0779%×1000×1450=1130mm2
實際選配每米5Φ18（As=1272mm2）
討論：1)對大截面尺寸構件，采用規范9.5.2計算的可變的ρmin比采用規范表9.5.1所列的固定的ρ0min可節省大量鋼筋，本例為1：1130／2175=1：0.52。
2)若將此水閘底板的板厚h增大為2.5m，按規范9.5.2計算的ρmin變為：
ρmin===0.0461%
則As=ρminbh0=0.0461%×1000×2450=1130mm2
可見，采用規范9.5.2計算最小配筋率時，當承受的內力不變，則不論板厚再增大多少，配筋面積As將保持不變。
例2一軸心受壓柱，承受軸向壓力設計值N=9000kN；采用C20級混凝土和I級鋼筋；柱計算高度l0=7m；試分別求柱截面尺寸為b×h=1.0m×1.0m及2.0m×2.0m時的受壓鋼筋面積。
解：1)b×h=1.0m×1.0m時，軸心受壓柱承載力公式為：
N≤φ(fcA+fy′As′)
==7＜8，屬于短柱，穩定系數φ=1.0，
As′===3809mm2
ρ′===0.38%
由規范表9.5.1查得ρ0min′=0.4%，對一般構件，應按ρ0min′配筋
As′=ρ0min′A=0.4%×106=4000mm2
2)b×h=2.0m×2.0m時，若仍按一般構件配筋，則
As′=0.4%×2.0×2.0×106=16000mm2
現因構件尺寸已較大，可按規范9.5.3計算最小配筋率：
ρmin′=ρ0min′()
式中因實際配筋量As′尚不知，故需先假定As′計算Nu。
①假定As′=4000mm2。
Nu=fy′As′+fyAs
=210×4000+10×4.0×106=40.84×106N
ρmin′=ρ0min′()
=0.4%()=0.106%
As′=ρ0min′A=0.106%×4.0×106=4231mm2
②假定As′=4231mm2。
Nu=210×4231+10×4.0×106=40.89×106N
ρmin′=0.4%()=0.1056%
''''關鍵詞：構件安全鑒定分析
1前言
在房屋安全鑒定中，需要對整幢房屋的結構構件進行安全鑒定，首先通過現場踏勘進行外觀檢查，可能會發現鋼筋混凝土結構構件各種質量問題，其中裂縫是最常見的現象之一。裂縫出現都是事出有因，有設計上錯誤、原材料性能缺陷、施工質量低劣、環境條件的變化、使用不當、地基不均勻沉陷等等，而建筑物的破壞往往始于裂縫。因此，如何鑒定裂縫、分析裂縫、控制裂縫，是安全鑒定工作的重要內容之一。根據裂縫成因和特征，判斷結構受力工作狀況，評定結構的安全性、適用性和耐久性。此種鑒定方法具有簡便、直觀、快速等優點，在房屋安全鑒定中運用很廣。其缺點在于它只是一種定性的分析方法，而不能定量地分析結構的安全性。為此，對可疑結構構件應進行強度、剛度、抗裂性驗算，必要時還應通過荷載試驗，然后作出安全鑒定意見。
2鋼筋混凝土結構構件裂縫分析
判明是結構性裂縫還是非結構性裂縫：鋼筋混凝土結構產生裂縫的原因很多，對結構的影響差異也很大，只有弄清結構受力狀態和裂縫對結構影響的基礎上，才能對結構構件進行定性。結構性裂縫多由于結構應力達到限值，造成承載力不足引起的，是結構破壞開始的特征，或是結構強度不足的征兆，是比較危險的，必須進一步對裂縫進行分析。非結構性裂縫往往是自身應力形成的，如溫度裂縫、收縮裂縫，對結構承載力的影響不大，可根據結構耐久性、抗滲、抗震、使用等方面要求采取修補措施。例如某校健身房，跨度12m，單層框架結構，1996年12月竣工，1997年8月甲方發現框架梁出現不同程度的裂縫，要求鑒定。根據現場查勘，框架梁裂縫普遍存在，裂縫的特點：大都出現在梁的上半部，裂縫上寬下窄，中間寬兩邊細，最大裂縫寬度為0.35mm，通過對設計及施工情況的檢查，設計無誤，為施工原因，經過綜合分析，判明為溫度裂縫，屬非結構性裂縫。只要消除溫差影響，用壓力灌漿修補裂縫即可。
