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Abstract: The non-structural elements do not belong to the main structure, which can easily be ignored in the design and construction; earthquake will easily destroy the component and cause great harm. Based on years of design and construction experience, the issues should be paid attention in the design of non-structural elements are discussed in order to attract attention.
关键词:非结构构件;抗震设计;危害
Key words: non-structural elements;seismic design;hazards
中图分类号:TU22 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)03-0109-01
0引言
由于非结构构件不属于主体结构,在设计和施工中很容易被忽视,使用中在地震作用下是很容易破坏的构件,它会造成巨大的危害。如,在5.12的汶川地震中,有许多非结构构件在地震中首先倒塌伤人、砸坏设备、破坏主体结构,造成大量人员伤亡和财产损失。笔者根据多年的设计和施工经历,浅谈一下非结构构件在设计中应该注意的几个问题,以期能够引起注意。
1非结构构件的定义与分类
所谓非结构构件,是指一般不属于主体结构的构件,具体包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备两大类。其中建筑非结构构件又分为三类,第一类为附属结构构件(如,女儿墙、雨篷、高低跨封墙等),第二类为装饰物(如,贴面、顶棚、悬吊重物等),第三类为非结构墙体(如,内隔墙、围护墙、框架填充墙等)。
2设计中存在的问题
①设计人员在思想上不重视,技术上忽视。有些设计人员总认为非结构构件并非主体结构构件,因而不影响主体结构的安全性,或者认为该地区只是抗震设防区域并非抗震设计区域,只做简单的构造处理即可,不用进行抗震设计。并未按规范要求将非结构构件与主体结构进行可靠连接(规范强调“可靠连接”)。②少数设计人员技术水平低,不能完全理解规范的构造及计算等相关要求,出现设计失误。
3采取的措施
①针对设计人员思想方面要加强认识,应将非结构构件与主体结构在重要性方面同等对待,设计时必须满足规范的强制性条文要求,不能含糊。②针对设计人员水平低问题,则要加强对规范学习和掌握,尤其要理解规范强制性条文内容,在设计中严格执行规范规定。
4各类非结构构件在抗震设计中要注意的主要问题和应采取的措施
我们对非结构构件的抗震问题要有充分的了解,能够针对非结构构件的具体类型,采取据有针对性的设计方案,采取加强非结构构件的安全性措施,进一步加强和细化非结构构件节点的细部设计。
第一类为附属结构构件,如女儿墙、雨篷、高低跨封墙等构件。主要抗震问题是防止倒塌,采取的措施是加强非结构构件的整体性,并使之与主体结构可靠锚固连接。
第二类为装饰物,如贴面、顶棚、悬吊重物等。主要抗震问题是防止脱落和装饰的破坏,采取的主要措施是同主体结构可靠连接。对重要的贴面和装饰,也可采用柔性连接,既使主体结构在地震作用下有较大变形,也不致将贴面和装饰损坏。
第三类为非结构墙体,如内隔墙、围护墙、框架填充墙等。根据材料的不同和同主体结构的连接条件,它们可能对主体结构产生不同程度的影响,如:①减小主体结构的自振周期,增大结构的地震作用。②改变主体结构的侧向刚度分布,从而改变地震作用在各结构构件之间的内力分布状态。③处理不好,会引起主体结构的破坏,如局部高度的填充墙形成短柱,地震时发生柱的脆性破坏。
第四类为附属机电设备及支架等,这些设备通过支架与建筑物连接,要求设备的支架要有足够的刚度和强度,并与建筑物应有可靠的连接和锚固,使设备在遭遇设防烈度的地震影响后能够迅速恢复运行。建筑附属机电设备的设置部位要适当,支架设计时要防止设备系统和建筑结构发生谐振现象。
5对非结构构件在抗震设计时的具体对策
我们要根据非结构构件不同类型、工程所处的不同环境区别对待:
①做好细部构造,让非结构构件成为抗震结构的一部分,在计算分析时,充分考虑非结构构件的质量、刚度、强度和变形能力。②与第①条相反,在结构做法上防止非结构构件参与工作,抗震设计时只考虑其质量,不考虑其强度和刚度,从而加大了非结构构件的抗震可靠性。③防止非结构构件在地震作用下出平面倒塌。④对装饰要求高的建筑选用适合的抗震结构形式,主体结构要有足够的结构刚度,以减小主体结构的变形量,使之符合规范要求,避免由于主体破坏导致装饰破坏。⑤加强建筑附属机电设备支架与主体结构的连接与锚固,避免由于连接牢固引起的次生灾害。
关键词:建筑工程;建筑结构设计;抗震设计;抗震研究
近年来,我国经济不断发展,人民生活水平不断提高,但是地震灾害却不断发生,地震灾害不断威胁着我国人民的生命财产安全。众所周知,地震灾害的后果十分严重,然而,以现有的技术很难对其进行控制或者提前预测,因此,对地震灾害进行根本性的防治是无法做到的,但是,在建筑结构设计中加入抗震设计,大幅度提高建筑的抗震能力,从而确保建筑在遭受地震灾害时有一定的稳定性,进而减少地震灾害发生带来的危险。
一、在建筑结构设计中加入抗震设计的意义
毫无疑问,地震灾害是众多自然灾害中破坏了最强的灾害之一,对人们生命财产的安全有着极大的威胁,不仅如此,地震灾害对建筑工程有着极强的破坏力,也因此,怎样提高建筑物的抗震能力是是从事建筑工程设计的相关工作人员重点想要解决的问题,在我国历史上,出现过许多次破坏力极强的地震,例如,唐山大地震,汶川地震。而我国经济不断发展,城市化发展迅速,建筑需求不断增加,人口激增,高层建筑的需求量不断扩大,建筑人群比较集中,所以,建筑人群集中的区域如果发生了地震,相应的损失是无法估量的。众所周知,地震这一自然灾害,以现有的技术手段无法提前预测并实施有效的防护措施,因此,在建筑结构设计中加入抗震设计,提高建筑物的抗震能力是比较有效的防护手段,因此在建筑结构设计中加入抗震设计是十分重要的。
二、建筑结构设计中的抗震设计需要达到的相关要求
首先,需要明确得是,我国对于建筑结构设计中的抗震设计是有着十分明确的要求的,因此,在实际建筑结构设计过程中需要遵循相应的设计准则,以相关设计准则为标准严格施工,在实际建筑结构设计过程中,相关设计师们要善于总结以往的设计经验,再根据当前的建筑设计实际需求,完成建筑结构设计,从而使建筑结构设计科学合理。其次,在选择防震措施时一定要选择多级防震。以往的建筑物通常选择得是三级防震措施,即需要建筑物做到小震没有损坏,中震可以修理,大震不会倒塌,然而,根据相关实际状况来看,建筑结构的防震措施必须选择多级防震,从而最大程度地提升建筑物的抗震性能,只有这样,在地震发生时,才可以尽可能地减少建筑物摇晃倒塌带来的危害,减少人民群众的经济损失。最后,在实际建筑结构设计过程中,需要将概念设计理论与性能设计理念有效结合起来,在对建筑施工地点进行严谨科学地考察后,综合多方面具体状况进行全面的分析,从而设计出科学的建筑设计方案。
