发布时间:2024-01-22 15:36:07
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【中图分类号】TU318【文献标识码】A【文章编号】1002-8544(2015)07-0008-01
目前随着我国经济的高速发展,以及我国政府大力支持住房建设,我国房屋建筑行业高速发展,各种类型的房屋建筑在不断扩大,房屋建筑结构设计水平也有了显著的提高,各个大型的建筑的快速发展导致设计平面的布置以及体型变得越来月复杂,从而导致目前的建筑结构体系日趋多样化。然而,目前在我国实际的建筑结构设计过程中,总会受到各种各样的因素影响,比如由于建筑工程设计人员的疏忽,或是在设计过程中存在其他方面的原因导致在建筑设计中出现一些不可避免的问题,就是这些问题对房屋的建筑质量产生或轻或重的影响。因此,想要做好建筑结构设计,必须对房屋建筑结构设计的特点及结构体系有充分的了解,把握好建筑结构设计中的要点,只有这样才能大大的提高结构设计水平,在结构设计当中,要遵守经济适用、安全合理、保证质量的基本原则。把握好建筑结构设计应注意的问题是关系到建筑安全、人民安居乐业的重要工作,所以,我们作为房屋建筑结构设计人员,为避免建筑设计疏忽而造成损失,应该具体分析一下建筑结构设计中应注意的问题。
一、在房屋建筑结构设计过程中应该遵循的几个基本原则
设计人员在房屋建筑结构设计过程中,理应遵守四个基本设计原则,保证建筑结构设计的质量,这四个原则就是:“多道防线”、“抓大放小”、“刚柔相济”、“打通关节”。要想房屋建设的质量有保证,必须严格遵守这四个基本原则,严格规划,精益求精。
第一,建筑结构设计的原则是多道防线。总所周知,想要建设出高质量高安全的建筑结构体系是要求我们采取多道防线来设计的,这样一来,即使发生不可避免的灾难时(如火灾、地震),也可以通过多道防线来一层一层来防护,假设我们把在灾难来领是的生存希望寄托在某单个构件上是非常不合理的。比如,房屋的多肢墙与单片墙相比,多肢墙的抗压能力要比单片墙的大得多。
第二,在建筑结构设计当中要遵守的第二个原则就是:抓大放小。设计人员都知道,在整个房屋建筑设计当中,总的结构体系是由大大小小的各个构件协同在一起组成一体的,各个构件的作用组成整体建筑性能,但是,每一个构件在结构中的作用都是不相同的,“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等说的就是在建筑结构设计中需要遵守的抓大放小的原则,也是建筑结构设计中最常用到的概念。
第三,我们在建筑结构设计当中,也讲究刚柔相济。刚柔相济也是当前合理的建筑结构体系离不开的。如果房屋建筑结构的刚度太大,则会导致变形能力下降,当强大的外界冲击力瞬间来临时房屋需要承受的力量非常之大,这时很容易导致房屋局部严重受损。甚至会让房屋坍塌,所以在设计房屋的时候,需要考虑刚中有柔,然而,房屋建设设计的太柔,虽然结构可以很好的消减外力,但是容易受外界压力的影响,而造成房屋变形过大以至于无法使用户使用。
第四,房屋建筑过程中,打通关节这一步是必不可少的,他关系到房屋建设质量的好坏。这是因为结构体系中,大大小小各种类型的关节到处存在,而建筑结构的体系是统一的整体。我们所做的工作就是,打通建筑关节使结构保持平衡,这样做的目的其实就是使建筑结构永远处于原始的静态,避免外力不能平衡时而导致结构发生变化。
二、目前我国建筑结构设计中的应该注意的一些问题
第一、在地基建筑上与建筑基础结构设计方面存在的问题。首先,结构工程师一直都应该很重视地基与基础设计的方面,原因就是这个阶段设计过程的质量好坏会对后期设计的工作的产生巨大影响,不仅如此,在建筑房屋的时候,地基基础将是直接决定整个工程造价。然而,目前很多房屋建筑并没有地质勘察这方面的报告,建筑人员只是通过建设单位的口头表述,或者是模糊的照搬现有的建筑物基础设计资料就开始进行施工图设计。甚至有些建筑设计师对软弱的地基的危害认识不清,不加以防范,粗心大意。在采用土垫对软弱地基处理过程中,缺乏换土垫层设计这一个过程,大部分设计人员只凭经验处置地基的设计问题,或者是简单地凭借以往的设计经验来加强房屋的承载能力,根本没有进行地基垫层宽度以及厚度的精确计算,也没有对其抗压能力的估算,这样做使得房屋建筑既不安全,还不经济实用。与此同时,有一些设计人员在设计高层民用建筑房屋时,在计算房屋的梁、柱时并没有尊照目前我国的设计规范,没有将荷载乘以折减系数计算来其荷载能力,所以,这样做的结果会常常导致采用荷载值偏离实际值。结合多年经验,在地基建造和基础设计这一过程中,建筑设计工程师应当尽量选用整体性能好、能够满足地基承载力的设计,并且能够自行调节结构设计的不均匀沉降的现象。
第二,在钢筋混凝土承重结构体系、方位布置方面的问题。原则上,尽可能使钢筋混凝土结构的布置“规则化”,在抗震概念设计中,这是一个十分重要的过程,其中“规则化”就要求建筑使用平立面外形尺寸设计,以及建筑设计的承载力相关的地理分布等因素的考虑。由于大部分设计人员没有按照这几条要求导致我国很多钢筋混凝土承重结构设计布置不合理,建筑的体型也不规则。从而引起建筑结构不规则,尤其是对于复杂的建筑,在设计过程中很难用若干简化的定量指标来一一划分不规则程度,并且使其衡量出来,例如钢筋混凝土民用多层建筑结构设计的不规则程度。
第三,建筑楼板设计中存在的问题。在建筑工程中,楼板是其主要的承重构件,如果是与墙连接,它将楼面、屋面的荷载转移传给其周围的墙上,如果与梁连接,就会将压力转移到房梁,楼板的位置设计必定涉及梁、墙、柱等构件安全。如果对整个设计的考虑不周全,就会很容易导致设计原理问题。
第四,在抗震设计中,各个计算方面存在的问题。每个房屋都要有抗震设防的建筑结构设计,不仅要考虑正常使用的竖向荷载重、风荷载重,还应该使结构有良好的抗震防倒性能。我们知道,建筑结构有没有耐震的能力,主要看房屋有没有承载力和变形能力。房屋建筑中,钢筋混凝土是一种弹塑性材料,它的结构应该具有塑性变形的能力。
三、结语
从上面所说的总结起来,作为结构设计人员,建筑结构设计是一个系统而全面的工作,是建筑安全应用的基础。在工程实践中要严格遵照有关设计的规范、按照设计的标准进行操作,设计人员应该具备灵活创新的思维,加上严谨认真的工作态度,不断提高自身的结构设计水平,以保证建筑质量,确保人民生命财产安全,推动建筑业不断向前发展。
Abstract: With the rapid development of China's national economy, the improvement of people's living standard, the development that the building industry, but also to meet the people's life and material needs. Although there are significant to improve the development of housing construction, but the construction industry structure design is the existence of common problems. In order to improve the development of city, people's living needs, should be of advanced technology to strengthen the better, the building structure design to the development of safer and more reliable direction.
Keywords: building structure design; design method; problem analysis;
中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:
引言
随着经济的不断发展,人民生活水平的不断提高,城市的发展也是日新月异,新建筑的建设如雨后春。房屋建筑功能不断完善,造型上新颖别致,众多因素导致工程设计也变得复杂起来。高房价和选择面的拓展使得百姓在购房时更是对房屋的外观、性能、质量等方面抱有较高的期待。房屋建筑结构设计的理论朝着先进水平不断发展,将先进的术不断的应用于实际,在实际中不断加强完善。研究强度高、材质轻、绿色环保的新型建筑材料,应用于房屋建筑的结构设计中去,提高屋建筑的安全性、适用性,使得房屋建筑结构设计朝着可靠、实用、经济的高性价比方向发展。
1建筑结构设计的基本概念
建筑结构设计是建筑设计的重要组成部分,它建立在建筑设计的基础上,根据建筑工程的实际功能及使用情况,确定建筑物的结构类型和结构体系,进行结构设计分析,再以分析结果和相关结构设计规范为依据,进行施工图设计。建筑结构设计主要包括方案设计,结构选型,结构计算与分析,构件设计,施工图绘制这几部分。
2建筑结构设计的基本方法
2.1关于平面结构图的设计
在平面结构图的绘制进行中,首先要考虑的是在运用结构设计软件是否要进行建模。比如有一建筑基地位于抗震辐射地区的时候,我们就要以是否符合抗震措施的基本要求来规定抗震设计规范是否可以使用建模软件。但是有一些建筑物是不需要软件来建模的,可以直接进行设计,如砌体结构的建筑物,虽然此建筑物可以直接设计但还要考虑建筑物整体与局部受压的问题。但是,如果时间允许我们最好还是采用软件建模进行设计比较好。
2.2关于屋顶结构图的设计方法
当把建筑建成是坡面的时候,结构设计图有两种方法——梁板式和折板式。梁板式的结构一般是用于建筑面不是很规整、板跨度比较大的坡屋面;而折板式则是与与梁板式相反的建筑结构设计当中。一般梁板式和折板式的板的厚度不能小于120毫米那是因为梁板式和折板式的结构是受拉构件的。
2.3基础的设计方法
首先应根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度,确定地基基础设计的等级。高层建筑的基础选择应考虑以下条件综合各方面因素选定:(1)上部结构的类型、整体性和结构刚度;(2)地下结构使用功能要求;(3)地基的工程地质条件;(4)抗震设防要求;(5)施工技术、基础造价和工期;(6)周围建筑物和环境条件。在进行高层建筑基础方案选择时,应进行多种基础方案的分析比较,选择出既安全可靠又经济合理的基础形式。在进行基础设计时,为确保建筑物的安全和正常使用,必须满足下述方面要求:(1)基地压力小于或等于地基的允许承载力;桩基础或复合桩基础要求基地总荷载小于或等于桩基承载力与桩间地基土承载力的总和。(2)地基计算变形量小于建筑物允许变形值。(3)水平力作用时满足稳定性要求。(4)为保证高层建筑在垂直载荷和水平载荷作用下的稳定性,高层建筑基础应满足一定的埋置深度要求。在确定埋置深度时,应考虑建筑物的高度、体形、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋深从室外地面算至基础底面,宜符合下列要求:a 天然地基或复合地基:埋深大于等于建筑物高度的1/15。b桩基础:埋深大于等于建筑物高度的1/8(桩长不计在内)。
在满足地基承载力、稳定性要求并满足基地零应力区要求的前提下,基础应尽量浅埋。
3当前房屋建筑结构设计中的常见问题
3.1桩间距过小桩间距过小,不满足规范对桩的最小中心距的规定。特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被设计人员忽视,这直接影响了试桩结果的正确性。
3.2桩身钢筋笼长度不足对挤土灌注桩,桩身钢筋笼长度没有穿越软弱土层的层底深度,不能满足桩基规范第4.1.1.2条“对于沉管灌注桩,配筋长度不应小于软弱土层层底深度”的规定,这也是工程设计中常见的问题。
3.3房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。某些高层建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规定限值,甚至个别建筑高度和高宽比均超出规定限值。在结构设计过程中,对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑,应按超限高层建筑进行设计。同时,另一点不容忽视的问题是,房屋适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外,还与场地类别与结构是否规则等因素有关,当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时,其最大适用高度应适当降低(一般降低20%)。
3.4结构布置不合理、不规则结构尽可能规则,结构的布置才能更趋于合理,这是结构设计中十分重要的环节,这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。由于引起结构不规则的因素太多,特别是对于复杂的建筑体型,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围。
3.5结构缝设置不合理,缝宽度不足对于超长建筑物,为减少温度变化对结构的不利影响,合理地设置伸缩缝是必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝,其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响,不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后,若结构再受温度变化的影响,后浇带就不能再起任何作用了。对于不能或不便设置温度伸缩缝的超长结构,除留设施工后浇带外,还应采取其它构造加强措施,如加强顶层屋面的保温隔热措施,对受温度变化影响较大的部位适当配置直径较小、间距较密的温度筋,或采用预应力混凝土结构等。
4结语
总之,结构设计是个全面、系统的工作,需要设计人员具备扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计。设计人员应有较好的力学知识,具备较强的手算能力,不要一味的依靠软件,以概念设计为主,提高民用建筑结构设计水平,确保建筑设计质量不断提升,努力做到民用建筑的结构设计工作更安全、更适用,更美观。
参考文献:
[1]纪荣洋,王文可.潘可明《建筑结构设计经验探讨》[J].低温建筑技术.2008(5).
[2]于桂萍《关于多层建筑结构设计中的主要问题分析》[J].中国高新技术企业.2008(22).
[3]莫雪辉《深度探讨如何提高建筑结构设计水平》[J].科技资讯.2008(28).
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
砖混结构严格来讲叫砌体结构,简单的说砌体结构的优点就是造价便宜,就地取材,施工难度低,等特点,多年来砖混房屋是我国当前建筑中使用最广范的一种建筑形式;在民用住宅建筑中占比非常高。但其缺点是很明显的,因其自身抗震能力差所以只能盖多层,因此改善砌体结构延性,提高房屋的抗震性能具有极其重要意义。据现有的建筑抗震设计规范、砌体结构设计规范,我结合自身多年工作的一些设计的经验,我认为在目前建筑房屋结构的稳定性设计上应注意以下几方面。
1、PM结构设计程序的特点
1.1 PM程序的发展方向主要有两个方面
1.1.1 计算。
它的方向就是集成化、通用化。集成化大家都能感觉到,PKPM 程序都是以PM 程序所建数据为条件,以空间计算为核心,基础、后期的CAD 出图都能采用前面的数据。所有这些都构成了程序集成化的雏形。程序的通用化主要表现在计算上,PKPM 程序的计算程序由以前的平面计算(PK)-->三维空间杆件(TAT)-->空间有限元(SATWE)-->整体通用有限元程序(PMSAP)。能计算的结构类型有砖混、底框、钢筋混凝土结构、钢结构等。现在又在开发特种结构的计算程序:如高压塔架、巨型油罐等。在PM 程序中就可以建立起这些结构的空间模型。当然现在的PKPM 系列程序还不能计算。
1.1.2 开放计算参数的开关。
有很多参数以前都是放在程序的“黑匣子”里的,设计人员不能干预。程序放开这些参数有两个原因,首先就是要让设计人员真正的掌握工程的设计过程,能够尽可能的控制设计过程。其次就是要把一些关键的责任交由设计人员来负,程序只能起到设计工具的作用,不能代替设计。所以就需要我们的结
构设计人员充分的理解程序的适用范围、条件和校对结果的合理性、可靠性。如《高层建筑混凝土结构技术规程》的5.1.16 条要求“对结构分析软件的计算结果,应进行分析结果判断,确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据”。
1.2 PMCAD 中的参数
1.2.1 总信息
(1)结构体系、结构主材:主要是不同的结构体系有不同的调整参数。(2) 地下室层数:必须准确填写,主要有几个原因,风荷载、地震作用效应的计算必须要用到这个参数,有了这个参数,地下室以下的风荷载、水平地震效应就没有往下传,但竖向作用效应还是往下传递。地下室侧墙的计算也要用到。底部加强区也要用到这个参数。(3)与基础相连接的下部楼层数:要说明的是除了PM 荷载和最下层的荷载能传递到基础外,其他嵌固层的基脚内力现在的程序都不能传递到基础。
1.2.2 材料信息
其他与老的程序一样填法,就是钢筋采用了新规范的新符号。
1.2.3 地震信息
(1)设计地震分组:就是老的抗震规范的近震、远震。按抗震规范的附录A 选择即可。(2)计算震型个数:这个参数需要根据工程的实际情况来选择。对于一般工程,不少于9 个。但如果是2 层的结构,最多也就是6 个,因为每层只有三个自由度,两层就是6 个。对复杂、多塔、平面不规则的就要多选,一般要求“有效质量系数”大于90%就可以了,证明我们的震型数取够了。这个“有效质量系数”最先是美国的WILSON 教授提出来的,并且将它用于著名的ETABS 程序。
1.2.4 风荷载
修正后基本风压:根据《建筑结构荷载规范》的7.1.2条,对与高层、高耸以及对风荷载比较敏感的其他结构,基本风压应适当提高,并应由有关的结构设计规范具体规定。按《高层建筑混凝土结构技术规程》的3.2.2 条,对与特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑,其基本风压应按100 年重现期的风压值采用。按规范的解释,房屋高度大于60m 的都是对风荷载比较敏感的高层建筑。
2、多层砖混结构房屋的抗震设计探讨
2.1 科学布局建筑平面和立面
建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。抗震设计中,建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则,结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合,在地震作用下会产生扭转效应,大大加剧地震的破坏力度;对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻,房屋重心尽可能降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。
2.2 砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值;
历次震害证明,砌体房屋的层数越多,高度越高,它的地震破坏程度越大,所以控制砖砌体房屋的总高度及总层数对减少地震时带来的震害有很大的作用。在设计中房屋总高度及总层数应同时满足上标的限值,因为楼盖重量占房屋总重的一半左右,房屋总高度相同,多一层楼盖就意味着增加半层楼的側向地震作用,同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下,因倾覆力矩过大,使得底部墙体产生过大的压力或剪刀而被破坏,故此减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。
2.3 增强砌体房屋的刚度及整体性
房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。现浇钢筋混凝土楼板及屋盖具有整体性好、水平刚度大的优点,是较理想的抗震构件,不但可消除滑移、散落内容。抗震设计中,建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则,结构质量中心与刚度中心相一致。对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合,在地震作用下会产生扭转效应,大大加剧地震的破坏力度;对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。建筑立面应避免头重脚轻,房屋重心尽可能降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。在实际工程设计中,应尽可能兼顾建筑造型,又满足使用功能要求的前提下,将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方;同时又能有效地提高工程的抗震性能。
2.4 合理布置纵
墙和横墙. 多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体,在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝,严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象,进而使房屋造到破坏;所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起到很大的作用。多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,纵、横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同时一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。房屋的空间整体刚度和整体稳定性决定着房屋抗震能力的高低,多层砖混房屋一般采用纵墙或横墙承重,由于非承重方向的约束墙体少,间距大,因而房屋该方向刚度较弱,空间刚度和整体性均较差,抗震能力低;在高烈度地区,墙体由于平面外的失稳而先行破坏,进而引起整个房屋倒塌。而在两个方向适当布置纵横、墙混合承重的房屋,由于其限制了纵、横墙的侧向变形,增强了空间刚度和整体性,对承受纵、横两个方向的水平地
震作用及抗弯、抗剪都非常有利。而在设计工作中为了建筑好用常常纵墙较少,纵墙开洞率较大、不连续,造成纵横墙刚度严重不均,对砌体结构抗震严重不利,所以再设计中要尽量避免。
3、结语
根据本人多年设计经验,我认为在砌体结构中,概念设计比结构计算还要重要,因为结构计算是在一定的假定条件下,计算结果才能适用。而它们的假定条件就是概念设计范畴,所以结构软件计算后,一定要判断其合理性。在满足多方条件的情况下才能应用于工程设计中。
参考文献:
[1] 郭志先.浅谈钢结构设计步骤及思路与砖混结构设计[J].科技创新导报,2008,(13).
砖混结构房屋因其具有造价低廉,经济适用,工序简单, 操作性强等特点,在我国中小城市和广大农村房屋建造中被广泛使用。但砖混结构的房屋与钢筋混凝土等结构建筑物相比,其抗拉、 抗剪力较差,房屋使用寿命较短, 尤其是在地震区, 砖混结构房屋抗震性能较弱。因此, 在对此类结构房屋建筑进行设计和施工时, 就应特别注意其性能特点,在构造柱及圈梁等整体稳定性构造措施上下功夫,以达到趋
利避害, 充分发挥砖混结构的优势。
一、构造柱的设置对施工的影响
1) 构造柱是增强建筑物整体性、 抵抗地震作用的重要构造措施,在很多设计中, 构造柱的设置只考虑符合抗震规范, 没有考虑实际已存在的温度应力, 认为温度应力在规范上未明确规定计算方法,不考虑也不能算是设计错误。 因此, 设计人员对六层以下住宅基本上是隔间设置构造柱, 未对建筑物端部裂缝多发区予以重点加强。 构造柱的
设置有的较稀, 每隔两三道内横墙才设置, 靠近建筑物端部往往也是一视同仁。
2) 构造柱的设置首先应符合设计规范的要求, 也应考虑施工的方便。 如某工程门口处墙垛有效断面为 180mm×240mm。 施工规范规定“构造柱的混凝土浇灌可以分段进行,每段高度不宜大于2.0m或每层分两次浇灌。在施工条件较好, 并能确保浇灌密实时, 亦可每层一次浇灌” 。这就说明了在保证混凝土质量的前提下可每层一次浇灌,首先必须加固门口处的墙垛,然后才能浇灌构造柱的混凝土, 否则该墙垛不能保证自身的稳定性, 即使是分两层浇灌, 该墙垛自身的稳定性也不能保证。根据 GB5000322001 砌体结构设计规范第 5.1.3 条中的规定“对于上端为自由端的构件, H0=2H0 则有:H0=2×1800=3600。墙垛砂浆强度等级 M5, 由规范表 6.1.1 查得[β]=16, β=H0/h=3600/180=20>[β]=16。3)如果要保证构造柱混凝土能够浇灌, 墙垛须分三次砌筑,这样, 既不能保证墙体连续作业, 也
增加了构造柱的接槎数量, 给施工造成极大的不便。 如果构造柱断面设计成第二种形式, 既能一次浇灌, 也保证了每层砌体能连续砌筑,方便了施工。
二、圈梁的设置对提高房屋空间刚度的重要性
1、 抵抗不均匀沉降
当房屋建于软弱地基时,在均匀荷载下仍将产生不均匀沉降, 一般较难精确计算出此沉降值, 而是采用设置圈梁的办法加以解决。采用圈梁的房屋较无圈梁房屋不均匀沉降的抵抗能力可提高1.5 倍左右,即前者允许有较大的不均匀沉降而致产生墙体裂缝,对于增强抗震能力方面, 近年来地震区有所谓 “圈梁为救命梁” 之说,这自然是一种过分夸张的说法, 但是也说明其作用很大。
2、 防止较大振动荷载和地震时对房屋的影响
圈梁在有振动的房屋和抗震中的作用与抵抗不均匀沉降不同,主要是加强了房屋的空间刚度,增强了抗震能力和防止连续倒塌的能力。 因此圈梁的设置应根据不均匀沉降的严重性、 房屋抗振性和抗震设防烈度不同而不同, 规范第 7.1 条的规定实际上是较低的要求,所以当在软弱地基和不均匀地基以及地震区建造房屋时,圈梁的设置应根据相应的规定予以加强。圈梁的设置标高, 当为不均匀沉降时, 宜设于基础上部及房屋檐口标高处, 因此不均匀沉降一般是两头低、 中间高或两头高、 中间低,当将墙体视作弹性地基上的梁时, 受拉区分别在底部或顶部, 无疑此处设置圈梁最为有效。对均匀地基而言, 一般地基变形为马鞍形, 因
此在软弱地基处底部设置圈梁最为有效, 对于地震区, 主要振动是水平的, 因此顶层的振动影响最大。 此外顶层的屋盖由于没有上层的垂直荷载, 缺乏必要的摩擦力所以较以下各层容易在振动下滑移, 当顶层设置圈梁时将大大有助于屋盖与墙体的锚固,增强抗震能力, 因此在地震区檐口标高处设置圈梁最为有效。
三、防止墙体开裂的具体构造措施建议
1 、温度裂缝和干缩变形的控制措施
1) 屋盖上设置保温层或隔热层;
2) 在屋盖的适当部位设置控制缝, 控制缝的间距不大于 30m;
3) 当采用现浇混凝土挑檐的长度大于12m时, 宜设置分隔缝, 分隔缝的宽度不应小于 20mm, 缝内用弹性油膏嵌缝;
4)建筑物温度伸缩缝的间距除应满足 BGJ388 砌体结构
设计规范第 5.3.2条的规定外, 宜在建筑物墙体的适当部位设置控制缝, 控制缝的间距不宜大于 30m。
2、 裂缝的治理措施
1) 对墙体裂缝, 不要忙于及早治理, 等观察一个热胀冷缩周期,裂缝不再产生新的变化时再采取治理措施。鉴定裂缝是否稳定的方法: 可在裂缝内嵌抹水泥浆或玻璃纸。形态完整无损, 说明裂缝已基于稳定,不再有较大发展可能性。
2) 当细小裂缝不影响使用时可不修补, 当裂缝造成墙面渗水时,可采用嵌补密封胶或水泥浆处理。
3) 对于裂缝较多且穿墙, 影响美观和正常使用给用户造成不安全感时,可在裂缝墙体两侧用钢筋网片, 两侧网片用铁丝固定后,用水泥砂浆外部抹面处理。
3、干缩裂缝的控制措施
3.1控制缝的设置及位置
1) 在墙的高度突然变化处设置竖向控制缝;
2) 在墙的厚度突然变化处设置竖向控制缝;
3)在不大于离相交墙或转角墙允许接缝距离的 1/2 处设置竖向控制缝; 在转角部位, 控制缝至墙转角的距离不
大于 4.5m;
4) 在门、 窗洞口的一侧或两侧设置竖向控制缝; 对有规则洞口外墙不大于 6mm; 对无洞墙体不大于 8m 及墙高的 3 倍;
5) 竖向控制缝,对 3 层以下的房屋, 应沿房屋墙体的全高设置; 对大于 3 层的房屋,可仅在建筑物 1 层~2 层和顶层墙体的上述位置设置;
6) 控制缝在楼、 屋盖处可不贯通, 但在该部位宜做成假缝,以控制可预料的裂缝;
7) 控制缝做成隐式, 与墙体的灰缝相一致, 控制缝的宽度不大于 12mm, 控制缝内应用弹性密封材料, 如聚硫化物、 聚氨酯或硅树脂等填缝。
3.2、灰缝钢筋的设置
1) 在墙洞口上、 下的第一道和第二道灰缝, 钢筋伸入洞口每侧长度不应小于 600mm;
2) 在楼盖标高以上, 屋盖标高以下的第二或第三道灰缝,和靠近墙顶的部位;
3) 灰缝钢筋的间距不大于 600mm;
4)灰缝钢筋距楼、屋盖混凝土圈梁或配筋带的距离不小于 600mm;
5)灰缝钢筋宜采用小螺纹钢筋焊接网片,网片的纵向钢筋不小于25mm,横筋间距不宜大于 200mm;
6)均匀配筋时含钢率不少于0.05%; 局部截面配筋, 如底、 顶层窗洞上下不小于 38;
7) 灰缝钢筋宜
通长设置,当不便通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于300mm;
8) 灰缝钢筋两端应锚入相交墙或转角墙中, 锚固长度不应小于 300mm;
9) 灰缝钢筋应埋入砂浆中, 灰缝钢筋砂浆保护层, 上下不小于 3mm, 外侧小于 15mm, 灰缝钢筋宜进行防腐处理;
10) 用灰缝钢
筋做砌体抗剪钢筋时,其配筋量应按计算确定,其搭接和锚固长度尚不应小于 75d 和 300mm;
11) 不配筋的外墙应设控制缝, 控制缝间距不宜大于 6m; 12) 设置灰缝钢筋的房屋控制缝的间距不宜大于 30m。
3.3、配筋带在建筑物墙体中的设置
1) 在楼盖处和屋盖处;
2) 墙体的顶部;
3) 窗台的下部;
4) 配筋带的间距不应大于 2400mm, 也不宜小于 800mm;
5) 配筋带的钢筋,对190mm 厚墙,不应小于 212,对 250mm~300mm 厚墙不应小于 216,当配筋带作为过梁时,其配筋应按计算确定;
6) 配筋带钢筋宜通长设置,当不能通长设置时,允许搭接,搭接长度不应小于 45d 和600mm;
7) 配筋带钢筋应弯入转角墙处锚固, 锚固长度不应小于 35d和 400mm;
8) 当配筋带仅用于控制墙体裂缝时, 宜在控制缝处断开,
当设计考虑需要通过控制缝时, 宜在该处的配筋带表面做成虚缝,以控制可预料的裂缝位置;
9) 对地震设防裂度不小于 7 度的地区, 配筋带的截面不应小于 190mm×200mm, 配筋不应小于 410;
Abstract: with the rapid development of China's national economy, improve the people's living level and this led the development of construction industry, also satisfy the people's living needs and the needs of the material. Although houses the development of construction industry improved significantly, but the construction industry structure design is there are common problem. In order to better improve the development of the city, people's living needs, should better strengthen advanced technology, make the structure design of the development of more safe reliable.
Keywords: building structural design, the analysis of the problems and solutions
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
引言
随着经济的不断发展,人民生活水平的不断提高,城市的发展也是日新月异,新建筑的建设如雨后春。房屋建筑功能不断完善,造型上新颖别致,众多因素导致工程设计也变得复杂起来。高房价和选择面的拓展使得百姓在购房时更是对房屋的外观、性能、质量等方面抱有较高的期待。房屋建筑结构设计的理论朝着先进水平不断发展,将先进的术不断的应用于实际,在实际中不断加强完善。研究强度高、材质轻、绿色环保的新型建筑材料,应用于房屋建筑的结构设计中去,提高屋建筑的安全性、适用性,使得房屋建筑结构设计朝着可靠、实用、经济的高性价比方向发展。
1 建筑工程质量管理的特点
房屋建筑工程项目施工涉及面广,是一个极其复杂的综合过程,具有建筑位置固定、生产流动、结构复杂、多样施工、体型大、整体性强、建设周期长、质量要求高、受自然条件影响大等特点。因此,施工项目的质量管理、工程实施难度比一般工业产品的实施难度更大,具体有如下表现:
1.1 影响质量的因素多
建筑工程的设计、材料、机械、地形地貌、地质条件、水文、气象、施工工艺、操作方法、技术措施、管理制度、投资成本、建设周期等都直接影响施工项目的质量。
1.2 易产生质量变异及质量波动大
工程项目的施工没有固定的生产流水线,没有规范化的生产工艺和完善的检测技术,也没有成套的生产设备和稳定的生产环境,再加上影响项目施工质量的偶然性因素和系统性因素都较多,因此,工程质量很容易发生变异。
2 建筑结构设计的基本方法
2.1关于平面结构图的设计
在平面结构图的绘制进行中,首先要考虑的是在运用结构设计软件是否要进行建模。比如有一建筑基地位于抗震辐射地区的时候,我们就要以是否符合抗震措施的基本要求来规定抗震设计规范是否可以使用建模软件。但是有一些建筑物是不需要软件来建模的,可以直接进行设计,如砌体结构的建筑物,虽然此建筑物可以直接设计但还要考虑建筑物整体与局部受压的问题。但是,如果时间允许我们最好还是采用软件建模进行设计比较好。
2.2关于屋顶结构图的设计方法
当把建筑建成是坡面的时候,结构设计图有两种方法——梁板式和折板式。梁板式的结构一般是用于建筑面不是很规整、板跨度比较小的坡屋面;而折板式则是与与梁板式相反的建筑结构设计当中。一般梁板式和折板式的板的厚度不能小于120毫米那是因为梁板式和折板式的结构是受拉构件的。
2.3基础的设计方法
基础的设计方法就是应当注意结构耐久性的混凝土,其标号要与结构相符合。最小配筋率要与基础所配相符合。在条基交接处的钢筋布置应该与详图或标准图所匹配。
3 当前房屋建筑结构设计中的常见问题
3.1 桩间距过小 桩间距过小,不满足规范对桩的最小中心距的规定。特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被设计人员忽视,这直接影响了试桩结果的正确性。
3.2 桩身钢筋笼长度不足 对挤土灌注桩,桩身钢筋笼长度没有穿越软弱土层的层底深度,不能满足桩基规范第4.1.1.2条“对于沉管灌注桩,配筋长度不应小于软弱土层层底深度”的规定,这也是工程设计中常见的问题。
3.3 承重砖基础采用多孔砖砌筑 根据多孔砖墙体结构构造,地面以下或室内防潮层以下的基础不得采用多孔砖砌筑。
3.4 房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值 现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。某些高层建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规定限值,甚至个别建筑高度和高宽比均超出规定限值。在结构设计过程中,对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的高层建筑,应按超限高层建筑进行设计。同时,另一点不容忽视的问题是,房屋适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外,还与场地类别与结构是否规则等因素有关,当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时,其最大适用高度应适当降低(一般降低20%)。
3.5 结构布置不合理、不规则 结构尽可能规则,结构的布置才能更趋于合理,这是结构设计中十分重要的环节,这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。由于引起结构不规则的因素太多,特别是对于复杂的建筑体型,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围。
3.6 异形柱结构设计中存在的问题 近年来,在我国的住宅建设中,特别是高层或小高层住宅,有些采用了异形柱结构。目前在异形柱结构设计中存在的问题很多,也比较突出,主要表现在异形柱结构房屋的高度超高、体型不规则、结构布置不合理、抗震构造措施不当等方面。应当说,目前国内对异形柱的受剪承载力、节点承载力和结构延性等方面的试验研究还不多,对异形柱结构抗震性能的认识还不够充分。在这种情况下,设计异形柱结构时,对房屋高度、结构规则性及抗震措施等方面宜从严掌握。
3.7 结构缝设置不合理,缝宽度不足 对于超长建筑物,为减少温度变化对结构的不利影响,合理地设置伸缩缝是必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝,其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响,不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后,若结构再受温度变化的影响,后浇带就不能再起任何作用了。
对于不能或不便设置温度伸缩缝的超长结构,除留设施工后浇带外,还应采取其它构造加强措施,如加强顶层屋面的保温隔热措施,对受温度变化影响较大的部位适当配置直径较小、间距较密的温度筋,或采用预应力混凝土结构等。
4 结语
总之,结构设计是个全面、系统的工作,从事所需要扎实的理论知识功底,灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要从一个个基本的构件算起,做到知其所以然,深刻理解规范和规程的含义,并密切配合其它专业来进行设计。提高民用建筑结构设计水平,确保建筑设计质量不断提升,努力做到民用建筑的结构设计工作更安全、更合理。
参考文献
[1]纪荣洋,王文可.潘可明《建筑结构设计经验探讨》[J].低温建筑技术.2008(5).
中图分类号:TU3 文献标识码: A
一、建筑结构设计的特点
1、结构设计的延性特点
在建筑物使用的过程中,由于受到地震、风力以及沉降等因素的影响,建筑会发生一定的变形,尤其是一些高层建筑。为了避免高层建筑由于变形而发生损坏甚至倒塌现象,我们在对建筑结构设计的时候,需要采取一些措施使建筑物具有一定的结构延性,从而确保建筑结构的安全性。
2、结构设计的水平荷载问题
一般来说,在对一些低矮的建筑进行设计的时候,我们主要考虑的是竖向的荷载因素,而在一些高层建筑中,虽然竖向的荷载控制非常重要,但是,水平荷载则起着主要的决定性作用。鉴于此,在对一些高层建筑结构进行设计的时候,我们不仅要考虑竖向的荷载控制,更要注重水平荷载的影响,通过提高建筑结构水平荷载能力,进而增强建筑结构的稳定性和安全性。
3、结构设计的抗震特点
近年来,由于受到多种因素的影响,地震动发生频率增多,对建筑造成了严重伤害。因此,现代建筑对抗震性能的要求也比较高。在这种形势背景下,为了顺应时展潮流和满足现实发展需要,我们在对建筑结构进行设计的时候,还要考虑抗震要求,使建筑结构的质量达到小震不坏和大震不倒的标准,通过提高建筑结构的抗震性能,从而减少地震等自然灾害对建筑的毁坏。
二、房屋结构设计中所存在的问题分析
1、房屋结构基础所存在的问题
对于房屋建筑结构而言,基础承受着房屋建筑的所有荷载作用,然而对于房屋建筑基础的设计却是当前房屋结构设计中普遍存在的问题之一。在房屋结构设计过程中,很多的多层建筑为了节省开支,并未对其进行详细的地质勘测,进行基础设计过程中,往往只是借鉴周边建筑物的一些施工数据。然而通过一些大概的数据进行基础设计,显然存在着很多的不安全因素,这对后期房屋结构设计形成了很大的困扰。当前由于房屋建筑基础设计问题导致房屋建筑沉降过大的问题时常出现。造成这一问题的根本原因在于建筑结构的基础设计有所偏差。
2、构造柱与承重柱的区分
构造柱只是起着对墙体的一种拉结与约束作用,承重柱则起着承受墙体荷载以及抵抗建筑结构外来荷载的作用。然而很多房屋结构设计过程中,将房屋建筑的构造柱作为承重柱进行设计,如此一来势必会加大对构架柱的荷载作用,降低其对墙体的约束。并且一旦遭受较大的荷载(如风荷载、地震荷载等)作用时,往往会导致构造柱处产生应力集中的现象。此时构造柱会由于自身承载力不足,导致断裂,造成结构的崩塌。
3、承重柱的截面设计不合理
对于房屋建筑结构而言,承重柱往往承受着房屋建筑的全部荷载,其承受荷载能力主要体现于其截面面积。为了有效的节省成本,一些房屋建筑设计会将承重柱的截面面积设计为最小。由于承受柱的截面过小,会使得梁柱之间的线刚度比变大,将梁转化为铰支的连接方式进行考虑,柱依据轴心受压来分析,可以看出这种设计方式会导致房屋结构的后期施工中存在很大的安全隐患。
4、纵向框架设计的问题
当前多层的房屋建筑结构形式大都为框架结构,这种结构形式是通过梁与柱之间的铰接而形成一个具有承重体系的结构形式,房屋建筑的框架结构往往分为横向框架结构与竖向框架结构。然而当前房屋结构的设计过程中,往往会忽略对纵向框架的设计。如此就会导致框架结构的横向承载能力较为良好,而纵向的承载能力表现不足。这种不协调的比例是当前我国框架结构建筑存在的主要问题。
5、横挑梁的荷载设计过小
进行房屋建筑结构设计过程中,对于挑梁进行验算过程中,往往只注重其强度是否达标,然而这种强度合格会导致挑梁的荷载设计过小,主要是由于挑梁承受的是竖向荷载作用,为此进行其挠度的验算有着更重要的意义。对于房屋建筑结构而言,横条梁的挠度设计不足,会导致梁截面的受压区产生应力集中,导致梁体产生裂缝,影响房屋结构的质量。
三、房屋结构设计中的问题策略探讨
1、房屋建筑结构地基承载力的核算
实现房屋建筑结构地基承载力的核算,实现的根本在于地基的准确勘测。为此进行房屋结构的设计之前,应对相关地区的地质进行勘测,得出准确的勘查数据,基于对基础设计的事情情况,准确核算房屋建筑结构的荷载作用。此外进行房屋基础的设计时,若需要使用换土垫层来进行设计时,应精确计算出所换土层的垫层厚度,方便对地基荷载值的准确计算。与此同时结构设计人员进行多层房屋建筑结构设计过程中,进行梁、柱以及基础的荷载计算时,应依据现有的规范设计进行荷载的折减系数的验算,以确保结构整体的安全性。
2、承重柱与梁的铰支
承重柱承载着房屋建筑结构的全部重量,为此对于承重柱的荷载验算过程中,应依据规范进行荷载系数的折减,以提升房屋建筑结构的整体安全性与稳定性。然而对于房屋建筑结构整体的稳定性而言,单独加大承重柱的承载能力依旧有很多不足,需要进一步加大承重柱与梁之间的铰支能力,如此可以有效实现梁的挠度能力提升,使得结构整体的刚性有所下降。此外,若梁的跨度减小,其荷载的承受能力则相应增强,如此将一些构造柱设置于梁下,实现墙体的拉结与约束作用的提升。然而此时就需要对构造柱的承载能力以及抗弯矩作用进行验算,防止梁上部的荷载作用导致构造柱出现应力集中,应力屈服的状况。
3、合理设计承重柱的截面
合理的建筑设计中,承重柱有着非常重要的地位,是整个结构承载力的核心。进行荷载的验算时,依据规范进行折减,最终确定承重柱的荷载大小。依据荷载作用大小、混凝土强度等级等,设计合理的承重截面。然而对于房屋建筑结构整体而言,并非承重柱的截面面积越大,其设计的安全性就越高。从承重柱自身而言,其截面面积越大,其承载能力越大。然而截面面积的提升,往往会导致结构整体的自重增加,这对于结构基础的设计提出了更高的要求,同时也会导致建筑的成本上升。因此选择合理的承重柱截面,既能够实现房屋建筑结构的稳定性安全,同时也能够实现建筑成本的最优化。
4、重视框架结构的纵向设计
所谓框架结构的纵向设计,指的是框架结构的横梁布置。房屋建筑的荷载,通常是传递给梁,通过梁体,传递给承重柱,最终传送到结构的基础部位。为此进行房屋建筑结构的纵向设计有着非常重要的意义。通常而言,房屋的纵向设计为保证房屋结构协调,实现房屋结构优化的最有效途径。通常横向梁体设计应尽可能选用小尺寸,如此对于一些大空间的房建,可以保证其房屋空间的充分利用。
5、挑梁荷载的合理设计
挑梁可以有效的实现对梁体受压区域应力的控制,实现整体结构的协调与稳定。为此济宁房屋结构设计时,所设计的挑梁结构应尽可能实现建筑结构梁体受压能力的提升。对于挑梁而言,其梁高小,则会导致其受压区域相对较小,承受荷载能力有所不足。然而由于自重较小导致梁的延性会有所上升。竖向荷载作用时,抗脆性破坏能力有所提升。为此如何选取挑梁结构,应依据实际情况,选择合理的受压区域。
结束语
房屋建筑结构设计是一项系统且复杂的系统性工程,其荷载作用的计算、其承载能力的提升是结构设计的一个重点,其他的设计则围绕这一重点来进行,如梁、柱的合理布置,横纵向的结构的相互协调等等。为此进行房屋建筑结构设计的策略与优化研究时,应始终基于这一重心问题,不断展开探索,才能有效提升设计水平,促进房屋建筑结构设计的发展。
参考文献
[1]张鹏.探讨房屋建筑结构设计中的常见问题[J].中国建筑金属结构,2013,20:84.
【 abstract 】 with the development of society, economy get a high-speed development, people's living standards have greatly ascend, and promote the rapid development of the construction industry in our country. Construction engineering quality related to people's life safety, the rapid development of the construction industry under the background of building there are problems such as low quality, want to guarantee the quality of the buildings, demands that we must first step from construction engineering building structure design grabbed, building structure design as the entire construction of the first project, have been widely attention, the current housing structure design whether foundation and fundamental aspects or floor design are more or less exists some problems, this article mainly aims at the current housing building structural design of some common problems are discussed analysis.
【 key words 】 building structure design; Security; Structure seismic; Bearing capacity; Problem measures
中图分类号:TU318文献标识码:A文章编号:
近年来我国城镇化进程加快,城乡建设不断提速,各类房屋建筑面积逐年上升,城乡面貌发生了巨大的变化。然而,当前建筑施工企业又不能够保证建筑工程的施工质
量,这也就对人们的生命和财产安全产生了很大威胁。由于各种因素影响,这些建设工程在结构设计上常存在一些常见问题,须引起高度重视。笔者结合工作实践作一些粗浅的分析,与同行探讨。
一、房屋结构设计地基与基础
纵观近些年的房屋结构设计质量,不难发现,多层房屋建筑并没有地质的详勘报告,只是单纯的依靠建设单位进行口头阐述或者是笼统的对附近建筑物基础设计资料进行参照就进行了施工图的设计,房屋结构的地基与基础设计必须要做到安全、合理、适用,要求设计人员必须要依据相关的地质勘察资料,统一的考察多个方面的易损,从而进行房屋结构设计上部结构方宁和基础类型的设计,单纯的凭地耐力这一个数据时不安全和不全面的,要求我们更加不能够盲目的认为将耐力容许值取小一些就万无一失了。
二、房屋结构设计构造柱兼作承重柱
在砖混结构房屋设计中,构造不仅仅能够提升整个墙体抗剪的能力,并且能够形成对于砌体约束的能力,这就说明,构造柱对于竖向承载力的维持,限制建筑物墙体裂缝开展以及提升建筑物结构抗震性能都有着十分重要的作用。在当前的结构设计中,经常会出现把构造
柱作为房屋建筑的承重柱使用,这种做法一定会降低构造柱自身对于彻底拉结和约束作用和,并且当房屋结构遭遇到地震作用的时候,在构造柱的位置一定会形成应力集中,首先遭到破坏,这样的构造柱不仅不能够起到其自身应该有的作用,反而成为了房屋结构中一个十分薄弱的部分。
三、房屋结构设计承重柱截面高度设计太小
在六度抗震的设防区往往存在着房屋结构设计承重柱截面高度设计太小的问题,有些结构设计人员误以为六度设防也就是不设防,所以,他们为了方便起见,就将承重柱的界面高度设计的太小,使得房屋结构中梁柱线的刚度比较大。这一种做法虽然使得结构受力分析比
较简单,但是,为房屋结构的质量埋下了隐患。由于这样做将梁柱之间刚结作用忽略了,也就是将梁柱对消化酶约束弯矩忽略了,再加上柱截面配筋往往比较小,一旦房屋结构受力以后,柱顶的抗弯强度就会不足,从而使得柱子和梁底的附近出现多条或者一条水平的裂缝,
最终形成了塑性铰。在正常的使用背景下,柱子开始带铰工作,这不仅仅影响了房屋自身耐久性,同时会引起房屋住户恐慌的心理,更为严重的就是这样的房屋结构一旦遭遇到了地震的作用,将会出现倒塌的现象,这样就对现象房屋抗震规范中强柱弱梁设计的原则违背了。
四、房屋结构设计悬挑梁梁高过小
在房屋结构设计中,设计人员通常只是对梁倾覆和强充进行了一定的验算,如果房屋结构设计中的梁高选择太小,那么一定会引起梁截面受压区的应力过高,在正常使用的状态下,梁截面受压区会产生非线性的徐变,梁挠度也会随着时间的推移而不断地加大,挑梁变形会引起梁板出现一条或者几条裂缝,根据笔者自身观察,这一种挑梁变形如果发展到后期就会在梁支座截面上部的受拉区里出现比竖向的、比较宽的裂缝。受到支座上部附近的剪弯作用所产生的影响,竖向的裂缝如果向下延伸就会发展成为斜裂缝,这个时候房屋结构的梁已经接近了破坏。
五、房屋结构设计楼板设计
在整个建筑工程中,主要的承重构件就是板,楼板将屋面、楼面荷载都传给了其自身周围梁或者墙上面,在整个房屋结构设计中,楼板设计的问题一定会连带着柱、墙、梁等等构件安全,如果房屋结构设计人员不能够周全的考虑整个设计,就一定会很容易出现一些相
关设计质量的问题,有些问题很可能会产生很严重的质量问题,这也就是我们常说的质量隐患。在楼板设计的过程中,有些设计人员为了自己计算的方便,或者是因为对于楼板受力状态的认识不充足,只是将双向板作用单向板来进行一定的计算,使其计算假定和当前的实际
受力状态不完全符合,最终导致了某一个方向配筋太大,另一个方向仅仅是按照了构造配筋,最终造成了配筋不足,导致板里面裂缝的出现。
中图分类号: S611文献标识码:A 文章编号:
一、前言
结构设计是建筑工程的灵魂,是工程得以开展的依据。要提高建筑工程的质量必须得从建筑结构设计开始,合理的房屋建筑结构设计是在满足使用功能的同时,兼具安全,规范,省材等优点。因此,建设结构设计是房屋建筑工程中不容忽视的重要问题。
二、建筑结构设计的重要意义
建筑结构设计一般在建筑设计之后,“受制”于建筑设计,但又“反制”于建筑设计。结构设计决定建筑设计能否实现,而且结构专业是一个既有深度又有广度的专业,从这个意义上讲,结构设计则显得尤为重要。结构设计作为决定建筑质量的重要环节,最重要的是提供舒适安全、经济合理的设计方案,为人们的生活、居住提供优质的服务,并在此基础上谋求发展。因此,转换设计理念,研究和开拓适应现代化需要的建筑结构设计,成为新形势下每一个建筑结构设计者不可避免的课题,有针对性地解决建筑结构设计中存在的问题,提高建筑结构设计的质量显得尤其必要。
三、房屋建筑结构设计的基本方法
(一)大样详图。
在翻屋建筑详图准确、无误的基础前提下,大样详图的绘制可以直接的在房屋建筑详图的基础上展开绘制,也可以在之前所做过的详图基础上来进行局部的改进以及绘制。要尽可能的使结构受力更加的合理以及施工的更加方便,在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
(二)屋顶、面结构图。
当建筑是坡屋面的时侯,结构的处理方式有梁板式以及折板式两种,梁板式适用于建筑平面不规整、板跨度比较大以及屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面,而折板式则适用于与梁板式相反的条件下,这两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋的时侯应该有部分或者是全部的板负筋拉通以抵抗拉力,板厚基于构造需要一般来说不能够小于120厚。正确绘图和设计的关键是设计人员真正的心知肚明,结构设计者必须要具备一定的空间概念,正确理解建筑图纸和意图,这样所设计出来的图纸才能够更好的让施工人员明白。
结构平面图。
在绘制房屋建筑结构平面布置图的时侯,对于砌体结构来说可以不用在软件中建模,直接设计就可以了,但是设计的过程中需要注意受压以及局部受压的问题。当然,如果时间允许的情况下还是输入建模较好,有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算,何乐而不为呢?
四、建筑结构设计的常见问题
1地基与基础方面
(一)多层房屋建筑无地质详勘报告,仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。地基与基础设计要做到合理,安全适用,设计人员必须依据地质勘察资料,统一考察多方面因素进行基础类型和上部结构方宁设计,仅凭地耐力这一数据是不完全面的,也是不安全的,更不能盲目地把耐力容许值取得小一些就认为成无一失了。
(二)采用换土垫层进行软弱地基处理,不进行换土垫层设计,只凭经验处置。有时设计者软弱地基的危害认识不足,只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力,没有进行垫层宽度和厚度计算,既不安全,又不经济。
(三)民用建筑中柱梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时,在计算粱、柱和基础的负荷时未按现行设计规范用荷载乘折减系数计算其荷载值,因而荷载值准确。
2.在框架结构设计中,只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架
现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,各方面的地震和应用由抗侧力构件来承担。在框架结构设计中,纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对以于非抗震设计,而纵向地按普通的连续梁进行设计,梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法不答合框架的构造要求。由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计中经常出现梁的支座负筋。跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。
3.承重柱截面高度设计过小
这种情况多发生于六度抗震设防区一些结构设计得误认为六度设防就是不设防.不图受力分析方便.他们故意把柱子的截面高度设计得过小.使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算这种做法虽然易于进行结构受力分析。但却给房屋结构埋下隐患。结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足.从而柱子而梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺,常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一理遭遇地震作用时,将会倒塌。这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
4.砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中,构造不但能够提高墙体的抗剪能力,而且构造柱与圈梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开裂,维持竖向承载力,提高结构的抗震性能有着重要的作用在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用。这种做法将引起以下几个问题:
构造柱作为承重柱使用后,使得构造柱提前受力。
这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作和.而且结构一旦遭遇地震作用时.在构造柱位置必然形成应力集中.首先破坏这样构造柱不但起不到其应有的作用.反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。
构造柱一般生根于地圈梁中,没有另设基础。
构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求柱底基础一旦发生冲切或局部承压被出现裂缝.后果将很严重。本文建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计若梁上荷载和跨度都比较小时,构造柱也可布置于梁下,但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下墙体的局部承压和抗弯强度经验算满足。
五、楼板设计常见问题
板是建筑工程中的主要承重构件.是它将楼面.屋面的荷载传给其周围的墙或梁上,楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周.很容易出现设计质量问题,有的还可能存在严重的质量隐患楼板设计中常见如下几个问题:
1.设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足,简单地将双向板作用单向板进行计算,使计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大。而另一方向仅按构造配筋.造成配筋严重不足,致使板出现裂缝。
2.板承受线荷载时弯矩计算问题,在民用建筑中,常常在楼板上布置一些非承重隔墙故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积计算,板上隔墙顶部处理也常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板,这样会给上部的板增加了一个中间支承点使其变为连续板,支承点上部出现了负弯矩,而在板的设计中又没考虑该部分的影响,致使板顶出现裂缝。
3.双向板有效高度取值偏大双向板在两个方向均产生弯矩,由此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放,短跨方向的跨中钢筋应放在下面.有的设计为图省事或对板受力认识不足,而取两上方向的有效高度一致进行配筋计算,致使长跨有效高度偏大,配筋降低,使结构构件存在的质量隐患,甚至出现开明缝的现象。
六、结束语
综上所述,房屋建筑的结构设计,是整个工程的重点内容,在施工过程中,结构设计如果不合理,会给房屋建筑带来很多问题。因此,只有合理的运用科学的设计方案,才能真正的实现房屋建筑结构设计的优化,避免很多质量问题的出现,同时促进社会的和谐发展、健康发展。
参考文献:
[1] 祝华纯,王有权.房屋建筑结构设计中常见问题分析[J].中国新技术新产品,2009,(3).
1.基础设计等级问题
建筑结构可靠度设计统一标准第1.0.8条明确了建筑结构的安全等级的划分,建筑地基基础设计规范作为国家专业标准文件,仅注明了基础设计安全等级应按国家有关规范规定采用,基础设计规范虽然根据地基复杂程度、建筑物规模和功能等将地基基础分为三个设计等级,但是未能就地基基础的安全等级的划分加以确定,况且,地基基础的设计等级与地基基础的安全等级是完全不同的两个概念,可靠度设计统一标准中有关基础安全等级第1.0.8条的引注2的规定,意味着地基基础的安全等级不完全等同于上部结构的安全等级。笔者认为,地基基础的安全等级不宜低于上部结构的安全等级。
2.房屋建筑结构设计基本方法
2.1房屋建筑结构基础设计
在针对房屋建设的基本构架进行设计的过程中,需要很好的考虑到材料问题,注重混凝土原材料的选择,力求所有的设备和材料都可以满足施工图纸上的要求和规范。同时,对于建筑构架所使用的钢筋构件,也应当满足相应的钢筋率,在建筑结构的条基交叉部分,应当注意相应的面积问题,全面保障建筑结构稳定性、强度和安全性,所有的材料均不能够重复使用。在设计当中还需要结合实际情况对建筑基础的宽度进行调整与修补,通过实地考察与分析,对设计平面图纸和基础图纸进行不断的完善。
2.2建筑结构平面设计
房屋建筑结构设计的平面图纸也是一个重要的组成部分,在绘制平面图纸之时,需要充分的考虑到建筑所处的环境地段、地理位置、地质环境条件和水文地质条件等,采用先进的工艺技术进行施工方面的改进。同时还需要借助计算机等设备,对图纸进行修改,对房屋建筑进行模拟,找寻出设计之中的缺陷。反复的计算、反复的审核与比对,力求保证基础结构设计图纸的完善性。
2.3建筑结构屋面设计
屋面结构设计图纸和屋顶设计图纸是整个房屋建筑结构设计的核心部分。当建筑的屋面是坡形之时,常用的结构处理技术有折板式以及梁板式等两种形式,梁板式更加适合使用在屋面的跨度较大以及平面构造不平整的建筑结构之上,同时针对一些屋脊部位较为复杂的、屋面的坡度较大的屋面,通过梁板式设计方法的运用,也可以得到恰当的处理。上述两种设计形式在运用当中,板筋部分会有部分的拉伸,来抵消建筑构件之间产生的拉力,而针对板筋的强度设计,需要结合建筑的实际情况来进行确定。通常状况之下在结构设计之中需使用大样详图的方式,帮助施工人员更好的领悟设计图纸的意图和设计理念。
3.房屋建筑结构设计中的问题分析
3.1 砖混构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中,构造柱不但能够提高墙体的坑剪能力,而且构造柱与固梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开展,维持竖向承载力,提高结构的抗震性能有着重要的作用 在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用,这种作法将引起以下几个问题。
(1) 构造柱作为承重柱使用后,使得构造柱提前受力,这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作和,而且结构一旦遭遇地震作用时,在构造柱位置必然形成应力集中,首先破坏。 这样构造柱不但起不到其应有的作用,反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。
(2)构造柱一般生根于地圈梁中,没有另设基础,构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求,柱底基础易发生冲切或局部承压会出现裂缝,本文建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计,若梁上荷载和跨度都比较小时,构造柱也可布置于梁下,但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下墙体的局部承压和抗弯强度,经验算满足,方可在粱下布置构造柱。
3.2 承重柱截面高度设计过小
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计者误认为六度设防就是不设防,图受力分析方便,他们故意把柱子的截面高度设计得过小,使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时计算简图中梁柱节点可简化为铰支) 。把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。 这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱对梁的约束弯矩,加之以柱截面的配筋都较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子和梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺,这样在正常使用情况下,柱子已开始带饺工作这不但影响了房屋的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理,更为严重的是,这样的结构遭遇地震作用时,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
3.3悬挑梁的梁高选用过小
一些设计者往往只注意了对梁的强度和倾覆进行验算,而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小,引起梁截面的受压区应力过高。在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性变化。 梁挠度随时间的推移不断加大,挑梁的变形引起梁板出现裂缝,裂缝宽度随着挑梁变形的回大而加宽,影响了房屋的正常使用。 据笔者观察,这种挑梁的变形发展到后期,梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝受支座附近剪弯作用的影响,竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝,此时梁已接近破坏,当为托墙挑梁时,梁过大的挠度引起梁上部在梁支座附近出现裂逢裂缝。在梁支座处沿斜向延伸,缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高过小,截面的相对受压区高度较大,梁的延性减小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏,失去承载力。
(1)楼板是建筑工程中的主要承重构件。是它将楼面,屋面的荷载传给其周围的墙或梁上,楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周,很容易出现设计质量问题,有的还可能存在严重的质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。
设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足,简单地将双向板作用单向板进行计算使计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向仅按构造配筋造成配筋严重不足,致使楼板出现裂缝
(2)板承受线荷载时弯矩计算问题,在民用建筑中,常常在楼板上布置一些非承重隔墙,故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以楼板的总面积。
中图分类号:TU318
文献标识码:B
文章编号:1674-3954(2013)21-0146-02
引言
由于框架结构具有空间大、平面布局灵活多样的特点,满足了人们不断追求使用个性化的要求。因此,随着社会的不断发展和人们物质生活水平的提高,框架结构(住宅、公共建筑)将会得到较大发展。
1 多层框架房屋建筑结构设计研究现状和优缺点分析
1.1 多层框架房屋建筑结构设计研究现状
对于框架结构,在结构建筑特点方面:它是由钢筋混凝土梁、柱、节点及基础为主框,加上楼板、填充墙、屋盖所组成的结构形式,楼板和横梁连在一起,横梁和柱通过节点连为一体,形成承重结构,将荷载传至基础,力的传递路线比较明确。对于整个房屋全部采用这种结构形式的称为框架结构或纯框架结构。框架可以是等跨或不等跨的,也可以是层高相同或不完全相同的,有时因房屋布局和空间使用要求等原因,也可能要在某层抽柱或某跨抽梁,形成缺梁、缺柱的框架。墙体是填充墙,仅起围护和分隔作用,所以框架结构的最大特点是承重构件与围护构件有明确分工,建筑物的内外墙处理十分灵活,应用范围很广,因此能为建筑提供灵活的使用空间。在结构受力性能方面:框架结构构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,所以框架结构属于柔性结构,自振周期较长,地震反应较小,经过合理的结构设计可以具有较好的延性性能。
1.2 多层框架房屋建筑结构设计优缺点分析
1.2.1 钢筋混凝土框架结构的主要优点
空间分隔灵活,自重轻,节省材料;具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点,利于安排需要较大空间的建筑结构;框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化,便于采用装配整体式结构,以缩短施工工期;采用现浇混凝土框架时,结构的整体性、刚度较好,设计处理好也能达到较好的抗震效果,而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
1.2.2 钢筋混凝土框架结构的缺点
框架节点应力集中显著,框架结构的侧向刚度小,属柔性结构框架,在强烈地震作用下,结构所产生水平位移较大,易造成严重的非结构性破坏,适用于非抗震设计;钢材和水泥用量较大,构件的总数量多,吊装次数多,接头工作量大,工序多,浪费人力,施工受季节、环境影响较大;不适宜建造高层建筑。
2 多层框架房屋建筑计算方法
2.1 竖向荷载作用下内力计算
在内力计算中,在竖向荷载作用下框架结构的内力可用分层法、弯矩二次分配法等近似方法计算。分层法在分层计算时,将上、下柱远端的弹性支承改为固定端,同时将除底层外的其他各层柱的线刚度乘以系数0.9,相应地柱的弯矩传递系数由1/2改为1/3,底层柱和各层梁的线刚度不变且其弯矩传递系数仍为1/2。弯矩二次分配法是先对各节点的不平衡弯矩都进行分配(其问不传递),然后对各杆件的远端进行传递。分层法和弯矩二次分配法的计算精度较高,可用于工程设计。
2.2 水平荷载作用下内力计算
水平荷载作用下框架结构内力可用D值法、反弯点法等简化方法计算。其中D值法的计算精度较高,当梁、柱线刚度比大于3时,反弯点法也有较好的计算精度。D值是框架结构层问柱产生单位相对侧移所需施加的水平剪力(如图1为某工程剪力示意图),可用于框架结构的侧移计算和各柱问的剪力分配。D值是在考虑框架梁为有限刚度、梁柱节点有转动的前提下得到的,故比较接近实际情况。影响柱反弯点高度的主要因素是柱上、下端的约束条件。柱两端的约束刚度不同,相应的柱端转角也不相等,反弯点向转角较大的一端移动,即向约束刚度较小的一端移动。D值法中柱的反弯点位置就是根据这种规律确定的。
在水平荷载作用下,框架结构各层产生层问剪力和倾覆力矩。层问剪力使梁、柱产生弯曲变形,引起的框架结构侧移曲线具有整体剪切型变形特点;倾覆力矩使框架柱(尤其是边柱)产生轴向拉、压变形,引起的框架结构侧移曲线具有整体弯曲型变形特点。当框架结构房屋较高或其高宽比较大时,宜考虑柱轴向变形对框架结构侧移的影响。
2.3 软件辅助计算
在手算前,用PKPM对初选方案进行结构刚度、效应分析、杆件内力标准值的计算,基本掌握模型建立、荷载输入、参数确定、整体计算、结果分析等各重要环节。如若电算通过,则继续进行手算;若不通过,则应变换截面尺寸,直至电算通过。此外,还可利用SAP2000等数值分析软件,对设计方案进行建模模拟,验算内力、变形等。
3 多层框架房屋建筑结构设计实例分析
3.1 多层框架房屋建设结构设计原始资料
某办公楼建筑,室外气温:年平均气温最冷月份-20℃,年平均气温最高月份25℃冻土深度:最大冻土深度为1.2m基本雪压:0.40kN/m2;基本风压:0.25kN/m2;地质资料:20m以上为轻亚粘土,f=210kPa,地下水位深18m。抗震设防烈度为Ⅶ度,设计基本地震加速度值为0.10g,场地设计分组为第三组,场地土类型为Ⅱ类。地面粗糙度类别C类。建筑场地:70m×40m。
提供的建筑材料:钢筋:HPB300级,HRB335级,HRB400-HRB500级。混凝土:C30~C40。砌体(填充墙):加气砌块、空心砌块,强度等级≥MU7.5(加气砌块、空心砌块容重不大于8kN/m3),采用M7.5混合砂浆砌筑。焊条:HPB300级(φ)级钢筋用E43××焊条,HRB335级(φ)级钢筋用E50××焊条。
3.2 多层框架房屋建筑物组成及功能要求
办公大楼拟建6层总建筑面积3000~5000m2左右。其中办公室:35~45m2左右,50个左右;会议室:80~90m2左右,2个,分布在上部。设电梯一部,入口门庭两层通高。要求采用框架结构,建筑设计要求有标志性并体现时代气息。建筑物防火等级为二级。
3.3 多层框架房屋建筑结构设计步骤
3.3.1 建筑设计部分
平面设计:合理确定平面柱网尺寸;布置房间;确定楼(电)梯数量、位置及形式;满足室内采光、通风要求。剖面设计:确定合理层高;给出楼(地)面、屋面、墙身工程做法。立面设计:建筑风格、造型应富有创意,有时代感。要求完成的建筑施工图有:首层平面图(1:100);标准层平面图(1:100);建筑详图(1:50或1:25);立面图(1:100或1:50):正立面、侧立面;剖面图(1:100或1:50,剖切位置必须在楼梯部位);建筑设计说明书(在建筑设计说明中,应说明自己所选取的方案的设计意图,注意从平、立、剖等方面分别说明)。
3.3.2 结构设计部分
结构选型:根据建筑设计方案及设计原始资料,选择适当的结构体系。结构布置:确定柱在平面上的排列方式,一般柱网有内廊式和等跨式两种,选择承重方案,框架结构的平面布置形式非常的灵活,框架结构按照承重方式的不同分为三类:横向框架承重方案;纵向框架承重方案;纵横向框架混合承重方案。合理布置结构构件,初步确定材料强度等级及构件截面尺寸。要确定构件的截面尺寸,只能先估算,等构件的内力和结构的变形计算好后,如果估算的截面尺寸符合要求,便以估算的截面尺寸作为框架的最终截面尺寸。如果所需的截面尺寸与估算的截面尺寸相差很大,则要重新估算和重新进行计算。结构内力分析及构件设计:根据现行国家设计规范,计算结构荷载及地震作用;手算完成结构一个主轴方向的内力分析,进行框架梁、柱、的内力组合,完成构件截面设计;同时,可采用工程设计软件PKPM计算结构内力及配筋(如图2为某工程卫生问处错误配筋图和卫生问处正确配筋图),并与手算结果进行对比分析。完成楼梯的计算和配筋,完成板的配筋计算。绘制结构施工图。
4 结束语
总之,结构设计中经常会遇到一些规范或规程未论及的问题,这就需要设计人员积累经验,利用正确的概念进行设计。鉴于多层框架房屋建设对于我国建筑行业发展的重要性,因此,本文研究这个课题具有非常重要的现实意义。
参考文献
1 地基与基础方面
1.1 多层房屋建筑无地质详勘报告,仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。地基与基础设计要做到合理,安全适用,设计人员必须依据地质勘察资料,统一考察多方面因素进行基础类型和上部结构方宁设计,仅凭地耐力这一数据是不完全面的,也是不安全的,更不能盲目地把耐力容许值取得小一些就认为成无一失了。
1.2 采用换土垫层进行软弱地基处理,不进行换土垫层设计,只凭经验处置。有时设计者软弱地基的危害认识不足,只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力,没有进行垫层宽度和厚度计算,既不安全,又不经济。
1.3 民用建筑中柱,梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时,在计算梁、柱和基础的负荷 时未按现行设计规范舸用荷载乘折减系数计算其荷 载值,因而荷载值准确。
2 砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
在砖混结构中,构造不但能够提高墙体的坑剪能力,而且构造柱与圄梁联结在一起,形成对砌体的约束,这对于限制墙体裂缝的开展,维持竖向承载力,提高结构的抗震性能有着重要的作用。
在当前结构设计中,构造柱经常被作为承重柱使用,这种作法将引起以下几个问题。
2.1 构造柱作为承重柱使用后,使得构造柱提前受力,这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作和,而且结构一旦遭遇地震作用时,在构造柱位置必然形成应力集中,首先破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用,反而成为房屋 结构中的一个薄弱的部位。
2.2 构造柱一般生根于地圈梁中,没有另设基础,构造柱兼作承重柱使用后,柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压被出现裂缝。本文建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。若梁 上荷载和跨度都比较小时,构造柱也可布置于梁下,但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足,方可在梁下布置构造柱。
3 承重柱截面高度设计过小
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计得误认为六度设防就是不设防,不图受力分析方便,他们故意把柱子的截面高度设计得过小,使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱对消化酶的约束弯矩,加之以柱截面的配筋都较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子而梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。这样在正常使用情况下,柱子已开始带饺工作。这不但影响了房屋 的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一理遭遇地震作用时,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
4 在框架结构设计中,只注意了横向框架的设计而忽视了纵向框架
现行建筑抗震设计规范要求水平地震作用应按两个主轴方向分别计算,各方面的地震和用应由该方向的抗侧力构件来承担。说是说,在框架结构设计中,纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对以于非抗震设计,而纵向地按普通的连续梁进行设计,梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法不答合框架的构造要求。由于没有考虑地震的纵向作用,在实际设计中经常出现梁的支座负筋,跨中纵筋及箍筋的配筋置均不足的现象。
5 悬挑梁的梁高选用过小
设计者往往只注意了对梁的强充和倾覆进行验算,而忽略了对梁手挠度的验算。梁高选用过小,引起梁截面的受压区应力过高,在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性徐变。梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁板出现裂缝,裂缝宽度随着挑梁变形的回大而加宽,影响了房屋的正常使用。据笔者观察,这种挑梁的变形发展到后期,梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响,竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝,此时梁已接近破坏,当为托墙挑梁时,梁过大的挠度引起梁上境况体在梁支座附近出现裂缝。裂缝在梁支座处沿斜向延伸,缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时,截面的相对受压区高度较大,梁的延性减 小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏,失去承载力。
6 连续梁按单梁进行设计
这种情况多发在阳台边梁的设计中。由于边梁上的荷 重一般较小,没有引起设计得的重视,左图受力分析方便,设计得把实际应为连续梁的梁按单简支梁进行设计,致使梁在支座处上部负筋配置量过少。这样必然引起梁在支座附近上部受拉区出现竖向裂缝,进而引起梁上部拦板出现竖向裂缝。如果该边梁长度较长时,问题将会变得更加严重。因为该梁一般直接暴露在室外,受环境温度影响较大。当环境温度变化时,梁的伸缩受到梁端柱或挑梁的约束,在梁内产生收缩应力,该收缩应力作用于原已产生的梁上裂缝处,引起梁的支座附近沿整个梁截面四周裂缝贯通,梁承载力降低,直接影响了使用安全。
7 楼板设计常见问题
1、前言
经济发展、城市规模的扩大尤其是城市用地资源的短缺导致目前的房屋建筑朝着高层化、地下化的发展,同时由于节能理念、先进技术、新型材料的有效运用,使得目前的房屋建筑结构设计方案更加复杂,也更加关注房屋建筑的节能设计、舒适设计、安全设计、可靠设计等内容。但是根据笔者多年的工作经验来看,目前的房屋建筑设计当中存在着较多的问题,而这些问题成为了制约房屋建筑设计质量水平的重要因素。在本文中,笔者为了提高今天房屋建筑设计的科学性与合理性,分析并探讨了房屋建筑结构设计中常见问题,供人们思考。
2、房屋建筑结构设计中常见问题
2.1 房屋建筑基础和地基设计中的常见问题
第一,基础和地基的荷载值偏大。在进行房屋建筑基础、地基以及梁、中柱的负载设计过程中,需要依照相关技术规范来乘以折减系数,但是在目前不少设计人员在进行相关设计的时候没有依照相关技术规范来乘以折减系数,最终导致房屋建筑的基础、地基以及梁、中柱的负载设计数值偏大。
第二,软土地基处理缺乏合理性与科学性。有些房屋建筑设计人员在进行房屋建筑地基设计的时候没有充分认识到软弱地基的危害,往往只是凭借自己的经验进行地基处理,而不进行换土垫层设计。例如,往往只是采用砂垫层提高房屋建筑的承载力,同时也不计算砂垫层的厚度和宽度,不仅不能够节约施工成本,也降低了房屋建筑地基的安全性。
第三,未能在施工之前进行地质勘探。不少房屋建筑的基础设计方案仅仅是参考了附近房屋建筑的基础设计资料或者依照以往的类似设计经验,没有提供准确科学的地质勘探报告。依照规定,设计人员在进行房屋建筑基础设计的时候为了确保建筑的安全性和设计合理性,必须要充分参考相关的地质勘探报告,在综合考虑多种因素之后来确定具体的基础设计方案。如果在设计过程中,设计人员仅仅单纯凭借土地耐力来选择并设计建筑基础,不仅使得整个基础设计方案有失偏颇,而且也无法确保该设计方案的安全性和可靠性。
2.2 房屋建筑砖混结构设计的常见问题
房屋建筑设计方案中,砖混结构设计存在着最为显著的问题便是构造柱兼作承重柱用。构造柱对于砖混结构而言具有非常重要的作用,它不仅能够强化建筑墙体的抗剪能力,同时也因为圈梁和构造柱的相互连接成为一个整体,能够有效约束建筑砌体裂缝开展,在总体上提高了建筑结构的抗震能力。正是基于以上考虑,在进行砖混结构设计时必须要高度重视构造柱问题。一般而言,构造柱设计存在着以下几种问题:
第一,重大梁下面的构造柱未能依照承重柱设计。通常而言,构造柱生根在地圈梁当中,不会在另行设置单独的基础,使得构造柱同时发挥着承重柱的作用,因此,构造柱底部所承载的荷载必然会超过基础自身设计的抗冲切、抗弯部以及局部承压强度,非常容易导致构造柱底部出现裂缝。因此,建议重大梁下面的构造柱应该依照承重柱进行设计。如果梁的跨度和上部荷载均比较小,假设在不考虑构造柱作用的前提之下墙体抗弯强度和局部承压满足要求,则也可以把构造柱设计在该梁的下面。
第二,构造柱通常作为承重柱来进行设计。不少建筑设计方案将构造柱作为承重柱进行设计,如此一来,使得构造柱提前受力,显著降低了柱体本身对于砌体的约束作用和拉结作用,如果建筑物所在地为地震多发区,一旦发生地震,则构造柱一定会因为应力集中成为最先遭受破坏的部位。这样的设计方案不仅无法发挥出构造柱原本具备的约束作用和拉结作用,而且会成为整个建筑构造当中的薄弱环节。
2.3 建筑框架设计中的纵向框架设计没有得到重视
依照目前现行的建筑抗震设计标准当中的规定,需要依照两个主轴方向来各自计算水平地震作用,该主轴方向上的抗侧力构件需要承担该主轴方向的地震作用。这便说明了对于建筑框架设计而言,不论是横向框架设计还是纵向框架设计均具有着同等重要的功能与作用。但是在一些非抗震的建筑设计方案当中,不少设计者在设计纵向框架的时候仅仅将其视为普通的连续梁,进而导致该梁柱的节点、框架中的箍筋配置和纵筋配置不能够满足框架柱和框架梁的相关要求。建筑框架设计中的纵向框架设计没有得到重视会使得设计方案在实际中出现箍筋配置、纵筋配置、支座负筋等三者都无法满足相关要求的问题。
2.4 未能够合理选择悬挑梁截面高度
设计者往往只注意了对梁的强度和抗倾覆进行验算,而忽略了对梁挠度的验算。梁高选用过小,常引起梁截面的受压区应力过高,在正常使用状态下,梁截面受压区产生非线性徐变。梁挠度随时间的推移不断加大。挑梁的变形引起梁板出现裂缝,裂缝宽度随着挑梁变形的加大而加宽,影响了房屋的正常使用。据笔者观察,这种挑梁的变形发展到后期,梁支座截面上部受拉区常常出现较宽的竖向裂缝。受支座附近剪弯作用的影响,竖向裂缝向下延伸发展为斜裂缝,此时梁已接近破坏,当为托墙挑梁时,粱过大的挠度引起梁上墙体在梁支座附近出现裂缝。裂缝在梁支座处沿斜向延伸,梁缝愈靠上愈宽。挑梁的截面过小对结构的抗震也很不利。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。梁高小时.截面的相对受压区高度较大,梁的延性减小,在竖向地震作用下易发生脆性破坏,失去承载力。
2.5 未能够合理设计承重柱截面高度
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计人员误认为六度设防就是不设防,为受力分析方便,他们故意把柱子的截面高度设计得过小,使粱柱的线刚度比加大(由于一些结构设计手册中规定:当梁柱的线刚度比大于4时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。把梁简化为铰支梁,梁柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为,这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱对梁的约束弯矩,加之柱截面的配筋都较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯刚度必然不足,从而柱子在梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。这样在正常使用情况下,柱子已开始带铰工作。这不但影响了房屋的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一旦遭遇地震作用,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
3、结束语
房屋建筑结构设计不仅具有高度的系统性和全面性,还必须要符合自身的设计规律,其设计人员不但必须要具备深厚的理论知识,还必须要具备认真负责的设计态度、创新开阔的设计思维。本文以为,通常分析和研究当下房屋建筑结构设计中常见问题,能够有效提高设计方案的质量,产生更多的更加经济、更加科学、更加现代的建筑结构设计方案。
参考文献:
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中图分类号: TU2 文献标识码: A 文章编号:
一、 房屋建筑结构设计的基本方法
1、结构平面图
在绘制结构平面布置图时,是否要输入结构软件进行建模呢?当建筑地处抗震设防烈度为6度区时,根据建筑抗震设计规范,是可以不用进行截面抗震验算的,但必须符合有关的抗震措施要求。因此对于砌体结构来说可以不用在软件中建模,直接设计即可,但设计中需要注意受压和局部受压的问题。当然,如果时间允许的情况下还是输入建模较好,有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算何乐而不为呢?需要注意的是,当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时是必须要输入软件建模计算的。
2、屋顶(面)结构图
当建筑是坡屋面时,结构的处理方式有梁板式及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整,板跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。板厚基于构造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。至于坡屋面板的平面画法,通常使用剖面示意图加大样详图的表示方法,这样更便于施工人员正确理解图纸。
3、大样详图
在建筑详图的准确无误的基础上,大样详图的绘制可在建筑详图的基础上直接绘制,也可在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。这阶段需要注意在保持建筑外形的前提下尽量的使结构受力合理和施工方便。在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。
4、楼梯
楼梯梯板要注意挠度的控制,梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求,梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。局部不合适处可以采用折板楼梯。折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。注意梁下的净空要求,并要注意梯板宽度的问题。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题,必要时应设梯梁。
5、基础
基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。(通常情况下可采用C25)基础的配筋应满足最小配筋率的要求(施工图审查中心重点审查部位)。条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。条基交叉处的基底面积不可重复利用,应注意调整基础宽度。局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。基础图中的构造柱,当定位不明确时应给予准确定位。
二、当前房屋建筑结构设计中的常见问题
1、 结构布置不合理、不规则
结构尽可能规则,结构的布置才能更趋于合理,这是结构设计中十分重要的环节,这里的“规则”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至承载力分布等诸多因素的综合要求。由于引起结构不规则的因素太多,特别是对于复杂的建筑体型,很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围。
由于缺乏规范依据及相应的设计规定,加之对结构抗震概念设计缺乏应有的了解,有些设计人员往往对结构规则性把握不准确,导致工程中出现了规则性较差、对结构抗震十分不利的建筑。这主要体现在以下几点:
1. 1最常见的一种情况就是平面凹凸不规则。
1.2 平面扭转不规则问题。如框架-剪力墙结构中,纵横剪力墙布置过分集中或仅布置在房屋的一端,使结构刚度中心严重偏离质量中心。有时甚至是结构整体计算的第一振型为扭转振型。
1.3楼层错层问题。高层建筑中带有较大范围的错层,使楼层的楼板不连续,对结构抗震十分不利。
1.4高层建筑结构中,同时采用两种以上的复杂结构。诸如带转换层结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等,均属于复杂结构形式,根据抗震对高层建筑规则性的要求,高层结构不宜同时采用两种以上的复杂结构。
1.5高层建筑带有明显薄弱层,又没有采取有效的抗震加强措施。
2、楼板设计常见问题
板是建筑工程中的主要承重构件,是它将楼面,屋面的荷载传给其周围的墙或梁上,楼板的设计问题必将连带梁、墙、柱等构件安全。若对整个设计考虑不周,很容易出现设计质量问题,有的还可能存在严重的质量隐患。楼板设计中常见如下几个问题。
2.1设计时为了计算方便或因对板的受力状态认识不足,简单地将双向板作用单向板进行计算。使计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向仅按构造配筋,造成配筋严重不足,致使板出现裂缝。
2.2板承受线荷载时弯矩计算问题,在民用建筑中,常常在楼板上布置一些非承重隔墙故大楼板设计中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载附以板的总面积。另外,板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌砌顶紧上部分的楼、屋面板,这样会给上部的板增加了一个中间支承点,使其变为连续板,支承点上部出现了负弯矩,而在板的设计中又没考虑该部分的影响,致使板顶出现裂缝。
2.3双向板有效高度取值偏大。双向板在两个方向均产生弯矩,由此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放,短跨方向的跨中钢筋应放在下面,长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面,计算时应用两个方向的各自的有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小d(d为短向钢筋的直径)。有的设计得为图省事或对板受力认识不足,而取两上方向的有效高度一致进行配筋计算,致使长跨有效高度偏大,配筋降低,使结构构件存在的质量隐患,甚至出现开明缝的现象。
三、 异形柱结构设计中存在的问题
近年来,在我国的住宅建设中,特别是高层或小高层住宅,有些采用了异形柱结构。目前在异形柱结构设计中存在的问题很多,也比较突出,主要表现在异形柱结构房屋的高度超高、体型不规则、结构布置不合理、抗震构造措施不当等方面。应当说,目前国内对异形柱的受剪承载力、节点承载力和结构延性等方面的试验研究还不多,对异形柱结构抗震性能的认识还不够充分。在这种情况下,设计异形柱结构时,对房屋高度、结构规则性及抗震措施等方面宜从严掌握。
四、 结构缝设置不合理,缝宽度不足
对于超长建筑物,为减少温度变化对结构的不利影响,合理地设置伸缩缝是必要的。有些设计人员用后浇带代替伸缩缝,其实这种做法存在一定的问题。因为后浇带仅能减少混凝土材料干缩的影响,不能解决温度变化的影响。后浇带处的混凝土封闭后,若结构再受温度变化的影响,后浇带就不能再起任何作用了。
五、地基与基础方面