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导语:在混凝土结构设计标准的撰写旅程中,学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径,好期刊汇集了九篇优秀范文,愿这些内容能够启发您的创作灵感,引领您探索更多的创作可能。
关键词:建筑工程;混凝土结构设计;问题思考
Abstract: with the development of society, people on the construction of quality requirements are also continuously improve, and the concrete structure design is to ensure the quality of engineering is one of the main factors, must be to ensure that the design is scientific and reasonable, therefore, this article mainly aims at the construction of concrete structure design and related problems are analyzed and discussed.
Key words: Construction Engineering; concrete structure; question ponder
中图分类号:B032.2文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
随着建筑水平的不断提高,对建筑的耐久性提出了要求。可以说,耐久性是现代建筑的具体表现,而混凝土结构设计与建筑的耐久性密切相关。因此,对建筑工程混凝土结构设计及相关问题思考的探讨有其必要性。
一、建筑工程混凝土结构设计
结构,就是指用来承受荷载或者其他作用的空间骨架体系,而这里我们所讲的混凝土结构,简单来讲,就是指用混凝土做成的能够承载的空间骨架体系。一般而言,混凝土结构主要包括素混凝土结构、普通钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构,此外还还与钢管混凝土、钢纤维混凝土、组合结构等等,这些都是建筑工程中所涉及到的一些问题。以下针对混凝土结构设计进行具体的分析:
1.参数分析
首先,抗震设计。在混凝土结构中,地震作用及结构振动特性的分析是其中的一个关键参数,此外,还要荷载统计、初拟梁板柱截面、手算各工况下内力、按荷载规范进行内力组合、复核正常使用及承载能力极限状态等等,需要要设计时,设计人员要对这些参数进行认真的计算和分析,提高参数设计的准确性和精度。
其次,在混凝土结构设计中,还有一个参数就是长期荷载和短期荷载。所谓长期荷载就是指包括混凝土自重、上部承重等在内的长期作用的荷载,而短期荷载,就是指在施工过程中以及在工完工后,短期作用下结构的荷载,具体包括风、人、雨雪、车辆荷载,等等。为此,需要设计人员做好分析与计算,控制好结构的挠度变形,从而来提高结构的安全性与稳定性。
此外,在混凝土结构设计中,采用承载力极限状态计算时对荷载和材料强度有一定的要求,需要用设计值和标准值对比,并通过计算软件,输入材料的强度,采用承载力极限状态计算,进而达到工程要求的设计值。
2.柱的设计
首先,截面设计。建筑工程混凝土结构中柱的截面尺寸,一般都是从下到上逐渐缩短,这样做的主要目的就是了保证设计更加合理,进而节约投资。通常情况下,截面尺寸减少时,其间隔层数要控制在3-5层左右,间隔不可以过密,否则会给施工带来不便,还会造成模板浪费,若是太疏,则可能会增加投资,提高工程造价。同时,对于每一次减少的尺寸最好控制在100-150,为了保证工程结构的竖向刚度,减少范围不可过大也不可过小,在具体的施工中,要以混凝土结构设计规范中的相关规定进行,合理控制柱的高度与宽度;对于柱的截面直径一般要超过 350mm。
其次,箍筋肢距。对于这个阶段的设计,一定要根据工程的抗震设计为标准,控制箍筋肢距的合理性,要求一级抗震设计要小于 200mm,二、三级抗震设计要小于250mm ,四极抗震设计则不可以超过300mm,此外,对于箍筋的水平距离的控制,要根据工程的实际需要,均匀布置,另外,在浇捣混凝土的过程中,要利用导管,将混凝土引到根部位置,然后逐渐浇灌即可。
3.梁的设计
在进行梁的设计,一般框架梁的负筋,只需要根据计算的结果,进行配置就可以,在没有特殊要求下,不需要增加配筋量,同时,还要控制好梁侧纵向钢筋的配置以及箍筋的配筋率,这就需要在框架结构设计时,针对底层地面的高差,确定地梁顶标高,如地面标高为-0.900,则要根据地梁顶标高确定的原则,结合地梁作用,保证柱脚的联系拉结,防止墙体沉降。此外,对于地梁标高确定,要遵循以下设计原则:一、室内正负零以下200MM以下(留室内地坪做法);二、留出进出室内地下管道空间(水、电、燃气等)。
另外,要控制好梁侧纵向钢筋的直径,不可以过大,这样的做的主要目的是为了防止建筑物坍塌。为此,需要设计者对原结构、构件等做好科学设计,并且要为其提供附加的安全保护,提高梁结构的承载力。
二、强化混凝土结构设计有效对策
首先,要加强效应计算,在工程结构设计中,利用结构力学知识,结合设计规范的要求,提高结构可靠度,同时,还要保证设计统一性,以此来提高结构的抗震效果,避免结构剪力变形。
其次,强化截面设计,在实际工作中,根据各个控制截面的面积,合理控制基本构件的抗力,并且要处理好截面面积与抗力的关系,设计人员可以根据结构设计要求,提高截面设计的合理性。
第三,重视构造设计,设计人员要采取有效的构造设计措施,强化混凝土结构的承载力,既要满足建筑的功能需求,也要满足抗震要求,并且在设计图上详细标明。
此外,在结构的设计时,一定以现行的国家规范为标准,设计出的结构不仅要符合“安全、适用、耐久”的要求外,同时还在达到经济性,避免工程施工中不必要的浪费。
总结:
总而言之,在建筑工程中,混凝土结构设计具有一定的复杂性与综合性,尤其是随着时间的发展,相关技术正在不断的进步和完善,与此同时,相关的规范和标准也不断地改变,为此,需要设计人员对现行设计标准进行分析,并严格按照设计要求,提高混凝土结构设计的科学性,保证建筑施工的质量。
参考文献:
[1]刘慧芝,李福来.浅析建筑结构设计中的概念设计与技术措施[J].中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(04)
[2]马远荣,唐小弟.混凝土结构设计原理中的相关问题探讨[J].中南林业科技大学学报. 2009(01)
[3]梁敏成.混凝土结构设计及施工中的注意事项[J].中国新技术新产品. 2009(07)
作者简介:
第一作者:赵利侠(1979—),男,汉族,山西闻喜 ,硕士研究生,工程师 单位-中国联合工程公司,毕业院校-合肥工业大学
关键词:水工钢筋混凝土结构学;课程教学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)20-0112-02
