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1.1鋼結(jié)構(gòu)住宅的定義
鋼結(jié)構(gòu)建筑體系的主體結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在一般分為鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、交錯桁架結(jié)構(gòu)體系和輕鋼結(jié)構(gòu)住宅體系。
1.2鋼結(jié)構(gòu)住宅的主要特點(diǎn)
一般情況下,在梁高相同的條件下,鋼結(jié)構(gòu)的開間要比混凝土結(jié)構(gòu)的開間大50%左右,所以鋼結(jié)構(gòu)體系的建筑布置可以更加靈活,為住宅空間的搭配提供了很大的自由度。這種大自由度與高建材強(qiáng)度的結(jié)合基本就是鋼結(jié)構(gòu)住宅的最大優(yōu)勢。通過該比較可以看出,雖然鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用中造價成本較高,但是造價比和建筑重量等因素都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出單純的混凝土結(jié)構(gòu)。在經(jīng)過詳細(xì)的論證之后,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用被通過,以下是該小區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)住宅的最終設(shè)計(jì)方案。
1.3鋼結(jié)構(gòu)住宅在河北省具體可行性
目前,河北省的建筑行業(yè)發(fā)展還比較粗放,要達(dá)到節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的要求,就必須進(jìn)行住宅的統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)化,鋼結(jié)構(gòu)住宅所需鋼材一般都是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),符合建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)集群和保護(hù)環(huán)境節(jié)能減排的要求,能成為住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的有力推動技術(shù)。鋼結(jié)構(gòu)住宅的另一個優(yōu)勢是施工工期較短和施工所需人員少,有效地節(jié)約了勞動成本和勞動力,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型做出了較大貢獻(xiàn)。
2鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中遇到的具體問題以及解決策略
2.1鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)規(guī)范
根據(jù)2001年原國家建設(shè)部印發(fā)的《鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》,鋼結(jié)構(gòu)住宅在初期設(shè)計(jì)的過程中,應(yīng)該遵守以下規(guī)范。1)總體設(shè)計(jì)方面:鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑應(yīng)該滿足標(biāo)準(zhǔn)化、定型化、多樣化和通用化的原則,在鋼結(jié)構(gòu)住宅的各部分設(shè)計(jì)中應(yīng)該嚴(yán)格做到模數(shù)協(xié)調(diào),在總體設(shè)計(jì)方面追求鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑、結(jié)構(gòu)、水電暖氣綜合設(shè)計(jì)的原則。2)平面設(shè)計(jì)方面:應(yīng)該充分體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系列化原則,充分適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用,要做到標(biāo)準(zhǔn)化與多樣化組合的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)多樣模塊化以應(yīng)對多種建筑情況,考慮梁、柱、樓板等實(shí)際情況進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的模塊化設(shè)計(jì),充分適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)住宅個性化、多樣化和可操作性的需要。3)豎向設(shè)計(jì)方面:樓板構(gòu)造的選型應(yīng)該充分考慮到受力、隔音和管線布置等要素來合理確定層高,在管線鋪設(shè)方面應(yīng)該盡量使用空閑的空間來集中鋪設(shè)管線,易于管線的維修管理等。4)圍護(hù)結(jié)構(gòu)方面:圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)該對抗震性能和連結(jié)性有較高的要求,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻體應(yīng)該采用輕質(zhì)且高強(qiáng)的墻體,確保隔熱、保溫、隔音、防水、防火和防裂等各方面的綜合性能,對墻面涂料也要有較高的要求。
2.2鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
一般情況下,鉸接點(diǎn)的形式較為簡易,施工也較為方便,但是它會使梁跨中彎矩加大,從而增加建筑的鋼材用量,剛性節(jié)點(diǎn)形式復(fù)雜,但是對鋼材的利用有所節(jié)約,與之相比,半剛性節(jié)點(diǎn)由于其復(fù)雜的受力特性,應(yīng)用較為罕見。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)查,在選用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行住宅建筑的企業(yè)中,半剛性節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用率僅為10%,說明它的技術(shù)還需要進(jìn)一步提升。
2.3鋼結(jié)構(gòu)建筑墻體材料的選用
鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是輕便、靈活,所以在墻體材料的選擇方面,要符合其特點(diǎn),不適合采用黏土磚等質(zhì)量較大的材料,而應(yīng)該采用空心混凝土砌塊、加氣混凝土和壓型鋼板與輕質(zhì)保溫材料組成的符合墻體或者CS板、OSB板等。這些輕質(zhì)材料的防水和放滲透能力都比較好,保溫效果也很好,施工較為簡便,作為建筑墻體的強(qiáng)度也足夠。在墻體設(shè)計(jì)的過程中,要注重對連接件的詳細(xì)參數(shù)有所規(guī)定,以減少施工的復(fù)雜程度,從另一個方面來說,詳細(xì)的參數(shù)也有利于提高設(shè)計(jì)的精確性。
2.4鋼結(jié)構(gòu)建筑中的廚衛(wèi)設(shè)計(jì)
廚衛(wèi)設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有很重要的地位,其重要的原因是因?yàn)閺N衛(wèi)設(shè)計(jì)比較考研鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的鋼材防腐蝕和防水能力,鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)防水比較實(shí)用,框架結(jié)構(gòu)體系要把衛(wèi)生間和廚房放到核心筒內(nèi),其他的結(jié)構(gòu)體系則需要根據(jù)工程的實(shí)際情況來決定。
2.5鋼材的防火問題
