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关键词:门式刚架钢结构
一。设计方面
1.屋面活荷载取值
框架荷载取0.3kN/m2已经沿用多年,但屋面结构,包括屋面板和檩条,其活荷载要提高到0.5kN/m2.《钢结构设计规范》规定不上人屋面的活荷载为0.5kN/m2,但构件的荷载面积大于60m2的可乘折减系数0.6.门式刚架一般符合此条件,所以可用0.3kN/m2,与钢结构设计规范保持一致。国外这类,要考虑0.15-0.5N/m2的附加荷载,而我们无此规定,遇到超载情况,就要出安全问题。设计时可适当提高至0.5kN/m2.现在有的框架梁太细,檩条太小,明显有人为减少荷载情况,应特别注意,决不允许在有限的活荷载中“偷工减料”。
2.屋脊垂度要控制
框架斜梁的竖向挠度限值一般情况规定为1/180,除验算坡面斜梁挠度外,是否要验算跨中下垂度?过去不明确,可能不包括屋脊点垂度。现在应该是计算的。一般是将构件分段,用等截面程序计算,每段都要计算水平和竖向位移,不能大于允许值,等于要验算跨中垂度。跨中垂度反映屋面竖向刚度,刚度太小竖向变形就大。要的度本来就小,脊点下垂后引起屋面漏水,是漏水的原因之一。有的工程由于屋面竖向刚度过小,第一榀刚架与山墙间的屋面出现斜坡,使屋面变形。本人有此想法,刚架侧移后,当山尖下垂对坡度影响较大时(例如使坡度小于1/20),要验算山尖垂度,以便对屋面刚度进行控制。
3.钢柱换砼柱
少数设计的门式刚架,采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成,斜梁用竖放式端板与砼柱中的预埋螺栓相连,形成刚接,目的是想节省钢材和降低造价。在厂房中,的确是有用砼柱和钢桁架组成的框架,但此时梁柱只能铰接,不能刚接。多高层建筑中,钢梁与墙的连接也是如此。因为混凝土是一种脆性材料,虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力,但在连接部位,它的抗拉、抗冲切的性能很并,在外力作用下很容易松动和破坏。有些设计,在门式刚架设计好之后,又根据业主要求将钢柱换成砼柱,而梁截面不变。应当指出,砼柱加钢梁作成排架是可以的,但将刚架的钢柱换成砼柱,而钢梁不变,是不行的。由于连接不同,构件内力也不同,要的工程斜梁很细,可能与此有关。
4.檩条计算不安全
檩条计算问题较大。檩要是冷弯薄壁构件,受压板件或压弯板件的宽厚比大,在受力时要屈曲,强度计算应采用有效宽度,对原有截面要减弱,不能象热轧型钢那样全截面有效。有效宽度理论是在《冷弯薄壁型钢构件技术规范》(GB50018-2002)中讲的,有的设计人员恐怕还不了解,甚至有些设计软件也未考虑。但是,设计光靠软件不行,还要能判断。软件未考虑的,自己要考虑。再有,设计人员往往忽略强度计算要用净断面,忽略钉孔减弱。这种减弱,一般达到6-15%,对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面,如果强度计算不用净截面,实际应力将高于计算值。《规范》4.1.8、9条规定:“结构构件的受拉强度应按净截面计算;受压强度应按有效截面计算;稳定性应按有效截面计算。变形和各种稳定系数均可按毛截面计算”。有的单位看到国外资料中檩条很薄,也想用薄的。国外檩条普遍采用高强度低合金钢,但我国低合金钢Q345的冲压性能不行,只有用Q235的。国外是按有效截面计算承载力的。如果用Q235的,又想用得薄,计算时还不考虑有效截面,荷载稍大时檩条就要垮。二。施工方面
1.柱子拔出
有的刚架在大风时柱子被拔起,这是实际中常出现的事故。主要原因不是刚架计算失误,而且设计柱间支撑时,未考虑支撑传给柱脚的拉力。尤其是房屋纵向尺度较小时,只设置少量柱间支撑来抵抗纵向风荷载,支撑传给柱脚的拉力很大,而柱脚又没有采取可靠的抗拔措施,很可能将柱子拔起。,因此,在风荷载较大的地区刚架柱受拉时,在柱脚应考虑抗拔构造,例如锚栓端部设锚板等。
2.没有柱间支撑
这种情况最近较多,这样肯定不行。目前没有任何一本规范允许不设支撑。特别是柱间支撑,受力较大,绝不能省略。
3.端板合不上
端板连接是结构的重要部位。由于加工要求不严,而腹板与端板间夹角又,有的工程两块端板完全对不上,合不起来。强行用螺栓拉在一起,仍留下很宽缝隙,严惩影响工程质量。
4.锚栓不铅直
框架柱柱脚底板水平度差,锚栓不铅直,柱子安装后不在一条直线上,东倒西歪,使房屋外观很难着,这种情况不少。锚栓安装应坚持先将底板用下部调整螺栓调平,再用用无收缩砂浆二次灌浆填实。
5.保温材吸水超重
有些房屋雪不大就垮了,究其原因,是屋面防水施工太差,雪融化后水逐渐渗入,为保温村所吸收。今年冬季落雪多次,迁延时间较长。屋面的设计荷载很小时,当吸水量达至一定程序,超过了结构的承载能力,就要倒塌。
关键词:房屋建筑;门式刚架结构;设计
Abstract: This paper combine with the new portal frame light house steel technical regulations discussed portal frame design in a number of issues.Key words: building construction; portal frame structure; design
中图分类号:TU209 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)
门式刚架轻型房屋自重轻,用钢省,造价低;抗震性能好,在抗震设防烈度为7度及以下地区不考虑抗震设计;可跨越较大跨度;制作简单,施工周期短且不需要大型施工机具;形式美观有现代感,能充分满足使用要求。广泛应用于具有轻型屋盖和轻型外墙;刚架跨度不大于36米,檐口高度不大于15米;无吊车或起重量不大于20吨的A1~A5工作级别吊车的单层房屋钢结构。
1. 门式刚架结构平面布置
1.1门式刚架轻型房屋结构的温度区段长度:纵向温度区段不大于300米;横向温度区段不大于150米。
当需要设置横向伸缩缝时,可用两种做法:一种简单但比较昂贵的处理办法是在伸缩缝处采用双刚架,刚架的间距以保证柱脚底板不相碰为依据。以双刚架为界,结构两边各自具有独立的檩条、支撑和维护板系统,其中屋面板和墙面板使用可伸缩的连接件相连。在纵向伸缩缝处需要设置防火墙的情况下,这种处理方法是必须的。
另一种方法较为经济,具体办法是:在伸缩缝处只设置一榀刚架,而在伸缩缝处的檩条上,设置椭圆长孔来吸收该点的热位移。
1.2单层门式刚架的跨度,一般情况下以跨度为21~30米时比较经济。
1.3刚架的合理间距
刚架的用钢量一般来说随其间距额度增大而减小,但吊车梁,檩条,墙梁的用钢量则随刚架间距的增大而增大。对于无桥式吊车的单层门式刚架轻型房屋,刚架间距以6~9米为宜;通常,大跨度刚架宜采用大间距,跨度与间距的比一般以3.5~5为宜。对于有10吨以上吊车或较大的悬挂荷载的单层门式刚架轻型房屋,刚架间距以6米为宜。
2.门式刚架轻型房屋钢结构形式
2.1在门式刚架轻型房屋钢结构体系中,屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯薄壁型钢檩条,主刚架可采用变截面实腹刚架,外墙宜采用压型钢板墙面和冷弯薄壁型钢墙梁。住刚架斜梁下翼缘和刚架柱内翼缘出平面的稳定性,由与檩条和墙梁相连接的隅撑来保证。主刚架间的交叉支撑可采用张紧的圆钢。
2.2根据跨度,高度和荷载不同,门式刚架的梁,柱可采用变截面或等截面实腹焊接工字形单轴对称或双轴对称截面或轧制H形截面。设有桥式吊车时,柱宜采用等截面构件。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形。结构构件在一个安装单元内一般不改变翼缘截面,当必要时,可改变翼缘厚度;邻接的运输单元可采用不同的翼缘截面,两单元相邻截面高度宜相等。
2.3门式刚架的柱脚多铰接支承设计,通常为平板支座,设一对或两对地脚锚栓。当用于工业厂房且有5吨以上桥式吊车时,宜将柱脚设计成刚接。对于有桥式吊车的房屋,中柱不宜采用摇摆柱。
2.4门式刚架轻型房屋屋面坡度宜取1/8~1/20,在雨水较多的地区宜取较大值。
3. 基础形式的选择
基础应根据建筑物所在地的工程地质情况和建筑物上部结构型式等几个方面综合考虑,对于轻钢结构而言,由于柱网尺寸较大,又上部结构传至柱脚的内力较小,一般以独立基础为主。若地质条件较差,可考虑采用条形基础,遇到不良地质情况,可考虑采用桩基础。钢架柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹(C15、C20混凝土即可,保护层厚度不应小于50mm),并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时,柱脚底面应高出地面不小于100mm。钢架柱脚与基础连接的预埋螺栓不应采用冷拔钢筋,应采用Q235钢或Q345钢。锚栓的直径不宜小于24mm,且应采用双螺帽。