“水工钢筋混凝土结构学”是华北水利水电大学水利类专业必修的专业基础课,是一门实践性很强,与现行规范、规程等有关的专业基础课。通过本课程的学习,让学生了解本学科的发展方向和研究进展,掌握水工钢筋混凝土结构构件设计的基本理论、设计方法和构造知识,并能正确理解、规范使用,从而培养学生从事结构设计的基本技术技能,为以后学习有关专业课程和从事水工钢筋混凝土结构设计工作打下坚实的基础。考虑专业方向不同,该课程有48学时和64学时两种授课计划,主要讲授:混凝土结构材料的性能,设计原则,受力构件(受弯、受压、受拉、受扭)的破坏特征及设计方法,钢筋混凝土构件的抗裂、裂缝宽度和构件挠度验算,钢筋混凝土肋形结构及刚架结构设计,预应力混凝土基本概念(48学时的不讲)等[1]。
2010年6月,教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”;2013年6月,我国成为《华盛顿协议》的预备成员,工程教育(专业)认证进入了实质性的实施阶段;近年来,相关专业注册工程师执业资格制度逐渐完善。这些制度的制定和实施更好地满足经济社会发展对高素质创新性人才的需要,作为实践性极强的《水工钢筋混凝土结构学》课程,如何适应市场对工程师的需求,构建合理的教学模式,是教学工作者需要深思的问题。根据多年的课堂理论教学和工程实践,作者对该课程的教学模式提出了几点建议。
一、课程内容总介绍
混凝土结构课程具有内容多、涉及面广、经验强、公式多、符号多、构造规定多、实践性强的特点。既有理论推导,又有试验研究,同时还与规范、工程实际联系密切,因此教学难度较大,对于没有实际工程经验的学生来说,理解和掌握该课程的难度较大[2]。为了使学生理解和掌握结构系统概念,了解本课程的主要层次关系,从全局把握学习重点,理清学习思路,本文把该课程的内容比作竞技运动会,荷载效应和结构抗力就是参赛团队间的PK,具体对比如表1所示。通过这种对比方式,同学们都能从整体上了解该课程的主要内容。
二、现实生活生动对比法
水工钢筋混凝土结构这门课程里面有很多比较抽象的概念,学生理解起来比较困难,很难记忆。针对这种现象,作者采用了现实生活生动对比法,把学生身边的事情和见闻融入到课程内容的记忆中来,起到了良好的效果。例如:(1)课程的全部内容相当于两个选手的比赛,即结构抗力和荷载效应的PK;(2)光面钢筋和变形钢筋粘结力的组成用钉入木料中的普通钉和螺丝钉的差别来理解;(3)偶然荷载用“中大彩票”来对比,只不过偶然荷载是对结构的致命打击,而中打彩票是人生的特大惊喜,它们的共同点就是发生的机会很渺小;(4)极限状态用学校的规章制度GPA=2.0来对比,两种极限状态,即正常使用极限状态和承载能力极限状态就相当于学生的学位证书和毕业证书。想要完成学业,就要好好学习,满足GPA的要求,取得学位证书和毕业证书;(5)混凝土的在长期荷载作用下的徐变相当于学生受50kg荷载时,慢慢垮下的状态;(6)钢筋的冷弯性能,好比开车的车技,转弯半径越小,转的角度越大,说明开车水平越高,冷弯性能越好;(7)荷载效应和结构抗力。荷载效应就是我打你一拳(一拳就是荷载),你感觉到疼(疼就是荷载效应);结构抗力就是你的承受疼的能力,如果是个柔弱的学生,可能就被打倒了,而强壮的学生,就不会被打倒,这就说明结构抗力只与自身的因素有关,与外部荷载没有关系。
三、多媒体技术同传统教学有机结合起来
水工钢筋混凝土结构这门课程具有难度大、专业性强、内容多的特点,教材的编写不可能与工程实际情况同步,要想在有限的课时中完成教学任务,就要求将多媒体技术同传统的教学方式有机结合起来。教材、板书及语言等传统教学方式虽然能够加强对学生逻辑能力的培养,但无法让学生将知识应用到实际工作中[3]。作者结合精品课程建设,利用多媒体技术和网络教学资源对知识进行综合整理,将混凝土结构知识生动、立体的展示给学生,弥补了传统教学方式的不足;学生通过文字、声音、图片和动画等多种信息加深了对知识的了解和掌握。
1.引入混凝土施工工艺流程视频,了解施工工艺,讲解施工过程中容易出现的问题,提醒学生在结构设计时多多注意。结构设计不仅要满足理论要求,同时还要方便工程的施工。
2.制作flas,生动展现构件的破坏过程。例如受弯构件正截面与斜截面的变形、裂缝开展及最终破坏的全过程、不同柱子受压破坏过程等,同时还会安排4学时的实验课,加强学生对于实验研究的重视。因为该课程的理论公式,都是在实验研究的基础上进行合理的假定得到的。
3.网上收集实际工程中的混凝土、钢筋、梁、柱、板和节点等图片,加深学生对钢筋混凝土结构的理解。
4.板书内容精简化,把重点放在基础概念、适用条件、公式以及计算方法和步骤上,减少实验分析和破坏机理等方面烦琐内容的板书;采用多媒体讲解,多媒体和板书结合,让学生更容易理解和掌握该课程。
四、加强综合能力的培养
1.水工钢筋混凝土结构是一个整体,学习过程应该是认识整体结构合理拆分构件组装构件成结构的过程。而课程的教学程序则是材料截面构件结构,课程教学基本都是在花大量的时间讲构件的设计,导致了学生到最后也不清楚如何整合这些构件成为结构。因此,在开课初期,作者就给学生介绍一个比较熟知的混凝土结构(如5号教学楼),从全局上介绍结构―构件―截面―材料体系,讲清结构设计程序是从结构构件截面,同时构件的受力性能又取决于材料。通过这样的讲授,使学生一开始就建立起结构整体系统的概念,理清了各部分的关系,为课程学习建立了一个总体框架,更重要的是使学生明白了所应解决的问题。
2.把课程设计――渡槽和刚架设计融入到课程教学中来[4]。
3.大作业――受弯构件梁的设计:正截面与斜截面设计、裂缝宽度和变形的校核,整合第2、3、4、8章的内容,通过大作业,让学生理解实际工程中设计梁的流程,避免以后实际工作中的茫然,无从下手。
4.该课程安排了4个学时的试验――受弯构件矩形梁的破坏试验。5~6个同学一组,为了加深学生的理解,从钢筋的绑扎、混凝土的搅拌与浇筑、应变片的粘贴、仪器设备的调整和最终的破坏试验,都要学生全程参与,分工合作。
5.鼓励学生到施工现场参观,观察结构形式,分析梁、板、柱的受力和传力关系,了解各种构件的配筋特点及主要的构造措施,使学生对梁、板、柱等常见的混凝土基本构件和框架结构、剪力墙结构等常见的混凝土结构形式有一些初步的感性认识。
五、加强工程安全意识和标准规范的融入
现行设计标准和规范,是具有法律效力的文件,是设计的重要依据,水工混凝土结构设计必须符合现行规范,符合国内通用图例。作者在课堂教学过程中时刻强调设计标准和规范的重要性,指导学生正确理解和运用相关的设计标准,从而使设计更加规范化,确保工程设计质量。鼓励学生定期从网上查阅近期发生的相关工程事故,分析事故原因,加深对工程安全的理解。邀请企业和设计院的相关专家给学生做讲座,使学生在较短的时间内掌握相关理论和技术在工程项目设计中所遇到的具体问题,贯彻和了解新规范内容和建筑前沿新知识[5]。
六、成绩考核
课程成绩考核依据:平时考勤和作业(20%)+课堂测验(20%)+实验课成绩(10%)+结课考试(50%)。加大了学生平时作业、测验和实验课的成绩,从多个方面给予成绩评定。
七、结语
“水工钢筋混凝土结构”是一门理论与实际紧密联系的课程,既有系统的科学理论又具有很强的工程概念。因此,作者在理论教学过程中采用现实生活生动对比法,将多媒体技术同传统教学有机结合起来,并加强工程安全意识和标准规范的融入,注重学生综合能力的培养,努力使课程教学内容适应市场对“卓越工程师”的需求。
参考文献:
[1]河海大学,武汉大学,大连理工大学,等.水工钢筋混凝土结构学[M].第4版.北京:中国水利水电出版社,2009.
[2]张晓燕,李凤兰,曲福来,等.凝土结构设计原理课程教学方法探讨[J].高等建筑教育,2011,20(1):79-82.
[3]任宜春.“水工钢筋混凝土结构”课程教学方法探讨[J].中国电力教育,2014,(14):105-106.
