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建筑结构设计
一、课题背景
近年，伴随我国经济持续高速增长，建筑业作为我国国民经济支柱产业之一也得到了长足发展。二而建筑业作为资源消耗量较大行业之一，要实现可持续发展，就必须调整建筑材料消耗结构，因此应该大力推广应用高强钢筋和高性能混凝土，走节约型发展道路。所以目前我国建筑主要为钢筋混凝土结构形式。因此，从广义角度讲，大力推广应用高强钢筋和高性能混凝土也是建筑节能的重要组成部分[2]。
二、主要内容
以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝士结构。它包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构和预应力混凝土结构等[7]。
素混凝土结构是指不配置任何钢材的混凝土结构。型钢筋混凝土结构又称为钢骨混凝土结构。它是指用型钢或用钢板焊成的钢骨架作为配筋的混凝土结构。
目前，国内工程中普遍使用的主力受力钢筋是HRB335，辅助钢筋大多为等级更低的HRB235，混凝土则以C20－C40为主。和发达国家相比，我国建设行业所用钢筋和混凝土强度普遍低1－2个等级。多年来，为推广应用高强钢筋和高性能混凝土，有关部门采取了修订规范、开展试点工程等多种措施。但从目前应用状况看，高强钢筋和高性能混凝土的用量在建设行业钢筋和混凝土总体用量中所占比率仍然很低。据统计，每年HRB400钢筋用量不到钢筋总用量的 10％；高性能混凝土累计使用量还不到 1500万立方米，不足混凝土年消耗总量的1％，而且使用范围也是仅仅局限在大跨、超高层建筑中[9]。
钢筋混凝土结构的优点：
钢筋混凝土结构除了比素混凝土结构具有较高的承载力和较好的受力性能以外。与其他结构相比还具有下列优点：
1、就地取材。钢筋混凝土结构中，砂和石料所占比例很大，水泥和钢筋所占比例
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较小。砂和石料一般可以由建筑工地附近供应。
2、节约钢材。钢筋混凝土结构的承载力较高。大多数情况下可用来代替钢结构，因而节约钢材。
3、耐久、耐火。钢筋埋放在混凝土中，受混凝土保护不易发生锈蚀，因而提高了结构的耐久性。当火灾发生时。钢筋混凝土结构不会象木结构那样被燃烧，也不会象钢结构那样很快软化而破坏。
4、可模性好。钢筋混凝土结构可以根据需要浇捣成任何形状。
5、现浇式或装配整体式钢筋混凝土结构的整体性好，刚度大[10]。 钢筋混凝土结构的缺点：
1、自重大。钢筋混凝土的重度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸比钢结构的大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构。
2、抗裂性差。如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成不安全感[8]。
3、施工的周期较长，受天气的影响较大，需要较多的脚手架、模板。
4、补强维修较难。 综上所述：
钢筋混凝土结构的优点远多于其缺点。因此，它已经在房屋建筑（教学楼）、地下结构（钢筋混凝土桩基）、桥梁（城市立交桥）、铁路（钢筋混凝土枕木）、隧道（钢筋混凝土砌衬）、水利（三峡大坝）、港口（码头平台）等工程中得到广泛应用。
针对其缺点人们研究出许多的有效措施：
1、为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多高强轻质的混凝土和强度很高的钢筋；
2、为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力等等。
3、但还有许多工程实际问题等待我们的同学们去探索和研究。 存在问题：
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通过对过去高强钢筋和高性能混凝土推广应用经验的总结，我们认为，高强材料未能在建设行业得到普及，问题主要存在于技术和推广措施两个层面。
从技术层面看，在提高钢筋和混凝土强度时，没有很好地解决材料其它性能劣化问题。在钢筋和混凝土应用过程中，除材料强度外，我们还应该考虑材料延性、裂缝控制等其他性能。而目前钢筋和混凝土强度的提高，通常以牺牲其它性能为代价。因此，发展高强材料的同时，应当通过技术创新，解决好钢筋脆性断裂，混凝土耐久性等问题，提高材料综合性能。另外，在推广应用高强钢筋和高性能混凝土的过程中，降解决材料本身技术问题外，还应当解决其它配套技术问题，比如高强钢筋焊接技术、高性能混凝土施工浇注技术等[3]。