4. 支撑体系的布置
在每个温度区段或分区建设的区段中,应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
柱间支撑宜于屋盖横向水平支撑布置在同一开间,以组成几何不变体系。如不能布置在同一开间,则应加设刚性系杆传力。各道支撑的间距,当无吊车时宜取30~45米。有吊车时,可在适当加大支撑间距的同时提高支撑的刚度,一般宜设在温度区段中部,或当温度区段较长时设在三分点处,且间距不宜大于60米。
当建筑宽度大于60米时,在内柱列宜适当增加柱间支撑,当不能设置交叉支撑时,可设置纵向刚架或刚架式门式支撑。
当有驾驶室的吊车吨位大于15吨时,应在屋盖边缘设置纵向水平支撑。
当无吊车且檐口高度不大于9米时,宜仅设单层柱间支撑;当檐口高度大于9米时,可根据支撑的夹角设置双层柱间支撑。交叉支撑与水平夹角以45度为佳,不宜大于55度。有吊车时,应以吊车梁兼做纵向系杆设置上下两层柱间支撑,端开间可不设置下层支撑以减少吊车梁的温度应力。所有横向支撑纵向支撑均应与屋盖梁天窗架等构件及纵向杆系组成几何不变的桁架形式。
5. 钢材质量等级和焊缝质量等级
门式刚架、吊车梁和焊接的檩条、墙梁等构件宜采用Q235B、Q345B及以上等级的碳素结构钢和低合金高强度结构钢,质量等级为A级的钢材不适宜做焊接连接的构件。原因是这种类型的钢材不保证焊接要求的含碳量限值,不保证冲击韧性和延性。比如檩条,不焊接,用普通螺栓连接,可采用Q235A。根据构件的重要性和受力性能及焊缝的受力情况确定焊缝等级。通常板材的等强对接焊缝(梁柱端板的对接焊缝)、梁上受拉、受弯的对接焊缝应采用剖口全熔透对接焊缝,其焊缝质量等级为一、二级,其它角焊缝因其应力集中较严重,内部探伤困难,其质量等级一般只能是三级。
6. 梁柱连接节点
少数设计的门式刚架,想节省钢材,采用钢筋混凝土柱和轻钢斜梁组成,但混凝土是一种脆性材料,虽然构件可以通过配筋承受弯矩和剪力,但在连接部位,它的抗拉、抗冲切的性能很差,在外力作用下很容易松动和破坏。所以此时梁柱只能铰接,不能刚接。有些设计,在门式刚架设计好之后,又根据业主要求将钢柱换成砼柱,而梁截面不变,是不可行的。由于连接不同,构件内力也不同,有的工程斜梁很细,就是这个原因造成的。
门式刚架斜梁与柱的连接,可采用端板竖放、端板横放和端板斜放三种形式。端板竖放适用于局部等截面柱。当竖向荷载起控制作用时,将端板横放可减少节点的设计剪力,同时充分利用柱的压力对节点受力的有力作用。如果节点弯矩很大,可采用端板斜放形式,加长抗弯连接的力臂,有利于布置螺栓。端板拼接连接形式有外伸式和平齐式两种情况,端板外伸式节点受力合理,承载力高于平齐式节点,因此应尽量采取外伸式端板连接,同时应在结点板外伸部分设置加劲肋,使靠近受拉翼缘两侧的螺栓受力均匀,接近一致,提高节点的抗剪能力,有效减少节点板的变形。
7. 拉条和撑杆
屋面设置拉条的目的是为了防止檩条的整体失稳,故在檩条受压翼缘处设置拉条,以前屋面板重,故拉条设置在靠近上翼缘1/3处,但现在厂房屋面多采用彩钢板,较轻,在风吸力作用下,檩条的下翼缘容易失稳,而上翼缘由于考虑到屋面板的蒙皮效应,稳定有保证,故将拉条下移至距下翼缘l/3处,但是如果屋面没有内层板,且外层板为咬合板或暗扣板,宜在檩条上下翼缘l/3处各设一道拉条,以保证檩条上、下翼缘不能同时失稳。屋脊处和檐口处都宜设置斜拉条和撑杆(尤其在风大的地区),这样才能形成檩条的一个完整的支撑体系。
一、课题的来源、目的意义(包括应用前景)、国内外现状及水平
1)课题的来源
根据指导老师布置的《浙江大学毕业设计(论文)任务书》。此次毕业设计来源于工程实际:南方某市沿街道地段新建一旅馆;地基面积80m×60m=4800m2。
2)目的意义
目的:此次毕业设计资料来源于工程实际:南方某市沿街道地段新建一旅馆,通过毕业设计全面掌握建筑结构设计、结构设计图、建筑施工图及施工图概预算的原理,编制施工组织是设计和概预算;
意义:1、巩固本人三年来在校期间所学的基本理论和专业知识;巩固、深化、拓宽所学过的基础课程、专业基础课和专业课知识,提高综合运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力;以及锻炼自己画图、识图能力;
2、解决土木建筑工程设计中各方面问题所需的综合能力和创新能力,达到初步了解与掌握一个建筑方案设计和结构工程的实际工作内容和设计工作的方法与步骤;
3、充分理解和正确掌握多层房屋结构的受力特点和内力分析计算方法,熟悉建筑及结构设计方面相应的规范和规程,以及掌握方案设计和结构设计软件中天正及cad的性能及其操作使用方法。
4、通过毕业设计全面掌握建筑设计的基本原理,绘制建筑结构施工图.全面掌握建筑中旅馆设计的基本原理、功能组合,完成一栋建筑的结构设计,绘制建筑结构图和建筑施工图,并进行相应的机构布置.。
3)国内外现状及水平
国内:基础国内一般采用人工挖孔桩基础:人力消耗较大,比较落后;在机械挖孔方面技术比较先进,但是推广面较窄;主体结构施工方面,大多是采用钢筋砼,在帮扎施工上,手工施工较多;砼浇筑技术在国际上比较先进的,商品砼浇筑方便、简洁;砌体结构施工与国际接轨,采用人工砌筑;但是在脚手架的安装方面采用折叠式里脚手架,安全稳定,转运灵活方便;防水工程普遍采用改性沥青防水卷材柔性防水。
国外:德国建设矿井井筒采用7层防水工艺,即混凝土、砌块、沥青石渣、不锈钢板、沥青石渣、砌块、混凝土。造价是中国自防水井筒工程4-5倍。瑞典、加拿大在渗水环境中锚喷,采用放水支护法,用钢丝和橡胶制成半圆型胶管,用粘结剂粘在渗淋水处,51lunwen.com/tuijiankaiti/排至基础面盲沟,在管外锚喷,把管埋在喷层之内,喷层是外混凝土内部流水的现状。日本多采用改性水玻璃——水泥浆等,有计划的设计压力、输浆量、封水效果等。俄罗斯采用粘土浆,无约束注浆法施工,即不设计压力、输入量,只是把设备安好,一直注,什么时候压不进浆则停工,无帷幕防区,工期长,治水率低。
二、课题研究的主要内容、基本要求、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施
主要内容:建筑方案设计、建筑技术设计、建筑结构设计、施工组织设计
基本要求:每人独立完成毕业设计全部任务,要求每人完成一套建筑结构设计施工图和相关的建筑说明及结构计算书,编制施工组织设计,严禁抄袭。
①建筑结构施工图要求:图幅采用2号图纸,比例:1:100(节点详图,构件配筋图除外)
②建筑结构施工图表达方式:采用cad绘制,打印成图.
③图纸装订:按设计说明,建筑施工图,结构施工顺序装订.
④设计资料装订:建筑设计说明,机构计算书,施工组织设计文件一并严格规范要求成册.
⑤图纸的内容标注必须规范符合制图标准.
方法:1、采用砖混结构。
2、从设计的功能上根据现代旅馆的设计要求,根据现代人的生活物质条件的提高,设计多种多样住宿环境,以满足不同人的住宿要求。
准备采取的措施:通过课题研究,收集必要的原始数据和勘测设计资料,综合考虑总体规划、基地环境、功能要求、建筑经济以及建筑艺术等多方面的问题,进行设计并绘制成图纸。
四、总的工作任务,进度安排以及预期结果
1)工作任务
独立完成该旅馆的建筑结构设计,为保证设计的准确性,方便与下步工作的顺利进行,在实际工作过程中进行检查,并在每项进度安排中进行对该项的总体检查,达到预期结果。
2)进度安排
2007年3月12日-2007年3月19日完成开题报告,建筑方案设计
2007年3月20日--2007年4月4日建筑技术设计
2007年4月5日--2007年5月5日建筑结构设计
2007年5月6日--2007年5月22日施工组织设计
2007年5月23日—2007年5月底毕业设计资料整理归档,准备毕业答辩资料
3)预期结果
1)全面掌握建筑结构设计的基本原理。
2)掌握普通旅馆的结构设计与施工设计。
3)绘制施工平面图。
[论文摘要]文章分析高层建筑结构的六个特征,并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系摘要:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。
我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼摘要:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特征及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、平安适用、确保质量的基本原则。
一、高层建筑结构设计的特征
高层建筑结构设计和低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特征有摘要:
