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裝配式建筑是指用預制的構件在工地裝配而成的建筑。這種建筑的優點是建造速度快,受氣候條件制約小,節約勞動力并可提高建筑質量[1]。裝配式建筑最初出現于上世紀初期,并不需要現澆作業,只需要現場裝配即可,同時,這種建筑中的構件成本并不高,性價比也很好,且帶有綠色建筑特點。在生態環境保護備受重視的今天,裝配式建筑因具有綠色環保特征,受到人們的青睞。
2裝配式建筑結構體系
2.1種類劃分
對于裝配式建筑來說,擁有多種類型,按照形式劃分有剪力墻形式、框架與核心筒形式、框架與剪力墻形式等;按照高度劃分有多層混凝土式、高層混凝土與低層混凝土式[2]。在我國應用最多的裝配式建筑結構形式為剪力墻結構,但在商場等建筑項目中多采用框架式。
2.2抗震性能
在自然災害頻發的今天,任何建筑最重要的一點莫過于具有良好的抗震性能。通過研究可以發現,裝配式混凝土建筑結構大致可以分為兩種,一種是全裝配式;另一種是半裝配式,無論哪種裝配形式,其裝配程度的高低不會影響到建筑整體剛度,能夠影響結構剛度的只有受力構件剛度與節點剛度,如果它們的剛度不達標,那么在地震等自然災害發生以后,建筑使用者的安全將受到極大威脅,因此,應提升受力構件與節點剛度[3]。同時,在裝配式建筑中有多個節點形式,不同結構剛度所帶來的影響也不會不同,尤其是抗震性能存在一定差異,所以,在裝配式建筑結構體系設計過程中,應加強與現實情況的聯系,提升建筑結構的抗震性能。
3裝配式建筑結構設計
3.1框架結構體系設計
對于裝配式建筑框架結構體系來說,在我國商場建設中應用較多,也是應用力度較大的裝配式建筑結構。之所以采用這種結構體系,主要是由于該體系質地相對較輕,便于運輸,同時它屬于綜合性能相對較好的高層框架。在利用框架結構體系的過程中,無論是疊合板還是合梁都會在工廠內部完成,然后利用運輸設備將這些框架運輸到施工場地,再在現澆處理節點或梁端鍵槽等方式的作用下完成下一階段的設計。為提高框架結構體系裝配式建筑的受力能力,在實際設計中還需要關注以下幾點問題:一,強度等級控制。無論是柱混凝土還是預制框架柱底的強度等級至少要達到C30左右;二,平面設計原則。在設計梁柱中心線的過程中應做到豎向平面相同,且呈現對齊形式,在縱向上也要以對齊為主;三,預埋件的處理。對于框架結構體系設計來說,預埋件屬于不可缺少的一部分,所以,在實際設計過程中應保證處于不同區域的預埋件能夠很好的連接在一起,無論是承受軸力還是剪力都處于良好狀態。
3.2剪力墻結構體系設計
剪力墻結構體系在我國居民保障住房中的應用較多,在設計這種結構體系的裝配式建筑時,可以根據需求與工廠實際情況選擇剪力墻結構,既可以是半預制式,也可以是全預制式,無論哪種形式都能滿足設計需求。為確保裝配式建筑結構質量,滿足使用需求,應關注以下幾點內容:一,設計好承重墻板。承重墻是裝配式剪力墻結構體系設計中不可缺少的一部分。為做好承重墻設計,保證建筑質量,需要將承重墻搭建在兩側的山墻上。同時,做好內力計算結果與抗側力設計。此外,在結構豎向抗側力設計的過程中,應保證現澆方式能夠將豎向主承力鋼筋漿錨與連接帶組合在一起,并做好抗震設計與連接設計,以便提升建筑結構的整體性,避免出現中斷的情況;二,控制好鋼筋直徑與強度。在剪力墻結構體系設計中應保證各個預制構建間的連接性處于良好狀態。在實際設計的過程中不僅要確保傳力良好,還要提高構造的可靠性。如果發現該結構的抗震能力較差,應適當提升鋼筋直徑與強度;三,注意與現場吊裝環境的聯系。對于剪力墻結構體系來說,如果在設計中采用的是分塊設計,那么在實際設計中應注意與現實情況的聯系,如房間構造、拼接位置等。對于豎向接縫的部位,應做到避免應用到暗柱中,且盡量避免在同一個建筑結構中應用多個構件。此外,在實際設計中應嚴格按照相關要求操作,做好驗算,避免出現配筋變形等情況,只有這樣才能保證設計合理,滿足人們實際需求。
4結語
通過以上研究得知,裝配式建筑是現代建筑中應用較多的一種形式,它不僅可以降低勞動強度,還有利于生態環境保護,但不同的裝配式建筑在結構體系與設計上的方式并不相同,注意要點也存在差異,因此,本文聯系實際情況,分別對框架式裝配式建筑與剪力墻裝配式建筑的結構設計進行了研究,希望能為相關人士帶來有效參考,加大裝配式建筑在我國的設計與應用力度。
作者:黎靜 單位:青島博雅置業有限公司
參考文獻:
[1]陳秋實.預制裝配式建筑結構體系與設計[J].江西建材,2017,(02):50-53.
