时间:2023-03-20 16:12:05
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钢结构制作质量通病包括加工零部件、构件的尺寸出现偏差不符合要求,构件的拱度不符合设计或者规范的要求,构件发生严重的变形,加工零部件、构件的表面出现损伤不平整。钢结构焊接质量通病包括焊缝外形尺寸不符合要求,焊接时出现飞溅、咬边、焊瘤等现象,构件焊接完成后存在弧坑、气孔、焊渣等毛病。钢结构紧固件连接质量通病包括拧紧程度不一、同厚度连接件螺杆露出螺母长度不均、采用气割或电焊割进行扩孔,高强螺栓拧紧后的扭矩值不符合规定等。钢结构吊装质量通病包括基础质量偏差不符合设计要求,基础螺栓位移、螺杆损坏,吊装构件变形严重或拱度变化引起的安装尺寸不符合要求。
2钢结构工程施工质量通病预防及纠正措施
2.1钢结构制作质量通病的预防处理措施
对于钢结构制作质量通病包括加工零部件、构件的尺寸出现偏差不符合要求时,可以采取以下几个预防纠正措施。首先保证在放样以及下料时要认真严格,加强质量检查的监控力度;其次,在完成钻孔、弯曲以及切削等工序时要严格按照设计图纸和相关的施工质量验收规范的要求执行,完成的质量要符合相关的标准规范和规定;最后,保证各工序之间的交接验收制度的严谨性,对于没有经过质量监控人检查验收确定合格的零部件、构件严禁流转至下一个工序。对于构件的拱度不符合设计或者规范的要求时一般可以采取以下几种方式来预防此类通病的出现。在放样、下料时明确构件的起拱高度值,与此同时,事先放出所需起拱量的料场尺寸;在拼装时一定要按照设计以及规范的要求,根据经验选择合适正确的加工方法以获得正确的拱度;完成构件加工后,对构件运输、吊装以及翻转时,要采取相应的措施保护构件,预防构件的拱度发生改变。对于构件出现严重变形后,要及时的采取纠正措施来补救,一般当构件的变形超过了设计和规范的要求,可以根据工作经验采取相关的矫正工艺进行矫正,以达到设计值;对于刚度较差的构件,进行翻身前可以先加固处理,翻身后再找平;对称进行拼装节点的焊接,与此同时,还要有相应的反变形措施。很多情况下,由于未对零部件以及构件的表面进行保护而导致这些部件的表面出现损伤,尤其是螺栓、高强螺栓的钻孔、连接件接触表面和端铣面,一般在对构件进行安装前,对于表面出现损伤的构件要进行打磨处理,以达到设计和规范的要求。
2.2钢结构焊接质量通病的预防处理措施
一般,我们可以通过在焊接之前先确定合适的焊接工艺,在焊接过程中选择适合的坡口角度,严格要求焊工的操作水平,控制拼装的质量等措施保证焊缝的外形尺寸。避免出现飞溅、咬边、焊瘤等现象一般会采取以下几个措施,选择合适的焊接电流,掌握好焊条的角度以及熟悉运条手法。若使用碱性焊条要先烘干焊条,注意接地电缆和反接极的接法,如果出现了飞溅则用砂轮打平。在焊接前要先处理焊缝,彻底清理干净焊缝,防止留有油污之类的杂物,在选择焊接材料时要考虑母材的性质,焊条、焊丝和焊剂等焊材要符合质量标准,并且与母材相匹配。在焊接时要使用引弧板防止出现弧坑,在进行多层焊时要先清除上层的熔渣再进行下一层的工作。
2.3钢结构紧固件连接质量通病的预防处理措施
在进行拼装或者安装之前,要先将由于连接件产生的变形进行矫正,平直后再进行拼装和安装工作,对螺栓拧紧时,要按照正确的操作步骤进行,由中间向外侧对称进行,使用的工具要和螺栓的型号规格相符。使用的螺栓长度应符合设计要求,不能随意改变其长度。若发现孔径或孔距出现偏差时,要先采取过冲孔或者补焊措施再重新制孔,禁止使用电焊以及气焊进行扩充。构件接触的摩擦面要按照设计和施工规范的要求进行处理,处理完成后要对摩擦面采取保护措施,但是不能涂油漆和污损。在拧紧高强螺栓时要选择相应的扳手。这些措施可以保证高强螺栓拧紧后的扭矩值。
2.4钢结构吊装质量通病的预防处理措施
基础施工必须要进行交接验收,如果出现较大的偏差,要让基础承建单位负责处理完成再进行交接。放线定位要准确再进行埋设地脚螺栓,要确定复查没有问题再进行混凝土浇筑,在浇筑过程中要有专业人员检查确定地脚螺栓的定位。浇筑完成后,地脚螺栓要采取相应的保护措施,防止出现丝扣损伤。在吊装过程中,要缓慢的放置钢柱,以防损坏或者碰弯螺纹。在吊装前要对将要吊装的构件进行矫正处理,这样可以防止吊装过程中影响拱度值。如果需要吊装长构件要采取防止失稳措施,保证吊装过程中拱度值不变。若在安装时发现安装的尺寸有偏差,要采取相应的纠正措施,不要强行安装或者私自改变连接的位置以及尺寸,防止安装时出现误差。
3结语
关键词:建筑工程;结构设计;裂缝;控制措施
中图分类号:TU318文献标识码: A 文章编号:
随着国内城市化进程的加快,工业、基础设施和商品住宅建设的飞速发展,在建筑工程中遇到的混凝土裂缝问题越来越多,由于裂缝问题产生的纠纷也不断增加,成为一直困扰工程设计人员的问题。根据大量的工程实践和对近代工程材料的微观研究,混凝土结构建筑的裂缝是不可避免的,其危害程度是可以控制的,我们可以通过各种方法,使裂缝产生的影响,满足规范和正常使用的要求。
结构设计主要由承载力极限状态控制,但很多情况下正常使用极限状态下的变形(裂缝、挠度、位移等),尤其是裂缝,起控制作用。由于混凝土等建筑材料的自身物理特性原因,裂缝(包括微观裂缝和宏观裂缝)不可避免,但裂缝的数量和宽度如果过多发展,就会引起渗漏、保护层脱落、钢筋锈蚀、混凝土碳化等,严重影响结构耐久性、持久强度和美观。所以,结构设计尤其是大体积、超长混凝土结构设计,采取措施预防出现裂缝,控制裂缝宽度,对有害裂缝进行处理是一个值得探讨的重要课题。
一、建筑工程结构设计中裂缝产生的主要原因
通常情况下,在建筑工程结构设计当中,裂缝的产生主要是针对混凝土而言的,基于此点,下面对混凝土结构裂缝形成的具体原因进行分析。
1、 由温度应力导致的裂缝
形成此类裂缝的主要原因为混凝土在浇筑完成以后,由于聚积在混凝土内部的水泥水化热很难散发出去,从而导致混凝土内部的温度较高,同时混凝土表面与外界接触时,表面的温度因外界环境的作用散热较快,此时便会使混凝土内外的温差过大,最终混凝土内部会产生压应力,而表面则会出现拉应力。混凝土由于刚刚浇筑完毕,其龄期较短,抗拉强度也相对较弱,当表面的拉应力超过混凝土自身的极限抗拉强度时,混凝土表面便会出现裂缝。
2、 应力裂缝