(一)水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅和建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是和建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震功能,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
(二)侧移成为控指标
和低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,和建筑高度H的4次方成正比(=qH4/8EI)。
另外,高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大,在设计中不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,否则会产生以下情况摘要:
1.因侧移产生较大的附加内力,尤其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,当产生的附加内力值超过一定数值时,将会导致房屋侧塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏,使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4.使主体结构构件出现大裂缝,甚至损坏。
(三)抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。
(四)减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑,假如在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理办法,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应和建筑的重量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了,不仅功能于结构上的地震剪力大,还由于重心高地震功能倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。
(五)轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种轴向变形的差异将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁中间支座沉陷,从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
(六)概念设计和理论计算同样重要
抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的,尽管分析手段不断提高,分析的原则不断完善,但由于地震功能的复杂性和不确定性,地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明,在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。
二、高层建筑的结构体系
(一)高层建筑结构设计原则
1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应和建筑、设备和施工密切配合,做到平安适用、技术先进、经济合理,并积极采用新技术、新工艺和新材料。
2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造,择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系和平、立面布置方案,并注重加强构造连接。在抗震设计中,应保证结构整体抗震性能,使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。
(二)高层建筑结构体系及适用范围
目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有摘要:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。
1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由连系梁连系起来,即形成一个空间结构体系,它是高层建筑中常用的结构形式之一。
框架结构体系优点是摘要:建筑平面布置灵活,能获得大空间,建筑立面也轻易处理,结构自重轻,计算理论也比较成熟,在一定高度范围内造价较低。
框架结构的缺点是摘要:框架结构本身柔性较大,抗侧力能力较差,在风荷载功能下会产生较大的水平位移,在地震荷载功能下,非结构构件破坏比较严重。
框架结构的适用范围摘要:框架结构的合理层数一般是6到15层,最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间,平面布置灵活,可适合多种工艺和使用的要求,已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。
2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度,在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”,剪力墙的主要功能在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度,墙体同时也作为维护及房间分格构件。
剪力墙结构中,由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载,剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置,它刚度大,空间整体性好,用钢量省。历史地震中,剪力墙结构表现了良好的抗震性能,震害较少发生,而且程度也较稍微,在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特征,而且可以使房间不露梁柱,整洁美观。
剪力墙结构墙体较多,不轻易布置面积较大的房间,为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求,以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求,可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架,形成框支剪力墙结构。
在框支剪力墙中,底层柱的刚度小,形成上下刚度突变,在地震功能下底层柱会产生很大内力及塑性变形,因此,在地震区不答应采用这种框支剪力墙结构。
3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙,可以组成框架—剪力墙结构,这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特征,又有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高,以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系,往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,由一个或多个筒体为主反抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有摘要:
(1)框架—筒体结构。中心布置剪力墙薄壁筒,由它受大部分水平力,周边布置大柱距的普通框架,这种结构受力特征类似框架—剪力墙结构,目前南宁市的地王大厦也用这种结构。
(2)筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成,内筒为剪力墙薄壁筒,外筒为密柱(通常柱距不大于3米)组成的框筒。由于外柱很密,梁刚度很大,门密洞口面积小(一般不大于墙体面积50%),因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空间整体功能,类似一个多孔的竖向箱形梁,有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦(88层、420.5米)、广州中天广场大厦(80层、320米)都是采用筒中筒结构。
(3)成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体,每个筒体都比较小,这种结构多用于平面外形复杂的建筑中。
城市轨道交通停车场主要功能是承担地铁车辆的运用、停放、列检及周月检等工作。一般有以下几个建筑单体组成:综合楼、运用库、洗车库、变电所、污水处理站、人行天桥和门卫。综合楼用于日常办公和食住等功能;运用库用于地铁车辆停放和检修保养等功能;洗车库用于地铁车辆清洗;变电所负责给整个停车场供电;污水处理站主要处理停车场内污水净化排放;人行天桥用于工作人员跨轨道通行,车辆正常运营时,行人不能随意穿越轨道。场地地质概况由上至下主要有以下土层:新填土4~5m深,高压缩性;淤泥0.4~5.5m深,fak=50kPa,高压缩性;粘土0.6~7.4m深,fak=65kPa,高压缩性;淤泥质土1~8.7m深,fak=55kPa,高压缩性;粉质粘土1~7.2m深,fak=200kPa,中压缩性;强风化泥质砂岩未揭穿,fak=300kPa,低压缩性。
2停车场主要单体结构设计总结
停车场内房屋结构安全等级为二级,结构设计使用年限为50年。根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008,除变电所为重点设防类外,其余均为标准设防类建筑[7]。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,本实例工程属于抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度0.05g,地震设计分组为第一组[8],结合地方管理规定和场地地震安全性评价报告,场区特征周期0.35s,地震影响系数最大值0.0765,场地土类别为Ⅲ类。工程材料选择:主体结构混凝土等级采用C30,地下室结构采用P6抗渗等级防水混凝土,二次浇捣构件(如构造柱和圈梁等)混凝土等级采用C25,钢梁钢柱采用Q235B钢材。主要建筑单体结构布置和基础选型如下:综合楼建筑面积约7000m2,总高度为22.35m,五层钢筋混凝土框架结构,局部有地下室,柱网布置开间7.8m,进深7.2m,抗震等级四级,主要柱截面600×600,主要梁截面300×700。选用直径500预应力混凝土管桩桩承台基础,持力层粉质粘土。
运用库建筑面积2万平方米单层工业厂房,采用门式刚架结构,钢柱钢梁抗震等级四级,柱网跨度15m+28m+26.4m+26.8m,柱距离6m,主要柱截面H600×350×8×16,主要梁截面H(1000~700)×350×12×20。柱下基础选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础,轨道道床基础选用直径400预应力混凝土管桩桩筏基础,持力层粉质粘土。洗车库和污水处理站为一层钢筋混凝土框架结构,局部两层,抗震等级四级,主要柱截面500×500,主要梁截面300×800。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础,持力层粉质粘土。变电所为两层钢筋混凝土框架结构,其中一层为半地下室电缆夹层,抗震等级三级,主要柱截面400×400,主要梁截面300×900。选用直径400预应力混凝土管桩桩承台基础,持力层粉质粘土。人行天桥独柱钢筋混凝土框架结构,柱网布置跨度7m+13m+12m+8.5m,抗震等级四级,主要柱截面500×1200,主要梁截面400×1200。选用直径600钻孔灌注桩桩承台基础,持力层粉质粘土。
3结构设计难点分析
(1)根据场地地质概况的描述,本场地淤泥及淤泥质土较厚,新填土达4m深,场地地面沉降不稳定,柱下基础和库房内无砟整体现浇道床,对基础沉降极其严格,选用何种加固处理措施,是结构设计难点之一。
(2)运用库为大跨度工业厂房,采用何种结构体系,是本工程结构设计难点之二。考虑施工周期和经济指标,本工程采用钢梁钢柱门式刚架结构体系。
(3)刚架梁梁连接节点计算时,高强螺栓计算中和轴位置的确定是本工程结构设计难点之三。查阅相关资料,中和轴位置的确定有两种假定:①中和轴在受压翼缘中心,假定模型:在弯矩作用下,把梁根部截面弯矩简化为作用于梁上、下翼缘的力偶,同时把梁受拉翼缘和端板作为独立的T形连接件看待,忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力与端板厚度关系很大,设计计算较为繁琐;②中和轴在端板形心,假定模型:高强螺栓外拉力总是小于预拉力,在连接受弯矩而使螺栓沿栓杆方向受力时,被连接构件的接触面一直保持紧密贴合,认为中和轴在螺栓群的形心轴上。根据《端板连接高强度螺栓群中和轴位置研究》试验论文结果,螺栓群中和轴介于其端板形心与受压翼缘内侧中心线之间,当所受弯矩越小,则中和轴越接近端板形心轴,越大则越接近受压翼缘[9]。
4配合施工遇到的问题分析
(1)围墙开裂。分析原因:新填土4m高,围墙距离护坡边仅1m,施工工期较紧,施工单位无法用大型机械分层碾压,填土密实度达不到设计要求。解决措施:①围墙基础选用刚性较大条形基础,防止不均匀沉降,此方案施工较快,造价便宜。②选用换填处理或水泥搅拌桩加固围墙基础下新填土,减小不均匀沉降量,此方案施工周期较长,造价偏贵。综上所述,本工程选用第一种解决措施。
(2)运用库库内柱式检查坑,轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象。分析原因:短柱设计由结构和轨道两个专业,施工也分别由两家单位施工。解决措施:①混凝土短柱设计为钢柱,直接安装。②混凝土短柱由一家施工单位施工。建议日后设计采用第一种解决措施。
(3)人行天桥柱下管桩无法施工。分析原因:人行天桥跨轨道设置,场地内轨道区域下被地路专业设计水泥搅拌桩加固。解决措施:①天桥柱下基础改为钻孔灌注桩;②检验水泥搅拌桩加固后地基承载力,如不够采用,采用CFG桩加固后采用柱下独立基础。结合现场工期需要,本工程采用钻孔灌注桩基础方案。综上所述,结构设计时,充分运用结构设计难点分析结果,指导结构设计;配合施工时,遇到以上问题,经分析原因,采取我们选用的处理措施,得到明显改善效果,保质保量,按时完成土建施工。目前,本工程已投入使用2年,没有出现任何问题,得到业主单位一致认可。
5结构设计建议
(1)运用库库房内轨道道床为无砟整体现浇道床,对基础沉降极其严格,铁路规范要求控制在20mm以内,如果道床下地质情况不好,建议采用预应力混凝土管桩桩筏基础。
(2)运用库为一层钢结构工业厂房,采用何种结构形式,需根据结构计算和经济比较。结合本工程实例,试算比较后,得出如下经验:柱跨28m,采用混凝土柱+钢梁排架结构和钢梁钢柱门式刚架结构较经济,综合考虑施工工期,选钢梁钢柱门式刚架较适用。
(3)刚架梁梁连接节点设计时,综合考虑各种因素,高强螺栓群计算中和轴宜选端板形心。
(4)场地平整有大量新填土,新填土下有较厚的淤泥和淤泥质土,计算单桩承载力时一定要考虑桩侧负摩阻力。
(5)结合配合施工中的问题,建议结构设计时改进以下措施:①场地内高填方区围墙应做刚性较大的条形基础,以避免围墙不均匀沉降开裂;②运用库库内柱式检查坑,轨道下混凝土短柱出现偏柱、歪柱等现象,影响传力和结构安全,建议混凝土短柱设计为钢柱,直接安装即可;③被其他专业加固的场地区域,柱下基础结构设计时,建议选用钻孔灌注桩。
6结束语
【关键词】高层多筒――框架结构;500MPa级钢筋;有限元分析;弹性动力时程分析;抗震性能分析
Study on the Seismic Performances of 500MPa Reinforced Concrete Tall Building Structure
Sun Yong-tao, Zhu Ying-jie, Yang Pei-dong
(Qingdao Technological UniversityQingdaoShandong266033)
【Abstract】Study on seismic response analysis of a 12-storey high-rise (42.15m) multiple tube-frame structure with 500MPa steel bars as mainly forced steel bar, include mode analysis, the storey shear force, the storey displacement, floor moment, the displacement-angle curve between floors analysis and elastic time history analysis under earthquake action, in order to investigate its seismic performance and provide theoretical basis for the application of the 500MPa in the high-rise multiple tube-frame structure.