(1)判明結構性裂縫的受力性質：結構性裂縫，根據受力性質和破壞形式進一步區分為兩種：一種是脆性破壞，另一種是塑性破壞。脆性破壞的特點是事先沒有明顯的預兆而突然發生，一旦出現裂縫，對結構強度影響很大，是結構破壞的征兆，屬于這類性質裂縫的有受壓構件裂縫(包括中心受壓、小偏心受壓和大偏心受壓的壓區)、受彎構件的受壓區裂縫、斜截面裂縫、沖切面裂縫，以及后張預應力構件端部局壓裂縫等。脆性破壞裂縫是危險的，應予以足夠重視，必須采取加固措施和其它安全措施。塑性破壞特點是事先有明顯的變形和裂縫預兆，人們可以及時采取措施予以補救，危險性相對稍小。屬于這類破壞的受力構件的裂縫有：受拉構件正載面裂縫，受彎構件和大偏心受壓構件正載面受拉區裂縫等。此種裂縫是否影響結構的安全，應根據裂縫的位置、長度、深度以及發展情況而定。如果裂縫已趨于穩定，且最大裂縫未超過規定的容許值，則屬于允許出現的裂縫，可不必加固。例如某辦公用房，四層二跨框架結構，跨度5m及7m，建于1990年，1998年6月出賣給某廠，廠方將此房用于制衣車間，使用不久，部分梁出現裂縫，要求鑒定。通過現場查勘，發現梁的裂縫均出現在梁的兩端，為約45°的斜裂縫，且混凝土的質量較差，后經過對部分梁的混凝土取芯試壓，最低強度等級約C12，平均強度等級為C15，圖紙設計混凝土強度等級為C20，二者相差較大，由于荷載增大及混凝土強度低，通過復算，梁處于超筋狀態，屬脆性破壞裂縫，應予立即加固。
(2)查明裂縫的寬度、長度、深度：鋼筋混凝土結構構件的裂縫按其表征可分三種：一是表面細小裂縫，即縫寬很小，長度短而淺；二是中等裂縫，其寬度在0.2mm左右，長度局限在受拉區，裂縫已深入結構一定深度；三是貫穿性裂縫，縫寬超過0.3mm，長度伸到受壓區，裂縫已貫穿整個截面或部分截面。結構性裂縫不僅表征結構受力狀況，還會影響結構的耐久性。裂縫寬度愈大，鋼筋愈容易銹蝕，意味著鋼筋和混凝土之間握裹力已完全破壞，使用壽命已近終結。一般室內結構，橫向裂縫導致鋼筋銹蝕的危險性較小，裂縫以不影響美觀要求為度，而在潮濕環境中，裂縫會引起鋼筋銹蝕，裂縫寬度應小于0.2mm，但縱向縫易引起鋼筋銹蝕，并導致保護層剝落，影響結構的耐久性，應予處理。當裂縫長度較長，深度較深，嚴重影響構件的整體性，往往是破壞征兆。例如受彎構件正截面梁底出現裂縫，裂縫長度向受壓區發展，并到達或超過中和軸，是比較危險的，若縫長較短，局部在受拉區，一般危險性較小。裂縫深度也是表征之一，通常表面裂縫多是非結構性裂縫，貫穿性裂縫多是結構性裂縫，容易使鋼筋銹蝕，危險性較大，應查明原因，根據危險性，采取必要的加固措施。
(3)判明裂縫是發展的還是穩定的：鋼筋混凝土結構構件裂縫按其擴展性質，通常分三種：一是穩定裂縫，即裂縫的寬度、長度保持恒定不變；第二種是活動性裂縫，該裂縫的寬度和長度隨著受荷狀態和周圍溫度、濕度變化而變化；第三種是發展裂縫，裂縫的寬度和長度隨著時間增長而增長。鋼筋混凝土結構在各種荷載作用下，一般在受拉區允許在裂縫出現下工作，也就是說裂縫是不可避免的，只要裂縫是穩定的，其寬度不大，符合規范要求，并無多大危險，屬安全構件。但裂縫隨時間不斷擴展，說明鋼筋應力可能接近或達到流限，對承載力有嚴重的影響，危險性較大，應及時采取措施。裂縫穩定的結構，裂縫會不會再擴展，還要看所處環境是否穩定，環境變化，舊的裂縫可能還會擴展，也還會出現新的裂縫，應結合具體條件加以分析。例如某教學樓3層框架結構，淺基礎，因附近打樁，部分屋頂大梁出現裂縫，要求鑒定。通過對設計、施工資料的檢查，均無大的問題，且此教學樓已竣工多年，未發現任何裂縫。經過現場查勘，地坪土體隆起嚴重，屋頂大梁的裂縫僅出現在梁端兩側，為斜細裂縫，初步意見應對裂縫進行繼續觀察。打樁結束后，經過三個月觀察，裂縫沒有繼續發展。分析認為由于打樁擠土引起基礎移動，致使上部結構局部應力重分布產生裂縫，對結構影響不大。
