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使用寿命在房屋建筑工程中是一个非常重要的问题,多数房屋在使用过程中因为受到使用功能的改变、火灾、地基不均匀沉降、超载等不同因素的影响,寿命缩短的很严重,而结构加固技术的使用正好可以有效延长建筑的使用时间。
1.2增强房屋建筑耐久性
房屋建筑在使用过程中,因为受到多种因素的影响,其耐久性受到了严重的影响,结构加固技术的使用可以从结构上使建筑物耐久性得到加大。
1.3提高房屋建筑抗震性
作为一种自然灾害,地震的发生为社会发生造成了严重影响,近年来我国地震频现,因此在房屋建筑使用过程中应该对抗震性给予充分重视,结构加固技术的使用可以使既有房屋建筑稳定性得到大大加强,有效提高建筑的抗震能力,进而更好的与现代社会发展的需要相适应。
2我国房屋建筑施工加固设计的使用现状
2.1房屋建筑施工加固技术体制不合理
目前我国的施工技术与管理方式比较粗放,同时密集化与专业化的程度也不高,尚未形成相应的技术创新体系。在房屋建筑施工过程中应该在技术人才培养机制上进行不断的创新,同时对房屋建筑施工技术体系进行不断的完善与创新,进行体系建设。正因为房屋建筑行业存在一定的特殊性,因此不能完全依靠传统体制,这样会使产业升级技术的更新换代受到影响,或者产业升级速度太慢等问题的存在都会对市场创新受到影响,加上房屋建筑施工技术在创新上存在一定的滞后性,需要进行大量的创新实践和运用,这样才能对施工进度与施工质量进行有效保证。值得一提的是,建筑施工技术创新很容易会不适应实际的市场需求,加上一些新的技术成果容易受到相关政策的影响,进而不能及时进入到建筑施工之中。
2.2建筑施工技术与理念非常落后
科学的理论与正确的理念是行动的先导,在建筑行业中也是如此,企业领导、项目负责人以及施工人员在工作中都离不开科学的理论与正确的思想作指导。从目前房屋建筑施工中来看,很多企业领导者、项目负责人不重视施工技术、材料的创新性,严重忽视了施工过程中的创新理念,在这种情况下,整个工程建设在设计与施工过程中始终沿用着传统的思路,不重视引进先进的理念与技术,在理念与施工上不能与时代要求相适应。施工企业严重忽视了建筑技术在创新工作上的重要性,以上这些因素是造成房屋建筑创新性缺乏的重要原因。
3房屋建筑工程中经常使用的几种加固设计技术
3.1粘贴钢板加固技术
这项技术在建筑加工施工中十分常见,这项技术的优点主要在于加固施工的时间比较短、钢筋混凝土结构不需要加湿、外观损害比较少等,因此不能对建筑物的正常使用造成影响。但是因为加固技术的效果主要由建筑结构胶的质量所决定,所以粘合的材料与施工水平都会随建筑物的加固效果产生影响。因此一般来说这种技术经常在钢筋混凝土构件薄弱部位以及受拉区的静态固件中使用。
3.2增补受拉钢筋技术
这项技术主要是指在房屋建筑主体结构中一些受力集中的地区,使受拉钢筋得到增加,利用这种方法对梁体结构的承载力水平进行改善。在这样的过程中,增补钢筋和既有梁体结构之间的连接可以利用全焊接与半焊接等方式来实现。在二者连接的过程中,可以与实际情况相结合,在干法外包与湿法外包两种方式之间进行灵活的选择。
3.3外包型钢加固技术
这项技术主要是指用型钢外包在钢筋混凝土结构的四角上,这样一来原来的结构构件的承载能力就会得到大大的提高。这种技术主要可以分为干式与湿式两种外包方法,一般来说湿式外包型钢法比较常用,这种方法可以使结构承载力得到有效提高。外包型钢法的受力非常可靠,同时施工方法也非常简单,但是需要用到的钢材量非常大,同时加固施工的成本也非常高,因此,一般房屋建筑的加固不会使用这种方法,而选择将这种技术用在建筑物梁、柱等位置上。
3.4碳纤维加固技术
这项技术主要是指通过树脂胶结合擦聊将碳纤维板粘贴在结构的表面上,通过这种方式促进结构承载力得到提高,这种技术的优点主要在于它的强度比较高、材料的重量比较小,在使用过程中不需要对材料腐蚀等问题进行考虑,此外适用的领域也非常广,施工材料价格比较低,因此成为现代结构加固设计中比较常用的一种加固技术。但是因为这种技术的耐高温性能并不强,一般来说要求在温度环境60℃以内使用,否则就需要采取一些保护性的措施。
3.5预应力加固技术
这项技术主要是指利用施加预应力的钢绞线、钢拉杆等对结构构件承载力进行提高,它是一种集加固、卸载以及改变结构受力于一身的加固方法。因为受到荷载与预应力的双重作用,使拉杆出现了轴向拉力预应力偏心受压的情况,在这种情况下构件的抗弯能力得到了增加,同时外荷载效应得到了减少,最终使结构受弯变形的程度得到了有效控制,同时也大大提高了构件斜截面的承载力。这种技术的缺点在于在加固施工过程中需要专门的施工机具设备与工序,并要求在60℃以内的温度环境中应用,否则就需要采取一些保护性的措施。
2建筑结构优化技术的经济意义
使用优化建筑结构的方法,能够使房屋在整体结构上更加科学、合理。在实际的房屋施工建设中,房屋的层数对房屋的成本造价产生了直接的影响。在一般情况下建筑物的单位面积造价会随着层数的增加而降低,但是在超过一定的层数之后(即超限建筑物),房屋单位面积的造价反而会增加。因为随着建筑物楼层的增高,房屋中的承重墙和柱等结构将会受到更多的荷载,房屋的稳定性也将受到一定的影响。为了确保建筑结构的稳定性,增强建筑物的抗震性能以满足现行规范的要求,结构形式将会发生大的变化,从而房屋的单位面积造价也会进一步增加。想要在相同的用地面积内,达到理想的房屋设计效果,提高建设单位的经济效益,就需要合理的控制建筑物的层数,并且确保房屋良好的设计效果。使用建筑结构优化技术不仅能够实现对房屋结构的优化,还能够在有限的用地面积内实现最大化的利用效果,促进对建筑用地的合理使用。
3建筑结构设计优化措施
3.1优化结构设计模型
建筑结构的优化可以分为以下几个阶段:
(1)是对变量的选择。
一般情况下,建筑师决定的最终建筑设计方案起到重要的作用,这些重要的建筑数值均可以作为变量供建筑设计人员进行选择。例如:工程参数的参考,包括对房屋价格的参考、对于其损失的参考等等。设计人员若能够将变化幅度较小或考虑因素较少的参数作为设计的参考,建筑结构的设计和编程难度将会大大降低,设计人员也能够更快的找到最符合设计目标的数据。
(2)是对函数的确定。
设计人员要选择出最符合配筋率和房屋结构构件尺寸的一组函数,进而在最大程度上降低建设成本。
(3)是对施工条件的衡量。
想要进一步确保建筑结构的稳定性,就需要从房屋的受力限度、变形限度、结构的稳定性、房屋结构构件的尺寸、结构构件裂缝的限度、房屋的结构体系等方面考虑。在实际的建筑结构设计过程中,设计师应该结合建筑使用方案和房屋的施工条件,分析出实际设计中存在的约束性条件,并且要确保解决这些约束性条件的方案要符合我国现行的规范规定,以保证建筑结构的设计结果达到最优。
3.2确定合理的计算程序
设计师在对房屋结构进行设计的过程中,需要用到很多设计程序,而建筑结构优化的本质就是进行一个复杂繁琐的计算过程。设计人员在对各种数据进行分析计算的时候,要注意将附加约束条件转换成不带约束的条件,这样就更容易地得到更为精确的结构计算结果。此外,还要优化许多建筑结构的技术模式,因为这些模式有利有弊,所以设计人员需要根据实际的施工情况来选择最合适的计算方案。
3.3选择最优的程序
设计人员在设计好房屋的结构模型,且选择了最为合适的计算方法后,就可以进入选择最优设计程序的环节。对最优设计程序的选择需要具备以下几个条件:具备完整的功能、程序运转较高以及程序用途齐全。
3.4对统计结论进行分析
设计人员在进行了各种计算之后,要对统计结果进行认真的分析,并且找出各个设计方案中不同点和相同点,并且结合总体的设计情况和进展选择最佳的设计方案。设计人员在进行结论分析的时候,要注意不要遗漏一些细节问题。房屋的建设与设计是一项耗时长、成本高的项目,它不仅涉及到建设单位的利益,也涉及到了房屋使用者的利益,设计人员在把握细节的基础上,要注意从宏观上把握住当事人的利益,这样才能够有效的节约建设成本,进一步优化建筑结构。在进行建筑结构优化的时候,设计人员不仅要避免追求片面的利益,还应该避免为了追求设计创新而忽略了建筑实际情况。
3.5积极应用信息优化技术
由于建筑结构设计是一些比较复杂的工程,需要的资料也比较多,这为建筑结构优化带来了一定的难度。这时设计人员就需要利用先进的信息化技术对建筑数据进行整理。例如,合理的利用一些参数定义的软件,这样就可以大大减小设计人员的工作量,提高其工作效率和工作质量。
随着人们生活水平的提高,人们对于房屋的要求与复杂程度也越来越高。这就使得房屋建筑结构的基础设计要求越来越高。基础设计关系到房屋建筑的安全性和耐久性,对于影响房屋的质量起着决定性的作用,所以必须重视基础设计,选择合适的设计方案来进行施工。论文就房屋建筑结构的基础设计的影响因素,存在的问题及相关的解决方案提出了相应的见解。
1影响房屋建筑基础设计的因素
1.1上部结构
房屋建筑的上层高度,墙体厚度决定着基础设计。这都是需要通过精准的计算去确定房屋建筑基础的类型、埋深和截面积,这是整个基础设计的核心,从而是影响基础设计的主要因素。房屋建筑的荷载都是由上层建筑高度,墙体厚度决定,不同的上部结构所要求的基础结构都完全不同,所以在进行基础设计时必须考虑上部结构的主要因素。
1.2地质条件
基础设计当中需要考虑到地质条件,这影响着基础设计的承载能力。当然了地质条件的范畴比较大,面也比较广,其中主要有二个关系的因素。第一就是地基持力层的特点,因为地基持力层与基础直接相接,是承受房屋建筑负荷的主要部分,必须要考虑到。第二就是桩基穿越土层的情况,主要有土层中地下水的分布特点和桩基穿越能力。
1.3施工环境
施工环境包括自然环境和人工环境。房屋建筑施工过程当中会受到环境温度、抗震等级的影响,作业时必须加以考虑。环境温度对于钢筋混凝土的施工效果有着影响,不同的天气温度需要加以不同的处理措施。另外对于不同的抗震等级,需要采取不同的施工方案。人工环境主要有:第一,在建筑施工过程当中有相当大的震动,施工前就必须在基础设计过程中加以考虑。第二,打桩过程会出现挤土效应,进一步带来相应的应力,从而影响周边的受力情况,需要加以考虑和降低影响。
2房屋建筑基础设计中存在的问题分析
房屋建筑的基础设计是整个设计中的关系环节也是关键点,影响着整体的设计质量和以后的施工质量。房地产市场的蓬勃发展使得人们忽视了房屋建筑的基础设计,从而导致了很多的房屋建筑质量事故的出现,必须加以重视。本节就房屋建筑基础设计中存在的不合理的地方进行分析总结。
