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关键词:民用建筑结构;问题;要点浅析
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
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
一、民用建筑结构设计的原则及步骤
结构设计,是工程师通过专业的方式,即结构语言来表达设计者的理念。而结构语言就是通过从建筑或者专业图纸中凝炼而出的建筑的基础,诸如墙,柱,梁,板,楼梯,大样、构造等。建筑师通过使用结构语言的元素构架建筑的体系,包括承重及抗力体系,这种体系是由竖向和水平构件共同构筑而成。
1.民用建筑结构设计基本原则
民用建筑结构设计功能原理显示:1)用于正常建设和施工使用,能经受正常使用中的多种有可能性;2)具有良好的工作业绩;3)正常维修养护中的耐久性;4)发生事故的设计规定和发生,可保持必要的整体稳定性。
2.民用建筑结构设计的基本步骤
建筑师在进行民用建筑结构设计的时候,一般按照三个阶段逐步开展工作:方案规划阶段,计算和设计阶段,施工建设阶段。以方案规划阶段举例来看,其内容一般会根据建筑的重要复杂度,重点考虑抗震设防烈度、工程地质勘查报告、建筑类型和建设和层高来确定建筑结构设计的最终形式。比如是砖混结构、筒型构架或者其他结构设计模式。
二、民用建筑结构设计中的常见问题
1.结构平面图相关问题
测绘结构布局进行绘制结构图时,何时需要结构软件建模是需要结构工作者进行分析的。当所需建建筑地处6度区的抗震设烈度地带时,按照国家建筑抗震设计规范,可不必开展检查地震剖面的工作,也就无需输入结构软件建模,结构设计可以直接进行,特别是砌体结构建筑,但是必须要符合国家规定的抗震措施要求,注意局部受压问题的解决。但是,当所建建筑地处7度区以上的地带时,是必须要输入结构软件建模计算的。当然,如果便利,无论哪种,如果从妥善和精确角度来看,输入结构软件建模,都是有利而无害的。
2.屋顶(面)结构图问题
对于设计人员而言,民用建筑结构设计和施工的关键, 必须正确掌握建筑图纸的要素,理解图纸的意图。而做到对图纸的把控,就必须有深入的空间概念。
梁板式及折板式的结构处理方式,一般适用于坡屋面的建筑。二者略有区别。当建筑屋面坡度及屋脊线转折复杂,且具有较大的版跨度和不平整的平面时,建筑结构设计者们往往就会采用梁板式的结构处理方式。反之,会采用折板式。这两种结构处理方式,均为偏心受拉构件。板配筋应该配备负筋板的部分或全部抵抗拉力。基于构造需要的厚度一般不应小于120厚。此外,光束角钢装饰板倍应该有大样图坡屋顶板法平面,经常使用的文件增加样品示意图,这是更方便的安装人员,要正确理解图纸。
3.地基与基础方面
1)无地质勘察报告的多层房屋建筑,施工图的设计是根据建设单位口头或参考附近的建筑设计形式而做出的。参考设计必须合理、安全设计地基与基础,不能完全依靠地耐力进行考量,要统一考虑多种因素综合所参考的建筑设计资料进行结构设计。
2)在进行建筑结构设计时,软弱地基的危害是非常严重的。不能仅仅凭借经验采用砂垫层加强一下承载力的处理方式,必须考虑垫层宽度和厚度,严格进行换土垫层设计计算,安全经济的解决软弱地基的处理设计问题。
3)多层民用建筑结构进行设计的时候,为了避免采用荷载值偏大的后果,必须在设计之初,对梁、柱和基础负荷严格按照设计规范处理,通过将荷载乘以折减系数的计算方式,科学的计算荷载值,达到结构设计的合理性。
4.民用建筑结构设计与其他专业设计的协调
民用建筑结构设计中必须考虑电气室内敷线的问题。在设计的时候,应该遵循相关设计原则,应沿着墙壁及楼板等暗处敷设金属管,导线敷设其中。然而这种暗设的结构设计方式,往往与装配整体框架和剪力墙结构相冲突。预制梁预留管道尽可能和波束宽度和壁厚一致,如果没有协议,要求一侧的墙壁和梁的一侧,侧面平齐,使得穿梁管穿束垂直线不外露于墙上。
高层建筑平面电梯井道的位置确定,电梯电脑室肯定是向下的位置,电梯电脑室嵌入孔部分越多,电梯的电脑室负载也就越大,所以应该详细了解选定机型电梯建设条件和注意只有站的布局和更多台布置的差异。由于电梯井一般为钢筋混凝土剪力墙的方式,除了外面的垂直载荷下,仍然受横向力的作用,因此应验证开孔强度。
5.底层框架——剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题
上部是多层砖混砌体结构,底层为剪力墙结构或框架剪力墙结构等,这类房屋的体系结构,往往会出现结构设计上的问题,为了追求底层空间和使用面积,设计师们单一追求建筑立面造型,将二层以上的部分横墙且外层挑墙移至悬挑梁上,各层设计有挑梁,但实际结构的底层挑梁承载普遍出现裂缝。
6.其它建筑结构设计问题
a、多层和高层建筑,层数和高度的增加,竖向和水平的荷载也随之增加,荷载量的增大使得底层柱截面不断增大,使得建筑底部数层会出现大量短柱。
b、一般设计者往往会根据多孔砖墙体结构的构造,使用承重砖。承重砖却是采用多孔砖砌筑而成,这种砖质不适宜地面以下和室内防潮层。
c、结构设计没有考虑房屋建筑的高度、高宽比,使得其限值超出现行规范。
e关于箱、筏基础底板的挑板问题等等。
1.设计规范的要求
针对上文阐述的在民用建筑结构设计时易出现的问题,设计人员在框架结构构思时,必须综合的分析和符合建筑结构荷载规范、抗震规范、混凝土结构设计规范等。结合当地建筑的特殊性,以及材料、地质、货源、习俗等,合理建设结构设计体系。
2.设计的主要原则及要点
a.结构设计时注意抗震验算。场地类别的差异往往决定抗震验算的等级。当建筑超过5层的跨度时,结构设计要尽量加剪力墙,尽可能改善结构的抗震性。
b. 大跨度雨篷,阳台等不允许从填充墙内出挑,必须考虑抗扭,其扭矩为梁中心线处板的负弯矩乘以跨度的一半。
c.框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。
d.由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时,应验算构件的最小配筋率等。
e.出层面的楼电梯均不得采用砖混结构。
f.框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑,但不能采用砖墙承重。应采用梁承托墙体荷载。
g.建筑长度宜满足伸缩缝要求,否则应采取适当措施,如增大配筋率,通长配筋,改善保温,铺设架空层,加设后浇带等。
h.框架柱轴压比宜满足相关规范要求,并根据规范要求进行抗震设计。
i.当采用井字梁时,梁的自重大于板自重时,梁自重不可忽略不计,周边一般加大边梁的截面。
j.过街楼处的梁上筋应通长,按偏心受拉构件进行计算设计。
k.电线管集中穿板处,板应验算抗剪强度或开洞形成管井。电线管竖向穿梁处应验算梁的抗剪强度,开洞处应进行抗震构造措施处理。
l.构件不得向电梯井内伸出,否则应验算是否能装下,电梯井处柱可外移或做成异性柱。
m.验算水箱、电梯机房及设备下结构的强度。水箱不得与主体结构做在一起。
n.当地下水位很高时,暖沟应做防水。一般可做U型混凝土暖沟,暖气管通过防水套管进入室内暖沟。
o.采用扁梁时,应注意验算挠度及裂缝,满足规范要求等。
p.突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时应向下延伸一层,不宜直接锚入顶层梁内,并且托梁上钢筋应适当拉通,并验算托梁抗剪强度。错层部位应采取加强构造措施,女儿墙内加构造柱,顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高,均加构造往,并应加密。错层处可加大梁截面,上下层板钢筋均锚入此梁中。
q.注意基底附加压力下基础沉降不均的问题。
民用建筑的结构设计是一个复杂的系统,其中存在的问题涉及到方方面面,要解决好这些问题就需要丰富的经验和先进的理论知识,在此前提下,建筑结构设计师通过综合考虑各方面设计因子,并与各种规范进行多重整合,运用科学的设计理念,做到建筑设计与结构设计的紧密结合,选择合理的结构体系,这样才能设计出真正满意的建筑。
参考文献:
于桂萍《关于多层建筑结构设计中的主要问题分析》.中国高新技术企业.2008.