3鋼筋混凝土結構構件變形的分析
結構在長期使用中，由于荷載、溫度、濕度以及地基沉陷等影響，將導致結構變形和變位，變形不但對美觀和使用方面有影響，且對結構受力和穩定也有影響。較大變形往往改變了結構的受力條件，增大受力的偏心距，在構件斷面、連接節點中產生新的附加應力，從而降低構件的承載能力，引起構件開裂，甚至倒塌。結構變形的測定項目應針對可疑跡象，根據測定的要求、目的加以選擇，但最大的撓度和位移必需檢測。變形的量測應與裂縫量測結合起來，結構過度的變形，可產生對應的裂縫，過大的裂縫又可擴大結構的變形。因此，結構變形情況如何，往往是反映出結構工作是否正常的重要標志，是結構構件安全鑒定的重要內容。另一方面還需看變形是穩定的還是發展的，變形發展很慢或基本穩定是正常的，若變形發展很快，變形速度逐漸增大或突然增大，即是異常的現象，應引起注意，通常意味著結構可能破壞，應立即采取措施確保房屋安全。結構過度變形是結構剛度不足或穩定性不足的標志，它并不直接反映結構的強度。影響結構變形的主要因素，如斷面尺寸、跨度、荷載、支座形式、材料質量等，也影響到結構的強度。因此進行安全鑒定時，還應和裂縫、結構構件穩定等結合考慮。
關鍵詞：模板混凝土
一、模板工程（forwork）指新澆混凝土成型的模板以及支承模板的一整套構造體系，其中，接觸混凝土并控制預定尺寸，形狀、位置的構造部分稱為模板，支持和固定模板的桿件、桁架、聯結件、金屬附件、工作便橋等構成支承體系，對于滑動模板，自升模板則增設提升動力以及提升架、平臺等構成。模板工程在混凝土施工中是一種臨時結構。
模板的分類有各種不同的分階段類方法：按照形狀分為平面模板和曲面模板兩種；按受力條件分為承重和非承重模板（即承受混凝土的重量和混凝土的側壓力）；按照材料分為木模板、鋼模板、鋼木組合模板、重力式混凝土模板、鋼筋混凝土鑲面模板、鋁合金模板、塑料模板等；按照結構和使用特點分為拆移式、固定式兩種；按其特種功能有滑動模板、真空吸盤或真空軟盤模板、保溫模板、鋼模臺車等。
二、我國在二十世紀六十年代前的水利水電工程施工中主要采用木質模板，由于木材易于制作成各種形狀，有些形狀特殊的構筑物，如水電站的尾水管的混凝土澆筑，通常均采用木材制作模板，近代仍然有許多國家、許多水利水電工程中使用木模板或鋼木混合結構。
七十年代以來，我國在混凝土壩施工中多采用大型鋼木混合模板，混凝土（預制）模板等，隨后廣泛發展了滑動模板以及由此而帶來的混凝土澆筑工藝的革新。1973年丹江口水庫下游引水工程排子河度槽的空心墩，采用了滑動模板施工方案。1975年密云水庫溢洪道工程的溢流堰和陡槽陡坡混凝土襯砌，采用了沿軌道行走的拖板式滑動模板，1997年在曲率變化復雜的清水閘雙曲拱壩上采用了滑動模板施工，在這一時期還有豎井、隧洞、渠道、攔污柵工程等采用了滑動模板施工。
七十年代末，我國執行以鋼代木的技術政策，組合鋼模板大部分用于基礎、柱、梁、板、墻等施工中，尤其用于水電工程中的大體積混凝土施工中，呈現了明顯的優勢。