2.1在基础设计过程中对于地质情况的勘查不全面
地质勘查是当前建筑工程施工设计的前提,都是必须加以完成的一项工作。房屋建筑的基础设计前也必须进行完整而全面的地质勘察。根据调查走访以及查阅相关的案卷发现当前很多房屋建筑在进行基础设计时都没有进行实地的现场勘察测定。大部份都是按以往的资料记载的施工环境和施工条件来进行设计,从而导致设计结果只是符合当时的施工环境和施工条件。如果施工环境和施工条件出现了很大的变化的话,就会出现比较大的误差,无法适应当前的施工现实条件,从而导致基础设计无法适应当地的房屋建筑,无法保证房屋建筑的质量。
2.2基础设计的制图不够完善
房屋的基础设计最终是需要通过图纸来进行结果的呈现。从而在施工过程中才能按照相关的设计图纸进行施工。图纸是基础设计当中非常重要的一个环节。在进行图纸的绘制时也会出现多个问题,主要是对平面结构图、屋顶结构图以及建筑详图三种。在房屋建筑的平面结构图中建筑结构样式、布局和建筑观念不够明显,无法打动客户让其满意。另外设计的差异还会使得无法进行相关的施工。如果图纸的设计存在着数据方面的误差更是加重了施工的难度,影响施工进度。所以必须重视基础设计当中图纸的绘制工作。
2.3设计人员的专业素质不高
基础设计过程当中都必须由专业技术人员来进行工作来实施,尽管有些工作可以由相关的仪器进行全自动化操作。但是人的影响因素还是非常大的。在基础设计过程当中,设计人员的地位非常他们,他们是设计过程中的核心,直接影响着设计质量,必须要求设计人员有非常高的专业素质。当前很多房地产行业的设计部门对于设计人员的要求都比较低,很多非专业人员都进行了这个行业,工作时专业知识不足敷衍了事,影响着整个基础设计的成败。
3加强房屋建筑结构基础设计的措施
房屋建筑基础设计的重要性不言而喻,现阶段政府相关部门也非常重视这一项工作,制定了相关的措施来加强房屋建筑结构基础设计工作,具体情况如下:
3.1加强监督进行全面的地质勘查工作
对于房屋建筑来讲,其地质勘查工作一直都是流于形式,都是做的表面工作,很少有相关的设计人员进行现场的实地的地质勘查。政府相关部门应该在这方面加强监管和监督工作,要求进行房屋建筑基础设计相关部门必须进行现场的实地的地质勘查,并设立相应的机构进行专门的负责。要求他们有详细的地质勘查研究报告,这样才能保证基础设计的正确性,才能保证房屋建筑的质量和安全性。
3.2完善房屋建筑基础设计的图纸工作
设计部门必须认真完成基础设计的图纸工作,根据客户的需求,加上设计人员的设计理念,来对房屋建筑进行设计,保障设计方案当中的格局要新颖,排除以往对其他建筑图纸的抄袭,另外在加强对设计图纸的尺寸进行多次检查,使得设计图纸的设计尺寸符合实际,保障施工工作的顺利开展。
3.3加强设计工作人员的专业素质
前面提到基础设计是一项专业性非常强的工作。必须提高设计部门的招聘门槛,招聘时要求设计人员必须有过碣的专业素质以及相当的专业技术,同时还需要有强的工作责任意识以及良好的社会道德素质。把不符合要求的人员排除出,可以有效的保障设计人员的专业素质。另外还需要对设计人员进行相应的工作技术的培训和提高,组织他们进行相关的经验交流等。只有这样才能保证房屋建设结构设计工作人员的专业素质。
4总结
从以上分析我们看到房屋建筑结构的基础设计是非常复杂的一项工作,影响着建筑结构的整体质量。只有做好了基础设计才能保障房屋建筑的安全性。做为设计人员需要从思想上加以重视,认真了解不断的探索,在基础结构的设计过程当中,充分的考虑各个影响因素,把握好关键部位,提高建筑物的设计质量。房屋建筑结构设计是一项动态的复杂工作,对于不同的地理地质条件,遇到的情况也不一样,这就需要我们在实践过程当中不断探索。
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中图分类号:TU2文献标识码: A
改革开放以来,我国建筑事业都有了很大程度上的发展,而近几年,我国自然灾害频发,尤其是地震,地震对房屋等建筑物的破坏非常的大,为了避免这些自然灾害的破坏,就必须对建筑结构进行加固。提高房屋建筑结构的刚韧程度,使其满足相关规范所允许的变形程度和裂开缝隙宽度的要求;提高房屋建筑结构的耐久性,以便改善使用功能。为了消除这类房屋建筑中的安全隐患,提高长期使用质量,在确信有加固价值的前提下,就应该对存在隐患的房屋建筑进行加固,其目的是提高房屋建筑结构构件的坚固程度,让其满足有关规范要求;本文就研究了建筑结构加固原因并提出了解决方法。
一、 房屋建筑结构加固的原因。
1. 在设计过程中使用的标准太低,不能满足用户对于房屋功能的要求。
2. 设计中出现概念性的错误,例如计算过程有误差、设计考虑不全面而出现缺陷等。
3. 由于施工水平和施工条件的限制,对于设计中的一些问题,只是通过改变参数等手段减少建筑的缺陷,根本问题并没有得到解决。或者建筑材料本身的质量就不够,在后期的使用中,建筑结构和建设构件出现问题,不能耐久使用。
4. 更改构件用途在施工中为了图方便,在某些位置使用的构件与标准不符,使得构件负荷超载。
5. 为了满足有些用途,建筑随便改造,改变了建筑原有的功能。例如增加房屋层数、增加房屋负载等。
6. 由于房屋所处的环境问题,构件或者结构的性能提前老化。最明显的例子就是木结构遭到白蚁破坏,使得结构的力学性能下降,而不得不对房屋进行加固。
二、 房屋建筑结构加固的主要程序。
1. 对存在隐患的房屋建筑进行鉴定。
2. 根据房屋现状及鉴定情况选择和确认加固方案。
3. 加固施工图设计。
4. 施工组织设计及审核。
5. 施工。
6. 验收。
三、 房屋建筑结构加固的基本原则。
1. 制定方案的总体效应原则在房屋建筑结构加固的方案制定时,不仅要考虑鉴定结论问题,还要考虑委托人或使用人要求和加固后房屋建筑的总体效应,包括形状、体量、造价、安全、工期、工艺以及施工的可能性等。要在房屋整体无损益或损益较小的前提下,消除房屋建筑结构或构件存在的隐患。
2. 加固材料的选用和强度取值原则。
3. 荷载计算取值原则。
4. 承载力验算原则。
5. 与抗震消防结合的原则。
四、 加固方法。
1. 增大截面法。这是将房屋建筑结构构件截面面积增大的一种加固方法,这种方法不仅能增加房屋结构构件的受力能力,还能改善结构构件刚韧性能。因此,被广泛应用于房屋建筑结构的加固。
2. 外包钢加固法。将房屋建筑结构构件的周围加上钢材的一种加固方法,这种方法主要有两种形式,即外包钢和湿外包钢。外包钢加固法虽然在不增截面面积的基础上可以提高结构构件的受力能力,但这种方法耗钢量较大,相对加固费用较高。
3. 预应力加固法。运用水平拉杆,下撑式拉杆或者组合拉杆,对房屋建筑结构进行加固的方法,这种加固方法是在不改变建筑使用空间的基础上提高房屋建筑结构构件的受力能力。这种加固方法效果好、经济,但对技术的要特别严格。
4. 改变受力体系法。这种加固方法是通过增加支点或托架的方法,从而改变受力体系的一种加固方法。增加支点能够减小房屋建筑结构构件的跨度,提高房屋建筑结构构件的受力能力,这种方法适用于旧式建筑的改造。
5. 外部粘钢法。这种加固方法是用具有强粘结力的粘合剂把钢材紧紧的粘在房屋结构构件外表面,钢材与结构构件共同受力而起到加固作用。这种方法的施工工期短、操作简便,结构构件加固后不会改变形状和空间。
6. 化学灌浆法。是采用专用设备将配置好的化学浆液灌入到钢筋混凝土结构构件裂缝中的一种加方法,灌入的化学浆液能很好的与混凝土融结,增加钢筋混凝土结构构件的整体性,这种方法能使结构构件的功能得到较大限度的复原。
7. 水泥灌浆法。采用专用设备将水泥压入房屋结构构件裂缝中,让其与墙体等粘合的一种加固方法。
8. 加固地基法。具体有基础加固、桩式托换、地基处理等方法,可视情况而定。一般房屋建筑结构的加固都比较复杂,不仅受到建筑物原本条件的限制,而且还受鉴定者的水平、鉴定结论准确程度、加固方案的选用、施工水平、施工条件等的制约。
五、 国内房屋建筑结构的运用。
这里仅谈一谈房屋建筑抗震加固方面。汶川地震后,房屋建筑抗震越来越被重视了,很多建筑都进行了结构抗震加固。国内采用的结构抗震方法主要是耗能减震,实践证明这种方法是有效的、可行的。采用这种抗震技术可以减少地震波对建筑物的冲击,能有效减少房屋建筑结构在地震作用下的损失,达到了房屋建筑结构加固的目的。这种抗震加固方法在具体的建筑物加固时不会对现有建筑物增加受力负担,而且不用加固基础,大大的降低了加固造价,缩短了建设工期,并且方便震后的房屋建筑的修复。耗能减震主要分为位移相关型和速度相关型,耗能减震器主要有粘弹性阻尼器和粘滞流体阻尼器、耗能器支撑可单独支撑,也可组合支撑。支撑形式有人字支撑、对角支撑、十字支撑等,如北京工人体充场就是采用粘滞流阻尼器与主体结构组合支撑进行抗震加固的。我国很多地区对文物保护建筑的抗震加固,采用了位移型金属开孔软钢加劲阻尼器来减少地震对建筑物的损害,这也在一定程度上增加了房屋建筑结构的抗压韧度。房屋建筑结构质量隐患问题,如果是由于勘察、设计、施工、材料或外界自然因素引起的,房屋建筑结构构件变形和开裂则是质量问题和隐患发生的主要前兆。有些变形和裂缝是允许出现的,有些变形和裂缝是不允许发生的或者有一定限度的。一旦发现上述不正常现象,就应当派专人随时观察其发展情况,做好记录。并聘请有资质的危险房屋鉴定单位进行鉴定,做出鉴定结论,以确保房屋建筑结构的安全和正常使用。在进行该建筑结构设计中基础埋深问题的解决控制中,应注意从高层建筑结构设计中建筑基础埋深设置要求标准的目的上进行分析考虑。在高层建筑结构设计要求中,对于建筑埋深的设置要求,主要是为了满足建筑地基变形与稳定性的要求进行制定的,以避免建筑地基埋深问题造成的建筑整体倾斜与建筑结构倾覆滑移变化。根据相关验证计算公式,通过实际地震作用大小假设计算后,可以看出上述建筑工程结构的抗倾覆与抗滑移能力远远大于设计要求标准,这说明该工程基础埋深设置是合理的,这主要是与建筑结构设计中,结构倾覆滑移变化不仅与建筑基础埋深有关,也与建筑结构的高宽比有很大的联系。
结语:综上所述,我国建筑结构存在以上问题,并且旧房加固对于节省资源、优化基建资金、延长房屋使用寿命具有十分重要的作用,对于缓解目前的住房面积紧张、能源枯竭、环境污染等问题具有重要意义。对于建筑事业的不例外,所以,加强对建筑结构加固方法的研究,对提高我国建筑的社会效益和经济发展具有重大的作用。只有成分了解了建筑结构加固的原因和方法,才能大力提高建筑质量,为人们的生活及日常事务提供安全保障。
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中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:
引言
依托科技在多个领域中的不断创新,建筑技术也在快速的发展,建筑结构设计就面临着越来越苛刻的要求。好的建筑结构设计的方案不但要经济性、可行性、合理性等特点,而且要有相当的理论技术作为基础。经济高速发展的几年,我国城市涌现出越来越多的高层和超高层建筑,随着数量的加大,一系列的设计弊端和问题在结构设计中也体现出来,设计人员必须在事件中不断的积累经验、总结经验,丰富自己的专业知识和设计创新,才会在未来的城市建筑结构设计中体现设计的核心价值。
一、 现代建筑结构设计的要点分析
1. 轴向变形是现代高层建筑在结构设计中须要考虑的设计要素。有些情况下可能会由于数值较大的竖向荷载,在柱中可能引起一定程度轴向变形,引起连续梁中间支座处的负弯矩值减小越来越明显,会产生影响预制构件下料的长度,设计人员要依据轴向变形的实际计算值,合理调整下料长度,而达到不影响连续梁弯矩的目的。
2. 现代建筑结构设计中水平荷载是一项必须重视的因素,建筑结构设计的过程中,楼面使用荷载和建筑物的自重等竖向荷载,将在竖向构件中引起与建筑物高度一次方成正比例的一定数值的轴力与弯矩,而水平荷载对于建筑结构产生的倾覆力矩及其在竖构件中引起的轴力,则是与建筑物高度的二次方成正比,竖向荷载基本是定值,而地震作用、风荷载等水平荷载的数值则会随着建筑结构动力特性的不同,而会出现很大幅度的变化,在建筑结构设计过程中,这种情况经常出现,这是必须在设计工作中进行详细计算与周密分析的原因所在。
3. 设计工作还有一项重要的控制指标——侧移,必须将水平荷载作用下的建筑结构侧移控制在一定的限度之内,侧移在高层建筑结构设计中已经成为重要的控制指标,特别是伴随着建筑物高度不断增加,建筑结构的侧移变形在相同水平荷载下增大显著,这是与与多层建筑完全不同的。
4. 设计工作还有另一项重要指标—结构延性,相比较于小高层、多层建筑而言,层数较高的建筑结构会相对更加柔一些,在相同的地震作用下变形更大些。在结构设计中必须采取相应的工艺与技术措施,以保证建筑结构具有足够的延性,这都是为了保证高层建筑结构进入塑性变形阶段后,依然会具有非常合理的变形能力,避免建筑物倒塌或者发生其他的危险。
二、 建筑结构设计工程实例
本论文以某高层住宅建筑工程项目为例,需要指出建筑结构设计的基本流程与注意事项如下:这个建筑工程项目位于某城市的市中心繁华的地段,地上20 层,地下1 层,建筑总高度78.3 m,建筑总面积约25万m2。建筑结构的长宽比为3.8~7.4,高宽比为5.6~10.1。项目所在地地形平坦,表层土以人工填土为主,土层在垂直与水平方向有着稳定的分布,基础一般在第四纪沉积土层的以下部分。结构为二级安全等级,抗震设防重要性为丙类,基本风压0.45kN/m2,抗震设防烈度为9 度。
1. 主体结构设计
这个项目主体结构采用框架—剪力墙结构体系。其中框架的抗震等级为二级,剪力墙的抗震等级为一级。建筑物中部布置剪力墙,形成筒体,并且将其作为主要的抗侧力构件,在筒体周围结合建筑物的实际使用功能合理设置框架柱。地下室顶板作为结构嵌固端,其板厚设计为180mm,板配筋为双层双向形式满布。地上部分的楼层主次梁沿Y 向布置,以利于减小主梁的高度,增加使用净高,层楼板厚为110mm。
2. 基础设计
依据本工程所在地的地质勘察报告提供的地基承载力计算,确定本工程X 向基础梁的尺寸为900×1800,Y 向基础梁的尺寸为1000×2000 或1800×2000。由于受到筒体内电梯基坑、集水井局部下沉的影响,设计采用梁板式筏形基础,筒体四周的板厚为1.5m,其他部位板厚为1.0m。局部可能主梁不能正常贯通,筒体部位的竖向荷载也相对较大。基础结构设计过程中,要特别重视各类技术资料与数据的收集和整理,计算采用弹性地基梁、板和有限元梁、板的设计软件,确保计算结果真实性与可靠性。
3. 框支层设计
(1)框支墙结构设计
本工程结构设计中,为了有效改善混凝土的受压性能,增大结构延性,在设计中合理控制墙肢轴压比,其比值应控制在0.5 以内。核心筒落地剪力墙的厚度为40cm,核心筒以外,建筑四角分别布置L型剪力墙,厚度为70-90cm 。底部加强区域的剪力墙设计中,应按照相关规范与技术要求设置相应的约束边缘构件,其纵筋配筋率应控制在≥1.2%,体积配箍率则要控制在≥1.4%。同时,在本工程长厚比<5 的短墙计算中,按照柱输入计算进行分析与比较。墙体水平与竖向分布筋不但要满足基本的计算要求,而且满足最小配筋率为0.3%的限值要求。
(2)框支柱设计
本工程框支柱的抗震等级为二级,框支柱的剪力设计中,设计值按照柱实配纵筋进行计算,还应控制剪压比在0.15 以内,剪力设计值应乘以放大系数1.1。柱内纵向钢筋的配筋率应<1.2%,体积配箍率均<1.5%,使得柱具有较为理想的延性,以符合“强剪弱弯”的设计要求。轴压比的限值为0.6。框支柱主要截面为1300×1300 和1300×2300 等,设计中的相关计算结果表明,全部框支柱的受力情况较为理想,轴压比为0.41~0.52,所以,箱形转换层下的框支柱变形控制效果较为理想。
(3)箱形转换层楼板设计
本工程结构设计中,箱形转换层的箱体的上下层板厚均为25cm,总高度为245cm。结构设计中,采用专业的ANSYS 有限元软件对箱体上下层板的内力进行分析与计算。在不同的荷载工况条件下,在箱形转换层楼板设计中,楼板裂缝≤0.2mm,双层双向通长配筋。箱体上层板的最大压应力控制在1.2MPa 以内,箱体下层板的最大拉应力应控制在2.0MPa 以内。
三、 结语
由上述可以得出,对于设计中常见的效率与质量的问题要引起特别的重视,必须综合考虑各种影响因素在建筑结构设计工作中的影响与作用。应及时引入先进的设计理念和方法,从而使得建筑结构设计中更多的应用新工艺、新技术和新材料,从而达到有效提高建筑结构设计整体品质的目的,有利于项目建设工作的顺利进行。
中图分类号:TB482.2文献标识码:A文章编号:
引言:
近些年来,建筑行业异军突起,一个城市的建筑行业直接标志着该城市的城市化水平,同时又对该城市人们居住和生活质量产生了直接影响,然而,当前建筑施工企业又不能够保证建筑工程的施工质量,这也就对人们的生命和财产安全产生了很大威胁。笔者认为,房屋结构设计直接决定了建筑物最终的施工质量。但是,在当前房屋结构设计领域中,存在着很多问题。下面论述了房屋结构设计中的常见问题。
1. 房屋结构设计中存在的问题1.1 一体化计算机程序的广泛应用并没有显著提高结构设计质量。(引1)
随着计算机辅助设计(CAD)技术的发展,计算方法日益精确化,制图方法中采用的平面表示法和各种标准图相继得到完善,建筑结构设计中存在的热点问题也随之发生了诸多变化,比如,结构整体内力计算和分析非常容易实现,而且出图速度快,节点及其他。
细部表达图纸量大为减少,长期困扰建筑结构设计的一些问题已经得到较好的解决,同时以前不那么重要的问题则上升为困扰结构设计师的热点和难点问题。一体化的计算机程序屏蔽了计算的过程,许多设计软件并没有明示软件内部的简化方法和软件的缺陷,使得一些计算和设计错误更难发现。
1.2 部分结构设计不合理如《建筑抗震设计规范GB50011-2010》第7.1.8条(强制性条文)规定“底部框架-抗震墙结构,上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐”。有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震分类、场地类别选用错误,导致整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的相差一半,有的甚至一半都达不到;有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,存在漏算错算现象;有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计存在严重安全隐患。1.3 设计深度达不到规定要求由于设计人员没有对一般房屋尤其是多层房屋设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;或是由于设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解.因此在设计人员制作图纸中存在“偷工减料”,设计粗糙,过于简单。
2. 结构设计中要遵循的基本原则
房屋结构设计的主要目的是使建筑物安全和房屋能够适应使用的要求,所以设计人员房屋在结构设计时要保证并遵循这四个基本原则:
(1)抓大放小;(2)多道防线;(3)刚柔相济;(4)打通关节。
前三道原则很容易理解,对于原则四,所谓关节,是指变化相聚之处,或变化出现的地方。 不同类型的构件相接处,同一构件截面改变之处,是关节。广义上,诸如结构错层之处,体量改变之处,转换层亦是关节。对于复杂的结构体系,关节的复杂性难于预测和控制,即使从理论上保证了每个组成构件的强度和刚度,但因关节的普遍存在,力量的传递往往不能畅通而出现集中甚至中断,破坏由此而发生。历次灾害表明,从节点开始破坏的建筑占了相当大的比例。所以理想的结构体系当然是浑然一体的----也就是没有任何关节的,这样的结构体系使任何外力都能迅速传递和消减。
3. 房屋结构设计地基与基础
3.1 纵观近些年的房屋结构设计质量,不难发现,很多低层房屋,(例如单建的物管用房、设备房等)并没有地质的详勘报告,只是单纯的依靠建设单位进行口头阐述或者是笼统的对附近建筑物基础设计资料进行参照就进行了施工图的设计,房屋结构的地基与基础设计必须要做到安全、合理、适用,要求设计人员必须要依据相关的地质勘察资料,统一的考察多个方面的易损,从而进行房屋结构设计上部结构方宁和基础类型的设计,单纯的凭地耐力这一个数据时不安全和不全面的,要求我们更加不能够盲目的认为将耐力容许值取小一些就万无一失了。