結構設計的安全問題是所有從事結構設計與研究的人們一生都要面對的問題,本文作者結合自己的工程設計實踐,簡述了當代建筑師的設計思維對結構設計安全所提出來的挑戰,并且,通過一個結構設計師對當今建筑設計潮流的感悟與認識,提出了保障結構設計安全所必須堅持的基本原則。文章最后,對參與當代中國結構設計實踐的結構設計工作者們提出了一些期望。
■前言
一段時間以來,由法國巴黎戴高樂機場2E侯機廳通道部分倒塌事故引起的對結構安全問題的討論成為業界甚至各種傳媒的熱門話題,由之引起的對國家大劇院以及各奧運在建項目進行結構安全再認識的聲音也不時傳起。特別是對正在設計施工中的奧運項目,按照政府決策部門的意見,建設單位組織結構有關專家逐個項目地進行了更為嚴格的結構設計安全評估。
結構設計安全是我們所有從事結構設計與研究工作者必須面對和回答的問題,巴黎戴高樂機場事故是結構在其設計使用壽命初期(投入運營一年),在常規荷載作用(沒有恐怖襲擊、沒有惡劣的區域突發自然災害)的情況下發生的,就是說,一定是在結構設計或施工的某個環節給結構留下了致命的內部缺陷才造成的,這一缺陷既可能是結構設計理論方面的,也可能是結構設計構造方面的,既可能是結構材料使用方面的,還可能是建造過程中的施工質量控制方面的,等等。無論什么原因,這種結構破壞形態都是結構設計原則所不允許的,引起我們的警覺也是應該的。
另一方面,我們也還是應該理性地、科學地、全面地分析和把握結構設計的安全問題。其實,追溯人類改造自然、改造世界的歷史足跡,我們還是有理由對當代結構設計理論和建造技術的發展水平感到自豪的。雖然我們現在感覺是越來越累,越來越難,但是在力學和材料科學發展的有力支撐下,我們所從事的結構設計與建造技術的發展還是基本上滿足了那些滿腦子求新求奇,求高求廣的所謂當代建筑師的表達欲望與需求的。
■世界上沒有自由的結構設計師,但假如沒有我們,也就沒有建筑表達的自由
建筑師設計東西,無非表達兩種需求,一種是傳統意義上的功能需求,另外一種就是表達建筑情感,或者說是通過建筑表達情感。這種情感表達方面的需求可能是來自公眾的,也可能是來自政府或領導意志的,還可能就是直接來自建筑師的美學修為的。建筑師可以利用建筑特有的元素,比如建筑材料的材質、裝飾材料的色彩等進行其建筑情感的表達,但是這種表達的效果和能力是有限的,建筑師更重要的手段則是借助結構的能力完成這一表達需求,從這個意義上說,建筑師豐富的想象力既給結構設計提出了課題、帶來了挑戰,同時也就給結構工程師帶來了風險。
國家大劇院超大超深的地下結構體量,橢球拋物面殼體屋頂和圍繞殼體的環形水池都是安得魯實現其劇院功能需求與其情感表達需求的手法和元素。為了在不超越人民大會堂的限定高度內,完成劇場功能對豎向尺度的需求,“深入地下”是其自然的(也許是無奈的)選擇;橢球拋物面殼體屋頂罩住其下的三個功能劇場是建筑師進行區域空間整和的一種手段,在這塊區域上的建筑物進行這樣的整和處理我認為是必要的;建筑師設置環形水池的目的在于其制造區域寧靜氣氛的需要,這種建筑情感表達上的需求也是必要的。
國家大劇院
同樣的,在建的國家體育場(簡稱“鳥巢”)以及國家游泳中心(簡稱“水立方”)等標志性建筑,她們不單單是承載著滿足舉辦奧運會各單項體育功能方面的需求,也還要承載著通過其“別樣”的建筑形象來表達全國人民百年奧運夢想成真的情感需求,承載著要為最出色的一屆奧運會留下最出色的“建筑遺產”的使命。
自然的,建筑師是無法單獨承擔這樣的使命的,必須依靠結構工程師的支持來實現其“特別”的表達需求。或者說,結構工程師在這個時侯是沒有選擇的自由的,只有絞盡腦汁為建筑師的這種需求尋找“解決方案”,于是,百年之前的理論物理學命題“泡沫理論”被結構師拿來經過有趣的數學變換,最終成了表達建筑師“看似無序的水分子結構”的最好載體。
國家游泳中心總平面圖
■建筑結構形式的爭議多半不是“好與不好”的問題,而是“值與不值”的問題
為了滿足建筑師們的“浪漫”需求,在傳統的結構構成方式無能為力的時候,結構設計師就必須探索新的、非傳統的結構構成方式。結構系統的基本形式,可以說已經被我們認識的差不多了,但是,這種說法只是限于基本體系,并不意味著創造新的結構形態可能性的減少,在擁有無限多樣的物種的豐富多彩的世界里,限定結構形態的類型顯然是不恰當的。
結構工程師的任務就是在既要保證結構安全同時又要滿足建筑美學需求的杠桿上尋找一個平衡點。只是,世界上終究沒有免費的午餐,當各種或是張揚的、或是陌生的結構形態出現的時候,在結構材料科學還沒有長足的發展的時候,在我們還不得不用傳統的結構材料去實現這樣一個個“浪漫”的需求的時候,對結構安全的關注也就從來沒有象現在這樣引起一端又一端的“爭議”。
從一個結構設計與研究工作者的角度看待這些“爭議”,我認為很多時候我們是可以在力學或規范的原則內尋找到這個“平衡點”的,隨后的問題是,這會要我們付出多大的“代價”,或者說要我們支付多大的“結構成本”?我認為對這個我們要支付的成本“值與不值”的不同看法是對建筑結構形式“爭議”的焦點問題。
其實,作為一個結構工程師,常常是不能判斷建筑的形象與情感“效益”與結構實現的“成本”之間到底誰高誰底的,因為前者是很難量化的。我們所能做的就是在保證建筑功能與美學需求的諸種可選擇的結構實現方式中找到成本較低的解決方案。
國家游泳中心南北剖面圖
國家大劇院南北剖面圖
例如,在國家大劇院工程結構的第一輪初步設計時,法國ADP公司確定的結構底板的頂面標高為-26.0米,這個標高受到了中國建筑與結構工程師的質疑,如此深的基槽,且不說開挖與降水的成本會很高,結構壽命期內的抗浮設計成本更是一項很大的投入,為此,我們建議在保證其建筑功能需要的前提下,盡可能提高建筑底面標高,法方在修改后的初步設計中將這一標高提高到了-22.0米。
與上述情形相反,國家游泳中心工程的建筑設計由于采用了ETFE雙層充氣膜,這種膜材的造價很高,所以,在相對深挖(增加基礎開挖與結構抗浮成本)和抬升建筑總高度(增加圍護膜材的用量)的比較選擇中建筑師完全依賴的就是綜合成本最小化的原則。
■結構工程師要給浪漫的建筑師和建筑師的浪漫設定一條底線
作為一名結構工程師,我們還應該清醒地認識到,結構科學和材料科學的發展遠沒有達到可以令建筑師們的“浪漫思維”無約無束的境地。在實際結構的建造過程中影響結構安全的因素眾多,一方面,建筑結構理論歸根結底是一門實驗科學,理論與實際的偏差不可避免,另一方面,建造技術的發展水平和區域差異以及施工質量控制等等方面的諸多因素,都會給實際建造完成的建筑結構安全性能帶來某種程度的不確定性。
所以,建筑師們在通過建筑表達其美學或情感需求的時候,結構工程師們還是要給他們設定一條底線。這條底線不僅依賴于當代人類對自然界的認識水平,而且還依賴于現代結構技術與材料科學的發展水平,依賴于結構分析技術的發展水平。在某種程度上,我們可以允許他們突破某些“規范”條文的底線,但是不能允許他們突破“基本力學準則”的底線。尤其是當我們面對國外建筑師的時候,這一點做起來很難,譬如在和安德魯的法國ADP團隊合作設計國家大劇院的過程中,我們就經歷了多次的“爭執與說服”的過程。
