时间:2023-07-19 17:31:56
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇混凝土结构设计总结,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:
混凝土结构具有整体性好、可模性好、耐久耐火以及造价低的优点,在我国的各项工程建设中被广泛的应用。近年来,随着混凝土材料的发展和结构设计水平的提高,混凝土结构应用跨度和高度都不断地增大。但同时,由于混凝土结构容易出现裂缝、修补困难以及受气候和季节限制的缺点,使混凝土结构在设计时容易出现一些问题。以下是对混凝土结构设计原则、存在问题以及相应对策的探讨。
一. 混凝土结构设计的原则
1.整体性
混凝土结构设计的整体性原则就是要把设计的建筑的各个组成部分作为一个整体,来研究它的构成、功能和发展规律,从整体与部分、部分与部分都是相互结合的关系中发现系统的特征及运动规律。
2.动态性
混凝土结构设计的动态性原则就是要对系统的内外联系、发展变化方向、趋势、动力、规律、活动的速度和方式等为对象进行探索,从而使建筑设计不但满足现在,还要兼顾未来,把握时代的发展方向。
3.结构性
建筑结构决定着建筑的性能,是性能的载体,性能还可以反作用与结构。建筑结构的各要素运动的稳定性及发展方向与结构密切相关,所以混凝土结构设计时,了解建筑结构以及结构的各要素尤为重要。
4.最优化性
建筑结构系统形成的过程也是差异整合的过程。差异的事物相互需要、支持与互补,为整合提供了前提和基础。混凝土结构设计就是通过对差异的整合使建筑的各个部分有机地组织在一起。
二. 混凝土结构设计中存在的问题及对策
1.基础设计
1.1无工程实地勘察报告或没有参考临近建筑物的地质勘察报告进行
建筑物的基础设计的流程包括勘察、设计以及施工。目前,在我国建筑物地基基础设计时存在地质勘探不全面、内容模糊或者没有参考临近建筑物的地质勘探报告进行的问题。地基基础是建筑质量的核心,影响带建筑安全质量及经济效益。若地基基础出现问题,造成的损失是无法估量的。
建筑地基基础设计必须要严格按照流程进行,设计单位要严格把关,杜绝无工程实地勘察报告而进行设计的情况出现。对于地质勘探报告不全面、内容模糊或者没有参考临近建筑物的,必须要求建设单位及勘探单位补勘或重新勘探。
1.2未说明±0.00标高与地质勘察报告中所示标高的关系
在混凝土结构设计中,一些工程设计仅交待±0.00的绝对标高或未交待±0.00标高,影响到底标高和持力层的确定,导致基础设计以及下卧层承载力不能准确地进验算。
设计单位在工程设计中,要注意若工程地质勘察报告中采用假定标高,在总说明或基础图中要说明建筑所定的±0.00与工程地质勘察报告中假定标高的数值关系;若当建筑总图和工程地质勘察报告均采用绝对标高时,就可以采用结构图纸上标注的±0.00的绝对标高值。
1.3柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中忽视建筑物的沉降而引起的附加应力
在建筑施工中,由于建筑物上部整体重力的沉降作用,地下室底板与柱下独立基础会产受到附加应力,从而发生沉降变形。设计人员在设计时很容易忽视附加应力,结果导致底板开裂,造成地下室建筑的安全隐患,还会影响地基的稳定性。
针对此类问题,设计人员在对建筑物的混凝土结构设计中,要考虑工程总沉降力的大小,而在地下室底板与持力层之间采取处理措施,若工程的沉降量较小,可采用褥垫的方法,来防止开裂,养护地基。
1.4未进行地基变形的验算或者验算的结果不符合要求
混凝土结构设计中,一些设计人员并未按照规定对地基变形进行演算或演算不符合要求,结果造成地基基础的安全隐患。
按照规定,甲级、乙级的建筑物设计,应按地基变形设计;丙级的建筑物设计,若采用地基处理,处理前按照《建筑地基基础设计规范》的规定进行;地基处理后仍要做变形验算。设计人员必须要认识到地基变形的危害性以及地基演算的重要性,严格按照规定进行地基变形演算。
2.上部结构设计
框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、框支剪力墙结构是混凝土结构设计中上部结构使用最多的形式。但这些结构量大面广,比较容易出现配筋不足、超配筋等情况。
2.1框架柱
混凝土的框架柱设计中,设计人员很容易忽视角柱的自定义计算、短柱以及超短柱的剪跨比,或对短柱进行强代换,结果导致无法满足计算结果及配筋率不足的问题。
角柱是指两个方向与框架梁相连的框架住,计算时要进行自行定义,短柱是指剪跨比不大于2,以及因填充墙设置或楼梯平台梁、雨篷梁的设置形成柱净高与其界面高度之不大于4的框架柱。对于短柱而言,箍筋的间距应小于等于100 mm,箍筋体积的配筋率大于1.2%。对于剪跨比不大于2的框架柱,程序能自行判定,不能直接进行强代换,不同强度级别的箍筋均应满足计算结果。超短柱是指剪跨比小于1.5或柱净高与柱截面高度之比小于3的框架柱。设计人员在建筑混土结构设计中,要避免超短柱的出现。若无法避免,则要采取控制轴压比、添加芯柱等措施。
2.2框架梁
设计人员在混凝土结构框架梁设计绘图时,如果没有按计算结果将配筋分别原位标注在支座两侧以及跨中配筋与支座配筋之比小于0.3或0.5,而导致实际配筋比大于计算结果,违反了相关标准。在设计时,要引起足够的重视,避免此类问题的出现。
2.3连梁
连梁,就是连接两片剪力墙,当遇到中震或大震时,它会首先开裂,起到耗能作用,从而使建筑物保持一定延性的梁,连梁在框架结构设计中尤为重要。但一些设计人员在设计混凝土结构时,并未认识到连梁的重要性,甚至盲目地增大它抗弯的能力或在连梁上搭框架梁,严重影响了建筑物的抗震性能。设计人员要对连梁的作用给予足够的重视,设计时确保连梁的延性,从而在地震中不被首先破坏。
2.4框支剪力墙
混凝土结构设计中,很容易出现框支剪力墙布置不均匀,出现单肢钢度过大的剪力墙,一旦破坏,则会造成严重的后果。设计人员要注意框支剪力墙的设计中,框支梁、框支柱纵筋的各项系数都应满足有关规定的要求,并且要确保布置均匀。
【总结】
混凝土结构的质量关系到建筑的安全性能,在设计时必须要引起足够的重视,设计单位要加强监管,确保设计方案严格按照规范进行,以确保工程质量。
【参考文献】
[1]. 王飞. 温小峰,混凝土结构设计中的常见问题及解决方法[J],2012(3);
[2]. 刘雅丽. 周小可,混凝土结构设计中的若干问题[J],2011,29(6);
[3]. 安景超. 混凝土结构设计常见问题分析[J]. 城市建设理论研究(电子版),2012(11);
[4]. 高友香. 关于混凝土结构设计中的相关问题浅析[J]. 商品与质量:建筑与发展,2012(3);
关键词:混凝土结构设计原理;教学方法;土木工程
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)41-0267-02
混凝土结构设计原理是土木工程专业重要的专业基础课,在专业教学中具有承上启下的作用,先修课程有建筑制图、土木工程材料、理论力学、材料力学、结构力学等,对后续的混凝土结构设计、高层建筑结构设计等课程的学习有重要影响,也是课程设计、毕业设计等实践环节的重要基础。课程内容涉及混凝土结构材料的基本性能,构件承载力计算,构件的裂缝、变形和耐久性以及预应力混凝土构件设计[1]。
混凝土结构设计原理这门课程,具有材料的不确定性、解答的多样性、设计的综合性等特点[2],课程内容中的实验现象多、假定多、概念多、公式多、系数多、条件多、构造要求多,且逻辑性、系统性差,较为零散[3,4],但理论性与实践性较强,与先修课程相比差异性大,导致教师教起来不易、学生学起来困难。笔者结合近几年的教学,在以下几个方面进行了一些思考和实践,取得了较好的效果。
一、熟悉材料性能
钢筋混凝土由钢筋和混凝土两种物理、力学性能很不相同的材料组成,只有熟悉钢筋和混凝土这两种材料的性能,才能较好地理解与解释实验现象。混凝土抗压强度高,抗拉强度低,因此结构构件处于承载力极限状态时,只考虑混凝土抗压,不考虑抗拉。混凝土由水泥、骨料、水等材料拌合而成,强度的离散性大,且混凝土的破坏属于脆性破坏,因此在确定其强度设计值时,材料分项系数取值较大。钢筋力学性能较好,抗拉强度高,在结构构件中主要承担拉力;在柱与双筋受弯构件中,也用于受压,其抗压强度与抗拉强度相当,但钢筋用于受压时,容易失稳,因此需要合理配置横向约束,即箍筋。钢筋及混凝土的应力-应变曲线是较为重要的,它是钢筋混凝土构件应力分析、建立强度和变形计算理论必不可少的依据。此外,还应熟悉钢筋和混凝土之间粘结力的相关知识,这是钢筋截断、锚固、弯起等构造措施的依据。
二、抓住教学主线
构件承载力计算是这门课程的重点,涉及到拉、压、弯、剪、扭等基本受力形式及其复合受力形式,但钢筋和混凝土均为弹塑性材料,且离散性大,因此无法根据先修力学课程采用纯理论的方法直接建立承载力计算公式。通常是在试验的基础上,引入合理的基本假定,画出应力图形,借助力学知识或回归分析等方法建立承载力计算公式(包括其适用条件),然后用于工程设计,对于计算公式中未考虑的一些不利因素,通过构造措施进行补充。因此,在承载力计算章节中,要牢牢抓住“试验现象分析―引入基本假定―画出应力图形―建立基本公式―进行工程设计”这一主线,其中试验与假定是基础,应力图形是关键,基本公式是结论,工程设计是目的[4]。值得注意的是,工程设计既包含计算,也包含构造措施。
在计算过程中,初学者往往习惯于联立解方程,实际上应用基本公式也是有主线可依的,如单筋矩形截面设计,按的步骤计算,思路清晰,每一步都可以检验适用条件。
三、进行对比分析
大多数教材将构件承载力计算分为多个章节,各章节之间看似没有联系,知识信息处于零散状态,学生学起来比较困难。教师需找出各章节之间的内在联系,对比讲解,便于学生掌握。
受弯构件中,单筋矩形截面较为简单,大多数学生能较好地掌握。与单筋矩形截面相比,双筋矩形截面在受压区配置了受力钢筋,图1(a)为双筋矩形截面,抵抗的极限弯矩为Mu。从受力的角度,可以将受压区的混凝土和钢筋分开,并配置相应的受拉钢筋,如图1(b)、(c)所示,其中图1(b)为单筋矩形截面,抵抗的极限弯矩为M1,图1(c)为纯钢筋部分,抵抗的极限弯矩为M2,根据叠加原理,有Mu=M1+M2。
四、引入案例教学
混凝土结构设计原理是一门实践性较强的课程,引入案例教学,可以增强学生对这门课程的认识和理解。设计案例应符合教学目标的要求、符合工程实际、符合混凝土结构设计的发展趋势[5],有一定的启发性和适用性。根据学生的实际情况合理设置案例的难度,选择现实生活中关心或常见的问题,可以提高学生的兴趣,使教学效果更好。在实施案例教学前,需要学生准备好相应的理论知识。呈现案例后,应明确要解决的问题。然后,寻找解决问题的方法,这是案例教学的核心部分,教师应当做适当的引导,对于学生提出的解决方案,应进行点评与总结,并对案例进行拓展与深化。案例教学过程中的重点在于学生的思路与讨论的质量,结果可以是多样化的。
五、培养实践能力
混凝土结构设计原理的理论体系不完善,很多公式是由试验结果回归而成,实践性强,问题抽象,理解起来较为困难。培养实践动手能力对于学好这门课程大有裨益,对今后从事相关工作也奠定了良好基础。实践能力可以从以下几个方面着手:①现场观摩,安排学生参观建成或在建的混凝土结构,加强对梁、板、柱等混凝土构件的感性认识;②参与试验,本课程中涉及大量的试验,应尽可能让每位学生参与到试验过程中,若学校不具备这样的试验条件,可以通过观看试验录像,加强对各种构件破坏机理的理解;③编制计算程序,教材中有各种承载力计算的框图,按框图写出程序(采用Excel表格也可以),可以加深对本课程的理解,也为毕业设计奠定了一定的基础;④理论联系实际,在学习相关内容后,可以让学生寻找相关破坏的工程实例,并分析其原因,具备这种能力后,毕业后可以较迅速地适应相关的工作。
六、板书与多媒体并重