形成此类裂缝的主要原因是混凝土结构收缩徐变造成的。其中较为常见的裂缝形式包括结构自身收缩、干燥收缩、塑性收缩以及炭化收缩。混凝土结构在浇筑完成之后,其将会进入硬化过程,在这一过程中,由于混凝土内部的水分不断蒸发,从而使混凝土的体积逐渐缩小,进而产生收缩,混凝土在收缩时由于受到支座的约束,无法自由伸展,当约束应力达到一定程度时,势必会导致现浇的混凝土板开裂,开裂的位置一般都出现在应力较为集中的地方。此外,若混凝土未达到一定强度时便过早的拆模或是混凝土未完全凝固时便在其上施加荷载,也都会导致混凝土出现裂缝。
3、由塑性变形引发的裂缝
这种类型的裂缝一般出现在混凝土硬化前,形成原因是混凝土在硬化前本身处于塑性状态,由于上部结构的均匀沉降受到一定限制,致使结构出现裂缝。在混凝土结构当中,若骨料的粒径过大或钢筋的直径过粗以及混凝土的表面积加大时,均会导致混凝土的水平收缩较之垂直方向的收缩更加困难,进而形成不规则的裂缝,这些裂缝的表现形式为互相平行,裂缝之间的间距一般为0.3~1.0mm 左右,同时裂缝本身存在一定的深度。
4、结构裂缝
随着施工技术水平的不断提高,在一些采用现浇楼板的建筑工程中,浇筑完成后的楼板承载能力基本上都能够满足设计要求。但如果将预制多孔板改为现浇楼板时,则会导致墙体的刚度增大,从而是原有楼板的刚度减弱,这样有可能一些墙体的截面突变位置或是较为薄弱的地方产生裂缝。如墙角应力比较集中的位置等。
二、建筑工程结构设计中裂缝的控制措施
针对上述影响混凝土结构收缩裂缝的因素,设计中可根据工程特点采用以下裂缝控制措施。
1、混凝土强度等级不宜过高。 在满足承载力及防水要求的条件下,宜采用C25~C35 混凝土。
2、选用低水化热 、收缩小的水泥品种,如矿渣硅酸盐水泥等。 掺加适量外加剂,减少水泥用量,降低水灰比,严格控制砂石骨料含泥量,控制因水化热内部升温过高,控制外部降温速度,及时保水、 保温养护。
3、采用粉煤灰(掺量为水泥用量的 15%~30%),改善混凝土和易性,减少水泥用量。
4、设置伸缩缝(考虑满足沉降缝 、防震缝要求),间距不可过长。
5、在合适部位设置后浇带,带宽 0.8m~1.0m,间距30m~40m,减少硬化收缩。 后浇带混凝土宜 2个月后采用较高标号(提高 5MPa~10MPa)微膨胀混凝土浇灌。
6、基础、 筏板、 底板等大体积混凝土采取分层浇筑、 阶梯推进施工,但要注意避免冷缝。
7、对于大体积混凝土、 超长结构,混凝土中宜掺加膨胀剂,采用补偿收缩混凝土。
8、较长墙体,尤其是有防水要求的较长地下室外墙,应适当提高水平构造钢筋的配筋率 (0.4%~0.6%),采用细而密的配筋原则,间距 150mm 墙顶及中部设水平暗梁;墙与柱交接处设水平附加筋(配筋率为通长配筋的 10%~15%),伸入墙内 1.5m~2.0m,以减小应力集中。
9、露天的地下一层外墙及屋面等应加强保温隔热,减小温差;适当提高构造配筋率。 外露边梁应加强腰筋配置,梁侧宜设保温隔热面层。
10、地下室顶板及屋面可采用部分预应力,使混凝土预压应力达到 0.2MPa~0.7MPa。
11、外露挑檐、 阳台、女儿墙等每隔 12m 设伸缩缝,水平分布筋适当加大。
12、超长混凝土结构可采用无缝设计:由于温度应力只是在一定长度范围内是逐渐增大的,超过一定长度后温度应力趋于不变定值 根据这一规律,超长混凝土结构可以实现无缝设计。 具体做法如下:
在应力集中处设膨胀加强带,间距 40m~60m,宽度 2m,两侧铺设密孔钢丝网或快易收口网,并用立筋 8mm@100mm 加固,防止混凝土流入加强带,加强带外侧混凝土采用小膨胀混凝土(水中养护 14d的限制膨胀率0.02%~0.03%),加强带采用大膨胀混凝土(水中养护 14d 的限制膨胀率 0.04%~0.06%) ,强度等级比两侧高5MPa~10MPa。 可以连续浇筑,也可以采用间歇式无缝施工法,在加强带一侧留台阶式施工缝 。无防水要求时,楼板加强带两侧可采用无收缩混凝土(水中养护 14d 的限制膨胀率为 0.01%~0.02%)。 墙体宜采用后浇加强带,先分段浇筑小膨胀混凝土,养护 14d 后再用大膨胀混凝土浇筑加强带。这样可以更有效地释放收缩应力,避免出现裂缝。采用的掺加膨胀剂的补偿收缩混凝土应在设计图纸中注明强度等级、抗渗等级及水中养护 14d 的限制膨胀率(一般 >0.015%或更高)。 膨胀剂的质量、 掺量及膨胀混凝土限制膨胀率应通过试验确定。
13、对于重点工程,当不宜设缝时,可以通过计算得出混凝土结构的最大温度应力,验算会否开裂及裂缝宽度,根据情况采取相应的裂缝控制措施。
14、在结构设计中应用钢纤维混凝土控制结构裂缝在钢筋混凝土梁的底部加人适当的钢纤维,使其与钢筋混凝土梁中的钥筋共同抵抗开裂,可明显提高抗裂能力,使其达到设计要求,同时符合《混凝土结构设计规范》中有关抗裂度或裂缝宽度的规定。对于钢筋钢纤维混凝土梁而言,当掺人钢纤维的体积率在1.0%~1.5%,受拉区钢纤维混凝土层达到0.3 倍的截面高度时,钢纤维就能很好的降低裂缝宽度。同时,受拉区钢纤维混凝土层达到0.3 倍的梁截面高度后,弯拉性能将接近全截面钢纤维混凝土梁。钢纤维混凝土构件的正常使用性能比钢筋混凝土构件有明显改善的主要原因为钢纤维依靠粘结力给混凝土基体裂缝尖端应力场施加了一个反向的应力场,缓和了混凝土基体裂缝尖端的应力集中阻止了裂缝的进一步发展,使荷载作用下的裂缝开展滞后,使构件开裂较晚。钢纤维与未裂混凝同承担裂缝截面上的部分拉力,降低了裂缝截面上的钢筋应力,对裂缝开展起着约束作用,提高了裂缝之间混凝土的整体性和构件的刚度。
在实际工程结构中,混凝土出现裂缝是—个普遍性的现象,也是长期令技术人员困扰的—个复杂的技术难题。裂缝在大多工程中虽然不可避免,但却可以控制。只要在设计过程中针对各影响因素考虑全面、细致,严格遵守设计规范,一定能把裂缝控制在设计所要求的范围内。
参考文献:
[1] 刘伟. 结构设计优化在建筑设计中的应用[J]. 中国新技术新产品. 2012(04)
[2] 朱海峰. 浅议混凝土结构工程施工中存在的问题[J]. 中国新技术新产品. 2011(07)
【关键词】房屋工程;结构设计;问题;优化措施
近年来由于科技水平的进步,使得社会的整体经济水平也在炙热化的提高,在一定程度上了带动房屋工程的发展,随之而来的就是越来越激烈的竞争,要想在竞争中脱颖而出,就要保证房屋建造的质量,建筑结构设计直接影响着建筑的整体质量水平,目前在进行房屋工程建筑结构设计中存在着很多的问题,这些问题往往多发频率较高,以下就来详细的对在结构设计中被忽视的问题分析,发现问题的所在,分析发生这类问题的原因,找出优化房屋建筑结构设计的具体要求,提高房屋的质量。
一、房屋工程结构设计的原则
完美的建筑结构设计就是在努力追求这五个方面的最佳结合的过程中产生的,适用、安全、经济、美观、便于施工是结构设计人员最终努力的目标,是结构设计的最佳体现。结构设计一般在建筑设计之后,"受制"于建筑设计,但又"反制"于建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求;建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。结构设计决定建筑设计能否实现,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要,虽然一栋标志性建筑物建成后,人们只知道建筑师的名字,但一个适用、安全、经济、美观、便于施工的结构设计也是工程师们的骄傲和成就。
二、房屋工程结构设计存在的问题
1、地基基础设计问题
房屋结构设计过程中要重视地基基础的作用,在软弱深厚淤泥土层施工环境下,进行柱下桩基础计算时,要能够兼顾桩承台水平位移可能对上部结构产生的影响,还要对桩基水平推力作用下水平承载力进行考虑,保证相关因素都能够满足实际施工需求。在选择桩基持力层时,要满足非液化、稳定、承载力高一级压缩性小的土层。粉质粘土以及粘土都可以选择作为摩擦桩的持力层,也可以选择岩层或者砂土层作为端承桩的实际持力层。房屋地下室的单桩竖向承载力相关特征值若选取通过静载荷试验所确定的相关特征值,必然会导致房屋承载力与实际设计工作相比,稍微偏大,从而会给房屋结构设计工作埋下一定的隐患。静载荷试验所设置的桩顶一般都是设置在自然地坪环境中,地下室桩基的单桩竖向承载力实际特征值要根据试验结构来对地下室深度范围内部的桩侧阻力进行扣除,也就是试桩加长部分所具有的桩侧摩阻力。
2、构造柱存在的问题
构造柱对于砖混结构的房屋建筑尤为重要。构造柱不但提升房屋的稳固性,还可以增强墙体抗剪度能力,使建筑的圈梁与构造柱紧密结合在一起,可以形成一种对抗墙体的作用力,进而提升房屋的抗震能力和建筑的竖向承载力,防止建筑墙体裂缝。但是当前在建设过程中,由于建筑的构造柱成为承载柱后,会导致构造柱出现提前受力的情况,同时降低了墙体的约束力,导致墙体的拉结作用失效,当出现地震时,建筑的构造柱无法起到抗震效应,成为建筑质量的潜在因素。此外,建筑的构造柱一般安置于地圈梁中,没有设置其他的保护措施,这样的设计理念会降低构造柱的抗弯能力和局部抗压能力,无法满足现有的功能要求。
3、连续梁设计问题
连续梁设计的问题主要在于房屋边缘部位的设计中,随着房屋建设格局的不断变化,在目前房屋建筑结构设计中,边缘部位荷重越来越小,因此设计程序中细节的问题,很容易被设计者忽视。现有的房屋建设中,存在将连续梁按照单梁来设计的情况,尤其在阳台设计中,设计人员为了更清楚的分析图纸,研究建筑设计的受力情况,经常采用单梁设计的形式,该方法虽然提升了施工效率,但是会导致支座附近的梁柱出现裂缝的情况,尤其容易出现竖向裂缝,严重影响了房屋的美观性和整体性。
4、楼板设计的问题
在楼房建筑中,楼板设计中,经常出现的问题主要有以下几个方面:首先,一些设计者对于板的受力情况认识不到位,设计的时候,对双向板运用单向板进行计算,这就导致最终的计算结果与实际是不相符的。两边配筋不一样大,板就容易出现裂缝;其次,由于设计的需要,需要在楼板上设置一些非承重隔墙。但在进行设计的时候,通常的做法是将这一部分的线荷载进行换算,换算成均布荷载,之后再对板的配筋进行计算。如此一来,板就变成了承受线荷载,其使用寿命大大的降低;其三,双向板在两个方向上都会出现弯矩,这样一来双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放的,短跨方向的跨中正钢筋应该在下面,长方向的则因该放置在短跨钢筋之上,因此,应该使用两个方向上各自宽度进行有效的计算。但是在实际的设计中,一些设计者为了方便,在进行配筋计算的时候,使用的是两个上方向一致的有效宽度,这就使得长跨的有效宽度比实际要大,配筋变小,最终使得结构构件的质量下降,甚至会有缝隙现象发生。
三、结构设计优化策略
1、基础设计优化策略
对基础的设计,最基本的应注意到基础配筋率必须要满足最小配筋要求。除此之外,还有四点需要注意:第一点,根据规范的标准图或详图设置钢筋在条基交换的位置。第二点,在不能重复利用条记交叉处的基底面积的情况下,可以通过适当的调整基础的宽度来达到设计目的。第三点,对局部墙体存在较大荷载的情况,设计者也可通过调整基础的宽度来提高其承受荷载的能力。第四点,如果定位结构柱的位置无法确定,可以通过调整基础的宽度寻找其准确位置。
2、优化结构平面图
结构平面图是设计中的关键,为了保证房屋的坚固度,必须在结构平面图中设计抗震结构。输入软件进行建模是当前首要程序,如果现有的抗震强度为6度,根据建筑抗震设计规范,是可以不进行截面抗震验算的,但是必须保证相关抗震措施到位,其次砌体结构不需要在软件中建模,直接设计即可,但是要考虑到受压和受力的问题,为了保证建筑设计的合理性,还是进行输入建模比较好。在整个体系中如果抗震级别在7度及7度以上,则必须输入建模计算,保证数据的正确性。
3、加强抗震结构设计
在对建筑结构设计的过程中,对于建筑防震的设计是一个重要的考虑因素,地震的威力很大,对于高层建筑的打击更是致命的,高层建筑结构设计中应该对防震进行特别的关注,尤其是对处在地震频发地区的建筑物,对它们的防震设计要求要更加严格,对于那些并不处在地震带的高层建筑也要提高重视。在高层建筑的高层部分,建筑会变得更加"柔",地震对高层部分的影响也更加大,地震带来的强大力量会造成高层建筑的上半部分变形严重,为了减少的建筑物倒塌的可能性,高层建筑在结构的设计上必须能够保证整栋建筑物的延性,在发生较大形变的时候依然可以保证建筑物不被彻底的损毁。
在房屋结构设计过程中,要综合考虑建筑工程所在地的地理环境、水文土质、抗震等级等,在参考规范的基础之上,通过借鉴其他成功案例的经验,合理安排建筑体从地下到地上,从主体到部分的结构,使建筑结构设计既符合外观的视觉享受,又达到主体的结构安全。
参考文献
[1] 宋志瑜.建筑结构设计中常见问题与解决措施分析[J].城市建筑,2014(4):80-81.
关键词:高层建筑,结构性,结构设计,结构表现
建筑在诞生之初就被认为是技术与审美融合的产物。这就意味着一个好的建筑,它必须经得起适用性、经济性与美观性这三重考验。只有正确符合结构逻辑的建筑才能具有真实的表现力和实际的实践性,单纯追求艺术表现而忽视结构原理设计出来的只能是雕塑作品或虚假的造型而已。而伴随着高层建筑在我国的迅速发展和建筑高度的不断增加,其类型与功能也愈加复杂和多样化,高层建筑的建筑构思与结构设计也越来赳成为工程师们工作的重点之所在。
1、高层建筑的结构性
现代的高层建筑变得越来越纤细,产生更大侧移的可能性比以往大体积的多层高楼要大。建筑愈高,自然界所产生的重力荷载、风荷载和地震荷载的影响愈大。正因如此,抵消这些荷载的结构作用成为高层建筑设计的一个重要方面。高层建筑对侧向荷载的动力反应,可以通过改进结构系统以及选择有效建筑形状的措施加以控制。论文格式,结构表现。因此,高层建筑的形式在很大程度上和结构的有效性能有关,这也就决定了建筑的经济性。建筑的结构性能可以定义为建筑承受荷载以及抵抗侧移的能力,同时也决定着建筑各种体量的组成。
2、高层建筑结构设计特点
1)水平荷载成为决定因素。一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
2)轴向变形不容忽视。高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;还会对预制构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。
3)侧移成为控制指标。论文格式,结构表现。与较低楼房不同,结构侧移已成为高层建筑结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
4)结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言,高层建筑结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
3、高层建筑结构其他设计方法
1)选择有效房屋形式以控制侧移。由于水平荷载成为决定性因素,因而控制侧移成为必要 手段。过去的高层建筑形式多为矩形棱柱体,而从几何观点看,这种形式对侧移是颇为敏感的。倘若采用对侧向力不太敏感的房屋形式,比如外柱倾斜式、上窄下宽式、圆形或椭圆形、三角形和新月形的房屋形式,利用它的几何形状所具有的力学特点,就可使结构更加有效,造价也更低。
2)高层建筑地下室的设置。当今高层建筑的下面都设有地下室,这通常出于两种考虑及需要。一种出于使用要求。比如可将大面积停车场或仓库、机房、配电间等一系列附属用房和人防工程等设于地下,从而节约地上建筑面积。另一种,则是出自结构的考虑和需要,因为设置地下室可减轻地基压力,提高房屋层数,增加房屋抗倾覆力和改善房屋抗震性能和总体刚度。因此,如何减轻作用于地基上的总荷重具有很现实的意义。论文格式,结构表现。
3)高层建筑中转换层的应用。伴随着建筑多层次、多功能的发展,转换层结构应运而生。 转换层属水平结构,用它去改变下方楼层柱子的 排列,或过渡上下层剪力墙的不同布置,以此来 获得特别的楼层柱网即创造大空间并将上部荷载 传递到下面相对少而大的柱或墙上,也是现代高 层结构设计的重要内容。
4)高层建筑防火设计。高层建筑因其巨大的高度和复杂的功能,一旦发生火灾便将造成巨大的危害。因而高层建筑防火问题若不能妥善解决,高层建筑的存在和发展都将受到严重威胁。因此在进行高层建筑防火设计时,要首先考虑结构防火,比如火灾的因素、火灾的控制、消防通道、救护工作以及结构的防火方式等。其次,在明确结构防火目的的同时,还要对防火有效时间和防火程度及范围进行设计。论文格式,结构表现。最后,还要保证建筑的稳定性,即建筑的承重结构必须在防火墙经火灾烧毁后仍能残存下来。论文格式,结构表现。
4、高层建筑结构表现涵义及内容
结构是影响建筑设计的重要因素,当代结构设计已经突破了传统概念上的“结构支撑”,越来越多的重视结构形态的表现性。结构表现成为建筑创作中形态构思的重要方法,结构表现着重挖掘建筑结构中的艺术因素,寻找结构和艺术的结合,变抽象的结构概念为生动的建筑语言。结构的表现不仅因满足功能要求呈现出来,而且通过结构工程师和建筑师的合作,还能实现设计者的个人美好愿望。
建筑结构艺术体现是建立在对工程原理特别是结构的原理和性能理解的基础上,并包含三层含义:效能、经济和雅致。所谓效能就是指在充分发挥结构优势基础上,又充分利用天然资源,从而使其尽可能有效的承受施加在它们上面的荷载。经济也是衡量一个建筑好坏的标准之一,节约天然资源的要求要和节约社会资源的需要相平衡,要做到用最少的钱建造最多功能的建筑,也正是由于设计者们注重经济的理念,将建筑造型与结构造型更有机的结合,才创造了许多伟大的结构艺术品。另外,雅致的结构形式更能够打动人心,引起人们的审美情感。雅致的结构表现因素有很多,比如结构形态的节奏与韵律,张力和动感;结构形态刚与柔的对比;结构形态的简洁与明确,机理与变化;结构形态的精妙平衡等等。
5、高层建筑结构设计与建筑设计理念
从表象层面看,建筑表现为空间方面的概念和形式是表现总体环境的。论文格式,结构表现。对于某个建筑物的最初方案设计,建筑师考虑更多的是它的空间组成特点,而不是详细地确定它的具体结构。但是,关于空间形式的整体设想,也要求建筑师必须考虑建筑形式中有关荷载与抗力之间关系的某些准则,即结构概念。这包括以下几方面:一是所设想的空间形式应当固定在地面上;二是所设想的空间形式应当具有质量并能承受竖向重力荷载;三是所设想的空间形式必须能抵抗水平风力作用和地震作用。所以,在进行高层建筑设计时,建筑师的基本任务是:一方面要与结构工程师及其他T程技术人员协调合作;另一方面要根据建筑功能要求、建筑立意、场地情况、外力特征、施工条件及效率等因素,寻找出最经济,合理,美观的建筑方案。
6、结语
高层建筑设计中,由于水平荷载起主要控制作用,为考虑水平荷载,结构上必须提供必要手段去应付。因此,有些人认为结构在建筑形式中似乎充当了主角地位,这种看法不够正确。如果说结构是建筑设计的唯一准则的话,那么,我们只能由矩形或圆形的高层建筑,建筑设计也只不过重复使用这种单调的建筑形式罢了。但前面的讨论已经给我们启示,现代高层建筑设计中,结构设计与结构表现必须相互配合,这也说明了建筑师与结构工程师充分合作的必要性。因此,我们可以说建筑不仅反映了建筑师对结构工程师的尊重,以结构的构成来表达建筑的完美形式;它更反映了结构工程师对建筑师的理解,以创造性的结构处理去适应建筑功能的需要。
参考文献:
1.陈天虹,林英舜,王鹏种.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术,2006,37(5):371-373.