[关键词]建筑 结构设计 安全度
中图分类号:U414 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)01-0116-01
1.引言
在建筑结构设计中,最重要的基本的问题就是安全度的设计。根据结构设计的角度来看,在平面形状中,三角形结构比圆形、正方形、工字形、椭圆形等结构在抗侧移能力和抗弯曲变形等方面弱很多,因为其具有较大的迎风面,承受的水平风力作用较大,所以说三角形建筑的结构具有较差的安全性。因此,确保建筑结构的安全性是确保建筑物安全的首要前提。
2.建筑结构设计中的安全度概念
在一定的经济条件下,赋予结构以适当的安全度,使得结构在预定的使用期限内能够满足各种预期的功能要求,这是进行建筑结构设计的基本目的,通常来说,建筑结构必须满足一下几点功能:
(1)在正常施工可能出现的各种作用建筑结构必须可以承受,在使用时可能出现的各种作用建筑结构也必须可以承受,而且在遇到偶然发生的事件的时候,建筑结构的整体稳定性仍然可以保持,这也就是我们说的建筑结构的安全性。
(2)在正常时其工作性能良好,也就是建筑结构具有适用性。
(3)在对建筑结构进行日常的维护,建筑结构可以保持长久,也就是耐久性。
建筑结构安全与否的标志就是上述所说的安全性、适用性、耐久性,其总称为结构的安全性。结构的安全度是指在规定的条件下,规定的时间内,对预订功能完成的概率。
3.我国建筑结构设计安全度现状
自从上世纪50年代以来,我国建筑结构的设计方法几经变化,从容许应力设计法到破损阶段设计法,再到极限状态设计法和概率极限状态设计法,但是安全度设计却没有发生什么变化。我国的安全度设计水平一直落后于国际通用设计标准。安全系数、分项系数、可靠指标是安全度在结构设计标准方面的主要表现,同时一些其他因素对于安全度也有影响,比如荷载标准值、结构的构造规定等。通过一些规范来分析比较我国建筑结构设计安全度的现状,国外设计规范取用的荷载值高于我国,国外的材料强度的取值低于我国,国外所用结构承载力计算公式的安全裕度高于我国,有的可能存在不安全的隐患,国外对结构的构造规定远高于我国,例如,我们将我国混凝土结构安全度和国外标准相比,就发现我国的混凝土结构安全度偏低,我国在混凝土构造上规定柱子的压筋的最小配筋率为0.4%,然而前苏联1949年就规范柱子的压筋最小配筋率为0.5%,我国的安全度较低与前苏联的标准,我国规范中要求的梁的拉筋和柱的压筋都明显低于国际标准。这也就表明,在建筑设计结构安全度的每一个环节的安全性都低于国外。
我国在解放初期的时候,因为紧张的物资供应,国家对外备战、对内建设的大环境下,我国从事建筑行业的科研人员为我国事业做出了巨大的工序,因为受到物资、材料、资金等各种因素的限制,他们采用的可能是世界上最低的建筑结构设计安全度,为建国初期的中国建立了许多建筑物,而且经受了几十年的考验,这应该给予极大的肯定,但是从上世界80年代以来,我国的综合国力得到了提升,经济得到了迅猛发展,现行的结构设计安全度对于我国现今的国情已不再符合,结构设计低安全度对于今后的发展不能满足,如果继续按照低结构安全度进行建筑结构设计对于国家眼前和长远的利益都不符合。和国际现有的结构设计标准相比较来看,我国的机构设计水平低于国际标准,这对于我国建筑行业公司走出国门,去国外进行投资是不利的,对于我国的形象是一种损害。因此,在我国现如今综合国力、经济实力都增强的条件下,我国应该选择合理的建筑结构设计安全度,这才利于我国建筑行业的良好发展。
4.从设计思想上进行转变,使安全度水平得到全面提升
4.1 开发商要将高安全性能的建筑结构作为销售的竞争点
建筑结构设计安全度的高低不仅仅是一种纯政府的行为,因为建筑结构是一种特殊的商品,当前房屋的开发商、用户会参与其中。开发商在进行建筑结构安全度设计的时候,一定要本着质量第一、安全达标的标准进行设计,应该为其建造并出售给用户的建筑物的安全质量负责,开发商应该在对售价影响不大的前提下使得安全度得到最大程度的提高,开发商也可以将高的安全性能作为商品的竞争点,得到建筑物用户的认可,提高企业商品的销售量。
4.2 提升结构设计安全度标准,有利于建筑业主利益和要求的满足
根据我国现有的国情来看,现有的低建筑结构设计安全度不能够满足我国建筑业的需求,也很难得到建筑物业主的满意,因此,提高建筑结构设计安全度的标准是势在必行的,这对于提升生产、生活水准也是非常有利的,对于促进国民经济的发展也有一定作用,而且还能够使建筑业主的利益和要求得到满足。
4.3 尽可能合理的多使用合格的钢材
现如今我国综合实力远高于建国初期,物资匮乏的局面以不再,因此,现如今在进行建筑结构安全度设计的时候,应该在建筑主体中尽可能的多使用合的钢材,而没必要像建国初期那样挖空心思的节约钢材,只有在结构安全度设计中合理的多使用钢材,才利于建筑物安全性能的提升,满足开发商和建筑物业主的需要。
5.总结
建筑结构设计安全度设计在确保建筑物安全可靠方面是非常重要的,其对于建筑物的安全性、适用性、耐久性具有重大意义,因此在建筑结构设计中做好安全度的设计是重中之重,本文首先对建筑结构安全度的概念进行了介绍,并探讨分析了我国建筑结构设计安全度设计的现状,并根据我国国情提出了从设计思想上进行转变,全面提升安全度水平的观点,其主要包括开发商要将高安全性能的建筑结构作为销售的竞争点、提升结构设计安全度标准,有利于建筑业主利益和要求的满足、尽可能合理的多使用合格的钢材三个方面,做好上述三方面的工作,对于我国建筑结构安全度的提升具有重大意义。
参考文献
[1] 黎正平.对建筑结构设计安全度的几点看法.《新材料新装饰》.2014年1期
1.1构造规定
结构设计的构造要求是为了弥补强度计算的不足,其中很多是用来保证结构有必需的延性,因而往往与配筋量相联系。低用钢量是我国结构设计标准的特色,这从表1可看出。我国GB50010-2010规范规定柱子压筋最小配筋率为中柱0.5%,角柱0.6%,如果以中柱0.5%,角柱0.6%的配筋率用于C60级混凝土设计成钢筋混凝土柱,则钢筋对柱承载力的贡献为中柱5%,角柱6%,这种柱子的性能更象是素混凝土柱。以总体来看,我国的规范中对梁拉筋以及柱压筋的最小配筋率都要比国外的差。国外对于梁的压筋一般都是有最小配筋率的要求,但是我国却没有此规定。荷载的设计值与荷载标准值及荷载分项系数有关。各国设计规范中的荷载标准值在统计时考虑的宽严程度大不一样。恒载的标准值相差不大,而活载就有很大差异。表2是我国设计混凝土楼盖时采用的活载标准值与美国规范的对比。从总体上来看,美国楼层的活载标准值要比我国的大很多。而我国因受到历史条件的限制,在确定荷载标准值时总是力求节约,以符合最低要求为出发点。荷载的差异不仅反映在标准值上,更重要的还体现在恒载和活载组合后的荷载分项系数上。以恒载标准值G和活载标准值Q组合后的荷载设计值为例:恒载G的分项系数我国约低20%,活载约低巧15%—20%,从而设计钢筋混凝土楼层时,荷载设计值平均比英、美等国低80%左右。活载约低巧15%~20%,从而设计钢筋混凝土楼层时,荷载设计值平均比英、美等国低80%左右。
1.2材料强度的设计值与标准值