当前,大多数教师习惯于采用多媒体进行教学,这种教学手段形象、信息量大,可以较好地调动学生学习的兴趣,加深对所学知识的理解。混凝土结构设计原理这门课程,涉及到大量的实验现象,大多数学校不具备开展各类型构件破坏试验的条件,但可以通过图文、录像资料重现试验过程,增加学生的感性认识,将枯燥的内容变得生动起来,再结合老师讲解,就能较好地理解实验过程中所蕴含的力学知识。但对于大量的公式推导,在黑板上一步步演示推导过程,可以加强学生对公式的理解和记忆。总之,在教学过程中,合理的结合板书和多媒体,可以提高学生的学习积极性,提高教学效果。
通过在上述几个方面的努力,这几年的教学效果逐渐提高,在今后的教学中,还需要在创新教育教学方法,培养实践动手能力,增强概念设计意识等方面进行进一步探索,进一步提高教学水平和教学效果。
参考文献:
[1]沈蒲生,梁兴文.混凝土结构设计原理(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2012.
[2]关萍.《混凝土结构设计原理》课程建设[J].大连大学学报,2010,(5):116-118.
[3]李书进,沈少波.混凝土结构课程教学探讨[J].建筑结构,2008,38(9):204-206.
关键词:高层建筑;结构设计;钢筋混凝土
中图分类号: TU208 文献标识码: A
在现代高层建筑工程施工中,钢筋混凝土结构的应用日益广泛,在提高建筑结构的安全性、稳定性与耐久性等方面发挥着非常重要的作用。做好钢筋混凝土结构设计是高层建筑工程质量的重要保证。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的重要功能,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
1做好高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要意义
做好高层建筑钢筋混凝土结构设计工作必须要体现设计的重要功能,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的基本要求总结为如下几点:
1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。
1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有益于实现设计目标的耐久性基础。
1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
2.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多,应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的设计数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
2.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
2.3结构高度的控制
在高层建筑钢筋混凝土结构设计中常会出现超高的问题,这不利于高层建筑物抗震性能的实现,由于不同高度会出现不同级别的设计规范形式,因此,当结构高度出现变化时,特别是出现超高问题时,要重新进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作。
2.4建筑结构平面的设计
若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求,则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构,以此合理分布承载力和刚度,并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言,不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形,而且出于对扭转的考虑,必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内;对于必须设计的框架结构防震缝,其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m;若防震缝两侧具有不同的房屋高度,则要根据低高度房屋确定缝宽;虽然不提倡采用短肢剪力墙,但若不得不采用,则必须使其截面厚度低于30cm,且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。
3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点
3.1加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话,其振型数则应该多取,例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等,其振型数应尽量取≥12的数,但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍,除了含有弹性的楼板,而且在进行总刚性的分析时,它的振型数才可以取得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中,要对其面积进行全面的控制,保证其在一定的范围之内,这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中,不但要对建筑的配筋进行不断的加强,而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整,这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。
3.2高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价,用来取得较好的经济效果。
3.3增强地基承载能力
对于建筑结构的设计而言,地基的设计是整个设计的重要部分,建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此,对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中,进行宏观的把握,要严格的把握地基的承载能力,并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言,其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室,这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小,从而有效的保证了上层结构的牢固性,提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外,在进行建筑地基设计的过程中,还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言,通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。
3.4提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
3.5扭转问题分析和几何中心的确定
为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏,结构和布局应在结构设计合理的前提下,尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下,高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下,街道景观的要求和限制,城市规划的高层建筑,不使用简单的平面结构,不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状,在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。建筑结构振动周期包括两个方面:结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。
4、结束语
综上所述,钢筋混凝土结构是高层建筑的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,在设计中应该把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)
[2]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010(01)
国民经济的发展推动了建筑行业的繁荣,给建筑领域创造了更多的机遇,一时间,各种各样的建筑物如雨后春笋般涌现出来。钢筋混凝土结构是现阶段我国建筑物最典型的结构,在建筑工程中受到了广泛的关注与重视,然而近年来,施工期钢筋混凝土结构事故频频发生,影响着建筑工程的建设质量,也对社会稳定性造成了一定的损害,因此,钢筋混凝土结构的设计引起各相关领域的关注与研究。本文针对钢筋混凝土结构设计,对其中的常见问题进行分析,并提出了相应的优化措施,以供参考。
关键词:钢筋混凝土;结构设计;常见问题;优化措施
中图分类号:TV331文献标识码: A
前言:
钢筋混凝土结构具备强度高、延性好、整体性等优势,因此被广泛运用到建筑物的整体框架建设中,然而钢筋混凝土工程的施工需要运用到钢筋、混凝土、石料等多种施工材料,也需要应用拌和机、吊车、输送泵车等,还需要运用到钢筋绑扎、混凝土浇筑、模板安装等多种施工工艺,由此看来,钢筋混凝土结构的设计具有一定的难度,因而其中依然存在着诸多问题,采取有效措施予以解决,才能优化钢筋混凝土工程的施工。
一.钢筋混凝土结构设计的原则
1.1钢筋混凝土结构的实用性原则
设计的钢筋混凝土结构必须具有实用性,实用是钢筋混凝土结构的主要要求,只有突出钢筋混凝土结构的实用性,整个钢筋混凝土结构设计也才能适应市场的需要,也才能满足使用者的各类需求,钢筋混凝土结构的设计工作也才能找到实施的基础。
1.2钢筋混凝土结构的安全性原则
钢筋混凝土结构设计过程中应该突出安全,一方面要确保钢筋混凝土结构施工过程中安全目标的实现,要为钢筋混凝土结构施工创造一个安全的环境,这是进行钢筋混凝土结构设计的必要前提。另一方面要确保钢筋混凝土结构使用的安全,力争在建筑物和钢筋混凝土结构的使用寿命中做到对安全的保证,这是对建筑功能和使用者人身安全的重要基础。
1.3钢筋混凝土结构的整体性原则
应该将钢筋混凝土结构的设计工作进一步深化,使整体性原则得到进一步落实,让整个钢筋混凝土结构达到一个性能综合、结构连续的整体,在实现对建筑物功能维护的同时,确保整个工程的统一。
二.钢筋混凝土结构设计中存在的问题
2.1地基设计过程中存在的问题
在建筑工程的地基设计过程中,对于地下室底板设计中容易忽视附加应力的作用及影响,这种附加应力是由建筑物沉降而引起的,在实际的工程施工中,柱下独立基础与地下室底板在上部建筑物的重力载荷作用下,会发生一定程度的变形沉降,如果不将附加应力考虑进去,势必会影响地下室底板的安全性和稳定性。在采用天然地基的情况之下,附加应力的影响会更加显著,因此需要在地下室底板与持力层之间采取支护的保护措施,如果变形与总沉降的程度较小,可以在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施。对于减小附加应力作用的各种办法的采用,需要根据具体的工程要求与地质、季节等客观因素来进行选择。
2.2上部结构设计中存在的问题