2.崔昌禹,严慧.结构形态创构方法-改进进化论方法及其工程应用[J].土木工程学报,2006,10,39(10),42-47
论文关键词:钢筋混凝土;地基与基础设计;概念设计;问题;
一、概念设计
结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。选择对抗震有利的结构方案和布置,采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施,设计延性结构和延性结构构件,分析结构薄弱部位,并采取相应的措施,避免薄弱层过早破坏,防止局部破坏引起连锁效应,避免设计静定结构,采取二道防线措施等每个设计步骤中都贯穿了结构概念设计内容。强调结构概念设计的重要性,是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定,设计中不能陷入只凭计算的误区。以下一些问题值得探讨:
1.在结构体系上,应重视结构的选型和平、立面布置的规则性,择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径,结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。
2.一般工程都仅进行小震下的弹性设计,而用概念设计和构造措施保证“中震可修,大震不倒”,但没有验算和证实,那么建筑物是否真能做到“中震可修,大震不倒”,无人知晓。对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑,审查专家往往会提出更具体的设计指标:(1)中震或大震不屈服设计;(2)中震或大震弹性设计;要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标。
3.建筑物是应当有个性的,不应当千面一物。基于性能的抗震设计理念的特点是,使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,允许按照业主的要求选择不同层次的抗震性能目标作为设计者的设计依据。例如业主可以提出更高的抗震设防要求,按中(大)震不屈服设计或中(大)震弹性设计,保证重要的建筑物在大地震作用下不影响正常使用功
能,而不仅仅是不坏不倒。
4.水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用,应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力;结构刚度选择时,虽可考虑场地特征,选择结构刚度以减少地震作用效应,但是也要注意控制结构变形的增大,过大的变形将会因P-Δ效应过大而导致结构破坏;结构除需要满足水平方向刚度和抗震能力外,还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。
5.在一个独立的结构单元内,应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位;避免在凹角和端部设置楼、电梯间;减少地震作用下的扭转效应。竖向体型尽量避免外挑,内收也不宜过多、过急,结构刚度、承载力沿房屋高度方向不宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱的部位。应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力。根据具体情况,结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。高层建筑的结构单元应采取加强连接的方法。
二、结构选型问题
对于高层结构而言,在工程设计的结构选型阶段,结构工程师应该注意以下几点:
1、结构的规则性问题
新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。
2、结构的超高问题
在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A 级高度的建筑外,增加了 B 级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题,导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
3、嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
4、短肢剪力墙的设置问题
在新规范中,对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中,结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
三、地基与基础设计问题
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素,因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定,因此,作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要对地方规范进行深入地学习,以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。
四、结构计算与分析问题
在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进,因此,结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。
1、结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWE、TAT、TBSA 或 ETABS、SAP 等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以,在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时间和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2、是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算。
3、非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
1.通过广泛的文献检索和兄弟院校的实地考察,召开专题研讨会,集思广益,正确认识地方高校应用型人才培养定位问题;明确注册工程师制对人员素质、业务能力、知识结构的要求。
2.在前期调研考察的基础上,针对现有土木专业人才培养模式和方案进行问题研讨,设计适应注册工程师制度要求的土木工程专业应用型人才培养方案。
(1)适应性的教学管理工作改革
建立教学管三方共同参与的教学管理新机制,努力开发和利用人的创造力,给教师和学生充分的教学管理决策权、监督权,实现教、学、管三方在教学管理中的目的共同、手段互助和平等协商。
(2)人才培养方案、课程建设等核心教学工作
A.进行人才培养方案修订,专业核心课程课时量适当增加,非核心课程课时量适当减少,增加实践环节课时量,包括课程实验、课程设计、企业认识实习等,达到总学时的30%。B.鼓励教师进行课程教学改革,采用案例项目教学、现场教学等多种教学形式;进行精品课程建设,以精品课程建设提升教学质量和水平。C.鼓励教师根据生源状况和人才培养的目标,编写适合的应用型本科教材。教材建设作为保证和提高教学质量的重要支柱和基础,体现教学内容和教学方法的知识载体,在培养应用型人才中的作用显而易见。
(3)师资队伍建设
提高学生的工程实践能力首先要提高教师的工程实践能力。为适应应用型教育的需要,组建校企结合、职责分明、梯队合理的工程教育师资队伍。A.倡导教师把论文写在项目上,研究做在实践中,成果转化在企业里。B.要求教师具备“企业工作经历、名校进修经历”两种经历。C.采取引进来、走出去的措施(引进来,就是引进施工设计等生产单位具有丰富理论及实际经验的工程师来校办讲座和指导实践教学;走出去,就是鼓励教师,特别是青年教师到生产企业兼职、学习或合作开展科学研究和技术开发,提高教师的工程能力)。
二、预期实施效果
将土木工程专业课程设置与注册工程师制度有机结合,明确地方高校人才培养定位,加强青年教师实践能力的培养,以实践教学为主线、基于项目的学习,培养适应注册工程师制度要求,具备扎实的本专业的专业理论、专业基础知识,还应该具备相关或其他方面的专业知识,并尽可能做到一专多能或多专多能的复合型、高层次、应用型人才。
三、结语
【关键词】建筑结构;结构设计;常见问题;施工质量;设计质量
引言
一直以来,支撑和满足建筑空间嘴重要的一个体系就是建筑结构,结构设计它是一门非常具有学问的学科,随着科学技术不断发展,和新技术的不断进步,建筑结构设计也在不断地进步着。即便如此,它的基本原理却是一成不变的,因此,结构设计最根本的理论依据就非这些基本原理构莫属了。虽然我们并不会经常在工程师的图纸上看到这些基本原理,但是有一点我们不能否认,那就是始终指导与贯穿着结构设计全过程的正是这些基本原理。在实际操作之中, 因为不同的原因, 结构设计人员容易在砌体结构设计、屋面梁与配筋、高层建筑结构的设计等等环节出现一些问题,导致失误。主要问题有以下几点:
1 砌体结构的设计
1.1 多层砌体房屋的建筑局部尺寸都不能满足抗震要求,此部位没有设构造筋。国家有关条例规定,抗震设防烈度为6度、7度时,承重窗间墙最小宽度、承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、非承重外墙尽端至门窗洞边的最小距离、内墙阳角至门窗洞边的最小距离不应当小于lm。结构破坏最容易的地方就是这些局部部位,在这些部位不能满足要求的条件下,结构设计应采取一定的弥补措施,例如:采取加强的构造柱、增加横向配筋等措施。
1.2 房屋四角与其余部位构造柱采用一样的配筋。建筑抗震有关规定,房屋四角构造柱可适当加大配筋和截面。有些设计人员不论什么部位,都采用一样的设置,这种做法会导致各种柱体的作用得不到充分发挥,还会造成浪费。比如房屋外墙最容易损坏的部位就是它的四个角,在构造柱的设计上面,应当适当的加强。
1.3 砌体结构布置方式可以有几下分析:横墙共同承重的结构布置。对于空间较大的,设有沿进深方向的梁支承于纵墙上,就让纵墙来承担其重量。楼板沿纵向搁置, 就会形成横墙承担重量,横墙间距不入,一般就能满足抗震的需求,,同时纵墙因为存在轴压力,所以就提高了抗剪的能力。另一方案就是纵墙承重与横墙承重沿竖向交替布置,但是此种方案在实际操作中使用的并不多见。纵墙承重的结构布置方案,横墙间距大、数量小,并且轴压力较小,所以对抗震极其不利,纵墙多容易引起弯曲破坏所以在选用的时候要小心谨慎才是。混合承重结构布置的方式较为各异 ,,比如内框架砌体结构、底层框架砌体结构和局部框架砌体结构等等。此结构体系由两种结构体系组成,弹性模量以及动力性能两种,这两个组成部分相差较大,所以抗震结构形式并不是很好。但它能满足建筑使用的要求。使用空间也很大。总之,选择哪种砌体结构是抗震结构设计中的关键环节,应当从抗震的概念设计出发,综合建筑使用功能、技术、经济和施工等方面来正确选择。
2 屋面梁和配筋
2.1 屋面梁配筋太少。结构建模时,设计人员为了方便,屋面梁直接使用和层梁一样的尺寸。因为屋面梁荷载很小,计算结果配筋很少,因此屋面梁在温度变化、混凝土收缩和受力等作用下因配筋率过低导致裂缝宽度较大。
2.2 受扭屋面梁缺少必要的腰筋。对于一般的梁,为了保持钢筋骨架的刚度,同时为了承受温度和收缩应力及防止梁腹出现过大的裂缝,一般构造措施为梁腹板高度大于450mm时加设腰筋,它的间距要小于200mm,然后拉筋勾连。对于受扭构件有关条例的规定,其纵向受力钢筋的间距应小于200mm与梁截面短边长度。对于设置悬挑檐口的屋面梁,在结构设计中误等同一般梁,未按受扭构件设计配筋。
2.3 楼层平面刚度。一些设计在缺乏基本的结构观念以及结构布置缺乏必要措施的时候,采用楼板变形的计算程序。即使程序的编程在数学力学模型上是成立的,甚至是准确无误的,可是在确定楼板变形程度上却很难做得非常精确。首先计算的大前提都做不到“精确”,就更不要指望其结果会“正确”了。据此进行的结构设计肯定存在着结构不安全成分或者结构某些部位或构件安全储备过大等现象。为了使程序的计算结果基本上反映结构的真实受力状况而不会导致根本性的误差,设计时就要尽量将楼层设计成刚性楼面。
3 高层建筑结构的设计
在高层建筑结构设计中, 高层建筑结构平面和立面形式的选择,要让建筑的三心,即几何形心、刚度中心和结构重心尽量汇于一点,也就是三心合一。加入在结构设计中不能做到这一点,那么就会产生扭转问题。扭转问题就是结构在水平荷载作用下发生的扭转振动效应。 它在风载等水平荷载载荷情况下会对结构产生危害,为避免由此产生的危害,就要求在结构设计的同时,选择合理的结构形式以及平面布局,尽量地让建筑物达到三心合一的效果,因此在选择的时候,平面以及立面形式是极其关键的。高层建筑的平面一般要采用简单、规则和对称的形状,而至于非常复杂的平面形式,是要尽量避免使用的,以往震害的资料表明,高层建筑物容易造成震害的主要原因就在于。平面布置不对称、过多的外凸和内凹等复杂形式。在高层结构的抗震设计中,结构体系的选择、布置和构造措施比软件的计算结果是否精确更能影响结构的安全,不仅要考虑结构安全因素,而且要综合考虑建筑美观、结构合理和便于施工以及工程造价等多方面因素。资料及力学分析表明,在不对称结构中,结构在凹凸拐角等处容易造成应力集中,因此会带来破坏,在实际应用中应尽量避免。至于完全对称的结构,也应注意凸出部分的尺寸比例。对于凸出部分过长的,结构设计中就应采取相应的补救措施。结构的竖向布置要尽力做到刚度均匀并连续,避免结构的刚度突变及出现软弱层。刚度突变和软弱层的出现一般都是由于切断剪力墙造成的,如果在结构设计中要求一定要切断少数剪力墙时,其他剪力墙在该切断层处就要必须加强。总之,标新立异的平面和立面设计是以结构的抗震及安全性能为代价的。
4 总结
建筑结构设计的推动者和执行者就是结构工程师。因此。想要让建筑结构设计更加可靠、经济、安全、适用,就必须充分发挥结构工程师的突破能力。这就需要工程界和教育界直接共同配合。不但要加强计算机的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究应用,还要推广概念设计思想。相信在我们的共同努力与配合下,我们的设计水平一定会有很大的提高。
参考文献
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学生考虑问题深入,对学生都给予较好的评语。其余学生由教研组组成答辨小姐进行逐个答辨。毕业设计的成果,基本反映了学生独立工作能力的水平。
这次毕业设计工作,给予我们不少启发,下面就今后毕业设计工作谈一些想法。
一、选择结合实际任务的不同类型毕业设计课题,进一步提高学生的独立工作能力
建筑结构工程专业的培养目标是学生毕业后既能从事建筑结构的设计和研究,又能从事建筑工程的施工和管理,但他们在学校里要着重进行的是作为结构工程师的基本训练。为了达到这个目标,必须在整个教学中加强基本理论,重视基本技能训综,切实安排好实践环节,以及认真做好最后一个学期的毕业设计工作。
在各种教学安排中,传授知识和培养能力是学校教学的两个方面,而能力和创新精神却是提髙教学质量的重要标志。能力和创新精神的丨川练应当贯穿在各个教学环节之中,使学生由低到高地受到连续的训练和薰陶。但是毕业设计却是贯彻理论联系实际原则和综合训练独立工作能力的最后的也是最重要环节。它对保证学生质量起着其它教学环节所不能代替的作用,因而必需予以髙度的重视和精心安排。
从历史沿革看,我系本专业毕业设计曾有几种做法:解放初期没有毕业设计,学生祗是在临毕业前阅读几篇文献,写份读书报告;学苏后开始设置毕业设计,做的是假拟题目,分建筑.结构、施工三个阶段进行“总装配”;58年后实行“真刀真枪”的毕业没计,学生在一个小组里结合实际设计任务经历结构设计的全过程;61年后“真刀真枪'’和“真题假做”的结构设计题目件举,同时引入少呈科研題目,使学生学会科研方法。
我们认为把毕业设计作为“总装配”也好,作为“经历结构设计全过程”也好,作为“学会科研方法”也好,它们都有正确的一面,但也有困难的一面,而且不能概括毕业设计的基本要求。例如进行“建筑、结构、施工”的三阶段总装配,好处是学生能将已学知识联系起来解决工程问题。但毕业设计时间短,学生要忙于完成三阶段任务,精力分散,不易做到深入钻研,不能更好地培养独立工作能力和创新精神。又如“经历结构设计全过程”的做法,好处是真刀真枪,能调动学生积极性,是一次实战淚习。但生产和教学矛盾突出,例如设计资料常变动,各设计工种间技术矛盾很多,施工单位会提出种种实际问题要求推翻已做好的设计,因此学生会做大量重复性工作,有的不属于基本教学要求。
我们认为毕业设计的基本要求,槪括起来应做到“两彳、进一步”一就是进一步理论联系实际,进一步训练能力;抓住“三个性”——就是要求学生做毕业设计时具有综合性、独立性和创造性。这里所谓“进一步”,就是把毕业设计和其它教学环节联系起来考虑,有些训练可以在其它教学环节中基本完成,而在毕业设计中强调的则是进一步的提高。所谓“三个性”,就是在综合进行“总装配”的基础上,强调培养独立工作能力和创新精神。
为了达到这个目标,可供选择的毕业设计课题是广泛的。它可以是设计题目,可以是研究设计任务,也可以是本专业在结构、力学、材料、施工方面的科研专题。这里有一个核心问题,就是毕业设计题目要结合实际任务,它应该或者是一项实际生产任务或者是一个有现实意义的课题。学生不仅在毕业设计中能经历一次设计的或小型科研的全过程,而且有为推动四化建设尽自己力量的责任感。有了这一点,学生就会有极大的主动性和极积性去研究解决各种工程实际问题,做一些有创新意义的工作。也就能使学生在毕业设计中更有目的地钻研和运用理论,锻炼基本技能,自觉提高独立工作能力,自始至终地用高标准要求自己,最后达到培养目标要求。
二、抓好毕业设计前各个教学环节(尤其是实践环节),是提高毕此设计水平的重要条件
建筑结构工程专业是设计类型的专业,培养目标测重于结构设计和设计问题的研究。上述毕业设计安排能不能完成培养目标赋予的任务?会不会削弱结构设计方面的训练?这是必须认真考虑的问题。
我们认为,一个结构工程师,除了有宽厚的理论基础外,必须有严S的学风,有熟练的运算、绘图和应用规范手册的技能,有一定的处理构造和施工问题的能力。这三方面是进行结构设计的基本要求。但要成为有作为的工程师,这些要求是不够的。他还要有丰富的想象力,能做出好的设计方案,会处理新的工程问题L.这祥才能使生产不断发展。所有这些学风、技能和能力训练,显然不能只在一个毕业设计环节中加以完成,而是大学五年培养的结果。大学平时教学环节和毕业计,@;一t有整体。所以,适当地对平时教学和毕业设计进行分工,将一些更基本的丨川练放庄F时教学中,尤其在乍时实践环节中加以完成,而毕业设计丨则重对培养综合性的理论联系实际的能力,独立工作能力和创新精神,则是可取的。
例如,学生测量实习时,我们可以要求他们在2~3周内完成一个广区(或地区)的实际测图任务,学生测绘的地形地物图作为该厂的竣工图或在该地区进行基建的依据。
学生肩负了生产任务,就能认真地对待每一个读数,处理每一个数据,绘制每一根线条。这样就能在不长时间内锻炼严谨的学风,为今后培养更好的学风打下基础。
又如我们有意地在一些课程设计和大作业中安排工程技能的训练。譬如在“单层厂房结构设计”中,我们可以要求学生对一个典型厂房进行构件选型、主体结构和构件计算、处理各种构造问题、画出结构布置图、节点大样图、构件模板配筋图、材料表等。
他们的计算和图纸大体应达到生产用结构计算书和结构施工图的水平。这样就使学生在课程设计阶段基本完成过去毕业设计中对结构施工图训练的要求,在毕业设计中就有更多时间去考虑新方案和新专题。在“髙层建筑结构”作业中,我们还可以要求学生进行一个较复杂的结构构件计算,了解一般结构工程的计算方法、步骤以及怎样进行数值校核的方法。那么学生在毕业设计中就能摆脱一些数值运算钏练要求,用计算机进行工程计算:腾出精力去研究更为复杂的问题。
施工实习时,我们选择宝钢工地作为实习现场。那里有宏伟的建设场面,有先进的施工机械,有众多的技术课题,有经验丰富的技术人员指导。我们要求学生在完成实习任务的同时,为工地解决一、两个实际工程问题,写出专题报告,由工地技术人员负责审阅鉴定。例如有的学生为了统一异型钢模板类型,改进了某项设计,可节约数十吨钢材;有些学生对上海地区降水工程的历史和现状进行了调査分析,或者对宝钢工程中的基坑边坡稳定问题进行分析讨论。他们都写出有价值的专题报告,受到好评。在77和78级两届实习中,学生几乎一致认为:“施工实习使我们开阔了眼界,学习了施工知识,受到了一次从未有过的独立工作锻炼,在能力培养上有一个飞跃”。
我们体会学生经过测量实习、课程设计、施工实习等实践环节训练后,在学风、技能和能力上,每次都能迈上一个台阶。如果思想抓紧,措施得力,一步一个脚印地前进,他们的进步将是不小的。这些训练都能为毕业设计打下基础,有些工程技术训练大体得到解决,有些能力培养有了良好开端。在这个前提下,无疑地应该而且可以对毕业设计提出更髙的要求。
三、不同类型毕北设计题目的做法和要求
根据上面的毕业设计要求和我们的具体条件,我们认为毕业设计净时间以16~17周为宜,毕业设计选题以三类为宜,即“设计类”、“设计研究类”和“其它形式研究类”。由于本专业培养目标和学生毕业后岗位都侧重于结构设计和研究工作,所以前两类题目应该多一些;又由于教学计划中对结构课程设计已有一定训练,所以单纯设计的题目也不宜太多,以免过多重复。至于三类题目的比例,要看每届毕业设计前的具体情况而定。
1.设计类题目,指的是学生所参加的实际设计任务,或以实际任务为背景的题目。这类毕业设计大体可分收集资料、方案、计算、绘施工图、总结等个五阶段进行。
在第一、二阶段中,要考虑建筑、结构、施工三方面问题;在绘图阶段学生应参加各设计工种的技术讨论和汇总工作;在总结阶段有人可写专题,有人可做本工程设计的业务总结。参加这类题目的学生一般可由三种人组成:基本技能尚嫌不足的学生,对结构设计有特长的学生以及少数成绩优秀、组织能力较强的学生。
2. 设计研究类题目,指的是学生所参加的某项实际工程设计任务中的研究专题。
也可以是学生在参加某项工程的部分设计后,着重解决一、两个专题。做这种专题时,在设计方面要求学生达到技术设计阶段的要求,有一定份量的计算和绘图工作;在研究方面要求学生有较深入的理论分析,有自己独立的和创新的见解,有一些专题论文。参加这类题目的学生人数应该比另两类题目多。这些学生对一般性的设计技能已有一定的训练,有较好的自学能力,因而在毕业设计中有可能对他们进行进一步提高的训练。
我们认为这类题目可以多一些,原因有四:
①学生在结构设计上至少能做到技术设计阶段,在研究上有自己的专题,能够满足毕业设计的基本要求;
②不受生产任务在时间上和工作量上的限制,生产和教学的矛盾不大,又能为生产和技术改造直接服务;
③题目与教师的科研能结合。目前教师的科研大体有两类:一类是基本理论,一类是工程技术专题。后一类更容易结合。教师指导这类题,花时间不多,收效却不小。
学生又能为教师的科研提供必要的数据,所以教师愿意带;
④与当前土建技术发展方向结合(例如髙层结构的某些专题,结构优化问题,抗震分析等),比较有生命力。
3. 研究类题目,指的是学生所参加的结构设计以外的专题研究,
如结构实验研究、施工专题研究、结构力学专题研究、建筑材料专题研究等。有的可以实验研究为主,有的可以理论研究为主。本科生做专题研究,可以在教师指导下进行,也可以和硕士研究生组成梯队。本科生和硕士研究生进行研究的区别之一是研究生一人一题,而本科生一般都由几个人合作进行。他们在一起做实验,进行理论分析,互相启发和补充,但每人必须有自己的工作5得出自己的见解和结论,写出自己的论文。参加这类题目的学生是少数。他们理论基础和技能训练都比较好,有较强的自学能力,并a在平时表现出对结构实验、施工.力学.材料等方面有较大的兴趣和爱好。
【关键词】 高层建筑 结构选型 体系
正文
1 结构选型
结构是一个建筑的骨架,也是主体,对于高层建筑,结构的选型更是重中之重,结构工程师应该注意下列几个方面:
1.1 结构的规则性问题。在新旧规范这方面的内容有了很大的改动,新规范在强化了这方面的内容,增加了许多新的限制条件。例如:嵌固端上下层的刚度比信息、平面规则性信息等,并且,新规范新增了一条强制性条文规定(建筑不采用严重不规则设计方案) 。所以,对于结构工程师在设计高层建筑时必须严格遵守这些新的改动,避免后期工作的失误。
1.2 结构的超高问题。抗震规范中,对结构的总高度都着相当严格的限制,特别是在规范中更是强化了这一点,不仅将原来的限制高度定为A级高度建筑外,还增设了B级高度的建筑,现在的建筑商有时为了利益最大化,对高度的限定都是马马虎虎,有时结构为B级高度建筑甚至超过,但是设计方法和处理措施没有发生改变,导致施工出现严重的问题。因此,必须对结构该项的控制因素严格注意。
1.3 短肢剪力墙设置问题。新规范中,将墙肢截面高厚比为5~8的墙体定义为短肢剪力墙,并对短肢剪力墙特别是在高层建筑中应用增加很多的限制,所以设计人员在高层建筑中应尽量避免采用短肢剪力墙,减少后期设计的麻烦。
1.4 嵌固端设置问题。现在的高层建筑一般都有一层或一层以上的地下室和人防通道,所以嵌固端有可能设置人防顶板等位置,也有可能设置在在地下室顶板,因此,设计工程师往往忽略了由嵌固端的设置带来的一系列要考虑的问题,例如:嵌固端上下层刚度比限制、嵌固端楼板设计、结构整体计算嵌固端设置、结构抗震缝的设置和嵌固端位置协调、嵌固端上下层抗震等级一致性等等,任意忽略其中一个问题都有可能带来不可估量的安全隐患,甚至导致整个结构的返工。
2 结构体系
2.1 结构刚度。高层建筑结构的抗震性与抗侧刚度有很大的关系。设计的建筑物是偏刚性还是偏柔性,因人而异。这样就导致各结构物经济指标有很大的区别,目前的建筑设计的都比较偏于刚性.高层建筑中,剪力墙较多,而且墙普遍较厚,计算出最大的相对侧移值只有1/3000~1/5000,有的甚至更小。但是根据常年的经验,在那些土质好,基岩埋置也比较浅的地区,且高层建筑采用桩基的时候,地基特征值较小,所以高层建筑的抗侧刚度可以设计得柔些。把结构的极限变形能力作为控制值。如果满足变形的限值,结构刚度尽可能设计的小些。这样,不仅减低地震作用,也降低场地与建筑物发生共振的可能性,还有可以满足经济要求。
2.2 侧向位移的限值。高层建筑结构的水平位移与建筑物的高度成正相关。为了防止位移过大,建筑规范对顶点位移和每一层的位移都有一定的限制。控制位移的主要目的是满足人们的居住需要,并且使人在工作的时候有舒适感和满足抗震需要。人的舒适感主要与结构的顶点的加速度和自振周期有关。另外,控制位移是保证结构遭遇强烈地震不发生倒塌的关键因素。控制层间位移的主要目的是防止装饰物,填充墙等非结构构件的开裂与损坏。弯曲产生的变形以及剪切产生的变形对构件内力的影响也是不相同的。
2.3 后浇带。由于结构水平位移过长,温度变化,受力不均匀等原因,需要设置三缝(抗震缝,伸缩缝,沉降缝)。有些建筑结构对缝的处理比较困难,而建筑规范对此要求有比较高。现在越来越多的设计人员都用后浇带代替结构缝。就是在施工时,先预留800~1000mm左右的缝,等过一段时间再后浇混凝土。用于代替沉降缝的后浇带,一般后浇时间为主体结构完工后开始施工。一般情况,如果基础置于压缩模量较大的土层或砂土上,则在后浇混凝土前建筑物沉降已基本趋于稳定,这种情况利用后浇带代替沉降缝基本是可取的。但是如果建筑基础置于压缩横量较小的土层,建筑沉降需很长的时间,后期沉降量占有一定的比倒,后浇带浇灌之后还会继续沉降,后浇带就不能代替沉降缝了。这就要在结构上理由其它构造措旋来解决。对于代替伸缩缝的后浇带,一般后浇带预留时间为几个月。此时,采用后浇带,混凝土浇灌时收缩变形一般不产生附加应力,后浇带能起到较好的作用。但在后浇带浇灌后乃至建筑物整个正常使用阶段,由于自然温差引起的伸缩缝仍会产生一定附加应力。此时的情况与不设后浇带是一样的,这种情况需要引起设计人员足够的认识。此外,后浇带处钢筋不可随意切断,不然很难满足锚固长度,特别粱中钢筋较粗,而后浇带的宽一般只有800mm左右。难满足规范的锚固要求,并且同一截面截断所有钢筋锚固也违反规范要求,如果钢筋不截断,则混凝土伸缩时就会产生附加应力,如果此力与正常受力方向一致,就会降低承载力。因此,不同的情况要具体对待,有的结构不能用后浇带代替结构缝的。
3 圈梁的设置
现在高层建筑基本上都是框架剪力墙结构,在剪力墙结构设计中,为了加强楼层整体性,增强楼层刚度,往往在楼层设置圈梁,特别塔楼更是设置多道圈梁,对于预制大楼板结构及内浇外挂类型结构,设置楼层圈梁是有必要的,而对于现在全浇钢筋混凝土剪力墙来说,作用不是特别大。在楼层处,由于楼板的钢筋和墙体的钢筋纵横交错,已无形成了一个圈梁.此时再设置圈梁就会产生钢筋过密的现象,给施工造成很大的困扰。
4 地基和基础
地基与基础设计是整个结构最基础的部分,也是设计人员最为重视的部分。由于该阶段设计过程的好坏不仅仅将直接影响设计人员后期工作的进行,同时,地基基础也是整个工程造价所占比例最大的部分,因此,在这一阶段,如果出现问题就有可能产生严重甚至造成无法估量的损失。
中国各个地区的地貌都有很大的区别,所以在地基基础设计中设计人员要特别注意地方性规范。由于我国的形态百异的地貌,作为国家标准,仅仅一本《地基基础设计规范》是无法对全国各地的地基基础都进行全面详细的描述与规定,因此,建立在国家大标准下的地方标准、地方性的地基基础设计规范更具有现实意义,它能够将各地方的地基基础类型与设计处理方法等成熟的经验描述与规定描述得更为详细和准确,所以,在进行地基基础设计时,一定要重视地方性地基基础,要地方规范进行深入细致地学习,避免对整个后期结构设计工作造成重大的影响。
5 梁柱节点箍筋
现在高层梁节点箍筋施工的问题有:节点构造复杂,施工难度大,钢筋分布密集,特别中间柱子的钢筋纵横交错,箍筋绑扎不方便,当采用整体沉梁时节点区下部的箍筋不好绑扎,会使梁柱节点部位不放或少放柱子箍筋,就会留下严重后患。通过多年的实验,笔者认为可以有下述的改进方法:在柱子节点区箍筋现场焊接,以便在纵向短筋上形成整体骨架,再将整体骨架套入柱纵筋,再搁置于楼板模板面上,穿梁钢筋并绑扎。防止附加短筋位置和柱纵筋冲突而造成套箍困难的问题,附加纵向短筋需偏离箍筋角部约5cm。
结语:总之,钢筋混凝土高层结构设计相当麻烦并且需要多方面考虑的工程,任何的失误或者认识不到位都会对结构产生或大或小的问题。上述的只是笔者通过多年的经验总结。高层建筑中还有许多问题需要进一步探讨。
参考文献
[1] 郭岗 对高层建筑结构选型的分析[期刊论文]-四川建材 2009(2)