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通常情况下,建筑结构设计师设计建筑结构的终极目标是为了设计出结构合理、能够安全使用的建筑物,因此,混凝土结构设计的安全度主要包括安全性、适用性以及耐久性三个方面的特征。适用性、安全性及耐久性也是衡量一个建筑物的混凝土结构是否达到经久耐用和安全可靠的使用标准的基本标志,故统称为混凝土结构设计安全度。
1.混凝土结构设计的安全性特征结构设计安全性具体是指在正常使用的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够承受必要的外在负荷作用,例如机械设备、结构自重、人流、家具、风雪以及气温变化等;在特殊情况下,设计的建筑物混凝土结构需要确保能够屹立不倒,例如:当遇到飓风、地震、火灾或者暴雨等突发状况时还能够保持结构稳定。
2.混凝土结构设计的适用性特征
结构设计适用性具体是指在正常使用的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够有效发挥建筑物各个构件和各个系统所应有的使用功能。
3.混凝土结构设计的耐用性特征
结构设计耐用性具体是指在正常使用和日常维护的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够安全使用足够长的年限。
二、加强混凝土结构设计中安全度的意义
建筑结构工程师设计建筑混凝土结构的目的就是赋予建筑混凝土结构一定的安全性能、牢固性能以及耐久性能,确保混凝土结构在规定的使用年限以内能够有效发挥其预定的各种使用功能。混凝土结构设计规范中所制定的各种计算公式和结构要求的出发点就是为了确保混凝土结构设计的安全度,因此,混凝土结构设计的安全度要求全面考虑经济、技术和政策等方面的因素。从经济的角度来看,混凝土结构设计的安全度直接体现了工程造价、投资风险以及维修费用等之间的关系,即若要增强结构设计的安全度,则必然会增加工程造价,但会相应降低投资风险和维修费用;反之,若结构设计的安全度较低,尽菅工程造价较低,但又会相应提高投资风险和维修费用。因此,合理的混凝土结构设计的安全度要求权衡工程造价和工程风险,并寻求两者间的最佳平衡点。从技术的角度来看,混凝土结构设计的安全度直接关乎选择的结构类型、力学模型以及设计概念等是否合理,需要全面考虑,切忌和多种材料直接等同处理。从政策的角度来看,选择合理的混凝土结构设计安全度不仅关乎人们的生命财产安全,甚至还会影响社会安全和政治稳定,导致国家的技术经济政策和基本经济基础发生改变。总而言之,制定和选择科学合理的混凝土结构设计安全度标准综合反映了国家的整体经济资源状况、施工设计技术水平、社会财富积累程度以及施工材料的质量水平等,意义深远。
三、我国混凝土结构设计中安全度的演变
我国建筑物的混凝土结构设计的安全度要求具体表现在设计的结构构件达到规定的安全性承载能力和建筑结构的整体牢固性两个方面。通过对现行的混凝土结构设计规范和老规范进行对比发现了以下几个方面的发展演变。
1.混凝土结构构件的承载能力
根据以往的观察和研究发现,通常影响混凝土结构设计安全性的两个主要因素是混凝土结构构件的承载能力和材料强度及荷载强度分项系数。材料强度分项系数具体是指在计算混凝土结构构件本身所固有的承载能力时,把结构构件的材料强度标准值和缩小系数相乘;而荷载强度分项系数具体是指在计算混凝土结构构件所能承受的荷载作用时,把结构构件的荷载标准值和放大系数相乘。表示系数的具体量值体现了在给定负荷标准的情况下混凝土结构构件的安全度。具体调整如下:(1)荷载方面的调整:风荷载的基本风压、地面粗糙度类别、风压高度变化系数、脉动增大系数以及脉动影响系数发生了改变;活载的具体内容也做了相应的调整。
(2)作用效应组合方面的调整:现行规范中增加了用永久荷载效应所控制的组合,还增加了永久荷载效应控制组合中的恒载分项系数的具体取值为1.35。(3)抗力方面的调整:材料的强度和分项系数都做了相应调整;板设计规范也发生了一定程度的改变;斜截面的具体承载能力设计要求也有些许调整。
2.混凝土结构的牢固性
【关键词】:建筑结构设计安全问题控制 应用
中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
“以人为本,安全第一”是建筑结构的设计原则,本文通过通过提高结构的安全水平与抗御灾害的能力;强调了结构设计要考虑的耐久性和安全性的原则下,通过实践经验分析当前建筑结构设计中的安全问题的控制以及应用情况。
一、建筑结构的设计原则概述
以混凝土为主要材料制成的结构,包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。混凝土结构的结构型式如排架结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、简体结构、板柱结构等。为满足建筑方案并从根本上保证结构安全,结构设计内容从以构件(或截面)设计为主扩展到整个结构体系,为此,强调结构设计应考虑的内力分析、截面设计、连接构造要求、特殊工程的施工可行性及性能设计等。才能满足建筑结构安全性、耐久性的设计要求。以混凝土结构为例,通常基于安全性与耐久性原则,均采用概率极限状态设计方法进行具体计算各分项系数的形式。其中包括:结构重要性系数、荷载分项系数、材料性能分项系数、构件分析系数等。混凝土结构的极限状态设计应包括:承载能力极限状态:结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形,或结构的连续倒塌;正常使用极限状态:结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
二、建筑结构设计过程中的安全问题
混凝土结构安全设计,在承载能力极限状态中应增加结构防连续倒塌设计的内容;为提高使用质量。非荷载间接作用包括温度变化、混凝土收缩、徐变、强迫位移、环境引起材料性能退化等造成的影响。设计时应根据有关标准、工程特点及具体情况分析作用的效应,通常采用经验性的构造措施进行定性设计。混凝土结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家标准的规定。混凝土结构中各类结构构件的安全等级,宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件的安全等级,可根据其重要程度适当调整。对于结构中重要构件和关键传力部位,宜适当提高其安全等级。
1、建筑结构方案设计对结构安全性的影响
结构方案对安全有着决定性的影响。在与建筑方案协调的条件下,结构体型(高度比、长度比)应适当,传力途径和构件布置应保证结构的整体稳固性。因此应从各个角度提出在方案阶段应考虑的结构选型与构件布置的基本原则。
2、结构缝的设计对混凝土结构的不利影响
应根据结构受力特点及建筑尺度、形状、使用功能,合理确定结构缝的位置和构造形式; 宜控制结构缝的数量,并应采取有效措施减少设缝的不利影响;可根据需要设置施工阶段的临时性结构缝。为改善混凝土结构受力,设计中往往要设缝将结构分割为若干相对独立的单元。结构缝往往会对建筑功能,如:止水防渗、保温隔声等、结构布置、构件传力、构造做法和施工可行性等造成影响。应遵循“一缝多能”的设计原则,并采取有效措施,合并并减少结构缝的数量。
3、结构构件连接对结构设计产生的影响
连接部位的承载力不应小于被连接构件的承载力,并应保证被连接构件之间的传力性能;当混凝土构件与其他材料构件连接时,应采取可靠的连接措施;应考虑构件变形对连接节点及相邻结构或构件造成的影响。构件间连接构造设计的原则是保证连接节点的性能不低于被连接构件;与其他材料(钢、砌体等)构件的连接应选择合理的连接方式以保证可靠传力;连接节点尚应考虑被连接构件的变形相容条件。
三、建筑结构设计过程中安全问题的控制
1、结构设计过程中的结构方案控制和布置
结构方案阶段尚应综合考虑的其它问题:抗震、防灾、耐久、节材、降耗、环保等各方面的要求。对关键传力部位和重要的构件适当提高安全等级,以提高构件重要性系数等方法确保结构的安全;对可更换构件以及重要结构中的次要构件,可以降低其重要性系数。混凝土结构设计应考虑施工技术水平以及实际工程条件的可行性。有特殊要求的混凝土结构,应提出相应的施工技术要求。
建筑结构强调设计与施工的关系。结构设计不能脱离实际,而应考虑现有的技术条件(材料、机具、工艺等)的可行性。对特殊结构,设计应提出关键技术控制及质量验收的要求,以达到设计要求的目标。未经技术鉴定或设计许可,不得改变结构的用途和使用环境。
2、预应力混凝土构件的裂缝控制
考虑到建筑的耐久性影响,预应力混凝土构件的裂缝控制更为重要。三级裂缝控制等级的预应力构件按荷载效应的标准组合计算裂缝宽度,不利环境时按荷载效应的准永久组合计算,控制拉应力不大于混凝土的抗拉强度标准值。允许对厚保护层构件适当放宽裂缝宽度限值,以适应耐久性要求增大保护层厚度带来的变化。因为构件表面的裂缝宽度与钢筋表面的裂缝宽度相差很大,厚保护层时较大的表面裂缝宽度尚不至于明显影响构件的耐久性。
任何对结构的改变(无论是在建结构或既有结构)都必须经过设计许可或技术鉴定。房屋交付使用时,除质量保证文件外,还应提出合理使用、维护的要求。结构改变用途和使用环境(如加层改造、超载使用、凿墙打洞、功能改变、环境腐蚀等)都会影响其安全及使用年限。
3、混凝土结构设计实现耐久性设计的措施
耐久性设计按正常使用极限状态控制,表现为:钢筋混凝土构件表面出现锈渍或锈胀裂缝;预应力筋开始锈蚀;结构表面混凝土出现可见的耐久性损伤(酥裂、粉化等)。耐久性引起的材料劣化进一步发展,还可能引起构件承载力破坏,甚至结构倒塌。由于影响混凝土结构材料性能劣化的因素复杂,规律不确定性很大,目前一般建筑结构的耐久性只能采用经验性的方法解决。影响混凝土结构耐久性的主要内因是混凝土材料抵抗性能退化的能力,因此,从建筑材料的角度控制混凝土的质量,控制混凝土水胶比、强度等级、氯离子含量和含碱量的要求。以保证结构的耐久性。
4、不同构件在各种恶劣环境下的针对性保护性措施
预应力筋有应力腐蚀及氢脆等不利于耐久性的弱点,且直径一般较细对腐蚀更为敏感,破坏后果更严重。故除应满足一般要求外,尚应考虑采取有效地构造措施以保护预应力筋、锚头等容易遭腐蚀的部位。提高混凝土抗渗、抗冻性能,有利于结构在恶劣环境下的耐久性。混凝土结构在设计使用年限内尚应遵守下列规定:结构应按设计规定的环境类别使用,并定期进行检查维护;设计中的可更换混凝土构件应按规定定期更换;构件表面的防护层,应按规定维护或更换;结构出现可见的耐久性缺陷时,应及时进行检测处理。
【参考文献】:
[1]马利平.浅谈民用建筑结构设计中荷载取值与组合[J].科技风,2011,(11):165-166.
关键词:高层建筑;结构设计;钢筋混凝土;问题;措施
中图分类号:TU37文献标识码: A
在现代高层建筑工程施工中,钢筋混凝土结构的应用日益广泛,在提高建筑结构的安全性、稳定性与耐久性等方面发挥着非常重要的作用。做好钢筋混凝土结构设计是高层建筑工程质量的重要保证。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的重要功能,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
1做好高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要意义
做好高层建筑钢筋混凝土结构设计工作必须要体现设计的重要功能,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的基本要求总结为如下几点:
1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。
1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有益于实现设计目标的耐久性基础。
1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
2.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多,应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的设计数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
2.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
2.3结构高度的控制
在高层建筑钢筋混凝土结构设计中常会出现超高的问题,这不利于高层建筑物抗震性能的实现,由于不同高度会出现不同级别的设计规范形式,因此,当结构高度出现变化时,特别是出现超高问题时,要重新进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作。
2.4建筑结构平面的设计
若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求,则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构,以此合理分布承载力和刚度,并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言,不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形,而且出于对扭转的考虑,必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内;对于必须设计的框架结构防震缝,其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m;若防震缝两侧具有不同的房屋高度,则要根据低高度房屋确定缝宽;虽然不提倡采用短肢剪力墙,但若不得不采用,则必须使其截面厚度低于30cm,且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。
3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点
3.1加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话,其振型数则应该多取,例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等,其振型数应尽量取≥12的数,但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍,除了含有弹性的楼板,而且在进行总刚性的分析时,它的振型数才可以取得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中,要对其面积进行全面的控制,保证其在一定的范围之内,这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中,不但要对建筑的配筋进行不断的加强,而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整,这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。
3.2高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价,用来取得较好的经济效果。
3.3增强地基承载能力
对于建筑结构的设计而言,地基的设计是整个设计的重要部分,建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此,对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中,进行宏观的把握,要严格的把握地基的承载能力,并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言,其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室,这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小,从而有效的保证了上层结构的牢固性,提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外,在进行建筑地基设计的过程中,还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言,通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。
3.4提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
3.5扭转问题分析和几何中心的确定
为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏,结构和布局应在结构设计合理的前提下,尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下,高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下,街道景观的要求和限制,城市规划的高层建筑,不使用简单的平面结构,不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状,在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。同时,我们应尽可能使结构在一个对称的状态。建筑结构振动周期包括两个方面:结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。
4、结束语
简而言之,钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,应该突出钢筋混凝土结构的特性,结合高层建筑的特点,把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)
[2]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010(01)
[3]张岚.对高层建筑钢筋混凝土结构设计实践的分析[J].广东科技,2012(22).
关键词:中国规范GB50010-2010;美国规范ACI 318-05;设计原理;差别
中图分类号: S611 文献标识码: A
混凝土结构设计是一门科学,它必须符合力学原理,所以不同设计规范之间必然有其共同点。我国和美国有着不同的社会发展历史和背景,混凝土规范作为多年研究成果和经验积累的技术文件,自然又有着很多不同和差异。了解这些不同和差异,对促进我国混凝土结构设计方法的发展具有重要意义。本文就一些主要的方面进行讨论。
一、基本原则
基本原则是制定混凝士结构设计规范的出发点,是一个国家或地区技术政策的其体体现。无论是我国还是美国,安全、适用、耐久、经济和确保质量都是最基本的原则。当然,安全和经济是一对不可调和的矛盾.所谓既安全又经济,是与一个国家的经济发展水平相适应的,或者说是在一个国家经济发展水平上的对立和统一。
二、混凝土材料和耐久性
混凝土是混凝土结构的主要建筑材料,也是用量最多的材料。在混凝土结构设计中,不仅要关心其力学性能,其物理和化学性能也是非常重要的,特别是作为胶凝材料的水泥,近年世界各国突现的耐久性问题就向人们展示了这一点。我国和美国标准中,水泥品种的分类方法和类别有所不同,各种组分的含量要求也不同,但从功能上讲基本是一致的。不同的水泥品种主要是用于不同的场合,其中应用最多的是硅酸盐水泥(波特兰水泥)。
在耐久性方面,美国规范ACI 318-05比我国规范GB50010-2010详尽一些。美国规范将耐久性单列一章,但没有明确对混凝土结构所处环境的类别进行分类,而是直接规定了不同环境和情况对混凝土材料的规定。在耐久性设计中,根据环境类别的不同再确定需要采取的措施,根据等级的不同确定各种指标控制的严格程度。中国归案的环境类别划分比较笼统。
三、混凝土及钢筋的物理力学性能
在混凝土结构中,混凝土和钢筋的主要功能是承重。所以其物理和力学性能非常重要,这也是为什么人们起初重视其力学性能而忽视其耐久性能的缘故。对于混凝土抗压强度,我国采用立方体试件确定强度等级,采用棱柱体试件确定轴心抗压强度,用轴心抗压强度作为设计的力学指标。美国采用圆柱体试件确定混凝土的抗压强度,并作为设计的力学指标。对于抗拉强度,我国采用棱柱体试件进行轴心受拉试验或立方体试件进行劈拉试验确定混凝土的抗拉强度,用轴心抗拉强度作为混凝土设计的力学指标。美国不直接采用抗拉强度指标,在与混凝土受拉有关的计算中,采用抗折强度。
在混凝土结构设计中,我国规范规定了混凝土强度的标准值和设计值,美国规范只采用规定的值。在我国规范和美国规范中,同等级混凝土的弹性模量、剪变模量和泊松比取值相近。
我国常用的普通钢筋的牌号为HPB300、HRB335、HRB400和RRB 400.美国常用的普通钢筋的等级为40级(280MPa),60级(420MPa)和75缎(520MPa)。关于钢筋屈服强度取值的方法,对于有屈服点的钢筋,我国标准按应力一应变关系曲线的屈服点确定,对于没有屈服点的钢筋,按应力一应变关系曲线上残余应变为0.2%对应的应力确定。美国标准有屈服点钢筋屈服强度的取值方法与我国相同,对于没有屈服点的钢筋,按应力一应变关系曲线上应变为0.35%时的应力确定。
四、设计基础与原理
设计基础是指混凝土结构设计采用的基本方法。从力学模式讲,我国和美国采用的都是极限状态设计法,包括承载能力极限状态(美国称强度极限状态)和正常使用极限状态。从概率方法的应用讲,我国规范采用的是基于可靠度的设计方法;美国规范ACI 318-02及ACl 318-05采用了ASCE7的荷载系数,而ASCE 7的荷载系数是经可靠度分析确定的,这意味着ACI 318-02及ACI 318-05也是基于可靠度的设计方法。在实用设计表达式上,我国规范和美国规范均是多系数形式。在作用方面,我国规范的表达式由作用标准值、作用分项系数和组合系数组成,用组合系数反映不同作用组合;ACI 318-015规范由规定的荷载值和荷载系数组成,不同荷载组合时的荷载系数不同。在抗力方面,我国规范采用材料强度设计值(标准值除以材料分项系数),美国规范采用规定的材料强度和强度折减系数(对整个抗力项。而不是材料强度)。
五、结构分析
结构分析是计算结构内力和变形的方法和过程。由于混凝土结构不同于力学计算中的理想结构,如由钢筋与混凝土两种材料组成,混凝土开裂后刚度降低,构件的塑性性能会使结构内力发生应力重分布等,不能直接采用经典的力学方法,而是根据混凝土结构的特点进行修改。我国规范和美国规范均规定混凝土结构可按线弹性方法、考虑内力重分布的分析方法和塑性分析方法。而对于不能按杆系分析的混凝土结构或构件,美国规范规定可按压杆-拉杆模型分析和计算,是国外混凝土结构设计方法的一个新发展。对于混凝土结构和构件的二阶效应,我国规范只考虑有侧移的情况,美国规范按无侧移和有侧移两种情况考虑。我国和美国规范规定可直接通过考虑结构几何非线性效应的分析方法计算,也可在一阶分析的基础上,考虑弯矩增大系数近似计算。在弯矩增大系数法中,我国规范的计算方法比较简便,美国规范的计算方法比较复杂,计算中与钢筋的面积有关。所以按美国规范计算偏心受压构件的配筋时,要先假定钢筋面积,再验算承载力。
六、受弯和受压构件承载力计算
混凝土结构受弯和受压构件承载力计算属于正截面计算的内容。从基本假定和计算方法上.我国规范和美国规范没有大的差别。以界限(或平衡)相对受压区高度为判别条件,我国规范的正截面破坏包括由受拉钢筋控制的受拉破坏和由受压混凝土控制的受压破坏两种形式。按构件最外层受拉钢筋净拉应变εt的大小,美国包括受拉控制截面、受压控制截面和过渡截面三种情况,三种情况的强度折减系数不同,过渡截面的强度折减系数随εt而变化。我国规范以界限配筋率作为最大配筋率,美国规范的最大配筋率要小于界限(或平衡)配筋率。
七、受剪和受冲切承载力计算
混凝土结构的受剪破坏与受冲切破坏具有相似的特征,受剪破坏可以看作是一维剪切问题,受冲切破坏可以看作是二维剪切间题。对于无腹筋的钢筋混凝土构件,美国规范考虑了纵向受拉钢筋的影响(美国的简化计算方法不考虑),我国规范不考虑。对于有腹筋的钢筋混凝土构件,我国规范和美国规范采用了混凝土受剪和腹筋受剪承载力之和的形式。对于无不平衡弯矩受冲切承载力的计算,我国规范的计算方法与美国规范的计算方法相近。我国和美国规范冲切面按与水平面45°夹角扩散。
混凝土结构是我国工程建设中应用最广泛的一种结构,在现代化建设中起着重要作用,随时了解美国设计规范中新的方法,对促进我国混凝土结构理论和设计水平尽快达到国际先进水平具有重要意义。
参考文献:
[1] GB 50011-2010混凝土结构设计规范
[2] BUILDING COODE REQUIREMEMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE(ACI318-05) AND COMMENTARY(ACI 318R-05)
【关键词】建筑行业;钢筋混凝土结构设计;设计方案
钢筋混凝土主体结构工程建设是房屋建筑工程的重点,如果不能对进场的原材料进行监管与控制、混凝土配合比不合理、质量控制不到位将直接影响到施工质量,甚至会造成非常大的质量事故,威胁人员生命财产安全。在建筑项目开展过程中,如果结构设计方案不合理,出现了临时的调整,会对施工工期造成非常大的影响。下面就对钢筋混凝土结构设计的基本内容进行论述,分析方案调整的影响。
一、钢筋混凝土结构设计的基本要求
为了使结构设计符合建筑项目要求,确保结构能够更加规范、合理就要严格遵循下面几项基本要求:
(一)安全性
结构设计要能够体现出安全性。这种安全性主要体现在施工时所能承受的最大荷载方面,在出现了预定的偶然荷载时,主体结构能够保持稳定性与坚固性。比如,结构上直接出现温度变化、支架的塌陷、意外撞击或者是地震事件以后,建筑结构要能够维持稳定性[1]。
(二)适用性
钢筋混凝土能够真正发挥其在建筑工程中的作用和地位就要具有一定的适用性,这种适用性主要是指结构在正常使用当中要具有非常好的性能。不能出现过于严重的变形或者是过宽的裂缝,从而影响到正常的使用,一般,裂缝的宽度不能超过限定值。
(三)耐久性
钢筋混凝土结构的耐久性是非常重要的,是指结构在使用过程中有非常长的使用时间,做好质量监督,使钢筋混凝土构件的质量能够达到既定标准,从而延长钢筋混凝土结构的使用时间[2]。
二、在钢筋混凝土结构设计中常存在的问题及措施
(一)钢筋混凝土结构设计中存在的裂缝问题及措施
在对钢筋混凝土结构进行设计过程中,因为固定材料出现了不连续,将最终导致裂纹的出现,这种现象在固定材料中非常普遍。主要包括骨料裂纹、骨料与水泥相互粘结过程中产生的裂纹以及各种水泥裂纹等。
从力学角度上看,施加一定预应力会使混凝土梁承受到更多的外部荷载,导致内部的拉应力被抵消掉,这样则能够将出现裂纹的几率降低,从而使混凝土的抗拉性能大大改善[3],从而使高强度的钢筋混凝土材料真正发挥作用。
(二)钢筋混凝土结构设计中的变形缝问题及措施
钢筋混凝土结构变形缝间距问题,钢筋混凝土结构设计规范有明确的规定,如果结构设计中设置了后浇带、采用了专门的预加应力或者是使用降低混凝土温度变化的手段则能够使变形缝的间距进一步增大[4]。
鉴于不同地区温差存在差异,导致混凝土出现的收缩应力裂纹概率存在差异,这就要求设计人员要能够做好对配筋的调整。比如,要双层设置长向板的钢筋,还要做好中间区域梁板的配筋工作;针对两侧的梁柱,要对边跨柱的配筋进行加强,从而提高抵抗温度应力的能力,在超长的结构中容易出现扭转的力矩效应,为此,在设计过程中,要做好对结构角部的设计。
(三)钢筋混凝土结构设计的抗震问题及措施
一般来说,地震灾害是人类不可避免的,几年来,我国地震灾害频发,使建筑物遭受到了非常大的损伤,如果设计不能充分考虑到地震影响,不做好相应的抗震措施将造成非常大的人员伤亡与经济损失。为此,钢筋混凝土结构设计必须要遵循以下几项原则:
在钢筋混凝土的刚度、承载力、质量上要随时保持平面内高度的对称、均匀,并能够保持连续的分布,还应该控制好钢筋混凝土构件的厚度、长度等,避免出现应力集中现象[5];
在结构设计中设置多道抗震防线。尽可能多的使用延性较高的构件,从而使结构的关键部位或者是薄弱部位都能够得到加强;
在结构设计过程中要保持连续性与整体性,对各个结构单元进行加强,不同的结构单元要能够分开设计;
构件之间可以采取节点连接的方式,节点连接的承载力、刚度要能够与结构承载力与刚度相适应,并且节点承载力要高于构件的承载力,这样才能够确保构件的稳定;
采取一定的措施防止混凝土结构出现剪切破坏,更不能出现钢筋滑移或者是混凝土压碎破坏。在配筋过程中不能盲目进行,做好重点部位的配筋工作,确保承载力与抗震性能达到标准。
(四)上部结构存在的设计问题及措施
首先,框架-剪力墙结构设计一定要保持均匀性,如果单肢墙体的刚度过大,要对应力过大进行控制,如果结构遭到了破坏,将使整个建筑结构受到影响。此外,要严格按照设计标准做好剪力墙结构的设计[6]。要想更好的应对地震灾害,需在结构中设置一些小的剪力墙,防止结构出现过于严重的变形,出现次灾害。
另外,框架结构设计也不容忽视,很多设计人员都不能对框架结构设计提高重视度。设计人员不能盲目对抗弯承载力进行增大,使结构不能实现强剪弱弯,不能发挥其及时的耗能作用,最终使重要的构件出现破坏,结构失去延性。
结束语:
本文主要对建筑工程当中钢筋混凝土结构设计的基本要点进行了介绍,并分析了一些在设计当中容易出现的问题,最后针对这些问题提出了几点措施,做好钢筋混凝土结构设计是确保建筑结构稳定性的关键,必须提高对其的重视度。
参考文献:
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【关键词】高层混凝土结构设计计算;荷载选取;参数选择;计算结构;
一、高层混凝土结构设计计算中荷载选取的注意事项
1、建筑材料种类及设备种类越来越多,使得结构设计者仅仅掌握现行荷载规范内的荷载数值是远远不够的,要及时掌握所选材料的相关参数,要有确切的设计依据来选取结构设计荷载值。
2、对于教室、火车站侯车室等场所其特点为人员密集且聚集时间长,笔者认为计算机计算时应适当增加活荷载的频遇值,参与地震计算时重力荷载代表值的活载组合值系数0.5应适当增大。同理针对现行荷载规范规定的通风机房、电梯机房7.0KN/m2的活荷载设计值,由于新设备不断更新,如有可靠依据,应根据具体工程所选用的设备可适当调整活荷载设计值。
3、同一工程中,同一种结构材料在结构计算时应根据不用使用情况以确定不同容重。例如混凝土的容重荷载规范规定为24~25KN/m3,如计算钢筋混凝土剪力墙结构,PKPM计算软件要求填入混凝土容重,此处可填入26~28KN/m3。板的混凝土容重应单独按25KN/m3计算,而不采用软件自动计算板重。同样情况本文不再赘述。
4、结构专业应及时与建筑专业沟通,填充墙及隔墙尽量采用质轻、隔音的墙板材料,避免选用重量大的砌块等墙体材料。在抗震设防地区,构件承载力配筋一般均由地震工况控制,能够有效减轻结构自重,是减小地震作用的有效措施之一。
二、高层混凝土结构设计计算中参数正确选择的注意事项
1、随着生产及生活水平的提高和科技发展,结构规范为适应需要不断更新,计算软件随之升级。这就要求结构设计者要及时掌握软件的使用,其中关键的是参数的正确输入,如果计算参数输入有误,计算结果就难以保证正确,可谓失之毫厘谬以千里。本文简单介绍PKPM计算软件的部分参数的选取,以期抛砖引玉与各位同业者共勉。
2、建筑荷载取值应准确,根据现行荷载规范严格按建筑做法计算荷载,不得有“差不多,能包住”这些模棱两可的数据出现。活荷载取值应与房间的使用功能相符。对于高层建筑的外装饰构件等附属构件应按恒荷载输入,统一计算,并且应有构造措施保证装饰构件与主体的可靠连接,应进行不同工况(地震作用、风荷载作用等)的计算,避免造成破坏坠落伤人。
3、PKPM2010软件中SATWE新增参数“嵌固端所在层号”的填写,如果嵌固于基础顶此参数填“1”,如果嵌固于地下室顶板,此参数填写“地下室层数+1”,如果嵌固于地下室某层,此参数填“地下某层数+1”。嵌固层的判断可根据《高规》5.3.7条“高层建筑结构整体计算中,当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2”。对于采用筏形基础时根据《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》(JGJ6-2011)6.1.3条“当地下室一层的结构侧向刚度大于等于与其相邻的上部结构底层侧向刚度的1.5倍时,地下一层结构顶板可作为结构上部的嵌固部位”。此参数计算时应先填写“1”假定嵌固于基础顶,根据层刚度比的计算结果相应修改此参数值。
4、建筑抗震设防分类、建筑抗震等级、设防烈度等参数要求填写准确。裙房与主楼相连与否,抗震等级的取值应分别对待,地下室抗震等级的确定与嵌固层的选取有关,详见《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(本文以下简称《抗规》)6.1.3条的具体规定。根据《抗规》3.3.3条与《高规》3.9.2条的规定当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区,宜分别按抗震设防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)时各类建筑的要求采取抗震构造措施。
5、根据《高规》4.3.14条规定:跨度大于24m的楼盖结构、跨度大于12m的转换结构和连体结构、悬挑长度大于5m的悬挑结构,结构竖向地震作用效应标准值宜采用时程分析方法或振型分解反应谱方法进行计算。SATWE新增按竖向阵型分解反应谱方法计算竖向地震的选项,对于上述结构应单独勾选此项进行承载力及配筋设计。其他构件承载力及配筋则不勾选此项。
6、高层计算振型数首次填写不少于塔楼数的9倍和15个(取大值),根据《高规》第5.1.13条要求计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%。查看计算结果如不满足此条规定再以3的倍数增加振型数量,直至满足此条规定。
7、其他参数如周期折减系数、梁刚度放大系数、活荷载折减系数、高层剪力墙连梁刚度折减系数等可参考规范和相关计算说明书,本文不再详细论述。
三、高层混凝土结构设计计算中合理判断计算结构的注意事项
1、轴压比:轴压比是影响剪力墙在地震作用下塑性变形能力的重要因素,规范将轴压比限值扩大到结构全高,不仅仅是底部加强区。轴压比的具体要求参见《高规》第7.2.13条。计算结果对短肢剪力墙判断存在误差(短肢剪力墙定义可参考《全国民用建筑工程设计技术措施》),当墙肢截面高度与厚度之比大于4但不大于8的墙肢两端均与较强连梁相连时,可不作为短肢剪力墙。当剪力墙轴压比满足《高规》7.2.14条规定时,加强区可采用构造边缘构件。
2、位移比:此参数主要限制结构的扭转效应,值得注意的是扭转位移比计算时,楼层位移的计算采用的是“规定水平力”,“规定水平力”指采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平力,要考虑偶然偏心。而楼层位移角限制采用的是楼板刚性假定条件下的不考虑偶然偏心的地震作用。设计人应对计算假定条件及规定作用工况正确掌握,否则查看的计算结果没有意义。
3、位移角:层间位移角用来衡量结构变形能力从而判断是否满足建筑功能要求,根据规范统计剪力墙高层结构在多遇地震作用下的最大弹性层间位移角均小于1/800,故规范规定剪力墙结构位移角限制不宜大于1/1000。但实际计算中有的设计人或图审人看到“1/1001”就满足要求,看到“1/999”就说不满足要求。笔者认为这不是规范的本意,这样的规范主义也不是一个合格的结构设计者。根据《全国民用建筑工程设计技术措施》的规定并参考了广东省《高层建筑混凝土结构技术规程―补充规定》,对于总高度小于150m的剪力墙结构当某楼层的层间有害位移值小于层间位移值的50%时,该层的层间位移角限制可适当放宽至1/800。
4、周期比:此参数主要也是对结构整体扭转效应的控制。通过限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比来限制结构的抗扭刚度不能太弱。此参数的计算是直接计算结构的固有自振特征,不必附加偶然偏心。
结束语
为了做到《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ3-2010)要求的安全适用、技术先进、经济合理、方便施工。本文简要从荷载选取、软件参数选择、合理判断计算结果等几方面论述结构设计的合理计算。
参考文献:
1.《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010);
2.《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010);
3.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012);
4.《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》(JGJ6-2011);
关键词:钢筋 混凝土 建筑 结构 设计
中图分类号:TU37文献标识码: A
1.钢筋混凝土结构设计概述
高层建筑采用钢筋混凝土结构是功能和稳定的必然需要,为了更好发挥出高层建筑的功能,实现高层建筑的稳定,必须加强钢筋混凝土结构的设计和施工。设计是形成高层建筑质量,在初始时期控制钢筋混凝土结构的基础,要站在为社会和行业发展负责的高度看待和重视高层建筑设计中钢筋混凝土结构的相关工作,形成对设计重点和细节的把握,提高高层建筑设计环节中钢筋混凝土结构的工作水平。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的灵魂,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
对于钢筋混凝土建筑结构设计来说,并不能完全直接按照规范当中的要求去设计和应用,而是要结合实际情况来设计。 首先,不能遵守固有的规则,因为建筑施工是以人为标准的,符合人性化才能得到更好的建筑。 其次,部分规范是一定要遵守的,因为有些关键环节是固定的,虽然通过人为的调整会变得好一些,但是会对其他方面的工作产生影响。因此,我们在日后的工作当中,需要对钢筋混凝土建筑结构设计进行系统的分析,同时采用针对性的策略来解决一系列的不良问题。
2钢筋混凝土建筑结构设计要求
高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作必须要体现设计的灵魂,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的灵魂总结为如下几点:
2.1稳定性
在建筑工程当中,很多的工作都有固定的规范,但是由于施工人员不同和施工技术的差别,在钢筋混凝土建筑结构设计中,无论采用何种施工方法、何种材料,必须满足稳定性的需求。 稳定性是钢筋混凝土建筑结构设计的硬性要求。 首先,无论是大型建筑还是小型建筑, 都需要钢筋混凝土建筑结构设计来稳固架构,以便在施工或者配比材料的时候,得到一个理想的效果。 其次,稳定性对服务的人群来说,在安全方面,具有很大的影响。 如果某一栋大厦在钢筋混凝土建筑结构设计的稳定性方面出现问题,无论多小,都有可能带来巨大的安全隐患。 因此,所有施工方案和技术,都要以稳定性为标准。
2.2 抗震性
随着人类对自然开发的力度不断加大,发生自然灾害的频率也在变快。 从最近几年统计的数据和资料来看,地震成为社会关注的焦点。 虽然国家的相关部门和机构正在加强抗震和预震工作,但效果依然不理想。 地震具有一定的不可预测性,突况较多,产生的破坏力大,波及范围广,对经济、财产和人身安全造成难以估量的损失。 在钢筋混凝土建筑结构设计中,必须加强抗震性能。 从主观角度来说,无论是否发生地震,汶川地震和雅安地震已经对国民敲醒了警钟。 从客观角度来说,必须提高建筑物的抗震性,以保证未来的安全。
2.3安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
2.4耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有益于实现设计目标的耐久性基础。
2.5适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
3、高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
3.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多,应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的设计数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
3.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
3.3结构高度的控制
在高层建筑钢筋混凝土结构设计中常会出现超高的问题,这不利于高层建筑物抗震性能的实现,由于不同高度会出现不同级别的设计规范形式,因此,当结构高度出现变化时,特别是出现超高问题时,要重新进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作。
3.4加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话,其振型数则应该多取,例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等,其振型数应尽量取≥12的数,但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍,除了含有弹性的楼板,而且在进行总刚性的分析时,它的振型数才可以取得更大些。
3.5高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价,用来取得较好的经济效果。
3.6加强概念设计
高层建筑钢筋混凝土结构设计中应该多选择一些新颖的建筑样式,同时又要注意其抗震设计、抗风设计等基础要素。新时期应该加强概念设计,在高层建筑钢筋混凝土结构的弹性设计上,尽量要满足延展性的需求,这是高层建筑钢筋混凝土结构设计发展的趋势。
4结束语
简而言之,钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,应该突出钢筋混凝土结构的特性,结合高层建筑的特点,把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)
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关键词:土建建筑;结构设计;问题;对策
中图分类号:S611文献标识码: A
一、 土建结构设计中存在的问题
1. 设计人员在对项目进行设计规划过程中,往往会忽略规范中明确的要求,造成材料的使用出现浪费和不合理的现象。例如在对混凝土进行设计工作时,如果截面在没有达到某一标准时,其强度计算时应当与相应系数求积,而在这种情况下进行设计时,混凝土会损失较大部分的强度,造成设计不合理。
2. 土建结构构造设计中的问题
现在在土建结构设计中,主要存在的问题有抗震等级确定问题,周期的折减系数问题以及刚强度的放大系数问题。
2.1 抗震系数的确定
抗震等级的确定是拟建建筑物的重要指标,是每个建筑工程都必须要经过的评估环节。在实际操作中不同建筑工程要求的抗震等级也是存在较大差异的。其具体测量工作难度较大。
2.2 周期折减系数的确定
混凝土框架结构的实际刚度通常情况下将大于计算强度,因此导致的问题是其实际使用周期小于计算周期,其主要原因是由于结构内部设置的填充墙,这样会给建筑带来一定的安全风险。显而易见,依照计算周期得出的抗震能力比实际周期小,这就降低了钢筋混凝土的安全系数。
2.3 梁刚度放大系数的确定
在此阶段设计过程中,设计者通常将各个数据输入电脑,混凝土结构多为矩形截面,但实际构造中通常为T型截面,这个环节导致得出的刚度系数与实际刚度相比要小,进而导致各项指标计算出现误差,威胁建筑物安全。
二、 针对以上问题的设计措施
1. 砌体结构设计规范
规范要求设计过程中需注意对地面以下或防潮层以下部分的砌体,应依照所用材料的最低强度要求对其进行设计规划,其目的就是为了保证材料的耐久性。例如对于地基湿度较大的砌体部分,砖至少要在MU15以上规格,砂浆设计规格必须为不低于M7.5的水泥砂浆。在实际设计工作中设计人员应予以注意,保证按规范处理。
2. 混凝土结构设计规范
在混凝土的设计规范中有以下两个问题需要说明:
2.1规范4.1.2中规定:被置于钢筋混凝土结构中的素混凝土其强度值不应低于C15。但是4.1.3和4.1.4中并没有列入C10的标准强度值和设计值。4.1.1条混凝土强度等级应按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值 系指按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件,在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度。
2.2第4.1.2条素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15;钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20;采用强度等级400MPa及以上的钢筋时,混凝土强度等级不应低于C25。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40,且不应低于C30。承受重复荷载的钢筋混凝土构件,混凝土强度等级不应低于C30规范中是指钢筋混凝土结构中的混凝土强度大于C15,但作为垫层中的混凝土其材料为素混凝土,不属于钢筋混凝土,其作用只是为了保护地基在施工过程中不受到扰动而已,因此使用C15混凝土是完全没有问题的,可以达到建筑强度要求。
2.3结构的规则性问题
《高层建筑混凝土结构技术规程》(2010)中规定:高层建筑不应采用严重不规则的结构体系,并应符合下列要求:①应具有必要的承载能力、刚度和变形能力;②应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力;③对可能出现的薄弱部位,应采取有效的加强措施。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,因此设计人员在设计过程中要特别注意新规的规定,以确保后期施工图设计阶段工作的顺利进行。
2.4结构的超高问题
在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制。尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑其或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中曾出现过由于结构类型的变更而导致的结构超高问题,致使施工图未能审查通过,进行修改或从新设计,对工程进度等整体工程规划造成不良的影响。
2.5控制柱的轴压比问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中,轴压比越大,柱的延性就越差,限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态,防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小,则结构延性就差,当遭遇地震时,耗散和吸收地震能量少,结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值。
2.6嵌固端的设置问题
由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此.在这个问题上设计人员往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致安全隐患或后期设计工作的大量修改。
2.7 短肢剪力墙的设置问题
短肢剪力墙是指截面厚度不大于 300mm、各肢截面高度与厚度之比均大于 4 但不大于 8 的剪力墙。在新规范规定抗震设计时,高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验对高层建筑中短肢剪力墙的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中设计人员应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。
结束语:
高层钢筋混凝土结构设计是一个长期、复杂的过程,建筑结构的设计质量跟人民财产和生命的安全息息相关,任何过程中出现的错漏都有可能使设计过程变得更加繁复或使设计结果存在不安全因素。我们必须在工作中严格遵守规范要求,不断的学习和实践,在每一次设计过程中总结经验,遇到问题解决问题,不断优化我们的设计,使设计更加经济合理。
参考文献:
关键词:轨道工程;混凝土结构设计原理;课程建设
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)33-0131-02
《混凝土结构设计原理》是轨道工程本科专业的主要专业基础课,是学生以后从事轨道工程施工和设计应该必须学习和掌握的基础专业知识。所以,该专业学生的专业水平是由《混凝土结构设计原理》这一课程的教学质量决定的。同时,《混凝土结构设计原理》这一课程具有很强的理论性和实践性,因此在教学过程中,为满足现代社会发展的需要,以及应用型人才培养目标的实现,需要改革教学方法,合理安排教学环节和改善教学内容,对课程进行剖析和定位,努力提高和培养学生在工程实践方面的认知能力。
我国已经建设、正在建设、正在规划的轨道交通的城市已有30多个,规划城市轨道交通网总里程5000多公里,2014年末运营总里程已达到2933公里。我国高铁总里程达到10000多公里,约占世界高铁运营里程的46%。随着我国总理在出国访问时一直向世界各国推销我国制造的高铁,说明我国高铁逐渐走向世界。轨道交通学院毕业的学生有机会走出国门参与国外高铁、轨道交通的建设,从而要求学生具备很强的专业基础能力。因此,轨道工程方向的混凝土结构设计原理课程建设具有重要的意义。本文结合轨道工程专业方向的《混凝土结构设计原理》课程的建设实践,就课程建设的教学内容进行了探讨。
一、课程建设教学内容选择与安排
目前国内混凝土结构设计原理的教材多达几十种,表1列出最近几年各大出版社所出的有关混凝土结构设计原理的主要教材。
从表1所列的教材内容大部分偏向《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62―2004)和《混凝土结构设计规范》(GB50010―2010),而由于我校轨道工程专业的学生主要是从事铁路、轨道交通行业,因此在选取教材方面主要考虑铁路、轨道方向。因此大部分教材不适合轨道工程方向的学生。而中国铁道出版社出版的李乔主编的《混凝土结构设计原理》为普通高等教育“十五”规划教材,教材质量好,该类教材“强调理论、重视理论”,并且涉及到《建筑结构荷载规范》(GB50009―2001)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62―2004)、《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)、《铁路桥涵设计基本规范》(TB 10002.1―2005)和《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3―2005),非常适合轨道工程专业学生。像轨道、铁路交通等施工单位部门是我校这一层次学校轨道工程专业的学生毕业后大多分配到的地方,这类单位需要培养富有创造精神的应用型人才,要求学生掌握能运用基本理论解决实际工程问题的能力,因此选择该教材在某种程度上可以满足轨道工程专业学生的人才培养需要。
然而,此教材将第4章“轴心受力构件正截面承载力计算”放在第5章“受弯构件正截面承载力计算”前面,与第8章“偏心受力构件正截面承载力计算”脱节,同时第9章“钢筋混凝土构件的变形和裂缝验算”讲授的是受弯构件的变形验算和裂缝宽度计算,又与第5章“受弯构件正截面承载力计算”脱节。因此,根据我校最新修订的课程教学大纲以及轨道工程专业培养目标的要求,对教学内容进行优化重组应建立在课程组内多方探讨该课程的教学内容的基础上,并对课程的教学内容和教学目标形成基本一致的认识。如把教材的第9章“钢筋混凝土构件的变形和裂缝验算”放在钢筋混凝土受弯构件正截面计算、斜截面承载力计算后面,然后把轴心受力构件放在偏心受力构件承载力计算前面,这样系统的把钢筋混凝土受弯构件计算的相关内容串联起来。
《混凝土结构设计原理》课程具有较强的实践性和理论性,并且在教学内容上文字叙述太多,构造规定多、构件受力模式多,计算公式多,规范多。尤其是各种规范规定的符号、计算方法不同,因此学生总是觉得做题无从入手,在学习时常常觉得困难重重。所以需要经过精心选编,参考《结构设计原理计算示例》编写了课程教学的模拟试题集和习题集,内容不仅涵盖了全部教学内容,并包括可能遇到的所有题型以及一级结构师职业资格考试试题,而且给出标准的参考答案以及详细解题步骤,为巩固学生学习内容起到了非常好的作用。
二、课程建设教学方法
(一)课堂形式
为提高教学质量,我们提倡以板书为辅,以多媒体教学为主的教学手段。但是根据课上实践来看,学生对于公式推导、理论剖析的理解不深,导致采用多媒体课件的效果不理想。因此对于章节重点内容的介绍,可以插入视频录像的内容使学生记住知识点。如讲解钢筋混凝土受弯构件破坏模式时,可以放钢筋混凝土梁静力加载试验的录像,便于学生了解钢筋混凝土受弯构件适筋梁从开始加载至破坏经历了哪几个应力阶段,各个应力阶段的主要特征以及这几个应力阶段计算依据等。
(二)课堂内容
《混凝土结构设计原理》课程,作为一门实践性较强的学科,理论联系实际是一个非常突出的客观事实。因此,可以在课下带领学生到建筑工地实地参观,并利用现场讲解钢筋的结构和构造等施工知识,有机结合理论与实践。如:近几年来我校新校区施工项目较多,结合轨道工程实习基地、体育馆等相继开工的方便条件,带领学生现场参观梁的支模,钢筋的锚固、搭接、延伸、弯起,浇筑混凝土等施工过程,以及预应力张拉工艺及过程,了解预应力筋的种类、锚具等,可以极大的丰富了课堂内容,使理论知识在实际工程中得以化解、消化。
(三)理论教学与期末课程设计相结合
《混凝土结构设计原理》这门课程在学期末安排了两周的课程设计,内容是预应力混凝土简支T梁设计。在理论教学时就将课程设计题目布置给学生,重点讲解预应力混凝土构件设计基本步骤,使得学生带着任务学习,思考预应力筋的预应力损失等问题。而在期末课程设计时,对于同学们没有理解的理论问题,也会再次采用讲课的形式集中讲解。通过实践,让学生进一步巩固所学的内容,培养学生独立分析和解决问题的能力,为今后从事轨道工程设计打下牢固的基础。
三、结束语
《混凝土结构设计原理》是一门涉及到结构力学、建筑材料、施工等多方面的内容,并且是理论、课程设计和实践相结合,同时又起着承前启后的作用,是多门专业课程的前期课程。
针对轨道工程专业的特点,首先在课堂上采取视频录像、动画等教学手段吸引学生的兴趣。其次,在实践环节方面带领学生参观施工工地,使学生深刻理解抽象的书本理论知识。最后将理论教学和课程设计相结合,使学生巩固所学的知识,为后续课程(桥梁工程)的学习、毕业设计和将来工作及进一步研究打下基础。
参考文献:
[1]赵玉新,周清,包华.《混凝土结构设计原理》课程教学建设的几点体会[J].东南大学学报(哲学社会科学版),2012,14(s).
[2]孟宪强,王凯英,齐春玲,仲玉侠.高校立体化教学资源建设与实践――以结构设计原理课程为例[J].高等建筑教育,2010,19(6).
[3]姚力,葛明兰,尹冶.“混凝土结构设计原理”课程建设探讨[J].中国电力教育,2009,(6).