对于框剪结构来说,一些剪力墙的分布不够均匀,甚至出现单肢刚度过大的剪力墙,这就导致应力过于集中,为建筑结构的安全性和稳定性埋下安全隐患,一旦该单肢出现问题,其影响较大,波及的范围较大,最终对钢筋混凝土工程造成严重的损害。其次,与框剪结构相连接的一些基础性结构,如连梁等构件,其设计本身就具有一定的难度与专业性,如果剪力墙的布置不够均匀,出现刚度参差不齐的现象,就会增加与框剪结构连接的接触性结构的设计难度。对于框剪结构的设计需要明确多道设防的概念,它是指当建筑物遭遇中震时,在第一级别的剪力墙进入塑性之后,还需要有小级别的剪力墙对建筑物的整体框架结构维持,尽可能的降低其变形程度。如果遇到较大的地震时,小级别的剪力墙也会随着进入塑性阶段,此时建筑的整体结构基本已遭到较重程度的破坏,为了保证立柱的完整,需要进行一系列的设计,从而让梁来承担建筑物的载重力,以破坏梁为代价而维持柱的稳定性,在一定程度上可以延迟建筑物的倒塌时间,甚至避免建筑物倒塌。
2.3钢筋混凝土结构设计中的裂缝处理问题
在钢筋混凝土结构中裂缝的出现不可避免,或是由于施工要求人工造成的施工缝,或是因为施工操作不到位引起的裂缝,对裂缝的处理是钢筋混凝土结构设计中的关键组成部分。①构造裂缝。在钢筋混凝土结构中,一系列操作不规范和技术不到位的现象如混凝土浇筑时的振捣不充分、模板发生移动、水灰比错误等,都会造成钢筋混凝土结构中出现构造裂缝。②温度裂缝。在钢筋混凝土结构中,最常见的裂缝就是温度裂缝,引起温度裂缝的原因是外界温度变化较大,混凝土会随着温度的变化和差异发生热胀冷缩,从而引起温度裂缝,这种裂缝在建筑物的屋面层出现的几率较多。③收缩裂缝。收缩裂缝的出现原因是因为混凝土结构在化学反应中水分会进一步流失,从而造成混凝土收缩,除此之外,在混凝土结构的养护过程中,混凝土会发生硬化、碳化和脱水的情况,这本来属于混凝土的固有特性,也会造成钢筋混凝土结构出现收缩裂缝。④结构裂缝。在混凝土浇筑的过程中,由于各个构件具有不同的刚度,因此在钢筋混凝土的整体结构中会出现刚度较弱的部位,这就容易造成钢筋混凝土中出现裂缝,称之为结构裂缝。
三.优化钢筋混凝土结构设计的对策研究
3.1完善结构体系
一般来说,钢筋混凝土结构比较复杂,其复杂性也是造成其结构问题出现的原因之一,因此在钢筋混凝土结构设计中,需要将结构体系中比较繁琐且作用不大的部分进行删除或者合并,从而使复杂的结构体系变得简化。其次,在钢筋混凝土结构设计中,最容易忽略的是受力及变形的计算,因此在对配筋进行计算时,需要将受力和变形计算进去。除此之外,需要采用一定的有效措施,对钢筋混凝土结构中容易出现问题的部位,进行预防和控制。
3.2规范结构尺寸设计
在钢筋混凝土结构工程中,施工材料的变形以及温度的变化都会引起钢筋混凝土结构出现裂缝,钢筋混凝土结构越长,由于材料和温度变化引起的应力就会越大,从而裂缝出现的几率就会相应变大,这也是横向裂缝产生的原因。而通过笔者及建筑行业多年的研究及总结,发现钢筋混凝土结构的应力与其长度呈非线性的关系,这就表明钢筋混凝土结构的尺寸设计对其稳定性和安全性关系重大,如此以来,在钢筋混凝土结构的设计过程中,需要对其设计尺寸进行严格的控制,使其符合工程施工设计要求,从而降低各种裂缝出现的几率。
3.3优化结构布置及形状
在钢筋混凝土结构中,如果结构的布置和形状不规则,就会导致结构各部分的刚性不一致,从而就会致使结构各部分产生的变形也不尽相同,这就容易造成刚度比较薄弱的部位出现一系列问题,因此在对钢筋混凝土结构进行设计的时候,需要保证其结构布置及形状的规则性,从而使钢筋混凝土结构的各部分刚性一致,最终降低问题出现的几率,增强钢筋混凝土结构的稳定性和安全性。
3.4加大板类构件裂缝控制力度
对于钢筋混凝土结构中板类构件裂缝的控制,主要采取防治的措施。在钢筋混凝土结构中,屋面及楼面板构件相对容易出现裂缝,因此在结构设计中可以采用预应力混凝土浇筑的方式,并在楼面板预埋管线的过程中,利用设置支架的方式对管线进行固定,同时要在管线的交叉部位固定接线盒,以将钢筋混凝土板的刚度进行削弱,从而降低板类构件出现裂缝的几率,提高结构的整体稳定性和牢固性。
结论:
钢筋混凝土结构是现阶段我国建筑工程中最普遍的结构,因其具备多种优势而备受关注和重视,然而也因为施工难度大,涉及范围较广等因素,其设计中依然存在着诸多问题,只有积极采取有效措施优化钢筋混凝土结构设计,才能提高建筑工程的整体质量,促进我国建筑行业的繁荣与长期发展。
参考文献:
关键词:钢筋混凝土;规范;截面设计;受剪承载力;抗震设计
Abstract: The United States and Europe and other developed areas relative to other countries for making the process more complicated, Chinese norms on the basis of according to their own conditions, to make some adjustment and change. In order to further study and draw lessons from, the materials, loads, the shear bearing capacity of oblique section and seismic aspects introduces concrete structure Chinese standard and American Standard of different.
Key words: reinforced concrete; specifications; section design; shear strength; seismic design
参考文献:TU37 献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)01-0020-02
中国的混凝土设计规范,是由中国建筑科学研究院会与有关单位经共同调查研究,参考有关国际标准,总结实践经验,并在广泛征求意见的基础上修订完成的。ACI成立于1904年,致力于有关混凝土和钢筋混凝土结构的设计、建造和养护技术的研究。经过对比中国混凝土设计规范与ACI规定的混凝土设计规范,将其不同点总结如下:
材料
(一)、混凝土
在ACI规范中,以直径为152.4mm、高304.8mm的标准圆柱体试块在标准实验室条件下养护28天的强度作为混凝土抗压强度的标准值。而在中国的混凝土结构设计规范中,采用边长为150mm的立方体试块在(20 ±3)℃的温度和相对湿度90%以上的空气中养护28天后的强度作为混凝土强度测定的基本指标,并且把立方体的抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准[1]。由于混凝土内部的不均匀性,加之安装试件时的偏差不容忽略,导致测定抗拉强度困难,因此国内外均采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。
(二)、钢筋
ACI规范中的钢筋号码用#表示,实际上表示了钢筋的直径,例如:3号钢筋(#3)表示直径为3/8英寸的钢筋[2]。 ACI规范规定的钢筋分为3个级别:40级、60级以及75级,屈服强度分别为280、420、520Mpa。中国《混凝土结构设计规范》规定,用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋一般采用热轧钢筋,用于预应力混凝土结构的钢筋可采用预应力钢绞线、消除应力钢丝或热处理钢筋。根据其力学指标的高低,热轧钢筋可分为四类:HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级。另外,ACI规范中钢筋保护层厚度的取值大于我国规范取值。
中国混凝土结构设计规范进行承载力计算时采用抗拉强度设计值,而ACI规范采用抗拉强度标准值。
二、荷载系数和强度折减系数
从实质上看,ACI的结构混凝土设计所用的可靠度表达式与我国规范中的可靠度表达式有一定的相似之处,但在设计荷载与设计材料强度的取值水平与可靠度的表达方式上又有着不容忽视的区别。以某个构件的截面设计为例,ACI规范中“作用”一侧也是以荷载产生的效应为依据,并将其乘以荷载系数,同时应考虑不同的荷载组合。而在“抗力”一侧,ACI规范采用由各类材料的标准值计算得出的“名义强度”乘以一个小于1的降低系数来获得设计强度,即
γiWi≤φiRn
式中:γi—与荷载种类相应的荷载系数;
Wi—各种荷载所产生的效应;
φi—构件强度折减系数
Rn—构件的名义抵抗力。
在上式中,φ起的作用类似于我国通过材料分项系数将各类材料的标准值降低为材料的设计值,即γ×S≤R,γ即为小于1的材料分项系数。需要注意的是,ACI规范和中国的混凝土设计规范中各类材料的强度标准值的取值原则也是不同的。另外,两种规范荷载的组合分项系数也不同,例如,中国混凝土结构设计规范中,恒载的分项系数为1.2,活荷载的分项系数为1.4;而在美国ACI规范中,恒载的分项系数为1.2,活荷载的分项系数为1.6 。
在强度保证率方面,中国规范规定的钢筋与混凝土的材料强度的标准值均应具有不小于95%的保证率,标准值表达式为fk=μ-1.645σ。而ACI规范中,要求钢筋测定的最低值不应低于要求的设计值,根据统计理论而推定的保证率达99.9%,其正态分布位数为3.00,表达式为fk=μ-3.00s。
关于斜截面受剪承载力的对比
对于无腹筋梁:美国规范中:
中国规范中:对于集中荷载作用下的无腹筋梁,;对于均布荷载作用下的无腹筋梁,。
对于有腹筋梁,两种规范均认为受剪承载力等于混凝土贡献的部分与腹筋贡献的部分相加得到。
美国规范:
中国规范:对于集中荷载作用下的有腹筋梁:;对于均布荷载作用的有腹筋梁:。
中国混凝土结构设计规范中斜截面受剪承载力计算公式有集中荷载与均布荷载之分,在实际设计中需分开计算,而且对于均布荷载作用下的梁,没有考虑剪跨比和纵筋配筋率的影响,而ACI规范采用由计算截面弯矩与剪力的比值来统一剪跨比的计算,从而将各种荷载情况的受剪承载力计算用一个公式予以表达,从这一点看,美国规范受剪承载力设计公式考虑的因素较为全面,且避免了实际设计中的混淆。
无论对于无腹筋梁还是有腹筋梁,美国规范受剪承载力计算公式的保证率均高于中国规范,并且随着配箍特征值的增大,中国规范与美国规范的受剪承载力保证率差距也越大。
关于抗震设计的差异
美国的两本主要的抗震设计规范是IBC2006与UBC1997,与中国的抗震设计规范GB50011—2010在制定目标和技术细节上都有些许的不同。本文以UBC1997为例。UBC1997的抗震设防目标是“避免结构倒塌和人身伤亡”,以50年超越概率10%的地震作用为基准设防地震作用,地震设计重现期为475年。我国《建筑抗震设计规范》采用“三水准设防目标”,即小震不坏,中震可修,大震不倒,分别对应以50年超越概率63%,10%和2%的地震作用。
关于场地的分类,按照场地的剪切波速,中国规范将场地分为Ⅰ—Ⅳ四类,而UBC将场地分为SA—SF五类,相应于IBC的A—F五类。
总结
本文仅较浅显的反应了中美两国在混凝土结构设计中几个方面的差别,其不同之处还有很多。近年来随着我国经济及技术的发展,我国在国际上所承担的工程项目越来越多,很多国家都采用美国规范进行设计,因此了解美国规范与中国规范的不同对于我国的设计人员越来越重要。
参考文献
关键词:概念设计用钢量设计管理
Abstract: based on the experience of the concrete structure design is analyzed. The structural design of the current used to practice, and puts forward the concept of structure design, detail control with the amount of steel to save significance, and discusses the application structure design in architectural design, the importance of the management.