鋼結(jié)構(gòu)雖然有著各種優(yōu)點(diǎn),但作為一種常見的金屬,它必須要考慮防火、防水和防腐蝕的問題,鋼材的耐腐蝕性、耐熱性都比較差,一旦被熱源、腐蝕源或者水源靠近太長時間,就極易產(chǎn)生問題,對鋼材的承載能力產(chǎn)生一定的損傷。以一般的建筑用鋼材(Q235或a345)為例,在全負(fù)荷的狀態(tài)下,失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的溫度極值大約500℃,在300℃以上時就會產(chǎn)生一定危險,如果在發(fā)生火災(zāi)的情況下,火場溫度大約800℃以上,鋼材結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到防火要求。鋼材防火措施中較為常用的是防火涂料或者在外面包裹混凝土等,而事實(shí)上這就喪失了鋼結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢。合適的鋼結(jié)構(gòu)住宅的防火措施可以分為主動防火措施和被動防火措施,主動防火措施一般有防火探測和警報系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)(氣體、液體、泡沫滅火)、防火隔離區(qū)等,而被動防火措施則主要利用各種技術(shù)對鋼材的防火性能進(jìn)行強(qiáng)化,一般情況下有以下幾種形式:使用外包保護(hù)層對鋼材進(jìn)行保護(hù)使其耐火性增加的外包法,外包法一般有實(shí)體外包(如混凝土外包)或者板材外包(如防火石膏板外包)等;利用膨脹材料使鋼材在受熱時材料產(chǎn)生膨脹,以形成一層耐火保護(hù)層;將鋼材設(shè)計(jì)成空心注水也是防火的良好方法,可是這種方法的造價和技術(shù)要求都比較高,不適合廣泛應(yīng)用;或者把鋼結(jié)構(gòu)屏蔽在耐火材料建造成的墻體中,但是這會導(dǎo)致建筑的有效使用面積有所減少。
2.6鋼材的防腐蝕和防水問題
鋼材防腐蝕和防水的問題重點(diǎn)都在于在某種環(huán)境下保護(hù)鋼材不受極端環(huán)境的影響,從而產(chǎn)生惡劣的形狀變化,所以兩者之間有一定互相參考的元素。鋼材本身在酸性或者化學(xué)氣霧的情況下容易受到腐蝕,從而影響建筑的質(zhì)量安全,在成本允許的情況下可以采取特殊耐候鋼,但更多的情況下,還是要采取一定措施來降低建筑成本。
3結(jié)語
就服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起始階段的教學(xué)而言,課程內(nèi)容大多數(shù)屬于專業(yè)理論知識,如若依舊按照傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),那么中職生將會感到索然無味,興趣全無。由此可見,教師一定要聯(lián)系生活實(shí)際,利用通俗的形式,讓中職生輕松的學(xué)習(xí)專業(yè)知識,如可以引導(dǎo)中職生動手操作或者畫設(shè)計(jì)圖,讓其動手操作的過程中親身感受與學(xué)習(xí)服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論知識。此外,在興趣激發(fā)環(huán)節(jié),教師可組織開展中職生與教師之間的各種專業(yè)問題的探討與交流,多方面了解中職生在學(xué)習(xí)過程中對服裝專業(yè)的興奮點(diǎn),接著結(jié)合興奮點(diǎn)及課程內(nèi)容之間的促進(jìn)作用,借助實(shí)際教學(xué)、創(chuàng)設(shè)情境、質(zhì)疑、探討與研究等的不同方式,挖掘他們潛在的學(xué)習(xí)熱情。同時,動手操作可以促使中職生始終保持對服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)興趣的一種絕妙方式,不僅可以讓中職生的認(rèn)識力與思維力得到提升,還能發(fā)展中職生勇于探索的精神。
2創(chuàng)造性開展教學(xué),多角度引導(dǎo)思考
借助有效的教學(xué)形式促使中職生構(gòu)建一個完善的服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識結(jié)構(gòu),提升中職生的專業(yè)技能,發(fā)展他們的創(chuàng)造能力。應(yīng)以教學(xué)、傳授知識及提高能力三者為組織課程開展的重點(diǎn),構(gòu)建教、學(xué)、做3合1的課程教學(xué)模式,這樣能夠讓中職生對課程內(nèi)容進(jìn)行不同角度的思考,提升教學(xué)方法的多元化創(chuàng)新。把平面紙樣設(shè)計(jì)跟立體裁剪進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用到課程教學(xué)過程中也是一種非常不錯的嘗試。有很多的企業(yè)都選擇采用平面制圖后立體裁剪調(diào)整這一方式來開展制版工作,此種生產(chǎn)模式的優(yōu)勢已被實(shí)際所檢驗(yàn)。因此,在課堂教學(xué)活動中,借助平面和立體的有機(jī)結(jié)合可以讓教學(xué)效果更為顯著。并且,教學(xué)活動的多元性,也能提升中職生思維能力,讓課堂教學(xué)更加有效。(1)多媒體教學(xué)的多元性。選擇多媒體的教學(xué)方式穿插到教學(xué)當(dāng)中,借助錄像、幻燈片與圖片等的不同形式,能很好地增強(qiáng)課堂的感染力,對教學(xué)目標(biāo)的完成具有直接作用,可以讓中職生具有更強(qiáng)烈的參與欲望,發(fā)展中職生的思維能力。(2)制圖教學(xué)的多元性。制圖活動作為一個相對完備的課堂質(zhì)量檢驗(yàn)過程。制圖教學(xué)即可對中職生的理論知識及專業(yè)能力進(jìn)行有效檢測,又能在繪圖過程發(fā)現(xiàn)問題、提出問題及解決問題,讓中職生了解知識、掌握知識,增強(qiáng)他們的分析力與應(yīng)用力。(3)語言表達(dá)的多元化。服裝專業(yè)教師口頭表達(dá)的水平,將直接地影響到課堂教學(xué)的質(zhì)量。高水準(zhǔn)的口頭表達(dá)能夠巧妙地喚起中職生的學(xué)習(xí)欲望,促使他們創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)。
3結(jié)語
裙子是覆蓋人體下身的服裝,合理的裙子結(jié)構(gòu)應(yīng)該與其覆蓋的腰臀間曲面有良好的對應(yīng)關(guān)系,分析人體腰圍線以下的體型特征是裙子紙樣設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。女性人體腰圍線以下的體型特征主要有以下幾個方面:臀圍線以上:腰圍細(xì),臀圍粗,前有腹凸,后有臀凸,腹凸的位置高于臀凸的位置,總體近似呈圓臺體。臀圍線以下:圍度逐漸減小,應(yīng)更多考慮人體運(yùn)動狀態(tài)。裙子紙樣設(shè)計(jì)要符合這一人體體型特征。因?yàn)檠螄鹊牟町愋?比較合體的裙子紙樣必須設(shè)計(jì)省。腰臀之間體型近似圓臺體,而且腹凸和臀凸不是一個凸點(diǎn),是一個范圍,這些特征決定裙子省位的設(shè)計(jì)相對比較靈活,可以在腰圍線上相對平行移動。臀凸的突起范圍小于腹凸的突起范圍,因此,前片裙省相對于后片裙省更靈活。為滿足人體腰臀運(yùn)動的需要,裙子腰圍和臀圍必須設(shè)計(jì)加放量。設(shè)計(jì)裙擺大小時需考慮人體行走尺度。
2裙子規(guī)格設(shè)計(jì)
在裙子的實(shí)際設(shè)計(jì)中,除了考慮與人體的對應(yīng)關(guān)系,滿足靜態(tài)造型的合體美觀外,還需滿足下肢的運(yùn)動功能如行走、坐立等動作,加入適度的松量。(1)腰圍:女性穿著裙子時一般不會束腰帶,另外從服裝壓力舒適性的角度考慮,人體在腰圍尺寸縮小2cm時不會感到不舒服,因此,裙子腰圍加放量在0~2cm之間。如果面料是彈性面料,加放量可以取零。(2)臀圍:臀圍加放量范圍為0~4cm,彈性面料加放量可以小一些。另外臀圍加放量的設(shè)計(jì)與裙子的款式有關(guān),緊身裙為4~6cm,A型裙的加放量為6~8cm,其他裙型的加放量在8cm以上。(3)長度:裙子長度的設(shè)計(jì)主要決定于款式。(4)裙擺圍:裙擺圍度的大小與款式和裙長有關(guān),當(dāng)裙擺小于正常行走的尺度時可以考慮采用其他的方法增強(qiáng)裙子的功能性,如設(shè)計(jì)開衩或褶裥,不然行走會受到影響。在臀圍線一下,裙長每增加10cm,每1/4片的側(cè)縫處下擺要擴(kuò)展1~1.5cm。(5)裙省:一般情況下前省為8~9cm,后省為11~13cm,均勻分布設(shè)計(jì)。每個省一般控制在1.5~3cm。
3裙子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與紙樣
本次選取比較典型的三棟近120m超高層住宅,即板式、規(guī)則點(diǎn)式、不規(guī)則點(diǎn)式(以下簡稱板式、規(guī)則、不規(guī)則)。
2結(jié)構(gòu)選型,高寬比、水平荷載分析
2.1結(jié)構(gòu)選型
從結(jié)構(gòu)造價、施工便捷性角度出發(fā),選用現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu);因?yàn)轫?xiàng)目均為住宅,從建筑使用空間角度考慮,不希望出現(xiàn)突出室內(nèi)的柱、跨房間梁等,因此結(jié)構(gòu)體系選擇剪力墻結(jié)構(gòu)體系。砼強(qiáng)度等級豎向構(gòu)件C50~C30,水平構(gòu)件C35~C30。
2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)劣性分析
規(guī)則點(diǎn)式因其平面規(guī)則、高寬比最小,為結(jié)構(gòu)最優(yōu);板式因進(jìn)深小,且屋頂構(gòu)架高(如圖6)為結(jié)構(gòu)最差;不規(guī)則點(diǎn)式則介于二者之間。
2.3建筑結(jié)構(gòu)的高寬比
規(guī)則點(diǎn)式平面的寬度容易得到,但板式和不規(guī)則點(diǎn)式的平面較為復(fù)雜,在此參照廣東省實(shí)施《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2002)補(bǔ)充規(guī)定3.2.2條:“…當(dāng)建筑平面非矩形時,可取平面的等效寬度B=3.5r,r為建筑平面(不計(jì)外挑部分)最小回轉(zhuǎn)半徑?!保?]。的宏觀控制,如果高寬比過大,就會對結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的控制帶來不小的挑戰(zhàn)。
2.4水平荷載作用下結(jié)構(gòu)基底剪力分析
3個項(xiàng)目地震基底剪力有無安評相差6%~34%(不規(guī)則點(diǎn)式超高層對地震力敏感),因此結(jié)構(gòu)計(jì)算均采用安評值;Y向風(fēng)工況基底剪力比地震工況基底剪力部分大22%~85%,由此可見,該場地水平荷載尤其是風(fēng)荷載較大。
3結(jié)構(gòu)體系的變形分析及布置原則
3.1通過結(jié)構(gòu)試算,變形控制工況,結(jié)構(gòu)弱軸方向的荷載控制工況全部為風(fēng)荷載工況;風(fēng)荷載與建筑體型密切相關(guān)而與結(jié)構(gòu)主體關(guān)聯(lián)性較小(僅風(fēng)振相關(guān)),而地震荷載與結(jié)構(gòu)剛度、周期、自重等息息相關(guān),因此應(yīng)把握水平荷載的類型在結(jié)構(gòu)體系布置時采取不同的措施。
3.2剪切變形與彎曲變形抗側(cè)力剛度較弱的結(jié)構(gòu)體系(比如框架結(jié)構(gòu)),其水平力作用下的變形以剪切變形為主,抗側(cè)力剛度較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系(比如剪力墻結(jié)構(gòu)),其水平力作用下的變形以彎曲變形為主,框-剪體系則介于二者之間,整體彎曲變形主要體現(xiàn)在豎向構(gòu)件在傾覆彎矩作用下的拉壓變形,因此對于剪力墻結(jié)構(gòu),要加強(qiáng)關(guān)鍵位置(離剛心較遠(yuǎn)且整體性較好的位置)的豎向構(gòu)件軸向剛度,就可提高整體抗彎剛度,減小彎曲變形,控制樓層最大層間位移角。
3.3剪力滯后效應(yīng)“剪力滯后效應(yīng)在結(jié)構(gòu)工程中是一個普遍存在的力學(xué)現(xiàn)象,小至一個構(gòu)件,大至一棟超高層建筑,都會有剪力滯后現(xiàn)象,具體表現(xiàn)是:在某一局部范圍內(nèi),剪力所能起的作用有限,所以正應(yīng)力分布不均勻”[3]。剪力滯后效應(yīng)會降低整體抗彎剛度;如果要減少剪力滯后效應(yīng),應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系整體性特別是加強(qiáng)關(guān)鍵豎向構(gòu)件(或筒體)之間的連接。
3.4結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系布置原則經(jīng)過4.1~4.3的分析,結(jié)構(gòu)布置原則如下:①找出關(guān)鍵位置的豎向構(gòu)件并予以加強(qiáng)(提高整體抗彎剛度,原理類似于加強(qiáng)工字鋼的翼板)。②盡量對齊縱、橫向墻置,加強(qiáng)整體性,減小剪力滯后效應(yīng)(原理類似于設(shè)計(jì)工字鋼的腹板)③對抗側(cè)力剛度幫助不大的構(gòu)件以承受豎向荷載為主來設(shè)計(jì),以合理低限設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斷面,減輕結(jié)構(gòu)自重。通過加強(qiáng)關(guān)鍵位置的豎向構(gòu)件和減小剪力滯后效應(yīng)形成高效抗側(cè)力體系,從而實(shí)現(xiàn)以較小代價達(dá)到結(jié)構(gòu)需求的抗側(cè)剛度的設(shè)計(jì)目的。另外,從建筑使用功能的角度出發(fā),剪力墻布置做如下建議:①優(yōu)先考慮樓、電梯井,分戶墻位置,可減少被轉(zhuǎn)換的概率。②布置在樓、電梯井盡量形成筒體,筒體內(nèi)墻從底部開始就采用最小斷面至頂,降低建筑公攤。
4結(jié)構(gòu)體系的布置要點(diǎn)與結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、參數(shù)的處理
4.1布置要點(diǎn)
4.1.1板式住宅
X向:利用周圈凸窗設(shè)計(jì)高連梁、提高整體剛度。Y向:南北向離剛心較遠(yuǎn)位置設(shè)置厚墻、大斷面柱(如圖7中涂黑部分的豎向構(gòu)件),利用樓電梯井形成筒體;加強(qiáng)南北向連接;盡量對齊剪力墻。
4.1.2規(guī)則點(diǎn)式住宅
建筑外周圈剪力墻體通過凸窗位置高連梁圍成筒體,內(nèi)部樓電梯間圍成筒體;加強(qiáng)內(nèi)外筒體連接。
4.1.3不規(guī)則點(diǎn)式住宅
建筑外周圈剪力墻體盡量滿布,周圈凸窗位置均設(shè)計(jì)為高連梁;離剛心較遠(yuǎn)位置設(shè)置筒體并適當(dāng)加厚墻體(如圖9中涂黑部分的豎向構(gòu)件)。
4.2結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中部分構(gòu)件、參數(shù)的處理。
4.2.1連梁:計(jì)算模型處理方式分兩種,墻上開洞方式和按普通梁方式,按墻上開洞方式輸入計(jì)算則軟件一般按殼單元處理,按普通梁方式輸入則軟件一般按桿單元處理,前者的力學(xué)模型更貼切實(shí)際情況,整體性比后者大甚至大很多,因此在結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中連梁盡量按墻上開洞方式輸入。
4.2.2連梁剛度折減系數(shù):風(fēng)荷載工況下取1.0,地震工況取0.5~0.7。
4.2.3帶邊框柱剪力墻:傳統(tǒng)軟件將剪力墻作殼單元處理(不考慮面外剛度),邊框柱作桿單元處理,在承受垂直于剪力墻方向彎矩時未考慮剪力墻的有利作用而全部由邊框柱承擔(dān),會造成邊框柱設(shè)計(jì)不合理,解決辦法是讀出內(nèi)力手算復(fù)核或采用能考慮剪力墻的有利作用的軟件。
4.2.4位移比對層間位移角的影響:當(dāng)樓層層間位移角不滿足規(guī)范要求時,不要盲目去做加法,應(yīng)該分析是由于整體剛度不足造成還是扭轉(zhuǎn)造成,如果是扭轉(zhuǎn)造成則調(diào)整剛心位置去解決,如果是整體剛度不足(位移比已很小)則應(yīng)再加強(qiáng)整體剛度。
5豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
在主體結(jié)構(gòu)的砼用量中,板式超高層住宅剪力墻所占的砼體積比例一般在2/3左右,點(diǎn)式超高層一般也占到50%以上,同時剪力墻中邊緣構(gòu)件的用鋼量又占到整個剪力墻用鋼量的2/3左右,因此整個結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)在于剪力墻以及其邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)是否合理;剪力墻在設(shè)計(jì)中注意問題如下:
(1)多布長墻少布短肢墻,在優(yōu)化墻體時先考慮優(yōu)化墻厚,后考慮優(yōu)化墻長;設(shè)置的厚墻、端柱在通過了層間位移角最大樓層后應(yīng)及時收斷面。
(2)在結(jié)構(gòu)電算模型初步定案后,應(yīng)在圖中畫出邊緣構(gòu)件范圍并推敲其合理性,修改完成后再反饋到電算模型中。
(6)端柱的含鋼率較剪力墻高,如結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求較高,則要把端柱斷面設(shè)計(jì)至合理低限。
(4)組合墻、邊框柱、端柱應(yīng)按照合并的組合墻截面進(jìn)行配筋。
(5)在約束邊緣構(gòu)件區(qū)域,計(jì)算體積配箍率時考慮墻身水平筋伸入邊緣構(gòu)件作箍筋,優(yōu)化配筋同時提高墻體的整體性;在構(gòu)造邊緣構(gòu)件區(qū)域,暗柱箍筋除采用封閉箍外,內(nèi)部采用拉鉤隔一拉一,在優(yōu)化配筋的同時使其與約束邊緣構(gòu)件區(qū)域承載力有所差別,形成多道防線。
6結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、結(jié)構(gòu)的建筑適用性評估
在結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段,結(jié)構(gòu)體系定案后應(yīng)及時評估結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和適用性,避免后面返工:
6.1結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性評估在地震烈度7.5度,風(fēng)荷載較大地區(qū),建筑物高寬比以及結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響較大,以上三棟建筑的砼單方指標(biāo)比值為1:0.72:0.89;鋼筋單方指標(biāo)比值為1:0.78:0.92;三個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均在可以接受的范圍內(nèi)。
6.2結(jié)構(gòu)對建筑空間的適用性評估
(1)板式住宅:除少數(shù)北面外墻較厚外(500~600mm),其余墻體厚度在第3層以上均不大于200mm,除凸窗外,梁高不大于450,梁寬不大于200,在高寬比超規(guī)范很多、水平荷載很大的地區(qū)達(dá)到了結(jié)構(gòu)與建筑在使用空間上的基本和諧統(tǒng)一。
(2)規(guī)則點(diǎn)式住宅:除底層墻厚300~400外,標(biāo)準(zhǔn)層以250,200厚度為主,除凸窗位置外,其余主梁高不大于570;滿足建筑要求。
(3)不規(guī)則點(diǎn)式住宅:除底層及三個控制彎曲變形的角部墻厚為300~400外,標(biāo)準(zhǔn)層以250,200厚度為主,除凸窗位置外,其余主梁高不大于570;滿足建筑要求。
7結(jié)論
本文以三棟具體的超高層住宅建筑為例,總結(jié)出廈門杏林灣這一水平荷載較大地區(qū)超高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程:
(1)在水平荷載大、高寬比大情況下,通過加強(qiáng)關(guān)鍵位置豎向構(gòu)件和減小剪力滯后效應(yīng)形成高效抗側(cè)力體系,實(shí)現(xiàn)以較小代價達(dá)到結(jié)構(gòu)需求抗側(cè)剛度的目的。
(2)通過第(1)點(diǎn)布置出合理的結(jié)構(gòu)體系后,還應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、電算參數(shù)的處理方面抓住重點(diǎn),使其符合實(shí)際情況;最后落實(shí)到具體的每個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)上來。
(3)板式超高層住宅因其大開間、小進(jìn)深的原因在采光通風(fēng)方面有著天然的建筑優(yōu)勢,但其結(jié)構(gòu)造價是最高的,適用于高附加值的項(xiàng)目;規(guī)則點(diǎn)式結(jié)構(gòu)造價是最低,但在沿海地區(qū)與板式比較具一定建筑劣勢,適用于高容積率項(xiàng)目;不規(guī)則點(diǎn)式則介于上述兩者之間。
隨著經(jīng)濟(jì)社會的逐步發(fā)展,我國道路交通問題日益突顯出來,我國也加大了對于橋梁建設(shè)的投入力度,道路橋梁設(shè)計(jì)是交通部門工作的重點(diǎn)。我國現(xiàn)階段道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題主要有以下幾個方面。
1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高
我國道路橋梁設(shè)計(jì)對規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的要求并不高,進(jìn)行施工就會對道路交通產(chǎn)生諸多不便或產(chǎn)生安全隱患,還會對橋型的美觀程度造成一定的負(fù)面效應(yīng)。所以設(shè)計(jì)時應(yīng)充分的考慮這個方面,結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境,很多時候都需要在橋梁的主梁或梁側(cè)部分預(yù)留一定空間,為日后的施工打下良好的基礎(chǔ)。
1.2管道預(yù)留空間不足
專用橋梁管道是每一座橋梁設(shè)計(jì)中必須要考慮到的方面,但在具體的設(shè)計(jì)和施工中往往是忽略這一點(diǎn)的。產(chǎn)生的原因主要是城市化所帶來的人口壓力過大或城市改造工程。城市改造工程很有可能產(chǎn)生管道預(yù)留空間不足的情況,而在很多時候我們只能采用少量的擴(kuò)容處理,將橋梁管道在橋體之外,這樣做的直接后果就是會對交通線產(chǎn)生不利影響,還可能影響到橋體的美觀。遇到橋梁管道預(yù)留空間不足的情況時,再次開挖是比較適宜的方法,但一大弊端就是會加大工程的資金投入力度,同時也不利于交通情況。
1.3綠化帶專項(xiàng)防水設(shè)計(jì)缺陷
橋梁工程必須具有一定的使用功能,除此之外還要有一定的美觀性。所以橋梁綠化帶專項(xiàng)防水設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的過程中,綠化美觀需要在設(shè)計(jì)的考慮范疇內(nèi)。通盤考量了所有的影響因素后,必須要保證橋梁結(jié)構(gòu)使用性和美觀性。
1.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型問題
橋梁工程結(jié)構(gòu)選型問題在設(shè)計(jì)中是比較重要的一個方面,滿足視距和凈空的要求的同時,還要具有美觀的外形和科學(xué)合理的結(jié)構(gòu),這也視為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)和原則,盡可能的打造出功能和美觀于一體的橋梁工程,為城市平添一抹亮色。但在具體的設(shè)計(jì)時,關(guān)注實(shí)用功能的比較多,而忽視結(jié)構(gòu)選型,結(jié)構(gòu)選型不合理也就不足為怪了。
1.5裝飾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
我國的橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全材料不合標(biāo)準(zhǔn)的情況是比較常見的。一項(xiàng)工程要想成為精品,所使用的材料可以說是最為關(guān)鍵的,其是保障橋梁結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行根本。所以必須要保證裝飾材料的可靠性,可以采用材料取樣試驗(yàn)的方式來嚴(yán)把材料的質(zhì)量關(guān),為橋梁工程的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
2道路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1主梁設(shè)計(jì)
不同于整體式簡支梁結(jié)構(gòu),裝配式簡支梁結(jié)構(gòu)最為重要的特點(diǎn)是可將預(yù)制獨(dú)立構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)輸與吊裝,并且通過現(xiàn)場安裝、拼接制梁。對于自動化、機(jī)械化施工技術(shù)的應(yīng)用在設(shè)計(jì)中就可以完成,這樣就大幅度的節(jié)省了施工成本,勞動生產(chǎn)力也有顯著的提高,季節(jié)變化也無法對施工造成實(shí)質(zhì)上的威脅。橋梁上部結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件就是主梁,一般的設(shè)計(jì)型式有T型和箱型,箱型結(jié)構(gòu)主梁大多在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁中應(yīng)用。設(shè)計(jì)采用箱型結(jié)構(gòu)主梁需要對主梁結(jié)構(gòu)的間距與片數(shù)作要求,主梁間距與片數(shù)兩者相互制約,即間距小則片數(shù)多、間距大則片數(shù)少。而主梁的高度及細(xì)部尺寸是以荷載的計(jì)算方法加以確定的,若主梁對稱布置,梁身的荷載也是呈對稱分布,此時要用杠桿法來計(jì)算,如若不然就要以偏心受壓來計(jì)算。上述兩種情況的相同之處是控制設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)力的最大值,要注意的是此標(biāo)準(zhǔn)不可作為主梁結(jié)構(gòu)各個截面的最不利狀況的受力計(jì)算,主要是因?yàn)楹芏嗖话踩囊蛩貖A雜在計(jì)算結(jié)構(gòu)中。
2.2型式的選擇應(yīng)為橋臺設(shè)計(jì)橋臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)
在橋臺結(jié)構(gòu)的選擇上,裝配式簡支橋梁主要有輕型橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺、埋置式橋臺三種。輕型橋臺結(jié)構(gòu)型式體積較小,比較適合擋土的翼墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土薄壁橋臺可設(shè)計(jì)將臺身埋置于橋梁護(hù)坡中,這樣不僅能夠降低橋臺結(jié)構(gòu)受上部荷載的作用力,還能夠使橋臺留有足夠的空間。但護(hù)坡容易受到洪水的侵襲使臺身,所以設(shè)計(jì)時不可缺少的是對強(qiáng)度和穩(wěn)定性的計(jì)算。
2.3橋墩型式選擇
雙柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩是裝配式簡支橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要型式,單幅雙柱式是最為常見的。鑒于以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),設(shè)計(jì)時應(yīng)謹(jǐn)慎選擇橋墩結(jié)構(gòu)型式,在巖溶性地質(zhì)、樁基礎(chǔ)施工難度比較大的地方應(yīng)以實(shí)際情況為前提,減少樁基的設(shè)計(jì),單柱單樁的設(shè)計(jì)是比較適合的。而在施工在河谷或容易受滾石威脅的地方時,設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)該放在如何加強(qiáng)橋墩結(jié)構(gòu)的整體抗撞擊能力上,也比較適合單柱單樁設(shè)計(jì)。對于高位墩柱長橋,設(shè)計(jì)時應(yīng)重點(diǎn)考量橋梁上部結(jié)構(gòu)荷載累積變位的問題,這是雙幅兩柱整體下部構(gòu)造設(shè)計(jì)是比較理想的。
2.4定線原則
(1)在1:10000比例尺的地形圖上在起、終控制點(diǎn)間研究路線的總體布局,找出中間控制點(diǎn)。根據(jù)相鄰控制點(diǎn)間的地形、地貌分布情況,盡量選擇地勢平緩地帶,確定各種路線方案。
(2)山嶺重丘地形,定線時應(yīng)以縱坡度為主;而平原微丘地區(qū)地面自然坡度較小,縱坡度不受控制的地帶,選線以路線平面線形為主,最終合理確定出公路中線的位置。
3結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)的垃圾清掃車結(jié)構(gòu)及組成如圖2所示。部分技術(shù)參數(shù)如下:1)盤刷電動機(jī),48V,額定功率110W,轉(zhuǎn)速60r/min;2)滾刷電動機(jī),48V,額定功率40W,轉(zhuǎn)速30r/min;3)鼓風(fēng)機(jī),48V,額定功率30W,風(fēng)速0.92m3/min,風(fēng)壓為150Pa,回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī);4)工作速度Vmax=5km/h;5)清潔寬度(主刷+邊刷)為1569mm。清掃裝置是由盤刷和滾刷兩部分組合,盤刷的底圓直徑約為713mm,盤刷組合的最大寬度約為1569mm,大于車體的最大寬度,便于清掃臺階角落處的清掃盲區(qū)。
滾刷的刷輥直徑為70mm,苗高70mm,最大外圓直徑為210mm。在清掃時,使用者將手控桿向下按到指定位置并扣住,在連桿機(jī)構(gòu)的作用下,使盤刷向前傾斜約15°,與地面接觸的刷毛長度約45mm;滾刷向下移動約40mm的距離,與地面形成寬度約為30mm的接觸面積。而在不清掃時可將手控桿抬起到原來位置并扣住,此時盤刷與滾刷都處于懸空狀態(tài),減少非工作狀態(tài)下垃圾車與地面的摩擦力,增加垃圾車運(yùn)動的靈活性。運(yùn)動裝置由2個大輪和1個萬向輪組成,這3個輪子同時承擔(dān)整個車體的重量,由于萬向輪的靈活性,適合清掃較為不平的路面。
防揚(yáng)塵裝置是由噴水裝置和空氣凈化裝置組成。噴水裝置由水箱、水泵、水管、噴頭組成,水泵將水箱中的水抽出并在噴頭處噴出,由于噴頭的孔較小,所以形成霧化環(huán)境,噴頭安裝位置在滾刷的上方,由于霧化作用,粉塵被吸附到小水珠的表面,防止揚(yáng)塵??諝鈨艋b置由過濾器、鼓風(fēng)機(jī)和管道組成,位于車體的前方,由于鼓風(fēng)機(jī)的吸力,車體內(nèi)部的空氣經(jīng)過過濾器被排到外部,形成車體內(nèi)部與外部的空氣循環(huán)與凈化的過程(見圖3,圖中箭頭表示空氣循環(huán)方向)。
垃圾收集裝置的是可抽拉式垃圾倉,在垃圾倉底部有一定數(shù)量的小孔,方便垃圾中的泔水流出,在垃圾倉的前部有1塊固定的傾斜板,用于引導(dǎo)垃圾向垃圾倉的深處移動,避免垃圾堆積在垃圾倉的前部,垃圾倉底部有4個滑輪,便于操作人員將垃圾倉抽出進(jìn)行傾倒垃圾。
2結(jié)語
理正工具箱雖然可以對獨(dú)立基礎(chǔ)對地基壓力、地基變形、地基持力層的強(qiáng)度以及地基軟弱下臥層的強(qiáng)度分別進(jìn)行計(jì)算。但是,上部結(jié)構(gòu)荷載需要從PKPM或廣廈等大型建模設(shè)計(jì)軟件中導(dǎo)出,它只是起到輔助的設(shè)計(jì),小計(jì)算做得很全面,不用我們來手動計(jì)算。PKPM中的JCCAD是從上部結(jié)構(gòu)中直接導(dǎo)入荷載到基礎(chǔ)中,這樣整個建筑模型就很完整,但是,就是因?yàn)榭紤]的是全面的計(jì)算,所以在地基壓力、地基變形、地基持力層的強(qiáng)度以及地基軟弱下臥層的強(qiáng)度這些計(jì)算還需要手動計(jì)算來輸入到JCCAD參數(shù)中。算易結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱比理正工具箱多了出計(jì)算書的功能以及可以導(dǎo)入到CAD中。這樣,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的計(jì)算書,為后期的出圖工作節(jié)省了很多時間。計(jì)算書大師軟件的亮點(diǎn)為施工相關(guān)計(jì)算功能,與施工現(xiàn)場需要的一些計(jì)算相接軌,這樣也減少了施工現(xiàn)場的工作人員的計(jì)算量和工作量。其次,它的規(guī)范查詢也是很方便的,一般地我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件,參數(shù)都是要自己輸入,在輸入之前需要根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)來翻規(guī)范取值。這一方面,如果設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)失誤,后面的計(jì)算會出現(xiàn)很大的偏差。
2從上述中的四種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中的特點(diǎn)來分析