國家游泳中心的設計過程也給了我們很多啟示,在建筑師浪漫的創意和結構的可實現之間還是有較長的一段路要走的,因此,我們投入很多精力進行了這種新型多面體空間鋼框架結構的試驗研究,最終才可以保證這種結構的安全、可靠。
鋼骨架結構效果
ETFE充氣枕結構
■不能認為結構設計安全與結構設計的創造性是永遠的矛盾
實際上,對結構設計安全性的憂慮往往會束縛住我們結構設計創造性探索的步伐,雖然這種憂慮不是多余的。發生巴黎機場結構倒塌事故后,我們聽到的幾乎都是對安德魯主持設計的建筑的一片懷疑之聲,結構設計工程師們,尤其是從事重要公共建筑結構設計的工程師們更是增添了更多的謹慎與小心。
我認為,結構設計的任務始終是:按照建筑的功能與美學需求確定安全、合理的結構體系;進而依據建筑結構可靠度設計有關標準所確定的原則對結構作用效應與結構抗力進行符合結構實際工作條件(性能)的分析;最終應做到在規定的結構設計使用年限內,在現行規范規定的各種荷載作用下,所設計的結構是安全可靠、經濟合理、技術先進的。
為了實現這樣的使命,對結構設計安全的自始至終的關切無疑是必要的,另一方面,結構設計的創造性不但是當今建筑設計發展的必然要求,同時也是結構設計技術自身發展的要求。國家大劇院、國家體育場、國家游泳中心以及新中央電視臺等建筑在結構設計方面的創造性探索可以為我們跟蹤當今世界先進的結構設計理念提供一些線索,也可以讓我們檢視一下很多經驗的、傳統的結構設計思維是否還適應現代結構設計發展的要求。
“水立方”內外效果圖
1.1高層建筑結構受力特征
高層建筑結構在模型上一般可以假想為一個從地基出發并不斷上升的懸臂構件。高層建筑主要承受水平作用效應和豎向作用效應,水平作用效應一般指風荷載,在抗震設防地區還包括水平地震作用。豎向作用效應則一般由結構自重荷載產生,在抗震設防烈度為8、9度時的大跨度和長懸臂結構及9度時的高層建筑,還應考慮豎向地震作用。在這些作用效應下,結構整體及主體構件均需具有足夠的承載能力、剛度和延性,整體的設計注重概念,應符合相關規定中對于建筑形體的規則性要求,包括平面布置的規則性及豎向布置的規則性。結構在抵抗彎曲方面來說,結構體系務必滿足:不能使建筑物產生傾覆;在承受荷載時,它的支撐體系的某些部位不應被壓屈、壓碎或者直接被拉伸破壞;同時彎曲側移不能超出彈性極限的范圍。而結構在抵抗剪力方面來說,結構體系務必滿足:建筑物不至于發生剪切破壞;同時結構的整體剪切側移不能超過彈性極限的范圍。最后對于結構的地基和基礎來說,由于高層建筑一般是高次不靜定結構,所以結構體系在支承點處應避免較大的不均勻變形,從而可以防止出現較大的二次內力。
1.2高層建筑結構的傳力路線
高層建筑的豎向平面結構和水平平面結構都必須有明確的傳力路線。以某個作用在樓面上的重力荷載為例,它要通過樓蓋構件的彎曲傳遞給豎向結構的某個構件,直到建筑物的基礎和地基。傳力路線的模式根據結構的類別和布置而異。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置寬敞的入口、前廳或廣場。這時,有較密柱間距的上層結構的重力荷載,就要通過另一種結構體系傳給底層立柱以及底層立柱基礎。當高層建筑的樓層平面有突變時(如樓層有收進,或由矩形平面變成其他形狀的平面時),或結構體系有變化時,它們的傳力路線也會發生改變,這時往往既要有豎向的轉換結構,也要有水平方向的轉換結構。在高層建筑結構傳力路線中還有一個區別于底層建筑結構的特殊問題,那就是高層建筑的每個立柱都承受著上層傳來的重力荷載,要考慮它們各自在施工和使用過程中豎向壓縮量的差異。這既要在設計中加以考慮,也要在施工過程中及時加以調整,以保證各層樓面的水平度,減小因不同柱的壓縮量有過大差異而引起的結構內力。
2概念設計
2.1抗關于側力構件合理布置規定
對于一個單獨的結構單元,在設計上的通常做法是,一般會盡力避免設計出應力集中的縮頸和凹角部位;而且盡量不要在這些部位設置樓、電梯間。整個結構外形也要避免外挑,尺寸內收也不宜過急,避免在結構上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部結構或構件破壞,而出現全部結構失去承載力的情況。
2.2關于高寬比的規定
高寬比的規定是對結構整體剛度、整體穩定、抗傾覆能力、承載能力以及經濟合理性的綜合考慮,是長期工程經驗的總結,根據當前的實際工程來看,這一限值是比較經濟合理與實用。但隨著目前高層建筑的快速發展,設計師們發現其實高寬比并不是必須要滿足的。實際工程已有一些超過高寬比限制的例子(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),當然高寬比超過限值時,應對結構進行更加準確的受力分析,并施加可靠的構造措施。
2.3短肢剪力墻的設置問題
在新的規范中,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,且根據試驗數據和實際經驗,對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制。比如在剪力墻設計等級為四級,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%。高厚比較小的構件的脆性破壞較大,不利于抗震。所以,在具體的高層結構設計里,設計師們應該充分利用其它現有構造形式來代替短肢剪力墻,減少不必要的麻煩。
2.4嵌固端的設置問題
在結構計算模型的選擇上,如何準確地確定嵌固端位置是一個十分關鍵的問題,這直接關系到實際的受力狀態與選擇的計算模型是否符合以及內力等相應計算結果是否無誤。因為現在高層結構通常會設有一層或者是二層的地下室(可以當作人防工程來使用),而嵌固端的選擇,可以結合各層的剛度變化,再根據它的實際布置狀況,可以選擇在一層頂板的位置,也可以是二層頂板的位置,同時在地下室其他樓層等部位也是有很大可能的。但是在這個問題上,結構設計師們往往會忽略了一系列需要注意的問題,例如嵌固端的設置和剛度比的限制等問題,忽視這些問題將會對工程的質量和后期數據的分析造成很大的隱患。
3地基與基礎結構設計
