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關鍵詞:建筑結構設計;抗震設計;建筑設計
抗震結構設計已經成為目前建筑結構設計中較為重要的組成部分,并關系到建筑工程的質量及人員的安全。尤其在一些地震多發地區內,更要提升抗震結構的設計水平,保障建筑的安全性。下文將重點對抗震結構設計展開分析探討,對其遵循原則及設計理念予以詳細說明。
1實施抗震結構設計的目的
建筑結構設計中,抗震結構設計主要是為了實現以下三個目標:一是保證建筑在小強度地震災害影響下不會存在任何破損或裂縫等病害問題,維持建筑正常使用;二是要求建筑在中強度地震災害中,存在輕微破損問題,且經過修復后不會對建筑結構帶來任何影響;三是要求在強度較大的地震災害中,建筑處于穩固不倒的狀態下,保證周邊環境及人員安全。所以在建筑設計中,要做好抗震結構的科學處理,根據現有資料數據,對區域地震災害等級加以分析,確定建筑抗震性能,合理規劃結構布局,改善抗震效果,維護建筑結構穩固性和安全性。
2建筑抗震結構設計中需要嚴格遵守的設計原則
任何工程設計工作的開展都需要滿足既定原則要求,這不僅是為更好地進行工程管理和控制,同時也是為保證工程建設的規范性、安全性,提高后期利用價值。建筑結構設計中,抗震結構設計作為較為重要的一環,在工作落實中也應該加大對原則要求的重視力度,明確現有的規范指標,并嚴格按照指標內容開展設計活動,完善設計內容,以此更好的推動后續工作的開展,提高建筑結構抗震等級,防止建筑受到外界不良因素的影響,確保建筑結構的穩固性和安全性。具體而言,建筑結構設計中抗震結構設計應遵循的既定原則如圖1。
2.1整體性原則
在抗震結構設計中,設計人員應從整體性角度實行綜合分析與考量,綜合思考建筑要求,合理規劃建筑結構布局,以此來完善設計內容,優化建筑結構抗震性能,減少問題的產生。同時要注重前期試驗,確定不同等級結構在地震災害中產生的變化特征,合理選擇材料種類,增強結構抗震性。此外,在設計過程中,需考慮到力傳導性特點,避免應力集中在某一點致使局部破損,影響建筑結構質量,威脅建筑安全性。抗震結構設計中涉及的子結構種類較多,若想增強抗震效果,需要開展構件及細節的優化與處理,提高建筑安全等級。
2.2清晰性原則
抗震結構設計中,主要是通過傳力路徑的科學規劃,對地震力予以分散和消耗,保障建筑結構的穩固性。實際設計中,應堅持清晰性原則,根據建筑結構特征對傳力路徑加以科學規劃。構建三維立體模型,對整個建筑結構實行分析和探討,了解結構受力特征及外力施加中可能出現的位移情況,再結合模型進行計算,承載負荷,以此對傳力路徑加以科學規劃,降低地震災害發生時對建筑結構帶來的影響。2.3結構規則原則結構規則原則要求在在設計過程中增大建筑結構剛度,利用剛度加強建筑結構的穩定性,降低建筑在地震作用下的風險系數。在建筑結構設計中,大部分設計人員都忽略了建筑結構剛度的重要性,這使得建筑在外界壓力增加或地震波作用下,出現位移、破損等問題,破壞了結構的穩定性。為此,設計中就需做好結構剛度的科學把控,尤其要合理計算抗側移剛度,并利用專業軟件加強計算的準確性,增大結構承載力,繼而達到規范標準的要求。
2.4剛度與抗震能力相適應原則
剛度與抗震能力的協調處理可以保證建筑在地震災害下,通過兩個力的相互抵消減輕地震波帶來的干擾和破壞,保證建筑結構的穩定性。在設計中,設計人員要充分考慮到建筑結構剛度和抗震能力間的關系,注重力學參數的準確計算,利用兩者的相互作用力,對地震波加以分散,降低地震波對建筑結構帶來的影響。現階段,隨著高層建筑數量的增多,高度的增加,對抗震結構設計要求有所提高,在抗震結構設計中,需要綜合考慮建筑高度、結構特征,注重承力分析和研究,確定承載能力,科學選擇連接構件,從而優化結構剛度和抗震性能。
3建筑結構設計中抗震結構設計的重要意義
地震地質災害對人們的生命財產安全有著較大影響,雖然隨著技術手段的提高,人們可以對地震地質災害予以提前預估,做到科學防控,但其對固定物體的影響還是不可避免的,尤其是對建筑物的影響。所以在設計中,要優化建筑的抗震性能,對地基基礎結構、材料、建筑結構加以科學規劃和處理,增強建筑抗震能力,減少地震災害發生時帶來的危險和破壞。建筑結構設計作為建筑工程施工中較為重要的一環,目的是對建筑結構、材料、施工技術實行科學規劃,以保障其安全性與可靠性,并給出專業的施工方案,推動作業的順利進行。建筑結構設計中,抗震結構設計是非常重要的環節,能夠保證建筑在地震災害影響下的安全性,避免倒塌、損壞等嚴重問題的產生,增加人們居住的安全系數,減少不必要損失的形成。
4建筑抗震結構設計理念
在開展建筑結構設計中抗震結構設計時,為加強設計的合理性,保障建筑結構的安全性,提高工程的價值,需要對抗震結構設計理念進行深度了解和分析,根據現今發展實況及具體要求,開展適當的創新活動,從而更好的指導設計人員工作,轉變傳統設計思想,加強設計的有效性,達成最終的工程建設目標。隨著現代化城市的發展,人們對建筑質量的要求不斷提高,抗震結構設計作為保證建筑結構穩定性的重要內容,應該加大關注力度,不斷嘗試設計理念的優化和調整,以此規范建筑的抗震結構設計,明確指標要求,做到科學選址和規劃,確定抗震等級及紅線范圍,最終優化建筑抗震性能。
4.1更新設計理念,加大抗震結構設計重視力度
在建筑結構設計及抗震結構設計中,最為關鍵的影響因素就是設計人員,如果設計人員不具備專業能力,不具備明確的抗震理念,在設計中很難將抗震與建筑結構融合起來,這樣在地震災害發生時,就會因為抵抗能力不足而出現各種問題,威脅建筑及人們的安全。為此,設計人員需不斷提高自身的專業能力和職業素養,根據建筑行業發展趨勢做好理念的更新和優化,加大對建筑抗震功能的重視力度,采取科學有效措施完成抗震設計,確保建筑結構安全。建筑工程具有規模大、工期長、設計精準度高等特點,故而設計人員在處理時應做到全面分析和考量,制定針對性的設計方案,更好的指導施工作業的開展。抗震結構設計作為其中較為重要的一環,設計人員應加大對其重視力度,轉變傳統設計思想,注重數據資料的收集和處理,完善設計內容,增加結構強度,進而減少地震災害帶來的破壞,保障工程的整體效果。再者,還應該充分利用網絡資源對抗震結構設計進行深入分析和探討,了解地震帶分布特點,掌握板塊運動規律,不斷完善抗震結構設計內容,符合建筑結構設計的相關要求,提高建筑整體水平,延長建筑使用壽命。設計完成后,還需開展專項評估和檢測,確保抗震設計符合工程的建設要求。抗震結構的不同其產生的作用也存在較大差異,設計人員應重視這一點,并選擇合適的結構種類,確保最終設計的合理性與科 學性。
4.2科學選址
地震的產生是由于地下板塊劇烈運動強烈碰撞形成的,破壞性強、危險性高。基于這一實際情況,在開展建筑設計工作時,就應選擇合適的施工場地,減少地震災害造成的破壞。由于建筑物的震害是由一些地質運動造成的,可以考慮選擇一些地質較強的位置來建造建筑物。在選擇抗震地理位置時,應基于以下兩個方面:一方面可選擇地質偏硬的地理空間建造建筑。該類型地質結構的承載力較大,不容易出現地震或山體崩塌等問題。在建筑建設中,可有效提升結構剛度和承載力,削弱地震的破壞力;另一方面選擇地勢平坦寬闊的區域,該區域穩定性強,地殼運動激烈性不高,地震等級也會相對較低,可以降低抗震結構設計難度,改善建筑結構抗震性能,增大建筑安全系數。
4.3明確設計指標
在抗震結構設計中,設計人員需開展現場勘察,收集齊全的數據資料,明確設計指標要求,并以此為基礎更好的規劃設計方案,提高建筑結構抗震等級。在設計過程中,指標參數的確定要做到科學合理,要考慮到可能發生的問題及帶來的影響,切實增大建筑結構承載力、強度和剛度。另外,在設計指標確定中,還應考慮到國家現有規范標準,全面分析地震作用力對建筑的傷害等級,以此為依據,完善抗震結構設計方案。此外,在設計過程中,設計人員還要樹立全面管控意識,從多方面展開考量,注重設計的合理性、可靠性。
4.4提升抗震等級
在抗震結構設計中,如果抗震等級要求未達到標準要求,在日后使用中仍會受到地震波的影響,并導致建筑結構出現破損、裂縫、位移等問題,降低建筑質量。為此,在設計中,設計人員就需要對建筑抗震等級要求予以掌握,增強抗震性能合理性,減少建筑結構病害的產生。如在高層建筑結構設計中,設計人員可利用計算機軟件對結構性能特征加以分析,重點了解結構物理剛性,掌握其位移及扭轉力參數。在分析過程中,可按照建筑形狀的常規設計要求,遵循國家相關技術規范,合理測量和判斷高層建筑的物理剛度,使高層建筑的扭轉力和位移剛度在1.1-1.2之間。在剪力墻與簡化連梁的設計中,需使相關參數符合如下要求:連梁跨度高度比要控制在2以內,設置暗柱作為支撐結構,保障結構穩定性;設計過程中如發現連梁跨度高度比在1以內,需要設置交叉暗柱作為支撐結構。地震運動多是受到地殼垂直運動導致的,所以在抗震結構設計中,設計人員還需對地質地理結構特征及運動軌跡予以詳細了解,并根據以往數據資料開展分析工作,對建筑所在區域及周邊環境加以科學把控,預測和判斷地震發生頻率、地震等級變化,為抗震結構設計提供依據和參考(如圖2)。同時,設計人員還要分析該地區的地震運動趨勢,使區域建筑工程地質結構總體布局和該區域地震運動趨勢大致處于相對垂直的狀態,以降低特大地震對區域建筑工程前期設計的不利影響。
4.5抗震防線設計
抗震防線的科學設置可以在保證建筑結構整體性的前提下,優化建筑結構抗震性能,確保建筑的穩定性和安全性(如圖3)。抗震防線規劃設計原理為:在無大震的特殊條件下,注重側向抗震性的有效延伸,以此保護建筑結構,優化抗震功能。通常情況下,抗震防線會設置三條,一條主兩條次,以主線為主,開展防控處理。因為在地震災害中,主要抗震線被破壞后,其他兩條抗震防線才會出現問題,所以設計中要開展科學分析與考量,以確保放線質量。4.6結構選型抗震結構設計中,結構選型合理性對于抗震效果提升有著重要意義,在設計過程中應加大重視力度,增強整體設計有效性。在建筑工程結構抗震類型的設計和應用中,必須特別注意建筑結構抗震類型的正確設計和選擇。根據建筑的具體功能要求及主體結構的特點,做到精心設計和分析,通常體現在兩個方面,即立面的主體結構和建筑平面的主體結構,具體如圖4所示。在抗震結構設計中,還應該遵循既有原則和要求,保障結構的安全性和穩定性,從而優化建筑抗震性能,有效提高建筑質量,延長建筑的使用壽命。為此,在建筑結構選型中,設計人員需要分別從整體性、安全性、協調性等多方面進行分析和考量,增強結構抗震效果,提高建筑穩定性和安全性。另外,在抗震結構設計中,分析結構受力特征,并根據結構性能要求,對抗震性加以科學分析,以削弱地震破壞力,保證建筑的質量和安全。
結語
關鍵詞:剪力墻;結構設計;使用研究
前言
剪力墻結構由于其抗側剛度大,能有效地減少側移,且具有較好的抗震性能,因而被廣泛應用于多層和高層鋼筋混凝土建筑中;同時采用現澆剪力墻結構,可以將承重墻與分隔墻合二為一,相對來說比較經濟;另外,室內較框架結構簡潔,沒有露梁、露柱現象,外形美觀,便于室內布置,使用功能更好,且增大了使用面積,因此受到歡迎。剪力墻由墻肢和連梁兩種構件組成,其結構承載力及剛度都很大,側移變形小,抵抗水平側移能力強,經過合理設計可做成抗震性能很好的廷性剪力墻。缺點是由于剪力墻最大間距的限制,使建筑平面和使用空間受到一定的局限。結構的延性一般不如框架結構和框架剪力墻結構體系,結構自重較大,總高度不大時,結構材料耗費可能較多。因此,在剪力墻結構設計過程中充分掌握其優缺點,進行合理的設計,達到既能保證建構筑物的質量又能節省資金、材料是每個設計人員所需掌握的。剪力墻結構中,墻是一平面構件,它除了承受水平作用力和彎矩外,還承擔豎向壓力;在軸力,彎矩,剪力的復合狀態下工作,其受水平力作用下是一底部嵌固于基礎上的懸臂深梁。在地震作用或風載下,剪力墻除需滿足剛度強度要求外,還必須滿足非彈性變形反復循環下的延性、能量耗散和控制結構裂而不倒的要求:墻肢必須能防止墻體發生脆性剪切破壞,因此注意盡量將剪力墻設計成延性彎曲型。
一、剪力墻結構的超長問題分析
一是剪力墻結構剛度大,受溫差影響大,混凝土的收縮產生的變形大,墻體對樓面、屋面產生的約束也大;當結構發生收縮變形時比其他結構易出現裂縫。一些未超長的剪力墻結構產生墻體或樓面裂縫,其主要原因就在此。
二是剪力墻結構多用于住房和公寓,使用狀況復雜,一旦私人購買的房子出現裂縫,雖然沒有安全問題,但處理起來問題多、難度大、社會影響大。
三是混凝土結構受溫度或收縮形變的影響與眾多因素有關;而體型龐大的剪力墻房屋往往形狀復雜,混凝土收縮大,約束應力積聚也大,施工工藝及管理也難控制,環境影響使用變化難于判斷,因此更難于解決混凝土收縮變形時,在受約束條件下引起拉應力而保證不出現裂縫。
四是目前混凝土中水泥用量普遍增大,加上由于混凝土強度的提高,使彈性模量增加將引起更大的約束拉應力產生,使結構出現裂縫的因素增多。
五是普遍使用商品混凝土泵送施工,為了泵送,增大水泥用量,減少了中粗骨料含量和骨料粒徑,加上泵送混凝土配合比和施工送料時的不良因素影響等都加大了結構收縮量,增加產生裂縫的因素。
綜上所述,在處理超長結構時,特別是處理超長的剪力墻結構時更要特別慎重:當發生由于建筑使用功能要求不允許超長建筑設永久縫時,建議采用對結構施加預應力的方法并結合采用設計構造措施、施工措施共同給予處理。
二、剪力墻轉角部位開設轉角窗的問題分析
隨著建筑平立面體型的多樣化,在不少的居住建筑外墻轉角客戶要求設置轉角窗,高層剪力墻結構的角部是結構的關鍵部位,在角部剪力墻上開設轉角窗,這不僅消弱了結構的整體抗扭剛度和抗側力剛度,而且使臨近洞口的墻肢、連梁內力增大,扭轉效應明顯,對結構抗震不利。
一是B級高度及9級設防A級高度的高層建筑不應在角部剪力墻上開設角窗或挑陽臺。
二是8度及8度以下級設防A級高度的高層建筑在角部剪力墻上開設角窗或挑陽臺時,應采取以下措施:①洞口應上下對齊,洞口寬度不宣過大,連梁高度不宜過小,并加強其配筋及構造;②洞口兩側應避免采用短肢剪力墻和單片剪力墻,宜采用“T”、“L”、“[”型等截面的墻體,墻體厚度在底部加強部位不小于層高的1/12,其他部位不小于1/15,且不小于180mm,墻端暗柱縱向配筋適當加強;③宜提高洞口兩側墻肢的抗震等級,并按提高后的抗震等級滿足軸壓比限值的要求;④轉角處樓板應加厚,配筋宜適當加大,并配置雙層雙向配筋;也可于轉角處板內設置連接洞口兩側墻體的暗梁;⑤結構電算時,轉角梁的負彎矩調整系數、扭轉折減系數均取1.0,抗震設計時,應考慮扭轉藕聯的影響。
三、剪力墻連梁設計在實際應用中的問題分析
剪力墻連梁的含義:剪力墻連梁即兩端都與剪力墻相連且與剪力墻的夾角不大于25度,跨高比小于5,剛度可以折減的梁。在墻肢和連梁的協同工作中,剪力墻應該具有足夠的剛度和強度。剪力墻的設計應該保證不發生剪切破壞,也就是要求墻肢和連梁的設計符合強剪弱彎的原則,同時要求連梁的屈服要早于墻肢的屈服,而且要求墻肢和連梁具有良好的延性。連梁一般具有跨度小,截面大,與連梁相連的墻體剛度又很大等特點。因此在實際工程中要使連梁的設計滿足強剪弱彎的要求,就必須考慮以下幾個方面:
一是關于連梁剛度的折減。連梁由于跨高比小,與之相連的墻肢剛度大等原因,在水平力作用下的內力往往很大,連梁屈服時表現為梁端出現裂縫,剛度減弱,內力重新分布。因此在開始進行結構整體計算時,就需對連梁剛度進行折減。根據《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》第4.1.7條中規定:“在內力與位移計算中,所有構件均可采用彈性剛度,在框架―剪力墻結構中,連梁的剛度可予以折減,折減系數不應小于0.55”。
二是加連梁跨度減少高度。在連梁設計中,剛度折減后,仍可能發生連梁正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不夠的情況,這時可以增加洞口的寬度,以減少連梁剛度。減少了結構的整體剛度,也就減少了地震作用的影響,使連梁的承載力有可能不超限。如果只是部分連梁超筋或超限,則可采取調整連梁內力來解決。調整的幅度不宜大于20%,且連梁必須滿足“強剪弱彎”的要求。
三是增加剪力墻厚度。亦即增加連梁的截面寬度,其結果一方面由于結構整體剛度加大,地震作用產生的內力增加,另一方面連梁的受剪承載力與寬度的增加成正比。由于該片墻厚增加以后,地震所產生的內力并不按墻厚增加的比例分配給該片剪力墻,而是小于這個比例,因此有可能使連梁的受剪承載力不超限。
四是提高混凝土等級。混凝土等級提高后,結構的地震作用影響增加的比例遠小于混凝土受剪承載力提高的比例,有可能使連梁的受剪承載力不超限。
五是地震區高層建筑的剪力墻連梁,在進行了上述調整后,仍有部分不符合承載力要求時,可取連梁截面的最大剪壓比限值確定剪力。然后按“強剪弱彎”的要求,配置相應的縱向鋼筋。此時,如果不能保證連梁在大震時的延性要求,應重新計算整個結構,必要時調整結構布置,使連梁的承載力符合要求。
結語
總而言之,以上都是在進行剪力墻結構設計工作中經常遇到的幾個比較實際的問題,這些問題相對都比較復雜,只有把互相制約的因素統一協調,才能取得比較理想的結果。
參考文獻:
關鍵詞:建筑結構 結構設計 安全度設計 概念設計
當前我國的建筑行業發展迅速,但同時人們對建筑結構的安全性、舒適性及耐久性的要求也越來越高。隨著我國建筑行業規模越來越大,復雜程度越來越高,而相應的結構設計技術水平卻有待提高。建筑結構設計缺陷所造成的建筑問題一直是設計研究者關注的課題。
1. 建筑結構設計的原則
建筑結構設計的基本原則是安全、適用、經濟、美觀。四個原則各有所側重的地方,但是又不矛盾,好的結構設計必須是這4項原則的完美結合。建筑結構設計大致分為三個階段:結構方案、結構計算、施工圖設計。結構方案布置是基礎,是前提工作,需要特別注意方案的合理性。該階段主要是根據建筑物的重要性、建筑所在地的抗震設防等級、工程地質勘察報告、場地類別和建筑物的總高度和層數來確立建筑物的結構布置形式。接著,需要進行結構計算工作,在經過荷載統計和水平荷載、豎向荷載的受力分析之后,就要確定結構的承重體系與受力構件。最后是施工圖的設計,此項是以前兩項的自然延續。需要注意的是,建筑結構設計通常是在建筑設計之后,它與建筑設計互相制約,結構設計不允許破壞建筑設計,建筑設計也不可以超出結構設計的能力范圍。結構設計將決定建筑設計能否實現,因此,建筑結構設計顯得尤為關鍵。
2. 建筑結構安全度設計
建筑結構安全度的設計主要體現在建筑結構的適用性、耐久性及安全性,建筑結構設計中常用安全度來檢測結構設計的適用性、耐久性和安全性。
2.1 建筑結構安全度設計中存在的問題
建筑結構安全度設計關系到人們的生命財產安全,必須引起建筑結構設計人員的關注。然而,實際上建筑結構設計中仍存在著不小的問題:1)建筑結構抗震性較弱。在建筑結構設計中提高抗震設計水平是提高建筑結構設計水平的一個重要方面。設計過程中個別忽略抗震性原則,造成了建筑物施工過程僅僅是一個表面工程,而實質是建筑物并不具有真正的抗震性能,這種現象在我國不少地區屢見不鮮。2)結構設計材料問題嚴重。建筑結構設計材料問題重要表現在建筑材料的偷工減料現象上。一些建筑單位在進行建筑結構設計的時候,為了節省建筑開支,提高企業的經濟效益,過度節省施工材料,導致建筑工程質量沒有得到很好的保障,同時也影響到建筑結構的安全性。3)結構設計缺乏合理性。建筑結構不合理,對建筑的安全性造成很大的影響。一些建筑結構設計人員只注重建筑的美觀度,而忽略了建筑的質量和安全性,造成不可估計的損失。
2.2提高建筑結構安全度設計的措施
建筑結構安全度的提高,必須嚴格按照國家規定進行建筑結構設計,在節省施工材料的同時,保證建筑鋼材的使用量,善于運用新技術進行建筑結構設計,提高建筑結構設計的質量。結構設計人員的素質對建筑結構安全度設計有著根本性的影響,建筑企業要定期對結構設計人員進行培訓和考核,加強結構設計人員對結構安全度的認識,提高結構設計人員的設計能力,實現建筑結構安全度設計標準。此外,在建筑結構設計中,節省建筑施工材料,是提高建筑企業的經濟效益,促進建筑企業的快速發展。最佳的建筑結構設計方案就是在保證建筑質量的同時可以盡量減少施工材料,實現建筑企業的經濟效益。隨著經濟的快速發展,建筑業得到了很大的發展空間,人們對建筑結構的設計要求,建筑結構設計工作變得更加的繁雜,難度也變得越來越大。所以建筑結構設計人員要善于運用新技術進行建筑結構安全度設計,保障建筑物的安全性和可靠性。
3. 建筑結構設計中的概念設計
概念設計是展現先進設計思想的關鍵,結構設計的好壞,很大程度上取決于設計者結構概念的完整性及創新能力,特別是建筑業飛速發展的今天,概念設計的重要性更是可見一斑。
3.1 概念設計在結構設計中的作用
概念設計一般指不經數值計算,尤其在一些難以做出精確理性分析或在規范中難以規定的問題中,依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法,可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算,具有較好的的經濟可靠性能。建筑結構設計可分為整體設計和部件設計兩部分。整體設計包括結構體系的選擇,柱網的布置,梁的布置,剪力墻的分布,基礎的選型等。結構設計決定建筑能否實現,在這個意義上,結構設計顯得更為重要。
3.2概念設計的內容與實現
在建筑設計中設計師要重視結構的地位,正確了解各種結構形式的基本力學特點以及材料對結構的影響等一些重要的結構概念,設計作品時靈活地用結構概念,使設計更加完善合理。建筑結構設計中的概念設計主要由以下幾點內容:
1)形成合理的結構體系。概念設計中針對基礎與上部結構之間的關系進行分析,并認識到基礎與上部結構為一個有機的整體,而不是把二者割裂開來。如對磚混結構,必須依靠圈梁和構造柱將上結構與基礎連接成一個整體,而不能單純依靠基礎自身的剛度來抵御不均勻沉降,所有圈梁和構造柱的設置,都必須圍繞這個中心。
2)提高結構設計的創新能力。發展先進計算理論,加強計算機的應用,加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用,使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。其中,打破建筑結構設計中的墨守成規,充分發揮結構工程師的創新能力,是相當必要的。
3)拓寬結構設計的思路。運用概念設計的思想,也使得結構設計的思路等到了拓寬。傳統的結構計算理論的研究和結構設計似乎只關注如何提高結構抗力R,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價越來越高。結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。以抗震設計為例,一般是根據初定的尺寸、砼等級算出結構的剛度,再由結構剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結構剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結構的剛度,反而使地震作用效應增強。
4.結束語
建筑結構設計是建筑工程的重要組成部分,是建筑安全應用的基礎。建筑結構設計的安全度關系到人們的生命財產安全,必須予以高度重視。因此,在建筑結構設計過程中結構設計人員要從一個個基本的構件算起,理解建筑構件的概念和含義,并密切配合其他專業來進行結構的設計。只有對建筑結構設計中的每一個環節進行充分重視,采用先進的技術來來進行結構設計,才能促進建筑工程質量的不斷提高。
參考文獻:
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[2] 郭玉紅.鋼管結構在建筑中的應用研究[J].現代商貿工業.2009(11)
1、科學性。建筑結構設計是以數學,力學為理論基礎,借助現代計算機技術進行的一種應用性技術。
2、應用性。建筑結構設計必須講究經濟效益,一個成功的建筑結構設計,技術上先進合理,經濟上效益顯著。建筑結構設計與結構理論研究不同,它更加具體,更加簡潔,有些地方是近似解,有些地方根據實際情況進行修正。
3、實踐性。建筑結構設計是一種工程實踐活動。
4、復雜性。建筑結構設計的復雜性首先表現在設計中各種因素的不確定性。其復雜性另一個表現就是結構方案的多元性,同一棟建筑可以有不同的結構方案,甚至在構件設計階段同一構件也可以有不同的配筋。
關鍵詞:高層建筑;結構設計;結構體系
引言
隨著科技和社會的不斷發展和進步,高層建筑在城市化建筑中的比例也越來越大。高層建筑結構設計也越來越成為高層建筑結構工程設計工作的難點與重點。因此要重點對高層建筑的結構設計進行研究,高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析,運用掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。
1高層建筑結構的特征
高層建筑結構不但承受著垂直方向的荷載,同時也承受著由外界的風產生的水平方向的風荷載,并且對于抵抗地震的能力也有相當高的要求。一般情況下的低層建筑受到結構水平方向上的風荷載的影響比較小,然而在高層建筑中,外界水平地震和風產生的水平方向的荷載的影響是主要的影響因素。隨著建筑物高度的增加,高層建筑在風荷載作用下的水平位移增加較快,但是高層建筑過大的側移不但影響人的舒適度,同時使得建筑物的使用受到影響,并且容易損壞結構構件以及非結構構件。基于此,在進行高層建筑結構設計時,首先要控制側向位移在規定的范圍之內,所以,高層建筑結構設計的核心是抗側力結構的設計。
2高層建筑結構設計的原則
2.1選擇合理的高層建筑結構計算簡圖
在計算簡圖基礎上進行高層建筑結構設計的計算,如果選擇不合理的計算簡圖,那么就比較容易造成由于結構設計不合理而發生事故,基于此,高層建筑結構設計安全保證的前提是合理的計算簡圖的選擇。同時,結構設計應該采用相應的構造方法保證安全。在實際的結構中,其結構節點不再是簡單的鋼節點或者餃節點,我們要保證和計算簡圖的誤差在規范規定的范圍內。
2.2選擇合理的高層建筑結構基礎設計
按照高層建筑地質條件進行基礎設計的選擇。綜合分析高層建筑上部的結構類型與荷載分布情況,考慮施工條件,相鄰的建筑物的影響等各個因素,在此基礎上選擇科學合理的基礎方案。基礎方案的選擇應該使得地基的潛力得到最大程度的發揮,必要的時候要求進行地基變形的檢驗。高層建筑設計要有詳細的地質勘查報告,如果缺失,那么應該進行現場勘查并參考相鄰建筑物的有關資料。一般情況下,相同結構單元應該采用相同的基礎類型。
2.3選擇合理的高層建筑結構方案
合理的結構設計方案在滿足安全的前提下必須滿足經濟性的要求,并且要滿足結構形式和結構體系的要求。結構體系的要求是受力明確,傳力簡單。在相同的結構單元當中,應該選擇相同結構體系,如果高層建筑處于地震區,那么應力需要平面和豎向的規則。在進行了地理條件,工程設計需求,施工條件,材料等的綜合分析的基礎上,并和建筑包括水,暖,電等各個專業的相協調的情況下,選擇合理的結構,從而確定結構的方案。
2.4對計算結果進行準確的分析
隨著科技的不斷進步,計算機技術被廣泛的應用在建筑結構的設計中。當前市場上存在著形形的計算軟件,采用不同的軟件得到的結果可能不同,所以,建筑結構設計人員在全面了解的軟件使用的范圍和條件的前提下,選擇合適的軟件進行計算。由于建筑結構的實際情況和計算機程序并不一定完全相符,所以進行計算機輔助設計的時候,出現人工輸入誤差或者因為軟件本身存在著缺陷使得計算結果不準確的問題,基于此,結構設計工程師在得到了通過計算機軟件得到的結果以后,應該進行校核,進行合理判斷,得出準確結果。
2.5高層建筑的結構設計要采用相應構造措施
高層建筑結構設計的原則是強剪切力弱彎變,強壓力弱拉力,強柱弱梁。高層建筑結構設計過程中把握上述原則,加強薄弱部位,對鋼筋的執行段錨固長度給予重視,并且要重點考慮構件延性的性能和溫度應力對構件的影響。
3高層建筑結構體系的選型
