发布时间:2023-03-02 15:01:51
序言:写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁,我们为您精选了8篇的混凝土结构设计论文样本,期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发,请尽情阅读。
目前钢筋混凝土排架结构在设计分析方面仍面临很多挑战,为能解决这些可能遇到的问题,很多学者对钢筋混凝土排架结构设计上做了研究。在唐山大地震中,大多数以钢筋混凝土排架结构为主的工业厂房结构柱破坏,造成很大的损失和伤亡,此后,我国学者钢筋混凝土排架结构开始进行深入的分析与研究。研究的内容如下:地震局工程力学研究所对排架结构进行了有机玻璃模型的具体分析;李树祯等采用弹塑动力时程分析方法对横向单棍的排架结构进行分析,认为钢筋混凝土排架结构用普通的设计方法可满足抗震的基本要求,但从概率角度出发,其可靠度相对较低,地震作用下部分构件可能超过强度而严重破坏,“强柱弱梁”整体厂房还做不到;西安建筑科技大学共同对变柱变梁异型平面节点、钢筋混凝土框排架结构柱和带直交梁空间节点进行了大量的试验研究,研究结果表明:提出了长柱、短柱、普通混凝土柱以及异型节点承载力在高强混凝土上的计算公式,为改善节点区的配筋及高强混凝土在工程中应用提供了理论依据;目前弹性扭转效应的研究已趋于成熟,各国的规范对结构的弹性扭转效应都有各自的计算方法。对于结构进入塑性扭转,由于塑性扭转效应涉及到对整体结构的空间弹塑性分析的问题,其在这一领域问题较为明显,为钢筋混凝土排架等结构工程领域研究的热点问题。从总体上讲,在钢筋混凝土排架结构设计及理论方面,通过理论研究分析取得了许多有益的结论。但目前排架结构的研究重点仍处于对平面和弹性阶段的研究和分析,目的是能将空间计算问题尽量简化为平面的简单问题计算。由于钢筋混凝土排架结构的自身复杂性、专业性和特殊性,当前仍然有很多问题有待解决,如:塑性扭转效应和非线性分析问题;当前抗震性能的试验在钢筋混凝土排架整体结构领域进行较少,在排架结构的设计中,抗震设防的理论有待进一步完善;在排架结构处于塑性区后,其抗震能力发生变化,这一现象在结构扭转效应表现突出;此外,对排架与框架相互结合剪力墙结构的研究涉及较少,对框排架的工作性能及受力特点有待进一步的更多的研究和分析;钢筋混凝土框排架结构中框架与排架的协同工作受力情况较为模糊。
2我国目前规范对钢筋混凝土排架设计的不足
在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面,GB50191—2012构筑抗震设计规范和GB50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文,阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。有关排架结构上部屋架结构计算的规定有:
1)《构筑抗震设计规范》6.2.19条规定,针对Ⅲ,Ⅳ类场地和8度、9度时,应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力;
2)《构筑抗震设计规范》6.2.22条规定,针对Ⅲ,Ⅳ类场地和8度、9度时,应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述,规范使用“应”字,因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型,否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面,钢排架结构施工进度快,造价低,但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂,造价高,后期维护工作量低。在工程建设中,钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间),具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架———根据可设置高度选用,采用门式柱间支撑,可以留出工艺空间,还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况,环境污染日益严重,从节能减排方面讲,钢排架结构应作为首选,但规范未给具体说明。
3结语
关键词:钢筋混凝土; 建筑结构;问题
中图分类号:TU375文献标识码:A文章编号:
引言:
随着我国经济的飞速发展,城市面貌日新月异,一栋栋高楼大厦拔地而起。随之建筑功能的不断丰富,新颖的造型,致使工程设计越来越复杂,但目前的设计周期普遍偏短,也使设计文件中普遍存在某些质量问题,应该引起我们的重视。
1.地基与基础设计过程中存在的问题
1.1柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中,地下室底板设计中,容易忽视因建筑物沉降所引起的附加应力的影响。因为实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下,将会一起发生沉降变形,共同受力,如未考虑因此产生的附加应力,对底板而言是偏于不安全的,有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。尤其对于采用天然地基的情况时,其影响则更为显著。对于总沉降量较小的工程,可考虑在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施,当然,是否采用,还要综合考虑其他因素。另外,对于地下水位季节性变化较大的地区,应考虑高低两种不同水位对地下室底板的不同影响,求出包络图,再做配筋设计。
1.2天然地基锥体独立基础设计问题,有的基础设计锥体斜面坡度大于1:3,该锥体部分砼很难振捣密实,现场施工往往是砼自然堆上,采用铲子或抹灰刀拍捣成形,其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础,利于施工,才能更好地保证施工质量。
1.3柱下独立基础之间的拉梁,如同时又是首层维护墙的承重梁的时候,不应该再简单地按拉梁进行设计。而且在考虑荷载时,要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。
1.4对于有地下室的建筑,当地下水位较高时,在室外地坪之下的结构部分,外轮廓形状应尽量简洁,这样有利于建筑防水的施工。尤其对于柱下承台的形式,更为明显。此时,由于柱下承台的影响,基槽地模形状很复杂,有很多的阴阳角和放坡,即加大了防水施工的难度,有加长了施工时间,都不利于保证质量,并且还增加工程造价。对于这种情况下,我建议大家考虑反承台法,即统一地下室底板和承台的下皮标高相同,承台需要加厚部分向上作,然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。这种做法的优点是,基槽地模形状很简单,方便施工,利于施工质量得保证,同时也缩短了施工时间。并且,内部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,减小配筋,这种自相平衡的思路最科学。同时也提高了建筑物的抗倾覆能力。
1.5地下室底板和外墙配筋计算时,往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算:有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱)之间外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。
2.结构计算与分析
在结构计算与分析阶段,如何准确,高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理,是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进,因此,结构工程师也应该相当地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。
2.1结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以,在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时间和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2.2是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及,只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
2.3振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
2.4多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算。一段时间以来,大底盘,多塔楼的高层建筑类型大量涌现,而在计算分析该类型高层建筑时,是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算,还是将结构人为地分开进行计算,是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大,就有可能出现即使振型参与系数满足要求,但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大,从而便结构出现不安全的隐患。
2.5非结构构件的计算与设计。在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。
3.梁侧纵向钢筋的配置
3.1由于目前电算程序在结构构件分析时尚不能考虑现浇楼板对梁扭转的影响,而是由程序给出一个梁扭距折减系数,合理选用梁扭距折减系数对控制梁的扭距是很重要的,一般情况可取0.4-0.6。
3.2对跨度较大的次梁支承于主梁上时,次梁的支承端会对主梁产生较大的扭距,这时可在电算程序中指定该次梁的端支座为绞接。这种方法对解决梁在受剪扭情况下的超筋超限是非常有效的。
3.3有时虽然做了以上调整,但梁的抗扭纵筋面积仍然较大。此时应将抗扭纵筋面积分摊一部分到梁的四根角筋,其余部分面积按梁侧腰筋设置,梁腰筋直径仍以Φ12~Φ16为宜。
4.混凝土施工方面出现的问题
为满足结构承载的要求,节约工程造价,通常在结构设计中对上、下柱或柱与粱扳的混凝土选择不同强度等级,然而未对结构的点区域的混凝土强度作出明确说明。按施工规范要求,当梁柱的混凝土强度等级不同时,节点处应按强柱弱梁的原则,节点区域的混凝土强度等级应与柱相同。采用强度较高的混凝土,在梁柱交汇处侧面设垂直施工缝是不符合规范要求的,混凝土浇筑时,应按图在梁柱接头周边用钢网或小板定位,并先浇筑梁柱接头的混凝土,随后浇筑梁板混凝土,这样既不便于施工,其质量也得不到保证。因此,在结构设计时应作综合考虑,根据实际情况将柱与梁板选择相同的混凝土强度等级,以方便施工。
5.结语
对于建筑钢筋混凝土框架结构的施工,有关规范虽已有详细规定,但仍有若干问题没有明确具体作法。这些问题在规范条文中没有具体规定,也往往易被忽视,给工程质量留下隐患。
参考文献:
[1]叶菁. 钢筋混凝土框架结构设计要点及注意事项[J]. 甘肃科技纵横, 2010, (05).
关键词:框排架结构,柱计算长度,初参数法
在工业厂房中经常遇见带平台的工业厂房,常见于轻工业厂房及火力发电厂主厂房,此类结构的基本特征为上部为带吊车的排架结构,下部平台为框架结构,常称为框排架结构,其结构基本形式图1,图2所示。论文写作,初参数法。
图1 横向框架布置图
图2 柱网布置图
设计此类结构时,对于结构纵向,结构的基本形式是框架结构,按常规框架计算方法即可实现,而对于结构横向,结构形式为框架和排架两种结构形式的组合,设计时问题就比较复杂,需进行仔细考虑,下文主要就横向框架的计算进行说明。
1.横向框架内力计算
本文按以下简图(图3,图4)进行说明,H1,H2为下部框架的层高,H3为上部排架的下柱的高度,H4为上部排架的上柱高度,本文中把两个边柱称为排架柱,内部柱称为框架柱,实际工程中,有平台梁和排架柱刚接和铰接两种情况,所以给出两种情况下的简图。
图3 计算简图一图4 计算简图二
各种荷载的取值在规范中有比较明确的说明,对于一般设计人员不存在问题,按照弹性方法计算内力,现在的计算机普及,常规设计软件也都可以比较准确的实现。
有了内力计算配筋时,对于排架和框架,梁配筋的计算一致的,而混凝土结构柱的设计现在都基本都习惯再按η-l0法计算,η-l0法在计算时需要设计人员确定各段柱计算长度。混凝土规范明确给出了排架结构和框架结构中柱计算长度的确定方法,两种结构为不同的方法,对于排架和框架组合在一起的结构形式规范则没有给出确定方法,所以计算长度的设计就成为框排架结构设计的关键。论文写作,初参数法。论文写作,初参数法。
2.排架柱计算长度确定
内部框架柱,由于结构形式为规则的框架结构,计算长度按照混凝土结构设计规范《GB50010-2002》的7.3.11条有关框架柱的规定确定取值即可,下面主要说明两边排架柱的计算长度确定,按梁和柱两种不同的连接方式分别进行说明(图3,图4)。论文写作,初参数法。
2.1平台梁与排架柱刚接,简图一(图3)
此时排架柱的H1和H2段,可以认为是底部框架的一部分,可依照混凝土结构设计规范7.3.11条有关框架柱规定进行取值。
对于上部排架,混凝土结构设计规范《GB50010-2002》仅规定了单层厂房排架柱的计算长度,对于本文所讨论的排架柱在使用条件上显然不合适,文献4中对框排架结构,按初参数法对上部排架柱的计算长度进行了计算,最终分析结果建议上柱取3.0,下柱可取2.0。论文写作,初参数法。论文写作,初参数法。在参考文献3中,对于初参数法,进一步分析,修正了初参数法在理论上的缺陷,认为按原初参数法计算的柱的计算长度上柱偏大,综合这两篇文献,设计时建议下柱取2.0,上柱取2.0,排架柱的各段具体计算长度见表1。
本科毕业论文设计开题报告范文
1.课题名称:
钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发
2.项目研究背景:
所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计,建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中,由若干构件,即组成结构的单元如梁、板、柱等,连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。
编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,该规范与原混凝土结构设计规范GBJ10-89相比,新增内容约占15%,有重大修订的内容约占35%,保持和基本保持原规范内容的部分约占50%,规范全面总结了原规范实施以来的实践经验,借鉴了国外先进标准技术。
3. 项目研究意义:
建筑中,结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组成部分,它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关,对发展新技术。新材料,提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。
由于结构计算牵扯的数学公式较多,并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大,近年来,随着经济进一步发展,城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化,更加剧了房屋设计的复杂性,许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上,都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样,结构软件开发就显得尤为重要。
一栋建筑的结构设计是否合理,主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决,结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了,因此原来在学校使用的手算方法,将被运用到具体的程序代码中去,精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法,还要想到如何把这些做法用代码来实现,
4.文献研究概况
在不同类型的结构设计中有些内容是一样的,做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差错,计算机也是如此的。
建筑结构设计统一标准(GBJ68-84) 该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则,是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则,这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时,可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物(包括一般构筑物)的整个结构,以及组成结构的构件和基础;适用于结构的使用阶段,以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引进了现代结构可靠性设计理论,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定,即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量,使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础上,并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性,属于概率设计法,这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势,而我国在设计规范(或标准)中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。
结构的作用效应 常见的作用效应有:
1.内力。
轴向力,即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力;
剪力,即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力;
弯矩,即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩;
扭矩,即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。
2.应力。如正应力、剪应力、主应力等。
3.位移。作用引起的结构或构件中某点位变(线位移)或某线段方向的改变(角位移)。
4.挠度。构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。
关键词:多层枢架结构,房屋设计,问题
钢筋混凝土多层框架房屋,结构设计看似简单,但如果设计不当,将会给建设单位带来浪费或不安全的种种问题。本文就钢筋混凝土多层框架房屋结构实际设计中应注意的问题作了简要的分析探讨。
1.关于多层框架基础类型的选择问题
多层框架类型多层框架基础类型的选择,取决于地质条件,上部结构荷载的大小。上部结构对地基不均匀沉降及倾斜的敏感度及施工条件等因不。设计时应做技术经济比较,综合考虑后确定。对于框架结构的受力分析和辅助设计。可借助PKPM进行,其主要步骤:厚度:双向板为1/40板跨,单向板为1/35板跨。然后进行挠度和裂缝计算。最后确定板厚及配筋。柱截面:At=N/arc,a为轴压比,fc凝土压强度设计值。受荷面各及经验系数确定。初选梁截面:粱高为跨度的l/lO一1/15,粱宽通常为1/2—/3梁高。输入荷载:楼面荷载,梁上荷载,柱节点荷载,风载及地震信息。用PKPM中的SATWE内力分析程序进行计算。框架柱首先要满足轴压比限制,对超筋和构造配筋的梁柱进行调整,直至配筋,截面大小适中为止。另检查结构的自振周期,以名产生共振。基础选型:常用的基础型式有柱下独立基础。柱下条基,柱下筏板及柱基。
2.关于多层框架结构的参数选取问题
《抗震规范》中指出,所有的计算机计算结果,应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。论文大全。通常情况下,计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移(包括最大位移与平均位移)和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架——抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。
为了分析判断计算机计算结果是否合理。结构设计计算时,除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外。正确填写抗震设防烈度和场地类别。合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。
多层框架结构房屋有时也设置地下室。由于隔墙少,常采用筏板式基础。在电算时,应将地下室层数和上部结构一起输入,并在总信息中按实际的地下室层数填写。这样,计算地基和基础底板的竖向荷载可以一次形成,并且在抗震计算时,程序会自动对框架底层柱底截面的弯矩设计值乘以增大系数。同时通过对层侧移刚度比的分析比较,还可以正确判断和调整房屋的嵌固位置,并采取相应的抗震构造措施。保证楼板有必要的厚度和最筋率等等;当结构表现为竖向不规则时。不仅要验算薄弱层,而且还要对薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数。如果在结构总体计算时。论文大全。总信息中填写的地下室层散少于实际输入的层数,弯矩设计值增大系数将会乘错位置,从而在发生地震时,会使极易发生震害的底层柱底部位因抗震能力降低而破坏。
3.关于框架计算简图的问题
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋,独立基础埋置较深,在一0.05m左右设有基础拉梁时,应将基础拉梁按层1输入。以某学生宿舍楼为例,该项目为层钢筋混凝土框架结构,丙类建筑,建筑场地为II类;层高3.3m,基础埋深4.Om基础高度0.8m,室内外高差0.45m。根据《抗震规范》第6.1.2条,在8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算,首层层高取3.35m,即假定框架房屋嵌固在一0.05m处的基础拉梁顶面:基础拉梁的断面和配筋按构造设计:基础按中心受压计算。显然,选取这样的计算简图是不妥当的。因为,第一,按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩;第二,《混凝土结构设计规范》—2002)第7.3.11条规定,框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明,这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算,即将基础拉梁层按层1输入,拉梁上如作用有荷载,应将荷载一并输入。论文大全。这样,计算剪力的首层层高为Hl=4—0. 05=3.95m,层2层高为3.35m,层3、4层高为.3m。根据《抗震规范》第6.2.3条,框架柱底层柱脚弯矩设计值应乘以增大系数1.25。当设拉梁层时,一般情况下,要比较底层柱的配筋是由基础顶面处的截面控制还是由基础拉梁顶面处的截面控制。考虑到地基土的约束作用,对这样的计算简图,在电算程序总信息输入中,可填写地下室层数为1,并复算一次,按两次计算结果的包络图进行框架结构底层柱的配筋。
综上所述,以上的几个问题在钢筋混凝土框架结构设计中经常遇到,也经常被忽略。所以,我们设计工作者应按规范和相应的构造要求,严格执行,从根本上消除设计隐患,确保设计质量。
【参考文献】
[1]林岳峰对多层框架房屋结构设计相关问题的分析 [J],广东科技2006(10).
[2]苑大欣.于镇.多层框架房屋结构设计中的几点思考[J] ,房材与应用,2006,34(4).
[3]李强.钢筋混凝土多层框架房屋结构设计中常见问题分析[J] ,开封大学学报2006,20(2).
[4]林同炎.S.D.思多台斯伯利,结构概念和体系[M],建筑工业出版社.
【关键词】混凝土结构,卓越土木工程师,教学改革
世界经济竞争主要是科学技术的竞争,归根结底是人才的竞争。竞争、变革与发展是当今时代的特点。在世界综合国力的竞争中,拥有高素质工程技术人才的多少已成为衡量一个国家科技进步、经济实力、生产力发展水平的重要指标和依据。因此,培养大批量具有高素质工程技术人才,是我国经济、科技国际化和时展的需要。“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》的重大改革项目,是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类高质量工程技术人才。为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。
安徽建筑工业学院是国家“卓越工程师教育培养计划”实施高校,其中“土木工程专业”是“卓越计划”的重要实施专业,该专业于2007年通过了国家建设部全国高等教育专业评估、为国家特色专业建设点。《混凝土结构》作为土木工程程专业的核心课程,是一门理论与工程实际紧密联系的课程,其知识体系、理论和方法既具有很强的工程性,又具有严密的科学性,而实际工程应用的综合性又使得本课程的涉及面和内容十分丰富,其涉及到数学、力学、材料、实验等多种知识与技能,对提升学生的工程素养,培养学生的工程实践能力、设计能力和创新能力起着重要作用。本文从分析课程特点人手,提出了有关改革实践办法。
1分析课程特点,优化教学内容
1.1课程特点
混凝土结构课程包括“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分内容。第一部分属于专业技术基础课范畴,主要涉及混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算和构造要求等内容,重点在于掌握混凝土基本构件受力性能分析和计算方法。第二部分属于专业课范畴,主要涉及梁板结构、单层工业厂房结构和多层框架结构等内容,重点培养学生综合运用第一部分的知识和力学知识,解决实际工程问题的能力。从教学实践看,该课程是土木工程专业学生较难掌握,同时又是教师较难教的课程,具体表现在以下几个方面:
(1)内容繁杂、涉及面广。课程主要内容有材料的力学性能研究,结构计算基本原理研究,各种受力构件的实验分析研究、基本公式的建立和计算方法的研究,构造措施的研究等。具有概念多、内容多、实验现象多、计算公式多、符号参数多、构造要求多、教学环节多等特点。造成学生在学习过程中难以抓住重点、难点,从而产生厌学情绪。
(2)实践性强、知识更新快。由于混凝土结构是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的复合材料构件,其物理力学性能复杂,涉及的因素复杂多变,目前尚缺乏完整的理论体系,大多数公式不可能通过理论推导直接得出,而是在实验和工程实践基础上,提出有关计算公式。因此,在结构设计中引用了大量基于试验以及工程经验的计算规定。该课程内容的研究对象,都直接来源于土木工程结构中的实际受力结构或构件,教师在讲授中,一定要注意将身边的工程实例引入课堂,抽象的纸上谈兵不利于学生对该课程的理解。混凝土结构又是在大量工程实践和科学研究基础上发展起来的一门实用性强的应用学科,与工程实践中的新成果息息相关,由于土木工程的发展日新月异,新的工程实践和新的技术不断出现,其前沿性和时代性的内容体现在每一个知识点上,因此教学内容紧随其发展,这是工程实践性的必然要求和结果。《混凝土结构设计规范》基本上每2年要进行一次局部修改,每10年要进行一次较大更新。
(3)综合性强、具有创新性。混凝土结构不仅与前续的理论力学、材料力学、结构力学及土木工程材料等课程内容紧密相关,同时又是后续的高层建筑结构、桥梁工程、抗震结构设计等专业课程学习的基础,也是毕业设计中主要综合应用的内容。它既要处理构件的承载力和变形计算问题,还要综合考虑各方面的因素,确定构件选型、材料选用、结构计算简图和分析方法以及配筋构造和施工方案等设计内容。同一工程设计有多种方案和设计数据,设计的结构不是唯一的,应综合考虑使用功能、材料供应、施工条件、造价等各项指标,通过对各种方案的分析比较,选择最佳的设计方案。另外,由于混凝土结构设计理论在不断的更新,结构设计不应完全被规范所束缚,除按《规范》进行设计外,还应在深刻理解规范设计理论的基础上,充分发挥设计者的主动性和创造性。
1.2熟悉卓越培养计划,优化课程教学内容
传统的土木工程专业各门课程均强调本身的完整性和系统性,未能站在完善培养对象整个知识结构的高度确定教学内容,课程教学内容重复现象比较严重。“混凝土结构设计原理”作为专业基础课部分,课程内容从原来单一的建筑工程拓宽到涵盖土木工程的各个领域,因此在有限的学时内需对教学内容进行优化。教学实践中,可将各专业方向通用的混凝土结构基本原理及基本计算方法与规范分离,突出重点,对构件在各种受力状态下的破坏性能进行详细讲解,然后再将各种设计规范的不同要求简要介绍给学生。“混凝土结构设计”属于混凝土基本构件的后续专业课,在教学计划中,它主要是为建筑工程方向开设的,主要介绍有关典型钢筋混凝土结构(平面楼盖、单层厂房、多层框架)的设计,主要讲授:实际结构计算简图内力计算分析构件截面设计与构造措施等,主要训练学生综合分析、应用能力。
2、改革教学方法,提升教学质量
混凝土结构的教学模式已从传统的以知识传授为主发展到知识、能力、综合素质的培养为主的模式,并进一步向创新型、研究型教育模式转变。对不同的教学内容要采用不同的教学方法,以激发学生的学习兴趣,构成以学生为主体,教师为主导的模式。对课程的基本原理、计算方法等采用系统讲授法,便于较短时间内传授较丰富的知识;对课程中的构造要求等采用现场参观、习题练习等方法,让学生增加感性认识、加深理解和掌握。采用讨论式教学,让学生积极参与,使掌握的知识更深刻;对一些重要的理论、现象等采用演示实验法,并经常在教学中增加当前科技发展的新技术、新工艺、新材料等内容,以拓宽学生的知识面。
(1)传统教学方法和现代多媒体教学手段相结合
混凝土结构课程不仅有大量的理论和经验公式,同时又与工程实践密切相关。对于推导性质、逻辑思维性质等内容,传统授课方法更为有效,更加符合认知规律。但仅仅沿袭传统的教学方法,单纯讲解混凝土结构,学生面对各种枯燥的理论公式,既不易理解,也激发不了学习兴趣,教学效果不甚理想。现在,多媒体已经成为课堂上必不可少的教学手段,对于一般了解的教学内容、图示性质的教学内容适宜于多媒体授课,在多媒体课件中,大量的图文、声像、动静俱全的学习资源让学生看到了书本上无法捕获到的东西。同时,利用互联网技术,将多媒体课件、相关习题等提供到校园网上,实现信息共享,方便学生预习、复习以及讨论,提高了教学效率;开辟网上课程讨论区,为学生提供良好的释疑环境以及知识交流平台。将传统的教学方法与现代的教学手段相结合会得到事半功倍的效果。这种新的教学方式拓宽了学生的知识面,调动了学生学习的积极性,加深了学生对理论内容的理解程度,从而提高了课堂效率。
(2)改革课堂教学方式,激发学生创新能力
根据课程内容的不同,可以采用灵活多样的课堂教学方式,充分发挥以学生为主体、以教师为主导的教育理念,激发学生的学习积极性和创新能力。案例法教学。针对混凝土结构原理课程实践性强的特点,教师可在授课过程中适时采用案例教学。教师根据教学目的要求,引用研究成果和工程案例,开展课堂讨论,引导学生积极参与,师生互动,让学生通过自己的观察、思考、分析、选择、领悟去获取知识,并把所学的知识运用于实践。教给他们分析问题和解决问题的方法,进而提高分析问题和解决问题的能力,加深学生对基本原理和概念的理解。
启发式、互动式教学。启发式教学关键的是引导学生思考,并给学生留出充分的思维空间,启发和引导学生思考。我们要求教师按照“提出问题分析问题解决问题结论和讨论”的思路,组织好课堂教学。互动式教学要求教师和学生之间要有对话和交流,同时学生对老师提出的问题要有响应。要发挥教师在课堂教学中的主导作用,教师要精心设计教学过程中不同阶段能够启发学生思考的问题;其次是要尊重学生在教学活动中的主体地位,学生对老师提出的问题要积极地去思考和回答。
比较法教学。在教学过程中,采用比较法教学,能提高学生的理解能力、分析问题能力。
问题引入式教学。重视问题的引入,根据不同的课堂内容,布置课后思考题,提出与所讲内容相关的工程问题让同学思考,引起学生的好奇心,然后在后面的讲解过程中解答问题,这样学生就会在课堂上认真听讲,变被动的接受知识为主动学习,培养学生主动学习的能力。
(3)结合教学内容,把实践引入课堂。混凝土结构和工程实践密切相关。如果单纯学习书本知识,学生就会产生疑惑,渐渐失去学习的兴趣。实践就是打开疑惑的大门,除了教学计划安排的实践性环节外,结合教学内容,通过载体,教师要善于把工程实践引入课堂。可利用的载体是设计规范、标准图集、施工图纸、结构模型、混凝土结构最近发展动态等。建筑工程和我们的生活息息相关,教育学生平时多到工地走走,处处留心,多多学习,拉进理论和实践的距离,增加学生工程意识。
(4)专业知识学习和实践、创新能力培养相结合
引导、鼓励学生结合课程内容,制作结构模型、撰写专业学术论文、自主设计大学生科研训练计划、参加结构设计竞赛等。
3、加强实践性教学,培养学生工程能力
由于混凝土结构课程具有很强的实践性特点,因此,加强实践环节势在必行,主要包括课程试验、课程设计、毕业设计等几方面。
(1)重视结构试验课教学,培养学生创新能力。混凝土结构课程教学中涉及较多试验研究内容,课堂中对试验内容只进行理论解说,往往事倍功半,效果不佳。教学过程中,一方面可利用试验影像资料,加强学生感性认识,激发其学习兴趣;另一方面,将结构试验室作为一个创新平台,引导学生参与课题研究,亲自参加试验,培养学生以试验现象、基本理论为基础进行科学研究的能力,进而培养学生的创新能力。
(2)强化课程设计训练,培养学生综合能力。课程设计是一项综合训练,培养规范、手册、技术资料和工具书等使用方法,提高学生设计计算、工程制图能力。这是由理论走向实践,应用能力培养的关键性环节。要“真题真做”或“真题假做”,选择难易程度、工作量和内容覆盖面相近的实际工程的一部分作为课程设计题目。在设计中要把握好教师对学生引导作用的分寸,切忌采取“保姆”式的包办指导办法,要突出“学生为主,教师为辅”的教学指导思想,教师应“授之以渔”而非“授之以鱼”,促使学生一开始就建立依靠自己动手动脑解决问题的独立性,让学生在设计中充分发挥主角作用,使他们通过设计实实在在积累知识经验,熟练技术技能,全面提高业务素质。
(3)采用“双导师制”,提高毕业设计质量。毕业设计是学生对大学四年所学知识的综合运用,也是学生走上工作岗位前最为重要的实战演习。可采用“双导师制”进行指导工作,即由教师和设计院工程技术人员共同指导学生毕业设计。此阶段除注重提高学生将混凝土结构设计原理、设计方法与规范的综合运用能力之外,还应重视培养学生的识图、绘图能力和软件应用能力,如设计图纸要求有一定比例的手绘和CAD绘图,结构计算结果要求采用有限元程序或软件校核,以提高学生的工程素质,缩短学生适应工作的时间。学生经过毕业设计,学会了综合运用课程知识、查阅资料、设计计算、软件使用等许多在工作中有用的东西,也就是分析问题和解决问题的能力得到快速提高。
4、结语
混凝土结构课程的学习关系到学生对后续专业课程的学习,关系到对学生学习能力的培养,提高其教学质量势在必行。在“卓越土木工程师”培养计划下,如何提高混凝土结构课程进行效果,更好地适应“卓越土木工程师”人才培养目标,不仅与教学内容与方法的改革有关,更与师资队伍和企业的参与度紧密相连,有待于在今后的教学实践中不断加以完善。
参考文献:
[1]张建文.混凝土课程应用能力的培养[J].宜春学院学报,2011,33(4):166-167.
[2]阎石,张海风,张曰果.新形势下混凝土结构课程教学改革初探[J],建筑结构,2008,38(增刊):93-95.
关键词:土木工程;强化工程素质;实践教学;改革
作者简介:袁康(1982-),男,重庆人,石河子大学水利建筑工程学院,副教授,国家一级注册结构工程师。(新疆 石河子 832003)
基金项目:本文系石河子大学校级教改项目“土木工程专业实践教学团队建设”、兵团精品课建设项目“混凝土结构”的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)08-0188-02
普通高校土木工程专业是以培养适应社会主义现代化建设和现代科学技术发展需要、掌握土木工程学科的基本理论和基本知识、获得工程师基本训练并具有创新精神的应用型高级工程技术人才为目标,毕业生应具有从事土木工程设计、施工与管理工作的能力以及初步的项目规划、研究开发的能力。[1]土木工程专业是一门实践性非常强的学科,因此在实现培养目标的过程中实践教学环节显得尤为重要,它是提高专业人才创新能力、动手能力和专业素质的关键途径与手段。[2]石河子大学土木工程专业建设过程中结合新疆经济社会发展需求,以及学校自身办学条件,主要注重在建筑工程设计、施工、管理等方面培养人才,多年来培养了大批优秀工程技术人才,得到了用人单位的一致好评。通过“请进来、走出去”――即邀请工程单位参与到实践教学环节中,让学生走出校园参与到工程实践中去的探索思路,与兵团设计院、天筑建设集团等多家工程实践单位建立了合作关系,逐渐建立一套基于“强化工程素质”为出发点的土木工程专业全程(涵盖实验教学、课程设计、毕业设计、认识实习、生产实习、专业竞赛)实践教学体系,如图1所示。本文将阐述石河子大学土木工程专业实践教学体系改革探索经验,以供参考。
一、实验教学环节改革
土木工程专业开设的实验主要有材料实验和结构实验,传统的实验课程相对独立的从属于各自的理论课程,学时量小,学生在课程中往往缺乏主动性和积极性,只是按照实验指导书的步骤去完成,对于实验的目的、重要性等都缺乏深入的理解,甚至有些实验逐步演化成演示实验,其弊端显而易见,急需改变。目前,石河子大学在教学过程中主要从优化实验内容和改变教学方式两方面入手进行改革。
1.优化整合实验教学内容
实验课程从材料性质到结构性能实验,其过程有其内在逻辑性,学生必须在深入了解材料的物理力学性能后才能将材料制作为各种受力构件,并通过结构实验去认识构件的受力性能。因此,在实验内容的设置上可以将材料实验和结构实验进行统筹安排。例如,混凝土结构构件实验与混凝土实验、钢材力学性能实验可以进行综合设置,提前给出一个按实际工程受荷、选材的构件,让学生通过所学建筑材料、混凝土结构、土木工程施工等课程知识来循序渐进地完成该构件的混凝土制作、钢筋指标测验、绑扎钢筋、浇筑混凝土、承载力实验,并与理论计算进行比较。通过一个细小的构件完成,让学生充分实践到结构设计和施工的过程中。
2.以学生为主体的实验教学方式改革
在实验教学方式方面,始终以学生为主体,激发学生的创造性,锻炼学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力。具体采用:
(1)减少验证性实验,增开设计性、综合性实验。
(2)实验过程中强调学生的参与性,从构件制作、实验操作都以学生摸索为主,老师只提供《混凝土结构设计规范》、[3]《普通混凝土力学性能试验方法标准》[4]等相关规范和标准。
(3)应对实验结果与理论分析的异同与学生进行深入探讨,启发学生的创新思维意识。
(4)针对实验内容,到工地、质监站等相关联合培养基地进行观摩,让学生聆听各项实验在工程实践中的意义,强化学生工程意识。
二、推进校企联合模式的实习改革
实习是土木工程实践教学体系中十分重要的一环,是学生在学习阶段第一次直接接触工程实践,也是校企联合培养优势体现最为明显的环节。石河子大学的实习分为认识实习和生产实习(包括测量实习和工地生产实习)两个环节,在实习方面主要进行了以下探索:
1.集中与分散相结合的认识实习,使学生对工程有感性认识
所谓集中认识实习,即是在老师的带领和讲解下对已建和在建的各种结构形式的建筑有一个初步的认识。石河子大学土木工程专业集中认识实习为期一周,开设时间在大三的第一周,主要在联合培养单位完成,实习的开展既是对已学知识的实践认知,也是为后续课程的顺利开展奠定基础,所以在实习科目的安排上应尽可能地做到广泛和全面。另外,考虑到专业课程的抽象性,石河子大学在改善教学方法上亦有尝试,即将部分理论课时与分散的认识实习结合,开展工程现场教学。例如,在混凝土课程讲解钢筋的布置时将学生带到施工现场进行讲解,使得原本抽象的内容变得生动。在讲述梁格布置时,直接以所在教学楼结构布置为例进行分析,充分调动了学生的好奇心和求知欲。
2.“双导师制”、“专题讨论”、“循环实习”提高工地生产实习成效
工地生产实习是指学生进入施工现场对在建建筑进行跟踪实习,是学生第一次与实际工程的亲密接触,让学生了解工程人员的艰辛与责任,也是学生走上工作岗位之前最为接近实际的实践环节。如何使学生在实习过程中真正将理论知识与实践相结合,增长实践经验是生产实习的主要目的,主要采取以下措施:
(1)采用“双导师制”进行实习指导,即学校老师和施工技术人员共同指导学生实习,使学生既可以从施工技术人员处获取实践经验,也可以从老师处获取相关实践内容的理论解答。
(2)适当引入“专题讨论”,学生进入的可能是不同结构形式的工地,如有框架、剪力墙、底框、钢结构等等,也有可能进入的是不同的施工阶段,有的在主体阶段,有的在装修阶段等等。针对不同的实习环境,可以事先设置一些专业性的问题让学生带着问题去实习,并在实习过程中查阅资料解决问题,使学生解决问题的能力得到锻炼。
(3)为使学生在较短时间充分参与工程施工的各个环节,采取了“循环实习”的方式,即每组学生在一个工地上实习一定时间后,与在其他不同结构形式或不同施工阶段的学生进行交换。该措施使得学生的实习成效进一步增强。
三、强化设计环节的实战性
1.系统化设置课程设计群,模拟工程设计和施工流程
课程设计是锻炼学生专业技能的重要步骤,也是毕业设计前必要的分解练习。因此,对课程设计环节应尤为重视,主要从以下方面进行改革:
(1)选题上选择应用最为广泛的工业、民用建筑。
(2)在课程设计先后顺序上的安排也按照实际工程的建设程序进行设置,按照建筑设计、结构设计、施工组织设计、概预算的步骤逐步开展。
(3)在设计深度上基本与工程实际贴合,同时强调作为工程人员的重要素质――手算和手工绘图的能力。通过课程设计这一实践环节使学生更好地掌握和理解各门专业课程的基本理论与方法,进一步提高学生查阅技术资料、绘制工程图的能力,为后续的毕业设计奠定基础。
2.以就业去向为依据,突出毕业设计实战性
毕业设计是学生对大学四年所学知识的综合运用,也是学生走上工作岗位前最为重要的实战演习。经过毕业设计,知识变得更加系统,学会了如何查阅规范、图集等相关资料,综合运用所学课程知识分析工程实际问题和解决问题的能力得到了提高。为了让毕业设计更加具有针对行、实践性,主要进行了以下探索:
(1)考虑目前我校毕业生流向主要有设计院、施工单位以及继续深造三个方面,毕业设计分设建筑结构组、结构施工组、论文组。其中,建筑结构组主要完成建筑设计、结构设计工作,为学生进入设计院后从事建筑设计或结构设计奠定宽泛的基础;结构施工组主要完成结构设计、工程施工组织设计、概预算等内容,为有意去建设单位就业的同学提供一次宝贵的锻炼机会;论文组主要针对毕业后将进一步深造的同学而设置,论文题目组要和相关指导教师课题相结合。
(2)毕业设计题目应充分反映社会的需求,通过与设计单位经常性保持沟通,课程组对毕业设计相关资料不断进行更新和完善,目前积累各种实际工程建筑施工图100余份供学生选择进行结构设计。毕业设计题目涵盖了住宅、商场、办公楼、车站、会议中心、展厅、医院等与人们生活密切相关的项目。
(3)邀请了设计院资深专家和专业教师共同参与毕业设计指导和答辩工作,达到了理论与实践相互弥补和促进,最终使广大学生受益的目的。同时,也使专业教师的实践水平得到提高。
四、专业竞赛锻炼动手能力,培养创新精神,建立团队意识
土木工程专业的实践性、复杂性要求毕业学生具备较高的综合素质才能完成工作中遇到的各种复杂、挑战性强的工程任务,专业竞赛为学生提供了一个提前模拟工程实践的平台。石河子大学主要设置了“建筑模型大赛”和“结构设计大赛”两项竞赛,要求参赛学生按分组在规定的时间、规定的条件下完成模型的构思、设计、计算、制作等流程,并撰写设计说明和计算书,最后在现场进行模型的展示和答辩。通过整个过程基本模拟了工程的规划、设计、施工等建设程序,培养了学生的动手能力、创新精神和团队意识。在竞赛过程中邀请相关单位的工程技术专家参与指导、现场点评,使学生进一步开拓视野。
五、结语
综上所述,石河子大学以“请进来、走出去”为指导思想,经过多年的摸索和建设,逐步建立了贯穿全程的实践教学体系,根据工程单位的反馈意见不断对实践教学内容和方式进行改革,确保了土木工程专业培养目标的实现,为新疆生产建设兵团建设行业输送了大批的工程技术人才,为兵团经济和社会发展作出了重要贡献。
参考文献:
[1]张玫,潘志忠,赵艳.浅析土木工程专业的实践教学改革[J].沈阳建筑大学学报(社科版),2008,10(3):373-375.
[2]王建平,胡长明,李慧民.土木工程专业实践教学中存在的问题与对策[J].西安建筑科技大学学报(社科版),2007,26(3):122-124.
关键词:高层;混凝土;建筑;抗震;结构设计
中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
近几十年来,钢筋混凝土结构有了更大的发展,混凝土强度和钢筋强度得到提高,钢筋混凝土结构的应用范围不断扩大,预应力混凝土结构也开始应用。钢筋混凝土高层建筑成为了当前建筑物的一个主体工程,如何保证建筑结构抗震设计是否过关尤为重要。设计阶段决定主体结构构件、非结构构件的尺寸与构造、连接,是结构抗震性能目标能否实现的一个重要阶段。论文就钢筋混凝土高层建筑结构抗震关键设计进行探讨,旨在促进了钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的飞速发展。
一、结构抗震设计的重要性
地震是一种随机振动,有难于把握的复杂性和不确定性,要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数,目前尚难做到。在结构分析方面,由于未能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,同时也存在着不准确性。因此,工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决,而必须立足于“概念设计”。概念设计是指设计人员从结构的宏观整体出发,用结构系统的观点,着眼于结构整体反应,正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题,力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用,避免结构出现敏感的薄弱部位。地震能量的聚散,如果仅集中在少数薄弱部位,必会导致结构过早破坏,目前各种抗震设计方法的前提之一就是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用,在此前提下才能以多遇地震作用进行结构计算、构件截面设计并辅以相应的构造措施,必要时采用弹性时程分析法进行补充计算,试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。
二、高层混凝土建筑结构抗震设计策略
1、 从建筑的全局出发
高层混凝土建筑结构设计要从建筑的全局出发,全面考虑各种建筑部位的功能,在此基础上,科学设计每个部分的构件,保证每个部件之间的契合,促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求,满足一定的现实需求,同时,通过抗震设计,使得每个构件都可以具有相应的承载力,当地震来袭,每个构件都可以有着一定的次序先后破会,整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性,从而延缓地震破坏的速度,消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。
2、地基选址
地基选址是进行建筑结构设计的基础,因此,在房间结构抗震设计中,要科学避开山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本着坚硬,牢固,平坦,开阔的选址原则。亲身实地,利用先进技术设备,进行地质勘探,山石水土监测,并取样论证,科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠,地质稳定无渗漏,无坍塌,无暗河,无熔岩,无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。
3、高度的确定
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3- 2002)规定,在一定设防烈度和一定结构型式下,钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下,较为稳妥的,也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上,已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物,应当采取科学谨慎的态度:一要有专家论证,二要有模型振动台试验。在地震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。因为随着建筑物高度的增加,许多影响因素将发生质变,即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围,如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。
4、材料的选用和结构体系
在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑,采用的三种主要结构体系(框—筒、筒中筒和框架—支撑体系),都是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外,特别在地震区,是以钢结构为主,而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构,国内外都还没有经受较大地震作用的考验。在高层建筑中采用框架———核心筒体系,因其比钢结构的用钢量少,又可减少柱子断面,故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内简往往要承受80%以上的震层剪力,有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主,变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,且效果不大,有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值;此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变,常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大,加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时,要慎重选择其结构模式,尽量减小其本身刚度,减小其不利影响。
在高层建筑中,应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材生产数量已较大,建筑钢材的类型及品种也在逐步增多,钢结构的加工制造能力已有了很大提高,因此在有条件的地方,建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构,以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。在超过一定高度后,由于钢结构质量较小而且较柔,为减小风振而需要采用混凝土材料,钢骨(钢管)混凝土,通常作为首选。
另外,许多高层建筑底部几层柱虽然长细比小于4,但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比,只有剪跨比≤2 的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值,柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震的超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得商榷。
总之,钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一,钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重,其抗震设计中应该钢筋混凝土高层建筑结构抗震关键设计,另外,必须满足“强柱弱梁”“、强剪弱弯”“、强节点”“、强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。
5、运用延性设计
结构良好的延性有助于减小地震作用,吸收与耗散地震能量,避免结构倒塌。因此,结构设计应力求避免构件的剪切破坏,争取更多的构件实现弯曲破坏。始终遵循“强柱弱梁,强煎弱弯、强节点、弱锚固”原则。构件的破坏和退出工作,使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系,致使结构的周期发生变化,以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。
总之,高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的,需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究,选用适合的抗震结构,注重建筑结构材料的选择,减小地震的作用力,增强地震的抵抗力,从而达到高层建筑抗震的目的。
参考文献:
[1] 计静.套建增层预应力钢骨混凝土框架抗震性能与设计方法研究.哈尔滨工业大学博士学位论文,2008.
[2] 蒋新梅. 高层建筑结构的抗震设计[J]. 广东科技. 2009(08)