Keywords: concept design steel quantity design management
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
引言:建筑的经济性逐渐成为市场的热点,成本压力导致业主对结构设计经济性的要求进一步提高。这要求对结构设计优化及监控重视程度需要进一步提升。结构设计与管理的目标是使开发项目的结构成本在满足建筑要求的情况下合理最低,通过专业的结构设计与设计管理持续为项目创造价值。下面就这两个问题作进一步讨论。
1混凝土结构设计体会
目前钢筋混凝土结构在整个建筑市场占有主导地位,保证安全的前提下控制混凝土结构的用钢量,成为确定设计质量的核心标准之一。在钢筋混凝土结构设计中,随着设计师者规范的不同理解,会采取不同的处理方法。在这十余年的结构设计工作中,本人也积累了一些经验。下面就设计中应注意的问题,阐述一下个人观点。
1.1概念设计:
由于建筑的复杂性、地震的不确定性、计算软件的不精确性,必须对计算结果从力学概念和工程经验等方面进行概念设计,从宏观上确定结构设计中的基本问题。其主要内容包括:a)合理选择结构类型。b)整体性、承载力和刚度平面内及高度方向的均匀分布,避免薄弱部位产生过大的应力集中或塑性变形集中。c)具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。d)具有多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。e)各类结构构件应具有必要的强度和变形能力(或延性);f)非结构构件要合理设置,并与主体有可靠的连接。
1.2设计总则:
a)结构方设计应兼顾质量与成本,在保证结构安全的前提下力求节约,坚持成本最优原则。构件尺寸及配筋如不是计算和概念设计需要,应取最小值。b)优先采用HRB400级(三级钢);但当构件配筋由裂缝和挠度等正常使用极限状态控制时,特别是地下有防水需要时,应优先采用HRB335(二级钢)。c)较大的(需加强配筋)墙、梁、板预留孔洞及预埋套管应出定位图。d)人防设计除计算需要外,构件尺寸及配筋均采用规范允许的最小值。e)结构计算宏观指标如轴压比、周期、位移、剪重比、刚重比等等应控制在合适的水平,既符合规范的要求,同时也不要有太大的富余。
1.3基础:
a)地基承载力≥130kpa且埋深小于3米时宜采用天然基础;对全部或部分置于粘土层或全风化层的天然基础应进行沉降验算;对于天然基础,如果基岩埋深变化剧烈,在沉降值允许的前提下,可考虑将同一单元的基础置于不同持力层。b)为保证施工质量,独立基础应优先采用锥形基础,其边缘高度宜取200,不宜采用台阶式基础。C)悬挑地梁应按悬挑梁配筋。d)一层隔墙地面下作元宝基础,不单独设梁。
1.4地下结构:
a)地下室外墙混凝土不宜大于C3O,否则易开裂。b)有防水需要的地下挡土墙均做砼墙;地下室外墙应进行水土压力下的抗裂验算;侧墙内外竖向筋直径可不同,外侧竖向筋可采用长短筋搭配。c)地下室板宜结构找坡排水。
1.5墙柱:
a)墙柱布置间距、数量、长度应合适,墙柱轴压比尽可能与规范接近,避免因墙柱过密过长而造成浪费。b)除计算需要,墙柱混凝土强度等级以C25、C30为主。c)剪力墙竖向分布筋可取低至Φ10,水平分布筋可取低至Φ8,均可取HPB235。d)墙柱主筋由计算确定,根据计算结果部分可酌情适当放大。e)墙体拉结筋直径间距按规范最低要求取值。f)一些尺寸较小的填充墙垛应做成砼构造柱,二次浇筑。
1.6梁:
a)对跨度较大且承受次梁传递荷载的主梁,应验算弹塑性下挠度和裂缝。b)梁端部负筋与梁中贯通负筋应分别配置、搭接处理,贯通负筋满足规范最低要求即可,不应用端部负筋拉通作贯通负筋。c)当梁腹板高度小于450时,不配置构造腰筋(如计算结果需要配置抗扭腰筋则属例外)。d)主次梁相交处以加密箍为优先,吊筋设置与否应根据计算结果文件中剪力包络图为依据,如不需要,不应随意设置,以减少施工麻烦。e)悬挑梁箍筋全程加密。f)首层外圈梁高应考虑与室外地坪关系,不应在梁底与室外地坪之间留有间隙,可根据具体情况采取增加梁高或梁底挂板形式,使梁底或板底低于室外地坪不少于100。
1.7板:
a)楼板负筋不应大面积拉通,但小板块如卫生间、建筑平面薄弱处抗震需要、突出建筑之外房间抗温度应力需要则属例外。b)异形板设计应进行有限元分析,对跨度较大的异形板应验算弹塑性下挠度和裂缝。c)对于小板块,如板上砌有隔墙,在板厚及配筋值不变的前提下,可以不设置两根加强筋。d)为避免或减少建筑阳角处板温度裂缝,除阳角处楼板负筋加密外(间距不大于150),在保护层内附设双向Φ4@80冷拔钢筋,长度取1/3短跨;窗台板转角处应设置放射筋。e)楼板中穿管线不应有大量集中的地方及相互交叉超过3层的情况,否则应予以处理,防止砼开裂。
1.8附属结构:
a)主体钢筋混凝土如果存在附属的钢结构,应充分考虑钢结构的设计,并应预先在钢筋混凝土结构设计中设置钢结构的预埋件,避免事后打凿砼。b)女儿墙水平筋间距不大于150。
2 设计管理
2.1特点:
结构设计具有一定的模糊性,没有唯一解。各设计公司、审图公司、业主设计部,甚至同一公司中的不同人员对规范的理解常常也不一致。而这些理解上的差异会对结构成本造成一定的影响。这需要从内外两个方面解决。
内部:在设计公司内部造一种设计人员之间进行坦诚技术交流氛围,从而对一些常用的结构概念形成共识,避免同一套图纸中由于多人合作而形成的设计概念不一致。在遇到对规范的理解不一致,或其他有争议的技术问题时,可以利用广泛的外部资源,听取各种解释,从中选取对项目最有利的做法。
外部:与这样在设计过程中随时把可能引起争议的地方与施工图审查公司事先沟通。达成共识,保证将来施工图审查时一次通过,无需改图;提前输入《结构设计统一技术措施》,在设计初期就跟业主进行沟通,取得他们的认同,避免事后扯皮。
2.2细化:
结构设计贯穿于设计工作全过程,包括:建筑方案设计的前期介入,提供专业建议;扩初设计时的结构多方案比较优化;施工图阶段时的精心设计;与施工图审查单位的及时沟通;以及施工过程中现场配合等工作。
结构设计管理亦是无处不在,管理工作的高效是设计工作高效的基础。具体而言就是将每个结构设计过程划分为若干小的阶段,各阶段之间为关键控制节点。在每个关键控制节点对上阶段的设计成果进行审核,并和业主就下阶段设计的技术条件进行交流,达成共识,然后再进行下阶段工作。这样对每个阶段的设计都实现了“事先控制”,对整个设计而言则实现了“过程控制”。设计公司基本不需返工,设计质量、进度、成本三方面均能取得较好的效果。
2.3信息管理:
我国在理论研究就、规范编制和管理、专业软件编制及其运用规范和软件进行高难度项目设计的能力等方面,基本已和国际接轨。从节才的角度看,对结构设计的管理进一步的要求是节约材料、降低造价。近年来,这已经成为房地产行业新的关注点。
我们已经跨入信息时代,这只是说我们可以非常快的获得巨量的信息,但我们却只能消化应用这些信息的很少的一部分。实践证明,知识的实际传播速度还是相当慢的。因此,在信息时代,我们仍然要非常敏感地搜集相关信息,同时要积极消化,应用它们,转化为实际经济效益。
设计公司在这方面亦需加强管理,通过项目实现信息的采集,做到新规范,新软件的及时应用,行业内新技术的及时了解并酌情使用,保证自身始终处于业内科技水平的前沿,从而维持核心竞争力。
2.4管理方法的固化:
结构设计技术虽然纷繁复杂,且不断更新,但管理方法却可相对固化。管理方法的标准化作为ISO标准化的一部分,正是结构设计标准化的主要内容之一。
设计管理方法的固化会使结构设计从现在的“手工单件制作方式”变成“标准化的批量生产”,降低结构设计管理的难度,加速人才的成长。“专业之道,惟精惟一”,结构设计管理的最终目标是使所有开发项目的结构成本在满足建筑要求的情况下合理最低,通过专业的结构设计管理持续为项目创造价值。
3总结
1)钢筋混凝土结构设计中要做到节省用钢量,就必须全方位行动,宏观概念上给予定性掌握,微观细部上给予定量控制。
2)结构设计管理创新的关键是管理思路和管理方法上的创新;技术创新则是正确管理方法下的自然成果。
3)理想的结构设计与管理应当以设计规范为基础,以市场需求为导向,在方案、初设、施工图三个阶段全面展开。只有把结构设计管理思想贯穿项目始终,才可保证项目的顺利完成;只有如此,才可保证设计工作的高效率进行;亦只有如此,才可完成令业主满意,具有市场竞争力,安全经济美观的设计。
参考文献:
[1]李国盛. 混凝土结构设计禁忌及实例[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2007
[2]混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010
关键词: 高层建筑;混凝土结构; 侧向力; 对策
