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關鍵詞:廠房鋼結構 結構設計 問題分析
1、廠房結構體系的選型問題
在進行廠房結構的方案選擇時,主要從以下幾個方面綜合考慮確定,如技術經濟分析、結構設計分析、建筑節能設計以及滿足工藝流程等。其中,格構式鋼框架也可選擇,它由析架以及鋼綴條柱構成平面框架,并使用雙層保溫壓型鋼板來為墻體以及屋蓋進行圍護。當然,柱一網架結構方案也是必不可少的方案之一。它的特點就是:承重結構主要采用鋼筋混凝土柱或輕鋼,上設雙層保溫壓型鋼板屋蓋,并以鋼網架為屋蓋承重。墻體則以保溫壓型鋼板或砌體作保溫圍護。
現行方案具有經濟性好、結構輕盈、造價較低、無論外形還是內部都較為美觀、安裝和制造周期短等優點,并且能夠符合建設單位的要求,從而得以順利實施。但是,已建結構也存在著結構剛度差、耐久性差等其固有的問題。尤其是一些高寒地區,由于存在長期積雪的可能,剛度問題以及圍護結構的耐久性問題就會表現出來。
2、門式剛架柱網尺寸的選擇及結構體系的布置問題
門式鋼架柱網在進行布置時,應首先滿足廠房工藝使用的要求,門式鋼架間距一般是6~9m,不論是否具有吊車,門式鋼架的合理柱距,建議采用8~9m。工程中構件數量的多少,將直接影響施工進度、安裝的工程量、工程的造價以及加工的工程量。若工程中采用9m的柱距,此時的吊車梁、攘條、鋼架等構件的數量,比起6m柱距大約會減少30%。雖然如此情況會導致截面增大,但是這樣會降低工程造價并縮短施工周期。門式鋼架的較經濟跨度一般可以在21~24m范圍內采用,其合理的最大跨度一般不應大于36m。
其次,結構體系的選擇方面。墻梁和攘條不僅僅是承受水平以及豎向荷載的構件,也是鋼架之間的連系構件。每個溫度區段,在廠房的第二柱間或端部柱間應設置屋蓋的橫向支撐,其縱向水平力一般應由支撐體系承受,為使整個廠房形成一個穩定的空間結構,需要在廠房其余的位置,錘隔大約 40m 就設置一道橫向的支撐。門式剛架輕型結構房屋的橫向溫度區段一般小于或等于150m,而縱向溫度區段則一般不大于300m。
3、檁條、墻梁及拉條應注意的問題
經濟高效的實腹式帶卷邊C形和Z形冷彎薄壁型鋼,能夠足以發揮材料的性能,整體剛度好,慣性矩及其截面回轉半徑相對較大,因此,一般情況下為門式剛架輕型鋼結構廠房的墻梁及檁條所用。但是,其同樣具有一些缺點,比如對荷載的偏心比較敏感,截面抗扭剛度較小。因而,在進行數據的計算過程中,應該考慮到可能產生的約束翹曲應力以及扭轉變形。對檁條、墻梁及拉條等圍護構件進行設計時,需要注意幾個方面:一是在施工過程中,為了防止施工不便情況的出現,一般不應采用雙層拉條;二是風吸力組合作用下的檁條下翼緣受壓時,應該使用穩定計算加以解決;三是檁條的糙定性在風吸力作用下,可以使用《冷彎薄壁型鋼結構設計規范》以及《鋼結構設計規范》中的公式進行驗算。使用連續構件是為了節省墻梁及檁條,但是不少單位沒有進行試驗確定其塔接長度,因而導致塔接長度及連接無法滿足連接梁的條件。因此,在對其進行設計時,如果使用連續的墻梁及檁條,要對其塔接長度進行試驗確定,同時,還需要對其在支座不均勻沉降及溫度變化情況下可能出現的隱患加以注意。
4、門式輕鋼鋼架常見設計質量問題
(1)有的工程無論門式剛架跨度設計的有多大,選用柱腳螺栓時都按照最小直徑M20進行,因而造成了工程事故。針對此種情況,在考慮到與柱腳的剛度相稱及相關的不利因素影響的情況下,對錨栓的計算應該按照最不利的情況進行。建議按本措施:一般當剛架跨度不大于18m時,應選用2個M24;不大于27m時,應選用4個M24;不小于30m時,應選用4個M30。
(2)有的工程在設計過程中按剛接計算設計斜梁及鋼柱,但在實際施工中則省掉鋼柱,用鋼筋混凝土柱或磚柱支承斜梁,因而造成了工程事故。針對此類事件,在設計過程中需要表達清楚節點的構造,并使之與計算相符。梁、柱拼接點大都按照剛接點進行計算,而因為端部封板較薄,使得其與計算出入較大,因此,為保證短板剛度足夠,應該嚴格控制封板厚度。
(3)有的工程在對門式剛架斜梁進行拼接時,把腹板與翼緣的拼接接頭放在一個截面上,這樣很易造成工程隱患。在對拼接接頭進行設計時,腹板接頭與翼緣接頭必須錯開。也有
單位在設計檁條時,并沒有提及鍍鋅方法以及鍍鋅量,而只是簡單的要求鍍鋅,因此,施工單位采用電鍍,導致施工尚未完成,檁條就已經生銹。故而在設計時就應該提出需使用熱鍍鋅帶鋼壓制而成的翼緣,并且對鍍鋅量加以要求。
(4)保證整體穩定的重要措施是檁條或墻梁、拉條及隅撐位置的設置,而有的工程設計卻取消了它們的設置,這樣就很有可能造成工程隱患。在特殊情況下若無法設置隅撐,為保證梁柱翼緣不出現屈曲,應采取可靠有效地保障措施。門式剛架斜梁及鋼柱的腹板或者翼緣板的厚度可變,但是,有的單位翼緣板由 20mm 驟然變成 8mm,相鄰板的突變對整體受力非常不利,因此,在進行設計時,需逐步變薄,應以2~4mm的級差變化為佳。
(5)有的工程,可能會建筑在八度地震區域,但是它的柱間支撐仍舊采用直徑較小的圓鋼,這就可能導致工程隱患的發生。因此,在八度地震區域的建筑工程,應對柱間支撐進行嚴格的計算,并且應該選用角鋼斷面。
5、結論
在現代建筑中,鋼結構具有工業化生產程度高、安裝設計時間短、用鋼量少等優點,在倉庫以及廠房等大跨度結構中得以廣泛應用。隨著社會經濟的發展,鋼結構設計技術也在不斷地進步,鋼結構現代建筑中也會越來越受到歡迎,相信在不久的將來,鋼結構設計技術會取得進一步的突破。