三、建筑结构设计抗震设计重点
(一)确保建筑物连接处的质量
在进行建筑结构设计工作时,不仅需要设计师们对建筑构件实施科学配置,还要确保建筑物连接处的质量问题,确保建筑构件之间的连接十分牢固,从而最大限度地降低因为建筑构件之间连接不牢固降低抗震性能情况的出现。如今,许多建筑物外壁都会使用一定的装饰物品,相应的装饰材料一般为大理石,瓷砖等,不仅如此,在对建筑物进行装修时很有可能会使用新的装修技术,而这些装饰会依附于建筑结构而存在,从某种程度上来说,这些装饰物的存在对建筑结构设计的抗震性能会产生一定的影响,这些装饰物很有可能会降低建筑物的抗震能力,从而在地震来临时增加建筑物遭到破坏倒塌时带来的危害,比如,在地震发生时出现的玻璃雨,玻璃雨的出现通常是因为地震发生时,强大的破坏力使建筑物的玻璃幕墙产生变形,随后在地震的破坏力作用下破碎。因此,在建筑结构设計中需要确保建筑构件连接处的质量,进而避免出现玻璃幕墙因为地震破坏力变形破碎从而带来危险。不仅如此,在进行玻璃隔断,内隔墙等工作时必须确保连接处的质量,让建筑物主体连接更加稳固,从而确保建筑物的抗震性能。
(二)重视抗震措施的作用
设计师们在进行抗震设计时可以综合运用基础性防震措施来提高建筑物的防震性能,然而在实际运用过程中,需要根据建筑物的实际状况进行科学选择。比如,基础隔震技术,这种技术在使用过程中,必须将隔震层放置于建筑项目的上部和基础位置连接处,这样放置能够有效地降低建筑结构上部受到地震能的影响,从而减少地震能从地基传递到上层的可能性。目前,比较常用的抗震装置包括夹层橡胶隔层,混合隔震装置等。而间层隔震技术一般可以用来吸收地震产生的冲击余力,最大程度地削弱地震的冲击力量,从而保护建筑物不受地震冲击力的较大影响,通常情况下,间层隔震使用于原始结构层。
(三)注意建筑结构的空间设计
在进行建筑结构设计抗震设计工作过程中,需要注意空间设计工作,即既要做好平面设计工作,也需要完成立体空间设计工作,从而确保建筑物的抗震效果达到最大,与此同时,在进行空间设计时需要确保设计方案科学合理。首先,需要确保方案设计的均衡性。在进行建筑设计工作的过程中,需要考虑地震发生时产生的多方面的作用力,确保设计方案的均衡性能够有效地削减地震的冲击力。其次,在不影响建筑物使用功能的同时简化建筑结构,从而确保结构稳定性不会受到建筑结构的影响。最后,设计师们需要重视结构的整体性。
四、总结
随着我国经济的发展,人民生活水平不断提高,而经济的发展,城市化进程的发展使得建筑需求越来越大,高层建筑的需求量越来越大,在这样的情况下,考虑建筑结构设计中的抗震设计是十分重要且有必要的。本论文从建筑结构设计中抗震设计的重要性开始谈起,简述了抗震设计的相关要求,提出了几项抗震设计重点,希望对抗震设计有一定的帮助。
参考文献:
[1]刘明魁.建筑结构设计中的抗震设计研究[J].建筑工程技术与设计,2017(23):1543-1543.
[2]陈潇.建筑结构设计中的抗震设计研究[J].建筑·建材·装饰,2017(7):121,142.
关键词:高层建筑结构设计;抗震概念设计;重要性;应用
中图分类号:TU2文献标识码: A
一、抗震概念设计的含义和原则
(一)基本含义
高层建筑结构设计中的抗震概念设计是指根据地震灾害和建筑设计的相关原则进行高层房屋的建设,在设计的时候要从高层建筑的整体结构来考虑抗震设计。具体抗震概念设计就是制定正确合理的抗震设计方案,重视抗震材料的选择以及结构设计,保证高层建筑的抗震性。现在抗震概念设计是设计师在设计房屋时,考虑的关键问题,特别是高层建筑结构设计。
(二)原则
结构设计要相对简化,结构设计要有明确的目标和直接的作用。简单的结构设计能够有效地对建筑模型、建筑的位移等等情况分析,保证设计各方面的完善,增加结构设计的抗震性预估的准确性。抗震概念设计要保证结构刚性和抗震能力,合理的结构设计可以有效地减少地震对建筑的损害,建筑结构要具备足够的刚性和抗震能力才能真正实现抗震的目标,结构刚性要合理地把握,刚性过大不仅不能减少地震对建筑的损害,还会造成建筑结构的变形,影响建筑的质量。抗震概念设计要重视建筑楼盖的设计,建筑楼盖将建筑整体的力量分布到不同的部位,将压力平衡。当建筑某个部位出现变化或者损害时,建筑楼盖可以协同其他结构工作,保证建筑的质量。
二、高层建筑结构设计中抗震概念设计的必要性
抗震概念设计在高层建筑结构设计中发挥十分重要的作用,设计师在设计高层建筑时,不能忽视抗震概念设计。地震发生时对建筑的损害无法估计,存在很大的不确定性,再加上高层建筑内部结构的复杂性,无法准确的预测地震会损害高层建筑哪个部位,造成怎样程度的损害。设计师在结构设计时,会仔细地分析地震带给高层建筑的影响,在实际的施工过程中,重视材料的应用,增强建筑的牢固性。但是建筑材料后期的变化以及地震中不确定的因素,都会与实际地震带给建筑的损害有很大的差别,这样地震同样会给建筑造成伤害。结构设计时对建筑和地震的相关数据进行分析和预估十分必要,但是高层建筑结构设计不能仅仅只是依靠数据分析来完成,更主要的是在实际的高层结构设计中重视抗震概念设计,从本质上提高高层建筑的抗震能力。
随着抗震概念设计在实际设计中的不断应用和发展,现在的抗震概念设计更加的成熟和完善。合理地应用概念设计可以更好地保证建筑的质量和安全,提高结构设计的可靠性。汶川地震发生后,设计师更加重视抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用。通过对实际地震中的数据分析,制定相应的结构设计方案,排除结构设计中不必要的设计,将设计的重点放在抗震概念设计上,提高建筑的抗震能力。这些数据分析和结构设计方案,为设计师下阶段的抗震结构设计有很大的参考价值,提高高层建筑结构设计的质量,有利于高层建筑的顺利建造。
三、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用
(一)选择有利的地形建造高层建筑
地形是造成地震发生的一个重要原因,很多的地震事件证明了地形对地震的影响,所以在建筑建造前要实地考察相关的地形,对当地的地理环境有详细地了解,有利于后期的建筑建造。一般建筑的选址要考虑地形、土质、地表等问题,要选择土质较硬,稳定性好的土地,保证建筑的质量。表层覆盖小、土质硬的土地可以有效地降低地震对建筑的伤害;表层覆盖厚、土质较软的土地会放大地震的作用,加重建筑的损害程度。土质越软的土地地震效应越大,造成的损失也越大。在抗震设计时尽量避免松软的土地,当无法避免危险地形时,要加强抗震概念设计,在建筑的施工期间有意识地加强建筑的牢固性和抗震能力,保证建筑的质量和安全。
(二)合理地设计建筑的平面和立体造型
建筑的平面设计和立体设计是建筑结构设计的前提和基础,建筑的平面和立体造型是将建筑的刚性和质量相结合的手段,在设计的过程中要追求建筑造型的简单化,不要设计过多的不规则造型。不规则的建筑在地震过程中容易变形,造成更严重的损失,也要严格地控制建筑的高度,高度越高,地震效应越严重。如果在设计过程中必须要求设计不规范的建筑造型,这时候设计师要特别注意建筑的抗震设计,在建筑特定的部位设置防震线,将不规则的建筑分成几个单独的部分,有利于减少地震对整个建筑造成伤害,建筑的隔离可以降低地震对建筑的损伤。建筑造型尽量简单规范,可以很大程度上提高建筑的抗震能力。
(三)合理地设计建筑的内部结构
内部结构的设计要根据建筑本身的抗震能力、建筑高度、材料使用、地形等特点来确定。综合所有相关的因素来设计内部结构,制定合理的设计方案。建筑的内部结构要符合建筑对称和力量均衡的原则。建筑楼梯的设计尽量避免交叉的情况,提高楼梯的质量。在地震中往往很多情况因为建筑的内部设计,建筑受到致命的损害,所以建筑的结构设计,不仅要保证整个建筑的安全设计,还要重视细节的设计,这样才能保证整个建筑的安全性。
(四)重视建筑结构的整体一致性
建筑结构每部分的协调工作才能保证整栋建筑的质量,建筑任何一个小部件出现问题,都会对建筑的整体质量造成影响。保持建筑结构的整体一致性,能够有效地抵抗地震的伤害,将损伤降到最低。建筑结构的抗震能力的综合体现就是建筑结构的稳定性和整体性,建筑结构的稳定性和整体性在抗震过程中发挥关键作用。在具体施工中,要选择稳定性和整体性强的材料建造房屋,防止材料发生变化,造成整个建筑出现位移的情况,建筑位移问题的解决,可以很好地保证建筑整体的质量。在施工时也可以放松墙面的要求,提高建筑结构的整体性。
(五)减少非结构部分的设计
建筑的填充墙、墙、楼梯踏步板、以及其他装饰建筑的设计部分都会或多或少地影响到建筑的抗震能力。地震的变化性很强,杀伤力也很大,对建筑不会有选择性的破坏,这些非结构部分也会是损害的对象,但往往正是因为这些非结构部分的设计加重了建筑的损害程度。非结构部分会对建筑结构的其他部分造成影响,破坏结构本身的稳定性和整体性,出现意外状况。建筑结构设计时,减少非结构部件的设计,一定程度上减轻了地震灾害,保证建筑结构的稳定性,还提高了建筑的抗震性。
四、总结
随着社会不断发展,建筑高层化是建筑业发展的必然趋势,高层建筑要想在地震灾害中“存活”,设计师必须要重视抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用。设计师要树立正确的设计观念,对抗震概念设计有清晰的认识,提高自身的概念设计能力,在设计过程中不断创新和发展,提高高层建筑结构设计水平,促进高层建筑发展。
参考文献:
[1]华颖.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,(6)
[2]周定前.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,(5)
[3]冯新波,马春玲,孙景芳.浅议高层建筑结构设计中的抗震概念设计[J].科技致富向导,2009,(10)
关键词:高层建筑;建筑结构;抗震设计;设计应用
中图分类号:TU97文献标识码: A
引言
地震作为最严重的自然灾害之一,一旦发生,就会给社会带来巨大的人员伤亡和经济损失。近几年来,国内外地震灾害频发,无情地剥夺了上百万人的生命。而这些伤害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的,尤其是高层建筑。若在建筑结构的设计当中能加强抗震概念的设计,将会从一定程度上减小损失。因此,如何才能够提高高层建筑的抗震性能的概念设计已经成为了建筑行业研究的重点工作。
一、抗震概念设计
传统的结构设计理论为建筑结构设计提供了一些计算方法,但是这些方法主要是针对结构设计中的一些细节,而忽略了对整体结构的考虑。因此,传统的结构设计理论并不能完全地适用于高层建筑的抗震设计,照本宣科式的结构设计不能满足现代建筑物的要求。在高层建筑的抗震设计当中,设计师们都会融入概念设计。抗震概念设计是指根据以往的工程经验和地震灾害的发生情况,从整体上研究工程项目的抗震决策,包括使用材料的种类、抗震方案以及结构的内部构造等等方面。
二、高层建筑结构设计中抗震概念设计的意义
高层建筑结构设计中应该非常重视抗震概念设计,因为高层建筑结构非常复杂,当发生地震时具有动力不确定性特点,人们对地震时对结构认识的局限性,再加上材料性能和施工安装的变易性、模拟地震波的模糊性等因素,导致计算结果和实际之间具有很大的差异。简单的依赖数值计算获得结构并不能有效的解决高层建筑的实际抗震问题,尤其是地质特征的差异性原因,导致许多国家甚至是地区指定的抗震规范都有明显的差异。高层建筑结构抗震概念设计在依据数值计算的基础上,还增加了实践经验元素,并且结构概念设计甚至比分析计算更重要,使得这一抗震设计理念能够满足区域差别下从事高层建筑结构设计的实际需求。强调高层建筑结构设计中抗震概念设计的重要性,其目的是为了引起高层建筑结构工程是在进行建筑结构设计时,特别重视相应的结构规程以及抗震概念设计中的相关规定,从而摆脱传统的结构设计中只重视计算结果的误区,要求结构工程师严格的按照结构设计计算原则,再结合地区的抗震规范,以此保证高层建筑结构的抗震性能。
三、高层建筑结构设计中抗震概念设计的原则
(1)结构的整体性。在高层建筑结构中,楼盖的整体性对高层建筑结构的整体性起到十分重要的作用,其相当于水平隔板,不仅要求聚集和传递惯性力至各个竖向抗侧力的子结构,还要求这些子结构具有较强的抗震能力,能够抵抗地震作用,尤其是当竖向抗侧力子结构的分布不均匀、结构布置复杂以及抗侧力子结构的水平变形特征存在差异时,整个高层建筑就依靠楼盖使抗侧力子结构进行协同工作。
(2)结构的简单性。结构的简单性指的是结构在地震作用下具有明确、直接的传力途径。在高层建筑抗震设计规范中明确规定“结构体系应该有明确的计算简图与合理的地震作用传递途径”,只有结构简单,才能对结构的位移、内力以及模型进行分析,准确的分析出高层建筑抗震的薄弱环节,然后采取相应的措施,避免薄弱环节的出现。
(3)结构的刚度。结构的刚度和抗震能力水平在地震作用下是双向的,确定结构的刚度,然后合理的布置结构能够抵抗任意方向上的地震作用。通常状况下,地结构沿着平面上两个主轴方向都应该具有足够的刚度与抗震能力,结构的刚度不仅仅应该控制结构的变形,还应该尽可能降低地震作用对高层建筑结构的冲击,如果结构发生较大的变形,将会产生重力二阶效应,导致结构失衡而被破坏,降低高层建筑的抗震可靠性,因此,在抗震概念设计中,应该重视结构的刚度设计。
(4)结构的规则性与均匀性。高层建筑的竖向和立面的剖面布置应该规则,结构侧向刚度的变化应该巨晕,避免侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突变。沿着建筑物的竖向,机构布置和建筑造型应该规则和相对均匀,避免传力途径、刚度以及承载力的突变,防止结构在竖向上的某一楼或者少数楼层之间出现薄弱的环节。
四、抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用
(1)抗震概念设计应该重视高层建筑的结构规律。在高层建筑的抗震概念设计应用中,应该对高层建筑的体型设计进行科学的修正,保证在质量、刚度、对称、规则上分布均匀,保证设计的整体性,避免局部出现刚度过大的问题。高层建筑的结构布局对抗震概念设计具有十分重要的作用,简单、对称的建筑在地震中的应力分析和实际反映很容易做到,并且能够达到相一致,但是在凹凸的立面与错层设计的高层建筑中,当地震发生时将会产生复杂的地震效应,很难做到对高层建筑抗震效果的最佳分析。因此,高层建筑的抗震概念设计应该重视结构的规律性。
(2)抗震概念设计在结构体系上的应用。高层建筑抗震结构体系是抗震概念设计的关键,抗震概念设计在结构体系上的应用依据高层建筑物的高度以及抗震等级选择合适的抗侧力体系,通过概念近似手算确定结构设计方案的可行性以及主要构件的基本尺寸。抗震结构方案选择的合理性,直接影响建筑抗震概念设计的经济性与安全性。合理的选择建筑结构体系,应该注意以下三个方面:其一,选择建筑结构体系时,应该对因为部分结构或者部分构件的破坏而导致整体建筑结构体系丧失对抗震能力或者重力荷载的承载能力,应该坚持抗震设计原则中的赘余度功能和内力重分配功能,这一原则的重要性在许多建筑物地震后的实际状况中都得到了很好的印证;其二,选择建筑结构体系时,不仅仅应该要求建筑体系的受力明确、传力合理以及传力路线,还应该有合理的地震作用传递途径和明确的计算简图,这些都应该和不间断的抗震分析相符合;其三,其中延性是建筑结构中的重要特性之一,结构体系的变形能力取决于组成结构的构件和连接的延性水平,提高结构构件的延性水平,是提高高层建筑抗震设计概念在建筑结构设计应用中的重点问题,通过采用竖向和水平向混凝土构件,能够增强对砌体结构的约束,当配筋砌体在地震中即使产生裂缝也不会倒塌或者散落,保证高层建筑早地震中不至于丧失对重力荷载的承载能力。
(3)抗震概念设计在结构构件上的应用。高层建筑抗震的实现需要各个构件的支撑,因此,抗震结构体系中的各个构件都必须具有一定的刚度与强度,并且还应该具有可靠的连接性。高层建筑的结构体系是一个多层次超静定结构,因此其抗震结构也应该设置多道抗震防线,这样在地震作用下,即使一部分构件先被破坏,剩余的构件依然具备支撑的作用,形成独立的抗震结构,承受地震力与竖向荷载。因此,合理的预见高层建筑结构先屈服或者破坏的位置,适当的调整构件的强弱关系,形成多道抗震防线,实现对高层建筑结构体系的合理控制,这是结构抗震耗能的一种有效措施,是建筑抗震结构概念设计的重要内容。
结束语
高层建筑的结构设计不仅仅是种技术,某种程度上更是一门艺术。无论什么设计,它都没有唯一的答案,只有通过不断的比较、研究,才能找到最优方案。这就要求设计师们不懈努力地去追求完善的设计方案。随着社会的发展,高层建筑的设计已经不能盲目地照搬课本上的规范和计算机程序,需要创新。总而言之,一幢建筑物,要想做到“小震不坏,中震可修,大震不倒”,就应该要做好文中所提到的几个重点。高层建筑物中的抗震结构设计使建筑结构的设计更加人性化,更加合理化。除此之外,抗震概念设计不仅拓宽了建筑结构设计的思路,同时还为高层建筑的设计提供了新的方向,在建筑行业当中发挥了重要的作用。
参考文献
关键字:结构抗震模式 概念设计 工民建建筑
工民建结构抗震模式概况
随着我国经济社会的快速发展和人民生活水平的普遍提高,人们对建筑结构设计也提出了更高的要求,在原本建筑结构设计的基础上,更多的要求保证建筑更好的抗震性,因此,针对建筑结构抗震设计模式的现状,提出概念设计来丰富结构设计的不足正是当今建筑业抗震设计的重要改革。目前,我国工民建结构抗震模式中大多都采用与概念设计相结合进行抗震设计的方法。所谓概念设计是从结构设计总体方案设计开始进行,就是要运用人们对建筑结构抗震模式已有的认识来更深层次的处理结构设计中将遇到的一些难以处理的问题,例如建筑体型、结构体系、构件延性等问题。概念设计要在结构设计的基础上、从宏观原则上进行综合评价、辨别、选择等处理,再加以必要的计算和构造设计,并据此消除建筑物抗震的诸多薄弱环节,保证建筑的结构设计能够达到合理抗震设计的目的。概念设计也就是在特定的建筑空间条件下,用整体的概念设计来综合考量结构的整体设计方案,并依据结构设计的总体系和部分之间的力学、结构关系和工程经验的基本设计原则和思想,把握总体方向,来确定建筑结构的总体布置和细节构造。概念设计在结构抗震设计中的重要作用已经引起了我国建筑业的广泛关注,在今后的研究中必将发挥更大的作用。
二、工民建抗震模式中概念设计应用的必要性和重要性
(一)建筑抗震设计标准的要求
长期以来,我国建筑抗震设计通常采用结构设计进行,但是我国建筑抗震设计规范中要求的以可靠度理论为基础,吸收延性设计的思想的要求还是存在一些问题。在一些具体问题中,针对结构设计抗震模式要求的相关规定相当模糊,因此,在建筑业飞速发展的今天,我们不能盲目的按照规则照搬照抄,而是应该把建筑抗震设计标准作为一种参考,在结构抗震设计作为基础的前提下,做出正确的选择,要对整体结构体系与个基本体系之间的力学等关系进行透彻的分析、认识,将概念设计应用到具体的实践工作中去。
目前,我国建筑业进行结构设计大多是按照规范和手册进行,之后运用计算机软件完成结构设计,但是这样却并不能达到最优的结构设计目标,我们还应该考虑如何在结构设计中有效的运用概念设计,减少结构设计方案和实际建筑方案之间出现的分歧。要运用概念设计的优势,弥补结构设计在建筑抗震设计中的不足,降低建筑抗震的风险,保证建筑质量。
结构抗震模式存在问题
结构抗震模式存在诸多的问题,在工程师完成初步的设计方案后,通常会选用计算机软件进行整体的分析设计,但是由于计算机软件自身的缺陷就会导致计算机所设计出来的方案存在严重的问题,而这些问题如果不能及时的发现,就会在建筑施工中出现问题。结构抗震模式存在着许多不确定的因素,地震是一种地球内部随机的、不确定的、破坏性极大的地质运动,目前国际上尚没有准确对地震发生的时间、强度进行准确预测的方法和措施,而通常建筑物遭到地震破坏的作用机理又十分复杂,结构设计中根本没有有效规避地震危害的措施,因此,要提高建筑物的抗震性能,就要将结构设计与概念设计相结合,使其双方能够相互作用,达到最佳的状态组合,从而提高建筑物的抗震能力,达到建筑结构抗震设计的目标。
概念设计的重要性
在我国建筑业探究概念设计与结构设计相结合进行抗震设计的过程中,概念设计的重要性越来越突出的表现出来。概念设计的重要性,还体现在建筑方案设计的阶段。建筑的初步设计通常是不能借助计算机软件来进行的,这就需要结构设计工程师运用结构设计的概念,选择最为可靠、经济可行的结构设计方案,这就需要结构工程师不断吩咐自己的设计经验和设计知识,深入了解各类结构的性能,并掌握这些知识,灵活的运用到实际设计方案中。在进行结构抗震设计中,可以运用概念性近似估算的方法,在设计初始阶段进行迅速有效地对结构设计方案进行比较与选择,这样所得的方案就会更清晰、并且定性更为准确,避免不必要的计算,具有较高的经济可行性,同时也是检验计算机数据计算准确性的主要依据之一。概念设计可以涉及到结构设计较易忽视的细节部分,概念设计与结构设计相融合,可以更好的保证建筑设计方案的可行性。
概念设计在结构抗震模式中的应用
概念设计要保证结构抗震设计的可靠性
结构抗震设计的目的一般是使建筑结构在强度、刚度及节能性等方面取得最佳的效果,从而满足结构抗震设计的要求。在当前的建筑科技水平和经济条件子啊,为了保证结构设计具有可靠的抗震性能,概念设计在于结构设计相结合的过程中,必须要充分考虑场地条件和原材料质量条件的关键因素。抗震概念设计的一般原则强调的是设计不能陷入简单计算的误区,若结构设计存在严重不规则,整体性差等问题,仅按照我国目前的结构抗震设计计算水平,是很难保证结构的抗震性能的,所以,应用概念设计的原理,并结合大量地震灾害和设计试验研究成果,所得出的结论是:建筑构件的最不利受力状态应随着构件和地震作用的方向而发生变化。概念设计要在保证结构抗震设计的可靠性的基础上,对结构设计进行全面的考察,查找不足,并采取必要的措施,提高整个结构设计的抗震性能。
结构抗震模式中薄弱部位要采用概念设计进行综合
结构抗震模式中最薄弱部位,如建筑平面外墙转角处的转角窗,通常是限制了角部结构竖向抗侧力构件的设置,这就需要概念设计进行处理。上文提到过,结构设计中存在许多问题,而这些问题都是结构设计本身所不能解决的,由于结构设计本身的局限性,就需要概念设计发挥自身的设计优势来补充结构设计中的不足,在结构设计完成后,要从宏观的角度对整个建筑抗震结构设计方案进行检验和审核,并找出其中存在的问题,针对问题制定适合的概念设计方案,以弥补结构设计方案中的不足。结构抗震设计中的薄弱部位更应该采用概念设计进行重点的综合设计,从而保证建筑设计的总体抗震质量。
结构抗震模式应用的现状和前景展望
我国多年的建筑抗震设计经验,并在总结工民建中多年的抗震探索和研究的基础上,我们发现要解决结构设计中的诸多问题,必须在结构设计中引入概念设计这一全新的设计理念,这种设计理念可以从宏观的角度对建筑的抗震结构进行全面的设计,在某些关键方面可以弥补一些结构设计思想中对抗震结构思考不足的地方,这也就为我国今后的工民建结构抗震模式设计开辟了新的道路。建筑抗震设计体系正由传统的硬性抗震转为柔性抗震的发展体系中。结构抗震设计与概念设计相结合的设计方法主要是采用以柔克刚的全新理念进行建筑抗震设计。这种方法通过调整结构动力特征来达到抗震的目的,在我国未来的工民建中,概念设计融合与结构设计抗震模式中的新方法将会是今后的主要抗震设计方案。
参考文献:
[1]谢能刚,于玉莽.抗震结构的动力优化设计研究[J].海河大学学报,2001,28(3)
[2]陈教洪.谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰(中旬刊),2008(2)
关键词:土木工程;结构设计;抗震问题;方法探讨
1前言
目前,房屋建筑的规模不断增加,其内部结构越来越复杂,因此其结构设计的优化难度不断提升,这就要求设计者需对房屋的、房顶、房屋细节等多个部位的结构设计实施优化,提高抗震能力。
2结构设计意义
社会发展的步伐越来越快,各类大型建筑层出不穷,加之人们对于房屋使用的要求不断提高,优化现代房屋的结构设计十分必要,这对于提升建筑实用性、经济等均有重要意义。提高房屋设计质量能够大幅度增加其使用价值,包括美学价值、经济价值以及社会价值。与此同时,加强建筑结构的优化设计,还能够全面降低建筑投资成本,节约施工材料,同时又能对建筑周围的环境给予保护,为用户打造出一个优质的居住环境和工作环境。对建筑结构的设计进行优化,就是在原始设计方案的基础上改进与完善房屋结构设计,充分使用房屋剩余空间资源,进一步满足人们对房屋的实际使用需求,保障房屋建筑结构设计体系的合理和安全。但是地区为地震频发区域,房屋建筑工程结构设计需要把控好设计质量,且需要房建结构设计体系的选型,提高房屋建筑总体设计的质量和抗震性能。
3土木工程结构设计中抗震方案应用分析
3.1设计结构模型
初步设计一个基础的房屋结构模型是应用房屋结构优化设计方案的首要步骤,第一阶段需要选择合理的变量以及一些常用数据、指标,例如:房屋建筑结构设计目标参数、损失参数、结构的可靠性参数以及价格参数等,这些参数可以作为结构优化设计的变量指标,与此同时,亦是结构设计中需要重点考虑的内容。房屋设计者所选的衡量参考指标应该属于考虑因素少并变化幅度小的指标,这样才会将结构设计、优化的难度降低,后期的工作难度也随之得到降低,这样,便于设计人员更好地设计出最佳优化方案。进入第二阶段后,需要对相关设计函数进行确定,需在大量函数与指标中选择与房屋建筑横截面积、钢筋尺寸等数据最为相近的函数指标,然后分析这些指标的性质,以便降低建筑成本。进入第三阶段后,设计人员需要衡量房屋建筑的结构设计条件,分析房屋的结构刚性、整体构架及其稳定性、结构尺寸、结构变形限制、受力限制、结构可塑性、规格指标等。通过分析结果衡量建筑的实际情况,达到不断优化设计的效果,促进房屋建筑的抗震能力。
3.2应用最优的统计分析
程序房屋设计人员在完成房屋建筑的结构设计模型建立工作后,要根据模型的实际情况及各方面优化条件来选取最佳计算方法,应用最优的设计程序,确保其用途齐全、功能完善、运转效率高。然后设计人员对上述模型的分析结果展开研究与统计,对不同设计方案进行认真衡量比对,力求从各个角度来考虑问题,全面保障建筑后期使用的经济效益与社会效益,最后以综合平衡角度和节省成本立场,加强技术改进,全面提升房屋建筑的综合效益。
3.3房屋建筑的细部结构优化设计
房屋建筑的细部结构对其整体结构质量以及稳定性均起到决定性的作用,在房屋建筑的结构设计过程当中,由于缺乏真实的房屋结构数据,极有可能在房屋建筑细部结构的计算过程中出现误差,由于受到各种外在因素影响,导致建筑结构的优化设计方案与实际效果出现巨大偏差。这样一来,不但使房屋建筑细节部分的结构设计出现较多问题,同时也对房屋建筑的整体结构带来隐患。所以,设计人员在开展结构优化设计的时候,应当对房屋建筑的整体细节部分进程充分的了解掌握,不断优化其细节部分的设计效果,防治后期房屋细部结构出现断裂、错位等情况,使建筑本身的经济性、安全性都能够双双提高。除此之外,还需要确保室内挂饰、悬吊灯具、人工造影装置和房建主体结构之间连接的强度,避免出现连接设计不牢固,在地震时出现物件坠落,出现人员受伤现象。
3.4房屋建筑的基础结构优化设计
在整个房屋建筑设计中,基础结构的设计质量会对整体房屋结构及其稳定性、功能性造成直接影响,所以,在进行基础结构优化设计环节,设计人员更应当加强优化力度,对房屋建筑的基桩类型、以及基础结构、地基地质等各个方面加强优化,并且给予全面控制,确定合理的桩基形式,充分掌握基桩直径及其长度等,全面优化设计方案,是房屋建筑基础结构以及后期的施工技术、资金投入平衡点等得到合理确定,在此基础上,保障房屋建筑整体结构的稳定性与强度等。在局部墙体结构设计过程之中,需要注意墙体的设计尺寸,墙体尺寸应控制在最小限制范围之内,确保墙体截面能满足8级抗震需求,避免建筑物发生强震之后,建筑物倒塌或开裂现象。
3.5房屋建筑的桩基优化设计
在房屋建筑的结构设计中,桩基设计属于重要内容,桩基设计属于房屋基础结构设计的范畴,同样,良好的桩基础设计,能够保障建筑结构的稳定与安全。一般情况下,桩基可以可分作预制桩与灌注桩。其中,灌注桩对房屋建筑整体的施工质量稍难把握,且施工技术要求严格,工序复杂工期长。因此,符合沉降指标的前提下可以优先选择预制桩,这样可以保障基桩结构稳定,同时缩减工序,节约大量的人力、财力及物力。此外,随着房屋建筑桩基不断加深,建筑区域土壤与桩基之间的摩擦力会越来越大,在此状态下也比较适合运用预制桩。在房建的设计中,需要保证建筑物下部结构和总体结构的重心相一致,如果顶部建筑承重能力较高,则建筑物的顶部抗震性能则较好。如果该地区出现地震,建筑物的顶部结构的变形幅度不大,不会出现扭转地震。但是在现今的抗震设计过程中,在进行建筑材料的选择时,需选择刚度均匀、轻质、稳定性的材料,才能保障建筑物抗震性能。
4结束语
总而言之,目前我国建筑行业发展迅猛,各类大型的房屋建筑工程如雨后春笋般的涌现,加之房屋建筑规模不断扩大,要想提高抗震能力,首先就要做好其内部结构的优化设计。在房屋建筑的结构设计中积极运用优化设计方案,是一项系统性、专业性均极强的工作,这就需要设计人员具备充足的理论知识以及丰富的设计经验,以及先进科学的设计技术等,全面提高房屋的结构设计效果,保障建筑后期使用的安全性、实用性以及耐用性等。
参考文献:
[1]张婷.房建结构设计体系选型及抗震设计[J].门窗,2015(8):299.
[2]赵宏伟.房屋建筑结构设计体系选型及抗震设计探讨[J].山西科技,2012(5):31~32.
关键词:建筑结构设计;基本内容原则问题分析要点
Abstract: the design of building structures is a technical strength work, need to design staff has a strong professional knowledge and creative experience is very strong, and to follow all kinds of rules and regulations and related. To complete the design of a good architecture, building and structure must be unified structural design of the organic combination of, not by a simple combination, but to embody in solving practical problems in engineering design, reflect the key and the core problem of design, various practical problems so that we can effectively solve the engineering.
Keywords: building structure design; analysis of the basic content of principle
中图分类号:TU318文献标识码:A
引言
由于做好建筑结构设计是一项关系到建筑、经济、人民安居乐业的重要工作,也是一项需要每一个建筑结构工作者全力为之付出的工作,本文结合多年建筑结构设计工作的实践经验对一些存在建筑结构设计中应注意的问题进行分析。
一、建筑结构设计的基本内容
(一)结构设计的程序
建筑物的设计包括建筑设计、结构设计、给排水设计、暖气通风设计和电气设计等。每一部分的设计都应围绕设计的四个基本要求:即功能要求、美观要求、经济要求和环保要求。建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础,结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分,主要包括以下四个过程:方案设计结构分析构件设计绘施工图。
(二)建筑物结构设计的要求
为保证建筑结构的可靠度达到设计要求,在设计中,必须遵循以下要求:(1)计算内容:结构构件应进行承载能力极限状态的计算和正常使用极限状态的验算,如直接承受动力荷载的构件应进行疲劳强度验算;(2)结构上多种作用效应同时发生时,应通过结构分析分别求出每一种作用下的效应后,考虑其可能的最不利组合;(3)抗震设计:我国的抗震设防烈度为6至9度,建筑结构根据所在地区的烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对应不同的抗震等级,有不同的计算和构造要求。
二、建筑结构设计的原则
(一)刚柔相济。合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的,结构太刚则变形能力差,容易造成局部受损最后全部毁坏;而太柔的结构虽然可以很好的消减外力,但容易造成变形过大而无法使用甚至全体倾覆,刚柔相济乃是设计者的追求。
(二)多道防线。安全的结构体系是层层设防的,应体现多道防线的设计思路。
(三)抓大放小。“强剪弱粱”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念。虽然整个结构体系是由各种构件协调组成一体,但各个构件担任的角色不尽相同,按照其重要性也就有轻重之分。为了保证柱是在最后失效,我们故意把粱设计成相对薄弱的环境,使其破坏在先,以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待,则可能会造成同时破坏,所以关键时刻要分清主次,抓大放小,也就是要取大舍小。
(四)打通关节。不同类型的构件相接处,同一构件截面改变之处,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。
三、在建筑结构设计中应注意的问题
(一)梁、板的计算跨度
建筑物中,梁、拱券两端的承重结构之间的距离,两支点中心之间的距离。当地震作用组合控制结构设计时,尚应采取抗震构造措施,因为按抗震规范关于在6度-8度时抗震措施应提高1度的规定,将因构件宽厚比普遍减小使这种房屋失去其固有的轻型特点。
(二)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。
(三)设计剪力墙结构的侧向刚度不宜过大
关于底层剪力墙的厚度:抗震设计时,筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于总底部地震倾覆力矩的50%。剪力墙的计算配筋应为墙肢一端的配筋量。在短肢剪力墙较多的剪力墙结构中,多数设计人员将较短的墙段都画为约束边缘构件或构造边缘构件,将计算需要的纵向钢筋均匀配置在整个墙段内,这是不妥的,因为配置在墙肢中和轴附近的钢筋并不能发挥作用,因此纵向钢筋应向墙肢端部集中,宜打印剪力墙边缘构件配筋计算结果复核。抗震墙的墙肢长度不大于墙厚的3倍时,应按柱的要求进行设计,箍筋应沿全高加密,SATWE等程序在计算时也是照此条规定办理。如墙厚为200mm,墙肢长度600mm-800mm,虽然墙肢长度达到墙厚的3倍-4倍,认为仍宜按柱配筋。有些人在电算总信息中输入分布筋的配筋率为0.30%,剪力墙的竖向、横向分布筋也不必太大,如墙厚为200mm或250mm,纵、横向分布筋都配双排(配筋率达0.565%-0.452%)似无必要,但钢筋间距宜≤200mm,对防止剪力墙开裂有好处。
四、建筑结构设计中应注意的要点
(一)合理选择结构方案
建筑结构设计的目的是力求设计方案经济、合理、适用,概念设计必须选择一个经济合理的结构方案,即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震节点分析、应力等方面。同一结构单元不宜混用不同结构体系,力求平面和竖向规则。总之,必须对建筑师设计要求、结构特点、材料供应、施工条件等情况进行综合分析,并与施工、业主等方面充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方案,必要时还应进行多方案比较,择优选用。
(二)选用恰当的计算简图
计算简图是进行结构设计的基础,如果计算简图选用不当会导致结构安全事故的发生,因此,选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件,设计师要从实际出发选择合理的计算简图,并且计算简图还应有相应的构造措施来保证。此外,设计师还要注意到在实际结构的节点不可能是纯粹的钢结或铰结点,但是在计算简图的误差应在设计允许范围之内。
