发布时间:2024-03-20 10:18:33
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篇的混凝土的结构设计样本,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。
通常情况下,建筑结构设计师设计建筑结构的终极目标是为了设计出结构合理、能够安全使用的建筑物,因此,混凝土结构设计的安全度主要包括安全性、适用性以及耐久性三个方面的特征。适用性、安全性及耐久性也是衡量一个建筑物的混凝土结构是否达到经久耐用和安全可靠的使用标准的基本标志,故统称为混凝土结构设计安全度。
1.混凝土结构设计的安全性特征结构设计安全性具体是指在正常使用的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够承受必要的外在负荷作用,例如机械设备、结构自重、人流、家具、风雪以及气温变化等;在特殊情况下,设计的建筑物混凝土结构需要确保能够屹立不倒,例如:当遇到飓风、地震、火灾或者暴雨等突发状况时还能够保持结构稳定。
2.混凝土结构设计的适用性特征
结构设计适用性具体是指在正常使用的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够有效发挥建筑物各个构件和各个系统所应有的使用功能。
3.混凝土结构设计的耐用性特征
结构设计耐用性具体是指在正常使用和日常维护的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够安全使用足够长的年限。
二、加强混凝土结构设计中安全度的意义
建筑结构工程师设计建筑混凝土结构的目的就是赋予建筑混凝土结构一定的安全性能、牢固性能以及耐久性能,确保混凝土结构在规定的使用年限以内能够有效发挥其预定的各种使用功能。混凝土结构设计规范中所制定的各种计算公式和结构要求的出发点就是为了确保混凝土结构设计的安全度,因此,混凝土结构设计的安全度要求全面考虑经济、技术和政策等方面的因素。从经济的角度来看,混凝土结构设计的安全度直接体现了工程造价、投资风险以及维修费用等之间的关系,即若要增强结构设计的安全度,则必然会增加工程造价,但会相应降低投资风险和维修费用;反之,若结构设计的安全度较低,尽菅工程造价较低,但又会相应提高投资风险和维修费用。因此,合理的混凝土结构设计的安全度要求权衡工程造价和工程风险,并寻求两者间的最佳平衡点。从技术的角度来看,混凝土结构设计的安全度直接关乎选择的结构类型、力学模型以及设计概念等是否合理,需要全面考虑,切忌和多种材料直接等同处理。从政策的角度来看,选择合理的混凝土结构设计安全度不仅关乎人们的生命财产安全,甚至还会影响社会安全和政治稳定,导致国家的技术经济政策和基本经济基础发生改变。总而言之,制定和选择科学合理的混凝土结构设计安全度标准综合反映了国家的整体经济资源状况、施工设计技术水平、社会财富积累程度以及施工材料的质量水平等,意义深远。
三、我国混凝土结构设计中安全度的演变
我国建筑物的混凝土结构设计的安全度要求具体表现在设计的结构构件达到规定的安全性承载能力和建筑结构的整体牢固性两个方面。通过对现行的混凝土结构设计规范和老规范进行对比发现了以下几个方面的发展演变。
1.混凝土结构构件的承载能力
根据以往的观察和研究发现,通常影响混凝土结构设计安全性的两个主要因素是混凝土结构构件的承载能力和材料强度及荷载强度分项系数。材料强度分项系数具体是指在计算混凝土结构构件本身所固有的承载能力时,把结构构件的材料强度标准值和缩小系数相乘;而荷载强度分项系数具体是指在计算混凝土结构构件所能承受的荷载作用时,把结构构件的荷载标准值和放大系数相乘。表示系数的具体量值体现了在给定负荷标准的情况下混凝土结构构件的安全度。具体调整如下:(1)荷载方面的调整:风荷载的基本风压、地面粗糙度类别、风压高度变化系数、脉动增大系数以及脉动影响系数发生了改变;活载的具体内容也做了相应的调整。
(2)作用效应组合方面的调整:现行规范中增加了用永久荷载效应所控制的组合,还增加了永久荷载效应控制组合中的恒载分项系数的具体取值为1.35。(3)抗力方面的调整:材料的强度和分项系数都做了相应调整;板设计规范也发生了一定程度的改变;斜截面的具体承载能力设计要求也有些许调整。
2.混凝土结构的牢固性
关键词:混凝土结构设计;理论联系实际;计算机结构设计软件
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)43-0166-02
一、本课程的特点
本课程在混凝土基本构件受力性能、设计计算方法和构造等基本理论的基础上,阐述梁板结构、单层厂房、多层和高层房屋等的结构设计原理,具有内容多、符号多、计算公式多、构造规定多的特点。在教学过程中需要突出重点,并注意难易结合,以便学生在深刻理解重要概念的基础上,熟练掌握设计计算的基本功。该课程同时又是一门实践性很强的课程,要求在加强课程设计等实践性教学环节的同时,指导学生逐步熟悉和正确运用我国颁布的一些结构设计规范和设计规程。诸如,《混凝土结构设计规范》(GB50010)、《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068)、《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JBJ3-91)、《建筑抗震设计规范》(GB50011)、《建筑结构荷载规范》(GB5009)等。课程涉及的知识点面广而且量大,同时其又是一门发展很快的学科,应及时关注该学科的新动向和新成就,以扩大学生的知识面。因此,本课程的教学具有难度大、实践性强的特点,需要老师同时具备良好的学术水平和丰富的工程设计经验。
二、目前学生存在的问题
作者就该课程的授课班级有三个,人数达100人,该课程开设时间为本科学习阶段的第6学期,每周4学时的教学时间,历时12周。根据课堂观察与平时小测验成绩,发现全身心投入学习的人数不到三分之一,于是就对该课程的认识与学习兴趣,作者在课堂上做了问卷调查。调查结果显示,存在如下几方面的问题:(1)必备的基础知识不够。该课程需要《结构力学》、《混凝土结构设计(上)》、《材料力学》等多门课程的知识做铺垫,很多学生属于从大一开始就在及格线上挣扎的状态,不具备应有的基础知识,造成学习专业必修课非常吃力的结果。(2)学习目标错位。有一部分学生本末倒置,认为考研是目标,必然要放弃课程学习的时间。为了达到考研目的,牺牲必修课程的学习,片面认为学历的重要性,不注重专业知识和基础知识的学习。(3)不具备大学学习模式的能力。从小习惯了老师“填鸭式”的应试教育,被动接受老师、家长安排,缺乏独立性、自主性,进入大学自主学习的模式,不知道该如何着手,不懂得如何构建自己的知识体系,也不懂得如何把自己培养成一个专业性的人才,为踏入社会做好充分准备。(4)对未来迷茫,具有畏难心理。不少学生认为专业知识枯涩难懂,认为本科专业的学生无法胜任专业知识要求很高的工作岗位,只求通过考试,获得文凭。对本专业方向缺乏全面了解,对社会缺乏了解,对自己的未来没有规划,没有理想,没有强烈的求知欲。大学是学生人格成熟,学习专业知识,使自己成为一名专业技术人才的阶段,也是踏入社会的一个非常关键的准备阶段。目前大学的培养模式造成大学与社会的衔接不是很紧密,也是造成学生没有足够的学习动力与学习兴趣,无法尽快融入社会的原因之一。
三、多途径提高教学质量,促进学生学习动力,培养学生技能
针对上述课程特点与学生存在的问题,作者采取以下几个措施来提高教学质量。
(一)开拓学生视野,激发学习兴趣
学生普遍存在对本专业了解甚少,对未来缺少规划,强度极高的应试训练造成思维定式,视野狭窄等问题。针对这个情况,结合作者本人一直参与不同类型的工程项目的经历,在讲授专业知识的同时,结合课堂内容,拓展知识。在学到混凝土结构体系时,让学生了解一些组合结构,如处于发展阶段的混凝土与木结构的组合,从组合模式、组合优点、组合的应用、组合需要研究的问题等入手,培养学生从感兴趣到慢慢深入思考问题的习惯。同时还介绍了另一种混合结构,即型钢混凝土组合结构体系,展示了我们课题组在100m高层设计大跨结构中应用的型钢混凝土梁,从应用背景到设计的关键点及审图意见等多方面介绍,让学生初步具备感性认识,而不完全是很抽象的理论知识。除了介绍建筑房屋,还就我们课题组一直从事的大型机电产品包装结构设计的研究,向学生展示另一个领域的结构专业知识的应用,便于学生深刻了解交叉学科的综合应用。在介绍大型机电产品包装结构设计软件的研发人员的成果时,也同时介绍了软件研发人员的另一个研究领域――BIM技术的概况,消除学生认为只能从事施工、监理、工程管理等比较狭窄的思路,帮助他们拓宽视野,激发学习兴趣。
(二)理论知识联系实际工程,力求生动有趣
作者在进入每个章节的学习之前都会列出本章需要掌握的重点知识,在讲授时突出难点、重点,并难易结合,重概念设计,轻手算细节,避免课堂上大篇幅推算公式。在讲授完理论知识体系后,再结合一个实际工程,通过对实际工程的分析、结构布置,达到综合运用理论知识,加深对理论知识理解的目的。如在学到楼盖结构的章节时,首先明确本章重点知识,然后展示了各种类型的楼盖结构的建筑实物图片、施工现状,让学生对楼盖有了初步的感性认识。再从理论上分别阐述混凝土单向板、双向板的定义、荷载传递途径、弹性理论、塑性理论、破坏模式、设计要点。接着在这些理论知识的基础上,讲述工程设计应用中简化处理的方法,并介绍采用PKPM结构设计软件单独进行板设计时的操作流程,详细讲解软件计算结果。最后介绍板的配筋施工图的表达方式与注意事项。从复杂理论到工程简化处理,到结构设计软件的应用,逐步培养学生的专业技能。最后针对我们课题组曾经设计的一栋在合肥的多层住宅建筑楼板出现裂缝的情况,介绍当初我们验算楼板配筋设计符合规范要求的详细步骤,然后分析裂缝出现的原因,并详述裂缝修补采用的加固处理方法,引导学生从理论走向实践。同时穿插一些我们在设计工程项目中发生的小故事,让学生了解实际工程,体会到设计工作的严肃性、责任性,树立学生学习的信心。与此同时,教师在讲授时要力求语言风趣幽默,避免课堂氛围压抑。
(三)采用PKPM结构设计软件就某中学教学楼进行结构分析设计,巩固、综合运用理论知识,为毕业设计打下基础
随着房地产市场的疲软,土木工程专业的学生就业也受到了很大影响。目前的形势是岗位少而且竞争激烈。因此多数学生希望在通过考试的同时,也渴望能熟练运用三维结构设计软件,并熟练掌握CAD绘图技能,一方面为下学期的毕业设计打下基础,另一方面为以后的工作做好储备。因此,在理论知识全部学习完毕以后,作者安排2~3周的时间训练学生运用结构设计软件。将课题组曾经设计的某中学教学楼作为工程实例,指导学生采用PKPM结构设计软件进行三维建模、计算、分析、完成施工图。首先是引导学生如何分析建筑图,从建筑图中获取我们结构设计需要的信息。该教学楼建筑平面布置属于不规则形状(参见图1(a)),指导学生如何将不规则结构划分为规则的结构单元(参见图1(b)),图1(b)中单元1与2完全一样,建模分析时只要建单元1或2,与单元3,一方面减少了工作量,另一方面符合结构设计力求简单、规则的要求。
将不规则单元划分为规则单元后就是选择合适的结构体系,该中学教学楼为5层建筑,因此选择混凝土框架结构体系比较经济合理;其次是指导学生根据建筑布置图的要求建立几何模型,并引导学生查看《建筑抗震设计规范》(GB50011)获知合肥市的抗震设防烈度及框架抗震等级,并阐述它们的意义与在结构设计分析中的体现;接着指导学生查阅《建筑结构荷载规范》(GB5009),正确计算荷载,再次理解恒载与活载的含义及荷载组合的方式,并将荷载准确输入到几何模型上,温习框架结构的传力途径、主要结构单元的受力特点。几何模型完成,荷载输入完毕后,即可进行结构计算和分析,指导学生合理选择参数,理解参数的含义,并对计算结果进行正确评价,依据计算结果对结构进行调整。只有通过工程实例的建模分析,有些设计技巧才能更好地掌握。
四、结论
混凝土结构设计原理是土木工程专业学生的专业基础课程,通过本课程的学习,使学生初步具有运用理论知识正确进行混凝土结构设计和解决实际技术问题的能力。所以该课程非常重要,需要重视理论知识的同时,重视实践性教学环节,重视计算机辅助设计在学生工程训练中的应用,为毕业设计打下良好的基础。
参考文献:
【关键词】建筑;混凝土结构设计; 特点;要点;注意问题
随着城市化建设进程的加快,人们生活水平不断提高,促进了建筑业的发展。目前建筑主要都采用钢筋混凝土结构,这种结构有着较高的强度以及荷载能力,可以保证建筑的结构稳定。由于混凝土施工简便且成本较低,在我国的建筑行业中得到了广泛的应用。以下就建筑混凝土结构设计进行探讨分析。
一、建筑混凝土结构设计的特点
1、建筑结构的刚度适宜性。随着建筑的高度的不断增长、侧向位移较大的建筑越来越多。因此,在建筑设计中,不但结构强度的要求非常重要,也不能忽视结构的适用性,确保了结构的合理振动频率、控制水平层位移。
2、结构应具有良好的延性。相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
3、侧向力的把握。在建筑结构、侧向力已成为结构形变,同时内部结构发生变化的主要影响因素,如无论是民用建筑还是在建筑,所有在自重、雪活荷载和负荷、负荷力,再加上风、地震和力水平影响都会作用在结构上,水平荷载内力和位移逐渐增加,因此水平荷载和地震力是主要的控制因素。
二、建筑混凝土结构设计要点
1、概念设计.当前的建筑结构必须具有良好的抗震能力,需要设计人员在设计时采用结构概念设计。这种设计方式对建筑师以及结构设计师有很高的要求,必需严格地遵守结构概念设计的规范规程以及各项规定,设计过程中需要对建筑结构进行全面的分析,不能仅仅依靠计算来进行设计。在进行结构体系设计时,需要对结构选型以及平面布置的规律提高重视程度,选用具有较好的抗震能力以及抗风性能,并且经济性较高的结构类型,并要对结构进行计算简图的设计,保证结构的地震力有合理的传递,并保证在两个主轴方向有相近的动力特性。另外,概念设计可以保证建筑受到中等级地震后可以通过修复继续使用,而在遇到高等级地震时可以保证不倒。为保证“中震可修,大震不倒”的目标,需要专家对设计提出具体指标,对建筑的稳定性以及弹性进行完善的设计。
2、结构选型。结构选型时需要考虑三方面的问题:结构规则性问题、结构超高问题以及嵌固端设置问题。建筑的结构规范新旧版本有着很大的不同,在新规范中,对于结构的限制条件也有所增加。并且,新规范明文规定建筑不应采用严重不规则的设计方案。因此,结构工程师需要在执行新规范时多注意不同之处,避免施工设计时处于被动状态。建筑结构的总高度在抗震规范以及高度规范当中都有着严格的限制,新规范中对于超高问题有了新的规定,增加了除了a级高度建筑以外的b级高度建筑。所以在进行结构选型时需要注意控制超高问题。建筑往往带有地下室,因此结构设计工程师需要对嵌固端设置进行重视。
三、建筑结构设计注意问题
建筑设计从体系选择、平面布置、竖向布置、抗震概念设计无一不体现设计师的水平,下面叙述几个需注意的问题。
1、结构体系选择。结构体系的选择,应从建筑、结构、施工技术条件、建材、经济等各专业综合考虑。结构的规则性问题。规范在这方面有相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循规范规定上必须格外注意,避免后期施工图设计阶段工作的被动。结构的超高问题。在抗震规范与高规中,对结构总高度都有严格限制,除将原来的限制高度设定为A级高度建筑外,还增加了B级高度建筑,因此,必须对结构高度严格控制,一旦结构为B级高度建筑或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。
2、侧向位移的限值。建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大,为防止位移过大,规范对顶点位移和层间位移都作了限制。控制顶点位移u/h的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/h限值。另外,为使结构具有较好的防倒塌能力,应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移u/h的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。
3、“设缝”。温度伸缩缝、沉降缝、防震缝是高层结构设计中较重要的构造措施。对温度伸缩缝,其影响因素很多,规范用规定结构伸缩缝的最大间距来控制,还规定了最大间距宜适当减小和适当放宽的情况,应根据实际工程的具体情况执行相关条文。如北京朝阳商业中心、广东佛山医院等工程地上结构长度均超过100米,由于采取了可靠措施,也未设温度伸缩缝而效果良好。沉降缝由于同一建筑物中各部分基础显著的沉降差产生,在设计中,通常用“放”、“抗”、“调”等办法解决,即设沉降缝、采用刚度大的基础、调整各部分基础形式或施工顺序。目前,广州、深圳等地多采用基岩端承桩,主楼、裙房间不设缝;北京的建筑则一般采用施工时留后浇带的做法。设计师应在实际中灵活掌握。防震缝在规范中有明确规定,但应据实际情况适当放宽或缩小。
4、建筑结构设计中的扭转问题。建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心,在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点,即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一,在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用发生扭转破坏,应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局,尽可能使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下,建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,建筑不可能全部采用简面形式,当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。
结束语
近些年来城市化进程的加快,加剧了城市土地利用的紧张趋势,使得高层建筑已成为城市建设的重要组成部分。而混凝土结构作为现代化城市发展的一种客观成果,引领着我国建筑行业整体的发展水平。在现代建筑过程中,需要严格对建筑混凝土结构进行设计,确保建筑工程的质量。
参考文献
[1]李善雷.建筑混凝土结构优化设计的探讨[J].科技风,2011(4):156.
关键词:高层、混凝土、结构设计
高层混凝土结构受力复杂, 然而习惯性的传统设计往往会给结构工程师造成一种错觉, 以为结构设计就是规范+计算机程序计算,忽略了对结构整体方案的把握。一个合格的结构工程师应具有清楚的结构设计概念,丰富的实际经验,正确的判断力,而规范和计算机程序只是实现设计的技术手段。一个结构工程师在每一项设计开始时, 就应凭借自身拥有的对结构体系及其受力、变形特性的整体概念和判断力,用概念设计去帮助建筑师实现业主所需要的建筑空间。在设计过程中,利用自己的力学概念,通过合理、有效地不断调整构件设计,提高结构设计安全度,提高经济效益及设计效率。
1 关于结构选型
1.1 结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,例如:平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且,新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作被动。
1.2 结构的超高问题。在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为 A 级高度的建筑外,增加了 B 级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为 B 级高度建筑甚或超过了B 级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。
1.3 嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如:嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。
2 关于结构布置
一个好的结构设计首先应做好结构总体布置,高层混凝土结构设计总体布置时,应着重考虑以下几个方面内容:1) 采用对抗震有利的建筑平面和立面、对抗震有利的结构布置, 即采用规则结构,不应采用严重不规则结构。2) 具有明确的计算简图,能够采用明确的力学模型进行结构地震反应分析,得到符合实际得结果。3)具有合理的、直接的传力途径。作用在上部结构的竖向力和水平力,能通过直接的、不间断的传力途径传递到基础,避免迂回。4)具有整体牢固性和尽量多的冗余度。结构的整体牢固性和冗余度是结构抗倒塌所必须的。部分结构构件破坏局部倒塌时,不应导致整个结构的承载力丧失而引起整个结构的倒塌。5)构件与构件之间、结构与结构之间,或是牢固连接,或是彻底分离,避免似连接非连接、似分离非分离的不确定状态。6)设置多道抗震防线。适当处理结构单元承载能力的强弱关系和结构构件承载能力的强弱关系,形成两道或更多的抗震防线,是增强结构抗倒塌能力的重要措施。实现对抗震有利的结构平面布置关键在于:1) 刚度中心与质量中心尽可能重合,减小地震对结构产生的扭转影响。2)增大结构的抗扭刚度,减小地震作用下的扭转反应。设计中应注意:过于狭长的建筑,结构自身的扭转反应以及地震的扭转作用对两端结构单元有较大的影响,有可能产生震害;两端结构单元的地震反应相差大。对于钢筋混凝土剪力墙或框架- 剪力墙等结构,关键是合理布置剪力墙:对称布置剪力墙可以减小扭转,将剪力墙围成井筒或两个方向的剪力墙互为端墙,可以增大剪力墙的抗扭刚度,将剪力墙设置在建筑的四周或靠近四周,可以增大结构的抗扭刚度。设计中还应注意:建筑平面有长的外伸( 如:L形、H形、Y形等) 时,在地震作用下,外伸肢与主体结构之间,或外伸肢之间出现相对运动,两肢连接的角部应力集中,容易产生震害。一般处理方法为:设置抗震缝,或在满足规范要求的前提下,加强角部应力集中区的连接。
3 高层建筑结构设计特点