从高强钢筋和高性能混凝土推广层面看，主要存在的问题是，目前我国对相关标准规范的研究、制定投入不足，不能满足发展的需要。由于标准规范的研究、制定需要大量的技术储备，且耗时长，人力、物力和财力的投入量大，短期经济效益不明显，因此，国家投资体制改革后，相关科研单位对标准规范研究、制定的投入明显减少，造成标准规范的制定滞后，不能满足发展的需要。另外，我国对高强钢筋和高性能混凝土的理论研究与实际应用脱节，科研成果向实际应用的转化速度较慢。除此之外，我国设计、施工等单位对标准规范的执行力度不够。虽然早在1996年，国家规范就推行采用新Ⅲ级钢筋（HRB400）；2000年，国家规范推行采用C70、C80混凝土，但是真正使用该标准规范进行设计、施工的单位并不多[12]。
三、重大意义
据统计，我国每年建筑用钢量占钢材消耗总量的50％以上，混凝土用量约15亿立方米。如果能够将目前使用的钢筋和混凝土提高一个强度等级，则可以获得明显的经济效益和社会效益。
推广应用高强钢筋和高性能混凝土可以节约钢筋和混凝土的用量，降低工程成本，获得巨大的直接或间接经济收益。
推广应用高强钢筋和高性能混凝土除可以获得以上直接经济效益外，还可以获得巨大的间接经济效益。高强材料的应用，解决了建筑结构中肥梁胖柱问题，这样不仅能增
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加建筑使用面积，也可以使结构设计更加灵活，提高建筑使用功能。另外采用高强材料，可以提高施工作业效率，提高建筑质量，延长使用年限，减少维护使用费用[4]。
由于应用高强钢筋和高性能混凝土，其价格要高于原有钢筋和混凝土，因此，也会减少预估的直接经济效益。另外推广应用高强钢筋和高性能混凝土，也是提升我国传统产业技术含量的重要措施，在高强材料推广应用过程中，可以大大加速建设行业技术创新，提高我国建筑企业的国际竞争力。
如今，自然资源消耗、生态环境问题已引起社会各界的广泛关注，因此，我们必须摒弃传统建设观念，从全寿命周期的角度，来衡量建筑业消耗对生态环境的影响。推广应用高强钢筋和高性能混凝土，在建设阶段通过节约钢筋和混凝土用量，我们可以节约土地、煤、水、矿石、沙等能源和资源的消耗量，进而减少二氧化碳、二氧化硫等有害气体和废渣的排放；在使用阶段，则可以降低建筑采暖、空调、热水供应、照明、家用电器、电梯、通风等能耗，减少维护使用费，实现建筑节能。据有关专家统计分析，节约1吨钢材可以节省电能300千瓦时，标准煤0．70吨，减少二氧化碳排放0.63立方米；节约1吨水泥，可以节省电能110 千瓦时，标准煤0．2吨，减少二氧化碳排放0．18立方米。比照以上数据，2010年，通过推广应用高强钢筋和高性能混凝土，则可节省电能58．56亿千瓦时，标准煤1120．2万吨，减少二氧化碳排放1008．2万立方米。由此可见，推广应用高强钢筋和高性能混凝土，对节约能源，提高环境质量，实现建设行业可持续发展具有重大意义[13]。
四、发展状况
发展简史及中西对比：混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构相比，历史不长，但自19世纪中叶开始使用后，由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进，结构理论施工技术的进步使钢筋混凝土结构得到迅速发展，目前已经广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等土木工程领域。建筑用混凝土的发展简史可以追溯到古希腊、罗马时代，甚至可能在更早的古代文明中已经使用了混凝土及其胶结材料。但 直到1824年波特兰水泥的发明才为混凝土的大量使用开创了新纪元。至今仅有160多年的历史。
它的发展大致经历了四个不同的阶段：
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第一阶段为钢筋混凝土小构件的应用，设计计算依据弹性理论方法。1801年考格涅特发表了有关建筑原理的论著，指出了混凝土这种材料抗拉性能较差，到1850年法国的兰博特首先建造了一艘小型水泥船，并于1855年在巴黎博览会上展出。接着法国的花匠莫尼尔在1867年制作了以金属骨架作配筋的混凝土花盆并以此获得专利。后来康纳于1886年发表了第一篇关于混凝土结构的理论与设计手稿。1872年美国人沃德建造了第一幢钢筋混凝土构件的房屋。1906年特纳研制了第一个无梁平板。从此钢筋混凝土小构件已进入工程实用阶段。
第二阶段为钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构的大量应用，设计计算依据材料的破损阶段方法。1922年英国人狄森提出了受弯构件按破损阶段的计算方法。1928年法国工程师弗来西奈发明了预应力混凝土。其后钢筋混凝土与预应力混凝土在分析、设计与施工等方面的工艺与科研迅速发展，出现了许多独特的建筑物，如美国波士顿市的Kresge大会堂，英国的1951节日穹顶，美国芝加哥市的Marina摩天大楼，湖滨大楼等建筑物。1950年苏联根据极限平衡理论制定了“塑性内力重分布计算规程”。1955年颁布了极限状态设计法，从而结束了按破损阶段的设计计算方法[15-17]。
第三阶段为工业化生产构件与施工，结构体系应用范围扩大，设计计算按极限状态方法。由于二战后许多大城市百废待兴，重建任务繁重。工程中大量应用预制构件和机械化施工以加快建造速度。继苏联提出的极限状态设计法之后，1970年英国，联邦德国，加拿大，波兰相继采用此方法。并在欧洲混凝土委员会与国际预应力混凝土协会（CEB-FIP）第六届国际会议上提出了混凝土结构设计与施工建议，形成了设计思想上的国际化统一准则[5]。
第四阶段，由于近代钢筋混凝土力学这一新的学科的科学分支逐渐形成，以统计教学为基础的结构可靠性理论已逐渐进入工程实用阶段。电算的迅速发展使复杂的数学运算成为可能。设计计算依据概率极限状态设计法。概括为计算理论趋于完善，材料强度不断提高，施工机械化程度越来越高，建筑物向大跨高层发展。
五、结论
我国的钢筋混凝土结构发展比较曲折[1]，解放前几乎是空白，60年代边学习苏联的经验边完善提高，70年代自己动手搞科研，编规范；80年代规范的设计水准正力争赶
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上世界先进水平。近30年来，我国在钢筋混凝土基本理论与计算方法、可靠度与荷载分析、单层与多层厂房结构、高层建筑结构、大板与升板结构、大跨度结构、结构抗震、工业化建筑体系、电子技术在钢筋混凝土结构中的应用和测试技术等方面取得了很多成果，为修订和制定有关规范和规程提供了大量的数据和科学依据。编制出了国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB/T50068，《混凝土结构设计规范》GB50010-2001，；《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）；《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）；《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）等。这些规范和规程积累了我国半个世纪以来丰富的工程实践经验和最新的科研成果，把我国混凝土结构设计方法提高到了当前的国际水平，它将在工程设计中发挥指导作用。必将促进我国混凝土结构设计的进一步发展[1]。
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参考文献
[1]GB50010—2001,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.[2]GB50009—2001,建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.[3]GB50011—2001,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.[4]GB/T50068—1989,建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社,1989.[5] JGJ3—2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.[6] 张誉.混凝土结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社，2001:30-60.[7] 包世华，方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社,1990:50-89,120.[8] 方鄂华.多层及高层建筑结构设计[M].北京：地震出版社,1992:48-73,90.[9] 陈章洪.建筑结构选型手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2000:34-36.[10] 张明义.基础工程[M].中国建筑材工业出版社, 2002:235-345,70.[11] 高大钊.土力学与基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社,1998:34-78.[12] 赵仲琪.建筑施工组织[M].北京：冶金工业出版社,1993:78-90.[13] 王士川，李慧民.施工技术[M].北京:冶金工业出版社,2001:34-67.[14] 应惠清.土木工程施工[M].上海：同济大学出版社,2001:70-149,60.[15] Emilio Rosenbueth.Design of Earthquake Resistant Struture[D].Pentech Pre Ltd,1980.
[16] N.J.Cook.The designer’s guide to wind loading of building structures[M].Butter Worths,1985.
[17] Peter Sachs.Wind forces in engineering[M].2nd edition,New york：Pergmon Pre,1978.