4. 楼板设计常见问题 楼板是建筑工程中的主要承重构件,是它将楼面,屋面的荷载传给其周围的墙或梁上,楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周,很容易出现设计质量问题,有的还可能存在严重的质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。 4.1 设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足,简单地将双向板作用单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向仅按构造配筋,造成配筋严重不足,致使板出现裂缝。 板承受线荷载时弯矩计算问题。在民用建筑中,常常在楼板上布置一些非承重隔墙,故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外,板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌顶紧上部分的楼板、屋面板,这样会给上部的板增加了一个中间支承点,使其变为连续板,支承点上部出现了负弯矩,而在板的设计中又没考虑该部分的影响,致使板顶出现裂缝。 双向板有效高度取值偏大。双向板在两个方向均产生弯矩,由此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放,短跨方向的跨中钢筋应放在下面,长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面,计算时应用两个方向的各自的有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小d(d为短向钢筋的直径)。有的设计为图省事或对板受力认识不足,而取两个方向的有效高度一致进行配筋计算,致使长跨有效高度偏大,配筋降低,使结构构件存在质量隐患,甚至出现开缝的现象。
5. 抗震结构设计房屋设计用从抗震要求出发,进行合理的结构设计。
5.1 一定要重视概念设计,这是抗震设计的首道防线。
5.2 对一般多层砌体住宅结构,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。
5.3 对钢筋砼多高层结构住宅,力求做到:框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接;结构布置应尽量采用规则结构,对复杂结构,可以设置防震缝。
6.构造柱的设计
6.1一般来讲,在砖混结构中,构造柱除可以提高墙体的坑剪能力之外,还可以与圈梁联结在一起形成对砌体的约束,这样的设计不仅可以限制墙体裂缝的开展,同时还可以维持竖向承载力,提高结构的抗震性。应避免在结构设计中,将构造柱作为承重柱使用的作法。这是由于如果构造柱一般生根于地梁中,没有另设基础,如果将构造柱作为承重柱使用,会造成构造柱提前受力,降低了构造柱对墙体的约束作用,柱底基础的局部承压强度必然不能满足整体设计要求,柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏,就会出现裂缝。尤其是在结构遭遇地震作用时,应力会集中早构造柱位置,导致构造柱首先遭到破坏,这样一来,构造柱不但起不到应有的作用,反而会成为房屋结构中的薄弱部位。因此,设计人员必须保证承重大梁下的柱子应按承重柱进行设计,若遇特殊情况,如梁上荷载较小,也可将构造柱布置在承重梁下方,但构造柱对下墙体的承压和抗弯强度作用都不应考虑在柱承范围之内。
7.结束语
综上所述,房屋结构的设计工作需要设计人员和建筑工程中所有的工作人员全力配合,才能从根本上消除设计质量的隐患。建设工程是一种特殊商品,工程投资大、建设周期长,其工程设计质量不仅关系到工程的投资效益、使用要求,而且直接关系到人民群众的生命财产安全。针对当前设计质量状况,设计单位应加强内部的质量管理,设计管理部门要加大对设计质量的监督管理,结合施工图设计审查、专项检查、质量抽查等工作,加强对业主、勘察、设计单位的市场监管力度。特别是设计单位在进行房屋结构设计时必须在满足国家设计规范要求的前提下,加强房屋结构的概念设计和地基设计,才能提高房屋结构设计水平,确保房屋设计质量不断提升,以使房屋的结构设计工作做到更安全、更合理。
参考文献:
中图分类号:TU2文献标识码: A
1概述
建筑结构设计是建筑设计的基础,更是建筑项目施工及后期运行得以顺利开展的前提所在。在建筑功能多元化发展的趋势之下,建筑结构设计的重要意义得到了进一步的凸显。在此过程当中,建筑设计工作人员希望赋予建筑项目的特征主要是通过结构设计的方式所展现出来的。建筑设计与结构设计之间的关系在于:制约与被制约。也正是由于这两者之间存在制约与被制约的关系,从而使得建筑结构在设计过程中频频出现各类问题,无法确保建筑项目的安全与经济。为了更加有效的保障建筑结构设计的质量与水平,就需要针对相关问题,采取针对性的应对措施。
2建筑结构设计的概述
为了满足各个类型建筑的使用功能,需要对建筑的结构进行规划和设计,一般来说,对建筑结构的分类方法和建筑类型的不同,其建筑的结构也不尽相同。从建筑物的使用来说,分为工业建筑和民用建筑,从建筑的高度来分,包括单层、高层、多层和超高层,根据其使用的材料分为木结构、砌体结构、混凝土结构和钢结构等多种,另外根据结构形式可以分为排架结构、框架结构、剪力结构等。因此对建筑结构的设计要根据建筑的特点进行,采取有效的设计方式,真正的发挥建筑的功能。对建筑结构进行设计,首先需要按照一定的设计程序进行,主要包括建筑设计、结构设计、给排水设计以及暖气通风设计等,并且在进行部分设计时要按照一定的原则,保证其功能、美观、经济、环保四个方面满足规定的要求。作为建筑设计的一个重要组成部分,结构设计要包括以下的程序,即方案的分析、结构分析、构建分析、绘制施工图等四个主要的环节。为了保证对建筑结构设计满足要求,需要在设计的过程中做好相应的计算,如构件的承载能力极限的计算以及正常使用极限状态的计算,以及各个构建的疲劳强度的计算等等,做好结构的设计的分析,考虑多种作用共同发生时的最优组合,并对结构设计进行抗震设计,根据建筑的具体情况采用不同的抗震等级同时确定不同的计算标准和构造要求。在建筑的结构设计方面要遵循适用、安全、经济、美观和施工便捷的原则,最大限度的实现五个方面的完美结合,寻找出最佳的设计方案。 对建筑结构的设计往往在建筑的设计之后,因此会受到建筑设计的约束,同时对建筑设计产生了较大的影响,因此在进行结构设计时,要考虑到建筑设计,不可破坏建筑的设计,同时为了满足建筑的各个要求,在坚持安全、美观和经济适用的原则的基础上,发挥最大的潜力对结构进行设计,进而在保证建筑功能的前提下,最大发挥建筑的整体功能。
3进行建筑结构设计时应特别注意的问题
3.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题。一是阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小,可砍成直角或斜角;二是如果底板钢筋双向双排,且在悬挑部分不变,阳角不必加辐射筋。
3.2关于箱、筏基础底板的挑板问题。从结构角度来讲,如果能出挑板,能调匀边跨底板钢筋,特别是当底板钢筋通长布置时,不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋,较为节约;出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基;能降低整体沉降,当荷载偏心时,在特定部位设挑板,还可调整沉降差和整体倾斜;窗井部位可以认为是挑板上砌墙,不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。从建筑角度讲,取消挑板,可方便柔性防水做法。
3.3关于梁、板的计算跨度。一般的手册或教科书上所讲的计算跨度,如净跨的1.1倍等,这些规定和概念仅适用于常规的结构设计,而在应用的宽扁梁中却是不适用的。梁板结构,简单点讲,可认为是在梁的中心线上有一刚性支座,取消梁的概念,将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中,梁高比板厚大不了多少时,应将计算长度取至梁中心,选梁中心处的弯距和梁厚,及梁边弯距和板厚配筋,取二者大值配筋。借用台阶式独立基础变截面处的概念,柱子也可认为是超大截面梁,所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的,不削峰才是有问题的。
3.4基坑开挖时,摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除。当基础较小,坑底受到很大约束,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束,如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分可以作为安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
3.5关于回弹再压缩。基坑开挖时,摩擦角范围内坑边的基底土受到约束,不反弹,坑中心的地基土反弹,回弹以弹性为主,回弹部分被人工清除。当基础较小,坑底受到很大约束,如独立基础,回弹可以忽略,在计算沉降时,应按基底附加应力计算。当基坑很大时,相对受到较小约束,如箱基,计算沉降时应按基底压力计算,被坑边土约束的部分当作安全储备,这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
3.6主梁有次梁处加附加筋。一般应优先加箍筋,附加箍筋可认为是:主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺,在次梁两侧补上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是绝对的。规范中说的比较清楚,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担。也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。总的原则是当主梁上次梁开裂后,从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时,主梁可不加附加筋。梁上集中力,产生的剪力在整个梁范围内是一样,所以抗剪满足,集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时,也可满足。
3.7通常情况,悬挑梁宜做成等截面,尤其出挑长度较短时。与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁。当然,外露的大挑梁,可适当变截面,使感官效果更好些。
4结束语
总之,建筑结构设计是一个系统而全面的工作,不仅是建筑设计成功实现的保证,更是建筑安全应用的基础。建筑结构设计是一项经验性很强的工作,作为设计人员,在工作实践中一定要善于总结工作中的经验和教训,要严格遵照设计规范、标准进行,同时也应具备灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。在加深对当前建筑结构设计中常见问题的认识与研究的基础上,不断提高自身的结构设计水平,以保证建筑质量,确保人民生命财产安全。
参考文献:
Abstract: We want to have some knowledge of the problems and pitfalls in multi-storey housing design, to improve the level of design, to design the works with higher level, more reasonable and more economical than the other buildings at this stage. The workers should strictly enforce existing norms in order to fundamentally eliminate the hidden dangers of the design quality Key words: multi-storey housing; structural design; problem analysis
中图分类号:TU318文献标识码: A 文章编号:2095-2104(2012)03-0020-02
随着现代社会发展的商业化,工业化和城市化,房屋建筑逐渐由单层,多层向高层发展,房屋的结构也由简单的混凝砖变的复杂,框架、剪刀墙、框―剪、框―筒、简体等现在已经变成现在建筑设计中的主要结构形式。虽然说这样的建筑形式已经适应现在社会的发展,但是,在具体的结构设计中,还存在着一些需要解决的问题。
一.关于设计规范的强制性问题
众所周知,我国的设计规范是强制性的,对于设计人员来说,规范就相当于法律,只要不违反规范,哪怕是设计出现了问题,也有可能不用承担任何的责任。而国外许多发达国家的设计规范都是指导性的,设计出了问题自己负责,休想将责任推向规范。所以我国规范的编制工作者有着更高的要求,同时也会遇到一些复杂的问题。我国的规范并没有明文规定设计工作者不准采用高于规范设定的安全度水平;但在过去计划经济时代的影响下,缺乏经验的设计工作者还是不善于应用具体的施工环境和条件,必要时加以灵活运用;而与此相反,某些故意钻规范空子的人则会沿着规范最低的边缘路线行事,以达到其不良目的并推卸责任!
二.独立基础设计荷载取值问题
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立结构。《建筑抗震设计规范》(GB50011―2001)第4.2.1条指出:当地基主要受力范围内不存在软弱粘性土层时,不超过8层且高度在25cm以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震载力测验,但这些房屋在设计时应考虑风荷载的影响。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中,必须输入风荷载,不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
另一种情况就是,在独立设计基础时,作用在基础顶面上的外荷载,只取轴力设计值和弯柜设计值,无剪力设计值,或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小,配筋偏少,影响基础本身和上部结构的安全。
三.结构规范设计浪费问题
作为结构设计工程师,恰到好处的选用材料是应尽的责任。就是以较少的材料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。当前的建筑结构设计存在的问题中,有一个不容忽视,就是设计中的浪费现象。我们有不少钢筋混凝土高层建筑的用钢量已经超过了国外发达国家的同等规格的用钢量。其不合理处可见一斑。关于建筑结构设计安全度的讨论是正常的,但会不会引起误导,使一些设计人员误以为按我国的规范设计会造成不安全,以至盲目加大构件截面,增加用钢量,造成不必要的浪费。这种可能性是不能不防的。
节约作为人类可持续发展的一种美德,应该是结构设计人员的重要守则。这里提出探讨的知识计划经济时期提出的片面的节约,但即使是那种节约在当时的社会背景下也是合理和必要的。问题是如果将它搬到今天的社会经济状况和体制下,有时就不再适宜。
四.结构计算中几个重要参数的合理选取问题
《建筑抗震设计规范》中第3.6.4.4条指出,所有的计算机计算结果,应经分析判断其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下,计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比以及墙,柱,梁和板之间的配筋、底层墙和柱底部截面的内部设计值、框架―抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力与总地震倾覆力矩的比值、超筋超限信息等等。
为了分析判断计算机结果是否合理,结构设计计算时,除了有合理的结构方案,正确的结构计算筒外,正确填写抗震设防等级和场地类别,合理选取电算程序总信息中的各项参数也是十分重要的。
五.楼板设计的荷载计算问题
板是建筑工程中的主要承重构件,是它将楼面、屋面的荷载传到其周围的墙或梁上,所以楼板的设计问题必将连带梁,墙,柱等构件安全。若对整个设计考虑不周,很容易出现设计质量问题,有的还可能存在严重的质量隐患。设计板中有以下一个常见的问题:
1.为了计算方便或者是对板的受力状态认识不足,只简单的将双向板作为单向板来计算,使得计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另外一个方向仅按构造配筋,造成配筋严重不足,致使板出现裂缝。
2.线荷载时弯矩计算问题。在民用建筑中,常常在楼板上设置一些非承重隔墙,在楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板得配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载除以板的总面积作为转换结果。另外,板上隔墙顶部常采用立砖斜砌顶紧上部分的楼、屋面板,这样会给上面的一个板增加了一个支撑点,使其变为连续板,支撑点上部出现了负弯矩,而在板得设计中又没考虑板得影响,导致顶板出现裂缝。
3.有效高度取值偏大。双向板在两个方向均产生弯矩,由此向双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放,弯矩方向的跨中钢筋应放在下面,长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面,计算时应用两个方向各自的有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小D(D为短向钢筋的直径)。如果不注意这一点,两个方向取同一有效高度进行配筋计算,会导致长跨有效高度偏大,配筋偏低,使结构构件存在质量隐患。
六.悬挑梁以及连续梁问题
1.悬挑梁的梁高选用太小
很多时候,设计者往往只注重了梁强度和倾覆力的验算,而忽略了对梁高度的验算。梁高选用过小,会引起梁截面的受压区应力过高,在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性徐变。梁挠度随着时间的推移不断加大。挠梁的变形引起楼板出现裂缝,裂缝宽度随着挠梁的加大而加宽,从而影响了房屋的正常使用。据调查,这种挑梁的变形发展到后期,梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响,竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝,此时的梁就已经接近破损。当为托墙挑梁时,梁过大的挠度引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。悬挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利,悬挑结构对竖向地震作用最为敏感。梁高小时,截面的相对受压区高度较大,梁的延性减小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏,失去承受力。
2.连续梁按单梁进行设计
这种情况多发生在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷载一般较小,没有引起设计师的重视。因受力分析方便,设计师把实际应为连续梁的梁按单跨简支梁进行设计,致使梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝,进而引起梁上部栏板出现竖向裂缝。如果该边梁长度较长时,问题将会变的更加严重。因为该梁一般会被直接暴露在室外,受环境温度影响比较大;当环境温度变化时,梁的伸缩受到梁端柱或者挑梁的影响,在梁内产生收缩应力,该收缩应力作用于原已产生的梁上裂缝处,引起梁的支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通,梁承载力下降,直接影响了使用安全。
七 结束语
房屋结构设计是个系统,全面的工作,作为结构设计人员,需要扎实的理论知识功底,灵活的思维创新能力和严肃认真的工作态度。随着社会经济的发展,多层房屋的设计已经形成一个趋势。设计人员们应该加深对当前房屋设计规范的了解,以及对当前多层房屋设计中存在的问题和隐患有一定的认识和研究,以不断提高自我的设计水平,使设计的作品比现阶段的其他建筑具有更高的水准,更合理和更经济的结构形式。我们设计工作者应严格执行现行规范,才能从根本上消除设计质量的隐患!
参考文献:
1.《建筑抗震设计规范》
Abstract: in the energy conservation of the building has become the consensus today, in the high-rise building design how to control the economy of the structure, reduce the cost, by the industry more general attention and attention. The author's own practice experience, from the structure form selection, building height, the shear wall structure design, basic structure design, shape optimization, reduce weight, rational choice materials, etc., presents in detail in designing high-rise buildings how to control the structure of the economy, have certain reference value.
Keywords: high building; Structure design; economy
中图分类号:TU97文献标识码:A 文章编号:
建筑结构设计是工程建设计划的具体化。在高层建筑不断涌现,建筑节能已成为社会共识的今天,在高层建筑设计中如何控制结构的经济性,降低成本,越来越受到业界的普遍关注和重视。而所谓建筑结构的经济性,笔者以为,应以其综合经济效益为依据,除合理控制造价外,还应该从建筑有效使用面积、建筑布置灵活性等方面进行全面、系统的分析。下面结合笔者实践经验,谈谈个人的看法,以供同行借鉴参考。
1建筑结构设计经济性的现实意义
设计阶段是工程建设全过程中投资控制的重点。据对工程项目投资规律研究发现,越是前期,投资控制越重要;越是后期,投资控制影响作用越小。国内外研究的普遍结论是,设计阶段对项目投资影响为75%~95%,施工阶段为5%~25%。因此,建筑工程投资控制的重点在于设计阶段。另据统计,在满足同样功能的条件下技术经济、合理的结构设计,可降低工程造价5%~10%,甚至可达10%~30%。而结构造价在一般建筑物中占50%甚至更多,因此结构设计对于建筑物经济性影响甚大,强调结构设计的经济性意义深远。
2建筑结构设计经济性的目标
在建筑结构设计如何更为合理、经济方面,国内外学者已进行过很多的研究工作,但截至目前,仍然没有一个满足各种结构设计规范条件、符合设计人员习惯、尽可能接近经济合理、能够适用于高层建筑结构设计的成熟的数学模型。本人认为,建筑结构设计经济性的目标,应是在满足建筑结构长远效益的前提下,尽量减少建筑结构的近期投资并提高建筑结构的可靠度和合理性。在现实中,我们设计者可以此为目标来设计,让设计尽可能地接近以上要求,从而达到保证质量的前提下的结构合理、降低造价、节约投资的设计目标。
3高层建筑设计中控制结构经济性的思考
3.1重视结构形式的选择
选择合理的结构形式,不仅能够满足建筑造型及使用功能的要求,还能达到受力的合理完善及造价的经济。在高层钢筋混凝土结构的住宅结构设计时,由于高层建筑设计中关键是控制水平荷载作用下结构的侧移,因此,抗侧力结构体系也就成为结构工程师选优的重要目标。按抗侧力结构体系的不同,高层住宅常用的钢筋混凝土结构体系有框架结构、框架剪力墙结构、短肢剪力墙结构、大开间剪力墙结构等。每一种结构形式的经济性都有所差别,且都有其相应的适应性、抗震性能。因此,设计人员在高层建筑结构体系的优化选择过程中,要根据建筑物使用功能的要求、建筑高度的不同、施工地带的地理环境、投资数额等因素,按照经济、合理、安全、可靠的设计原则,保证结构整体具有良好的抗震性能、足够的承载力和刚度的前提下,选择最合适的结构体系。
3.2重视建筑物的经济高度
在高层建筑中,建筑层数的增多,水平荷载也成为结构设计的控制因索。而水平荷载对结构产生的倾震力矩,以及由此引起的竖向构件产生的轴力与建筑物高度的平方成正比。此外,作为水平荷载的风载和地震作用,其数值也随着结构动力特性的不同,变化较大,因此对高层建筑结构的造价影响较大。据相关资料分析:1)建筑物造价与高度呈二次方关系,建筑物高度增加,造价亦增加;2)随着层数增多,竖直荷载对造价影响不大,因此如能降低层高,则能在造价增加不多的情况下获得更多的使用面积;3)高层建筑结构的侧移有时也对造价构成影响,随着高度增加,侧向变形迅速增大,其与建筑物高度的四次方成正比,与构件刚度成反比,为使建筑结构在正常使用状态下具有足够的刚度.避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性要求,同时考虑经济因素的影响,《高层建筑混凝土结构技术规程》中给出了各种结构体系的混凝土高层建筑最大适用高度,在设计中必须重视;4)建筑物层高对工程总造价也有影响,如高层建筑,基础设计荷载因层高的加大会显著增加,与此同时,采暖、空调、卫生、电气、垂直管道的长度及管径、垂直构件的抹灰装饰量、墙体脚手架及垂直构件模板的数量也会相应增加。反之,建筑如考虑保温隔热的需要,层高的降低则更有利于满足节能的要求。
3.3重视剪力墙结构设计
剪力墙结构体系因具有整体性好、布置灵活、刚度大、侧向变形小、抗风与抗震性能好等特点在高层建筑特别是住宅建筑中被大量采用,因此,在设计中如何控制好该结构体系工程费用较高的缺点,降低高层建筑剪力墙结构的造价和材料消耗量,尤为重要。笔者建议如下:1)做好结构平面布置。首先,结构布置应注意考虑能削弱地震反应、平面刚度力求对称、竖向力求等强,合理确定其抗侧刚度中心位置,使水平合力点通过或靠近中心,避免产生扭转影响。其次,避免采用复杂结构,以免增大设计工作量,给施工造成困难,增大投资;2)合理选择剪力墙结构形式。根据建筑物高度的不同,合理选择高层建筑剪力墙结构形式,并通过控制结构水平位移和底部剪力系数这两个因素来满足设计要求,以降低工程造价。如,层数较少(如20层以下)的高层住宅,采用传统的现浇剪力墙结构时,各墙肢轴压比计算值往往较小,墙体配筋为构造配筋,墙体承载能力没有得到充分发挥,工程费用偏高,若适当的采用短肢剪力墙结构,则可节省工程费用5%~10%;3)尽量减小剪力墙厚度。对于剪力墙结构,剪力墙的厚度取值不仅显著影响结构的自重、结构质量大小,还直接影响到工程造价。若剪力墙厚度增加,虽然结构抗侧力的能力提高,同时结构所承受的地震力也加大,二者不一定成正比。因此,在设计中要注意合理地尽量减小剪力墙厚度;4)严格控制剪力墙配筋率。根据GB50010―2010《混凝土结构设计规范》,在一、二、三级抗震等级的剪力墙中,竖向和水平分布钢筋的最小配筋率均不应小于0.25%;部分框支剪力墙结构的剪力墙底部加强部位的竖向和水平分布钢筋配筋率不应小于0.3%,这在高层或者较长的剪力墙结构中应该是合理的,但对于低矮、短小的剪力墙,笔者建议其水平筋的配筋率应适当减小;墙的竖向最小配筋率应该包括边缘构件中的钢筋,同时应注意防止竖筋过多使墙的抗弯强度大于抗剪强度,对抗震不利。
3.4重视基础结构设计
基础工程的投资约占工程总投资的20%~30%,基础设计的重要性可见一斑。一般高层、小高层建筑考虑基础埋深的要求1/18建筑物高度,通常设置地下室采用桩筏基础。因此,如何对桩进行合理选型,将对整个地下室设计的经济性影响极大。例如某一工程,上部十八层带一地下室,根据勘察报告,采用Φ400预应力管桩,可选桩长有桩长25m,单桩承载力特征值Ra=900kN,桩长34m,单桩承载力特征值Ra=1300kN。采用25m桩需要290根,采用34m桩需要200根。从桩本身比较两种方案,总的桩延米数量相当,但采用25m桩为满樘布置,筏板厚需1200mm,而采用34m桩为墙下布置,筏板可减至900mm,经济性明显。因此,笔者认为基础选型应作方案比较,才能选定经济合理的方案。而对于筏板厚度的取值,则应考虑桩冲切,角桩冲切,墙冲切及板配筋等多方面的因素。另外,筏板长度的设置也要注意,由于考虑地下室的使用合理性,常规采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝,后浇带的作用是明显的,但也给施工带来不少麻烦,甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。而有些高层,长宽均达100m以上,中间就设置几条后浇带,也没有其他措施,笔者认为是不妥当的,设计中必须注意。
3.5重视建筑形式的优化
建筑平面及竖向形式的优化比尺寸优化更有意义。首先,建筑物平面形式越简单,用钢量就少。每层面积相同或相近,则外墙长度越大的建筑其用钢量就越大,平面形式是否规则不仅决定了用钢量的多少,而且可以衡量结构抗震性能的优劣。其次,建筑物竖向体型规则和均匀,刚度没有突变,抗侧刚度从上而下均匀变化,其受力均匀,用钢量就小,反之则大。因此,在高层建筑的一个独立结构单元内,宜使结构平面布置简单、规则,刚度和承载力分布均匀,平面长度不宜过长,突出部分长度不宜过大。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀,避免有过大的外挑和内收,结构的侧向刚度宜下大上小,逐渐均匀变化,不应采用竖向布置严重不规则的结构。因此笔者认为,结构设计人员一定要注重概念设计,在满足美观、适用的前提下,尽可能使建筑结构的平面布置和竖向布置简单、规则和均匀。那么结构体系就会具有更合理的刚度和承载力分布,从而避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样,到初步设计和施工图设计阶段过程中对截面尺寸的优化才会有实质性的意义。
3.6 减轻高层房屋建筑自重
高层建筑减轻自重比多层建筑意义更大。我们从地基承载力或桩基承载力考虑,如果在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重可直接减少混凝土用量,同时减小垂直荷载和水平地震力,进一步减小结构内力,改善经济指标,特别是基础和转换层的混凝土和钢材用量。
3.7 合理选用建筑材料
材料选择不同,工程直接费不同,总造价不同。设计阶段合理选择建筑材料,控制材料单价或工程量,是控制工程造价的有效途径。筑材料选用应尽量选用高强度的建筑材料,如钢材宜优先选用三级钢。HPB300、HRB335和HRB400,这三种钢材的价格比较接近,但它们的抗拉强度值是270:300:360=1:1.11:1.33,可见采用高强钢筋的性价比高。混凝土宜用C30以上标号的混凝土,因为目前的施工工艺和技术已可使混凝土达到C80,运用高强度混凝土可以减小结构截面和减轻结构自重。填充墙材料宜采用轻质墙体,如纸面石膏板、水泥纤维板、加气混凝土等,以上材料既可增加室内的使用面积,也能减轻结构自重,减小地震作用,进而减少结构主要受力构件的配筋量和混凝土用量。
总之,结构的造价在建筑工程中占比例较大,重视结构设计中的经济性理念,通过结构的优化设计实现建筑作品的最大经济价值,不仅是评判建筑设计作品优劣的重要尺度,也是能否促进国民经济合理发展的关键环节。目前在我国的工程设计领域中,部分设计人员因忙于应付大量的具体工作,往往不够重视结构经济性问题,导致同一工程不同的人设计其土建造价可能差别很大,造成不必要的浪费,这对于经济实力并不发达、尚处于第三世界发展中国家的中国而言,是一个急待解决的问题,因此,作为一名设计人员,我们必须严守“经济、适用、合理”的原则,精心设计,力求在达到建筑建设要求的基础上,尽可能地利用有限的资源获得最大的效益,实现降低工程造价取得最佳经济效果的目的。
参考文献:
【1】项兵,马可.浅谈高层建筑的结构设计与建筑成本的控制【J】.科技创新导报,2008(18):88.
中图分类号:TU318 文献标识码:A
建筑结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师所要表达的东西。建筑结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。包括基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等等。然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系。通过多年的结构设计实践,对结构设计提出了应注意的一些问题,探讨了在结构设计工作中的基本方法。
1 平面图的设计
在绘制结构平面布置图前要需要说明一个问题,就是要不要输入结构软件进行建模的问题。当建筑地处抗震设防烈度为6 度区时(建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外),根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算,但应符合有关的抗震措施要求。那么对于砌体结构来讲如果时间不是很充足的话应该可以不用在软件中建模的,直接设计即可。绘制结构平面图时可直接在建筑的条件图上来绘制结构图,这一步必不可少的是删除建筑图中对结构来讲没有用的部分,简单快捷的方法是利用软件的图层功能,直接冻结相关的层,然后再建立新的结构图层:圈梁层,构造柱层,梁层,文字层,板钢筋层等等。这样做的目的是提高绘图效率,方便在不同结构平面图间的拷贝移动和删除。但对于墙体受压或局部受压、托梁、阳台、楼梯、楼板等构件应进行计算。除了必要的计算外,还应按规范要求采取适当的构造措施。墙体局部受压时除应按规定进行计算外还应在梁下墙体采用设梁垫或设置构造柱等措施。如果时间不是很紧张的话,建议还是输入建模较好,建模后可以利用软件来进行荷载导算、构件的强度计算及验算等。当建筑地处抗震设防烈度为7 度及以上时(包括规范规定需要考虑地震作用的情况),根据建筑抗震设计规范,因需要计算地震作用,所以必须要输入软件建模计算的。这样可以利用软件来进行繁琐计算工作,根据程序的计算结果再绘制结构平面图。
2 框架结构的“强柱弱梁”
根据抗震规范“强柱弱梁”的设计原则,我们希望柱的承载能力要大于梁的承载能力,也就是说当结构遭遇地震作用时应该是梁端首先出现塑性铰,梁出铰后结构产生较大的塑性变形,因此能消耗地震能量。但要真正做到“强柱弱梁”是有一定难度的。现就以下几方面的做法做简要探讨。
(1)梁端负弯矩计算。在框架结构设计中,梁的计算跨度是取两节点间的距离。梁端负弯矩的最大值出现在梁柱交点上。如用此弯矩进行截面计算所得到的配筋量肯定要比用柱边截面处弯矩计算所得到的配筋量要大,这就增加了实现“强柱弱梁”的难度。因此,在对梁端进行截面计算要考虑柱截面尺寸对构件内力计算的影响,采用柱边截面处的弯矩。
(2)梁端的实际配筋。在实际工程中,梁端超配筋的现象很普遍,这样的结果就会使梁端的实际承载能力大于计算所需的承载能力,就造成柱与梁的承载能力之间的差值减小或低于梁的承载能力。所以,我们在设计中应该合理的控制梁端实配钢筋与计算配筋之间的比例关系,梁端负弯矩不应超配筋。
(3)在计算梁的刚度时根据规范要求计算楼板对梁刚度的贡献,楼板的有效宽度取多少可以充分考虑梁与板的整体作用,还有楼板有效宽度内的钢筋对梁端的影响,这都是一些不确定的因素。楼板有效宽度取值的大小很大程度上也影响能否真正实现“强柱弱梁”的实现。现有的抗震规范通过柱端弯矩的增大系数来提高柱在轴力作用下的正截面受弯承载力,并规定柱端弯矩大于梁端弯矩,使梁端出现塑性铰的时间要早于柱。这些都是延性框架的最基本要求。
3 砌体结构中房屋构造柱与承重柱混淆不清
在砌体结构中,构造柱不但能够提高墙体的抗剪能力,而且构造柱与圈梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开展,维持竖向承载力,提高结构的抗震性能有着重要的作用。在当前结构设计中,构造柱还经常被作为承重柱使用,这种作法将引起以下几个问题。
(1)构造柱作为承重柱使用后,使得构造柱提前受力,这不但会降低构造柱对砌体的拉结和约束作用,而且结构一旦遭遇地震作用时,在构造柱位置必然形成应力集中,而构造柱的截面尺寸与配筋均较小,混凝土强度等级一般也比较低,所以造成构造柱首先破坏。这样,构造柱不但起不到其应有的作用,反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。
(2)构造柱一般生根于地圈梁中,不需要另设基础,构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切、抗弯及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏,将导致构造柱下沉,引起其周围的墙体出现裂缝,最后导致建筑物倒塌。建议承重大梁下应按规范要求设计成墙垛。这样做即安全又简单且造价合理经济。若梁上荷载和跨度都比较小时,构造柱也可布置于梁下,但此时必须按不考虑构造柱作用来验算梁下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足后,方可在梁下布置构造柱。像规范中规定的“楼梯斜梯段对应的墙体处,应设置构造柱”,就是属于这种情况。因为斜梯段处一般设有楼梯梁,梁上的荷载也比较小。
(3)构造柱作为承重柱使用,还能造成结构形式的混用。这种结构形式在结构设计中是最忌讳的。因为砌体结构的墙体是由砖、砂浆砌筑而成,它的特点是刚度很大而承载力相对较低。当建筑物遭遇地震作用时,吸收了很大的地震能量,但砌体的承载能力较低,所以很快就因破坏而退出工作。这时结构就将荷载全部或大部分的转嫁给构造柱来承担,很显然,构造柱由于截面尺寸及配筋均较小,是不能抵御地震作用的,所以,就容易造成建筑物的破坏或倒塌。
4 悬挑梁的梁高选用过小
现在的设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算,而忽略了对梁端挠度的验算。梁高选用过小,引起梁截面的受压区应力过高,在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性徐变,梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁上板出现裂缝,裂缝宽度随着挑梁变形的加大而加宽,影响了房屋的正常使用。据观察,这种挑梁的变形发展到后期,梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。梁受支座附近弯剪作用的影响,竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝,此时梁已接近破坏。当为托墙挑梁时,梁过大的挠度会引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。裂缝在梁支座处沿竖直方向向上发展,当到一定高度时沿斜向延伸,裂缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时,截面的相对受压区高度较大,梁的延性减小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏,失去承载力。
5 连续梁按单梁进行设计
这种情况主要发生在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小,没有引起设计者的重视,为图受力分析方便,设计者把实际应为连续梁的梁按单简支梁进行设计,致使梁在支座处上部负筋配置量过少。这样必然引起梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝,进而引起梁上部拦板出现竖向裂缝。如果该边梁长度较长时,问题将会变得更加严重。因为该梁一般直接暴露在室外,受环境温度影响较大。当环境温度变化时,梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束,在梁内产生收缩应力,该收缩应力作用于原已产生裂缝的梁上,引起梁在支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通,梁承载力降低,直接影响了使用安全。在实际工作中,多次发现类似情况出现,因此应引起设计者的重视。
6 基础设计中的方法与建议
目前,我们在结构设计中是将上部结构、基础、地基土三者分开设计的。三者在设计中互不关联。上部结构设计时不考虑基础与地基土的刚度对上部结构的影响;在设计基础时也不计上部结构的刚度对基础的贡献;只是将上部结构的荷载传递给基础;在地基土的承载力计算及沉降计算时同样没考虑基础的刚度作用,将上部结构传来的荷载简化成均布荷载按传统方法――直线分布法的原理进行计算。对于一般结构的基础设计而言,采用这种方法简便快捷,对于排架结构之类的上部柔性结构以及地基较好的独立基础,能够得到较满意的结果。但是,对地基沉降较敏感的一类结构,如框架结构,计算结果与实际情况有较大的出入,对于地基较差的软弱地基上的条形基础,按这种方法计算与实际差别也较大。同样对于高层剪力墙结构下箱形基础置于一般性质天然地基这种情况,这种简化计算结果也不能令人满意。
在建筑结构的设计中,虽然这种简化的计算方式我们已经采用了很多年,而且在一些简单的结构设计中我们还在继续采用。我们在基础设计时如何做到安全、可靠、合理、经济,很显然采用这种方法除了安全、可靠,无论如何也不可能是经济、合理。我们稍加思考就能发现这种简化的方法的不合理之处。首先任何一栋建筑物都包含上部结构、基础、地基三部分,作为一个整体,它们是即相互联系、影响,又相互约束和相互作用。把三者分开来单独计算,不考虑相互之间的联系与约束,不考虑基础的变形和位移,因此计算所得的结构与实际受力往往有很大的差异,这种现象在底层及边跨的梁柱中尤为明显。我们都知道任何一建筑物在外力的作用下,均会产生相应的变形,上部结构、基础、地基他们根据各自的刚度对相互的变形有着制约的作用,从而制约整个结构体系的内力、变形、基底反力及沉降的变化,同时满足内力平衡、变形一致。所以,最合理的设计计算方式就是应按结构整体考虑―共同作用。上部结构、基础的刚度现在可以通过程序计算得到,地基土变形特性的计算模型及参数的确定,是一个非常复杂和困难的课题,这需要我们不断的摸索和研究。一般的建筑基础设计还是可以采用传统方法――直线分布法,它的精度能满足要求。高层及同一整体大面积基础上建有多栋高层或多层等复杂建筑的基础应该采用上部结构、基础、地基同作用的方法来计算结构的内力及变形。
Abstract: the multi-layered brick houses in our country at present is most widely in building an architectural form, it has the material convenient, simple construction and time is short, the cost low characteristic. Vibration resistance for housing construction structure design is an important factor should consider when, this paper mainly discusses the multi-layered brick building structure in the seismic design process should be noted.
