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關鍵詞:民用建筑結構;問題;要點淺析
Abstract: the civil building of quality in addition to the influence factors of site construction and outside, another one of the most important factors is the structure design. This paper in the design of civil building structure some points problems were discussed, and to the point of a simple research and analysis.
Keywords: civil building structure; Problem; Points according to the
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
一、民用建筑結構設計的原則及步驟
結構設計,是工程師通過專業的方式,即結構語言來表達設計者的理念。而結構語言就是通過從建筑或者專業圖紙中凝煉而出的建筑的基礎,諸如墻,柱,梁,板,樓梯,大樣、構造等。建筑師通過使用結構語言的元素構架建筑的體系,包括承重及抗力體系,這種體系是由豎向和水平構件共同構筑而成。
1.民用建筑結構設計基本原則
民用建筑結構設計功能原理顯示:1)用于正常建設和施工使用,能經受正常使用中的多種有可能性;2)具有良好的工作業績;3)正常維修養護中的耐久性;4)發生事故的設計規定和發生,可保持必要的整體穩定性。
2.民用建筑結構設計的基本步驟
建筑師在進行民用建筑結構設計的時候,一般按照三個階段逐步開展工作:方案規劃階段,計算和設計階段,施工建設階段。以方案規劃階段舉例來看,其內容一般會根據建筑的重要復雜度,重點考慮抗震設防烈度、工程地質勘查報告、建筑類型和建設和層高來確定建筑結構設計的最終形式。比如是磚混結構、筒型構架或者其他結構設計模式。
二、民用建筑結構設計中的常見問題
1.結構平面圖相關問題
測繪結構布局進行繪制結構圖時,何時需要結構軟件建模是需要結構工作者進行分析的。當所需建建筑地處6度區的抗震設烈度地帶時,按照國家建筑抗震設計規范,可不必開展檢查地震剖面的工作,也就無需輸入結構軟件建模,結構設計可以直接進行,特別是砌體結構建筑,但是必須要符合國家規定的抗震措施要求,注意局部受壓問題的解決。但是,當所建建筑地處7度區以上的地帶時,是必須要輸入結構軟件建模計算的。當然,如果便利,無論哪種,如果從妥善和精確角度來看,輸入結構軟件建模,都是有利而無害的。
2.屋頂(面)結構圖問題
對于設計人員而言,民用建筑結構設計和施工的關鍵, 必須正確掌握建筑圖紙的要素,理解圖紙的意圖。而做到對圖紙的把控,就必須有深入的空間概念。
梁板式及折板式的結構處理方式,一般適用于坡屋面的建筑。二者略有區別。當建筑屋面坡度及屋脊線轉折復雜,且具有較大的版跨度和不平整的平面時,建筑結構設計者們往往就會采用梁板式的結構處理方式。反之,會采用折板式。這兩種結構處理方式,均為偏心受拉構件。板配筋應該配備負筋板的部分或全部抵抗拉力。基于構造需要的厚度一般不應小于120厚。此外,光束角鋼裝飾板倍應該有大樣圖坡屋頂板法平面,經常使用的文件增加樣品示意圖,這是更方便的安裝人員,要正確理解圖紙。
3.地基與基礎方面
1)無地質勘察報告的多層房屋建筑,施工圖的設計是根據建設單位口頭或參考附近的建筑設計形式而做出的。參考設計必須合理、安全設計地基與基礎,不能完全依靠地耐力進行考量,要統一考慮多種因素綜合所參考的建筑設計資料進行結構設計。
2)在進行建筑結構設計時,軟弱地基的危害是非常嚴重的。不能僅僅憑借經驗采用砂墊層加強一下承載力的處理方式,必須考慮墊層寬度和厚度,嚴格進行換土墊層設計計算,安全經濟的解決軟弱地基的處理設計問題。
3)多層民用建筑結構進行設計的時候,為了避免采用荷載值偏大的后果,必須在設計之初,對梁、柱和基礎負荷嚴格按照設計規范處理,通過將荷載乘以折減系數的計算方式,科學的計算荷載值,達到結構設計的合理性。
4.民用建筑結構設計與其他專業設計的協調
民用建筑結構設計中必須考慮電氣室內敷線的問題。在設計的時候,應該遵循相關設計原則,應沿著墻壁及樓板等暗處敷設金屬管,導線敷設其中。然而這種暗設的結構設計方式,往往與裝配整體框架和剪力墻結構相沖突。預制梁預留管道盡可能和波束寬度和壁厚一致,如果沒有協議,要求一側的墻壁和梁的一側,側面平齊,使得穿梁管穿束垂直線不外露于墻上。
高層建筑平面電梯井道的位置確定,電梯電腦室肯定是向下的位置,電梯電腦室嵌入孔部分越多,電梯的電腦室負載也就越大,所以應該詳細了解選定機型電梯建設條件和注意只有站的布局和更多臺布置的差異。由于電梯井一般為鋼筋混凝土剪力墻的方式,除了外面的垂直載荷下,仍然受橫向力的作用,因此應驗證開孔強度。
5.底層框架——剪力墻砌體結構挑梁裂縫問題
上部是多層磚混砌體結構,底層為剪力墻結構或框架剪力墻結構等,這類房屋的體系結構,往往會出現結構設計上的問題,為了追求底層空間和使用面積,設計師們單一追求建筑立面造型,將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上,各層設計有挑梁,但實際結構的底層挑梁承載普遍出現裂縫。
6.其它建筑結構設計問題
a、多層和高層建筑,層數和高度的增加,豎向和水平的荷載也隨之增加,荷載量的增大使得底層柱截面不斷增大,使得建筑底部數層會出現大量短柱。
b、一般設計者往往會根據多孔磚墻體結構的構造,使用承重磚。承重磚卻是采用多孔磚砌筑而成,這種磚質不適宜地面以下和室內防潮層。
c、結構設計沒有考慮房屋建筑的高度、高寬比,使得其限值超出現行規范。
e關于箱、筏基礎底板的挑板問題等等。
1.設計規范的要求
針對上文闡述的在民用建筑結構設計時易出現的問題,設計人員在框架結構構思時,必須綜合的分析和符合建筑結構荷載規范、抗震規范、混凝土結構設計規范等。結合當地建筑的特殊性,以及材料、地質、貨源、習俗等,合理建設結構設計體系。
2.設計的主要原則及要點
a.結構設計時注意抗震驗算。場地類別的差異往往決定抗震驗算的等級。當建筑超過5層的跨度時,結構設計要盡量加剪力墻,盡可能改善結構的抗震性。
b. 大跨度雨篷,陽臺等不允許從填充墻內出挑,必須考慮抗扭,其扭矩為梁中心線處板的負彎矩乘以跨度的一半。
c.框架梁、柱的混凝土等級宜相差一級。
d.由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時,應驗算構件的最小配筋率等。
e.出層面的樓電梯均不得采用磚混結構。
f.框架結構中的電梯井壁宜采用粘土磚砌筑,但不能采用磚墻承重。應采用梁承托墻體荷載。
g.建筑長度宜滿足伸縮縫要求,否則應采取適當措施,如增大配筋率,通長配筋,改善保溫,鋪設架空層,加設后澆帶等。
h.框架柱軸壓比宜滿足相關規范要求,并根據規范要求進行抗震設計。
i.當采用井字梁時,梁的自重大于板自重時,梁自重不可忽略不計,周邊一般加大邊梁的截面。
j.過街樓處的梁上筋應通長,按偏心受拉構件進行計算設計。
k.電線管集中穿板處,板應驗算抗剪強度或開洞形成管井。電線管豎向穿梁處應驗算梁的抗剪強度,開洞處應進行抗震構造措施處理。
l.構件不得向電梯井內伸出,否則應驗算是否能裝下,電梯井處柱可外移或做成異性柱。
m.驗算水箱、電梯機房及設備下結構的強度。水箱不得與主體結構做在一起。
n.當地下水位很高時,暖溝應做防水。一般可做U型混凝土暖溝,暖氣管通過防水套管進入室內暖溝。
o.采用扁梁時,應注意驗算撓度及裂縫,滿足規范要求等。
p.突出屋面的樓電梯間的柱為梁托柱時應向下延伸一層,不宜直接錨入頂層梁內,并且托梁上鋼筋應適當拉通,并驗算托梁抗剪強度。錯層部位應采取加強構造措施,女兒墻內加構造柱,頂部加壓頂。出入口處的女兒墻不管多高,均加構造往,并應加密。錯層處可加大梁截面,上下層板鋼筋均錨入此梁中。
q.注意基底附加壓力下基礎沉降不均的問題。
民用建筑的結構設計是一個復雜的系統,其中存在的問題涉及到方方面面,要解決好這些問題就需要豐富的經驗和先進的理論知識,在此前提下,建筑結構設計師通過綜合考慮各方面設計因子,并與各種規范進行多重整合,運用科學的設計理念,做到建筑設計與結構設計的緊密結合,選擇合理的結構體系,這樣才能設計出真正滿意的建筑。
參考文獻:
于桂萍《關于多層建筑結構設計中的主要問題分析》.中國高新技術企業.2008.