材料强度的设计值等于材料强度标准值除以材料分项系数。材料强度标准值是统计确定的,各国多取95%保证率的强度作为标准值。看起来没有差别,但各国对混凝土现场强度检验的标准不一样,国外的比我国严格,所以材料强度标准值的实际保证率,我国依然偏低。此外,我国设计规范规定的材料分项系数又比国外低(表4),因而同样的材料,我国规定的材料强度设计值要比英美的高。综上所述,我国的混凝土结构设计规范所取荷载值要比国外的低,材料的强度值比国外高,估计结构承载与所用计算公式的安全裕度也比国外的低,甚至有时会偏于不安全,并且对于结构的构造规定也要比国外的要求低很多。这也就表明了,在所涉及到结构安全度环节中,几乎是没有可比别人更偏安全的。
2关于建筑结构的抗震设计标准
我国的现行抗震的设防标准比较低,中震相当规定设计基准期内,超越10%概率的地震烈度。据所颁布的地震烈度表,可知烈度为7时,地震水平的加速度的参考值为125cm/s2,而8时为250cm/s2,并且在建筑抗震的设计标准中又会分别的将其降低到100与200cm/s2。此外,建筑结构的抗震设计除设防烈度比较低以外,具体的抗震计算方法以及构造规定的安全裕度也比不上国外,在配筋率、轴压比和梁柱承载力的匹配等一系列的保证抗震延性的要求,也是远不如国外的严格。我国有很多从事设计与研究的工程技术人员常常习惯于去挖掘建筑结构的潜力,却不习惯去提高建筑结构的质量。在本来已经较低的设防烈度下,还要从不同角度千方百计深挖潜力,结果安全储备是愈挖愈低。日本在二战后几次提高结构抗震设计标准。图1是1995年阪神地震后某一小区不同年代房屋的损害情况。从中可见,1982年后修建的房屋即使在最严重的震区也没有倒塌和严重破坏的,确实在保障生命安全上取得了重大成就;可是造成的经济损失巨大,从保护投资的角度衡量,设防标准依然不足。图1阪神地震中房屋损害比较现在的震设防标准应与投资相适应,设防标准应由业主来确定。随着社会财富的增长,结构失效带来的损失愈来愈大,加之结构造价在整个投资中的比例下降,因而有人主张结构在设防烈度下应该采用弹性设计。在目前情况下,将“小震不坏”的抗震原则改为“中震不坏”,可能对国家、对震区人民都更有利。
3提高建筑结构设计的安全性的措施
3.1提高建筑结构设计人员对抗震性能的重视
建筑结构设计是一个系统性、综合性较强的全面性的工作,需要拥有扎实的理论知识、灵活创新的思维、严肃认真的态度和高度的责任心的设计人员完成。设计人员做到精益求精,重视建筑结构设计中每一个基本构件的设计,并且做到对整个建筑都了如指掌。对设计规范和章程,特别是《建筑抗震设计规范》的含义要做到深刻理解,密切配合建筑工程,在设计工作中做到事无巨细,善于反思和总结工作经验,为以后的工作积累经验。
3.2提高带转换层建筑结构的安全性
提高带转换层建筑结构的安全性一般主要注意一下几点:I.尽量避免高位转换,转换层位于3层以上时,层间位移角和剪力的分配及其传力途径发生突变,容易形成薄弱层,对抗震很不利。而对于部分的框支剪力墙高层的建筑结构而言,它的转换层的位置,7度区不应大于第5层;8度区不允许超过3层。如果转换层的位置有超过上述规定的,要进行专门的研究并且采取相应的有效措施,6度时其层数可以进行适当增加;底部带的转换层框架—核心筒结构以及其外筒是密柱框架的筒中筒结构,它的转换层位置则可以进行适当的增加。II.转换层配筋的构造要合理,梁上下部的纵向钢筋最小配筋率,在非抗震设计时应不小于0.3%;而在抗震设计时,特一、一以及二级不应小于0.6%、0.50%和0.40%;受拉框支梁支座上部的纵向钢筋至少要有50%是沿梁全长贯通的,其下部纵向钢筋必须全部直通到柱内;沿梁高配置的间距不可以大于200mm,其直径不可以小于16mm的腰筋。若框支梁上部墙体,开有门洞或者梁上托柱的时候,该部位框支梁箍筋必须要加密配置,箍筋直径和间距以及配箍率要按规范进行采用,当其洞口靠近框支梁端部并且梁的受剪承载力不能达到要求时,要采取框支梁加腋和增大框支墙洞口连度等措施等进行处理。
3.3严格按照国家的标准规范进行设计
随着我国建筑行业的飞速发展,建筑结构设计越来越受到人们的重视,与此同时国家出台了大量的有关于建筑结构设计标准规范的法律法规,促进建筑业的统一协调发展。相关的工程管理规范中明确规定,结构需要承受的荷载标准值及规定的材料强度系数与荷载分项系数是建筑构件安全水准的重要因素。这些都是与建筑构件的安全性紧密相连的,其中,材料的强度系数指的是缩小建筑构件材料强度的标准值,设计师一定要用材料的强度系数去计算并确定建筑构件所要承受的荷载力。荷载的分项系数指的是放大荷载的标准值,用它来计算和确定荷载在构件中所产生的作用。一般在规定的标准荷载作用下,两者都体现出了对于结构构件的安全度,在设计过程中也体现出了一定的可靠指标和名义失效率。这两种系数越大也就意味着建筑构件的安全性越高。所以,建筑师在设计的过程中一定要严格按照。
4结束语
【关键词】大跨度体育馆; 钢-混凝土混合结构;结构设计;
一、前言
针对我国的国情而言,对于高层的结构建筑,采取钢-混凝土混合结构被认为是最为合适的施工技术,并受到了建设部的推荐和推广使用。该技术顾名思义,就是采取钢筋混凝土构件和钢构件、组合构件等相互组合,从而形成一种混合型的新体系。在体系中由于存在钢结构和混凝土结构,因此该体系能够很好地将两者的优势充分发挥出来,起到了相互补充的作用。针对一些大型的场馆建设,例如大跨度体育馆的设计施工上,由于结构和强度的要求,最后在确保功能性得到体现的基础上,往往会采用下部混凝土结构和上部大跨度钢屋顶相结合的混合型结构体系。本文以某大型体育馆为例子来分析大跨度钢-混凝土结构之间的协同效应。并未其它可能采取该结构系统的建筑提供一些实践经验和参考借鉴。
二、大跨度体育馆的基本概述
1.工程概况
在本文中选择工程建筑项目是某一大跨度体育馆建筑,其具体的工程概况为:体育馆的总建筑面积是2.2万平方米,大跨度的体育馆东西长约130米,南北长约86米,计划修建为地上三层的规模,其中的高度分别设计为中间层的高度是5.4米,其余两层的高度是6米,网架支座底标高为18米,屋面建为坡屋面,其中最高点标高是23.6米。
2.结构选型
在本工程中满足建筑的基本功能基础上,并且充分的考虑工程的经济性,最终确定本工程中的体育馆主体结构采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,而钢屋盖采用正放四角锥网架形式和下弦支撑,在体育馆周圈和内部设混凝土框架柱,在框架柱顶设置混凝土环梁。设计具体的体育馆布置图如图1与图2 所示。
3.荷载条件
荷载类型:根据建筑领域的结构荷载规范,在本工程项目中选择的大跨度体育馆钢-混凝土混合结构设计中充分的考虑了自重附加恒载、活载、马道荷载、雪荷载及风荷载。
建筑受地震的影响作用:依据对体育馆地震安全的评价报告,在本次的跨度体育馆钢-混凝土混合结构设计中按抗震设防烈度7度计算,设计地震分组为第三组,场地类别为Ⅲ类。
温度的影响:根据所建体育场所处的气候环境具体情况,对本工程在具体的使用期间温度做出详细合理的设定。
二、大跨度体育馆钢-混凝土混合结构设计与标准
1.结构设计标准与建筑材料强度
