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关键词:多层建筑;异形柱;框架结构;结构设计;优化措施
中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
1、引言
随着我国住宅建筑规模的不断扩大和住宅产业化的发展,建筑功能优于普通框架结构的钢筋混凝土异形柱框架结构应运而生。与传统砖混结构、框架结构相比,异形柱避免了房间边角因采用矩形柱时所产生的棱角突出,从而使房间平整、布置灵活,而且增加了使用面积,体现住宅的经济性。
异形柱指的是除了矩形、圆形以外的截面形式,如T形、十字形、L形等截面形式,它的优点是,柱肢基本与填充墙等厚,使室内不出现柱肢,便于室内灵活布置,又可增加使用面积。异形柱结构受力体系由异形柱或异形柱加剪力墙、框架梁组成,共同承受水平荷载和竖向荷载。目前,国标《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJl49-2006)在总结地方规程的基础上已经正式实施,下面着重对多层建筑采用异形柱结构设计进行分析探讨。
2、异形柱结构的受力机理分析
2.1承载能力
异形柱的截面形式主要有T形、十字形、L形和Z形(较少采用)等,L形多用于墙转角,T形和十字多用于纵横墙交接处。由于截面的这种特殊性,其墙肢平面内外两个方向的刚度相差较大,各个方向的承载力也有较大差异。
2.2变形特征
异形柱的肢厚一般为200-250mm,为了获得足够的承载能力,异形柱的肢长一般不会太小,由此会容易造成剪跨比过小,形成短柱。由于肢厚较小,为薄壁构件,剪切中心与截面形心往往不重合,变形以剪切为主,构件的变形能力下降。由于异形柱属于薄壁构件,也会因截面曲率M/日较小,使弯曲变形性能有限,延性较差。
2.3破坏机理
异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面之外,受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土的协调变形。这种变形协调,使各柱肢内存在比较大的翘曲应力和剪应力。国内外大量的试验资料和理论分析表明,异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等。影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、剪跨比、配筋率以及箍筋间距与纵筋直径D的比值等。
异形柱由于其截面的特殊性及受力性能的复杂性,在设计中必须通过可靠的计算分析和必要的构造措施,来保证其强度和延性。
3、工程实例
湖南某行政单位宿舍楼,地上5层,总建筑面积为15200m2,建筑物总高度自室外地坪箅起为16.78m,宽度12.8m,高宽比为1.31,标准层层高为2.9m。地震设防烈度按6度考虑,抗震等级为3级,场地类别为Ⅲ类,基本风压为0.4kN/m2。平面布置如图1所示。
根据建筑使用功能要求,本工程采用现浇钢筋混凝土异形柱框架结构,在两个方向均有拉结。柱网均在5m以内,局部设置矩形柱,异形框架柱、梁宽均为200mm。砖砌填充墙采用190mm×190mm kMl型多孔砖,内墙采用加气混凝土砌块。
4、多层异形柱框架建筑结构整体分析
4.1计算原理与参数
PKPM-SATWE采用数值计算原理和迭代方法,将受压区混凝土划分为若干个小单元,利用截面假定确定小单元各点的混凝土和钢筋应变,由混凝土和钢筋的应力应变关系曲线求得混凝土小单元和各根钢筋的应力,建立平衡方程,通过迭代方法求出所需配筋面积。
本工程结构混凝土强度等级采用C30,纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋
(D≤22mm),箍筋采用HRB235级钢筋。由于结构平面不规则性,考虑双向地震作用,地劈作用分析方法采用侧刚分析方法。
4.2结构自振周期
结构的自振周期,如表1所示。
可以看出,水平地震力方向与坐标轴夹角为0°时,T3/T1=0.88
4.3轴压比
异形柱不同截面形式的轴压比限值在文献中有详细的规定。表2列出了KZl、KZ3、KZ5、KZ7、I(Z8等有代表性的截面在水平力方向与坐标轴夹角分别为0°和45°时作用下的轴压比。
由于本工程建筑布置的特殊性,异形柱有少量一字形和z形柱,从表2的轴压比值可以看出,L形、T形、+形异形柱在水平力方向与坐标轴夹角为45。时的轴压比值较0°时的轴压比值均大,特别是L形柱,轴压比差值较大,轴压比公式为
μN=N/fcAc(1)
其中:μN为轴压比;N为考虑地震作用组合的轴向压力设计值;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;Ac为异型柱截面面积。
从式(1)可知,同截面同混凝土标号的异形柱轴压比越大,则上部荷载越大,故本工程异形柱设计中应采用水平力方向与坐标轴夹角为45°时的数据作为依据。文献通过模型分析提出L形等肢异形柱应考虑45°和-45°地震作用方向的计算,这与本文研究得出的结论吻合。
4.4底层剪力控制
通过异形柱受力机理分析可知,异形柱受力时,柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力,故异形柱受力计算除按轴压比控制进行双偏压计算外,还应计算抗剪应力。
从表3中可以看出,水平力方向与坐标轴夹角为45°时,5种不同形式的异形柱柱底剪力较水平力方向与坐标轴夹角为0°时大,特别是L形截面的异形柱。这与异形柱在不同方向水平力作用下获得的轴压比数值趋势相符。同时应考虑L形柱在45°和-45°地震作用方向的计算。
4.5层间位移角
结构在水平力方向与坐标轴夹角分别为45°(曲线1)和0°(曲线2)作用下,x和y方向的最大层间位移角,如图2、3所示。从图中可以看出x和y方向下层间位移角均小于等于1/600,满足规范相应要求。曲线1对应楼层n各点层间位移角值均小于曲线2相对应值,说明结构在水平力方向与坐标轴夹
角为45°时抗侧力能力较好。
5、异形柱框架结构设St中的优化措施
5.1异形柱框架结构设计中的优化措施
从以上分析可以看出,异形柱结构与矩形柱结构在性能上存在较大差异,设计过程中应重点控制和优化对异形柱结构整体性能影响较大的内容,具体如下:
1)调整异形柱平面框架布置形式,使其刚度中心尽量与形心重合,相应调整异形柱柱肢高,使其满足扭转与平动第1周期比T3/T1
2)异形柱的方向性较强,在进行整体计算分析时,应增加45°和-45°风和地震作用方向的计算,保证结构的安全度。
3)Z形柱本文未详细分析,其剪切中心与形心虽然重合,但框架梁往往布置在两翼,不可避免地产生翘曲应力,故设计时,建议将框架分析所得的截面弯矩乘以1.15-1.25的增大系数以考虑翘曲应力的影响。
4)异形柱受力后,柱肢端部会出现较大应力,加上梁作用于柱肢上,应力产生不均匀性。一般越靠肢端,应力越大,对柱肢形成偏心压力,因而在异形柱配筋时,应在肢端设置暗柱,离端部厚度范围内设2φ14的构造钢筋,箍筋同柱,可限制柱肢混凝土裂缝开展,提高异形柱局部抗压、抗剪强度及变形能力。
5.2异形柱混凝土节点核心区处理措施
由异形柱的截面特性,决定了梁柱节点核心区域面积较小,而梁柱纵筋交汇使得箍筋配置不可能太多。为了满足抗剪承载力的要求,只能提高混凝土的标号,但随之带来的问题是构件变脆,同时与梁板混凝土强度的协调也成问题,有时了为个别柱的需要,而使全部柱的混凝土标号提高,也造成了投资上的浪费。
为了解决这一问题,设计时采用了在节点核心区的柱内加竖向钢板的方法,钢板伸过节点核心区上下一定的长度锚固,按钢板与混凝土协同工作来计算分析,确定钢板的截面尺寸。最终设计的结果是钢板截面尺寸较小,不影响梁柱钢筋的布置,且钢板设置灵活,哪里需要哪里加,从已建成工程使用来看,效果较好。
6、结语
综上所述,异形柱结构由于具有不出现柱楞,不露梁,并能够增加使用面积等优点,以及民用建筑市场朝着大开间、太空间方向的发展,应用前景将日益广泛。结构设计时应根据其受力特点,充分了解其破坏机理,选用合理的结构形式,正确掌握分析方法,其结构才能有可靠的安全保证。
参考文献:
[1]中华人民共和国建设部.混凝土异形柱结构技术规程(JGJl49-2006)[S].北京:中国建筑工业出版社,2006
关键词:多层砌体;住宅建筑;结构设计;问题
中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
随着我国的国民经济高速发展,综合国力得到了大大的提高,相应带动了大量的城乡改造工程。但城市的发展在幅员辽阔的中国极不平衡,较为落后、偏僻的城市,由于经济实力较差、交通不便等原因,楼房的建设依然以砌体结构为主,如办公楼、教学楼、多层住宅、沿街二、三层店铺和多层底商住宅楼等。因设计水平所限,注重了承载力的计算,忽视了构造措施和概念设计;注重了本专业的设计,忽视了和别的专业相协调,在许多建筑的施工图设计中,已经埋下了很大的安全隐患。这样的设计不仅不符合现行设计规范,而且降低了建筑结构的可靠度和安全性
一、砌体结构的含义
用砖砌体、石砌体或砌块砌体建造的结构叫做砌体结构。我国砌体结构应用非常的广泛,它具有可以就地取材,非常好的耐久性和比较好的大气稳定性和化学稳定性,也同样具有不错的保温隔热性能。
二、 砌体结构的特点
多层砌体房屋是指由烧结普通粘土砖、烧结多孔粘土砖、混凝土小型空心砌块等砌体承重的多层房屋。通常砌体结构房屋给人们的印象多数是建筑高度不大、层数较少、层高较低、窗户较小、内部墙较多,立面造型简单,这种印象正好说明了砌体结构的建筑特点。砌体结构由粘土砖或砌块砌筑而成,材料呈脆性,其抗剪、抗拉和抗弯强度较低,因此抗震性能较差,即便有圈梁、构造柱等加固措施,在强烈地外,巷子中砖瓦紧凑地接着淅淅沥沥的水滴。“滴答滴答下小雨了,种子说我要发芽,我要发芽。”记得初来时,我在小巷中震作用下,破坏率仍然较高。
三、多层砌体住宅建筑结构设计易忽视的问题
1、地基处理及基础设计
地基及基础在建筑的安全性方面的重要作用不言而喻。砌体结构房屋,由于平面不规则,或房屋高差较大引起建筑物重量悬殊较大,或由于地基不均匀,即房屋各部位下面持力层地基强度不同,以及下卧层软硬程度不同,而引起较大的不均匀沉降。显然,对于以脆性材料为主的砌体结构这种不均匀沉降更是极其不利的。但由于砌体结构上部荷载相对来说并不很大,许多设计人员往往在设计中不太重视,在地基处理和基础设计时的比较随意,如:(1)人为造成不均匀地基。如建筑距离较小时,为了解决基础外放的问题,同一结构单元,桩基和天然地基或换填土地基混用等。(2)采用软件进行基础设计时,为减少绘图工作量,归并系数较大,这等同于独基(或条基)采用不同的地基承载力特征值。从理论上讲,上述两种情况,事实都是对同样的地基承受不同的附加应力,必然会产生不均匀沉降。
为更好的控制不均匀沉降,从而减少由于沉降差引起的结构附加应力。在做地基处理及基础设计时应该更加细致,比如:对同一结构,承载能力较低的地基之上的基础,宽度取值可比计算值大些,以减少对地基的附加压力,从而减少沉降值;而地基强度较高的基础,宽度可按计算设置甚至略小于计算值(慎用),以期人为增加该部分基础的沉降量,减少与较软弱地基部分的沉降差。
设计中如遇到地质条件很不均匀的复杂地基时,除了对由于地基承载力不同而引起的砌体结构房屋的不均匀沉降作上述处理外,相应的应上部结构也适当进行加强,以增强结构的整体刚度,抵抗地基的均匀沉降。如增加设置圈梁的层数和圈梁设置的密度,加强不同土层的交接房屋结构的连接构造和配筋等。
2、预制过梁的设计与施工
过梁是墙体门、窗或设备洞口上承担竖向荷载的构件。在设计及施工工程中常见问题如下:
(1) 过梁端部支承长度不足.(一般为240mm)
从设计角度讲,过梁截面设计主要取决于:过梁上荷载选取;正截面受玩,支座斜截面受剪承载力计算;按梁端有效支承长度或过梁有效支承长度验算支承处砌体局部受压。预制尺寸的误差,施工操作中的随意摆放都能导致过梁支承长度的不足。在此中情况下,容易导致支承处砌体局部受压强度不足。更有甚者,一端与构造柱相连的过梁没有采用与构造柱整体浇筑, 只是在构造柱相应位置处甩筋后浇,使过梁支座截面的斜截面抗剪能力降低,满足不了设计要求。
(2) 门窗洞口处过梁与设备洞口处过梁不区别对待
设备洞口处过梁与门窗洞口处过梁的区别在于设备洞口处过梁须预留洞口(供穿管用),造成其本身强度的削弱。有的设计人员人为:住宅结构中过梁的荷载不大,故常常忽略。但是在实际工程之中,确确实实有的设备洞口上方的过梁由于开洞而设计时没有加强,从而导致过梁跨中出现竖向裂缝,影响正常使用。所以在砌体住宅设计中,考虑过过梁开洞削弱的影响, 适当加大设备洞口连梁的截面高度和配筋,避免在使用期间其出现裂缝,满足正常使用要求。
3、砌体承重墙设备留洞问题
(1)砌体住宅结构设计中,楼梯间由于楼层处开大洞没有楼板连接形成了砌体结构中的一个比较薄弱的部位。然而,近几年的砌体住宅设计中,往往把设备留洞放楼梯间在两侧横墙上,致使本来就比较薄弱的部位更加变的薄弱了。具体表现如下:
a)楼梯间横墙处较大洞口两侧没有设置构造柱。
b)相邻洞口之间净距过小。
(2)因为结构施工图中很少有设备洞口定位,有时只是在《结构设计总说明》统一注明墙体开洞加强措施,从而导致现场施工中墙体留洞带有很大的随机性.较大的消弱了墙体的侧向刚度,大大降低了墙体侧向承载力。对此提出建议如下:
a)较大洞口或洞口集中部位两侧设置构造柱,构造柱整层通高配置。并应于相应洞口(洞口上皮一致)上方设置现浇混凝土过梁,与两侧构造柱整浇一起。
b)若洞口上皮不一致时,除按条1 设置构造柱外,洞口间净距最小须保证各洞口过梁在墙体上支承长度之和。
c)待设备箱体安装完毕固定后,应用细石混凝土添塞充实。其次,砌体结构承重墙体砌筑过程中,各管线的预埋尤其注意。施工中往往由于疏忽大意,导致管线没有预埋墙体之中,而只能在墙体上开线槽,卧管线与槽中。这种做法实际上存在几个缺陷:其一,墙体开槽,削弱墙体强度。其二,线槽填充的混凝土与砌体材料的热涨性能差异较大,将导致墙面开裂。其三,墙体悬挂器件穿孔时,易损坏管线,造成漏水,漏电。所以在施工时应组织周密,勿漏项,尽量避免这种费力不讨好的返工之做。
4、楼板配筋问题
砌体住宅结构设计中,楼板钢筋的用量占据上部结构钢筋用量的很大比例。而开发商为了减少投资,控制造价,一味控制建筑结构用钢量。甚至提出限制钢筋用量的设计要求。有的结构设计人员就从楼板配筋上下“功夫”, 不合理的缩减楼板配筋或者过分相信软件计算数据,没有考虑工程经验在内,从而造成钢筋配置量偏小,构造布置上不满足要求,导致楼板开裂或产生过大挠度变形,影响住宅的正常使用。造成这一现象的主要原因在于:结构计算中的理论条件与现实工程实际的情况不相符。列举实例如下:(1)楼板负筋位置的正确保证。理论设计原则是采用“大直径,大间距”。实际配置中仅满足设计配筋需要从而采用了直径小的钢筋。这样一来,施工人员的踩踏、现场浇注混凝土的砸压造成负筋下移,结果是:a)楼板保护层过大,表层混凝土开裂b)楼板支座截面处楼板计算高度变小,支座负筋配置量加大,导致配筋不足,引起支座裂缝。(2)卫生间等开有较多洞口的楼板没有考虑洞口削弱的影响,设计过程中没有人为的适当增强。在多层砌体住宅结构设计中,卫生间所辖板块较小,建议楼板配筋采用双层双向全部拉通的布置方式。而对于放置浴缸、浴盆的卫生间,其活荷载的取值应加大。
我国是一个发展中国家,经济发展还很不平衡,在今后很长一段时间里,多层砌体结构房屋还会在中小城镇、广大农村,尤其是广大民居建筑中还将广泛采用。因此,设计人员必须严格执行规范和相应的构造要求,只有这样才能有效消除设计质量隐患,保护人民生命财产安全。另外,还要深入开展科学研究,充分挖掘技术潜力,努力克服材料弱点,进而提高多层砌体结构的抗震性能,为经济建设服务。
参考文献:
[1] 余春梅. 构造柱的作用与质量通病防治[J]. 内江科技, 2008,(09)
[2] 彭炽凡. 构造柱彻体结构受压承载力测试与分析[J]. 广东科技, 2007,(01)
[3] 刘彤, 程春丽. 浅谈砌体结构抗震的新发展[J]. 黑龙江科技信息, 2009,(22)
Abstract: Combining the author's years of work practice, the paper makes the comparison and analysis of the choice principle and types of high-rise steel structure floor slab for people's reference.
关键词:钢结构住宅;楼板类型;综合比较
Key words: steel structure housing; slab types; comprehensive comparison
中图分类号:TU39 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)36-0068-01
0引言
钢结构住宅作为一种新型的住宅形式,是在最近20年间才开始投入实际工程中使用的。虽然钢结构在保护环境、资源合理利用、推进住宅产业化发展等方面具有绝对优势,但还存在很多限制其发展的因素,例如钢结构建筑材料价格高,加上缺乏行之有效的行业法规,几方面原因导致钢结构在普通民用建筑中难于推广应用。鉴于此,本文特以多高层钢结构住宅设计为例,选取其楼板设计为分析对象,从选择原则、类型及综合对比等方面进行了深入地比较与分析,望对钢结构应用于普通民用住宅中起到推进作用。
1多高层钢结构住宅楼板的选择原则
钢结构的基本元件是冷弯或热轧的型钢和钢板,它的承载能力高,外部尺寸小,重量轻,由于框架这种形式,建筑内部支撑少,空间布置的灵活性大。在设计中,针对结构材料和类型特征,应把握如下设计准则:
①设计中综合考虑布置梁柱的位置,特别是柱的形式、排列和柱距,应最大限度地满足居住空间灵活性的要求。②选择合理的楼盖结构跨度,既不要太大(导致板厚加大,自重增加),也不要太小(不经济)。③选择适当的位置布置结构支撑体系,以不妨碍建筑空间布局为宜,应避免设在有门窗洞口或将来住户有可能开设门窗洞口的位置。④选择适宜的钢结构类型,考虑人力、气候、原材料、工期、造价等综合因素的影响。⑤结构构件设计应尽量简化且尺寸精确,以免增加现场安装的困难和导致废料的产生。⑥选择隔声、防渗效果好的楼板体系,保障居住环境的舒适性。⑦充分考虑钢构件的防火性能以及因此而产生的费用。
2多高层钢结构住宅楼板的类型
2.1 全现浇楼板这种楼板与混凝土结构建筑完全相同,楼板建造需支模,大量湿作业,施工现场工作量大,混凝土养护时间较长。而且因混凝土收缩、地基沉降、温度等原因,楼板易开裂,影响使用功能。但是成本低、防火性能较好、施工单位较熟悉,目前在钢结构住宅中仍有不少应用。
2.2 半预制半现浇楼板①压型钢板-现浇钢筋混凝土楼板。通过栓钉将压型钢板固定在钢梁上,作为永久性模板,同时考虑压型钢板参与部分楼板受力。现浇混凝土层整体性好,方便水、电等设备管线的敷设。由于压型钢板底部不平整,而且压型钢板外露防火性能较差,因而楼板下部需要做防火处理并加设吊顶,既增加造价又降低室内空间净高,国外一些生产企业对压型钢板进行技术改造,生产推广闭口型压型钢板作为钢结构楼层模板。该种钢承板将板波口部缩小,板面与混凝土现浇层接触面较多,而暴露在外的面积较小,因而可以不做板底防火处理,即能达到楼板防火要求。同时由于板底平整,无须吊顶,只要板底喷涂即可,保证室内有效净空。现浇混凝土若采用轻骨料混凝土,可以大大降低结构楼板自重。②预制预应力叠合现浇楼板。将工业化预制的预应力混凝土薄板与钢梁连接,上浇混凝土现浇层组成叠合板。这种叠合板同样无须模板,施工方便,且省去了压型钢板,可降低造价。楼板厚度根据跨度大小经计算确定。通常,预应力混凝土薄板厚度为0~100mm,宽度国内普遍采用900mm、1200mm两种类型,长度可达到6m。现浇混凝土板厚度为50~80mm,现浇层加强楼板整体刚度,防止预制板开裂,并可以增加楼板的隔声性能。③双向轻钢密肋组合楼盖。由钢筋或小型钢焊接的单品析架正交成的平板网架,并在网格内嵌入五面体无机玻璃钢模壳而形成双向轻钢密肋组合楼盖。施工时利用平板网架自身的强度、刚度,并配1~2点临时支撑即可完成无模板浇注混凝土作业。钢框架梁和轻钢析架被现浇混凝土包裹形成双向组合楼盖,增加了楼板的刚度。无机玻璃钢模壳高度约250mm,500~600mm见方,混凝土现浇层厚度为50~70mm,楼板总厚度较大(密肋模壳可供设备管线穿过),需要架设吊顶。④密排小桁架-现浇混凝土楼板。楼面次梁采用密排小析架替代,与现浇混凝土楼板组合作用,各类管线可从析架空腹穿过,同密肋模壳楼板一样,也需要设置吊顶。
2.3 全预制楼板①压型钢板干式组合楼板。以冷弯薄壁型钢制成的大波纹压型钢板作为结构楼板骨架,结构钢梁预制为下翼缘加强加宽型,压型钢板置于结构钢梁的下翼缘上,跨度可达6m,上部钉高密度水泥刨花板,下部加一层保温隔声材料,底部防火石膏板吊顶。楼板各部件工厂预制,现场施工组装,构件采用螺栓连接,施工全过程无水化。压型钢板厚度与钢梁相同,楼板总厚度在200~400mm。总重量约为混凝土楼板的1/6。在欧洲各国使用较多,国内只有引进的小住宅采用。②预制加气混凝土楼板。预制加气混凝土楼板是以硅砂、水泥、石灰等为主要原料,内配经过防锈处理的加强钢筋,经过高温、高压、蒸气养护而成的多气孔混凝土板材。计算密度650kg/m3,是混凝土的1/4。具有质轻耐火等特点。板材由工厂预制加工,可根据设计要求定制,也可批量定型化生产。板材容许最大荷载5.0kN/m2,最大长度可达4m。现在国内已有生产厂家引进日本等国家技术设备,大量生产制作并投入使用。
3多高层钢结构住宅不同类型楼板的综合比较
从大范围可分为复合式和单板式。其中预制加气混凝土楼板为单板式,压型钢板一现浇钢筋混凝土楼板由于压型钥板在很大程度上作为模板使用,因此也可归为单板类,其余均为复合式。从工厂装配化程度、施工组织、隔声防火效果、设备管线敷设、空间利用率(净高)、造价几方面列表分析中可以看出,不同类型各有优缺点。
关键词:建筑结构设计;基本原则;设计方案
Abstract: with the rapid development of social economy, the traditional architectural construction can not meet the life need of people. In the construction industry in the development process, building structure design is not only related to the overall quality of construction projects, and the relationship between the life property safety of the people. And design personnel to fundamentally guarantee the quality of the construction of the building, the premise is to guarantee the construction projects in accordance with the relevant provisions of the structure design. In this, in this paper the basic principles of the structure design and rational design scheme, do the following discusses.
Keywords: building structure design; Basic principles; Design scheme
中图分类号:TU318文献标识码:A 文章编号:
科学合理的设计方案,不仅关系着建筑工程的施工质量,同时还关系着工程今后的投入使用,在工程建筑中有着极其重要的作用。在其设计的过程中,工程设计方案受多方面因素的影响,导致建筑结构设计无法的落实,在浪费大量的人力、物力、财力时,还阻碍了我国建筑行业的发展。在此,本文从建筑结构设计基本原则、合理设计以及抗震应注意的问题等三方面出发,针对建筑结构设计方案中存在的相关问题,做以下简要分析:
一.建筑结构设计基本原则
建筑结构设计的根本目的在于确保建筑物在施工建设的过程中,在满足人们生活需要的同时,达到安全、稳定的效果。由此就需要设计人员在建筑结构设计中,能够遵循以下基本原则:
(一)抓大放小
强柱弱梁”、“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;面对突如其来的破坏力量,要想最大限度的发挥建筑结构的协调、抵抗能力,就必须在原有的基础上保住建筑物的核心部分,用局部的牺牲来保存整体的实力;且在使用的过程中,切不可平均用力,那样很容易造成“玉石俱焚”的局面。由此可见,在建筑结构中,设计人员应以减少建筑损失为主,尽可能的做到抓大放小。
(二)多道防线
设计人员在建筑结构设计的过程中,需要建立其完善的安全防范体系,确保灾害来临时,各个环节都能发挥出应有的作用,在原有的基础上形成一个整体,将灾害造成的损失降到最低。在建筑设计时,若将所有的希望放在某一个单件上,则是非常危险的。由此就需要设计人员在建筑结构设计的过程中,能够本着安全、负责的态度,从建筑结构的整体出发,充分利用每一个建筑环节,设计出多道防线,在确保建筑结构设计安全的同时,还能使其在面对危险灾害时,形成统一的整体,为建筑工程筑起一层保障屏障。
(三)刚柔相济
设计人员在建筑结构设计的过程中,刚柔相济是最科学、最合理的设计体系。建筑结构太刚则缺乏一定的变形能力,在面对强大的破坏力时,所要承受的力也会很大,容易造成大面积坍塌或全部破坏。而建筑结构设计的太柔虽然能够消除一定的破坏力,由于建筑缺乏一定的强度容易变形过大,很容易造成整个建筑物全体倾覆。由此就需要设计人员在建筑结构设计的过程中,能够准备把握工程的设计力度,确保建筑结构设计的合理性。
(四)打通关节
建筑工程在设计的过程中,任何一个小关节都会对工程的整体性造成影响。结合着我国多次灾害,不难看出,在建筑事故发生的过程中,多数工程是由节点开始破坏的,要想避免这种事故的发生,最为理想的结构体系是将建筑物设计为一个没有节点的整体。这样的结构体系能够最大限度的消减任何外力。在打通关节的过程中,既需要考虑工程的整体平衡状况,又要避免工程出现不合理的几种,由此可见,要想大通关节,就必须使建筑物长期处于原始的静止状态。
二.合理设计
设计人员能够对建筑结构进行合理的设计,不仅关系着工程施工的顺利实施,同时还关系着工程的整体施工质量,因而在工程设计中有着极其重要的作用。针对工程建筑结构的合理设计,主要包括以下几个方面:
(一)结构计算应注意的问题
在结构计算的过程中,首先,在底框砌体结构验算的过程中,底部剪力法仪适用于刚度比较均匀的多层结构。对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响。底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法,因为底框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法。
其次,避免荷载计算错误。在整个建筑荷载计算的过程中,设计人员应结合着建筑工程的实际用途及整体结构,科学的计算出建筑的荷载范围。在确保建筑结构稳定性的同时,还能避免后天人为的破坏。由此可见,在整个建筑结构设计中,结构计算不仅关系着建筑工程的稳定性与安全性,同时还关系着工程今后的投入使用。
(二)构造应注意的问题
首先,在构建配置上,设计人员应将整个建筑的钢筋配率范围确定,尤其针对一些抗震设计中能够延长建筑稳定性的结构,以便在发生地震时,将人员伤亡降到最低。其次,在钢筋安装上,要确保钢筋安装到制定位置,且在安装前钢筋的质量得到有效保障。再次,在从根本上避免温度应力引起的墙体开裂,需要建筑结构设计人员在整个建筑结构设计中,将通风暖热措施融入到建筑结构设计中。最后,按抗震构造要求设置的构造柱,应在整个建筑物高度内上下对准贯通,上至女儿墙压顶,下至浅于500毫米基础圈梁,或伸入室外地面以下500毫米,构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合要求。
三.抗震应注意的问题
在整个建筑设计中,其设计理念是否符合相关规定,不仅关系着建筑物的整体使用,同时还关系着人们的生命安全。在整个建筑结构设计中,根据我国最新抗震要求与规定,在抗震等级较高的地区,住宅设计无论是多层砖混或和框架剪力墙结构,都必须从抗震的角度,采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。为此,结构设计人员必须及早参与建筑结构的概念设计。
(一)一般住宅
在一般多层砌体住宅结构设计中,设计人员应优先考虑横墙或纵横墙的承重能力,横纵墙在分布上,应遵循便宜、对称的原则,且设计的过程中,上下层之间的横纵墙应保持一致。在楼梯间的设置上,应尽量避开房屋的尽端与转角处,且尽量不谁用无锚固的钢筋栓。
(二)多层住宅
与一般住宅不同的是,多层住宅物理在钢筋上还是抗震能力上,都要比一般住宅强的多,因而设计人员在多层住宅设计的过程中,首先,应结合着多层住宅的使用性能,在抗震墙与框架设计的过程中,打破传统的单向布置,改用双向布置,以便增强各自的抗震能力。其次,在确保抗震墙及框剪体系独立抗震性能的同时,设计人员还需要结合着工程楼层之间的连接度,确保工程的整体性。最后,在结构布置的过程中,尽量使用规则结构,而对于一些结构复杂的工程,可以设置防震缝,以此来减轻地震造成的威胁。
总结:
综上所述,随着社会经济的迅速发展,建筑结构在设计的过程中,不仅关系着建筑今后的投入使用,同时还关系着人们的日常生活及业主的人身权益。由此就需要设计人员在建筑结构设计的过程中,能够结合着当地的经济发展水平及社会发展趋势,设计出符合经济实惠的建筑设计,在满足人们日常生活需要的同时,还能推动我国建筑行业的发展。
参考文献:
[1]魏然.建筑结构设计基本原则及合理设计方案[J].民营科技,2011,(05).
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[3]杨恒.浅谈建筑结构设计中应注意的问题[J].黑龙江科技信息,2008,(15).
关键词:结构设计概念设计 地基设计
1住宅结构设计常见的问题
1.1结构选型
建筑结构设计,不仅要求具有足够的承载力,而且必须使结构具有足够抵抗侧力的刚度,使结构在水平力作用下所产生的侧向位移限制在规定的范围内.基于上述基本原理,工程综合分析了结构的适用,安全,抗震,经济,施工方便等因素,选取了结构方案.结构为框架体系,由钢筋混凝土框架承担竖向力和侧力。钢筋混凝土框架刚度布置相对比较均匀,在满足建筑功能情况下,尽量减少平面扭转对结构的影响。
1.2部分结构设计不合理,安全隐患比较多
如《建筑抗震设计规范》第7.1.8条(强制性条文)规定“底部框架-抗震墙结构,上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐”。有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震分类、场地类别选用错误,导致整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的相差一半,有的甚至一半都达不到,有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,常见漏算错算现象,有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计常见严重安全隐患。
1.3设计深度达不够
一些设计人员制作图纸“偷工减料”,设计粗糙,过于简单,施工图中应有的系统图、大样图、相关剖视图漏缺;一些重要的、应该用图纸反映的内容只标注“见图集”、“由设备厂家确定”等,施工图设计表述不全,细部大样不详,不能反映工程的全貌;一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级、防火消防处理等在设计总说明中没有标明或交待不全。这些问题的产生,有的是由于设计人员没有对一般住宅尤其是多层住宅设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;有的则是由于设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解;还有的是由于设计者的力学概念模糊,不能建立正确的计算模式,对结构电算结果也缺乏判断正确与否的经验。
2住宅结构设计的概念设计与地基设计
2.1必须及早介入建筑结构的概念设计
住宅设计无论是多层砖混或框架剪力墙结构,都不同于以往的静力设计,必须从抗震的角度,采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。为此,结构设计人员必须及早介入建筑结构的概念设计,方案设计阶段应正确把握建筑结构的概念设计,对不同形式的住宅建筑掌握各自概念设计中容易疏忽的要点。
(1)对一般多层砌体住宅结构,应按《建筑抗震设计规范》要求做到优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处;不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。
(2)对钢筋混凝土多、高层结构住宅,力求做到结构布置尽量采用规则结构。对复杂结构,可以设置防震缝,把它分割成各自规则的结构单元。结构布置以少设缝为宜,一旦设缝,则应使防震缝的设置与伸缩缝、沉降缝相统一;框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。
2.2加强住宅地基结构设计
为防止或减少由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏,可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。 (1)对高层建筑来说,由于需要一定的埋置深度,从经济的角度考虑,基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式。此时应保证箱体的整体刚度,群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合;当土层有较大起伏时,应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中,并应考虑可能产生的液化影响。
(2)对多层建筑而言,从经济的角度考虑,一般不愿意采用长桩的方案。但对软土层覆盖层厚度较大的地区,一般都需要经过地基处理的方式来达到控制建筑物沉降的目的。常用的软土地基处理方式类型较多,但在选择地基处理方案前,必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况,并根据工程设计要求,确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标,以及各种处理方面的适用性。同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验,进行多方案比较,最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后,还必须满足规范所规定的强度和变形要求。
3住宅结构设计的要求
为避免出现上述结构设计问题,在住宅结构设计时首先必须从结构计算和构造上满足规范的相关要求。
3.1结构计算注意的问题
(1)免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符,基础底板上多算或少算土重。
(2)底框砌体结构验算。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数;底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底层框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时,框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%~30%;应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
(3)避免楼板计算中方法不正确。连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替;双向板查表计算时,不能忽略材料泊松比的影响,否则由于跨中弯矩未进行调整,将使计算值偏小。
(4)对电算结果的正确性作出有效评价。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算,如何对计算结果进行分析、评价,是一个非常重要的方面。因此必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断,根据其正确与否,决定能否作为施工图设计的依据。
3.2构造设计注意的问题
(1)严格按照规范要求,保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度,材料选用也必须满足强度要求。
(2)注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性,又必须满足最小配筋的要求。
(3)按抗震构造要求设置的构造柱,应在整个建筑物高度内上下对准贯通,上至女儿墙压顶,下至浅于500mm基础圈梁,或伸入室外地面以下500mm的构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合规范要求。
关键词:多层住宅;住宅施工;建筑施工管理
在我国,住宅建筑按其层数分为:低层、多层、和高层三类。我国在《民用建筑设计通则》(GB50352—2005)中明确规定:1~3层为低层住宅;4~6层为多层住宅;7~9层为中高层住宅;10层以上为高层住宅。在这里我们着重笔墨论述一下多层住宅的建筑施工管理问题。
1. 多层住宅建筑的特点归纳
正如引言部分所说,多层住宅一般指4~6层高的住宅,借助公共楼梯解决垂直交通,是一种极具代表性的城市集合住宅。多层住宅在我国目前新建或正在建造的城镇住宅中占90%以上。多层的优点在于:第一、它比低层住宅在占地上要节省,同时又比高层住宅建设工期短,一般开工一年内即可竣工;第二、公摊面积少,无需像高层住宅需要增加公共走道、电梯、高压水泵等方面的投资,物业费也较低,整体的性能价格比高;第三、结构设计成熟、通常采用砖混结构,建材可就地生产,可大量工业化、标准化生产。因此,多层住宅造价较低,价格适中,易于被普通消费者接受。
2. 多层住宅建筑结构体系分析
多层住宅建筑的结构体系主要包括以下三大类:第一、混凝土空心砌块多层建筑体系,但其主要问题在于雨水容易从砂浆缝隙渗入,如果双面抹灰,又大大增加抹灰量;并且在光洁的砌块上抹灰难度很大,易空鼓、开裂;第二、框架轻板结构体系,结构多为钢筋混凝土框架结构,内外墙均为非承重墙。可用陶粒空心砌块、加气混凝土砌块或其它非粘土砌块以及陶粒混凝土轻质两面光条板、3E板等做内外墙;第三、钢筋混凝土剪力墙结构体系,内外墙全部采用现浇钢筋混凝土墙,目前已开发出多种配套的外墙保温体系。这类结构体系,亦可以把外墙做成预制墙板在现场预制生产后就地安装。
3. 多层住宅建筑施工管理的特殊性总结
3.1局部质量问题等同于全部质量问题
因为多层住宅工程涉及到众多住户的个人利益,业主及住户都很重视,对工程质量要求比较严格。在施工中,即使工程质量控制得很好,若在一处出现小小失误,对住户来说,就是全部的问题。这就要求后期管理要过细、过硬。
3.2各工种相互制约问题
一个环节考虑不周就会产生连锁反应影响另一个环节,或更多的环节,产生难以控制的负面效应。如工序先后问题处理不当,就会影响成品保护,甚至给整个工程质量带来隐患。
3.3 施工面过于分散
因为多层住宅楼墙体比较多,房间多,施工洞堵住以后,同一楼层不相通,往往造成对某处施工管理不到位,出现问
题。
4. 如何做好多层住宅建筑的管理
4.1 做好施工预案的重要性
要针对整个工程的特点编制有针对性的施工方案。其中应包括:关键部位的施工方法,工序的安排,不同工种的插入时间,对易出现的质量问题提出预控措施,制定出成品保护措施等。工程管理中,要抓住关键问题,使管理处于“受控”状况,才可能达到工期缩短,质量提高,经济效益增长的效果。
4.2 严格控制多层住宅工程的变更
工程变更和设计变更的造价占整个工程造价的比例有近10%,有时甚至更多.在施工过程中,各方面可能会提出各种各样超出原设计图纸的要求,或者由于设计考虑不周造成与实际情况不符合等,就会出现工程变更和设计变更,而这些变更必须会带来工程造价的增加.也就可能出现工程造价难于控制好的局面.目前,导致绝大多数多层住宅工程造价突破控制的主要原因就在于此。
4.3 做好多层住宅施工工程监理工作
工程监理一个很重要的任务就是投资控制.即工程造价控制.其次,执行工程监理的监理工程师都是工程技术专家.他们的经验、阅历比较丰富.在设计及施工监理过程中能提出许多积极的降低工程造价的建议、尤其在施工阶段关系到是否要设计变更和工程变更的决定时,他们往往能根据自身的技术优势做出合理正确的选择,这一点许多建设方代表因其经验、阅历及技术受各方面的条件制约而无法做到。再者,在施工过程中。甲、乙两方因各自的立场、观点不同,有时会出现一些影响施工正常进行的情况,监理单位作为公正的第三方,在施工过程中协调双方关系,确保工程施工正常进行,这样能为完成工程造价控制提供有利条件。
5. 多层住宅建筑施工的管理控制方法研究
5.1多层住宅建筑施工的质量管理方法
要根据多层住宅建筑工程的质量目标,制定相应的质量验收标准,而且要使企业质量验收标准高于国家验收标准。严把材料质量关。采购的材料要符合国家规范标准(含环保标准)和设计要求,严格执行材料验收制度。确保主体结构质量。主体结构质量关系到整体工程质量和安全,关系到每个职工生命安全,因此,必须确保主体结构质量。重视装饰质量。在施工装饰阶段,一定要克服质量通病,搞好细部处理,在装饰水准上要高人一筹,要有创新和特色。抓好地下室、一层、顶层、屋面、卫生间以及楼梯走道等关键部位施工。同时,要积极推广应用新技术新材料。随着科技进步,新材料、新技术不断涌现,施工企业要及时掌握这些信息、积极应用到工程中来。
5.2 多层住宅建筑施工的成本管理方法
多层住宅建筑的成本控制就是在项目成本的形成过程中,对生产经营所消耗的人力资源、物质资源和费用开支进行指导、监督、调节和限制,把各项生产费用控制在计划成本范围之内,保证成本目标的实现。项目经理是项目成本控制第一责任人,应及时掌握和分析盈亏状况,并迅速采取有效措施。
5.3 多层住宅建筑施工的安全管理方法
要订立安全责任书,发生安全事故,各级责任人和班组都要承担一定经济责任。确保安全设施投资到位。安全设施投入不能省,特别是企业改制以后,安全设施投入更不能省,一旦发生安全事故,造成的损失要比你安全投入的费用大得多,而且,造成的影响很大。
最后,在现有多层住宅建筑施工管理水平的基础上,应针对影响工程质量品质的一些关键问题,从技术、人事制度上建立更有效的、更加科学的管理体制,明确每一个施工人员的目标责任,从而达到进一步提高管理水平的目的。
参考文献
[1]布赖恩?爱德华兹.可持续性建筑[M].中国建筑工业出版社,2003.
[2]李惠强.基于成本分析的多层建筑施工方案评价[J].华中科技大学学报,2006.
关键词:建筑结构设计;技术要点;原则;注意事项
1.建筑结构设计基本原则
建筑结构的主要功能是在保证建筑工程安全和稳定的前提下,能够满足人们的生活需要,保证建筑工程施工的顺利。所以,建筑结构设计有以下几个基本原则:
1.1抓大放小
建筑结构设计中非常重要的概念就是“强柱弱梁”和“强剪弱弯”。建筑结构是由多个分散的结构组成在一起,各个结构的功能不同,在建筑结构整体中的重要性也有所不同。而在众多结构中,承担建筑主体的安全和稳定的结构是最重要的部分,一些承担建筑功能的结构如果和承担建筑主体安全的结构发生冲突的时候,就需要适当的舍弃。因此,设计人员在进行建筑结构设计的时候,首选要遵循的原则就是抓大放小。
1.2多道防线
建筑安全是建筑结构设计者在进行设计工作中首先要考虑的问题,因此建筑结构的设计中要有安全防治的体系,如果发生突况,建筑结构中的各个环节都能够作出反应,地域破坏力,减少建筑工程的损失。建筑工程的安全性无法依靠建筑结构中的摸一个单位实现,需要建筑的整体结构作为基本的安全保障,每个环节都需要参与其中,设计人员也要在设计中对各个环节的安全进行考虑和设计,设置多道防线,保证建筑工程的安全和稳定。
1.3刚柔相济
刚柔相济是设计人员在进行建筑结构设计中最科学合理的设计体系和原则,建筑结构设计如果过于最求刚硬和强度,在面临巨大外力作用是,建筑结构的变形能力就会丧失,一旦建筑工程主体出现摆动就会发生主体断裂的严重后果。相反,如果建筑结构设计过度的追求柔和软,虽然在面对外力使有一定的抵消能力,但是这也会使建筑结构的变形和摆动幅度过大,严重的会造成建筑主体的倾覆倒塌。因此,建筑结构设计人员要综合考虑,找到刚柔结合的关键点,对建筑结构设计度合理的把握,使建筑结构的合理性提高。
1.4打通关节
建筑结构主体较为复杂,各个环节都会影响到主体结构的平衡和稳定,尤其是各环节之间的节点,需要重点关注。很多建筑工程的安全事故,引发原因都是节点首先遭到破坏。所以,理想的结构体系使建筑结构中不存在节点,也就是完美的建筑结构的设计。通过打通关节设计没有节点的建筑结构会使建筑工程成为一个完整的整体,可以最大化的抵御外部破坏力,使建筑工程能够长久的保持原始静止状态。
2.建筑结构设计技术要点
2.1绘制结构平面图
在进行结构平面图的绘制过程中,必须要进行有关的抗震设计。现代建筑结构设计平面图一般都是通过计算机软件进行,不过对于这部分设计建筑设计师可以不借助软件直接进行设计。虽然理论上通过软件的建模设计效果优于直接设计,但是很多时候会出现房屋建筑结构的受压以及局部受压设计问题。建筑师可以对施工现场进行实地的勘察,适当的借助计算机计算房屋结构的荷载,使建筑结构的设计中的受力情况更加准确。
2.2坡面屋顶的设计
对于建筑工程的坡面屋顶设计需要根据建筑工程的实际情况进行设计,通常处理方式有两种:首先是折板方式,对于房屋跨度较小的建筑工程较为适用。其次梁板方式,这种设计方式适用于房屋平面不规则和房屋板跨度较大的建筑工程。再具体设计中,房屋梁板折角处的钢筋的布置需要在设计图纸中体现,这就要求建筑结构设计师具有一定的空间概念,同时能够正确理解建筑图纸和示意图。
2.3楼梯以及基础的设计
楼梯跨度的控制是设计人员在进行楼梯梯板设计中首先要考虑的因素,楼梯的位置要和上下楼层统一,同时梯梁的高度也要符合房屋的设计要求,否则就会导致建筑工程在施工中遇到麻烦,从而影响建筑工程的整体质量。除此之外,房屋基础的设计也是建筑结构设计的重点,无论是混凝土标号的选择还是基础中钢筋的配比都要进行科学合理的设计,而且还要准确的设计构造柱的位置,这些也是保证建筑结构基础质量的前提。
2.4多层住宅的设计
在进行多层住宅的建筑结构设计时,设计人员需要根据建筑结构的规模和具体情况进行设计,如果是一般的多层住宅建筑结构,在房屋的尽端和转角处尽量不要设计楼梯间,而且要均匀对称的进行纵横墙的布置设计等。如果建筑工程为高层住宅结构,就需要考虑其抗震性,使建筑中各结构能够承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的外来力,同时要保证框架与抗震墙等抗侧力符合要求。刻意合理的对屋盖的长宽比进行控制,使抗震墙的抗震能力提高,同时还可以进行适当的防护设计,保证楼、屋盖的整体安全及其与抗震墙的可靠性连接。
3.建筑结构设计中需要注意的问题
3.1建筑地下室外墙设计上应注意的问题
建筑地下室外墙的设计主要是对混凝土配比和厚度的设计,在设计时要考虑到建筑工程的当地环境和地下水的实际情况,设计的地下室外墙的抗震等级必须要符合要求。需要注意的是,设计时在进行地下室外墙设计过程中,要确定混凝土的等级以及高层建筑地下室外墙厚度的条件等。而且,除了抗震性,地下室设计中的一个重点问题就是防水问题,所以地下室外墙的抗渗等级也是设计中需要注意的。地下室外墙的水平荷载力决定了其钢筋配比,而水平荷载包括了很多的因素,例如地基土的侧向压力、地下水的压力等,由此可见,建筑地下室外墙的设计需要考虑很多的因素,需要注意的问题也并不简单,这就要求设计时在进行设计工作时要对这些问题全面考虑,不能避重就轻。
3.2高层建筑基础的选择要注意的问题
高层建筑的基础对于建筑整体的稳定性有着直接的影响,所以在进行高层建筑基础的设计中要使建筑地基能够满足高层建筑的整体性和变形性的要求。而且高层建筑还存在的一个普遍问题就是沉降问题,因此,高层建筑的地基设计要需要具备对高层建筑的地下沉降的调节能力。通常情况下,如果建筑工程的基地面积和地下室柱距较大,地基的设计需要采用平板式设计,如果地下水位较大,高层建筑的基础尽量不要采用梁板式,而如果建筑的正截面承载力较大,就可以采用筏形基础设计。总之,对于高层建筑基础的设计需要根据建筑结构的功能和规模进行,保证建筑基础设计的合理性。
3.3基础底板设计应注意的问题
在建筑结构基础底板的设计中,需要注意基础沉降问题,而且要在最大程度的节约材料前提下,使钢筋能够均匀的在基础底板上铺设,而且要避免钢筋出现重接的问题。在设计前,设计工程师要对施工现场进行勘察,对基础资料进行详尽的收集,这样才能够保证其设计准确合理。在基坑方面,要根据基坑的面积进行基础底板设计,如果基坑较小时,就要特别注意基坑土对于基地的约束,尽量不要出现反弹的情况。因此,在基坑开挖完成后,要做好安全防护措施,从而保证基础底板设计的合理性和施工的顺利。
4.结语
综上所述,建筑结构的设计对于建筑工程整体质量和使用功能有很大的影响,而且建筑结构设计受到了很多客观因素的影响,这就要是设计者在设计过程种要认识到结构设计对于建筑工程整体的重要性,重视细节设计,对需要注意的问题全面考虑,保证建筑结构设计的科学性和合理性。
参考文献
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关键词:多层建筑;结构;稳定性
中图分类号:TB482.2 文献标识码:A 文章编号:
保证居民的住房安全是一项重要的民生问题,近年来也得到了政府和国家的高度重视。随着改革开放和社会经济的蓬勃发展,我国的住房条件有了极大的改善。砖混结构的多层建筑目前仍是我国应用最广泛的一种建筑形式,这样的结构设计特点的优势在于其工期短且造价低廉,但是其在稳定性上却令人堪忧。
砖混结构的多层建筑在节省成本的同时,也存在着许多安全隐患,其结构设计的稳定性相对较弱。因为砖混结构房屋的材料和不同组件之间的连接非常脆弱,砌体结构的抗震能力非常有限。因此,在进行工程建设时,有必要改善砌体结构的延展性,提高房屋的抗震能力。
1、多层建筑结构的概述
想要了解多层建筑结构设计的有关内容,首先对于多层建筑要有一个明确的认识。多层建筑框架结构设计是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。在设计时,如何处理各种不同的问题值得结构设计人员不断探讨和研究。实际设计过程中,应根据相关规范作科学合理的设计,笔者就多层建筑框架结构设计时常遇到的问题进行分析并探讨具体解决措施。
目前我们所居住的房屋,按照其高度的不同基本上可以分为以下四种类型:低层(1~3层)、多层(4~6层)、中高层(7~9层)、高层(l0层以上)四类。
改革开放以前,因为经济条件的限制,我们居住的房屋大都是低层建筑。从80年代开始至今,是我国多层房屋建筑在设计使用及施工建筑等各方面得到迅速发展的阶段,各中等城市以及广大农村都普遍兴起建造以框架结构、砖混结构、砖木结构、加筋砌体等多层建筑。
按照我们正常的归类,通常我们所说的多层建筑为4~6层高的住宅。借助公共楼梯解决垂直交通,其优点在于:
①多层建筑比低层住宅占地少,比高层住宅建设工期短,一般开工一年内即可竣工;
②多层建筑想对于高层建筑来说公摊面积少,无需像高层住宅需要增加公共走道、电梯、高压水泵等方面的投资,物业费也较低,整体的性能价格比高;
③多层建筑的结构设计成熟,建材可就地大量工业化、标准化地生产。因此,多层住宅造价较低,售价适中,易于被普通消费者接受。
2、设计失误对结构稳定性的影响
2.1.多层建筑的基础
为什么多层建筑频频在地震中发生惨剧,这与多层建筑开发施工的不规范性有很大的关系。多层房屋建筑无地质详勘报告,仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计;采用换土垫层进行软弱地基处理,不进行换土垫层设计,只凭经验处置,没有进行垫层宽度和厚度计算,既不安全,又不经济。
2.2.多层建筑的砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
大多数的多层建筑都采用砖混结构,而砖混结构的房屋中的构造柱有着自己的独特之处。在砖混结构中,构造柱不但能够提高墙体的坑剪能力,而且构造柱与圈梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开展,维持竖向承载力,提高结构的抗震性能有着重要的作用。
但是为什么在实际情况中,这些构造柱并没有发挥其抗震的效果呢?研究表明,在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用,这种做法使得构造柱提前受力,柱底基础的抗冲切、抗弯曲及局部承压强度必然不能满足要求,降低了构造柱的拉结和约束作用,一旦遭遇地震,构造柱位置因应力集中首先破坏。
2.3.多层建筑在框架结构设计中,只注意横向框架而忽视纵向框架
多层建筑的构架结构设计不合理,也是影响房屋稳定性的重要原因。现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,纵向框架与横向框架同等重要。一些结构设计者对于非抗震设计,没有考虑地震的纵向作用,在实际设计中经常出现梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。
2.4.多层建筑的悬挑梁的梁高选用过小
多层建筑的悬挑梁选用的不合理,也会破坏房屋的稳定性的影响因素之一。设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算,而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小,引起梁截面的受压区应力过高,梁的延性减小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏,失去承载力。
2.5.多层建筑的连续梁按单梁进行设计
边梁的结构设计同样是影响多层建筑结构稳定性的重要因素。这种情况多发在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷重一般较小,没有引起设计者的重视,为图受力分析方便,设计者把实际应为连续梁的边梁按简支梁进行设计,致使边梁在支座处上部负筋配置量过少,加载后梁支座上部受拉区出现竖向裂缝,引起梁上的拦板出现竖向裂缝。
3、抗震设计对稳定性的影响
3.1.抗震措施
多层建筑的结构设计是否合理,其稳定性是否静的起考验,在地震这样的自然灾害面前,就会表现的一清二楚。因此,房屋机构的抗震性一定不能忽略。当前,在抗震设计中,从概念设计、抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用己得到普遍的认可。
3.2.我国多层建筑的抗震设计理念
在我国,对于多层建筑的结构设计有着明确的规范,必须按照抗震设计规范进行施工。《建筑抗震规范》(GB50011-2010)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求。“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的。
第一阶段:第一步首先应该采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。
第二阶段:前两步完成之后,采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值,并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
居住是人类生活四大要素之一,人生的2/3时间在住宅及其周围的环境中度过。据联合国统计,
4、总结
住房是关乎人们日常生活的重中之重,房屋机构设计的稳定性不能得到良好的解决,就会让人们陷入恐慌之中。据相关数据统计表明,一个国家正常的住宅建设指标为:每年住宅建设投资一般占基本建设总投资的30%~50%,约占国民生产总值(GNP)的5%,住宅的建设量占国家工程建设量的50%~60%,可见住宅建设在社会发展中的地位。而多层建筑这一居民住房的主力军,其稳定性更是应该得到人们的重视。
本文以多层建筑结构设计的稳定性为出发点,主要针对当前多层建筑结构稳定性中一些常见却又常被忽视的问题进行了剖析。指出了其错误所在和将会造成的严重后果,并对于各项问题,提出了具有针对性的解决方案。只有解决好多层建筑结构设计的稳定性问题,解决好居民住房的安全性问题,才能给经济和民生的发展提供良好的保证。
参考文献
[1] 王卫东,王勇.浅议多层砖混结构房屋的抗震设计[J].山西建筑,2005.
关键词: 住宅建筑; 结构设计
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
住宅建筑工程与人们的生活和生产密切相关,建筑质量的好坏很大程度上与设计质量优劣有关。相对而言,住宅建筑结构设计工作繁重而又责任重大,直接影响到建筑物的安全性、舒适性、耐久性和经济性。我国自2000年全面推行建设工程施工图设计审查制度以来,通过施工图设计审查发现并纠正了不少违反《工程建设标准强制性条文》及其他一些违规设计问题,对规范设计市场秩序,确保设计质量,起到了积极作用。
1 住宅建筑结构设计中的常见问题
1.1防火设计问题比较突出
在实际建筑工程中,一些设计人员对防火规范、规定不熟悉,对建筑物分类有错误,导致在设计中对防火标准执行有误,消防处理不当,存在许多安全隐患;一些重要场所的安全疏散出口、疏散门开启方向不正确,影响安全疏散;有些设计中的防火分区面积过大,防火间距过长,设计存在随意性;有些消防设施设计不合理、不配套,建筑物一旦失火,消防设施将不能有效发挥作用。
1.2部分结构设计不合理,安全隐患比较多
如《建筑抗震设计规范》中第7.1.8条(强制性条文)规定“底部框架-抗震墙结构,上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐”。有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震设防分类、场地类别选用错误,导致整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的相差一半,有的甚至一半都达不到;有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,存在漏算错算现象;有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计存在严重安全隐患。
1.3设计深度达不到规定要求
一些设计人员制作图纸“偷工减料”,设计粗糙,过于简单,施工图中应有的系统图、大样图、相关剖视图漏缺;一些重要的、应该用图纸反映的内容只标注“见图集”、“由设备厂家确定”等,施工图设计表述不全,细部大样不详,不能反映工程的全貌;一些重要的设计依据、设计参数、工程类别、安全等级、耐火等级等在设计总说明中没有标明或交待不全。
这些问题的产生,有的是由于设计人员没有对一般住宅尤其是多层住宅设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计结果;有的则是由于设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解;还有的是由于设计者的力学概念模糊,不能建立正确的计算模型,对结构电算结果也缺乏判断正确与否的经验。
2 住宅建筑结构设计的规范要求
为避免出现上述结构设计问题,在住宅结构设计时首先必须从结构计算和构造上满足规范的相关要求。
2.1结构计算应注意的问题
(1)避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符,基础底板上多算或少算土重。
(2)底框砌体结构验算。底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底部框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2~1.5的增大系数;底部框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底部框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时,框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20~30%;应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
(3)避免楼板计算中方法不正确。连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替;双向板查表计算时,不能忽略材料泊松比的影响,否则由于跨中弯矩未进行调整,将使计算值偏小。
(4)对电算结果的正确性作出有效评价。目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算,如何对计算结果进行分析、评价,是一个非常重要的方面。因此必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断,根据其正确与否,决定能否作为施工图设计的依据。
2.2构造设计应注意的问题
(1)注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性,又必须满足最小配筋的要求。
(2)严格按照规范要求,保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度,材料选用也必须满足强度要求。
(3)为了防止屋面温度应力引起的墙体开裂,必须采取有效的通风隔热措施。
(4)按抗震构造要求设置的构造柱,应在整个建筑物高度内上下对准贯通,上至女儿墙压顶,下至浅于500 mm基础圈梁,或伸入室外地面以下500 mm的构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合规范要求。
3 住宅建筑结构的概念设计
住宅设计无论是多层砖混或框架剪力墙结构,都不同于以往的静力设计,必须从抗震的角度,采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。为此,结构设计人员必须及早介入建筑结构的概念设计,否则将会导致建筑结构设计的不合理,给以后的结构设计带来难度。住宅结构的概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题,必须由工程师运用“概念”进行分析,作出判断,以便采取相应的措施。例如结构破坏机理的概念、力学概念以及由震害试验现象等总结提供的各种宏观和具体的经验等。这些概念及经验贯穿在方案确定及结构布置过程中,也体现在计算简图或计算结果的处理中。住宅结构的概念设计在整个设计过程中起着举足轻重的作用,一幢建筑物的设计,如果没有事先经过全盘正确的概念设计,以后的计算模式再准确、计算再精确、配筋再合理,也不可能是一个经济、合理的优秀设计工程。因此在建筑物的方案设计阶段应正确把握建筑结构的概念设计,对不同形式的住宅建筑掌握各自概念设计中容易疏忽的要点。
(1)对一般多层砌体住宅结构,应按《建筑抗震设计规范》要求做到优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处;不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。
(2)对钢筋砼多、高层结构住宅,力求做到结构布置尽量采用规则结构。对复杂结构,可以设置防震缝,把它分割成各自规则的结构单元。结构布置以少设缝为宜,一旦设缝,则应使防震缝的设置与伸缩缝、沉降缝相统一;框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼、屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接。
4 住宅建筑基础结构设计
为防止或减少由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏,可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。诸如:避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置;避免立面体形变化过大;将体形复杂、荷载和高低差异大的建筑物分成若干个单元;加强上部结构和基础的刚度;同一建筑物尽量采用同一类型基础并埋置于同一土层中等一系列措施。基础的结构设计应分别就高层建筑与多层建筑考虑不同的设计。
(1)对高层建筑来说,由于需要一定的埋置深度,从经济的角度考虑,基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式。此时应保证箱体的整体刚度,群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合;当土层有较大起伏时,应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中,并应考虑可能产生的液化影响。
(2)对多层建筑而言,从经济的角度考虑,一般不愿意采用长桩的方案。但对软土层覆盖层厚度较大的地区,一般都需要经过地基处理的方式来达到控制建筑物沉降的目的。常用的软土地基处理方式类型较多,但在选择地基处理方案前,必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况,并根据工程设计要求,确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标,以及各种处理方面的适用性。同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验,进行多方案比较,最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后,还必须满足规范所规定的强度和变形要求。
5 结束语
总的来说,抓好设计质量管理工作显得非常重要。针对当前设计质量状况,设计单位应加强内部的质量管理,设计管理部门要加大对设计质量的监督管理,结合施工图设计审查、专项检查、质量抽查等工作,加强对业主、勘察、设计单位的市场监管力度。特别是设计单位在进行住宅建筑结构设计时必须在满足国家设计规范要求的前提下,加强住宅建筑结构的概念设计和基础设计,才能提高住宅建筑结构设计水平,确保住宅设计质量不断提升,以使住宅建筑的结构设计工作做到更安全、更适用、更合理、更经济。
参考文献:
[1]潘绍焕.建筑结构设计规范中几个问题的探讨[J].安徽建筑,2006.