(三)正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术,但是由于软件种类的繁多,而且不同的软件也是存在着很大的差异性,这样就会往往导致计算结果的不相同。因此,设计师要对程序的适用范围、技术条件等全面了解。由于软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果,推广结构设计思想是一种有效的办法,建筑结构设计也必然会成为今后结构设计的主流思想,这就让我们来共同学习、发展它,为结构设计的发展作出应有的贡献。
关键词:钢筋混凝土; 高层结构设计;解决措施;
中图分类号: TU318 文献标识码: A
当前我国建筑行业得到飞速发展,高层结构的建筑群不断涌现,使得高层建筑的设计理念、施工技术以及建筑材料都发生了重大的变化。作为现代建筑普遍采用的结构形式,钢筋混凝土结构具有强度大、稳定性高、耐久性强以及抗震性能好等优点,使其在现代高层建筑结构中得到广泛应用。要满足高层建筑中钢筋混凝土结构的实际需求,其结构设计是至关重要的。因此,探讨钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题,了解设计过程中遇到的难点和重点,并采取科学合理的手段来完善和提高钢筋混凝土高层结构设计,以此提高钢筋混凝土高层结构设计质量。
一、 钢筋混凝土高层结构的发展
高层建筑的发展历程:高层建筑的发展历史悠久,最早出现应该是古埃及的金子塔和我国古代寺塔建筑等,至今已有几千年的历史。随着社会经济的不断发展,人们对于高层建筑的研究也越来越深入,高层建筑结构体系设计也越来越完善,真正意义上的高层建筑最早出现在19世纪末的美国芝加哥,采用框架式结构建造的11层保险商务大楼,被人们称作是高层建筑结构设计的重要转折点,从此拉开了现代高层建筑的序幕。
二、钢筋混凝土高层结构特点
钢筋混凝土高层结构的设计不同于一般的中层及以下建筑结构的设计,这两者有本质的区别,高层建筑结构自身水平的荷载因素在设计中占主导地位,因此,在对高层建筑的结构设计和施工中,注意的地方非常多,对技术水平要求也高,随着建筑高度的增加,水平作用力使得建筑结构的好坏和建筑材料的用量都存在很大的不同。
三、 结构概念设计
建筑结构设计在满足建筑工程实际效果和使用功能的同时,还需具备良好的质量保障,这也是建筑结构最重要的环节。在现代高层结构设计中,人们提出了“概念设计”的理论,其实建筑结构概念设计是提高结构抗震性能的一种设计方法。在设计过程中,选择优质的结构设计方案对建筑整体抗震非常有利。对结构设计的各个延性构件,要进行具体的分析。并采取相应的解决措施,避免一些薄弱层出现损坏的现象。在高层结构设计中,强调概念设计也说明其重要性。结构工程师在工程设计过程中必须按照规范和标准,并掌握结构概念设计的相关原则,从宏观上避免出现设计失误或者计算失误的情况,保证工程的本质安全。
四、 钢筋混凝土高层结构设计常见的问题分析
以下通过实例来分析和探讨钢筋混凝土结构设计中常见的问题。某市一大型超市位于该市东城黄河路南侧。该建筑地下一层,地上 17 层。建筑长度 102.4m,宽度为 53.6m,高度为 76.65m,1~3 层高度为 4.5 m,四层及四层以上层高 4.2 m,地下室层高 4.2m,房屋主楼最大跨度 14m,抗震缝以上裙房最大跨度为 20 m。该建筑工程主楼结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系,抗震裙房为框架结构。主楼采用桩筏基础,桩采用预应力混凝土管桩。抗震缝以上裙房采用柱下独立桩基承台基础,主楼上部结构的嵌固端为地下室底板顶部。针对该建筑工程实际情况,分析和研究其结构设计中存在的问题,进而提高和完善该建筑工程结构设计的要求。
4.1. 结构设计问题
确定剪力墙结构加强部位的墙体厚度。在进行高层结构抗震设计过程中,剪力墙的底部加强部位要确定其墙体厚度,采用约束边缘构件和构造边缘构件等措施来起到加强抗震的效果。这样能够避免薄弱处进行剪切时造成损坏,还能提高整体建筑抗震性能。针对这一问题,应严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》进行设计。墙体厚度要按照规范规定取值,同时要根据建筑工程实际情况和抗震等级来确定墙体厚度。确保剪力墙底部加强部位抗震时不屈服,保证其安全稳定。
4.2 地基设计问题
地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面,不仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行,同时,也是因为地基基础是整个工程造价的决定性因素。因此,在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。
目前,广东应用预应力管桩作为钢筋混凝土高层建筑基础设计的楼层高度已达到 40 层。凡是采用预应力管桩作为高层建筑地基设计的地区,其地基出现质量问题及事故的发生率明显降低。采用预应力管桩进行地基基础设计能够提高桩基质量,其优点表现在这几个方面:第一,预应力管桩桩身混凝土强度高、设计选用范围广、成桩质量可靠,对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强、单桩承载力造价低;第二,管桩运输吊装方便,接桩便捷、成桩长度不受施工机械的限制,桩身耐击,穿透力强,是高层建筑工程中施工速度快、工效高、质量可靠、性价比高的桩型。地基设计要严格按照相关规范和标准进行,重视细节部分的规范设计。同时应根据地质情况具体问题具体分析,所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。桩基应选用中、低压缩性土层作桩端持力层。桩基设计时,应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。因此,在地基设计过程中,不仅要参考国家设立的地基设计规范章程,也要按照岩土工程勘察报告所提的地质条件,选择合理的桩型。
五、 结构计算与分析问题
5.1高层结构设计要进行结构计算,针对案例中采用的结构体系,可以采用楼板整体平面内无限刚假定模型进行计算。在计算过程中要根据建筑工程实际情况灵活应用,主体结构及基础计算采用中国建筑科学研究院 CAD 工程部 PKPM(多层及高层建筑结构空间有效元分析与设计软件 SATWE)。其中整体分析采用 STAWE 高层版,JCCAD 计算软件,主楼整体分析计算为多余地震下的弹性计算。
5.2采用振型分解反应谱法,高层建筑整体计算的嵌固部位为地下室顶板。抗震设计是高层结构设计的重点,结合工程实际情况,按照《高层建筑混凝土结构技术规程》来确定该工程项目的抗震等级。然后根据建筑结构要求,对相应的抗震等级进行评估和计算,确定抗震效果满足高层建筑结构设计的质量标准。
5.3非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照规范中的非结构构件的计算处理措施进行设计。
六、结语
钢筋混凝土高层结构设计作为现代建筑行业的主要结构形式,其优势推动了建筑行业的发展,提高了建筑行业的整体质量。在进行钢筋混凝土高层结构设计时,不仅要保证高层建筑的使用功能和外观效果,还应充分考虑设计安全质量的问题,这也是高层结构设计的重中之重。通过本文了解到了钢筋混凝土高层结构设计过程中常见的问题,并对其问题进行讨论和分析,从中分析出高层结构设计需要注重选型设计、地基设计以及结构计算三个方面的内容。因此,在以后的钢筋混凝土高层结构设计中,应充分考虑这三个方面的制约因素,并在实际工程中将各项工作落实到位,从而进一步提高高层建筑结构设计质量和水平。