在本文的研究中,针对大跨度体育馆的规划上,采用的抗震级别大部分为三级,除了支承钢结构的混凝土柱环梁大跨度框架需要为二级;采取的建筑标准依照一级的安全等级来执行。建筑物的使用设计为五十年。体育馆一般为灾难的紧急避难场所,因此对于抗震等级要求较高,为甲等,主要在地基和桩基的设计上给予重视。
2.结构控制标准
混凝土结构的配箍率剪压比和位移轴压比这些指标都应该按照既定的标准去执行。
3.抗震性能化指标
在规划的初期本文对体育馆的抗震要求指标主要如下:(1)抗剪中震弹性和抗弯中震不屈服性能指标是混凝土框架柱的基本要求。
(2)满足抗弯中震弹性性能和承载力满足抗剪中震弹性是对于网架支承钢结构以及关键构件和节点的混凝土柱的基本要求。
(3)小震弹性下要求整体的结构变形不会太大的改变。
4.有限元模型
根据最初的设想,将想法输入计算机之后,可以得到以下三种结构模型。并分别针对三种模型进行分析计算。(1)钢屋盖的单独计算模型(图3(a))(2)下部结构和钢屋顶协同工作的整体模型。(图3(b)) (3)对于钢材的屋顶,采取整体并用平面无限刚的屋面。(图3(c))
三、结构分析与设计
本工程中钢屋盖的主要特点就是多跨连续型网架,并且相邻两跨网架跨度相差悬殊。根据计算结果可知,此种情况下的大小跨相接处的小跨网架外侧部分支座承受拉力,而带过渡板的橡胶支座承受拉力的性能较差,此时可采用滑动球铰支座, 滑动球铰支座能够有效地承受拉力,同时能够释放温度荷载引起的水平位移。
1.基础设计
工程采用高强混凝土预应力管桩基础,桩布置图支承钢屋盖的框架柱的最大轴力约4500kN,最小不到1000kN,其余框架柱最大轴力约为2000kN,最小约为500kN。 框架柱轴力相差悬殊,若框架柱之间产生过大的沉降差,将使钢屋盖支座发生初始位移,网架杆件内力重新分布,对网架受力造成不利影响 因此,控制基础沉降值及沉降差成为基础设计的难点之一。
框架柱以及周边框架柱沉降之间的差距的减少,需要在实践中依照在支承钢屋盖的框架柱下多布桩其余框架柱下尽量少布桩的原则。支承钢屋盖的框架最少需要两个,最多为5个,其余的下框架柱的桩数最少一个,最多为3个。而根据已经得到的相关土层数据和勘察报告,可以计算出五个桩承台基础的沉降值大概在28mm左右,承台基础在相邻间的水平距离为8.4m,沉降值大概在20mm,两个桩之间的沉降差大概为0.95‰,为8mm,这个数字比要求达到的标准2‰要低。从图6中,我们可以观察到预应力管桩的布置,预测当地震发生时,对桩基的水平力进行预测也是一个重点和难点,为了避免在地震中桩基受到破坏性的剪切力而造成屈服弯曲。在本文的研究中,将工程管孔进行填实为3m,并将这段桩身的螺旋箍筋直径加粗间距加密。
2.超长措施
由于体育馆长度比较长,达到了130多米,为了满足建筑物的功能性需要,在施工中不设置伸缩缝,结构长度是混凝土结构设计规范中不需要设伸缩缝的容许值的两倍多,属于超长混凝土结构 除根据温度作用计算结果进行设计外,本工程还采取措施如下:(1)网架支座大部分采用板式橡胶支座,个别位置采用滑动球铰支座,两种支座形式均可以释放温度应力,减小钢屋盖在温度应力下的变形对主体结构的影响。(2)加强保温隔热措施。(3)本工程混凝土采用硅酸盐低水化热水泥,严格控制砂石骨料含泥量和级配,施工单位应采取可靠的混凝土养护措施,混凝土浇灌过程中控制温差,采取有效措施保潮保湿,并应有详细的施工技术方案。(4)设置后浇带,带宽800mm,后浇带间距控制在40~ 50m,后浇带采用比相应结构部位高一级的微膨胀混凝土浇筑,后浇带混凝土必须充分作好养护,浇捣结束,表面初凝后即喷洒养护剂,及时覆盖塑料膜,并每天喷水养护且不少于28d。
四、结束语
以体育馆为例对大跨度的钢结构-混凝土混合结构进行设计和分析是本文的主要内容,本文主要采用了局部分析和整体分析的方式来对钢结构和混凝土结构在实践中是如何相互协同发挥功效进行了简单的介绍。并在这样的基础上提出了三种模式进行实例分析,由于在本次研究中所涉及的体育馆的结构超长,因此在实际的设计中需要对温度因素进行充分的考虑,以减少其对于构件内部应力的影响。在实际设计上也充分运用了多种方法减少由于温度所造成的对于钢-混凝土结构的负面作用。
参考文献
关键词:建筑工程;结构设计;优化;基本原则
1.高层建筑混凝土结构
在我国城市建设中常用的建筑结构主要有钢混结构、组合结构、智能建筑、新型材料结构等几种,下面我就逐一进行分析。
1.1钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构式目前建筑工程中涉及最广的建筑形式,它有着刚度大、整体性好、耐久性强、维修简单、成本低廉的特点。我国目前的钢筋混凝土技术在不断发展,高强混凝土、纤维混凝土、轻型混凝土都在建筑工程中被广泛应用,并且施工水平已经达到了国际先进水平,这更加加大了钢筋混凝土结构的适用性,使其发展成为了房屋建筑工程的首选结构形式。
1.2组合结构
组合结构的诞生不仅是一场技术革命,更使整个建筑行业像前迈进了一大步,结合结构使建造超高层建筑的设想成为可能。组合结构不仅有传统钢筋混凝
土的所有优点,并且在材料使用上相对节省,这对提高施工进度,降低施工成本都起到不可替代的作用。组合混凝土在施工中使混凝土本身经过三轴受压的状态,使自身的承载能力得到提高,并且组合结构混凝土可以取代很多钢结构和混凝土结构的应用,这直接降低了建筑物的自重,为超高层建筑的设计提供了理论支持。
1.3新型结构
传统的高层建筑分为框剪结构、剪力墙结构、框架结构三种,而随着建筑结构学研究的不断深入,诞生了以筒体为结构的新型结构形式。筒体结构主要分为筒中筒体系、框筒体系、和多束筒体系。新型结构筒体与传统平面结构有很大的不同点,首先它的抗位移能力和承载力要大于传统结构,它将水平力看成固定在基础上的悬臂结构。所以这种结构形式在功能性强、应用范围广的建筑施工中多有使用。
1.4智能建筑
智能建筑是高科技的产物,它在施工技术、工程材料、工程检测方式上都与传统建筑有着很大的区别,但就目前发展来看,智能建筑是未来建筑发展的主体。智能建筑的几大优点集合在建筑结构、内部系统、适用范围等方面。它直接为使用者提供了一个安全、快捷、舒适的使用环境。
2.高层建筑结构设计的基本原则
建筑结构在设计中必须以实用、便于施工、安全可靠为设计点进行设计,通常情况下要满足以下几大原则:
2.1结构安全
建筑的结构必须满足在使用年限中可以承受的各种情况,一旦在使用过程中出现了不可抗拒力的破坏,建筑的结构必须保证稳定性,不至于直接倒塌。
2.2可施工性
不论任何设计,必须在设计的过程中将施工问题首先进行考虑,如果设计标准与实际施工背道而驰,在好的建筑设计业不可能转化为实体建筑,来为我们服务。
使用寿命。当建筑物投入使用后,建筑物的必须满足设计年限中的使用要求,不能再无外力扰动的情况下出现裂缝、变形等质量问题。
3.高层建筑混凝土结构设计易出现的问题
在高层建筑结构的设计中需要考虑的问题很多,尤其是高层建筑中的钢筋混凝土结构的设计。
3.1结构选型问题
在新执行的规范中对建筑的结构选型设计增加了很多限制性,首先限制了结构的规则性然后对建筑设计中出现的超高问题和抗震问题加以深化,对于高层建筑结构设计的规则性,在新出台的建筑规范章程的相关规定中,变动挺大,新的规范标准在结构设计方面增加了一系列的限制条件。比如,新的规范制度用强制
性的条文规定了“建筑物不应该采用严重不规则的建筑设计方案”。所以,在进行高层建筑结构设计时,相关人员应注意遵守新规范制度中的限制性条件,对于设计中的不符合规定问题根据实际情况及时的调整,避免为后期设计工作留下隐患。
3.2地基和基础设计中的问题
在柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中,往往会忽视建筑物沉降带来的附加应力的影响,而产生沉降变形以及共同受力,如果没有考虑其产生的附加应力,会使底板偏于不安全,还可能导致地下室底板承载能力不足而引起其开裂,在采用天然地基状况下,会带来更为显著的影响。
3.3结构分析计算的问题
在计算机使用非常广泛的今天,计算机带给了人们极大的便利,工作效率大大提高的同时,社会日常工作和生活对计算机的依赖程度越来越深。在建筑结构设计中,深化计算机的应用,合理地使用计算机,使建筑物更安全舒适、更美观经济是建筑设计人员任重而道远的责任。我们在设计中及与其它设计单位交往的过程中发现,虽然采用了CAD,但在结构施工图中出现了许多概念性的错误和计算错误,有些错误可能会导致严重的后果。在实际工程中,我们应该重视抗震概念设计和构造设计的问题,避免过分依赖计算机,这样才能设计出更经济,更安全舒适、更美观经济的建筑。
4.高层建筑混凝土结构优化设计的对策
在高层建筑中筒体结构的抗震能力最好。假设发生6。7级地震时,只要在设计中针对楼面钢梁或型钢混凝土梁与筒体交接处及筒体四角墙内设置结构柱,
就会有效缓解地震影响。如果当地震达到8-9度抗震时,我们在设计中要在钢混凝土梁与筒体交接处及简体墙内设置型钢柱。这些设计都能有效增加建筑的抗
震性能,并对设计结构提供优化。
关键词:工业建筑;结构设计;复杂性;安全性
对于工业建筑而言,其结构设计合理与否,不仅决定着工业建筑建设质量,也影响着工业建筑建设资金投入。只有科学的设计,工业建筑结构才会合理,与生产活动和工艺要求等相适应。工业建筑与民用住宅建筑不同,其结构设计更复杂,安全性要求更高,要适应生产活动和工艺要求。介于此,进行工业建筑结构设计的复杂性与安全性分析是必要的,利于加深对工业建筑结构的认识。
1工业建筑简述
1.1概念
工业建筑,指的是提供人民从事各类生产活动的建筑物或构筑物[1]。其中,构筑无有烟囱、水塔等,建筑物有化工厂房、纺织厂房、医药厂房等各类型厂房。
1.2特点
工业建筑主要特点:(1)要有足够的面积和空间;(2)符合生产工艺要求,安全性要求很高;(3)具体的生产活动不同,工业建筑结构形式也不同,要根据生产活动及其特点进行结构设计;(4)屋面排水、通风、采光及构造处理等方面复杂性较高。
2工业建筑结构设计的复杂性与安全性
2.1结构选型
由于工业厂房建成后的使用用途不同,不同的工业厂房,其生产工艺等方面要求是不同的[2]。所以,进行工业厂房结构选型时,要充分考虑工业厂房的使用用途、施工条件等因素,不仅要使用材质好、寿命长的材料,还要确保建成后的工业厂房结构能够灵活的适应的生产容量等方面变化。下面对工业建筑常用的结构形式进行了分析:第一,钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构,具有建材采购方便、施工便利、耐火耐蚀、现场建筑、成本低等优势。而且,按照这种结构建造出来的建筑,有着很广的适用性,很多厂房都采用钢筋混凝土结构。第二,钢结构。钢结构一般采用工业化体系建设,工期短、成本低、施工方便,且适用于大跨度、大空间的工业厂房。但是受材质限制,这种结构防火、防腐蚀性能较差,如果工业建筑采用这种结构类型,必须注重防火、防腐蚀方面设计。从以上内容可以看出,一般情况下,工业建筑结构建议采用钢筋混凝土结构,因为这种建筑结构优势明显,不需要特别注意防火、防腐蚀方面的设计,安全性较高。但是如果是大跨度、大空间、振动较大的工业建筑,适宜采用钢结构。
2.2平面布置
确定工业建筑选址后,以生产工艺流程为依据进行建筑总平面设计,合理确定各分区、竖向设计、公用设施等[3]。进行工业建筑总平面布置时,除了以生产工艺流程为依据外,还要考虑职工生活用户、生产经营管理用房、福利设施用房,以及污染问题,按照全局角度考虑平面布置。为了确保总平面布置的合理性,设计者可以采用计算机软件辅助设计,如建筑信息模型,基于同一模型设计多种设计方案,优选出最佳平面布置方案。
2.3生产工艺要求
建造后的工业建筑是用于生产活动的,为了生产活动的正常运作,工业建筑结构设计必要以生产工艺为依据,将生产工艺和生产活动做出结构设计的出发点,这样才能保证工业建筑结构设计合理。对于工业建筑而言,其生产工艺要求主要体现在三个方面:(1)生产流程。生产流程影响着各部门、各工段平面的次序和相关关系;(2)运输方式及工具。运输方式及工具影响着工业建筑结构类型选用、平面布置等设计工作;(3)生产特点。生产活动具有污染、易燃易爆等特点,做好生产环境、防腐蚀等方面的设计工作。
2.4防腐蚀设计
工业建筑建成投入使用后,受生产工艺和生产活动影响,生产过程中经常使用或产生酸碱盐类物质,容易腐蚀建筑物。所以,进行工业建筑结构设计时,要特别注重防腐蚀设计。第一,选用防腐性能好的材料,或对建材采用防腐措施。如,门窗使用木质、塑料、玻璃钢等防腐性能好的材料;金属挂件涂抹耐腐蚀的涂料,在金属表面形成防腐层;地面采用沥青混凝土、花岗岩等材料。第二,结构构件采用钢筋混凝土材质,同时是混凝土表面涂抹耐腐蚀的涂料。如果结构构件使用钢材,务必要做好防腐蚀措施,必须在钢表面涂抹环氧树脂漆等材质的防腐蚀涂料。第三,带有腐蚀性的生产活动要集中布置在下风侧或水流的下游,限制酸碱盐类物质腐蚀工业建筑结构。
2.5防震设计
防震设计是关键的,它在工业建筑结构设计上占据首要位置,因为它直接决定着工业建筑后结构的安全性。根据我国相关规定,工业建筑方防震设计要求比较高,如果不能达到安全性要求,一旦遭受意外的冲击振动,所造成的后果是严重的,特别是生产活动具有易燃易爆特点的,危及工业建筑区内及周围范围内的人员生命安全。因此,进行工业建筑结构设计时,必须合理进行防震设计,符合抗震要求。当工业建筑结构规则、对称,整体性比较好时,按照工业建筑结构及其抗侧力结构进行抗震设计;当工业建筑结构整体性比较差使,要按照工业建筑结构抗震设计要求采用相应的加强措施,增强工业建筑结构的抗震性;当工业建筑厂房的结构高差比较大时,必须将生产用房与生活用房、管理用房等分开来布置,并分开相邻的抗震缝,便于提高结构的抗震性。此外,抗震缝两侧要布置墙等构件,并按照设计要求合理控制抗震缝宽度。
3结论
综上所述,工业建筑不同于民用住宅建筑,其结构设计具有较高的复杂性与安全性。为满足工业建筑结构设计的复杂性与安全性要求,要认真的进行工业建筑结构选型、总平面布置、防腐蚀设计、防震设计等工作,使工业建筑结构设计符合生产工艺要求,满足建造后的使用用途,达到相关设计标准。
参考文献:
[1]潘绍洁.工业建筑结构设计的复杂性及安全性[J].科技展望,2016(07):33.
[2]曾超.工业建筑结构设计的复杂性与安全性[J].山东工业技术,2017(04):122.
关键词:建筑结构设计安全措施
Abstract: in this paper, the design of the building structure safety degree of the problem, and emphatically summarized to improve the structure design of the safety degree measures.
Keywords: building structure design of the safety measures
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
从结构设计角度而言, 平面形状是三角形的结构迎风面较大,在水平风力作用下,它抗弯曲变形和抗侧移的能力比圆形、椭圆形、正方形、正多边形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高层建筑要弱很多,而使得建筑物安全性较差。因此,要保证建筑物的安全,首先要保证建筑结构的安全性。结构设计的首要任务就是选用经济合理的结构方案,其次是结构分析与构件和连接的设计,并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。
一、建筑结构设计中的安全度问题
1、建筑结构设计安全度的涵义
从事建筑结构设计的基本目的,是在一定的经济条件下,赋予结构以适当的安全度, 使结构在预定的使用期限内, 能满足所预期的各种功能要求, 一般来说, 建筑结构必须满足的功能要求是:
(1)能承受在正常施工和使用时可能出现的各种作用, 且在偶发事件中, 仍能保持必须的整体稳定性,即建筑结构需具有的安全性;
(2)在正常使用时具有良好工作性能,即建筑结构需具有适用性;
(3)在正常维护下具有足够的耐久性。
上述安全性、适用性和耐久性,是建筑结构可靠(或安全)与否的标志,总称为结构的可靠性,对这些性能的度量,即结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率,称为结构的可靠度(或称安全度)。
2、建筑结构设计方法
自20 世纪50 年代以来,我国建筑结构的设计方法,经历了容许应力设计法破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化。在结构设计标准中, 安全度主要表现为安全系数 (容许应力法、破损阶段法)、分项系数和可靠指标(概率极限状态法),同时还与其它许多因素有关, 如结构的构造规定、 荷载标准值与材料强度标准值的取值、构件承载力计算公式及结构内力分析的精度等。
可靠度理论是分析结构安全性的一种有效手段。我国已颁布统一标准,要求结构设计规范按可靠度理论设计。该理论用失效概率度量结构的可靠性,通过将抗力和作用效应相互独立,将随机过程化为随机变量并以经验为校准点,成功地将这一理论用于建筑结构设计规范中,这是我国规范先进性的一种表现。但该理论在应用上还有其局限性,理论本身也有一些方面未能突破。因此,规范采用可靠度理论应采取实事求是的态度,能用的尽量用,尚不成熟的将来再用。
3、合理确定设计安全度
结构设计安全度的高低,是国家经济和资源状况、社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准的综合反映确定工程的安全度在一定程度上需以概率和统计为基础, 但更多的须依靠经验、 工程判断及综合考虑。
与国际上一些通用标准相比,我国混凝土结构规范设定的安全度水平偏低,有的偏低较多。这体现在涉及结构安全度的各个环节中,如我国混凝土结构设计规范取用的荷载值比国外低,材料强度值比国外高,估计结构承载力所用计算公式的安全裕度低于国外甚至在个别情况下偏于不安全,对结构的构造规定又远比国外要求低。
现行规范安全度与国际相比虽然偏低但是可以接受,这是数十年来成功建成数百亿平方米建筑物的长期实践加以证实的但考虑到客观形势变化,国家经济实力增强和住宅制度改革现状,可以将现行设计可靠度水平适当提高一点,这样投入不大,却对长远利益有利。
4 、安全度与工程事故的关系
关于工程事故与设计安全度的关系,有人认为国内发生的工程事故与现行规范的安全度没有关系,规范的安全度是够的。文献就指出,上世纪50年代的结构设计方法与现在近似,当时所用的混凝土强度很低,只有110#~140#,比现在的C15还低, 其施工手段也很落后, 混凝土用体积配合比,人工搅拌,没有振捣器,而施工发生安全事故的却很少, 如北京饭店、 王府井百货大楼等一些建筑物, 使用至今已逾46年,而且都经过了唐山地震影响的考验,因此可以说,现在的安全事故与结构设计安全度是没有连带关系的。不过也有专家指出,一些工程事故往往由多种因素综合造成,施工质量差、设计有毛病、结构安全储备又偏低,加在一起终于酿成大祸,这类情况不是由于野蛮施工和管理腐败,较高的安全度总是与较低的失效概率相联系,这是客观规律。
实际上,结构安全度只是对结构截面强度安全的一种度量,与此相关的还有荷载和材料强度标准值的取值等因素。影响结构安全性的因素太多,安全度是保证结构安全性的重要方面但不是全部。有些设计人员往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要, 而忽视从结构体系、 结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性,以及从设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性, 造成结构设计不合理, 从而引发工程事故。
二、提高建筑结构设计安全度的措施
1、 当前的建筑物安全事故,与结构设计安全度无关。 20 世纪 50 年代的结构设计方法,与现在近似,当时所用的混凝土强度很低,只有110 140号,比现在的C15还低。 20世纪50年代初期施工手段也很落后, 混凝土用体积配合比,人工搅拌,没有振捣器…… 而当时施工发生安全事故的较少。 有一些建筑物,如王府井百货大楼、 北京饭店等,使用至今已逾45年,而且经过了唐山地震影响的考验。 因此可以说,现在的安全事故,与结构设计安全度是没有连带关系的。
2、 结构设计,仍宜提倡节约 。关于节约钢材的问题。 作为一个结构设计工程师,重要职责之一, 就是以较少的材料去完成建筑物各种功能的要求。 如果将构件截面任意加大,材料用量任意增多,这个工作,建筑师也能做。
在发达国家, 节约材料也是工程师所追的。 1998年美国《 商业周刊 》登载由美国建筑师学会(AIA)举办的最佳建筑设计竞赛, “节省材料” 是该次竞赛的主题之一。 纽约时报新印刷厂的设计, 因采用规则的矩形平面和常规材料,节约五千万美元而获奖:又如香港中国银行(贝聿铭设计)因其结构方案布置得当,比同样高度的其他结构大量节约钢材, 所以若干个杂志上都发表文章加以表扬。
3、 我国规范中的构造规定,并非都比别国低。 我国规范规定的是最低用钢量,设计者一般根据结构重要性,予以适当提高,所以下能以此来判定我们在工程中的材料用量,更不能以我们的最低值来与人家比。 我国规范规定的柱子最小含钢量力 0.4%, 是不考虑抗地震时的数量, 我们大多数城市设计时都考虑抗震,高层建筑更是都要考虑,这时柱子的最小含钢量就是 0.5% 1.0% 而且设计单位在设计高层建筑的柱子时, 用钢量常比规范要求的还大,因此与国外相比,实际用钢量并不太小。
我们有些构造要求,已与国外持平,如剪力墙的最小配筋率为 0.25%,与美国相同。 至于墙的暗柱配筋量, 在许多方面已是世界领先