莫雪輝《深度探討如何提高建筑結構設計水平》.科技資訊.2008.
關鍵詞:高層民用建筑;結構設計;問題;措施
中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:
0引言
建筑工程質量的好壞和群眾生命財產安全息息相關,而其中建筑設計又是一項繁重、責任大的工作,對建筑物的整體安全、經濟合理性以及適用都會造成嚴重的影響。 實際設計過程中,結構設計概念與方法上總是存在著一定的差錯,之所以存在差錯,主要有以下幾方面的原因:第一,由于設計人員對于高層建筑設計沒有過多的重視,只盲目的按照或者一味的照搬其他設計結果進行;第二,設計人員對于相關設計規范及方法缺乏一定的了解;第三,設計人員沒有清晰的力學概念,難以構建起科學合理的計算模式,在判斷結構驗算結果時,經驗不足。
1.高層民用建筑結構設計過程中存在的問題
1.1天然地基承載力與基礎埋深的確定問題
首先是地基承載力的確定存在誤差 ;在對地基承載力進行確定時,不僅要對其性質加以充分的考慮,而且,還要充分的考慮基礎的埋置深度以及寬度,地基承載力會隨著基礎埋置深度的加深以及基礎寬度的加大而逐漸的提高。但是,如果屬于軟弱基地,那么,將會使得地耐力取值進一步提高,存在安全隱患。其次,基礎埋深,通常從室外地面標高開始算起;填方區域應在填土后才可進行挖槽,可從填土面開始算起,填土主要是在上部結構而完成的,從天然地面標高開始算起。如果地下室采用的是箱形基礎,那么,基礎埋深應從室外地面標高開始算起;比如,分離式的基礎的地下室,也就是說內墻與內柱基礎,具體埋置深度應從室內地面開始算起;而地下室外墻基礎應采取室內與室外計算埋置深度的平均值。不過,實際設計過程中,通常沒有考慮天然地面室外設計地面標高間存在的不同和填土的規范施工順序,只一味的按照設計室內地面標高算起。這樣一來,就會使得基礎計算埋深值進一步增大,最終導致按照深度調整后的地基承載力也較大,安全系數低。
1.2結構計算存在的問題
建筑物結構計算存在的問題是荷載取值不夠合理、驗算底框砌體結構方面的問題以及結構周期折減系數的確定。如,高層民用框架的建筑一般在采取獨立的基礎上以及其地基受力部位不具備軟弱粘性土層的情況下,那么,就非常有必要對地基的抗震承載力加以驗算,在對其基礎進行設計時,應充分的考慮風荷載的作用。因此,必須將風荷載輸入到高層民用建筑中。只有具有均勻的剛度時方可采用底部剪力法,假如其結構中存在薄弱層,應充分考慮其因塑性變形集中所帶來的影響;此外,由于框架結構等都有填充墻,因此,它的實際剛度要高于計算時的剛度,但其實際周期比計算周期小,因此,最終所計算出的地震剪力通常較小,使得結構潛在了安全隱患,唯一的解決辦法就是折減計算周期。
2.加強高層民用建筑結構設計措施
2.1對地基承載力寬度與深度修正
在對地基承載力寬度與深度進行修正時,應結合工程具體情況,根據《建筑地基基礎設計規范》中的規定、基本原理以及理論,明確基礎埋置深度的取值,特別對于部分特殊情況,應充分的分析,合理的進行取舍。在施工中要求基礎完成時還要在上部結構施工前回填完成,回填土應進行分層夯實。實際上,地基承載力就是地基同時滿足強度以及變形這兩個條件時,單位面積所能承受的最大荷載。一般情況下,上部結構體型較為簡單,整體剛度較大,如果,地基不均勻沉降有著極強的適應性,那么,地基承載力就可取高值;如果基礎寬度大,埋置深度深,那么,地基承載力就會有所提高;高層建筑為了使得地基具有較好的穩定性,避免建筑物滑動與傾覆,通常都會要求基礎整體剛度要大,埋置深度深,可采用箱形基礎。另外,基礎埋深對于地基土體及上部結構所組成的相互作用體系的動力特性與動力反應有著一定的影響;各個學者在對這一問題進行研究后,所得出的結論存在著一定的差異,主要是因為上部結構剛度條件具有差異性。應對上部結構各種剛度條件加以全面的考慮,并進行大量的數值計算,從而獲取到基礎埋深對土體與結構共同作用體系的動力特性與反應影響的規律。
2.2結構計算參數的選擇
具體有以下三方面:首先,選擇合理的地震力振型組合數;其對于高層建筑,在沒有采取扭轉耦聯計算方式時,應取3,如果振型系數已經超出了3,那么,應取3的倍數,不過決不能比房屋層數高,在《建筑抗震設計規范》中有明確的規定,一個合理的振型個數通常能夠取振型參與質量達到總質量的百分之九十所需的振型數。目前,中國建筑科學研究院已經具備了這一功能,能夠及時的將這種參與質量的比值全面的輸出。同時,通過耦合計算的地震剪力要比非耦合計算小,只有其結構發生極為明顯的扭轉時,才可以采用耦合計算的方式進行,必要時應采用非耦合計算加以補充。其次,框架結構或荷載最不利布置與組合;如果活荷載較大,那么,是否對活荷載進行最不利布置、組合,會嚴重的影響到計算全面的反映出來,很有可能導致結構不安全。并且在PKPM中難以將荷載規范表4.1.1中的第1(1)與第1(2)~12項進行明確的區分,無法滿足荷載規范區分不同荷載類型采用各種樓面荷載折減系數的具體要求。所以,在對結構計算過程中,應對各種構件進行區分,然后進行分布計算,并且當荷載輸入時,應進一步折減樓面活荷載。
3.結論
綜上所述可知,本文論述了高層民用建筑結構設計過程中存在的問題,并針對問題制定了有效的措施,以確保結構設計具有較高的準確度、安全性以及較好的經濟合理性。由于筆者能力有限,本文的論述不是很全面,以期相關人員提出寶貴的意見。
參考文獻:
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【關鍵詞】 民用建筑;結構設計
中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:
引言
民用建筑作為人們居住的載體,與人們的生產、生活密切相關,民用建筑結構設計直接關系到民用建筑的質量,并影響著建筑物本身的經濟性、安全性、舒適性和耐久性。當前, 民用建筑設計追求“以人為本”, 這就要求結構設計人員設計思想的開拓和設計方法的創新。
一、現代民用建筑結構設計的概念
簡而言之,結構設計就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要表達的東西。結構語言包括墻、柱、梁、板、樓梯地基等結構元素,然后用這些結構元素來構成建筑物或構筑物的結構體系,包括豎向和水平的承重及抗力體系。
二、結構抗震的概念設計
結構抗震的概念設計是指通過地震對建筑結構的整體效應來有效地解決建筑結構設計中存在的基本問題,具體包括分析建筑結構的破壞機制和過程。結構抗震的概念設計要立足于建筑結構的整體布局上,加強對關鍵部位的設計細節,在整體上提高建筑結構的抗震能力。民用建筑是人們生活的主要場所,對它的抗震能力要制定高標準,嚴要求,民用建筑的結構設計中的抗震概念設計非常重要。
三、現代民用建筑結構設計的關鍵技術
3.1異形柱框架結構
在結構設計中,原則上要求框架結構的柱采用矩形柱,這是因為矩形柱的受力能力較好、傳力途徑明確,在長期的工程實踐中積累了大量的經驗,計算理論較完善,所以矩形柱的理論更接近實際。但隨著近年來,民用建筑的高層化,使矩形柱的柱截面增大,在房屋內部的布置和使用上造成影響,在裝修中,造成了使用面積的浪費。異形柱框架結構解決了這個問題。
所謂異形柱框架就是根據墻體布置情況,將柱截面做成“L”“T”“+”形,也有采用“Z”形。“L”形多用于墻的轉角部位,“T”形截面多用于縱橫墻交接處,柱肢寬度最適宜用與墻體相同的厚度,使得柱表面與、墻體表面平齊。
3.2預應力混凝土大板結構技術的應用
預應力大板結構是在柱與柱之間布置明梁,樓板采用預應力大板,并在預應力大板上直接布置隔墻的結構體系。隨著預應力技術的成熟和廣泛運用,預應力材料和施工費不斷下降,我國高層建筑轉換層結構中采用預應力技術的情況越來越多。預應力結構解決了難看的室內次梁景觀的問題,讓裝修時室內布局的改造和建筑平面布置更加靈活,滿足了住戶個性化的要求。
3.3 短肢剪力墻的廣泛應用
短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度 5 — 8倍的剪力墻結構。常用的短肢剪力墻有“T”字型、“L”字型、“十”字型“一”字型等。在短肢剪力墻結構中,剪力墻能利用間隔墻位,結合建筑平面靈活布置,避免與建筑使用功能發生矛盾。鏈接隔墻的梁,可以隱藏在間隔墻的豎向平面內。這種新的結構解決了普通框架和普通剪力墻的建筑難題,受到建筑界的肯定,得到廣泛的運用。
3.4 鋼結構在民用建筑上的運用
鋼鐵工業的迅速發展,給建筑鋼結構建設事業提供了豐富的物質資料。相比磚混結構和混凝土結構,鋼結構在民用建筑中有四個明顯的優點:一是鋼結構自重輕,可以較大程度上減少土、沙、石的用量,綜合經濟效益好;二是鋼材強度高,在民用建筑設計中可采用大開間布置;三是鋼結構民用建筑施工周期短,可以加快資金周轉,提高建筑工程投資效益;四是鋼結構建筑的環保效果好,具有較高的性價比,有利于進行產業化發展,極大的促進新型材料在建筑業的運用,帶動鋼鐵工業的發展。
四、民用建筑結構設計存在的問題
4.1部分結構設計不夠科學合理
結構設計不夠合理的原因是沒有按照建筑抗震設計的規定嚴格執行,不按照規定進行荷載的取值計算現象十分嚴重,計算結果超過結構強度本身,建筑物的質量嚴重不合格。
4.2建筑地基規劃不科學
地基的規劃和設計對整個民用建筑的地上結構的設計起到重要的指導作用。當前民用建筑的高層化趨勢非常明顯,但為了追求建筑物外形和內部戶型設計的美觀以吸引消費者,建設單位對地基的情況并沒有加以重視,這對建筑物的質量是個很大的威脅,另外,由于工程建筑的不同地理環境和不同建筑方案,地基設計是否合理對后期的工程建筑影響較大,不合理的地基設計在后期可能會造成投入的增加。
4.3民用建筑的內部結構設計不合理
在實際的民用建筑設計工作中,設計人員不是從業主的實際生活需要進行建筑的內部結構設計,住宅中的各個生活區間面積不夠合理,不能充分發揮建筑的功能性。
4.4設計深度不合規定
在實際的民用建筑中,結構設計圖紙的偷工減料、設計粗糙、缺少配套系統、責任限定模糊等現象層出不窮,設計人員自身素質低下是其中一個原因,建設商為節省建筑投資,擴大利潤也是主要原因之一。
4.5材料選用和結構體系不合理
材料的選用和建筑物的結構體系是重要的工程要素。在高層民用建筑上,應盡量采用鋼管混凝土結構或鋼骨混凝土結構等,以減少柱基斷面的尺寸、提高防震效果。很多實際的建筑工程中都出現了規則性差以及抗震結構不利等現象,樓層錯層現象也時有出現,所以在高層建筑上,為達到規定的防震要求,對高層結構不提倡采用復雜結構,這是為了防止樓板開洞過大而導致的結構不規則,從而影響了結構的抗震效果。
五、民用建筑結構設計原則
5.1嚴格遵守有關規章制度
在民用建筑結構設計中,應嚴格按照各級政府的規章制度。根據在建工程的具體情況,積極采用成熟的新技術、新材料、新工藝,在保證工程質量的同時做到安全適用、經濟合理、保護環境、
5.2做好設計前的調查研究工作。
在進行結構設計前要對施工環境、施工技術條件、工程特點等進行深入的調查研究,根據工程的實際情況,合理的使用新技術、新材料、新結構進行結構設計。
5.3確保結構的安全性
結構安全性是結構在各種因素作用下防止破壞倒塌的能力。是結構設計首先應保證的目標。它的內容主要包括構件的承載能力的安全性,結構的整體牢固性和結構的耐久安全性。在關鍵的結構部位,或施工操作有難度的部位,應適當的留有余地,以保證結構設計的安全度。
六、民用建筑結構設計中需要注意的問題
6.1結構設計應與建筑專業密切配合,建筑的開間、進深、層高尺寸及選用的構件類型,應盡量減少型號,每一配筋構件盡量減少鋼筋規格以利于建筑工業化及現場施工方便。
6.2建筑結構設計應根據建筑物的耐火等級、材料的燃燒性,在建筑專業的有關防火設計規范中的要求下,正確合理的選擇結構構件的材料,正確選擇結構構件的保護層及保護作法。
6.3在結構設計中采用的新技術和新材料,應由國家認可的檢測機構進行試驗論證,出具檢測報告,并經有關部門組織的審查審定后方可使用。
6.4制定結構設計執行技術崗位責任制,把責任落實到每個負責人的頭上,權責明確,提高設計人員的責任意識,確保結構設計的合理性、準確性。
七、結語
民用建筑的結構設計對民用建筑的質量和使用都有著重要的作用,雖然目前。我國在民用建筑結構設計上已經取得較大的進步,但由于社會環境和科學技術等原因,在這方面仍然存在著不少的問題,這需要我們的建筑設計人員的不斷鉆研和努力,在實踐中不斷積累經驗,學習新技術,為民用建筑結構設計上存在的問題的解決貢獻自己的才智,以提高我國民用建筑結構的設計水平,進而使我國建筑質量有質的飛躍。
參考文獻
【1】孔雅莎.建筑結構設計雜談[J].建筑結構,2006(3).
關鍵詞:高層;民用建筑;結構設;問題
Abstract: In this paper, according to high civil buildings structure design application status of steel structure and the most simple analysis for the steel structure, through to the civil high-rise residential buildings design principle and the structure of the influence factors of high civil buildings structure focuses on high civil buildings structure design of the key questions, including the shear adjustment frame column, columns axial compression ratio control, box a framework overthrew bending moment control, foundation design and structure torsional deformation control etc. And the problems of concise analysis and put forward corresponding Suggestions and countermeasures.
Keywords: top buiding; civil building construction; structure; question.