參考文獻:
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關鍵詞:建筑結構;設計;問題分析
隨著我國經濟的不斷發展,人民生活水平的不斷提高,為了完善城市功能、滿足人們的生活需要,基礎設施和居住設施等一系列的設施建設迫在眉睫。建筑,也就成了時展必須關注的對象。本文就對建筑結構設計中常見問題的分析,總結設計經驗,以達到保證建筑的安全、延長其使用壽命的目的。
一、建筑結構設計的基本方法
(一)關于平面結圖的構設計
在進行平面結構圖的繪制時,要考慮到要不要運用結構設計軟件進行建模。當建筑地點位于6度抗震設防烈度區的時候,根據相關建筑抗震的設計規范,可以不使用建模軟件進行建模,但是一定要符合相關抗震措施的基本要求。
(二)關于屋頂結構圖的設計方法
當建筑是坡面的時候,結構設計的兩種方法――梁板式和折板式。梁板式一般被用于建筑面不是十分規整,板跨度比較的坡屋面;折板式則通常被與梁板式相反的建筑結構當中。梁板式和折板式的板都是偏心受拉構件。板的厚度一般不能小于120毫米。除此之外,梁板折角鋼筋的設置需要繪制有大樣示意圖。繪圖和設計的最為重要的是設計人員要將建筑結構爛熟于心,這就要求結構的設計人員一定要具有必要的空間感,以能夠正確的理解建筑圖紙。唯有如此設計圖紙才能夠使施工人員無誤執行。
(三)大樣詳圖的設計
在保證建筑詳圖的繪制準確的基礎之上,大樣詳圖的繪制工作既可以在其基礎上直接進行,也可以在對已經完成的詳圖的修改的基礎之上來繪制。這個過程需要注意的是,必須在保證建筑外形的前提之下盡量使結構的受力合理化、建設施工簡單方便。在標志高度和建筑外形的規格上必須與建筑專業彼此一致。
(四)基礎的設計方法
基礎在設計時應當注意所選擇的混凝土標號要與結構耐久性相符合?;A所配內筋要適合最小配筋率。條基交接處的鋼筋布置應該配有詳圖或者標準圖。條基交叉部位的基底面積不能夠重復使用,應該注意不斷調整基礎的寬度。除此之外,當基礎圖中繪制的構造柱定位不明確的時候要給予準確的定位。
二、建筑結構設計的常見問題
(一)基礎拉梁的設計不夠合理
當多層框架房屋基礎的埋深值比較大的時候,為了減小底層柱的計算長度和底層的位移, 可以在適當的位置架設基礎拉梁, 但是不適合按照構造要求設置的,可以按照框架梁設計,并且按照相關規定更加鋼筋加密區。但是根據抗震這方面來說,采取短柱的方案是比較合理的。通常情況下,在獨立基礎埋置淺,或運用短柱基礎時,因為地基不牢固或者柱子荷載差距比較大,或者存在抗震的要求,針對這種情況就可以沿著兩個主軸方向設置基礎拉梁。
(二)獨立基礎的結構設計荷載的取值不合理
鋼筋混凝土結構的多層框架房屋通常采用柱下的獨立基礎,當在地基的主要受力范圍之內沒有粘性土層的時候,高度在25m之下的建筑物不需要對地基和基礎進行抗震承載力的驗算。這就意味著,在8度地震區,許多鋼筋混凝土框架的房屋可以不需要對地基和基礎進行抗震承載力驗算。但是這些特定地區的建筑物在進行基礎設計的時候應該考慮到風荷載力的影響。在進行設計獨立基礎的時候,在基礎頂部發生作用的外荷載只選擇軸力設計值及彎矩設計值,沒有剪力設計值,有的甚至僅僅選取軸力設計值。上面的兩種情況都會導致基礎設計的尺寸偏小,配筋數量偏少,以致影響到基礎本向以及上部結構安全。
(三)房屋高度、高寬比超過現行規范、規程的限值
現行的規范、規程給出了房屋的最大適用高度和高寬比限值。某些高層建筑房屋高度超過最大適用高度或高寬比超出規定限值,甚至個別建筑高度對于房屋高度、高寬和高寬比均超出規定限值。在結構設計過程中,比和體型復雜程度超過現行規范、規程的高層建筑,應按超限高層建筑進行設計。同時,另一點不容忽視的問題是,房屋適用高度除與結構體系類型及抗震設防烈度有關外,還與場地類別與結構是否規則其最等因素有關,當位于Ⅳ類場地或結構平面與豎向布置不規則時,大適用高度應適當降低(一般降低20%)。
(四)結構布置不合理、不規則
結構盡可能規則,結構的布置才能更趨于合理,這是結構設計中十分重要的環節,這里的“規則”包含了對建筑的平立面外形尺寸,抗側力構件布置、質量分布,直至承載由于引起結構不規則的因素太多,特力分布等諸多因素的綜合要求。別是對于復雜的建筑體型,很難一一用若干簡化的定量指標來劃分不規則程度并規定限制范圍。由于缺乏規范依據及相應的設計規定,加之對結構抗震概念設計缺乏應有的了解,有些設計人員往往對結構規則性把握不準確,導對結構抗震十分不利的建筑。
(五)異形柱結構設計中存在的問題
近年來,在我國的住宅建設中,特別是高層或小高層住宅,有些采用了異形柱結構。目前在異形柱結構設計中存在的問題很多,也比較突出,主要表現在異形柱結構體型不規則、結構布置不合理、抗震構造措施不當房屋的高度超高、等方面。應當說,目前國內對異形柱的受剪承載力、節點承載力和結構延性等方面的試驗研究還不多,對異形柱結構抗震性能的認識還不夠充分。在這種情況下,設計異形柱結構時,對房屋高度、結構規則性及抗震措施等方面宜從嚴掌握。
(六)結構縫設置不合理,縫寬度不足
對于超長建筑物,為減少溫度變化對結構的不利影響,合理地設置伸縮縫是必要的。有些設計人員用后澆帶代替伸縮縫,其實這種做法存在一定的問題。因為后澆帶僅能減少混凝土材料干縮的影響,不能解決溫度變化的影響。后澆帶處的混凝土封閉后,若結構再受溫度變化的影響,后澆帶就不能再起任何作用了。對于不能或不便設置溫度伸縮縫的超長結構,除留設施工后澆帶外,還應采取其它構造加強措施,如加強頂層屋面的保溫隔熱措施,對受溫度變化影響較大的部位適當配置直徑較小、間距較密的溫
(七)懸挑梁的梁高度選用過小
一部分建筑結構設計者經常忽略對梁撓度的計算。梁高選用大都比較小,造成梁截面的受壓區的應力過高,在正常的使用狀態之下,梁截面的受壓區產生非線性徐變。
伴隨著時間的推移,梁撓度逐漸加大。挑梁的變形導致梁板出現裂縫,由于挑梁變形的不斷擴大,裂縫的寬度也隨之不斷加寬,這樣就影響了建筑物的正常使用。
(八)盲目的追求低含鋼率
最近一段時間內,建筑商的工程數量劇增,建筑商盲目追求建筑材料的低含鋼率,一些建筑商甚至把含鋼率標示設計合同上,這樣就給結構設計者造成了很大壓力。因此設計者必須想盡辦法在結構設計過程中降低含鋼率。有些甚至在工程計算書上大做文章,影響了建筑結構在地震時安全性。就建筑結構的含鋼率而言,應當在不影響質量的前提下盡可能地做到經濟。結合不同的建筑結構、不同的建筑地區確定符合實際的含鋼率。
關鍵詞:房屋結構;設計工作;常見問題
中圖分類號:TU758.1 文獻標識碼:A
房屋結構設計工作是房屋施工的基礎性工程,對于施工工作的進行以及房屋功能的發揮有著十分重要的作用,很多房屋設計部門都能夠嚴格按照相應的設計理念以及設計要求兼顧設計過程中的各個細節,但是,受到利益因素的影響,部分設計部門會選擇錯誤的設計方案,有關部門要對不同的設計方案進行引導,并做好相應的管理工作,才能進一步提升房屋結構設計水平。本文主要從地基基礎設計、樓板設計以及其他環節設計工作中存在的問題進行闡述。
一、地基基礎設計過程中存在的問題
房屋結構設計過程中要重視地基基礎的作用,在軟弱深厚淤泥土層施工環境下,進行柱下樁基礎計算時,要能夠兼顧樁承臺水平位移可能對上部結構產生的影響,還要對樁基水平推力作用下水平承載力進行考慮,保證相關因素都能夠滿足實際施工需求。在選擇樁基持力層時,要滿足非液化、穩定、承載力高一級壓縮性小的土層。粉質粘土以及粘土都可以選擇作為摩擦樁的持力層,也可以選擇巖層或者砂土層作為端承樁的實際持力層。[1]房屋地下室的單樁豎向承載力相關特征值若選取通過靜載荷試驗所確定的相關特征值,必然會導致房屋承載力與實際設計工作相比,稍微偏大,從而會給房屋結構設計工作埋下一定的隱患。靜載荷試驗所設置的樁頂一般都是設置在自然地坪環境中,地下室樁基的單樁豎向承載力實際特征值要根據試驗結構來對地下室深度范圍內部的樁側阻力進行扣除,也就是試樁加長部分所具有的樁側摩阻力。
二、樓板設計存在的問題
樓板作為房屋結構設計過程中的基礎性承重構件,它能夠將屋面以及樓面的荷載傳遞到周圍其他梁面或者承重墻上,所以,樓板的設計對于梁、柱以及墻等構件的安全會產生直接的影響,在實際設計以及施工過程中若不能對有關因素進行充分考慮,必然會導致其出現較大的質量問題,給房屋設計工作帶來安全隱患。樓板設計過程中常見的問題主要表現在以下幾個方面。
在進行樓板設計時,由于不能夠對版面的受力狀態進行科學認識或者為了能夠達到方便計算的目的,設計工作人員會將雙向板的作用按照單向板來計算,從而導致計算假定與房屋樓板的受力狀態存在較大出入,樓板一方配筋相對較大,另一方則可能單純的按照構造來進行配筋,導致配筋數量達不到相應要求,從而引起樓板出現裂縫等。
在民用建筑設計過程中,一般會在樓板上方布置非承重的隔墻裝置,所以,大樓板設計工作中會把具體的部分線荷載轉換成同等效應的均布荷載,并對樓板的配筋進行計算。部分設計工作人員會將隔墻的總荷載量附加在總樓板面積上,在進行隔墻頂部設計以及處理時采用立磚來進行斜砌,從而導致上部樓板的中間支承點得以增加,將其轉變成連續板。[4]對于支承點上方可能出現的負彎矩,在樓板設計工作中難以對其進行考慮,從而會導致樓板頂端可能出現裂縫。
三、房屋結構其他設計環節存在的問題
(一)房屋的高度以及高寬比超過規程以及規范范圍
目前房屋結構設計工作中的規范以及規程所給出的房屋適用高度以及高寬比限值是保證房屋結構設計順利進行的基礎。但是,很多高層建筑房屋的高度以及高寬比值都超過了實際的規定限制,從而讓設計工作缺乏可靠科學的依據。多于抗震坊社區的房屋結構設計工作也不能夠采取相對科學的抗震設計,從而導致房屋結構缺乏穩定性。
(二)房屋體系不規范、結構設計不合理
房屋建筑結構布置合理能夠保證房屋結構達到“規范”的相關要求,這也是房屋抗震設計結構中的基礎性環節。這種規則設計包括房屋的抗側力構件布置以及平立面外形尺寸等,還要綜合考慮房屋的承載力分布等一系列因素。在實際設計過程中,能夠導致房屋機構設計不規則的因素相對較多,尤其是針對一些較為復雜的房屋體型,很難通過相對簡化的定量指標來對劃分前期規定的限制范圍以及不規則程度。[2]目前結構設計過程中所用的高層房屋鋼筋混凝土建筑結構設計以及建筑抗震設計工作只對施工規程以及建筑結構只對房屋結構的實際準則進行規定,并沒有對設計工作的規則以及不規則進行明確規定,設計工作人員缺乏對結構抗震概念的設計了解,也很難把握房屋設計機構的相關規則性,只一味的考慮建筑師或者業主的要求,因此,在實際設計過程中很容易出現結構抗震性能較差以及規則性較差的高層建筑。
(三)配筋構造不符合規定、不合理
房屋結構設計工作中對于配筋構造的設計很難結合相關規定來進行,屋面梁配筋數量也難以滿足實際施工需求,在對房屋結構進行建模時,設計工作人員為了方便,往往直接對下層梁的具體尺寸進行拷貝。建筑房屋屋面的梁荷載相對較小,計算結果缺乏配筋,從而導致屋面梁在混凝土收縮、溫度變化以及受力等相關作用下,因為其較低的配筋率很容易導致房屋裂縫有著較大的寬度。[3]對于平常的屋梁,在進行結構設計時,為了能夠保證鑰筋骨架的實際剛度滿足相關要求,并且讓其能夠承受收縮應力以及溫度的影響,避免在其腹部位產生較大的裂縫。
結語:
房屋結構縫設計工作作為一項系統的工程,要對相關影響因素進行綜合考慮,除了上文中所提到的設計環節之外,還要對房屋結構縫設置以及房屋結構的抗震等級進行綜合考慮。房屋結構設計工作人員只有具備系統的理論設計知識、創新的思維態度、認真嚴肅負責的工作態度,才能夠保證房屋設計工作的質量不斷提升,提升房屋建筑的經濟價值以及社會價值,保證區域內居民的生命以及財產安全。[5]提升房屋結構設計的工作水平能夠為我國建筑施工事業的發展貢獻一定的力量,早日達到世界先進房屋建筑設計以及施工水平。
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【關鍵詞】房屋結構;設計;常見問題;解決措施
前言
隨著我國經濟的快速發展,社會的進步,人民生活水平的提高,對房屋建筑結構提出了更高的要求,已經由過去只注重質量過渡到不但對質量提出更高的要求,而且對房屋建筑的外型、結構也提出了很多要求。近些年來,雖然我國的房屋建筑有所發展,有所提高,但同發達國家相比,還存在很多不足之處,在房屋設計中還存在一些問題,亟待解決。因此,本文主要對房屋建筑結構設計中常見的問題進行探討。
一、房屋結構設計的基本方法
房屋結構設計的基本方法指的是設計圖,如何設計房屋的圖紙,對于房屋建筑是十分重要的,不可馬虎。首先是結構平面圖的繪制,需要考慮的是是否輸入結構軟件進行建模是由建筑地處抗震設防的烈度決定的,當建筑地處抗震設防的烈度為6度區時,可以輸入也可以不輸入,這是因為依據建筑抗震設計規范,只要符合有關的抗震措施,并在設計中注意受壓和局部受壓的問題,是完全可以不用在軟件中建模的。但是需要知道的是,如果時間允許,相對來說,輸入建模是較好的,它能夠用來進行荷載導算。當建筑地處抗震設防的烈度為7度及以上時,這就沒有考慮的必要了,必須要輸入軟件建模計算的。
其次,是屋頂結構圖的繪制,繪制這部分的圖紙時,需要設計人員具備一定的空間概念,并且能夠正確理解建筑圖紙和意圖,這樣有助于加強施工人員對圖紙的理解。當建筑是坡屋面時,結構的處理方式分為梁板式(主要用于建筑平面不規整,板跨度較大,屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面)和折板式(主要用于建筑平面規整,板跨度較小,屋面坡度及屋脊線轉折相對簡單的坡屋面)兩種。兩種形式的板都是偏心受拉構件。其中,梁板的折角處鋼筋的布置還需要大樣示意圖,而坡屋面板的平面畫法,則需要剖面示意圖和大樣示意圖兩種表示方法。
最后,是樓梯示意圖的繪制,對于樓梯的繪制需要注意的細節較多,一是梯梁的梁下高度要盡量符合建筑物的要求。二是梯梁的位置,要確保上下樓層的位置是統一的。三是折板樓梯,不可以使局部的應力過于集中,要將鋼筋在內折角處斷開,并分別錨固。四是梯板基礎的沉降,這是需要注意的,不可以突然進行,如果需要應該設梯梁。
二、房屋結構設計中常見的問題及解決措施
1. 房屋建筑的地質勘測較少
對于房屋機構設計中存在的一個問題是,多層房屋建筑的地質勘測較少,更談不上是詳細。設計人員往往依據建設單位口頭或籠統參照附近建筑物的基礎設計資料來進行施工圖的設計,而且有時僅憑地耐力這一數據作為參考依據,并私自認為將地耐力的容許值取得小一些就可以達到要求。由此可見,設計缺少詳細的資料,適用程度較低。
解決措施:對于地基與基礎的設計必須要做到合理,設計人員在進行圖紙的設計前,必須要依據詳細的地質勘察資料,并且要進行統一考察,將應該考慮的因素進行全方面的考慮,在一切準備妥當之后,才可以進行基礎類型和上部結構的設計。
2. 承重柱截面高度設計過小
承重柱截面高度設計過小多發生在六度抗震設防區。一些結構設計者僅僅考慮受力分析的方便,而錯誤地認為六度設防不是設防,從而按照這種理念設計出的柱子的截面高度過小,梁柱的線剛度比加大。這種做法對于房屋結構是非常不利的,因為它不但忽略了梁柱間的剛結作用,而且也未曾考慮這種做法后所帶來的安全隱患。柱對消化酶的約束彎矩被忽略,再加上柱截面的配筋都較小,如果受力較大,就會造成柱子附近出現裂縫。這不僅僅會影響房屋的耐久性,也會使房屋的使用壽命降低,嚴重時甚至會出現倒塌現象。
解決措施:首先,設計者要遵循抗震規范中“強柱弱梁”的設計原則。其次,要重新考慮六度抗震設防的概念,不能只為了分析方便,而設計出一些違背設計原則的建筑結構。在設計時,設計者應該將能考慮的因素進行全面的考慮,從而提高房屋結構設計的安全性與實用性。
3. 結構布置不合理
房屋的結構主要包含建筑的平立面外形尺寸、質量分布、抗側力構件布置以及直至承載力分布等多方面因素,但是由于多種因素造成以上這些方面出現問題。一是設計人員對結構抗震概念設計的了解甚少,但在設計之前,并沒有進行自主學習,加強對結構抗震概念的理解,而是一意孤行,繼續設計,結果可想而知,為房屋結構設計埋下安全隱患。
二是設計人員對結構規則性把握不準確。三是在設計時,缺乏規范依據及相應的設計規定。由于這些原因,造成房屋結構規則性較差,結構抗震能力十分弱等問題。
解決措施:結構布置是結構設計中十分重要的環節,并且容易出現問題,這就需要設計人員對結構抗震概念有一個全面的了解,從而加強他們對結構規則性的把握。同時設計人員在設計時,需要有規范的依據和相應的設計規定,不可以按照自己的理解隨心所欲的進行錯誤的設計。如:對于超長結構的設計時,由于這些超長結構不能或不便設置溫度伸縮縫,因此不能只進行留設施工后澆帶這一項措施,還要增加一些輔助措施。就像可以加強頂層屋面的保溫隔熱措施;而對于受溫度變化影響較大的部位:一是可以考慮適當的配置間距較密、直徑較小的溫度筋。二是可以通過采用預應力混凝土結構來達到自己的目的。
三、結束語:
綜上所述,房屋建筑結構設計之所以會出現一系列的問題,主要是由于設計者的設計出現問題所引起的,這就需要結構設計者,具有扎實的理論知識功底,靈活的、創新的思維以及認真嚴肅的工作態度。如果在設計中出現問題,設計人員要進行研究與辨識,在不斷總結與探索中提高自己的設計能力與水平。而且建筑人員在建筑時發現問題,要及時與設計人員溝通,并及時的想出切實可行的方法加以解決。相信通過這樣的方法,我國的房屋結構設計的問題會逐漸減少,房屋建筑的質量也會有更大的提高。
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【關鍵詞】結構設計;常見問題;探討
discuss several common problems in structural design
guo wei-wei
(architectural design institute of shanxi jincheng jincheng shanxi 048000)
【abstract】there are many elements of design, specification does not make specific provisions, or provisions of clauses is not comprehensive, so that structural designers is easy to overlook.
【key words】structural design; common problems; discuss
結構設計中有許多內容,規范未作具體的規定,或規定的條文不全面,使結構設計人員很容易忽視。以下為本人在工作過程中所遇到的一些問題,供同行們做結構設計時參考。
1.不上人屋面活載取值問題
平時會經常遇到不上人屋面因落水管堵塞而積滿水,又沒人疏通,這積水何載也不能忽視。如不上人屋面女兒墻高700mm,若積滿水,荷載為0.7x10=7kn/m2。而按《建筑結構荷載規范》第4.3.1條中規定不上人屋面活載取值僅為0.5 kn/m2??梢妼嶋H產生的荷載與設計規定的荷載相差較大。結構設計若按7 kn/m2考慮,那又給業主帶來很大的浪費。為此,本人建議建筑設計人員在不上人屋面女兒墻根部50mm處增設泄水管,萬一落水管堵塞,能及時排除屋面的積水。若能采取上述措施,按荷載規范要求,不上人屋面活載仍按0.5 kn/m2設計。對上翻邊雨篷也可采取上述措施以確保結構設計不考慮積水荷載。
2.衛生間荷載取值問題
在圖紙審查中有人提出,對于有分隔蹲廁的衛生間活載應按《全國民用建筑工程設計技術措施結構》中規定的8 kn/m2值進行設計,本人認為不妥。如今的衛生間隔板在建筑設計中都是采用木質板、塑料板或復合板,而非以前的預制水磨石板或磚砌體,因而只考慮蹲坑的重量就可以了。蹲坑一般抬高150mm,采用1:6水泥焦渣墊層(容重為14 kn/m3),墊層荷載為0.15x14=2.1 kn/m2,該荷載為局部荷載,又非全開間荷載,且應按恒載考慮。結構設計時可按原樓面恒載加上該部分抬高所增加的荷載就可以了,活載仍舊按《建筑結構荷載規范》第4.1.1條中規定的2.0 kn/m2計取,這樣比較合理。
3.后澆帶問題
《混凝土結構設計規范》第9.1.1條中規定現澆鋼筋混凝土框架結構伸縮縫最大間距為55m,而9.1.3條則規定當采取后澆帶分段施工、專門的預加應力措施或采取能減小混凝土溫度變化或收縮的措施,伸縮縫間距可適當增大。這兩條使我們在實際設計過程中較難把握。采取后澆帶分段施工后究竟應控制房屋長度多少而不至于產生裂縫等不良現象呢?本人認為這取決于各地區的溫差和施工條件以及采取的措施等等因素。按照溫州地區的經驗,在55m~70m以內時,采取設置施工后澆帶及相應的構造加強措施而不設置伸縮縫,這在本人長期的工程實踐中證明是切實可行的,多個工程均未產生較大的裂縫。當然,具體過程還應通過有效的分析或計算,慎重考慮多種不利因素,確定合理的伸縮縫間距。在結構設計中必須對梁柱配筋進行概念上的調整,規范也規定當增大伸縮縫間距時尚應考慮溫度變化及混凝土收縮對結構的影響。首先是長向板鋼筋應雙層設置,并適當加強中部區域的梁板配筋,中部區域溫度應力顯然是比較大的。當框架結構超過70m時,本人認為必須采取特殊的措施才能不設置伸縮縫,譬如說采用預加應力,摻入抗裂外加劑等等。如果對超長結構,不能有效的分析清楚受力情況,本人建議還是應按規范要求設置伸縮縫,畢竟建筑上設縫只要處理得當還是不影響美觀的。
4.板面設置溫度應力筋問題
《混凝土結構設計規范》第10.1.9條規定在溫度收縮應力較大的現澆板區域內,鋼筋間距宜取為150~200mm,并應在板的未配筋表面布置溫度收縮鋼筋,板的上下表面沿縱橫兩個方向的配筋率均不宜小于0.1%。什么區域屬于溫度收縮應力較大的區域?本人認為對于規則較短的建筑物我們可以在各樓面邊跨及屋面層設置相應的溫度應力鋼筋,而對于超長結構,則建議在超長結構的長向均應設置雙層鋼筋。其余部位則可因人而異,功能重要的區域設置。
5.鋼筋砼水池保護層問題
《混凝土結構設計規范》第9.2.1條規定,板、墻在二a類環境的混凝土保護層厚度為20mm,《給水排水工程構筑物結構設計規范》第6.1.3條規定與水、土接觸或高濕度保護層厚度為30mm,與污水接觸位35 mm,《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》第7.1.2條規定與此相同,而《地下工程防水技術規范》第4.1.6條規定防水混凝土結構迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm。本人以為鋼筋砼水池砼保護層應按《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》進行設計,而地下室等重要的建筑物則要按《地下工程防水技術規范》設計。
以上是本人在結構設計中經常出現的幾個問題的理解,難免有片面性。在今后的設計過程中,應以規范為依據,以概念設計為補充,不斷總結,使我們的設計更經濟合理。
參考文獻
[1] 《建筑結構荷載規范》(gb 50009-2001).
[2] 《全國民用建筑工程設計技術措施結構》.
[3] 《混凝土結構設計規范》(gb 50010-2002).
[4] 《給水排水工程構筑物結構設計規范》(gb 50069-2002).
【關鍵詞】:框架結構;存在問題;對策;
【 abstract 】:with the development of economy, urban construction with each passing day. At the same time, in the building structure design, and especially The frame structure of the building is to the requirements of the design more and more is also high. This paper is the author of frame structure design and produce The treating measures related problems are explained and analyzed.
【 key words 】:frame structure; Existing problems; countermeasures;
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
0引言
框架結構是指由梁和柱以剛接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。因此框架結構具有結構空間布置靈活,建筑物自重小,有較好的抗震能力和結構的整體性、剛度較好等特點??蚣芙Y構在我國已經成為了一種很常見建筑結構形式,普遍運用在各種工業與民用建筑當中。
本文分析了當前框架結構設計中應存在的一些問題和對策,方便結構設計者在遵循各種規范的前提下快速把握框架結構設計原則和一些容易忽略的問題,以提高建筑框架結構設計水平。
1 框架結構設計原則
1) 合理的建筑結構體系應該是剛柔相濟的。結構太柔雖然可以很好的消耗地震力,但容易造成變形過大而無法使用甚至整體傾覆:結構太剛變形能力就差,在高設防烈度地區,承受的地震力較大,容易造成局部受損最后全部毀壞。結構是剛一點好,還是柔一點好,這個問題結構專家歷來有爭論,現行的的規范也只是給出了限值。
2)多道防線。安全的結構體系是層層設防的, ,如果把結構的安全全部寄托在某個單一的構件上,是非常非常危險的。如土建結構中多肢墻比單片墻好,框架剪力墻比純框架好等等,就是體現了多道防線的設計思路??蚣芙Y構中填充墻的存在增加了框架結構的整體剛度,在遭遇地震時,填充墻率先破壞,填充墻充當了整個框架結構的第一道抗震防線。但同時填充墻對框架結構的承載力、剛度、變形都有影響,因此結構設計時要考慮其對結構的影響、
3)框架結構結構體系應滿足“強柱弱梁”、“強剪弱彎,強節點強錨固的基本設計原則。
基于以上原則在進行框架結構設計時,把握好結構方案,滿足承載力、變形、裂縫、撓度等要求是結構設計人基本的設計步驟。此處就不再贅述。
2 框架結構設計常見的問題及對策
1)為了滿足柱軸壓比的要求,同時又要滿足控制柱截面的要求,柱子采用較高強度等級的混凝土。而對于以受彎為主的樓層梁板混凝土強度等級卻不必過高。在實際工程設計中合適的樓蓋混凝土強度等級通常采用 C20~C35。由此可見,高層建筑混凝土框架結構的柱混凝土設計強度高于梁板的設計強度必然存在,而且隨著建筑物高度的增大,兩者的設計強度差距會越大。 目前混凝土的澆筑施工一般都是用商品混凝土泵送工藝,各施工單位通常將豎向構件與水平構件分批集中澆筑。如果要求對其中的梁柱節點進行單獨澆筑,那么將導致供應量及澆筑時間不易控制和節點區與梁板之間的分隔難度大。 針對這個問題在結構設計中應做的對高層建筑混凝土結構的豎向和水平構件的混凝土強度要進行合理取值;整個工程的豎向構件混凝土強度等級種類不應過多,且與豎向構件截面的變化要錯層同步;水平構件的混凝土強度等級取值要符合規范要求,盡可能與豎向構件相匹配,使實際施工簡單化,盡量減少梁柱節點單獨澆筑混凝土。
2)混凝土保護層的作用是保護鋼筋不發生銹蝕,并保證鋼筋的粘結錨固性能,從而直接影響構件的耐久性和鋼筋的受力性能,但由于設計人員的不重視,常會出現以下問題:在梁或柱中,只會注意到主筋的保護層厚度,然而卻忽略了箍筋的保護層厚度,造成箍筋外露或保護層厚度不足;主梁與次梁交叉處、主梁、次梁和板的鋼筋關系處理不到位,造成板負筋保護層厚度不足或構件有效截面高度損失。這些問題直接影響到構件的安全性,設計人員針對保護層的問題應重視。
正確處理構件內各類鋼筋的相互關系,按鋼筋的正確位置確定構件內鋼筋的保護層厚度及構件有效截面高度,并進行構件的截面設計。根據規范要求確定梁柱內箍筋的保護層厚度,然后確定箍筋的正確位置,主筋的保護層厚度可采用a+d1(a為箍筋保護層最小厚度,d為箍筋直徑),并大于規范規定的最小厚度,以此確定主筋的正確位置;根據各種鋼筋的正確位置,確定相關構件的有效截面高度并進行配筋計算,在施工圖中標出相關構件中鋼筋的位置。
②地上部分與地下部分的柱子因所處的環境條件不同,根據規范要求,應采取不同的保護層厚度。地下部分的柱子可將其斷面加大,滿足其保護層厚度的要求,同時保證柱子鋼筋上下位置的一致性,滿足鋼筋受力要求。
3)鋼筋混凝土框架結構時,由于鋼筋混凝土的自重較大,作為建筑的底層柱,其所承擔的軸向壓力會隨著建筑高度的增加而不斷增加,在層高一定的情況下,為了提高抗震規范對構件的延性要求,就要將軸壓比控制在一定范圍之內不能過大,這就必然導致柱截面的增大,從而形成短柱、甚至形成剪跨比小于1.5的超短柱。對于大跨度柱網的框架結構,框架柱在樓梯間處與樓梯平臺梁相連,使得樓梯間處的柱可能成為短柱,這時就應對柱箍筋全長加密。這一點,在設計中容易被忽視,新抗規明確規定框架結構樓梯間須整體建模,這個問題以后應該會被重視。當框架結構的外立面為條形窗時。因設置連續的窗過梁,使外框架柱可能成為短柱,應注意加強柱的構造措施。
4)對于框架結構長度略超過規范限值。建筑功能需要不允許留縫,結構設計經常會遇到這種問題。為減少有害裂縫(規范規定裂縫寬度小于0.3),可采用細而密的雙向配筋,構造間距宜小于150,建議采用補償混凝土澆筑。對屋面宜設置后澆帶。后澆帶處按構造措施宜適當加強。
4)挑梁宜作成等截面(大挑梁外露者除外)。與挑板不同,挑梁的自重占總荷載的比例很小,作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋,每個都不一樣,施工不方便。變截面梁的撓度也大于等截面梁。挑梁端部有次梁時,注意要附加箍筋或吊筋。一般挑梁根部不必附加斜筋,除非受剪承載力不足。對于大挑梁,梁的下部宜配置受壓鋼筋以減小撓度。挑梁配筋應留有余地。
5)根據《建筑抗震設計規范》第3[注明標準號].7.1 條規定,非結構構件,包括建筑非結構構件和建筑附屬機電設備、自身及其與結構主體的連接,應進行抗震設計。比如框架結構中女兒墻構造柱的設置,尤其注意女兒墻高度大于1.0 m 時,應注意采取結構構造措施,保證女兒墻的穩定。
3 結語
總之,本文提出的都是些框架結構設計中容易出現的疏忽的問題。如果處理不好或計算過程中未加考慮不但會導致結構不合理,甚至結構不安全。從事設計的人員在精于結構電算分析的同時,更應注意到以上所提到的在設計過程中碰到的類似問題,使施工圖的設計更完善,保證結構的安全、經濟、耐久、適應。
參考文獻
【1】方部華.高層建筑結構設計【M】.北京:中國建工出版社.2003。
關鍵詞:混凝土;結構設計;常見問題
一、前言
隨著經濟與科學技術的全面發展,混凝土在各行各業中的應用日益廣泛,混凝土結構以其整體性能良好、可塑性較好、使用壽命較長以及投資造價相對較低等等優勢,得到了廣大工程建設者的廣泛青睞,在各行各業中被廣泛的應用。由于經濟在突飛猛進的發展,很多新型的混凝土材料得到了進一步的發展,混凝土的結構設計水平也有了顯著地提高。但與此同時,混凝土結構設計的復雜性及多樣性又使得混凝土結構的設計存在很多的問題及缺點,本文就混凝土結構設計的常見問題進行分析,并找出其引起這些問題的原因,對混凝土結構設計進行分析與探討,得出相應的解決策略,使得混凝土結構設計在各個方面得到進一步的完善。
混凝土的結構設計在各項工程施工中都占有非常重要的位置,混凝土結構設計的質量將直接影響著建筑施工的全局,更關系到人民生命財產的安全,混凝土結構設計在工程施工中的責任是非常艱巨的。另外,混凝土結構設計是一個非常復雜的過程,對專業設計的要求也非常的嚴格,設計難度也非常的大,因此,混凝土結構設計也需要有一個專業的設計團隊,在設計過程中應該主動尋找新的設計理念,且不斷對混凝土結構設計進行完善,找出其存在的問題,并采取相應的措施對其加以解決。
二、地基與基礎設計過程中存在的問題
1、柱下獨立基礎帶梁板式的地下室底板設計中,地下室底板設計中,容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎在上部荷載作用下,將會一起發生沉降變形,共同受力,如未考慮因此產生的附加應力,對底板而言是偏于不安全的,有可能會導致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對于采用天然地基的情況時,其影響則更為顯著。對于總沉降量較小的工程,可考慮在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施,當然,是否采用,還要綜合考慮其他因素。另外,對于地下水位季節性變化較大的地區,應考慮高低兩種不同水位對地下室底板的不同影響,求出包絡圖,再做配筋設計。
2、對于有地下室的建筑,當地下水位較高時,在室外地坪之下的結構部分,外輪廓形狀應盡量簡潔,這樣有利于建筑防水的施工。尤其對于柱下承臺的形式,更為明顯。此時,由于柱下承臺的影響,基槽地模形狀很復雜,有很多的陰陽角和放坡,即加大了防水施工的難度,有加長了施工時間,都不利于保證質量,并且還增加工程造價。對于這種情況下,我建議大家考慮反承臺法,即統一地下室底板和承臺的下皮標高相同,承臺需要加厚部分向上作,然后地下室內部作濾水層和覆土等地面做法。這種做法的優點是,基槽地模形狀很簡單,方便施工,利于施工質量得保證,同時也縮短了施工時間。并且,內部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,減小配筋,這種自相平衡的思路最科學。同時也提高了建筑物的抗傾覆能力。
3、地下室底板和外墻配筋計算時,往往假設條件與實際情況不符。例如地下室外墻配筋計算:有的工程外墻配筋計算中,凡外墻帶扶壁柱的,不區別扶壁柱尺寸大小,一律按雙向板計算配筋,而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋,又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調的原理分析,其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。建議:除了垂直于外墻方向有鋼筋砼內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱)之間外墻板塊按雙向板計算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。
4、天然地基錐體獨立基礎設計問題,有的基礎設計錐體斜面坡度大于1:3,該錐體部分砼很難振搗密實,現場施工往往是砼自然堆上,采用鏟子或抹灰刀拍搗成形,其錐體部分的砼很難達到設計強度要求。因此建議優先采用階梯形獨立基礎,利于施工,才能更好地保證施工質量。
5、柱下獨立基礎之間的拉梁,如同時又是首層維護墻的承重梁的時候,不應該再簡單地按拉梁進行設計。而且在考慮荷載時,要考慮梁上皮以上土擴散角之內的土重。
三、上部結構設計過程中存在的問題
上部結構設計在建筑物上部混凝土結構設計中,使用最多的是框架結構、剪力墻結構、框架―剪力墻結構以及框支剪力墻結構。由于這些結構中構建量大面廣,所以容易出現配筋不足、超配筋等情況,違反了相關條文的規定。
1、框架柱
角柱是指兩個方向與框架梁相連的框架住,在計算時要進行自行定義。若忽視這一流程而實際的配筋率又滿足計算結果的現象,則會造成配筋率無法滿足最小配筋率要求的情況。[3]短柱是指剪跨比不大于2,以及因填充墻設置或樓梯平臺梁、雨篷梁的設置形成柱凈高與其界面高度之不大于4的框架柱。對于短柱而言,箍筋的間距應小于等于100mm,箍筋體積的配筋率大于1.2%。9度時不應小于1.5%。對于剪跨比不大于2的框架柱,程序能自行判定,要注意不能直接進行強代換,不同強度級別的箍筋均應滿足計算結果。超短柱是指剪跨比小于1.5或柱凈高與柱截面高度之比小于3的框架柱。設計人員在建筑混土結構設計中,要避免超短柱的出現。若無法避免,則要采取控制軸壓比、添加芯柱等措施。
2、框架梁
由于繪圖時沒有按計算結果將配筋分別原位標注在支座兩側以及跨中配筋與支座配筋之比小于0.3或0.5等原因,很容易造成實際配筋比大于計算結果的情況,從而違反了相關標準,設計人員在設計混凝土結構時,要特別注意避免出現此類情況。
3、連梁
連梁,就是連接兩片剪力墻,當遇到中震或大震時,它會首先開裂,起到耗能作用,從而使建筑物保持一定延性的梁,連梁在框架結構設計中尤為重要。在實際設計中,由于重視不夠或認識不足等原因,很容易違反標準的情況,導致鋼筋配筋率無法滿足規定的要求。設計人員在設計時要注意不要盲目地增大它抗彎的能力和連梁上不許搭框架梁,以確保連梁的延性而在地震中不被首先破壞。
4、框支剪力墻
由于轉換層在整個框支剪力墻中屬于薄弱樓層,所以要按照規定將其地震剪力乘以增大系數。在框支剪力墻的設計中,框支梁、框支柱縱筋的各項系數都應滿足有關規定的要求,并且要確保布置均勻,避免出現單肢鋼度過大的剪力墻,以至于應力集中,一旦破壞,則會造成嚴重后果。
結束語:
隨著國家的經濟發展,人們對住宅建筑也有了更高層次的要求。不但要求質量過關及寬敞明亮符合人類的生存對舒適的要求,更要求審美,綠化,節能,有文化含量等。這迫使加工工藝也變得越來越高科技化,不斷創新,不斷向著更高級的方向發展,這不僅需要設計人員不斷加深對文化內涵的理解并且積累大量豐富的經驗,創造出新鮮,愉悅更多人,吸引更多消費者的建筑理念,更要在實際操作中能夠過關,質量過硬。
參考文獻:
[1]馬曉輝.鋼筋混凝土結構設計中應注意的幾點問題[j].科協論壇(下半月),2007,(10)