4 、 规范要根据国家政策而定。 一个国家的规范,不仅仅是技术性的,还有很强的政策性等许多方面, 是一个国家经济条件的直接反映。 因此,我国规范的材料用量,当然应该比发达国家低,也即安全度应该低一些。 这方面我们完全可以理直气壮地说, 我们过去的设计标准,是符合我国国情的,是安全的。 当然某些局部有不足,要不断修改。 国外的规范也不是十全十美,也在不断的修改。 我们过去的结构成功地经受了几十年的考验, 那就是说,我们的规范基本是正确的, 安全度基本是能满足要求的。
5、转变设计思想,全面提高安全度水平
(1) 建筑结构作为特殊商品,确定其设计安全度的高低不再是纯政府行为, 目前至少会有房屋开发商、 保险业和用户参与。 开发商应该对其出售建筑物的安全质量负责,在影响售价不多的情况下应尽可能提高安全度, 更高的安全性能应作为房屋开发商促销和竞争的一个热点。
(2) 我国现行结构设计标准的低安全度原则已不能适用当前的国情, 提高我国建筑结构的安全度水平将有利于生产、 生活水准的改善,有利于国民经济发展,也符合建筑物业主的利益和要求。
(3) 从提高结构安全度出发,为了改善结构物的安全性, 要提倡合理地多用钢材,而不再是挖空心思地节约钢材。
参考文献:
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[2] 赵芳, 袁月山. 关于提高建筑结构设计安全度的意见[J]. 科技致富向导, 2011,(03)
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[4] 马国库, 徐太安. 浅谈结构概念设计在建筑结构设计中的作用[J]. 黑龙江科技信息, 2008,(35)
【关键词】房屋结构;设计;关键问题;设计要点
房屋结构设计要兼顾安全、经济、美观和适用为一体,注意设计中的关键问题,在设计过程中要科学把握设计的工期时间、投资大小以及建设效益等。结构设计是房屋建筑的核心和灵魂,设计的好坏是房屋质量的关键所在,因此,房屋结构设计中应当注意的问题要认真的对待,同时,还要分析并注重结构设计的要点。本文就如何把握房屋结构设计的关键问题及设计要点做出了相关分析,希望能为房屋结构的建筑提供一定的借鉴。
1、房屋结构设计中的关键问题分析
1.1 柱下混凝土基础
柱下钢筋混凝土独立基础在工程建筑中应用非常广泛,在设计中应注重其抗剪强度的验算,避免出现验算错误而影响工程质量。在建筑地基基础设计的规范当中,只规定要对基础变阶处和基础交接处的受冲切承载力进行验算,而没有要求对其抗剪强度进行验算。多层基础的房屋结构要通过相关软件进行验算校核。规范还规定,当基础底面处的平均压力值达到300kPa混凝土基础时,应进行抗剪强度验算。如果平均压力超过300kPa混凝土基础时,必须进行抗剪验算。
1.2 条形基础混凝土的强度等级
以建筑结构可靠度设计标准相关规定为依据,普通房屋结构设计的使用年限为50年,以混凝土结构设计规范为依据,一、二、三类使用环境下,50年设计年限的房屋结构中混凝土最低强度等级为C20。目前房屋结构中条形混凝土基础仍是最常用的基础形式,但是,由于不少设计工作人员图纸中仍将条形基础混凝土的强度等级设计为C15,因而违法了相关规范的要求,必须引起重视。
1.3 多层及高层房屋结构设计应有所区别
由于多层房屋建筑高度通常较小,因而受到的水平力影响也相对较小,其主要容易受到竖向荷载的作用,因此常选择的是砌体或框架结构体系。但是,由于高层房屋建筑容易受到水平荷载的作用,因此常选择侧向刚度相对较大,且抗侧移性能相对较好的剪力墙结构体系。因此,房屋结构设计时应当以实际情况为依据,对于多层房屋建筑而言,应严格执行建筑抗震设计规范,而高层房屋应严格按照高层建筑混凝土结构技术规程进行严格执行。
1.4 偏梁轴线的定位
在房屋的结构中,间梁的轴线和中心线是重合的。根据造型设计和使用功能的不同,楼梯间横向梁、卫生间隔墙下梁和边梁等的墙外皮和梁外皮要取平,从而发生偏梁。设计平面图和配筋大样图中,往往会出现未标明偏移尺寸等数据,施工单位人员也没有注意偏移而按照图纸的要求进行施工,这样就形成了错误,通常会造成严重的损失。因此,进行偏梁轴线的定位时必须对此问题进行考虑,以防此类问题发生。
1.5 悬挑梁
通常而言,因使用功能相关要求以及地形限制等方面的原因,悬挑梁结构形式十分常用。由于梁内所承受荷载较梁外挑部分通常更大,因此,梁内及外挑梁的截面尺寸常存在着差异,不少设计工作人员往往将梁内上层主筋延伸至挑梁了事,殊不知其两侧主筋根本不可以伸入挑梁内。待钢筋工进行钢筋的绑扎时才会发生出了问题,但此时许多钢筋已经截断且成型,因而不仅对施工带来了极大的影响,还导致了巨大的经济损失。此外,平常施工时梁箍筋接口位置通常均在梁上部两角处进行交替绑扎,但是相关规范并未对悬挑梁箍筋接口位置进行明确规定,仅仅要求悬挑梁的箍筋通弯钩不应小于135度,其弯钩平直段的长度不应小于10d。由于悬挑梁构件主要负责为上部受拉、为下部受压,若将箍筋接口的位置置于构件底部的受压区,由于受混凝土对其所施加的压力,因而锚固作用较受拉区将更为有利,因此,对于悬挑梁箍筋而言,其接口应尽量设置于梁底部。
2、房屋结构的设计要点分析
2.1 地基基础相关设计要点分析
地基是房屋建设安全的首要问题,以安全为设计原则,对地基的地质进行勘察和分析,不仅要勘察地基地质的土壤、水分和结构等因素,还要分析地基地质的综合情况,完善地基的设计方案,严格按照安全标准的要求进行地基基础的相关设计。针对地质较软的土质,可以利用高效软地基处理法来进行土垫层设计,从而达到加固地基的效果。耐力容许值可以反映安全标准,但不能一味的追求耐力容许值。在地基设计中,利用经验可以避免很多不必要的麻烦,减少浪费。地基的承载值等于梁、柱和基础的负荷与折减系数的乘积,充分考虑和计算地基的承载值是保障地基安全的必要环节,也是其他设计能够顺利完成的前提。
2.2 承重柱截面高度相关设计要点分析
承重柱截面高度要按照规定的标准设计,不能为了简化承重柱受力分析而缩小截面高度,这样不仅降低了房屋的耐久性,而且容易发生梁底水平裂缝,损坏房屋,对人们的生命安全及经济财产造成威胁。纵向框架和横向框架是框架设计的两个主要方向,设计时要同时兼顾两个方向的框架设计,根据轴方向来计算该方向上的抗侧力,防止纵筋和节点等不合格的框架出现。如果纵向框架出现普通样式的连续梁,就会对框架设计造成很大的影响,因此,在框架的结构设计中,要充分考虑承重柱截面高度的设计。
2.3 构造柱相关设计要点分析
构造柱在房屋结构中主要起到提高墙体抗剪能力的作用,同时构造柱联接圈梁可对砌体进行约束,防止墙体中的裂缝发生开展,并保持竖向墙体的承载力,加强房屋结构的抗震效果。构造柱的根部在地梁中,没有其他支持的基础,一旦构造柱用来承重,就会提前使构造柱受到压力,降低构造柱对墙体的约束,因此,构造柱不可以用作承重柱。当构造柱受到压力和破坏时会出现裂缝。在构造柱的设计中,承重柱是承重大梁下柱子的设计参照,也可以将构造柱设计于承重梁之下。此外,墙体的压力和抗弯能力作用都是构造柱设计时的要点。
2.4 楼板相关设计要点分析
一般而言,楼板的作用力的计算要根据单、双向板的作用来设计,不能将两个板作用的计算简单化,否则会使实际受力和假定受力不一致,造成一个方向配筋不足,一个方向配筋过大,从而使配筋的放热出现问题,最终导致楼板出现严重的裂缝。双向板有效高度的取值是设计的关键和要点,如果取值偏大,就会使两个方向都出现弯矩现象,因此,在楼板设计中,双向板通常采用纵横叠放的设计,保证两个方向的有效高度达到最佳的取值。
3、结语
总之,房屋结构设计过程需要相关设计人员同全体工作人员的相互协调与配合,把握好每个关键环节的设计,兼顾整体与局部的同时来对房屋结构进行科学合理的设计,确保房屋建筑结构的合理性,从而为房屋建筑的整体质量提供保障。
参考文献: