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关键词:道路桥梁;结构设计;要点
中图分类号:K928文献标识码: A
路桥在我国现阶段对交通运输上发挥着重要的作用,但是同时也存在着路桥设计理论、设计结构、耐久性、疲劳损坏等各种问题,如何对以上问题进行有效的解决,是我国路桥能够大幅度增加路桥寿命的重要手段,只有这样我们才能更一步的提高我国路桥设施的结构,在为人民的生活提供有力的保障的同时,大大保证路桥的质量,只有这样才能让企业在激烈的市场竞争中有一个更长远的发展。
一、道路桥梁结构设计要点
(一)道路桥梁设计方案的选择原则
1、经济性。这里主要是指设计中所涉及的建筑施工成本以及工期过程中所需的经费,一般情况下我们都清楚的知道,道路施工建设工期长且使用的建筑材料都是预测很难估算的,有很多道路施工中会临时变更设计,这就导致材料的不断更新,此时就要充分考虑材料在市场价格中的变动情况,道路桥梁施工设计不能任意去更改,加大其经济费用的使用,这很容易导致建筑施工资金压力过大,进而要延期或者停工现象的出现,
2、技术性。在进行道路桥梁设计时,我们鼓励要不断的引进新的技术与理念,但是这种新技术、新理念必须完全适应我国道路桥梁建设的发展,与实际相结合,这样才能提升我国道路桥梁设计以及施工的水平,但是往往在施工设计过程中,设计人员在设计中往往采用的新技术很难适应时代社会发展的需要,这在某种程度上不但没有推进道路桥梁建设的发展,相反还起到了一定的阻碍作用,
3、适用性。道路桥梁的建设其最终目的就是供人们使用,为其当地经济贸易的发展起到一定的促进发展作用,然而道路桥梁如果其承受能力远远超过一个地区的经济建设发展,这样反而不会给人们带来经济效益的提高,更会加重其当地经济建设发展的负担,进而起不到良好的推动。
(二)道路桥梁设计方案的选择
道路桥梁设计方案的基础就是具体问题具体分析,针对道路桥梁设计的具体施工方案进行合理的调查与现场勘查,充分考虑影响道路桥梁设计的各种施工因素,设计过程中要以实事求是为原则,从具体实际出发,这样设计的施工方案在施工过程中才能达到预期的效果与目的,为此,在设计前要对其影响因素进行全面细致的考察,选择最佳的施工优化方案进行设计,以便在施工中充分发挥设计的作用。
(三)主梁设计要点
简支梁结构依据设计要点的不同分为装配式以及整体式,装配式的主要特点是可以将预定的相关主梁配件分开进行运送,施工时再进行装配成梁,该支梁在设计过程就能使用自动化以及机械化的工程技术,减轻了劳动强度并有效减少材料浪费,使工程的施工效率大大提升,而且减少季节对工程施工的影响力,这些都是人们选用装配式简支梁的原因,为了满足桥梁上部承重要求,主梁结构人们一般选用的造型有:形和箱型两类,箱型仅在混凝土结构主梁中被使用,该类主梁在设计时要注意保持一定的间距和片数,间距和片数呈反函数关系,梁高以及细部尺寸的确定需要进行一定的荷载计算,如主梁分布呈对称形式,则荷载分布也呈对称形式,选用杠杆法计算主梁的荷载量,反之则选用偏心受压法来计算,两种计算方法的共同之处是均选用最大的内力值来进行荷载标设计。
下部构造设计主要指桥梁墩台的设计,对于常见高度的桥墩,即墩高小于40m的桥墩多采用柱式墩或Y型薄壁墩,其中又以柱式墩最常用。柱式墩分圆柱和方柱。圆柱施工时外观质量易控制,且与桩基衔接方便,平原地区使用较多。但从美观角度来说,方柱棱角分明,与上构梁体协调,有一定的视线诱导性,较美观。Y型墩施工较复杂,在墩高较矮时,从工程造价上考虑不经济。
1、桥台设计要点。桥台结构的设计应主要注重于型式的选择。装配式简支桥梁有三种常用桥台,轻型桥台和钢筋混凝土浇筑的薄壁桥台以及埋置式桥台。轻型桥台结构型式具有体积小的特点,其设计应用可作为一种挡土的翼墙结构。钢筋混凝土薄壁桥台在设计时台身可被掩藏在桥梁护坡内部,仅以设计的视角看,既能消弱小桥台处的荷载力,又能在桥台处留下充足的空间,但是,混凝土结构的桥梁护坡主要作用是保护桥梁表面,因此其一旦被洪水冲垮将导致桥台外露,因此,设计桥梁护坡时务必要检测其强度以及稳定性能。
2、桥墩型式选择。装配式简支桥梁结构设计中普遍采用双柱式墩,十字墩或矩形薄壁墩等型式,其中单幅双柱式桥墩结构型式应用较为普遍。考虑到以往在道路桥梁结构设计中出现的问题,笔者希望在今后的设计工作中应注意对于桥墩结构型式的选择要极为谨慎,如在岩溶性地带、桩基础施工困难地段应根据实地情况避免过多地设计桩基,单柱单桩的设计为宜;而拟建施工现场位于河谷或受到滚石威胁时,则应考虑设计增强桥墩结构的整体抗撞击能力,亦须单柱单桩设计为宜;对于高位墩柱长桥的情况,则应考虑到桥梁上部结构荷载累积变位的问题,采用双幅两柱整体下部构造设计为宜。
(五)上部结构设计
1、二道防水层。桥梁防水设计中,有的只采用有隔水功能的混凝土进行隔水。但该类混凝土打造的防水层性能较刚,一旦出现裂缝其防水功能便大受影响。
2、伸缩性缝隙。在设计桥体主梁时要注意将其的伸缩变化考虑进去,避免因主梁型号问题,使得主梁端口在最高温或最低温时出现被损伤的情况。设计伸缩缝时既要注意满足主梁横纵伸缩要求,也要注意其的防水工功能。在选择伸缩缝时,桥体两端处要注意选择有翘头的,将桥体的伸缩缝整合在一起最后成为具有闭合功能的U型槽,这样可防止分联梁端以及分联墩盖上出现积水沿伸缩缝隙侵入的情况。
二、结语
综上所述,在我国的道路桥梁结构设计工作中,受到传统道路桥梁设计思想、理念的影响,对桥梁的安全性与长久性并没有真正重视起来,所以,在道路桥梁结构设计中,既要保证道路桥梁的美观性,继承我国的优良传统,但同时还要保证道路桥梁的安全性与耐久性,保证完工后的道路桥梁实用、耐久,减少和杜绝桥梁安全事故的发生,保证国家、人民的生命财产安全。
参考文献:
关键词:预制装配式 混凝土结构构件 结构体系 施工要点 解决措施
一、预制装配式混凝土结构构件施工要点
(一)工艺流程
梁、柱、外墙板、楼板、楼梯等预制构件工厂内加工预制构件运至施工现场吊装柱(校正定位连接)吊装阳台吊装梁(校正连接)吊装楼梯吊装预制楼板(叠合层楼板钢筋绑扎、浇筑混凝土)吊装外墙板。
(二)柱吊装施工
