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Keywords: Chinese civil building structure; problem; analysis of the key points
中图分类号:TU318 文献标识码: 文章编号:
1.结构坚固、耐久。除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外,对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计,都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。 2.应用先进技术。在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式,从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。
3.合理降低造价。各种构造设计,均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益,即综合效益。在经济上注意节约建筑造价,降低材料的能源消耗,又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量,不能单纯追求效益而偷工减料,降低质量标准,应做到合理降低造价。 4.注意美观大方。建筑物的形象除了取决于建筑设计中的体型组合和立面处理外,一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修,各种转角、收头、交接处的接头设计.都应合理处理.并相互协调,注意美观大方。
二、影响高层民用建筑结构设计的主要因素
1.外力作用的影响 作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载(如结构自重)和活荷载(如人群、家具、风雪及地震荷载)两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础,起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素,风力随着地面的不同高度而变化,在沿江沿海地区,风力影响更大,设计时必须遵照有关设计规范执行。 地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动;横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动。但这三个方向的运动并不同时产生,其中横波的振动往往超过风力的作用,所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示,震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的,释放能量愈多,地震越大,震级也愈高。故震级是地震的大小指标。在进行建筑物抗震设计时,是以该地区所定地震烈度为依据,地震烈度是指在地震过程中,地表及建筑物受到影响和破坏的程度。
2.气候条件的影响 我国各地区地理位置及环境不同,从炎热的南方到寒冷的北方,气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂;有的部位出现渗漏水现象;有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时,应该针对建筑物所受影响的性质与程度,对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。
3.各种人为因素的影响 人们在生产和生活活动中,往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时,必须针对这些影响因素,采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施,以防止建筑物遭受不应有的损失。
三、高层民用建筑结构设计过程中存在的问题
1.天然地基承载力与基础埋深的确定问题 首先是地基承载力的确定存在误差 ;在对地基承载力进行确定时不仅要对其性质加以充分的考虑,而且还要充分的考虑基础的埋置深度以及宽度,地基承载力会随着基础埋置深度的加深以及基础宽度的加大而逐渐的提高。但是如果属于软弱基地,那么将会使得地耐力取值进一步提高存在安全隐患。其次基础埋深通常从室外地面标高开始算起;填方区域应在填土后才可进行挖槽,可从填土面开始算起,填土主要是在上部结构而完成的,从天然地面标高开始算起。如果地下室采用的是箱形基础,那么基础埋深应从室外地面标高开始算起;比如分离式的基础的地下室也就是说内墙与内柱基础,具体埋置深度应从室内地面开始算起;而地下室外墙基础应采取室内与室外计算埋置深度的平均值。不过实际设计过程中通常没有考虑天然地面室外设计地面标高间存在的不同和填土的规范施工顺序,只一味的按照设计室内地面标高算起。这样一来就会使得基础计算埋深值进一步增大,最终导致按照深度调整后的地基承载力也较大,安全系数低。
2.结构计算存在的问题 建筑物结构计算存在的问题是荷载取值不够合理、验算底框砌体结构方面的问题以及结构周期折减系数的确定。如高层民用框架的建筑一般在采取独立的基础上以及其地基受力部位不具备软弱粘性土层的情况下,那么就非常有必要对地基的抗震承载力加以验算,在对其基础进行设计时,应充分的考虑风荷载的作用。因此必须将风荷载输入到高层民用建筑中。只有具有均匀的刚度时方可采用底部剪力法,假如其结构中存在薄弱层应充分考虑其因塑性变形集中所带来的影响;此外由于框架结构等都有填充墙,因此它的实际刚度要高于计算时的刚度,但其实际周期比计算周期小,因此最终所计算出的地震剪力通常较小,使得结构潜在了安全隐患,唯一的解决办法就是折减计算周期。
四、加强高层民用建筑结构设计措施
1.对地基承载力宽度与深度修正 在对地基承载力宽度与深度进行修正时,应结合工程具体情况,根据《建筑地基基础设计规范》中的规定、基本原理以及理论,明确基础埋置深度的取值,特别对于部分特殊情况,应充分的分析,合理的进行取舍。在施工中要求基础完成时还要在上部结构施工前回填完成,回填土应进行分层夯实。实际上地基承载力就是地基同时满足强度以及变形这两个条件时,单位面积所能承受的最大荷载。一般情况下上部结构体型较为简单,整体刚度较大,如果地基不均匀沉降有着极强的适应性,那么地基承载力就可取高值;如果基础宽度大,埋置深度深,那么地基承载力就会有所提高;高层建筑为了使得地基具有较好的稳定性,避免建筑物滑动与倾覆,通常都会要求基础整体刚度要大,埋置深度深,可采用箱形基础。另外基础埋深对于地基土体及上部结构所组成的相互作用体系的动力特性与动力反应有着一定的影响;各个学者在对这一问题进行研究后,所得出的结论存在着一定的差异,主要是因为上部结构刚度条件具有差异性。应对上部结构各种刚度条件加以全面的考虑,并进行大量的数值计算,从而获取到基础埋深对土体与结构共同作用体系的动力特性与反应影响的规律。
2.结构计算参数的选择 具体有以下三方面:首先选择合理的地震力振型组合数;其对于高层建筑,在没有采取扭转耦联计算方式时,应取3,如果振型系数已经超出了3,那么应取3的倍数,不过决不能比房屋层数高,在《建筑抗震设计规范》中有明确的规定,一个合理的振型个数通常能够取振型参与质量达到总质量的百分之九十所需的振型数。目前中国建筑科学研究院已经具备了这一功能,能够及时的将这种参与质量的比值全面的输出。同时通过耦合计算的地震剪力要比非耦合计算小,只有其结构发生极为明显的扭转时,才可以采用耦合计算的方式进行,必要时应采用非耦合计算加以补充。其次框架结构或荷载最不利布置与组合;如果活荷载较大,那么是否对活荷载进行最不利布置、组合,会严重的影响到计算全面的反映出来,很有可能导致结构不安全。在对结构计算过程中,应对各种构件进行区分,然后进行分布计算,并且当荷载输入时,应进一步折减楼面活荷载。
五、结束语
民用建筑的结构设计是一个复杂的系统,其中存在的问题涉及到方方面面,要解决好这些问题就需要丰富的经验和先进的理论知识,在此前提下,建筑结构设计师通过综合考虑各方面设计因子,并与各种规范进行多重整合,运用科学的设计理念,做到建筑设计与结构设计的紧密结合,选择合理的结构体系,这样才能设计出真正满意的建筑。
Abstract: As a comprehensive and strong systematic content, the selection decision-making of high-rise building structures in civil engineering project occupies an extremely important position. This paper will combine with many years of practical experience; provide a simple exposition of civil engineering in high-rise buildings for selection of structural factors, for reference.Key words: civil engineering; high-rise buildings; structure selection;influencing factors
中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:2095-2104(2012)06-0020-02
高层建筑以其占地面积较小,高层空间利用率较高的优势,有效的缓解了目前城市土地资源紧张与城市人口压力逐年加大之间的矛盾,使其迅速成为现今建筑工程设计与施工建造的首选类型。就我国目前而言,高层建筑主要用于住宅、宾馆、办公写字楼、以及综合性商业设施等用途中,由于其对高层建筑的使用功能性的要求不同,使其在对于建筑物的内部结构选型中存在着一定的差异性。在高层住宅的建筑工程项目中,由于其对于功能具有空间较小、分隔墙体较多、各层布局基本相同的特殊要求,在结构的选择时就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构,此外除了应考虑各组成部分各自适用的结构体系以外,选型中还要考虑两种体系组合的效果是否最佳因为当建筑物包括不止一个主要结构时,它们之间必然存在一定的横向联系,分别对每一结构优化所拼凑而成的整个建筑结构不一定最优,故结构选型应从整个工程系统,即主要结构的集合出发进行全局优化决策根据工程的具体情况和条件正确解决结构体系的选型问题。
1工民建筑物的基本要求
1.1美观功能要求
结构是构成建筑艺术形象的重要因素通常人们比较强调结构型式适应建筑造型上的美观性要求,而易于忽视另一方面,即结构本身的美学效应。结构自身也富有美学表现力,为了达到安全与坚固的目的,各种结构体系都是由构件按一定的规律组成的,这种规律性的东西本身就具有装饰效果,结构选型的参与者、建筑师们必须注意发挥这种表现力和利用这种装饰结果自然地显示结构,结构型式与建筑的空间艺术形象融合起来使两者成为统一体。
1.2结构受力合理性
因为各种结构体系有各自的受力特征,比如在抗风能力、抗震能力整体刚度等各方面各不相同,而选型必须保证结构体系的受力合理,所以要根据力学上的要求认真比较各种结构体系优缺点,挑选出能入围的几个结构体系,然后再结合其它影响因素作分析,做筛选结构受力合理性包括结构能有效抗风、可靠抗震、传力途径明确、应力分布合理破坏机制合理等等。它受环境条件诸如基本风压、设防烈度等影响,而基本风压、设防烈度又因场地条件不同而不同。
1.3综合考虑不同结构方案对建筑物造价的影响
某些结构材料单价较高但可能给建筑物整体造价带来好处,结构材料对选型的影响下文将展开论述。例如某市三多里高层住宅地面以上15层、局部16层,层高2.7m建筑。总高度44.2m为板-柱框架剪力墙体系,采用陶粒混凝土。预制大楼板内外填充墙分别采用100mm及200mm厚的加气混凝土彻块,每层平均重量仅为8.31kN/平方米而一般框架-剪力墙体系的高层住宅每层平均重量约为12~13kN/平方米,因此该高层建筑采用天然地基箱形基础,而同期建造的另一幢15层高层住宅,为内浇外挂剪力墙体系,采用柱箱复合基础15层高层住宅采用天然地基,在某市是仅有的一幢,是一个成功的工程实践。
1.4结构全寿命期费用
在进行结构方案的经济分析时,通常考虑的是一次性投资费用,这是不够全面的。一幢建筑物在其整个使用寿命期内,一般为50年,还会发生其它费用,如结构的一般维护维修费用、灾后的重建费用等等,而这些费用的数额往往也是不容忽视的。在进行结构选型决策时也应予以考虑。例如对于一幢高层建筑如果结构方案采用钢结构,则由于钢材易于锈蚀在整个建筑物投入使用后,必须对钢结构构件进行定期的防锈蚀处理和维护,从建筑的整个使用寿命期来看这一笔维护费用的数额是巨大的但如果结构方案采用钢筋混凝土结构则基本上不需要对结构构件进行维护。从建筑的整个使用寿命期来看,就基本上不存在发生于结构构件的维护费用,当对类似的高层建筑进行结构方案的选择时就要综合考虑权衡各方面利弊从结构的全寿命期,来进行综合经济分析才能得出令人满意的决策结论。
2施工水平对高层建筑结构选型的影响建筑施工的生产技术水平及生产手段对建筑结构型式有很大影响。正是大型起重机械及各种建筑机械例如混凝土泵,相继问世才使高层建筑的各种结构型式成为现实,施工水平对建筑结构型式的影响表现在以下两个方面:
一方面,施工技术条件不具备或选用的结构方案不适应现有施工技术能力,将给工程建设带来困难。例如选择装配式框架结构方案时需要认真考虑施工单位焊工技术力量,否则将给工程质量带来严重影响。如果决策人员在结构选型时考虑不周也将会给施工单位带来不必要的困难。因此选型时有关设计人员应多与施工单位人员沟通,共同磋商解决选型中出现的矛盾。
另一方面,选择结构型式时要结合施工工艺因素考虑工程的具体施工条件,同一种结构型式可以对应不同的施工工艺,而不同的施工工艺不仅影响材料消耗,劳动力工期施工工期的影响已经在经济因素中分析及造价等技术经济指标,而且会影响到结构的受力状态、抗震性能、计算分析及构造措施。所以,在高层建筑结构选型中应对施工工艺连同其它因素加以全面综合权衡考虑。
3建筑结构材料对高层建筑结构选型的影响
随着科学技术的发展,新的结构材料如高强砼、轻骨料砼、复合材料中的钢管砼、钢纤维砼等等不断诞生,新的结构材料促使传统结构型式发生变革,新的结构型式产生,从而不可避免地给结构选型问题带来深刻影响。众所周知在传统的建筑材料中,钢材符合轻质又高强的条件,在国外高层建筑中很多采用钢结构体系,鉴于我国国情和条件,绝大部分高层建筑都采用钢筋砼结构体系,且一般都采用普通钢筋砼、混凝土及钢材的强度等级不高,建筑物的自重一般平均在12~17kN/平方米。据统计,在我国已建成的高层建筑中,自重小于12kN/平方米的只占22%。而大于14kN/平方米的占46%,总的来说,自重偏大给设计、施工、材料运输、结构抗震性能及结构技术经济指标带来较多不利影响因此在考虑了材料的供应状况的前提条件下,优先选用能减轻建筑物自重的结构材料是很有必要的。减轻建筑物自重给整个高层建筑带来的效益有:
3.1有利于减小结构截面节约建筑材料尤其对于高层建筑下部楼层的柱子影响更大。
3.2有利于减小基础投资据统计在软土地基地区基础的造价约占土建总投资的25%左右。例如:某市桩箱型基础约占28%,随着目前地下室越来越深,这个比例有加大的趋势,所以减轻高层建筑自重对减少软土地基地区高层建筑基础投资有重大意义。
4结语
综上所述,在实际工作中,结构设计人员往往由于未能深入了解结构选型的各个影响因素及其相互关系,从而造成结构选型决策的种种失误影响结构选型决策的因素主要体现在建筑物的功能要求,结构受力合理性经济因素的制约等多个方面,所有的这些确定性的和非确定性的因素都或多或少对结构选型产生影响,在某些情况,不为人们重视甚至被忽略的一些因素往往起着决定性的作用。因此,在结构选型决策工作中应该综合考虑各种决策影响因素的作用特点和对决策结果的影响度,并将它们综合协调统一起来,这就涉及到高层建筑选型决策方法的合理选择问题。
参考文献
随着各种新型结构和材料的引进和运用,结合我国现状研究高层住宅的抗震性能已成为一种趋势,这也是国民经济健康发展和国计民生的重要保证。研究高层和超高层房屋的抗震性和经济性涉及因素多,必须对方案从整体上进行综合评价,建立正确的决策模型,从而得到客观合理的优劣排序,并在此基础上对各建筑结构方案进行优化改进。
1传统民用建筑结构方案初选
1.1多层砖混结构房屋
特点:砖混结构中的“砖”,是指一种统一尺寸的建筑材料,也包括其他尺寸的异型黏土砖、空心砖等。 “混”是指由钢筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的钢筋混凝土配料,包括楼板、过梁、楼梯、阳台。这些配件与砖做的承重墙相结合,所以称为砖混结构。砖混结构住宅一般以多层 (24米以下,住宅10层以下)住宅为主,其抗震性能比起以下三者相对弱一些。
1.2框架结构房屋
特点:由钢筋混凝土浇灌成的承重梁柱组成骨架,再用空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成。墙主要是起围护和隔离的作用,由于墙体不承重,所以可由各种轻质材料制成。
1.3剪力墙结构房屋
特点:剪力墙是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用剪力墙来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构在高层(10层及10层以上的居住建筑或高度超过24米的建筑)房屋中被大量运用。
1.4钢结构房屋
特点:钢结构是以钢材为主要结构材料。钢材的特点是强度高、重量轻,同时由于钢材料的匀质性和强韧性,可有较大变形,能很好地承受动力荷载,具有很好的抗震能力。一般的超高层建筑(100米以上)或者跨度较大的建筑通常应用钢结构。不过,由于钢结构建筑的造价相对较高,目前应用不是非常普遍。
2.4各方案的总排序
表4-10各方案总排序
因素
方案 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Wi 排序结果
0.321 0.160 0.107 0.160 0.107 0.080 0.065
A1 0.355 0.261 0.429 0.048 0.077 0.107 0.063 0.230 3
A2 0.284 0.087 0.214 0.238 0.385 0.160 0.313 0.240 2
A3 0.203 0.130 0.214 0.286 0.308 0.092 0.187 0.207 4
A4 0.158 0.522 0.413 0.428 0.230 0.641 0.437 0.351 1
3.建筑结构优化
3.1传统建筑结构的优劣态势和改进空间分析
3.1.1砖混结构
优劣态势:由于砖混结构的材料成本低,建造简单,故其造价相对较低,施工较容易。但由于砖混结构是由钢筋混凝土配料与由粘土砖、空心砖等做的承重墙结合,故其抗震能力和耐用性相对较差,结构自重偏大,空间布置也不灵活。
改进空间:由于砖混结构是传统的房屋结构,发展较其他结构快,技术已经达到几乎完全成熟,故砖混结构改进空间很小。
综上,砖混结构各方面相对其他传统建筑结构较弱,且几乎没有改进空间。
3.1.2框架结构
优劣态势:根据层次分析法,框架结构建安成本低于剪力墙结构和钢结构,且耐用性好,但框架结构最大的缺点就是施工过程繁琐复杂,抗震能力相对钢结构和剪力墙结构较弱。
改进空间:由于现阶段各种减震结构的设计和应用很多,将其应用于框架结构中可以有效增强框架结构的抗震能力,故框架结构的改进空间相对砖混结构较大。
综上,框架结构抗震能力较弱的缺点可以通过应用合适的减震设计来改进。
3.1.3剪力墙结构
优劣态势:根据层次分析法,剪力墙结构的结构自重偏重,大大影响其建设高度;且由于剪力墙结构布置不灵活,致使其适应性弱于框架结构和钢结构。
改进空间:针对剪力墙结构布置不灵活的缺点,框架―剪力墙结构可以弥补。它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗力性能。这种结构的住房有很好的抗震性。而使用自重较轻的材料构成剪力墙可以弥补剪力墙结构自重较大的缺点。
3.1.4钢结构
优劣态势:与传统的住宅相比,由于钢结构导热快,比热小,随着温度的升高,钢材的机械力学性能迅速下降,未加防火保护的钢结构,遭遇火灾只需10几分钟时间,自身温度就可达540℃以上,故钢结构有不耐高温且易腐蚀的缺点。
改进空间:针对钢结构易腐蚀和不耐高温的缺点,可以通过钢结构构件防火来弥补,以减轻钢结构在火灾中的破坏,避免钢结构在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散的 困难;尽可能延长钢结构到达临界温度的过程,以争取时间灭火救人;避免钢结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡;减少火灾后钢结构的修复费用,缩短灾后结构功能恢复周期,减少间接经济损失。
综上,通过提高钢结构的防火防腐性能可以改善钢结构,其改进空间较大。
3.2优化传统民用建筑结构
3.2.1框架结构房屋
优化方案:根据框架结构优劣方案和改进空间的分析,可以通过应用合适的减震设计来改进。由于框架结构房屋主要是由框架承重,利用限制屈曲支撑(BRB)这种新型耗能减震构件代替传统的钢支撑可以降低框架结构房屋在地震中的结构位移,大大消耗地震能量,减轻结构中的扭转变形。
3.2.2框架-剪力墙结构房屋
优化方案:为了增强剪力墙结构的空间布置灵活程度,可以将剪力墙结构和框架结构结合起来形成框剪结构。而框剪结构中的框架-核心筒结构,不仅由于建筑采用框架结构得以获得宽敞的使用空间,而且十分有利于结构受力。为了弥补传统剪力墙自重较重的缺点,我们可以摆脱传统材料的束缚,使用钢板剪力墙。钢板剪力墙是20世纪70年展起来的新型抗侧力结构,其主要是提供结构的侧向刚度、抗剪强度和抗震延性。钢板剪力墙由周边框架和内嵌钢板组成,具有自重轻、安装方便等特点,这刚好弥补了传统剪力墙自重大的缺点。
3.2.3钢结构房屋
优化方案:为了克服钢结构建筑不耐火的缺点,可以使用防火板材和防火涂料来对钢结构实施防火保护。目前市场上防火涂料品种繁多,效果也不尽相同。超薄型钢结构防火涂料是使用较广泛的新型材料,该类防火涂料在受火时缓慢膨胀发泡形成致密坚硬的防火隔热层。针对钢结构易被腐蚀的缺点,常用喷锌或喷铝,加重腐蚀涂料构成长效防腐结构,或者用配套重防腐涂料涂装防护。
4结论
砖混结构的建造技术已经相当成熟,改进空间较小;框架结构针对施工过程繁琐复杂,抗震能力相对较弱的缺点,采用在建筑抗震能力较弱部位布置BRB支撑的方法来进行改进,具有一定的改进空间;剪力墙结构布置不灵活的缺点通过与其它结构结合改进成为框架-核心筒结构进行改进,剪力墙自重大的缺点使用钢板剪力墙减轻自重;钢结构易腐蚀并且不耐高温,通过使用超薄型钢结构防火涂料及喷铝涂层加防腐涂料封闭的方法来改善。
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Abstract: the civil building often appears in concrete structure crack to the broad masses of the people to a great inconvenience. In this, the authors of the concrete crack classification, given the reasonable fracture repair design and repair methods.
Keywords: civil building construction; Structure crack; Concrete structure
中图分类号: TV331文献标识码:A文章编号:
引言
随着我国经济社会的不断发展,人民生活水平的不断提高,基础设施迎来了发展,特别是土木工程也得到了快速的发展。在民用土木建筑工程中,混凝土结构仍然占据着主导地位,而不管什么混凝土建筑都会因为这样那样的原因而出现不同程度的裂缝。裂缝的产生必将会对建筑结构产生一定的破坏,因此,民用建筑混凝土结构的裂缝问题越来越受到人们的关注。下面就民用建筑混凝土结构裂缝成因及修补措施进行探讨。
1 混凝土结构裂缝的分类
(1)根据裂缝产生的时间划分裂缝.一般可分为两大类:
(a)施工期间出现的裂缝;
(b)使用期间出现的裂缝。
(2)根据引起裂缝的原因可分为:
a.材料选配不当.b.施工控制不当.C.温差作用;d.荷载作用;e.钢筋锈蚀作用;f.地基不均匀沉降;g.冻胀作用;h,地震怍用;I 火灾作用;j.碰撞及其它作用等。
(3)按照裂缝的产生规律、形态,容易发生的部位分布划分,一般有以下几种:a.塑性收缩裂缝;b.塑性沉降裂缝;c.收缩裂缝;d.温差裂缝.e.不规则龟裂.f.纵向裂纵;g.横向裂缝.h.剪切裂缝;I 扭转裂缝;j.斜向裂缝;k.X形交叉裂缝;l.八字和倒八字形裂缝;m.其它裂缝。
2 混凝土结构裂缝的修补设计
按照实际情况决定是否需要进行修补和加固补强是进行修补设计的原则,对已开裂结构构件的机能及耐久性的设计进行恢复时,对修补材料、修补方法的适当选择以及在选择修补时间的基础上进行修补设计显得更重要。进行修补时,要考虑到以下几点:
2.1判断是否需要修补,如果真的需要,对修补的范围和规模进行设定,同时根据要求对现场进行二次调查。
2.2掌握开裂的成因、开裂的程度(裂缝深度、宽度、形状等),建筑物的环境条件(工厂地区、温泉地带、一般环境、盐类环境、寒冷地带)和重要性。
2.3考虑造成开裂的环境条件,对修补目的以及恢复的目标进行明确的规定,使用最合适的修补材料、修补方法、修补时间进行修补。根据裂缝开裂的成因及开裂现场的具体情况决定选择哪种修补方法。此外,如果构筑物正好处在环境比较苛刻的地方比如盐类环境,选择的修补材料及方法要比修补普通环境条件用的材料和方法高一个等级。最好在裂缝稳定后再进行修补工作,如果裂缝是随着温度等环境条件逐渐变化的,那么修补最好在裂缝最宽的时候进行。由于竣工时的初期性能、劣化程度、劣化范围、建筑物的耐用时间、开裂原因等不同导致混凝土建筑物及其构件的修补恢复目标出现差异,还有就是保修的年限也不全一样。
2.4一定要对修补作业时需要的脚手架、机械材料、工程现场对周围人群的安全保障等进行充分的研究。
3 修补方法及特点
3.1表面修补法
常用的方法为涂覆法,增加整体面层,压抹环氧胶泥,环氧浆液粘玻璃丝布,表面缝合等。
(1)涂覆法:混凝土表面出现数量较多的表面裂缝时,采用手工或机械喷涂方法,将修补材料涂覆于混凝土表面,起到表面封闭作用。涂膜厚度在0.3mm~2.5mm之间,厚度大者适应裂缝变化能力强。选用修补材料时应考虑使用条件(室内、室外、环境温湿度变化,介质腐蚀情况)以及裂缝活动情况等,例如,要求耐磨的地坪可选用环氧沥青涂料,聚氨酷涂料,聚氨酷沥青涂料等刚性涂料,不稳定的裂缝修补可选用聚氨酷弹性体,橡胶型丙烯酸酷涂料等弹性涂料。
(2)增加整体面层:混凝土表面裂缝数量较多,分布面较广时,常采用增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层的方法处理。多数情况下,整体面层内应配置双向钢丝网。有条件时,宜采用喷射法施工水泥砂浆或混凝土整体面层。
(3)压抹环氧胶泥:对于数量不多,又不集中,缝宽>0.1mm的裂缝可采用此法处理。
(4)环氧浆液粘贴玻璃丝布:一般采用环氧树脂胶料或环氧焦油胶料,粘贴1层~2层玻璃丝布。
(5)表面缝合:在裂缝两边钻孔或凿槽,将U形钢筋或金属板放入孔或槽中,用环氧树脂砂浆等无收缩型砂浆灌入孔或槽中锚固,以达到缝合裂缝的目的。
3.2局部修复法
常用的方法有充填法,部分凿除重新浇筑混凝土、预应力法等。
(1)充填法:用钢钎、风镐或高速转动的切割圆盘将裂缝扩大,最终凿成V形或梯形槽,分层压抹环氧砂浆、或水泥砂浆、或聚氯乙烯胶泥、或沥青油膏等材料封闭,其中V形槽适用于一般裂缝修补;梯形槽用于渗水裂缝修补;环氧砂浆适用于有结构强度要求的修补;聚氯乙烯胶泥和沥青油膏仅适用于防渗漏的修补。
(2)预应力法:用钻机在构件上钻孔,注意避开钢筋,然后穿入螺栓(预应力钢筋),施加预应力拧紧螺帽,使裂缝减小或闭合。如条件许可时,成孔的方向应与裂缝方向垂直,钻孔方向不与裂缝垂直时,宜采用双向施加预应力,
(3)部分凿除重新浇筑混凝土:对于钢筋混凝土预制粱等构件,由于运输、堆放、吊装不当而造成裂缝的事故时有发生。这类裂缝有时可采用凿除裂缝附近的混凝土,清洗、充分湿润后,浇筑强度高一等级的混凝土,养护到规定强度的修补方法。修补后的构件仍可使用在工程上。用这种方法修补己断裂的构件应特别慎重。此外,修补前应检查钢筋的实际应力和变形状况。修补混凝土宜用微膨胀型。修复工作必须十分仔细认真,否则新老混凝土结合不良将导致失败。
3.3灌浆法
将水泥或化学浆液灌入混凝土缝内,使其扩散,固化。固化后的浆液具有较高的黏结强度,与混凝土能较好地黏结,从而增强了构件的整体性,使构件恢复使用功能,提高耐久性,达到堵漏防锈补强的目的。用于结构修补的化学浆液主要有两类:一类是环氧树脂浆;另一类是甲基丙烯酸甲酷液(简称甲凝液)。用于防渗堵漏的化学浆液主要有:水玻璃、丙烯酞胺、聚氨酷、丙烯酸盐等。这些不溶物可充填缝隙,使之不透水并增加建筑物强度。
结束语
我国的基础设施建设越来越多,建成的民用建筑也越来越多,由于各种外因或内因导致的民用建筑混凝土开裂情况也越来越多,了解民用建筑混凝土结构开裂的原因,掌握进行修补的方法,按照不同的实际情况采取不同的方法进行修补,就能达到很好的效果,保证民用建筑混凝土结构的质量。
参考文献
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筑工业出版社,2010.3
[2]冯乃谦,顾晴霞,郝挺宇.混凝土结构的裂缝与对策一土木工程精品
系列[Ml.北京机械工业出版社,2006.6
如今,环保已经成为全世界人类普遍关注的话题。据美国的一项调查显示,室内空气中可检测出500多种挥发性有机物,而在众多室内污染源中,建材是最大的污染源,已严重威胁人们的身体健康乃至生命安全。人们期盼着环保节能型绿色建材的大力开发和应用。
世界上许多国家在20世纪二、三十年代已着手墙体材料的改革,逐步推动墙体材料的环保化。我国的政策导向也是禁用实心黏土砖,发展新型墙体材料产品,这也被各地设计施工单位、房地产开发商等广泛接受。但是,这种产品替代不能只追求形式上的“禁实”,而应注重替代产品质量和功能的提升。鉴于此,建设部、国家经贸委等联合,《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》,通知中明确指出:逐步限时禁止使用传统的实心黏土砖。各地也在采取相应的措施,抓紧做好实心黏土砖的替代材料及制品的衔接工作,积极推广采用新型建筑结构体系及与之相配套的新型墙体材料[1]。
1 石膏作为新型墙体材料的可行性
随着生态建筑和绿色建材概念日益为人们所接受,以石膏为主体的绿色建材在我国也越来越受到建筑业界的关注,这是因为:第一,石膏是一种公认的绿色建材。石膏建材制品对人体无害,在长期使用过程中不会有任何有害气体释放;同时,石膏具有无放射性、没有重金属的危害。而且石膏可入药,也可做食品添加剂。第二,我国天然石膏资源十分丰富,储量居世界首位。第三,由于我国环境保护的迫切性,大量化学石膏(磷石膏、脱硫石膏、钦石膏等)的处理已成当务之急。发展石膏建材可以将化学石膏变废为宝,增加了其利用价值。石膏建材废品经处理可以回收循环利用。
因此,无论是从生态建筑、环境保护,还是从资源开发和化学石膏的综合利用来看,石膏建材在我们国家都是一种应该大力研究开发的绿色建筑材料。
2 玻璃纤维石膏空心墙板与速成建筑体系简介
2.1 新型速成墙板的概述
速成墙体是由专门的生产设备采用熟石膏、玻璃纤维及适量的防水添加剂加工而成的大规格空心墙体,成品的标准规格为12m×3m(宽×高),厚度为120mm,使用时可以根据需要切割成不同的尺寸,如图1所示。
空心墙体两侧的肋厚13mm,中间的肋厚20mm,孔洞与孔洞中心之间的距离为250mm,孔洞的尺寸为230mm×94mm,图2为切割成高度为360mm的空心速成墙体,图3为空心速成墙体横截面的细部尺寸。硕士论文,新型墙体。
图3 墙板尺寸详图(mm)
2.2新型速成墙板的生产工艺
速成墙板生产线主要工艺流程采用电脑自动控制系统完成,根据生产工艺流程、生产车间各部件的布置以及实际操作的需要,配置各系统控制站,各控制站完成对其所控制范围内的生产流程的操作与鉴定,并能完成数据、图形及状态的显示,实施必要的过程控制等功能,生产该种速成墙板的工艺流程示意图如下[2] [3]:
搅拌石膏 —→浇注第一层石膏—→ 抹平第一层石膏—→ 往第一层石膏上铺绞碎的玻璃纤维—→ 将玻璃纤维滚压入石膏—→ 在有绞碎的玻璃纤维的石膏上每隔一个插一个板芯—→ 铺上第二层铰碎的玻璃纤维—→ 捣实第二层玻璃纤维—→ 插另一块板芯—→ 浇注第二层石膏—→ 铺最后一层玻璃纤维—→ 将最后一层玻璃纤维滚压入石膏—→ 用刮板将石膏表面抹平二到三遍—→ 墙体初凝前最后刮一次—→ 石膏板进一步硬化—→ 将板芯从石膏板中抽出—→ 伸出两个墙体支撑架支撑住墙板—→ 将工作台倾斜85度—→ 将石膏板从倾斜的工作台上搬运至存储架上或干燥间内—→ 彻底干燥后即可使用。
2.3 新型速成墙板的技术指标
2.3.1 面密度
面密度,即墙板每平方米的重量。硕士论文,新型墙体。空腔速成墙板的面密度为40 kg/m2,作为填充墙来说,这是非常理想的数据。从文献[6]及有关资料查得,目前工程中常用的GY板的面密度为110 kg/ m2,泰柏板为95kg/ m2,双面抹灰的加气混凝土砌体240厚为248kg/ m2,GRC板为48kg/m2。前三种材料价格与速成墙板相差无几,GRC板则比速成墙板高约10元kg/m2。由此可见,作为隔墙来使用,速成墙板具有质量轻、价格低等优点。
该种空心玻璃纤维石膏墙板灌孔后用作承重结构,施工速度快,安装方便,如果灌孔的同时在空心石膏墙板的空腔内布置竖向钢筋,那么该种新型石膏墙板就被称为配筋灌孔速成墙板。
填充混凝土后的速成墙板的面密度为250 kg/ m2,可以作为承重墙。而一般的240厚实心粘土砖砌体双面抹灰后的面密度为524 kg/ m2,240厚多孔粘土砖砌体双面抹灰后的面密度为420kg/ m2。因此,灌孔速成墙板无论对降低建筑物基础成本,还是减少地震作用,都是非常有利的[4]。随着实心粘土砖的禁止使用,灌孔速成墙板将成为承重墙的替代材料之一。
显而易见,无论作为填充墙,还是作为承重墙,速成墙板都有着其它材料不可比拟的优势,它更符合轻质高强、质优价廉的选材标准和材料发展方向。
2.3.2承载能力[2]
120mm厚的速成墙板直立状态时每米宽度的竖向承载力称为线承载力。根据澳大利亚RBS公司提供的试验资料,空腔速成墙的线承载力为60KN/m,填充C30混凝土的墙板,其线承载力为750KN/m。硕士论文,新型墙体。按照6层住宅计算,底层最大荷载约为172kN/m。可见,灌孔纤维速成墙板原理上可以用于多层住宅而满足竖向承载力要求。目前国内以灌孔速成墙板为主要承重材料的建筑,天津已做到了六层。硕士论文,新型墙体。
山东建筑大学结构试验室已做了大量关于其竖向承载力的试验。试验表明,作为承重结构,其承载力完全满足要求。
2.3.3 耐火性能
由公安部天津消防科学研究所提供的检验报告显示,空腔速成墙板的耐火极限不低于83分钟,燃烧性能A级,为非燃烧体。文献[5][6]中均规定,一级建筑物房间隔墙的耐火极限为0.75小时,非承重墙、疏散走道两侧隔墙的耐火极限为1小时。硕士论文,新型墙体。显然,空腔速成墙板作为隔墙是满足防火要求的。
对于孔内灌注混凝土的速成墙板,RBS公司提供的资料为,其隔火率为4小时。我国建筑防火规范规定,一级建筑物防火墙的耐火极限为4小时,承重墙、楼电梯间墙为3小时;高层民用建筑防火规范规定,一级建筑物防火墙的耐火极限为3小时,承重墙、楼电梯间墙和住宅单元间墙为2小时[5][6]。显然,灌孔承重墙体也满足我国现行防火规范的要求。
2.4 新型速成墙板的环保、节能效益
2.4.1 速成墙板的主要成分为石膏,这就从根本上肯定了这种板材的绿色环保价值。它不含任何粘土成分,而石膏可回收利用的特点更加确定了其节约能源、符合可持续发展战略的优势。而其巧妙的大孔构成,可方便地填充各种轻质材料来满足保温、隔热、防火、隔音等使用要求,从而替代其他或昂贵或笨重的填充材料;若填充混凝土,则可用做承重墙,从而彻底淘汰粘土砖,节省耕地,保护土地资源。
2.4.2 如果能综合利用化学石膏,则可解决我国大量化学石膏堆弃所造成的占用土地、污染环境等问题。
2.4.3 速成墙板可方便地用于钢框架结构,由于其具有自重轻,施工方便等特点,在工程中不仅能节省钢材用量30%,而且能缩短施工工期,这都直接创造了效益。
2.4.4 速成墙板仅120mm厚,在建筑面积不变的情况下,可增大使用面积8%~10%,这无论对消费者还是开发商而言,都是巨大的诱惑,能够促进房屋的销售和开发。
除了上述几项性能优势外,速成墙板还有消能减震、制作方便、用途广泛、标准化生产、建筑速度快、方便穿设管线、降低投资等优势。速成墙板的开发应用,可以节约土地、保护国土资源、节约能源、减低能耗、综合利用工业废料、保护环境,符合可持续发展的需要。它将会带来巨大的经济效益和良好的社会效益[2][3]。硕士论文,新型墙体。
3 玻璃纤维石膏板在建筑结构应用中的发展和研究现状
速成墙板(Rapid Wall)是澳大利亚速成建筑有限公司(RBS)于1990年开发的专利产品,是一种防水玻璃纤维轻质石膏空心大板。在孔腔中浇筑混凝土,既可以作为垂直结构构件承受竖向荷载和水平荷载,又可以作为现浇密肋梁楼板的模板,与钢筋混凝同工作,构成楼板。
该种墙板在澳大利亚的应用已经相当成熟。RBS建筑体系作为一项新技术在澳洲得到推广应用,目前占有澳洲建筑市场5%左右。主要应用在低层、多层以及小高层民用建筑上,包括:公寓、住宅、各种类型的townhouse ,以及超市、图书馆、音乐厅、电影院等商业建筑和公用建筑,厂房、仓库也有一定规模的应用。
这种房屋的优点在于浇筑混凝土不需要模板,墙板表面光滑洁净,便于室内装饰装修,施工速度快,房屋的有效使用面积大。但作为一种新型的承重结构体系房屋,还有许多技术问题需要作进一步研究,包括如何分析房屋的内力、如何验算墙体的承载力、房屋的抗震性能怎样以及构造措施等。目前对于这种承重墙板房屋的研究还不是很多。为了使速成墙板建筑体系能够替代砖混结构体系,实现速成墙板在我国的推广应用,尚需进行大量的试验研究。
3 结语
鉴于以上的叙述,玻璃纤维速成石膏墙板具有较好的环保、节能效益,在未来的住宅结构体系中有着广泛的应用前景,有必要对其进行系统的试验和理论研究。为建筑行业带来巨大的经济效益和良好的社会效益。
参考文献
[1]郑树海,混凝土灌芯速成墙板偏心受压性能的试验研究与有限元分析[学术论文]天津:天津大学2004年1月1-2。
[2]山东建工股份有限公司.速成墙板的研究开发与工程应用鉴定材料[S].济南:2003年元月
[3]山东建工股份有限公司鉴定委员会.速成墙板的研究开发与工程应用鉴定大纲[S].济南:2003
[4]建筑结构荷载规范(GB500009-2001)[S].北京:中国建筑工出版社,2006
[5]建筑设计防火规范(GBJ16-87)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001
1.课题名称:
钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发
2.项目研究背景:
所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计,建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中,由若干构件,即组成结构的单元如梁、板、柱等,连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。
编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,该规范与原混凝土结构设计规范GBJ10-89相比,新增内容约占15%,有重大修订的内容约占35%,保持和基本保持原规范内容的部分约占50%,规范全面总结了原规范实施以来的实践经验,借鉴了国外先进标准技术。
3. 项目研究意义:
建筑中,结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组成部分,它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关,对发展新技术。新材料,提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。
由于结构计算牵扯的数学公式较多,并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大,近年来,随着经济进一步发展,城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化,更加剧了房屋设计的复杂性,许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上,都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样,结构软件开发就显得尤为重要。
一栋建筑的结构设计是否合理,主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决,结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了,因此原来在学校使用的手算方法,将被运用到具体的程序代码中去,精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法,还要想到如何把这些做法用代码来实现,
4.文献研究概况
在不同类型的结构设计中有些内容是一样的,做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差错,计算机也是如此的。
建筑结构设计统一标准(GBJ68-84) 该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则,是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则,这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时,可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物(包括一般构筑物)的整个结构,以及组成结构的构件和基础;适用于结构的使用阶段,以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引进了现代结构可靠性设计理论,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定,即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量,使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础上,并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性,属于概率设计法,这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势,而我国在设计规范(或标准)中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。
结构的作用效应 常见的作用效应有:
1.内力。
轴向力,即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力;
剪力,即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力;
弯矩,即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩;
扭矩,即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。
2.应力。如正应力、剪应力、主应力等。
3.位移。作用引起的结构或构件中某点位变(线位移)或某线段方向的改变(角位移)。
一、工程概况
本工程为山东莱钢永锋钢铁有限公司450m高炉及有关设施升级改造项目原
料场工程一次转运系统配电室。根据甲方提供的地质勘探报告,基础坐落于第二层粉土上,地基承载力特征值为100Kpa。基础采用墙下条基,上部结构为砖混结构,因地质条件与施工工期限制,屋面板采用钢骨架轻型板。
二、钢骨架轻型屋面板
钢骨架轻型板由钢骨架、钢丝网、BAS轻质芯材复合而成,是集承重、隔热、保温、防水、防火等性能于一身的新型建筑构件。适用于抗震设防列度≤8度地区的一般多、低层民用建筑、单层厂房及加层改造或要求采用轻型楼板及屋面板的建筑。可用于无侵蚀性介质、板底表面温度不大于100℃的建筑。结构构件安全等级二级,设计使用年限50年。
三、钢骨架轻型板材的优点
1.轻质:芯材采用BAS无机轻质芯材,容重仅为300—500kg/m³,板自重为0.5—1.0kN/㎡,仅为传统屋面重量的1/4。
2.高强:采用轻钢骨架与BAS无机轻质芯材的组合结构,保持了传统钢筋混凝土板安全度高的优点。允许外加荷载设计值≥1.5kN/㎡,破坏荷载可达4 kN/㎡。
3.耐久:主要材料均为无机材质,抗老化能力强,耐久性好,能有效抵抗酸、碱、水汽的侵蚀.
4.保温隔热:BAS无机轻质芯材具有优良的保温性能,导热系数低,整板传热系数为0.5—0.8 w/m²k,满足屋面保温设计要求。
5.防水:采用专用防水耐磨涂层作为板材表面自带的防水层,且可根据需要在其上附加其它各种防水作法,形成天基板屋面多道设防的复合防水体系。
6.防火:在标准荷载作用下,耐火极限可达90分钟,燃烧过程中不爆裂,不放出任何有毒气体,无异味,无烟气,既具有优良的耐火性能,又符合现代建筑的环保要求。
7.抗震:轻质板材有利于建筑抗震,配合板材合理的抗震连接作法,能满足8度地震设防烈度要求。且地震发生时,板材造成的次生伤害小。
8.隔声:平均隔声量40db,具有优良的隔声效果。
9.泄爆:能用作建筑物的泄爆屋面。免费论文参考网。爆炸发生时,屋面板芯材粉碎,瞬间释放爆炸能量,既达到泄爆目的,又不会产生次生伤害。
10.美观:可根据用户需要制成彩色板面或做其他装饰处理,外形轻巧美观,富有时代气息。
11.使用灵活方便:板型规格根据建筑物特点量身订做,使用时无须铺设檩条,板上可开洞、安装采光罩、出屋面管道、风机等。免费论文参考网。
12.维护简单:正常使用时无需特别维护,使用成本低。当局部损坏可在屋面直接修复,如确有换板必要时,亦可单板更换,不影响整体结构。
13.经济:采用天基板可明显节约支撑系统用钢量,缩短施工周期,综合经济效益明显。
四、结语
采用钢骨架轻型板材可实现轻质化且降低施工难度,免去了混凝土屋面板的繁琐的施工和后期保养程序,在更好的满足设计要求的同时大大缩短了施工周期。免费论文参考网。轻钢骨架为板主要受力部件,骨架断面按承载力和跨度要求调整,轻质无机芯材为填充材料,其厚度可根据保温要求调整。板型灵活,可与混凝土结构、钢结构、网架结构配套使用,不受固定模具限制,可以按照建筑设计要求配板,最大限度满足设计要求。
参考文献:
[1] GB 50016—2006,建筑设计防火规范.
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
一.前言
建筑设计中的抗震设计,关乎民生,关乎经济发展,社会稳定,对房屋建筑实施结构设计,主要涉及对建筑高度,承载力,总体结构,各个部件的性能规划等一系列的因素,要求通过对各个构件和整体规划的基础上,既实现满足居民生活生产保障安全的需要,又具有值得欣赏的美学价值。增强房建结构的抗震设计,必须综合考虑地基,房屋的结构体系选择,综合布局等多方面建设因素,是一项及其专业,严谨,复杂的高技术工作。
二.建筑设计和抗震设计的作用和关系分析
建筑设计对建筑抗震起重要的基础作用。建筑的结构设计难以对建筑设计有很大的改动,建筑设计已经初步形成了,建筑结构就必须按照原则服从建筑设计的要求。设计师在建筑方案能够全面的考虑到抗震设计的要求,那么结构设计人员按照建筑方案对结构部件进行科学、合理的布置,保证建筑结构质量与结构刚度均匀分布,结构受力和结构变形共同协调,提高建筑结构抗震性能和抗震承载能力;如果建筑方案没有考虑到抗震的要求,直接给结构抗震设计带来更大的难题,建筑布局设计限制结构抗震布局设计。为了进一步提高结构部件抗震承载能力,就必须增大结构构件的截面面积,这样又会造成很多不必要的浪费。所以,在建筑抗震设计的过程中建筑单位要对建筑体型设计、建筑平面布置设计、屋顶建筑抗震设计等问题加以关注。
三.我建筑抗震设计的现状
在建筑抗震设计领域,虽然我国在近年来有了长足的发展,但是,相比西方发达国家而言,发展缓慢,尤其是在抗震设计上,没有能够正确的处理好建筑设计和抗震设计的关系,虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念,但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷,主要表现在以下几个方面。
1.建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入,地震防治规范不够科学。因此,在进行建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
2.建筑抗震设计中,设计立足于固定参数,而忽视了实际情况,设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范,比如,在我国地震设计研究中,把地震的降级系数统一规定为2.81,将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中,结构截面承载能力设计和变形的检验计算,需要依据一定的实际情况而行的。
3.设计中,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
四,我国建筑结构抗震设计标准
1.我国的建筑结构抗震设计要遵循中华人民共和国GB 500112010建筑抗震设计规范。辩证灵活运用其中抗震设计原则,严格执行设计施工标准,借鉴其中经验,结合房建本地实际,科学设计。
2.要坚持实施多级防震措施。传统房建结构多采取的是三级设防措施,即小震不坏、中震可修、大震不倒。但在新的时期,房建结构必须是采取的多级设防模式,保护建筑主体抗震能力,减轻经济损失,使得建筑抗震中更加安全。
3.将概念设计理论和基于性能的设计理论相结合。结合建筑结构设计施工地的具体实际情况,做出科学严谨勘探,掌握第一手资料,综合分析考虑,做出最优势的战略设计组合。
五.建筑设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题
1.建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空问形状的设计。在建筑体型的设计中,应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则,在平面形状上,矩形、圆形、方形等对抗震来说,都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型,尽量避免不对称的侧翼和过长的侧翼,在体型布置上使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在抗震时发生扭转反应。在建筑设计中,为了建筑立面美观和艺术上的创意,复杂的建筑体型是难以避免的,但是,在设计时一定要把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好地结合起来。
2.建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求,同时它与建筑抗震关系很大,因此从概念上要解决的一个核心问题是,建筑平面设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀,对称协调,避免突变,防止产生扭转效应。在墙体布置上要均匀对称;在抗震墙(剪力墙)布置上尽量与结构抗震要求相结合;对刚度很大的楼、电梯井简要居中布置,避免偏心扭转地震效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件,使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体,充分发挥建筑设计在建筑抗震中的基础作用。
3.建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑物沿高度(沿楼层)建筑结构的质量和刚度分布设计上。在工业和民用建筑中,无论单层和多层都存在此类问题。在建筑设计中,尽可能使建筑物沿竖向的刚度分布比较接近,应特别重视使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑底部,不应中断或不到底;尽量避免某一楼层刚度过小;尽量避免产生
4.屋顶建筑抗震设计问题
设计高层和超高层建筑时,屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来,从多数高层建筑抗震设计评定结果看,屋顶建筑设计还存在一些问题,例如:屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重,无形当中加大了屋顶建筑变形,而且地震作用也加大了,尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上,如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力强出现间断,在地震发生时,带来的地震扭转作用也会更严重,对抗震更不利。所以,进行屋顶建筑设计过程中时,应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料,使得地震作用传递不受阻碍;屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上;如果屋顶建筑非常高,屋顶建筑就必须具有较强的抗震性,让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小,尽量避免发生扭转效应。
六.结束语
建筑行业关系到我国的经济发展和社会稳定,关系到国民的生命财产安全,加强建筑抗震设计,设计,提高抗震能力,是促进社会和谐稳定的客观要求。因此实施科学合理的设计方法,科学处理建筑设计和抗震设计的关系。建筑设计是整个建筑抗震设计的重要环节,二者存在着密切的联系,共同为提高建筑整体抗震性能提供了强大的支撑。在进行建筑的抗震设计时候,必须要将建筑的建筑设计和结构设计综合协调起来,实现二者的配合,共同为建筑整体的抗震设计发挥出更强大的作用。
参考文献:
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[3] 曾锐 重视建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [会议论文] 2003 - 中国铁道学会铁路房建管理会议
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中图分类号: TU2文献标识码: A
1、建筑方案设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题分析
1.1 建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空间形状的设计。震害表明,许多平面形状复杂,例如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。海城地震和唐山地震中有不少这样的震例。而平面形状简单规则的建筑(包括单
层和多层建筑)在地震中都未出现较重的破坏;有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂ss和不规则,例如相邻单元的高差过大、出屋面建筑部分的高度过高、有的建筑装饰悬伸过大过高,这些沿高度形状上的变化,在地震时都会造成震害,特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。在历次地震中工业与民用建筑都有此类震例。
所以,在建筑体型的设计中,应尽可能的使平面和空间的形状简洁、规则;在平面形状上,矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说,都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体形,尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼,在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度
比较均匀地分布,避免产生因体形不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在地震时发生对抗震极不利的扭转反应。在建筑方案设计中,特别是高层建筑的建筑方案设计中,为了建筑立面美观和艺术上创意,复杂的建筑体型是难以避免的,但是,在设计时一定要把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好的地结合起来。
1.2 建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑方案设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离,内墙的布置,空间活动面积的大小,通道和楼梯的位置,电梯井的布置,房间的数量和布置等等,都要在建筑的平面布置图上明确下来;而且,由于建筑使用功能
的不同,每个楼层的布置有可能差异很大。因此,这就带来一个建筑平面布置的多样化如何同时考虑结构抗震要求的问题。一个比较突出的问题是,建筑平面上的墙体(包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙)布置不对称;墙体与柱的分布不对称,不
协调;造成建筑结构质量与刚度在平面上分布的不对称,不协调;使建筑物在地震时产生扭转地震作用,对抗震很不利。根据抗震设计审查结果统计,有的城市在建筑平面布置上不合理的达17%,在墙体设置上不符合抗震要求的达24%。
1.3 地展力问题
在高层建筑方案设计中,除了考虑垂直荷载和水平荷载外,还要考虑地展力。往往由水平地震力产生的内力,成为设计控制的主要因素。高层建筑的结构体系有多种,当地震烈度低于8度时,只要建筑物体型合理。垂直刚度均匀,九层以下的高层建筑,仍可采用钢筋混凝土框架结构。然而,由于高层建筑结构体系自身的柔性较大。加上设计师在建筑方案设计时因商业要求,无法建筑结构上进行合理的设计,从而引起建筑结构设计不合理,造成这类建筑抗震性能先天不足,加上临街一面底层抗震墙设簧减少,引起底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层要小,这种结构的建筑物其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担,使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低,当地震时,因为下柔上刚,从而危及整座建筑的安全。如何才能克服这些闲难就是建筑方案设计者所面临问题。
1.4 缺乏理论指导和经验
建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入,地震防治规范不够科学。因此,在进行建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。设计中,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
2、建筑方案设计和抗震设计的关系分析
建筑方案设计对建筑抗震起重要的基础作用。建筑的结构设计难以对建筑方案设计有很大的改动,建筑方案设计已经初步形成了,建筑结构就必须按照原则服从建筑方案设计的要求。设计师在建筑方案能够全面的考虑到抗震设计的要求,那么结构设计人员按照建筑方案
对结构部件进行科学、合理的布置,保证建筑结构质量与结构刚度均匀分布,结构受力和结构变形共同协调,提高建筑结构抗震性能和抗震承载能力;如果建筑方案没有考虑到抗震的要求,直接给结构抗震设计带来更大的难题,建筑布局设计限制结构抗震布局设计。为了进
一步提高结构部件抗震承载能力,就必须增大结构构件的截面面积,这样又会造成很多不必要的浪费。所以,在建筑抗震设计的过程中建筑单位要对建筑体型设计、建筑平面布置设计、屋顶建筑抗震设计等问题加以关注。
3、在建筑方案设计中考虑抗震问题的作用
3.1 体型设计中能够避免质量和刚度分布不均
建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏,有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。因此在建筑体型的设计中,应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则:在平面形状上,矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型,尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。
3.2 屋顶建筑的抗震设计作用
屋顶建筑的抗震设计人员常被人们忽视,这是因为屋顶并不是结构承重的重要部分。所以人们并不重视这一方面的设计。事实上恰恰相反。屋顶建筑是建筑方案设计的非常重要的一部分,根据现在一些地震的破坏来看。屋顶建筑是地震破坏最严重的地方之一。在这一部
分的设计中应该尽量降低屋顶建筑的高度,在材质上选择用高强轻质的建筑材料和轻型的建筑造型,保证屋顶建筑的结构质量和刚度的均匀分布,这样就能保证地震作用沿结构方向的均匀传递。同时在设计的过程中,要注意屋顶建筑与整体建筑的重心应该保持一致,这样能
够显著提高屋顶建筑的抗震稳定性。减少地震过程中扭转、变形等情况对建筑物自身的破坏。
结语:
总之,建筑方案设计在建筑的抗震设计中非常重要,二者之间有着非常密切的关系。因此,对于建筑方案的抗震设计,我们要有足够的重视并且使其能够发挥它的作用。从而保证建筑的抗震能力,保障人们的生命财产安全。
参考文献:
[1]蒋山.浅谈建筑方案设计在建筑抗震设计中的作用,[期刊论文]中国房地产业,2011 年10 期
[2] 陆伟权.浅析建筑方案设计在建筑抗震中的作用,[期刊论文]城市建设理论研究,2012 年14 期
建筑工程设计是一项工程初始阶段的重要环节,其设计质量的优劣是决定整个工程质量与安全的关键因素。根据我国大量的建筑工程质量事故统计显示,在所有的工程质量事故中,由于设计问题造成的工程质量事故占了40%左右。由此可见,工程设计的优劣是施工中对工程质量控制的关键因素,现代建筑工程配电系统设计同样如此。
随着我国城市化建设的步伐不断加快,建筑施工愈发频繁。然而,在建筑施工中由于雷击或供电线路老化、损坏及配线系统设计不合理造成的电气火灾事故不断上升,给人们敲响了警钟。建筑施工现场的临时用电设备必须制定科学合理、严格规范的使用计划和施工方案,对线路接地设计必须严格按照操作规范进行规划,否则,将对建筑施工安全造成无法预料的后果。
一、供配电系统的设计
我国施工现场临时用电工程所采用的线路电压为380V、相电压为220V、电源(电力变压器)中性点接地的三相四线制系统中,接地、接零保护系统分类为TT、TN-C和TNS三种系统电力。下面对这三种系统加以分析比较。
TT系统是指在中性点接地的电力系统中,将电源电气设备不带电的金属外壳或接地保护的系统。TT系统对接地保护电阻方面具有良好的性能,但需要耗费大量钢材,而接地安装和埋设施工也需要较大的工程量,故这种系统经济性不高。
TN系统是一种在电源中性点接地中,将电气设备不带电的金属外壳或基座经中性点接零的保护系统。在这个系统中,作零线(N)与保护零线(PE)合一的系统为TN—C系统。工作零线N与保护零线(PE)分开的系统为TN-S系统。
分析比较这三种系统,在TN-S接零保护系统中,只要在配电装置中设置漏电保护器,这种系统便可明显地克服TT系统的缺陷。既经济,技术操作上也方便,电气设备的正常不带电的金属外壳或基座在任何情况下都能保持对地零电位水平。按建设部JGJ4688(施工现场临时用全技术规范)规定。
建筑工程施工中配电系统设计多采用TN-S系统,但在实际安装过程中必须充分考虑到各种自然界条件的影响,如暴露在风吹、日晒、雨淋下,对配电系统容易造成机械损伤、绝缘体性能下降甚至短路事故。由于其长时间暴露在公共场所,也无电位联结,对人员生命安全带来巨大威胁。
采用'IN—S系统供电时,灯具的金属外壳都是通过PE线连接的,当某个灯具发生故障时,其故障将PE转到其他灯具上,容易造成户外无等电位连接的电击威胁。因此室外多采用TT接地系统,为户外灯设置接地极,引出单独的线接灯具的金属外壳,以避免由PE线引来别处的故障电压。
二、电负荷与配电线路截面的选择问题
由于民用建筑用电负荷绝大多数为单相负荷,三相负荷不平衡必然导致零线通过不平街电流,随着电脑及各种家用电器的发展与普及,低压电网高次谐波污染日益加剧,3次及其奇倍数谐波均构成中性线电流。中性线过大电流并由此引发电火灾的现象也日益增多。为此,相关设计规范已规定。三相四线或二相三线的配电线路中,当用电负荷大部分为单相负荷时,其N线或PEN线截面不宜小于相线截面;以气体放电灯为主要负荷的回路中。N线截面不应小于相线截面……”可见,民用建筑配电系统的干线、支干线及支线的导线截面原则上均应选择N或PEN线截面与相线截面相同。然而当前仍有为数不少的民用建筑配电设计中仍沿用20世纪80年代的做法,选择N或PEN线截面是相线截面的l/2或1/4,这也是最常见的电气设计安全问题之一。
三、变电所位置的确定
随着我国经济社会的发展,现代高层建筑用电量逐渐增大,这就对建筑物配电系统的安装位置提出了较高的要求。在确定变电所位置时,应充分考虑变电所高压负荷,对于降低电能损耗、保证用电安全稳定具有重要作用。
对于30层以内的高层建筑,配电系统通常设置在底层;60层左右的高层建筑,则直接设置在建筑物地下或中层和顶层,也可以只设置在建筑物地下。变电所的数量及其位置的分布,应通过技术经济比较决定。同时也要保证可用性与维修的方便。
四、防雷与接地
现代建筑的防雷设计。采用传统的避雷方法简单可靠,更加经济合算。但必须保证各层楼面钢筋、金属管道与该层用作引下线的柱筋有可靠的连接,形成等电位层。现代建筑都是采用钢筋混凝土剪力培,与楼板的连接十分可靠,关键是做好金属管线的接地。现代建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地,都是合在一起的,组成混合接地系统。接地电阻按最小的要求而定,通常是在4Ω以下。利用建筑物的钢筋混凝土基础作接地板。尽管基础钢筋等自然接地体己能满足接地电阻的要求,仍需要装设水平的人工接地体,将主要的建筑物基础连接成接地网,这对均衡电位、提高安全性都有好处。
五、电气照明设计
建筑物照明配电设计,包括光源的选择、照明度的大小、照明范围、照明设备造型、位置的选择、光能控制和配电线路敷设等,而随着人们对生活居住环境要求的不断提高,照明设计需要与现代建筑装饰效果密切联系,照明设备的造型、光线、照射范围等都应与建筑艺术意境相结合,并考虑节能效果。选用高光效电光源,可以取得节能的明显效果。在审核图纸时,经常发现应急照明支线带两个防火分区的灯具,没有按照建筑电气工程施工质量验收规范要求,此类问题应该注意。
六、消防电气设计
消防电气设计在设计工作中占有非常重要的地位。它涉及到火灾报警、扑救及人民生命财产的重要安全闯题,因此应按国家有关规范作好消防电气设计。火灾报警系统的形式应根据具体设计对象来确定。设计者首先必须搞清楚设计对象的建筑形式、规模、分类、建筑个体的分布等诸多因素,再根据这些因素来确定火灾报警系统的形式。
例如:许多电气设计消防线路采用穿塑料管保护,并从吊顶内走线。而“民用建筑工程配电设计规范”中规定消防联动控制、自动灭火控制、通信、应急照明及紧急广播等线路。应穿金属管保护。并暗敷在非燃烧体结构内。其保护层厚度不应小于30mm。当必须明敷时,应在金属管上采取防火措施。
七、结束语
在现代建筑工程配电系统设计中,必须充分考虑配电系统的安全稳定运行,从根源上杜绝故障的出现,将安全隐患降至最低,同时还应考虑电气设备与现代建筑结构相结合的装饰效果,这也对行业内建筑电气施工单位提出了更高的要求。
参考文献: