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关键词:剪力墙 高层设计
从2005年12月份,我参与了深圳宝安绿海名居的结构设计,绿海名居位于宝安西乡,是个面积超过十万平方米商住小区,最高23层。主要为剪力墙结构或框支剪力墙结构。以下是我对剪力墙结构设计做的一些总结:
A级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
全部落地剪力墙――非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时,分别为150、140、120、100、60m
部分框支剪力墙――非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为130、120、100、80m,9度抗震时不宜采用
A级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
6度、7度、8度抗震时,将本地区设防烈度提高一级后,按乙类、丙类建筑采用
9度抗震时,应专门研究
(说明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度)
B级高度乙类、丙类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
全部落地剪力墙――非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为180、170、150、130m
部分框支剪力墙――非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为150、140、120、100m
B级高度甲类高层建筑的剪力墙结构最大适用高度:
6度、7度抗震时,按本地区设防烈度提高一级后,按乙类、丙类建筑采用
8度抗震时,应专门研究
结构的最大高宽比:
A级高度――非抗震、6度、7度、8度、9度抗震时,分别为6、6、6、5、4
B级高度――非抗震、6度、7度、8度抗震时,分别为8、7、7、6
质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;
其他情况,应计算单向水平地震作用的扭转影响
考虑非承重墙的刚度影响,结构自振周期折减系数取值0.9~1.0
平面规则检查,需满足:
扭转:A级高度不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍
B级高度、混合结构高层、复杂高层不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍
楼板:有效楼板宽≥该层楼板典型宽度的50%
开洞面积≤该层楼面面积的30%
无较大的楼层错层
凹凸:平面凹进的一侧尺寸≤相应投影方向总尺寸的30%
竖向规则检查,需满足:
侧向刚度:
除顶层外,局部收进的水平向尺寸≤相邻下一层的25%
楼层承载力:
A级高度――抗侧力结构的层间受剪承载力(宜)≥相邻上一层的80%
薄弱层抗侧力结构的受剪承载力(应)≥相邻上一层的65%
B级高度――抗侧力结构的层间受剪承载力(应)≥相邻上一层的75%
(说明:楼层层间抗侧力结构受剪承载力指在所考虑的水平地震作用方向,该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和)
竖向连续:
竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力不得由水平转换构件(梁等)向下传递
水平位移验算:
多遇地震作用下的最大层间位移角(高规表4.6.3)
罕遇地震作用下的薄弱层层间弹塑性位移角≤1/120
舒适度要求:
高度超过150m的高层建筑,按10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点的最大加速度限值为:住宅、公寓0.15m/s2,办公、旅馆0.25m/s2
伸缩缝
1.最大间距:现浇45m,装配65m
2.可适当放宽最大间距的条件:
①顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率
②顶层加强保温隔热措施,外墙设置外保温层
③每隔30~40m留出后浇带,带宽800~1000mm,钢筋采用搭接接头,后浇带砼两个月之后浇灌
④顶部楼层改用刚度较小的结构形式,或顶部设局部温度缝,将结构划分为长度较短的区段
⑤采用收缩较小的水泥,减少水泥用量,砼中加入适宜的外加剂
⑥提高每层楼板的构造配筋率,或采用部分预应力混凝土
防震缝
1.最小宽度:按框架结构的50%取用,但不宜小于70mm.
框架结构防震缝最小宽度规定为:高度≤15m的部分,70mm;超过15m的部分,6度、7度、8度、9度相应每增加高度5m、4m、3m、2m,缝宽加宽20mm
2.缝两侧结构体系不同时,按不利情况确定
缝两侧房屋高度不同时,按较低房屋高度确定
3.缝沿房屋全高设置,地下室和基础可不设,但在与上部防震缝对应处应加强构造和连接
4.相邻结构基础存在较大沉降差时,宜加宽防震缝
墙体布置
宜双向布置,尤其是抗震时应避免单向布置
门窗洞口宜上下对齐,成列布置。底部加强部位不宜采用错洞墙,且所有部位不宜采用叠合错洞墙
墙肢长度不宜超过8m,且墙段总高与墙肢高度之比应大于2.当墙肢较长时宜开设洞口,各墙段间设置弱连梁
应避免楼面梁垂直支承在无翼墙的剪力墙的端部(《审查要点》3.6.3/6)
当墙肢与其平面外方向的楼面梁连接时,应至少采取以下一种措施:
一般剪力墙的底部加强部位高度的取值:
(说明:当有地下室时,墙肢总高度应从地上一层(首层)算起,但底部加强部位应额外加上地下室的高度)
截面设计
构件截面长边与短边之比大于4时,宜按墙的要求进行设计(《砼规》10.5.1)
矩形截面独立墙肢的长度与厚度之比不宜小于5
当其比值小于5时――其在重力荷载代表值作用下的轴压比限值,当一、二级抗震时,应较正常墙肢的相应值减0.1,三级时不宜大于0.6
当其比值不大于3时――宜按框架柱进行设计,但纵向钢筋的最小配筋率不变,且箍筋宜沿全高加密
双肢剪力墙的抗震设计中,墙肢不宜出现小偏拉,当任一墙肢出现大偏拉时,两墙肢均应将弯矩设计值和剪力设计值乘以1.25的增大系数
(说明:剪力墙墙肢不同受力状态的延性优劣――小偏拉
剪力墙截面设计的内容:平面内的斜截面受剪、偏压或偏拉、平面外轴心受压
在集中荷载作用下,墙内宜设置暗柱,并注明暗柱纵筋的连接方式,无暗柱时应进行局部受压承载力验算
一级抗震时,墙体的水平施工缝处宜进行抗滑移验算
截面厚度
一、二级抗震时,底部加强部位≥(内容参见高规)
其他部位≥
(《砼规》11.7.9/1)补充:当墙端无端柱或翼墙时,≥层高的1/12
三、四级抗震时,底部加强部位≥
其他部位≥
非抗震时,≥
当不能满足上述要求时,应进行墙体的稳定计算(高规附录D)
剪力墙井筒中,分隔电梯井或管道井的墙肢截面厚度可适当减小,但不宜小于160mm.
截面尺寸还应符合受剪要求
剪力墙的厚度不宜小于楼层高度的1/25(《砼规》10.5.2)
轴压比限值
一般剪力墙底部加强部位――二级抗震0.6、一级(7、8度)抗震0.5、一级(9度)抗震0.4
参考文献:
1、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
关键词:普通地下室;结构设计;载荷;构造
随着建筑行业的发展,越来越多的建筑工程投入施工建设。地下室是建筑工程施工建设中的重要项目,与建筑工程的整体效益存在密切的关系。普通地下室结构设计较为复杂,需要考虑多项因素的影响,采用合理计算和技术控制的方式,解决地下室结构设计中的问题,同时规划结构设计中的要点,加强普通地下室结构控制的力度,满足地下室结构对稳定性、安全性的需求,进而完善建筑工程的建设,体现地下室结构设计的优势。
一、普通地下室的结构设计
普通地下室的结构设计中面临着较大的压力,主要是因为地下室结构设计项目多而且较为复杂,因此,针对普通地下室进行稳定的结构设计,如下:
1、外墙设计
外墙结构设计中控制静止土压力,促使其达到结构设计的条件。静止土压力决定了外墙设计的方式,规范了配筋的选择方式,同时对标高、弯矩等因素进行了规定,促使外墙结构能够满足地下室对稳定性的需求,规避外墙中潜在的裂缝问题。
2、抗渗防水设计
抗渗防水是普通地下室结构设计中的重要内容,关系到地下室结构的稳定与安全。地下室位于建筑工程的底部位置,承载着大部分的载荷,而且受到外界因素的影响比较大,很容易出现性能问题,进而引起了渗漏问题[1]。地下室的抗渗防水设计,需要以普通地下室的实际为主,全面调查地下室所处的环境,根据环境的影响优化地下室结构抗渗防水设计,提高地下室结构抗渗防水的能力。
3、支护设计
支护设计是普通地下室结构设计中的基础项目,有利于控制地下室的强度并解决变形问题。地下室结构的支护设计中,应该维护地下室结构的整体性,安排支护监测工作,严格控制地下室支护的质量,保障地下室结构设计的合理性,优化普通地下室结构中的支护设计,确保其能达到安全的实践性,以免影响地下室结构的稳定性。
二、普通地下室结构设计中的要点
普通地下室结构设计要点,应该实现全方位的质量控制,规范地下室结构的施工建设。根据地下室的结构设计,例举设计中的要点内容,如下:
1、确定嵌固端
嵌固端是地下室结构中的特殊部位,嵌固端是指地下室结构的某一个区域,可以承载地下室的轴力、弯矩,但是很容易受到强震的干扰。嵌固端是地下室结构设计中的核心要点,关系到地下室结构的稳定性,结合普通地下室结构的设计,准确找出地下室中的嵌固端,合理设计地下室结构中的内力,按照嵌固端的位置调整结构设计,消除嵌固端对结构设计的影响。嵌固端段确定需要采取相关的计算方式,通过计算地下室板厚、钢筋等的刚度,同时对比嵌固层的要求,找出地下室结构中的嵌固端,规范嵌固端在地下室中的设计,避免其影响地下室结构的稳定性。
2、顶板、侧墙、底板设计要点
顶板、侧墙和底板是普通地下室结构设计中的主要控制点,结合普通地下室结构施工的案例,分析顶板、侧墙、底板设计要点。
2.1 顶板设计要点
普通地下室顶板设计包括载荷和构造两个部分。顶板载荷类型比较多,用于控制载荷的稳定性,避免其影响地下室的结构构成,载荷设计时要考虑地下室覆土的干扰,按照载荷规范进行设计,顶板载荷设计中有明确的规范内容,规定了载荷的设计方式,按照规范执行载荷设计,顶板设计的过程中,每平方米的施工载荷应该大于10kN,分项系数=1.0,由此可以保障顶板设计的合理性[2]。顶板构造基本是梁板结构,厚度不能超出180,配筋率控制在0.25%以上,由于顶板构造设计中牵扯到抗震设计,需要考虑嵌固端的影响,适当调整构造中的内力,促使顶板抗震符合结构要求,避免出现弱柱的问题,进而控制顶板构造中的屈服变化。
2.2 侧墙设计要点
普通地下室侧墙方面,受到压力、载荷的影响比较大,干预了侧墙的结构设计。侧墙的受力分为竖向和水平两个部分,竖向受力需要达到稳固的支撑性能,而水平受力主要是指侧向受力及压力,在侧墙设计时应该重点考虑受力的影响。侧墙设计要点同样分为载荷和构造两个部分,分析如:(1)载荷设计要点,结构设计中要控制载荷引起的弯矩变化,简化侧墙的载荷设计,消除弯矩荷载的影响,按照侧墙的载荷设计,规划侧墙的结构支点,如果地下室侧墙结构中有扶壁柱,还要控制弯曲刚度,避免影响侧墙的支撑水平;(2)构造设计要点,地下室的面积大,侧墙相对比较长,构造设计不仅要满足侧墙的需求,还要符合普通地下室结构控制的标准,解决侧墙构造中的裂缝问题,侧墙构造配筋率应大于0.3%,钢筋间距控制在150mm以内,规范构造设计中混凝土的使用规范,预留的混凝土缝宽不能超过0.2mm。
2.3 底板设计要点
底板设计中的载荷要点,综合考虑底板自身载荷、基础载荷等,选择恰当的载荷分配方式,以免影响底板的载荷,底板设计中的恒载系数为1.0,底板载荷的性质不同,按照底板受力分布规范载荷性能,例如:底板设计中的水浮力,水浮力不同,底板载荷也会存有异同点,转化为永久载荷或者可变载荷,促使底板载荷设计符合地下室结构设计的实际情况[3]。底板构造设计的核心是受力、防水,底板承载着地下室的整体结构,配筋不能过小,按照规范的要求,底板厚度要大于400mm,如果保护抗水板,厚度大于250mm,钢筋可选择通用配置,可以设计独立的防水结构,用于提高底板的抗渗能力。
3、抗浮验算
抗浮验算的过程中,需要以水位浮动资料为依据,监测实际的地下水位,观察水位的变动方式,明确是否存有补给或排泄,不能单独考虑地下室施工过程中的浮动,必须做好抗浮控制的工作[4]。地下室结构设计必须满足抗浮验算,用于稳定的支持上方的建筑工程,如果地下室结构达不到抗浮验算的要求,需要采取科学的抗浮措施,按照普通地下室结构设计的实际情况确定。
4、结构裂缝控制
地下室结构中不存在永久缝隙,目的是稳固地下室的结构,避免地下室超出标准。针对普通地下室结构实行裂缝控制,根据地下室结构设计的实际,找出结构中可能出现的裂缝问题,进而设计裂缝控制的方式,保障地下室结构的整体性。
结束语:
普通地下室结构设计要点分析的目的是实现质量控制,保障地下室结构的建设质量,避免其影响建筑工程的运营效益。普通地下室结构设计要点,应该达到规范的标准,全面落实结构设计要点的质量控制,促使其达到安全建设的水平,规避地下室结构设计中潜在的质量隐患,确保地下室结构设计的实践性,体现地下室结构要点的重要性。
参考文献:
[1] 马勇军.地下室及基础结构设计要点探讨[J].科技与企业,2011,08:128-129.
[2] 郭文坤.浅谈某高层人防地下室结构设计[J].福建建筑,2005,Z1:294-295.
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
[1]覃维.建筑结构设计中的技术要点与规范研究[J].科技创新与应用,2016,(18):257.
[2]陈志刚.建筑结构设计中的技术要点与规范研究[J].城市建筑,2012,(17):47.
关键词 高层建筑;结构设计;结构分析
中图分类号 TU973 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0094-01
当前高层建筑结构设计工程师面临的一个首要问题就是怎样才能设计出安全、舒适、经济、美观,并能满足人们精神及物质生活要求的高层建筑。因此,对高层建筑结构设计要点的熟练掌握,是高层建筑结构设计人员的必备基本素质。笔者将多年从事高层建筑结构设计的经验做了一个总结,提出了高层建筑结构设计中一些需要注意的问题,并对高层建筑结构设计的体系作了分析,以供参考。
1 高层建筑结构设计的特点分析
1.1 水平荷载是高层建筑结构设计当中的决定因素
高层建筑所承受的楼面荷载及其自身重量于竖向构件当中的弯矩及轴力数值与高层建筑的实际高度成正比;高层建筑结构中倾覆力矩的产生与水平荷载相关,结构的轴力也由竖向构件所引起,倾覆力矩及轴力都与高层建筑本身的实际高度成正比;对于具有特定高度的建筑来说,竖向荷载在一般情况下是一个定值;而高层建筑结构中的水平荷载数值由结构动力的特性决定,随动力特性变化而变化,尤其是水平荷载当中的风荷载。
1.2 轴向变形在高层建筑结构设计当中是不可忽视的因素
如高层建筑所承受的竖向荷载值较大,可引起柱中出现轴向变形的现象,且幅度较大,从而影响连续梁的弯矩,对连续梁中部的支座处负弯矩值产生了减小作用,而对端支座的负弯矩值及跨中正的弯矩值则是产生了增大作用。较大的竖向荷载值还会影响预制构件下料的长度;在这样的情况下,就需要以轴向变形作为依据的计算值,调整下料长度。此外,竖向荷载值对构件侧移及剪力产生的影响也不可忽视,因其与构件竖向的变形相比较考虑,会产生与不安全结果不相符合的现象。
1.3 侧移是高层建筑结构设计中的控制指标
高层建筑与低矮的楼房不一样,高层建筑结构设计工作中,关键的影响因素为结构侧移;随建筑本身实际高度的增大,水平荷载之下的建筑结构侧移的变形会迅速增大。可以发现,在水平荷载的作用下,需要对结构侧移进行控制,使其保持在一定的限度之内。
1.4 结构延性为高层建筑结构设计的重要指标
高层建筑的结构要比低矮楼房的结构更柔,在地震的作用下,出现的变形幅度会更大,减少了倒塌的现象。在高层建筑的构造方面可采取相应的措施,使之进入到塑性变形的阶段后,仍具有足够延性,保持较强变形能力。
2 高层建筑结构设计体系分析
2.1 剪力墙-框架体系的设计
在高层建筑结构中的框架体系刚度及强度均不能达到要求时,常常需要在高层建筑的平面内适当的位置,建立剪力墙以代替结构中的部分框架,将剪力墙-框架结构体系应用于结构设计当中[3]。当建筑物承受来自水平方向的压力时,剪力墙及框架可以通过刚度足够强的连梁及楼板共同组成相互协同结构工作体系。在剪力墙-框架设计体系中,承受来自垂直方面荷载的主体为框架体系,水平剪力的承受主体为剪力墙;在剪力墙-框架体系中,位移曲线为弯剪型。结构侧向的刚度由于剪力墙的作用而增大,建筑在水平方向上的位移得以减小;框架所承受的水平方向上的剪力出现明显下降的趋势,竖向的内力分布变得均匀。
2.2 剪力墙结构体系的设计
剪力墙结构体系是指由平面的剪力墙结构组成的建筑主体受力结构。在剪力墙结构体系当中,全部的水平力及垂直荷载由单片的剪力墙所承受。剪力墙结构体系是一种刚性的结构,位移曲线是一种弯曲型结构。剪力墙结构体系的刚度及强度均相对较高,具有一定延性,在传力时具有直接及均匀的优点,整体性好,且抗倒塌的能力较强,不失为一种优良的建筑结构体系,其可建的高度一般大于剪力墙-框架体系。
2.3 筒体结构体系
筒体结构体系指的是以筒体作为抗侧力的构件建筑结构体系,筒体结构体系主要包括筒体-框架、单筒体、多束筒及筒中筒等其他多种形式。可将筒体分为空腹筒及实腹筒两个大类。筒体为空间受力的结构构件与三维竖向的结构单体,由曲面墙或平面墙围成;也可由窗裙梁、密排柱及开孔钢筋外墙等构成。筒体结构体系的强度及刚度均相对较高,在大空间、大跨度等特殊类型的高层建筑中被广泛应用
3 高层建筑结构设计的基本假定分析
由剪力墙及简体框架组成了高层建筑主体结构,组成的方式为平楼板水平连接。因此,在三维空间中精确及完善的分析高层建筑结构设是存在难度的,特别是不同的实用分析方法,要引入不同程度的简化计算模型。以下四种假定是高层建筑结构设计中比较常见的计算模型。
3.1 小变形基本假定
在一般情况下,小变形基本假定在高层建筑结构设计分析中被应用得最多。很多从几何方面入手的研究人员对P—效应进行了详细研究,并得出以下注意事项:在建筑高度与顶点的水平位移的比值大于0.2%的情况下,需高度重视建筑结构受到P—效应影响的程度。
3.2 刚性楼板基本假定
在分析高层建筑结构设计时,存在的问题主要是过于注重平面内刚度,而忽视了平面外刚度。采用刚性楼板基本假定的分析法不仅能将结构的位移自由度减少,计算的方法简化,而且能为筒体结构空间薄壁的杆件理论创造良好的计算及使用条件。在一般的情况下,在剪力墙结构体系及框架结构体系当中运用刚性楼板基本假定是可行的。但是,就竖向刚度结构出现突变的情况而言,受到楼板变形的影响较大,如有些楼板的层数不多、刚度不大及抗侧力构件的间距过大等情况,尤其是结构底部及每层顶部内力的影响更为显著。对于以上问题,要采取一些适当的调整措施进行解决。
3.3 弹性基本假定
目前,在高层建筑结构设计的分析方法当中,弹性基本假定
计算方法被运用的范围较广。尤其在垂直荷载的计算当中,因高层建筑结构长时间处于弹性的工作阶段,实际工作情况与弹性基本假设的情况相吻合。但如果遭到较严重的自然灾害,如较大强风及地震等,建筑结构会因较大的位移幅度而产生裂缝,从而进入到弹塑性的工作阶段。在这样的情况下,为了能使高层建筑结构状态得到真实的反应,只能在结构设计中运用弹塑性分析方法。
3.4 计算图形基本假定
高层建筑结构设计中三维空间的分析方法主要为计算图形基本假定。二维协同分析没有将侧力构件中公共的节点在外位移纳入到分析的范围当中;侧力构件外的刚度及扭转刚度并没有受到高度重视。分析精通杆的三维空间中每一节点时,自由度只有六个,不足以完成分析,使用计算图形基本假定分析法,可以弥补这一缺陷。
4 结束语
高层建筑的快速发展增加了对其力学及结构分析模型等方面的诸多要求。因此,寻找新的结构设计形式与正确的力学分析模型,是当前高层建筑结构设计工作人员的主要奋斗目标;只有找到新型建筑结构设计形式与正确的力学分析模型,才能使高层建筑获得更好的发展。
参考文献
[1]都凤强.高层建筑结构设计的实践探讨[J].科技创新导报,2009,21(8):942-943.
关键词:多层框架结构,结构设计,计算
一、 框架结构方案构思时应注意的问题
在设计人员进行钢筋混凝土框架结构设计之前,要先做好一定的工作准备,根据不同的材料和要求,综合全面考虑,以保证设计方案的科学性、合理性、经济性和可行性。一般在进行框架结构方案构思的过程中,需要注意以下几点问题:① 从力学观点看,在民用和公共建筑的平面布局中,应当尽量保证柱网按开间等跨和进深等距(或近似于等距)布置,这样可以相应减少边跨柱距,也可以充分利用连续梁的受力特点以减少结构中的弯矩,可以使各跨梁截面趋于一致,从而提高结构的整体刚度。②结构方案还应结合工程地质情况和建筑功能要求综合考虑。 ③ 框架结构的传力路线应简捷明了。一般来说,在相同的荷载作用下,结构的传力路线越短、越直接,结构的工作效能越高,所耗费的建材也就越少。
二、在概念设计上需要注意的问题
1、关于强柱弱梁节点
由于在当前多层建筑结构设计中,对地震的影响因素考虑的都不太周全,使得在地震来临时,建筑物会出现各种问题与故障,这也是当前建筑结构形式中的主要缺陷。这种缺陷和问题是以梁柱节点在设计中存在问题为主要影响形式和影响因素的。在设计过程中,需要对各个梁端和截面进行控制以及对抗弯能力进行处理,这是当前钢筋混凝土框架结构设计的关键,更是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力,而且不致形成“层侧移机构”,保证柱不被压溃的关键控制措施。当建筑许可时,尽可能的将柱的截面尺寸设计的大些,并控制柱的轴压比要满足规范要求,以增加延展性。在进行截面承载力验算时,将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大,加强柱的配筋。框架梁加密区箍筋肢距应满足混凝土结构设计规范的要求。
2、关于强剪弱弯措施
强剪弱弯是保证构件延性,防止脆性破坏的重要原则,它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力,使这些部位的结构在遭遇地震的过程中能以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造,使其满足相关规范要求。
3、注意构造措施
对于大跨度柱网的框架结构,在楼梯间处的框架柱因楼梯平台梁与其相连,使得楼梯间处的柱有可能会成为短柱,在设计中要对柱箍筋全长加密。这一点,在设计中容易被忽视,应引起重视。②对框架结构外立面为带形窗时,因设置连续的窗过梁,使外框架柱可能成为短柱,再设计中我们要特别考虑到这点,只有通过这种细节的把握才能进一步完善方案,确保建筑物的寿命和抗灾害能力。
三、结构计算的要点
1、计算简图的处理
在结构计算中,计算简图选取的正确与否,直接影响到计算结果的准确性,其中比较典型的是基础梁的处理。一般情况下,基础梁设置在基础高度范围内,作为基础的一部分,此时结构的底层计算高度应取基础顶面至一层楼板顶面的高度。基础梁仅考虑承担上部墙体荷载,构造满足普通梁的要求即可。当按规范要求需设置基础拉梁时,其断面和配筋可按构造设计,截面高度取柱中心距的1/12~1/18,纵向受力钢筋取所连接的柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力来计算。但是,当基础埋深过大时,为了减少底层的计算高度和底层的位移,设计者往往在±0.000以下的某个适当位置设置基础拉梁。
2、结构计算参数的选取
2.1 设计基本地震加速度值
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中规定:抗震设防烈度为7 度时,设计基本地震加速度值分别为0.1g 和0.15g 两种,抗震设防烈度为8 度时,设计基本地震加速度值分别为0.2g 和0.3g 两种。计算中应严格注意地震区的划分,选取正确的设计基本地震加速度值,这一项对地震作用效应的影响极大。
2.2 结构周期折减系数
框架结构由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期,因此,算出的地震作用效应偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的。
2.3 活荷载的最不利布置
多层框架,尤其是活荷载较大时,是否进行活荷的最不利布置对计算结果影响较大。即使选用程序中给定的梁设计弯矩放大系数,也不一定能反映出工程的实际受力情况,有可能造成结构不安全或过于保守。考虑目前的计算机计算速度都比较快,作者建议所有工程都应进行活荷载的最不利布置计算。
3、独立基础设计荷载取值
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础,《抗震规范》(GB50011-2010)第4.2.1 条指出,当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时,不超过8 层且高度在24m 以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说,在8 度以下地震区,大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中,必须输入风荷载,不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
另一种情况是,在设计独立基础时,作用在基础顶面上的外荷载(柱脚内力设计值)只取轴力设计值和弯矩设计值,无剪力设计值,或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小,配筋偏少,影响基础本向和上部结构的安全。
4 设计构造方面的问题
4.1 框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求,绝大部分设计人员都能给予足够的重视,但对于《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中6.3.10条规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10、0.08 且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%,0.4%。”设计中经常被忽视,尤其是柱轴压比不大时,常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施,应严格遵守。
4.2 底层框架柱箍筋加密区范围应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中规定:“底层柱,柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1/3”。
四、结束语
随着科学技术的发展,建筑工程的设计方案更加合理,但是对于建筑结构设计中,一些不可忽视的问题仍然需要我们足够的重视,通过对本文的分析,让我们在多层框架结构的设计中,多了一份细心,多了一份了解,为此使得设计更加合理。
参考文献
【1】邓贞永. 框架结构设计中几个问题分析[J]. 黑龙江科技信息. 2008(17)
【2】谢雨君. 框架结构设计要点分析[J]. 科技信息(科学教研). 2008(04)
【3】李卓伦. 浅谈钢筋混凝土多层框架结构设计[J]. 中国城市经济. 2011(02)
【关键词】建筑结构设计;技术要点;措施
结构是建筑的基础也是质量的决定性因素。做好建筑的前期结构设计能够在后续的施工中减少不必要的错误和损失,能够极大的提高工程建设的效率和质量。要做好建筑结构的设计需要在工程进行前期做好充足的准备工作。在现代社会中,人们对建筑的功能和结构提出了更高的要求,因此在建筑结构的设计上要提高新颖性和多样性,但同时还必须保证建筑的实用功能和质量。
1. 建筑结构设计的重要意义
建筑的结构设计通常在建筑的整体设计完成后进行。建筑的结构设计与建筑的整体设计遵循同样的标准和方法,并且相互影响制约。建筑的结构设计是一个较为复杂且难度较大的项目,因此必须保证设计的专业性。做好建筑结构的设计对于建筑企业的经济发展、建筑功能的发挥、人们的生活质量等都会产生极大的影响。对于建筑结构的设计人员来说,必须根据实际的需求及设计潮流的发展积极转变设计理念,使设计方案更符合当代人对建筑结构的要求,不断提高建筑设计的水平,为客户提供更好的服务。设计人员应当不断学习新的设计理论和设计手段,并在实际工作中进行有效的运用,从而促进整个建筑结构设计产业的发展。
2. 建筑结构设计技术
2.1结构平面图
在建筑的平面结构图设计中需要使用到结构设计软件。操作人员只需将相应的数据输入到软件程序中,软件就能自动建立模型。模型的结构与建筑的抗震强度有关。若建筑要求的抗震强度在六度以内,则在建模的标准规范中就已经包含了这一要求,因而也就无须再进行调整。若建筑的抗震强度要求超过六级,则需要对截面抗震进行一定的验算,并根据实际的抗震要求对建筑结构进行调整。对砌体结构的建筑而言,不需要进行模型的建立就可以直接进行结构设计,因此在砌体结构的设计中应当将建筑的受力状况进行充分的考虑。在时间允许的情况下也可以建立简易的模型,对结构进行模拟。当建筑的抗震要求超过七度时,则必须建立结构模型。
2.2屋顶结构图
若建筑的屋顶有一定的坡度,在结构设计上可以采用梁板结构和折板结构这两种形式。梁板结构适用于结构较为复杂、平面不规则的屋顶结构设计。相对于折板结构而言,梁板的跨度范围较大,能够起到较好的承重作用。折板式结构则适用于平面较为规整且外观较为简易的屋顶结构设计。但无论是梁板结构还是顶板结构,都属于偏心结构,在进行板的架构时都需要将负筋拉通。为保证屋顶的强度,板的厚度都必须在120毫米以上,根据实际要求还可以进行进一步的调整。屋顶平面图的绘制通常采用剖面绘制的方式,在示意图上还需要标注一定的图示对相关数据信息进行说明。设计图纸的准确性和合理性是建筑质量的必要保障。这要求设计人员对相关设计要求和规范有充分的把握,并且具有一定的设计经验,有良好的空间感和绘制技巧,能够将有效的信息充分反映到图纸上,为实际的施工过程提供有效的参考依据。
2.3大样详图
建筑详图是建筑施工的直接凭据,所有的施工内容都要根据详图来进行,因此必须确保建筑详图的准确性和可行性。详图的绘制必须以实际的测量为依据,并且进行多次的校对和调整。在详图中,建筑的外形是重要的设计内容,必须进行合理的设计。在外形的尺寸和样式上应当确保其既符合工程力学的原则,又具有一定的美观性。
2.4楼梯
楼梯的设计应当以实用、简便为基本原则,同时进行外观上的美化创新。楼梯的衔接部位是设计中的关键和难点,上楼和下楼的梁体必须确保是一致的,若在施工过程中出现了不一致的现象,则需要使用楼梯板进行连接。折板楼梯的施工中会用到钢筋,应当在内折角处将钢筋进行分离,并分别进行加固,防止楼梯在外力的作用下发生变形。楼梯的设计还要考虑到梁下空间和楼梯板宽度的问题。此外,楼梯在使用过程中会发生一定的沉降,当沉降现象严重时需要加筑一定的提梁。
2.5基础
建筑的基础是整个建筑的承力部位,直接决定着建筑的稳定性。在基础的设计中必须满足基础配筋的要求和规范。在图样的板式选择上通常选用标准图或详情图。基础的宽度是基础强度的决定性因素,在设计中应尽量保证基础的宽度,基底的面积不能进行大量的应用。当部分墙体的承受力过大时,可以通过极大基础的宽度来实现承载力的转移。若在基础的设计图中没有将定位构造柱反映出来,就需要对设计图进行调整,在确定了构造柱的位置后将相应的数据补充到设计图中。
3. 特殊问题的处理措施
目前,桩间过小、建筑高度和宽度超过了规范标准中规定的限定值、结构布局缺乏合理性与规范性、板受力状况不明确、异形柱结构设计等就是建筑结构设计中最常见的问题。
当桩间距离过小时,桩的中心距就不好掌握,容易发生偏离,这将影响结构整体的稳定性。桩间距的问题一般是由于设计人员在设计过程中没有进行充分的考虑造成的。桩间距的偏差将会导致钢筋无法正常穿出土层基底,桩基的结构产生破坏,影响了建筑的质量和强度。
当建筑的高度或宽度不符合规范时,建筑基底所承受的力就会发生变化,一旦建筑基底的受力大小超出了原本的受力限度就会导致建筑的安全性受到极大的破坏。
在建筑中,板是重要的承重部件和结构部件。板的设置和构架将对整个结构的稳定性产生极大的影响。但在许多建筑的结构设计中设计人员没有对板的设计进行充分的考虑,尤其是在板的受力分析上做的不够充分,导致板的实际受力与分析结果相差很大,影响了结构的安全性。当建筑的施工涉及到地下水系统时,应当在设计中增加一定的防水设置。建筑的一些辅助结构不能对建筑的基本功能产生影响,也不能升出建筑外。楼梯的高度设计要合理,一般不超过20厘米,否则会给住户的出行带来不便。当建筑中有暖气管时,需要对暖气管也进行一定的防水措施。在进行抗震验算时,需要根据地质的差异进行验算方式的调整,并加强垂直方向上的抗震设计。
4. 结语
建筑结构设计技术关系到了建筑工程的好坏。节省资金和材料以及个性化户型内部空间是当今建筑结构设计中两大新要求。运用整体的计算力和异形柱框架结构来完成建筑结构设计的关键技术。在我国建筑结构设计技术发展中,钢结构以及预应力混凝土大板结构是主要的新技术。在新时期的影响下,我国建筑结构设计技术也步入了新的台阶。而设计技术,也为居民的生活舒适和生产安全提供了保障。
参考文献
[1] 江泳。高层建筑结构设计技术论述[J].建筑知识学术刊,2012(06):85-87.
关键词:民用;建筑设计;结构设计;要点分析
一、民用建筑的结构设计方面
1 结构设计
结构设计是民用建筑设计的主要内容。依照时间的顺序,结构设计可分为三个部分:(1)结构方案部分:在这一部分,要明确出建筑的结构形式。因此,我们要明确建筑的重要性、楼高、类型,以及建筑该有的抗震烈度。(2)结构计算部分:这部分我们要计算板的计算跨度,钢筋的搭接长度等需要计算的内容。且在计算的过程中,要充分考虑房屋的结构、地震防火安全参数。(3)施工图的设计部分:要明确房屋的结构和它的设计特点,以画出房屋的结构平面图、屋顶结构设计图。
2 关于结构设计的方法
在结构设计中,有五个主要领域。绘制的结构计划,大样本的细节,楼梯和基本的建材,屋顶结构图。结构计划提请注意一个问题:软件建模的结构。由于结构的软件建模的负荷计算软件。所以,你可以对你的设计进行测试,其确保它的安全性。在建筑抗震设计裂缝控制为Ⅶ度及以上,务必在建模时,使用相关技术软件。屋顶结构图应注意不同类型的建设,使用梁板跨度大的建筑板或是跨度大的折板。科学的图纸和设计要求设计师必须有一定的空间概念,可以使得建筑图、设计意图有着极高的理解性。在绘图的时候,必须确保施工细节是准确的。并在保持建筑特色的情况下,确保结构受力合理,施工方便,为满足建设要求中横梁设计科学程度,设计的时候,应该合理地控制好横梁的高度。并且保证上下楼层的横梁位置能够一致。
3 关于结构设计的原则
(1)以人为本原则:民用建筑或公共建筑设施,它们有着一个共同点:为他人服务。所以,在建筑设计中,人们希望它的设计师的最低层次原则是:为我服务。由于经济的迅速发展,人们的生活水平质量在不断上升,并且许多居民的梦想是使城市生活具有大自然的特色。所以,设计师的设计不仅应该符合地段内土地和环境的标准,还应该使得建筑更富于生态型的特点。
(2)可持续发展的设计原则:由于资源的紧缺,气候的恶化使得“绿色、环保”是当今时代经济发展的基本要求,也是各行各业发展的大前提。所以,民用建筑的设计业必须得符合绿色环保的要求,在发展的同时不损害大自然,从而进一步实现人类和大自然的可持续发展。为此,建筑设计师在对房屋进行设计的过程中,不可以忽略该地区的自然环境状况。不能使建筑破坏丝毫的植被、河流或是其他自然的景观。更不能用利益最大化的借口,开山毁林。
(3)刚度适中的原则:房屋的结构必须有着高标准,从而确保房屋的安全性能。但是关于刚度的把握,设计师们往往存在这样一个问题:倘若房屋的刚度太大,那么房屋的适应性能就会降低。例如:如果有较大的破坏性事件发生,而恰巧房屋的刚度太大,高于其实际标准,那么造成了房屋的结构不可以释放巨大的压力,也就不能向外界传递压力,从而使得了房屋局部被毁掉。所以建筑的局部被毁灭后会给整个建筑带来毁灭性的伤害。但是,如果房屋的刚度值太低,则会使得房屋具有很强的变动性,这样的性能可能给房屋带来巨大的负面影响。因此,坚持刚度适中的原则,是每个房屋设计师工作应有的原则。
(4)多方面保护房屋的原则:在房屋被付诸实践后,建筑的结构因为受到外界突发事件的影响,使得房屋的整体有着应对外界刺激的作用。所以,如果房屋在某一方面的保护作用有着弊端,那么这个弊端则会影响整体,使得整个建筑受到威胁。
4 建筑结构存在的问题
(1)建筑结构在抗震领域的弊端:今年,世界各地发生的大型地震的,使得建筑师们不得不重视房屋结构的抗震性能。所以在房屋结构设计的过程中,确保建筑能够在四级以下的地震发生时,毫损害。当发生大地震时,不求房屋没有损坏,只希望设计师能把损坏力降到最低。建筑的承载力、变形能力是辨别一个房屋是否具有良好的抗震性能的主要指标。房屋结构设计师,能够通过钢筋混凝土的变形性能提升房屋结构的柔韧性。提升房屋结构的柔韧性,不但有着吸收地震带来的巨大能量的作用,还可以在一定程度上起着抗震减压的作用。所以,在房屋结构的设计过程中,务必达到以下的条件:较为强大的柱子、有着柔韧性的的房梁;较高的硬度夹带着一定的可弯性能;很好的节点配合着有着韧性的架构和坚硬的地基等。
(2)房屋结构在防火领域不科学:我们身边总会发生各种程度的火灾。然而,火灾不仅给人们的财产带来损失,还严重的威胁着人们的生命安全,所以房屋结构在设计时,必须考虑防火的性能。然而,由于房屋结构的设计和防火规范两者之间跨度较大,大多数的设计人员对防火规范的概念较为模糊,使得房屋结构在防火领域有着巨大的缺口。
(3)高层建筑的选型:因为土地资源的有限和人口数量的急剧膨胀,在类似北京、上海、深圳这样的大型城市,高层建筑的数量也随着人口数量膨胀而急剧增加。但是,建筑类型的不同使得高层房屋和中低层房屋的设计有着本质的差异。就高层建筑而言,建筑必须能够满足以下要求:房屋的总体性能好;房屋的承载力大;在结构上,房屋允许一定的变形性;房屋自身带着控制建筑的不规范沉降性能。
二、其他方面对设计的影响
1 自然环境
自然环境对建筑的设计有着多方面的影响,并且人们避免不了这些影响。如:民用建筑容易受潮,这主要是因为空气中有着较多的水分;太阳的光照程度以及方向影响了建筑的采光性能和建筑的坐落方向,并且这也对房屋的楼层高度、两栋楼之间的距离有着一定的影响。显而易见的是,自然环境对房屋设计中很多项事项都有着决定性的影响。由于我国地域辽阔,所以我国南北地区的房屋设计也应该加以区别对待。如:南方地区多“人字顶”的房屋,北方区域的房屋却多为平顶房屋。这是由于南北的光照、降水量的差异决定的。设计师在对房屋进行设计时,若考虑到了该地区的自然环境的影响,那么不仅能够科学地利用了现有的自然资源,还为我国的节能环保做出了巨大的贡献,为节能环保开辟了新渠道。除此之外,这样的做法也符合科学发展观中的可持续发展的要求。
2 民用建筑的设计要考虑客户日后对此房屋的规划和装修要求
民用建筑的性质决定了它应考虑用户日后对房屋规划和装修的要求。房屋规划和装修要求包括了:客户对房屋怎样的划分;用户日常活动所需要的面积大小;客户以后的家具安排等。设计师在设计过程时,应严谨地为用户的家具摆放设计出合理的空间,应合理地划分每个房屋的具体面积,使其满足人们的日常活动需求。合理地设计不仅能够得到用户的人可,还为我国节约土地资源的政策发挥了积极的作用。
关键词:混凝土结构;设计;问题
Abstract: With the continuous development of infrastructure in our country city, many new problems in geotechnical engineering an important part of basic construction encountered, such as the selection of construction technology under complex geological conditions, design of operational issues, identify problems of mechanics model and design parameters, the influence of groundwater problems, it has made some the conventional design method cannot adapt to, especially for excavation problems.
Key words: geotechnical engineering investigation and design; seismic;
中图分类号:TU318
引言:近年来,我国建筑业发展迅猛,建筑的功能不断完善,工程设计也越来越复杂,钢筋混凝土是在民用建筑中得到广泛应用和空前发展的结构材料。我国已经基本形成了混凝土结构设计规范体系,但在设计方面仍存在一定的空缺和问题。
一、高层建筑混凝土结构设计的特点
1、结构应具有适宜刚度
随着高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度,而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。
2、结构应具有良好的延性
相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免高层建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
3、侧向力(风或水平地震作用)成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素
高层建筑和低层建筑一样,承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,可以忽略不计;在多层结构中,水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大;在高层建筑中,水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。
二、结构设计的重点与难点
1、水平荷载的优化
在高层建筑设计中,涉及到的水平荷载问题非常重要。一方面,考虑到高层建筑自身的重量以及各个楼面的荷载作用主要集中于竖向构件,而由此产生的弯矩数值、轴力数值等与建筑高度的一次方呈正比例关系;另一方面,对于高层建筑来说,竖向的荷载力为定值,但是水平荷载力将随着建筑结构特性的不同而有所差异。不同结构形式、不同烈度地区的水平控制荷载主要体现在水平地震作用及风荷载两种情况。
2、结构变形的控制
对于高层建筑结构设计来说,位移问题是设计的关键要素之一。随着当前建筑的高度不断增加,水平荷载力也有所提高,因此建筑结构位移和变形随之加大,如何确保高层建筑结构的安全性、稳定性,是非常重要的话题,这也需要采取有效措施将建筑结构水平荷载作用下的变形幅度控制在规范要求之内。
3、结构延性的调整
在高层建筑结构设计中,应考虑到震动情况下的变形问题。为了确保建筑结构受到变形力之后仍能保持良好性能,而不至破坏或者坍塌,这就需要在设计过程中采取相应措施,对其延性进行优化调整。
4、 竖轴向变形的约束
以高层建筑结构设计的实际情况来看,一般竖向的荷载值比较大,如果在设计过程中忽略这一问题,可能引发轴向变形问题(超高层结构尤其明显),进而对连续梁弯矩产生影响;这时候,可能对连续梁中间部位的支座负弯矩值造成影响,并且增大端支座的跨中正弯矩与负弯矩等;在高层建筑结构设计中,应该根据轴向变形的实际情况对相应数值进行确定;采取有效方式应对轴向变形问题、加强对构件剪力值、侧移幅度等控制,确保建筑结构的安全性、稳定性.
三、地基与基础设计
“万丈高楼平地起”,地基的好坏将决定一个工程的最终质量,因此,在高层建筑混凝土结构设计中,地基与基础设计是工程的关键。由于上部荷载的巨大差异,设计满足要求的高层建筑主体结构本身筒体与周边结构之间的沉降差和高层主体与裙房或者纯地下结构之间的沉降差对地基方案的选择起着决定性的作用,因此,高层建筑设计主要要把握沉降设计。
一种方案是设计沉降缝。为避免不均匀沉降对建筑物带来的灾害,对于长度较大的建筑物,在建筑平面的转折部位、建筑物高度差异处以及长高比过大的砌体承重结构、地基土压缩性存在明显差异处设置沉降缝,沉降缝能够将建筑物分割成独立的单元,从而实现使各单元产生的沉降互不影响,因此也就避免了不均匀沉降对建筑物带来的灾害。另一种方案是地基基础处理。在建筑纵横墙体相交处,存在着基础面积重叠现象。从而造成地基受力面积重复,地基应力加大。因此,必须调整某局部基础宽度以满足地基承载力的要求。具体做法:一是当基础底面压力设计值超过地基承载力设计值不足10%时,可采用提高上部结构抵抗不均匀沉降能力的措施。二是当基础底面压力设计值超过地基承载力设计值10%及以上或建筑已出现不容许的沉降和裂缝时,可采取放大基础底面积、加固地基或减少荷载的措施。
四、上部结构设计
1、剪力墙结构设计
高层建筑应有较好的空间工作性能,剪力墙结构应双向布置,形成空间结构。在设计中若框剪结构剪力墙布置不均匀,单肢刚度过大的剪力墙经常出现,从而导致应力的过度集中,造成剪力墙的部分破坏。因此,我们应该通过设计有选择地连接两片剪力墙,从而保持建筑物延性的连梁破坏,从而使柱子的完整性得以保证,这就是我们说的延性设计和连梁设计。设计要点是一方面为加强塑性铰区的塑性转动能力,及防止混凝土压溃前受压钢筋过早压屈,我们应在在梁的两端设置箍筋加密区。同时,为防止粘结破坏,可以在设计中采取措施使塑性铰外移,将塑性铰从柱面移开一定距离,从而避免梁端钢筋屈服后向核心区发展。另一方面,可以设置底部加强区,设置约束边缘构件,从而使截面的塑性变形能力增大。主要包括沿墙肢截面的长度和墙肢的高度,箍筋数量,水平分布筋在约束边缘构件内的锚固以及确保一定的纵筋面积的设计,从而符合约束边缘构件的构造要求。另外,剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大,为充分利用剪力墙的能力,减轻结构重量,增大剪力墙结构的可利用空间,墙不宜布置太密,使结构具有适宜的侧向刚度。
2、柱的设计
地震作用下,框架短柱刚度大,吸收较大的地震力,极易产生剪切破坏而形成结构抗震薄弱部位。因此,在框架结构的双跑板式楼梯设计时,为避免“框架短柱”的形成,应采取下列措施:一是采用复合箍筋沿柱全高加密的方式处理,同时保证短柱的纵向钢筋对称布置,且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。二是通过提高构件受剪承载力和受压承载力的方法来改善短柱的抗震性能,主要措施有在柱中配置螺旋箍筋、普通复合箍筋,加强对混凝土的约束,使混凝土的抗压强度得到提高,从而防止构件在大剪压比情况下发生剪切破坏。
3、梁的设计
由于地震作用、风荷载等水平力的作用,往往使得框架粱的梁端负弯距远大过跨中正弯距。因此,为了避免框架粱负筋过多过密,在设计中我们往往都应将框架粱的负弯距乘以一个0.85左右的调幅系数进行调幅,减少粱端负弯跑,并使跨中正弯距相应增加,做到粱的上下配筋均匀一致。同时,当不计算活荷载或不计算活荷载不利布置时,可通过此参数调整梁在恒活荷载作用下跨中正弯矩,一般取1.1—1.2,在选用时应注意:如果活荷载考虑不利布置时此系数取1.0。另外,当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶,使外部框架梁尽量做成梁外皮与柱外皮齐平。当建筑有要求时,梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽,并宜小于1/3柱宽。同时,折梁阴角在下时纵筋应断开,并锚入受压区内La,还应加附加箍筋。
参考文献:
【1】方鄂华主编.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社,2 00 2 (05 ).