预制柱的吊装顺序按照吊装方案规定的顺序进行,逐层分段流水作业,以避免反复作业。在吊装前清理柱子安装部位的杂物,检查柱子轴线,并对预制柱型号、结构尺寸、埋件位置等进行全面仔细检查,防止误吊或返工处理。柱子在车上直接起吊,首先安装吊点,柱子根部设置防护垫子,每个柱子都需要按照指定的位置、型号进行吊装,同时保证方向的正确性,调整柱子位置,使钢筋头部对准柱底部的套筒空腔,慢慢插入。根据柱的边线确定柱的位置,在初步吊装就位后,在柱缝隙周围封泡沫条,用螺母垫片调节标高。在柱子初步就位后,安装可调斜支撑,配合红外线投线仪,通过可调斜支撑调整柱子垂直度,固定柱子。对已经就位好的柱子,要用经纬仪认真校准轴线位置及垂直度,确认不超出偏差,方可进行柱脚灌浆。
(三)阳台吊装施工
在预制阳台构件吊装前,应将水泥砂浆找平层垃圾清扫干净,并湿润铺水泥浆一层,随即坐浆安装,以保证构件之间的良好结合和密实。构件起吊时,由作业人员稳住构件,对准墙上边线,再根据外挑尺寸控制线,确定好压墙距离,放稳就位,挑出的部分压在临时支撑上,即可卸钩。预制阳台安装完成后,应将内边预留的钢筋理直,并与梁钢筋连接好,侧挑梁的外伸钢筋还应按设计要求锚入墙内或梁内。
(四)梁吊装施工
按照图纸规定或施工方案中所确定的吊点位置,进行挂钩和锁绳,注意吊绳的夹角一般不小于45°,挂好钩绳后缓慢提升,绷紧钩绳,离地 500mm 左右时停止上升,认真检查吊具是否牢固,拴挂是否安全可靠,方可吊运就位。如吊运单侧或局部带挑边的梁,要考虑其重心位置,避免偏心,以防倾斜。吊装前检查柱头支点钢垫的标高、位置是否符合安装要求,就位时需找好柱头上的定位轴线和梁上轴线之间的相互关系,以便梁正确就位,梁的两头应用支柱顶牢。操作人员分别从两头扶稳,对准轴线,平稳落钩,缓慢入座。梁身垂直偏差应控制在允许范围之内,在整个校正过程中,必须观察柱子的垂直有无变化。若因梁安装使柱子的垂直偏差超出允许值,必须重新进行调整。当梁的标高及支点位置校正合适,支顶牢固,即可连接钢筋,灌浆套筒或焊接质量应符合要求。
(五)叠合楼板吊装施工
叠合楼板是预制和现浇混凝土相结合的一种结构形式。薄板的主筋即叠合楼板的主筋,上部现浇混凝土层仅需配置负弯矩钢筋和构造钢筋。预应力薄板用作现浇混凝土层的底模,不必为现浇层支撑模板。板底光滑平整,板缝经处理后,顶棚可不再抹灰。将支承架的龙骨找平,并固定牢固之后,才能吊装薄板。预应力薄板在车上直接起吊,吊至楼面根据控制线确定叠合板的精确位置。吊装完成后用泡沫条 + 普通砂浆堵缝,绑扎楼层梁、板钢筋和预埋水电管线盒同步进行,楼面传统现浇楼板降板处吊模施工,楼层现浇混凝土,完成该层的施工。在常温条件下浇筑上层混凝土时,需要先浇水湿润,在冬季寒冷气候条件下施工时,则要注意加热保温养护。
(六)楼梯吊装施工
预制楼梯吊装施工只包括了预制楼梯段的吊装,预制楼梯斜段进场经检查合格后将构件卸放到工作凳上。预制楼梯斜段吊装斜面支撑存在向下滑移趋势,可在楼梯斜段设置预埋件,将斜面支撑转为平面支撑。楼梯段吊装时,手动葫芦调节楼梯底部,使楼梯呈“之”字型放置,再根据事先放出的控制线将楼梯斜段初步就位,将调整好的楼梯段用连接件与支座预埋件牢固后,方可卸钩。楼梯初步安装就位后,调节支架顶托校准楼梯标高,安装可调斜支撑,进行固定,完成楼梯的安装。
(七)外墙挂板吊装施工
柱、梁、叠合板吊装完成后,即可开始吊装外墙挂板,外墙挂板起吊前检查吊环,用卡环销紧先吊到安装位置时,找好竖向位置再缓缓下降就位,外墙板就位时以墙边线为准,做到外墙面顺平,墙身垂直,缝隙一致,企口缝不得错位,标高必须准确。整个安装过程中注意保护外墙挂板的棱角和防水构造,并有专人负责外墙板下口定位、对线,并用靠尺板找直。外墙挂板剪力键及拉结钢筋锚入叠合板内,与楼层现浇板同时施工,吊装预制外墙挂板时,预制外墙挂板预留钢筋不需穿梁,只需将预制外墙挂板墙顶挂件(竖向支撑)插入板面埋件即可,然后通过斜撑调节垂直度,利用限位片调节水平高度,利用插片调节板内侧制作及安装精度,就位后将限位片与墙顶挂件焊接,然后绑扎现浇层钢筋,浇筑混凝土外墙挂板与楼层现浇板同时施工,如此循环作业。
二、预制装配式结构体系发展困境
(一)技术体系不完备
目前,预制装配式结构发展主要集中在装配式混凝土剪力墙结构与框架结构住宅上,其他房屋类型的预制装配式结构发展不均衡,无法支撑整个预制装配式混凝土结构行业的健康发展。
(二)基础研究的缺乏
预制装配式结构体系中的钢筋竖向连接、夹心墙板连接件这两个核心技术仍不完善。作为预制装配结构中竖向钢筋连接的主流方式,套筒灌浆连接在相当长的一段时间内作为机械连接形式应用,在接头受力原理与性能指标要求、施工控制、质量验收等方面对钢筋、灌浆套筒、灌浆料共同作用的考虑并不周全。
(三)标准规范不完备
目前,整个预制装配式混凝土结构行业由于技术体系不完备、缺乏足够的工程实践经验,我国有关预制装配式结构的标准规范中部分技术内容仍处于空白,需要完善的内容还很多。
(四)可持续发展基础不良
在一定时期内预制装配式结构本身的造价不会低于现浇结构,欲采用先进的建造方式,需要更加先进的行业管理体制、技术人员与操作者,并且设计同样也需要专业化。以上种种关系到了企业是否能够持续地盈利,若企业无法盈利与发展,则行业无法持续发展。
三、解决措施
从劳动力成本方面来看,由于诙力价格的增长,现场手工作业的施工方式必然会减少,装配化施工成为必然。除劳动力成本外,城市施工作业场地狭小、环保要求高也必将促进装配化建筑的应用。同时,仅仅是发展装配式剪力墙、框架结构住宅,必然无法支撑整个预制装配式结构行业的健康发展,可推进其他房屋类型的预制装配式结构的发展,如大开间框架结构结合精装修的形式,远胜于简单的装配式剪力墙、框架结构。发展预制装配式结构的另一个有效措施是落实设计施工一体化,由施工总承包单位根据建筑方案完成施工图。设计施工一体化是国际上普遍实行的工程承包方式,有利于从节约综合成本的角度发展预制装配方式建造。从混凝土结构设计、施工到验收基本是按照现浇结构来管理的,对预制构件生产企业的管理也十分不到位,甚至不如预拌混凝土、钢结构等行业完善。预制构件生产企业和安装企业的资质管理,行业质量、验收管理均相对较弱,在政府部门管理减弱的情况下,只有靠相关行业协会在今后的工作中积极弥补这方面的缺陷。
四、结语
预制装配式结构构件只需在工厂预制完,运至施工现场后即可直接吊装,不仅解决了混凝土用量增加,材料浪费,后期拆模后观感较差等诸多问题,而且施工速度快,质量有保证。
参考文献
[1]《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014).中华人民共和国住房和城乡建设部,2014.
