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中图分类号TU3 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)96-0081-02
筒体结构具有造型美观,使用灵活,受力合理,以及整体性强等优点,适用于较高的高层建筑。筒体结构包括框筒、筒中筒、束筒结构以及框架-核心筒结构等,其中框架-核心筒结构虽然都有筒体,但是这种结构与框筒、筒中筒、束筒结构的组成和传力体系有很大区别,需要了解它们的异同,掌握不同的受力特点和设计要求。
框筒、筒中筒和束筒结构都是常用的高层建筑结构的形式,除符合高层建筑结构的一般布置原则外,其结构布置应从平面形状、高宽比、框筒的开孔率、柱距、框筒柱和裙梁截面、内筒布置、楼盖形式等方面考虑,减小剪力滞后,以便高效而充分发挥所有柱子的作用。
框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混合结构,可以在一般的高层建筑中应用,也可以在超高层建筑中应用;框架一核心筒结构虽然与筒中筒结构在平面形式上可能相似,但受力性能却有很大区别,其结构布置对核心筒提出了更高的要求,对周边框架、框架与核心筒的内力分配、伸臂加强层以及楼盖等也提出了相应的要求。
1框筒、筒中筒和束筒结构的布置
框筒结构具有很大的抗侧移和抗扭刚度,又可增大内部空间的使用灵活性,对于高层建筑,框筒、筒中筒、束筒都是高效的抗侧力结构体系。框筒、筒中筒、束筒结构的布置应符合高层建筑的一般布置原则,同时要考虑如何合理布置,减小剪力滞后,以便高效而充分发挥所有柱子的作用。
筒体结构的性能以正多边形为最佳,且边数越多性能越好,剪力滞后现象越不明显,结构的空间作用越大;反之,边数越少,结构的空间作用越差。结构平面布置应能充分发挥其空间整体作用。因此,平面形状以采用圆形和正多边形最为有利。也可采用椭圆形或矩形等其他形状,当采用矩形平面时,其平面尺寸应尽量接近于正方形,长宽比不宜大于2。若长宽比过大,可以增加横向加劲框架的数量,形成束筒结构。
筒中筒结构中的外框筒宜做成密柱深梁,一般情况下,柱距为,不宜大于4;框筒梁的截面高度可取柱净距的1/4左右。开孔率是框筒结构的重要参数之一,框筒的开孔率不宜大于60%,且洞口高宽比宜尽量和层高与柱距之比相似。当矩形框筒的长宽比不大于2和墙面开洞率不大于50%时,外框筒的柱距可适当放宽。若密柱深梁的效果不足,可以沿结构高度,选择适当的楼层,设置整层高的环向桁架,以减小剪力滞后。m3~1m
框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或T形,若为矩形截面,由于梁、柱的弯矩主要在框架平面内,框架平面外的柱弯矩较小,则矩形的长边应与腹板框架或翼缘框架方向一致。筒体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位,受力很大,通常要采取措施予以加强;内筒角部通常可以采用局部加厚等措施加强;外筒可以加大角柱截面尺寸,采用L形、槽形角墙等予以加强,以承受较大的轴力,并减小压缩变形,通常角柱面积宜取中柱面积的1—2倍,角柱面积过大,会加大剪力滞后现象,使角柱产生过大的轴力,特别当重力荷载不足以抵消拉力时,角柱将承受拉力。
由于框筒结构柱距较小,在底层往往因设置出入通道而要求加大柱距,必须布置转换结构。转换结构的主要功能是将上部柱荷载传至下部大柱距的柱子上。一般内筒应—直贯通到基础底板。
采用普通梁板体系时,楼面梁的布置方式一般沿内、外筒单向布置。外端与框筒柱一一对应;内端支承在内筒墙上,最好在平面外有墙相接,以增强内筒在支承处的出平面抵抗力;角区楼板的布置,宜使角柱承受较大竖向荷载,以平衡角柱中的拉力双向受力。
筒体结构层数很多,降低层高具有重要意义。因此,除普通梁板体系外,常用的楼板体系还有扁梁梁板体系、密肋楼盖、平板体系等,均可降低梁板高度,从而使楼层高度也可以降低。
2 框架-核心筒结构的受力特点
筒体结构层数很多,降低层高具有重要意义。因此,除普通梁板体系外,常用的楼板体系还有扁梁梁板体系、密肋楼盖、平板体系等,均可降低梁板高度,从而使楼层高度也可以降低。
筒中筒结构和框架-核心筒结构,两个结构平面尺寸、结构高度、所受水平荷载均相同,两个结构楼板均采用平板。筒中筒结构与框架-核心筒结构翼缘框架柱轴力的比较,可知,框架-核心筒的翼缘框架柱轴力小,柱数量又较少,翼缘框架承受的总轴力要比框筒小得多,轴力形成的抗倾覆力矩也小得多;框架-核心筒结构主要是由两片框架(腹板框架)和实腹筒协同工作抵抗侧力,角柱作为两片框架的边柱而轴力较大;从框架抗侧刚度和抗弯、抗剪能力看,也比框筒的腹板框架小得多。因此框架-核心筒结构抗侧刚度小得多。
两个结构顶点位移与结构基本自振周期的比较(表1)表明,与筒中筒结构相比,框架-核心筒结构的自振周期长,顶点位移及层间位移都大,说明框架-核心筒结构的抗侧刚度远小于筒中筒结构。
表2给出了筒中筒结构与框架-核心筒结构的内力分配比例。由表可知,框架-核心筒结构的实腹筒承受的剪力占总剪力的80.6%,倾覆力矩占73.6%,比筒中筒的实腹筒承受的剪力和倾覆力矩所占比例都大;筒中筒结构的外框筒承受的倾覆力矩占66%,而框架-核心筒结构中,外框架承受的倾覆力矩仅占26.4%。上述比较说明,框架-核心筒结构中实腹筒成为主要抗侧力部分,而筒中筒结构中抵抗剪力以实腹筒为主,抵抗倾覆力矩则以外框筒为主。
在采用平板楼盖时,框架虽然也具有空间作用,而使翼缘框架柱产生轴力,但是柱数量少,轴力也小,远远不能达到周边框筒所起的作用。增加楼板大梁可使翼缘框架中间柱的轴力提高,从而充分发挥周边柱的作用,但是当周边柱与内筒相距较远时,楼板大梁的跨度大,梁高较大,为了保持楼层的净空,层高要加大,对于高层建筑而言,这是不经济的,为此另外一种可选择的充分发挥周边柱作用的方案是采用框架-核心筒一伸臂结构。
3筒体结构的截面设计及构造要求
筒体结构应采用现浇混凝土结构,混凝土强度等级不宜低于C30;框架节点核心区的混凝土强度等级不宜低于柱的混凝土强度等级,且应进行核心区斜截面承载力计算;特殊情况下不应低于柱混凝土强度等级的70%,但应进行核心区斜截面和正截面承载力验算。
由于剪力滞后,框筒结构中各柱的竖向压缩量不同,角柱压缩变形最大,因而楼板四角下沉较多,出现翘曲现象。设计楼板时,外角板宜设置双层双向附加构造钢筋,对防止楼板角部开裂具有明显效果,其单层单向配筋率不宜小于0.3%,钢筋的直径不应小于8mm,间距不应大于150mm,配筋范围不宜小于外框架(或外筒)至内筒外墙中距的1/3和3m。
核心筒由若干剪力墙和连梁组成,其截面设计和构造措施应符合剪力墙结构的有关规定,各剪力墙的截面形状应尽量简单;截面形状复杂的墙体应按应力分布配置受力钢筋。此外,考虑到核心筒系筒体结构的主要承重和抗侧力结构,筒角又是保证核心筒整体作用的关键部位,其边缘构件应适当加强,底部加强部位约束边缘构件沿墙肢的长度不应小于墙肢截面高度的1/4,约束边缘构件范围内应全部采用箍筋。
框筒梁的截面承载力设计方法、截面尺寸限制条件及配筋形式可参照一般框架梁进行。外框筒梁和内筒连梁的构造配筋,非抗震设计时,箍筋直径不应小于8mm,间距不应大于150mm;抗震设计时,箍筋直径不应小于10mm,箍筋间距沿梁长不变,且不应大于100mm。当梁内设置交叉暗撑时,箍筋间距不应大于15Omm;框筒梁上、下纵向钢筋的直径均不应小于16mm;腰筋的直径不应小于10mm,间距不应大于200mm。
4 结论
筒体结构是空间整体受力,由于薄壁筒和框筒的剪力滞后,这类结构受力情况非常复杂,宜采用能反映空间受力的结构计算模型以及相应的计算方法。一般可假定楼盖在自身平面内具有绝对刚性,采用三维空间分析方法通过计算机进行内力和位移分析。但在方案设计阶段,也可采用简化的计算方法,如等效槽形截面的近似估算方法和等效平面框架法,进行结构构件截面尺寸的估算。
参考文献
[1]高雁.筒体结构剪力滞后效应研究及其简化分析[D].重庆大学,2006.
[2]陈加猛.高层框筒、筒中筒结构的二阶效应分析[D].华南理工大学,2007.
[3]宋德传.多高层建筑结构组合控制理论及其应用[D].华南理工大学,2005.
关键词 高层建筑;结构设计;结构分析
中图分类号 TU973 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0094-01
当前高层建筑结构设计工程师面临的一个首要问题就是怎样才能设计出安全、舒适、经济、美观,并能满足人们精神及物质生活要求的高层建筑。因此,对高层建筑结构设计要点的熟练掌握,是高层建筑结构设计人员的必备基本素质。笔者将多年从事高层建筑结构设计的经验做了一个总结,提出了高层建筑结构设计中一些需要注意的问题,并对高层建筑结构设计的体系作了分析,以供参考。
1 高层建筑结构设计的特点分析
1.1 水平荷载是高层建筑结构设计当中的决定因素
高层建筑所承受的楼面荷载及其自身重量于竖向构件当中的弯矩及轴力数值与高层建筑的实际高度成正比;高层建筑结构中倾覆力矩的产生与水平荷载相关,结构的轴力也由竖向构件所引起,倾覆力矩及轴力都与高层建筑本身的实际高度成正比;对于具有特定高度的建筑来说,竖向荷载在一般情况下是一个定值;而高层建筑结构中的水平荷载数值由结构动力的特性决定,随动力特性变化而变化,尤其是水平荷载当中的风荷载。
1.2 轴向变形在高层建筑结构设计当中是不可忽视的因素
如高层建筑所承受的竖向荷载值较大,可引起柱中出现轴向变形的现象,且幅度较大,从而影响连续梁的弯矩,对连续梁中部的支座处负弯矩值产生了减小作用,而对端支座的负弯矩值及跨中正的弯矩值则是产生了增大作用。较大的竖向荷载值还会影响预制构件下料的长度;在这样的情况下,就需要以轴向变形作为依据的计算值,调整下料长度。此外,竖向荷载值对构件侧移及剪力产生的影响也不可忽视,因其与构件竖向的变形相比较考虑,会产生与不安全结果不相符合的现象。
1.3 侧移是高层建筑结构设计中的控制指标
高层建筑与低矮的楼房不一样,高层建筑结构设计工作中,关键的影响因素为结构侧移;随建筑本身实际高度的增大,水平荷载之下的建筑结构侧移的变形会迅速增大。可以发现,在水平荷载的作用下,需要对结构侧移进行控制,使其保持在一定的限度之内。
1.4 结构延性为高层建筑结构设计的重要指标
高层建筑的结构要比低矮楼房的结构更柔,在地震的作用下,出现的变形幅度会更大,减少了倒塌的现象。在高层建筑的构造方面可采取相应的措施,使之进入到塑性变形的阶段后,仍具有足够延性,保持较强变形能力。
2 高层建筑结构设计体系分析
2.1 剪力墙-框架体系的设计
在高层建筑结构中的框架体系刚度及强度均不能达到要求时,常常需要在高层建筑的平面内适当的位置,建立剪力墙以代替结构中的部分框架,将剪力墙-框架结构体系应用于结构设计当中[3]。当建筑物承受来自水平方向的压力时,剪力墙及框架可以通过刚度足够强的连梁及楼板共同组成相互协同结构工作体系。在剪力墙-框架设计体系中,承受来自垂直方面荷载的主体为框架体系,水平剪力的承受主体为剪力墙;在剪力墙-框架体系中,位移曲线为弯剪型。结构侧向的刚度由于剪力墙的作用而增大,建筑在水平方向上的位移得以减小;框架所承受的水平方向上的剪力出现明显下降的趋势,竖向的内力分布变得均匀。
2.2 剪力墙结构体系的设计
剪力墙结构体系是指由平面的剪力墙结构组成的建筑主体受力结构。在剪力墙结构体系当中,全部的水平力及垂直荷载由单片的剪力墙所承受。剪力墙结构体系是一种刚性的结构,位移曲线是一种弯曲型结构。剪力墙结构体系的刚度及强度均相对较高,具有一定延性,在传力时具有直接及均匀的优点,整体性好,且抗倒塌的能力较强,不失为一种优良的建筑结构体系,其可建的高度一般大于剪力墙-框架体系。
2.3 筒体结构体系
筒体结构体系指的是以筒体作为抗侧力的构件建筑结构体系,筒体结构体系主要包括筒体-框架、单筒体、多束筒及筒中筒等其他多种形式。可将筒体分为空腹筒及实腹筒两个大类。筒体为空间受力的结构构件与三维竖向的结构单体,由曲面墙或平面墙围成;也可由窗裙梁、密排柱及开孔钢筋外墙等构成。筒体结构体系的强度及刚度均相对较高,在大空间、大跨度等特殊类型的高层建筑中被广泛应用
3 高层建筑结构设计的基本假定分析
由剪力墙及简体框架组成了高层建筑主体结构,组成的方式为平楼板水平连接。因此,在三维空间中精确及完善的分析高层建筑结构设是存在难度的,特别是不同的实用分析方法,要引入不同程度的简化计算模型。以下四种假定是高层建筑结构设计中比较常见的计算模型。
3.1 小变形基本假定
在一般情况下,小变形基本假定在高层建筑结构设计分析中被应用得最多。很多从几何方面入手的研究人员对P—效应进行了详细研究,并得出以下注意事项:在建筑高度与顶点的水平位移的比值大于0.2%的情况下,需高度重视建筑结构受到P—效应影响的程度。
3.2 刚性楼板基本假定
在分析高层建筑结构设计时,存在的问题主要是过于注重平面内刚度,而忽视了平面外刚度。采用刚性楼板基本假定的分析法不仅能将结构的位移自由度减少,计算的方法简化,而且能为筒体结构空间薄壁的杆件理论创造良好的计算及使用条件。在一般的情况下,在剪力墙结构体系及框架结构体系当中运用刚性楼板基本假定是可行的。但是,就竖向刚度结构出现突变的情况而言,受到楼板变形的影响较大,如有些楼板的层数不多、刚度不大及抗侧力构件的间距过大等情况,尤其是结构底部及每层顶部内力的影响更为显著。对于以上问题,要采取一些适当的调整措施进行解决。
3.3 弹性基本假定
目前,在高层建筑结构设计的分析方法当中,弹性基本假定
计算方法被运用的范围较广。尤其在垂直荷载的计算当中,因高层建筑结构长时间处于弹性的工作阶段,实际工作情况与弹性基本假设的情况相吻合。但如果遭到较严重的自然灾害,如较大强风及地震等,建筑结构会因较大的位移幅度而产生裂缝,从而进入到弹塑性的工作阶段。在这样的情况下,为了能使高层建筑结构状态得到真实的反应,只能在结构设计中运用弹塑性分析方法。
3.4 计算图形基本假定
高层建筑结构设计中三维空间的分析方法主要为计算图形基本假定。二维协同分析没有将侧力构件中公共的节点在外位移纳入到分析的范围当中;侧力构件外的刚度及扭转刚度并没有受到高度重视。分析精通杆的三维空间中每一节点时,自由度只有六个,不足以完成分析,使用计算图形基本假定分析法,可以弥补这一缺陷。
4 结束语
高层建筑的快速发展增加了对其力学及结构分析模型等方面的诸多要求。因此,寻找新的结构设计形式与正确的力学分析模型,是当前高层建筑结构设计工作人员的主要奋斗目标;只有找到新型建筑结构设计形式与正确的力学分析模型,才能使高层建筑获得更好的发展。
参考文献
[1]都凤强.高层建筑结构设计的实践探讨[J].科技创新导报,2009,21(8):942-943.
关键词:网架结构;设计;措施
中图分类号:S611文献标识码: A
1、网架结构设计要点研究
1.1、网架结构的优点
网架结构在大跨结构中应用广泛且发展很快,其造型优美,形态变化多端,可以满足建筑外观丰富多变的要求;结构自重轻,有很好的经济指标;网架结构为高次超静定结构,各杆件协同工作,即使某根杆件破坏结构仍不会变为静定结构,从而保证结构能正常工作,所以网架结构安全系数较一般结构形式的高;网架结构中一些杆件交汇到同一节点,同一节点处各杆件既共同受力,又互为支撑,所以其整体性能好、稳定性好,这对结构受力是非常有利的;由于其自身特定的结构形式,网架结构相比其它结构形式具有良好的抗震性能;网架结构中杆件主要承受轴力,这与杆件的主要受力形式相符合,可以充分发挥材料的力学性能,达到节约用材的目的;网架结构成功实现了以较小的空间来造就较大的跨度,并且可以利用上弦下弦之间的空间来布置管道设备等,可以创造大的建筑空间来满足人们的需求。
1.2、网架结构的形式
网架结构有两层和三层的形式,两层形式是由上弦、腹杆、下弦组成,三层形式是由上弦、上腹杆、中弦、下腹杆、下弦组成,目前的结构中应用最为广泛的是两层的网架结构形式。
2、网架结构设计过程中若干问题的探讨
2.1、网架设计软件的选取问题
目前,国内外设计网架结构的软件主要有MSTCAD,SFCAD,MSGS等,其中MSTCAD开发运用最早,因为其良好的建模、分析及出图等综合性能被广泛采用,该建筑物中的网架结构设计也是采用该软件。该软件不仅能分析各种网架、网壳结构形式,还能处理平面析架、空间析架、门式钢架等结构形式。
2.2、下部框架与上部网架的建筑物在结构建模时是分开建模还是整体建模的问题
一般情况下从理论方面分析,把上部网架与下部建筑物建在一个模型进行整体分析最接近实际情况,能分析上部与下部的协调受力,也能分析出结构的整体受力与稳定问题。但实际情况是这种形式的建筑物在建模过程别是实际工程在设计院进行设计建模时,由于下部结构是框架,框架一般用PKPM软件来进行建模与分析及出施工图等,而上部网架结构则一般多用MSTCAD软件来进行以上的工作,设计院所用的设计软件很少有能把上部与下部两种性质不同的结构建在同一个模型中,现在所用的SAP2000与Ansys等大型有限元分析软件虽然能把两者同时建在一个模型中进行整体分析,但在这些软件中进行建模比在前面提到的PKPM与MSTCAD中建模要复杂的多,且在这些软件中不能直接出施工图,对设计院来说工作效率会大大降低。
2.3、支座的选取问题
在网架结构设计中支座的选取问题是重点也是难点,网架结构中采用的支座形式有固定铰支座、弹性支座、滚轴支座等,而工程中最为常用的是固定铰支座、弹性支座两种支座形式。采用这两种支座形式各有其优缺点,当采用固定铰支座时由于支座处约束刚度大,所以上部的网架相对来说产生的轴力、位移、挠度等会较小,但其缺点是由于约束强,上部网架会对下部柱子产生很大的剪切力,这对下部柱子的设计会增加一定的难度。当采用弹性支座时,因为下部柱子在Z向对上部的约束较强,所以一般情况下会采取Z向固定约束,X与Y向为弹性约束,也即在X与Y向能释放内力,这可大大减小连接处柱子所受的剪切力,而在Z向柱子受的是压力,柱子的抗压能力是很大的,所以采用这种支座形式下部柱子的受力情况良好。但不利方面的是上部网架结构由于连接处的约束较弱,内部杆件会产生较大的轴力、位移与挠度,特别是跨中的挠度会有很大的增加。所以选用什么样的支座形式是根据多方面因素综合而定的。
2.4、杆件的设计与选取问题
在设计杆件时,拉杆与压杆的设计原则是不同的一一压杆是按照长细比限值进行设计而拉杆是按照强度限值进行设计,一般情况下按照强度限值比按照长细比限值设计出来的杆件要小,但是在实际工程中我们并不能按照这一原则来进行设计,因为当荷载改变或某些外部原因作用时拉杆有可能会转变为压杆,所以在设计时我们一般都是按长细比限制来进行拉压杆件的设计。另外按照网架受力特性运用规范、软件等计算设计出来的杆件规格在受力上是合理的,但是有时实际中并不能直接采用,因为要考虑到当地的材料供应问题,所以在设计过程中从材料库中选择杆件时最好要先了解市场,采用市场中常供应的材料。
3、网架结构的耐久性及设计
网架结构的杆件和节点采用钢材制作,但是钢材是非常容易锈蚀的,锈蚀杆件截面减小,以此就会大大的降低网架结构的安全性,尤其是在相关的使用环境比较潮湿的情况下,就应该更加的注意对网架防锈处理工作的强化。在以往的工作中,通过我们对现场网架结构的检测中发现,在相关的使用环境比较潮湿的情况下,网架的使用时间是不会太长的,都会产生一些杆件的锈蚀。对网架结构防锈方法有以下几种:改变金属结构的组织,在钢材的炼制过程中增加合金元素以提高钢材的抗锈蚀能力,如采用不锈钢;在钢材表而用金属镀层保护;在钢材表而涂以非金属保护层。当采用非金属涂料的防锈方法时,应根据网架使用的环境条件、腐蚀介质的情况等条件选择合适的底漆和面漆,并确定涂层厚度。
与此同时,我们在现场检查中发现部分螺栓球节点网架下弦杆与螺栓球间产生缝隙,这是由于下弦杆受拉变形引起的,潮气很容易通过缝隙进入钢管或高强螺栓中,腐蚀高强螺栓。所以等网架屋盖系统安装完毕,网架承受大部分荷载后,应用油腻子将接缝处填嵌密实。当使用环境比较潮湿时,最好是采用密封性较好的焊接球节点网架。网架节点设计时要注意不要出现死角,以方便焊接及进行防腐处理。网架由于其节点设计不合理造成焊接及防腐处理困难。检查中发现当网架周边的杆件埋在墙中时,杆件极易锈蚀,而杆件与墙面之间留有一定间隙时杆件不易锈蚀。所以在设计时应使网架周边杆件与墙面间留有一定间隙,以此防止杆件锈蚀及有利于杆件的维护。
结束语
综上所述,现阶段,网架结构是发展最迅速、被应用最多的空间结构形式,这主要因为其有众多的优点:其属于空间受力结构,故各杆件受力均较为均匀;同时其结构的高度较小,便可以利用较小的杆件来建造出较大的跨度,这样一来既可以满足大空间的要求又可以降低工程的成本,且可以充分利用建筑物的建筑使用空间;属于多次超静定结构,结构的安全度高;结构的整体抗震性能较好;整体结构的空间刚度较大,使得结构的稳定性较好;杆件主要是以承受轴向力为主,能充分发挥材料的强度;杆件的类型统一,适用于工业化生产、拼装和整体结构的吊装,施工周期大大缩短,使得工程的投资回报期限短等等。所以在以后的工作中,一定要特别注意对其的设计应用。
参考文献
[1]周燕.钢结构网架结构设计要点研究[J].江西建材,2014,07:12.
关键词:建筑 钢结构 设计 要点
在建筑工程的建设过程中,钢结构设计的要点分析,是非常重要的一项工作。在国内钢结构建筑工程数量快速增加的同时,钢结构设计优化水平,对于其整体的施工质量,发挥了一定的影响。如何根据钢结构建筑工程的实际施工情况,积极的探究钢结构设计的要点,确保钢结构建筑的施工质量符合相关建设标准,是建筑施工企业应关注的关键问题之一。因此,在实际工作中,进行钢结构设计工作,需要注重主体结构与细节部分之间存在的各个要点,并将其充分体现在施工方案中,才能更好的促进建筑工程施工工作的开展。
一、建筑钢结构设计的原则
在建筑工程的设计工作中,建筑钢结构设计的原则主要包括:考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求;确保计算简图和实用计算方法所依据的简图一致;结构的细部构造与构件的稳定计算必须具有一致性等三个部分的内容。在建筑钢结构设计的要点分析中,应充分重视钢结构设计的原则,并将其设计理念落实到具体的施工方案中,才能确保建筑工程的施工质量。
(一)考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求
在建筑钢结构设计工作中,考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求,是建筑钢结构设计的首要原则。在建筑工程设计与施工中,稳定性是钢结构设计中非常重要的一个问题,在各种类型的钢结构设计中,一旦钢结构的稳定性出现问题,就会造成严重的经济损失,甚至是人员伤亡事故。考虑整个体系以及各组成部分的稳定性要求,在很大程度上可以确保钢结构整体设计的问题性,避免钢结构出现严重的问题。
(二)确保计算简图和实用计算方法所依据的简图一致
在钢结构设计中,确保计算简图和实用计算方法所依据的简图一致,也是建筑钢结构设计的原则之一。确保计算简图和实用计算方法所依据的简图一致,主要是为了在设计单层和多层框架结构的时候,计算框架的稳定性依据统一,计算简图和实用计算方法所依据同一简图得出,这在很大程度上能够增加建筑钢结构设计的稳定性。
(三)结构的细部构造与构件的稳定计算必须具有一致性
在建筑钢结构设计的原则分析中,结构的细部构造与构件的稳定计算必须具有一致性,是其中非常重要的一项内容之一。结构的细部构造与构件的稳定计算必须具有一致性,要求传递弯矩与不传递弯矩的节点连接,以便可以增强结构的细部构造与构件之间的稳定性。因此,重视结构的细部构造与构件之间的稳定计算关系显得很重要。
二、建筑钢结构设计要点分析
(一)正确选用钢材与焊缝质量等级
在实际工作中,重视正确选用钢材与焊缝质量等级这一工作,要求设计人员在钢结构设计方案中,明确标明钢材与焊缝质量等级,以避免建筑钢结构出现严重的稳定性问题。此外,建筑钢结构的稳定性要求,所选择的钢材具有一定的屈服强度、抗拉强度、伸长率等特点,在此基础上,关注焊接连接的处理方法,确保焊接质量符合建筑工程的施工标准。因此,如何正确选用钢材与焊缝质量等级,对于建筑工程的整体施工质量也会产生一定的影响。
(二)重视结构选型
在建筑钢结构设计要点分析中,重视结构选型也是其中不可或缺的内容之一。在建筑钢结构设计中,结构选型对于实现其设计方案的目标,具有很大的影响。如何根据建筑钢结构设计方案,合理的进行结构选型工作也是非常关键的。在建筑钢结构设计工作中,从建筑工程的整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、试验结果等几个方面综合进行考虑,对于作出合理的结构选型具有一定的积极影响。因此,在建筑钢结构设计中,重视结构选型也很重要。
(三)强化结构布置的合理性
在实际的设计工作中,强调结构布置的合理性,是建筑钢结构设计要点分析中相对重要的内容之一。强调结构布置的合理性,要求设计人员根据建筑钢结构设计的整体方案及工程的使用需求,通过强调结构布置的工作措施的方式,促进建筑钢结构设计目标获得实现。此外,在强调结构布置的合理性的同时,优化建筑钢结构设计流程,可以有效的完善建筑钢结构设计方案,促使建筑钢结构的稳定性得到保障。因此,在进行建筑钢结构设计要点分析的环节,进一步强调结构布置的合理性也很重要。
(四)强调节点设计的科学性
为了顺利实现建筑钢结构设计目标,在建筑钢结构设计要点分析中,强调节点设计的科学性,具有积极的现实意义。强调节点设计的科学性,要求设计人员结合影响建筑钢结构设计的所有因素,在综合分析的基础之上,形成合理的建筑钢结构设计方案,确保建筑钢结构施工符合建筑工程的建设标准。同时,强调节点设计的科学性,也是确保建筑钢结构设计符合建筑施工标准的前提之一。因此,在实际工作中,强调节点设计的科学性,具有一定的现实意义。
三、结语
综上所述,在我国建筑工程的发展中,建筑钢结构设计的要点分析,始终是一项非常关键的工作。在建筑钢结构设计中,设计人员应充分关注建筑主体部分与细节部分之间存在的关联性,并有效的协调这种关联性,综合把握各方面的设计要点,进而实现建筑钢结构设计方案中技术与工艺的有效融合,最终实现建筑钢结构设计方案的顺利实施,提高建筑钢结构的施工质量。因此,在建筑工程施工中,重视建筑钢结构设计的要点分析,具有积极地现实意义。
参考文献:
[1]张永波.浅谈建筑钢结构设计的要点[J].城市建设理论研究,2012,(21).
[2]岑赓成.探析建筑钢结构设计的要点及注意事项[J].城市建设理论研究,2013,(31).
[3]闵卫中.建筑钢结构设计的要点及施工[J].城市建设理论研究,2015,(14).
【关键词】高层建筑; 钢结构设计; 注意的问题;
一、前言
随着新时期下建筑朝着纵向发展,钢结构建筑可以说是最好的载体,其应用范围不仅仅局限在住宅小区中,还包括了工业厂房以及公共场所等。从整体上来看,建筑钢结构具有良好的外观,较强的抗震性能以及总体成本低等优点。除此之外,建筑中所需的钢结构材料的主要用途之一就是加工制造,并在工地现场完成拼装工作,最终实现了施工效率的大幅度提升。但是现今建筑钢结构存在一些设计方面的问题制约了其在结构领域的发展。本文主要对钢结构设计中需要注意的问题和要点进行了分析,希望可以对大家日后的工作起到一定程度的帮助作用。
二、钢结构工程中的质量问题
钢结构工程质量问题的因素很多,也非常复杂。很多时候可能是同一性质的问题,然而造成的原因却大相径庭,所以对于钢结构工程形成的质量问题,需要多角度深入分析、判断、解决问题。就好比焊接裂缝,有的时候问题可能出在焊缝的金属中,也有可能是因为母材的原因造成的,当然也有可能是焊接表层,或是焊缝的内部;甚至可能是选取的焊接材料问题,或是在焊接过程中对温度的把控不严。这样一来,容易延误工程,若是建筑物质量不过关,可能对人造成伤害。因为钢结构工程不合理造成的质量问题也很多,比如,在钢构件的焊接过程中因为力度的变化,形成了新的裂缝,如果在焊接的接缝中有氢气进入的话可能造成裂缝的延迟。
三、高层建筑钢结构设计中应注意的问题
1、结构设计参数
钢结构的优质性能决定了前期设计工艺是非常复杂的,需要设计师先利用专业的数据统计软件对钢结构的各项技术指标进行严格精密的测试,只有通过了质量检测的钢结构才能真正投入大量生产再应用于施工中。具体的技术参数指标主要有水平荷载系数、抗震强度系数和结构的阻尼比等等。以水平荷载为例,建筑处于理想环境下,只有竖向荷载而水平荷载为零。但在正常生活环境中,一般都会存在不同程度的风荷载,在水平方向上将会对建筑的稳定性有所影响,设计师就需要根据当地环境可能的最大风荷载进行钢结构水平荷载系数的设计,以免出现建筑稳定性不佳而坍塌的事故。
2、强柱弱梁的设计
对于一个建筑而言,稳定性是最重要的,因为它关系到了整栋楼人的生命安全问题,也关系到一个国家以及地区的稳定。所以,在高层建筑的建设过程之中,要想保证建筑的稳定性就要保证主梁的稳定性。而在众多建筑结构材料的选用以及研究中,我们发现钢结构是比较稳定的,但是,我们不能保证它百分之百的稳定,因为强柱弱梁的设计是极其关键的,所以,在高层建筑结构的建造过程之中,柱子的材料我们一般选用钢材,因为由于它的硬度足以保证柱子的稳定性了,而墙梁的建造之中,我们就没有必要像建造柱子那样要求了,在这个时候,我们就可以选用质量较为轻的材料进行施工,但是我们要保证其建筑材料的质量,这样就可以保证建筑材料整体的重量,防止坍塌事件的发生,因而我们在设计的时候一定要综合考虑柱与梁的整体性。
3、钢结构建筑的抗震设计
我国目前对于地震的关注度越来越高了,尤其是在建筑方面。同时我国又处于环太平洋地震带以及太平洋板块和亚洲板块的交界处,所以地震事件的发生是属于见怪不怪的,所以,要想保证地震发生是能够在最大限度之上减少人员以及财产的伤害,就必须保证高层建筑具有防震性。因此在高层建筑钢结构设计的过程之中我们要增加抗震的设计。
4、钢结构建筑的抗火设计
钢结构的钢材虽然属于非燃烧材料,但是因为钢材料在高温下的膨胀系数很高,会造成钢材的变形,而且钢材具有良好的导热性,会导致火势的蔓延。而且一旦达到一定的温度之后还会引起爆炸,所以我们必须要注意钢材料的抗火设计,在选用材料的时候一定要考虑到钢材的熔点以及它的抗火性,这样我们就在硬件设计上大大的减少了因为钢结构钢材的引燃、引爆的事件发生;另一方面,我们在设计的时候好要避免电路的交叉,以及电路与钢材之间的距离。
5、钢结构设计要重视技术标准和规范
高层建筑的设计本来就是一个非常注重技术的一项工作,而钢结构的设计就更加的要求设计师的技术以及才能了。因为钢建筑的设计并不是只是在电脑上动动鼠标和在稿纸上动动笔那么简单的事儿,因为他要求设计者在设计稿件的时候一定要充分的调查施工地的自然环境以及高层建筑的楼层以及外形之外还需要充分考虑市场的建材行情。这样就可以在保证钢结构的质量的基础之上减少开支,充分保证国家以及人们的利益。
四、高层建筑钢结构设计中的要点
1、对钢结构适用性的判定
由于钢结构大多数都是使用在荷载较大、体型复杂、跨度较大以及高层建筑中,要求其便于拆卸、密封严、耐高温以及能够承受较大幅度振动,所以我们在进行钢结构设计之前一定要注意该条件下钢结构是否适用,能否满足正常使用需求。
2、加强对其结构的分析
在实际的设计工作中,我们通常对钢结构进行线弹性分析。现在新开发出来的一些软件则可以考虑钢材的弹塑性以及几何非线性,可以更加精准的对钢结构受力进行分析。但是我们在实际的工作中,并不全依靠先进的软件,也可以通过对力学手册等工具书的充分利用,来获得结构的内力以及变形等数据,并通过相关的计算进行分析。一旦遇到复杂的建筑结构就需要进行建模,对其进行详细的模拟分析。
3、加强对其截面的分析
在进行结构布置后,应对钢结构的截面进行预估。首先就要对主要支撑以及梁柱的尺寸以及形状进行假定,其中钢梁可以选择H型钢或者槽钢,根据支座和荷载的情况,我们可以将截面的高度定在跨度的1/50~1/20之间。此外还要按照梁间侧向支撑的l/b限值进行翼缘宽度的确定,由于这种方法避免了对钢梁稳定性的计算,现阶段已经得到了广泛的使用。在确定了截面高度以及翼缘宽度后,我们可以按照相关规范对板件的厚度进行预估。其中λ在50~150的范围内进行选择,但大多数为了便于计算都选在100左右。再根据轴心受到压力的不同,可以选择H型钢或者钢管。根据不同的结构,我们可以选择不同的界面构造。最后,我们就是需要根据构件受力的实际情况,在考虑到安全、美观的前提下,进行构件截面形式的自由选择。
4、加强对节点的设计
钢结构的设计工作中,节点的设计工作是其中最为关键的一部分,因此,我们必须避免由于模型分析的节点与设计的节点不一致的现象,所以我们要按照不同的传力特性,将节点分为半刚接、铰接以及刚接三种,其中具体的选择要按照钢结构的实际受力进行选择。
五、结束语
近年来,随着世界先进的钢结构设计概念和设计思想的涌入,进一步推动我国钢结构的发展。虽然在一定程度上,与发达国家相比,中国的钢结构设计水平有很大的差距。但是随着我国经济的快速发展,以及相关研究工作者的不断努力,我们有理由相信,在不久的将来,中国的钢结构水平将迈向一个新的台阶,达到高质量、高水平、高水准的设计目标。
参考文献:
[1]申海啸,张玉生,蔡鹏.谈钢结构设计的一般过程[J].陕西建筑,2008(09)
关键词:结构设计;结构选型;经济性;指标控制;规范
近三十几年来,随着市场经济飞速发展,我国建筑业取得了举世瞩目的成就。据国家统计局网站数据,我国建筑年竣工面积从1996年6.00亿平方米增长到2015年的42.08亿平方米。就建筑技术水平而言,迄今为之,建设完成的结构复杂、技术含量高、设计理念超前的建筑不胜枚举。作为身处其中的结构设计师,我们扮演了重要的角色,同时也受惠良多。
1结构设计条件的梳理
1.1初识建筑,掌握其要素
建筑方案设计阶段,建筑设计师会提供建筑物的主要平面、立面及剖面图纸。如同解一道数学应用题,此时正是重要的读题阶段。全面敏锐地关注涉及结构设计的建筑要素至关重要。这些要素主要包括:建筑安全等级、高度、体量、最大跨度、平面规则性、竖向规则性等。通过对这些要素的提炼,可以比较全面地掌握拟建建筑的结构要素,将注意力集中在这些要素上就可以避免出现忽视结构设计的重要先决条件。
1.2掌握环境条件
拟建建筑存在的外部环境对结构设计会产生极大影响。这其中主要包括外荷载、地质条件、耐久性影响因素等。外荷载主要包括地震荷载以及风荷载,应着重关注地震设防烈度、基本风压,其次还要注意地形地貌对设防烈度及基本风压的修正。地质条件主要包括:场地是否存在地震断裂带、土体的稳定、地基承载能力、是否处在暗河、溶洞等不利于承载区域等。耐久性影响因素主要包括高温、高湿环境、侵蚀性气体、水及土壤对建筑材料的腐蚀性等。
1.3评估建筑方案,提出修改建议
方案评估和修改过程是结构设计师同建筑师重要的技术交流阶段。也是最适合结构师提出拟建建筑可能造成结构设计的不适宜、不合理、不经济等专业性建议的时间点。例如,场地与地震断裂带的避让距离不足或土体存在滑裂破坏等地质灾害可能导致的不适宜建造;地基承载力较低或抗震设防烈度较高对于建造较高高层建筑的不经济;建筑竖向的严重不规则导致抗震、抗风不利的不合理等。结合这些因素对建筑方案作出准确的量化指标评价,综合权衡建筑物的安全、经济、美观适用要求,提出必要的修改建议。这个阶段是规避方案性错误的重要阶段,决定了之后结构设计的合理性甚至可行性。
2结构选型和构件布置
2.1结构选型
建筑上部结构体系大致分为:砌体结构、框架结构、框架-支撑结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构以及筒体结构。各结构体系有其自身的力学性能及适用范围。针对不同的承载需求,提供合理的强度及刚度是结构选型的核心内容;当然,建筑空间及外观的需求也是必须兼顾的。另外就是楼、屋面水平结构受力体系的优化比选,尤其对于大跨、重荷载的情况一般应多方案量化比较。通常采用的密肋楼盖、预应力混凝土结构、钢实腹梁结构、钢桁架结构、乃至钢网架结构均有其适用情形。基础选型同样如此,基础必须具备足够的承载及抗变形能力。基础类型大致可分为:独立基础、条形基础、筏板基础、箱型基础、桩基础。基础选型是针对不同的荷载需求及地基承载力,选择能可靠传递荷载并控制建筑沉降变形的基础形式。基础选型对结构设计经济性控制所起到重要作用,尤其对于地基条件较为复杂的情况。因此,基础选型也应进行多方案比较,结合当地及同条件项目经验显得尤为必要。
2.2构件布置
结构体系一旦确定,结构材料也基本确定完成,同时非结构构件材料也应会同业主进行认定,例如填充墙以及楼、屋面建筑面层做法等。这些非结构构件材料的确认是为下一步荷载计算及截面预估做准备。构件布置主要内容包括确定结构构件的类型、截面尺寸以及布置位置,从而绘制结构平面布置图(俗称模板图)。模板图的设计要求在每一处构件布置时都应协调好建筑的影响与结构自身构建的合理。截面尺寸的准确预估,布置位置的合理,可以避免后续结构模型计算时的大量反复调整工作。经验丰富的设计师能够高效率,很多时候是对模板图设计的精准把握。
3计算分析及指标控制
3.1准确建模及参数设定
目前,主体结构计算分析大多采用中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件。准确地建立计算模型是做好计算分析的前提。主要应从截面尺寸、材料强度、荷载计算以及边界条件等方面进行控制。截面尺寸与材料强度应力求与施工图精准一致。就荷载布置而言,恒荷载应确保精确,活荷载应充分考虑使用阶段可能出现的载荷情况;地震及风荷载应遵照规范条文进行必要的修正。梁柱节点的刚性假定,构件支座约束情况等边界条件的设定应充分体现实际力学响应,不合理的边界条件设定可能导致构件乃至整个结构体系的受力分析错误,极易造成严重的设计责任事故。PKPM软件分析和设计控制参数主要包括总信息、计算控制信息、荷载信息、设计配筋信息等几大类。需要充分理解参数的意义,掌握其对分析设计的响应,同时结合规范条文、软件使用手册、设计经验才能设定准确。这里例举部分重要的SATWE参数:“刚性楼板假定”、“考虑双向地震作用”、“抗震等级信息”、“梁柱重叠部分刚域”、“柱配筋计算原则”、“箍筋间距”。这些参数对分析结果的重要指标及配筋控制都起着很大的作用。
3.2补充计算
绝大多数结构构件能通过软件的整体分析完成设计,但对于特殊构件或节点,例如弧形梁、复杂的转换构件、重要的连接节点等需要借助于其它计算程序或人工进行补充计算。另外,对规范有明确要求进行多模型对比时,还应采用多款软件对整体模型作必要的校核对比及修正分析。目前,同我国规范结合较好且应用较为普遍的结构分析软件有《3D3S》、《MIDAS》、《ETABS》、《SAP2000》;复杂节点应力分析、非线性分析一般采用通用有限元分析程序,如《ANSYS》、《ABAQUS》。对于特殊构件及复杂节点,结构设计者必须充分掌握其应力应变状态、承载力水平,在构造设计中才能做到有的放矢。
3.3指标控制
分析结构的各项指标控制实质是执行规范条文,也即对结构设计经济、安全性的量化控制。重要的控制指标有:“刚度比”、“轴压比”、“位移比”、“周期比”、“刚重比”、“剪重比”、“抗剪承载力比”、“倾覆力矩百分比”、“位移角”、“配筋率”、“有效质量系数”等。准确理解这些指标的概念、控制意义以及影响因素十分重要。只有理解了这些,才能有目的地进行结构布置的调整从而控制好各项指标,使拟建建筑的结构获得必要的强度与合理的刚度。
4规范分析
我国建筑工程结构设计主要采用的标准规范有:《工程结构可靠性设计统一标准》、《建筑抗震设防分类标准》、《建筑结构荷载规范》、《混凝土结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《建筑地基基础设计规范》、《钢结构设计规范》、《砌体结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规范》、《高层民用建筑钢结构技术规范》等。这些规范主要从“布置规定”、“材料选择”、“荷载计算”、“分析原则”、“计算控制”、“构造要求”等几部分构架了完整的结构设计规定,全面系统地制定了建筑工程结构设计的规则。我国规范标准按等级分为国标、行标、地标、企标。相互之间的关系是:下一级标准必须遵守上一级标准,下级标准的规定不得宽于上级标准,但可严于上级标准。由此可知,在运用下级规范时我们需要掌握严于上级的条文,另外就是结合行业或当地实情细化的、更为明确的条文。规范条文按属性分为强制性条文和推荐性条文。强制性条文通常采用“应”提出遵守要求,对于以黑体字着重提出的是强制性要求遵守的;推荐性条文通常采用“宜”提出遵守建议。总之,规范条文是最低的设计要求,通常情况都应遵守采纳。
5结语
我国的建筑业尽管已经蓬勃发展了三十多年,但就目前所处的城市化水平而言,建筑设计仍然有着很大的市场需求。加之老旧建筑的改造加固以及新的结构材料、体系的出现,建筑结构还有着很多技术领域等待探究。作为建筑工程设计者,我们始终被委以重任;不断学习,不断总结才能肩负起这份职责。
参考文献
[1]朱丙寅《建筑结构设计问答及分析》中国建筑工业出版社,2013
[2]GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中国建筑工业出版社,2010
[3]GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中国建筑工业出版社,2010
关键词:建筑结构设计;内容;原则
Abstract: in recent years, with the improvement of people's living level, enhance the national economic strength, the design of building structures in China is more and more variety, emerge in an endless stream of building structure design. Design of building structures has become a hot public opinion, this paper is to analyze the demonstration of the building structure design, discuss should pay attention to in the design of building structures of some.
Keywords: architectural design; principle;
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
一、建筑结构设计内容简介
尽管目前我国建筑结构的设计,越来越花样纷呈,但其设计的中心思想还是不变的。建筑结构设计主要包括有两个部分:一部分是基础设计;另一部分是上部结构设计。
(一)基础设计包括:
1、确定基础采用的形式。应根据下面五个因素来确定基础所采用的形式:材料的供应能力;所供给材料的强度等级;工程地质方面给出来的地质勘查报告;上部结构所采用的类型;上部结构传给基础的荷载效应;当地建筑施工队的技术水平。基础可以采用的形式共有三种,分别是浅基础的条形基础、独立基础,深基础的桩基等。
2、计算地基承载力的大小,当合力和基础的重心重合时,反力的计算公式为:P=,
确定最终的基础底面积。
3、计算基础的配筋,计算基础的内力。
4、构造措施的准备,要注意准备的构造措施必须是必要的。
(二)上部结构设计包括:
1、分析总建筑的设计方案,并据此来确定选用的主要材料和结构的体系。
2、合理布置结构平面;
3、估算构件的横截面的面积;
4、分析计算内力和荷载;
5、计算结构;
6、分析结果,确定最终的上部结构设计方案。
基础设计和上部结构设计的方案都定下后,就要开始绘制结构施工图,两部分的设计要体现在结构施工图上。因此,结构设计者在设计结构时,既要掌握设计的内容也要注意设计的各要点,这样才能构造出合理的设计。
二、建筑设计的原则
(一)抗震验算时,由楼盖和具体布置来决定验算时用的理论方法,要格外注意场地类别。为了提高建筑物的抗震能力,可以加剪力墙的地方要尽量加。垂直地震的危害一直被人们所忽视,实际上,垂直地震的危害也是很大的。因此在建筑设计时要注意对垂直地震的防范,结构设计最好用双向梁柱。目前,《规范》(简称)对垂直地震的危害也不够重视。
(二)禁止雨篷出挑于填充墙。跨度比较大的阳台、雨篷最好考虑抗扭,抗扭的扭矩为跨度的一半乘以梁中心板的负弯矩。
(三)框架结构的电梯井壁要采用粘土砖进行建筑,电梯梯井的四角要加构造柱。每层墙体的重量要用每层的梁来承载,而不能用砖墙来承载。如果是高层建筑,在门洞上方要加圈梁。楼房建筑的电梯的位置一般比较偏,如果电梯的梯井采用混凝土,那么梯井的刚度就特别大,在这种情况下,最好在其他地方加上剪力墙,那样对整体结构也十分有利。
(四)如果建筑所在地的地下水水位比较高,在设计暖沟时就要注意防水。常用的方法就是用混凝土做“U”型的暖沟,负责输送暖气的管在进入室内之前先进入防水套管。如果建筑设计中有地下室,在设计地下室时要注意,防水混凝土设计抗渗等级不小于P6,最低强度等级C25,而且,在混凝土内要加入膨胀剂。
三、建筑结构设计的要点:
(一)建筑物地基设计
最近这些年,经常发生由于地基沉降导致的建筑物或构件裂开甚至损毁的事件,危害构件使用寿命的同时对居住者的人身安全也构成威胁。为了防止这种事的发生,应从基础措施、地基、结构措施和建筑措施等五个方面加以控制,尽量防止或减少地基沉降对建筑物的害。高层建筑和多层建筑对地基的要求不同,应该区别对待。
1、高层建筑:为了保证建筑物的稳定,高层建筑的地基需要比较深的埋藏深度。为了节省资金,地基一般采用桩筏结合或桩箱的形式。采用这两种形式的地基时首先要保证箱体整体的刚度。如果上层建筑结构起伏很大,下层的桩端就要埋在同一个土层中,同时还要考虑液化的影响。
2、多层建筑:为了节省资金,多层建筑物一般不采用长桩。但如果地基下面的软土层太厚,为了防止建筑物沉降,对地基就需要进行处理。处理的方式有很多种,在选择处理方式前,既要注意地基的环境情况和特点也要注意上层结构的外部环境和特点,最后根据工程设计者的要求,确定地基的处理范围、处理实用性以及地基处理的技术指标等问题。在选择地基处理方案时,还要考虑施工队的意见、经验以及方案本身的成熟程度。最终选定的方案既要经济合理又要安全实用。地基处理时还要考虑处理后的强度以及对变形的要求。
(二)高层建筑的宽高比例。
关于高层建筑的宽高比例,相关部门做出过明确的规定,但对如何计算,却没做出过相应的规定。只在《高层建筑混凝土结构技术规程》的第4.2.3条的条文中说一般场合用最小投影来计算,但在很多场合这种计算方法并不适用,在这种场合时,应该让设计人员视具体情况来确定算法。
(三)剪力墙上的梁支、框支问题。
《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》对框支柱、框支梁配筋的多少,横截面的面积都做了详细的规定,但对剪力墙上的框支梁却没做过规定,也没提出过建议。剪力墙上的框支梁实际上是把一个大的荷载集中到一点然后加在剪力墙上,这个集中荷载既包括集中扭矩和弯矩,水平向和竖向,也包括集中的推拉力和集中的压力。尽管剪力墙的承载力比较强,但承载这些方向力的却是剪力墙的弱轴,很有可能承载不住。因此做这方面的工作时笔者建议:
1、确定剪力墙的厚度要参照:《高层建筑混凝土结构技术规程》对框支柱截面的规定,对框支梁水平段钢筋锚固的要求,关于无翼墙的要求。
2、如果剪力墙的宽度大于或等于框支梁的宽度,在按框支柱时必须设置暗柱,并对配筋和构造进行计算。
3、验算剪力墙上的框支梁的抗震能力。
(四)强柱弱梁设计理念。
强柱弱梁主要是针对地震设计的,强柱弱梁可以实现大震不倒、中震可修、小震不坏的抗震目标。如果建筑物的柱被震坏,整座建筑都会倒塌,如果梁被震坏,那可能只是塌一小部分,从这一层面上来讲,柱比梁重要,设计人员在设计时要考虑到这一点,柱轴压比要严格控制。对建筑各方面的计算一般都是在小震的情况下进行的,如果小震情况下,柱轴压已经过大,那么大震时再加上百分之三十的附加轴力,建筑物非倒塌不可。因此,在设置配筋及柱断面时要区别对待。加强角柱和边柱,特别是角柱,最好全柱加密箍筋,配筋率要大于或等于百分之一。
抗震目标
水准等 级 抗震目 标 具体解释
第一水 准 小震不 坏 当遭受的地震的等级低于本地区多遇地震时,主体结构不需修理仍可居住。
第二水 准 中震可 修 当遭受的地震的等级等于本地区多遇地震时,主体可能被损坏,但只要经过一般修理仍可居住。
第三水 准 大震不 倒 当遭受罕见地震时,建筑物不致倒塌而危及居民生民。
(五)上部结构超高问题。
在设计上部结构时,对总高度要有严格的要求,不是越高越好。相关部门出台的新规定将高度分为A级和B级两级,而且,对两种不同等级高度的建筑物,设计方法和处理措施也都有很大的改变。因此,在实际的建筑结构设计中,如果结构设计发生变化,要马上考虑超高的问题,严格遵守相关规定进行设计。
参考文献:
[1] 张阳,刘亚雷. 建筑结构设计应注意的要点简析[J].科技信息,2012,24.
[2] 刘强. 建筑结构设计需要注意的几个问题[J].中国房地产业,2012,01.
[3] 刘振江. 关于建筑结构设计应注意的问题分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012,23.
关键词:多层框架结构;设计关键点;有效措施
1.框架柱与梁的连接设计要点
多层框架结构在抗震计算过程中,受力构件的矩计算主要是由框架梁、柱的刚度来决定,即哪个受力构件分配刚度较大大,其对应弯矩计算数值也就越大,因此在多层框架结构体系中,设计人员将框架柱截面尺寸相对较大,从结构安全性角度来分析,对主体结构体系完全有益的,同时满足我们设计常说的弱梁强柱结构设计原则。
除此以外,大部分结构设计人员一开始确定结构设计方案时采用弹性受力分析法,然而框架梁作为受弯构件则采用的弹塑性受力分析法。在《高层建筑混凝土结构技术规程》中对于框架结构体系的框梁弯矩调幅方面进行详细叙述,通常取0.8 ~1,笔者通常在结构计算中取值0. 85,这在某种意义上控制框架梁支座抗弯能力,形成我们结构常见的塑性铰,增强了结构受弯构件的变形能力,这就在抗震作用下,框架结构体系主要特点就是能将结构构件发生形变从而能够转化内部能量甚至逐步消耗,实现震预计目标。
对此,笔者认为在框架梁配筋计算过程中完全不需要放大梁支座的配筋面积,甚至可根据实际情况乘以折减系数,而对于梁跨中弯矩计算则需要满足以下条件要求(如下图所示),如特殊情况需要增加框架支座端部的配筋面积,那么其配筋的增加量要结合框柱配筋情况考虑,避免框架柱出现塑性铰,违反设计原则形成强梁弱柱。
2.多层框架结构基础设计关键点
在多层框架结构体系计算中,设计人员根据地质勘查报告显示所属区域地基承载力较差或基础扩展面较宽,通常选择柱下条基这一基础形式,同时验算基础在节点处使用双向不利条件,合理增加基础宽度。对于一些建筑地质条件好,且持力层埋深超过3m的情况下,在建筑方案设计过程中笔者建议业主单位可在正负0以下做成地下储藏室或停车场。如框架结构所对应地质条件符合设计标准时,筏板基础无需对外延伸拓展,这对主体结构防水有利,同时根据规范要求需要间距40米布置后浇带避免主结构出现温度应力出现变形与裂缝,待预订时间后后施工人员可用高于基础标号的混凝土进行浇注,笔者认为在建筑中增加地下室可能够减少地基的附加作用力,有利于主体结构承载力的提升,主体结构在地震作用条件下处于更加有利地位,在结构设计中基于主体结构安全性,笔者反对在建筑中布置局部地下室,笔者甚至要求地下室的埋深应当保持一致,由于地下结构外墙均为混凝土结构,这就能够取消部分基础连粱与地梁,在基础设计在违反设计强制性条例与标准的情况下尽量少设伸缩缝与抗震缝,一旦布置需要采取一定的加强措施。
多层框架建筑周围如有已建房屋,那么笔者建议设计人员需要收集周围建筑的信息如基础埋深等,对于新建建筑其埋深不得超过已建建筑,如是功能需要其埋深超过已建房屋的埋深,那么新建基础与已建间距应当大于2倍埋深高差,同时建议布置抗侧向滑移桩,最大程度上保护原有房屋免遭损坏。笔者不建议同一框架结构层数偏差过大,如层数相差大,则需要在应低楼层对应基础区域内铺设焦碴控制地基的附加作用力,除此以外框架结构基础偏心差要有所控制,在必要的情况与周围基础布置为柱下条基形式。对于柱下条形形式,其底板偏心也要有所控制,如偏差过大需要将其布置为一端自由三端支承,对于双柱条基其基础形心与受力重心保持对应,基础承台为布置为阶梯形,对于独立基础连梁配筋适用通长布置,对于一层内的隔墙无需另外布置基础,只需加厚混凝土地面,除此以外通常建筑沉降呈锅底形状,这就要求基础受拉区与其整体弯曲产生协同,基础钢筋应保持拉通,对于基础连梁底筋也需拉通处理。
3.框架柱设计关键点
在多层框架结构设计过程中,为了造型需要将上部框架柱布置为圆柱,为了便于实际施工,地下部分仍可使用方柱,圆柱钢筋纵向数量不得少于8根,并采用螺旋箍,在圆柱端部要布置水平箍筋段,对于方形框柱其箍筋应采用井字箍,并结合规范要求对齐加密处理,对角柱、梯柱不仅需要对纵筋适当放大,箍筋更是全场加密,在设计中对框柱纵筋间距、规格有明确要求,即其不得大于200mm。对于框架柱内埋设管道,其管道小于框柱4%,对于框架柱其混凝土标号也有所规定,不得低于C25级。对于异型柱框架结构,梁钢筋纵筋较多的情况无需一排布置,否则造成混凝土在连接部位浇筑困难,同时异形柱与框架刚度要注意控制,其偏差不要过大。 在框架混凝土结构体系中,框架柱高度与截面尺寸比值少于4且框架结构的剪跨比不大于2,该框架柱则为短柱,笔者认为短柱容易在地震条件下,造成构件出现脆性破坏,除此以外构件的变形情况受到限值,必然造成建筑物产生破坏,笔者建议在设计过程中应当杜绝采用短柱,而造成短柱主要由于楼梯平台以及结构错层造成净高受限。一旦在混凝土框架结构体系中布置短柱需要提高框柱自身抗剪能力与变形保留数值,还需要布置复合箍筋,沿短柱全长加密,确保短柱钢筋布置合理对称。
4.混凝土框架结构薄弱层注意要点
混凝土框架结构薄弱层主要是在偶遇地震作用下,薄弱层结构出现一定位移,而结构薄弱层在设计过程中其承载极限数值应符合抗震承载受力标准,笔者结合自身设计经验认为如震级超过7级时,框架结构体系易产生薄弱情况,在设计过程中结构应出现薄弱层,而消除结构薄弱层需要采取有效措施,提高楼层抗侧移水平,还应扩大薄弱层的梁、柱构件尺寸,除此以外可通过调整薄弱楼层高度或者控制基础埋置尺寸,在业主的要求上其薄弱层应在施工图与结构计算中,确保根据规范标准采取构造措施,设计人员需要进一步验算薄弱层自身的屈服强度,其楼层屈服系数需要根据构件的材料标准与实际配筋展开计算,并结合楼层受剪力与地震作用力来复核楼层地震剪力数值,如地震烈度超过7度时,其楼层屈服系数低于0.5的情况下,还需演算主体结构的弹性变形数值,确保其满足建筑抗震规范的具体要求,一旦不符合上述情况,同时需要二次调整混凝土框架结构体系。
结束语:
综上所述,多层框架结构体系在建筑中得到广泛应用,随着建设单位对于使用功能与立面造型要求日益丰富化、多样化的情况下,造成广大设计人员的设计难度不断提高,结构设计人员应当基于设计规范要求,解放思想、开拓思维、创新方法,在多层框架结构设计中不断优化与完善,更好为业主服务。
参考文献:
[1]沈珊珊.论建筑框架结构设计技术措施[J].建筑工程技术与设计, 2014, (11):99-99.
关键词:高层建筑;剪力墙;结构设计
Abstract: This paper mainly for high-rise shear wall in the structure arrangement, beam and plate layout, continuous calculation method of shear wall linked three aspects such as the design and control are analyzed.
Key words: high-rise building; shear wall; structural design
中图分类号:TU973 文献标识码:A 文章编号:
一、结构布置设计要点
剪力墙的位置要遵循均匀、分散、对称和周边的原则,应沿房屋纵横两个方向布置。剪力墙宜布置在房屋的端部附近、平面形状变化处、恒荷载较大处以及两端楼(电)梯处,在结构中部尽量减少剪力墙的布置量。在平面布置上尽可能均匀、对称,以减小结构扭转。不能对称时,应使结构的刚度中心和质量中心接近。沿高度均匀变化;在竖向布置上应贯通房屋全高,使结构上下刚度连续、均匀。多均匀长墙(增加抗侧刚度和减少剪力墙数和混凝土用量),少短墙(抗震性差);可布置成单片形(不少于三道,长度不超过8m)、L形、T形、工字形、十字形或筒形最佳,H/L≥2,少复杂形状转折。洞口布置在截面中部,避免布置在剪力墙端部或柱边。
为了保证楼(屋)盖的侧向刚度,避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形,应控制剪力墙的最大间距。而剪力墙的厚度则由以下因素确定:
(1)通过结构分析,在满足最大层间位移、周期比、位移比的各项指标确定每层剪力墙的厚度;
(2)不同抗震等级的轴压比的限制;
(3)构造性及稳定性要求(而稳定性一般会满足);
(4)对于普通的住宅建筑在7度或8度地区,墙厚大多情况下是按稳定性和 构造要求所控制的;
首先剪力墙厚度应满足《高规》7.2.1条7.7.2条规定(其实是高厚比要求),当不能满足上面几条的时候应按《高规》附录D 计算墙体的稳定,从大量工程实例看,按《高规》附录D计算的墙厚比《高规》7.2.1条7.7.2条规定的小得多[1]。故稳定性一般会满足;此时剪力墙墙厚主要由构造与施工要求控制。建筑物高度在百米以下时剪力墙厚度一般取200~300mm。
剪力墙墙肢长度不能太短,否则就短肢(4-8倍),不能太长(大于8m),受弯后产生的裂缝宽度会较大,墙体的配筋容易拉断。故我们控制剪力墙的墙肢长度大于厚度的8倍一点点,比如200墙;取1650墙肢长度,300墙取2450墙肢长度就行,但整个剪力墙的墙肢长度一般不要超过4m,当墙的长度很长时,可通过开设洞口将长墙分成两段长度较小的墙段。用以分割墙段的洞口上可设置约束弯矩较小的弱连梁(其跨高比一般宜大于6)。墙肢旁边为门垛时,门垛与墙肢合为整体。门窗边离墙肢距离较近时(
二、梁板布置设计控制要点
对高层住宅,荷载一般不大,楼板绝大多数均为构造配筋,板厚就决定了楼板用钢量的大小,所以楼板厚度一般按挠度、裂缝及板内设备穿管的最低要求取值,不必过厚。
客厅、卧室、厨房、卫生间:
LO(短跨)≤2.9m,h=90mm;LO=2.9~3.9m,h=100mm;LO=4.0~4.4m,h=110㎜;LO=4.5~4.8m,h=120㎜;LO=4.9~5.2m,h=130㎜
阳台:h=90
屋面板:h≥120㎜,屋面板负筋拉通筋应优先用Φ10@200或Φ10@180(HRB335),板面通长钢筋不足时,板支座处另设计附加钢筋,施工图中应注明贯通钢筋与附加支座钢筋应间隔错开布置;
楼层梁布置时,应保证梁具有简单明确的传力路径,避免多重次梁、多次传力的情况。剪力墙结构中的梁经济跨度一般在3.0~5.0m之间;若非刚度及连接一字形墙的需要,不宜设置高连梁;建筑的洞口顶可设置后浇过梁[2],再砌梁上填充墙;较小跨度(3.6m以内)的板上有隔墙或开有洞口时,墙位置或洞口边可不设置梁,可在板内设置加强筋的方式予以解决。梁截面一般按如下规定取:
外墙梁:200(250)×600
内墙框梁:200(250)×400~600
内墙小梁:200×300~400
阳台挑梁和边梁:200×400(受力较大处,不影响立面处可加大)
100厚小隔墙下梁:150×300~350三、连续化方法计算联肢剪力墙
对于联肢墙,连续化方法是一种相对比较精确的手算方法,而且通过连续化方法可以清楚地了解剪力墙受力和变形的一些规律。连续化方法把连梁看做分散在整个高度上的连续连杆。
基本假定
(1)连梁的反弯点在跨中,连梁的作用可以用沿高度均匀分布的连续弹性薄片代替(连梁连续化假定);
a结构尺寸; b计算简图;c基本体系
(2)忽略连梁轴向变形,即假定两墙肢水平位移完全相同,同一标高处,两肢墙的转角和曲率相等。 (3)层高h和惯性矩I1、I2、Ib及面积A1、A2、Ab等参数,沿高度均为常数。2.方程的建立在连梁的反弯点处切开,双肢墙变成两个静定的悬臂墙,切口处的轴力σ(x)和剪应力τ(x)是未知力,由切点处的相对位移为零的变形协调条件,可得沿剪应力τ(x)方向的变形连续条件的表达式:
δ1(x)——由墙肢的弯曲和剪切变形产生的竖向相对位移;
δ2(x)——由墙肢的轴向变形产生的竖向相对位移;
δ3(x)——由连梁的弯曲和剪切变形产生的竖向相对位移。
在x处作截面截断双肢墙,由平衡条件有:
3.联肢墙的内力计算
由以上两式,可得连梁中点处的剪应力τ(x),计算j层连梁内力,用该连梁中点处的剪应力乘以层高得剪力(近似于层高范围内积分),剪力乘连梁净跨度的1/2得连梁根部的弯矩:
墙肢的总弯矩和总剪力:式中,Mpj,Vpj——第j层由于外荷载产生的弯矩和剪力。ms——第s层(s≥i)的总约束弯矩:
式中, 是墙肢考虑剪切变形后的折算惯性矩:4.联肢墙计算结果讨论
(1)整体系数
式中,s——联肢墙洞口列数,s+1即为墙肢数; ai,ci——2ai,2ci分别为第i个洞口的净宽及相邻墙肢重心到重心的距离; T——轴向变形影响参数;——第i列连梁的惯性矩。
α值小,说明洞口很大,连梁的刚度相对很小,墙肢的刚度又相对较大,连梁的约束作用很弱,水平力作用下,双肢墙转化为由连梁铰结的两根悬臂墙。当洞口很小,连梁的刚度很大,墙肢的刚度又相对较小时,α值较大。连梁的约束作用很强,墙的整体性很好,双肢墙转化为整体悬臂墙。这时,墙肢中的轴力抵抗了水平荷载产生的弯矩的大部分,墙肢中的局部弯矩较小。当α值介于上述两种情况之间时[3],墙肢截面上的实际正应力,可以看作是由两部分弯曲应力组成,其中一部分是作为整体悬臂墙作用产生的弯曲正应力,另一部分是作用独立悬臂墙作用产生的局部弯曲正应力。 (2)联肢墙侧移和内力分布
联肢墙的侧移曲线呈弯曲型,整体系数α越大,墙的抗侧刚度越大,侧移减小;整体系数α越大,墙肢弯矩越小。连梁最大剪力在中部某个高度,向上、下都逐渐减小。整体系数α越大,剪力增大,最大剪力位置越接近底截面。因为墙肢轴力是该截面上所有连梁剪力之和,整体系数α越大,墙肢轴力增大。 (3)墙肢剪切变形和轴向变形的影响20层联肢墙分以下三种情况按连续化方法计算得到的内力和位移比较图。第一种考虑弯曲、轴向、剪切变形;第二种考虑弯曲、轴向变形;第三种仅考虑弯曲变形。第一种和第二种计算结果对比发现,不考虑剪切变形,误差不大,不超过10%。从第一种和第三种计算结果对比发现,不考虑轴向变形的影响误差较大。层数愈多,轴向变形的影响越大。《高规》:对50m以上或高宽比大于4的结构,宜考虑墙肢在水平荷载作用下的轴向变形对内力和位移的影响。
参考文献:
[1] 李东升.高层剪力墙结构设计新规定探讨[J].山西建筑,2011,37(1):36-37.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2011.01.022.