莫雪辉《深度探讨如何提高建筑结构设计水平》.科技资讯.2008.
关键词:高层民用建筑;结构设计;问题;措施
中图分类号:TU318文献标识码: A 文章编号:
0引言
建筑工程质量的好坏和群众生命财产安全息息相关,而其中建筑设计又是一项繁重、责任大的工作,对建筑物的整体安全、经济合理性以及适用都会造成严重的影响。 实际设计过程中,结构设计概念与方法上总是存在着一定的差错,之所以存在差错,主要有以下几方面的原因:第一,由于设计人员对于高层建筑设计没有过多的重视,只盲目的按照或者一味的照搬其他设计结果进行;第二,设计人员对于相关设计规范及方法缺乏一定的了解;第三,设计人员没有清晰的力学概念,难以构建起科学合理的计算模式,在判断结构验算结果时,经验不足。
1.高层民用建筑结构设计过程中存在的问题
1.1天然地基承载力与基础埋深的确定问题
首先是地基承载力的确定存在误差 ;在对地基承载力进行确定时,不仅要对其性质加以充分的考虑,而且,还要充分的考虑基础的埋置深度以及宽度,地基承载力会随着基础埋置深度的加深以及基础宽度的加大而逐渐的提高。但是,如果属于软弱基地,那么,将会使得地耐力取值进一步提高,存在安全隐患。其次,基础埋深,通常从室外地面标高开始算起;填方区域应在填土后才可进行挖槽,可从填土面开始算起,填土主要是在上部结构而完成的,从天然地面标高开始算起。如果地下室采用的是箱形基础,那么,基础埋深应从室外地面标高开始算起;比如,分离式的基础的地下室,也就是说内墙与内柱基础,具体埋置深度应从室内地面开始算起;而地下室外墙基础应采取室内与室外计算埋置深度的平均值。不过,实际设计过程中,通常没有考虑天然地面室外设计地面标高间存在的不同和填土的规范施工顺序,只一味的按照设计室内地面标高算起。这样一来,就会使得基础计算埋深值进一步增大,最终导致按照深度调整后的地基承载力也较大,安全系数低。
1.2结构计算存在的问题
建筑物结构计算存在的问题是荷载取值不够合理、验算底框砌体结构方面的问题以及结构周期折减系数的确定。如,高层民用框架的建筑一般在采取独立的基础上以及其地基受力部位不具备软弱粘性土层的情况下,那么,就非常有必要对地基的抗震承载力加以验算,在对其基础进行设计时,应充分的考虑风荷载的作用。因此,必须将风荷载输入到高层民用建筑中。只有具有均匀的刚度时方可采用底部剪力法,假如其结构中存在薄弱层,应充分考虑其因塑性变形集中所带来的影响;此外,由于框架结构等都有填充墙,因此,它的实际刚度要高于计算时的刚度,但其实际周期比计算周期小,因此,最终所计算出的地震剪力通常较小,使得结构潜在了安全隐患,唯一的解决办法就是折减计算周期。
2.加强高层民用建筑结构设计措施
2.1对地基承载力宽度与深度修正
在对地基承载力宽度与深度进行修正时,应结合工程具体情况,根据《建筑地基基础设计规范》中的规定、基本原理以及理论,明确基础埋置深度的取值,特别对于部分特殊情况,应充分的分析,合理的进行取舍。在施工中要求基础完成时还要在上部结构施工前回填完成,回填土应进行分层夯实。实际上,地基承载力就是地基同时满足强度以及变形这两个条件时,单位面积所能承受的最大荷载。一般情况下,上部结构体型较为简单,整体刚度较大,如果,地基不均匀沉降有着极强的适应性,那么,地基承载力就可取高值;如果基础宽度大,埋置深度深,那么,地基承载力就会有所提高;高层建筑为了使得地基具有较好的稳定性,避免建筑物滑动与倾覆,通常都会要求基础整体刚度要大,埋置深度深,可采用箱形基础。另外,基础埋深对于地基土体及上部结构所组成的相互作用体系的动力特性与动力反应有着一定的影响;各个学者在对这一问题进行研究后,所得出的结论存在着一定的差异,主要是因为上部结构刚度条件具有差异性。应对上部结构各种刚度条件加以全面的考虑,并进行大量的数值计算,从而获取到基础埋深对土体与结构共同作用体系的动力特性与反应影响的规律。
2.2结构计算参数的选择
具体有以下三方面:首先,选择合理的地震力振型组合数;其对于高层建筑,在没有采取扭转耦联计算方式时,应取3,如果振型系数已经超出了3,那么,应取3的倍数,不过决不能比房屋层数高,在《建筑抗震设计规范》中有明确的规定,一个合理的振型个数通常能够取振型参与质量达到总质量的百分之九十所需的振型数。目前,中国建筑科学研究院已经具备了这一功能,能够及时的将这种参与质量的比值全面的输出。同时,通过耦合计算的地震剪力要比非耦合计算小,只有其结构发生极为明显的扭转时,才可以采用耦合计算的方式进行,必要时应采用非耦合计算加以补充。其次,框架结构或荷载最不利布置与组合;如果活荷载较大,那么,是否对活荷载进行最不利布置、组合,会严重的影响到计算全面的反映出来,很有可能导致结构不安全。并且在PKPM中难以将荷载规范表4.1.1中的第1(1)与第1(2)~12项进行明确的区分,无法满足荷载规范区分不同荷载类型采用各种楼面荷载折减系数的具体要求。所以,在对结构计算过程中,应对各种构件进行区分,然后进行分布计算,并且当荷载输入时,应进一步折减楼面活荷载。
3.结论
综上所述可知,本文论述了高层民用建筑结构设计过程中存在的问题,并针对问题制定了有效的措施,以确保结构设计具有较高的准确度、安全性以及较好的经济合理性。由于笔者能力有限,本文的论述不是很全面,以期相关人员提出宝贵的意见。
参考文献:
[1] 倪荣荣.高层建筑结构设计若干问题探讨[J].才智,2011年23期.
[2] 陈娟,王晓霞,李谦.高层建筑结构的若干关键设计分析[J].科技致富向导,2011年20期.
[3] 卜永庆.高层建筑结构分析与设计[J].中国新技术新产品,2011年14期.