【关键词】结构设计、多层、框架、房屋
因混凝土框架结构设计具有结构传力明确、灵活、整体抗震能力强等优点,被广泛应用于建筑工程设计中。施工技术是建筑工程质量的关键点,而结构设计是施工的前提和基础。混凝土框架结构从房屋外观与其他建筑设计较为简单,但简单当中更多的是复杂,如果在前期对混凝土框架结构建筑设计不当,在后期的修缮工程中会存在更多不必要的麻烦。
一、混凝土框架结构设计
1、框架结构的竖向、水平作用(如右图示)。
2、框架结构是由梁、柱构件通过节点连接构成,如整栋房屋建筑都采用这种结构形式,则称为框架结构体系或框架结构房屋。按照施工技术的不同框架结构可以分为现浇式、装配式、装配整体式三种。框架结构是由水平力引起的楼层剪力,使梁、柱构件产生弯曲变形,进而形成框架结构的整体剪切变形。由水平力引起的倾覆力矩使框架柱产生轴向变形(一侧柱拉伸另一侧柱压缩),形成框架结构的整体弯曲变形。在混凝土框架结构房屋建筑中建筑层数不多时,其侧移主要表现为整体剪切变形,整体弯曲变形的影响很小。
框架结构侧移如右图示。
3、多层混凝土框架结构体系优点:(1)建筑平面布置灵活能获得较大的空间(适用于商场、餐厅、大型超市等),也可以按照适用需求做成小房间;(2)建筑立面处理简便,结构自重较轻;(3)计算理论比较成熟;(4)在一定范围内造价较低;(5)整体性能较好。多层混凝土框架结构体系缺点:框架结构的侧向刚度较小,而水平荷载作用下侧移较大,有时会影响正常使用,如果框架结构房屋的高宽比较大,则水平荷载作用下的侧移也较大,而且引起的倾覆作用也比较严重。
4、混凝土框架结构设计:为了避免梁支座处抵抗负弯矩的钢筋过分拥挤,以及在抗震结构中形成梁铰破坏机构增加结构的延性,可以考虑框架梁端塑性变形内力重分布,对竖向荷载作用下梁端负弯矩进行调幅。对现浇框架梁、梁端负弯矩调幅系数可取0.8-0.9。对于装配整体式框架梁,由于梁柱节点处钢筋焊接、锚固、接缝不密实等原因,受力后节点各杆件产生相对角变,其节点的整体性不如现浇框架,故其梁端负弯矩调整系数可取0.7-0.8。框架梁端截面负弯矩调幅后,梁跨中截面弯矩应按平衡条件相应增大。截面设计时,框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中截面弯矩设计值的50%。应先对竖向荷载作用下的框架梁弯矩进行调幅,再与水平荷载产生的框架梁弯矩进行组合。在柱的配筋计算中需要确定柱的计算长度l0,在《混凝土结构设计规范》中规定,l0必须按照下列规定进行:(1)一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构,各层柱的计算长度l0按相关规定进行取用;(2)当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时,框架柱的计算长度l0可按相关计算公式进行计算,并取其中最小值。
二、多层混凝土框架结构设计的构造要求
1、梁纵向钢筋、梁箍筋的构造要求:梁纵向受拉钢筋的数量除按计算确定外,还必须考虑温度、收缩应力所需要的钢筋数量,以防止梁发生脆性破坏和控制裂缝宽度。纵向受拉钢筋的最小配筋百分率和最大配筋率要求。沿梁全长顶面和底面应至少各配置两根纵向钢筋,钢筋的直径不应小于12mm。框架梁的纵向钢筋不应与箍筋、拉筋、预埋件等焊接;梁箍筋的构造要求:应沿框架梁全长设置箍筋。箍筋的直径、间距及配筋率等要求与一般梁的相同,可参见《混凝土结构设计原理》中的内容。框架柱图如右所示。
2、现浇梁柱、装配整体式梁柱节点:梁柱节点处于剪压复合受力状态,为保证节点具有足够的受剪承载力,防止节点产生剪切脆性破坏,必须在节点内配置足够数量的水平箍筋。节点内的箍筋除应符合上述框架柱箍筋的构造要求外,其箍筋间距不宜大于250mm,对四边有梁与之相连的节点,可仅沿节点周边设置矩形箍筋。装配整体式梁柱节点设计是框架机构设计的关键环节,设计过程中应当保证节点的整体性,同时进行施工阶段和使用阶段的承载力计算。在保证结构整体受力性能的前提下,连接形式尽量避免复杂、传力直接、受力明确、安装方便。误差易于调整,在安装后能较早承受荷载,以便于上部结构的继续施工。
3、结构设计主要要点:(1)框架结构是多层、高层建筑的一种主要结构形式。结构设计时,需首先进行结构布置和拟定梁、柱截面尺寸,确定机构计算简图;(2)设计框架结构房屋的梁、柱、基础时,应将楼面活荷载乘以折减系数,一考虑活荷载满布在各层楼面上的可能性程度。计算作用在框架结构房屋上的风荷载时,对主要承重结构和围护结构应分别计算;(3)竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法、系数法等进似法计算;(4)水平荷载作用下框架内力可用D值法、反弯点法、门架法等近似方法计算,其中D值法的计算精度较高;(5)D值是框架结构层间柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力,可用于框架结构的侧移计算和各柱间的剪力分配。
三、结语
通过以上文章叙述可见,多层混凝土框架结构设计伴随建筑行业的发展也在逐步发展,国内建筑行业的迅速发展,建筑设计中混凝土框架结构被广泛应用,也在应用中逐步完善。
参考文献:
[1] 颜晓程.框架结构设计中“强柱弱梁”的成因分析及抗震建议.[J].科技致富向导,2011年24期
关键词:多层;框架;结构设计
Abstract: With the development of architectural style and the functional requirements of the construction is becoming more diverse, whether it is industrial structure or civil building, the building frame structure design as the practical mode is used, has been widely used in various types of buildings, various problems in structure design are increasing. This article from the design principle of frame structure, and puts forward several key problems in design of the multi-storey frame structure.
Key words: multilayer framework; structural design;
中图分类号:TU318
一、建筑框架结构设计原则
抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时,尽量加剪力墙,可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系,但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计,从震害分析,规范给出的垂直地震作用明显不足。
雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时,扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半;框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级;由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时,应验算构件的最小配筋率;出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构;框架结构中的电梯井壁宜采用煤矸石砖砌筑,但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱,层高较高时宜在门洞上方加圈梁。因楼电梯间位置较偏,梯井采用混凝土墙时刚度很大,其它地方不加剪力墙,对梯井和整体结构都十分不利;建筑长度宜满足伸缩缝要求,否则应采取措施。如:增大配筋率,通长配筋,改善保温,铺设架空层,加后浇带等;柱子轴压比宜满足规范要求;当采用井字梁时,梁的自重大于板自重,梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁;当建筑布局很不规则时,结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置,并采取相应的构造措施;当地下水位很高时,暖沟应做防水。一般可做u型混凝土暖沟,暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时,混凝土应抗渗,等级P6或P8,混凝土等级应大干等于C25,混凝土内应掺入膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法,一般加金属止水带,较薄的混凝土墙做启口较难。
二、多层钢筋混凝土框架结构设计多层钢筋混凝土框架结构是一种由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构。多层钢筋混凝土框架结构设计文件与图纸是最主要的依据之一,全面理解设计文件,并规范进程加以实施,是结构方案的主要工作。全面理解设计意图和设计要求,看懂容懂图纸的每项内容,达到按图纸施工的要求,对图纸设计中存在的问题通过会审加以解决,对其遗误较易纠正,是保证施工质量的前提,必须认真地组织与实施,该项工作由甲方或委托监理工程师进行。根据设计文件和相关规范、规程,编制和审查施工组织设计。钢筋混凝土框架结构由水平承重体系以各层楼盖和屋盖连接形成空间的整体结构体系。其中各个平面的钢筋混凝土框架结构形成竖向承重体系,它们承受由楼盖和屋盖传来的竖向及水平荷载并再传给基础。做好多层钢筋混凝土框架结构技术交底,根据设计要求和施工队的技术素质状况对其不熟悉的施工工艺过程,经批准实施的新工艺、新材料、新结构等,必须认真进行技术交底。明确各项工艺参数指标、操作方法、质量要求和检测办法,并认真的加以实施。现浇式框架即梁、柱、楼盖均为现浇钢筋混凝土结构。现浇式多层钢筋混凝土框架结构的整体性强、抗震性能好,因此在实际工程中采用比较广泛。但现场浇筑混凝土的工作量较大。预制装配式框架是指梁、柱、楼板均为预制,通过焊接拼装连接成的多层钢筋混凝土框架结构。其优点是构件均为预制,可实现标准化、工厂化,机械生产。因此,施工速度快、效率高。但整体稳定性较差,抗震能力弱,不宜在地震区应用。现浇预制框架是指梁、柱、楼板均为预制,在预制构件吊装就位后,对连接节点区浇筑混凝土,从而将粱、柱、楼板在连成整体多层钢筋混凝土框架结构。现浇预制框架既具有较好的整体性和抗震能力,又可采用预制构件,减少现场浇筑混凝土的工作量。因此它兼有现浇式框架和装配式框架的优点。三、框架计算简图的确定
1、无地下室的多层框架房屋
(1)基础埋深较浅时现浇的框架结构梁柱刚接,计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(以下简称《结构规范》)第6,2.20条规定:一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构,底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H:装配式框架取1.25H。
(2)基础埋深较大时为了增加房屋底部的整体性,减小位移有时在0.000mm附近设置基础连系梁。将基础连系梁以下的部分看作底层,其H值取基础顶面至连系梁顶面的高度,而把实际建筑的底层作为第二层考虑,层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。
2、带地下室的多层框架房屋
对于带地下室的多层框架结构,合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗震规范》),都没有明确地提出具置,需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或采用箱型基础时,可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置,在利用PKPM软件进行设计时,楼层总数仅输入地下室以上的实际层数,底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近。对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时,嵌固位置最好取在基础顶面。此时,利用电算进行楼层组合时,总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。
四、强柱弱梁节点
这是为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑形铰,柱端处于非弹性工作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱,也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此,当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。
五、框架柱梁配筋的调整
1、框架柱的配筋
框架柱的配筋率一般都很低,有时电算结果为构造配筋,但是实际工程中均不会按此配筋,因为在地震作用下的框架柱,尤其是角柱,所受的扭转剪力最大,同时又受双向弯矩作用,而横梁的约束又较小,工作状态下又处于双向偏心受压状态,所以其震害重于内柱,对于质量分布不均匀的框架尤为明显,因此应选择最不利的方向进行框架计算,另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋,取其较大值,并采用对称配筋的原则,为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求,在配筋计算时应注意以下问题:
角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时,其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%;框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍,其中角柱1.4倍,边柱1.3倍,中柱1.2倍;框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形,以增强箍筋对混凝土的约束;对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接,且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时,箍筋的直径不应小于8,并应焊接。
另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降,当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时,可以适当放大框架柱的配筋,且宜在纵、横两个方向设置基础梁,其配筋不宜按构造设置,应按框架梁进行设计,并按规范要求设置箍筋加密区。
2、框架梁的配筋
对梁纵向钢筋的配筋率为0.5%~1.5%较为适宜,在配筋率一定时,用较细的钢筋可以增加混凝土的握裹面积,可减小梁的裂缝宽度,增大配筋率是减小梁裂缝的最直接方法,但是只提高混凝土的强度等级对梁裂缝的影响就较小。
在地震作用下,为满足强剪弱弯,就应做到梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力,在具体设计时,可将梁端负弯矩筋乘以系数0.85~1.0,梁中正弯距乘以1.1~1.3,梁端箍筋的直径可增2mm。
参考文献:
关键词:高层建筑;结构选型;要点
中图分类号:TU97 文献标识码:A
引言
高层建筑是为了满足日益紧张的城市建设用地而出现的建筑结构形式,它的出现大大缓解了城市建设用地,更大程度的利用了空间,如今在城市化建设中的比例进一步扩大。相对多层建筑而言,高层建筑结构设计所占的地位要重要得多,这是由于高层结构形式的选择将直接关系到建筑物的平面、立面、层高、设备安装、施工技术以及工程造价等多方面因素。不当的结构形式不仅会影响使用功能和造价,严重的还会影响其抗震性能,危害建筑物安全。
一、高层建筑结构选型的意义
1、搞好结构工程对于建筑工程建设的质量控制、投资控制和进度控制有十分重要的作用。搞好结构工程的关键在于结构选型,如果选型不当,即使结构计算很精确,也有可能给结构的安全使用及耐久性带来无法弥补的缺陷,所以结构选型对于结构的全寿命优化有着举足轻重的作用。
2、现代高层建筑体形与平立面空间分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结构系统形式与之相适应。主要表现为:第一,需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,为增大建筑净空高度,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。第二,随着高度与规模等增大 ,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。第三,高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大 。
二、高层建筑结构选型的主要内容与要求
1、根据建筑物所处的场地来确定建筑物的抗震要求,明确建筑物的抗震设防分类,场地的抗震设防烈度以及场地土类别,当然,场地选择要远离土质液化以及会产生地基土不均匀沉降等灾害的地段。
2、由建筑高度和体型来合理选择结构体型,尽可能在建筑方案设计中提前介入,使建筑物的平面与立面形式简单、规则,尽量避免偏心问题的产生,尤其注意抗侧力构件刚度与质量分布在同层平面内应尽可能的对称,相邻层刚度与质量变化尽量缓和。
3、采用的结构体型要求尽可能的经济合理 。
4、在实际设计过程中要考虑施工过程的简便可行。
三、结构体系选定的原则
位于地震区的高层建筑,在确定结构体系时,除了要考虑材料用量、建筑内部空间和房屋适用高度等因素外,还需考虑抗震效果: 具有明确的计算简图和合理的地震力传递路线; 具备多道抗震防线,不会因部分结构或构件失效,而导致整个体系丧失抗侧力或承受重力荷载的能力; 具有必要的承载力、良好的延性和较多的耗能潜力,从而使结构体系遭遇地震时具有足够的防倒塌能力; 沿水平和竖向,结构的刚度和强度分布均匀,或按需要合理分布,避免出现局部削弱或突变,防止地震时出现过大的应力集中或塑性变形集中。总之,在确定建筑方案的同时,应综合考虑房屋的设防烈度、场地类别、房屋高度、地基基础,以及施工条件等,并结合结构体系的经济、技术指标,选择最合适的结构体系。
四、高层建筑结构选型的要点
1、竖向承重结构的选型。在对竖向承重结构进行选型时,首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的,因而它们适应的高度也不同。一般说来,框架结构适用于高度低、层数少、设防烈度低的情况;框架—剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求;层数很多或设防烈度较高时,可用筒体结构。当建筑物的高度超出表中数值时,要进行专门的研究,采取有效的措施。选择结构体系应考虑的另一个因素是建筑物的用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类:住宅、旅馆及公共性建筑(办公、商业、科研、教学、医院等)。住宅建筑一般采用剪力墙结构。
2、水平承重结构的选型。水平承重结构主要是为了保证结构的整体稳定及传递水平力的重要功能。水平承重结构的选择主要可以分为平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系:平板体系采用单向板或双向板,常用于剪力墙结构或筒体结构。其最大的优势是板底平整,可以不用吊顶,结构的高度较低,降低了层高。如果跨度较大的情况下,采用平板的难度大,一般非预应力平板不宜成过6m,预应力平板不宜超过9m,否则平板的厚度过大,就会增加楼面的重量。使用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖:就是在层高受到限制的情况下,公用建筑中使用的无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽,以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是:普通钢筋混凝土楼面6m以内;预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖:密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时,框架-剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足:房屋高度超过50m时,框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构;剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时,8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构;6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖;框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖,混凝土强度等级不宜低于C20,也不宜高于C40。
3、下部结构的选型
高层建筑的基础是高层建筑的重要组成部分。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏,不但关系到结构的安全,而且对房屋的造价、施工工期等有重大的影响。高层建筑基础形式通常有以下几种:
3.1柱下独立基础:适用于层数不多、土质较好的框架结构。
3.2交叉梁基础:即双向为条形基础。适用:层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架-剪力墙结构。
3.3片筏基础:适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时采用。当基岩埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时,选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱,应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时,还要进行抗浮验算。
3.4复合基础:适用于层数较多或土质较弱时采用。可用于填土、饱和及非饱和粘性土。CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基代表,目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。
结束语
随着高层建筑进一步的发展,满足高层建筑的形式,材料,力学分析模型都将日趋复杂多元,为了满足市场的要求,高层建筑结构设计师必须严格执行设计标准,根据工程实地情况选择合理的结构方式,注意高层建筑结构设计的难点和要点,为后期的施工打下良好的基础。
参考文献
[1]肖峻.高层建筑结构分析与设计[J].中化建设,2008,(12).
[2]黄辉亮.浅析当前我国高层建筑结构设计与选型[J].知识经济.2011(10).
关键词:高层建筑;结构选型;综合因素
中图分类号:TU208 文献标识码: A
一、建筑结构选型的基本原则
在建筑设计中,空间组合和建筑造型的主要环节是选择最佳结构方案,即结构选型。结构选型应遵循以下原则。
一是适应建筑功能的要求,对于有些公共建筑,其功能有视听要求,如:体育馆为保证较好的观看视觉效果,比赛大厅内不能设柱,必须采用大跨度结构;大型超市为满足购物的需要,室内空间具有流动性和灵活性,所以应采用框架结构。二是满足建筑造型的需要,对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结构选型,要按实际需要在适当部位设置防震缝,形成较多有规则的结构单元。三是充分发挥结构自身的优势,每种结构型式都有各自的特点和不足,有其各自的适用范围,所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型。四是考虑材料和施工的条件,由于材料和施工技术的不同,其结构形式也不同。例如:砌体结构所用材料多为就地取材,施工简单,适用于低层、多层建筑。当钢材供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时,不可大量采用钢结构。五是尽可能降低造价,当几种结构形式都有可能满足建筑设计条件时,经济条件就是决定因素,尽量采用能降低工程造价的结构形式。
二、高层建筑结构选型的要点
(一)竖向结构的选型
在进行竖向结构的选型过程中,要以建筑物的功能及高度为前提。结构体系不同的刚度与强度的要求不同,所适应的高度也是不同的。一般情况下,对于高度较低,层数少的建筑可以采用框架结构;而对于层数高的建筑则多采用框架一剪力墙结构或者剪力墙的结构。层数多、设防高的建筑多采用筒体结构。结构体系的选择还要考虑到建筑物的用途。当前,按照用途可以将我国的建筑物分为三类:首先是住宅、旅馆及公共性建筑,包括商业、科研、教学、医院等等。
(二)水平承重结构的选型
水平承重结构主要是为了保证结构的整体稳定及传递水平力的重要功能。水平承重结构的选择主要可以分为平板体系、无梁楼盖、密肋楼盖和肋形楼盖。平板体系:平板体系采用单向板或双向板,常用于剪力墙结构或筒体结构。其最大的优势是板底平整,可以不用吊顶,结构的高度较低,降低了层高。如果跨度较大的情况下,采用平板的难度大,一般非预应力平板不宜成过6m,预应力平板不宜超过9m,否则平板的厚度过大,就会增加楼面的重量。使用现浇预应力无粘结平板楼面可以减少板厚。无梁楼盖:就是在层高受到限制的情况下,公用建筑中使用的无梁楼盖。无梁楼盖最好带现浇柱帽,以加强板柱连接的可靠性。无梁楼盖的合适跨度是:普通钢筋混凝土楼面6m以内;预应力混凝土楼面可达9m。密肋楼盖:密肋楼盖多用在跨度较大而梁高受限制的情况下。筒体结构角区楼面也常用密肋楼盖。当采用装配式楼板时,框架-剪力墙结构应加混凝土现浇面层。楼盖结构应满足:房屋高度超过50m时,框架―剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇搂盖结构;剪力墙结构和框架结构宜采用现浇结构。房屋高度不超过50m时,8、9度抗震设计的框架-剪力墙结构宜采用现浇楼盖结构;6、7度抗震设计的框架-剪力墙结构可采用装配整体式楼盖;框架结构和剪力墙结构可采用装配式结构。同时对于现浇楼盖,混凝土强度等级不宜低于C20,也不宜高于C40。
(三)下部结构的选型要点
基础永远是建筑的根基,只有根基打稳,建筑才能屹立不倒。它将上部结构传来的巨大荷载传递给地基。高层建筑基础形式选择的好坏,不仅会影响到结构的安全,同时对房屋造价、施工工期等都会产生不同程度的影响。高层建筑基础形式通常有以下几种:
(1)柱下独立基础:适用于层数不多、土质较好的框架结构。当地基为岩石时,可采用地锚将基础锚固在岩石上,锚入长度≥40d。(2)交叉梁基础:即双向为条形基础。适用:层数不多、土质一般的框架、剪力墙、框架-剪力墙结构。(3)片筏基础:适用于层数不多土质较弱或层数较多土质较好时用。当基岩埋置深度很深,水下水位又很高,但是在距地表不深处有一定承载力和一定厚度的持力层时,选用片筏基础比选用桩基础可以节省投资和缩短工期。但片筏基础的刚度较弱,应注意对基础不均匀沉降、变形和裂缝进行验算。当地下水位很高时,还要进行抗浮验算。(4)复合基础:适用于层数较多或土质较弱时采用。CFG桩复合地基是高粘结强度复合地基代表,目前它已大量应用于高层建筑地基。它既可适用于条形、独立基础,也可用于筏基和箱形基础。可用于填土、饱和土及非饱和土粘性土。
四、建筑结构选型的主要影响因素
(一)施工水平
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三个方面:
(1)先进施工技术是实现先进结构型式的前提。
(2)建筑结构方案要密切与施工条件相结合。
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。
(二)建筑结构材料
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:(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。(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%左右在上海市约占20%~30%有的甚至达到35%。例如:天津市桩箱型基础约占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。
(三)建筑物的功能
建筑物的功能要求是建筑设计中应考虑的首要因素。任何建筑都具有对客观空间环境的要求,根据这些要求可大体确定建筑物的尺度、规模与相互关系。在结构选型时应使所选择的结构形式剖面与建筑物使用空间相适应,尽可能降低结构构件的高度,才能提高空间的使用效率、节省维护结构的初始投资费用、减少照明采暖空调负荷、节省维护费用从而降低建筑物全寿命期费用。其次通过对结构体系和艺术加工,将结构形式与建筑的空间艺术形象融合为一体来表现建筑美。建筑界公认的典型例子意大利佛罗伦萨运动场的大看台,是一个钢筋混凝土梁板式结构,雨蓬的挑梁伸出17m,它的弯矩图是二次抛物线,建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起来,同时利用混凝土的可塑性,对挑梁的外轮廓进行艺术处理,在挑梁支座附近挖了一个带有椭圆弧线的三角形孔,既减轻了结构自重,又获得良好的艺术效果。直接将结构的自然形体进行恰如其分的艺术加工而又不做任何多余的装饰,使结构形式与建筑空间艺术形象高度地融合起来。
(四)建筑物结构的受力合理性
由于当前的建筑普遍以高层型式出现,而高层建筑在高度上具有其他建筑所不可比拟的特性。随着建筑物的高度不断上升,其重力荷载也呈直线上升的趋势,作用在竖向构件柱以及墙上的轴压力也随之增加。在这样的条件下对于基础的承载力也就提出了更高的要求。与此同时,控制建筑物的水平位移也成为了主要矛盾,这种情况主要是由两方面原因所造成的。一方面,超高层建筑的高度较高,使得风作用效应加大;而风力的加大也就使得合力作用点的位置变高,从而使其对于建筑物产生的作用效应也就变得更大。另一方面,超高层建筑的高度过高使得其自身的重心位置也相应的被升高,建筑的结构自重也相应的加大,此时在地震作用下就将导致薄弱部位加速破坏。因此,在进行建筑结构选型时应当确保结构的受力合理性。
(五)经济因素
最后,在进行建筑结构的选型时还要对经济因素做好分析,系统的考虑结构方案经济性。不仅要考虑到某个结构方案付诸实施时的一次投资费用,还应当考虑到其全寿命周期的费用。在进行结构的施工过程中还应当注意到建筑结构中的安全问题,一些建筑结构材料虽然具有耐热的特性,但是耐火的功效却不甚理想,一旦放生火灾的话极易造成重大的损失。在出现地震等坍塌性事故时,需要较长的疏散时间,但超高层建筑大多采用钢筋混凝土结构,在长时间的疏散过程中极易发生其他的安全事故。与此同时,许多建筑的投资都比较巨大,并且在所属区域一般都应是当做代表性建筑来建造的。所以建筑无论是在经济上,还是在文化乃至政治上都具有较强的影响。为此,在进行结构的选型时务必要强化结构的可靠性,强化建筑的整体性能质量。
结语
建筑结构选型的综合考虑内容相对来说比较复杂,灵活广泛,综合性比较强,这就需要结构设计人员充分发挥主观能动性,在应用规范及应用力学基础的前提下,根据自身对建筑结构的理解,通过自己多年的积累经验,做出安全、合理、经济的设计。建筑结构的选择是设计思想发展的必然产物,所有的建筑工程在施工前都应当进行必要的考虑和分析,在确保建筑结构能够满足相关条件后方能进行具体的施工。
参考文献
[1]王炳良.建筑结构设计安全度的要点分析[J].科技展望.2014(07)
关键词:多层钢结构;工业厂房;设计问题;结构布置
中图分类号: TU391文章编码:
随着科学技术的不断发展,为了满足现代大型工业建筑生产以及不断更新的工艺技术要求,传统单一的功能形式逐渐被替代。由于传统建筑形式不能胜任当今生产方式改变的需求,工业大厦、灵活车间、联合车间等很多大型多功能厂房应运而生;其次,随着建设用地需求以及工艺流程不断加大,多层厂房以及高层厂房逐渐增多。由于多层厂房开洞多、荷载跨度大,又有很多多层吊车,因此,在设计过程中,必须根据实际存在的问题,不断进行总结探讨,从根本上促进我国多层工业厂房发展。
一、多层钢结构工业厂房结构布置
(一)多层工业厂房结构设计要点
在建筑工程中,多层厂房由于工业布置要求,需要很大的建筑空间,在结构布置中通常采用框架的形式;在工艺条件比较复杂、层数较多的情况下,采用工业厂房框剪结构。在结构布置中,为了保障工业厂房设计合理性,必须尽量让柱网布置均匀,让房屋质量中心和刚度中心靠近,从而减少房屋空间扭转作用,让工业厂房结构体系更加规范、简捷,拥有明确的结构传力方向。为了避免突变变形以及应力集中出现收缩和凹角,或者在竖向变化过程中出现过多的内收和外挑,在结构设计中,应该尽量减少竖向刚度突变或者不变。
在纵向框架和横向框架控制周期中,受多层厂房平面尺寸较大、跨度方向等相关因素影响,在横向控制作用中,让横纵向抗震能力大致一样,从而促进抗震作用发挥,让厂房设计更加科学经济。为了保障电梯间位置合理性,由于多层厂房货物重、垂直运输频繁,在竖向运输的要求下,必须设置对应的电梯。在这个过程中,由于钢筋混凝土井筒刚度很强,在多层工业厂房结构布置中,必须充分结合井筒电梯建筑物偏心力作用,有效避免井筒电梯布置在建筑物端部或者角部。当钢结构工业厂房布置不可避免时,根据四周框架以及楼板特点,采取相应的措施。
由于地震区房屋伸缩缝大多都是合一的,当多层钢结构工业厂房较长时,必须采取施工措施或者构造措施,从根本上有效预防震缝或者减少伸缩缝。为了保障地震区多层厂房建筑安全,在多层厂房四周应该不设或者少设防震缝;在施工中,较长结构厂房楼板为现浇钢筋混凝土楼板时,必须根据规范布置后浇带,后浇带设置为:在间隔40米的地方重新设置一道长为800毫米,宽为1400毫米的后浇带,将后浇带位置放在影响最小的结构受力方向上。对于影响较大的底层、顶层、内纵墙开间以及山墙等墙置,通过适当调整配筋率,在屋内保温隔热层加厚的同时,设置对应的架空层,确保整个屋内通风质量。在罕遇地震、裂缝宽度验算中,裂缝宽度验算是为了保障整体刚度和稳定度,让混凝土梁裂缝宽度始终在0.3毫米以下,当计算超过时,通过提高钢筋根数、减小钢筋截面的方式进行调整,当不满足相关要求时,再进行柱梁重新计算。
(二)常用结构体系
在多层钢结构工业厂房结构体系中,常用的结构体系主要包括:框架支撑、纯框架以及钢架加支撑的混合体系。
框架支撑体系,在工业厂房横向设计成刚接框架时,纵向设计则为支撑成柱体系,通过柱间支撑,有效抵抗水平荷载影响,这种体系具有节约、经济的特点,由于柱间支撑很可能会影响使用效益,因此,这二种体系一般用于横向较短,纵向相对较长的多层架构工业厂房。
纯框架体系,则是将纵横的厂房方向,通过不设置柱间支撑,将其设计成刚接性框架;由于柱间不设支撑,在使用性能空间不受影响的过程中,通常使用两个方向惯性矩差别很小的箱型柱等截面形式,通过钢量不断增加,形成结构体系。
支撑加钢架的混合体系,这种形式的不同之处则是将纵向设计,通过支撑和钢架的混合型式,在两者的共同作用下,不断抵抗水平力,从而有效降低柱体纵向弯矩。为了避免柱子间有可能出现不协调的现象,楼面刚度必须很大,进而确保柱间支撑作用正常发挥。
(三)其他布置以及构造
在柱网布置中,多层钢结构工业厂房大型设备布置对柱网具有重要影响,柱距一般在6米左右,为了保障实际需求,通常采用4.5到12米的柱网形式。对于重型设备,必须根据建筑设计规范相关要求,在布置单独的圈柱中,让厂房设备和柱体重合,从而有效降低地震作用下大型设备出现的巨大倾覆力距,对建筑支撑梁造成不利影响。在楼盖布置中,楼盖主要包括:装配式预制、装配整体式以及普通现浇混凝土楼板。
在支撑体系中,为了不影响生产操作,必须根据操作规范,沿着厂房纵向设置垂直或者水平支撑,在努力遵循水平地震和侧力作用重合原则的同时,保证支撑体系。其中,以偏心支撑和中心支撑最为重要,普通的多层钢结构工业厂房一般使用人字、交叉或者单斜杆支撑等中心支撑形式,避免K型支撑造成的不良影响。由于中心支撑只适合构造简单、地震力相对较小的结构,一旦厂房在强震区或者高层钢结构时,必须采用耗能水平、延性更好的偏心支撑。
在节点构造中,钢结构主要包括:梁柱节点、构件节点、连接节点、接头节点以及柱脚节点等。目前,根据以往典型栓焊钢节点不足,逐渐出现新型的刚接形式,如:托座式、盖板式、切缝式、狗骨式节点,对于普通的多层钢结构厂房仍然采用典型的梁柱钢接节点;对于强震区则使用思想先进,能充分将塑性自梁端外移的狗骨式节点。
二、多层钢结构工业厂房设计应该注意的问题及工程实例
(一)多层钢结构工业厂房设计应该注意的问题
为了保障工艺设计和结构设计的协调性,厂房的专业结构必须根据配套专业特点,不断适应工艺要求,让结构设计进一步满足工艺条件。在工艺设计中,由于设计人员经常和结构设计发生矛盾;例如:在框架梁施工中,设备本可以设置在梁端部,由于各种因素影响却设置在跨中,从而导致梁荷载与截面偏大,既不经济,也不科学。因此,在拟定方案中,必须根据工程特点,让工艺和结构设计人员协调,在尽量了解工艺布置的过程中,为设计、施工减省不必要的麻烦。
在结构计算中,随着网络硬件的快速发展,让结构工程师逐步从琐碎的计算中解脱,可以将精力放在结构方案中,进而增强工程设计水平,有效境地工程成本消耗。在楼面荷载等效计算中,荷载计算作为结构计算的重要内容,荷载准确性直接关系着计算结果精确性;例如:某工程楼面荷载位15KNm2,根据工艺设备重量和设备布置图,必须规范楼面等效荷载计算方法,根据楼面布置,得到相应的结果。
在核心节点区抗剪验算中,节点设计必须根据弱梁强柱原则,对于一二等级的抗震节点进行承载力计算;在实际工作中,由于梁柱中心线不能切实重合,在截面、节点偏心较大的同时,对柱节点受力以及构造造成了很大的影响。因此,在厂房设计中必须注重大荷载、大空间、大跨度多层厂房节点核心区域验算工作。(二)工程实例
某工程作为电石冶炼的多层钢结构厂房,首层层高为4.4米,二层标高为12.0米,总体建筑面积达到400平方米;局部二层为16.0米和7.0米;局部一层为10.5米,高度为22.2米,层高为4.5米。为了保障工艺需求,柱距横向为4到15米,纵向为5到11米;为了保障承重需求,每台设备周围都必须设置箱形柱,为了降低造价,箱柱在12.0米以上的部位承载屋面荷载,将截面和框架转变为工字型柱,独立基础刚性和柱连接。在屋面结构中,使用C型钢擦条以及夹芯板,由于功能限制,只有纵向没有交叉型柱(如图所示)。
多层钢结构示意图
在荷载计算中,基本风压和地震烈度确定,地震加速度为0.10g,以0.35为阻尼比(如表一所示)。在荷载工况中,根据荷载规范,该工程必须结合地震力X方向Y方向作用、风力X方向Y方向作用、活载以及恒载作用下的标准内力。在计算方法中,通过STS空间进行空间建模,使用SATWE相关软件进行结构内里计算等。
表一:主要荷载
在自振周期和结构振型中,由于没有明显的振型,表明结构刚度和质量分布合理。在主要构件尺寸中,该框架结构根据八根集中的柱子,使用柱外箱形,通过工字形截面焊接,采用双槽钢进行支撑。在结算结果中,根据计算分析表明,各种柱、梁设计,必须控制在应力运行的范围内,当设计允许限值为90%时,该构件稳定性、刚度、强度良好,各种节点验算满足多层钢结构工业厂房设计要求(如表二)。
表二:梁柱截面形式
三、结束语
多层钢结构工业厂房作为工业厂房结构发展的重要方向,具有很大的潜力,由于认识不够全面,导致很多工程都没有采用最佳钢结构体系。因此,在实际工作中,必须明确多层钢结构设计概念,转变设计观念,在保障结构设计合理的同时,让施工方案和施工图设计相结合,避免施工困难以及结构不准确造成的影响,从而推动我国多层钢结构工业厂房设计效益。
参考文献:
[1]邸小坛,孟玉洁.《混凝土结构设计规范》简介[J].建筑科学,2011,27(z1):54-56.
[2]罗开海,周一航,姚志华等.建筑抗震设计规范GB50011-2010问题解答(四)[J].工程抗震与加固改造,2012,34(5):137-140.
关键词:框架结构;设计;原则
Abstract: With the rapid economic development, China's high-rise buildings has developed rapidly, the design idea is continually updated, building layout and vertical shape is getting more complicated, which put forward higher requirements for the design and construction of high-rise structure. This paper analyzes a few key points of the frame structure design problem.Key words: frame structure; principles of the design;
中图分类号:TU318文献标识码:A
引言:建筑框架结构设计作为结构设计中较为基础的设计,也是建筑结构设计中较为重要的一种形式,一直以来,建筑框架结构设计问题是关注的重点,是保障建筑结构安全、实现建筑使用功能的灵魂。
一、建筑框架结构的概念
框架结构住宅是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱,再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、煤矸石、陶烂等轻质板材或空心砌块隔墙分户装配成而的住宅。适合大规模工业化施工,效率较高,工程质量较好。框架结构由梁、柱构成,构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,这时,现浇楼面也作为梁共同工作的构件,装配整体式楼面的作用则不考虑,框架结构的墙体是填充墙,起围护和分隔作用,框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间,抗震性能好。
二、建筑框架结构设计原则
抗震验算时不同的楼盖及布置(整体性)决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。抗震验算时应特别注意场地土类别。8度超过5层有条件时,尽量加剪力墙,可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系,但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计,从震害分析,规范给出的垂直地震作用明显不足。
雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时,扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半;框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级;由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时,应验算构件的最小配筋率;出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构;框架结构中的电梯井壁宜采用煤矸石砖砌筑,但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱,层高较高时宜在门洞上方加圈梁。因楼电梯间位置较偏,梯井采用混凝土墙时刚度很大,其它地方不加剪力墙,对梯井和整体结构都十分不利;建筑长度宜满足伸缩缝要求,否则应采取措施。如:增大配筋率,通长配筋,改善保温,铺设架空层,加后浇带等;柱子轴压比宜满足规范要求;当采用井字梁时,梁的自重大于板自重,梁自重不可忽略不计。周边一般加大截面的边梁;当建筑布局很不规则时,结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置,并采取相应的构造措施;当地下水位很高时,暖沟应做防水。一般可做u型混凝土暖沟,暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时,混凝土应抗渗,等级P6或P8,混凝土等级应大干等于C25,混凝土内应掺人膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法,一般加金属止水片,较薄的混凝士墙做企El较难。
三、框架计算简图的确定
1、无地下室的多层框架房屋
(1)基础埋深较浅时现浇的框架结构梁柱刚接,计算简图的确定主要是确定底层柱的计算长度。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(以下简称《结构规范》)第6,2.20条规定:一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构,底层柱的计算长度取基础顶面到一层楼盖顶面的高度H:装配式框架取1.25H。
(2)基础埋深较大时为了增加房屋底部的整体性,减小位移有时在0.000mm附近设置基础连系梁。将基础连系梁以下的部分看作底层,其H值取基础顶面至连系梁顶面的高度,而把实际建筑的底层作为第二层考虑,层高H取连系梁顶层至一层楼面高度。
2、带地下室的多层框架房屋 对于带地下室的多层框架结构,合理确定上部结构的嵌固位置是一个关键问题。《结构规范》和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗震规范》),都没有明确地提出具置,需要具体问题具体分析。对于能够满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或采用箱型基础时,可将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置,在利用PKPM软件进行设计时,楼层总数仅输入地下室以上的实际层数,底层的层高H取实际层高。这样计算出的地震作用与实际情况较为接近。对于不能满足《抗震规范》第6.1.14条规定的地下室结构或者采用筏板式基础时,嵌固位置最好取在基础顶面。此时,利用电算进行楼层组合时,总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。
四、强柱弱梁节点
这是为了实现在罕遇地震作用下,让梁端形成塑形铰,柱端处于非弹性工作状态,而没有屈服,但节点还处于弹性工作阶段。强柱弱梁措施的强弱,也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小,是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,从而使柱不被压溃的关键控制措施。柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小,以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。因此,当建筑许可时,尽可能将柱的截面尺寸做得大些,使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1,并控制柱的轴压比满足规范要求,以增加延性。验算截面承载力时,人为地将柱的设计弯距按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋构造。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高,以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。注意节点构造,让塑性铰向梁跨内移。 五、框架柱梁配筋的调整
1、框架柱的配筋
框架柱的配筋率一般都很低,有时电算结果为构造配筋,但是实际工程中均不会按此配筋,因为在地震作用下的框架柱,尤其是角柱,所受的扭转剪力最大,同时又受双向弯矩作用,而横梁的约束又较小,工作状态下又处于双向偏心受压状态,所以其震害重于内柱,对于质量分布不均匀的框架尤为明显,因此应选择最不利的方向进行框架计算,另外也可分别从纵、横两个方向计算后比较同一侧面的配筋,取其较大值,并采用对称配筋的原则,为了满足框架柱在多种内力组合作用下其强度要求,在配筋计算时应注意以下问题:
角柱、边柱及抗震墙端柱在地震作用组合下会产生偏心受拉时,其柱内纵筋总截面面积应比计算值增大25%;框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍,其中角柱1.4倍,边柱1.3倍,中柱1.2倍;框架柱的箍筋形式应选用菱形或井字形,以增强箍筋对混凝土的约束;对于二、三级框架的底层柱底和底部加强部位纵筋宜采用焊接,且当柱纵向钢筋的总配筋率超过3%时,箍筋的直径不应小于8,并应焊接。
另外多层框架电算时常不考虑温度应力和基础的不均匀沉降,当多层框架水平尺寸和垂直尺寸较大以及地基软弱土层较厚或地基土质不均匀时,可以适当放大框架柱的配筋,且宜在纵、横两个方向设置基础梁,其配筋不宜按构造设置,应按框架梁进行设计,并按规范要求设置箍筋加密区。
2、框架梁的配筋
对梁纵向钢筋的配筋率为0.5%~1.5%较为适宜,在配筋率一定时,用较细的钢筋可以增加混凝土的握裹面积,可减小梁的裂缝宽度,增大配筋率是减小梁裂缝的最直接方法,但是只提高混凝土的强度等级对梁裂缝的影响就较小。
在地震作用下,为满足强剪弱弯,就应做到梁端斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力,在具体设计时,可将梁端负弯矩筋乘以系数0.85~1.0,梁中正弯距乘以1.1~1.3,梁端箍筋的直径可增2mm。
六、结束语
随着我国经济的发展,人民生活水平进一步提高,用户对住宅的功能提出更高的要求。因此对于框架结构设计提出了更加严格的要求。这就要求我们熟练地掌握规范,并具有良好的结构概念,这样才能完成一个个优良工程。
参考文献:
【1】 GB 50010―2010,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010
关键词:水池结构;设计;施工
中图分类号:TP202文献标识码:A文章编号:1672-3198(2008)03-0290-01
1 水池结构的设计
1.1 结构设计应符合的规定
各种结构类别、形式的水池均应进行强度验算。根据荷载条件、工程地质条件和水文地质条件,决定是否验算结构的稳定性。钢筋混凝土水池应进行抗裂度或裂缝宽度的验算。在荷载作用下,构件截面为轴心受拉或小偏心受拉的受力状态时,应进行抗裂度验算,在使用阶段荷载作用下,构件截面为受弯、大偏心受压或大偏心受拉的受力状态时,应进行裂缝宽度的验算。预应力混凝土水池还应进行抗裂度验算。
1. 2 荷载及荷载组合
(1)各种荷载。
水压。这里指池内水压,是水池的主要荷载之一。现在习惯上将水池按满水来计算水压。这是因为:一方面很可能存在误操作而造成满池;另一方面今后工艺上有可能挖潜而超过原设计水位。
土压力。池外有填土的水池,土对池壁的侧压力通常用朗肯理论计算土的主动压力。但土的侧压力变化因素很多,如回填土的密实度、粘结力、内摩擦角等。实践证明,用朗肯理论计算主动土压力偏于安全。
地下水压力。地下水压对水池底板的托浮力是威胁水池底板安全的一种主要荷载,设计时应予以重视。为了抵消地下水对底板的影响,在用无梁板作为底板时,其最经济有效的办法是以池底浮土来平衡,而采用增加结构自重的方法是不经济的。当地下水位低于池底而不考虑地下水压时,需采取措施排除地表滞水。
温、湿度荷载。由于环境的影响,造成结构物产生温度或湿度的变化,从而引起结构物体积变化,当这种体积变化受到约束时,就会产生应力。通常将温度差及湿度差称之为温、湿度荷载。
(2)荷载组合。
①水压+ 自重。这是水池结构设计的基本组合。
②水压+ 自重+ 冬季温差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当壁面冬季温差的绝对值大于夏季壁面湿差(化为等效温差)的绝对值时,这种情况是最不利的组合。
③水压+ 自重+ 湿差。综合温差、湿差和水压的共同作用,当夏季壁面湿差(化为等效温差) 的绝对值大于冬季壁面温差的绝对值时,这种情况是最不利的组合。
④土压+ 自重。这是指池外有覆土的水池,当有地下水时还应包括地下水压,这种组合是水池荷载的基本组合之一,当水池建成后运营前以及水池放空期间均属此种荷载组合情况。根据上述几种情况,可归纳为如下两类:a. 无覆土的水池,池壁的荷载应取上述四种组合的最不利情况求得内力。b. 有覆土的水池,可不考虑2) 和3) 两种组合。
1.3 截面设计的关键性问题
(1)强度设计的安全系数。
①水池顶盖强度设计的附加安全系数。顶盖所承受的荷载是自重、覆土重、活载等,其中自重和覆土重所占比例最大。由于土的容重随密度和含水量而变,其变异性较大,因此,附加安全系数取1. 0 是合适的。
②池壁强度设计的附加安全系数。池壁主要承受土压和水压,水深一般取满池计算,水的容重差别极小。土压强度一般用朗肯主动土压力理论,是略偏大的。从而说明池壁荷载的取值一般是高限,且变异性很小,因此,附加安全系数取0. 9,即能满足结构设计要求。
③底板强度设计的附加系数。池底实际上是与地基共同工作的,一般情况下计算水压及均布荷载均偏大。底板强度设计的附加安全系数取0. 9,即能满足结构设计要求。
(2)关于裂缝问题的探讨。根据对已建成水池所作的调查。
水池裂缝一般为竖向裂缝。这些裂缝有两种:一是贯穿性裂缝,由混凝土收缩引起的;二是出现于池壁外侧的表面裂缝,其逐步扩伸至全截面。另外在工程实践中发现,所有的外挑现浇走道板都产生严重裂缝,并随之扩展到池壁,因此,有必要考虑到预制装配式走道板,或作现浇走道板,每隔3 m~4 m 设伸缩缝一道。
(3)构造配筋。水池池壁的构造配筋,宜按矩形和圆形水池加以区分。对于地面式矩形水池池壁,因对湿差和温差的影响甚为敏感,为避免产生贯穿裂缝,池壁水平向的最小构造配筋率每侧不小于0. 15 %为宜。对于无顶盖的水池往往在池壁顶部先开裂,宜在顶部每侧放置不小于2 根Φ16 的水平向钢筋。对于圆形水池池壁的环向最小构造配筋率,其外侧的最小构造配筋率不宜小于0. 35 %, 内侧不宜小于0. 15 %, 对于外池有覆土的水池池壁,其内、外侧宜对称配置,但全截面总配筋率不宜小于0. 3 %。水池底板最小构造配筋率,对于无顶盖的敞口水池,其底板上层钢筋的最小构造配筋率不宜小于0. 15 %,其下层配筋率及有顶盖的水池底板配筋率不小于0. 1 %。
(4)经济配筋率。对于矩形水池,当上端自由,下端固定的竖向截面池壁时,其最大配筋率在0. 8 %左右尚属经济。其他矩形水池的池壁,某一界面的最大配筋率可达到1. 0 %左右亦属经济范围。
2 水池结构的施工
2.1 水池底板施工要点
(1)混凝土垫层(基础) 浇筑前,应检查地基土质是否与设计资料相符合,如有不同,则应该针对不同情况加以处理,然后再浇筑混凝土垫层。(2) 混凝土垫层在浇筑完毕后的1 d~2 d (视施工时的温度而定),在垫层面测定底板中心,然后根据设计尺寸进行放线,定出柱基及底板的边线,画出钢筋分布线,依线铺放绑扎钢筋,接着安装柱基和底板外模板。(3) 钢筋绑扎时,应详细检查钢筋直径、间距、位置、搭接长度、上下层钢筋的间距、保护层及预埋件的位置和数量,均应符合设计要求。上下层的钢筋要用铁撑(马凳) 加以固定,防止在浇筑混凝土时发生变位。(4) 柱基模板是悬空架设,下面用临时小方木撑在垫层上,边浇混凝土边取出小方木。(5) 底板应一次连续浇筑完,不留施工缝。施工间歇时间不得超过混凝土的初凝时间。平板厚度在20 cm 以内可用平板振动器,厚度较厚时,则采用插入式振动器。(6) 池壁为现浇混凝土时,底板与池壁连接处的施工缝可留在基础上口20 cm 处,如设计要求有止水钢板,在浇捣混凝土前,应将止水钢板安放固定。(7) 混凝土浇筑完毕后,其强度尚未达到1. 2 MPa 时,禁止振动,不得在底板上搭设脚手架,安放模板或搬运工具,并注意对混凝土的养护。(8) 遇特殊情况需留施工缝时,应做成垂直的结合面,并注意结合面附近混凝土的密实。
2.2 混凝土浇筑
水池混凝土一般可采用分节浇筑和连续浇筑。池壁分节浇筑的顺序:基础底板池壁环梁顶盖。池壁连续浇筑的顺序:基础底板池壁环梁及顶盖。
2.3 防水层施工
水池内防水层施工按水塔内防水层施工进行。水池外壁一般喷涂沥青防水层。用作防水层的沥青必须符合规定标准,施工前应检查是否合格。施工前应将池外壁洗刷干净,先涂冷底子油,然后涂热沥青两道。
参考文献