参考文献
【关键词】建筑物;结构设计;隔震措施
前言
建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一, 也是涉及到人类生命财产安全的重要问题, 因此, 我们在对建筑物进行结构设计的时候, 必须把建筑物的抗震问题放到非常重要的位置, 并采取适当的措施, 尽量避免地震对建筑物的损坏。
一、建筑结构的主要隔震对策分析
建筑物的抗震设计中, 我们通常是对地基进行特殊处理、设置抗震装置、对建筑的上部结构进行防震设计, 这几种措施通常是混合使用的, 但是我们结合地震构造特点及建筑物本身结构,会有侧重的在关键部位设置隔震层, 依据隔震层的位置不同我们把建筑物的隔震设计分为以下几种。
1、建筑物地基采用特殊材料隔震。建筑物基础隔震, 主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理, 削弱地震时的地震波, 从而减少地震对建筑物的损害。传统上是在建筑物的基础部分交替铺上粘土和砂子, 或者直接设置粘土或砂子垫层。在中国建筑史上, 曾经有人以糯米为原材料, 在建筑物的基础部分设置垫层, 减少地震对建筑物的损害。近年来, 有关部门在这方面的研究已经取得了突破性进展, 以沥青为原料研究出一种特殊材料, 以此设置隔震层效果更好。
2、建筑物基础设置隔震装置减震。这一种隔震措施主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置, 减少地震向上传递, 最高可减少地震对建筑物传递能量的 2/3, 但是, 这种措施的缺陷是不适用于高层建筑, 因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期, 起不到减小地震对建筑物损害的目的。通常采用的办法有: 摩擦滑移隔震、粘弹性隔震等几种, 设置的装置有橡胶垫、混合隔震装置等。
3、建筑物层间隔震措施。层间隔震这种方法主要适用于旧房改建, 在施工方面具有简单、易操作的特点。与建筑物基础部分设置隔震装置的办法相比, 层间隔震的效果不是非常明显, 减震的效果可以达到 1/10~3/1 0的范围。这种方法主要是依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者削弱地震能量, 从而减小地震对建筑物的危害, 设置的装置基本与基础隔震的相同。
4、建筑物结构悬挂隔震。悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来, 也就是我们通常所说的悬挂结构, 这样, 当地震来临时, 地震的能量不会传递给悬挂起来的结构, 从而达到减小地震损害的目的。这种隔震方式最常见于大型钢结构, 大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系, 以此隔震。大型钢结构一般分为主框架和子框架, 在悬挂体系中, 子框架通过索链或者吊杆悬挂于主框架上, 当地震来临时, 主框架会随着地壳运动发生摇摆, 但是, 子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆, 地震的能量到达这个部位的时候就会削弱, 不至于传递到子结构产生惯性力。
二、建筑结构设计中常用的减震技术分析
以上我们所说的几种措施主要是对建筑结构本身的基础部分或者关键节点进行特殊设计, 或者采用特殊材料, 或者设计安装减震装置减少地震的能量向建筑物传递。我们这里所说的建筑物结构设计中常用的消能减震技术是借助建筑物意外的部件来增加建筑物的阻尼, 消耗地震传递给建筑物结构的能量, 避免建筑物因地震而受到损害。用于减小地震对建筑物损坏、保护建筑物安全的装置和元件很多, 通常都是各式各样的消能器和阻尼器, 我们习惯上把这些装置分为滞回型和粘滞型两种。这种技术的使用非常广泛, 主要有以下几种情况。
1、新建建筑物的结构设计。随着人们安全意识的不断增强, 建筑结构设计理念的不断更新, 人们对建筑结构的减震、隔震设计越来越重视。我们在设计的时候, 除了对建筑物的基础部分采用特殊处理之外, 还可以借助消能减震装置或者元件削弱地震对建筑物的作用力, 保护人们的生命财产安全。
2、对建成建筑物的抗震加固。在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时, 我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施, 完成相应的工作。最迟也是在建筑物的施工过程当中, 在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而, 建筑物建成以后, 如果想对其进行抗震加固, 就要采用增加阻尼的办法, 在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。这些消能减震装置更适用于高层建筑、钢结构, 从适用的部位来说, 也是很广泛的, 它不仅可以应用于建筑物的上部结构, 也可用于建筑物的隔震夹层。
三、其他减震措施分析
以上两部分所介绍的一些措施是我们在建筑物抗震设计方面重点考虑的, 但是, 也有一些措施虽然不常用, 但是却非常有用。在这里, 我们重点介绍两种。
1、建筑物走向设计抗震问题。众所周知, 地震是由于地壳的运动而引起的, 与地质结构有非常重要的关系。我们在建筑物选址的时候, 应该充分考虑当地地质条件, 分析当地地震的震向, 让建筑物的走向与地震震向垂直, 尽量避免两个走向平行。从实际情况来看, 与地震震向平行的建筑物的倒塌率更高,与之相反, 与地震震向垂直的建筑物就不太容易倒塌。研究发现, 与地震震向平行的建筑物, 在地震发生时, 随地震波运动的幅度更大, 因此更容易倒塌。
2、无粘结支撑体系减震问题。无粘结支撑体系是建筑物结构减震体系中最为机敏的一种,这种体系主要是通过科学设计, 使内核钢和外包钢管之间无粘结且可形成能够自由滑移的一个层面, 在地震发生时, 通过内外钢之间的配合作用而消耗地震能量。但是, 这种设计的弊端是在设计和有关部件的计算方面要求非常严格。在这个体系中, 建筑物的重量主要由内钢来承担, 外钢主要起到配合和辅助作用, 还可以防止内钢弯曲变形。
四、结语
建筑结构设计中是否充分考虑抗震问题、是否合理的运用了相关的抗震措施是事关人民生命财产安全的重要问题, 关于建筑物抗震问题的研究也有相当长的一段历史, 从世界建筑设计领域和我国建筑设计领域来看, 均取得了一定的成效, 但是在我国地震地质灾害以后, 人们更加注重建筑物的抗震设计。一直以来, 我们在建筑设计中有关抗震都是坚持了“小震不塌、大震能修”的原则, 虽然设计方面在抗震方面也采取了很多措施, 但是, 由于各种原因, 还是不可避免的出现了在地震中因为建筑结构方面的问题而给人们带来巨大损失的例子, 分析原因, 最主要的就是施工人员从思想上不够重视, 存在侥幸心理, 偷工减料, 私自修改设计方案, 没有真正将抗震措施落到实处。在这里,我们对建筑设计中抗震的基本类型、主要措施结合具体实践经验进行研究, 以期和同仁交流学习。
参考文献:
[1]郑建杨. 建筑物结构抗震若干问题探讨 [J]. 科技风, 2010