1946年在狼溪壩（worfcreek）首次使用懸壁模板，隨后在使用中不斷改進，頗受歡迎。中國在二十世紀五十年代已采用半懸壁模板，七十年代中期，開始研制鋼懸壁模板，由于混凝土施工中模板的吊裝十分頻繁，美國在七十年代初研制并在德活夏克重力壩中，使用自動錨固的自升懸臂模板，取得了很好的技術經濟效益。
三、模板工程之所以受到重視，并努力提高和改進其工作和使用性能，與它在混凝土施工中的重要性是分不開的。
首先，水工混凝土施工中模板工程費用比重很大，約占混凝土總造價的15-30%。在無筋或少筋的大體積混凝土工程中約占5-15%。模板制作與安裝勞動消耗量約為28%-45%（一方混凝土中的勞動量）并消耗大量優質鋼材和木材，見下表：
大壩名稱
白
山
龍羊峽
太平哨
葛州壩
安
康
清水閘
均
值
砼單價（元/m3）
63.0
86.5
54.1
47.0
67.1
75.0
65.4
每m3砼模板費用
三次周轉
元
9.6
12.1
9.7
9.1
9.0
9.0
%
15.2
14.0
17.9
19.4
12.0
15.7
七次周轉
元
7.4
9.3
6.6
6.7
7.0
7.4
%
11.7
10.7
12.2
14.3
11.0
12.0
備注
83年單價不計吊車工作占班費
模板的作用，還常常表現于控制施工進度上，在大體積混凝土施工中，根據一些工程的統計，模板的拆裝時間，約占總施工周期的35%。模板工序在許多情況下是施工網絡圖中的關鍵線路，模板工藝的改進常?？梢约涌焓┕みM度。
水利水電工程中模板的地位，還可以從國外混凝土壩施工經驗中看到，下面是國外工程中模板工程占施工費用的比例。
1、蘇聯：模板的平均勞動消耗占混凝土單價的10-22%。
2、日本：模板費用占施工中的費用為：拱壩47%，重力壩30%。
3、美國：模板工程占總費用的20%。
（注：日、美是對單個有代表性的壩的施工總結而得。）
由上可知：模板工程在鋼筋混凝土施工中占有相當重要的作用，做好模板的結構設計和工藝設計對提高工程效益和加快施工進度是有相當的意義。
四、模板的型式和結構有時能改變混凝土的澆筑工藝
傳統的模板型式是采用拉條固定面板，這種結構方式妨礙入倉，混凝土拌合物的整平與搗固，妨礙面層的鑿毛清理，妨礙澆筑倉面的施工準備工作，無法進行機械化作業。
懸臂模板則大大克服了傳統的模板型式的缺點，在機械化施工和減少勞動消耗上呈現了很大的優勢。
意大利修建阿爾卑—得熱拉大壩時，采用了一種不拆除的模板（鋼擋板），由于這種模板形成了承壓面，所以大幅度降低對大壩混凝土砌體的要求，取消了澆筑塊間接縫的防滲，采用分層鋪筑混凝土，取消施工中的工作面，（在混凝土鋪完之后用專門機械切出工作縫）。
蘇聯在薩揚諾—舒申斯克水電站施工中架用帶“錨桿”的雙層懸壁模板，這種模板的支承柱不是向下伸而是向上伸出，下層模板的支承柱支撐上層模板的面板，模板的自重和混凝土的側壓力均由下層模板承受，因此每個澆筑倉至少有兩層模板，這種模板只需拆除下層模板的固定螺栓。從而，減少了各澆筑層間的時間間隔，提高了澆筑速度也減少了混凝土表面的清理工作與準備工作量。
滑動模板則對混凝土澆筑速度更顯示出優勢和潛在的生命力，這種型式的模板除表現在時間效益（工期縮短）之外，模板本身的價格也可以降低，而且能很大程度上提高混凝土澆筑效果。
總之，不同的模板型式決定了混凝土澆筑的不同施工工藝，也對混凝土的質量和工程效益有不同的影響，如何改進模板工藝是一個重要課題。
五、我局在參加的水電建設工程中對模板工程仍然以傳統的模板型式為主，盡管在太平灣電站建設中引進了一些新的工藝技術（試用），但有些問題仍然值得探討。