【Key words】High-rise multiple tube-frame structure;500MPa steel bar;Finite element analysis;Elastic time history analysis;Seismic performance analysis
目前,世界各国的建筑已向大型化方向发展,为提高大型建筑物的安全性,国外建筑行业已普遍使用综合性能好、强度高的钢筋[1],在欧、美等发达国家,500MPa级的钢筋应用已经较为广泛,在我国,500MPa级钢筋已经列入了国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[2],规范中规定了500MPa级钢筋的强度标准值、设计值,弹性模量等力学性能指标,并且近几年相应的500MPa级钢筋混凝土构件的性能试验也有了初步的成效,研制一种强度高和综合性能好的钢筋,已成为钢筋混凝土结构在建筑工程领域发展的必然趋势[3],为尽快使我国的混凝土结构用钢筋与发达国家接轨,推广500MPa级钢筋在工程中的应用,开展以500MPa级钢筋作为主要受力筋的结构性能研究是非常重要和迫切的。
图1结构计算模型
1. 工程概况
该工程为一12层病房楼,一层层高3.95m,2层标准层层高3.7m,2层以上标准层高3.45m,总高度42.15m,结构安全等级二级,地基为Ⅱ类场地,地面粗糙度B级,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,抗震设防类别为乙类,结构形式为框架――剪力墙结构,混凝土环境类别:地上为一类,抗震等级:框架为三级,剪力墙为二级,。各构件混凝土强度等级:柱为C50,梁为C40,剪力墙为C30,板为C25,板厚100mm,钢筋的强度等级:柱、梁受力钢筋的为HRB500级,箍筋为HRB335级,剪力墙受力筋、分布筋为HRB335级,板分布筋为HRB335级,剪力墙厚度为300mm。结构的计算模型如图1所示。
2. 房屋结构的模态分析
采用整体式有限元模型,对结构的计算模型进行模态分析,SATWE软件程序采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件,用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙,并获得了结构的振动周期(平动周期和扭转周期)、周期比和相对应的振型等结构动力特性数据。
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称《高层规程》)3.4.5条规定:“结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85”。本工程第一扭转周期Tt=0.4467s,第一平动周期T1=0.8253s,所以周期比为Tt/T1=0.541
3. 地震作用下楼层剪力、剪重比、弯矩的分析
《高层规程》5.1.13条规定:“抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,振型数不应少于15,对于多塔结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%”。本工程中X方向的有效质量系数为99.11%,Y方向的有效质量系数为98.42%,均满足规范要求。结构的最大楼层弯矩、剪力曲线如图2、图3所示。
出于结构的安全考虑规范规定了各楼层水平地震剪力的最小值,规定了不同烈度下的最小剪力系数即为剪重比,它等于楼层的剪力和该楼层以上的结构重力之比。该值若不满足要求,说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位。本工程中X方向和Y方向的楼层最小剪重比分别为3.72%、4.30%,均满足规范规定的楼层最小剪重比1.60%。
4. 楼层位移的数据分析
控制结构的层间位移,使结构和非结构构件免于破坏或不致出现大的破坏,是结构抗震设计的首要目标[4]。结构在地震作用下(含偶然偏心作用)的最大楼层位移、层间位移角如图4、图5所示。由图形可以看出,该结构在多遇烈度地震作用下,X方向的楼层最大位移是11.9mm,最大层间位移角为1/2807,Y方向的楼层最大位移是9.7mm,最大层间位移角为1/3568,均满足规范要求,位移比也满足《高层规程》要求,并且层间位移角还有很大富余空间,说明了采用了HRB500级钢筋作为受力钢筋的高层抗剪结构具有良好的抗震能力,在正常使用状态和多遇烈度地震作用下,该结构X和Y两个方向均满足规范相关的侧移限制,并且不存在明显的薄弱层。
图2最大楼层弯矩曲线
图3最大楼层剪力曲线
图4最大楼层位移曲线
5. 房屋弹性动力时程分析
不同的地震波,将会发生不同的结构反应[5]。本文采用的地震波为:RH4TG040(人工波,特征周期0.4s,主方向峰值加速值100cm/s2),TH4TG035(天然波,特征周期0.35s,主方向峰值加速值1194.3cm/s2);TH4TG040(天然波,特征周期0.40s,主方向峰值加速值86.2cm/s2),主分量峰值加速值都为35cm/s2。
5.1地震作用下原模型房屋结构位移分析。
(1)结构的位移随楼层的增加而增加,最大位移均出现在第12层,X方向最大位移为11.1mm,平均地震反应最大响应值为9.63mm,增幅为-13.2%,Y方向的最大位移为0.4mm,平均地震反应最大响应值为0.39,几乎吻合,说明动力时程分析的结果是合理的。
(2)X、Y方向的位移曲线没有重合,说明原模型房屋结构具有扭转效应,这与振型模态分析一致。
(3)结构主方向平均地震反应的最大层间位移角曲为1/3450(出现在第9层),与结构在地震力作用下的X方向最大层间位移角1/2808(出现在第9层)结果一致,说明最大层间位移角就是出现在第9层,次方向的最大层间位移角均为1/9999。
(4)主方向和次方向的平均地震反应最大层间位移角分别为1/3450、1/9999与规范要求的层间弹性位移角限值1/800相比小很多,说明结构的抗震性能良好。
图5最大楼层间位移角曲线
5.2地震作用下原模型房屋结构剪力、弯矩分析
由平均地震反应响应值可以看出:
(1)结构模型的楼层剪力曲线近似为一条线性曲线,说明结构主要以第一平动振型为主,这符合振型模态分析的结果。
(2)次方向的剪力明显小于主方向,说明X方向的刚度明显小于Y方向,在相同的情况下,若不发生明显共振现象,X方向相应的承受更大的地震作用。
(3)结构的楼层弯矩与楼层剪力均随楼层的增加而减小,楼层弯矩曲线成内凹形,楼层剪力曲线成外凸形。
6. 结论
6.1通过对结构进行振型模态分析,比较周期长短和对比分析平动系数及扭转系数发现结构前面的几个低阶振型的运动在总运动中占主导地位,得出结构的第一平动周期T1=0.8253s和第一扭转周期Tt=0.4467s,并计算出周期比为Tt/T1=0.541
6.2对结构模型的楼层剪力、弯矩及楼层位移数据分析得出:结构在多遇烈度地震作用下,X方向的楼层最大位移是11.9mm,最大层间位移角为1/2808,Y方向的楼层最大位移是9.7mm,最大层间位移角为1/3568,均满足规范要求,位移比也满足《高层规程》要求,并且层间位移角还有很大富余空间,说明采用了HRB500级钢筋作为受力钢筋的高层框剪结构具有良好的抗震能力,在正常使用状态和多遇烈度地震作用下,该结构X和Y两个方向均满足规范相关的侧移限制,并且不存在明显的薄弱层。
6.3对结构进行的弹性动力时程补充分析得出了最大楼层位移曲线、最大层间位移角曲线、最大楼层剪力曲线和最大楼层弯矩曲线,分析发现符合前述结构的振型模态分析和楼层剪力、弯矩及位移分析结果,并且得出结构的楼层弯矩与楼层剪力均随楼层的增加而减小,楼层弯矩曲线成内凹形,楼层剪力曲线成外凸形。
参考文献
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关键词:现代竹结构、胶合竹材、房屋建筑。
中图分类号:TU8文献标识码: A
现代竹结构是一种以胶合竹材为主要建筑材料,以现代工程力学、试验学、工程抗震学等理论为基础的一种新型环保结构。现代竹结构是指以竹材为主要材料,应用现论制作的结构,它主要包含三个方面的涵义:1、它特指一种结构,是以竹材为主制作的结构,而非用竹材制作非结构的竹制品或其他一些工艺品;2、竹材为此类结构所用主要材料来源,而直接被用于该结构中的材料是由竹材经加工而成的胶合竹材(胶合竹材的生产本身就是一个产业化的过程),能够适合工业化生产的需要,易于形成工程标准,不同于用原始竹材直接制作的竹结构;3、此类结构的制作是基于现代力学、材料学、结构设计及试验学等现论的,具有科学性和技术性。现代竹结构沿承了现代木结构和钢结构的建造和施工方法,并具有自己的特色。
一、竹材的研究现状
人类使用竹材已有很久的历史,竹材是人类使用最早的建筑材料之一,尤其是近些年,人们环保意识不断增强,竹材及其竹制品在建筑工程上的用途获得了稳步增长。竹子因其生长快和加工简便等优点,有望取代了生长缓慢的普通阔叶木材,成为一种有着广泛应用前景的可再生原料。竹子具有较强的力学性能,低成本,可再生性,分布广泛等特点,是发展中国家的国民经济建设中重要的参与者。另外,竹子可以快速生长,并且可以储存竹炭,保证土壤的水质保全和有机物质的贮存。在北美,木结构在住房的建设中广泛被使用,轻木结构住宅的低成本和将来在住宅市场的优势地位将会继续保持。中国的森林资源非常缺乏,木结构在建筑结构中广泛使用并不适合我国国情,因此,竹材将会是木材的良好替代品。
就全国及世界范围内来讲,对竹结构的研究大都集中在对传统原竹结构的研究。在国际上,对胶合竹材的研究比较少。主要是因为竹子在国外并不常见,特别是欧美地区十分稀少,其次是竹材更多的是有中国生产,而且对外出口很少,所以国外也无法较多的找到竹材资源,最后则是因为国外很多国家的木材十分丰富,所以研究都集中在了木材上,而我国森林资源比较紧缺,所以对竹材的研究就显得十分重要了。
目前,国内对胶合竹材力学性能的研究主要停留在将其作为建筑模板、车厢地板等用途等方面,涉及到的方面较少。而且虽然国内已经出台了一些关于胶合板的规范及规程,但是专门涉及胶合竹材作为建筑材料的相关规范还没有出现,所以对胶合竹材性能的研究仍处于起步和摸索的阶段。国内的一些高校和其他单位都对胶合竹材性能和应用做了研究,包括中国林业科学研究院木材工业研究所、国际竹藤组织、南京林业大学等多个单位。在国外,哥伦比亚波哥大安第斯大学的J. Correal 和L. Lopez对哥伦比亚一些结构中使用的胶合竹材的力学性能做了研究,结果表明胶合竹材的力学性能与木材十分相似,是一种很好的建筑材料。
二、现代竹结构在房屋结构中的应用
轻型竹结构是现代竹结构的一种常用形式,是由构件断面较小的规格材均匀密布(间距一般不大于610mm)连接组成的一种结构形式,3层以下的工业建筑和民用建筑都适用。而且国内的湖南大学已在湖南大学校园内建成世界首幢竹结构别墅样板房,房屋占地面积为120平方米,总建筑面积达220平方米。
竹结构住宅的建造周期较短,相同户型的情况下,对于常见的砖混结构而言,从工到建成(包括了简单装修的时间)需要四个月之久。而使用竹结构则只需要三个月,所以,竹结构在建造周期方面的优势一目了然。
1、基础工程
竹房屋的基础施工过程与普通混凝土结构基础施工大致相似,区别则是在竹结构房屋的基础上需要预埋地脚螺栓。为防止竹材在通风不良的湿热条件下易发生霉变和腐烂,所以竹房屋底层楼盖通常采用架空的形式。架空层面临的主要问题是控制地面的潮气,因此基础墙表面进行的防潮处理就是为了防止土层中的湿气会入侵到地基和爬行空间的框架结构中。爬行空间的地面可以采用可靠的防潮措施,而此时可适当减小通风孔的总面积。由于我国的地域原因,在大多数地区,为防止地下室或楼板潮湿,应该事先采取相关措施将地下水排除[1] [2]。
2、墙体工程
轻型竹结构墙体骨架由墙骨柱、底梁板、顶梁板和承受门窗洞口上部荷载的过梁组成,类似于国外轻型木结构的构造形式。
轻型竹结构墙体的施工是先外墙后内墙,上层墙体的施工时的平台则主要是利用每层楼盖平台。墙体施工的主要流程一般为:铺放门窗洞口过梁―铺放墙骨柱―铺放顶(底)梁板―将过梁与墙骨柱钉接―将顶梁板与墙骨柱钉接―将底梁板与墙骨柱钉接―墙体框架调平调直角―钉接墙面板―竖立墙体并设置临时支撑―用顶梁板将将各墙体单元钉接―调直调平。[4]
外墙体的外表面饰面在楼盖、屋盖工程结束后即可进行。目前已建成的竹结构房屋的外墙面饰面大多数都是采用钢丝网复合砂奖装修层。钢丝网复合砂装装修层是依靠钢丝网作为加筋材料与外墙连接,相邻钢丝网的搭接长度不得小于50mm,使用特制的镀锌紧固件将钢丝网固定在外墙上[1] [3]。
3、楼盖工程
现代竹结构房屋的楼盖通常由中心间距为305mm、405mm和610mm的搁栅、15mm厚的楼面板、剪刀撑以及顶棚组成。
楼盖施工时应按照先装梁、后装板,先装主梁再装次梁的次序进行[1] [3]。
3现代竹结构在桥梁结构中的应用
现代竹结构在桥梁中的使用几乎很少,由于其刚度、硬度等各方面条件的限制,使其很难在桥梁上实际应用。但湖南大学的课题小组正在进行竹结构的实验,并建设了一座人工观景竹质小桥。相信经过不断的实验,竹结构会慢慢出现在桥梁应用上。
结束语:
竹材作为一种主要的建筑材料引入到建筑工程中,这项举措肯定会极大地拓展竹材的利用范围。竹结构住宅施工简单快捷,不但可以在工厂预制,也可在施工时现用现装。而且湿作业只有基础和外墙抹面施工,其他得工序均属于干作业,这样就加快了施工进度。
目前,胶合竹材用于建筑结构的研究才刚刚始,国内外在竹结构方面虽然已经进行了一些研究,但尚未开展系统的研究工作,而且竹结构房屋设计主要还是以国内外的木结构设计规范以及国内外的相关试验结果为参照,这严重阻碍了竹结构的推广应用。竹材属于生物类材料,其耐久性直接影响着房屋的使用年限和性能,如何才能更加有效地控制含水率、控制白蚁以及霉菌的侵袭仍是一个亟待解决的问题。
参考文献:
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关键词:滑移减震 石墨助滑剂 错动位移 砌体结构
1滑移减震建筑适应工程抗震技术的发展
1.1震灾的严重性
本世纪世界陆地7级以上地震,中国有66次占1/3,人口死亡200多万,中国有115万占1/2。在最近期的1978年唐山大地震中死24万,死伤40万,经济损失100亿人民币。在国内的各种灾害中,属灾死人占54%。经济损失占6%。
1.2震灾预报的艰难性
至今世界上发生了无数次的大小地震,据资料介绍,只有海城与墨西哥两次地震的临震预报稍准,由于中长期预报不准,海城与墨西哥城的建筑物损坏与震灾还是严重的。关于地震发生的机理目前总说纷坛,例如,断裂带错动、地壳板块插入、整板变形断裂,学说越多说明可靠的学说尚未形成。日本是震灾较多,研究地震机理及预报人员最多、水平最高的国家,可是1995年1月17 日偏偏在其预报安全区西部的阪神发生大地震,死5oo0多人,经济损失1000亿美元,全国一遍震惊。因此在1994年在西班牙召开的国际地震会议上有关专家指出,目前地震是不可预报的,因此各国应将重点放在建造耐震的建筑上。
1.3如何吸取唐山大震的经验教训
海城地震后,天津市有些工程搞了抗震加固。在唐山大地震时,这些加固过的工程表现了明显的耐震性能,因此唐山地震后全国开始了大规模的现有建筑抗震加固与新建建筑抗震设防工作。我国的抗震设防是按地区设防烈度划分等级的,例如按六度设计的房屋的设防目标是:遭迂从值烈度(5.5度)时建筑不损坏;遭迂基本烈度(7度)时建筑有些损坏,但可修复使用;遭遇罕遇地震(8度强)时,破坏严重,但下例塌。海城地震时海城是9度,唐山地震时唐山中心区是10度。7度设计的房屋迂海城、唐山那样的9度、10度大震就要破坏倒塌了。全国把大多数地区均划为七度、六度区,由于经济的原因及技术的困难,尚无法按10度的条件设计这些地区的房屋结构,因此无法避免唐山地震的悲剧重演。我国地震工程科技人员寻找新的方法,也就是开始研究隔震、减震。消能与控制技术,从”硬抗”转到“软消”。我院滑移减震建筑技术就是在这种形势下从1985年开始列题研究的项目。
2滑移减震技术研究的主要成果及水平
为了避免唐山大地震的悲剧重演,为了寻求抵御十度大震的建筑技术,在1985年开展了滑移减震技术的研究。从1985年至1990年为项目研究,以机理为主;第二阶段1995年至1997年结合试点建筑,进行设计、构造及施工等配套技术研究。
2.1项目研究成果
(1)石墨是较理想的助滑剂材料:它耐久、构造简单、适宜的上部结构抗震构造与适宜的最大错动位移值。
(2)最大错动位移是54mm;残存错动位移小于20mm;
(3)高宽比控制为2,能保证只滑不摇摆;
(4)能起到保险丝作用,滑誉减震房7度强时起滑,10度时上部建筑只滑不破坏倒塌。
1990年经全国著名抗震专家宋秉译、周福霖、刘季、李桂肴、霍自正等组成的鉴定委员会鉴定认为课题成果具有重大的社会效益与经济效益,成果的广度和深度达到国内先进水平,有关计算参数均可为滑移减震消能多层砖房的设计提供依据。
然后根据研究报告编写的论文在第十届世界地震工程会议(西班牙)与国内“建筑结构学报”上发表。均获较高评价。
2.2试点建筑的研究成果
(1)上部结构设计安全度,横墙安全度是相应按7度抗震设计的1.5倍;纵墙是1.8倍。这与辽宁地区目前7度区的七层砖混住宅结构相当;
(2)配套研究了上、下水管、煤气管及暖气管穿过滑移层的柔性接头或柔性构造;
(3)构造简单施工方便;
(4)采用挖孔桩基础时,由于桩的配筋减少使总造价不增加;采用其它基础时总造价增加较少。
试点建筑研究成果在1997年经杨玉成、梁发云与省内专家组成的鉴定委员会鉴定,认为该试验建筑可达到相当于6一7度地震不坏,7度强地震时,滑动层刚开始动作,9~10度地震时下倒塌。这是一项防止房屋倒塌、减轻地震灾害的有效的创新途径。用石墨作分隔层材料建成六层住宅在国内、国际上属首创。
3滑移减震建筑在市场中经过检验得到房产育及用户欢迎
(1)同行专家认可——技术上过硬;
(2)政府部门支持——适合我国、我省情况;
(3)符合市场法则一一房产商能挣钱;用户欢迎。
滑移减震建筑技术就是闯过以上三关于1998年进入辽宁市场,并获得了成功。
3.1同行专家认可
研究项目及试验性建筑的两次鉴定会文件及有关于中、外重要学术会议及国内重要刊物均表明该项成果的学术水平是高的,获得了同行专家的认可与好评。
3.2政府部门支持
滑移减震研究项目经1990年至1995年近5年等停后,在全国橡胶垫隔震技术发展的形势促进与1995年初日本阪神地震震灾的推动下,我于1995年5月给原辽宁省省长闻世震写了一封信,呼吁”我省应加快新型建筑隔震技术的发展”省长很重视批示支持,省建设了厅长也批示支持,随之拟定了推广规划,并具体落实到辽宁省建设事业“九五”科技成果重点推广项目和2010年科技成果转化规划纲要中。这就为项目的应用获得了可靠的红头文件。
3.3符合市场法则
因为地震预报不准,而按预报划分的烈度设计抗震建筑,其安全性不高的现实不但科技人员明白,一般百姓亦理解。因此1997年夏季在辽宁省锦州市,1998年春季在丹东市当有地震传言时、百姓就人心慌慌,尽力想法躲避。锦州属下的凌海市与丹东属下的东港市有的房产公司抓住百姓的怕震心态,建了一些现浇楼板的砖混住宅,造价增加40一50元/m2,但有购房自主权的百姓还是争先选购了此种住宅。