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
根據建筑使用的材料,我國的高層建筑采用的主體結構有砌體結構、混凝土結構、鋼結構和鋼-混凝土混合結構等類型。鋼混結構應用民用建筑結構設計中,對混凝土的收縮和徐變變形影響不容忽視,在使用荷載和環境條件下的對裂縫開展深入的研究和設計,以及對大跨度鋼混凝土受彎和大偏壓構件的剛度、撓度影響,因為在某些特殊情況下這些因素同樣將影響主體結構的使用和安全性。
一、 當前我國高層民用建筑結構設計現狀分析
以民用住宅建筑來看,由于民用建筑高度不斷攀升,從經濟適用性和應用普及來看,近幾年來,與大多高層商業建筑采用鋼結構不同的是:民用高層建筑結構主體更多采用鋼-混結構進行高層民用建筑的建造和設計。而近幾年針對民用高層建筑采用主體結構的是以鋼結構還是鋼-混結構為主攻方向的爭議就沒有停止過。推崇鋼結構為主攻方向的一部分學者認為:在當前住宅產業化趨勢之下推行鋼結構具有: 贊同強度高、自重輕、施工速度快、防潮、抗震性能好,便于安裝和拆卸(便于實施產業化住宅實施以及二次優化設計),但鋼結構存在防火和腐蝕的典型問題,而作為民用建筑住宅的成本來看,鋼結構的經濟成本較高。
隨著近年我國房地產業發展以及國家對抗震等硬性指標的規范,以往磚混結構的住宅正在逐漸被鋼-混結構所替代,雖然鋼-混結構較之磚混結構成本會高出很多,但在抗震等規范指標下與鋼結構主體比較成本要低出許多。這也是近年來我國民用高層住宅建筑多采用鋼-混住宅結構的因素之一。
二、高層民用建筑結構的設計原則
1.結構堅固、耐久
除按荷載大小及結構要求確定構件的基本斷而尺寸外,對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結等構造設計,都必須保證建筑物構、配件在使用時的安全。
2.應用先進技術
在進行建筑構造設計時、應大力改進傳統的建筑方式,從材料、結構、施工等方面引入先進技術、并注意因地制宜。
3.合理降低造價
各種構造設計,均要注重整體建筑物的經濟、社會和環境的三個效益,即綜合效益。在經濟上注意節約建筑造價,降低材料的能源消耗,又要有利于降低經常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質量,不能單純追求效益而偷工減料,降低質量標準,應做到合理降低造價。
4.注意美觀大方
建筑物的形象除了取決于建筑設計中的體型組合和立面處理外,一些建筑細部的構造設計對整體美觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內外的細部裝修,各種轉角、收頭、交接處的接頭設計.都應合理處理.并相互協調,注意美觀大方。
三、影響高層民用建筑結構設計的主要因素
1.外力作用的影響
作用在建筑物上的各種外力統稱為荷載。荷載可分為恒荷載(如結構自重)和活荷載(如人群、家具、風雪及地震荷載)兩類。荷載的大小是建筑結構設計的主要依據。也是結構選型及構造設計的重要基礎,起著決定構件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素,風力隨著地面的不同高度而變化,在沿江沿海地區,風力影響更大,設計時必須遵照有關設計規范執行。
地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產生上下顫動;橫波使建筑物產生前后或左右的水平方向的晃動[2]。但這三個方向的運動并不同時產生,其中橫波的振動往往超過風力的作用,所以地震力產生的橫波是建筑物的主要側向荷載。地震的大小用震級表示,震級的高低是根據地震時釋放能量的多少來劃分的,釋放能量愈多,地震越大,震級也愈高。故震級是地震的大小指標。
在進行建筑物抗震設計時,是以該地區所定地震烈度為依據,地震烈度是指在地震過程中,地表及建筑物受到影響和破壞的程度。
2.氣候條件的影響
我國各地區地理位置及環境不同,從炎熱的南方到寒冷的北方,氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構成了影響建筑物的多種因素。有的構、配件因熱脹冷縮而開裂;有的部位出現滲漏水現象;有的因室內過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構造設計時,應該針對建筑物所受影響的性質與程度,對各有關構、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。
3.各種人為因素的影響
人們在生產和生活活動巾,往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響[3]。故在進行建筑構造設計時,必須針對這些影響因素,采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構造措施,以防止建筑物遭受不應有的損失。
四、高層民用建筑結構設計中的主要問題分析
1.框架柱剪力調整
關鍵詞:高層民用建筑結構設計
中圖分類號:TU97文獻標識碼: A
根據建筑使用的材料,我國的高層建筑采用的主體結構有鋼筋混凝土結構、鋼結構和型鋼混凝土混合結構等類型。其中鋼筋混凝土結構應用最為普遍,但混凝土的收縮和徐變變形對結構的影響不容忽視,并應在使用荷載和環境條件下對裂縫開展深入的研究和設計,以及對大跨度鋼筋混凝土受彎和大偏壓構件的剛度、撓度影響,因為在某些特殊情況下這些因素同樣將影響主體結構的使用和安全性。
一、 當前我國高層民用建筑結構設計現狀分析
以民用住宅建筑來看,由于民用建筑高度不斷攀升,從經濟適用性和應用普及來看,近幾年來,與大多高層商業建筑采用鋼結構不同的是:民用高層建筑結構主體更多采用鋼筋混凝土結構進行高層民用建筑的建造和設計。而近幾年針對民用高層建筑采用主體結構的是以鋼結構還是鋼筋混凝土結構為主攻方向的爭議就沒有停止過。推崇鋼結構為主攻方向的一部分學者認為:在當前住宅產業化趨勢之下推行鋼結構具有材料強度高、自重輕、施工速度快、防潮、抗震性能好,便于安裝和拆卸(便于實施產業化住宅實施以及二次優化設計),但鋼結構存在防火和腐蝕的典型問題,而作為民用建筑住宅的成本來看,鋼結構的經濟成本較高。
隨著近年我國房地產業發展以及國家對抗震等硬性指標的規范,以往磚混結構的住宅正在逐漸被鋼筋混凝土結構所替代,雖然鋼筋混凝土結構較之磚混結構成本會高出很多,但在抗震等規范指標下與鋼結構主體比較成本要低出許多。這也是近年來我國民用高層住宅建筑多采用鋼筋混凝土住宅結構的因素之一。
二、高層建筑結構體系介紹
鋼筋混凝土結構是當前大部分高層建筑采用的結構體系,它包括框架結構、框架剪力墻結構、剪力墻結構等,其中框架剪力墻結構和剪力墻結構在實際當中應用較多。
1剪力墻結構
剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱,能夠承擔各類荷載引起的內力,并可以有效地控制結構的水平力,用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構。
一般采用平面布置形式,并且剪力墻應雙向或多向布置,原因是剪力墻受豎向和水平方向荷載的共同作用。另外,該結構體系全部由剪力墻組成,那么它的剛度要比框架剪力墻結構更好,適用于40層以下的的高層民用建筑。還有,該結構的高寬比應不大于6,高度上還要考慮抗震的要求。
2 框架剪力墻結構
框架剪力墻結構是由框架和剪力墻組合而成的一種結構體系。這種結構體系的受力特點是,剪力墻承受水平荷載,而框架承受豎向荷載,兩者合理分工,共同受力。在設計中,剪力墻要均勻布置在建筑物的周邊、電梯間、平面形狀變化較大和豎向荷載較大的部位。此外,該結構以框架結構為主,剪力墻為輔助體系,所以此結構體系通常用25層以下的建筑,最高也不要大于30層。
3 框架結構
框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構成承重體系的結構,即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。采用結構的房屋墻體不承重,僅起到圍護和分隔作用,一般用預制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌筑或裝配而成。
三、影響高層民用建筑結構設計的主要因素
1.外力作用的影響
作用在建筑物上的各種外力統稱為荷載。荷載可分為恒荷載(如結構自重)和活荷載(如人群、家具、風雪及地震荷載)兩類。荷載的大小是建筑結構設計的主要依據。也是結構選型及構造設計的重要基礎,起著決定構件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素,風力隨著地面的不同高度而變化,在沿江沿海地區,風力影響更大,設計時必須遵照有關設計規范執行。
地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產生上下顫動;橫波使建筑物產生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產生,其中橫波的振動往往超過風力的作用,所以地震力產生的橫波是建筑物的主要側向荷載。地震的大小用震級表示,震級的高低是根據地震時釋放能量的多少來劃分的,釋放能量愈多,地震越大,震級也愈高。故震級是地震的大小指標。
在進行建筑物抗震設計時,是以該地區所定地震烈度為依據,地震烈度是指在地震過程中,地表及建筑物受到影響和破壞的程度。
2.氣候條件的影響
我國各地區地理位置及環境不同,從炎熱的南方到寒冷的北方,氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構成了影響建筑物的多種因素。有的構、配件因熱脹冷縮而開裂;有的部位出現滲漏水現象;有的因室內過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構造設計時,應該針對建筑物所受影響的性質與程度,對各有關構、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。
3.各種人為因素的影響
人們在生產和生活活動中,往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響。故在進行建筑構造設計時,必須針對這些影響因素,采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構造措施,以防止建筑物遭受不應有的損失。
四、民用建筑中結構的新技術發展趨勢
1 鋼結構民用建筑的推廣隨著鋼鐵工業的迅猛發展,為建筑鋼結構建設事業創造了極好的時機。鋼結構與磚混結構和混凝士結構相比,在民用建筑建筑中應用主要有三個優點:①由于鋼材強度高的特點,民用建筑設計可采用大開間布置。而磚混結構和鋼筋混凝土結構由于材料的性質,限制了空間布置的自由。如果結構跨度過大,就會造成構件尺寸加大,不但影響美觀,而且造成結構自重增大,增加了造價。②民用建筑采用鋼結構體系產生的綜合經濟效益較好。由于鋼結構民用建筑自重輕,約為磚混結構的65%,因此減少了土、沙、石的用量。不僅適用于軟弱地基,在其他地基條件下,也同樣可以大大減少基礎造價。鋼結構民用建筑施工周期短,可以大大提高投資效益,加快資金周轉。③鋼結構建筑具有較高的性價比,有利于環境的可持續發展、適宜產業化發展,極具發展前途,可帶動鋼鐵產業和新型材料產業的發展。
2 短肢剪力墻的廣泛應用短肢剪力墻結構是指墻肢的長度為厚度5~8倍的剪力墻結構,其吸收了框架結構的優點,發展形成的民用建筑結構型式。常用的短肢剪力墻有“T”字型、“L”字型、“十”字型、“一”字型等。在這種結構里剪力墻能結合建筑平面,利用間隔墻位置靈活布置,可選擇的方案較多,能避免與建筑使用功能發生矛盾。而連接各墻肢的梁隨墻肢位置也可隱蔽設于間隔墻豎向平面內。短肢剪力墻結構里剪力墻數量的多少,墻肢的長短主要由結構抗側力的需要而決定。這種新的結構克服了普通框架和普通剪力墻結構的一些缺點,得到了建筑師、開發商和廣大住戶的肯定與歡迎。
Abstract: The quality of civil quality factors in addition to effect and site construction, another important factor is the structural design. This paper discusses some key problems in the design of civil building structure, and the study and analysis of the key points for simple.
Keywords: Chinese civil building structure; problem; analysis of the key points
中圖分類號:TU318 文獻標識碼: 文章編號:
一、高層民用建筑結構的設計原則
1.結構堅固、耐久。除按荷載大小及結構要求確定構件的基本斷而尺寸外,對陽臺、樓梯欄桿、頂棚、門窗與墻體的連結等構造設計,都必須保證建筑物構、配件在使用時的安全。 2.應用先進技術。在進行建筑構造設計時、應大力改進傳統的建筑方式,從材料、結構、施工等方面引入先進技術、并注意因地制宜。
3.合理降低造價。各種構造設計,均要注重整體建筑物的經濟、社會和環境的三個效益,即綜合效益。在經濟上注意節約建筑造價,降低材料的能源消耗,又要有利于降低經常運行、維修和管理的費用。還須保證工程質量,不能單純追求效益而偷工減料,降低質量標準,應做到合理降低造價。 4.注意美觀大方。建筑物的形象除了取決于建筑設計中的體型組合和立面處理外,一些建筑細部的構造設計對整體美觀也有很大影響。例如欄桿的型式、陽臺的凸凹、室內外的細部裝修,各種轉角、收頭、交接處的接頭設計.都應合理處理.并相互協調,注意美觀大方。
二、影響高層民用建筑結構設計的主要因素
1.外力作用的影響 作用在建筑物上的各種外力統稱為荷載。荷載可分為恒荷載(如結構自重)和活荷載(如人群、家具、風雪及地震荷載)兩類。荷載的大小是建筑結構設計的主要依據。也是結構選型及構造設計的重要基礎,起著決定構件尺度、用料多少的重要作用。風載是高層建筑水平荷載的主要因素,風力隨著地面的不同高度而變化,在沿江沿海地區,風力影響更大,設計時必須遵照有關設計規范執行。 地震荷載也是主要荷載。地基土的縱波使建筑物產生上下顫動;橫波使建筑物產生前后或左右的水平方向的晃動。但這三個方向的運動并不同時產生,其中橫波的振動往往超過風力的作用,所以地震力產生的橫波是建筑物的主要側向荷載。地震的大小用震級表示,震級的高低是根據地震時釋放能量的多少來劃分的,釋放能量愈多,地震越大,震級也愈高。故震級是地震的大小指標。在進行建筑物抗震設計時,是以該地區所定地震烈度為依據,地震烈度是指在地震過程中,地表及建筑物受到影響和破壞的程度。
2.氣候條件的影響 我國各地區地理位置及環境不同,從炎熱的南方到寒冷的北方,氣候條件有許多差異。太陽的輻射熱、自然界的風、雨、雷、霜、地下水等構成了影響建筑物的多種因素。有的構、配件因熱脹冷縮而開裂;有的部位出現滲漏水現象;有的因室內過冷或過熱而妨礙工作等等.放在進行構造設計時,應該針對建筑物所受影響的性質與程度,對各有關構、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保溫、隔熱、設伸縮縫、設隔蒸汽層等等。以防患于未然。
3.各種人為因素的影響 人們在生產和生活活動中,往往遇到火災、爆炸、機械振動、化學腐蝕、噪聲等人為因素的影響。故在進行建筑構造設計時,必須針對這些影響因素,采取相應的防火、防爆、防振、防腐、隔聲等構造措施,以防止建筑物遭受不應有的損失。
三、高層民用建筑結構設計過程中存在的問題
1.天然地基承載力與基礎埋深的確定問題 首先是地基承載力的確定存在誤差 ;在對地基承載力進行確定時不僅要對其性質加以充分的考慮,而且還要充分的考慮基礎的埋置深度以及寬度,地基承載力會隨著基礎埋置深度的加深以及基礎寬度的加大而逐漸的提高。但是如果屬于軟弱基地,那么將會使得地耐力取值進一步提高存在安全隱患。其次基礎埋深通常從室外地面標高開始算起;填方區域應在填土后才可進行挖槽,可從填土面開始算起,填土主要是在上部結構而完成的,從天然地面標高開始算起。如果地下室采用的是箱形基礎,那么基礎埋深應從室外地面標高開始算起;比如分離式的基礎的地下室也就是說內墻與內柱基礎,具體埋置深度應從室內地面開始算起;而地下室外墻基礎應采取室內與室外計算埋置深度的平均值。不過實際設計過程中通常沒有考慮天然地面室外設計地面標高間存在的不同和填土的規范施工順序,只一味的按照設計室內地面標高算起。這樣一來就會使得基礎計算埋深值進一步增大,最終導致按照深度調整后的地基承載力也較大,安全系數低。
2.結構計算存在的問題 建筑物結構計算存在的問題是荷載取值不夠合理、驗算底框砌體結構方面的問題以及結構周期折減系數的確定。如高層民用框架的建筑一般在采取獨立的基礎上以及其地基受力部位不具備軟弱粘性土層的情況下,那么就非常有必要對地基的抗震承載力加以驗算,在對其基礎進行設計時,應充分的考慮風荷載的作用。因此必須將風荷載輸入到高層民用建筑中。只有具有均勻的剛度時方可采用底部剪力法,假如其結構中存在薄弱層應充分考慮其因塑性變形集中所帶來的影響;此外由于框架結構等都有填充墻,因此它的實際剛度要高于計算時的剛度,但其實際周期比計算周期小,因此最終所計算出的地震剪力通常較小,使得結構潛在了安全隱患,唯一的解決辦法就是折減計算周期。
四、加強高層民用建筑結構設計措施
1.對地基承載力寬度與深度修正 在對地基承載力寬度與深度進行修正時,應結合工程具體情況,根據《建筑地基基礎設計規范》中的規定、基本原理以及理論,明確基礎埋置深度的取值,特別對于部分特殊情況,應充分的分析,合理的進行取舍。在施工中要求基礎完成時還要在上部結構施工前回填完成,回填土應進行分層夯實。實際上地基承載力就是地基同時滿足強度以及變形這兩個條件時,單位面積所能承受的最大荷載。一般情況下上部結構體型較為簡單,整體剛度較大,如果地基不均勻沉降有著極強的適應性,那么地基承載力就可取高值;如果基礎寬度大,埋置深度深,那么地基承載力就會有所提高;高層建筑為了使得地基具有較好的穩定性,避免建筑物滑動與傾覆,通常都會要求基礎整體剛度要大,埋置深度深,可采用箱形基礎。另外基礎埋深對于地基土體及上部結構所組成的相互作用體系的動力特性與動力反應有著一定的影響;各個學者在對這一問題進行研究后,所得出的結論存在著一定的差異,主要是因為上部結構剛度條件具有差異性。應對上部結構各種剛度條件加以全面的考慮,并進行大量的數值計算,從而獲取到基礎埋深對土體與結構共同作用體系的動力特性與反應影響的規律。
2.結構計算參數的選擇 具體有以下三方面:首先選擇合理的地震力振型組合數;其對于高層建筑,在沒有采取扭轉耦聯計算方式時,應取3,如果振型系數已經超出了3,那么應取3的倍數,不過決不能比房屋層數高,在《建筑抗震設計規范》中有明確的規定,一個合理的振型個數通常能夠取振型參與質量達到總質量的百分之九十所需的振型數。目前中國建筑科學研究院已經具備了這一功能,能夠及時的將這種參與質量的比值全面的輸出。同時通過耦合計算的地震剪力要比非耦合計算小,只有其結構發生極為明顯的扭轉時,才可以采用耦合計算的方式進行,必要時應采用非耦合計算加以補充。其次框架結構或荷載最不利布置與組合;如果活荷載較大,那么是否對活荷載進行最不利布置、組合,會嚴重的影響到計算全面的反映出來,很有可能導致結構不安全。在對結構計算過程中,應對各種構件進行區分,然后進行分布計算,并且當荷載輸入時,應進一步折減樓面活荷載。
五、結束語
民用建筑的結構設計是一個復雜的系統,其中存在的問題涉及到方方面面,要解決好這些問題就需要豐富的經驗和先進的理論知識,在此前提下,建筑結構設計師通過綜合考慮各方面設計因子,并與各種規范進行多重整合,運用科學的設計理念,做到建筑設計與結構設計的緊密結合,選擇合理的結構體系,這樣才能設計出真正滿意的建筑。
參考文獻:
【關鍵詞】民用建筑;結構設計;問題;設計要點
智能建筑的興起,對民用建筑規劃設計也提出了更高的要求。社會群眾的生活和民用建筑的設計有很大關系,同時,結構設計會對建筑的質量產生很大的影響。我國的民用建筑具有明顯的內涵和特征,轉變了以往單一的住房設計,對建筑的舒適性、宜居性、耐用性、環保經濟性和安全性有了更高的要求,因此,應該在綜合了信息學科、控制學科、材料學科、建筑學、美學、電工學科之后,對民用建筑的內部結構進行綜合性的規劃。結構設計是直接決定著建筑物的安全和舒適度以及其功能是否能充分發揮的關鍵因素。在實際的案例中,經常可以看到因為設計出錯帶來的各種建筑問題。本文闡述了民用建筑結構中的相關問題,分析在社會主義建設的新時期,民用建筑結構在設計方面的新要求,最終從運用鋼結構、個性化設計和局部設計等幾個方面對民用建筑的結構設計進行了討論,并且對設計中存在的問題進行了深入的分析。就建筑結構設計的概念及基本內容進行了簡要的闡述。
一、新時代對民用建筑結構設計的新要求及基本內容
民用建筑指的是將居住作為主要目標的建筑,在結構設計的過程中具有復雜的環節和重大的責任,會對人民的日常生活產生很大的影響,隨著我國城市化水平的不斷增加,對結構設計的需求也不斷增加,民用建筑和其它的建筑不同,將居住作為主要的目的,因此,對廚衛面積、采光和通風等有很高的需求。隨著社會對環境保護和綠色建筑的日益重視,在設計民用建筑結構的過程中,應該增加環境保護的理念,將環境適用和經濟安全作為設計的指導性理念,對整體的概念設計進行把握。
結構設計就是使用結構的語言形式來表達出設計者(設計專業技術人員)的設計理念。而所謂的結構語言就是指一種提煉出的結構元素。這個結構元素包含了很多方面,有墻、柱、梁、板以及樓梯等等。通過這些結構元素的運用來組成建筑物的一個結構體系以及承重體系等。簡要的說,結構設計也分為基礎設計、上部結構設計以及下部結構設計。
建筑結構中的基本內容又包括兩個方面,一是結構設計的程序。在一個建筑的設計中,除了結構設計以外,還有給排水設計以及暖氣通風設計、電氣設計等等。無論是哪個部分的設計都要求具備美觀性、功能性以及經濟性和環保性的特征。建筑物要想有效的發揮其功能,就必須在建筑結構設計上格外注意,因為這也是保證建筑物質量的一個基礎;二是結構設計的要求。對于建筑物結構設計的計算要求對構件在正常狀態和極限承載能力的狀態下進行計算。例如疲勞強度的驗算等。如果有多種的作用力同時發生在構件上,那么必須對構件在各種作用力下的效應進行仔細的分析,將最不利的組合考慮進去。對于抗震的設計也是非常重要的,我國對于抗震設防的烈度一般在六到九度,還可以根據建筑物所在地區的不同以及建筑物的結構類型和高度等實際情況采取不同的抗震等級標準。而抗震等級不同,那么在計算和構件等方面的要求也就有所不同。
二、民用建筑結構設計中存在的問題
在我國民用建筑結構設計中存在著設計不合理的現象,一些設計將底層設計為很大的空間,沒有抗震墻,最終使結構體系不完善,有很大的安全隱患,沒有明確的傳力,在一些抗震分類當中,選擇了不合適的抗震場地,最終導致了整個設計結構的錯誤,在一些混凝土配件之中,存在著配筋率不合格的現象,計算書和結構設計不一致,使結構強度降低,存在著安全隱患。在設計的過程中,一些設計人員偷工減料,設計的十分粗糙和簡單,在施工圖之中應該使用的大樣圖、系統圖存在著漏洞,不能對工程的整體面貌進行反映,在設計之中沒有對消防、耐火等級、安全等級、工程類別和設計依據等進行明確的交代和標明。
1.部分結構設計不夠科學合理。一部分的結構設計存在較大的安全隱患,沒有按照我國的建筑抗震設計的相關規定執行。有些建筑的底層需要設計成一個較大的空間,因而缺少抗震墻,并且上部與底部的抗震墻也沒有對齊,使得其結構體系不合規范,不符合力學原理。更有甚者,在設計中將抗震和場地的分類搞錯,致使整體的結構設計都出現錯誤。對于一些類似懸挑構件的混凝土構件,最小配筋率都不符合規定,甚至相差一半或者一半都不到。在計算荷載取值時不按照規定來確定的現象比較嚴重,而且一些結構設計的計算書明顯與其不符,計算結果遠大于其結構強度,使得建筑物存在較大的質量威脅。
[關鍵詞]高層民用建筑結構體系 結構設計 控制參數
前言
有市場就必然有競爭,建筑行業也不例外。隨著生活水平的不斷提高,人們在對民用建筑的也要求越來越高,如何設計出舒適、安全、環保的高層住宅,以滿足消費者的需,是設計師們當前要面對解決的首要問題。筆者結合自己的設計經驗,對高層民用建筑結構設計中常出現的問題進行了總結。
1.高層建筑結構體系介紹
鋼筋混凝土結構是當前大部分高層建筑采用的結構體系,它包括框架結構、框架剪力墻結構、剪力墻結構等,其中框架剪力墻結構和剪力墻結構在實際當中應用較多。
1.1剪力墻結構
剪力墻結構(Shearwall Structure)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架
結構中的梁柱,能夠承擔各類荷載引起的內力,并可以有效地控制結構的水平力,用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構。
一般采用平面布置形式,并且剪力墻應雙向或多向布置,原因是剪力墻受豎向和水平方向荷載的共同作用。另外,該結構體系全部由剪力墻組成,那么它的剛度要比框架剪力墻結構更好,適用于 40 層以下的的高層民用建筑。還有,該結構的高寬比應不大于 6,高度上還要考慮抗震的要求。
1.2 框架剪力墻結構
框架剪力墻結構是由框架和剪力墻組合而成的一種結構體系。這種結構體系的受力特點是,剪力墻承受水平荷載,而框架承受豎向荷載,兩者合理分工,共同受力。在設計中,剪力墻要均勻布置在建筑物的
周邊、電梯間、平面形狀變化較大和豎向荷載較大的部位。此外,該結構以框架結構為主,剪力墻為輔助體系,所以此結構體系通常用于25 層以下的建筑,最高也不要大于 30 層。
1.3 框架結構
框架結構是指由梁和柱以剛接或者鉸接相連接而成構成承重體系的結構,即由梁和柱組成框架共同抵抗適用過程中出現的水平荷載和豎向荷載。采用結構的房屋墻體不承重,僅起到圍護和分隔作用,一般用預制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、空心磚或多孔磚、浮石、蛭石、陶粒等輕質板材等材料砌筑或裝配而成。
2.高層建筑結構設計的控制參數選取
高層建筑設計中各種控制參數的選取將會直接影響到整個結構的安全性、合理性等。因此,合理地選取各個控制參數,不僅有助于提高結構整體的控制效率,還有助于使結構設計更加安全、經濟、合理。
2.1 軸壓比:為保證結構的延性要求,要限制結構的軸壓比。通常采
用增大強或柱的截面或提高該層強、柱混凝土強度的辦法,來調整軸壓比以滿足規范的要求。
2.2 剪重比:通過限制各個樓層的最小水平地震剪力來確保較長周
期的結構安全。通過增強豎向構件如墻、柱等的剛度,可以增大剪重比,解決偏小甚至與規范值相差較大的問題。
2.3 剛重比:這個的規范上限用于判斷重力荷載在水平作用位移效應引起的二階效應是否可以忽略不計。如果不滿足規范的下限要求,就通過調整來增強墻、柱等豎向構件的剛度來調整。
2.4 層間位移角:這個參數用來限制結構在正常使用的條件下的水平位移,以確保高層結構應具備的剛度,避免過大的位移影響到結構的承載力、穩定性和使用要求。在不滿足規范要求的情況下,就只能采用調整豎向構件,增加豎向構件的剛度的辦法調整。
2.5
層間位移比:此參數限制結構平面布置的不規則性,以避免貴大的偏心而導致結構產生教的扭轉效應。若不滿足規范的要求,則改變結構平面布置,減小結構剛心和質心的偏心距來達到規范要求。
2.6 周期比:該參數限制結構的抗扭剛度,不能太弱,結構具有必要的抗扭剛度可以減少扭轉對結構產生的不利影響。一般是調整改變結構布置,提高結構的抗扭剛度,以達到規范的要求。
2.7剛度比:為了限制結構的豎向布置的不規范性,避免結構剛度
沿豎向突變,形成薄弱層,影響結構的安全性而設置此參數。
如果不滿足規范的要求,就采用適當加強本層墻、柱和梁的剛度,過適當削弱上部相關樓層的墻、柱等豎向構件的剛度的方法來調整。
3.框架計算簡圖的處理對于無地下室的基礎埋深較深的框架結構,可以在0.00m附近設置基礎連系梁,以增強底層的整體性。因為基礎連系梁的設計只是構造設計,根本不能平衡底部柱腳的彎矩,更不能作為上部結構的嵌固部分,因此基礎頂面至一層樓蓋頂面的高度顯然不能作為底層的計算高度 H。那么正確的設計應該是:基礎頂面至連系梁頂面的高度取做柱的H,也就是吧基礎連系梁以下的部分當成一層,而把實際建筑的一層當做第二層計算,層高取連系梁頂層至一層樓面的高度。那么在計算簡圖時,底層柱的配筋應取基礎連系梁頂面和基礎頂面兩個中內力較大的值進行計算。而對于帶有地下室的框架結構,關鍵是如何合理確定上部結構的嵌固位置。但是在《建筑抗震設計規范》和《混凝土結構設計規范》中都沒有明確提出具置,這就需要我們根據工程的實際情況來確定了。對于箱型基礎或設計能夠滿足《建筑抗震設計規范》的地下室結構,可以將室頂作為框架上部結構的嵌固位置。在使用 PKPM軟件進行設計時,樓層總數一欄僅輸入地下室以上的實際層數即可,樓層的實際層高就是層高 H。這樣的設計,在進行地震作用時和實際情況較為接近。但是如果地下結構采用的時筏板基礎,嵌固位置最好選取基礎頂面,因為豎向荷載的計算只計算底層的柱底處。電算時,總的層數是所有的樓層數,包括地下室,如地上 6 層,地下 2 層,那么總的層數取 8 層。這樣的計算簡圖,地震作用相對保守,結構設計也相對安全。
4.結構計算參數的選取
4.1 地震力的振型組合系數
高層建筑的設計中,如果不考慮扭轉藕聯計算,那么地震力的振型組合數至少要取 3,當振型系數大于 3 時,要取 3 的倍數,但不要大于建筑的層數。SATWE 軟件可以方便地計算出某種振型的參與質量與總質量的比值,《建筑抗震設計規范》提到這個比值在 90%比較合適。
4.2 框架結構的活荷載的最不利布置、組合
是否進行活荷載的最不利布置、組合對計算結果的影響很大,尤其是在活荷載較大的時候。軟件給定的梁設計彎矩放大系數,不一定可以反映出工程的實際應力分布,使用它可能造成結構不安全或太保守。在PKPM 軟件中不能區分荷載規范,很難實現《荷載規范》中區分荷載種類和樓面荷載折減系數的要求。處理方法是按樓面活荷載類型考慮,取相應的折減系數,這里還要考慮區分不同的構件進行分布計算,在荷載輸入時將樓面活荷載折減。
結論
筆者根據多年的高層建筑結構設計的實踐經驗,介紹了高層建筑結構體系,同時根據高層建筑結構設計的相關規范,介紹了一些在設計中常用的控制參數,如軸壓比、位移比、剛度比等的使用以及具體的調
整方法。然后以框架結構為例,大致說明了再電算中的計算參數的選
擇,并重點介紹了振型組合系數等的選擇。本文還指出了在高層建筑結構的設計中一些應該注意的問題,可供相關人員參考,希望可以提高設計的安全性、經濟性和合理性。
參考文獻
[1]高層建筑混凝土結構設計規范[S]
[2]高層建筑混凝土結構設計規范(JGJ3- 2002)補充規定[S]
關鍵詞: 建筑,設計階段,造價,控制
中圖分類號:TU2文獻標識碼: A
前言:我們國家的經濟水平在不斷的發展,建筑在我們日常生活當中所處可見。對于建筑工程結構設計的工程造價控制,是直接影響整個工程施工質量以及安全的重要環節。建筑結構設計階段包括方案設計、初步設計、施工圖紙設計等各個環節,且直接反映整個建筑技術的構造狀態。我們必須要采取針對性的措施予以控制,才能有效的降低投資,實現設計的最終目標―適用、安全和經濟。
1、建筑結構設計
建筑結構設計主要分成三個階段:包括結構方案階段、結構計算階段、以及施工圖設計階段,而其中的結構方案階段的相關內容主要是根據建筑重要性、建筑場地類別、建筑高度和樓層層數、建筑所在地的抗震設防烈度要求等對建筑結構的形式進行確定,再根據不同結構的相關要求和特點對結構受力構件與承重體系進行布置并計算出滿足結構要求的各項參數。
2、 項目設計階段工程造價控制的現狀
2.1 重技術輕經濟,對設計階段造價控制認識不足。
a. 就中國當前的建設項目管理的現狀來說,建設單位經濟意識欠缺,忽略經濟效果評價,只注重在評審階段加強方案的優化和技術可行性的論證。認為在施工階段管理不規范是導致項目成本高的主要因素,只需要提高項目施工階段的管理就可以解決該問題。特別是隨著多元化的投資主體,建筑市場競爭異常激烈,許多業主為占得先機,搶下項目,肆意打破工程項目建設的客觀規律,壓縮項目的設計周期和環節。在這種條件下設計出的項目設計深度不夠,先天不足,使項目投資從源頭上失控。
b. 設計單位不注重設計的經濟效果評價,只追求設計工作量和經濟效益。過于注重建筑外觀造型設計,盲目追求造型上高標準和新、奇、異,而忽視經濟指標和成本控制工作。另外,為使投資方、建設方滿意,只追求進度,致使各專業不配套,矛盾重重,更有甚者為獲取項目而故意瞞報工程投資。
c. 設計人員綜合素質不高,缺乏創新意識。
在設計中,設計師缺乏經濟觀念、設計理念保守,結構可靠性要求過度,對傳統施工工藝和施工技術過度依賴,缺乏對先進施工工藝和施工技術深入學習和理解。
2.2 設計階段監督機制缺乏保障。
當前,在項目設計階段實施監督機制的推行力度是不夠的。在已推行的試點項目中,大都因經濟、費用、人才等各種原因,根本未能真正實行,只能將監控重點停留在施工階段。這樣的監督機制形同虛設,根本無法從源頭上對項目進行
成本控制,嚴重阻礙了建設監理良性機制的形成。
3)現行設計收費模式制約了工程造價控制。我國目前主要有兩種設計收費模式: a. 以設計概算額為基數,乘以國家規定的設計費率;
b. 按工程類別分類,以建筑面積為基數,乘以相應的數值計算。這兩種收費模式均只體現設計的量價關系,無法反映設計深度,體現優質優價的原則,使設計單位缺乏優化設計方案,進行工程造價控制的源動力。,墻置,及合理的設計參數。
3、工程造價影響范圍
3.1建筑結構設計方案
建筑結構設計方案決定著施工技術、施工設備、建筑材料質量和規格的選擇,而這些作為工程投資主要的運用對象需要選出最佳的設計方案確保建筑工程日后驗收的順利,此外設計方案對整個工程投資的成本控制也有較大影響,針對不用的建筑功能,選取與之相配的結構形式。
3.2建筑結構設計過程
建筑結構設計過程中主要是對建筑結構細部設計產生影響,即設計工程師依據實際施工圖紙在設計過程中進行一些細節的調整工作從而影響工程造價,譬如建筑工程實際的結構要求對鋼筋的種類、混凝土的強度等級及填充墻體的性質等進行確定,而這些設計細節將對整個工程質量及工程投資成本產生重要的影響,另外,根據建筑施工圖紙對外立面不用的造型要求,結構設計時也會對工程造價產生重要的影響,比如做一些高大的女兒墻,坡屋面,還有一些為了美觀而對立面做出一些特殊的要求,這些都會對工程造價產生不小的影響。當然,由于結構設計人員對于建筑做法和功能的不清楚,也會造成在結構設計時荷載取值的不合理,從而造成設計的浪費或設計配筋不足。
4、民用建筑結構設計階段工程造價存在問題
4.1經濟合理性與技術先進性認識的缺乏
隨著時展設計逐漸趨于市場化而設計費用則來自業主收費制,這使得建筑的設計要求必須滿足業主的相關需求,在設計的階段存在重視技術而忽略經濟性的問題,導致對結構選型不合理,造成設計不經濟。另外,設計中經常會遇到為迎合甲方要求,導致設計階段存在片面追求新奇而對建筑功能和造價的忽略。
4.2初步設計與方案設計深度的缺乏
就目前來說很多的方案設計除了幾張平面圖或者立體效果圖并無詳細尺寸等相關數據,這使得投資只能進行估算,并不具備一定的準確性。而初步設計階段即便有結構和水暖電的設計也大都存在設計深度不夠,并未對建筑設計實行細化的設計從而對荷載大小無法確定,對整個工程預算起不到作用。
5、民用建筑結構設計階段工程造價的控制手段
5.1對民用建筑結構的設計類型進行優化
因民用建筑結構類型存在不同其所需的技術人員、建筑材料、施工技術也就存在著差異,其成本支出和工程造價也受到影響。舉例來說一棟高層的寫字樓如采用框架一剪力墻,其空間較大且費用較低,當采用部分框支剪力墻結構,則框支層以下部分空間較大,而框支層以上部分空間則不適合做為寫字樓,宜做為住宅使用,但框支層施工技術變得復雜使得費用較高。因此對建筑結構設計階段工程造價的控制手段之一就是對建筑結構的設計類型進行優化,使建筑功能和建筑
結構達到最優,從而使整個建筑工程造價得到一定的降低促進經濟效
益的提高。
5,2對民用建筑結構的基礎設計進行優化
所謂基礎設計指的是民用建筑地基結構的設計,基礎設計的穩定性關系到整個建筑結構的安全,而其造價則通常在整個工程造價中占到10%至30%左右,因此對建筑地基基礎進行設計的結構設計師要對地基以上的結構形式和力學特性進行認真分析,并對建筑場地地質資料和地形條件進行認真的分析,從而選擇合理的基礎形式及地基處理形式,使基礎滿足上部結構的要求并符合相關規范。
5.3對民用建筑結構的上部結構設計進行優化
就上部結構來說是指地面以上民用建筑結構且該部分作為建筑構架設計主體部分關系到各類材料、管道、鋼筋混凝土的墻體結構和梁板結構等的設計和應用,對建筑結構的上部結構設計進行優化需要選用靈活的結構形式,盡可能的選用輕質建筑材料以及選擇符合規范要求的合理的尺寸。具體來說不同結構形式具有不同特點且適用的建筑物類型和規模也是不盡相同,一般來說高度小于24m的建筑宜采用的是框架結構或砌體結構,且鋼筋混凝土用量的減少可以使結構設計在滿足設計要求的同時可對工程造價作進一步的降低,而高度大于24m小干60 m的建筑則通常采用框架結構,框架一剪力墻結構和剪力墻結構;結構設計時應盡量選用輕質建筑材料做為墻體材料,譬如加氣混凝土砌塊和非承重空心磚,它們可以使墻體重量得到降低并使建筑物梁體與地基荷載得到減少,這在一定程度上可以使工程造價得到降低;就尺寸來說包括樓板厚度、混凝土墻體厚度、柱子和梁截面尺寸等需要進行合理的選取,避免過多過大使建筑物荷載增加或
者過少過小使建筑物的強度和剛度過小而不符合結構設計的要求,必須根據實際需求把各種建筑材料都控制在設計規范充許的范圍之內從而使工程造價達到最優。
6、結束語
總而言之,建筑結構設計階段的工程造價控制對于整個建筑工程的資金及質量安全起著決定性的作用。我們必須要根據實際情況優化結構設計,才能夠有效的控制建筑工程造價,實現工程造價的最合理化,為建設節約型社會做出貢獻。
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