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1.1坚持成本最优化
成本最优化主要包括以下两个方面:在不影响工程质量、使用与工期等的要求下,降低不必要的成本支出;从实际出发,通过主观的预算管理间接降低成本。钢结构工程当中的大量构件都是预制的,必须要加强这部分构件的预算。大量的压型钢板规格变化不大,且在工厂的预制生产过程中损耗较小,因此其成品的预算成本较易于编制;但是,钢结构主体中的钢柱和钢梁等都是根据设计图纸的尺寸进行加工生成的,另外,选用不同型号的钢材为原材料,最后成品的预算成本有所不同,可以简化加工工艺和设备,但要选择较多的钢材规格,从而造成浪费,增加工程预算;另一方面,采用BH型钢虽然可以降低钢架自身的含钢量,节省材料成本,在制作过程中所造成的材料损耗若不能合理回收利用,也会从另一方面造成较大的损耗。因此,针对于不同的钢结构工程,要具体问题具体分析,选用适合工程实际的钢作为原材料,才能降低工程预算。
1.2对制定的预算加大执行力度
企业当中各个员工平时的生产管理行为将会直接生成各项预算成本和费用,要使制定的预算得到真正地执行,首要任务就是将预算指标进行细致地分解,确保及时准确分解到钢结构工程中涉及到的各相关职能部门、基层和负责人;只有将目标责任细分到位,让每一个人对工程生产和管理过程中产生的不同预算成本及费用有个详细的了解,才能更好地把工程预算落实到位。此外,对于钢结构工程施工过程中所遇到的某些不可预见因素如工程量的增加、变更设计图纸等,预算编制部门的相关工作人员要依据工程项目中所做出的变更对工程预算进行及时地调整,从而保证工程预算目标的正确性、合理性和操作性。
1.3严格执行工程预算结果的差异分析
钢结构工程预算结构的差异分析包括有数目差异分析和价格差异分析两部分,其中数目差异主要是指工厂制作差异和工程现场的安装差异。钢结构工程在进行的过程中变化性较大,要通过预算执行来实现一个工程结算的分析与汇总,找出其中的成本差异,就必须要各预算负责部门对差异的原因进行多方面细致地分析,譬如原材料的采购部分要注意分析材料价格的差异、预制钢构件的制造部分要注意构件制作数目的差异、工程部分则要留意实际施工数量的差异等等;只有在对预算结果进行差异分析的基础上,才能钢结构工程下一步的进度进行更深入和定量的分析,从而对不同差异的可控性作出判别,填补工程管理中的漏洞,提出更为合理的改进措施。因此,要严格执行工程预算结果的差异分析,使钢结构工程预算发挥其应有的作用。
2结论
[关键词] 钢结构;成本预算;施工管理
中图分类号:TU712
1.前言
轻钢结构建筑较传统的建筑有着强度高、自重轻、施工周期短、可再利用的特点,因此得到了广泛应用。降低施工项目成本,提高经济效益也就成为钢结构施工企业关注的焦点。但就预算管理的现状而言,很少有能将预算与组织措施、技术措施、经济措施有机地结合起来的单位,这使得一些预算编制缺乏准确性、综合性及系统性。
2.钢结构企业成本预算管理
编制预算本是为业务部门把握合同谈判的尺度,但初期的预算有的参考方案图,有的仅凭大致工程量计算,使得许多企业为了承包到工程项目往往盲目中标签订合同,这使我们不得不反省与经济直接相关的成本预算管理问题。调查表明很多企业一旦预算编制完成就算大功告成,将预算存放在财务部门,没有向员工推广预算管理的理念,责、权、利没有有机结合。一般在一个项目施工过程中,项目经理部各部门、各班组成员在肩负成本控制责任的同时,也负有成本控制的权利,此外项目经理要对各部门,各班组成员在成本控制中的业绩进行定期的检查和考评,如果不能很好的执行一个系统的评价与相应的激励措施,预算成本管理将不能发挥其真正的管理作用。为完善钢结构施工企业全面成本管理提出以下几点建议:
⑴上级领导应坚持目标管理原则和动态控制原则。目标管理的计划、实施、检查是指设定分解目标,将预算指标分解下达各职能部门及责任人;将目标责任到位,使每位员工对自己日常的生产及管理行为所产生的各项成本、费用有一个详尽的了解;执行预算时存在如图纸变更、追加工程量等一些不可预见的因素,预算编制责任部门要根据项目变更对预算作出及时调整,确保预算目标准确、合理;检查目标的执行结果,评价、修正目标,使预算的执行做到“有法可依,有法必依”。
⑵坚持成本最低化原则。成本最低化原则是指一方面挖掘各种能力降低成本,另一方面要从实际出发,通过主观努力达到合理的最低成本水平。例如钢结构工程中檩条及彩色钢板通过液压成型,生产过程几乎没有损耗,所以这两项产品的制造成本预算比较容易控制;钢柱、钢梁部分一般采用H型钢加工而成,若采用RH(热轧)型钢为原材料,对后续的加工工艺及加工设备要求都比较简单,但此类型钢规格太少,在选材上太受局限。而使用BH(焊接)型钢,可适当降低刚架含钢量,无论从材料成本、结构形式等方面而言都更为科学合理。但BH型钢制作过程中会产生很多边角料,使得损耗较大,因此,只有将具体工程具体分析,采用合理的H型钢,才能最大限度的挖掘潜力,降低工程成本。
⑶把责任、权利、利益有机结合。施工项目是由人来操作的,产生的人与人之问的联系便是社会系统,若该系统能高效运转,就需要制定相应的规则。对于钢结构企业,预算考评制度是业绩评价的重要尺度,建立科学、合理、客观、公正的考评制度,是预算考评的首要条件。只有真正做好责、权、利相结合的成本控制才能收到预期的效果。
⑷严格进行成本差异分析。成本差异包含数鼍差异及价格差异两部分,钢结构企业的数摄差异,包含厂内制作差异及现场施工差异。钢结构工程变动性很强,通过预算执行某一个工程结算的汇总及分析,找出成本差异,就需要各级责任部门对差异产生的原因进行分析,例如采购部分析价格差异、制造部分析制作数量差异、工程部分析施工数量差异,在差异分解的基础上,对其经营活动进行深入、定量的分析,并对其可控性做出判断,弥补管理漏洞,才能提出合理的改进措施。
3.成本分析流程
⑴成本分析的方法:①比较法:也称指标对比分析法,是通过经济技术指标的对比方法,发现和查找原因,提高项目成本管理水平。②因素分析法:也称连环替代法,主要分析各种因素对成本的影响程度,发现和查找原因,提高项目成本管理水平。③差额法:就是利用各种因素的目标值与实际值,进行对比、计算,以此分析对成本的影响程度。
⑵成本分析是全员性的工作,以项目部财务和司属单位为主体,公司各部门负责评审,公司领导审批,确保项目各阶段的目标实现。各部门/单位管理责权如下图:
4.钢结构企业施工合同管理
项目管理的目标就是项目的目标,项目的目标确定了项目管理的主要内容是“三控制三管理一协调”,即进度控制、质量控制、费用控制,安全管理、合同管理、信息管理和组织协调。一般一个建设项目的实施,涉及的建设任务很多,往往需要许多单位共同参与,不同的建设任务往往由不同的单位分别承担,要想使得各方明确其承担的任务和责任以及所拥有的权利,就必须通过合同的形式来实现。建设工程施工承包合同谈判的主要内容包括:关于工程内容和范围的确认;关于技术要求、技术规范和施工技术方案的确认;关于合同价格条款确认;关于价格调整条款确认;关于合同款支付方式的条款确认;关于工期和维修期确认;关于合同条件中其他特殊条款的完善确认等等。在进行最后文本的确定时,还要进行合同风险评估,确认合同文件内容,进行合同协议的补遗。所以建设工程施工合同的订立往往要经历一个较长的过程。在明确中标人并发出中标通知后,双方即可就建设工程施工合同的具体内容和有关条款展开谈判,直到最终签订合同。施工合同是最终确定工程造价的重要依据,同时也是建设工程发包人和承包人要共同遵守的法律性文件,双方必须严格履。因此,在建设工程领域,重视施工合同的签订、加强对施工合同的管理,对工程造价的确定十分重要。由于钢结构的特殊性,以下就加强施工合同管理以及发挥其在钢结构工程结算中的作用谈两点认识:
4.1 进一步完善建筑市场监管法规体系。
建设工程施工合同管理是规范建筑市场的重要内容之一。建设行政管理部门应将施工合同管理工作列为整顿、规范市场工作的重点。工程竣工后及时交验,可使建设单位早日投入生产或使用,尽快发挥效益,同时也利于施工企业工程价款的结算,从而实现自身的经济效益。另外,加强合同管理人才的培养,实行持证上岗制度,也有利于提高建设项目合同管理。
4.2 选择合理的施工合同类型,自觉遵守、严格执行经济合同法规。
对于钢构企业,由于施工周期短、资金周转快,施工合同作为约束当事各方的最严格的法律文件,合同中的每一条款都与各方利害相关。尤其在经济不稳定时期,承包商预见性不足,在签订合同时,如对合同类型及其中的合同条款未进行详细推敲和认真约定,很容易导致工程合同纠纷的产生。此外,在施工过程中有可能产生一些其他问题,双方不要进行口头承诺和保证,而应当以书面的形式明确规定。
4.3 利用现代化手段,建立合同管理科学化系统。
目前计算机和网络已在企业中普及,企业在合同管理过程中可引入计算机和网络,实行合同信息网络化管理。随着经济的发展。钢结构企业的规模日益庞大,合同条款也日益复杂,合同文件的组成内容越来越完善。因此,迫切需要借助计算机技术,建立合同管理系统,从而达到保证工程建设进度顺利进行,维护钢结构市场秩序稳定的目的。利用计算机和网络技术将合同在网上运行,实现合同的网上申报.网上审批,网上数据统计.网上监控、网上报表生成,网上合同生成、网上合同履行监控、合同结算等信息化管理,并对合同的授权签约、审查审批、履行、结算等设置统一流程、统一制度,统一数据库,统一格式和标准等。实现合同的无纸化管理,减轻手工操作的难度,使钢结构企业合同管理科学化.规范化。
4.4 高合同管理人员素质、加强法律知识和专业技能的学习
首先,企业领导可依照合同管理人员应具有的素质条件,选择本企业优秀人才担任合同管理人员,也可以通过公开考评和竞争招聘方式选拔人员。在使用过程中坚持优胜劣汰的原则,把优秀人才放在这个岗位上。其次,根据企业与市场的实际,从严要求,定期培训,使合同管理人员掌握《合同法》、《建筑法》、《招标投标法》等相关法律法规和签约技巧,增强责任感。培训的方式可以多种多样:布置学习任务,定期检查,结合实际进行正反两方面的事例分析总结,听电视讲座,参加法律专业或经济管理专业的考试等。同时,建立岗位责任制,对合同管理人员必须实行岗位责任制,明确他们的责,权.利,建立竞争机制,对有贡献的企业领域和合同管理人员给予奖励。
5.结语
以项目为对象的系统管理体系,通过一个临时性的专门的柔性组织,对项目进行高效率的计划、组织、指导和控制,以实现项目全过程的动态管理和项目目标的综合协调与优化,采用科学、合理、系统的管理方法来调配各个分支的资源使项目管理更加完善。只有这样,企业才能赢得源源不断的客户,才可能在激烈的市场竞争中求生存。
参考文献
[1]王卓甫,张云宁等.工程项目管理[M].北京:中国水利水电出版社,2007.
【关键字】:大跨径预应力砼桥梁;连续刚构;结构设计;
随着我国经济建设的发展,公路建设也得到了快速的发展,在公路工程项目中,桥梁建设是一个较为重要的部分。在桥梁建设中,桥梁的稳固性、抗震性等各种性能都十分重要,而影响桥梁安全稳定系数的一个重要因素就是结构安全的设计,因此,在设计施工方案时,尤其是在一些大桥的施工建设过程中,需要选择跨越能力大、抗震性强、受力性能好的桥型,以能保证桥梁工程的质量。
一、连续刚构桥梁
刚构桥是一种采用刚结构作为主要承重结构的桥梁,主要的结构形式有门式刚构桥、斜腿刚构桥、T型刚构桥和连续刚构桥。
连续刚构桥是一种有两个以上主墩采用墩梁固结的桥型,桥的结构采用的是预应力砼结构,它是以连续桥梁和T型刚构桥作为基础设计出来的,即具有T型刚构桥桥型美观、避免下部施工困难等的特点,由于保持了上部构造连续梁的属性,还具有跨越能力大、施工简便、造价低、视野开阔等优点,同时还能对水平荷载下结构的受力性能有一定的改善,抗震能力好、结构变形小,具有较好的技术经济性,在我国桥梁建设中有着十分广泛的应用和良好的发展前景。
二、大跨径预应力砼连续刚构结构设计
在桥梁工程中,桥梁的结构设计一般是由美学要求和桥梁所在位置的承载能力来决定。在实际施工过程中,由于大跨径预应力砼连续刚构受力复杂,混凝土的收缩、温度、预应力等各种因素都会对结构产生影响,因此为了避免桥梁出现类似已施工的同类桥梁中出现的底板开裂、桥面裂缝等问题,在连续刚构结构的设计阶段就应当将各种因素考虑在内,尽量使设计科学合理,以省道黄标线蕲春清水河至干鱼咀改建工程中蕲河2号大桥的设计为例,对大跨径预应力砼连续刚构的结构设计和计算中的问题进行探讨分析。
(一)工程概况
1、工程概况
蕲河2号大桥是省道黄标线蕲春清水河至干鱼咀改建工程中位于湖北省蕲春县内的一座大桥,项目区域内的地质构造较为复杂,主要是受淮阳山字型构造控制,并叠加了新华夏构造,区域内的地壳较为稳定,地层分布主要为太古界强、中风化砂岩。
桥址的地表水主要为蕲河河水,沿途汇集河流的排泄及大气降水,水量受季节性影响的控制,具有暴涨暴落的特点。地下水的类型主要为松散沉积物孔隙水,桥址的地表水及地下水对混凝土及混凝土中的钢筋有微腐蚀性。
根据桥型方案设计中经济适用、施工方面、安全等设计原则,综合专家评审的意见,主桥上构为(60+110+60)m变截面预应力混凝土连续刚构,采用悬浇施工,引桥上构采用30m后张法预制预应力混凝土组合箱梁,先简支后结构连续。
2、技术标准
(1)道路等级:一级公路
(2)桥梁汽车荷载标准:公路-Ⅰ级
(3)设计车速:80km/h
(4)地震峰值加速度:0.05g
(5)设计洪水频率:1/100
(6)通航标准:Ⅳ级航道,通航净宽90m,净高8.0m
(7)桥梁宽度:2×(0.5(防撞护栏)+11m(车行道)+0.5m(防撞护栏)+0.25m(半中分带))=24.5m
(二)结构设计要点
1、墩梁刚度比及墩柱结构形式
墩梁刚度比的确定是连续刚构设计中一个重要的部分,合理合适的刚度比不仅能够满足桥整体的纵向刚度要求,还能充分地发挥出材料的性能,改善桥梁梁体的内力分布,增大跨径,节约投资成本。连续刚构桥梁结构中墩柱和梁体的相对刚度,由二者弯矩的分配来决定,同时还受到混凝土梁体的收缩、温度应力及连续刚构墩柱的抗推刚度等的影响,因此在设计时,首要的目标是尽可能减小梁体的自重。
而在墩柱结构的确定中,除了要满足连续刚构结构在结构、施工等对纵、横向刚度的要求外,还要考虑到抗弯刚度和抗推刚度,尽可能地增大抗弯刚度,而减小抗推刚度。根据这一要求,蕲河2号桥主桥主墩采用双肢薄壁墩,墩身横桥向与箱梁底同宽为6.5m,顺桥向和箱梁0 号块内横隔板厚度一致为0.9m,承台平面尺寸14.4×8.9m,厚4.0m,基础采用6Φ2.2m 钻孔灌注桩。7 号、10 号过渡墩为“L”形盖梁,墩身为钢筋混凝土双柱式桥墩,桥墩直径2.0m,桥墩间距6.0m。
2、梁墩固结处
连续刚构中梁墩固结处的设计是结构设计中作为关键的一部分,固结处的构造与受力都较为复杂,在设计时,其联结的形式取决于桥墩柱的形式,在此基础上,还应当考虑到传力路径、施工便捷程度等方面,确保设计科学合理。
(三)结构计算
在根据设计原则及设计要点确定连续刚构结构的基本尺寸后,还应对结构进行计算和验算,再根据具体的情况对结构进行优化调整。结构计算包括恒载、活载、混凝土收缩徐变、温度、不均匀沉降和其他荷载,验算的内容有内力、应力和挠度等,也即承载能力极限状态和正常使用极限状态。
1、内力计算
主桥上部结构的内力计算包括整体纵向计算和局部横向计算。计算采用空间有限元软件进行,使用的计算模型要完全与实际结构的构造和受力特点相符合,以确保计算结果的准确性。
箱梁横向内力计算,一般是使用弹性支撑平面框架进行计算,在计算的过程中还应考虑到温度和预应力对箱梁横向内力的影响。蕲河2号桥箱梁横向分析采用了框架模型进行计算,并以计算的结果来配置顶板横向钢筋。
主桥纵向计算分施工阶段和使用阶段计算,主要采用的计算软件是MIDAS CIVIL和桥梁博士。
2、应力计算
为了有效地防止连续刚构桥底板开裂和腹板开裂问题,还应对结构的预应力进行计算。
(1)底板预应力
在连续刚构桥中,造成底板混凝土下崩、底板预应力钢筋下移的主要原因是力筋张拉后向弧心的径向力,因而,布置在箱梁底板尤其是跨中底板的预应力束张拉后,还须确保预应力束径向力由底板钢筋承受,以保障底板上下层钢筋网不会被撕开。
预应力束筋径向力及荷载的作用是底板整体下挠出现纵向裂缝的主要原因,在控制底板裂缝时,常常采用在跨中截面增设隔板的措施,以增强截面的局部刚度,在实际工作中,对于底板裂缝的控制措施应根据计算结果来选择是增设横隔板还是加设闭合箍筋。
(2)腹板预应力
通过对近些年来一些大跨径连续刚构桥箱梁腹板开裂现象的分析,得知以四分点至八分点的部位最为薄弱,主拉应力最大,因此,在连续刚构桥中除了常规的在腹板内竖向预应力筋外,还应该加强其断面的尺寸和箍筋布置。
另外,根据大量的实践证明,温度变化对连续刚构的影响也较大,是此类桥梁产生裂缝的主要原因之一,因此在进行结构计算时,还应当根据相关的规范对温度荷载进行计算,并根据结果采取相应的措施来尽可能地降低因温差产生的应力。
3、挠度计算
连续刚构结构计算中,计算模型、自重、混凝土的收缩、温度、预应力、施工荷载等多种因素都会对挠度计算造成影响,因此在进行挠度计算时需要综合考虑多种可能的影响因素。
结语:
大跨径预应力砼连续刚构结构在设计计算中,一般还须要进行地震效应分析,通常是采用反映谱法对地震响应进行分析,同时一些主墩较高的桥梁中,还应对高墩的稳定性进行分析,以确保设计结构的安全可靠。
参考文献:
[1]王旭山.大跨径预应力连续刚构桥悬浇法施工线形控制[J].黑龙江科技信息,2010,(6).
[2]米孝生.大跨径连续刚构桥0号块应力仿真分析[J].山西建筑,2009,(6).
关键词:ANSYS;地下混凝土结构;抗震计算;反应位移法
中图分类号:TU375文献标识码:A
地下结构震害时常发生,地下结构抗震问题越来越引起工程设计者和各方的重视[1,2],世界各国学者也相继提出了一系列的分析理论和设计方法,但由于地下结构抗震设计是一个非常复杂的课题,目前很多理论均在不断地发展和完善当中,此外工程设计本身又不同于理论研究,因此对工程设计者来说如何选取符合结构本身特性的计算方法,既能对其进行简化处理又能保证分析的合理性就显得尤其重要[3]。
本文针对某地下箱型混凝土结构,按照反应位移法原理[4,5],利用有限元软件ANSYS对其进行计算,并给出了详细的计算过程,最终求出了结构断面所受的内力和配筋大小,并对其进行了分析。
1 结构计算模型及材料参数
本工程为某地下箱型混凝土结构,总宽为22.2m,共3跨,总长为87.1m,总高为5.2m,顶板覆土为3m,顶板、底板及外墙厚均为800mm,内隔墙厚为400mm。混凝土强度等级为C30。考虑本工程结构特点,为简化计算,本工程抗震计算时计算模型选择平面应变分析模型并采用反应位移法进行结构横断面抗震计算。计算断面及地层分布见图1,场地各层土参数见表1。
图1 结构计算断面及地层分布(单位:mm)
表1场地地层分布及各层土参数
2反应位移法计算
将反应位移法用于地下结构横断面的抗震设计中时,主要需考虑由两侧土层变形所形成的侧向力p(z),结构自重产生的惯性力F(m)及结构与周围土层间的剪切力(z)三种地震作用。计算时在结构横断面周围施加土地基弹簧,将地层在地震时产生的位移差通过地基弹簧以静荷载的形式作用在结构物上,然后按静力原理计算内力。
2.1地层的简化及参数计算
根据本工程地质情况及土层厚度分布,以第⑥层土花岗岩顶面作为地震震动基准面。由于实际地震时地层的变形非常复杂,为简化计算可将多层地层换算为单一地层,将地震震动基准面以上地层的弹性剪切波速、密度等换算为单一地层的弹性剪切波速、密度。经计算等效剪切波速,单位体积重量,动剪变模量,动变形模量。
场地固有周期可根据剪切波重复反射理论按下式计算:,但由于地震发生时的地层应变大于勘测时的地层应变,考虑应变水平,取。地震震动基准面以上土层的固有周期
2.2地震荷载计算
2.2.1地基土层弹簧系数
在应用反应位移法进行抗震计算中,地基土层弹簧系数的取值对抗震计算的最终结果起到非常大的影响,故应选择恰当的方法计算。平面有限元法是一种可行的近似方法,本工程采用有限元程序ANSYS进行计算。计算时在结构孔口周边沿弹簧的作用方向施加均布单位荷载q,计算各点的相应位移u,从而得到各点的地基土层弹簧系数。计算模型见图2。
图2 地基弹簧计算模型
最终求得地基土层弹簧系数如下:底板下竖向弹簧系数,剪切弹簧系数;侧面水平向弹簧系数,侧面剪切弹簧系数;顶面竖向弹簧系数,顶面剪切弹簧系数。
2.2.2结构自身惯性力
本工程计算时取场地水平地震影响系数最大值。一般在基岩面处的地震加速度取为地表面处的1/2,即。结构形心处取值按深度线性内插,求得。结构重量G=1104kN。结构自身惯性力。
2.2.3两侧土层变形形成的侧向力
地震时,假定地层位移沿深度变化为余弦函数,即土层的水平位移
式中:为基底上的速度反应谱,为地震震动基准面以上土层的固有周期,为地表面至震动基准面间土层厚度,为地表面至计算点深度。
基底上的速度反应谱可由地面加速度反应谱得到。即
将各值代入得
土层变形形成的侧向力
2.2.4结构与周围土层间的剪切力
地震时,假定结构与周围土层间的剪切力沿深度变化为正弦函数,即剪切力
式中为动剪变模量。
代入得
2.3平时使用荷载计算
本工程需考虑的平时使用荷载包括结构自重、上覆荷重、结构顶板上覆土重量以及结构侧墙静土压力等。
上覆荷重按地面均布活荷载考虑。结构顶板上覆土重量。侧墙土压力结构顶板处,结构底板处。
2.4地震内力计算
将所求得的地震时结构自重产生的惯性力、土层变形形成的侧向力及剪切力作为静载加在结构断面上,计算模型如图3所示。计算出的结构弯矩图及轴力图见图4和图5,地震作用下各构件截面所受最大内力见表2。
图3结构计算模型
图4地震作用下结构断面弯矩图
图5地震作用下结构断面轴力图
表2地震作用下各构件截面所受最大内力
3截面抗震验算
截面抗震验算时应将结构构件的地震作用内力和其它平时使用荷载产生的内力进行叠加,求出最终的结构内力,即为抗震验算时的实际内力。最终求得各构件截面所受最大内力和配筋见表3。
表3各构件截面所受最大内力及配筋
从结构断面弯矩图和轴力图可以看出,地震时结构受力最大点均出现在顶板与侧墙交接点处,顶板最大弯矩约为821.16kN.m,其中地震产生弯矩为251.52 kN.m,约占总弯矩的30%;外墙最大弯矩约为829.34kN.m,其中地震产生弯矩为194.02 kN.m,约占总弯矩的23%。本工程相应计算最大应力及截面配筋率均在规范允许范围之内,且根据实际结构尺寸情况,取横断面模型进行计算时,没有考虑两侧结构对其板带的约束作用,故按此方法计算出的结构内力是偏于安全的。
4结论
从以上分析可知,各构件在地震作用下产生的内力在总内力中占有相当大的比例,因此对于地下结构,特别是一些重要的地下结构其抗震计算是不可忽略的。由于目前地下抗震计算方法较多,且某些方法需要花费大量的精力和时间去进行研究,对工程设计者来说,根据自身工程的特点选取合适的抗震计算方法是特别重要的一环。反应位移法作为拟静力分析方法中的一种,考虑了土体与结构的相互作用,与其它拟静力法相比更加符合实际情况,是值得借鉴与采用的一种方法,但地基土层弹簧系数的取值对计算结果有很大的影响,计算时应特别注意。
参考文献:
[1] Xuehui An,AAshrafA.Shawky,Koichi Maekawa,The collapse mechanism of a subway station during the Great Hanshin Earthquake[J].Cement and Concrete Composites,1997,19(3):241-257.
[2] Hashash Y M A,Hook J J,Schmidt B,et al.Seismic design and analysis of underground structures[J].Tunneling and Underground Space Technology,2001,16(4):247-293.
[3] 刘晶波,王文晖,赵冬冬.地下结构横截面抗震设计分析方法综述[J].施工技术,2010,39(6):91-95.
【关键词】加固;预应力CFRP布;钢筋混凝土梁;非线性有限元
中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:
预应力CFRP布加固钢筋混凝土结构是目前及今后重要的发展方向,本人结合的工程实际,选取钢筋混凝土T梁作为典型进行研究分析,由于预应力CFRP布加固钢筋混凝土T梁在各阶段的内力情况,均与荷载变化呈非线性关系,为更加贴近被加固构件的实际受力情况,本文将以非线性有限元理论进行求解,并借助计算机软件模拟加固梁体在各阶段的受力情况。
1 .非线性有限元求解的基本原理[1]-[4]
钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种性质差别很大的材料组合而成。混凝土常常是带裂缝承担荷载的。这些裂缝还随着荷载的变化而变化,同时,钢筋和混凝土之间的粘结力和相对滑移的关系十分复杂,因此,钢筋混凝土结构的分析同一般由匀质材料组成的结构的分析有很大的不同。
NGO和SCORDELIS于1967年首先将平面有限元应用于钢筋混凝土梁的分析,随着国内外大型有限元软件MARC、ASP、ANSYS等等研究开发,空间三维实体有限元钢筋混凝土模型广泛运用于实际设计计算过程中。混凝土的开裂、受拉区的强化、材料非线性的处理及多轴特性、钢筋与混凝土之间的粘结滑移性质等都可以运用该种模型来模拟。
1.1结构的离散化模型
1.1.1理论性的结构(不带裂缝)离散化模型有一下三种:分离式模型、组合式模型、整体式模型。
1.1.2混凝土开裂的裂缝模型,钢筋混凝土结构在低荷载作用下就会产生混凝土裂缝,使结构带裂缝工作,这是钢筋混凝土结构非线的重要原因。因此,在进行非线性有限元分析时,必须建立合理的混凝土裂缝模型。混凝土的受拉开裂裂缝可采用分离式裂缝模型和片状裂缝模型两种。
1.2非线性方程的解法
从20世纪中叶起,科学为解决困扰人们的非线性问题奠定了基础;60年代末,有限元法与计算机相结合,使工程中的非线性问题逐步得以解决。用有限元法进行结构非线性分析,其控制方程最终是一组非线性代数方程。非线性代数方程组的求解方法很多,方法的选择往往与物理问题的性质、特点、非线性程度、对计算结果的要求以及计算机的容量、计算速度等因素有关。以下介绍几种常用的求解方法[45]。
1.2.1直接求解法
直接求解法是基于全量列式的求解过程,应用最多的是直接迭代法。由虚功原理建立的非线性有限元平衡方程:{δn}=[Kn-1]-1{P}。当迭代结果满足预定的收敛准则时,就得到了所要求的节点位移向量。
1.2.2增量法
增量形式的有限元列式方法具有一个共同的特点:将整个荷载变形过程划分为一连串增量段,每一增量段中结构的荷载反应被近似地线性化。简单增量法将每一级增量荷载下直接求得的状态变量视作结构平衡状态,计算相应的切线刚度矩阵,进而作下一级荷载计算,并不断累加其位移增量。图4-2描述了简单增量法的求解过程。
1.2.3 Newton-Raphson法[40]
迭代公式:
(1-1)
这就是求解结构非线性平衡方程组的最常用的计算方法。
1.3收敛准则
在迭代计算中,为了终止迭代过程,必须确定一个收敛标准。在实际应用中,可以从结构的不平衡力向量和位移增量两方面来判断迭代计算的敛散性。数的大小可以用其绝对值来衡量,而对于一个结构,无论其节点力还是节点位移都是向量,其大小一般用该向量的范数来表示。取位移增量为衡量收敛标准称为位移准则,若满足下列条件认为迭代收敛:
(1-2)
式中:αd一位移收敛容差;
一位移增量向量的某种范数。
2. 计算机非线性有限元的计算步骤与实例模拟
结合工程实例,我们选取了钢筋混凝土T梁,进行非线性有限元的模拟计算,并将计算结果与线弹性理论的近似计算结果进行比较。
2.1计算前处理[5]-[7]
2.1.1分析对象
简支T梁截面尺寸为b×h=250mm×1200mm,单侧翼缘板宽550mm,总长15m,净跨为14.6m。混凝土强度等级为C20。试验梁受拉钢筋为8根φ28的二级钢筋;受压筋为4根φ28的二级钢筋;箍筋为φ8的一级钢筋,间距为150mm;梁的配筋率为0.80%。混凝土强度设计值;抗拉强度设计;混凝土弹性模量。钢筋强度设计值;弹性模量,计算模型采用对称集中加载方式,荷载间距为1500mm, 预应力CFRP布初始张拉力为102.5kN。
图2-1截面几何尺寸
2.1.2材料类型
(1)混凝土的材料类型
混凝土采用多线性等向强化(MISO)的材料模型,屈服准则为VON MISES准则使用多线性来表示使用 VONMISES屈服准则的等强化的应力应变曲线,如图4-8所示,模拟随动强化效应,通过tb和miso输入混凝土的应力应变关系来确定本构关系。通过tb,concr及matnum 定义混凝土的W-W破坏准则。
图2-2混凝土应力-应变关系
(2)钢筋的材料类型
受拉筋、受压筋、箍筋采用双线性随动强化(BKIN)的材料模型,使用一个双线性来表示应力应变曲线,如图4-9所示,有两个斜率:弹性斜率和塑性斜率,由于使用了随动化的Von-Mises屈服准则,所以有包辛格效应。
图2-3钢筋、钢板应力―应变关系
(3)碳纤维的材料类型
碳纤维采用线弹性模型,所以仅需定义弹性模量和泊松比。
2.1.3建模网格划分
根据建模的处理方式,有限元模型主要有分离式、整体式和组合式。由于模型中钢筋采用离散的link8单元,钢筋较多,在分析中假定混凝土与钢筋无相对滑动,采用网格直接生成方法建立模型。
2.1.4有限元模型的加载
(1)加载子步
采用迭代法求解,求解时采用多荷载步,每荷载步又设若干子步。本次建模最小子步步长设为2,最大子步步长设为100,程序会在2~100之间根据收敛情况自动选择。
(2)收敛准则
本文以结点力为迭代收敛的控制条件,认为结点力的相对误差小于0.01为收敛。在迭代次数超过15次后,若迭代结果仍不收敛或不满足程序默认的最大位移条件,就认为计算模型已破坏,并把前一级荷载作为梁的破坏荷载。
2.1.5求解方法(Newton—Raphson法)
本案例的分析对象为简支梁,为反映其真实的约束条件,在该梁一端支座处施加y,z方向约束,在另一支座处施加y方向约束,即一端固定,另一端铰支。对梁施加对称集中荷载,并采用位移加载的方式,即在加载处的一排节点上施加y向位移且每个节点上施加的位移相等。
对本案例的研究对象采用修正的Newton一Raphson方法迭代求解增量平衡方程,为加速收敛采用自动时间步长并打开预测器及线性搜索。计算中采用2个荷载步逐步加载。收敛准则采用位移控制的无穷范数收敛准则,前一个荷载步中设为3%,后一个荷载步收敛准则放宽为5%,计算顺利收敛。由计算得到预应力CFRP布钢筋混凝土梁的基本模型,见图4-10。
(a)几何模型(b)网格划分
(c)弹簧单元 (d)约束及预应力
图2-4计算模型
2.2计算分析和模拟过程
通过计算程序,计算得到预应力CFRP布钢筋混凝土梁在施加预应力阶段、混凝土开裂、梁下缘钢筋屈服及极限状态时的混凝土和钢筋的应力与应变,以及梁的变形与界面滑移分布等。
2.2.1施加预应力阶段
预应力的施加采用等效荷载法,即将预应力的作用以荷载的形式直接作用于结构求解。计算得到施加预应力阶段时的截面应力、应变及变形。在预应力施加拉力至CFRP布至极限荷载的 80%(Pcr=102.5kN(80%Pu))。混凝土上翼缘缝宽控制在0.021mm范围内,跨中受拉边缘混凝土应力达到34.47MPa,受压区边缘混凝土最大应力达到4.96MPa,构件的荷载一变形曲线在该阶段保持线性发展,并没有产生明显变化,说明梁处于弹性工作阶段。跨中变形为7.661mm。预应力CFRP布与混凝土梁交界面滑移沿梁长分布不均匀,最大滑移发生在梁端,并沿梁向跨中减小,跨中滑移接近为零,在弹性阶段界面滑移比较小,最大滑移为 0.016mm。
2.2.2梁体下缘混凝土裂缝开展阶段
当竖向荷载施加至极限荷载的28.2%(Pcr=495.31kN(28.2%Pu)),Mu=1807.88 kN*m。混凝土有部分单元有裂缝发展,跨中受压区边缘混凝土最大应力达到11.998MPa,受拉边缘应力达到89.472MPa,缝宽0.012mm,构件的荷载一变形曲线在该阶段仍保持线性发展,并没有产生明显变化,说明梁处于弹性工作阶段,梁的刚度基本没变化。跨中变形为12.912mm。梁体混凝土与钢筋交界面滑移沿梁长分布不均匀,最大滑移发生在梁端,并沿梁向跨中减小,跨中滑移接近为零,在弹性阶段界面滑移比较小,最大滑移为 0.048mm。
(a)混凝土梁腹应力(b)混凝土梁腹应变
(c)整体变形 (d)界面滑移
图2-5开裂状态下的计算结果
2.2.3梁体下缘钢筋屈服阶段
由计算得到,梁体下缘钢筋屈服时的应力、应变及变形曲线,见图4-12。由图可知,当外荷载达到极限荷载的70.5%(Py=1238.28kN(70.5%Pu)),Mu=4519.72 kN*m。梁体下缘钢筋屈服应力达到333.68MPa,上缘钢筋应力达到 210.232MPa,此阶段荷载一变形曲线出现明显弯曲,梁处于弹塑性工作阶段,跨中变形为32.51mm。滑移沿梁长分布情况与弹性阶段类似,沿梁长不均匀分布,最大滑移发生在梁端,并沿梁向跨中减小,跨中滑移接近为0,在钢筋接近屈服时,最大滑移达到0.092mm。
(a)混凝土梁腹应力(b)混凝土梁腹应变
(c)整体变形 (d)界面滑移
图2-6混凝土梁钢筋屈服时的计算结果
2.2.4承载力极限状态
计算得到极限荷载阶段应力与变形,见图4-13。由图可知,当外荷载达到极限荷载时,有个别混凝土单元应力达到混凝土破坏强度,即混凝土被压碎,梁体下缘钢筋屈服应力达到354.86MPa,此阶段出现梁的变形增长速度大于荷载增长速度,整个梁进入塑性工作阶段。极限荷载为Pu=1756.03kN,Mu=6411.54 kN*m
(a)混凝土梁腹应力(b)混凝土梁腹应变
(c)荷载一变形曲线
图2-7极限状态下的计算结果
2.2.5 预应力CFRP布加固梁体前后的承载能力对比
表2-1 加固前后的承载能力对比
3.结语
本章运用了非线性有限元以及计算机数值分析程序对预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁的整个受力过程进行数值模拟,得出一下结论:
3.1在预应力CFRP布初始张拉力作用时,对梁体只施加预应力时,混凝土板上缘受拉,下缘受压,组合梁产生反拱7.661mm;
3.2当外荷载施加至极限荷载的28.2%时,混凝土有部分单元开裂,跨中受压区边缘混凝上和梁体受拉边缘应力均增加,构件的荷载一变形曲线在该阶段并没有产生明显变化,说明混凝土开裂对梁的刚度影响不大,梁处于弹性工作阶段,跨中变形为12.912mm。界面滑移沿梁长分布不均匀,最大滑移发生在梁端,并沿梁向跨中减小,跨中滑移接近为零,最大滑移为0.048mm;
3.3当外荷载达到极限荷载的70.5%,梁下缘钢筋屈服,梁体上缘尚处于弹性阶段,此阶段荷载一变形曲线出现明显弯曲,梁处于弹塑性工作阶段,跨中变形为32.51mm。滑移沿梁长分布情况与弹性阶段类似,跨中滑移接近为零,最大滑移达到0.092mm;
3.4当外荷载达到极限荷载时,有个别混凝土单元应力达到混凝土破坏强度,梁下缘钢筋屈服应力达到354.86MPa,此阶段出现梁的变形增长速度大于荷载增长速度,整个梁进入塑性工作阶段。
3.5从计算机数值分析程序与线弹性理论的计算结果对比可以看出,由于预应力CFRP布加固钢筋混凝土T梁在各阶段的内力情况,均与荷载变化呈非线性关系,因此计算机数值分析程序的非线性有限元计算结果,从理论上更加贴近被加固构件的实际受力情况。后续我们在实验场对加固梁体进行的荷载试验,从试验结果证明:非线性有限元模型计算所得数据更加贴近实际受力情况,而线弹性理论受制于理论模型的的限制,计算结果偏于保守,不够精确,其仅能作为近似的计算方法。
【参考文献】
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关键词:绿色环保建筑;钢结构建筑;发展前景;抗震性;隔音效果;建筑施工 文献标识码:A
中图分类号:TU391 文章编号:1009-2374(2016)21-0081-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.21.039
随着社会的不断发展和科学技术水平的不断提高,绿色环保建筑成为社会关注的焦点,绿色环保建筑就是在建筑的生命周期内,能够最大限度地减少能源、材料、水资源和土地资源的使用量,减少污染排放,保护生态环境平衡,让人们能够生活在绿色、健康的环境中,实现人与自然的和谐相处。将钢结构建筑与绿色环保建筑的概念结合起来,是顺应我国绿色环保发展理念的建筑发展模式,也是我国建筑行业可持续发展的重要推动力量。
1 绿色环保建筑概述
绿色环保建筑就是在建筑的生命周期内,能够最大限度地降低能源、水资源、土地资源和材料的使用量,达到减少污染排放、保护环境的目的,让人们能够生活在健康、环保、绿色的环境内,绿色环保建筑是人与自然和谐相处的鲜明体现。美国人罗伯特・维尔和兰达・维尔于1991年共同提出了绿色建筑的概念,欧美发达国家近年来积极探索,大力开发新技术、新工艺和新材料,力求设计的建筑在满足功能需求的同时能够降低耗费的能源和资源。钢结构建筑符合绿色环保建筑的概念,因为钢结构的三大核心价值为“最好的延展性”“最轻的结构”“最短的工期”,因此钢结构具备优秀的抗震性能,例如2011年日本发生九级大地震,但是房屋损毁数量很少,因为日本房屋建筑广泛采用了钢结构,在满足人们对建筑使用功能需求的情况下,我国应该大力推广钢结构绿色环保建筑。
2 钢结构建筑的环保节能优点
2.1 节能
钢结构建筑使用的建筑材料,很多都是环保节能材料,如外墙中使用的ALC板,使用100毫米的这种建筑材料就能实现50%以上的节能效果,如果使用传统的黏土砖墙体,在冬季气候寒冷的地区,如哈尔滨等地区,需要将近1020毫米才能达到与ALC板相同的保暖和节能效果,这也是我国北方建筑能量被大量消耗的原因。与我国建筑能耗相比,发达国家日常能耗仅为我国的三分之一,我国很多地区使用的护保暖性能远远不及发达国家,如果用钢结构替代现有的传统砖墙结构,住宅建筑每平方米节省的能耗相当于17.5公斤左右的煤。
2.2 节省建筑用地
第一,能够取代实心黏土砖,钢结构建筑使用材料主要是保温棉、冷弯薄壁型龙骨和石膏板等,而目前我国大量住宅建筑仍然使用实心黏土砖,如果用钢结构取代实心黏土砖,能够有效减少烧砖造成的环境污染和对耕地的破坏。数据显示,如果用钢结构取代我国20%的黏土实心砖结构,每年能够节省建筑用地90万亩以上,减少因为烧砖而毁坏的耕地20万亩以上,还能节省高达2000万吨的煤,因此使用钢结构技术是实现节能环保的必由之路。第二,能够提高土地资源的利用率,大部分钢结构建筑使用的都是复合墙体,横截面积远小于混凝土结构和砖砌结构,因此能够增加约5%左右的建筑面积,在不增加土地使用面积的情况下,使用钢结构每年能够增加3600万平方米以上的建筑可用面积,解决100多万人的住房问题。
2.3 节约水资源
采用钢结构施工技术,施工现场需要使用的水资源非常少,基本只有基础施工中才会用到水,而我国目前的住宅建筑使用的砌体结构和钢筋混凝土结构,在施工中需要使用大量水资源。数据显示,如果采用砌体结构或者钢筋混凝土结构,住宅建筑每平方米使用的水资源约为3吨,按照我国现有的住宅建筑建造速度来看,每年施工需要耗费的水资源高达18亿吨。
2.4 节省施工材料
钢材是一种可循环再使用的材料,美国每年将近70%的钢材都是回收再利用的钢材,而钢结构建筑中的复合墙体使用的也都是能够重复使用的材料,这两种材料是钢结构建筑使用的主要材料,因此能够达到节省施工材料的目的。
2.5 减少噪音和垃圾污染
城市垃圾的40%左右都是建筑施工产生的垃圾,城市噪音的35%都是建筑施工产生的噪音,全球7%左右的二氧化碳都是水泥工业排放的,由于我国的环保工作力度不足,实际上的数据比统计数据更高,也就是我国的环境污染和噪音污染状况要比统计的状况更加严重。而钢结构施工采取的是现场装配的干作业使用,极大地减少了水污染和垃圾污染,不需要大量运输施工材料以及振捣水泥,有效减少了施工产生的噪音。
2.6 保护生态环境
钢结构建筑不再使用实心黏土砖,我国80%的建筑每年需要使用实心砖的数量多达7000亿块,占据世界实心砖产量的50%以上,而使用的水泥量占世界总量的33%以上,生产实心砖需要耗费大量的煤炭资源和耕地资源,并且产生大量的二氧化碳、二氧化氮等温室气体,而使用钢结构建筑则能避免这些缺点。
3 钢结构建筑的绿色环保施工
3.1 钢结构绿色环保施工理念
建筑施工在一定程度上对环境造成了一定的破坏,影响了生态环境的平衡,近年来各个行业和领域对绿色环保观念都非常重视,对于我国的建筑施工来说,要求在建筑材料选择、建筑施工的具体过程以及建筑使用等方面都坚持绿色环保理念,减少使用化石能源,不断减少二氧化碳、二氧化氮等对环保有害或者会造成温室效应的气体排放,因此钢结构已经成为我国建筑行业发展的主流趋势。相对于传统建筑结构,绿色环保钢结构施工指的是在建筑施工和使用中,在确保建筑质量和功能的基础上,采用先进的技术和科学有效的管理方法,尽量节省资源和能源的使用,在不破坏环境的前提下减少水资源、土地资源以及施工材料的使用量,钢结构绿色环保施工符合我国提出的可持续发展理念。
3.2 钢结构绿色环保施工应该注意的方面
第一,施工的资质审核,在施工前应该审核施工单位的现场吊装、拼装和安装等施工能力水平,做好施工组织设计,施工单位必须具备能够满足施工需求的吊装机具技术、控制屋架外形和控制出制度的技能,对于需要使用特殊吊装的施工环节,必须先制定详细的施工方案;审核施工单位的资格证件如焊工合格证、焊接工艺评定报告和施工人员的资格证书等,焊接工艺评定报告中应该包括焊接方法、焊接材料、焊接接头形式等内容,焊工合格证应该包括焊接位置、方法和有效期等,严禁施工人员无证上岗,防止影响施工进度和施工质量。第二,钢结构的建筑设计,建筑设计全程都应贯彻绿色环保理念,设计人员尤其应该重视建筑的位置和结构选型等方面,从全局角度做好建筑的结构布置和细节控制;建筑结构设计应该尽量满足低碳环保、绿色环保的理念,施工前可以使用计算机软件模拟建筑构件后期的拼装效果,能够有效提高施工效率,减少施工过程中可能出现的质量隐患和安全隐患。第三,施工成本预算,建筑施工设计方案应该尽量提高材料使用率,降低材料损耗,采购施工材料做到货比三家,选择性价比最高的供应商。做好施工预算管理工作,在施工前由预算管理人员测出各个施工环节和各个工种的具体成本,划定预算定额,向各个施工班组下发任务,让每个施工人员都能明确施工目标,激发施工人员的责任感和积极性,提高施工效率和施工质量。第四,钢结构绿色环保施工方法,在钢结构安装和防护施工中,应该建立完善的施工管理体系和施工操作标准,施工过程中必须确保全部钢结构正确安装,这样才能保证钢结构的稳定性和强度。安装前必须做好施工准备工作,将施工场地清理干净,修建好运输施工材料、设备所用的道路,将施工所用的构件运输到施工场地,整齐的堆放在正确的位置,将施工材料分类并做好编号记录,拼装好构件并清理干净。做好钢结构的安装测量工作,测量的内容主要是钢柱垂直度、土建工序交接基础点复测和沉降观测等。第五,钢结构的施工安全管理,施工中必须严格遵照施工标准和国家规范,在施工全过程中贯彻安全管理的理念,落实每位管理人员、施工人员的安全施工责任,施工人员进入施工现场必须佩戴安全帽,做好安全准备措施,每天都要认真检查施工所用的机械和器具,对于高空作业使用的安全带、钢丝绳等除了每天检查,还要每周进行一次性能检查,充分保证施工人员的人身安全。第六,施工设备的选择,尽量选择性能好、污染少、噪音小的施工设备,严格划分非施工区域和施工区域,施工现场使用的锅炉等设备,必须使用清洁燃料,如果在市区施工,严禁使用振动桩机、柴油发电机、柴油冲击桩机等可能产生噪音污染的设备,照明设备应该设置成俯视角,防止产生光照污染。第七,施工的环境保护,由于施工需要建造活动房屋,因此必须先取得相关部门的允许,确保使用的材料符合施工要求。完工后聘请专业的单位拆除施工中使用的临时设备。控制好施工过程中产生的灰尘和噪音,降低噪音污染,确保建筑施工符合绿色环保施工的需求。
4 钢结构绿色环保施工的发展前景
相对于传统建筑结构,钢结构具有强度大、性能好、使用简单、不影响环境等优点,能够减少50%以上的能源资源消耗,因此应该大力推广。钢结构绿色环保施工技术在我国建筑行业有非常广阔的发展前景。
5 结语
综上所述,钢结构建筑施工技术,符合绿色环保的发展理念,采用钢结构的建筑将会越来越多,我国应该大力推广钢结构建筑,为我国的可持续发展贡献力量。
参考文献
[1] 邱振勇.绿色环保的钢结构建筑――兼论钢结构的绿色施工[J].城市建设理论研究,2013,(23).
[2] 高荣丽.探讨钢结构住宅建筑的设计和应用[J].城市建设理论研究,2013,(17).
关键词:建筑工程;钢结构;绿色施工
中图分类号:TU198 文献标识码:A 文章编号:
建筑钢结构的特点是自重较轻,其强度也比较高,居住效果好,所以近几年在建筑工程得到了广阔的发展空间,是建筑工程的又一技术改革。我国社会和经济的迅速发展,科学技术的不断完善和更新,使建筑钢结构生产也在迅猛发展。不但如此,在保护环境和节约能源上,顺应了建筑市场的发展需要,并发展成为建筑工程的主流技术,同时也为住宅产业化的发展打好了坚实的基础。
一.建筑钢结构施工优点和应用的必然性分析
建筑钢结构主要的施工材料是钢材,主要是由钢板和型钢等建筑钢材制成的各种构件,其中包括:钢梁、钢桁架、钢柱等,结合焊缝、铆钉、螺栓连接方式,拼装组成完整的建筑结构体系,再加上轻质的墙板和节能型的砖作为新型建筑材料的墙体。
绿色工程已经越来越得到国家的高度重视,随着城市化的快速发展进程,人们对生活空间以及生存环境的要求也在变化。不但要求住宅具有舒适度,而且要求建筑有美观和合理的布局效果。同时在逐渐迈进的低碳现代化都市生活,现已成为经济全球化发展的新风尚,促使建筑钢结构被广泛的应用到建筑中。建筑钢结构具有很好的承载力和密闭性,又有节约结构成本,拆除工作简单,回收价值高等优势。除此之外,建筑外墙使用节能型的建筑材料,降低钢铁污染的发生几率,遵循了国家的相关政策和要求:节能减排,绿色环保,提高了人们居住质量。
二.绿色施工
传统的建筑工程施工在很大程度上打乱了,甚至是破坏了人与环境之间的和谐平衡。环保和绿色工程是近几年不断提到日程上的时代话题,环境威胁也在潜意识里增强了人们的绿色环保意识,其中涉及到建筑工程的相关工作。
在传统的建筑工程施工活动中,建筑绿色施工一直是绿色建筑工程的全部寿命周期的重要组成部分,伴随着绿色建筑的概念相继提出。绿色施工的含义不断应用在建筑工程建设中,为了保证质量和施工安全,使用科学管理方法,并且结合先进的科学技术,最大限度的节约自然资源,降低环境破坏程度,满足环境保护的相关要求和良好的居住环境。绿色施工的的地位和绿色建筑一样,都是走可持续发展道路,并且这一思想一直体现在建筑工程的设计理念中。
三.建筑钢结构的绿色施工
建筑钢结构工程的绿色施工,在施工设计方案基础上充分结合绿色环保理念,并且根据建筑施工的现场环境和条件,进行设计优化。
3.1建筑施工的资质审核
建筑工程的前期审查主要是由审查施工单位进行现场拼装和吊装,设备安装等施工组织的设计,审查工作的重点是施工吊装机具的起吊能力技术措施,垂直度的控制方法以及屋架外形的控制措施,针对特殊吊装方法应该结合适宜的技术工艺方案。施工单位对焊接的工艺评定中要做好相应的报告,严格管理技术人员的从业资格,在焊接的工艺评定报告中焊接接头的形式、焊工合格证中焊接方法和位置、焊接的材质覆盖性等内容,要求符合规范要求,禁止在施工出现无证上岗现象。特别注意的是建筑焊接环节的证书是全位置的焊接,而不是一般水平的位置的焊工证书。对于钢结构建筑的审核工作的重视,可以确保钢结构建筑的质量,以及达到相关工程要求,避免施工过程中的违规操作,减少避免不必要的浪费,从根本上达到绿色环保的要求。
3.2建筑工程的设计
建筑钢结构的设计贯穿于整个钢结构建筑工程,特别是钢结构的选型与布置阶段。建筑钢结构的设计的设计思想的基础是震害、建筑整体结构体系和分体系间的力学关系、试验现象、破坏机理,针对建筑绿色施工的精确性问题,应该从整体性分析,确定钢结构布置和细部的措施。除此之外,在建筑钢结构设计中使用符合规定要求的结构布置,并且作除建筑弹性设计之外的弹塑性的层间位移的验算。钢结构的绿色施工的设计可以根据施工前期计算机的设计程序,并且将钢结构的各个部分,包括各个构件按照生产标准实施后期的制作和拼装,结合绿色设计和优化生产,提高建筑绿色施工的效率。
3.3施工成本预算
在绿色施工中其中有一项重要环节就是施工中的材料耗损的降低。在建筑钢结构绿色施工中,前提是保证施工材料有效利用,避免因原材料的不合理使用造成的严重浪费,这就需要工程管理人员妥善管理。在施工前期,需要进行施工成本预算,其中包括各个工种和施工各个部位的预算定额,在材料的选购上,要根据信用和材料价格确定供应商,避免不必要的材料成本浪费。并通过专业人员的预算定额,将各个任务下达到施工人员,使施工人员了解施工要求和目标,充分发挥施工人员的劳动积极性。
3.4施工技术和设备选用
科学有效的操作规范与安全保障体系是建筑钢结构的安装和防护的基础,在绿色建筑施工中,需要保证的是钢结构的构件安装,控制好钢结构的空间刚度与可靠的稳定性。在钢构件的安装准备工作,其中包括现场场地的清理、道路的修建、构件的运输、构件相关准备工作等。除此之外,建筑钢结构测量也是施工中的关键性程序,它与工程质量有很大的内在联系。钢结构测量内容包括土建筑工序的交接基础点复测与钢柱的安装之后的环节,垂直度控制,另一项观测是沉降观测。以上措施在一定程度上都可以有效减少钢材或其他施工材料的过度浪费,节约国家资源。并且在设备选用方面,根据施工技术的要求,选择高性能和低噪声污染的机械设备,使用清洁的燃料,还可以综合利用施工过程所产生的建筑废料,增大回收功能。特别是那些可再生建筑工程材料,将其进行良性循环使用,不但节约了工程成本,在经济循环上充分发挥了资源循环的优势地位。
3.5建筑施工的安全管理
根据我国的劳动保护政策,需要在建筑工程现场严格按照施工企业的安全规定和文明管理制度。施工管理人员需要明确施工安全责任,并且落实到安全实处。在工程的每个阶段都需要加强施工安全的宣传,并且规定在施工现场的显著地方悬挂标语或者是警告牌,提醒施工人员,施工人员在进入施工现场时需要配戴施工安全帽,施工机械机具每天使用之前都要进行例行检查,确保施工状态时的完好。
3.6施工过程中的环境保护
建筑钢结构为了符合绿色施工要求,在现场的搭建活动性的厂房前就应该根据相关的城市规划部门要求办理相关手续,目的是保证现场搭建的设施材料是标准的、规范的,在工程完工后,进行合法的拆除工作。还有一点就是施工单位应该采取有效的、可行性的方法,在地下水的进入施工的区域中应该做好隔断工作,限制了施工的降水。
结束语:
建筑钢结构的绿色施工不但结合了高新技术,还落实了我国的可持续发展战略规划。到目前为止,我国还没有一套专门化的绿色施工的评价体系,在一定程度上缺乏确定性的衡量标准来保证绿色施工水平,严重阻碍了绿色施工的使用推广,以及工程管理。因此,施工单位应该主动出击,打破传统建筑设计和施工理念,在实践中学习和探索创新,充分利用建筑钢结构的优势,进一步推动我国的建筑行业的绿色发展,促进建筑行业健康发展。
参考文献:
[1]徐旭洪. 浅谈钢结构建筑的绿色施工[J]. 中国科技信息. 2010(08-01).
关键词:超高层;建筑物;钢结构;安装技术
中图分类号: TU97 文献标识码: A 文章编号:
引言
在建筑业不断发展的今天,建筑施工技术也得到了极大的提升。在高层建筑中,钢结构安装是较为常见的一种施工方法。超高层建筑在世界各地都是被人关注的,在超高层建筑物钢结构安装中技术上有很多难点,因此要对超高层结构的特点进行分析,探讨相关的施工技术。
一、建筑钢结构的特点
1、材质比较均匀
从钢材的机械功能来分析,钢材的材质是与力学假定条件的计算比较符合的;由于钢材的内部结构是接近于各向同性的,其材质情况的波动范围也比较小,只要保持在一定应力的幅度内都能有较好的弹性:其实际的受力状态与工程力学计算的结果是较为接近的,所以材质方面较好。
2、塑性和韧性好
在一般的压力的作用下,钢材是不会因为超载而引起各种断裂和损害的。钢材可以分配建筑内部各局部的作用力,这样就能让建筑结构整体的应力变得平衡,而这样的结果也只是增加了应变值而已。总的来说,钢材结构的塑性和韧性都较好,这让钢材适应荷载的能力比较强,特别是在强震作用下,钢材结构都能保持较好的整体性,对于用其它材质结构做建设的建筑物的抗震能力要强很多。
3、强度高,自重轻
钢材强度高,这是众所周知的。钢材结构与钢筋混凝土结构相比,钢结构建筑的竖向构件截面面积小,这样就有效的增加了建筑的使用面积。而且钢结构建筑的自身重量也是比较轻的,就拿同样高度的建筑来说,钢材结构是钢筋混凝土结构建筑自重的l/2。因此,在遇到地震外力作用时,建筑内部的设计内力有所减小,保证了建筑的稳定性,同时还能有效降低建筑物的施工造价。
二、超高层建筑物钢结构施工的技术以及措施
在对超高建筑物钢结构进行施工前,首先要对安装的技术路线进行选择,那么该如何选择施工技术呢?在选择前,要对超高建筑物的建筑环境以及建筑物本身的特点进行分析,要把所有能影响到施工的因素都要考虑进来,只有全面的勘察才能保证施工的质量与施工的进度。选择安装技术路线的时候通常从以下几个方面进行选择:首先,要对施工的环境以及施工的周围环境进行了解,只有了解了环境问题,才能选择施工环境的机械设备,要考虑现场施工的条件制定出一个施工的规划,然后按照规划进行快速、有效的施工。其次,选择安装技术路线前要对钢结构的特点进行分析,要了解钢结构的组成以及荷载的途径。只有了解了钢结构的组成才能更好的分配出吊装单元,要想合理的进行施工顺序的按安排,就得清楚知道钢结构的荷载传递途径。了解了钢结构的特点,才能更准确的达到设计的标准。最后,在进行安装施工前,要对设计的要求以及设计的理念进行了解,选择一个合适的施工队伍,保证施工队伍的技术能力与设计中的安装标准有效的统一起来。只有施工者技术能力的特长方面是设计中需要的,才能使安装技术达到最高境界。对于超高层建筑物的施工关键施工技术以及措施如下:
1、测量技术
对于超高层建筑物来说,测量时视线的通透性相对来说不是很好,并且受到楼体本身的限制,进行测量时难度会非常大,所以对超高层建筑物进行测量时,要选择配置好的仪器,并且配合正确的测量方法以及找准测量的线路,只有把各方面综合起来,才能提高测量的准确度,测量时要求工作人员要认真负责,测量前要对超高建筑物做全面的调查。目前对于超高建筑物来说,应用最广泛且收到的效果最好的测量技术就是选用GPS定位系统,来进行辅助测量,达到测量的位置以及路线的精准。
2、钢结构焊接技术
超高层建筑物都是采用钢结构的,钢结构的每个接点都是需要焊接的,并且需要焊接的地方非常多,由于承载的重量大,所以在焊接上要求的质量非常高。但是焊接的施工环境很艰苦,大量的焊接都需要在高空中完成,高空作业安全性低,并且焊接工作是一项本身就比较热的工作,要是在炎热的夏天进行,那么工作环境的温度会更高,不仅影响施工的质量还会影响施工人员的安全。因此在进行焊接方案的制定时,要把一切能影响到焊接进行的因素考虑进去,并且根据具体的钢结构选择适合的焊接技术。在进行施工之前要对焊接队伍进行培训,培训的内容要有依据性,要根据超高建筑物的特点进行培训,指出需要注意的地方,培训出一批高标准的焊接人员。
3、机械设备的选择
在施工过程中,机械设备的选择是非常重要的,要根据具体的钢结构情况进行吊装机的选择,在进行钢结构安装过程中,吊装机的选择是最为重要的。由于超高层建筑进行钢结构安装时,大多数都是在 高空进行作业,所以一般选择吊装机都是塔吊式起重吊装机,塔吊是进行高空安装的主力设备。所以在对塔式吊装机进行选择的时候,要考虑到吊装机的性能,对于吊装机的配置一定要高,要能符合钢结构安装高空作业的需求。吊装机的最高伸展高度要根据具体的施工要求来进行选择。
4、钢柱的安装
在超高层建筑的钢结构进行安装过程中,主要是对每一节钢柱之间连接的垂直度进行有效的控制,并核查钢结构的三维方向出现的一些偏差数据是否在规范允许值范围内。在钢结构的安装过程中,进行钢柱的位置与垂直度控制时,钢柱的第一节安装与第二节以上的各节钢柱在控制的方法、重点上会有些不相同。其中在对第一节的钢柱进行有效控制的主要部分是建筑竖向的水平标高与建筑结构平面位置与轴线之间的偏差,并主要是经过对定位钢板与双螺母的调节控制或使用千斤顶、楔形钢垫块来调整完成安装的。而对于第二节及以上的各节钢柱控制重点为每个钢柱之间垂直的状态与建筑物竖向的标高以及建筑结构的平面位置轴线,并且在这之中主要是经过千斤顶来进行垂直度的调节,从而达到完成钢结构安装目的。
5、仿真分析技术
在对超高建筑物钢结构进行施工中,由于钢结构本身有重力,并且在施工中会对其产生外力,超高钢结构施工的工期比较长,再受到外界环境的影响下,使得钢结构中焊接点以及其它部位出现变形。对于这些变形如果不加以控制,不但会影响施工的质量,严重会导致安全事故。所以针对施工中出现的变形情况,通常采用施工仿真分析技术,在结构没有发生变形前就对其进行预算,预算时都是根据实际施工进行预算的,所以得出的数据都是几乎和真实的数据相似的。通常选用计算机中的相关软件进行仿真实验的,了解结构的变形规律,一旦发生变形,可以精准的进行防护措施。
6、预变形技术
由于超高建筑物已经不再是只有重量和高度两个特点了,还有一些倾斜、扭转的现象,在对倾斜或者扭转的超高特殊建筑物进行施工的时候,不得不考虑到施工中空间的三维变形,对于空间的三维变形现象一定要加以控制,否则变形严重会影响整个建筑物的安全性能,以及整体的功能。与此同时也要考虑到差异压缩变形以及沉降的现象,这些现象不加以注意,严重时会带来不可弥补的损失。
预变形技术是对空间三维变形以及一些差异压缩变形和沉降最有效的拯救技术,预变形技术是在仿真分析过程中得出的数据的基础上进行的,对一些相关的数据以及钢结构施工中的变化加以掌握,积累出一些变形值,然后通过预变形技术对其进行提前的预防,对其进行反变形手段,提前把变形部分矫正过来,使得变形地方回归到设计初始时的位置上。
结束语
在高层以及超高层建筑物的不断出现,其施工技术对于建筑本身来说具有重要的意义。超高层钢结构施工是一项技术难度和工艺复杂程度都比较高的工作,如何在已形成的成熟工艺上继续加以改进,是现阶段我国建筑行业从业人员所应思考的重要问题。
参考文献
[1]崔晓强.超高层建筑钢结构施工的关键技术和措施[J].建筑机化,2009.
关键词:高层建筑;钢结构;施工技术
前言
对于高层及高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过100m为超高层建筑。对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。高层和高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构(代号RC)外,还采用型钢混凝土结构(代号SRC),钢管混凝土结构(代号CFS)和全钢结构(代号S或SS)。
一.高层建筑的发展意义
随着科学的不断进步,人们不再满足于现有的生活状态,不断的进行挑战,不断的进行探索,例如宇宙飞船的研制,满足了人们探索太空的心愿。各个领域都在挑战领域的极限,建筑行业也不例外,不断的建高楼,而且越建越高,高层建筑物要求的质量要相当高,所以在建筑中基本都是用钢构结构,钢构结构能保证高层建筑的质量,可以说高层建筑物就是高层钢构结构。
二.高层钢结构建筑工程实例及工程特点介绍
工程南北长125m,东西宽度56.5m,一共有18层高。本工程钢柱底部与基础采用外包式柱脚连接。钢柱为650×650H截面,腹板厚度为20mm,翼缘厚度为28mm。梁柱节点采用10.9级M32高强螺栓连接。地脚螺栓M32,螺母和垫圈为Q235钢。水平结构中楼板为钢筋混凝土压型钢板组合结构,压型钢板与钢梁间采用栓钉连接,钢柱外包加气混凝土砌块,内墙采用加气混凝土砌块。民用建筑中采用钢结构建筑做法与传统结构形式区别较大,在整个建筑中,不同的建筑中钢结构一般不相同,因此其安装不可能有一个统一的或相对固定的安装模式与工艺。
三.高层建筑物钢结构施工的技术以及措施
在对高层建筑物钢结构进行施工前,首先要对安装的技术路线进行选择,那么该如何选择施工技术呢,在选择前,要对高层建筑物的建筑环境以及建筑物本身的特点进行分析,要把所有能影响到施工的因素都要考虑进来,只有全面的勘察才能保证施工的质量与施工的进度。
1.安装技术路线的选择时候
(1)要对施工的环境以及施工的周围环境进行了解,只有了解了环境问题,才能选择施工环境的机械设备,要考虑现场施工的条件制定出一个施工的规划,然后按照规划进行快速、有效的施工。
(2)选择安装技术路线前要对钢结构的特点进行分析,要了解钢结构的组成以及荷载的途径。只有了解了钢结构的组成才能更好的分配出吊装单元,要想合理的进行施工顺序的按安排,就得清楚知道钢结构的荷载传递途径。了解了钢结构的特点,才能更准确的达到设计的标准。
(3)在进行安装施工前,要对设计的要求以及设计的理念进行了解,选择一个合适的施工队伍,保证施工队伍的技术能力与设计中的安装标准有效的统一起来。只有施工者技术能力的特长方面是设计中需要的,才能使安装技术达到最高境界。
2.对于高层建筑物的施工关键施工技术以及措施如下:
(1)钢结构焊接技术
超高层建筑物多采用钢结构的,钢结构的每个接点都是需要焊接的,并且需要焊接的地方非常多,由于承载的重量大,所以在焊接上要求的质量非常高。但是焊接的施工环境很艰苦,大量的焊接都需要在高空中完成,高空作业安全性低,并且焊接工作是一项本身就比较热的工作,要是在炎热的夏天进行,那么工作环境的温度会更高,不仅影响施工的质量还会影响施工人员的安全。因此在进行焊接方案的制定时,要把一切能影响到焊接进行的因素考虑进去,并且根据具体的钢结构选择适合的焊接技术。在进行施工之前要对焊接队伍进行培训,培训的内容要有依据性,要根据高层建筑物的特点进行培训,指出需要注意的地方,培训出一批高标准的焊接人员。
(2) 机械设备的选择
在施工过程中,机械设备的选择是非常重要的,要根据具体的钢结构情况进行吊装机的选择,在进行钢结构安装过程中,吊装机的选择是最为重要的。由于高层建筑进行钢结构安装时,大多数都是在高空进行作业,所以一般选择吊装机都是塔吊式起重吊装机,塔吊是进行高空安装的主力设备。所以在对塔式吊装机进行选择的时候,要考虑到吊装机的性能,对于吊装机的配置一定要高,要能符合钢结构安装高空作业的需求。吊装机的最高伸展高度要根据具体的施工要求来进行选择。
(3)测量技术
对于超高层建筑物来说,测量时视线的通透性相对来说不是很好,并且受到楼体本身的限制,进行测量时难度会非常大,所以对高层建筑物进行测量时,要选择配置好的仪器,并且配合正确的测量方法以及找准测量的线路,只有把各方面综合起来,才能提高测量的准确度,测量时要求工作人员要认真负责,测量前要对高层建筑物做全面的调查。目前对于高层建筑物来说,应用最广泛且收到的效果最好的测量技术就是选用GPS定位系统,来进行辅助测量,达到测量的位置以及路线的精准。
(4)仿真分析技术
在对高层建筑物钢结构进行施工中,由于钢结构本身有重力,并且在施工中会对其产生外力,高层钢结构施工的工期比较长,再受到外界环境的影响下,使得钢结构中焊接点以及其它部位出现变形。对于这些变形如果不加以控制,不但会影响施工的质量,严重会导致安全事故。所以针对施工中出现的变形情况,通常采用施工仿真分析技术,在结构没有发生变形前就对其进行预算,预算时都是根据实际施工进行预算的,所以得出的数据都是几乎和真实的数据相似的。通常选用计算机中的相关软件进行仿真实验的,了解结构的变形规律,一旦发生变形,可以精准的进行防护措施。
(5)预变形技术
由于高层建筑物已经不再是只有重量和高度两个特点了,还有一些倾斜、扭转的现象,在对倾斜或者扭转的高层特殊建筑物进行施工的时候,不得不考虑到施工中空间的三维变形,对于空间的三维变形现象一定要加以控制,否则变形严重会影响整个建筑物的安全性能,以及整体的功能。与此同时也要考虑到差异压缩变形以及沉降的现象,这些现象不加以注意,严重时会带来不可弥补的损失。
(5)气象保护措施
俗话说的好,高处不胜寒,是因为高处的物体受到雷电、风雨的影响非常大,所以在进行施工时,要考虑到雷电以及风雨对施工的影响,往往超高层建筑物施工的工期都非常长,所以在这期间,天气问题是不能确定的,施工单位可以和当地的气象局进行合作,预知天气,然后有根据的做出防护措施。
四.结束语
文章从钢结构施工过程中的主要施工工艺为切入点介绍了在实际施工过程中的施工技术及工艺。施工实践证明,施工过程中只有严格按施工图纸及现行规范施工,才能保证施工质量,达到预期控制目标。