【关键词】 民用建筑;结构设计
中图分类号:TU318文献标识码: A 文章编号:
引言
民用建筑作为人们居住的载体,与人们的生产、生活密切相关,民用建筑结构设计直接关系到民用建筑的质量,并影响着建筑物本身的经济性、安全性、舒适性和耐久性。当前, 民用建筑设计追求“以人为本”, 这就要求结构设计人员设计思想的开拓和设计方法的创新。
一、现代民用建筑结构设计的概念
简而言之,结构设计就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。结构语言包括墙、柱、梁、板、楼梯地基等结构元素,然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。
二、结构抗震的概念设计
结构抗震的概念设计是指通过地震对建筑结构的整体效应来有效地解决建筑结构设计中存在的基本问题,具体包括分析建筑结构的破坏机制和过程。结构抗震的概念设计要立足于建筑结构的整体布局上,加强对关键部位的设计细节,在整体上提高建筑结构的抗震能力。民用建筑是人们生活的主要场所,对它的抗震能力要制定高标准,严要求,民用建筑的结构设计中的抗震概念设计非常重要。
三、现代民用建筑结构设计的关键技术
3.1异形柱框架结构
在结构设计中,原则上要求框架结构的柱采用矩形柱,这是因为矩形柱的受力能力较好、传力途径明确,在长期的工程实践中积累了大量的经验,计算理论较完善,所以矩形柱的理论更接近实际。但随着近年来,民用建筑的高层化,使矩形柱的柱截面增大,在房屋内部的布置和使用上造成影响,在装修中,造成了使用面积的浪费。异形柱框架结构解决了这个问题。
所谓异形柱框架就是根据墙体布置情况,将柱截面做成“L”“T”“+”形,也有采用“Z”形。“L”形多用于墙的转角部位,“T”形截面多用于纵横墙交接处,柱肢宽度最适宜用与墙体相同的厚度,使得柱表面与、墙体表面平齐。
3.2预应力混凝土大板结构技术的应用
预应力大板结构是在柱与柱之间布置明梁,楼板采用预应力大板,并在预应力大板上直接布置隔墙的结构体系。随着预应力技术的成熟和广泛运用,预应力材料和施工费不断下降,我国高层建筑转换层结构中采用预应力技术的情况越来越多。预应力结构解决了难看的室内次梁景观的问题,让装修时室内布局的改造和建筑平面布置更加灵活,满足了住户个性化的要求。
3.3 短肢剪力墙的广泛应用
短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度 5 — 8倍的剪力墙结构。常用的短肢剪力墙有“T”字型、“L”字型、“十”字型“一”字型等。在短肢剪力墙结构中,剪力墙能利用间隔墙位,结合建筑平面灵活布置,避免与建筑使用功能发生矛盾。链接隔墙的梁,可以隐藏在间隔墙的竖向平面内。这种新的结构解决了普通框架和普通剪力墙的建筑难题,受到建筑界的肯定,得到广泛的运用。
3.4 钢结构在民用建筑上的运用
钢铁工业的迅速发展,给建筑钢结构建设事业提供了丰富的物质资料。相比砖混结构和混凝土结构,钢结构在民用建筑中有四个明显的优点:一是钢结构自重轻,可以较大程度上减少土、沙、石的用量,综合经济效益好;二是钢材强度高,在民用建筑设计中可采用大开间布置;三是钢结构民用建筑施工周期短,可以加快资金周转,提高建筑工程投资效益;四是钢结构建筑的环保效果好,具有较高的性价比,有利于进行产业化发展,极大的促进新型材料在建筑业的运用,带动钢铁工业的发展。
四、民用建筑结构设计存在的问题
4.1部分结构设计不够科学合理
结构设计不够合理的原因是没有按照建筑抗震设计的规定严格执行,不按照规定进行荷载的取值计算现象十分严重,计算结果超过结构强度本身,建筑物的质量严重不合格。
4.2建筑地基规划不科学
地基的规划和设计对整个民用建筑的地上结构的设计起到重要的指导作用。当前民用建筑的高层化趋势非常明显,但为了追求建筑物外形和内部户型设计的美观以吸引消费者,建设单位对地基的情况并没有加以重视,这对建筑物的质量是个很大的威胁,另外,由于工程建筑的不同地理环境和不同建筑方案,地基设计是否合理对后期的工程建筑影响较大,不合理的地基设计在后期可能会造成投入的增加。
4.3民用建筑的内部结构设计不合理
在实际的民用建筑设计工作中,设计人员不是从业主的实际生活需要进行建筑的内部结构设计,住宅中的各个生活区间面积不够合理,不能充分发挥建筑的功能性。
4.4设计深度不合规定
在实际的民用建筑中,结构设计图纸的偷工减料、设计粗糙、缺少配套系统、责任限定模糊等现象层出不穷,设计人员自身素质低下是其中一个原因,建设商为节省建筑投资,扩大利润也是主要原因之一。
4.5材料选用和结构体系不合理
材料的选用和建筑物的结构体系是重要的工程要素。在高层民用建筑上,应尽量采用钢管混凝土结构或钢骨混凝土结构等,以减少柱基断面的尺寸、提高防震效果。很多实际的建筑工程中都出现了规则性差以及抗震结构不利等现象,楼层错层现象也时有出现,所以在高层建筑上,为达到规定的防震要求,对高层结构不提倡采用复杂结构,这是为了防止楼板开洞过大而导致的结构不规则,从而影响了结构的抗震效果。
五、民用建筑结构设计原则
5.1严格遵守有关规章制度
在民用建筑结构设计中,应严格按照各级政府的规章制度。根据在建工程的具体情况,积极采用成熟的新技术、新材料、新工艺,在保证工程质量的同时做到安全适用、经济合理、保护环境、
5.2做好设计前的调查研究工作。
在进行结构设计前要对施工环境、施工技术条件、工程特点等进行深入的调查研究,根据工程的实际情况,合理的使用新技术、新材料、新结构进行结构设计。
5.3确保结构的安全性
结构安全性是结构在各种因素作用下防止破坏倒塌的能力。是结构设计首先应保证的目标。它的内容主要包括构件的承载能力的安全性,结构的整体牢固性和结构的耐久安全性。在关键的结构部位,或施工操作有难度的部位,应适当的留有余地,以保证结构设计的安全度。
六、民用建筑结构设计中需要注意的问题
6.1结构设计应与建筑专业密切配合,建筑的开间、进深、层高尺寸及选用的构件类型,应尽量减少型号,每一配筋构件尽量减少钢筋规格以利于建筑工业化及现场施工方便。
6.2建筑结构设计应根据建筑物的耐火等级、材料的燃烧性,在建筑专业的有关防火设计规范中的要求下,正确合理的选择结构构件的材料,正确选择结构构件的保护层及保护作法。
6.3在结构设计中采用的新技术和新材料,应由国家认可的检测机构进行试验论证,出具检测报告,并经有关部门组织的审查审定后方可使用。
6.4制定结构设计执行技术岗位责任制,把责任落实到每个负责人的头上,权责明确,提高设计人员的责任意识,确保结构设计的合理性、准确性。
七、结语
民用建筑的结构设计对民用建筑的质量和使用都有着重要的作用,虽然目前。我国在民用建筑结构设计上已经取得较大的进步,但由于社会环境和科学技术等原因,在这方面仍然存在着不少的问题,这需要我们的建筑设计人员的不断钻研和努力,在实践中不断积累经验,学习新技术,为民用建筑结构设计上存在的问题的解决贡献自己的才智,以提高我国民用建筑结构的设计水平,进而使我国建筑质量有质的飞跃。
参考文献
【1】孔雅莎.建筑结构设计杂谈[J].建筑结构,2006(3).
关键词:高层;民用建筑;结构设;问题
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.
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
根据建筑使用的材料,我国的高层建筑采用的主体结构有砌体结构、混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构等类型。钢混结构应用民用建筑结构设计中,对混凝土的收缩和徐变变形影响不容忽视,在使用荷载和环境条件下的对裂缝开展深入的研究和设计,以及对大跨度钢混凝土受弯和大偏压构件的刚度、挠度影响,因为在某些特殊情况下这些因素同样将影响主体结构的使用和安全性。
一、 当前我国高层民用建筑结构设计现状分析
以民用住宅建筑来看,由于民用建筑高度不断攀升,从经济适用性和应用普及来看,近几年来,与大多高层商业建筑采用钢结构不同的是:民用高层建筑结构主体更多采用钢-混结构进行高层民用建筑的建造和设计。而近几年针对民用高层建筑采用主体结构的是以钢结构还是钢-混结构为主攻方向的争议就没有停止过。推崇钢结构为主攻方向的一部分学者认为:在当前住宅产业化趋势之下推行钢结构具有: 赞同强度高、自重轻、施工速度快、防潮、抗震性能好,便于安装和拆卸(便于实施产业化住宅实施以及二次优化设计),但钢结构存在防火和腐蚀的典型问题,而作为民用建筑住宅的成本来看,钢结构的经济成本较高。
随着近年我国房地产业发展以及国家对抗震等硬性指标的规范,以往砖混结构的住宅正在逐渐被钢-混结构所替代,虽然钢-混结构较之砖混结构成本会高出很多,但在抗震等规范指标下与钢结构主体比较成本要低出许多。这也是近年来我国民用高层住宅建筑多采用钢-混住宅结构的因素之一。
二、高层民用建筑结构的设计原则
1.结构坚固、耐久
除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外,对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计,都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。
2.应用先进技术
在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式,从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。
3.合理降低造价
各种构造设计,均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益,即综合效益。在经济上注意节约建筑造价,降低材料的能源消耗,又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量,不能单纯追求效益而偷工减料,降低质量标准,应做到合理降低造价。
4.注意美观大方
建筑物的形象除了取决于建筑设计中的体型组合和立面处理外,一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修,各种转角、收头、交接处的接头设计.都应合理处理.并相互协调,注意美观大方。
三、影响高层民用建筑结构设计的主要因素
1.外力作用的影响
作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载(如结构自重)和活荷载(如人群、家具、风雪及地震荷载)两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础,起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素,风力随着地面的不同高度而变化,在沿江沿海地区,风力影响更大,设计时必须遵照有关设计规范执行。
地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动;横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动[2]。但这三个方向的运动并不同时产生,其中横波的振动往往超过风力的作用,所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示,震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的,释放能量愈多,地震越大,震级也愈高。故震级是地震的大小指标。
在进行建筑物抗震设计时,是以该地区所定地震烈度为依据,地震烈度是指在地震过程中,地表及建筑物受到影响和破坏的程度。
2.气候条件的影响
我国各地区地理位置及环境不同,从炎热的南方到寒冷的北方,气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂;有的部位出现渗漏水现象;有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时,应该针对建筑物所受影响的性质与程度,对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。
3.各种人为因素的影响
人们在生产和生活活动巾,往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响[3]。故在进行建筑构造设计时,必须针对这些影响因素,采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施,以防止建筑物遭受不应有的损失。
四、高层民用建筑结构设计中的主要问题分析
1.框架柱剪力调整
关键词:高层民用建筑结构设计
中图分类号:TU97文献标识码: A
根据建筑使用的材料,我国的高层建筑采用的主体结构有钢筋混凝土结构、钢结构和型钢混凝土混合结构等类型。其中钢筋混凝土结构应用最为普遍,但混凝土的收缩和徐变变形对结构的影响不容忽视,并应在使用荷载和环境条件下对裂缝开展深入的研究和设计,以及对大跨度钢筋混凝土受弯和大偏压构件的刚度、挠度影响,因为在某些特殊情况下这些因素同样将影响主体结构的使用和安全性。
一、 当前我国高层民用建筑结构设计现状分析
以民用住宅建筑来看,由于民用建筑高度不断攀升,从经济适用性和应用普及来看,近几年来,与大多高层商业建筑采用钢结构不同的是:民用高层建筑结构主体更多采用钢筋混凝土结构进行高层民用建筑的建造和设计。而近几年针对民用高层建筑采用主体结构的是以钢结构还是钢筋混凝土结构为主攻方向的争议就没有停止过。推崇钢结构为主攻方向的一部分学者认为:在当前住宅产业化趋势之下推行钢结构具有材料强度高、自重轻、施工速度快、防潮、抗震性能好,便于安装和拆卸(便于实施产业化住宅实施以及二次优化设计),但钢结构存在防火和腐蚀的典型问题,而作为民用建筑住宅的成本来看,钢结构的经济成本较高。
随着近年我国房地产业发展以及国家对抗震等硬性指标的规范,以往砖混结构的住宅正在逐渐被钢筋混凝土结构所替代,虽然钢筋混凝土结构较之砖混结构成本会高出很多,但在抗震等规范指标下与钢结构主体比较成本要低出许多。这也是近年来我国民用高层住宅建筑多采用钢筋混凝土住宅结构的因素之一。
二、高层建筑结构体系介绍
钢筋混凝土结构是当前大部分高层建筑采用的结构体系,它包括框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构等,其中框架剪力墙结构和剪力墙结构在实际当中应用较多。
1剪力墙结构
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能够承担各类荷载引起的内力,并可以有效地控制结构的水平力,用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构。
一般采用平面布置形式,并且剪力墙应双向或多向布置,原因是剪力墙受竖向和水平方向荷载的共同作用。另外,该结构体系全部由剪力墙组成,那么它的刚度要比框架剪力墙结构更好,适用于40层以下的的高层民用建筑。还有,该结构的高宽比应不大于6,高度上还要考虑抗震的要求。
2 框架剪力墙结构
框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的一种结构体系。这种结构体系的受力特点是,剪力墙承受水平荷载,而框架承受竖向荷载,两者合理分工,共同受力。在设计中,剪力墙要均匀布置在建筑物的周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大的部位。此外,该结构以框架结构为主,剪力墙为辅助体系,所以此结构体系通常用25层以下的建筑,最高也不要大于30层。
3 框架结构
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重,仅起到围护和分隔作用,一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。
三、影响高层民用建筑结构设计的主要因素
1.外力作用的影响
作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载(如结构自重)和活荷载(如人群、家具、风雪及地震荷载)两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础,起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素,风力随着地面的不同高度而变化,在沿江沿海地区,风力影响更大,设计时必须遵照有关设计规范执行。
地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动;横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动。但这三个方向的运动并不同时产生,其中横波的振动往往超过风力的作用,所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示,震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的,释放能量愈多,地震越大,震级也愈高。故震级是地震的大小指标。
在进行建筑物抗震设计时,是以该地区所定地震烈度为依据,地震烈度是指在地震过程中,地表及建筑物受到影响和破坏的程度。
2.气候条件的影响
我国各地区地理位置及环境不同,从炎热的南方到寒冷的北方,气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂;有的部位出现渗漏水现象;有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时,应该针对建筑物所受影响的性质与程度,对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。
3.各种人为因素的影响
人们在生产和生活活动中,往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时,必须针对这些影响因素,采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施,以防止建筑物遭受不应有的损失。
四、民用建筑中结构的新技术发展趋势
1 钢结构民用建筑的推广随着钢铁工业的迅猛发展,为建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。钢结构与砖混结构和混凝士结构相比,在民用建筑建筑中应用主要有三个优点:①由于钢材强度高的特点,民用建筑设计可采用大开间布置。而砖混结构和钢筋混凝土结构由于材料的性质,限制了空间布置的自由。如果结构跨度过大,就会造成构件尺寸加大,不但影响美观,而且造成结构自重增大,增加了造价。②民用建筑采用钢结构体系产生的综合经济效益较好。由于钢结构民用建筑自重轻,约为砖混结构的65%,因此减少了土、沙、石的用量。不仅适用于软弱地基,在其他地基条件下,也同样可以大大减少基础造价。钢结构民用建筑施工周期短,可以大大提高投资效益,加快资金周转。③钢结构建筑具有较高的性价比,有利于环境的可持续发展、适宜产业化发展,极具发展前途,可带动钢铁产业和新型材料产业的发展。
2 短肢剪力墙的广泛应用短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度5~8倍的剪力墙结构,其吸收了框架结构的优点,发展形成的民用建筑结构型式。常用的短肢剪力墙有“T”字型、“L”字型、“十”字型、“一”字型等。在这种结构里剪力墙能结合建筑平面,利用间隔墙位置灵活布置,可选择的方案较多,能避免与建筑使用功能发生矛盾。而连接各墙肢的梁随墙肢位置也可隐蔽设于间隔墙竖向平面内。短肢剪力墙结构里剪力墙数量的多少,墙肢的长短主要由结构抗侧力的需要而决定。这种新的结构克服了普通框架和普通剪力墙结构的一些缺点,得到了建筑师、开发商和广大住户的肯定与欢迎。
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
中图分类号:TU318 文献标识码: 文章编号:
一、高层民用建筑结构的设计原则
1.结构坚固、耐久。除按荷载大小及结构要求确定构件的基本断而尺寸外,对阳台、楼梯栏杆、顶棚、门窗与墙体的连结等构造设计,都必须保证建筑物构、配件在使用时的安全。 2.应用先进技术。在进行建筑构造设计时、应大力改进传统的建筑方式,从材料、结构、施工等方面引入先进技术、并注意因地制宜。
3.合理降低造价。各种构造设计,均要注重整体建筑物的经济、社会和环境的三个效益,即综合效益。在经济上注意节约建筑造价,降低材料的能源消耗,又要有利于降低经常运行、维修和管理的费用。还须保证工程质量,不能单纯追求效益而偷工减料,降低质量标准,应做到合理降低造价。 4.注意美观大方。建筑物的形象除了取决于建筑设计中的体型组合和立面处理外,一些建筑细部的构造设计对整体美观也有很大影响。例如栏杆的型式、阳台的凸凹、室内外的细部装修,各种转角、收头、交接处的接头设计.都应合理处理.并相互协调,注意美观大方。
二、影响高层民用建筑结构设计的主要因素
1.外力作用的影响 作用在建筑物上的各种外力统称为荷载。荷载可分为恒荷载(如结构自重)和活荷载(如人群、家具、风雪及地震荷载)两类。荷载的大小是建筑结构设计的主要依据。也是结构选型及构造设计的重要基础,起着决定构件尺度、用料多少的重要作用。风载是高层建筑水平荷载的主要因素,风力随着地面的不同高度而变化,在沿江沿海地区,风力影响更大,设计时必须遵照有关设计规范执行。 地震荷载也是主要荷载。地基土的纵波使建筑物产生上下颤动;横波使建筑物产生前后或左右的水平方向的晃动。但这三个方向的运动并不同时产生,其中横波的振动往往超过风力的作用,所以地震力产生的横波是建筑物的主要侧向荷载。地震的大小用震级表示,震级的高低是根据地震时释放能量的多少来划分的,释放能量愈多,地震越大,震级也愈高。故震级是地震的大小指标。在进行建筑物抗震设计时,是以该地区所定地震烈度为依据,地震烈度是指在地震过程中,地表及建筑物受到影响和破坏的程度。
2.气候条件的影响 我国各地区地理位置及环境不同,从炎热的南方到寒冷的北方,气候条件有许多差异。太阳的辐射热、自然界的风、雨、雷、霜、地下水等构成了影响建筑物的多种因素。有的构、配件因热胀冷缩而开裂;有的部位出现渗漏水现象;有的因室内过冷或过热而妨碍工作等等.放在进行构造设计时,应该针对建筑物所受影响的性质与程度,对各有关构、配件及部位采取必要的防范措施.如防潮、防水、保温、隔热、设伸缩缝、设隔蒸汽层等等。以防患于未然。
3.各种人为因素的影响 人们在生产和生活活动中,往往遇到火灾、爆炸、机械振动、化学腐蚀、噪声等人为因素的影响。故在进行建筑构造设计时,必须针对这些影响因素,采取相应的防火、防爆、防振、防腐、隔声等构造措施,以防止建筑物遭受不应有的损失。
三、高层民用建筑结构设计过程中存在的问题
1.天然地基承载力与基础埋深的确定问题 首先是地基承载力的确定存在误差 ;在对地基承载力进行确定时不仅要对其性质加以充分的考虑,而且还要充分的考虑基础的埋置深度以及宽度,地基承载力会随着基础埋置深度的加深以及基础宽度的加大而逐渐的提高。但是如果属于软弱基地,那么将会使得地耐力取值进一步提高存在安全隐患。其次基础埋深通常从室外地面标高开始算起;填方区域应在填土后才可进行挖槽,可从填土面开始算起,填土主要是在上部结构而完成的,从天然地面标高开始算起。如果地下室采用的是箱形基础,那么基础埋深应从室外地面标高开始算起;比如分离式的基础的地下室也就是说内墙与内柱基础,具体埋置深度应从室内地面开始算起;而地下室外墙基础应采取室内与室外计算埋置深度的平均值。不过实际设计过程中通常没有考虑天然地面室外设计地面标高间存在的不同和填土的规范施工顺序,只一味的按照设计室内地面标高算起。这样一来就会使得基础计算埋深值进一步增大,最终导致按照深度调整后的地基承载力也较大,安全系数低。
2.结构计算存在的问题 建筑物结构计算存在的问题是荷载取值不够合理、验算底框砌体结构方面的问题以及结构周期折减系数的确定。如高层民用框架的建筑一般在采取独立的基础上以及其地基受力部位不具备软弱粘性土层的情况下,那么就非常有必要对地基的抗震承载力加以验算,在对其基础进行设计时,应充分的考虑风荷载的作用。因此必须将风荷载输入到高层民用建筑中。只有具有均匀的刚度时方可采用底部剪力法,假如其结构中存在薄弱层应充分考虑其因塑性变形集中所带来的影响;此外由于框架结构等都有填充墙,因此它的实际刚度要高于计算时的刚度,但其实际周期比计算周期小,因此最终所计算出的地震剪力通常较小,使得结构潜在了安全隐患,唯一的解决办法就是折减计算周期。
四、加强高层民用建筑结构设计措施
1.对地基承载力宽度与深度修正 在对地基承载力宽度与深度进行修正时,应结合工程具体情况,根据《建筑地基基础设计规范》中的规定、基本原理以及理论,明确基础埋置深度的取值,特别对于部分特殊情况,应充分的分析,合理的进行取舍。在施工中要求基础完成时还要在上部结构施工前回填完成,回填土应进行分层夯实。实际上地基承载力就是地基同时满足强度以及变形这两个条件时,单位面积所能承受的最大荷载。一般情况下上部结构体型较为简单,整体刚度较大,如果地基不均匀沉降有着极强的适应性,那么地基承载力就可取高值;如果基础宽度大,埋置深度深,那么地基承载力就会有所提高;高层建筑为了使得地基具有较好的稳定性,避免建筑物滑动与倾覆,通常都会要求基础整体刚度要大,埋置深度深,可采用箱形基础。另外基础埋深对于地基土体及上部结构所组成的相互作用体系的动力特性与动力反应有着一定的影响;各个学者在对这一问题进行研究后,所得出的结论存在着一定的差异,主要是因为上部结构刚度条件具有差异性。应对上部结构各种刚度条件加以全面的考虑,并进行大量的数值计算,从而获取到基础埋深对土体与结构共同作用体系的动力特性与反应影响的规律。
2.结构计算参数的选择 具体有以下三方面:首先选择合理的地震力振型组合数;其对于高层建筑,在没有采取扭转耦联计算方式时,应取3,如果振型系数已经超出了3,那么应取3的倍数,不过决不能比房屋层数高,在《建筑抗震设计规范》中有明确的规定,一个合理的振型个数通常能够取振型参与质量达到总质量的百分之九十所需的振型数。目前中国建筑科学研究院已经具备了这一功能,能够及时的将这种参与质量的比值全面的输出。同时通过耦合计算的地震剪力要比非耦合计算小,只有其结构发生极为明显的扭转时,才可以采用耦合计算的方式进行,必要时应采用非耦合计算加以补充。其次框架结构或荷载最不利布置与组合;如果活荷载较大,那么是否对活荷载进行最不利布置、组合,会严重的影响到计算全面的反映出来,很有可能导致结构不安全。在对结构计算过程中,应对各种构件进行区分,然后进行分布计算,并且当荷载输入时,应进一步折减楼面活荷载。
五、结束语
民用建筑的结构设计是一个复杂的系统,其中存在的问题涉及到方方面面,要解决好这些问题就需要丰富的经验和先进的理论知识,在此前提下,建筑结构设计师通过综合考虑各方面设计因子,并与各种规范进行多重整合,运用科学的设计理念,做到建筑设计与结构设计的紧密结合,选择合理的结构体系,这样才能设计出真正满意的建筑。
参考文献:
【关键词】民用建筑;结构设计;问题;设计要点
智能建筑的兴起,对民用建筑规划设计也提出了更高的要求。社会群众的生活和民用建筑的设计有很大关系,同时,结构设计会对建筑的质量产生很大的影响。我国的民用建筑具有明显的内涵和特征,转变了以往单一的住房设计,对建筑的舒适性、宜居性、耐用性、环保经济性和安全性有了更高的要求,因此,应该在综合了信息学科、控制学科、材料学科、建筑学、美学、电工学科之后,对民用建筑的内部结构进行综合性的规划。结构设计是直接决定着建筑物的安全和舒适度以及其功能是否能充分发挥的关键因素。在实际的案例中,经常可以看到因为设计出错带来的各种建筑问题。本文阐述了民用建筑结构中的相关问题,分析在社会主义建设的新时期,民用建筑结构在设计方面的新要求,最终从运用钢结构、个性化设计和局部设计等几个方面对民用建筑的结构设计进行了讨论,并且对设计中存在的问题进行了深入的分析。就建筑结构设计的概念及基本内容进行了简要的阐述。
一、新时代对民用建筑结构设计的新要求及基本内容
民用建筑指的是将居住作为主要目标的建筑,在结构设计的过程中具有复杂的环节和重大的责任,会对人民的日常生活产生很大的影响,随着我国城市化水平的不断增加,对结构设计的需求也不断增加,民用建筑和其它的建筑不同,将居住作为主要的目的,因此,对厨卫面积、采光和通风等有很高的需求。随着社会对环境保护和绿色建筑的日益重视,在设计民用建筑结构的过程中,应该增加环境保护的理念,将环境适用和经济安全作为设计的指导性理念,对整体的概念设计进行把握。
结构设计就是使用结构的语言形式来表达出设计者(设计专业技术人员)的设计理念。而所谓的结构语言就是指一种提炼出的结构元素。这个结构元素包含了很多方面,有墙、柱、梁、板以及楼梯等等。通过这些结构元素的运用来组成建筑物的一个结构体系以及承重体系等。简要的说,结构设计也分为基础设计、上部结构设计以及下部结构设计。
建筑结构中的基本内容又包括两个方面,一是结构设计的程序。在一个建筑的设计中,除了结构设计以外,还有给排水设计以及暖气通风设计、电气设计等等。无论是哪个部分的设计都要求具备美观性、功能性以及经济性和环保性的特征。建筑物要想有效的发挥其功能,就必须在建筑结构设计上格外注意,因为这也是保证建筑物质量的一个基础;二是结构设计的要求。对于建筑物结构设计的计算要求对构件在正常状态和极限承载能力的状态下进行计算。例如疲劳强度的验算等。如果有多种的作用力同时发生在构件上,那么必须对构件在各种作用力下的效应进行仔细的分析,将最不利的组合考虑进去。对于抗震的设计也是非常重要的,我国对于抗震设防的烈度一般在六到九度,还可以根据建筑物所在地区的不同以及建筑物的结构类型和高度等实际情况采取不同的抗震等级标准。而抗震等级不同,那么在计算和构件等方面的要求也就有所不同。
二、民用建筑结构设计中存在的问题
在我国民用建筑结构设计中存在着设计不合理的现象,一些设计将底层设计为很大的空间,没有抗震墙,最终使结构体系不完善,有很大的安全隐患,没有明确的传力,在一些抗震分类当中,选择了不合适的抗震场地,最终导致了整个设计结构的错误,在一些混凝土配件之中,存在着配筋率不合格的现象,计算书和结构设计不一致,使结构强度降低,存在着安全隐患。在设计的过程中,一些设计人员偷工减料,设计的十分粗糙和简单,在施工图之中应该使用的大样图、系统图存在着漏洞,不能对工程的整体面貌进行反映,在设计之中没有对消防、耐火等级、安全等级、工程类别和设计依据等进行明确的交代和标明。
1.部分结构设计不够科学合理。一部分的结构设计存在较大的安全隐患,没有按照我国的建筑抗震设计的相关规定执行。有些建筑的底层需要设计成一个较大的空间,因而缺少抗震墙,并且上部与底部的抗震墙也没有对齐,使得其结构体系不合规范,不符合力学原理。更有甚者,在设计中将抗震和场地的分类搞错,致使整体的结构设计都出现错误。对于一些类似悬挑构件的混凝土构件,最小配筋率都不符合规定,甚至相差一半或者一半都不到。在计算荷载取值时不按照规定来确定的现象比较严重,而且一些结构设计的计算书明显与其不符,计算结果远大于其结构强度,使得建筑物存在较大的质量威胁。
[关键词]高层民用建筑结构体系 结构设计 控制参数
前言
有市场就必然有竞争,建筑行业也不例外。随着生活水平的不断提高,人们在对民用建筑的也要求越来越高,如何设计出舒适、安全、环保的高层住宅,以满足消费者的需,是设计师们当前要面对解决的首要问题。笔者结合自己的设计经验,对高层民用建筑结构设计中常出现的问题进行了总结。
1.高层建筑结构体系介绍
钢筋混凝土结构是当前大部分高层建筑采用的结构体系,它包括框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构等,其中框架剪力墙结构和剪力墙结构在实际当中应用较多。
1.1剪力墙结构
剪力墙结构(Shearwall Structure)是用钢筋混凝土墙板来代替框架
结构中的梁柱,能够承担各类荷载引起的内力,并可以有效地控制结构的水平力,用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构。
一般采用平面布置形式,并且剪力墙应双向或多向布置,原因是剪力墙受竖向和水平方向荷载的共同作用。另外,该结构体系全部由剪力墙组成,那么它的刚度要比框架剪力墙结构更好,适用于 40 层以下的的高层民用建筑。还有,该结构的高宽比应不大于 6,高度上还要考虑抗震的要求。
1.2 框架剪力墙结构
框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的一种结构体系。这种结构体系的受力特点是,剪力墙承受水平荷载,而框架承受竖向荷载,两者合理分工,共同受力。在设计中,剪力墙要均匀布置在建筑物的
周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大的部位。此外,该结构以框架结构为主,剪力墙为辅助体系,所以此结构体系通常用于25 层以下的建筑,最高也不要大于 30 层。
1.3 框架结构
框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构,即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。采用结构的房屋墙体不承重,仅起到围护和分隔作用,一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。
2.高层建筑结构设计的控制参数选取
高层建筑设计中各种控制参数的选取将会直接影响到整个结构的安全性、合理性等。因此,合理地选取各个控制参数,不仅有助于提高结构整体的控制效率,还有助于使结构设计更加安全、经济、合理。
2.1 轴压比:为保证结构的延性要求,要限制结构的轴压比。通常采
用增大强或柱的截面或提高该层强、柱混凝土强度的办法,来调整轴压比以满足规范的要求。
2.2 剪重比:通过限制各个楼层的最小水平地震剪力来确保较长周
期的结构安全。通过增强竖向构件如墙、柱等的刚度,可以增大剪重比,解决偏小甚至与规范值相差较大的问题。
2.3 刚重比:这个的规范上限用于判断重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。如果不满足规范的下限要求,就通过调整来增强墙、柱等竖向构件的刚度来调整。
2.4 层间位移角:这个参数用来限制结构在正常使用的条件下的水平位移,以确保高层结构应具备的刚度,避免过大的位移影响到结构的承载力、稳定性和使用要求。在不满足规范要求的情况下,就只能采用调整竖向构件,增加竖向构件的刚度的办法调整。
2.5
层间位移比:此参数限制结构平面布置的不规则性,以避免贵大的偏心而导致结构产生教的扭转效应。若不满足规范的要求,则改变结构平面布置,减小结构刚心和质心的偏心距来达到规范要求。
2.6 周期比:该参数限制结构的抗扭刚度,不能太弱,结构具有必要的抗扭刚度可以减少扭转对结构产生的不利影响。一般是调整改变结构布置,提高结构的抗扭刚度,以达到规范的要求。
2.7刚度比:为了限制结构的竖向布置的不规范性,避免结构刚度
沿竖向突变,形成薄弱层,影响结构的安全性而设置此参数。
如果不满足规范的要求,就采用适当加强本层墙、柱和梁的刚度,过适当削弱上部相关楼层的墙、柱等竖向构件的刚度的方法来调整。
3.框架计算简图的处理对于无地下室的基础埋深较深的框架结构,可以在0.00m附近设置基础连系梁,以增强底层的整体性。因为基础连系梁的设计只是构造设计,根本不能平衡底部柱脚的弯矩,更不能作为上部结构的嵌固部分,因此基础顶面至一层楼盖顶面的高度显然不能作为底层的计算高度 H。那么正确的设计应该是:基础顶面至连系梁顶面的高度取做柱的H,也就是吧基础连系梁以下的部分当成一层,而把实际建筑的一层当做第二层计算,层高取连系梁顶层至一层楼面的高度。那么在计算简图时,底层柱的配筋应取基础连系梁顶面和基础顶面两个中内力较大的值进行计算。而对于带有地下室的框架结构,关键是如何合理确定上部结构的嵌固位置。但是在《建筑抗震设计规范》和《混凝土结构设计规范》中都没有明确提出具置,这就需要我们根据工程的实际情况来确定了。对于箱型基础或设计能够满足《建筑抗震设计规范》的地下室结构,可以将室顶作为框架上部结构的嵌固位置。在使用 PKPM软件进行设计时,楼层总数一栏仅输入地下室以上的实际层数即可,楼层的实际层高就是层高 H。这样的设计,在进行地震作用时和实际情况较为接近。但是如果地下结构采用的时筏板基础,嵌固位置最好选取基础顶面,因为竖向荷载的计算只计算底层的柱底处。电算时,总的层数是所有的楼层数,包括地下室,如地上 6 层,地下 2 层,那么总的层数取 8 层。这样的计算简图,地震作用相对保守,结构设计也相对安全。
4.结构计算参数的选取
4.1 地震力的振型组合系数
高层建筑的设计中,如果不考虑扭转藕联计算,那么地震力的振型组合数至少要取 3,当振型系数大于 3 时,要取 3 的倍数,但不要大于建筑的层数。SATWE 软件可以方便地计算出某种振型的参与质量与总质量的比值,《建筑抗震设计规范》提到这个比值在 90%比较合适。
4.2 框架结构的活荷载的最不利布置、组合
是否进行活荷载的最不利布置、组合对计算结果的影响很大,尤其是在活荷载较大的时候。软件给定的梁设计弯矩放大系数,不一定可以反映出工程的实际应力分布,使用它可能造成结构不安全或太保守。在PKPM 软件中不能区分荷载规范,很难实现《荷载规范》中区分荷载种类和楼面荷载折减系数的要求。处理方法是按楼面活荷载类型考虑,取相应的折减系数,这里还要考虑区分不同的构件进行分布计算,在荷载输入时将楼面活荷载折减。
结论
笔者根据多年的高层建筑结构设计的实践经验,介绍了高层建筑结构体系,同时根据高层建筑结构设计的相关规范,介绍了一些在设计中常用的控制参数,如轴压比、位移比、刚度比等的使用以及具体的调
整方法。然后以框架结构为例,大致说明了再电算中的计算参数的选
择,并重点介绍了振型组合系数等的选择。本文还指出了在高层建筑结构的设计中一些应该注意的问题,可供相关人员参考,希望可以提高设计的安全性、经济性和合理性。
参考文献
[1]高层建筑混凝土结构设计规范[S]
[2]高层建筑混凝土结构设计规范(JGJ3- 2002)补充规定[S]
关键词: 建筑,设计阶段,造价,控制
中图分类号:TU2文献标识码: A
前言:我们国家的经济水平在不断的发展,建筑在我们日常生活当中所处可见。对于建筑工程结构设计的工程造价控制,是直接影响整个工程施工质量以及安全的重要环节。建筑结构设计阶段包括方案设计、初步设计、施工图纸设计等各个环节,且直接反映整个建筑技术的构造状态。我们必须要采取针对性的措施予以控制,才能有效的降低投资,实现设计的最终目标―适用、安全和经济。
1、建筑结构设计
建筑结构设计主要分成三个阶段:包括结构方案阶段、结构计算阶段、以及施工图设计阶段,而其中的结构方案阶段的相关内容主要是根据建筑重要性、建筑场地类别、建筑高度和楼层层数、建筑所在地的抗震设防烈度要求等对建筑结构的形式进行确定,再根据不同结构的相关要求和特点对结构受力构件与承重体系进行布置并计算出满足结构要求的各项参数。
2、 项目设计阶段工程造价控制的现状
2.1 重技术轻经济,对设计阶段造价控制认识不足。
a. 就中国当前的建设项目管理的现状来说,建设单位经济意识欠缺,忽略经济效果评价,只注重在评审阶段加强方案的优化和技术可行性的论证。认为在施工阶段管理不规范是导致项目成本高的主要因素,只需要提高项目施工阶段的管理就可以解决该问题。特别是随着多元化的投资主体,建筑市场竞争异常激烈,许多业主为占得先机,抢下项目,肆意打破工程项目建设的客观规律,压缩项目的设计周期和环节。在这种条件下设计出的项目设计深度不够,先天不足,使项目投资从源头上失控。
b. 设计单位不注重设计的经济效果评价,只追求设计工作量和经济效益。过于注重建筑外观造型设计,盲目追求造型上高标准和新、奇、异,而忽视经济指标和成本控制工作。另外,为使投资方、建设方满意,只追求进度,致使各专业不配套,矛盾重重,更有甚者为获取项目而故意瞒报工程投资。
c. 设计人员综合素质不高,缺乏创新意识。
在设计中,设计师缺乏经济观念、设计理念保守,结构可靠性要求过度,对传统施工工艺和施工技术过度依赖,缺乏对先进施工工艺和施工技术深入学习和理解。
2.2 设计阶段监督机制缺乏保障。
当前,在项目设计阶段实施监督机制的推行力度是不够的。在已推行的试点项目中,大都因经济、费用、人才等各种原因,根本未能真正实行,只能将监控重点停留在施工阶段。这样的监督机制形同虚设,根本无法从源头上对项目进行
成本控制,严重阻碍了建设监理良性机制的形成。
3)现行设计收费模式制约了工程造价控制。我国目前主要有两种设计收费模式: a. 以设计概算额为基数,乘以国家规定的设计费率;
b. 按工程类别分类,以建筑面积为基数,乘以相应的数值计算。这两种收费模式均只体现设计的量价关系,无法反映设计深度,体现优质优价的原则,使设计单位缺乏优化设计方案,进行工程造价控制的源动力。,墙置,及合理的设计参数。
3、工程造价影响范围
3.1建筑结构设计方案
建筑结构设计方案决定着施工技术、施工设备、建筑材料质量和规格的选择,而这些作为工程投资主要的运用对象需要选出最佳的设计方案确保建筑工程日后验收的顺利,此外设计方案对整个工程投资的成本控制也有较大影响,针对不用的建筑功能,选取与之相配的结构形式。
3.2建筑结构设计过程
建筑结构设计过程中主要是对建筑结构细部设计产生影响,即设计工程师依据实际施工图纸在设计过程中进行一些细节的调整工作从而影响工程造价,譬如建筑工程实际的结构要求对钢筋的种类、混凝土的强度等级及填充墙体的性质等进行确定,而这些设计细节将对整个工程质量及工程投资成本产生重要的影响,另外,根据建筑施工图纸对外立面不用的造型要求,结构设计时也会对工程造价产生重要的影响,比如做一些高大的女儿墙,坡屋面,还有一些为了美观而对立面做出一些特殊的要求,这些都会对工程造价产生不小的影响。当然,由于结构设计人员对于建筑做法和功能的不清楚,也会造成在结构设计时荷载取值的不合理,从而造成设计的浪费或设计配筋不足。
4、民用建筑结构设计阶段工程造价存在问题
4.1经济合理性与技术先进性认识的缺乏
随着时展设计逐渐趋于市场化而设计费用则来自业主收费制,这使得建筑的设计要求必须满足业主的相关需求,在设计的阶段存在重视技术而忽略经济性的问题,导致对结构选型不合理,造成设计不经济。另外,设计中经常会遇到为迎合甲方要求,导致设计阶段存在片面追求新奇而对建筑功能和造价的忽略。
4.2初步设计与方案设计深度的缺乏
就目前来说很多的方案设计除了几张平面图或者立体效果图并无详细尺寸等相关数据,这使得投资只能进行估算,并不具备一定的准确性。而初步设计阶段即便有结构和水暖电的设计也大都存在设计深度不够,并未对建筑设计实行细化的设计从而对荷载大小无法确定,对整个工程预算起不到作用。
5、民用建筑结构设计阶段工程造价的控制手段
5.1对民用建筑结构的设计类型进行优化
因民用建筑结构类型存在不同其所需的技术人员、建筑材料、施工技术也就存在着差异,其成本支出和工程造价也受到影响。举例来说一栋高层的写字楼如采用框架一剪力墙,其空间较大且费用较低,当采用部分框支剪力墙结构,则框支层以下部分空间较大,而框支层以上部分空间则不适合做为写字楼,宜做为住宅使用,但框支层施工技术变得复杂使得费用较高。因此对建筑结构设计阶段工程造价的控制手段之一就是对建筑结构的设计类型进行优化,使建筑功能和建筑
结构达到最优,从而使整个建筑工程造价得到一定的降低促进经济效
益的提高。
5,2对民用建筑结构的基础设计进行优化
所谓基础设计指的是民用建筑地基结构的设计,基础设计的稳定性关系到整个建筑结构的安全,而其造价则通常在整个工程造价中占到10%至30%左右,因此对建筑地基基础进行设计的结构设计师要对地基以上的结构形式和力学特性进行认真分析,并对建筑场地地质资料和地形条件进行认真的分析,从而选择合理的基础形式及地基处理形式,使基础满足上部结构的要求并符合相关规范。
5.3对民用建筑结构的上部结构设计进行优化
就上部结构来说是指地面以上民用建筑结构且该部分作为建筑构架设计主体部分关系到各类材料、管道、钢筋混凝土的墙体结构和梁板结构等的设计和应用,对建筑结构的上部结构设计进行优化需要选用灵活的结构形式,尽可能的选用轻质建筑材料以及选择符合规范要求的合理的尺寸。具体来说不同结构形式具有不同特点且适用的建筑物类型和规模也是不尽相同,一般来说高度小于24m的建筑宜采用的是框架结构或砌体结构,且钢筋混凝土用量的减少可以使结构设计在满足设计要求的同时可对工程造价作进一步的降低,而高度大于24m小干60 m的建筑则通常采用框架结构,框架一剪力墙结构和剪力墙结构;结构设计时应尽量选用轻质建筑材料做为墙体材料,譬如加气混凝土砌块和非承重空心砖,它们可以使墙体重量得到降低并使建筑物梁体与地基荷载得到减少,这在一定程度上可以使工程造价得到降低;就尺寸来说包括楼板厚度、混凝土墙体厚度、柱子和梁截面尺寸等需要进行合理的选取,避免过多过大使建筑物荷载增加或
者过少过小使建筑物的强度和刚度过小而不符合结构设计的要求,必须根据实际需求把各种建筑材料都控制在设计规范充许的范围之内从而使工程造价达到最优。
6、结束语
总而言之,建筑结构设计阶段的工程造价控制对于整个建筑工程的资金及质量安全起着决定性的作用。我们必须要根据实际情况优化结构设计,才能够有效的控制建筑工程造价,实现工程造价的最合理化,为建设节约型社会做出贡献。
参考文献:
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