Keyword: brick building structure; Seismic; design
中图分类号:TU973+.31文献标识码:A 文章编号:
砖混房屋结构是目前我国多层建筑中应用最广泛的建筑形式,据统计,我国民用住宅建筑中有90%以上是采用这种形式。因砖混结构选材方便、施工简单、工期短、造价低,因此在农村地区,几乎所有的房屋都采用砖混结构这种建筑形式。砖混结构是指采用粘土砖和混合砂浆砌筑而成的建筑结构,属于砌体结构的一种。多层砖混房屋的建筑材料及连接方式是决定建筑抗震性能的主要因素。2008年5月12日,我国四川省汶川县发生了里氏8.0级地震。汶川地震是中国近年来破坏性最强的地震灾害,汶川地震中倒塌的学校大都是砖混结构,砌体结构材料的整体性差是导致校舍坍塌的主要原因。因此,在房屋的抗震设计过程中,我们主要是考虑建筑的整体性、抗剪能力以及结构的延性。根据现行建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范,本人从事房屋建筑结构设计多年,我认为,多层砖混房屋抗震设计应注意以下几个方面。
一、科学合理布局建筑的平面和立面
建筑平面和立面的设计是房屋设计中的基础内容。抗震设计中,建筑平面和立面应该遵循简洁、规则的原则,要保持结构质量中心和刚度中心一致。如果房屋的平面和立面设计不规则,那么建筑的结构质量中心和刚度中心不重合。一旦发生地震,由于地震产生的扭转效应,这样会加大地震的破坏力度。对于体型不规则的房屋,结构设计时我们要注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。设计的时候,应该尽可能的降低房屋的重心,不能采用错落的立面。虽然按照人们的习惯,建设设计的造型应该力求新颖,但是考虑到抗震设计要求,通常建筑设计不应采用严重不规则的设计方案。对于体型复杂,平面又特别不规则的建筑,我们通常将建筑布局分割成几个相对规则的小单元,然后在适当的部位设置防震缝。在实际的建筑设计中,在满足使用功能要求的前提下,设计师应尽可能的兼顾建筑造型,使建筑的平面和立面尽可能设计得比较规则、简洁,从而提高房屋建筑的抗震性。
二、房屋的总层数及总高度不应该超限值
实践证明,砌体房屋的总层数与它的地震程度成正比,即房屋的总高度越高,那么发生地震时,它的破坏性也越大。因此,在建筑的设计过程中,我们要适当控制建筑的高度设计。我国多层砌体房屋的总高度及层数应满足现行建筑抗震设计规范(GB50011—2001),见表1:
建筑每增加一层对底部的倾覆力矩就会增大,如果倾覆力矩过大,就会使底部墙体产生过大的压力或剪切力而被破坏。因此,减少房屋层数是抗震性设计的有效途径之一。
三、增强房屋的刚度及整体性
多层砖混房屋结构的抗震性设计主要是考虑空间刚度结构体系的整体刚度和整体稳定性。楼板要有较大的水平刚度,尽量采用现浇钢筋混凝土楼板,不宜采用预制楼板。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖是目前应用最广泛的抗震构件,具有整体性好、水平刚度大的优点,而且可以消除滑移、散落等问题。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖可以增加房屋的整体性、增大楼板的刚度。而且采用现浇钢筋混凝土楼板及屋盖设计后,对平面上墙体对齐的要求也可以适当放宽。因为砌体结构是以剪切变形为主的,这种情况下,层间变形是我们可以控制的。较强的楼板及屋盖还是良好的荷载传递的良好构件,当上下墙体不对齐时,现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用。总之,现浇楼板及屋盖是一种较理想的抗震构件,能够提高房屋结构整体的稳定性,从而提高抗震性能。
四、合理布置纵墙和横墙
纵、横墙体是多层砖混房屋的主要承重构件,合理布置纵、墙体是提高房屋抗震性能的有效途径。多层砖混房屋的纵、横强体的应布置均匀,使得纵横墙共同承担房屋的重量。上面我们已经说到了抗震性能的高低取决于房屋空间整体刚度和整体稳定性。但是我们看到农村地区的许多多层砖混房屋大多采用纵墙或横墙承重,非承重方向的约束墙体少,这样的房屋空间刚度和整体性较差,抗震能力低。墙体布置时,我们应在两个方向适当布置纵横墙混合承重,这样一来限制了纵、横墙的侧向变形,对抗弯、抗剪都非常有利。我们通常采用纵墙贯通的平面布置方式,某些特殊情况下,纵墙不能贯通布置时,我们可以采用在纵、横墙交接的地方适当增设构造配筋,必要的时候还可以每隔一定高度放置水平拉结构筋。
五、适当增加墙体面积与合理提高砂浆强度
历次震害表明,墙体面积越大,砂浆强度等级越高,多层砖混房屋的抗震能力就越强,因此,提高墙体面积和砂浆强度能够减轻地震的破坏程度。实验证明,若是6层砖混房屋,上面几层的地震作用较小,底下一层、二层的地震影响比较大,如果改变墙体的承载面积,如将部分的240mm宽的承重墙改为360mm,提高砂浆的强度等级,如将砂浆等级从M5体高到M10,则能够满足抗震要求。同样的,高层建筑也可以通过增加底部墙体面积和提高砂浆强度提高房屋的抗震性能。
六、有效设置房屋圈梁和构造柱
圈梁和构造柱是多层混转房屋一种有效的抗震措施。在多层砖混房屋中设置水平圈梁,可增加内外墙的连接,从而提高房屋的整体性。设置圈梁和构造柱以后,可以使楼盖与纵、横墙构成整体的箱形结构,尤其对于预制的楼板,可以增加预制板的稳定性,防止预制板的散落,使砖墙出平面倒塌的可能性大大降低,以充分发挥各片墙体的抗震能力。设计的时候,圈梁一般作为边缘构件,它对装配式楼、屋盖在水平面内有约束作用,可以提高楼盖、屋面的水平刚度。圈梁和构造柱一起可以限制墙体裂缝的开展,提高墙体的抗剪能力。我国现行建筑抗震设计规范(GB50011—2001)对构造柱的设置也有相关要求,见表2:
七、在合理位置的墙段内设置水平钢筋
在抗震演算过程中,多层砖混房屋的底层往往不容易满足抗震要求,因此,我们要采取适当的措施增强底部的抗震能力。
我们常采用的方法是在抗震力不够的承重墙内配置水平钢筋,使得地震力由砌体和水平筋共同承担。而且在墙内设置水平筋可以减少墙体的脆性,增加延性,从而提高抗震能力。实验表明,水平钢筋宜采用HPB235、HRB335钢筋,配筋率不应小于0.07%,也不宜大于0.17%,间距不应大于400mm;钢筋锚固长度不宜小于180mm。
八.其他措施
以上七个内容是多层砖混房屋建筑抗震设计总体时应该注意的总体方向,下面我们再介绍一些设计过程中要注意的细节问题。例如,多层砖混房屋的楼梯间应设置在每个单元中部,不能靠近山墙处,对于突出屋顶的楼梯间设计,构造柱应延伸到顶部与顶部圈梁连接。如果需要设置电梯,电梯对楼板有较大的削弱作用,布置时应尽量避开端角和凹角。房屋的局部尺寸应满足抗震规范的限值要求。
总之,地震是破坏程度极大的自然灾害,给国家和人民带来巨大的损失,我们要吸取汶川地震的教训,防患于未然,建筑设计必须考虑房屋的抗震性。本文从八个方面,对多层砖混房屋结构抗震设计过程中应该注意的问题进行了总结,仅供同行参考。
参考文献
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[2]谢礼立;马玉宏;; 现代抗震设计理论的发展过程[J] ;《国际地震动态》; 2003 第10期
[3]龚思礼;建筑抗震设计[M];中国建筑工业出版社;1994年