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關(guān)鍵詞 筒體;結(jié)構(gòu)設(shè)計;要點
中圖分類號TU3 文獻標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708(2013)96-0081-02
筒體結(jié)構(gòu)具有造型美觀,使用靈活,受力合理,以及整體性強等優(yōu)點,適用于較高的高層建筑。筒體結(jié)構(gòu)包括框筒、筒中筒、束筒結(jié)構(gòu)以及框架-核心筒結(jié)構(gòu)等,其中框架-核心筒結(jié)構(gòu)雖然都有筒體,但是這種結(jié)構(gòu)與框筒、筒中筒、束筒結(jié)構(gòu)的組成和傳力體系有很大區(qū)別,需要了解它們的異同,掌握不同的受力特點和設(shè)計要求。
框筒、筒中筒和束筒結(jié)構(gòu)都是常用的高層建筑結(jié)構(gòu)的形式,除符合高層建筑結(jié)構(gòu)的一般布置原則外,其結(jié)構(gòu)布置應(yīng)從平面形狀、高寬比、框筒的開孔率、柱距、框筒柱和裙梁截面、內(nèi)筒布置、樓蓋形式等方面考慮,減小剪力滯后,以便高效而充分發(fā)揮所有柱子的作用。
框架-核心筒結(jié)構(gòu)可以做成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu),可以在一般的高層建筑中應(yīng)用,也可以在超高層建筑中應(yīng)用;框架一核心筒結(jié)構(gòu)雖然與筒中筒結(jié)構(gòu)在平面形式上可能相似,但受力性能卻有很大區(qū)別,其結(jié)構(gòu)布置對核心筒提出了更高的要求,對周邊框架、框架與核心筒的內(nèi)力分配、伸臂加強層以及樓蓋等也提出了相應(yīng)的要求。
1框筒、筒中筒和束筒結(jié)構(gòu)的布置
框筒結(jié)構(gòu)具有很大的抗側(cè)移和抗扭剛度,又可增大內(nèi)部空間的使用靈活性,對于高層建筑,框筒、筒中筒、束筒都是高效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。框筒、筒中筒、束筒結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)符合高層建筑的一般布置原則,同時要考慮如何合理布置,減小剪力滯后,以便高效而充分發(fā)揮所有柱子的作用。
筒體結(jié)構(gòu)的性能以正多邊形為最佳,且邊數(shù)越多性能越好,剪力滯后現(xiàn)象越不明顯,結(jié)構(gòu)的空間作用越大;反之,邊數(shù)越少,結(jié)構(gòu)的空間作用越差。結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)能充分發(fā)揮其空間整體作用。因此,平面形狀以采用圓形和正多邊形最為有利。也可采用橢圓形或矩形等其他形狀,當(dāng)采用矩形平面時,其平面尺寸應(yīng)盡量接近于正方形,長寬比不宜大于2。若長寬比過大,可以增加橫向加勁框架的數(shù)量,形成束筒結(jié)構(gòu)。
筒中筒結(jié)構(gòu)中的外框筒宜做成密柱深梁,一般情況下,柱距為,不宜大于4;框筒梁的截面高度可取柱凈距的1/4左右。開孔率是框筒結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一,框筒的開孔率不宜大于60%,且洞口高寬比宜盡量和層高與柱距之比相似。當(dāng)矩形框筒的長寬比不大于2和墻面開洞率不大于50%時,外框筒的柱距可適當(dāng)放寬。若密柱深梁的效果不足,可以沿結(jié)構(gòu)高度,選擇適當(dāng)?shù)臉菍?,設(shè)置整層高的環(huán)向桁架,以減小剪力滯后。m3~1m
框筒結(jié)構(gòu)的柱截面宜做成正方形、矩形或T形,若為矩形截面,由于梁、柱的彎矩主要在框架平面內(nèi),框架平面外的柱彎矩較小,則矩形的長邊應(yīng)與腹板框架或翼緣框架方向一致。筒體的角部是聯(lián)系兩個方向的結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的重要部位,受力很大,通常要采取措施予以加強;內(nèi)筒角部通??梢圆捎镁植考雍竦却胧┘訌?;外筒可以加大角柱截面尺寸,采用L形、槽形角墻等予以加強,以承受較大的軸力,并減小壓縮變形,通常角柱面積宜取中柱面積的1—2倍,角柱面積過大,會加大剪力滯后現(xiàn)象,使角柱產(chǎn)生過大的軸力,特別當(dāng)重力荷載不足以抵消拉力時,角柱將承受拉力。
由于框筒結(jié)構(gòu)柱距較小,在底層往往因設(shè)置出入通道而要求加大柱距,必須布置轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主要功能是將上部柱荷載傳至下部大柱距的柱子上。一般內(nèi)筒應(yīng)—直貫通到基礎(chǔ)底板。
采用普通梁板體系時,樓面梁的布置方式一般沿內(nèi)、外筒單向布置。外端與框筒柱一一對應(yīng);內(nèi)端支承在內(nèi)筒墻上,最好在平面外有墻相接,以增強內(nèi)筒在支承處的出平面抵抗力;角區(qū)樓板的布置,宜使角柱承受較大豎向荷載,以平衡角柱中的拉力雙向受力。
筒體結(jié)構(gòu)層數(shù)很多,降低層高具有重要意義。因此,除普通梁板體系外,常用的樓板體系還有扁梁梁板體系、密肋樓蓋、平板體系等,均可降低梁板高度,從而使樓層高度也可以降低。
2 框架-核心筒結(jié)構(gòu)的受力特點
筒體結(jié)構(gòu)層數(shù)很多,降低層高具有重要意義。因此,除普通梁板體系外,常用的樓板體系還有扁梁梁板體系、密肋樓蓋、平板體系等,均可降低梁板高度,從而使樓層高度也可以降低。
筒中筒結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu),兩個結(jié)構(gòu)平面尺寸、結(jié)構(gòu)高度、所受水平荷載均相同,兩個結(jié)構(gòu)樓板均采用平板。筒中筒結(jié)構(gòu)與框架-核心筒結(jié)構(gòu)翼緣框架柱軸力的比較,可知,框架-核心筒的翼緣框架柱軸力小,柱數(shù)量又較少,翼緣框架承受的總軸力要比框筒小得多,軸力形成的抗傾覆力矩也小得多;框架-核心筒結(jié)構(gòu)主要是由兩片框架(腹板框架)和實腹筒協(xié)同工作抵抗側(cè)力,角柱作為兩片框架的邊柱而軸力較大;從框架抗側(cè)剛度和抗彎、抗剪能力看,也比框筒的腹板框架小得多。因此框架-核心筒結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度小得多。
兩個結(jié)構(gòu)頂點位移與結(jié)構(gòu)基本自振周期的比較(表1)表明,與筒中筒結(jié)構(gòu)相比,框架-核心筒結(jié)構(gòu)的自振周期長,頂點位移及層間位移都大,說明框架-核心筒結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度遠小于筒中筒結(jié)構(gòu)。
表2給出了筒中筒結(jié)構(gòu)與框架-核心筒結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分配比例。由表可知,框架-核心筒結(jié)構(gòu)的實腹筒承受的剪力占總剪力的80.6%,傾覆力矩占73.6%,比筒中筒的實腹筒承受的剪力和傾覆力矩所占比例都大;筒中筒結(jié)構(gòu)的外框筒承受的傾覆力矩占66%,而框架-核心筒結(jié)構(gòu)中,外框架承受的傾覆力矩僅占26.4%。上述比較說明,框架-核心筒結(jié)構(gòu)中實腹筒成為主要抗側(cè)力部分,而筒中筒結(jié)構(gòu)中抵抗剪力以實腹筒為主,抵抗傾覆力矩則以外框筒為主。
在采用平板樓蓋時,框架雖然也具有空間作用,而使翼緣框架柱產(chǎn)生軸力,但是柱數(shù)量少,軸力也小,遠遠不能達到周邊框筒所起的作用。增加樓板大梁可使翼緣框架中間柱的軸力提高,從而充分發(fā)揮周邊柱的作用,但是當(dāng)周邊柱與內(nèi)筒相距較遠時,樓板大梁的跨度大,梁高較大,為了保持樓層的凈空,層高要加大,對于高層建筑而言,這是不經(jīng)濟的,為此另外一種可選擇的充分發(fā)揮周邊柱作用的方案是采用框架-核心筒一伸臂結(jié)構(gòu)。
3筒體結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計及構(gòu)造要求
筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強度等級不宜低于C30;框架節(jié)點核心區(qū)的混凝土強度等級不宜低于柱的混凝土強度等級,且應(yīng)進行核心區(qū)斜截面承載力計算;特殊情況下不應(yīng)低于柱混凝土強度等級的70%,但應(yīng)進行核心區(qū)斜截面和正截面承載力驗算。
由于剪力滯后,框筒結(jié)構(gòu)中各柱的豎向壓縮量不同,角柱壓縮變形最大,因而樓板四角下沉較多,出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象。設(shè)計樓板時,外角板宜設(shè)置雙層雙向附加構(gòu)造鋼筋,對防止樓板角部開裂具有明顯效果,其單層單向配筋率不宜小于0.3%,鋼筋的直徑不應(yīng)小于8mm,間距不應(yīng)大于150mm,配筋范圍不宜小于外框架(或外筒)至內(nèi)筒外墻中距的1/3和3m。
核心筒由若干剪力墻和連梁組成,其截面設(shè)計和構(gòu)造措施應(yīng)符合剪力墻結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定,各剪力墻的截面形狀應(yīng)盡量簡單;截面形狀復(fù)雜的墻體應(yīng)按應(yīng)力分布配置受力鋼筋。此外,考慮到核心筒系筒體結(jié)構(gòu)的主要承重和抗側(cè)力結(jié)構(gòu),筒角又是保證核心筒整體作用的關(guān)鍵部位,其邊緣構(gòu)件應(yīng)適當(dāng)加強,底部加強部位約束邊緣構(gòu)件沿墻肢的長度不應(yīng)小于墻肢截面高度的1/4,約束邊緣構(gòu)件范圍內(nèi)應(yīng)全部采用箍筋。
框筒梁的截面承載力設(shè)計方法、截面尺寸限制條件及配筋形式可參照一般框架梁進行。外框筒梁和內(nèi)筒連梁的構(gòu)造配筋,非抗震設(shè)計時,箍筋直徑不應(yīng)小于8mm,間距不應(yīng)大于150mm;抗震設(shè)計時,箍筋直徑不應(yīng)小于10mm,箍筋間距沿梁長不變,且不應(yīng)大于100mm。當(dāng)梁內(nèi)設(shè)置交叉暗撐時,箍筋間距不應(yīng)大于15Omm;框筒梁上、下縱向鋼筋的直徑均不應(yīng)小于16mm;腰筋的直徑不應(yīng)小于10mm,間距不應(yīng)大于200mm。
4 結(jié)論
筒體結(jié)構(gòu)是空間整體受力,由于薄壁筒和框筒的剪力滯后,這類結(jié)構(gòu)受力情況非常復(fù)雜,宜采用能反映空間受力的結(jié)構(gòu)計算模型以及相應(yīng)的計算方法。一般可假定樓蓋在自身平面內(nèi)具有絕對剛性,采用三維空間分析方法通過計算機進行內(nèi)力和位移分析。但在方案設(shè)計階段,也可采用簡化的計算方法,如等效槽形截面的近似估算方法和等效平面框架法,進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的估算。
參考文獻
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[2]陳加猛.高層框筒、筒中筒結(jié)構(gòu)的二階效應(yīng)分析[D].華南理工大學(xué),2007.
[3]宋德傳.多高層建筑結(jié)構(gòu)組合控制理論及其應(yīng)用[D].華南理工大學(xué),2005.
關(guān)鍵詞 高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;結(jié)構(gòu)分析
中圖分類號 TU973 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0094-01
當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師面臨的一個首要問題就是怎樣才能設(shè)計出安全、舒適、經(jīng)濟、美觀,并能滿足人們精神及物質(zhì)生活要求的高層建筑。因此,對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點的熟練掌握,是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的必備基本素質(zhì)。筆者將多年從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗做了一個總結(jié),提出了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中一些需要注意的問題,并對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的體系作了分析,以供參考。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點分析
1.1 水平荷載是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中的決定因素
高層建筑所承受的樓面荷載及其自身重量于豎向構(gòu)件當(dāng)中的彎矩及軸力數(shù)值與高層建筑的實際高度成正比;高層建筑結(jié)構(gòu)中傾覆力矩的產(chǎn)生與水平荷載相關(guān),結(jié)構(gòu)的軸力也由豎向構(gòu)件所引起,傾覆力矩及軸力都與高層建筑本身的實際高度成正比;對于具有特定高度的建筑來說,豎向荷載在一般情況下是一個定值;而高層建筑結(jié)構(gòu)中的水平荷載數(shù)值由結(jié)構(gòu)動力的特性決定,隨動力特性變化而變化,尤其是水平荷載當(dāng)中的風(fēng)荷載。
1.2 軸向變形在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中是不可忽視的因素
如高層建筑所承受的豎向荷載值較大,可引起柱中出現(xiàn)軸向變形的現(xiàn)象,且幅度較大,從而影響連續(xù)梁的彎矩,對連續(xù)梁中部的支座處負彎矩值產(chǎn)生了減小作用,而對端支座的負彎矩值及跨中正的彎矩值則是產(chǎn)生了增大作用。較大的豎向荷載值還會影響預(yù)制構(gòu)件下料的長度;在這樣的情況下,就需要以軸向變形作為依據(jù)的計算值,調(diào)整下料長度。此外,豎向荷載值對構(gòu)件側(cè)移及剪力產(chǎn)生的影響也不可忽視,因其與構(gòu)件豎向的變形相比較考慮,會產(chǎn)生與不安全結(jié)果不相符合的現(xiàn)象。
1.3 側(cè)移是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制指標(biāo)
高層建筑與低矮的樓房不一樣,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中,關(guān)鍵的影響因素為結(jié)構(gòu)側(cè)移;隨建筑本身實際高度的增大,水平荷載之下的建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移的變形會迅速增大??梢园l(fā)現(xiàn),在水平荷載的作用下,需要對結(jié)構(gòu)側(cè)移進行控制,使其保持在一定的限度之內(nèi)。
1.4 結(jié)構(gòu)延性為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標(biāo)
高層建筑的結(jié)構(gòu)要比低矮樓房的結(jié)構(gòu)更柔,在地震的作用下,出現(xiàn)的變形幅度會更大,減少了倒塌的現(xiàn)象。在高層建筑的構(gòu)造方面可采取相應(yīng)的措施,使之進入到塑性變形的階段后,仍具有足夠延性,保持較強變形能力。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系分析
2.1 剪力墻-框架體系的設(shè)計
在高層建筑結(jié)構(gòu)中的框架體系剛度及強度均不能達到要求時,常常需要在高層建筑的平面內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢?,建立剪力墻以代替結(jié)構(gòu)中的部分框架,將剪力墻-框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中[3]。當(dāng)建筑物承受來自水平方向的壓力時,剪力墻及框架可以通過剛度足夠強的連梁及樓板共同組成相互協(xié)同結(jié)構(gòu)工作體系。在剪力墻-框架設(shè)計體系中,承受來自垂直方面荷載的主體為框架體系,水平剪力的承受主體為剪力墻;在剪力墻-框架體系中,位移曲線為彎剪型。結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度由于剪力墻的作用而增大,建筑在水平方向上的位移得以減??;框架所承受的水平方向上的剪力出現(xiàn)明顯下降的趨勢,豎向的內(nèi)力分布變得均勻。
2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計
剪力墻結(jié)構(gòu)體系是指由平面的剪力墻結(jié)構(gòu)組成的建筑主體受力結(jié)構(gòu)。在剪力墻結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中,全部的水平力及垂直荷載由單片的剪力墻所承受。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種剛性的結(jié)構(gòu),位移曲線是一種彎曲型結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的剛度及強度均相對較高,具有一定延性,在傳力時具有直接及均勻的優(yōu)點,整體性好,且抗倒塌的能力較強,不失為一種優(yōu)良的建筑結(jié)構(gòu)體系,其可建的高度一般大于剪力墻-框架體系。
2.3 筒體結(jié)構(gòu)體系
筒體結(jié)構(gòu)體系指的是以筒體作為抗側(cè)力的構(gòu)件建筑結(jié)構(gòu)體系,筒體結(jié)構(gòu)體系主要包括筒體-框架、單筒體、多束筒及筒中筒等其他多種形式。可將筒體分為空腹筒及實腹筒兩個大類。筒體為空間受力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與三維豎向的結(jié)構(gòu)單體,由曲面墻或平面墻圍成;也可由窗裙梁、密排柱及開孔鋼筋外墻等構(gòu)成。筒體結(jié)構(gòu)體系的強度及剛度均相對較高,在大空間、大跨度等特殊類型的高層建筑中被廣泛應(yīng)用
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本假定分析
由剪力墻及簡體框架組成了高層建筑主體結(jié)構(gòu),組成的方式為平樓板水平連接。因此,在三維空間中精確及完善的分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)是存在難度的,特別是不同的實用分析方法,要引入不同程度的簡化計算模型。以下四種假定是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較常見的計算模型。
3.1 小變形基本假定
在一般情況下,小變形基本假定在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析中被應(yīng)用得最多。很多從幾何方面入手的研究人員對P—效應(yīng)進行了詳細研究,并得出以下注意事項:在建筑高度與頂點的水平位移的比值大于0.2%的情況下,需高度重視建筑結(jié)構(gòu)受到P—效應(yīng)影響的程度。
3.2 剛性樓板基本假定
在分析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,存在的問題主要是過于注重平面內(nèi)剛度,而忽視了平面外剛度。采用剛性樓板基本假定的分析法不僅能將結(jié)構(gòu)的位移自由度減少,計算的方法簡化,而且能為筒體結(jié)構(gòu)空間薄壁的桿件理論創(chuàng)造良好的計算及使用條件。在一般的情況下,在剪力墻結(jié)構(gòu)體系及框架結(jié)構(gòu)體系當(dāng)中運用剛性樓板基本假定是可行的。但是,就豎向剛度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)突變的情況而言,受到樓板變形的影響較大,如有些樓板的層數(shù)不多、剛度不大及抗側(cè)力構(gòu)件的間距過大等情況,尤其是結(jié)構(gòu)底部及每層頂部內(nèi)力的影響更為顯著。對于以上問題,要采取一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整措施進行解決。
3.3 彈性基本假定
目前,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析方法當(dāng)中,彈性基本假定
計算方法被運用的范圍較廣。尤其在垂直荷載的計算當(dāng)中,因高層建筑結(jié)構(gòu)長時間處于彈性的工作階段,實際工作情況與彈性基本假設(shè)的情況相吻合。但如果遭到較嚴(yán)重的自然災(zāi)害,如較大強風(fēng)及地震等,建筑結(jié)構(gòu)會因較大的位移幅度而產(chǎn)生裂縫,從而進入到彈塑性的工作階段。在這樣的情況下,為了能使高層建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)得到真實的反應(yīng),只能在結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用彈塑性分析方法。
3.4 計算圖形基本假定
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中三維空間的分析方法主要為計算圖形基本假定。二維協(xié)同分析沒有將側(cè)力構(gòu)件中公共的節(jié)點在外位移納入到分析的范圍當(dāng)中;側(cè)力構(gòu)件外的剛度及扭轉(zhuǎn)剛度并沒有受到高度重視。分析精通桿的三維空間中每一節(jié)點時,自由度只有六個,不足以完成分析,使用計算圖形基本假定分析法,可以彌補這一缺陷。
4 結(jié)束語
高層建筑的快速發(fā)展增加了對其力學(xué)及結(jié)構(gòu)分析模型等方面的諸多要求。因此,尋找新的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式與正確的力學(xué)分析模型,是當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作人員的主要奮斗目標(biāo);只有找到新型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計形式與正確的力學(xué)分析模型,才能使高層建筑獲得更好的發(fā)展。
參考文獻
[1]都鳳強.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009,21(8):942-943.
關(guān)鍵詞:網(wǎng)架結(jié)構(gòu);設(shè)計;措施
中圖分類號:S611文獻標(biāo)識碼: A
1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究
1.1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在大跨結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛且發(fā)展很快,其造型優(yōu)美,形態(tài)變化多端,可以滿足建筑外觀豐富多變的要求;結(jié)構(gòu)自重輕,有很好的經(jīng)濟指標(biāo);網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為高次超靜定結(jié)構(gòu),各桿件協(xié)同工作,即使某根桿件破壞結(jié)構(gòu)仍不會變?yōu)殪o定結(jié)構(gòu),從而保證結(jié)構(gòu)能正常工作,所以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安全系數(shù)較一般結(jié)構(gòu)形式的高;網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中一些桿件交匯到同一節(jié)點,同一節(jié)點處各桿件既共同受力,又互為支撐,所以其整體性能好、穩(wěn)定性好,這對結(jié)構(gòu)受力是非常有利的;由于其自身特定的結(jié)構(gòu)形式,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比其它結(jié)構(gòu)形式具有良好的抗震性能;網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中桿件主要承受軸力,這與桿件的主要受力形式相符合,可以充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能,達到節(jié)約用材的目的;網(wǎng)架結(jié)構(gòu)成功實現(xiàn)了以較小的空間來造就較大的跨度,并且可以利用上弦下弦之間的空間來布置管道設(shè)備等,可以創(chuàng)造大的建筑空間來滿足人們的需求。
1.2、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有兩層和三層的形式,兩層形式是由上弦、腹桿、下弦組成,三層形式是由上弦、上腹桿、中弦、下腹桿、下弦組成,目前的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的是兩層的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。
2、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中若干問題的探討
2.1、網(wǎng)架設(shè)計軟件的選取問題
目前,國內(nèi)外設(shè)計網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的軟件主要有MSTCAD,SFCAD,MSGS等,其中MSTCAD開發(fā)運用最早,因為其良好的建模、分析及出圖等綜合性能被廣泛采用,該建筑物中的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計也是采用該軟件。該軟件不僅能分析各種網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式,還能處理平面析架、空間析架、門式鋼架等結(jié)構(gòu)形式。
2.2、下部框架與上部網(wǎng)架的建筑物在結(jié)構(gòu)建模時是分開建模還是整體建模的問題
一般情況下從理論方面分析,把上部網(wǎng)架與下部建筑物建在一個模型進行整體分析最接近實際情況,能分析上部與下部的協(xié)調(diào)受力,也能分析出結(jié)構(gòu)的整體受力與穩(wěn)定問題。但實際情況是這種形式的建筑物在建模過程別是實際工程在設(shè)計院進行設(shè)計建模時,由于下部結(jié)構(gòu)是框架,框架一般用PKPM軟件來進行建模與分析及出施工圖等,而上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)則一般多用MSTCAD軟件來進行以上的工作,設(shè)計院所用的設(shè)計軟件很少有能把上部與下部兩種性質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)建在同一個模型中,現(xiàn)在所用的SAP2000與Ansys等大型有限元分析軟件雖然能把兩者同時建在一個模型中進行整體分析,但在這些軟件中進行建模比在前面提到的PKPM與MSTCAD中建模要復(fù)雜的多,且在這些軟件中不能直接出施工圖,對設(shè)計院來說工作效率會大大降低。
2.3、支座的選取問題
在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計中支座的選取問題是重點也是難點,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中采用的支座形式有固定鉸支座、彈性支座、滾軸支座等,而工程中最為常用的是固定鉸支座、彈性支座兩種支座形式。采用這兩種支座形式各有其優(yōu)缺點,當(dāng)采用固定鉸支座時由于支座處約束剛度大,所以上部的網(wǎng)架相對來說產(chǎn)生的軸力、位移、撓度等會較小,但其缺點是由于約束強,上部網(wǎng)架會對下部柱子產(chǎn)生很大的剪切力,這對下部柱子的設(shè)計會增加一定的難度。當(dāng)采用彈性支座時,因為下部柱子在Z向?qū)ι喜康募s束較強,所以一般情況下會采取Z向固定約束,X與Y向為彈性約束,也即在X與Y向能釋放內(nèi)力,這可大大減小連接處柱子所受的剪切力,而在Z向柱子受的是壓力,柱子的抗壓能力是很大的,所以采用這種支座形式下部柱子的受力情況良好。但不利方面的是上部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于連接處的約束較弱,內(nèi)部桿件會產(chǎn)生較大的軸力、位移與撓度,特別是跨中的撓度會有很大的增加。所以選用什么樣的支座形式是根據(jù)多方面因素綜合而定的。
2.4、桿件的設(shè)計與選取問題
在設(shè)計桿件時,拉桿與壓桿的設(shè)計原則是不同的一一壓桿是按照長細比限值進行設(shè)計而拉桿是按照強度限值進行設(shè)計,一般情況下按照強度限值比按照長細比限值設(shè)計出來的桿件要小,但是在實際工程中我們并不能按照這一原則來進行設(shè)計,因為當(dāng)荷載改變或某些外部原因作用時拉桿有可能會轉(zhuǎn)變?yōu)閴簵U,所以在設(shè)計時我們一般都是按長細比限制來進行拉壓桿件的設(shè)計。另外按照網(wǎng)架受力特性運用規(guī)范、軟件等計算設(shè)計出來的桿件規(guī)格在受力上是合理的,但是有時實際中并不能直接采用,因為要考慮到當(dāng)?shù)氐牟牧瞎?yīng)問題,所以在設(shè)計過程中從材料庫中選擇桿件時最好要先了解市場,采用市場中常供應(yīng)的材料。
3、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的耐久性及設(shè)計
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點采用鋼材制作,但是鋼材是非常容易銹蝕的,銹蝕桿件截面減小,以此就會大大的降低網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全性,尤其是在相關(guān)的使用環(huán)境比較潮濕的情況下,就應(yīng)該更加的注意對網(wǎng)架防銹處理工作的強化。在以往的工作中,通過我們對現(xiàn)場網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的檢測中發(fā)現(xiàn),在相關(guān)的使用環(huán)境比較潮濕的情況下,網(wǎng)架的使用時間是不會太長的,都會產(chǎn)生一些桿件的銹蝕。對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)防銹方法有以下幾種:改變金屬結(jié)構(gòu)的組織,在鋼材的煉制過程中增加合金元素以提高鋼材的抗銹蝕能力,如采用不銹鋼;在鋼材表而用金屬鍍層保護;在鋼材表而涂以非金屬保護層。當(dāng)采用非金屬涂料的防銹方法時,應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架使用的環(huán)境條件、腐蝕介質(zhì)的情況等條件選擇合適的底漆和面漆,并確定涂層厚度。
與此同時,我們在現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)部分螺栓球節(jié)點網(wǎng)架下弦桿與螺栓球間產(chǎn)生縫隙,這是由于下弦桿受拉變形引起的,潮氣很容易通過縫隙進入鋼管或高強螺栓中,腐蝕高強螺栓。所以等網(wǎng)架屋蓋系統(tǒng)安裝完畢,網(wǎng)架承受大部分荷載后,應(yīng)用油膩子將接縫處填嵌密實。當(dāng)使用環(huán)境比較潮濕時,最好是采用密封性較好的焊接球節(jié)點網(wǎng)架。網(wǎng)架節(jié)點設(shè)計時要注意不要出現(xiàn)死角,以方便焊接及進行防腐處理。網(wǎng)架由于其節(jié)點設(shè)計不合理造成焊接及防腐處理困難。檢查中發(fā)現(xiàn)當(dāng)網(wǎng)架周邊的桿件埋在墻中時,桿件極易銹蝕,而桿件與墻面之間留有一定間隙時桿件不易銹蝕。所以在設(shè)計時應(yīng)使網(wǎng)架周邊桿件與墻面間留有一定間隙,以此防止桿件銹蝕及有利于桿件的維護。
結(jié)束語
綜上所述,現(xiàn)階段,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是發(fā)展最迅速、被應(yīng)用最多的空間結(jié)構(gòu)形式,這主要因為其有眾多的優(yōu)點:其屬于空間受力結(jié)構(gòu),故各桿件受力均較為均勻;同時其結(jié)構(gòu)的高度較小,便可以利用較小的桿件來建造出較大的跨度,這樣一來既可以滿足大空間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間;屬于多次超靜定結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的安全度高;結(jié)構(gòu)的整體抗震性能較好;整體結(jié)構(gòu)的空間剛度較大,使得結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好;桿件主要是以承受軸向力為主,能充分發(fā)揮材料的強度;桿件的類型統(tǒng)一,適用于工業(yè)化生產(chǎn)、拼裝和整體結(jié)構(gòu)的吊裝,施工周期大大縮短,使得工程的投資回報期限短等等。所以在以后的工作中,一定要特別注意對其的設(shè)計應(yīng)用。
參考文獻
[1]周燕.鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點研究[J].江西建材,2014,07:12.
關(guān)鍵詞:建筑 鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計 要點
在建筑工程的建設(shè)過程中,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析,是非常重要的一項工作。在國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程數(shù)量快速增加的同時,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化水平,對于其整體的施工質(zhì)量,發(fā)揮了一定的影響。如何根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的實際施工情況,積極的探究鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點,確保鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工質(zhì)量符合相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),是建筑施工企業(yè)應(yīng)關(guān)注的關(guān)鍵問題之一。因此,在實際工作中,進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作,需要注重主體結(jié)構(gòu)與細節(jié)部分之間存在的各個要點,并將其充分體現(xiàn)在施工方案中,才能更好的促進建筑工程施工工作的開展。
一、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則
在建筑工程的設(shè)計工作中,建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則主要包括:考慮整個體系以及各組成部分的穩(wěn)定性要求;確保計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖一致;結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須具有一致性等三個部分的內(nèi)容。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析中,應(yīng)充分重視鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則,并將其設(shè)計理念落實到具體的施工方案中,才能確保建筑工程的施工質(zhì)量。
(一)考慮整個體系以及各組成部分的穩(wěn)定性要求
在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中,考慮整個體系以及各組成部分的穩(wěn)定性要求,是建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要原則。在建筑工程設(shè)計與施工中,穩(wěn)定性是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中非常重要的一個問題,在各種類型的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,一旦鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性出現(xiàn)問題,就會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失,甚至是人員傷亡事故??紤]整個體系以及各組成部分的穩(wěn)定性要求,在很大程度上可以確保鋼結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的問題性,避免鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。
(二)確保計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖一致
在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,確保計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖一致,也是建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則之一。確保計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)的簡圖一致,主要是為了在設(shè)計單層和多層框架結(jié)構(gòu)的時候,計算框架的穩(wěn)定性依據(jù)統(tǒng)一,計算簡圖和實用計算方法所依據(jù)同一簡圖得出,這在很大程度上能夠增加建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性。
(三)結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須具有一致性
在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則分析中,結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須具有一致性,是其中非常重要的一項內(nèi)容之一。結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件的穩(wěn)定計算必須具有一致性,要求傳遞彎矩與不傳遞彎矩的節(jié)點連接,以便可以增強結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件之間的穩(wěn)定性。因此,重視結(jié)構(gòu)的細部構(gòu)造與構(gòu)件之間的穩(wěn)定計算關(guān)系顯得很重要。
二、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析
(一)正確選用鋼材與焊縫質(zhì)量等級
在實際工作中,重視正確選用鋼材與焊縫質(zhì)量等級這一工作,要求設(shè)計人員在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中,明確標(biāo)明鋼材與焊縫質(zhì)量等級,以避免建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題。此外,建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求,所選擇的鋼材具有一定的屈服強度、抗拉強度、伸長率等特點,在此基礎(chǔ)上,關(guān)注焊接連接的處理方法,確保焊接質(zhì)量符合建筑工程的施工標(biāo)準(zhǔn)。因此,如何正確選用鋼材與焊縫質(zhì)量等級,對于建筑工程的整體施工質(zhì)量也會產(chǎn)生一定的影響。
(二)重視結(jié)構(gòu)選型
在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析中,重視結(jié)構(gòu)選型也是其中不可或缺的內(nèi)容之一。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,結(jié)構(gòu)選型對于實現(xiàn)其設(shè)計方案的目標(biāo),具有很大的影響。如何根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,合理的進行結(jié)構(gòu)選型工作也是非常關(guān)鍵的。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中,從建筑工程的整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、破壞機理、試驗結(jié)果等幾個方面綜合進行考慮,對于作出合理的結(jié)構(gòu)選型具有一定的積極影響。因此,在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,重視結(jié)構(gòu)選型也很重要。
(三)強化結(jié)構(gòu)布置的合理性
在實際的設(shè)計工作中,強調(diào)結(jié)構(gòu)布置的合理性,是建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析中相對重要的內(nèi)容之一。強調(diào)結(jié)構(gòu)布置的合理性,要求設(shè)計人員根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體方案及工程的使用需求,通過強調(diào)結(jié)構(gòu)布置的工作措施的方式,促進建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)獲得實現(xiàn)。此外,在強調(diào)結(jié)構(gòu)布置的合理性的同時,優(yōu)化建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計流程,可以有效的完善建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,促使建筑鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到保障。因此,在進行建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析的環(huán)節(jié),進一步強調(diào)結(jié)構(gòu)布置的合理性也很重要。
(四)強調(diào)節(jié)點設(shè)計的科學(xué)性
為了順利實現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo),在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析中,強調(diào)節(jié)點設(shè)計的科學(xué)性,具有積極的現(xiàn)實意義。強調(diào)節(jié)點設(shè)計的科學(xué)性,要求設(shè)計人員結(jié)合影響建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的所有因素,在綜合分析的基礎(chǔ)之上,形成合理的建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,確保建筑鋼結(jié)構(gòu)施工符合建筑工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。同時,強調(diào)節(jié)點設(shè)計的科學(xué)性,也是確保建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計符合建筑施工標(biāo)準(zhǔn)的前提之一。因此,在實際工作中,強調(diào)節(jié)點設(shè)計的科學(xué)性,具有一定的現(xiàn)實意義。
三、結(jié)語
綜上所述,在我國建筑工程的發(fā)展中,建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析,始終是一項非常關(guān)鍵的工作。在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中,設(shè)計人員應(yīng)充分關(guān)注建筑主體部分與細節(jié)部分之間存在的關(guān)聯(lián)性,并有效的協(xié)調(diào)這種關(guān)聯(lián)性,綜合把握各方面的設(shè)計要點,進而實現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中技術(shù)與工藝的有效融合,最終實現(xiàn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的順利實施,提高建筑鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。因此,在建筑工程施工中,重視建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析,具有積極地現(xiàn)實意義。
參考文獻:
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【關(guān)鍵詞】高層建筑; 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計; 注意的問題;
一、前言
隨著新時期下建筑朝著縱向發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)建筑可以說是最好的載體,其應(yīng)用范圍不僅僅局限在住宅小區(qū)中,還包括了工業(yè)廠房以及公共場所等。從整體上來看,建筑鋼結(jié)構(gòu)具有良好的外觀,較強的抗震性能以及總體成本低等優(yōu)點。除此之外,建筑中所需的鋼結(jié)構(gòu)材料的主要用途之一就是加工制造,并在工地現(xiàn)場完成拼裝工作,最終實現(xiàn)了施工效率的大幅度提升。但是現(xiàn)今建筑鋼結(jié)構(gòu)存在一些設(shè)計方面的問題制約了其在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展。本文主要對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要注意的問題和要點進行了分析,希望可以對大家日后的工作起到一定程度的幫助作用。
二、鋼結(jié)構(gòu)工程中的質(zhì)量問題
鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量問題的因素很多,也非常復(fù)雜。很多時候可能是同一性質(zhì)的問題,然而造成的原因卻大相徑庭,所以對于鋼結(jié)構(gòu)工程形成的質(zhì)量問題,需要多角度深入分析、判斷、解決問題。就好比焊接裂縫,有的時候問題可能出在焊縫的金屬中,也有可能是因為母材的原因造成的,當(dāng)然也有可能是焊接表層,或是焊縫的內(nèi)部;甚至可能是選取的焊接材料問題,或是在焊接過程中對溫度的把控不嚴(yán)。這樣一來,容易延誤工程,若是建筑物質(zhì)量不過關(guān),可能對人造成傷害。因為鋼結(jié)構(gòu)工程不合理造成的質(zhì)量問題也很多,比如,在鋼構(gòu)件的焊接過程中因為力度的變化,形成了新的裂縫,如果在焊接的接縫中有氫氣進入的話可能造成裂縫的延遲。
三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題
1、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)
鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)性能決定了前期設(shè)計工藝是非常復(fù)雜的,需要設(shè)計師先利用專業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件對鋼結(jié)構(gòu)的各項技術(shù)指標(biāo)進行嚴(yán)格精密的測試,只有通過了質(zhì)量檢測的鋼結(jié)構(gòu)才能真正投入大量生產(chǎn)再應(yīng)用于施工中。具體的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)主要有水平荷載系數(shù)、抗震強度系數(shù)和結(jié)構(gòu)的阻尼比等等。以水平荷載為例,建筑處于理想環(huán)境下,只有豎向荷載而水平荷載為零。但在正常生活環(huán)境中,一般都會存在不同程度的風(fēng)荷載,在水平方向上將會對建筑的穩(wěn)定性有所影響,設(shè)計師就需要根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境可能的最大風(fēng)荷載進行鋼結(jié)構(gòu)水平荷載系數(shù)的設(shè)計,以免出現(xiàn)建筑穩(wěn)定性不佳而坍塌的事故。
2、強柱弱梁的設(shè)計
對于一個建筑而言,穩(wěn)定性是最重要的,因為它關(guān)系到了整棟樓人的生命安全問題,也關(guān)系到一個國家以及地區(qū)的穩(wěn)定。所以,在高層建筑的建設(shè)過程之中,要想保證建筑的穩(wěn)定性就要保證主梁的穩(wěn)定性。而在眾多建筑結(jié)構(gòu)材料的選用以及研究中,我們發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定的,但是,我們不能保證它百分之百的穩(wěn)定,因為強柱弱梁的設(shè)計是極其關(guān)鍵的,所以,在高層建筑結(jié)構(gòu)的建造過程之中,柱子的材料我們一般選用鋼材,因為由于它的硬度足以保證柱子的穩(wěn)定性了,而墻梁的建造之中,我們就沒有必要像建造柱子那樣要求了,在這個時候,我們就可以選用質(zhì)量較為輕的材料進行施工,但是我們要保證其建筑材料的質(zhì)量,這樣就可以保證建筑材料整體的重量,防止坍塌事件的發(fā)生,因而我們在設(shè)計的時候一定要綜合考慮柱與梁的整體性。
3、鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震設(shè)計
我國目前對于地震的關(guān)注度越來越高了,尤其是在建筑方面。同時我國又處于環(huán)太平洋地震帶以及太平洋板塊和亞洲板塊的交界處,所以地震事件的發(fā)生是屬于見怪不怪的,所以,要想保證地震發(fā)生是能夠在最大限度之上減少人員以及財產(chǎn)的傷害,就必須保證高層建筑具有防震性。因此在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程之中我們要增加抗震的設(shè)計。
4、鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗火設(shè)計
鋼結(jié)構(gòu)的鋼材雖然屬于非燃燒材料,但是因為鋼材料在高溫下的膨脹系數(shù)很高,會造成鋼材的變形,而且鋼材具有良好的導(dǎo)熱性,會導(dǎo)致火勢的蔓延。而且一旦達到一定的溫度之后還會引起爆炸,所以我們必須要注意鋼材料的抗火設(shè)計,在選用材料的時候一定要考慮到鋼材的熔點以及它的抗火性,這樣我們就在硬件設(shè)計上大大的減少了因為鋼結(jié)構(gòu)鋼材的引燃、引爆的事件發(fā)生;另一方面,我們在設(shè)計的時候好要避免電路的交叉,以及電路與鋼材之間的距離。
5、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計要重視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
高層建筑的設(shè)計本來就是一個非常注重技術(shù)的一項工作,而鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計就更加的要求設(shè)計師的技術(shù)以及才能了。因為鋼建筑的設(shè)計并不是只是在電腦上動動鼠標(biāo)和在稿紙上動動筆那么簡單的事兒,因為他要求設(shè)計者在設(shè)計稿件的時候一定要充分的調(diào)查施工地的自然環(huán)境以及高層建筑的樓層以及外形之外還需要充分考慮市場的建材行情。這樣就可以在保證鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的基礎(chǔ)之上減少開支,充分保證國家以及人們的利益。
四、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要點
1、對鋼結(jié)構(gòu)適用性的判定
由于鋼結(jié)構(gòu)大多數(shù)都是使用在荷載較大、體型復(fù)雜、跨度較大以及高層建筑中,要求其便于拆卸、密封嚴(yán)、耐高溫以及能夠承受較大幅度振動,所以我們在進行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計之前一定要注意該條件下鋼結(jié)構(gòu)是否適用,能否滿足正常使用需求。
2、加強對其結(jié)構(gòu)的分析
在實際的設(shè)計工作中,我們通常對鋼結(jié)構(gòu)進行線彈性分析。現(xiàn)在新開發(fā)出來的一些軟件則可以考慮鋼材的彈塑性以及幾何非線性,可以更加精準(zhǔn)的對鋼結(jié)構(gòu)受力進行分析。但是我們在實際的工作中,并不全依靠先進的軟件,也可以通過對力學(xué)手冊等工具書的充分利用,來獲得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力以及變形等數(shù)據(jù),并通過相關(guān)的計算進行分析。一旦遇到復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)就需要進行建模,對其進行詳細的模擬分析。
3、加強對其截面的分析
在進行結(jié)構(gòu)布置后,應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)的截面進行預(yù)估。首先就要對主要支撐以及梁柱的尺寸以及形狀進行假定,其中鋼梁可以選擇H型鋼或者槽鋼,根據(jù)支座和荷載的情況,我們可以將截面的高度定在跨度的1/50~1/20之間。此外還要按照梁間側(cè)向支撐的l/b限值進行翼緣寬度的確定,由于這種方法避免了對鋼梁穩(wěn)定性的計算,現(xiàn)階段已經(jīng)得到了廣泛的使用。在確定了截面高度以及翼緣寬度后,我們可以按照相關(guān)規(guī)范對板件的厚度進行預(yù)估。其中λ在50~150的范圍內(nèi)進行選擇,但大多數(shù)為了便于計算都選在100左右。再根據(jù)軸心受到壓力的不同,可以選擇H型鋼或者鋼管。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu),我們可以選擇不同的界面構(gòu)造。最后,我們就是需要根據(jù)構(gòu)件受力的實際情況,在考慮到安全、美觀的前提下,進行構(gòu)件截面形式的自由選擇。
4、加強對節(jié)點的設(shè)計
鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中,節(jié)點的設(shè)計工作是其中最為關(guān)鍵的一部分,因此,我們必須避免由于模型分析的節(jié)點與設(shè)計的節(jié)點不一致的現(xiàn)象,所以我們要按照不同的傳力特性,將節(jié)點分為半剛接、鉸接以及剛接三種,其中具體的選擇要按照鋼結(jié)構(gòu)的實際受力進行選擇。
五、結(jié)束語
近年來,隨著世界先進的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計概念和設(shè)計思想的涌入,進一步推動我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。雖然在一定程度上,與發(fā)達國家相比,中國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計水平有很大的差距。但是隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,以及相關(guān)研究工作者的不斷努力,我們有理由相信,在不久的將來,中國的鋼結(jié)構(gòu)水平將邁向一個新的臺階,達到高質(zhì)量、高水平、高水準(zhǔn)的設(shè)計目標(biāo)。
參考文獻:
[1]申海嘯,張玉生,蔡鵬.談鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般過程[J].陜西建筑,2008(09)
關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計;結(jié)構(gòu)選型;經(jīng)濟性;指標(biāo)控制;規(guī)范
近三十幾年來,隨著市場經(jīng)濟飛速發(fā)展,我國建筑業(yè)取得了舉世矚目的成就。據(jù)國家統(tǒng)計局網(wǎng)站數(shù)據(jù),我國建筑年竣工面積從1996年6.00億平方米增長到2015年的42.08億平方米。就建筑技術(shù)水平而言,迄今為之,建設(shè)完成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高、設(shè)計理念超前的建筑不勝枚舉。作為身處其中的結(jié)構(gòu)設(shè)計師,我們扮演了重要的角色,同時也受惠良多。
1結(jié)構(gòu)設(shè)計條件的梳理
1.1初識建筑,掌握其要素
建筑方案設(shè)計階段,建筑設(shè)計師會提供建筑物的主要平面、立面及剖面圖紙。如同解一道數(shù)學(xué)應(yīng)用題,此時正是重要的讀題階段。全面敏銳地關(guān)注涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計的建筑要素至關(guān)重要。這些要素主要包括:建筑安全等級、高度、體量、最大跨度、平面規(guī)則性、豎向規(guī)則性等。通過對這些要素的提煉,可以比較全面地掌握擬建建筑的結(jié)構(gòu)要素,將注意力集中在這些要素上就可以避免出現(xiàn)忽視結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要先決條件。
1.2掌握環(huán)境條件
擬建建筑存在的外部環(huán)境對結(jié)構(gòu)設(shè)計會產(chǎn)生極大影響。這其中主要包括外荷載、地質(zhì)條件、耐久性影響因素等。外荷載主要包括地震荷載以及風(fēng)荷載,應(yīng)著重關(guān)注地震設(shè)防烈度、基本風(fēng)壓,其次還要注意地形地貌對設(shè)防烈度及基本風(fēng)壓的修正。地質(zhì)條件主要包括:場地是否存在地震斷裂帶、土體的穩(wěn)定、地基承載能力、是否處在暗河、溶洞等不利于承載區(qū)域等。耐久性影響因素主要包括高溫、高濕環(huán)境、侵蝕性氣體、水及土壤對建筑材料的腐蝕性等。
1.3評估建筑方案,提出修改建議
方案評估和修改過程是結(jié)構(gòu)設(shè)計師同建筑師重要的技術(shù)交流階段。也是最適合結(jié)構(gòu)師提出擬建建筑可能造成結(jié)構(gòu)設(shè)計的不適宜、不合理、不經(jīng)濟等專業(yè)性建議的時間點。例如,場地與地震斷裂帶的避讓距離不足或土體存在滑裂破壞等地質(zhì)災(zāi)害可能導(dǎo)致的不適宜建造;地基承載力較低或抗震設(shè)防烈度較高對于建造較高高層建筑的不經(jīng)濟;建筑豎向的嚴(yán)重不規(guī)則導(dǎo)致抗震、抗風(fēng)不利的不合理等。結(jié)合這些因素對建筑方案作出準(zhǔn)確的量化指標(biāo)評價,綜合權(quán)衡建筑物的安全、經(jīng)濟、美觀適用要求,提出必要的修改建議。這個階段是規(guī)避方案性錯誤的重要階段,決定了之后結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性甚至可行性。
2結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)件布置
2.1結(jié)構(gòu)選型
建筑上部結(jié)構(gòu)體系大致分為:砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)體系有其自身的力學(xué)性能及適用范圍。針對不同的承載需求,提供合理的強度及剛度是結(jié)構(gòu)選型的核心內(nèi)容;當(dāng)然,建筑空間及外觀的需求也是必須兼顧的。另外就是樓、屋面水平結(jié)構(gòu)受力體系的優(yōu)化比選,尤其對于大跨、重荷載的情況一般應(yīng)多方案量化比較。通常采用的密肋樓蓋、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼實腹梁結(jié)構(gòu)、鋼桁架結(jié)構(gòu)、乃至鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均有其適用情形?;A(chǔ)選型同樣如此,基礎(chǔ)必須具備足夠的承載及抗變形能力。基礎(chǔ)類型大致可分為:獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)?;A(chǔ)選型是針對不同的荷載需求及地基承載力,選擇能可靠傳遞荷載并控制建筑沉降變形的基礎(chǔ)形式?;A(chǔ)選型對結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟性控制所起到重要作用,尤其對于地基條件較為復(fù)雜的情況。因此,基礎(chǔ)選型也應(yīng)進行多方案比較,結(jié)合當(dāng)?shù)丶巴瑮l件項目經(jīng)驗顯得尤為必要。
2.2構(gòu)件布置
結(jié)構(gòu)體系一旦確定,結(jié)構(gòu)材料也基本確定完成,同時非結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料也應(yīng)會同業(yè)主進行認(rèn)定,例如填充墻以及樓、屋面建筑面層做法等。這些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的確認(rèn)是為下一步荷載計算及截面預(yù)估做準(zhǔn)備。構(gòu)件布置主要內(nèi)容包括確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的類型、截面尺寸以及布置位置,從而繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖(俗稱模板圖)。模板圖的設(shè)計要求在每一處構(gòu)件布置時都應(yīng)協(xié)調(diào)好建筑的影響與結(jié)構(gòu)自身構(gòu)建的合理。截面尺寸的準(zhǔn)確預(yù)估,布置位置的合理,可以避免后續(xù)結(jié)構(gòu)模型計算時的大量反復(fù)調(diào)整工作。經(jīng)驗豐富的設(shè)計師能夠高效率,很多時候是對模板圖設(shè)計的精準(zhǔn)把握。
3計算分析及指標(biāo)控制
3.1準(zhǔn)確建模及參數(shù)設(shè)定
目前,主體結(jié)構(gòu)計算分析大多采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM系列軟件。準(zhǔn)確地建立計算模型是做好計算分析的前提。主要應(yīng)從截面尺寸、材料強度、荷載計算以及邊界條件等方面進行控制。截面尺寸與材料強度應(yīng)力求與施工圖精準(zhǔn)一致。就荷載布置而言,恒荷載應(yīng)確保精確,活荷載應(yīng)充分考慮使用階段可能出現(xiàn)的載荷情況;地震及風(fēng)荷載應(yīng)遵照規(guī)范條文進行必要的修正。梁柱節(jié)點的剛性假定,構(gòu)件支座約束情況等邊界條件的設(shè)定應(yīng)充分體現(xiàn)實際力學(xué)響應(yīng),不合理的邊界條件設(shè)定可能導(dǎo)致構(gòu)件乃至整個結(jié)構(gòu)體系的受力分析錯誤,極易造成嚴(yán)重的設(shè)計責(zé)任事故。PKPM軟件分析和設(shè)計控制參數(shù)主要包括總信息、計算控制信息、荷載信息、設(shè)計配筋信息等幾大類。需要充分理解參數(shù)的意義,掌握其對分析設(shè)計的響應(yīng),同時結(jié)合規(guī)范條文、軟件使用手冊、設(shè)計經(jīng)驗才能設(shè)定準(zhǔn)確。這里例舉部分重要的SATWE參數(shù):“剛性樓板假定”、“考慮雙向地震作用”、“抗震等級信息”、“梁柱重疊部分剛域”、“柱配筋計算原則”、“箍筋間距”。這些參數(shù)對分析結(jié)果的重要指標(biāo)及配筋控制都起著很大的作用。
3.2補充計算
絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件能通過軟件的整體分析完成設(shè)計,但對于特殊構(gòu)件或節(jié)點,例如弧形梁、復(fù)雜的轉(zhuǎn)換構(gòu)件、重要的連接節(jié)點等需要借助于其它計算程序或人工進行補充計算。另外,對規(guī)范有明確要求進行多模型對比時,還應(yīng)采用多款軟件對整體模型作必要的校核對比及修正分析。目前,同我國規(guī)范結(jié)合較好且應(yīng)用較為普遍的結(jié)構(gòu)分析軟件有《3D3S》、《MIDAS》、《ETABS》、《SAP2000》;復(fù)雜節(jié)點應(yīng)力分析、非線性分析一般采用通用有限元分析程序,如《ANSYS》、《ABAQUS》。對于特殊構(gòu)件及復(fù)雜節(jié)點,結(jié)構(gòu)設(shè)計者必須充分掌握其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、承載力水平,在構(gòu)造設(shè)計中才能做到有的放矢。
3.3指標(biāo)控制
分析結(jié)構(gòu)的各項指標(biāo)控制實質(zhì)是執(zhí)行規(guī)范條文,也即對結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟、安全性的量化控制。重要的控制指標(biāo)有:“剛度比”、“軸壓比”、“位移比”、“周期比”、“剛重比”、“剪重比”、“抗剪承載力比”、“傾覆力矩百分比”、“位移角”、“配筋率”、“有效質(zhì)量系數(shù)”等。準(zhǔn)確理解這些指標(biāo)的概念、控制意義以及影響因素十分重要。只有理解了這些,才能有目的地進行結(jié)構(gòu)布置的調(diào)整從而控制好各項指標(biāo),使擬建建筑的結(jié)構(gòu)獲得必要的強度與合理的剛度。
4規(guī)范分析
我國建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計主要采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有:《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》等。這些規(guī)范主要從“布置規(guī)定”、“材料選擇”、“荷載計算”、“分析原則”、“計算控制”、“構(gòu)造要求”等幾部分構(gòu)架了完整的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定,全面系統(tǒng)地制定了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)則。我國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)按等級分為國標(biāo)、行標(biāo)、地標(biāo)、企標(biāo)。相互之間的關(guān)系是:下一級標(biāo)準(zhǔn)必須遵守上一級標(biāo)準(zhǔn),下級標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定不得寬于上級標(biāo)準(zhǔn),但可嚴(yán)于上級標(biāo)準(zhǔn)。由此可知,在運用下級規(guī)范時我們需要掌握嚴(yán)于上級的條文,另外就是結(jié)合行業(yè)或當(dāng)?shù)貙嵡榧毣摹⒏鼮槊鞔_的條文。規(guī)范條文按屬性分為強制性條文和推薦性條文。強制性條文通常采用“應(yīng)”提出遵守要求,對于以黑體字著重提出的是強制性要求遵守的;推薦性條文通常采用“宜”提出遵守建議??傊?,規(guī)范條文是最低的設(shè)計要求,通常情況都應(yīng)遵守采納。
5結(jié)語
我國的建筑業(yè)盡管已經(jīng)蓬勃發(fā)展了三十多年,但就目前所處的城市化水平而言,建筑設(shè)計仍然有著很大的市場需求。加之老舊建筑的改造加固以及新的結(jié)構(gòu)材料、體系的出現(xiàn),建筑結(jié)構(gòu)還有著很多技術(shù)領(lǐng)域等待探究。作為建筑工程設(shè)計者,我們始終被委以重任;不斷學(xué)習(xí),不斷總結(jié)才能肩負起這份職責(zé)。
參考文獻
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[2]GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中國建筑工業(yè)出版社,2010
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關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;內(nèi)容;原則
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;
中圖分類號:S611 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容簡介
盡管目前我國建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計,越來越花樣紛呈,但其設(shè)計的中心思想還是不變的。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括有兩個部分:一部分是基礎(chǔ)設(shè)計;另一部分是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計。
(一)基礎(chǔ)設(shè)計包括:
1、確定基礎(chǔ)采用的形式。應(yīng)根據(jù)下面五個因素來確定基礎(chǔ)所采用的形式:材料的供應(yīng)能力;所供給材料的強度等級;工程地質(zhì)方面給出來的地質(zhì)勘查報告;上部結(jié)構(gòu)所采用的類型;上部結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)的荷載效應(yīng);當(dāng)?shù)亟ㄖ┕り牭募夹g(shù)水平。基礎(chǔ)可以采用的形式共有三種,分別是淺基礎(chǔ)的條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ),深基礎(chǔ)的樁基等。
2、計算地基承載力的大小,當(dāng)合力和基礎(chǔ)的重心重合時,反力的計算公式為:P=,
確定最終的基礎(chǔ)底面積。
3、計算基礎(chǔ)的配筋,計算基礎(chǔ)的內(nèi)力。
4、構(gòu)造措施的準(zhǔn)備,要注意準(zhǔn)備的構(gòu)造措施必須是必要的。
(二)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計包括:
1、分析總建筑的設(shè)計方案,并據(jù)此來確定選用的主要材料和結(jié)構(gòu)的體系。
2、合理布置結(jié)構(gòu)平面;
3、估算構(gòu)件的橫截面的面積;
4、分析計算內(nèi)力和荷載;
5、計算結(jié)構(gòu);
6、分析結(jié)果,確定最終的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。
基礎(chǔ)設(shè)計和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計的方案都定下后,就要開始繪制結(jié)構(gòu)施工圖,兩部分的設(shè)計要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)施工圖上。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計者在設(shè)計結(jié)構(gòu)時,既要掌握設(shè)計的內(nèi)容也要注意設(shè)計的各要點,這樣才能構(gòu)造出合理的設(shè)計。
二、建筑設(shè)計的原則
(一)抗震驗算時,由樓蓋和具體布置來決定驗算時用的理論方法,要格外注意場地類別。為了提高建筑物的抗震能力,可以加剪力墻的地方要盡量加。垂直地震的危害一直被人們所忽視,實際上,垂直地震的危害也是很大的。因此在建筑設(shè)計時要注意對垂直地震的防范,結(jié)構(gòu)設(shè)計最好用雙向梁柱。目前,《規(guī)范》(簡稱)對垂直地震的危害也不夠重視。
(二)禁止雨篷出挑于填充墻。跨度比較大的陽臺、雨篷最好考慮抗扭,抗扭的扭矩為跨度的一半乘以梁中心板的負彎矩。
(三)框架結(jié)構(gòu)的電梯井壁要采用粘土磚進行建筑,電梯梯井的四角要加構(gòu)造柱。每層墻體的重量要用每層的梁來承載,而不能用磚墻來承載。如果是高層建筑,在門洞上方要加圈梁。樓房建筑的電梯的位置一般比較偏,如果電梯的梯井采用混凝土,那么梯井的剛度就特別大,在這種情況下,最好在其他地方加上剪力墻,那樣對整體結(jié)構(gòu)也十分有利。
(四)如果建筑所在地的地下水水位比較高,在設(shè)計暖溝時就要注意防水。常用的方法就是用混凝土做“U”型的暖溝,負責(zé)輸送暖氣的管在進入室內(nèi)之前先進入防水套管。如果建筑設(shè)計中有地下室,在設(shè)計地下室時要注意,防水混凝土設(shè)計抗?jié)B等級不小于P6,最低強度等級C25,而且,在混凝土內(nèi)要加入膨脹劑。
三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點:
(一)建筑物地基設(shè)計
最近這些年,經(jīng)常發(fā)生由于地基沉降導(dǎo)致的建筑物或構(gòu)件裂開甚至損毀的事件,危害構(gòu)件使用壽命的同時對居住者的人身安全也構(gòu)成威脅。為了防止這種事的發(fā)生,應(yīng)從基礎(chǔ)措施、地基、結(jié)構(gòu)措施和建筑措施等五個方面加以控制,盡量防止或減少地基沉降對建筑物的害。高層建筑和多層建筑對地基的要求不同,應(yīng)該區(qū)別對待。
1、高層建筑:為了保證建筑物的穩(wěn)定,高層建筑的地基需要比較深的埋藏深度。為了節(jié)省資金,地基一般采用樁筏結(jié)合或樁箱的形式。采用這兩種形式的地基時首先要保證箱體整體的剛度。如果上層建筑結(jié)構(gòu)起伏很大,下層的樁端就要埋在同一個土層中,同時還要考慮液化的影響。
2、多層建筑:為了節(jié)省資金,多層建筑物一般不采用長樁。但如果地基下面的軟土層太厚,為了防止建筑物沉降,對地基就需要進行處理。處理的方式有很多種,在選擇處理方式前,既要注意地基的環(huán)境情況和特點也要注意上層結(jié)構(gòu)的外部環(huán)境和特點,最后根據(jù)工程設(shè)計者的要求,確定地基的處理范圍、處理實用性以及地基處理的技術(shù)指標(biāo)等問題。在選擇地基處理方案時,還要考慮施工隊的意見、經(jīng)驗以及方案本身的成熟程度。最終選定的方案既要經(jīng)濟合理又要安全實用。地基處理時還要考慮處理后的強度以及對變形的要求。
(二)高層建筑的寬高比例。
關(guān)于高層建筑的寬高比例,相關(guān)部門做出過明確的規(guī)定,但對如何計算,卻沒做出過相應(yīng)的規(guī)定。只在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的第4.2.3條的條文中說一般場合用最小投影來計算,但在很多場合這種計算方法并不適用,在這種場合時,應(yīng)該讓設(shè)計人員視具體情況來確定算法。
(三)剪力墻上的梁支、框支問題。
《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對框支柱、框支梁配筋的多少,橫截面的面積都做了詳細的規(guī)定,但對剪力墻上的框支梁卻沒做過規(guī)定,也沒提出過建議。剪力墻上的框支梁實際上是把一個大的荷載集中到一點然后加在剪力墻上,這個集中荷載既包括集中扭矩和彎矩,水平向和豎向,也包括集中的推拉力和集中的壓力。盡管剪力墻的承載力比較強,但承載這些方向力的卻是剪力墻的弱軸,很有可能承載不住。因此做這方面的工作時筆者建議:
1、確定剪力墻的厚度要參照:《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對框支柱截面的規(guī)定,對框支梁水平段鋼筋錨固的要求,關(guān)于無翼墻的要求。
2、如果剪力墻的寬度大于或等于框支梁的寬度,在按框支柱時必須設(shè)置暗柱,并對配筋和構(gòu)造進行計算。
3、驗算剪力墻上的框支梁的抗震能力。
(四)強柱弱梁設(shè)計理念。
強柱弱梁主要是針對地震設(shè)計的,強柱弱梁可以實現(xiàn)大震不倒、中震可修、小震不壞的抗震目標(biāo)。如果建筑物的柱被震壞,整座建筑都會倒塌,如果梁被震壞,那可能只是塌一小部分,從這一層面上來講,柱比梁重要,設(shè)計人員在設(shè)計時要考慮到這一點,柱軸壓比要嚴(yán)格控制。對建筑各方面的計算一般都是在小震的情況下進行的,如果小震情況下,柱軸壓已經(jīng)過大,那么大震時再加上百分之三十的附加軸力,建筑物非倒塌不可。因此,在設(shè)置配筋及柱斷面時要區(qū)別對待。加強角柱和邊柱,特別是角柱,最好全柱加密箍筋,配筋率要大于或等于百分之一。
抗震目標(biāo)
水準(zhǔn)等 級 抗震目 標(biāo) 具體解釋
第一水 準(zhǔn) 小震不 壞 當(dāng)遭受的地震的等級低于本地區(qū)多遇地震時,主體結(jié)構(gòu)不需修理仍可居住。
第二水 準(zhǔn) 中震可 修 當(dāng)遭受的地震的等級等于本地區(qū)多遇地震時,主體可能被損壞,但只要經(jīng)過一般修理仍可居住。
第三水 準(zhǔn) 大震不 倒 當(dāng)遭受罕見地震時,建筑物不致倒塌而危及居民生民。
(五)上部結(jié)構(gòu)超高問題。
在設(shè)計上部結(jié)構(gòu)時,對總高度要有嚴(yán)格的要求,不是越高越好。相關(guān)部門出臺的新規(guī)定將高度分為A級和B級兩級,而且,對兩種不同等級高度的建筑物,設(shè)計方法和處理措施也都有很大的改變。因此,在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,如果結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)生變化,要馬上考慮超高的問題,嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定進行設(shè)計。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:多層框架結(jié)構(gòu);設(shè)計關(guān)鍵點;有效措施
1.框架柱與梁的連接設(shè)計要點
多層框架結(jié)構(gòu)在抗震計算過程中,受力構(gòu)件的矩計算主要是由框架梁、柱的剛度來決定,即哪個受力構(gòu)件分配剛度較大大,其對應(yīng)彎矩計算數(shù)值也就越大,因此在多層框架結(jié)構(gòu)體系中,設(shè)計人員將框架柱截面尺寸相對較大,從結(jié)構(gòu)安全性角度來分析,對主體結(jié)構(gòu)體系完全有益的,同時滿足我們設(shè)計常說的弱梁強柱結(jié)構(gòu)設(shè)計原則。
除此以外,大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計人員一開始確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時采用彈性受力分析法,然而框架梁作為受彎構(gòu)件則采用的彈塑性受力分析法。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對于框架結(jié)構(gòu)體系的框梁彎矩調(diào)幅方面進行詳細敘述,通常取0.8 ~1,筆者通常在結(jié)構(gòu)計算中取值0. 85,這在某種意義上控制框架梁支座抗彎能力,形成我們結(jié)構(gòu)常見的塑性鉸,增強了結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件的變形能力,這就在抗震作用下,框架結(jié)構(gòu)體系主要特點就是能將結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生形變從而能夠轉(zhuǎn)化內(nèi)部能量甚至逐步消耗,實現(xiàn)震預(yù)計目標(biāo)。
對此,筆者認(rèn)為在框架梁配筋計算過程中完全不需要放大梁支座的配筋面積,甚至可根據(jù)實際情況乘以折減系數(shù),而對于梁跨中彎矩計算則需要滿足以下條件要求(如下圖所示),如特殊情況需要增加框架支座端部的配筋面積,那么其配筋的增加量要結(jié)合框柱配筋情況考慮,避免框架柱出現(xiàn)塑性鉸,違反設(shè)計原則形成強梁弱柱。
2.多層框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計關(guān)鍵點
在多層框架結(jié)構(gòu)體系計算中,設(shè)計人員根據(jù)地質(zhì)勘查報告顯示所屬區(qū)域地基承載力較差或基礎(chǔ)擴展面較寬,通常選擇柱下條基這一基礎(chǔ)形式,同時驗算基礎(chǔ)在節(jié)點處使用雙向不利條件,合理增加基礎(chǔ)寬度。對于一些建筑地質(zhì)條件好,且持力層埋深超過3m的情況下,在建筑方案設(shè)計過程中筆者建議業(yè)主單位可在正負0以下做成地下儲藏室或停車場。如框架結(jié)構(gòu)所對應(yīng)地質(zhì)條件符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)時,筏板基礎(chǔ)無需對外延伸拓展,這對主體結(jié)構(gòu)防水有利,同時根據(jù)規(guī)范要求需要間距40米布置后澆帶避免主結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度應(yīng)力出現(xiàn)變形與裂縫,待預(yù)訂時間后后施工人員可用高于基礎(chǔ)標(biāo)號的混凝土進行澆注,筆者認(rèn)為在建筑中增加地下室可能夠減少地基的附加作用力,有利于主體結(jié)構(gòu)承載力的提升,主體結(jié)構(gòu)在地震作用條件下處于更加有利地位,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中基于主體結(jié)構(gòu)安全性,筆者反對在建筑中布置局部地下室,筆者甚至要求地下室的埋深應(yīng)當(dāng)保持一致,由于地下結(jié)構(gòu)外墻均為混凝土結(jié)構(gòu),這就能夠取消部分基礎(chǔ)連粱與地梁,在基礎(chǔ)設(shè)計在違反設(shè)計強制性條例與標(biāo)準(zhǔn)的情況下盡量少設(shè)伸縮縫與抗震縫,一旦布置需要采取一定的加強措施。
多層框架建筑周圍如有已建房屋,那么筆者建議設(shè)計人員需要收集周圍建筑的信息如基礎(chǔ)埋深等,對于新建建筑其埋深不得超過已建建筑,如是功能需要其埋深超過已建房屋的埋深,那么新建基礎(chǔ)與已建間距應(yīng)當(dāng)大于2倍埋深高差,同時建議布置抗側(cè)向滑移樁,最大程度上保護原有房屋免遭損壞。筆者不建議同一框架結(jié)構(gòu)層數(shù)偏差過大,如層數(shù)相差大,則需要在應(yīng)低樓層對應(yīng)基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)焦碴控制地基的附加作用力,除此以外框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)偏心差要有所控制,在必要的情況與周圍基礎(chǔ)布置為柱下條基形式。對于柱下條形形式,其底板偏心也要有所控制,如偏差過大需要將其布置為一端自由三端支承,對于雙柱條基其基礎(chǔ)形心與受力重心保持對應(yīng),基礎(chǔ)承臺為布置為階梯形,對于獨立基礎(chǔ)連梁配筋適用通長布置,對于一層內(nèi)的隔墻無需另外布置基礎(chǔ),只需加厚混凝土地面,除此以外通常建筑沉降呈鍋底形狀,這就要求基礎(chǔ)受拉區(qū)與其整體彎曲產(chǎn)生協(xié)同,基礎(chǔ)鋼筋應(yīng)保持拉通,對于基礎(chǔ)連梁底筋也需拉通處理。
3.框架柱設(shè)計關(guān)鍵點
在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,為了造型需要將上部框架柱布置為圓柱,為了便于實際施工,地下部分仍可使用方柱,圓柱鋼筋縱向數(shù)量不得少于8根,并采用螺旋箍,在圓柱端部要布置水平箍筋段,對于方形框柱其箍筋應(yīng)采用井字箍,并結(jié)合規(guī)范要求對齊加密處理,對角柱、梯柱不僅需要對縱筋適當(dāng)放大,箍筋更是全場加密,在設(shè)計中對框柱縱筋間距、規(guī)格有明確要求,即其不得大于200mm。對于框架柱內(nèi)埋設(shè)管道,其管道小于框柱4%,對于框架柱其混凝土標(biāo)號也有所規(guī)定,不得低于C25級。對于異型柱框架結(jié)構(gòu),梁鋼筋縱筋較多的情況無需一排布置,否則造成混凝土在連接部位澆筑困難,同時異形柱與框架剛度要注意控制,其偏差不要過大。 在框架混凝土結(jié)構(gòu)體系中,框架柱高度與截面尺寸比值少于4且框架結(jié)構(gòu)的剪跨比不大于2,該框架柱則為短柱,筆者認(rèn)為短柱容易在地震條件下,造成構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞,除此以外構(gòu)件的變形情況受到限值,必然造成建筑物產(chǎn)生破壞,筆者建議在設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)杜絕采用短柱,而造成短柱主要由于樓梯平臺以及結(jié)構(gòu)錯層造成凈高受限。一旦在混凝土框架結(jié)構(gòu)體系中布置短柱需要提高框柱自身抗剪能力與變形保留數(shù)值,還需要布置復(fù)合箍筋,沿短柱全長加密,確保短柱鋼筋布置合理對稱。
4.混凝土框架結(jié)構(gòu)薄弱層注意要點
混凝土框架結(jié)構(gòu)薄弱層主要是在偶遇地震作用下,薄弱層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定位移,而結(jié)構(gòu)薄弱層在設(shè)計過程中其承載極限數(shù)值應(yīng)符合抗震承載受力標(biāo)準(zhǔn),筆者結(jié)合自身設(shè)計經(jīng)驗認(rèn)為如震級超過7級時,框架結(jié)構(gòu)體系易產(chǎn)生薄弱情況,在設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)出現(xiàn)薄弱層,而消除結(jié)構(gòu)薄弱層需要采取有效措施,提高樓層抗側(cè)移水平,還應(yīng)擴大薄弱層的梁、柱構(gòu)件尺寸,除此以外可通過調(diào)整薄弱樓層高度或者控制基礎(chǔ)埋置尺寸,在業(yè)主的要求上其薄弱層應(yīng)在施工圖與結(jié)構(gòu)計算中,確保根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)采取構(gòu)造措施,設(shè)計人員需要進一步驗算薄弱層自身的屈服強度,其樓層屈服系數(shù)需要根據(jù)構(gòu)件的材料標(biāo)準(zhǔn)與實際配筋展開計算,并結(jié)合樓層受剪力與地震作用力來復(fù)核樓層地震剪力數(shù)值,如地震烈度超過7度時,其樓層屈服系數(shù)低于0.5的情況下,還需演算主體結(jié)構(gòu)的彈性變形數(shù)值,確保其滿足建筑抗震規(guī)范的具體要求,一旦不符合上述情況,同時需要二次調(diào)整混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。
結(jié)束語:
綜上所述,多層框架結(jié)構(gòu)體系在建筑中得到廣泛應(yīng)用,隨著建設(shè)單位對于使用功能與立面造型要求日益豐富化、多樣化的情況下,造成廣大設(shè)計人員的設(shè)計難度不斷提高,結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)基于設(shè)計規(guī)范要求,解放思想、開拓思維、創(chuàng)新方法,在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中不斷優(yōu)化與完善,更好為業(yè)主服務(wù)。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:高層建筑;剪力墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計
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
中圖分類號:TU973 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:
一、結(jié)構(gòu)布置設(shè)計要點
剪力墻的位置要遵循均勻、分散、對稱和周邊的原則,應(yīng)沿房屋縱橫兩個方向布置。剪力墻宜布置在房屋的端部附近、平面形狀變化處、恒荷載較大處以及兩端樓(電)梯處,在結(jié)構(gòu)中部盡量減少剪力墻的布置量。在平面布置上盡可能均勻、對稱,以減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。不能對稱時,應(yīng)使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心接近。沿高度均勻變化;在豎向布置上應(yīng)貫通房屋全高,使結(jié)構(gòu)上下剛度連續(xù)、均勻。多均勻長墻(增加抗側(cè)剛度和減少剪力墻數(shù)和混凝土用量),少短墻(抗震性差);可布置成單片形(不少于三道,長度不超過8m)、L形、T形、工字形、十字形或筒形最佳,H/L≥2,少復(fù)雜形狀轉(zhuǎn)折。洞口布置在截面中部,避免布置在剪力墻端部或柱邊。
為了保證樓(屋)蓋的側(cè)向剛度,避免水平荷載作用下樓蓋平面內(nèi)彎曲變形,應(yīng)控制剪力墻的最大間距。而剪力墻的厚度則由以下因素確定:
(1)通過結(jié)構(gòu)分析,在滿足最大層間位移、周期比、位移比的各項指標(biāo)確定每層剪力墻的厚度;
(2)不同抗震等級的軸壓比的限制;
(3)構(gòu)造性及穩(wěn)定性要求(而穩(wěn)定性一般會滿足);
(4)對于普通的住宅建筑在7度或8度地區(qū),墻厚大多情況下是按穩(wěn)定性和 構(gòu)造要求所控制的;
首先剪力墻厚度應(yīng)滿足《高規(guī)》7.2.1條7.7.2條規(guī)定(其實是高厚比要求),當(dāng)不能滿足上面幾條的時候應(yīng)按《高規(guī)》附錄D 計算墻體的穩(wěn)定,從大量工程實例看,按《高規(guī)》附錄D計算的墻厚比《高規(guī)》7.2.1條7.7.2條規(guī)定的小得多[1]。故穩(wěn)定性一般會滿足;此時剪力墻墻厚主要由構(gòu)造與施工要求控制。建筑物高度在百米以下時剪力墻厚度一般取200~300mm。
剪力墻墻肢長度不能太短,否則就短肢(4-8倍),不能太長(大于8m),受彎后產(chǎn)生的裂縫寬度會較大,墻體的配筋容易拉斷。故我們控制剪力墻的墻肢長度大于厚度的8倍一點點,比如200墻;取1650墻肢長度,300墻取2450墻肢長度就行,但整個剪力墻的墻肢長度一般不要超過4m,當(dāng)墻的長度很長時,可通過開設(shè)洞口將長墻分成兩段長度較小的墻段。用以分割墻段的洞口上可設(shè)置約束彎矩較小的弱連梁(其跨高比一般宜大于6)。墻肢旁邊為門垛時,門垛與墻肢合為整體。門窗邊離墻肢距離較近時(
二、梁板布置設(shè)計控制要點
對高層住宅,荷載一般不大,樓板絕大多數(shù)均為構(gòu)造配筋,板厚就決定了樓板用鋼量的大小,所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內(nèi)設(shè)備穿管的最低要求取值,不必過厚。
客廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間:
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㎜
陽臺:h=90
屋面板:h≥120㎜,屋面板負筋拉通筋應(yīng)優(yōu)先用Φ10@200或Φ10@180(HRB335),板面通長鋼筋不足時,板支座處另設(shè)計附加鋼筋,施工圖中應(yīng)注明貫通鋼筋與附加支座鋼筋應(yīng)間隔錯開布置;
樓層梁布置時,應(yīng)保證梁具有簡單明確的傳力路徑,避免多重次梁、多次傳力的情況。剪力墻結(jié)構(gòu)中的梁經(jīng)濟跨度一般在3.0~5.0m之間;若非剛度及連接一字形墻的需要,不宜設(shè)置高連梁;建筑的洞口頂可設(shè)置后澆過梁[2],再砌梁上填充墻;較小跨度(3.6m以內(nèi))的板上有隔墻或開有洞口時,墻位置或洞口邊可不設(shè)置梁,可在板內(nèi)設(shè)置加強筋的方式予以解決。梁截面一般按如下規(guī)定?。?/p>
外墻梁:200(250)×600
內(nèi)墻框梁:200(250)×400~600
內(nèi)墻小梁:200×300~400
陽臺挑梁和邊梁:200×400(受力較大處,不影響立面處可加大)
100厚小隔墻下梁:150×300~350三、連續(xù)化方法計算聯(lián)肢剪力墻
對于聯(lián)肢墻,連續(xù)化方法是一種相對比較精確的手算方法,而且通過連續(xù)化方法可以清楚地了解剪力墻受力和變形的一些規(guī)律。連續(xù)化方法把連梁看做分散在整個高度上的連續(xù)連桿。
基本假定
(1)連梁的反彎點在跨中,連梁的作用可以用沿高度均勻分布的連續(xù)彈性薄片代替(連梁連續(xù)化假定);
a結(jié)構(gòu)尺寸; b計算簡圖;c基本體系
(2)忽略連梁軸向變形,即假定兩墻肢水平位移完全相同,同一標(biāo)高處,兩肢墻的轉(zhuǎn)角和曲率相等。 (3)層高h和慣性矩I1、I2、Ib及面積A1、A2、Ab等參數(shù),沿高度均為常數(shù)。2.方程的建立在連梁的反彎點處切開,雙肢墻變成兩個靜定的懸臂墻,切口處的軸力σ(x)和剪應(yīng)力τ(x)是未知力,由切點處的相對位移為零的變形協(xié)調(diào)條件,可得沿剪應(yīng)力τ(x)方向的變形連續(xù)條件的表達式:
δ1(x)——由墻肢的彎曲和剪切變形產(chǎn)生的豎向相對位移;
δ2(x)——由墻肢的軸向變形產(chǎn)生的豎向相對位移;
δ3(x)——由連梁的彎曲和剪切變形產(chǎn)生的豎向相對位移。
在x處作截面截斷雙肢墻,由平衡條件有:
3.聯(lián)肢墻的內(nèi)力計算
由以上兩式,可得連梁中點處的剪應(yīng)力τ(x),計算j層連梁內(nèi)力,用該連梁中點處的剪應(yīng)力乘以層高得剪力(近似于層高范圍內(nèi)積分),剪力乘連梁凈跨度的1/2得連梁根部的彎矩:
墻肢的總彎矩和總剪力:式中,Mpj,Vpj——第j層由于外荷載產(chǎn)生的彎矩和剪力。ms——第s層(s≥i)的總約束彎矩:
式中, 是墻肢考慮剪切變形后的折算慣性矩:4.聯(lián)肢墻計算結(jié)果討論
(1)整體系數(shù)
式中,s——聯(lián)肢墻洞口列數(shù),s+1即為墻肢數(shù); ai,ci——2ai,2ci分別為第i個洞口的凈寬及相鄰墻肢重心到重心的距離; T——軸向變形影響參數(shù);——第i列連梁的慣性矩。
α值小,說明洞口很大,連梁的剛度相對很小,墻肢的剛度又相對較大,連梁的約束作用很弱,水平力作用下,雙肢墻轉(zhuǎn)化為由連梁鉸結(jié)的兩根懸臂墻。當(dāng)洞口很小,連梁的剛度很大,墻肢的剛度又相對較小時,α值較大。連梁的約束作用很強,墻的整體性很好,雙肢墻轉(zhuǎn)化為整體懸臂墻。這時,墻肢中的軸力抵抗了水平荷載產(chǎn)生的彎矩的大部分,墻肢中的局部彎矩較小。當(dāng)α值介于上述兩種情況之間時[3],墻肢截面上的實際正應(yīng)力,可以看作是由兩部分彎曲應(yīng)力組成,其中一部分是作為整體懸臂墻作用產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力,另一部分是作用獨立懸臂墻作用產(chǎn)生的局部彎曲正應(yīng)力。 (2)聯(lián)肢墻側(cè)移和內(nèi)力分布
聯(lián)肢墻的側(cè)移曲線呈彎曲型,整體系數(shù)α越大,墻的抗側(cè)剛度越大,側(cè)移減??;整體系數(shù)α越大,墻肢彎矩越小。連梁最大剪力在中部某個高度,向上、下都逐漸減小。整體系數(shù)α越大,剪力增大,最大剪力位置越接近底截面。因為墻肢軸力是該截面上所有連梁剪力之和,整體系數(shù)α越大,墻肢軸力增大。 (3)墻肢剪切變形和軸向變形的影響20層聯(lián)肢墻分以下三種情況按連續(xù)化方法計算得到的內(nèi)力和位移比較圖。第一種考慮彎曲、軸向、剪切變形;第二種考慮彎曲、軸向變形;第三種僅考慮彎曲變形。第一種和第二種計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),不考慮剪切變形,誤差不大,不超過10%。從第一種和第三種計算結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),不考慮軸向變形的影響誤差較大。層數(shù)愈多,軸向變形的影響越大?!陡咭?guī)》:對50m以上或高寬比大于4的結(jié)構(gòu),宜考慮墻肢在水平荷載作用下的軸向變形對內(nèi)力和位移的影響。
參考文獻:
[1] 李東升.高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計新規(guī)定探討[J].山西建筑,2011,37(1):36-37.DOI:10.3969/j.issn.1009-6825.2011.01.022.