中图分类号:TU97文献标识码: A
近些年来,随着我国社会的不断发展,人们生活水平的不断提高,人们对自己所居住的建筑要求也越来越高,建造的各类高层建筑层出不穷给城市建设带来了新的面貌,日益复杂的使用功能和多样化的建筑特征给高层建筑结构的设计者带来了非常严峻的挑战。在此笔者结合多年的实践经验,对高层建筑混凝土结
构设计如何优化进行分析和探讨,现总结如下。
1.高层建筑混凝土结构
在高层建筑业的发展中,高层建筑混凝土结构主要分为以下几种: ①钢筋混凝土结构; ②组合结构; ③新型结构; ④智能建筑结构。
1.1 钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构是最早的高层建筑结构,该结构主要由钢筋和混凝土构成,以用钢筋混凝土建造的,包括薄壳结构、大模板现浇结构和使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构作为主要承重要件。此结构的整体性较能好,且具有耐高温、位移小、维护方便、成本低和刚度大等特点,钢筋混凝土结构的一系列特点,都是钢结构所望尘莫及的。随着我国混凝土增强材料技术的不断发展,钢管混凝土、钢混凝土和高强混凝土等方面技术的不断成熟。钢筋混凝土结构已经成为我国大多数高层建筑所采用的结构体系,是目前我国应用最广泛的也是大多数设计者最熟悉的建筑结构型式。
1.2 组合结构
组合结构主要有钢筋混凝土组合结构和组合切体结构两种类型,其中组合切体结构是一个组合砖砌体构件,主要由砖砌体和钢筋混凝土面层组成,在轴向力偏心距超过0.7y( y 指由截面重心到轴向力所在偏心方向截面边缘的距离) ,或e 较大,无筋砌体承载力不足,截面尺寸受到限制时比较适用。组合结构与钢筋
混凝土结构有所不同,本结构除了具有钢筋混凝土结构的特点外,还具有污染小、节约钢材等特点,与钢筋混凝土结构相比,更节约了建筑施工中所需要的成本,而且科技含量高,在组合结构中,混凝土被填充于钢管之内,钢管内的混凝土在三轴受压的状态之下可以大大提高钢管的承载能力,同时又节约了大量的钢材。因此,在一定条件下,组合结构可以取代钢筋混凝土结构。而且组合结构有着更广泛的应用范围,不但应用在高层建筑中,在造船、冶金与电力等方面也同样适用。
1.3 新型结构
在高层建筑结构体系中,剪力墙体系和框架体系等几种类型是比较常见的,而对于新型的结构体系,它主要是以筒体的组成方式来作为区分标准的,新型结构体系可分为三种体系: 筒中筒体系、框筒体系和束筒体系。相比于传统的单片平面结构体系,新型结构体系中的筒体则具有更大的抗侧刚度,且承载力更大。目前,在功能较全且层数较多用途较广的高层建筑中,这种新型结构体系相对比较适用。
1.4 智能建筑结构
BAS、OAS 和CAS 是智能化系统的三大代表,BAS 指楼与自动化系统,OAS 指办公自动化系统,CAS 指通信自动化系统。目前,智能建筑结构在高层建筑中应用较少,本结构是高新技术产业与现代建筑技术相结合的一种建筑结构,随着社会的发展,人们生活水平的不断提高,这一结构也具有较好的应用前景。在这新的建筑建构之下,建筑物的系统、结构体系以及服务与管理等要素被联系在一起,设计得以更加优化,人们可以生活在一个更为方便快捷且安全舒适的环境中。
2. 高层建筑结构设计考虑因素
在高层建筑中,当建筑物达到一定高度,安全性就会成为重要的考虑因素,混凝土结构的优化设计是安全性的一个重要保证,因此,对于具有一定高度的高层建筑,在设计时,混凝土结构的优化设计就显得异常重要,。高层建筑结构设计必须充分考虑各方面因素,使其达到强度足够、刚度适宜、延性良好、设计合理的标准。需要考虑的因素主要包括: ( 1) 侧向力,侧向力主要是指建筑物在建成以后所承受的风力、地震力和垂直载荷等外力。无论是高层建筑还是低层建筑,都要承受这样的侧向力,低层建筑受到水平力较小,而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。因此,水平荷载和地震力等侧向力应该成为高层建筑结构设计时着重考虑的因素,这些因素正是影响高层建筑物结构变形、结构内力和建筑土建造价提高的主要因素;( 2) 适宜的刚度,据胡克定律,剪切模量G 能够在很大程度上决定向同材料的刚度,同时,建筑物的形状购置也将在很大程度上决定建筑物在塑性期的刚度。在高层建筑建设过程中,建筑高度是一系列风险因素的出现原因,其中不仅包括侧向力,更包括侧向位移,它是会随着建筑物高度的增加而逐渐增大,当高层建筑在水平力的作用之下,为了使高层建筑的侧向位移保持在一定范围之内,高层建筑必须具有足够的强度,同时,自振周期必须控制在最合理范围内,只有这样,高层建筑的结构设计才是最优化的。
3. 高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法
高层建筑混凝土结构设计作为高层建筑结构设计的主要部分,它必须能够与高层建筑的结构设计相适应。目前,在整体结构合理的条件下,追求结构中各个构件的最大承载力成为国内外学者追求的主要目标。目前为止,对于各个构件的优化,尽管各国学者已经进行过相关研究,但行业内仍没有一个适用于高层建筑结构设计的成熟数学模型,同时这一模型能够满足各种结构设计规范条件,符合设计人员习惯,又尽可能接近最优解。因此,在实践的指导下,对各个构件内力的最大承载力的追求就成为设计人员的目标。从本质上说,优化设计的关键点就在于整体和局部概念的统筹合理,二者兼顾。接下来,就高层建筑混凝土结构的优化设计提出具体三项方案:
3.1 合理使用高强砼和高强钢筋。在建筑的整个施工过程中,用钢量是影响总造价的一个重要因素。因此,为了合理降低用钢量,降低造价,节约成本,设计中必须合理使用高强钢筋。然而在高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下,强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用,对于减轻地基载荷,降低基础施工的难度,缩减造价,将具有非常直观的经济效果。由于地震对于一幢建筑的破坏程度,是与该幢建筑的自重成正比的,自重越大,受损毁的可能性,破坏程度就越大。因此,减轻建筑物自重能够减小其受地震破坏的程度,为建筑物的安全提供保证。所以,高强砼和高强钢筋在设计中的合理使用对于快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸,减少用钢量,减轻建筑自重,最后达到降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。
3.2 在高层建筑的结构设计中,对于一个独立结构单元,平面性状、各部分的刚度和承载力是三个需要考虑的重要因素。首先,平面结构性状应该最大限度的做到简单而且规则,长度不应过长,凸出部分不应过大,竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收。其次,刚度和承载力在各部分应该分布均匀,竖向布置严重不规则的结构应该禁止采用,下大上小,逐渐均匀变化的侧向刚度结构才是最合理的。在结构设计的过程中,也许会出现这样的状况,结构足够合理,正如以上所述的标准一样,但却缺乏美观和实用性。这时,就需要结构设计人员要特别重视结构概念设计,并且将概念设计贯穿于建设过程的始终。使建筑结构在满足美观、适用的前提下,平面的布局和竖向布置既简洁、又规则均匀,从而具有合理的刚度和承载力分布。
3.3 注重剪力墙的平面布置。具体应如何注重剪力墙的平面布置,我们应该从以下几方面做起: (1) 剪力墙的布置原则在于沿周边均匀、相对集中布置,同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间、电梯间处,以及平面形状变化及恒载较大的部位,其间距宜适中,不宜过大。(2) 剪力墙墙肢截面应具有简单、规则的特点,剪力墙结构应具有一定侧向刚度,但不宜过大。(3) 较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果,全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。
4.结语
总而言之,在高层建筑混凝土结构设计时,应充分考虑各方面因素,考虑高层建筑风和地震力等侧向力的影响; 考虑自重和地基载荷的影响; 保证高层建筑结构具有足够的强度,具有适宜的刚度,具有良好的延性。与此同时,也应该能够从整体上把握结构整体的设计,了解总体系和主要体系间所存在的最佳受力标准,从而找到最优结构方案,满足各方设计使用要求。
参考文献:
[1]杨克家,梁兴文,张茂雨,等。带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计[J]。地震工程与工程振动,2010.