滑移减震建筑技术就是在这种百姓对现有抗震建筑心有余悸,并且自己有了购房权,可以购买优质优价房的形势下于1998年走进市场的、在东港市及海城市推广了约六万平方米,当年建成3万平方米。经几栋楼的施工实践,采用滑移减震技术后,房屋价格仅增加12一20元/m2,每户也只增加1000多元。因此滑移减震建筑深受房产商与用户欢迎。
1.1震灾的严重性
本世纪世界陆地7级以上地震,中国有66次占1/3,人口死亡200多万,中国有115万占1/2。在最近期的1978年唐山大地震中死24万,死伤40万,经济损失100亿人民币。在国内的各种灾难中,属灾死人占54%。经济损失占6%。
1.2震灾预告的艰难性
至今世界上发生了无数次的大小地震,据资料介绍,只有海城与墨西哥两次地震的临震预告稍准,由于中长期预告不准,海城与墨西哥城的建筑物损坏与震灾还是严重的。关于地震发生的机理目前总说纷坛,例如,断裂带错动、地壳板块插入、整板变形断裂,学说越多说明可靠的学说尚未形成。日本是震灾较多,研究地震机理及预告人员最多、水平最高的国家,可是1995年1月17日偏偏在其预告安全区西部的阪神发生大地震,死5oo0多人,经济损失1000亿美元,全国一遍震动。因此在1994年在西班牙召开的国际地震会议上有关专家指出,目前地震是不可预告的,因此各国应将重点放在建造耐震的建筑上。
1.3如何吸取唐山大震的经验教训
海城地震后,天津市有些工程搞了抗震加固。在唐山大地震时,这些加固过的工程表现了明显的耐震性能,因此唐山地震后全国开始了大规模的现有建筑抗震加固与新建建筑抗震设防工作。我国的抗震设防是按地区设防烈度划分等级的,例如按六度设计的房屋的设防目标是:遭迂从值烈度(5.5度)时建筑不损坏;遭迂基本烈度(7度)时建筑有些损坏,但可修复使用;遭遇罕遇地震(8度强)时,破坏严重,但下例塌。海城地震时海城是9度,唐山地震时唐山中心区是10度。7度设计的房屋迂海城、唐山那样的9度、10度大震就要破坏倒塌了。全国把大多数地区均划为七度、六度区,由于经济的原因及技术的困难,尚无法按10度的条件设计这些地区的房屋结构,因此无法避免唐山地震的悲剧重演。我国地震工程科技人员寻找新的方法,也就是开始研究隔震、减震。消能与控制技术,从”硬抗”转到“软消”。我院滑移减震建筑技术就是在这种形势下从1985年开始列题研究的项目。
2滑移减震技术研究的主要成果及水平
为了避免唐山大地震的悲剧重演,为了寻求抵御十度大震的建筑技术,在1985年开展了滑移减震技术的研究。从1985年至1990年为项目研究,以机理为主;第二阶段1995年至1997年结合试点建筑,进行设计、构造及施工等配套技术研究。
2.1项目研究成果
(1)石墨是较理想的助滑剂材料:它耐久、构造简单、适宜的上部结构抗震构造与适宜的最大错动位移值。
(2)最大错动位移是54mm;残存错动位移小于20mm;
(3)高宽比控制为2,能保证只滑不摇摆;
(4)能起到保险丝作用,滑誉减震房7度强时起滑,10度时上部建筑只滑不破坏倒塌。
1990年经全国闻名抗震专家宋秉译、周福霖、刘季、李桂肴、霍自正等组成的鉴定委员会鉴定认为课题成果具有重大的社会效益与经济效益,成果的广度和深度达到国内先进水平,有关计算参数均可为滑移减震消能多层砖房的设计提供依据。
然后根据研究报告编写的论文在第十届世界地震工程会议(西班牙)与国内“建筑结构学报”上发表。均获较高评价。
2.2试点建筑的研究成果
(1)上部结构设计安全度,横墙安全度是相应按7度抗震设计的1.5倍;纵墙是1.8倍。这与辽宁地区目前7度区的七层砖混住宅结构相当;
(2)配套研究了上、下水管、煤气管及暖气管穿过滑移层的柔性接头或柔性构造;
(3)构造简单施工方便;
(4)采用挖孔桩基础时,由于桩的配筋减少使总造价不增加;采用其它基础时总造价增加较少。
试点建筑研究成果在1997年经杨玉成、梁发云与省内专家组成的鉴定委员会鉴定,认为该试验建筑可达到相当于6一7度地震不坏,7度强地震时,滑动层刚开始动作,9~10度地震时下倒塌。这是一项防止房屋倒塌、减轻地震灾难的有效的创新途径。用石墨作分隔层材料建成六层住宅在国内、国际上属首创。
3滑移减震建筑在市场中经过检验得到房产育及用户欢迎
(1)同行专家认可——技术上过硬;
(2)政府部门支持——适合我国、我省情况;
(3)符合市场法则一一房产商能挣钱;用户欢迎。
滑移减震建筑技术就是闯过以上三关于1998年进入辽宁市场,并获得了成功。
3.1同行专家认可
研究项目及试验性建筑的两次鉴定会文件及有关于中、外重要学术会议及国内重要刊物均表明该项成果的学术水平是高的,获得了同行专家的认可与好评。
3.2政府部门支持
滑移减震研究项目经1990年至1995年近5年等停后,在全国橡胶垫隔震技术发展的形势促进与1995年初日本阪神地震震灾的推动下,我于1995年5月给原辽宁省省长闻世震写了一封信,呼吁”我省应加快新型建筑隔震技术的发展”省长很重视批示支持,省建设了厅长也批示支持,随之拟定了推广规划,并具体落实到辽宁省建设事业“九五”科技成果重点推广项目和2010年科技成果转化规划纲要中。这就为项目的应用获得了可靠的红头文件。
3.3符合市场法则
因为地震预告不准,而按预告划分的烈度设计抗震建筑,其安全性不高的现实不但科技人员明白,一般百姓亦理解。因此1997年夏季在辽宁省锦州市,1998年春季在丹东市当有地震传言时、百姓就人心慌慌,尽力想法躲避。锦州属下的凌海市与丹东属下的东港市有的房产公司抓住百姓的怕震心态,建了一些现浇楼板的砖混住宅,造价增加40一50元/m2,但有购房自的百姓还是争先选购了此种住宅。
滑移减震建筑技术就是在这种百姓对现有抗震建筑心有余悸,并且自己有了购房权,可以购买优质优价房的形势下于1998年走进市场的、在东港市及海城市推广了约六万平方米,当年建成3万平方米。经几栋楼的施工实践,采用滑移减震技术后,房屋价格仅增加12一20元/m2,每户也只增加1000多元。因此滑移减震建筑深受房产商与用户欢迎。
在1998年12月初在东港市召开的”辽宁省滑移减震建筑现场技术交流会”上,省建设厅领导认为滑移减震技术应成为建筑业的新增长点。目前政府与群众积极性均很高:领导重视、地方支持、专家认可与有震情百性需要,因此这项技术已经开始成熟,可以走向市场,经济实用性较高。房建公司的经理认为这项技术施工方便,造价增加较少,耐震概念易懂,滑移减震建筑技术是加快住宅业更新换代,使之更好地为人民免灾造福。