在對柱下獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的各種軟件比較的過程中,重點(diǎn)也要研究各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的不足,本文已經(jīng)找出了各自的特點(diǎn),各自的不足,也已經(jīng)對各軟件的計(jì)算程序還有薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的探討,在對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型及使用條件對比的同時,各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件是都對柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的計(jì)算過程進(jìn)行簡化,來得到各軟件最終所需要的計(jì)算參數(shù),最后來輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算。
3從上述中的四種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中找出柱下獨(dú)立
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案通過針對各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中的應(yīng)用進(jìn)行研究,可以在不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中找出計(jì)算最可靠,對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員起到輔助作用最大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件,那么在此之前,我們必須研究清楚:哪些計(jì)算過程是靠設(shè)計(jì)人員手工計(jì)算,哪些計(jì)算過程交給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件來參與輔助計(jì)算來提高效率。通過提出如何更好地在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件,對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)化和改革起到重大的作用。通過以上的一些比較,在國內(nèi)還是以PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件,所以,還是以PKPM中PKCAD來上部結(jié)構(gòu)建模,從而對基礎(chǔ)的受力配筋計(jì)算。以計(jì)算書大師軟件來進(jìn)行柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),其他一些細(xì)節(jié)計(jì)算過程可以由理正工具箱來輔助,最后由計(jì)算書大師軟件來將圖導(dǎo)到CAD中,以TSSD探索者繪圖軟件打開,來做最后的修改布圖,符合現(xiàn)行的平法規(guī)則。當(dāng)然TSSD探索者結(jié)構(gòu)繪圖軟件自帶的簡單的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),也可以對上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中柱下獨(dú)立基礎(chǔ)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程起到輔助的作用,可它的主打是繪圖,不建議來計(jì)算。各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件都必須根據(jù)我國現(xiàn)行的規(guī)范來將計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)給廣大客戶,對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)計(jì)算起到輔助的作用。當(dāng)涉及到柱下獨(dú)立深基礎(chǔ)時,其他的設(shè)計(jì)軟件計(jì)算達(dá)不到時,可以用PKPM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、圖形編輯、施工圖輸出等,功能完善。鋼筋混凝土多層框架房屋采用較深柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時,拉梁的配置應(yīng)根據(jù)獨(dú)立基礎(chǔ)的埋置深度采用不同的計(jì)算模型。
4基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件未來的發(fā)展
在眾多的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件中,目前國內(nèi)大多工程技術(shù)人員著重在某一項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用與研究中有較深層次的提煉?;蛘邔φ麄€結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程所運(yùn)用到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行詳細(xì)的探討,在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這一重要領(lǐng)域有系統(tǒng)的研究與比較。但是在獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中也是分開進(jìn)行研究。因此,筆者對獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的軟件,設(shè)計(jì)過程,優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行整合,運(yùn)用在結(jié)構(gòu)工作當(dāng)中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的體會領(lǐng)悟?qū)@一領(lǐng)域提出自己見解。期望以后的PKPM面向?qū)ο蟮膶?shí)體單元建模,采用平面,立面和自定義視平面進(jìn)行功能強(qiáng)大的3D建模,允許采用較大的單元而不需要在每個節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行劃分,并且具有強(qiáng)大的類似CAD的編輯特點(diǎn),在一個統(tǒng)一的集成環(huán)境中進(jìn)行建模,修改,分析,設(shè)計(jì)優(yōu)化,并查看結(jié)果,進(jìn)行交互式的混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),剪力墻設(shè)計(jì),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),由屏幕直接顯示分析與設(shè)計(jì)結(jié)果,最后動畫顯示變形、振型、應(yīng)力輪廓、時間關(guān)系曲線等結(jié)果,最后導(dǎo)入、導(dǎo)出模型到通用的繪圖軟件中。
5總結(jié)
關(guān)鍵詞:通用串行總線USB接口接口標(biāo)準(zhǔn)
一、USB接口背景
在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上常用串口或并口連接設(shè)備。每個接口都需要占用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(如中斷,I/O地址,DMA通道等)。無論是串口還是并口都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接,一個接口僅支持一個設(shè)備。因此每添加一個新的設(shè)備,就需要添加一個ISA/EISA或PCI卡來支持,同時系統(tǒng)需要重新啟動才能驅(qū)動新的設(shè)備。
USB總線是INTEL、DEC、MICROSOFT、IBM等公司聯(lián)合提出的一種新的串行總線標(biāo)準(zhǔn),主要用于PC機(jī)與設(shè)備的互聯(lián)。USB總線具有低成本、使用簡單、支持即插即用、易于擴(kuò)展等特點(diǎn),已被廣泛地用在PC機(jī)及嵌入式系統(tǒng)上。
二、USB總線優(yōu)缺點(diǎn)
1.優(yōu)點(diǎn)
(1)使用簡單
所用USB系統(tǒng)的接口一致,連線簡單。系統(tǒng)可對設(shè)備進(jìn)行自動檢測和配置,支持熱插拔。新添加設(shè)備系統(tǒng)不需要重新啟動。
(2)應(yīng)用范圍廣