建筑的結構在抵抗來自于水平方向和豎直方向的荷載時構件的組成形式和傳力的路徑就是高層建筑的結構體系。通過包括墻,柱等的豎向構件和樓蓋等水平構件將豎向荷載傳遞到基礎,利用抗側力體系將水平荷載傳遞到基礎。
根據高層建筑結構的材料將高層建筑的結構體系分為鋼筋混凝土結構體系,鋼結構體系,鋼-混凝土混合結構體系以及鋼-混凝土組合結構體系。鋼筋混凝土結構體系被廣泛的應用在各類的工程結構中,具有混凝土和鋼筋兩種材料的協同受力性能特征,造價低廉,耐久耐火,成本低,整體性能優良,但存在著自重大,延性差,施工慢等缺點;鋼結構體系的強度高,抗震性能比較好,施工方便,跨度大,用途多,但是存在著費用高,防火性能差,施工復雜等不足;鋼-混凝土混合結構結合了鋼筋混凝土構件和鋼構件的長處,不但增加了鋼構件的材料強度,同時具有較高的抗震性能,成本低廉,然而這兩種材料構件的連接技術還存在著不足;鋼-混凝土組合結構具有承載能力高,抗震性能強,比鋼結構具有更優良的耐火性,施工速度快,但是存在著節點的構造比較復雜的缺點,一般被用于小屁偏心受壓構件。
根據結構形式可以將高層建筑結構分為框架結構體系,剪力墻結構體系,框架-剪力墻結構體系。利用柱,梁等結構體系作為高層建筑豎向承重的結構,并且承受水平荷載,這種結構側向位移大,框架結構內力大,適于50m高度以下的建筑;通過高層建筑的墻體當做抵抗側力和豎向承重的結構體系,就是剪力墻結構體系。這種剪力墻結構的剛度大,整體性能好,不易受水平力作用發生變形,適應于高層建筑,但是由于剪力墻的間距小,使得平面的布置不靈活,因此,在公共建筑中不宜使用;利用框架和剪力墻組合的而構成的結構形式就是框架-剪力墻結構體系,這種結構形式不但具有實用性強,布局靈活的優點,同時承受水平負載的能力更高,在高層建筑中被廣泛使用。在框架-剪力墻結構體系中,需要注意考慮剪力墻的位置,設計合理的剪力墻的數量,以及滿足框架的設計要求。
4高層建筑結構的相關問題分析
4.1高層建筑結構存在著超高的問題
基于高層建筑抗震的要求,我國的建筑規范對高層建筑的結構的高度有嚴格的規定,針對高層建筑的超高問題,在新規范中不但把原來限制的高度規定為A級高度,并且增加了B級高度,使得高層建筑結構處理設計方法和措施都有了改進。實際工程設計中,對于建筑結構類型的改變對高層超高問題的忽略,在施工審圖時將不予通過,應該重新進行設計或者進行專家會議的論證等。在這種情況下,整個建筑工程的造價和工期都會受到極大的影響。
4.2高層建筑結構設計短肢剪力墻的設置問題
我國建筑新規范中,短肢剪力墻是指墻肢的截面的高度和厚度比在5~8的墻,按照實際經驗以及數據,高層建筑結構設計中增加了對短肢剪力墻的使用限制。所以,在高層建筑的結構設計中,必須盡可能的減少或者避免使用短肢剪力墻。
4.3高層建筑結構設計嵌固端的設置問題
一般情況下,高層建筑配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。高層建筑的嵌固端一般設置在地下室的頂板或者人防的頂板等位置。因此,結構工程設計人員應該考慮嵌固端設置會可能帶來的問題。考慮嵌固端的樓板的設計;綜合分析嵌固端上層和下層的剛度比,并且要求嵌固端上層和下層的抗震的等級是一致的;高層建筑的整體計算時充分考慮嵌固端的設置,綜合分析嵌固端位置和高層建筑結構抗震縫隙設置的協調。
4.4高層建筑結構的規則性問題
在關于高層建筑的新規范中,對于高層建筑結構的規則性做出了很多限制,比如規定了結構嵌固端上層和下層的剛度比,平面規則性等等,并且硬性規定了“高層建筑不能采用嚴重不規則的設計方案。”因此,為了避免后期施工設計階段的改動,高層建筑結構的設計必須嚴格遵循規范的限制條件。
5結束語
隨著我國高層建筑的不斷發展,高層建筑的結構設計的要求也越來越高,高層建筑的結構設計是一項綜合性的技術工作,對于建筑的設計有著非常重要的作用和意義。在高層建筑結構設計中,結構工程師要遵循結構設計的原則,重視結構計算的準確性和結構方案的合理性,做出符合具體實際情況的結構設計。