在基礎的具體設計中,應根據地基復雜程度、建筑物規模和功能特征以及由于地基問題可能造成建筑破壞或影響正常使用的程度來確定基礎設計等級。首先,地基計算應滿足承載力計算的有關規定;其次,由于高層建筑的基礎設計等級均為甲級或乙級,因此均應按地基變形設計;若地下室存在上浮問題時,還應進行抗浮驗算。下面就高層建筑中不同的基礎類型分別闡述在設計計算中應注意的事項:在對箱基和筏基的梁板進行配筋計算時,務必相應地扣除底板上直接作用的梁板荷載和自重,當出現箱筏的四邊區格和地基反力過大的情況,這時要對梁板進行加強配筋;而在進行箱基結構設計時,要考慮洞口上下的連梁的影響,驗算其截面面積,若洞口的位置或者大小有變動,要復核連梁的抗剪強度和抗彎強度;若是進行整體箱基和筏基的設計,必須考慮樁土的因素,其共同工作會對結構造成一定程度的影響。
4結構計算與分析
4.1結構整體計算的軟件選擇
當前比較常用的計算軟件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE,MIDAS,ANYSYS,ETABS,SAP等。由于各個軟件使用的計算模型有一定區別,所以在各個軟件計算結果上就會有或大或小的差異。實際工程中,務必考慮結構類型和計算模型的具體特點,在進行整體分析時選擇最恰當的軟件,并使用不同軟件進行對比分析計算,從不同軟件計算的相差較大的結果中,選擇最接近工程實際情況的數據。若不能選擇合適的計算軟件,不但會消耗大量的時間和精力,更重要的是會對結構埋下安全隱患,造成日后的工程問題。所以為了保險起見,通常在布置復雜的高層設計中,宜使用不少于兩種不同的模型來進行內力分析和計算。
4.2剪力墻底部加強部位墻厚的確定
在進行抗震設計時,剪力墻的底部加強部位一般采取增加邊緣構件箍筋和墻體的布筋來防止地震荷載的影響,預防結構出現脆性破壞,從而能夠比較有效的改善結構的抗震性能,在現行的規范中,明確指出剪力墻結構底部加強部位的高度可以參考墻肢的1/8和底部兩層二者中的較大值;而部分框支剪力墻結構底部的取值,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,高層建筑結構底部加強部位的剪力墻截面厚度bw的取法按照以下規定,按照一、二級級抗震標準的情況,bw宜選擇剪力墻無支長度的1/16或層高;按照三、四級抗震標準的情況,bw宜選擇剪力墻無支長度的1/20或層高。但在墻底受力較小且結構層高相對較高的情況下,其厚度還按上述要求取值,就顯得很不經濟。所以,根據具體的工程實踐,厚度可以適當減小,而且必須按照下面的公式計算穩定性。
5結束語
商業樓基礎設計等級為甲級,采用樁加防水板基礎。根據前期試樁檢測報告結論,采用Φ700鉆孔灌注樁,抗壓兼抗拔樁。基礎埋深12.1m,遠大于建筑結構高度的1/18。經復核,風荷載及水平地震作用下基底均不出現零應力區,可滿足高層建筑結構抗傾覆穩定要求。
二地下車庫設計
地下車庫采用框架剪力墻結構,局部增加的剪力墻,主要有兩個作用:一是為了使得地下1層與地上1層的剪切剛度比大于2,滿足正負零作為地上單體嵌固端的要求,二是為了更好地保證室內外高差處水平力的傳遞。商業樓室內及室外相關范圍內,正負零零層采用梁板式結構,板厚180~250,雙層雙向配筋,且配筋率不小于0.25%。
三上部結構設計
(1)超限情況的判定
根據“住房和城鄉建設部關于印發《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的通知(建質〔2010〕109號)”,對商業樓的超限情況判定如下:①商業樓結構高度29.2m,采用現澆鋼筋混凝土框架結構,屬于A級高度高層建筑,高度不超限。②商業樓3層以上豎向構件縮進大于25%,屬尺寸突變(立面收進);③商業樓地上樓層存在多處樓板有效寬度小于50%,開洞面積大于30%的情況;④商業樓3層和4層之間質心相差達18m,大于相應邊長的15%,同時,考慮偏心扭轉位移比大于1.2,小于1.4。綜合以上分析,商業樓屬于超限高層建筑。
(2)上部結構計算分析
在小震作用下,全部結構處于彈性狀態,構件承載力和變形應該滿足規范的相關要求。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010第5.1.12條的要求,本工程采用SATWE與PMSAP兩種不同分析軟件分別進行了整體內力及位移計算,兩種軟件的計算結果基本一致,結構體系滿足承載力、穩定性和正常使用的要求。樓層最大位層間移角小于1/550,滿足JGJ3-2010第3.7.3的要求;在剛性樓板假定下,慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下,豎向構件的最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值均小于1.4。根據建筑抗震設計規范GB50011-2010第5.1.2條,對不規則建筑應采用時程分析進行多遇地震下的補充計算。本工程所選的三條波為TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每條時程曲線計算得到的結構底部剪力均大于CQC法的65%,三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于CQC法計算得到的底部剪力的80%,故所選三條波滿足規范要求。時程分析的結果表明,結構體系無明顯薄弱層,時程分析法包絡值較CQC法計算結果小,故結構的小震彈性設計由CQC法計算結果控制。根據高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010第5.1.13條的要求,對商業樓采用彈塑性靜力分析方法進行了補充計算。兩個方向罕遇地震下性能點最大層間位移角均小于1/50,小于規范彈塑性位移角限值,因此宏觀上商業樓所用結構體系能保證大震不倒的設計要求。在通過二階段設計實現三個水準的基本設防目標以外,針對本工程的具體情況,提出了以下抗震性能化目標:①設防地震作用下,中庭連廊等薄弱處樓板內雙層雙向鋼筋不屈服;②設防地震作用下,懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱斜截面抗剪按彈性設計,正截面抗彎按不屈服設計;PMSAP樓板應力分析結果表明,中庭連廊根部、平面凹口陰角位置一般為應力集地區域,在多遇地震作用下,樓板主拉應力不大于混凝土抗拉強度標準值,樓板不會開裂,在設防地震作用下,應力集中位置樓板主拉應力略大于混凝土抗拉強度標準值,但適當加大樓板配筋,即可滿足樓板內鋼筋不屈服。在設防地震作用下,利用SATWE進行彈性設計和不屈服設計,分別校核懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱的箍筋和縱筋,并與多遇地震計算結果一起進行包絡設計。計算結果表明,配筋值均在合理范圍,配筋切實可行。通過以上性能化設計措施,在對結構的經濟性影響較小的情況下,提高了結構的抗震性能,增加了建筑的安全性。
(3)上部結構設計
針對偏心布置和扭轉不規則,設計時,盡量使結構抗側力構件在平面布置中對稱均勻布置,避免剛度中心與質量中心之間存在過大的偏離;加強構件的剛度,增強結構的抗扭性能。計算時,考慮偶然偏心的影響,設計時適當加強受扭轉影響較大部位構件的強度、延性及配筋構造。通過調整結構布置,將考慮偶然偏心下的最大位移比嚴格控制在1.4以下,第一扭轉周期和第一平動周期比嚴格控制在0.9以下。針對立面收進帶來的扭轉不利影響而采取的抗震措施詳第(1)條。構造上,對收進樓層(4層)加厚至140mm且雙層雙向加強配筋,配筋率不小于0.25%,但為減小大跨部分樓板自重,室內大跨度區域樓板厚120mm,屋面大跨度區域樓板厚130mm,收進部位上下層樓板(3層和5層)厚度不小于120mm,并雙層雙向加強配筋。根據《高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010》的相關規定,體型收進部位上、下各兩層塔樓周邊豎向結構構件的抗震等級提高一級,框架柱在此范圍內箍筋全高加密,提高縱筋配筋率;收進部位以下兩層結構周邊豎向構件配筋加強。針對因開洞形成樓板不連續情況,整體計算時按實際開洞情況建模,并將以上樓層定義為彈性膜,以考慮樓板不連續對結構的影響;同時,構造加厚連廊等薄弱區域樓板至130mm厚,并雙層雙向配筋,配筋率不小于0.25%。
四結語
關鍵詞:高層建筑結構設計;教學內容;教學方法;教學手段
高層建筑結構設計課程的教學內容涉及混凝土結構、結構力學、結構抗震等知識的綜合應用,作為培養從事土木工程設計、施工、預算、招投標工作的高級工程技術人才的土木工程專業,一般將高層建筑結構設計課程設置為一門專業限選課。土木工程專業畢業生的就業方向主要有結構設計、工程施工技術管理、預算和招投標等崗位,這些工作崗位都與高層建筑結構設計具有密切聯系。土木工程結構設計崗位的主要工作內容已由多層建筑設計轉變為高層建筑設計;從事土木工程施工管理工作,必須掌握高層建筑結構的識圖與讀圖等知識,清楚高層建筑中哪些是主要受力構件,哪些是構造構件,在施工過程中遇到一些簡單的高層事故應如何處理,等等,這些都有賴于該課程的學習;土木工程預算和招投標管理工作中大量的分析計算都要靠計算機來完成,要求工作人員要在看懂圖紙(很多是高層建筑圖紙)的基礎上建立分析模型,做到不多算、不漏算,這也有賴于該課程的學習。工程專業開設該課程的意義由此可見。但是,由于種種因素的影響,目前該課程教學中還存在不少現實問題。鑒于此,本文擬從教學內容、教學模式、教學方法、教學過程等方面探討高層建筑結構課程的教學改革問題,希望能為該課程教學質量的提高提供參考。
一、課程教學內容規劃
隨著我國經濟的發展,土建行業對人才的要求特別是對學生工程素質的要求越來越高,企業歡迎的是具有完備知識結構又具備較強工程能力的人才。高層建筑結構設計課程涉及很多計算,教學內容十分豐富,但該課程的學時往往十分有限,因此,合理選擇教學內容就顯得尤為重要。該課程教學內容的選擇應以應用型人才能力培養為目標,理論與實踐并重,并注意兼顧不同學習基礎的學生。土木工程專業一般將該課程安排在大學四年級第一學期,主要內容包括緒論、高層建筑結構的體系與布置、高層建筑結構的荷載和地震作用、高層建筑結構的計算分析和設計要求、框架結構設計、剪力墻結構設計、框架―剪力墻結構設計、高層建筑地下室和基礎設計等,與先修課程混凝土結構、混凝土結構與砌體結構、基礎工程、工程結構抗震等有緊密聯系,也存在一定的內容重復現象。為了保持教學內容的系統性,教師處理與已開設課程重復的內容時,應做到“重復的內容講差別,相似的內容講典型,突出重點”[1]。例如:荷載計算部分的一些內容與混凝土結構課程的相關內容相似,按照相似的內容講典型的原則,對該部分內容,教師應重點講解高層建筑結構的風荷載計算(考慮風震系數),而活荷載計算可不考慮不利布置;框架結構設計部分的一些內容,與混凝土結構與砌體結構等課程的相關內容存在重復現象,按照重復的內容講差別的原則,對該部分內容,教師應重點講解在框架結構設計中如何調整位移比、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參數;高層建筑結構基礎設計部分的一些內容,與基礎設計和基礎工程課程存在內容重復現象,按照重復的內容講差別的原則,教師可重點講解高層建筑“筏板基礎”“樁基+筏板”設計中的常見錯誤及其原因。
二、課程教學模式
在開設高層建筑結構設計課程時,學生已具備一定的專業技能,但綜合能力還有待提高。采用多元化教學模式是近年來該課程教學的主要特點之一。根據高層建筑結構設計課程實踐性和操作性強的特點,教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線,整合課程各個單元的教學內容開展任務驅動教學和項目導向教學,將“教、學、做”有機結合,著力體現應用性、實踐性和開放性的課程理念。將“教、學、做”一體化的教學模式有機融入教學過程,有利于處理“懂”與“會”的關系,學生可以先懂后會,也可以先會后懂或邊懂邊會。此外,教師還可以把課堂搬進實驗室、建筑設計院、工程施工現場等場所,廣泛開展直觀教學,實現課堂教學與實習實訓的一體化,從而有效提升學生的綜合能力。
三、課程教學方法與教學手段
高層建筑結構設計課程的教學環節分為課堂教學、PKPM軟件應用、工程設計實踐和考核[2]。以下從四個方面探討該課程的教學改革。
(一)課堂教學
課堂教學應以講解高層建筑結構設計的基本設計理論、抗震規范、高層混凝土結構技術規程等內容為主;要有明確的教學目標、有效的教學策略和具體的學習評價指標;要注重學生興趣的培養和潛能的發掘與提升,廣泛開展探究性學習和協作學習;要注意培養學生終身學習的觀念,力促學生自主發展和可持續發展。在高層建筑結構設計課程教學中,還應做到課堂講授、自學、討論相結合,課內學習與課外學習相結合,理論學習與實踐環節相結合[3]。第一,課堂講授與自學相結合。教師在課堂教學中應重點講授基本概念、基本原理和難點,并向學生指定課外自學的內容和思考題,以培養學生的自學能力,化解教學內容多而課時有限的矛盾。第二,開展課堂討論,啟發學生開展積極的思維活動[4]。大學生思想獨立性強,思維靈活,喜歡獨立思考問題。因此,在全班或小組內圍繞一個問題開展討論,讓學生各抒己見,相互啟發,有利于發揮學生學習的積極性和主動性,充分提高教學效果。如在高層結構選型內容的教學中,可讓學生以某“高層設計采用哪種結構體系較合理”為題在班級范圍內開展討論,讓學生在愉快的氛圍下通過主動思考掌握高層結構體系的有關知識。就課堂討論的方式來講,教師可先提出問題,讓學生在小組討論的基礎上,選出代表到黑板前陳述意見,這樣既可活躍課堂氣氛,提高教學效果,也可提高學生的表達能力。第三,課內學習與課外學習相結合。在每次課結束前,教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題。對于較抽象的教學內容,教師應組織學生開展課堂討論或課外學習小組(宜以宿舍為單位)討論。教師還可結合單元教學內容,組織開展以高層結構設計基本理論知識和常規應用為基礎的小型競賽活動,如PKPM建模大賽等,以鍛煉提高學生的知識運用能力。第四,理論教學與實踐教學相結合。筆者的調查表明,很多學生在學習過程中都感覺到“高層建筑混凝土結構技術規程”難以理解,難以聯系具體工程實例;結構設計只是停留在單個構件上,不明確結構整體設計的思路。因此,教師在教學中應結合具體教學內容引入工程實例,通過對工程實例的詳細講解,使學生加深對理論知識的理解,提高應用能力。比如,對高層建筑常用的三種結構,即框架結構、剪力墻結構、框架―剪力墻結構,教師可借助實際工程項目,依次詳細講解抗側力構件的布置、主要高規參數的控制、平面的布置、施工圖的繪制,通過實例講解使學生理清結構設計的整體思路,加深對規范條文的理解。需要說明的是,教師教學中選用的案例可以來自企業生產實踐,也可來自教師指導學生完成的工程設計實踐項目。教師指導學生進行工程設計實踐(包括結構選擇、結構建模、施工圖繪制等),是提高高層建筑結構設計課程教學質量的有效手段。
(二)PKPM軟件應用教學
PKPM軟件應用教學的重點是理解和掌握高層建筑結構設計的基本過程,主要有以下三個教學步驟:(1)結構布置的講解與練習。在此步驟中,要通過講解和練習,使學生掌握運用PKPM軟件建模的技巧,理解“抗規”關于結構平面和豎向布置的基本要求。結構平面布置要求平面形狀簡單、規則、對稱、質心和剛心重合[5]30−31;結構豎向布置的要求主要是抗側力構件沿豎向不突變等。(2)PKPM基本計算參數輸入練習。在此步驟中,應要求學生按照相關要求,結合工程結構的實際情況輸入PKPM相關參數,并理解基本風壓、基本雪壓、設計地震分組、抗震設防烈度、連梁剛度折減系數等參數的含義。(3)PKPM計算結果的分析判斷和參數調整。在此步驟中,應指導學生通過對計算結果的分析,判斷結構的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩定是否滿足要求,并對不滿足要求的參數進行調整。
(三)工程設計實踐教學
開展高層建筑結構設計課程實踐教學,有利于學生強化工程概念和感性認識,激發學習主動性,提高創新能力。在工程設計實踐教學中,教師可以組織學生分組參觀調查當地已建高層建筑,了解其構型、結構體系、存在的施工問題等;可以讓學生以小組為單位完成高層建筑的建模,如15層以下教學樓、辦公樓、賓館等框架結構的建模,20層以下住宅樓等剪力墻結構的建模,20層以下寫字樓、公寓等框架―剪力墻結構的建模。
(四)課程考核
高層建筑結構設計課程的常規考核方法是筆試成績與平時成績相結合,但筆試成績一般占總成績的80%,這容易導致學生只重視理論而忽視實踐,不利于學生應用能力的提高。該課程的考核應著重考核學生綜合運用知識的能力,可采用筆試、上機操作、實踐環節相結合的考核方式。其中,筆試成績占總成績的50%,試卷的制作可參考國家“注冊結構工程師專業資格”考試;上機操作成績占總成績的20%,可以給定房屋建筑平面圖和立面圖,讓學生在規定時間內運用PKPM軟件完成滿足結構設計規范要求的結構建模;實踐環節成績占總成績的30%,內容包括考察報告的撰寫情況、在分組建模實踐教學中的表現等。
四、教學過程的組織
如前所述,在每次課結束前,教師都應向學生明確課后的復習內容、預習內容及思考題,其中預習的內容可以是參觀現有高層建筑結構,調查了解其結構形式、結構設計、施工中存在的問題等,并形成文字。導入新課時,教師可用5分鐘左右的時間了解學生的預習情況,并通過總結引出新課題。在講授新課的過程中,教師應突出重點,把握難點,可按照理論講授―例題解析―學生練習―歸納總結的步驟組織教學。如在講解高層建筑的結構體系時,可先分述每種結構體系的概念,再舉例分析典型的結構體系布置,然后讓學生畫出附近教學樓等高層建筑的結構,最后歸納總結常見建筑結構體系的選擇。課堂討論教學環節一般可采取學生自由發言與教師總結相結合的方式,而在安排有小組前期調研的情況下,應緊緊圍繞小組代表的匯報發言開展現場提問。另外,教師在課堂教學中還應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐,以實現學以致用,不斷提高學生的實踐應用能力。例如,為了提高應用型技術人才培養質量,黃淮學院在其大學生創新創業園設置了建筑設計院校內實踐基地,為土木工程、建筑工程等專業學生的工程實踐提供了良好的平臺,教師引導學生到這里結合教學內容參觀實踐,無疑能夠有效地促進學生實現所學理論知識的內化和實踐應用能力的提升。
作者:邵蓮芬 單位:黃淮學院
參考文獻:
[1]牛海成,徐海賓.面向可持續發展的高層建筑結構設計課程教學改革探討[J].高等建筑教育,2013(22):72―75.
[2]劉圓圓.淺談《高層建筑設計》課程改革方案[J].城市建設理論研究:電子版,2014(36):8119―8120.
[3]孟麗巖,王濤,陳勇,等.高層建筑結構設計課程教學方法的改革與實踐[J].黑龍江教育(理論與實踐),2015(3):77―78.
關鍵詞:建筑結構設計;工程造價控制;變量問題;控制措施
從建筑結構設計工程造價控制方面來分析,該階段的工程造價控制對整個建筑項目工程造價控制的影響非常大,可以說結構設計的影響已超出總工程造價的50%以上;而從建筑結構設計周期來分析,其階段的設計周期僅占總工程建設周期的20%,可見建筑工程結構設計階段對總工程造價的影響有多大。就現階段建筑工程結構設計的工程造價來看,值得建筑企業相關部門給予高度重視,并采取有效的控制措施,以保證建筑結構設計工程造價合理。
1建筑結構設計的工程造價
1.1建筑結構設計、工程造價基本概念。一個完整的建筑工程項目,前期工程規劃以及結構設計環節非常重要,是整個工程項目施工的圍繞核心,從建筑結構設計中能夠充分顯示出施工技術與工程造價之間所存在的關系,并予以有效的施工方案實現施工順利、成本合理的目的,這樣對工程造價來說也能夠提高控制能力。建筑結構設計的主要目的就是以滿足建筑方案要求,確保建筑項目整體設計合理,以達到建筑工程竣工后安全可靠、經濟適用的目標,促進建筑企業可持續發展。建筑項目工程造價是指整個建筑工程施工、決策、設計等各環節投入成本的總額度。1.2建筑結構設計與工程造價之間存在的影響關系。工程設計的過程實際上就是將建筑工程中技術與經濟兩個元素從對立的走向轉變成統一走向的過程,目的是以提高建筑工程技術能力的同時,降低建筑工程施工成本的投入,在以保證質量的基礎上實現經濟效益的提高。建筑工程項目中的各個成本投入環節非常多,在經過合理規劃后,并取得決策確認,就可以作為控制建筑工程施工質量與工程造價的重要依據,因此,建筑結構設計的合理性、科學性非常重要。經過多年對工程造價的了解與分析,工程結構設計與工程造價之間的影響關系非常明顯,以達到百分之五十左右的影響率。可見建筑結構設計對工程造價好壞的影響非常大。
2建筑結構設計階段工程造價難以控制的變量問題
2.1工程造價機構配置不合理所引起的變量問題。就當前建筑項目設計中,結構設計環節至關重要,相應的工程造價結構配置也需要具備科學性與合理性,而現階段,在建筑工程結構造價控制機構配置不合理已成為影響總工程造價的直接因素之一。在建筑工程項目中,造價管理部門與其他管理部門處于平等關系,甚至還有很多建筑工程中對工程造價部門的存在不夠重視,并沒有設立專門的管理與執行部門,因此在工程造價管理過程中,由于權限與獨立性問題、部門地位問題、結構配置不合理問題導致造價管理工作中存在的各種問題居多,就拿獨立性問題來說,直接影響數據的準確性,極容易發生后續工程造價的問題與誤差,導致資金投入過大,浪費情況居多,不合理利用成本現象普遍,最后導致工程資金投入加大的問題。2.2控制造價環節缺乏執行力所引起的變量問題。執行力是一個任務是否能夠有效完成的關鍵,在建筑工程造價控制過程中,其相關部門的執行力也一樣重要,而現階段在很多建筑工程項目中造價控制與管理的執行力嚴重缺乏,部分建筑企業對造價控制的重要性不夠了解,也沒有意識到造價控制的執行力會直接影響到總工程造價的結果。因此在建筑工程造價控制措施上仍是以傳統的方法為主,不具備科學性,造價控制管理人員對工作的態度也不夠認真,造價控制數據的準確性也有待審核與驗證,進而造成資金使用不合理的情況發生。2.3缺乏準確的目標所引起的變量問題。在建筑項目結構設計環節中工程造價過程缺少一個明確的控制目標已成為影響工程造價控制重要因素,沒有明確的目標就意味著工程造價控制處于盲目的狀態中,這是一種級不負責任的問題。這個問題的具體表現是施工企業在確定設計階段工程造價的目標時,不根據實際的情況來制定目標,不能形成一個有機地整體,對工程造價目標的一致性十分不利,降低后期施工工作的完成效率。
3實現建筑結構設計階段工程造價控制的具體措施
3.1制定一個明確的工程造價控制目標。通常情況下,建筑設計階段的工程造價的控制目標一般是采用制定方案的初步估算來制定所謂工程造價控制階段的初步目標,對于包含具體技術設計的建筑工程將使用初步設計概算作為建筑結構設計階段工程造價控制的目標,對于沒有具體技術應用的建筑則可以不經過修改直接將初步設計概算作為工程造價的控制目標。3.2完善建筑結構設計階段工程造價控制制度。完善的建筑結構設計階段工程造價控制制度是有效實現建筑結構設計階段工程造價的關鍵因素,要建立完善的建筑結構設計階段工程造價控制制度需要保障已經制定的工程造價控制制度要完的工程造價控制的績效評價體系,提升整的執行下去,其次要建立一套合理性工作人員的工作積極性,做到獎懲分明,最后是要明確建筑結構設計階段工程造價控制的各階段的目標和具體責任人,明確的目標和職責是工程造價控制工作的重要前提,也是提高建筑結構設計階段工程控制的最有力的保障。3.3合理選擇建筑設計階段工程造價的控制方法。科學合理的工程造價控制方法是保障建筑結構設計階段工程控制的關鍵因素,當前應用最廣泛也是最有效的工程造價控制方法是采用價值工程的數據信息來對工程價值的工作內容進行科學分析,并使用限額設計的方式實現建筑結構設計階段工程造價控制的規范化。盡管限額設計的方法對工程造價的控制產生了一定的作用,但是該方法在設計階段的方案的制定和施工管理以及設計概要等方面還存在較大的局限性,在實際應用中會出現一些不合理或者運算錯誤的地方,要及時的發現并解決,以保證工程造價控制方法的合理性。3.4實現建筑結構設計階段的工程造價的數字化。科學技術是第一生產力這句話十分適用于建筑結構設計階段工程造價的控制,科技的進步帶動了建筑結構設計階段工程造價的控制方法數字化的發展,當今社會先進的網絡計算機技術的發展更是為工程造價的控制帶來了無限的上升空間,要合理使用現在互聯網中龐大的信息資源,建筑結構設計階段工程造價的控制的數字化發展是未來工程造價控制發展的必然趨勢。設計研究專門的工程造價控制的計算機軟件仍是提升工程造價控制方式數字化發展的重要方法。數字化條件下的工程造價控制必然會提高工程施工中的管理質量和控制效率。
盡管各大施工企業都具備比較完善的工程造價的控制方法,但是在具體的實施過程中還是會發生一定的問題,要加強行業交流和技術水平的探討,取長補短,全面提高工程造價控制措施的科學性,促進建筑業的可持續發展。
作者:聶鴻魁 單位:秦皇島維拓建筑設計有限公司
建筑行業如此龐大,在很大的市場需求下要求我們要有合理的規劃。建筑業與我們生活息息相關,這要求我們要很重視房建工程。好的工程要從設計開始,所謂好的工程就是用最少的錢建造出最安全合理的房屋來供社會來使用。我們設計行業尤其是結構專業要帶頭進行優化設計,為國家節省資源出份力。
1案例概況
本工程為辦公樓,初步方案為框架結構,但是為了減少造價改為砌體結構。根據建筑抗震規范規定該建筑所在的城市抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度為0.159,設計地震分組為第一組,設計使用年限51年。建設場地為II類,基本風壓為0.35KN/m2,基本雪壓為0.35KN/m2。結構層數為4層,結構形式采用磚混結構,基礎采用條形基礎。
2結合案例
進行對建筑節誒狗優化設計措施進行分析
2.1建筑結構形式設計
戶型選擇主要由建筑類型與功能決定,而建筑設計方案決定建筑類型與功能。在建筑結構形式優化沒計中,砌體結構與底部框架剪力墻結構是設計的主要部分。根據本次案例的實際情況,文章做一下具體設計:
(1)加強砌體結構設計。磚砌體是建筑承重與抗側移的結構部分,可以靈活的布置建筑平面,但不適于做躍層結構與受力大的突兀結構。為了有效減少建筑構造柱的配筋,可在保證建筑安全性的基礎上,建至少道縱向墻體,而且門窗開洞寬度不超過2.1m。
(2)加強底部框架剪力墻結構設計。在該設計中,如果底部框架剪力墻豎向抗側力構件不連續,極易出現受力不平衡問題,所以必須嚴格要求建筑平面。設計底部框架剪力墻結構時,應盡可能將承重墻設計在框架梁上,若將墻體設于次梁上,則需加大建筑部分結構的配筋,如該次梁、主梁、框架梁,并加厚該次梁樓板。下圖1為優化后的梁布置圖。(3)此外,結構樓板應在填輕質材料的基礎上,才能進行錯層。在建筑戶型設計中,為便于布置臨街面柱網,應在臨街面布置大房間,而背面則布置小房間,如衛生間、廚房等。
2.2建筑剪力墻設計
在剪力墻設計過程中,連梁設計是其中的關鍵部分。連梁連接建筑各墻肢形成聯肢墻,增加了制約墻肢的條件。建筑結構的地震作用隨著連梁剮度的增大而增大,而連梁與墻肢的分配內力也隨之而增大,因此需適當增加構件配筋量,才能保證建筑的安全.性,但會浪費建筑材料。所以,設計建筑結構時,經驗豐富的設計師通常不采用剛度大的衡下墻作為連梁,而是將連梁設計為弱連梁,減小截面與剛度。此外,建筑結構設計不儀要符合剛度和變形條件,還必須綜合考慮建筑抗力、變形、經濟等方面,盡可能合理布置建筑抗側力構件。可見建筑結構抗側力剛度隨著剪力墻數量的增多而加大,結構位移也隨之減小,但建筑結構地震力會因此增大,從而不利于控制建筑結構造價。所以在進行布置剪力墻時,要把周邊弄的更加均勻,可以運用對稱、分散等原則,在設計的時候一定要以建筑規定的水平位移限值為標準,適當的控制剪力墻數量。
2.3建筑細節設計
建筑結構設計優化中主要體現以下幾個方面:加強建筑結構局部構件精細設計,如設計現澆板時,盡可能將異形板劃為矩形板,從而使建筑合理受力,并避免拐角出現裂縫;選擇冷軋帶肋鋼筋作為建筑底部框架抗震墻的底框梁箍筋,減少箍筋量,達到降低造價和便于施工目的;結合結構優化設計理念與計算機技術,使計算仿真優化設計思路廣泛應用于建筑工程結構設計。利用計算機建立建筑結構優化設計模型,并利用計算機高效的優化設計方法,使建筑結構設計達到優化目的。優化設計大型復雜的建筑結構時,利用計算機優化設計建筑結構,具有傳統設計方法無法比擬的優勢。所以,建筑結構設計人員必須具備一定的計算機知識與運用能力,有效利用計算機優化設計分析建筑結構。總而言之,對于構造措施,要緊密聯系規范進行設計,不要盲目的加大構造尺寸和鋼筋直徑大小,減小不必要的浪費。梁板柱的布置體系和受力體系盡量簡單合理,對于不需要設置梁的部位要簡化設置。控制砌體砂漿等級。控制基礎的埋深和合理選用基礎形式,對承載力特征值進行修正。
二結束語
不確定性的地面運動的影響。地震動是地殼快速釋放能量過程中產生具有不確定性的多維振動,它是通過地震波的傳播實現的,它的隨機性和復雜性讓人難以預測。地震動的各個分量對建筑都具有危害作用,即一個豎向分量、兩個水平分量和一個轉動分量。地震災害具有突發性、破壞性、難以預測性,甚至是毀滅性的。結構動力特性的影響。影響結構動力分析的因素主要有:結構質量分布不均勻;基礎與上部結構的協同作用;節點的非剛性轉動;偏心扭轉可能使位移增加;柱的軸向變形可能會使周期變長,加速度降低;材料的影響。混凝土的彈性模量隨著時間的增長或應變的增大而降低,這意味著自振周期可能增長,而加速度反應將減小。阻尼變化的影響。鋼筋混凝土結構阻尼比受震松動以后會變大,且自振周期變長。基礎不同沉降量的影響。按一般荷載設計的框架結構,當地震系數大于0,基礎差異沉降可能造成實際彎矩與設計彎矩出現較大的誤差,而這種誤差在設計中一般未予考慮。建筑結構的施工質量。施工質量是影響結構抗震能力的一個重要因素。施工的任一環節都可能對建筑結構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計值相差甚遠。
2.建筑結構抗震設計方法
2.1結構地震分析法
結構抗震設計的首要任務就是對結構最大地震反應的分析,需要確定內力組合及截面設計的地震作用值。常用的地震分析法有底部剪力法、彈性時程分析方法、振型分解反應譜法、非線彈性靜力分析法以及非線彈性時程分析法。其中最為簡單的屬底部剪力法,其在質量、剛度沿高度分布較均勻的結構中較為適用。假設結構的地震反應以線性倒三角形的第一振型為主。并通過第一振型周期的估計來確定地震影響系數。對于較為復雜的結構體系,采用振型分解反應譜法來計算,它的思路就是根據振型疊加原理,將各種振型對應的地震作用、作用效應以一定方式疊加起來得到結構總的地震作用、作用效應。而彈性時程分析適用于特別不規則和特別重要的結構中,將建筑物看作彈性或彈塑性振動系統,直接輸入地面振動加速度記錄,對運動方程積分,從而得到各質點的位移、速度、加速度和剪力時程變化曲線。非線彈性時程分析法可以準確完整的反映結構在地震作用下反應的全過程。按非線彈性時程分析法進行抗震設計,能改善結構抗震能力和提高抗震水平。非線彈性靜力分析法考慮了結構彈塑性特性,在結構分析模型上施加某種特定傾向力模擬地震水平側向力,并逐級單調增大,構件一旦屈服,修改其剛度直到結構達到預定的狀態。
2.2建筑結構抗震設計方法
為了確保建筑結構的抗震能力最佳,所設計的結構在強度、剛度、延性及耗能能力等方面都達到最佳,質量分布均勻,平面對稱、規則抗側向力較好的體系及剛度與承載能力變化連續的結構體系是優先考慮的設計方案,從而經濟地實現“小震不壞,中震可修,大震不倒”的目的。
(1)根據我國的抗震設計規范,建筑持力層的選擇非常重要,它關系著整個建筑物的安全性能,同時規范還指出,建筑的形體要適當,要求建筑的形狀及抗側力構件的平面布置宜規則,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)抗震結構體系布置是建筑結構抗震設計的關鍵問題,如房屋建造中框架結構體系和砌體結構的選擇問題。地震后會有余震,抗震結構體系應具有多道抗震防線。如框架結構設計中為了避免部分構件破壞而導致整個體系喪失抗震能力,將不承受重力荷載的構件用作傳遞途徑。
(3)傳統的結構抗震是通過增強結構本身的抗震性能(強度、剛度、延性)來抵御地震作用的,即由結構本身儲存和消耗地震能量。消能減震設計指在結構中設置消能器來消耗地震輸入的能量,減輕結構的地震反應,減小結構發生破壞和避免結構物直接倒塌以達到預期防震減震要求。隔震設計指在建筑物基礎與上部結構之間設置隔離層,即安裝隔震裝置,通過隔震裝置延長結構的基本周期,避免地震能量集中使結構發生屈服和破壞。這是一種以柔克剛積極主動的抗震對策,是一種新方法、新對策、新途徑。
(4)盡可能多設置幾道抗震防線,一個較好的抗震建筑結構由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接協同工作。強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,將會因損傷積累導致倒塌。如像教學樓這種相對大開間、單跨、大窗口、懸臂走廊的純框架結構,其縱、橫方向的剛度不均勻,很容易發生扭轉破壞,而整個結構只有框架一道防線,一旦柱子發生破壞,沒有其他約束措施,整個框架因喪失全部承載能力而倒塌。防止脆性和失穩破壞,增加延展性。設計不良的細部結構常常發生脆性和失穩破壞,應該防止。剛度的選擇有助于控制變形,在不增加結構的重量的基礎上,改變結構剛度,提高結構的整體剛度和延展性是有效的抗震途徑。
(5)場地條件就是導致建筑震害過于嚴重的關鍵因素,所以選擇最為有利的地形最大限度的防止建筑物出現在不利于抗震功能發揮的區域。選擇在抗震過于危險的區域來建造房屋,有可能對人們的生命財產安全帶來危害。在汶川地震時,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結語