①侧向力(风或水平地震作用)成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。高层建筑和低层建筑一样,承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。②结构应具有适宜刚度。随着高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时,不仅要求结构有足够的强度,而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。③结构应具有良好的延性。相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。
4 地基与基础设计
在这一阶段,所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广,地质条件相当复杂,《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定,因此,作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确。
5 结构计算与分析
5.1 结构整体计算的软件选择。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。对计算结果的合理性、可靠性进行判断是十分必要的,是结构工程师最主要的任务之一,这项工作要以结构工程师的力学概念和丰富的工程经验为基础。
5.2 结构整体计算需控制的几个参数。①剪重比:控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性。若过小,说明底部剪力过小,这时应注意结构位移和结构稳定是否满足要求。若过大,应检查输入信息是否有误或剪力墙过多结构太刚。②刚度比:控制结构竖向规则性,避免产生刚度突变。③位移比:控制结构平面规则性,以免产生扭转。④周期比:控制结构扭转效应。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比,A 级高度高层建筑不应大于 0.9,B 级高度高层建筑不应大于 0.85。反映的是抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系。⑤层间受剪承载力比:控制竖向不规则。
5.3 是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。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,已列为强制性条文,需特别注意。
5.4 多塔结构和分缝结构的计算分析。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。
6 结语
随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,不管是高层建筑还是民用建筑,结构设计没有绝对最佳的标准模式,只有通过不断地探索、比较,去寻求相对的最优。因此,我们每一个行业工作这都应不断地追求尽善尽美的设计思想,不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计,用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。
【关键词】沥青混凝土路面;结构设计;使用性能;措施
On the structural design of asphalt concrete pavement
Yuan Long-pan
(Jiangsu Transportation Research Institute Co., Ltd. Suqian BranchSuqianJiangsu223800)
【Abstract】This paper discusses the structural design of asphalt concrete pavement problems, and to improve pavement performance of asphalt concrete measures to be taken in order to improve the design level, to extend the service life of asphalt concrete pavement.
【Key words】Asphalt concrete pavement;Structural design;Performance;Measures
随着我国公路事业的迅速发展,沥青混凝土路面已被广泛使用,但是由于施工质量控制不当、材料质量不高、重载车辆较多,以及路面结构设计不完善等因素,使得沥青混凝土路面出现车辙、剥落、反射裂缝、低温开裂等早期病害,这就给设计人员提出了较高的要求。路面结构设计者要全面掌握沥青混合料的性能和级配比例,结合项目的自然、气候、交通量、经济条件等实际情况进行针对性的路面结构设计。
1. 路面结构设计中存在的问题
1.1结构类型选择不当。
在多雨潮湿地区,采用AK型上面层结构,空隙率较大,下雨后,水分容易渗入面层中,如果中、下面层采用AC-I型相对密实的结构,水分则聚集在上面层和中面层之间,并且上面层长期浸泡在水中,导致路面发生松散、坑洞等破坏;反之,若中、下面层采用AC-II型结构,水分会直接渗入基层,基层长期浸泡在水中,会发生松散、唧浆,从而使整个路面结构破坏、危害更大。大量的调查研究资料表明,水损害是沥青路面早期破坏的主要原因。
1.2混合料类型与结构厚度不匹配。
设计中往往选择的沥青混合料类型与路面结构层厚度不匹配,由于集料最大粒径过大,公称尺寸集料偏多,因而造成混合料容易离析、压实困难、空隙率偏大,从而导致早期水损害问题。
1.3沥青混合料级配不尽合理。
沥青混合料级配组成对车辙的影响非常大,因为现有的级配范围较广泛,一些混合料级配虽然未超出级配范围,但实际级配组成偏细,通车一、二年后就出现大于3cm的车辙,因此沥青混合料级配不合理也是导致路面损坏的重要原因。
1.4沥青路面原材料选用控制不严。
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性有很大的影响。面层结构的粗集料的压碎值达不到规定的要求时,在行车荷载和环境因素的反复作用下被压碎,从而使得路面抗滑性能和抵抗变形的能力减弱。
此外,一般酸性岩石的石料如花岗岩、石英岩等与沥青的粘附性较差,长时间使用后会使沥青膜渐渐地从集料表面剥落,并导致集料之间的粘结力丧失而导致路面破坏。
2. 重视改善沥青路面的使用性能
沥青路面的使用性能是指路面所能提供的行车条件。路面使用性能可以由路面使用者的综合感受来进行评价。路面使用性能好,行驶舒适,路面使用者对路面的评价就高。
影响路面使用性能的第一因素是平整度,其次是道路裂缝,最后是车辙。路面的平整度是全路的综合性评价指标,除了道路本身外,还与线内桥梁的桥面铺装、伸缩缝的安装、桥头过渡段等的处理质量有密切的关系,处理好这些问题,才能提高路面的使用性能。
要提高路面的使用性能,主要应从改善平整度,减少路面裂缝和车辙等方面着手,而要达到这些目的,必须从路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计和施工作业等方面去考虑,而这三个方面的因素又是相互影响和关联的。最根本的因素是路面设计。
2.1合理选择路面结构类型。
路面面层根据当地的气候、自然条件、当地习惯及经济水平等综合确定。上面层应综合考虑高温抗车辙、低温防开裂、抗滑的需要;中面层应重点考虑抗车辙能力;下面层重点考虑抗疲劳开裂性能、密水性等。
对潮湿区、湿润区等雨水、冰雪融化对路面有严重威胁的地区,在考虑抗车辙能力的同时还应重视密水性的需要,防止水损害破坏,宜适当减小设计空隙率,但应保持良好的雨天抗滑性能。对于干旱地区,受水的影响很小,对密水性及抗滑性能的要求可放宽。
2.2选择合理的结构层厚度。
(1)基层与底基层的合理厚度。
结构层厚度的确定,设计时考虑最多的是层厚能否满足路面强度的要求。一般来说,基层与底基层每压实层厚度习惯上设计为16cm和20cm。16cm厚度一般施工时压实度容易保证。但是,当厚度达到20cm时,压实就比较困难。对于水泥稳定级配碎石或者石灰粉煤灰碎石,如果设计控制厚度低于16cm,则由于施工时的误差所在,局部会出现厚度薄弱现象,影响结构层整体厚度,因此厚度最好控制在16~18cm左右为宜。
路面顶面标高,施工时有时稍低于设计标高。为了防止夹层出现,路拌机往往要超拌l~2cm,加上施工误差,设计层厚为20cm时,压实厚度可能达到2l~23cm,个别情况下可能达到23~25cm,这时压实是比较困难的。从现场压实度检测试坑中,我们可以看到,从顶面以下15cm范围内压实效果很好,而底面的2~5cm这一部分压实效果不甚理想,呈略为松散状态。这种现象无论采用什么碾压措施都是很难消除的,因此,设计最大厚度以不超过20cm为宜。
(2)面层厚度与集料粒径的确定。
我国公路沥青路面施工技术规范中规定,上面层沥青混合料的集料最大直径不宜超过层厚的1/2,中下层及联结层的集料最大粒径不宜超过2/3层厚。
一般来说,沥青混合料的最大粒径与层厚的比值愈大愈容易出现离析,而且愈不容易碾压密实。
我国沥青路面表面层一般为4cm,表面层混合料类型多采用AK-16和AC-16或AK-13和AC-13,最大粒径与层厚之比为16:40=2:5和13:40=1.63:5,比值大于1/3,但小于2/3。这是符合规范要求的。但是,有研究认为,当最大粒径与层厚比值超过1/3,容易引起离析,而且不容易压实。因此,面层厚应设计为集料最大尺寸的3倍以上。如果用AK-13和AC-13,则选用至少4cm厚度,如果用AK-16和AC-16,则选用至少5cm厚度。
(3)重视层间连接。
目前,习惯上对层间连接没有引起高度的重视。路面裂缝处出现唧浆现象,主要是层间连接不紧密,有缝隙可供水浸入,或者说层间夹有浮灰或松散细颗粒,水进入层间缝隙后,缝隙中的水在行车荷载作用下产生动水压力,在行车荷载重复作用下,对缝隙产生重复冲刷,形成唧浆,使缝隙处结构层强度相应降低,以致形成空洞,造成路面损坏。
为了避免上述现象的发生,基层与基层间连接时,宜喷洒适量的水泥浆;基层与面层结合面,在喷洒透层后,加做防水层;在面层之间,洒粘层油进行层面连接。这样处理后,结构层整体连接在一起,层间连接紧密,形成一个类似全厚式的结构体系,无论是对受力还是对防止水的损坏都起到非常好的作用。
2.3合理进行沥青混合料级配。
对夏季温度较高,且高温持续时间长,但冬季不太冷的地区或者重载路段应重点考虑抗车辙能力的需要,减少4.75mm及2.36mm的通过率,选用较大的设计空隙率,当采用密级配混合料时,宜选用粗型密级配沥青混合料;对冬季温度较低,且低温持续时间长的地区,或者非重载路段,应在保证抗车辙能力的前提下,充分考虑提高低温抗裂性能,适当增大4.75mm及2.36mm的通过率,选用较小的设计空隙率,当采用密级配混合料时,宜选用细型密级配沥青混合料;对夏季温度高,且持续时间长,冬季又十分寒冷,年温差特别大,又属于重载路段的工程,高温要求和低温要求发生矛盾时,应以提高其高温抗车辙能力为主,兼顾低温抗裂性能的需要,在减少4.75mm及2.36mm的通过率的同时,适当增加0.075mm的通过率,使其级配范围成S型,并取中等或偏高水平的设计空隙率。
2.4严格选用优质的原材料。
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性的关系非常直接,选用优质的沥青非常重要,沥青选择不但要满足规范要求,而且要尽可能提高指标要求,此外,对于高速公路的上面层,应尽可能采用改性沥青,改性沥青对高温稳定性次数较之普通沥青能提高一倍以上,改性沥青对低温弯曲试验破坏应变较之普通沥青也有很大程度的提高,高速公路中面层在重载较多或气候条件差并有条件时也应尽可能采用改性沥青。
【关键词】钢筋混凝土;框架;结构设计
框架是由横梁和立柱联合组成能同时承受竖向荷载和水平荷载的结构构件。在一般的工业和民用建筑中,框架的横梁和立柱都是刚性连接的,它们间的夹角在受力前后是保持一致的。钢筋混凝土框架结构是由楼板、粱、柱及基础四种承重构件组成的,由主梁、柱与基础构成平面框架,各平面框架再由连续梁连接起来而形成的空间结构体系。钢筋混凝土多层框架结构是一种常用的结构形式,具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点,目前已被广泛地应用于各类多层的工业与民用建筑中。
1、基础部分
(1)对于柱下扩展基础宽度较宽(大于4m)或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基;并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素,适当加宽基础。
(2)建筑地段较好、基础埋深大于3m 时,应建议做地下室。当地基承载力满足设计要求时,地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30~40m 设一后浇带,并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注。设置地下室可降低地基的附加应力,提高地基的承载力(尤其是在周围有建筑时有用),减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室,且地下室应有相同的埋深。
(3)地下室外墙为混凝土时,相应的楼层处梁和基础梁可取消。
(4)抗震缝、伸缩缝在地面以下可不设,连接处应加强;但沉降缝两侧墙体基础一定要分开。
(5)新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础,其基础间的净距应不少于基础高差的2 倍;否则应打抗滑移桩,防止原有建筑的破坏。建筑层数相差较大时,应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。
(6)独立基础偏心不能过大,必要时可与相近的基础做成柱下条基。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合,基础底板可做成梯形或台阶形,或调整挑梁两端的出挑长度。
(7)独立基础的拉梁宜通长配筋。拉梁顶标高宜较高,否则底层墙体过高。
(8)底层内隔墙一般不用做基础,可将地面的混凝土垫层局部加厚。
(9)基础底板混凝土不宜大于C3O,一是没用;二是容易出现裂缝。
2、柱子部分
(1)地上为圆柱时,地下部分应改为方柱,方便施工。圆柱纵筋根数最少为8 根,箍筋用螺旋箍,并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍,并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。幼儿园不宜用方柱。
(2)原则上柱的纵筋宜大直径、大间距,但间距不宜大于200。
(3)柱内埋管,由于梁的纵筋锚入柱内,一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。管截面面积占柱截面4%以下时,可不必验算。柱内不得穿暖气管。
(4)柱断面不宜小于450×450,混凝土不宜小于C25,否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0.45La 的要求,不满足时应加横筋;否则在梁柱节点处钢筋太密,混凝土浇筑困难。异型柱结构,梁纵筋一排根数不宜过多,柱端部纵筋不宜过密,否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时,应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近,不要相差太大。
(5)柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制,减小断面尺寸。
(6)尽量避免短柱,短柱箍筋应全高加密,短柱纵筋不宜过大。
(7)考虑到竖向地震作用,柱子的轴压比及配筋宜留有余地。
3、梁部分
(1)梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋,宜优先采用附加箍筋。附加筋一般要有,但不应绝对。规范说得清楚,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担。也就是说,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大,次梁荷载较大时,应加附加筋。当主梁高度很高、次梁截面很小、荷载很小时,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大,如工艺要求形成的主次深梁,而荷载相对不大,主梁也可不加附加筋。
(2)当外部梁跨度相差不大时,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。当梁底距外窗顶尺寸较小时,宜加大梁高做至窗顶。梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4 柱宽,并宜小于1/3柱宽。
(3)梁上有次梁时,应避免次梁搭接在主梁的支座附近;否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭,或增加构造抗扭纵筋和箍筋。当采用现浇板时,抗扭问题并不严重。
(4)原则上梁纵筋宜小直径、小间距,有利于抗裂;但应注意钢筋间距要满足要求,并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密。布筋时应将纵筋等距,箍筋肢距可不等。小断面的连续梁或框架梁,上、下纵筋均应采用同直径的,尽量不在支座搭接。
(5)端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁,梁端支座可按简支考虑,但梁端箍筋应加密。
(6)挑梁宜作成等截面(大挑梁外露者除外)。与挑板不同,挑梁的自重占总荷载的比例很小,作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋,每个都不一样,难以施工。变截面梁的挠度也要大于等截面梁。挑梁端部有次梁时,注意要附加箍筋或吊筋。一般挑梁根部不必附加斜筋,除非受剪承载力不足。对于大挑梁,梁的下部宜配置受压钢筋以减小挠度。挑梁配筋应留有余地。
(7)梁上开洞时,不但要计算洞口加筋,更应验算梁洞口下偏拉部分的裂缝宽度。梁从构造上能保证不发生冲切破坏和斜截面受弯破坏。
(8)挑梁出挑长度小于梁高时,应按牛腿计算或按深梁构造配筋。
(9)扁梁宽度不必过大,只要钢筋能正常摆下及受剪满足即可。因为在挠度计算时,梁宽对刚度影响不大。相对来讲,增大钢筋更经济。同时梁的上筋应大部分通长布置,以减小混凝土徐变对挠度的增大。
(10)梁宽大于350 时,应采用四肢箍。
4、现浇板部分
(1)板的钢筋宜采用大直径、大间距,但间距不大于200,间距尽量用200(一般跨度小于6.6m 的板的裂缝均可满足要求)。板上下钢筋间距宜相等,直径可不同,但钢筋直径类型也不宜过多。
(2)相连几个房间的同型号、同间距板底钢筋宜连通。
(3)配筋计算时,可考虑塑性内力重分布,将板上筋乘以0.8~0.9 的折减系数,将板下筋乘以1.1~1.2 的放大系数。
(4)支承在外圈框架梁上的板负筋不宜过大,否则将对梁产生过大的附加扭距。一般来说,板厚>150 时采用φ10@200 ;否则用φ8@200 。
关键词:混凝土;大跨度;工业厂房;钢筋;截面
Abstract: with the rapid development of national economy, industrial architecture to meet the requirements of modern industrial production, technology constantly updated, the structural system has become increasingly diverse, architectural layout and the vertical size is becoming more and more complex, it puts forward higher requirements to structure design. Concrete large-span industrial factory building design to meet the relevant specifications, accomplish economic reasonable, safe and applicable, to ensure the quality, in line with the requirements of energy conservation and environmental protection. This article first analysis of multi-storey concrete building structure of the component, and then from the four aspects concrete large-span industrial factory building structure design are discussed in detail. The main points of the
Key words: reinforced concrete; Large span; Industrial buildings; Steel bar; Cross section
中图分类号:[U260.8+1] 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
大跨度多层混凝土厂房结构的组成部分
(一)空间构造
空间构造是多层厂房与单层厂房的重要区别之一。多长厂房的构造在长度上有着明确的规定也即需要设置伸缩缝以避免在施工过程中构件之间产生裂缝进而影响到厂房的安全胜。在设计中需要根据实际需要设置合适的施工缝;另外在多层厂房地基质量较差而厂房竖向高差较大还应设置一定的沉降缝以确保地基与厂房之间的牢固度;对于需要增加抗震设防的多层厂房在设计时,可以将伸缩缝可与防震缝合并,但要注意的是缝的宽度要加大,使之相互作用。
(二)楼盖和屋盖结构
楼盖和屋盖结构是多层厂房的主体结构之一,主要由主梁与次梁以及板组合而成,是任何多层厂房不可缺少的重要部分。在楼盖和屋盖结构的设计中要充分考虑到楼盖结构的承受荷载和作用,必须要科学合理的计算出楼盖结构的截面承载力以及裂缝宽度。当受有动力作用时,还要按有关规范计算结构的动力效应(楼盖的垂直振幅、结构的水平振幅和振动速度等),有时也采取隔振措施,以降低因机器本身的扰力引起的结构振动。
(三)剪力墙
剪力墙又称抗风墙或抗震墙、结构墙。房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体。剪力墙在多层厂房起着重要作用,通常采用的是钢筋混凝土结构,但在设计中需要着重注意的是其强度等级不可低于C20、存厚度设计上一般情况下不低于楼层高度的1/20且不低于140mm,以防止结构剪切破坏。
(四)梁截面
在多层厂房混凝土梁的设计中不可忽视的环节就是确定梁的截面尺寸,一般先由梁的高跨比h/l0确定梁的高度h,再由梁的高宽比确定梁的宽度b(b为矩形截面梁的宽度或T形、I形截面梁的腹板宽度),并将其模数化。对变形和裂缝宽度要求严格的梁,尚应按规定进行扰度验算及裂缝宽度验算。梁截面在大多数建筑中表现为矩形或T形,在设计中除了要确定截面尺寸之外,还应注意梁截面高度与宽度的比值一般不大于4。当楼层高度受限制时,需加大宽度,设置受压钢筋。
二、混凝土大跨度工业厂房结构设计的要点
(一)厂房设计的主要层高及柱网尺寸
多层钢筋混凝土厂房层数多为3~5层,建筑高度控制在24m以下。层高一般较普通结构高,常见的底层层高为5.5~7.0m,上部层高多为4.2~5.0m,某些对净高有特殊要求的厂房上部层高还可达到6m。根据功能需要,一些多层厂房的底层层高高达8~9m,在这种情况下,局部通常会设置夹层作为生产辅房,以充分利用空间。多层钢筋混凝土厂房一般为多跨厂房,各跨度视需要可相同或不同。按照不同的工艺及物流布置,厂房的跨度和柱距也各有不同。不同用途厂房及仓库常用的柱距情况如下:
1、电力工业厂房:9m×12m;10m×15m;12m×24m;
2、图书库类厂房:8m×12m;9m×12m;
3、机械类厂房:9m×12m;
普通仓库:9m×12m;12m×12m。
(二)设计中相关活荷载取值
多层钢筋混凝土厂房由于用途不同,活载取值也不尽相同,应满足《建筑结构荷载规范》关于工业建筑楼面活载取值要求。工业厂房中无设备区域的操作荷载,可按均布荷载2.0kN/m2考虑,设备区的荷载需结合厂房的生产用途及业主的需求确定。
设计工业厂房楼面梁、墙、柱基基础时,可按荷载规范进行折减,仓库可根据楼面堆放原料或成品较多、较重的区域,应按实际情况考虑;一般的堆放情况可按均布活荷载或等效均布活荷载考虑。在承载能力极限状态下按荷载基本组合进行设计时,活载的分项系数取1.4,对于标准值大于4.0kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载,应取1.3。
当工业楼面荷载大于4.0kN/m2时,现行的计算软件无法修正活载的分项系数,在设计时可对活载进行等效,使得结构设计更为合理。如活载为8.0kN/m2时,在计算时可仅考虑7.43kN/m2(1.3×8/1.4=7.43)。
多层钢筋混凝土厂房活载与民用建筑相比有许多不同之处,在厂房结构设计时需结合厂房的功能及工艺充分考虑地面、楼面、屋面及其他特殊区域的活载。
1、地面活载
工业厂房地坪可采用建筑构造地坪和结构架空楼板两种做法,建筑地坪荷载一般为30.0kN/m2~80.0kN/m2;当采用架空楼板时,荷载一般为15.0kN/m2~35.0kN/m2。
2、楼面活载
常见的多层工业厂房楼面活载一般为5.0kN/m2~10.0kN/m2,发电机房及变配电房的活载为15.0kN/m2~20.0kN/m2。某些特殊功能的仓库,楼面荷载也可达到15.0kN/m2~20.0kN/m2,如冻库的蛋品和果蔬储存区,荷载考虑15.0kN/m2,而其中的机房荷载则达到20.0kN/m2。其他按实际情况考虑。
3、屋面活载
屋面分上人屋面和不上人屋面,一般按规范考虑的活载为2.0kN/m2和0.5kN/m2。多层工业厂房屋面通常考虑后期放置设备,如风机基础,小水箱等,除了特定设备区域外,其他区域活载一般为4.0kN/m2~5.0kN/m2。
4、其他区域活载
生产车间的楼梯活载,可按实际情况采用,但不宜小于3.5kN/m2;生产车间的参观走廊荷载,可采用3.5kN/m2。
(三)板、梁、柱断面合理选择
多层钢筋混凝土厂房结构构件应结合厂房的物流、建筑功能、荷载等影响因素并参考相关的工程实例选择,既要确保结构安全、受力合理,同时兼顾经济合理。框架的主次梁布置需结合内部的工艺物流净高要求,确定主次梁体系、井字梁格布置,板格形成单向板或双向板。
通过对比分析可知,在柱网为8m×8m且荷载小于5.0kN/m2的情况下,布置单向梁格较为经济(若板面有较大的振动荷载,建议考虑双向板);在柱网为8m×12m且荷载为5.0kN/m2的情况下,布置单向梁格较为经济,考虑后期荷载和改造需求,建议使用双向梁格;柱网为8m×12m或12m×12m且荷载10.0kN/m2~15.0kN/m2的情况下,采用井字梁格布置对受力和梁格大。
在建筑防火分类为丙类建筑时,在设计满足要求的情况下,井字梁格的次梁腹板高度(梁底至板底的净高)宜≤600mm,有利于电专业在造价方面的控制(设置防火报警装置的区域,如未加设吊顶时,次梁腹板高度大于600mm,须在每一个梁格内设置报警装置)小均比较合理。
(四)构件配筋设计要点及注意细节
多层钢筋混凝土厂房结构荷载较大,在地震作用下既要使结构具有足够的承载力,又要使结构有一定的延性,结构构件的配筋及构造措施尤为重要。
板
板配筋应满足计算及构造相关要求,在温度及收缩应力较大的现浇板区域,应在板的表面双向配置防裂构造钢筋。当结构超长未设置伸缩缝时,施工中可结合工期要求采用膨胀加强带。
2、梁
(1)在厂房结构中,荷载较大,主次梁节点处剪力较大,根据混凝土规范此处的剪力由附加钢筋承担,需设置附加箍筋或吊筋。一般活载为5.0kN/m2~8.0kN/m2时,在主次梁节点处的主梁上设置5~6道附加箍筋或设置吊筋2、14及3道附加箍筋,承担次梁传来的剪力。
(2)工业厂房荷载较大,梁剪力比普通结构大,箍筋加密区随受力特征的变化设置也有所不同。当结构布置为井字梁格时,箍筋通常加密至第一道次梁。
3、柱
(1)由于厂房荷载较大,梁断面高达350×1000或400×1200时,为满足强柱弱梁的措施,使得结构在地震作用下形成梁端先出铰的耗能体系,建议柱子轴压比的限值比规范要求普通框架结构降低些,并加强柱子配筋及构造。
(2)柱子纵筋应采用HRB400级及以上的高强钢筋,箍筋采用复合箍筋。角柱应采用双偏压验算,并适当加强配筋。
(3)柱子混凝土强度等级不应低于C30,底层可根据层数及荷载将混凝土强度等级提高到C35~C40,满足轴压比要求,兼顾配筋和断面合理。
梁柱节点区的设计也应引起重视,一、二、三级框架的节点核芯区应进行抗震验算,四级框架可不进行抗震验算,但应符合抗震构造措施。
结语
综上,多层钢筋混凝土厂房应用越来越广泛,其结构布置的合理性和经济性也备受关注;由于其平面布局较为规整,在柱网选择和相关断面选择上对结构设计师提出更加精细化的要求。结合今年来类似项目的工程经验,建议设计人员在进行结构设计之前,充分了勘成果合理利用地形的优势,在方案阶段提出合理的平面布局(包含柱网布置),结合使用荷载和后期使用要求,根据规范相关规定确定合理的计算荷载,进行充分的对比分析,确定合理的构件断面取值,并注重特殊节点部位的构造处理。
参考文献
[1]魏民,孙守岗.钢筋混凝土结构工业厂房改造中的加固处理方法[J].华章,2011.13.
【关键词】:建筑;结构设计;总说明;注意的问题。
中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)05-0015-02
一、引言
结构设计总说明主要内容有设计依据、相关规范、抗震等级、人防等级、地基情况、抗渗做法、荷载取值,材料情况、施工注意事项、选用图集、通用图以及在施工图中未画出而通过说明来表达的信息。
二、结构设计总说明写法问题
1、相关规定
(1)《结构专业审查要点》的规定结构设计总说明着重审查设计依据条件是否正确,结构材料选用、统一构造做法、标准图选用是否正确,对涉及使用、施工等方面需作说明的问题是否已作交待。审查内容一般包括建筑结构类型及概况,建筑结构安全等级和设计使用年限,建筑抗震设防分类、抗震设防烈度(设计基本地震加速度及设计地震分组)、场地类别和钢筋混凝土结构抗震等级,地基基础设计等级,砌体结构施工质量控制等级,基本雪压和基本风压,地面粗糙度,人防工程抗力等级等7 条。
(2)《建筑工程设计文件编制深度规定》要求每一单项工程应编写一份结构设计总说明,对多子项工程宜编写统一的结构施工图设计总说明。如为简单的小型单项工程,则设计总说明中的内容可分别写在基础平面图和各层结构平面图上。结构设计总说明应包括工程结构设计的主要依据,建筑结构的安全等级和设计使用年限,混凝土结构的耐久性要求和砌体结构施工质量控制等级,建筑场地类别,地基的液化等级,建筑抗震设防烈度(设计基本地震加速度及设计地震分组)和钢筋混凝土结构的抗震等级等12 条。
2、相关内容写法
(1) 通常,工程结构设计的主要依据是:①设计遵循的规范、规程和规定;②工程地质勘察报告;③设计荷载;④建设单位对设计提出的符合有关标准和法规的、与结构有关的书面要求;⑤批准的方案设计文件。应遵循的规范、规程和规定自不必说,“工程勘察报告”最好通过审查,这样可以避免设计依据不准确造成结构设计的返工。荷载取值要规范,活荷载应与房间的使用功能相符,符合专门的规范、标准。
(2) 设计±0.0 标高所对应的绝对标高按规划部门要求。
(3) 图纸中标高、尺寸的单位一般为:标高以m 为单位,其余尺寸以mm 为单位。
(4) 建筑结构设计的结构安全等级和使用年限,应符合《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068―2001)第1.0.5条、第1.0.8 条的有关规定。特别注意:基础的安全等级(《建筑地基基础设计规范》(GB 50007―2002)3.0.1 条)与建筑物的安全等级(《混凝土结构设计规范》(GB50010―2002)3.2.1条)不同,应按各自的规范来确定安全等级。结构设计使用年限与建筑专业年限的说法不同。设计使用年限定义:设计规定的结构或结构构件不需进行大修即可按其预定目的使用的时期。根据《建设工程质量管理条例》,要注明工程合理使用年限,一般工程结构设计使用年限为50 年,而建筑施工图定为100 年(例如:一般高层,其根据《民用建筑设计通则》第1.0.4 条,为建筑耐久年限)。若结构使用年限定为100 年,则结构要符合另外的要求或采取专门的有效措施。
(5) 建筑场地类别、地基的液化等级、建筑抗震设防烈度(设计基本地震加速度及设计地震分组)要符合《建筑抗震设防分类标准》、《建筑抗震设计规范》(GB 50011―2001)。建筑抗震设防分类要清楚,严格按《建筑工程抗震设防分类标准》(GB 50223-2008)的规定执行。
(6) 人防工程的抗力等级应按《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)执行。规范增加的常规武器和核武器分类,针对防空地下室的类别在设计说明中应有明确。
(7) 有关地基概况宜如下描述:地基基础设计等级,持力层类别、承载力特征值,地下水类别、标高,设计防水水位,有无软弱下卧层,基坑开挖支护措施,应符合《建筑地基基础设计规范》。①天然地基基础,要注明基槽检验要求。②桩基础要分析使用地质勘察报告,说明桩端持力层的选择,桩的承载力取值,对桩基的检测要求。③地基处理选择的方法应合理、有效,承载力取值方法满足规范要求,地基处理后的承载力与变形满足上部结构的设计要求,地基处理方法和施工试验、检测要求符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2002)规定。
(8) 采用的设计荷载,包含风荷载、雪荷载、楼(屋)面允许使用荷载、特殊部位的最大使用荷载标准值,应按《建筑结构荷载规范》(GB 50009―2001),对《建筑结构荷载规范》未作具体规定的荷载标准值应注明,可参见《全国民用建筑工程设计技术措施(结构)》。基本风压、地面粗糙度符合规范要求。
(9) 钢筋混凝土结构时,应说明受力钢筋的保护层厚度、锚固长度、搭接长度、接长方法,预应力构件的面积、锚具种类、预留孔道做法、施工要求及锚具防腐措施等,并对某些构件或部位的材料提出特殊要求。选用的建筑材料,应注明规格、型号、性能等技术指标,其质量必须符合国家标准的要求。说明混凝土强度等级、钢筋种类与级别。受力钢筋的混凝土保护层厚度应符合《混凝土设计规范》第9.2 节。现浇挑檐、雨罩等外露结构应按《混凝土结构设计规范》第9.1.1 条附注设置伸缩缝,即伸缩缝间距不宜大于12m。
(10) 对水池、地下室等有抗渗要求的建筑物的混凝土,说明抗渗等级,提出需作渗漏试验的具体要求,在施工期间存有上浮可能时,应提出抗浮措施。地下工程防水混凝土底板混凝土垫层应按《地下工程防水技术规范》(GB50108―2001)要求不应小于C15,厚度不应小于100 mm,在软弱土层中的厚度不应小于150mm。防水混凝土结构厚度不应小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面钢筋保护层厚度《地下工程防水技术规范》(GB50108―2001)要求不应小于50mm。注意:此规定与混凝土规范不一致,一般情况下,民用建筑不宜按防水规范设计。必须采用时,应注意采取对厚保护层的防裂措施。同时应进行裂缝宽度的计算,裂缝宽度不得大于0.2mm,并不得贯通。防腐蚀措施可按《工业建筑防腐蚀设计规程》(GB50046―2008)要求。
(11) 所采用的通用做法和标准构件图集;如有特殊构件需作结构性能检验时,应指出检验的方法和要求。不应采用过期作废图集。特别说明有:“本工程施工前,应由建设单位组织设计单位根据工程的特点进行技术交底。施工单位应全面熟悉图纸内容,在设计单位进行技术交底后方可施工。若遇图面不明,应与设计单位取得联系,共同研究解决,不得擅自处理。未尽事项均应按照国家现行有关设计、施工验收规范规程等要求执行”。
(12) 施工中应遵循的施工规范和注意事项,施工图涉及到钢网架、电梯及其它设备预留的孔洞、机坑、基础、预埋件等一定要写明:“有关尺寸在浇筑混凝土之前必须得到设备厂家签字认可方可施工。”这样可以免除一些以后使用上的麻烦。预埋件、吊环的材料、计算与构造要合理、安全,按《混凝土结构设计规范》10.9.1~8 条。施工的注意事项,有后浇带设置,封闭时间及所用材料等。以上也可参照《混凝土结构构造手册》。
参考文献
[1] JGJ3―2002《高层建筑混凝土结构技术规程》.