1、我局一直倡議施工單位在混凝土施工中盡量使用鋼模板，但在實際施工中，有許多部位諸如擋水壩段，廠房立墻等都僅使用少量鋼模，這不僅浪費了大量木材而且大大降低了工效。成功的工程總結出，鋼模可比木模提高工效2-4倍（工效包括安裝、拆模、電焊、鑿毛、搭設平臺等的綜合用工），而且鋼模的成本費（達到標準周轉率）僅為木模的一半。因此，合理的以鋼模代替木模是提高經濟效益的好方法之一。
2、我局在模板管理上有許多不足。其主要表現在模板的使用周轉率上，按規定，鋼模板的周轉率為50次，大型木模板為15次，一般木模板為7次，而我局實際周轉率遠遠達不到這個要求，僅以一般木模為例，我局使用周轉率為4次左右，這大大增加了施工費用，解決這一問題的辦法除了提高工人思想素質，業務水平外，我們的管理水平有待提高。
3、在我局引進使用新的模板工藝上，滑升模板是突出的一例，有成功也有失誤，在云峰大壩修補工程中，使用的滑模是比較成功的，而在太平灣清水閘閘墩上使用滑模則值得探討，排除試驗目的來談，滑升模板一次性投資較大，因此它適用于高層混凝土澆筑中，高度較低的混凝土澆筑中使用則效益不顯著或者沒有效益，因此新技術的使用中應考慮其適用范圍，并與經濟效益掛鉤才是適宜的。
4、模板工程在近幾年已形成一個專門學科，但這方面的書并不多，我們在工程施工中應對每一項工作，各種形式的模板認真總結，使得在今后的工作中對每種建筑型式的模板有路可循，既方便工作，又能不斷改進，不斷進步。
六、鑒于模板工程在鋼筋混凝土施工中的重要作用，世界各國都在研究并不斷改進模板工程的施工技術和工藝，伴隨著模板專業公司的建立，模板工程的發展將不斷向快速、節省方向邁進。
模板工程的發展前景將是以如何加快混凝土施工為中心發展，1973年十一屆世界大壩會議提出了混凝土壩設計與施工的任務和課題，討論的結論是：“降低混凝土造價的根本出路是加快施工進度。”為此提出了新的混凝土壩施工方法就是：大體積混凝土連續垂直澆筑法，這相應給模板工程帶來了新的課題。
我認為加快進度的途徑之一就是：
1、認真研究滑動模板的使用問題。
2、增加澆筑層厚度，減少水平接縫，采用自升模板。
3、加大澆筑塊尺寸，減少施工縫，以縮小立模面積。
隨著改革的不斷深入，適應工程招、投標的需要，就要做為前期工作涉及的內容有：
1、模板工程的規劃，主要是結合施工方案擬定，選擇模板體系，組織生產，選購機具以及編制概算。
(1)工藝流程的確定。鋼筋混凝土灌注樁是建筑工程中最基礎的工程之一，要想準確完成成孔的施工工序，首先需要對樁位進行復查，根據設計圖紙檢查各樁位的標識位置是否準確［2］。檢查無誤后將樁機就位，再對其進行校準。使樁位的標識鋼筋點與錘頭的中心點重合，經項目技術部人員進行核查，核查無誤后進行下錘。下錘深度達到一定值后，進行井口護圈以及膠泥護壁的設置，以保障施工的安全進行。在成孔施工的過程中確保數據記錄的完整性和真實性，嚴格記錄每小時的下降深度。當孔深達到設計標準后，對底部的沉渣進行清理，確保沉渣量≦8mm，清理的過程中要及時注水，利用排污泵將污漿及時排出［3］。(2)鋼筋籠的安裝。制作鋼筋籠時首先要根據本次多層車庫工程施工圖紙的設計標準嚴格控制籠體鋼筋的規格、數量、間距等參數，完成放樣下料［4］。制作頂籠時使用電弧焊接工藝和機械斷面。當總樁長度確定后可制作底籠，底籠的制作工藝及質量與頂籠相同。(3)混凝土澆筑施工。①混凝土攪拌。本次工程采用C35強度等級、P8抗滲等級的混凝土材料，通過自動配料機進行自動配料，并使用強制式攪拌機進行機械攪拌。②混凝土運輸。在完成混凝土的配置后，需將其運輸到澆筑施工場地，在運輸的過程中盡量避免裝車過滿，以免在劇烈震動時造成污染、浪費或引發離析或泌水現象。③混凝土澆筑?；炷翝仓^程需保證一定的溫度及速度，確保澆筑的連續性，以免出現斷樁的現象。澆筑完成后將樁位的偏差控制在50mm以內［5］。
2主要施工技術
(1)孔徑控制技術。該工程大約50m的鉆探深度內可分為7層土層結構，為人工填土層、全新統中組海相沉積層、全新統下組沼澤相沉積層等。根據該工程的實際地理環境選擇適合土質的鉆機設備，通過對土質進行測試和分析，預防鉆孔過程中發生沉陷或位移等現象。鉆孔的過程中在一定的溫度下首先將重量適當加大，隨后經過不同的土層時依據土質的特性控制鉆孔的速度，例如在硬土質層時適當加快鉆孔速度，在軟土質層時適當降低鉆孔速度。(2)孔內沉渣控制技術?？變鹊某猎鼘痘某休d力會產生極大的影響。在成孔的過程中一定要及時將孔內的成渣清理干凈，可對渣樣抽樣調查來判斷其清理程度，也可通過鉆孔過程中的阻礙力度來進行判定。沉渣的檢查需經過兩次清孔，第一次為成孔之后，第二次為混凝土灌注時。(3)灌注樁斷樁問題。該工程的混凝土灌注措施主要是通過孔口進行倒灌，這種施工技術容易出現蜂窩狀孔洞。在實際灌注過程中由于灌注速度的控制不當，可能引發新灌注的混凝土將下部混凝土沖翻，使其停留在頂部。而當混凝土凝結后，部分樁基位置因內部密實度不夠，而容易引起斷樁的現象。(4)鉆孔樁身偏差、樁位偏差問題。該工程所使用的鉆孔灌注樁的施工技術在我國還未達到先進的技術水平，施工管理過程并未形成標準化規范。同時由于施工技術團隊的專業水平有限，導致施工與管理存在脫節的問題，大多技術參數的誤差均是由于人為因素造成。只有加強施工現場的安全管理控制，才能減少鉆孔樁身偏差以及樁位偏差的問題。
3鋼筋混凝土灌注樁施工過程存在的問題及處理措施
3．1施工中存在的問題
(1)樁底地基承載力不足。鋼筋混凝土灌注樁主要的安全穩定性可能是由樁底地基的承載力不足造成。該工程土質結構較為復雜，可按力學性質分為18個亞層，每層所含的碎石、淤泥、灰渣、混凝土、粘土等物質均有所差異，部分土層分布均勻，部分土層分布不均勻，從而造成了地基結構的不穩定性。(2)縮徑。鋼筋混凝土灌注樁也可能因塑性土膨脹而發生縮徑的現象。為了對其進行良好的控制，可在成孔的過程中，提高成孔速度，加大泵量，當成孔后孔壁因形成一層泥皮而提高其抗滲水性能，同時不會產生膨脹現象，也就避免的縮徑的形成。也可通過反復掃孔的方法來避免孔徑的縮小。
3．2質量控制處理措施
(1)嚴格進行材料控制。在施工過程中提高對材料檢查與抽查的重視，可通過取芯抽樣法進行檢測，制定完善的監察制度。加強對安全檢查人員的管理，通過三級安檢的組織形式將標準化的規章制度貫徹落實，并建立考核獎懲制度，以此來激勵員工負責任的完成各項工作。一旦發現誤差問題，要進行嚴格的復查;同時對施工材料的規格和質量進行嚴格的控制，避免將不合格的材料用于建筑施工。(2)加強混凝土的科學配比。在進行混凝土澆筑時通常利用導管實現澆筑，但這種技術依然不能避免離析現象的出現，只有加強混凝土本身的科學配比，才能從根本上改變這一現狀。在對混凝土進行配比時，首先要了解所使用的基礎材料的規格、含水量等基本參數，該工程采用低收縮、低水化熱水泥，因此要根據其參數調節適當的濕度以及溫度，并完成取樣測試，詳細記錄配比信息。(3)加強對混凝土攪拌時間以及坍落度的控制?；炷恋臄嚢钑r間以及坍落度對灌注樁的堵管、斷樁、夾泥等現象有一定的影響?；炷恋膹姸仁芷鋽嚢钑r間影響，合理控制攪拌時間能加強混凝土的強度。坍落度的控制主要可通過在施工中對混凝土面的標高以及導管的埋入深度進行控制，保持18cm～22cm的坍落度，并使導管保持在混凝土面2m～6m的置入深度最佳，避免將其提出混凝土面。當灌注至距標高8m～10m時，坍落度調整至15cm～18cm最佳。
4結束語
