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1.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力特征
高層建筑結(jié)構(gòu)在模型上一般可以假想為一個(gè)從地基出發(fā)并不斷上升的懸臂構(gòu)件。高層建筑主要承受水平作用效應(yīng)和豎向作用效應(yīng),水平作用效應(yīng)一般指風(fēng)荷載,在抗震設(shè)防地區(qū)還包括水平地震作用。豎向作用效應(yīng)則一般由結(jié)構(gòu)自重荷載產(chǎn)生,在抗震設(shè)防烈度為8、9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)及9度時(shí)的高層建筑,還應(yīng)考慮豎向地震作用。在這些作用效應(yīng)下,結(jié)構(gòu)整體及主體構(gòu)件均需具有足夠的承載能力、剛度和延性,整體的設(shè)計(jì)注重概念,應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定中對(duì)于建筑形體的規(guī)則性要求,包括平面布置的規(guī)則性及豎向布置的規(guī)則性。結(jié)構(gòu)在抵抗彎曲方面來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)體系務(wù)必滿(mǎn)足:不能使建筑物產(chǎn)生傾覆;在承受荷載時(shí),它的支撐體系的某些部位不應(yīng)被壓屈、壓碎或者直接被拉伸破壞;同時(shí)彎曲側(cè)移不能超出彈性極限的范圍。而結(jié)構(gòu)在抵抗剪力方面來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)體系務(wù)必滿(mǎn)足:建筑物不至于發(fā)生剪切破壞;同時(shí)結(jié)構(gòu)的整體剪切側(cè)移不能超過(guò)彈性極限的范圍。最后對(duì)于結(jié)構(gòu)的地基和基礎(chǔ)來(lái)說(shuō),由于高層建筑一般是高次不靜定結(jié)構(gòu),所以結(jié)構(gòu)體系在支承點(diǎn)處應(yīng)避免較大的不均勻變形,從而可以防止出現(xiàn)較大的二次內(nèi)力。
1.2高層建筑結(jié)構(gòu)的傳力路線
高層建筑的豎向平面結(jié)構(gòu)和水平平面結(jié)構(gòu)都必須有明確的傳力路線。以某個(gè)作用在樓面上的重力荷載為例,它要通過(guò)樓蓋構(gòu)件的彎曲傳遞給豎向結(jié)構(gòu)的某個(gè)構(gòu)件,直到建筑物的基礎(chǔ)和地基。傳力路線的模式根據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)別和布置而異。高層建筑的底層往往只允許有少量的立柱,以便有足夠的空間可以設(shè)置寬敞的入口、前廳或廣場(chǎng)。這時(shí),有較密柱間距的上層結(jié)構(gòu)的重力荷載,就要通過(guò)另一種結(jié)構(gòu)體系傳給底層立柱以及底層立柱基礎(chǔ)。當(dāng)高層建筑的樓層平面有突變時(shí)(如樓層有收進(jìn),或由矩形平面變成其他形狀的平面時(shí)),或結(jié)構(gòu)體系有變化時(shí),它們的傳力路線也會(huì)發(fā)生改變,這時(shí)往往既要有豎向的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),也要有水平方向的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。在高層建筑結(jié)構(gòu)傳力路線中還有一個(gè)區(qū)別于底層建筑結(jié)構(gòu)的特殊問(wèn)題,那就是高層建筑的每個(gè)立柱都承受著上層傳來(lái)的重力荷載,要考慮它們各自在施工和使用過(guò)程中豎向壓縮量的差異。這既要在設(shè)計(jì)中加以考慮,也要在施工過(guò)程中及時(shí)加以調(diào)整,以保證各層樓面的水平度,減小因不同柱的壓縮量有過(guò)大差異而引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。
2概念設(shè)計(jì)
2.1抗關(guān)于側(cè)力構(gòu)件合理布置規(guī)定
對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)單元,在設(shè)計(jì)上的通常做法是,一般會(huì)盡力避免設(shè)計(jì)出應(yīng)力集中的縮頸和凹角部位;而且盡量不要在這些部位設(shè)置樓、電梯間。整個(gè)結(jié)構(gòu)外形也要避免外挑,尺寸內(nèi)收也不宜過(guò)急,避免在結(jié)構(gòu)上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞,而出現(xiàn)全部結(jié)構(gòu)失去承載力的情況。
2.2關(guān)于高寬比的規(guī)定
高寬比的規(guī)定是對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度、整體穩(wěn)定、抗傾覆能力、承載能力以及經(jīng)濟(jì)合理性的綜合考慮,是長(zhǎng)期工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際工程來(lái)看,這一限值是比較經(jīng)濟(jì)合理與實(shí)用。但隨著目前高層建筑的快速發(fā)展,設(shè)計(jì)師們發(fā)現(xiàn)其實(shí)高寬比并不是必須要滿(mǎn)足的。實(shí)際工程已有一些超過(guò)高寬比限制的例子(如深圳京基100大廈高441.8m,共100層,高寬比為9.5,天津117大廈,高597m,共117層,高寬比為9.7),當(dāng)然高寬比超過(guò)限值時(shí),應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的受力分析,并施加可靠的構(gòu)造措施。
2.3短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題
在新的規(guī)范中,將墻肢截面高度與厚度比為5-8的剪力墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制。比如在剪力墻設(shè)計(jì)等級(jí)為四級(jí),短肢剪力墻的配筋率要求是1%以上,而普通剪力墻則為0.2%。高厚比較小的構(gòu)件的脆性破壞較大,不利于抗震。所以,在具體的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里,設(shè)計(jì)師們應(yīng)該充分利用其它現(xiàn)有構(gòu)造形式來(lái)代替短肢剪力墻,減少不必要的麻煩。
2.4嵌固端的設(shè)置問(wèn)題
在結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選擇上,如何準(zhǔn)確地確定嵌固端位置是一個(gè)十分關(guān)鍵的問(wèn)題,這直接關(guān)系到實(shí)際的受力狀態(tài)與選擇的計(jì)算模型是否符合以及內(nèi)力等相應(yīng)計(jì)算結(jié)果是否無(wú)誤。因?yàn)楝F(xiàn)在高層結(jié)構(gòu)通常會(huì)設(shè)有一層或者是二層的地下室(可以當(dāng)作人防工程來(lái)使用),而嵌固端的選擇,可以結(jié)合各層的剛度變化,再根據(jù)它的實(shí)際布置狀況,可以選擇在一層頂板的位置,也可以是二層頂板的位置,同時(shí)在地下室其他樓層等部位也是有很大可能的。但是在這個(gè)問(wèn)題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們往往會(huì)忽略了一系列需要注意的問(wèn)題,例如嵌固端的設(shè)置和剛度比的限制等問(wèn)題,忽視這些問(wèn)題將會(huì)對(duì)工程的質(zhì)量和后期數(shù)據(jù)的分析造成很大的隱患。
3地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在基礎(chǔ)的具體設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模和功能特征以及由于地基問(wèn)題可能造成建筑破壞或影響正常使用的程度來(lái)確定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)。首先,地基計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足承載力計(jì)算的有關(guān)規(guī)定;其次,由于高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)均為甲級(jí)或乙級(jí),因此均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì);若地下室存在上浮問(wèn)題時(shí),還應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。下面就高層建筑中不同的基礎(chǔ)類(lèi)型分別闡述在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)注意的事項(xiàng):在對(duì)箱基和筏基的梁板進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí),務(wù)必相應(yīng)地扣除底板上直接作用的梁板荷載和自重,當(dāng)出現(xiàn)箱筏的四邊區(qū)格和地基反力過(guò)大的情況,這時(shí)要對(duì)梁板進(jìn)行加強(qiáng)配筋;而在進(jìn)行箱基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要考慮洞口上下的連梁的影響,驗(yàn)算其截面面積,若洞口的位置或者大小有變動(dòng),要復(fù)核連梁的抗剪強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度;若是進(jìn)行整體箱基和筏基的設(shè)計(jì),必須考慮樁土的因素,其共同工作會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定程度的影響。
4結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析
4.1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇
當(dāng)前比較常用的計(jì)算軟件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE,MIDAS,ANYSYS,ETABS,SAP等。由于各個(gè)軟件使用的計(jì)算模型有一定區(qū)別,所以在各個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果上就會(huì)有或大或小的差異。實(shí)際工程中,務(wù)必考慮結(jié)構(gòu)類(lèi)型和計(jì)算模型的具體特點(diǎn),在進(jìn)行整體分析時(shí)選擇最恰當(dāng)?shù)能浖?,并使用不同軟件進(jìn)行對(duì)比分析計(jì)算,從不同軟件計(jì)算的相差較大的結(jié)果中,選擇最接近工程實(shí)際情況的數(shù)據(jù)。若不能選擇合適的計(jì)算軟件,不但會(huì)消耗大量的時(shí)間和精力,更重要的是會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)埋下安全隱患,造成日后的工程問(wèn)題。所以為了保險(xiǎn)起見(jiàn),通常在布置復(fù)雜的高層設(shè)計(jì)中,宜使用不少于兩種不同的模型來(lái)進(jìn)行內(nèi)力分析和計(jì)算。
4.2剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚的確定
在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),剪力墻的底部加強(qiáng)部位一般采取增加邊緣構(gòu)件箍筋和墻體的布筋來(lái)防止地震荷載的影響,預(yù)防結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性破壞,從而能夠比較有效的改善結(jié)構(gòu)的抗震性能,在現(xiàn)行的規(guī)范中,明確指出剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可以參考?jí)χ?/8和底部?jī)蓪佣咧械妮^大值;而部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部的取值,可考慮以上兩層的高度及墻肢總高度1/8中的較大值。一般情況下,高層建筑結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的剪力墻截面厚度bw的取法按照以下規(guī)定,按照一、二級(jí)級(jí)抗震標(biāo)準(zhǔn)的情況,bw宜選擇剪力墻無(wú)支長(zhǎng)度的1/16或?qū)痈?按照三、四級(jí)抗震標(biāo)準(zhǔn)的情況,bw宜選擇剪力墻無(wú)支長(zhǎng)度的1/20或?qū)痈摺5趬Φ资芰^小且結(jié)構(gòu)層高相對(duì)較高的情況下,其厚度還按上述要求取值,就顯得很不經(jīng)濟(jì)。所以,根據(jù)具體的工程實(shí)踐,厚度可以適當(dāng)減小,而且必須按照下面的公式計(jì)算穩(wěn)定性。
5結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;教學(xué)手段
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容涉及混凝土結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)抗震等知識(shí)的綜合應(yīng)用,作為培養(yǎng)從事土木工程設(shè)計(jì)、施工、預(yù)算、招投標(biāo)工作的高級(jí)工程技術(shù)人才的土木工程專(zhuān)業(yè),一般將高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)置為一門(mén)專(zhuān)業(yè)限選課。土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)方向主要有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工技術(shù)管理、預(yù)算和招投標(biāo)等崗位,這些工作崗位都與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有密切聯(lián)系。土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)崗位的主要工作內(nèi)容已由多層建筑設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔咏ㄖO(shè)計(jì);從事土木工程施工管理工作,必須掌握高層建筑結(jié)構(gòu)的識(shí)圖與讀圖等知識(shí),清楚高層建筑中哪些是主要受力構(gòu)件,哪些是構(gòu)造構(gòu)件,在施工過(guò)程中遇到一些簡(jiǎn)單的高層事故應(yīng)如何處理,等等,這些都有賴(lài)于該課程的學(xué)習(xí);土木工程預(yù)算和招投標(biāo)管理工作中大量的分析計(jì)算都要靠計(jì)算機(jī)來(lái)完成,要求工作人員要在看懂圖紙(很多是高層建筑圖紙)的基礎(chǔ)上建立分析模型,做到不多算、不漏算,這也有賴(lài)于該課程的學(xué)習(xí)。工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)該課程的意義由此可見(jiàn)。但是,由于種種因素的影響,目前該課程教學(xué)中還存在不少現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。鑒于此,本文擬從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)過(guò)程等方面探討高層建筑結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)改革問(wèn)題,希望能為該課程教學(xué)質(zhì)量的提高提供參考。
一、課程教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,土建行業(yè)對(duì)人才的要求特別是對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)的要求越來(lái)越高,企業(yè)歡迎的是具有完備知識(shí)結(jié)構(gòu)又具備較強(qiáng)工程能力的人才。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程涉及很多計(jì)算,教學(xué)內(nèi)容十分豐富,但該課程的學(xué)時(shí)往往十分有限,因此,合理選擇教學(xué)內(nèi)容就顯得尤為重要。該課程教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)以應(yīng)用型人才能力培養(yǎng)為目標(biāo),理論與實(shí)踐并重,并注意兼顧不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生。土木工程專(zhuān)業(yè)一般將該課程安排在大學(xué)四年級(jí)第一學(xué)期,主要內(nèi)容包括緒論、高層建筑結(jié)構(gòu)的體系與布置、高層建筑結(jié)構(gòu)的荷載和地震作用、高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)要求、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高層建筑地下室和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等,與先修課程混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)工程、工程結(jié)構(gòu)抗震等有緊密聯(lián)系,也存在一定的內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象。為了保持教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性,教師處理與已開(kāi)設(shè)課程重復(fù)的內(nèi)容時(shí),應(yīng)做到“重復(fù)的內(nèi)容講差別,相似的內(nèi)容講典型,突出重點(diǎn)”[1]。例如:荷載計(jì)算部分的一些內(nèi)容與混凝土結(jié)構(gòu)課程的相關(guān)內(nèi)容相似,按照相似的內(nèi)容講典型的原則,對(duì)該部分內(nèi)容,教師應(yīng)重點(diǎn)講解高層建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載計(jì)算(考慮風(fēng)震系數(shù)),而活荷載計(jì)算可不考慮不利布置;框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分的一些內(nèi)容,與混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)等課程的相關(guān)內(nèi)容存在重復(fù)現(xiàn)象,按照重復(fù)的內(nèi)容講差別的原則,對(duì)該部分內(nèi)容,教師應(yīng)重點(diǎn)講解在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何調(diào)整位移比、周期比、軸壓比、相鄰層剛度比、層間位移角、層間受剪承載力比等高規(guī)參數(shù);高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)部分的一些內(nèi)容,與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)工程課程存在內(nèi)容重復(fù)現(xiàn)象,按照重復(fù)的內(nèi)容講差別的原則,教師可重點(diǎn)講解高層建筑“筏板基礎(chǔ)”“樁基+筏板”設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)錯(cuò)誤及其原因。
二、課程教學(xué)模式
在開(kāi)設(shè)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程時(shí),學(xué)生已具備一定的專(zhuān)業(yè)技能,但綜合能力還有待提高。采用多元化教學(xué)模式是近年來(lái)該課程教學(xué)的主要特點(diǎn)之一。根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性和操作性強(qiáng)的特點(diǎn),教師應(yīng)以促進(jìn)學(xué)生提高實(shí)踐技能、掌握關(guān)鍵知識(shí)為主線,整合課程各個(gè)單元的教學(xué)內(nèi)容開(kāi)展任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)和項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué),將“教、學(xué)、做”有機(jī)結(jié)合,著力體現(xiàn)應(yīng)用性、實(shí)踐性和開(kāi)放性的課程理念。將“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式有機(jī)融入教學(xué)過(guò)程,有利于處理“懂”與“會(huì)”的關(guān)系,學(xué)生可以先懂后會(huì),也可以先會(huì)后懂或邊懂邊會(huì)。此外,教師還可以把課堂搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、建筑設(shè)計(jì)院、工程施工現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)所,廣泛開(kāi)展直觀教學(xué),實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的一體化,從而有效提升學(xué)生的綜合能力。
三、課程教學(xué)方法與教學(xué)手段
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)分為課堂教學(xué)、PKPM軟件應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)實(shí)踐和考核[2]。以下從四個(gè)方面探討該課程的教學(xué)改革。
(一)課堂教學(xué)
課堂教學(xué)應(yīng)以講解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本設(shè)計(jì)理論、抗震規(guī)范、高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程等內(nèi)容為主;要有明確的教學(xué)目標(biāo)、有效的教學(xué)策略和具體的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)指標(biāo);要注重學(xué)生興趣的培養(yǎng)和潛能的發(fā)掘與提升,廣泛開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí);要注意培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的觀念,力促學(xué)生自主發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中,還應(yīng)做到課堂講授、自學(xué)、討論相結(jié)合,課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合,理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合[3]。第一,課堂講授與自學(xué)相結(jié)合。教師在課堂教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)講授基本概念、基本原理和難點(diǎn),并向?qū)W生指定課外自學(xué)的內(nèi)容和思考題,以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力,化解教學(xué)內(nèi)容多而課時(shí)有限的矛盾。第二,開(kāi)展課堂討論,啟發(fā)學(xué)生開(kāi)展積極的思維活動(dòng)[4]。大學(xué)生思想獨(dú)立性強(qiáng),思維靈活,喜歡獨(dú)立思考問(wèn)題。因此,在全班或小組內(nèi)圍繞一個(gè)問(wèn)題開(kāi)展討論,讓學(xué)生各抒己見(jiàn),相互啟發(fā),有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,充分提高教學(xué)效果。如在高層結(jié)構(gòu)選型內(nèi)容的教學(xué)中,可讓學(xué)生以某“高層設(shè)計(jì)采用哪種結(jié)構(gòu)體系較合理”為題在班級(jí)范圍內(nèi)開(kāi)展討論,讓學(xué)生在愉快的氛圍下通過(guò)主動(dòng)思考掌握高層結(jié)構(gòu)體系的有關(guān)知識(shí)。就課堂討論的方式來(lái)講,教師可先提出問(wèn)題,讓學(xué)生在小組討論的基礎(chǔ)上,選出代表到黑板前陳述意見(jiàn),這樣既可活躍課堂氣氛,提高教學(xué)效果,也可提高學(xué)生的表達(dá)能力。第三,課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合。在每次課結(jié)束前,教師都應(yīng)向?qū)W生明確課后的復(fù)習(xí)內(nèi)容、預(yù)習(xí)內(nèi)容及思考題。對(duì)于較抽象的教學(xué)內(nèi)容,教師應(yīng)組織學(xué)生開(kāi)展課堂討論或課外學(xué)習(xí)小組(宜以宿舍為單位)討論。教師還可結(jié)合單元教學(xué)內(nèi)容,組織開(kāi)展以高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論知識(shí)和常規(guī)應(yīng)用為基礎(chǔ)的小型競(jìng)賽活動(dòng),如PKPM建模大賽等,以鍛煉提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力。第四,理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。筆者的調(diào)查表明,很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中都感覺(jué)到“高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”難以理解,難以聯(lián)系具體工程實(shí)例;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只是停留在單個(gè)構(gòu)件上,不明確結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)的思路。因此,教師在教學(xué)中應(yīng)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容引入工程實(shí)例,通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的詳細(xì)講解,使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解,提高應(yīng)用能力。比如,對(duì)高層建筑常用的三種結(jié)構(gòu),即框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架―剪力墻結(jié)構(gòu),教師可借助實(shí)際工程項(xiàng)目,依次詳細(xì)講解抗側(cè)力構(gòu)件的布置、主要高規(guī)參數(shù)的控制、平面的布置、施工圖的繪制,通過(guò)實(shí)例講解使學(xué)生理清結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體思路,加深對(duì)規(guī)范條文的理解。需要說(shuō)明的是,教師教學(xué)中選用的案例可以來(lái)自企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐,也可來(lái)自教師指導(dǎo)學(xué)生完成的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目。教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工程設(shè)計(jì)實(shí)踐(包括結(jié)構(gòu)選擇、結(jié)構(gòu)建模、施工圖繪制等),是提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)質(zhì)量的有效手段。
(二)PKPM軟件應(yīng)用教學(xué)
PKPM軟件應(yīng)用教學(xué)的重點(diǎn)是理解和掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過(guò)程,主要有以下三個(gè)教學(xué)步驟:(1)結(jié)構(gòu)布置的講解與練習(xí)。在此步驟中,要通過(guò)講解和練習(xí),使學(xué)生掌握運(yùn)用PKPM軟件建模的技巧,理解“抗規(guī)”關(guān)于結(jié)構(gòu)平面和豎向布置的基本要求。結(jié)構(gòu)平面布置要求平面形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)、質(zhì)心和剛心重合[5]30−31;結(jié)構(gòu)豎向布置的要求主要是抗側(cè)力構(gòu)件沿豎向不突變等。(2)PKPM基本計(jì)算參數(shù)輸入練習(xí)。在此步驟中,應(yīng)要求學(xué)生按照相關(guān)要求,結(jié)合工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況輸入PKPM相關(guān)參數(shù),并理解基本風(fēng)壓、基本雪壓、設(shè)計(jì)地震分組、抗震設(shè)防烈度、連梁剛度折減系數(shù)等參數(shù)的含義。(3)PKPM計(jì)算結(jié)果的分析判斷和參數(shù)調(diào)整。在此步驟中,應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析,判斷結(jié)構(gòu)的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩(wěn)定是否滿(mǎn)足要求,并對(duì)不滿(mǎn)足要求的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
(三)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)
開(kāi)展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué),有利于學(xué)生強(qiáng)化工程概念和感性認(rèn)識(shí),激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性,提高創(chuàng)新能力。在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中,教師可以組織學(xué)生分組參觀調(diào)查當(dāng)?shù)匾呀ǜ邔咏ㄖ?,了解其?gòu)型、結(jié)構(gòu)體系、存在的施工問(wèn)題等;可以讓學(xué)生以小組為單位完成高層建筑的建模,如15層以下教學(xué)樓、辦公樓、賓館等框架結(jié)構(gòu)的建模,20層以下住宅樓等剪力墻結(jié)構(gòu)的建模,20層以下寫(xiě)字樓、公寓等框架―剪力墻結(jié)構(gòu)的建模。
(四)課程考核
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的常規(guī)考核方法是筆試成績(jī)與平時(shí)成績(jī)相結(jié)合,但筆試成績(jī)一般占總成績(jī)的80%,這容易導(dǎo)致學(xué)生只重視理論而忽視實(shí)踐,不利于學(xué)生應(yīng)用能力的提高。該課程的考核應(yīng)著重考核學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力,可采用筆試、上機(jī)操作、實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的考核方式。其中,筆試成績(jī)占總成績(jī)的50%,試卷的制作可參考國(guó)家“注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師專(zhuān)業(yè)資格”考試;上機(jī)操作成績(jī)占總成績(jī)的20%,可以給定房屋建筑平面圖和立面圖,讓學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)用PKPM軟件完成滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)建模;實(shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)占總成績(jī)的30%,內(nèi)容包括考察報(bào)告的撰寫(xiě)情況、在分組建模實(shí)踐教學(xué)中的表現(xiàn)等。
四、教學(xué)過(guò)程的組織
如前所述,在每次課結(jié)束前,教師都應(yīng)向?qū)W生明確課后的復(fù)習(xí)內(nèi)容、預(yù)習(xí)內(nèi)容及思考題,其中預(yù)習(xí)的內(nèi)容可以是參觀現(xiàn)有高層建筑結(jié)構(gòu),調(diào)查了解其結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中存在的問(wèn)題等,并形成文字。導(dǎo)入新課時(shí),教師可用5分鐘左右的時(shí)間了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況,并通過(guò)總結(jié)引出新課題。在講授新課的過(guò)程中,教師應(yīng)突出重點(diǎn),把握難點(diǎn),可按照理論講授―例題解析―學(xué)生練習(xí)―歸納總結(jié)的步驟組織教學(xué)。如在講解高層建筑的結(jié)構(gòu)體系時(shí),可先分述每種結(jié)構(gòu)體系的概念,再舉例分析典型的結(jié)構(gòu)體系布置,然后讓學(xué)生畫(huà)出附近教學(xué)樓等高層建筑的結(jié)構(gòu),最后歸納總結(jié)常見(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇。課堂討論教學(xué)環(huán)節(jié)一般可采取學(xué)生自由發(fā)言與教師總結(jié)相結(jié)合的方式,而在安排有小組前期調(diào)研的情況下,應(yīng)緊緊圍繞小組代表的匯報(bào)發(fā)言開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)。另外,教師在課堂教學(xué)中還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)到建筑設(shè)計(jì)院、工作室參觀實(shí)踐,以實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用,不斷提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。例如,為了提高應(yīng)用型技術(shù)人才培養(yǎng)質(zhì)量,黃淮學(xué)院在其大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園設(shè)置了建筑設(shè)計(jì)院校內(nèi)實(shí)踐基地,為土木工程、建筑工程等專(zhuān)業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐提供了良好的平臺(tái),教師引導(dǎo)學(xué)生到這里結(jié)合教學(xué)內(nèi)容參觀實(shí)踐,無(wú)疑能夠有效地促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)所學(xué)理論知識(shí)的內(nèi)化和實(shí)踐應(yīng)用能力的提升。
作者:邵蓮芬 單位:黃淮學(xué)院
參考文獻(xiàn):
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不確定性的地面運(yùn)動(dòng)的影響。地震動(dòng)是地殼快速釋放能量過(guò)程中產(chǎn)生具有不確定性的多維振動(dòng),它是通過(guò)地震波的傳播實(shí)現(xiàn)的,它的隨機(jī)性和復(fù)雜性讓人難以預(yù)測(cè)。地震動(dòng)的各個(gè)分量對(duì)建筑都具有危害作用,即一個(gè)豎向分量、兩個(gè)水平分量和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。地震災(zāi)害具有突發(fā)性、破壞性、難以預(yù)測(cè)性,甚至是毀滅性的。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的因素主要有:結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻;基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用;節(jié)點(diǎn)的非剛性轉(zhuǎn)動(dòng);偏心扭轉(zhuǎn)可能使位移增加;柱的軸向變形可能會(huì)使周期變長(zhǎng),加速度降低;材料的影響。混凝土的彈性模量隨著時(shí)間的增長(zhǎng)或應(yīng)變的增大而降低,這意味著自振周期可能增長(zhǎng),而加速度反應(yīng)將減小。阻尼變化的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比受震松動(dòng)以后會(huì)變大,且自振周期變長(zhǎng)?;A(chǔ)不同沉降量的影響。按一般荷載設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu),當(dāng)?shù)卣鹣禂?shù)大于0,基礎(chǔ)差異沉降可能造成實(shí)際彎矩與設(shè)計(jì)彎矩出現(xiàn)較大的誤差,而這種誤差在設(shè)計(jì)中一般未予考慮。建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。施工質(zhì)量是影響結(jié)構(gòu)抗震能力的一個(gè)重要因素。施工的任一環(huán)節(jié)都可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能造成重要影響。這就是為什么“豆腐渣工程”的抗震性能總是和設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。
2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法
2.1結(jié)構(gòu)地震分析法
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是對(duì)結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)的分析,需要確定內(nèi)力組合及截面設(shè)計(jì)的地震作用值。常用的地震分析法有底部剪力法、彈性時(shí)程分析方法、振型分解反應(yīng)譜法、非線彈性靜力分析法以及非線彈性時(shí)程分析法。其中最為簡(jiǎn)單的屬底部剪力法,其在質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)中較為適用。假設(shè)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)以線性倒三角形的第一振型為主。并通過(guò)第一振型周期的估計(jì)來(lái)確定地震影響系數(shù)。對(duì)于較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系,采用振型分解反應(yīng)譜法來(lái)計(jì)算,它的思路就是根據(jù)振型疊加原理,將各種振型對(duì)應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來(lái)得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。而彈性時(shí)程分析適用于特別不規(guī)則和特別重要的結(jié)構(gòu)中,將建筑物看作彈性或彈塑性振動(dòng)系統(tǒng),直接輸入地面振動(dòng)加速度記錄,對(duì)運(yùn)動(dòng)方程積分,從而得到各質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度和剪力時(shí)程變化曲線。非線彈性時(shí)程分析法可以準(zhǔn)確完整的反映結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)的全過(guò)程。按非線彈性時(shí)程分析法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),能改善結(jié)構(gòu)抗震能力和提高抗震水平。非線彈性靜力分析法考慮了結(jié)構(gòu)彈塑性特性,在結(jié)構(gòu)分析模型上施加某種特定傾向力模擬地震水平側(cè)向力,并逐級(jí)單調(diào)增大,構(gòu)件一旦屈服,修改其剛度直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)。
2.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法
為了確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力最佳,所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面都達(dá)到最佳,質(zhì)量分布均勻,平面對(duì)稱(chēng)、規(guī)則抗側(cè)向力較好的體系及剛度與承載能力變化連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系是優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)方案,從而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)“小震不壞,中震可修,大震不倒”的目的。
(1)根據(jù)我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,建筑持力層的選擇非常重要,它關(guān)系著整個(gè)建筑物的安全性能,同時(shí)規(guī)范還指出,建筑的形體要適當(dāng),要求建筑的形狀及抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則,并有整體性,不宜用軸壓比很大的鋼筋混凝土框架柱作為第一道防線。
(2)抗震結(jié)構(gòu)體系布置是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題,如房屋建造中框架結(jié)構(gòu)體系和砌體結(jié)構(gòu)的選擇問(wèn)題。地震后會(huì)有余震,抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有多道抗震防線。如框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為了避免部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力,將不承受重力荷載的構(gòu)件用作傳遞途徑。
(3)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能(強(qiáng)度、剛度、延性)來(lái)抵御地震作用的,即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量。消能減震設(shè)計(jì)指在結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能器來(lái)消耗地震輸入的能量,減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),減小結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和避免結(jié)構(gòu)物直接倒塌以達(dá)到預(yù)期防震減震要求。隔震設(shè)計(jì)指在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔離層,即安裝隔震裝置,通過(guò)隔震裝置延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的基本周期,避免地震能量集中使結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服和破壞。這是一種以柔克剛積極主動(dòng)的抗震對(duì)策,是一種新方法、新對(duì)策、新途徑。
(4)盡可能多設(shè)置幾道抗震防線,一個(gè)較好的抗震建筑結(jié)構(gòu)由若干個(gè)延性較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震,如果只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會(huì)因損傷積累導(dǎo)致倒塌。如像教學(xué)樓這種相對(duì)大開(kāi)間、單跨、大窗口、懸臂走廊的純框架結(jié)構(gòu),其縱、橫方向的剛度不均勻,很容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞,而整個(gè)結(jié)構(gòu)只有框架一道防線,一旦柱子發(fā)生破壞,沒(méi)有其他約束措施,整個(gè)框架因喪失全部承載能力而倒塌。防止脆性和失穩(wěn)破壞,增加延展性。設(shè)計(jì)不良的細(xì)部結(jié)構(gòu)常常發(fā)生脆性和失穩(wěn)破壞,應(yīng)該防止。剛度的選擇有助于控制變形,在不增加結(jié)構(gòu)的重量的基礎(chǔ)上,改變結(jié)構(gòu)剛度,提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和延展性是有效的抗震途徑。
(5)場(chǎng)地條件就是導(dǎo)致建筑震害過(guò)于嚴(yán)重的關(guān)鍵因素,所以選擇最為有利的地形最大限度的防止建筑物出現(xiàn)在不利于抗震功能發(fā)揮的區(qū)域。選擇在抗震過(guò)于危險(xiǎn)的區(qū)域來(lái)建造房屋,有可能對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)危害。在汶川地震時(shí),北川縣城西的房屋建造在有滑坡隱患的山體之下,在地震的作用下,山體崩塌、滑坡,將大量的房屋掩埋,死亡1600人,損失慘重。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 選型 地基設(shè)計(jì) 構(gòu)造
近年來(lái),我國(guó)建筑業(yè)得到飛躍式的發(fā)展,與此同時(shí),建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平和設(shè)計(jì)方式等也發(fā)生了很大的變化。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中,經(jīng)常遇到一些問(wèn)題,需要靈活、合理處理。
1建筑結(jié)構(gòu)的合理選形
建筑物地面以上的結(jié)構(gòu)形式對(duì)工程造價(jià)有很大影響。目前我國(guó)民用建筑結(jié)構(gòu)形式主要有磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配式大板、大模板結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)等。不同的建筑結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)劣,應(yīng)比較各種結(jié)構(gòu)的布置方案、受力體系及經(jīng)濟(jì)性能,結(jié)合實(shí)際,因地制宜,綜合考慮以上因素,盡量采用適合本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式,建設(shè)出低造價(jià)、高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的民用建筑。
混合結(jié)構(gòu)的造價(jià)僅為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)造價(jià)的60%-70%,其鋼筋混凝土用量少,適用于7層以下的建筑物。但混合結(jié)構(gòu)是由墻體承重,對(duì)墻體布置有一定要求,不如框架結(jié)構(gòu)靈活,其使用功能受到限制。7層以上12層以下的建筑宜采用框架結(jié)構(gòu),在其合適的位置上設(shè)置幾道抗震剪力墻,可減小柱、梁的截面尺寸和配筋,從而達(dá)到節(jié)省材料的目的,且可以明顯提高建筑物的抗震能力。框一剪結(jié)構(gòu)一般適用于12層以上20層以下的建筑物,為增強(qiáng)建筑物的整體剛度,可其適當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)置剛性筒體,也可以起到節(jié)省材料的效果。
2 建筑結(jié)構(gòu)布置不合理的處理策略
結(jié)構(gòu)的合理布置(使結(jié)構(gòu)盡可能“規(guī)則”),是抗震概念設(shè)計(jì)中的十分重要的環(huán)節(jié),這里的“規(guī)則”包含了對(duì)建筑的平立面外形尺寸,抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布,直至承載力分布等諸多因素的綜合要求。由于引起結(jié)構(gòu)不規(guī)則的因素太多,特別是對(duì)于復(fù)雜的建筑體型,很難一一用若干簡(jiǎn)化的定量指標(biāo)來(lái)劃分不規(guī)則程度并規(guī)定限制范圍。
由于缺乏規(guī)范依據(jù)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定,加之對(duì)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)缺乏應(yīng)有的了解,有些設(shè)計(jì)人員往往對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則性難以把握,有時(shí)甚至聽(tīng)從業(yè)主和建筑師的要求,在實(shí)際工程中出現(xiàn)了不少規(guī)則性很差、對(duì)結(jié)構(gòu)抗震十分不利的高層建筑。比如平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則問(wèn)題,在框剪結(jié)構(gòu)中,縱橫剪力墻布置過(guò)分集中或僅布置在房屋的一端,使結(jié)構(gòu)剛度中心嚴(yán)重偏離質(zhì)量中心。有時(shí)甚至是結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的第一振型為扭轉(zhuǎn)振型.
高位轉(zhuǎn)換問(wèn)題,某高層建筑采用框支抗震墻結(jié)構(gòu),高度約160m,Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地,6度設(shè)防,不僅房屋高度大大超過(guò)其最大適用高度,且在第6~7層處設(shè)置了厚板轉(zhuǎn)換層,框支層數(shù)達(dá)到6層??蛑Э拐饓倏拐鸩焕慕Y(jié)構(gòu)體系,新修編的抗震規(guī)范,對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)的抗震措施僅限于框支層不超過(guò)兩層;樓層錯(cuò)層問(wèn)題,高層建筑中帶有較大范圍的錯(cuò)層,使樓層的樓板不連續(xù),對(duì)結(jié)構(gòu)抗震十分不利;高層建筑結(jié)構(gòu)中,同時(shí)采用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu),諸如帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、多塔樓結(jié)構(gòu)等,均屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式,根據(jù)抗震對(duì)高層建筑規(guī)則性的要求,高層結(jié)構(gòu)不宜同時(shí)采用兩種以上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
3 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題
3.1樁基選型不合理或?qū)痘┕さ目尚行浴⒊蓸顿|(zhì)量的可靠性及樁基施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響等方面考慮不夠充分。
如某高層建筑設(shè)計(jì)采用大直徑鉆孔灌注樁,樁尖需穿越6~8m的卵石層進(jìn)入中風(fēng)化巖1倍樁徑。按照現(xiàn)有的施工條件,樁尖穿越較厚的卵石層十分困難,成孔質(zhì)量也較難保證,根據(jù)附近相似地質(zhì)條件的工程經(jīng)驗(yàn),以卵石層為持力層(無(wú)軟弱下臥層),并在樁端進(jìn)入卵石層一定深度后進(jìn)行樁底注漿,同樣能達(dá)到提高單樁承載力、減小樁基沉降的目的。
3.2單樁承載力取值出現(xiàn)偏差或缺乏計(jì)算依據(jù)
因成樁工藝不同,地基土對(duì)不同樁型的支承能力是不同的,即按規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算單樁豎向承載力時(shí),對(duì)于不同的樁型,各土層的極限側(cè)阻力和極限端阻力是不同的。有的工程地質(zhì)勘察報(bào)告僅提供了計(jì)算打入式預(yù)制樁的單樁承載力設(shè)計(jì)參數(shù),而設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁,并直接引用地質(zhì)報(bào)告中的設(shè)計(jì)參數(shù),使計(jì)算的單樁承載力出現(xiàn)偏差。某些工程場(chǎng)地原為河道或地勢(shì)較低,上部土層為松散的新近填土,樁基設(shè)計(jì)時(shí)直接按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算單樁承載力或直接采用試樁提供的承載力數(shù)值,沒(méi)有考慮上部未固結(jié)(或欠固結(jié))土層在固結(jié)沉降過(guò)程中可能引起的樁側(cè)負(fù)摩阻力的影響。驗(yàn)算樁身承載力時(shí),沒(méi)有考慮施工工藝系數(shù)ψc?;驑渡韷呵挠绊懀粚?duì)抗拔樁,僅計(jì)算樁身承載力,沒(méi)有進(jìn)行樁身抗裂驗(yàn)算。有地下室時(shí),在按靜載試驗(yàn)確定單樁承載力時(shí),沒(méi)有扣除地下室深度范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力,由于基坑開(kāi)挖后暴露時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),試樁一般都在基坑開(kāi)挖前進(jìn)行,基坑開(kāi)挖后,地下室深度范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力己不再存在。
3.3樁間距過(guò)小
樁間距過(guò)小,不滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)樁的最小中心距的規(guī)定。特別是試樁、錨樁之間的間距,往往被設(shè)計(jì)人員忽視,直接影響試樁結(jié)果的正確性。
3.4樁身鋼筋籠長(zhǎng)度不足
對(duì)擠土灌注樁,樁身鋼筋籠長(zhǎng)度沒(méi)有穿越軟弱土層的層底深度,不滿(mǎn)足樁基規(guī)范((JGJ94-94)第4.1.1.2條“對(duì)于沉管灌注樁,配筋長(zhǎng)度不應(yīng)小于軟弱土層層底深度”的規(guī)定,這也是工程設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題。
4鋼混結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面存在的常見(jiàn)問(wèn)題
4.1板-柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
板-柱結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接非常薄弱,不利于抗震,1988年的墨西哥地震充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。過(guò)去由于抗震規(guī)范和高規(guī)均沒(méi)有對(duì)板-柱結(jié)構(gòu)作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)定,使設(shè)計(jì)人員在板-柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中帶有一定的隨意性和盲目性。
4.2異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
近年來(lái),在我省的住宅建設(shè)中,特別是高層或小高層住宅,有些采用了異形柱結(jié)構(gòu)。由于缺少相應(yīng)的設(shè)計(jì)依據(jù)和規(guī)定,目前在異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題很多,也比較突出,主要表現(xiàn)在異形柱結(jié)構(gòu)房屋的高度超高、體型不規(guī)則、結(jié)構(gòu)布置不合理、抗震構(gòu)造措施不當(dāng)?shù)确矫?。?yīng)當(dāng)說(shuō),目前國(guó)內(nèi)對(duì)異形柱的受剪承載力、節(jié)點(diǎn)承載力和結(jié)構(gòu)延性等方面的試驗(yàn)研究還不多,對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)抗震性能的認(rèn)識(shí)還不夠充分。在這種情況下,設(shè)計(jì)異形柱結(jié)構(gòu)時(shí),對(duì)房屋高度、結(jié)構(gòu)規(guī)則性及抗震措施等方面宜從嚴(yán)掌握。
4.3結(jié)構(gòu)縫設(shè)置不合理,縫寬度不足
對(duì)于超長(zhǎng)建筑物,為減少溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響,合理地設(shè)置伸縮縫是必要的。有些設(shè)計(jì)人員提出用后澆帶代替伸縮縫,筆者認(rèn)為此種做法并不一定妥當(dāng)。因?yàn)楹鬂矌H能減少混凝土材料干縮的影響,不能解決溫度變化的影響。后澆帶處的混凝土封閉后,若結(jié)構(gòu)再受溫度變化的影響,后澆帶就不能再起任何作用了。對(duì)于不能或不便設(shè)置溫度伸縮縫的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu),除留設(shè)施工后澆帶外,還應(yīng)采取其它構(gòu)造加強(qiáng)措施,如加強(qiáng)頂層屋面的保溫隔熱措施,對(duì)受溫度變化影響較大的部位適當(dāng)配置直徑較小、間距較密的溫度筋,或采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。地下室結(jié)構(gòu)宜盡量不設(shè)縫,而采取其它技術(shù)措施來(lái)解決差異沉降問(wèn)題,如采用樁基,使絕對(duì)沉降和差異沉降控制在允許范圍內(nèi),或在主裙樓之間留設(shè)施工后澆帶,待主樓封頂后再連成整體。地下室埋于土中,建成后受溫度變化的影響相對(duì)較小,因此對(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的地下室可采取留設(shè)后澆帶、采用補(bǔ)償收縮混凝土、局部提高配筋率等措施來(lái)解決混凝土干縮和溫度應(yīng)力的影響。
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湖南株洲某住宅小區(qū)由多棟多層和9~15層小高層住宅組成,框剪結(jié)構(gòu),總建筑面積為120000m2。以地上9層小高層為例,標(biāo)準(zhǔn)1層結(jié)構(gòu)單元見(jiàn)圖1,層高3m;9層上有個(gè)躍層為第10層,局部突出屋面部分為電梯機(jī)房。建筑總面積為4337.18m2,建筑總高為27.600m。本工程建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí),抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi),按6度設(shè)防,地面粗糙度為C類(lèi),場(chǎng)地土類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。
2結(jié)構(gòu)方案布置分析與選擇
原結(jié)構(gòu)方案采用一般的剪力墻結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)形式對(duì)于房屋高度不太大的小高層建筑來(lái)說(shuō),這種結(jié)構(gòu)會(huì)造成剛度過(guò)大,重量增加,導(dǎo)致地震反應(yīng)過(guò)強(qiáng),使得上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)造價(jià)提高。所以,為了有效提高經(jīng)濟(jì)指標(biāo),經(jīng)多方案論證,決定采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢截面高度為厚度5~8倍的剪力墻結(jié)構(gòu),和一般剪力墻相比,這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)在于:
1)墻肢較短,布置靈活,可調(diào)整性大,容易滿(mǎn)足建筑平面的要求。
2)減少了剪力墻而代之以輕質(zhì)砌體,結(jié)構(gòu)自重相應(yīng)減輕,從而減小結(jié)構(gòu)整體剛度,增大振動(dòng)周期,降低地震作用力。
3)墻肢高寬比較大,延性較好,對(duì)抗震有利。
4)連梁跨高比較大,以受彎破壞為主,地震作用下首先在弱連梁兩端出現(xiàn)塑性鉸,能起到很好的耗能作用。
5)墻肢的承載力得到了較充分的發(fā)揮。
目前,《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002已對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作出了規(guī)定。
在本住宅結(jié)構(gòu)平面布置中,盡量使結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度均勻?qū)ΨQ(chēng),短肢剪力墻雙向布置,盡量拉通、對(duì)直,豎向布置中,力求規(guī)劃均勻,避免有過(guò)大的外挑、內(nèi)收,以及樓層剛度沿豎向突變,使整個(gè)房屋的抗側(cè)剛度中心靠近水平荷載合力的作用線,以免房屋發(fā)生扭轉(zhuǎn)。
根據(jù)建筑的平面布置,在房間、樓梯間、電梯間的四角,采用Z形、L形、T形或異形的墻肢。在設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)注意同周期的關(guān)系,使結(jié)構(gòu)的第一自振周期避開(kāi)場(chǎng)地土的卓越周期,以免地基與結(jié)構(gòu)形成共振或類(lèi)共振,既保證結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震荷載作用下的變形控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi),又要保證建筑物有相對(duì)合理的自振周期,做到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理且實(shí)用。
本方案根據(jù)上述分析并經(jīng)過(guò)多次調(diào)試,得到了4種結(jié)構(gòu)方案,結(jié)構(gòu)平面布置見(jiàn)圖2。剪力墻截面厚度同相鄰砌體填充墻厚度均為100mm。剪力墻、梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C25。主要連梁的尺寸大都為200mm×400mm。標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚度為120mm,頂層樓板厚度為150mm,有別于肢長(zhǎng)肢厚比不大于4.0的異形柱,短肢剪力墻的肢長(zhǎng)肢厚比按規(guī)范要求控制在5~8范圍內(nèi),一般剪力墻的肢長(zhǎng)肢厚比均大于8。值得注意的是,對(duì)肢長(zhǎng)肢厚比為4~5范圍內(nèi)的墻肢,目前規(guī)范尚無(wú)明確條文規(guī)定其構(gòu)件類(lèi)型,故設(shè)計(jì)時(shí)建議不要采用。
由于原方案的剪力墻過(guò)多,使底部剪力過(guò)大,使結(jié)構(gòu)很不經(jīng)濟(jì),同時(shí)布置了少量鋼筋混凝土柱子,使結(jié)構(gòu)不是很合理。故方案1在一般剪力墻結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去掉了構(gòu)造柱并減少了少量的剪力墻(見(jiàn)圖2a)。
在方案1基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)臏p少一些剪力墻,從而使方案更經(jīng)濟(jì),在調(diào)試過(guò)程中由于F軸剪力墻較少,從而使電梯間X方向的剪力墻承受過(guò)大的剪力造成超筋,故把電梯間X方向的剪力墻開(kāi)洞口,使結(jié)構(gòu)X向的剛度減少。(見(jiàn)圖2b)
方案3是在方案2的基礎(chǔ)上改善了Y方向的剛度,使兩個(gè)方向的剛度相接近,使結(jié)構(gòu)更合理且均勻?qū)ΨQ(chēng)(見(jiàn)圖2c)。
在方案3的基礎(chǔ)上把Y向的一些T型剪力墻變成一字型,雖然在多層、高層住宅設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免一字型,但由于該結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況,所以采用了部分一字型(見(jiàn)圖2d)。
3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果分析
3.1計(jì)算結(jié)果分析
從構(gòu)件力學(xué)特性上來(lái)說(shuō),短肢剪力墻的肢長(zhǎng)與肢厚比≥5.0,更接近于剪力墻,故計(jì)算時(shí)將短肢剪力墻作為剪力墻而不是柱考慮應(yīng)更合理。因此,結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的SATWE程序(2003年版)進(jìn)行。SATWE采用的是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度的殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻墻元不僅具有平面內(nèi)剛度也具有平面外剛度,可以較好地模擬工程中剪力墻的真實(shí)受力狀態(tài),計(jì)算結(jié)果較精確;同時(shí),對(duì)樓板SATWE可以考慮其彈性變形。雖然主樓結(jié)構(gòu)平面較規(guī)則,立面也無(wú)剛度突變現(xiàn)象,但由于剛度較大的電梯井處筒體有點(diǎn)偏置,會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響,為了計(jì)算準(zhǔn)確,地震作用計(jì)算考慮了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)和5%偶然偏心的影響,取了27個(gè)振型計(jì)算。
1)自振周期的控制
考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的自振周期(計(jì)算時(shí)自振周期折減系數(shù)取0.8)如表1(只列了前6個(gè))所示。從表1可得,方案4結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T3=0.9959s,平動(dòng)為主的第一自振周期T1=1.1656s,T3/T1=0.854<0.9,滿(mǎn)足(JGJ3-2002)
第4.3.5條的規(guī)定。
2)結(jié)構(gòu)位移的控制
最大層間位移角(應(yīng)≤1/1000)、最大水平位移與層平均位移的比值(不宜大于1.2,不應(yīng)大于1.5)及最大層間位移與平均層間位移的比值(不宜大于1.2,不應(yīng)大于1.5)見(jiàn)表2。從中可以看出,結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下的位移均能很好地滿(mǎn)足規(guī)范限值。
3)剪重比控制
剪重比是反映結(jié)構(gòu)承受地震作用大小的指標(biāo)之一,地震力計(jì)算不能偏大,但也不能太小。因?yàn)槎讨袅Ρ旧淼挚沟卣鸬哪芰^差,如果短肢剪力墻分配的地震力太大,則很有可能不滿(mǎn)足要求。本工程X方向的最小剪重比為4.50%,Y方向的最小剪重比為4.62%,根據(jù)“抗震規(guī)范”(5.2.5)條要求的X、Y向樓層最小剪重比均為3.20%,所以各層均滿(mǎn)足要求。
4)軸壓比是體現(xiàn)墻肢抵抗重力荷載代表值作用下的能力,“規(guī)范”對(duì)短肢剪力墻(尤其一字墻肢)要求更高一些。上述工程出現(xiàn)的短肢剪力墻軸壓比在0.20~0.45之間,軸壓比小于規(guī)范規(guī)定值。
3.2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析
為了與工程實(shí)際情況相符,假設(shè)混凝土的成本與混凝土的體積成正比,鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價(jià)上,暫不考慮模板及樓板等工程的造價(jià)影響。材料的單方造價(jià)混凝土為430元/m3,鋼筋4200元/t。表4為方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)匯總,由表4知,方案4比一般剪力墻結(jié)構(gòu)在總造價(jià)上要節(jié)約17.8%,使材料得到了充分的發(fā)揮。
4結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)小高層住宅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu),在比普通剪力墻結(jié)構(gòu)方案節(jié)省投資17.8%的情況下,使結(jié)構(gòu)受力更合理,整體變形能力和結(jié)構(gòu)吸能能力對(duì)抗震更為有利。本工程剪力墻結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)是建筑平面外邊緣及角點(diǎn)處的墻肢,因而設(shè)計(jì)時(shí)在以上部位布置L型或一字型短肢墻,受條件所限也出現(xiàn)了少量一字型短肢墻,設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格控制其軸壓比<0.6,且相差不應(yīng)太懸殊,避免墻肢應(yīng)力差異過(guò)大。高層建筑中的連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件,對(duì)抗震不利。多、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中允許連梁的剛度有所下降。但應(yīng)注意短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,墻肢剛度相對(duì)較小,連接各墻肢的梁已類(lèi)似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應(yīng)在計(jì)算的總體中將連梁的剛度大幅下調(diào),使其設(shè)計(jì)內(nèi)力降低,應(yīng)按普通框架梁的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
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1建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的延性特點(diǎn)
在建筑物使用的過(guò)程中,由于受到地震、風(fēng)力以及沉降等因素的影響,建筑會(huì)發(fā)生一定的變形,尤其是一些高層建筑。為了避免高層建筑由于變形而發(fā)生損壞甚至倒塌現(xiàn)象,我們?cè)趯?duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,需要采取一些措施使建筑物具有一定的結(jié)構(gòu)延性,從而確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性。
1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平荷載問(wèn)題一般來(lái)說(shuō),在對(duì)一些低矮的建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們主要考慮的是豎向的荷載因素,而在一些高層建筑中,雖然豎向的荷載控制非常重要,但是,水平荷載則起著主要的決定性作用。鑒于此,在對(duì)一些高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們不僅要考慮豎向的荷載控制,更要注重水平荷載的影響,通過(guò)提高建筑結(jié)構(gòu)水平荷載能力,進(jìn)而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。
1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震特點(diǎn)近年來(lái),由于受到多種因素的影響,地震動(dòng)發(fā)生頻率增多,對(duì)建筑造成了嚴(yán)重傷害。因此,現(xiàn)代建筑對(duì)抗震性能的要求也比較高。在這種形勢(shì)背景下,為了順應(yīng)時(shí)展潮流和滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)發(fā)展需要,我們?cè)趯?duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,還要考慮抗震要求,使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量達(dá)到小震不壞和大震不倒的標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,從而減少地震等自然災(zāi)害對(duì)建筑的毀壞。
1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的側(cè)移變形問(wèn)題目前,為了節(jié)約有限的土地資源,高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑發(fā)展的一種趨勢(shì)。高層建筑的水平荷載比較大,并隨著建筑高度的增加而增加,在一些因素的作用下,高層建筑就會(huì)發(fā)生一定的變形,使建筑的安全性大大降低。因此,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們要提高建筑的強(qiáng)度,使它具有良好的強(qiáng)度和剛度,有效控制側(cè)移變形的發(fā)生。
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
2.1選用合理的基礎(chǔ)方案基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的組成部分,在對(duì)建筑進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們需要綜合考慮周?chē)牡刭|(zhì)條件、施工條件以及分析建筑結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和荷載的分布等??傊覀円獜慕ㄖ?shí)際情況出發(fā),依據(jù)相關(guān)要求,選用合理的基礎(chǔ)方案。
2.2選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),它是建筑結(jié)構(gòu)的一種簡(jiǎn)化形式,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全性具有重要影響。因此,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們要選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖,提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性,避免由于計(jì)算簡(jiǎn)圖問(wèn)題引發(fā)各種安全事故。
2.3選用科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案是提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的重要保證。因此,在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們要選用一個(gè)經(jīng)濟(jì)性的方案,確保建筑結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的可行性。比如,在建筑結(jié)構(gòu)體系方面,同一結(jié)構(gòu)單元最好采用相同的結(jié)構(gòu)體系,并且達(dá)到受力明確,傳力簡(jiǎn)潔的要求。簡(jiǎn)而言之,在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們要綜合考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、選材以及設(shè)計(jì)要求等因素,從而選用一個(gè)更加科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案。
2.4采取一定的構(gòu)造措施為了提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性,保證建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性,在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們還要采取一定的構(gòu)造措施。比如,我們要注意鋼筋瞄固的長(zhǎng)度,要關(guān)注構(gòu)件的延性,要考慮溫度的應(yīng)力作用等。通過(guò)這些構(gòu)造措施的應(yīng)用,可以在很大程度上保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性
安全性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問(wèn)題。為了保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性,在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們需要關(guān)注以下幾個(gè)問(wèn)題。第一,建筑設(shè)計(jì)中超高問(wèn)題的處理。正如上文所述,在土地資源緊缺狀況下,現(xiàn)代建筑向著高層的方向發(fā)展。但是,為了保證高層建筑的安全性,在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們要對(duì)建筑的高度進(jìn)行嚴(yán)格控制,避免由于樓層過(guò)高影響建筑的質(zhì)量和抗震性能等。第二,建筑中短肢剪力墻的問(wèn)題。在建筑施工中,為了保證建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力,我們需要設(shè)置一定的剪力墻,而那些墻肢截面高厚比例是5—8的剪力墻,我們稱(chēng)之為短肢剪力墻。短肢體剪力墻在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)受到很多限制,因此,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,如果條件允許,我們盡量少用甚至不用短肢剪力墻,避免給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增添一些不必要的麻煩。第三,建筑中嵌固端的問(wèn)題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,嵌固端位置的選擇也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),大多數(shù)高層建筑都會(huì)有地下室,在對(duì)嵌固端進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,我們可以把它設(shè)置在地下室的頂板位置,不僅有利于建筑結(jié)構(gòu)的后期設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行,而且也更加安全,減少了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全隱患。第四,建筑中的規(guī)則性問(wèn)題。隨著建筑業(yè)的發(fā)展,我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則方面發(fā)生了很大的變化。比如,建筑設(shè)計(jì)中平面規(guī)則性的信息變化、建筑結(jié)構(gòu)中嵌固端中上下層的剛度比的信息變化等。在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,設(shè)計(jì)工作人員要關(guān)注這些結(jié)構(gòu)規(guī)則信息變化,并遵循新的規(guī)范,避免在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后期由于修改而增添麻煩。
4結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞:房屋建筑;結(jié)構(gòu)分析;抗震設(shè)計(jì)
一、抗震設(shè)計(jì)的重要性
從我們現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)講,城市人口越來(lái)越密集,房屋建筑也越來(lái)越多,若突然發(fā)生大的地震災(zāi)難就會(huì)造成難以估量的損失。房屋建筑根本性質(zhì)就是為了給人們提供一個(gè)安全舒適的住宿,為人們的一個(gè)防護(hù)所,避免人們經(jīng)受風(fēng)吹日曬以及其他極端天氣。地震則是我們目前所知的自然災(zāi)害中最嚴(yán)重的一個(gè)災(zāi)害,它所給人們?cè)斐蓸O大的影響,地震不僅是簡(jiǎn)單的震動(dòng),也會(huì)引起一系列海嘯、泥石流等自然災(zāi)害,其破壞性不可小覷。由此可見(jiàn),當(dāng)一個(gè)破壞性極大的災(zāi)難發(fā)生在人們最需要安全的避難所時(shí),我們就不得不重視對(duì)于這一災(zāi)難的防護(hù)。再加上我們目前生活水平的提高,我們目前對(duì)于房屋建筑的要求應(yīng)該是更為舒適,使用壽命更強(qiáng),這就進(jìn)一步要求我們對(duì)于房屋建筑的整體抗震性有更加完善的技術(shù)從而更好地保證我們生活的舒適性。
二、房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)定
在我國(guó),房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)一般分為特殊設(shè)防類(lèi)、重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)、適度設(shè)防類(lèi)等四個(gè)類(lèi)別,簡(jiǎn)稱(chēng)甲、乙、丙、丁。在甲乙類(lèi)建筑體系設(shè)計(jì)中應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求加強(qiáng)其抗震措施,9度時(shí)應(yīng)按比9度更高要求采取抗震措施。而丙類(lèi)建筑應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防確定其抗震措施。在丁類(lèi)建筑中地震作用應(yīng)按本地抗震設(shè)防烈度確定,但抗震措施(6度除外)允許比本地抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低。在多層和高層現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的結(jié)構(gòu)類(lèi)型中,當(dāng)平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造于Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時(shí),適用最大高度應(yīng)適當(dāng)減少。在鋼筋混凝土房屋抗震等級(jí)的要求中,它的抗震設(shè)計(jì)一般要滿(mǎn)足,如果是框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%的話,那么它的框架抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)來(lái)定。另外當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí),地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同,地下一層一下抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可逐層降低一級(jí),但不應(yīng)低于四級(jí)。地下室中無(wú)上部結(jié)構(gòu)的部分,抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或者四級(jí)。對(duì)于那些筒體房屋結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)要求來(lái)說(shuō),筒體部分與框架部分樓板一般采用梁板體系。在施工程序及連接構(gòu)造上我們采取減小結(jié)構(gòu)豎向溫度變形及軸向壓縮對(duì)加強(qiáng)層影響措施來(lái)解決。當(dāng)?shù)陀?度采用加強(qiáng)層時(shí),加強(qiáng)層的大梁或桁架與周邊框架柱的連接宜采用鉸接或半剛性連接。需要注意的是如果是9度的情況出現(xiàn)時(shí)就不要采用加強(qiáng)層了。
三、抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用
抗震的設(shè)計(jì)在整個(gè)建筑中可以說(shuō)是十分關(guān)鍵的一環(huán),我們可以從一下幾個(gè)方面進(jìn)行理解,從而體會(huì)抗震設(shè)計(jì)時(shí)如何在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行運(yùn)用,進(jìn)而理解抗震設(shè)計(jì)在房屋建筑中的重要性。(1)提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震力??拐鹪O(shè)計(jì),顧名思義,就是保障房屋建筑能夠在地震時(shí)將其破壞程度保障到最小范圍。所以在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)師,首先就要保障有一個(gè)穩(wěn)固的地基。地基是整個(gè)建筑的基礎(chǔ),其抗震性能也就在一定程度上決定著整個(gè)建筑的抗震能力。其次,房屋的整體結(jié)構(gòu)上要建造抗震能力強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。比如我們知道的一些幾何圖形具有穩(wěn)定的效能,我們就可以將其運(yùn)用在房屋的結(jié)構(gòu)當(dāng)中。規(guī)則、對(duì)稱(chēng)的建筑結(jié)構(gòu)也能有利于保障房屋的穩(wěn)定性,從而減少地震對(duì)于房屋建筑變形的影響。在房屋建筑中的一些小細(xì)節(jié)上注意到對(duì)于抗震的作用。(2)我們完善了房屋的抗震設(shè)計(jì)之后,可以再?gòu)牡卣鹨环矫鎭?lái)思考如何降低地震作用對(duì)房屋建筑的影響。我們目前所采取的辦法就是在建筑物的基礎(chǔ)與主體之間加一個(gè)隔震層,也有人提出在建筑物的頂端部分設(shè)立一個(gè)“反擺”。這樣的設(shè)計(jì)首先能夠有效避免發(fā)生地震時(shí)建筑物之間互相碰撞,并且能夠有效緩解在地震來(lái)臨時(shí)房屋的震動(dòng)幅度,從而保障房屋內(nèi)部物品的安全。這樣的設(shè)想我們目前已經(jīng)有所應(yīng)用,在一些實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)中我們也發(fā)現(xiàn)了這一方法的可行性。(3)保證建筑的剛度,建筑結(jié)構(gòu)上的防護(hù)以及外部的防護(hù)之后,還有保障房屋建筑自身的堅(jiān)硬程度。首先,就需要考慮到在進(jìn)行建筑時(shí),使用鋼筋混凝土材料,保障房屋的穩(wěn)固。其次,就是在我們已有的建筑結(jié)構(gòu)上對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行進(jìn)一步的加固。這一方面我們目前已經(jīng)有相關(guān)的規(guī)定,明確告訴我們?nèi)绾螌?duì)于不同建筑類(lèi)型進(jìn)行不同的外層加固。目前,我們也仍需對(duì)于房屋建筑的使用材料進(jìn)行進(jìn)一步的探究,努力尋找優(yōu)化建筑材料的辦法,能夠幫我們?cè)诮ㄔ旆课輹r(shí)一方面減少不必要的材料浪費(fèi),另一方面就是將優(yōu)質(zhì)的材料的性能充分地體現(xiàn)在房屋建筑整體的抗震性能上。
四、房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)措施
1.房屋建筑位置的選擇,房屋建筑位置的選擇在一定意義上來(lái)說(shuō)決定著房屋質(zhì)量的好壞,一般地地震可以導(dǎo)致房屋建筑周?chē)乇碜兓?,這樣就會(huì)造成地基的開(kāi)裂,導(dǎo)致房屋出現(xiàn)問(wèn)題。因此在地理位置的選擇上,設(shè)計(jì)人員要對(duì)房屋建筑進(jìn)行合理化選擇:如選擇開(kāi)闊的堅(jiān)硬場(chǎng)地,考慮場(chǎng)地土的剛度大小和場(chǎng)地覆蓋層的厚度等。2.房屋建筑材料的選擇,抗震性房屋建筑材料要選擇那些質(zhì)量?jī)?yōu)等的材料。要綜合考慮保暖、防火等多種因素的存在,比如良好的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)及輕型復(fù)合材料等建筑材料作為主體材料。3.選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)體系要滿(mǎn)足穩(wěn)定性,要與建筑結(jié)構(gòu)相配套。此外要注意建筑物傳力途徑的明確性,以及受力計(jì)算的明確性,保障在建筑體系中不使用轉(zhuǎn)換層,這樣就會(huì)保障有地震發(fā)生時(shí)候避免建筑傾斜或局部受損等現(xiàn)象的發(fā)生。4.做好底層框架抗震墻設(shè)計(jì),鑒于我國(guó)的地震災(zāi)害多數(shù)發(fā)生在底層,一般突出表現(xiàn)為“上輕下重”的這樣一個(gè)現(xiàn)象,所以在設(shè)計(jì)時(shí)候要突出底層的墻體比框架柱重,框架柱又要比梁重。這樣的設(shè)計(jì)就會(huì)在發(fā)生地震時(shí)底層破壞的程度比房屋的底層輕得多。5.鋼筋混凝土框架抗震內(nèi)力設(shè)計(jì)。我們盡可能做到在地震作用下的框架呈現(xiàn)梁鉸型延性機(jī)構(gòu),為減少梁端塑性鉸區(qū)發(fā)生脆性剪切破壞的可能性,對(duì)梁端的剪力適當(dāng)調(diào)整,使斜截面受剪承載力高于正截面受彎承載力,做到“強(qiáng)剪弱彎”。在實(shí)際運(yùn)用中如不采取這個(gè)措施,柱端很可能比梁端先出現(xiàn)塑性鉸。因此適當(dāng)調(diào)整柱計(jì)算內(nèi)力并增大配筋,使塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端,抗震性能較好。
五、結(jié)語(yǔ)
地震是人類(lèi)生活面臨的重要的自然災(zāi)害,危及著人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。在我國(guó),目前人們對(duì)于房屋建筑無(wú)論是安全性還是舒適性的要求越來(lái)越高,房屋建筑行業(yè)不斷改善自己的設(shè)計(jì)和技術(shù),不斷為人們提供更好更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須充分考慮抗震設(shè)計(jì),并有采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?,盡最大可能確保房屋質(zhì)量,才能減少地震的危害。我們要進(jìn)行不斷地探索,對(duì)于抗災(zāi)設(shè)計(jì)有所重視,不斷改善我們的技術(shù),建造更優(yōu)質(zhì)的建筑。
作者:王甲輝 單位:吉林供電公司
近年來(lái),國(guó)家加大了對(duì)建筑行業(yè)的宏觀調(diào)控力度,明確規(guī)范了高層建筑物的安全使用要求,對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了更多的限制,主要體現(xiàn)在對(duì)高層建筑工程項(xiàng)目中可能存在的安全隱患的防控。例如:嚴(yán)格要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的下層和上層感度比必須控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。國(guó)家不斷出臺(tái)了新的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)則,并明確指出在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,不能使用不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中,必須嚴(yán)格按照新規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),避免為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)埋下安全隱患。
2抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題
抗震設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定了抗震設(shè)計(jì)目標(biāo),并針對(duì)不同地區(qū)、不同重要性的建筑對(duì)抗震設(shè)防進(jìn)行了合理分類(lèi)。因此,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須要使結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足延性要求。同時(shí),在抗震設(shè)防中應(yīng)當(dāng)遵循多道設(shè)防原則。當(dāng)?shù)谝坏婪谰€的抗側(cè)力構(gòu)件在遭遇地震被破壞后,要能夠有第二道,甚至是第三道防線立即接替,使建筑物不至于倒塌。當(dāng)高層建筑物在遭受地震后,重力荷載是導(dǎo)致建筑倒塌的直接原因。因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須優(yōu)先選擇輕質(zhì)高強(qiáng)的原材料。在滿(mǎn)足強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)變形要求的前提下,綜合考慮經(jīng)濟(jì)性因素,盡可能選用質(zhì)量較輕的材料。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要能夠與時(shí)俱進(jìn),積極應(yīng)用成熟、可靠的現(xiàn)代化技術(shù)和新產(chǎn)品,不斷提高自身設(shè)計(jì)水平,為建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程貢獻(xiàn)自己的一份力量,為企業(yè)爭(zhēng)取良好的經(jīng)濟(jì)利益。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,利用結(jié)構(gòu)自身的抗震性能來(lái)抵抗地震作用,是一種較為被動(dòng)消極的抗震政策,建筑結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞,造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失將會(huì)不可估量。因此,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須通過(guò)為結(jié)構(gòu)施加控制裝置,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)減震控制。在地震來(lái)臨時(shí),控制裝置和結(jié)構(gòu)自身共同承受地震作用,通過(guò)二者的協(xié)調(diào)作用,能夠有效減輕地震反應(yīng)?;A(chǔ)隔離是結(jié)構(gòu)減震控制的一種很好的方法,通過(guò)安裝隔震裝置系統(tǒng)形成隔震層,能夠有效延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期,使結(jié)構(gòu)本身處于延性工作狀態(tài),有效吸收地震能量,減小結(jié)構(gòu)主體的地震反應(yīng),避免房屋破壞甚至倒塌。
3建筑超高問(wèn)題
建筑開(kāi)發(fā)公司為了為自身謀取更多的利益,通過(guò)提高建筑高度來(lái)提高土地的利用率,雖然在很大程度上降低了工程建設(shè)項(xiàng)目成本,但也給高層建筑結(jié)構(gòu)造成了超高問(wèn)題,并存在很多私自在建筑物上增高的違反操作現(xiàn)象。我國(guó)部分城市處于地震高發(fā)區(qū),在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)師要充分根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)地貌情況,考慮當(dāng)?shù)氐卣鸢l(fā)生的趨勢(shì)。建筑的超高問(wèn)題嚴(yán)重影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果,為建筑結(jié)構(gòu)的安全使用埋下了隱患。近年來(lái),國(guó)家逐步提高了對(duì)建筑物超高問(wèn)題的重視程度,要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后必須經(jīng)過(guò)層層審批,通過(guò)后方可開(kāi)工。這樣,在很大程度上避免了開(kāi)工一段時(shí)間后又發(fā)現(xiàn)超高問(wèn)題,有助于確保工程進(jìn)度。同時(shí),高層建筑施工是一次性的工程,中途返工會(huì)造成高額經(jīng)濟(jì)損失,加強(qiáng)審批,有助于避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失,防患于未然。目前,我國(guó)對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)高度有了更加詳細(xì)的劃分,建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)之前明確自己的結(jié)構(gòu)高度分類(lèi),并嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì),提高高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。
4嵌固端設(shè)置問(wèn)題
目前,大多數(shù)高層建筑物設(shè)有兩層或兩層以上的人防或者地下室。高層建筑物的人防及地下室的頂板上都要設(shè)置嵌固端。此時(shí),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就要考慮嵌固端設(shè)置可能造成的問(wèn)題。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),要考慮嵌固端設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)算參數(shù)的影響,全面考慮其可能造成影響的多種可能,有效協(xié)調(diào)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震縫的寬度及縫隙與嵌固端的位置,并將嵌固端的上層和下層對(duì)應(yīng)的感度比值控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。此外,在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要為嵌固端樓板設(shè)計(jì)合理的位置。在進(jìn)行嵌固端的設(shè)計(jì)時(shí),要綜合考慮各方面因素,選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案,盡可能避免其在高層建筑結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中出現(xiàn)安全問(wèn)題。這樣,在確保結(jié)構(gòu)安全的前提條件下,有助于促進(jìn)建筑工程項(xiàng)目的順利完工。
5結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);若干問(wèn)題;思考
中圖分類(lèi)號(hào):TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,城市中的高層建筑逐漸增多,建筑的安全性和穩(wěn)定性受到人們的關(guān)注,設(shè)計(jì)者需要加強(qiáng)對(duì)建筑的抗震性設(shè)計(jì),減少建筑在地震災(zāi)害中的破壞,提高建筑的抗震能力。建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是專(zhuān)業(yè)性技術(shù)性極強(qiáng)的工作,設(shè)計(jì)者需要加強(qiáng)抗震場(chǎng)地的選擇,提高建筑的整體性和剛度,合理的計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的參數(shù),整體上提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。
建筑結(jié)構(gòu)抗震的基本要求
1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件要具備相關(guān)性能。建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是建筑的重要組成部分,構(gòu)件要具備必要的穩(wěn)定性、承載力、延性和剛度,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)該遵循強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎和更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的設(shè)計(jì)原則,結(jié)構(gòu)的薄弱部位應(yīng)該進(jìn)行重點(diǎn)的設(shè)計(jì),已經(jīng)承載了豎向荷載的構(gòu)件不宜作為主要的耗能構(gòu)件,結(jié)構(gòu)的構(gòu)件要滿(mǎn)足建筑抗震性的要求。
2、抗震防線的設(shè)置。建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分,設(shè)計(jì)者需要按照建筑設(shè)計(jì)的要求來(lái)設(shè)置抗震防線,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的協(xié)同作業(yè)。建筑多道抗震防線設(shè)置的目的是減少地震對(duì)建筑的損壞,實(shí)現(xiàn)建筑的內(nèi)部和外部贅余度設(shè)計(jì),建立建筑的屈服區(qū),提高構(gòu)件的適當(dāng)剛度和延性,處理好建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部的強(qiáng)弱關(guān)系。建筑抗震防線的設(shè)計(jì)要避免部分設(shè)計(jì)過(guò)強(qiáng)和部分設(shè)計(jì)過(guò)弱的問(wèn)題,避免建筑的不合理設(shè)計(jì),提高建筑的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。
3、加強(qiáng)薄弱部位的抗震性設(shè)計(jì)。建筑抗震性的設(shè)計(jì)需要從整體的角度進(jìn)行,薄弱部位的結(jié)構(gòu)部件要加強(qiáng)設(shè)計(jì),提高構(gòu)件的實(shí)際承載力。設(shè)計(jì)者要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算的彈力值和實(shí)際受力值之間的均勻變化,防止變形力的集中,實(shí)現(xiàn)建筑部件之間承載力和剛度的協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)者要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中有目的加強(qiáng)薄弱部位的抗震設(shè)計(jì),對(duì)建筑的變形能力進(jìn)行控制,提高建筑的總體抗震能力。
二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
1、抗震場(chǎng)地的選擇。施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況直接影響著建筑的穩(wěn)定性,建筑結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)需要加強(qiáng)對(duì)地基的勘察和檢驗(yàn),在地基穩(wěn)定性不足的情況下要對(duì)樁基進(jìn)行施工,加強(qiáng)地基的穩(wěn)定性,減輕地震災(zāi)害對(duì)建筑的影響。設(shè)計(jì)者需要選擇有利的建筑抗震場(chǎng)地,在加強(qiáng)建筑本身穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上減小地基等外部因素對(duì)建筑穩(wěn)定性的影響。在施工場(chǎng)地?zé)o法滿(mǎn)足有利抗震要求的情況下,設(shè)計(jì)人員和施工人員可以首先加強(qiáng)地基的穩(wěn)定性,采取地基液化的方式來(lái)消除地基的缺陷,提高建筑上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2、建筑結(jié)構(gòu)的選型和布置要求?,F(xiàn)在城市中的高層建筑逐漸增多,建筑的形式逐漸多樣化,設(shè)計(jì)者需要在加強(qiáng)形態(tài)設(shè)計(jì)的同時(shí)提高建筑的穩(wěn)定性。一般而言,建筑的抗震性要求建筑結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)該簡(jiǎn)單,建筑的凹角是不可避免的,房屋突出部分的長(zhǎng)度應(yīng)和寬度保持一定的比例,房屋立面的局部收進(jìn)尺寸應(yīng)該嚴(yán)格按照建筑設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)平面長(zhǎng)度不應(yīng)該過(guò)大。此外,設(shè)計(jì)者還要實(shí)現(xiàn)建筑平立面質(zhì)量和剛度分布的均勻和對(duì)稱(chēng),減小建筑的剛度偏心,對(duì)建筑薄弱部位的構(gòu)件要進(jìn)行充分的計(jì)算和設(shè)計(jì),避免構(gòu)件的變形,實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。設(shè)計(jì)者可以對(duì)地震縫進(jìn)行利用,將建筑的結(jié)構(gòu)分成具有規(guī)則和簡(jiǎn)單的小單元。
3、建筑的整體性和剛度設(shè)計(jì)。城市中的高層建筑都是具有空間剛度的由樓蓋和承重構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系,建筑的抗震性主要是由建筑的穩(wěn)定性和空間的剛度來(lái)決定的,剛性樓蓋實(shí)現(xiàn)了地震作用的分配。近年來(lái),鋼筋混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中得到了重要的應(yīng)用,現(xiàn)場(chǎng)澆筑的鋼筋混凝土具有水平剛度大和整體性好的優(yōu)點(diǎn),可以有效的避免散落和滑移問(wèn)題,增加建筑整體性,是比較理想的建筑抗震構(gòu)件。鋼筋混凝土樓板還可以控制建筑的層間變形,實(shí)現(xiàn)荷載的有效傳遞,減輕樓板和墻體之間的約束力。因此,設(shè)計(jì)者需要對(duì)現(xiàn)行的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,通過(guò)增設(shè)構(gòu)造柱和配置鋼筋的方法來(lái)加強(qiáng)建筑的整體性,提高建筑的空間強(qiáng)度,整體上提升建筑的抗震性能。
4、建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算。建筑抗震性設(shè)計(jì)中包括了房屋構(gòu)件的變形計(jì)算和墻梁柱板的承載力計(jì)算,設(shè)計(jì)者在計(jì)算之前需要根據(jù)建筑的實(shí)際要求和建筑設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)建立有效的計(jì)算模型,根據(jù)模型來(lái)簡(jiǎn)化建筑構(gòu)件的計(jì)算和處理。設(shè)計(jì)者可以將有關(guān)的數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中,對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的變形和內(nèi)力進(jìn)行系統(tǒng)的分析和計(jì)算,設(shè)計(jì)者要對(duì)結(jié)構(gòu)的位移、自振周期、層間剛度比、扭轉(zhuǎn)系數(shù)以及剪重比進(jìn)行計(jì)算,對(duì)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行考慮。建筑抗震性設(shè)計(jì)是專(zhuān)業(yè)性技術(shù)性極強(qiáng)的工作,構(gòu)件的計(jì)算和分析工作很難一次完成,設(shè)計(jì)者要在設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)模型的指導(dǎo)下對(duì)試算的結(jié)果進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整,提高建筑防震性設(shè)計(jì)的合理性。
5、建筑結(jié)構(gòu)的延性抗震設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)延性是建筑抵御地震災(zāi)害的關(guān)鍵,結(jié)構(gòu)的延性抗震設(shè)計(jì)是建筑抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分。設(shè)計(jì)者要按照強(qiáng)柱弱梁的原則進(jìn)行設(shè)計(jì),將柱截面的彎矩進(jìn)行增大設(shè)計(jì),對(duì)控制截面的整體承載力進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。構(gòu)件抗剪能力是建筑抗震性的重要組成部分,設(shè)計(jì)者要人為的增大構(gòu)件抗剪能力,通過(guò)增大剪力墻端、梁柱節(jié)點(diǎn)、柱端和梁端的系數(shù)來(lái)提高建筑的剪力值,提高驗(yàn)算和設(shè)計(jì)的精確度,減小建筑在地震中的剪切破壞。此外,設(shè)計(jì)者還要提高建筑的塑性耗能能力和建筑的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力,對(duì)可能出現(xiàn)塑性鉸的部位進(jìn)行重點(diǎn)的設(shè)計(jì),加密箍筋,對(duì)軸壓比進(jìn)行有效的限制,提高建筑整體穩(wěn)定性。
三、我國(guó)建筑抗震性設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
建筑抗震性要求是建筑穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵,設(shè)計(jì)者要按照設(shè)計(jì)規(guī)范和建筑抗震要求來(lái)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的控制,整體上提升建筑抗震性的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在建筑抗震性設(shè)計(jì)的過(guò)程中也存在建筑高度、建筑結(jié)構(gòu)體系、材料選用以及軸壓比等問(wèn)題,設(shè)計(jì)者需要采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防。首先,建筑高度需要符合城市發(fā)展的需要,要和施工技術(shù)和城市發(fā)展水平相適應(yīng)。其次,設(shè)計(jì)者要進(jìn)行轉(zhuǎn)換層和加強(qiáng)層的設(shè)計(jì),提高柱結(jié)構(gòu)的抗剪力程度,盡量選用混凝土結(jié)構(gòu)。再次,短柱和軸壓比問(wèn)題會(huì)大大削弱結(jié)構(gòu)的延性和塑性變形能力,設(shè)計(jì)者要加強(qiáng)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì),對(duì)柱的剪跨比和軸壓比進(jìn)行確定,避免短柱問(wèn)題的發(fā)生,按照建筑的施工要求進(jìn)行軸壓比限值的調(diào)整。此外,設(shè)計(jì)者還要提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度系數(shù),對(duì)抗震設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行重新的審視,提高建筑的抗震設(shè)防烈度,采用彈性設(shè)計(jì)來(lái)提高建筑的安全性,減輕地震對(duì)建筑安全性和穩(wěn)定性的破壞。
結(jié)語(yǔ):
隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和城市建設(shè)進(jìn)程的加快,城市中的高層建筑甚至是超高層建筑逐漸增多,建筑的抗震性設(shè)計(jì)逐漸受到人們的關(guān)注。建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)是專(zhuān)業(yè)性技術(shù)性極強(qiáng)的工作,設(shè)計(jì)者需要加強(qiáng)對(duì)建筑場(chǎng)地的選擇,對(duì)建筑構(gòu)件和整體的彈性和塑性進(jìn)行設(shè)計(jì),利用計(jì)算機(jī)來(lái)提高各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性,整體上提升建筑的穩(wěn)定性設(shè)計(jì),減輕建筑在地震災(zāi)害中的損失。
參考文獻(xiàn):
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