USB系統(tǒng)數(shù)據(jù)報文附加信息少,帶寬利用率高,可同時支持同步傳輸和異步傳輸兩種傳輸方式。一個USB系統(tǒng)最多可支持127個物理設(shè)備。USB設(shè)備的帶寬可從幾Kbps到幾Mbps(在USB2.0版本,最高可達(dá)幾百M(fèi)bps)。一個USB系統(tǒng)可同時支持不同速率的設(shè)備,如低速的鍵盤、鼠標(biāo),全速的ISDN、語音,高速的磁盤、圖像等(僅USB2.0版本支持高速設(shè)備)。
(3)較強(qiáng)的糾錯能力
USB系統(tǒng)可實(shí)時地管理設(shè)備插拔。在USB協(xié)議中包含了傳輸錯誤管理、錯誤恢復(fù)等功能,同時根據(jù)不同的傳輸類型來處理傳輸錯誤。
(4)總線供電
USB總線可為連接在其上的設(shè)備提供5V電壓/100mA電流的供電,最大可提供500mA的電流。USB設(shè)備也可采用自供電方式。
(5)低成本
USB接口電路簡單,易于實(shí)現(xiàn),特別是低速設(shè)備。USB系統(tǒng)接口/電纜也比較簡單,成本比串口/并口低。
2.缺點(diǎn)
USB技術(shù)還不是很成熟,特別是高速設(shè)備。市場上現(xiàn)有的USB設(shè)備價格都比較昂貴,但隨著USB技術(shù)的日益成熟,設(shè)備的不斷增加和廣泛應(yīng)用,其價格將會有所降低。
三、USB系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
一個USB系統(tǒng)包含三類硬件設(shè)備:USB主機(jī)(USBHOST)、USB設(shè)備(USBDEVICE)、USB集線器(USBHUB),如圖1所示。
(1)USBHOST
在一個USB系統(tǒng)中,當(dāng)且僅當(dāng)有一個USBHOST時,USBHOST有以下功能:
管理USB系統(tǒng);
每毫秒產(chǎn)生一幀數(shù)據(jù);
發(fā)送配置請求對USB設(shè)備進(jìn)行配置操作;
對總線上的錯誤進(jìn)行管理和恢復(fù)。
(2)USBDEVICE
在一個USB系統(tǒng)中,USBDEVICE和USBHUB總數(shù)不能超過127個。USBDEVICE接收USB總線上的所有數(shù)據(jù)包,通過數(shù)據(jù)包的地址域來判斷是不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包:若地址不符,則簡單地丟棄該數(shù)據(jù)包;若地址相符,則通過響應(yīng)USBHOST的數(shù)據(jù)包與USBHOST進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
(3)USBHUB
USBHUB用于設(shè)備擴(kuò)展連接,所有USBDEVICE都連接在USBHUB的端口上。一個USBHOST總與一個根HUB(USBROOTHUB)相連。USBHUB為其每個端口提供100mA電流供設(shè)備使用。同時,USBHUB可以通過端口的電氣變化診斷出設(shè)備的插拔操作,并通過響應(yīng)USBHOST的數(shù)據(jù)包把端口狀態(tài)匯報給USBHOST。一般來說,USB設(shè)備與USBHUB間的連線長度不超過5m,USB系統(tǒng)的級聯(lián)不能超過5級(包括ROOTHUB)。
四、USB總線數(shù)據(jù)傳輸
USB總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
從物理結(jié)構(gòu)上,USB系統(tǒng)是一個星形結(jié)構(gòu);但在邏輯結(jié)構(gòu)上,每個USB邏輯設(shè)備都是直接與USBHOST相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。在USB總線上,每ms傳輸1幀數(shù)據(jù)。每幀數(shù)據(jù)可由多個數(shù)據(jù)包的傳輸過程組成。USB設(shè)備可根據(jù)數(shù)據(jù)包中的地址信息來判斷是否響應(yīng)該數(shù)據(jù)傳輸。在USB標(biāo)準(zhǔn)1.1版本中,規(guī)定了4種傳輸方式以適應(yīng)不同的傳輸需求:
(1)控制傳輸(controltransfer)
控制傳輸發(fā)送設(shè)備請求信息,主要用于讀取設(shè)備配置信息及設(shè)備狀態(tài)、設(shè)置設(shè)備地址,設(shè)置設(shè)備屬性、發(fā)送控制命令等功能。全速設(shè)備每次控制傳輸?shù)淖畲笥行ж?fù)荷可為64個字節(jié),而低速設(shè)備每次控制傳輸?shù)淖畲笥行ж?fù)荷僅為8個字節(jié)。
(2)同步傳輸(isochronoustransfer)
同步傳輸僅適用于全速/高速設(shè)備。同步傳輸每ms進(jìn)行一次傳輸,有較大的帶寬,常用于語音設(shè)備。同步傳輸每次傳輸?shù)淖畲笥行ж?fù)荷可為1023個字節(jié)。
(3)中斷傳輸(interrupttransfer)
中斷傳輸用于支持?jǐn)?shù)據(jù)量少的周期性傳輸需求。全速設(shè)備的中斷傳輸周期可為1~255ms,而低速設(shè)備的中斷傳輸周期為10~255ms。全速設(shè)備每次中斷傳輸?shù)淖畲笥行ж?fù)荷可為64個字節(jié),而低速設(shè)備每次中斷傳輸?shù)淖畲笥行ж?fù)荷僅為8個字節(jié)。(4)塊數(shù)據(jù)傳輸(bulktransfer)
塊數(shù)據(jù)傳輸是非周期性的數(shù)據(jù)傳輸,僅全速/高速設(shè)備支持塊數(shù)據(jù)傳輸,同時,當(dāng)且僅當(dāng)總線帶寬有效時才進(jìn)行塊數(shù)據(jù)傳輸。塊數(shù)據(jù)傳輸每次數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笥行ж?fù)荷可為64個字節(jié)。
五、典型應(yīng)用
USB系統(tǒng)的典型應(yīng)用如圖3所示。
在圖3所示系統(tǒng)中,顯示器、Audio、Modem皆為全速設(shè)備,鍵盤、鼠標(biāo)為低速設(shè)備。其數(shù)據(jù)傳輸為:
USBHOST通過控制傳輸更改顯示器屬性。
USBHOST通過塊數(shù)據(jù)傳輸將要顯示的數(shù)據(jù)送給顯示器。
USBHOST通過控制傳輸更改鍵盤、鼠標(biāo)屬性。
USBHOST通過中斷傳輸要求鍵盤、鼠標(biāo)輸入讀入系統(tǒng)。
USBHOST通過控制傳輸更改Audio屬性。
USBHOST通過同步傳輸與Audio設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。
USBHOST通過控制傳輸更改Modem屬性。
USBHOST通過塊數(shù)據(jù)傳輸與Modem設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)
六、一個USBHOST接口的軟硬件設(shè)計(jì)
市場上現(xiàn)已有很多公司提供的USB接口器件,如PHILIPS的PDIUSBD11/PDIUSBD12,OKI的MSM60581,NATIONAL的USBN9602,LUCENT的USS-820/USS-620,SCANLOGIC的SL11,等等。
同時也有很多帶USB接口的處理器,如CYPRESS的EZ-USB,AMD的AM186CC,ATMEL的AT43320,MOTOROLA的PPC823/PPC850,等等。下面給出用SCANLOGIC的USB接口器件SL11HT實(shí)現(xiàn)嵌入式USBHOST的例子。
1.SL11HT特點(diǎn)
遵從USB1.1標(biāo)準(zhǔn);
支持全速/低速傳輸;
支持主機(jī)/設(shè)備端兩種模式;
3.3/5.0V供電;
片內(nèi)包含256個字節(jié)的SRAM;
48MHz晶振輸入。
當(dāng)SL11HT被用作USBHOST接口時,對系統(tǒng)有以下要求:
由系統(tǒng)維護(hù)SOF幀數(shù)目;
由系統(tǒng)生成CRC5效驗(yàn)碼;
要求系統(tǒng)中斷潛伏期小于1.5μs。
2.SL11HT接口硬件框圖
圖4簡單地給出了使用SL11HT擴(kuò)展USB接口的框圖,更詳細(xì)的硬件連線圖請見參考文獻(xiàn)2,3。
3.USBHOST端軟件結(jié)構(gòu)
USBHOST端軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。
(1)USB接口驅(qū)動程序
USB接口驅(qū)動程序需實(shí)現(xiàn)以下功能:
USB接口器件的初始化;
計(jì)算上層數(shù)據(jù)包的效驗(yàn)和,發(fā)送上層的數(shù)據(jù)包;
發(fā)送SOF幀;
接收從USB接口傳送來的數(shù)據(jù),并檢查數(shù)據(jù)的有效性;
將接收到的數(shù)據(jù)送往上層。
(2)USB協(xié)議棧驅(qū)動程序
USB協(xié)議棧驅(qū)動程序需實(shí)現(xiàn)以下功能:
提供與設(shè)備驅(qū)動程序的接口;
讀取并解析USB設(shè)備描述符,配置描述符;
為USB設(shè)備分配唯一的地址;
使用默認(rèn)的配置來配置設(shè)備;
支持基本的USB命令請求;
連接設(shè)備與相應(yīng)的驅(qū)動程序;
轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)包。
(3)設(shè)備驅(qū)動程序
設(shè)備驅(qū)動程序需實(shí)現(xiàn)以下功能:
提供與應(yīng)用程序的接口;
讀取并解析USB設(shè)備特有的描述符,獲得設(shè)備提供的傳輸通道;
發(fā)送設(shè)備特有的和基本的USB命令請求;
目前鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)分析方面仍面臨很多挑戰(zhàn),為能解決這些可能遇到的問題,很多學(xué)者對鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做了研究。在唐山大地震中,大多數(shù)以鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)為主的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)柱破壞,造成很大的損失和傷亡,此后,我國學(xué)者鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行深入的分析與研究。研究的內(nèi)容如下:地震局工程力學(xué)研究所對排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有機(jī)玻璃模型的具體分析;李樹禎等采用彈塑動力時程分析方法對橫向單棍的排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,認(rèn)為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)用普通的設(shè)計(jì)方法可滿足抗震的基本要求,但從概率角度出發(fā),其可靠度相對較低,地震作用下部分構(gòu)件可能超過強(qiáng)度而嚴(yán)重破壞,“強(qiáng)柱弱梁”整體廠房還做不到;西安建筑科技大學(xué)共同對變柱變梁異型平面節(jié)點(diǎn)、鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)柱和帶直交梁空間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明:提出了長柱、短柱、普通混凝土柱以及異型節(jié)點(diǎn)承載力在高強(qiáng)混凝土上的計(jì)算公式,為改善節(jié)點(diǎn)區(qū)的配筋及高強(qiáng)混凝土在工程中應(yīng)用提供了理論依據(jù);目前彈性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的研究已趨于成熟,各國的規(guī)范對結(jié)構(gòu)的彈性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)都有各自的計(jì)算方法。對于結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性扭轉(zhuǎn),由于塑性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)涉及到對整體結(jié)構(gòu)的空間彈塑性分析的問題,其在這一領(lǐng)域問題較為明顯,為鋼筋混凝土排架等結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。從總體上講,在鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及理論方面,通過理論研究分析取得了許多有益的結(jié)論。但目前排架結(jié)構(gòu)的研究重點(diǎn)仍處于對平面和彈性階段的研究和分析,目的是能將空間計(jì)算問題盡量簡化為平面的簡單問題計(jì)算。由于鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的自身復(fù)雜性、專業(yè)性和特殊性,當(dāng)前仍然有很多問題有待解決,如:塑性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和非線性分析問題;當(dāng)前抗震性能的試驗(yàn)在鋼筋混凝土排架整體結(jié)構(gòu)領(lǐng)域進(jìn)行較少,在排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,抗震設(shè)防的理論有待進(jìn)一步完善;在排架結(jié)構(gòu)處于塑性區(qū)后,其抗震能力發(fā)生變化,這一現(xiàn)象在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)表現(xiàn)突出;此外,對排架與框架相互結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的研究涉及較少,對框排架的工作性能及受力特點(diǎn)有待進(jìn)一步的更多的研究和分析;鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)中框架與排架的協(xié)同工作受力情況較為模糊。
2我國目前規(guī)范對鋼筋混凝土排架設(shè)計(jì)的不足
在鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方面,GB50191—2012構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo)規(guī)范不同地域、不同排架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。本文結(jié)合《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的具體條文,闡述了目前規(guī)范中鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)的不足和缺陷。有關(guān)排架結(jié)構(gòu)上部屋架結(jié)構(gòu)計(jì)算的規(guī)定有:
1)《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.19條規(guī)定,針對Ⅲ,Ⅳ類場地和8度、9度時,應(yīng)該考慮屋架下弦的拉壓效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響并核算屋架承載力;
2)《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.22條規(guī)定,針對Ⅲ,Ⅳ類場地和8度、9度時,應(yīng)驗(yàn)算變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力。上述兩點(diǎn)敘述,規(guī)范使用“應(yīng)”字,因此應(yīng)考慮建立合適的屋架和支撐的桿系模型,否則無法得出上述內(nèi)力值。在鋼結(jié)構(gòu)排架設(shè)計(jì)方面,鋼排架結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度快,造價低,但以后要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)??蚣芙Y(jié)構(gòu)施工復(fù)雜,造價高,后期維護(hù)工作量低。在工程建設(shè)中,鋼架也就是在排架柱方向通過設(shè)置聯(lián)系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗縱向力下變形的鋼框架(局部開間或連續(xù)開間),具體做法可采用實(shí)腹聯(lián)系梁或格構(gòu)桁架———根據(jù)可設(shè)置高度選用,采用門式柱間支撐,可以留出工藝空間,還能對柱平面外予以加強(qiáng)。但我國處于高度使用水泥的情況,環(huán)境污染日益嚴(yán)重,從節(jié)能減排方面講,鋼排架結(jié)構(gòu)應(yīng)作為首選,但規(guī)范未給具體說明。
3結(jié)語