关键字:混凝土;结构设计;缺陷;解决措施;
中图分类号:TV331文献标识码: A
前言:在中国建筑工程混凝土构造设计方法中存在技术标准和安全系数差距过大,规划和施行过程中人为的过错,耐久性规划办法存在疑问,设计办法中安全检查出现疑问。对于这些疑问提出以下措施,提高技术标准,加强安全系数,加强构造的耐久性和资料的耐久性,加强设计过程中的质量监管,进一步提高设计方法中的安全检查,信任经过咱们的尽力,会使疑问成为优势,进步混凝土构造设计方法的施行和使用。
一、混凝土结构设计存在的缺陷
1、安全系数和技术标准差距较大
技术标准的误差是建筑中混凝土结构设计的一大缺陷,技术标准制定的不够详细明确而导致误差比较大。严格的讲,在建筑设计过程中并没有明确的拟定应履行的相关条例说明,安全系数也是又一影响因素。依照我国目前混凝土设计架构的相关说明,混凝土设计架构的牢靠程度占据十分重要的位置。结构设计合理可靠程度只针对于结构的部件,其安全系数还是取决于荷载系数的值。安全系数的标准设置与荷载系数的值之间存在较大的关联。据相关研究数据表明,美国和英国的荷载安全系数比我国高出15%~22%,欧洲的荷载安全系数比我国高出8%,欧美国家的强度安全系数比我国高出约16%,西方国家的钢材强度安全系数比我国高6%。如我国规定设计柱子的静载和若动的比例为2∶1;我国建筑材料和荷载安全系数等影响建筑承受力的值也低于33%,与发达国家相比也低27%。因此,安全系数和技术标准都存在误差比较大的情况,结构设计师应该给予重视并予以解决。
2、结构设计和实际建造中的人为误差
人为的误差也是混凝土结构设计中存在的又一问题。这是由于人为的设计会存在错误和偏差,从而在实际建造中出现偏差。现在有许多设计师在制图中计算失误而导致误差,或者在设计中由于经验匮乏而导致误差等。因此,公司在聘请设计师人员时,并没有按照其所擅长的领域进行工作。每一位建筑设计师们都有其所精通的范畴,在完成具体的工作时,企业需要对每位设计师擅长的区域进行划分,达到高效高质量的效果。很多企业单位也没有对于设计做出相关的规定和措施,在一定程度上加大人为误差的发生率。企业单位应在一定程度上对于建筑师设计方面做出看管和监督,减少人为误差的发生率。另外,一些设计师的工作态度不够端正,专业设计能力也不够,在一定的工作能力上存在问题,还有缺少职业道德和素养等,这都是人为因素给设计造成的损失和缺陷。
3、关于结构设计的耐久性问题
现在的很多设计都折射出一个问题---耐久性差。但是一项好的建筑工程,耐久性是其核心、关键。若一个结构设计师能把耐久性做好,就彰显出这名设计师高超的设计水平和完美的设计理念。耐久性要求结构设计师在结合设计和实施两方面的情况,共同达到完美。许多的设计师在进行地况复杂曲折的设计时,没有按照地形的复杂设计出优秀的作品,设计作品不适应复杂的地理环境,这就使得设计丧失其功能,不能为建筑所需要,也会影响建筑物的实用可靠性,可称之为拙作。而关于结构耐久性方案,我国与发达国家还存在一些差异。如,在我国与外国的设计标准中,水泥的品种分类方式、种类有所区别,其水泥成分也大不相同。对于耐久性而言,外国的规范比我国的更加明确清晰,在西方的说明当中,并没有指出耐久性的重要性,只是区分在何种情况应使用何种混凝土材料,对于混凝土本身的分类没有特别说明;我国则是根据周围的环境来判断使用哪种类型的混凝土,并且每个等级都有不同的标准控制。
4、设计方法的安全检测不够
在混凝土设计方法中缺少相应的安全检查。在设计中各步骤的安满是设计进行的关键。在每个步骤都完成后要跟进安全检查,但在设计方法中许多设计师缺少对设计的安全检查。有关的政府也对其不够注重,呈现了质量疑问,为修建带来了疑问。许多规划者没有对设计仪器进行置办,设计仪器呈现了不合格的表象,在本源上得不到注重让设计方法呈现了疑问。政府没有进行设计的安全监管和监督,使规划中安全检查呈现了疑问,安全监管要出台防备措施,这也是对设计方法的严格要求,防备办法做不好会致使不安全疑问呈现,让设计得不到安全确保,使设计变成失利,无法真实投入到运营和工作中,使设计偏离了真实的使用。
二、混凝土结构设计的解决措施
1、提升技术的标准和加固安全系数
设计技术的提高和设计安全系数的提高是在混凝土设计的架构中占据十分重要的地位。混凝土设计架构前应对设计的相关标准做出一定的规划和限制,设计步骤和技术要有迹可循,跟着章程走。设计标准的设定范围不要过大,也不要过小,适中为宜。有章程和规定的限制,在建筑师设计过程中才能减小甚至避免错误的发生,同时也加固安全系数。安全系数的不合格,会使得一切设计都毫无意义可言,因此,设计安全系数的重要性可见一斑。设计师应重点关注设计的安全保障性能。公司应当选用专家人才来拟定出适宜规定的安全系数标准,结构设计师按照所设定的标准进行设计,提高建筑物的安全性。还需要对自然灾害等相关灾害做出防范,如,建筑物防水、建筑物的防震等。要完全按照安全设计的标准进行设计,严格做到切实地按照章程规定进行设计,将人们的安全放在首位。
2、在材料和结构中增强耐久性
耐久性也在混凝土设计架构中占据重要地位,其表现在材料和结构两方面。在材料的选择方面,要注重材料的质量达到标准,这是保证结构设计的耐久性的基础。所选用的材料经过完整的程序检测成功后使用,另外,混凝土的用量也需要达到标准,混凝土的质量也需要经过检测合格后使用,多方面的共同促进,达到加固建筑材料耐久性和结构设计的耐久性。对于加固建筑材料耐久性和结构设计的耐久性,需要设计一定的章程和规划,才能使设计保质保量的进行,尽力做到十全十美。同时增强材料和架构的耐久性,才能在混凝土设计中达到耐久性的标准。耐久性不仅被要求在设计上,还要求在质量上。
3、混凝土结构的质量监督
需要提高质量监督在混凝土架构设计中的地位,有关部门要对混凝土的结构设计做出相关的章程和说明,从一定程度上限制设计的失误,制定适宜的工程法规作为监督的依据,使监督有法可依,从而达到更好地建筑设计的结果。结构设计师也应尽量减少人为的误差和错误,严格恪守职业道德规范和职业素养去完成每一次优良的设计。同时作为设计师,应增加学习交流的机会,学习优秀的实际作品,善于总结和归纳,加强自我检查和督促等。作为企业,应把每位设计师专业擅长的领域都了解掌握,让其在自己优秀的领域更好地设计发挥,另外,公司也应加强对设计质量的监管,并制定一些规定条例,严格执行,对于一些优秀的设计作品,应给予奖励和展示,让其他结构设计师从中学习自我提升。
4、提高设计方法的安全检测
在设计方法中要提高安检工作,每一过程都要通过相应的安全查看,政府也要辅佐进行安检。在公司安检后,政府也要相应的进行复查,让安检满有把握不存在任何的疑问。设计方法中的安全查看是不行短少的一个过程,要加强安全措施,对不符合安全措施的设计要从开端就加以根绝。安检是规划完成不行短少的一步,也是要害的过程,要编入设计流程。在政府和规划者的左右开弓监督下会让安全检查得到确保,为设计方法的正确投入做出奉献。
总之,建筑工程混凝土结构设计办法的不断优化为修建注入了更多的血液,相信在问题的处理中和不断的探究中,中国的建筑工程混凝土结构设计办法将得到更高层次的优化,让建筑工作得到弥补和连续,让中国的政治经济文化工作在建筑的强化下得到高度发展,让设计带动建筑,让建筑带动其他工业,一起蓬勃发展。参考文献:
[1]王保贞.预应力技术在混凝土结构中的应用[J].传奇.传记文学选刊(教学研究),2013,03:118-121.
中图分类号:U417.3 文献标识码:A
关键词:设计文件、伸缩缝、抗震、防腐措施
排水工程中的结构属于特种结构,荷载作用主要由水土压力和温度、湿度影响,在设计上设计要求及荷载计算工况不同于民用建筑。
随着一系列排水工程结构设计的不断完善,本文结合工程实际,总结了在排水结构设计中需要注意的一些问题。
一、设计文件
1.设计文件必须注明设计使用年限、结构安全等级、地基基础设计等级、地震基本烈度、抗震设防烈度、场地类别、工程所处环境类别等。
“设计使用年限”是指从工程竣工验收合格之日起,工程的地基基础、主体结构能够保证在正常情况下安全使用的年限。在设计使用年限期间内因设计原因而产生的质量问题由设计人员负相应的责任。
另外设计者还应将结构安全等级、地基基础设计等级、地震基本烈度、抗震设防烈度、场地类别、工程所处环境类别等有关要求在设计文件中标明,做为设计依据的标准和工程条件。
2.设计文件中必须注明混凝土的耐久性要求。
在不同的环境下,对混凝土的耐久性要求不同,如果未按工程环境类别给出耐久性要求会造成混凝土的破坏。例如在干湿交替环境下,如果碱掺入混凝土,则含活性骨料的混凝土会加速电化学腐蚀,生成膨胀,不可避免的会破坏混凝土。在《混凝土结构设计规范》、《工业建筑防腐蚀设计规范》中明确给出了对混凝土最大水胶比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大碱含量做出了详细规定。
二、伸缩缝的设置于混凝土外加剂的应用
给排水构筑物因其体型较大,经常会在混凝土浇筑过程中,由于水灰比过大,水泥用量过多,养护不当,或浇筑混凝土时产生大量水化热,使混凝土硬化过程中产生伸缩裂缝,因此,《给排水工程构筑物结构设计规范》第6.2.1条规定的伸缩缝最大间距,其补充了当有经验时,混凝土中施加可靠的外加剂或浇筑混凝土时设置后浇带,减少其收缩变形。此时构筑物的伸缩缝间距可根据经验确定,不受表列数值限制。
应该明确,规范首先强调的是当构筑物长度宽度超出伸缩缝最大间距时,应首先考虑设置伸缩缝,只是在结构处理上比较困难时,才考虑掺入外加剂或设置后浇带的方法扩大伸缩缝的间距。所以设计时赢充分考虑给水排水构筑物所处的工程环境条件,对不同构筑物区分对待。但对于超大型构筑物,设置伸缩缝是减少水池开裂的主要措施之一,对于敞口水池永久暴露于大气中,宜考虑设置永久伸缩缝。
在设计中,若增加伸缩缝间距,施工图中不但要注明混凝土掺入膨胀剂,强度等级,抗渗等级,还要在图纸中注明水中养护14d的混凝土限制膨胀率(底板0.02~0.03%、侧墙0.03~0.035%、后浇带0.035~0.045%),用以补偿混凝土的收缩,替代设置伸缩缝,同时还宜从构造上适当加强水平钢筋,提高钢筋混凝土的极限拉伸强度。
三、抗震设防烈度及抗震构造措施
抗震设防烈度采用现行的中国地震动参数区划图的地震基本烈度或按经批准的抗震设防区划确认的抗震设防烈度进行抗震设计。
在给排水构筑物设计中,应按本地区抗震设防烈度提高一度采取抗震措施计。《室外给排水和燃气热力工程抗震设计规范》第1.0.7条规定下列构筑物宜提高一度采取抗震措施:1、给排水工程中的取水构筑物和输水管道,水质净化处理厂内的主要水处理构筑物和变电站、配水井、送水泵房、氯库等。2.排水工程中的道路立交处的雨水泵站,污水处理厂内的主要水处理构筑物和变电站、进水泵房、沼气发电站等。因此,在以上构筑物进行抗震设计时,应根据规模和具体情况宜按工程所在地区的抗震设防烈度提高一度采取抗震措施。
设防烈度为8、9度时,采用钢筋混凝土的矩形水池,在池壁拐角处,里外层水平向钢筋的配筋率均不宜小于0.3%,伸入两侧池壁内的长度不得小于1/2池壁高度。
四、腐蚀性等级及预防措施
给排水构筑物因多为地下混凝土结构,所处环境多为地下水位干湿交替或者长期浸泡环境下,为保证受腐蚀性介质作用的构筑物在设计使用年限内正常使用,设计中必须明确腐蚀性等级。在《工业建筑防腐蚀设计规范》中,微腐蚀可不做防护;弱腐蚀:垫层为C20,基础可以不做防护;中等腐蚀:垫层采用耐腐蚀材料,基础表面需涂聚合物水泥砂浆,厚度≥5mm。强腐蚀:垫层采用耐腐蚀材料,基础表面涂环氧沥青或聚氨酯沥青涂层,厚度≥500μm。
五、结束语
本文是作者近几年在结构施工图设计中总结出来的一些常见问题的汇总,根据给排水结构设计规范和设计中总结的经验,提出了一些意见和建议,供同行参考,使给排水结构设计更加完善,提高设计质量。
关键词:高层建筑;结构设计;常见问题;解决措施
Abstract: This paper analyzes the high aspect ratio requirements, material selection and structure system problems, axial compression ratio and short column problems and a seismic design calculation and so on in the high-rise building structural design, and according to the different issues, it summarizes the different solutions.
Key words: high-rise building; structure design; common problems; solving measures
中图分类号: TU3 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)
随着我国高层建筑的迅速发展,建筑高度也在不断的增加,其建筑类型与功能的越来越复杂化,结构体系也变得更加多样化,对高层建筑结构设计的要求也越来越高,成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。本文对于高层建筑结构设计过程中常见的问题进行分析,并对不同问题总结了不同的解决方法。
1、高宽比的规定
作为结构整体刚度、抗倾覆能力、整体稳定、承载能力的宏观控制指标的高层建筑结构高宽比,对其所作规定是长期工程经验的总结,从当前大部分A级高度的高层建筑来看来,规定其高宽比值是较为实用且较经济合理的。对于结构高宽比的要求从侧向位移、结构稳定、抗倾覆能力、承载能力等性能的规定也可体现出来。当这些规定得到满足时,就不一定要满足高宽比的规定,该规定不再是超限高层建筑抗震专项审查的一个指标,它着重 “不宜超过”。然而实际建筑工程中,超过高宽比限制的例子却很多。例如,上海金茂大厦88层高达420.15m,深圳地王大厦81层高达320 m,因此,当高宽比超过限制时,准确对结构进行更符合实际受力状态的计算分析,例如,对安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等进行认真的分析,设计出更切实可靠的构造措施。
2、材料的选用和结构体系问题
建筑材料或结构体系的选用是在地震多发区工程技术人员较为重视的问题。目前我国150m以上的建筑结构通常采用三种主要结构体系:框一筒、筒中筒和框架一支撑。在国外着三种结构体系也被经常采用。然而,国外在地震区的建筑结构多以钢结构为主,而在我国,钢筋混凝土结构及混合结构却占了总结构的90%。钢筋混凝土结构及混合结构如此之高,无法承受得住较大地震作用的考验。80%以上的地震作用剪力主要是由混合结构的钢筋混凝土内筒所承受,有的甚至达90%以上。由于钢筋混凝土核心筒是其主要结构,这就不利于对变形的控制。但因弯曲变形的侧移在钢筋混凝土核心筒较大,钢框架的靠刚度又很小,在协同其工作时侧移在减小,这样不仅使得钢结构的负担增大,且效果也不明显,这就不得不对混凝土筒的刚度或设置伸臂结构作加大处理,在形成加强层后,才满足了规范侧移限值。除此之外,要在结构体系或柱距变化时进行结构转换层的设置。
3、轴压比与短柱问题
对柱的轴压比进行控制来增大柱的截面,而构造配筋由柱纵向钢筋组成,这是当前钢筋混凝土高层建筑结构中常用的方法,其也就是采用高强混凝土,并保证柱断面尺寸不明显减小。为了能使柱子处于大偏压状态,防止受拉钢筋还未被屈服其混凝土就已被压碎。限制柱的轴压比是一个最好的方法。减小了柱的塑性变形能力,其结构的延性就变得很差,尤其在遭遇地震时,就不能很好的耗散和吸收地震能量,从而严重破坏了其结构。然而,如果在结构中若能确保强柱弱梁设计,且拥有延性较好的梁,这样大大减少柱子进入屈服的可能性,此时,可轴压比限值就可稍作放松。此外,长细小于4的层柱不一定都是短柱。因为柱的剪跨比才是确定是否为短柱的参数,短柱是剪跨比小于2的柱。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
4、抗震设计计算方面
4.1高层剪力墙中连梁的设计
与剪力墙墙肢相连的梁就是高层剪力墙中的连梁,连梁的作用在于,在遇到水平地震作用时能很好的耗散水平地震作用能量,使得墙肢的破坏得到减轻。在与墙肢协同作用下,足够的刚度和强度是对剪力墙最基本的要求。结构在正常荷载和风荷载作用的使用下应该是处于一种弹性工作状态,连梁此时就可以产生一种塑性铰。因此,墙肢和连梁的设计要满足强剪弱弯的原则,同时连梁的屈服相比墙肢的屈服要早,且要求墙肢和连梁都要具有良好的延性。在《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定:“在内力与位移的计算中,所有构件均可采用弹性刚度,在框架-剪力墙结构中,连梁的刚度可予以折减,折减系数不应小于0.55。”因此,在实际设计中要在0.55-1之间进行取值,以满足截面设计的要求。连梁在设计过程中,折减其刚度后,连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况的仍会发生,这时通过对洞口宽度的增加,使得连梁的刚度减小。结构的整体刚度减少,其地震作用的影响也就随之减少,连梁的承载力就不会不超过其限定值。
4.2高层结构计算
在计算高层结构时,要确立模型就满足所用计算程序的边界条件,使高层结构模型与实际情况相符合。设计人员在计算完毕后要对结构进行分析,并对软件的计算结果进行分析和判断,确认符合要求后方可作为工程设计的依据。
参考文献:
[1]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].
[2]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
关键词:给水排水工程 伸缩缝 结构设计标准
2002 年由建设部和中国工程建设标准化协会颁发了一系列给水排水工程结构设计技术标准,在执行过程中审查施工图发现,在若干问题上易出现偏差, 特此针对这些问题作出说明和建议。下文分几个方面对问题进行阐释。
一、关注给水排水工程结构特征及其应用标准
国家标准与协会标准的应用根据我国1989 年颁发施行的 中华人民共和国标准化法,规定我国实施强制性和推荐性两类标准。强制性标准主要是针对:人体健康,人身、财产安全、环保方面。推荐性标准的对象是纯技术性的,相当于国外的学术团体标准。 制订这些技术标准都经过科学论证和大量的工程实践经验的总结,可以极大地解脱设计人员的自我探索精力,很少有人会弃之不用而甘冒风险。
给水排水工程结构的设计要求,完全不同于民用建筑结构也不同于水工结构。据此,给水排水工程结构设计需要有一系列针对性强的设计标准。自20世纪70 年代原国家建委和建设部开始组织制定这方面的设计标准和相应的施工验收标准。需要强调的是对管道进行结构设计,不能只按产品标准随意选用,需通过结构设计核算后,选定合适的产品。
总之,给水排水工程结构设计应按本系列的标准执行,除在系列标准中说明引用其他标准外,一概避免混用民用建筑结构的设计标准。
二、 保证结构耐久性的措施
1. 材料:配制混凝土的水泥品种、水灰比的控制、 碱含量的限定、 强度等级、 抗渗和抗冻等级等要求。
2.构件截面设计:①按弹性体系,不考虑塑性内力重分布;②对中心受拉或小偏心受拉的构件,需按抗裂度核算,不允许裂缝出现;③对于受弯、大偏心受拉或压的构件,要以控制裂缝宽度进行核算,避免构件内钢筋在开裂部位加剧锈蚀,影响结构的耐久性。
3.构造措施:钢筋净保护层厚度的最小值规定;提高构件均匀碳化过程的时间;敞口水池顶端设置加强筋、超长池壁设置变形缝及纵向每侧温度筋的最小配筋率。
三、裂缝宽度计算式
钢筋混凝土结构构件裂缝宽度计算式,在2002年颁发的给水排水工程结构设计系列标准中,仍引用 给水排水工程结构设计规范GBJ69 84 中的公式。应用此项公式的计算结果以及对受弯、大偏拉、大偏压的衔接计算,与民用建筑的 混凝土结构设计规范 GB50010 2001中的计算公式得出的结果不相等同,后者通常要大些。所以,应该充分注意到裂缝宽度计算公式的重要性,而且钢筋的配置量取决于裂宽的限值。
钢筋混凝土结构构件的裂缝宽度计算是难度很大的,由于影响因素众多,根据现有的试验数据,不裂缝间距,裂缝宽度的离散性一般都很大,若要由此建立一个较精确的计算式是现实的。对此,英国BS8110标准中已给予充分的表叙,其用词为Assessment(估计),区别于其他条文中的Calculation。据此,对裂缝宽度的计算公式,还应立足于与工程实践的适应性。
四、关于闭水试验工况
对于贮水构筑物的结构设计中,均需考虑闭水试验工况。主要是针对地下式水池的闭水试验工况,规范规定在强度核算基础上还应进行限制裂缝宽度核算。争议之处,并不在于是否需要核算裂缝宽度,而是在对应的计算式中,裂宽发展的时间效应系数取1 8是否合适。从试验角度,裂缝宽度大部分在不长的时间内形成,在闭水试验的几天时间内,裂缝开展已大部分形成。尽管从理论上可以取小于1 8 的系数,但具体取值尚难以定量。目前只能取1 8 ,待积累经验后,再作完善。
五、关于变形缝的设置与外加剂的应用
对盛水构筑物而言,体量大,在混凝土浇筑成型过程中, 由于水化热的影响经常导致池体开裂,据此规范提出设置变形缝的要求。如英国BS 标准中列有详尽的规定。在国内盛行混凝土的配制中,常以外加剂替代变形缝来补偿混凝土的收缩。为此,《规范》提出了应用的条件,强调了工程实践经验。这里的涵义是多方面的。
不能简单地认为掺入外加剂是灵丹妙药,可以妥善解决池体开裂现象,工程实践已反映了多起构筑物施加外加剂后仍然出现墙体开裂的状况。对此,应该明确《规范》首先强调的是设置变形缝,通常只是在结构上处理比较困难时,才考虑掺加外加剂扩大以变形缝间距,且不得超过《规范》规定间距的两倍。
变形缝处若施工不佳会渗漏水的说法,显然是不合理的。首先,如果施工质量不佳,不论在任何部位都是不能允许的;其次是现行的变形缝构造并不是很复杂,不难保证施工质量。
六、矩形盛水构筑物的角隅应力应予重视
矩形盛水构筑物的墙体拐角处,不论墙体是竖向单向受力还是双向受力,均将受到由于相邻墙体约束引起的弯曲应力,以及相邻墙体传递的边缘反力。从近两年施工情况来看,一般对相邻墙体传来的边缘反力易遗漏。尤其是对于中隔墙,通常视为不受力,实际上其端部要承受与之相连两侧墙体上的边缘反力,应以控制开裂核算。
七、结语
本人根据给水排水结构设计规范和已建工程较经验,提出了一些有关意见和建议,以供同行参考。希望大家在施工过程中多注意积累实践经验,注意细节问题,并加以总结。其目的是使结构设计更加完善,提高质量水平。
参考文献
[1]给水排水工程结构设计规范编制组.《给水排水工程结构设计规范 》[S]
[2]胡德鹿.新规范结构的设计使用年限[J].工程建设标准化,2005年第2期
[3]国家标准.给水排水工程构建物结构设计规范(GB50069-2002)[S]
【关键词】高层建筑;钢筋混凝土;结构设计;问题
一、前言
在建筑技术的不断发展下,我国城市中的高层建筑如雨后春笋般涌现,并且还呈现明显的增长趋势,随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,在这样的情况下,怎样满足工程建设需要,构建一套准确高效、符合实际国情的建筑施工技术体系,成为了施工技术亟待解决的一项课题。目前,钢筋混凝土在建筑结构施工中的应用十分广泛,与其他结构材料相比,它具有显著的优势,故在土木工程、房屋建筑中得到了重大的发展、应用,同时也在施工技术、制作工艺、设计方法等方面得到了突出的表现。对于多样化的钢筋混凝土高层结构设计,尚存在一些问题,下面就钢筋混凝土结构设计中的常见问题,进行深入的剖析。
二、结构设计问题分析
(一)超长结构问题
在《混凝土结构设计规范》(下文件简称为《规范》)中,关于钢筋混凝土结构长度,其中一条(第9.1.1条)规定框架结构伸缩缝设置间距要≤55m,而另一条(第7.1.2条)则规定,如果采取后浇带分段的施工方法,可以适当增大伸缩缝的设置间距。在实际设计中,这两条规定的把握较为不易,在工程实例中很难保证结构长度≥55m就设置一条伸缩缝,并且对于后浇带分段施工,对于结构的长度很难控制,从而不易产生裂缝。这类问题的产生原因主要是各地区温度差异、混凝土收缩应力差异造成的。
这类问题的解决必须要在结构设计中调整梁柱配筋的概念。首先,针对长向板钢筋要设置为双层,同时还要对中部的梁板配筋进行适当的增强。这是因为温度应力会对两侧梁柱,尤其是边跨柱配筋产生极大的推力,而中部区域是结构的中点,故其受到的应力较大,所以需要对其加强。另外,超长的结构设计,容易在角部产生扭转效应,所以还需要加强角部结构。如果结构长度≥70m,为了不设置伸缩缝,就必须采用特殊措施,如掺入抗裂剂、预加应力等。在设计长度≥70m的结构时,设计者必须定量分析温度和收缩裂缝,同时施加预应力,该方法的效果在众多的工程实例中都得到了较好的应用效果。若无法分析清楚超长结构的受力情况,还是应当根据《规范》标准,在结构长度≥55m时就设置伸缩缝,其实只要处理恰当,伸缩缝的设置是不会对建筑外观造成太大影响的。
(二)筏板厚度设置问题
在桩筏基础设计中,筏板厚度值的计算,首先根据建筑层数来对筏板厚度来进行估算的。一般筏板厚度估算值为50mm×建筑层数。以一栋28层的住宅建筑为例,筏板厚度估算值为50×28=1400mm。再根据建筑的排桩情况,对角桩冲切、群桩冲切、墙冲切、边桩冲切分别进行验算。通常情况下,都用角桩冲切控制板厚,但若是短肢剪力墙结构,由于其墙体不封闭,所以要获取群桩冲切的边界值较为困难,另一方面,由于桩群之间会重叠较多,所以群桩冲切取值较为不利。故笔者建议,将几个大层间的取值作为冲切边界,所围区域内的短肢墙体内力作为抗力抵消,该方法尽管无法保证绝对的准确性,但在放大区域后,对削弱边界开口效应,故其可行性还是值得肯定的。
(三)强柱弱梁设计问题
在钢筋混凝土结构的延性设计中,“强梁弱柱”是基本设计原则。“强梁弱柱”设计理念主要是抗震设防,其抗震设防的目标是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。在钢筋混凝土结构中,柱是核心支撑,若柱受到破坏,会导致建筑的整体坍塌,若梁受到破坏,则仅会对某区域造成损毁,所以柱破坏造成的损害明显大于梁破坏,设计人员在进行结构设计时,一定要牢固树立这一设计理念。对于柱轴压比,要严格控制在0.9%以内。在设置配筋、柱断面时,要分部位进行处理,并适当加强边柱和角柱,尤其是角柱,最好采取全柱加密箍筋,同时配筋率要≥1%,除小截面柱以外的所有框架柱的纵筋都要≥20,柱筋采用的种类不要太多。对于矩形截面柱,要采取对称配筋;对于梁,中部筋要配足,支座筋可适当降低,以使其在地震作用下形成梁铰机制,即在地震作用下,首先在梁端产生塑性铰,以保证柱的受弯承载力比梁大,从而防止柱先屈服。
(四)地下室外墙、底板配筋计算问题
在计算地下室外、底板墙配筋时,常出现实际情况与假设条件不相符的问题。以地下室外墙配筋计算为例,有的设计人员将凡是带扶壁柱的外墙,不论扶壁柱大小,均按双向板进行配筋计算,但按照地下室结构整体电算分析结果,对扶壁柱配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。从扶壁柱与外墙变形协调原理来看,该配筋计算方式下,扶壁柱配筋不足,外墙竖向配筋偏少,外墙横向配筋过多。针对这一问题,笔者建议:将有钢筋混凝土内隔墙相连的且与外墙相垂直的外墙板块、较大尺寸扶壁柱(如外框架柱)间的外墙板块的配筋按照双向板进行计算,其他外墙的配筋均按单向板进行计算。
(五)地下室设计问题
在进行高层建筑的地下室设计时,还要考虑地下水位问题,由于人为无法控制地下水位上涨,所以一旦发生地下水位上涨,就会对地下室乃至整栋建筑产生影响。因此,在设计地下室时,要尽量简化地下室轮廓,以利于防水。尤其是柱下承台的地下室,柱下承台会将基槽地模产生较多阴阳角,使其形状复杂化,这就增加了防水施工的难度,延长了施工时间,不仅无法保证防水质量,更会增加工程造价。对于该问题,笔者建议采用反承台法:使承台下皮标高与地下室底板相等,并在地下室内部覆土。该做法会简化基槽地模的形状,减小施工难度,缩短工期,保证施工质量。同时,覆土重量还会对抗消除地下室底板的水浮力。
三、总结
随着人们生活水平的提高,对于住宅建筑的要求也随之提高。人们不止要求建筑在质量上合格,采光、朝向等条件满足,更对建筑形态、环保节能、绿化、文化等方面有了更多的要求。这也推动了建筑加工工艺的创新化、高科技化,同时也要求建筑设计者具备丰富的设计经验、深厚的文化内涵,并要具有创新开拓精神,能够创造出独特的、新颖的、夺人眼球的建筑。与此同时,还必须保证建筑质量过硬,使用性能优异。目前,钢筋混凝土结构以其抗震性好、整体性强、结构灵活、传力明确的优势,在现代建筑中得到了广泛的应用。钢筋砼结构看似简单,但在设计过程中若考虑不周、疏忽大意,则很容易出现各种问题,对建筑工程造成影响,甚至危及结构的安全性。因此,设计人员在进行结构设计时,一定要充分重视以上提出的问题,并逐个解决落实,从而使结构设计质量得到有效保障。
参考文献
[1]刘双庆.钢筋混凝土结构设计常见问题解析[J].四川建材,2009,35(4):124,126.
[2]杨新.浅谈钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].中华民居,2011,(6):46-47.
[3]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010,(1):130.
[4]陆强.浅谈钢筋混凝土结构设计中的一些常见问题[J].城市建设理论研究(电子版),2011,(22).