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在房屋建筑结构设计过程中,基础设计是否符合相关标准,不仅决定着房屋建筑今后施工状况,同时还决定着房屋建筑今后的整体投入使用。在整个基础设计的过程中,设计人员首先应对工程的地基进行实地考察,以便在基础设计的过程中能够真正做到科学、合理、经济、适用。此外,设计人员在地基设计的过程中,除了结合当地的地理环境外,还应结合着相关部门提供的地质勘查资料,确保在施工之前将基础工作打牢,此外,在房屋地基设计的过程中,设计人员还应及时的对房屋建筑的整体结构做到“心中有数”,只有这样才能保障房屋建筑设计的整体性。
设计人员在设计房屋建筑结构的过程中,除了受当地的地理环境影响外,还在一定程度上受到多种不规则因素影响。针对工程结构较为复杂的建筑结构,设计人员很难对其进行一一定量划分,同时也无法确定工程各个部分的实际建筑范围。
二、从建筑结构设计中总结注意的问题和处理措施
1、建筑结构计算中出现的问题和解决的方向。
1.1 楼板计算。
建筑结构设计当中经常会出现不正确的楼板计算,经常会出现一些这样那样的误区。问题存在于:误以为单向板这样的计算方法可以代替连续板的计算,最终只能得出错误的结论;误以为使用双向板查表方式计算的时候,可以完全忽视材料泊松比方面的影响,但实际得出的数据往往存在错误,原因是未能及时调整“跨中弯矩”,使计算结果偏小。对此要采取的措施是根据实际情况运用合适的运算方式,切莫因为贪一时轻便,而导致整体结构设计的失败,因小失大。
1.2 荷载计算。
在建筑结构计算中,要注意防止荷载方面的计算出现明显错误,比如忽略计算荷载、又或者少算了荷载,不当折减活荷载,还有一种情况就是实际计算与建筑物用料的情况不相符,最终造成基础底板多算了,或者少算了土重,不管是多算还是少算,最终都会导致建筑结构在实际施工中造成不理想的实施效果。对此要采取的措施是要事先做好荷载的情况调查,要将计算方式与荷载实际情况紧密结合起来,才能确保计算出来的数据落到实处。
1.3 电算结果。
有些时候建筑结构进行电算的时候,不注意正确的操作性,最终导致电算结果不正确,一旦根据错误的电算结果投入到进一步的工作中,就会导致接下来计算结果的分析和评价出现偏差和明显的错误,就会导致一步错,步步错的糟糕情况。对此要采取的措施是树立重视电算技巧的意识,牢记电算结果的正确与否直接关系到整个工程的评价工作和投入工作。为了不造成损失,我们应当引进有保障的电算技巧,再根据正确的结果进行判断、分析,这样的话才能最终为施工图的设计提供科学的数字依据。
2、建筑结构设计构造角度出现的问题和解决的方向。
2.1 配筋率的设计问题。
配筋率对于建筑结构的设计具有很大的参考作用,它对巩固建筑体具有不可忽视的作用,建筑结构设计中有时候缺乏一种重视的意识,往往会草率、马虎的计算得出不够精确的最大和最小的配筋率,将这样的结果使用到实际设计当中,后果可想而知。对此,我们要通过实践经验总结出精确的配筋率在最大和最小的范围,这样才能够保证建筑结构在发生外部震动或者突发损坏的时候具备一定的延展性,同时又能够满足配筋的最小限值。
2.2 钢筋的规范使用。
钢筋在搭建整个建筑结构中是不可或缺的重要施工材料,有些施工单位为了图方便、图便宜,购买了质量不过关的钢筋,最终在施工建筑的检验中过不了关,或者在日后的建筑使用中留下了巨大的安全隐患,得不偿失。因此涉及到钢筋的质量问题,设计图纸中应明确规定所使用钢筋的强度、质量要求,在设计层面上控制材料的质量,保障建筑物的安全。
2.3 温度的调节体系。
任何的建筑建设必须将耐温性考虑到内,这样才能延长它的使用寿命,一些建筑设计师在设计建筑的时候并没有过多关注房屋温度的调节,最终设计出来的建筑尽管外观大方美观,但是却经不起时间的考验。对此,设计师的设计建筑物结构的时候要加入通风融热的功能,避免房屋使用中出现因为温度高而导致墙体开裂,最终造成事故的发生。
三、从建筑的抗震设计中总结要注意的问题和处理措施
在建筑设计中加入抗震元素,是必要的一个步骤,应当置放于将建筑物的整体设计当中统筹规划,抗震的设计需要融入到整栋建筑的建设当中。国内已经出台了最新建筑设计的抗震规定和要求,尤其指出在地震频发的地区,抗震设计要成为结构设计中的重中之重,建筑的设计不论是采用框架剪力墙的结构,还是采用多层砖混的结构,都必须克服技术难关,从抗震的角度出发,实施二阶段设计,达到设防要求三个水准。抗震设计应当及早地安放到建筑结构的整体概念的设计当中,设计人员要有意识参与到结构设计队伍中,这样才能确保整体的建筑结构设计科学合理,一旦是后来才添加上的抗震设计,不能保证后来的抗震设计能够很好地融入到整体结构建设体系中。一是多层砌体式的建筑结构的抗震技巧实施注意要点。首先要做好承重的方案设计,可以考虑横墙承受重量,也可以考虑纵墙、横墙能够共同承受重量。但要注意的事项是确保布置纵横墙时要均匀而对称,平面和竖向的布置规则不一样,平面的话内部要对齐,竖面的话要上下连接。二是面对钢筋砼多、高层结构的住宅,我们可以考虑做到:(1)双向布置抗侧力结构,从而确保能够承担平行于该抗侧力结构的地震力度。(2)针对框剪体系的各个部位的侧力结构,要将各个结构融合一起共同工作,发挥整体结构作用。这个除了要注意一些细节,比如测量楼盖、屋盖的长度和宽度、测量抗震墙的刚度等,还要采取固定措施,比如是否稳固连接抗震墙、有没有确保楼盖、屋盖的整体性设计。(3)规则设计的原则。一般能够使用规则结构,就能够比较省心。但是面对复杂的结构,除了要采取特殊设计,还要考虑设置适合于复杂结构的防震缝。
四、从建筑结构建设遵循的原则中总结注意事项
1、遵守“抓大放小”的原则。
在建筑界中,设计结构一直流传着“弱梁强柱”、“弱弯强剪”的机构设计理念。在建筑结构设计中要实现各个部位平均用力的可能性不大,毕竟结构建设是一个整体统筹问题,存在着轻重之分,因此设计人员首先确定什么是重要,什么是次要的概念,也就是抓大放小的概念,将更多的精力放在重要的部位,少些精力分到次要的结构。
2、遵守“柔硬适度”的原则。
建筑结构体系并不过于讲究设计要达到怎样的刚性效果或者柔性效果,刚柔有怎样的标准测量,目前还没有一定的答案。但是可以确定的一点是,结构设计不能偏于两极化,太刚的结构容易导致形状变化效果差,承受外来破坏力的能力有限,容易在突发外力的承受下,造成局部或者全部的破损。相反,太柔的结构风格,尽管可以很少的承受外力,具有一定弹性,但是却容易造成受外力明显变形,严重的话甚至会出现全体倒塌的事故,危险性可想而知。因此,设计专家要根据建筑的实体情况,通过观测、考察、实践确定具体建筑设计结构的柔硬度。
五、结束语
建筑结构设计在建筑工程整体设计当中是必不可少的重要部分,缺乏了科学合理的建筑结构设计将会导致建筑工程不扎实,为日后的使用留下巨大的后患。对此,设计工程师要从整体的设计入手,不断反思总结实践中出现的问题,从设计计算、设计角度、抗震设计等方面入手,严格遵循建筑结构设计的原则,找出合理解决问题对策,只有这样才能建立合格的建筑结构,不断提高建筑工程的质量,确保建筑的成功投入。
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结构设计的目的是使建筑物安全并能够适应使用的要求,因此我们在结构设计中要保证和遵循这样四个基本原则:①抓大放小。②多道防线。③刚柔相济。④打通关节。打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态,当力量不能畅通时,构件与构件之间的静态平衡被破坏,结构就会发生变化。可见设计者是协调者,其任务是让所有互不相关的静态构件相聚之后依然处于静态(也就是使其保持常态),或者是处在相对的静态之中。
二、房屋建筑结构设计的基本方法
2.1 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。
2.2 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。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。设计的图纸方能让施工人员明白。由于屋面的起坡会造成阁楼层的部分墙体超高,要结合门窗顶设置圈梁来降低墙的计算高度。
2.3 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。
2.4 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。
2.5 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。
2.6从结构计算和构造上进行合理设计①底框砌体结构验算时应注意:a.底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响。b.底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时,框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%~30%。c.应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。②避免楼板计算中不正确方法。a.连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替。b.双向板查表计算时,不能忽略材料泊松比的影响,否则,由于跨中弯矩未进行调整,将使计算值偏小。③避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符,基础底板上多算或少算土重。
三、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。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。
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。
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在社会不断进步以及经济发展基础上,房屋建筑数量越来越多,城市化脚步的加快,更是进一步对房屋建筑提出要求。人们的生活观念不断升华基础上,房屋建筑越来越重视对建筑结构设计的提高,同时为了更好的帮助房屋建筑结构适应社会以及市场的发展需要,在房屋建筑结构优化设计方面开始深入研究,不断提高建筑结构优化设计水平,更好的帮助其建立适合市场发展以及需求的房屋建筑。
2房屋建筑结构设计优化方法浅析
房屋建筑结构设计是房屋建筑中非常重要的步骤,对于房屋建筑结构设计来讲,需要不断从实际建筑上进行经验总结以及根据房屋建筑基本理论为参照,积极探索研究,不断对房屋建筑结构进行优化,积极分析房屋建筑结构中的建筑理论,同时深入对房屋建筑的认知,能够从基础上实现对房屋建筑质量的提升。在进行房屋建筑结构优化设计期间,是保证房屋能够得到更好的优化,设计更加完善,质量能够不断提升【1】。在进行房屋建筑期间,需要不断提高对房屋建筑结构优化的重视,积极控制房屋建筑结构设计期间的重要环节,在进行房屋建筑设计期间,尽量缩短房屋建筑中质量中心以及房屋建筑中的刚度变化,这样能够保证房屋建筑结构的质量,能够实现房屋建筑的对称以及规则。保证以上要求也是满足房屋建筑基本要求的重要基础,只有房屋建筑中的各种结构设计合理,才能实现对房屋建筑质量的优化。在此基础上,房屋建筑结构的设计要求还包含对房屋建筑质量以及承载力等方面的优化,特别是在房屋建筑期间,不断优化房屋建筑的设计结构,能够很好的扭转房屋建筑的承载力,增强房屋的实用性。在结构设计期间,一定要保证建筑相应的功能发挥,重视对建筑功能的设计,并且还需要保证建筑自身能够上下协调,竖向以及横向都能够相对应。房屋建筑结构设计期间,减少结构设计中的难度设计,积极实现建筑结构设计的经济型,尽量防止应用转换层结构的设计方式,这样会提升结构设计中的成本费用。房屋建筑设计中的竖向设计,一定要保证其刚度设计要求,这样能够保证房屋建筑结构设计符合建筑设计的需要,不会突然出现建筑问题,同时还能够提高房屋自身的承受力。
3房屋建筑结构设计优化的重要意义
房屋建筑结构设计对房屋建筑具有重要意义,不仅是保证房屋建筑顺利实施的重要基础,同时也是提高房屋建筑质量的重要保障。对房屋建筑结构设计需要随着城市化建设要求的提升进行优化,不断提升房屋建筑中的美观设计,同时还可以帮助房屋建筑展开更加合理的工程造价。在房屋建筑过程中,建筑部门或是建筑企业一直在积极探索能够保证工程建筑质量基础上,尽量减少或是降低建筑成本,同时这也是工程造价的重要目标【2】。为了更好的实现这方面的要求,就需要对房屋建筑的基本结构详细了解,能够掌握科学的房屋建筑设计原理,在不断调整房屋建筑成本基础上,能够更好的保证房屋建筑的安全性以及可靠性。房屋建筑结构设计的传统设计方式存在一定的缺陷,在不断发展改善基础上,积极探索新的房屋建筑结构设计方式,更加科学合理的对房屋建筑进行设计,能够很好的保证房屋建筑中工程造价的合理性调整,并且对房屋建筑中的每个单元以及功能区实现合理分配,不断提升房屋建筑的科学性以及实用性。
4房屋建筑结构设计中的优化方式分析
对于房屋建筑结构设计来讲,需要不断对房屋建筑结构设计进行优化,针对当前的房屋建筑结构设计发展需求不断完善,作者根据相关分析探索总结出以下几点,希望能够更好的促进我国房屋建筑结构设计的发展。4.1房屋建筑设计中的前期设计环节。在房屋建筑施工之前,需要进行前期准备环节,不断提升在前期准备环节中的房屋建筑设计,提高房屋建筑设计优化,增强对房屋建筑设计结构的控制,同时提高工程造价的调整。制定科学合理的房屋建筑结构设计方案,对房屋建筑设计制定科学合理的设计规划,并且保证规划能够顺利实施,全面凸显出建筑结构中的优化设计中心,对结构设计中经常出现问题的地方展开详细设计,降低房屋建筑设计中存在的风险以及安全隐患。帮助房屋建筑结构设计实现真正的经济化、社会化,房屋建筑结构设计能够更加高效。4.2房屋建筑结构设计中的细部结构设计。房屋建筑结构设计不仅包含一些大范围的结构设计,同时还包含很多细化的结构设计,房屋建筑结构设计中的任何细节都会影响到房屋建筑质量,所以在进行房屋建筑结构设计期间,需要重视对很多细部结构的设计。房屋建筑结构设计中,特别是细部结构设计需要保证房屋建筑质量以及房屋自身的稳定性。本身在房屋建筑结构设计期间,就没有实体性的物体进行参考,结构设计数据等都需要自己计算,所以经常会产生一些结构设计误差的存在,这样会严重影响到房屋结构建筑的质量【3】。需要不断提高对房屋建筑细部结构设计的控制,能够保证细部结构设计得到更理想的改进,达到更加理想的效果。同时对房屋建筑中经常出现的错位、分裂等质量问题提高注意,这样才能从根本上实现对房屋建筑安全性以及经济型的提升。
5结束语
总上所述,对于我国的房屋建筑结构设计来讲,需要不断加强对建筑结构设计的优化,积极从全方面的房屋建筑结构设计中提高设计手段,增强对房屋建筑结构设计中的细部结构设计优化,保证房屋建筑结构设计能够达到更加理想的效果,不断提高房屋建筑的质量。
作者:马莉 单位:湖北省襄阳市第二建筑设计院
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前言
随着经济的发展,社会的进步,人们对生活的要求越来越舒适化,高端化,而建筑工程设计业在朝着简洁、美观、经济环保的方向发展。建筑结构设计对建筑工程的总体质量起着决定性的影响,其设计应充分遵循安全、实用、美观的原则。从业人员只有认清设计中存在的缺陷和不足,提出科学合理的措施和建议,提高自身的质量意识,努力丰富自身的专业技能,才能使自己的建筑结构设计能够符合新的时代与社会需求,使建筑造福于民。
一.当前房屋建筑结构设计中存在的弊端
1 抗震设计中的工程问题
由于地震作为一种突发性自然灾害具有极大的破坏性和不可预见性,这种随机振动带来了不可琢磨的复杂性和不确定性。目前,尚无国家能够准确的预测地震的发生,更无法预知建筑物遭到地震袭击后所呈现的特性,如今的建筑抗震理论仍不完善,建筑物单靠计算无法具备优良的抗震能力.
2.地基与基础方面
2.1多层房屋建筑无地质详勘报告,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。
2.2采用换土垫层法对软弱地基进行处理,不进行换土垫层设计,只凭经验处置。
2.3民用建筑中柱,梁及基础的负荷未按荷载规范进行计标,因而荷载值不准确。
3.砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用
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。
3.1 构造柱作为承重柱使用后,由于钢筋混凝土构造柱与砖砌体材料的弹性模量相差8-10倍,就产生由于刚度差引起的受力集中,构造柱就成了受力柱,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部位。
3.2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被承压破坏便会出现裂缝。
4.悬挑梁的梁高选用过小
许多设计者往往对梁高的选用过小,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加大而加宽,影响了房屋的正常安全使用。悬挑结构对竖向地震的作用最为敏感。
5.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,各方面的地震作用应由该方向的抗侧力构件来承担。就是说,在框架结构设计中,纵向框架与横向框架有同等的重要性。一些结构设计者对于横向进行抗震设计,而纵向只按普通的连续梁进行设计,梁柱的节点和框架中的纵筋、箍筋的配置无法符合框架的构造要求。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置均不足的现象。
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,没有引起设计者的重视,设计者把实际应为连续梁的梁按单跨简支梁进行设计,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,进而引起梁上部栏板出现竖向裂缝。
7.楼板设计常见问题
在设计中若对板的考虑不周,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。
7.1简单地将双向板作为单向板进行计算,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。
7.2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除以板的总面积。
7.3 双向板有效高度取值偏大。有的设计者为图省事或对板受力认识不足,而取两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,使结构构件存在质量隐患,甚至出现裂缝的
二.方法探讨
1. 加强抗震设计理念
设计人员在进行设计时,必须重视抗震能力的概念设计。建筑物的抗震设计,应结合工程需要和合同要求,详细调查当地的地震活动情况和有关工程地质的资料,综合考虑后避开那些软弱土和液化土等抗震危险地段,最好选择开阔平坦密实的中硬土作为地基和基础;建筑物的建筑布局和结构布置直接影响其动力性能,平、立面布置规则合理符合抗震原则,刚度变化均匀且无楼层错层的建筑物,基本都会具有很好的抗震性能;在选择用何种结构时,需综合考虑建筑物的设防程度、房屋高度、地基和基础以及当地经济技术条件等因素,在保证构件连接完整性和连续性的前提下,选择那些强度重力比大、延展系数高、匀质性好的结构形式;考虑建筑物的自振周期,避免与地震震动周期相近造成共振破坏,同时加强某些竖立抗侧力结构,提高其强度,增加可靠度,以起到多点抗震的效果;综合考虑整个结构的承载力等因素,有选择的提高结构中重要构件和杆件的延性,以提高机构的抗震能力
2.为了使得结构的实际受力状态可以在计算机程序上得以表现,避免出现根本性的设计误差,我们在进行楼层设计时,尽量将楼层设计成刚性楼面。
在进行建筑结构设计时甚至在方案确定阶段就避免设计涉及到较大变形的平面,如外伸翼块太长、凹槽缺口太深、楼层大开洞等。建筑设计时要从配筋构造和结构布置方面保证结构的受力安全。若是此功能是十分必要的设计和可以使建筑效果变得十分优越的设计,假若其结构平面不能满足刚性楼板的假设。那么,在进行结构设计时,可以利用:采用斜向配筋或双层配筋、提高连系梁板或暗梁边梁的配筋量、增设连系梁板以及洞口边加设暗梁边梁等方式,使得该平面尽量满足刚性楼板的基本假设。
3. 如何提高建筑结构设计水平
要提高建筑结构设计水平,我们必须严格遵守建筑结构设计规范,提高建筑设计师的质量意识和提高建筑结构设计人员的专业能力。
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房屋建筑结构设计中的优化技术主要是指在保证房屋建筑质量的条件下,在尽量降低成本的条件下,通过优化设计方案,完成房屋建筑的结构设计。对房屋建筑结构进行优化设计,一般分为主体结构的优化和子结构的优化。从部分结构设计优化方面来分,又分为上部屋顶结构设计、中部主体结构设计和下部基础结构设计。此外还包括建筑结构选型、建筑结构受力设计、建筑结构的布置设计等内容。总之,要以房屋建筑的主体性结构为主,在保证设计满足房屋建筑质量与安全的基础上进行优化。同时,要注重工程造价,这对建筑企业的经济效益具有重要作用。不能盲目追求结构设计的优化,要在合理的资金投入范围内,既满足房屋建筑的实际居住需求,又兼顾房屋的美观程度。在优化过程中,要对房屋建筑结构进行科学分析,有针对性地进行。
2房屋建筑结构设计中优化技术的意义
在房屋建筑工程结构设计中,保证建筑工程的质量是关键。在保证安全与质量的基础上,对建筑结构进行整体分析、考量,对相关数据信息进行综合评价,找出结构设计上的不合理之处,或者在结构设计上寻求创新,采取有效、有针对性的优化措施,不仅能够使房屋建筑的结构更加科学、合理,在一定程度上还会降低施工成本,降低了整个工程的造价,有利于提高建筑企业的经济效益,促进建筑工程的不断发展。
3房屋建筑结构设计中的优化技术应用具体分析
3.1房屋建筑基础结构的优化设计
在房屋建筑结构优化设计中,首先就是地基的优化设计。地基结构设计是整个结构设计的基础,这是保证建筑工程顺利进行设计与施工的关键。特别是在建筑行业发展迅速的背景下,市场竞争越来越激烈,相关政策制度对地基结构设计的要求也越来越高,为了保证建筑工程的性能,满足人们的实际需求,需要相关设计人员认真考察建筑区域的实际情况,同时结合建筑物的实际情况,科学、合理地制定地基结构设计方法,对此进行优化设计,力求选择造价最低、性能最好、结构设计最优的方案进行施工。
3.2案例分析
对于地基基础结构的优化设计,首先,要科学地选择合理的设计方案,如果是桩基础,桩基类型要根据施工场地的具体地质条件来选择,在保证设计质量的同时,尽量降低造价。对于桩端持力层进行仔细分析、比较,最后确定最佳的方案。3.2.1案例1某工程位于福州市晋安区鼓山镇化工路北侧、东山路西侧,方位示意见图1,根据相邻地块已施工完基础项目的判断,采用管桩的造价比冲孔桩的造价高。因此,前期慎重桩基选型极为重要,可以从以下几方面综合考虑。1)根据地质提供的资料初步计算,判断管桩和冲孔桩的经济性。地质土层分别为:①杂填土,厚度1.5~3.60m;②粉质黏土,厚度0.60~6.50m;③淤泥,厚度4.50~10.20m;④含碎石粉质黏土,厚度0.80~5.10m;⑤粉质黏土,厚度1.20~14.40m;⑥淤泥质土,厚度2.20~7.80m;⑦卵石,厚度0.90~6.10m;⑧全风化花岗岩,厚度1.30~8.30m;⑨砂土状强风化花岗岩,厚度1.90~29.60m;⑩以下为碎块状强风化岩及中风化岩。2)采用PHC500-125AB管桩(承载力特征值2400),根据项目部提供的造价大概为145元/m,由于存在卵石层,管桩无法穿透,后期补桩30根,而且淤泥层厚度超8m,违反省标规定,因此,必须采用水泥土搅拌桩固化土层。见表1。2)采用800灌注桩(施工方式不讨论),持力层为中风化层,并使用后注浆工艺,且参考其他项目承载力特征值取5000,见表2~3。4)由于现场地面有较多的杂填土,地面上存在较厚的淤泥,管桩走机需采用地面处理,按工程部提供的数据,现场换土的平均深度为2.5m,挖方的价格为70元/m3,砖碴回填为40元/m3,以5#的施工范围(1500m2)计算,总费用为42万元。5)从工期考虑,管桩施工日期为8月17日~11月12日,将近90天,灌注桩按照平均3天一根,5台机,大概需要70天,时间也相近。综上所述,152-65-27.4-42=17.6万元,虽然管桩比灌注桩便宜,但是管桩在施工前,需要对场地进行处理,施工工期反而比灌注桩长了,考虑整个工程的贷款利息,采用灌注桩反而节约成本。3.2.2案例2天津市某项目对于高层地库顶板结构方案问题进行了优化处理,减少地库土建投资约15元/m2,造价经济,施工方便,效果美观。1)天津地区一般做法。目前地下车库设计中一般选用两种楼盖形式:梁板楼盖和无梁楼盖。梁板楼盖体系简单,计算软件模拟度高,天津地区建筑结构楼面采用梁板结构较多。2)本项目结构优化做法。地下车库一般顶板荷载较大,抗侧力要求较低,设备管道较多,无梁楼盖较之传统的梁板结构体系具有建筑效果好、有效降低地下室层高、方便设备安装等优点,非常适合采用无梁楼盖作为地下车库顶板。本项目施工图开始前,选取标准5跨8.1×8.1(m)网格进行计算,我们对采用两种结构方案的地库顶板结构做了详尽对比,见表4。3)成果。通过以上对比可以看出,若采用无梁楼盖方案,则采用350mm板厚+700mm柱帽的无梁楼盖结构最为经济。在有消防车荷载作用下,梁板结构较无梁楼盖结构节省10元/m2,在无消防车荷载作用下,梁板结构较无梁楼盖结构造价高出10元/m2。但有消防车荷载的地库所占面积比例较小,且采用无梁楼盖方案,地库层高可由3700减至3500,可减少土方开挖、降低竖向构件等成本,根据以往的经验数据分析,如果地库层高减少200mm,则可减少地库土建投资约15元/m2。天津地区由于地下车库内采暖与通风排烟管道较多,且因严寒天气给水、中水及采暖管路均需做保温,管路较多及保温厚度等因素对车库的层高影响较大,通常天津地区地下车库层高在3600mm以上,本项目无梁楼盖方案层高为3500mm,在天津地区已达到较高水平。采用350mm板厚+350mm柱帽的无梁楼盖方案,造价上较经济,施工也较方便。施工完工后建筑效果较为美观。
4结论
综上所述,房屋建筑结构设计中应用优化技术,是我国建筑行业快速发展的实际需要与具体要求。建筑设计人员要不断提升自身的专业设计能力,根据建筑工程的实际情况,有针对性地采用合理的优化技术,对建筑结构进行优化设计,不断提高设计水平,促进建筑行业健康、稳定发展。
参考文献
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“百年大计,质量为本”。质量,对于房屋建筑是至关重要的,它关系到人民的生命财产安全。而一个质量高的房屋建筑又得助于科学、合理的房屋建筑结构设计。可以这样说,做好房屋建筑结构设计是一项关乎建筑、经济以及人民安居乐业的重要工作,也是我们每位房屋建筑结构设计者所要倾心的一件大事。以下主要结合了笔者自身的工作经验,首先对房屋建筑结构设计的基本原则进行介绍,然后提出当前时期下房屋建筑结构设计过程中需要注意的问题,最后介绍了在房屋建筑结构设计中的典型实例。
1 房屋建筑结构设计遵循的基本原则
1.1 建筑结构刚和柔相结合
一个合理的房屋建筑结构体系应该是需要具备一定的刚度和柔度的,即刚柔相济。如果房屋建筑结构刚性太强的话,那么变形能力就越差,当一个强大的摧残力(如地震)在一瞬间袭击时,房屋建筑需要承受的应力相当的大,首先房屋建筑结构局部破坏,最后整体全部毁灭;而太柔的房屋建筑结构虽然具有很好的形变能力,可以很好地削减外力,但容易造成形变过大而无法使用甚至全体倾覆。对于一个房屋建筑结构体系而言,刚度和柔性要保持适中的比例,这需要具体问题具体分析,需要综合考虑各种因素,如当地的地质、水文、气候等因素。
1.2 建筑结构需要遵循抓大放小的原则
我们知道,建筑结构设计中的两个十分重要的概念――强柱弱梁和强剪弱弯。在一个整体的结构中,每个构件很协调地组成一体,但是在协调中也存在着不协调的因素,因为各个构件所承担的任务和角色不尽相同,其重要性也具有轻重之分。如果一个不可预料的破坏力量突袭时,这些构件之间就会共同的协作抵抗这些外部袭击,这样做的目的就是为了防止最主要的构件不被破坏或是摧毁。如果平均用力,可能会“玉石俱粉”,损失便更大。在建筑结构中,要以最大限度减少可能出现的损失,关键是要分清主次,抓大放小,也就是要取大舍小。
1.3 多种方法综合的原则
在结构平面图方面。在绘制结构平面布置图时,首先要输入结构软件进行建模。如果一个房屋建筑地处于抗震设防烈度为6°的地区时,根据现有的房屋建筑抗震设计规范,截面抗震验算这一步是可以忽略的,但是要求有相关的复合规范的抗震措施。砌体结构就是一种可以抗震6°的房屋建筑结构,它可以不需要在软件中进行建模,直接设计即可,但设计中需要注意受压和局部受压的问题。
如果时间来的及的情况下还是输入建模较好,如方便就是可以利用在软件上进行荷载的导算何乐而不为呢?需要注意的是,当建筑地处抗震设防烈度为6度级以上时是一定要输入软件建模计算的。在屋顶结构的图方面,当建筑是坡屋面时,结构的处理方式也应有梁板式和折板式的两种方法。前者适用的情形主要包括:(1)梁板横跨较大;(2)屋面坡度以及屋脊线复杂;(3)建筑平面不规整。后者适用的情形则恰好相反。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,通常都使用剖面示的意图来加大样详图的表示方法,这样更便于施工人员能正确理解图纸。科学正确的建筑设计及绘图是需要设计人员真正做到心中有数、胸有成竹,他们需要具备很好的空间概念,并能够正确地理解建筑图纸和意图。这样,才能使设计出的图纸让施工人员明白。
2 房屋建筑结构设计的问题分析
根据笔者的实际经验,在房屋建筑结构设计过程中,往往会存在一系列问题,具体而言,包括如下几个方面。
2.1 抗震设防不当
在近年来,城市上出现可这种形式的高层建筑,即将一楼作为商场,以上作为写字楼或是居民住宅。这种结构的特点为底层柔、上面刚,存在的缺点就是对于抵御地震的侵袭极为不利。这就需要在建筑结构设计时,外加抗震墙,将底层不能做成纯框架的砖混结构,因为这样会在地震区存在着问题。除此之外,此类建筑还有超高和超层问题。如某农贸市场设层为高3.3m的“半地为下室”1层(南面开敞,在地面以上,北面可埋入土内),市场部分层高为5.5m,并在周边可设置夹层(实际应算来作两层,而其中间的部分为1层,结构上按复式的框架考虑),其上为6层2.8m高的住宅,因此总高度达26.5m。总层数为8~9层,超过《建筑抗震设计规范(GB50011―2001)》(以下简称《抗规》)中此类建筑七度地震区总高度≤22m和总层数≤7层的规定。
2.2 结构布置不合理、不规则
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。因为缺乏规范的相关依据与相应的设计规定,再加之对结构抗震概念的设计缺乏应有的了解,有些设计人员往往对结构的规则性把握不准确,导致工程中出现了规则性较差、对结构抗震也十分不利的建筑。这主要体现在以下几点:
2.2.1 平面扭转不规的问题。如框架一剪力墙的结构中,纵横剪力墙布置较过分集中和仅布置在房屋的一端,使结构刚度中心严重的偏离质量中心。
2.2.2 最常见的一种情况就是平面凹凸不规则。
2.2.3 高层建筑带有明显薄弱层,又没有采取有效的抗震以及防震的措施。
2.2.4 当一个建筑物为高层建筑时,需要同时采用两种或两种以上的复杂结构。这样的结构形式也多种多样,如带转换层结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等。然后再根据房屋建筑物抗震规范的要求,高层建筑物不适合采用如上两种以上的复杂结构。
2.2.5 楼层错层问题。高层建筑中带有比较大范围的错层,会使楼层的楼板不连续,对结构抗震也十分不利。
3 房屋建筑结构设计中的技术实例
3.1 混凝土房屋建筑结构裂缝控制技术
混凝土房屋建筑结构出现裂缝是必然。根据房屋建筑规范中关于规定相应结构的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值,以及相应的裂缝宽度验算的方法,防止梁板结构的裂缝。具体而言,可以从如下几个方面进行分析:
3.1.1 由于变形会引起屋面板的裂缝如果不影响承载力,只需要把裂缝补好防止钢筋锈蚀,且在板面涂上一层柔性的防水材料。
3.1.2 提高混凝土材料的抗裂能力和减少材料的收缩。对大跨度屋面,尽量避免使用收缩性较大的矿渣水泥配制混凝土,减小水灰比,选用含泥鼍小的骨料等。另外,适当的提高混凝土强度等级与含钢率,尽量减小钢筋直径,加密间距等都是有较好的措施。
3.1.3 防止较大温差的出现对于防止钢筋混凝土的屋面裂缝,是相关重要的条件之一。钢筋混凝土的屋面都具有一定的抗裂能力,只要加强养护,保持好湿润,及时做好隔热与保温的处理方法,冬季施工时还要注意保暖。有害裂缝是完全可以避免的。
3.1.4 采取后浇缝法也是特大跨度的屋面板防止裂缝的有效措施。
3.2 房屋建筑结构设计中的加层技术
今年来,随着我国城市化进程地不断深化,城市房屋建筑用地日益紧张,某些已经建成的建筑物已经完全不能够适应日趋繁荣的物质和文化需求,而且其使用功能也受到极大的限制。由于城市住房非常紧张这一严峻形式,就必须采取增加有效住房面积等措施。在这样的条件下,采取建筑加层技术不失为一种上上之策。这样就可以在原有的旧的建筑物之上加层,不占用或者占有较少的土地,从而减轻了当前城市住房紧张的严峻形势。在加层技术中,框架柱与钢柱连接为十分关键的一步。
参考文献:
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随着我国国民经济的快速发展,也促进了各种行业的发展,建筑行业在市场经济下也迅速发展起来。房屋建筑结构设计是一项复杂的工程,特别是在人们对于房屋建筑要求越来越高的今天,房屋建筑的设计更是衡量房屋质量的一大因素,它不仅会给房屋的安全性和耐久性带来影响,而且也会直接影响到它的经济性和使用性。下面就对建筑结构的设计原则和建筑结构的设计方法进行简单的剖析:1.房屋建筑结构设计的标准和原则
1.1 建筑结构设计的标准
建筑结构设计一般在建筑设计之后它既“受制”子建筑设计但又“反制”建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计应满足、实现各种建筑要求建筑设计不能超出结构设计的能力范围不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。其实严格说来真正决定了建筑设计能否实现的是结构设计从这个意义上讲结构设计显得更为重要。适用、安全、经济、美观、便于施工这五点正是衡量一个建筑结构设计是否成功的标准。成功实现这五条标准既是结构设计的最佳体现更是结构设计人员最终努力的目标。一个完美的建筑结构设计就是在努力追求实现这五个方面的标准最佳结合的过程中产生的。
1.2建筑结构设计的原则 ——“顾全大局抓大放小”、“做好多道防线”、“刚柔相济”、“打通关节”这四条正是结构设计的通行原则。其中“顾全大局抓大放小”、“做好多道防线”、“刚柔相济”是设计概念中的战略问题,要想最终让这些战略思想得以实现靠的是“打通关节”这点来做保证。
1.2.1顾全大局抓大放小。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念虽然整个结构体系是由各种构件协同组成一体的但各个构件在结构中担任的角色不尽相同。
1.2.2多道防线。例如多肢墙与单片墙、框架剪力墙与纯框架相比前者比后者的抵抗能力要强。安全的结构体系是采取多道防线来设计的当发生灾难时如果把生存的希望全都寄托在某单一构件上是非常危险的。
1.2.3刚柔相济。结构刚度太大则变形能力差强大的破坏力瞬间袭来时需要承受的力量很大容易造成局部严重受损。而太柔的结构虽然可以很好的消减外力但容易造成变形过大而无法使用。因此合理的建筑结构体系应该是刚柔相济的。
1.2.4打通关节。在结构体系中关节无处不在因为结构的体系是变化的统一。理想的结构体系应该是浑然一体的没有任何关节这样的结构体系可以使任何外力都能迅速传递和消减。打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态当力量不能畅通时构件与构件之间的静态平衡被破坏结构就会发生变化。
2.房屋建筑结构设计的主要方法
2.1在结构平面图上的设计方法如果建筑的地域的防震烈度为六度区的时候,按照我国的防震设计要求,可以不必采用截面抗震验算,但结构的设计也一定要达到抗震的标准。所以对于砌体结构的建筑,软件建模可以省略,在进行设计的时候只要注意受压和局部受压的问题,就可以直接设计。如果条件和时间允许,要做建模也无可厚非,因为它可以利用建模来荷载导算。但是,如果建筑的地域防震烈度为七级时,就必须采用建模来进行计算。
2.2屋面结构图的设计方法如果建筑的屋面是坡面式的,可以采用梁板式和折板式两种的结构处理方式。其中,梁板式可以用在建筑平面不整齐,板的跨度比较大,而且,一般屋面坡度和屋脊线转折比较复杂的坡屋面也都采用这种结构。而折板式则和梁板式的适用条件则相反。这两种结构处理方式的板都是偏心受拉的构件。在板配筋的时候必须有板负筋拉通,这样可以抵抗拉力。板厚基的厚度不能小于一百二十厚。另外,梁板的折角处对钢筋的配置必须有大样的示意图。在设计坡屋面板的平面设计图时,可以采用剖面示意图的方法进行表示,因为这样施工人员可以简单地从图纸上了解施工方案。设计人员在设计结构时一定要有空间概念,设计出来的图纸要简单明了,让施工人员能够看明白。因为坡面的房屋会导致有些楼层的墙体比较高,所以设计人员要和门窗顶设置圈梁互相结合这样可以降低墙体的高度。
2.3大样详图的设计方法建筑详图如果没有发生错误,在这基础上可以进行绘制大样详图,还可以在曾经做过的详图基础上进行部分的改进。只要让建筑的整体外形不改变,考虑到结构的受力能力和施工起来比较方便即可。但在外形尺度和标高上必须和建筑专业统一协调。
2.4楼梯的设计方法在设计楼梯时,对楼梯的梯板要控制好它的挠度,梯梁的梁下净高度要符合建筑标准,梯梁的位置要使上下楼层的位置一致。如果遇到有些不合适的地方可以运用折板楼梯,折板楼梯的钢筋在里面的折角处要把它断开分别进行锚固,这样可以预防局部应力集中在一处。对于梁下的净空要求和梯板宽度的问题都要注意。第一段梯板的基础要注意它的基础沉降问题,如有必要应该设置梯梁。
2.5房屋建筑基础要求对于混凝土的采用要选用具有耐久性的材料,基础配筋最少要达到最小配筋率的要求,条基交接位置的钢筋布置要用标准图或者采用详图。对于条基交叉处的基底面积不可循环使用,基础宽度要调节好。在基础图中的构造柱定位不够确定时要对它准确定位。
2.6根据抗震要求,对房屋建筑进行合理的结构设计对于普通的多层砌体结构的建筑,可以采用横墙承重或者纵横墙一起承重的结构体系。对于纵横墙的布置要力求对称均衡,在平面内要对整齐,竖向要上下连接好;不能采用没有锚固的钢筋的砼预制挑檐;楼梯间不能设置在房屋的转角处和近端。而对于有比较多钢筋砼住宅又比较高的建筑结构,尽量要做到:对于抗测力结构如框架和抗震墙要进行双向布置,这样可以各自承担地震力;框架体系的各个抗震力的结构要统一形成空间工作状态,不仅要对抗震墙之间的楼和屋盖的长宽度比以及对抗震墙的刚度进行控制以外,还要保证楼、屋盖的统一性和抗震墙的连接也要可靠;对于建筑结构的布置力求采用规则结构,如果碰到比较复杂的结构,可采用防震缝。2.7对于建筑的结构计算和构造设计都要求合理
首先,对建筑底框砌体结构进行验算的时候应该注意以下几点:底部剪力方法仅对于刚度较均衡的多层结构,而比较薄弱的底层混合结构,还要把塑性变形集中的影响考虑进去;底层框架的混合结构不可以采用简易的防震墙方法,应该采用双保险的措施,抗震墙承担了所有的剪力,而框架可以根据刚度的比例对剪力进行承担。在对刚度进行计算时,框架不能折减,抗震墙的折减则可以减到刚度的百分之二十到三十之间。另外,在对楼板进行计算时,方法要准确,应该注意以下几点:在对双向板进行查表计算时,对材料泊松比的影响在计算时不可以忽视,不然会导致它的计算值偏小;在计算连续板时不可以用单向板进行简单地计算。最后,荷载计算不能发生错误。
3.结束语:
综上所述:房屋建筑结构设计是一个系统而全面的工作不仅是建筑设计成功实现的保证更是建筑安全应用的基础。房屋建筑结构设计足一项经验性很强的工作作为结构设计人员在工作实践中一定要善于总结工作中的经验和教训要严格遵照设计规范、标准进行同时也应具备灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。在加深对当前房屋建筑结构设计中常见问题的认识与研究的基础上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。
参考文献:
[1]徐国华.建筑结构设计的基本方法及注意事项[J].科技咨询导报.2007(11).
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经济的前进发展,促使精神物质需求逐步提升,对建筑的标准也超过了实用性和安全性,并对建筑外观提出全新的标准。为此,设计师将设计是否有利于施工操作、是否属于提升房屋结构、是否包含美学价值等划入考量范围,促使房屋水平有所提高。
2结构设计优化的基本原理
结构设计优化的基本原理为着手项目结构设计活动时,除应思量建筑安全系数和实用功能,也应强化美学价值。换而言之,即借助可行、合理的设计,打造完美、理想型设计作品。对于房屋工程而言,结构整体与分部结构优化设计为结构设计优化最为重要的两个应用层面,而结构设计优化具体涵盖围护结构方案、细部设计与屋盖系统方案。若要进一步细化,则可划分为造价分析、选型和受力分析等。在具体的实施过程务必要依据实际情况来确定,尽可能达到建筑整体价值最高。在舒适安全的基础上,建筑师应主动顺应时代潮流,主动实施结构改进和创新。待设计结构时,应在总体上满足设计师提出的设计理念,基于这一基础,保证平面布置对称与合理,全面缩减刚度中心和质量中心的差别;尽可能保证不让建筑物基于水平压力出现骤然扭转现象。同时,纵向布置需在迎合功能标准的基础上,尽可能把纵向承重构件展现出上下贯通这一状态;为降低设计和结构剖析难度,最好不要应用转换层。
3结构设计优化的主要作用
3.1降低建筑成本
将结构优化技术和传统结构设计对比发现,前者不仅在成本方面取得显著改善,还在质量层面获得显著效果。对于高楼层和多层楼层,在实际建设过程,其中楼层越高,则层数也越多,且楼层面积越大所对应的占地面积却不太大,显著缩减了工程成本,但所面临的难度下述较高,除应权衡楼层距离,也应思量房屋承重。而多楼层用户无需考量这一问题,占地面积相对偏广。同时,建筑成本的提升表明建筑面积出现了不必要的浪费。从这两者进行考量,建筑商一般价位倾向高楼层方案,既节约成本还提高利益,进而对房屋结构提出了全新的要求。
3.2结构设计优化的呈现
着手房屋结构设计活动时,除应思量房屋的主要作用和基本安全,也应保证房屋外观理想和美观。在房屋设计优化中,最主要的问题便在这里,借助最直观方案美化房屋,且安全可靠。而这对房屋设计师也提出较高的要求,在确保建筑可靠的基础上,从视觉上呈现出一种美感,为此,在具体的设计工作中,设计师需积极创新,依托平面设计图融入一些新颖的想法,让平面尽可能做到整齐与可靠性,全面缩小质量中心和刚度中心之间的差异,以此来让建筑基于高承压作用也不会出现扭曲变形,另外在竖向布置中保证承重构件可上下贯通,最好不要应用转换层,规避结构和设计麻烦。
4结构设计优化的实际应用
4.1前期准备
4.1.1构建安全监管体系
当前,建筑项目监管即便有所改善,但在建筑项目中所投入的监管力度不足,极有可能出现安全事故。其中房建结构设计开展方案施工时需加大在房屋建筑项目中的监管力度,保证施工安全和建筑质量,规避重大事故。为此,应强化安全监管,提升监管力度,合理运用,有针对性勘察,构建监管范围宽广、理想的监管,确保结构设计优化可全面发挥自身的作用,让结构设计能够稳步进行。
4.1.2强化日常监管
专业水平提升与专业化强化,让质量安全监管除应关注施工现场,也应重视工程整体,其中监管程序的完整性影响各每一个环节的监管工作,可将质量安全事故降低到最低程度。强化质量监管,优化施工行为,针对各个环节实施严密的安全监管,参照规范化程序稳步建设,让建筑工程每一个单位均具备安全意识,肩负质量安全责任,认真行事,全面遵守各项法规,确保结构化设计能够顺利实施;
4.1.3编制适宜的结构设计方案
结构设计方案挑选与房屋建筑工程的开展情况密切相关。设计人员面向房屋建筑开展结构设计活动时,应全面思量结构的科学性与有效性。围绕房屋建筑进行综合性调查,参照建筑物的结果科学设计,让结构设计优化能够最大限度地发挥自身的效果,最终达到预期效果。
4.2实践应用
4.2.1与工程成本之间的联系
结构设计优化落实可控制房屋建筑自身的过程成本。由于房屋建筑整体面积扩大,对应高度增加,其土地占用面积并不大。结构设计优化所用技术全面运用材料性能,有机整合内部结构的每一个单元间,除保障适用性与美观性外,还节约了施工成本,增强了结构性能;
4.2.2与土地用地之间的联系
建筑工程的落实,离不开所占土地面积数,总建筑面积即各屋建筑面积相加的总和,但楼层层数增加可能会缩减房屋所占面积,扩大房屋建筑高度和房屋这两者的间距,为此,土地用地一般不依房屋建筑高度的提升而递减,不呈现出反比例关系。但结构设计优化却能够依托房屋实际,改善结构设计,有效拓展房屋空间,增加实用性,提升整体协调性,迎合结构需求;
4.2.3概念设计辅以细部结构设计优化
把概念设计应用到不存在可靠数据的设计活动中,利用数值充当参考,发挥辅作用,同时,在设计过程有效应用优化技术,强调细部优化和地基设计,改善建筑结构。把概念设计和细部结构设计加以整合,让房屋结构设计稳定、安全和舒适,进而获取可观的经济效益。
5结语
对房屋建筑而言,结构设计优化尤为重要,可大幅缩减房屋工程造价,有效运用施工材料,统一协调内部结构,全面迎合人们的基本需求,还可提高经济效益。为此,我们应明确结构设计优化的基本原理,重视实践应用,并灵活利用。
作者:殷利 单位:浙江翰城建筑设计有限公司
参考文献:
[1]韩飞.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].山东工业技术,2016,(5):90~90.
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房屋建筑结构设计过程中往往会产生很多问题,本文仅对钢筋混凝土承重结构体系问题和楼板设计问题这两个基本问题进行讨论分析。
1.1钢筋混凝土承重结构体系问题
房屋建筑方面的相关规定明确给出了房屋最大适用高度和宽度的比限值,但在实际工作中,建筑高度和高宽比确不符合规定限值,最重要的是在设计时没有可靠的依据,设计过程中也没有明确给出有效的防震措施。以上诸多原因造成了房屋建筑结构存在严重的质量问题。
房屋的抗震设计,结构的合理布置是非常重要,它包括了建筑的平面外形尺寸、建筑的立面外形尺寸,抗侧立质量分布等。由于引起房屋建筑结构设计不规范的因素很多,特别是建筑体型较复杂的更为严重,划分不规则程度很难用若干简化定量指标来进行。在实际设计中,缺乏规范的设计依据以及对抗震结构设计的了解,有些设计人员往往很难把握结构规则,为了满足业主和建筑师的要求,有时不顾结构规则的要求,这样对结构抗震非常不利。
1.2楼板设计问题
楼板是房屋建筑中沿水平方向分隔上下空间的结构构件。楼板不仅要具有能够承受并传递垂直荷载和水平荷载的能力,而且应具有足够的强度和刚度,确保使用安全正常外,还应具有一定程度的隔声、防火、防水等能力。如果在楼板设计时有任何问题的话,设计质量很容易产生问题,甚至导致更严重的质量隐患。通常情况下在进行楼板设计时有以下问题存在:
(1)计算问题。在楼板设计时,由于设计人员为了方便计算或者设计人员知识水平有限,不能够真正认识板的受力状态,从而在计算时将双向板按照单向板的方法来进行,导致计算假定状态与实际受力状态不一致,进而使楼板的一个方向受过大的力,而另一方向所受力不足,楼板裂缝现象发生。
(2)楼板承受线荷载时弯矩计算问题。在房屋建筑时,通常将一些非承重隔墙布置在楼板上,因此在楼板设计时,在计算楼板配筋之前,需要将楼板的线荷载算成等效的均布荷载。但是实际设计时,有些设计人员为了方便自己,将隔墙的总荷载附以该板块的总面积,这种做法是错误的,这样非承重隔墙分布宽度内配筋量就会表现出不足,而其他部分配筋又非常足,甚至过大,这样也会使隔墙处楼板裂缝现象产生。
(3)双向板有效高度值过大。在钢筋上双向板放置状态是纵横叠放的,应在其下面放置短跨方向的跨中钢筋,在短跨钢筋的上面放置长跨方向的跨中钢筋,计算时应将两个方向的各自的有效高度都用上。一般情况下,与短向的有效高度相比,长向的有效高度较小,要小d(短向钢筋的直径)。在实际设计时,有些设计者为了省事,在配筋计算时取两上方向的有效高度一致来进行,那么很明显,长向有效高度较大,使得配筋降低,导致在结构构件质量方面存在问题,进而裂缝现象产生。
2、房屋建筑结构设计措施
2.1 房屋建筑按照规范、程序设计
作为设计工作者,我们应该以科学、严谨的态度对建设房屋进行科学的设计。一般情况,为了防止常识性的错误,房屋设计都有一定的规程和作业规范,我们只有严格把握这些规则,才不会犯工程大忌,发生因为设计原因而造成的工程质量损失与经济损失。对于设计人员来说,为了更好的避免发生设计问题,我们首先应该做的是认真学习领会规范、规程规定,并将这些规则,并在具体的作业中实施,在工程设计中杜绝随意,保证设计的合符规范要求,提高房屋建筑的质量保障。
2.2房屋结构设计的计算合理性
房屋建筑的设计检验过程,其实是对底框砌体结构的验算过程,在进行该类计算时,我们应该注意以下几点:
1)对底框砌体结构进行力分析计算时,需要考虑计算方法的适用范围,比如底部剪力法不适宜用于薄弱层的混合结构的力学计算,其主要应用在钢度较匀称的多层结构,如果将其应用到薄弱层混合结构,应考虑该结构的塑性影响。
2) 对底层框架混合结构进行剪力分配计算,需要从框架抗震墙、框架按钢度两个方向进行力学计算。因为在计算工程中,大家容易考虑到前者,而忽略了框架按钢度特性。在计算过程中,我们应该由抗震墙来承担主要剪力计算,而使用框架按钢度比例来参于计算部分剪力。
3)对底层框架柱受力进行计算的时候,应该考虑地震作用情况下产生的倾覆力矩而引起的附加轴力。除此之外,在计算过程中应该避免不正确方法的使用,比如在楼板计算过程中,不应该使用单向板计算连续板剪力。
2.4加强房屋工程资料整理
建筑工程的规模较其它项目而言都比较大,无论是建筑前期,还是后期,都会产生大量的资料,比如说建筑工程勘察资料等都是建筑设计的基本依据,像这些重要文件都需要专门的工作人员负责整理。除此之外还应该制定相应的借、阅制度。对于工程项目中的资料应该及时归档处理,妥善保存,以备查阅。在工程施工完成后,要按照工程档案管理相关规定,与施工档案一起,及时呈报、上交有关档案专业管理部门或机构,不能因为某些原因,擅自销毁工程文件。
参考文献:
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Keywords: Housing construction; structural design; seismic performance
TU318
随着建筑业日新月异的发展, 房屋建筑设计的要求也更复杂,建设方往往会要求有独特的平面布置、新颖的立面造型,同时又要求低的工程造价;而建筑师本身也会标新立异,追求个性,这本并不是坏事,但有些建筑师因为对结构及设备了解不多,尤其是有些无结构、设备配合,只做方案的建筑师,造成后期结构难以布置或不合理、违反设计规范,以致施工图无法实施,或不合理产生的浪费,给建设方造成经济损失。本文根据规范对建筑师应了解的结构设计抗震规范做一些探讨, 便于建筑与结构密切配合提高设计效率,节约造价,更好更快地设计出精品,为社会服务。
1 场地选择的问题
根据GB50011—2001 建筑抗震设计规范(2008 版)(以下简称《抗规》)3.3.1 条对抗震有利、不利和危险地段的综合评价,3.3.5 条山区建筑场地,4.1.1 条有利、不利和危险地段的划分,4.1.8 条不利地段抗震加强措施的规定, 工程项目选址应考虑从地形地貌上尽可能避开非岩质的陡坡、高耸的山丘、河岸和边坡的边缘等不利地段;从场地条件上要尽量避开饱和砂层、软弱土层、液化土、软弱不均土层等;如无法避开,则应采取工程措施处理。选择位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土,对建筑抗震有利的地段。工程项目的选址还要同时符合当地的总体规划和防灾专项规划的要求, 不挤占应急疏散、避难场所用地。曾经有见过在悬崖边缘或跨越10 多米高的边坡上布置建筑的总平方案, 这就是对结构和地质不了解才产生的问题,何况有时边坡支护的费用可能远大于边坡上建筑物的单体造价。
2 结构高宽比的问题
根据JGJ3—2002 高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称《高规》)4.2.3 条规定,钢筋混凝土高层建筑结构的高宽比:在6 度__________、7 度抗震设防烈度时,A 级高度的框架、板柱—剪力墙不宜超过4,框架—剪力墙不宜超过5,剪力墙不宜超过6;B 级高度不宜超过7。只有合理的结构平面进深,才能取得良好的经济效益和抗震性能,但有些建筑设计人员在近100m 高的住宅建筑方案中, 平面中只有11m~12m 的进深,结构的高宽比达到9 还多,多层的平面用在高层,严重违规,结构的层间位移比根本无法控制,结构不可行,不得不重新设计总体方案,浪费了时间和精力。
3 结构平面布置的问题
根据《抗规》3.4.1 条规定,建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案, 这对高层建筑尤为重要,《高规》4.1.2,4.1.3 条对此作出了原则规定,4.3.5,4.3.6条更作出了定量的规定。建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分, 它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、墙体的布置、通道和楼电梯的位置、房间的数量和布置等, 都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且,由于建筑使用功能不同,每个楼层的布置有可能差异很大,建筑平面上的墙体,包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称,墙体和柱子分布的不对称、不协调,使建筑物在地震时产生扭转,对抗震很不利。目前设计中常出现的“细腰建筑”就是典型的平面不规则建筑,该型建筑用在低层和多层问题不大,但用在高层问题就多了。“细腰建筑”虽然建筑使用功能较好,但对结构抗震却非常不利,且在“细腰”处设置疏散楼梯间,当发生灾害时,此“细腰”或与“细腰”连接的廊道一旦破坏, 后果极为严重。因此,高层建筑设计应严格遵守《抗规》《高规》有关平面布置要求的规定,特别是核心筒周围应布置足够宽度的楼板,筒周边墙体特别是疏散楼梯间墙体不应对外临空。高层建筑中“细腰建筑”等平面特别不规则结构属“超限高层结构”,如一定要采用时应通过“超限高层结构”工程抗震设防专项审查后方能采用。震害表明,许多平面外形复杂,如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。9.12 中国台湾、5.12 汶川地震就有不少这样的震例。平面外形简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏,有的甚至保持完好无损。因此,在建筑体形的设计中,应尽可能地使平面和空间的外形简洁、规则;在平面外形上,矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体形。尽可能少做外凸和内凹的体形, 尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体形布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体形不对称导致质量和刚度不对称的扭转反应。在国内外的大地震中,由于防震缝设置不当,使相邻建筑物碰撞而产生震害的情况也是不少的,这是由于在相邻建筑单元之间,防震缝的宽度留得不够,导致建筑物碰撞,造成震害。另外,地震区建筑物的沉降缝,温度缝必然兼起防震缝的作用,但是,若缝的处理不当,也会造成震害。
4结构竖向布置的问题
《高程》4.4.1 条对高层建筑的竖向的体形,4.4.2 条对抗震设计的高层建筑相邻楼层的刚度,4.4.4 条对结构竖向抗侧力构件上下连续性均有明确的规定。建筑的竖向布置设计的问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。存在的这个问题主要是,由于建筑使用功能的不同要求,如底层或下面几层是商场、购物中心,建筑上要求是大柱距、大空间;上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼,低层设柱、墙很少,而上面则是以墙为主,柱很少。造成沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大,形成突变。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层,在建筑设计中必须高度重视。目前常见因层高突然变化(所谓“挑高”),或在某层抽掉柱子形成空旷(所谓“挑空”),或为追求大开间无梁无柱或错层等均导致结构竖向不规则,刚度和强度突变。此类建筑在地震中破坏最为严重,而且破坏多集中在这些薄弱部位。以上震害实例分析证明合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的,提倡平、立面简单对称。简单、对称的结构容易估计其地震时的反应,也容易采取抗震构造措施和进行细部处理。
5结构体系布置的问题
《抗规》3.5.3 条对结构体系提出了多道抗震防线的要求, 对于在大震作用下结构抗倒塌具有重要意义。一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接协同工作。抗震相对较差的砌体却也有裂而不倒的, 甚至个别私人建造的砖木结构的住宅都完好无损;同一地点,同是砌体教学楼,有的损坏严重,甚至倒塌,有的却表现良好,这就是多道抗震防线起了作用。一般高层建筑结构可根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度因素选择结构体系。根据建筑功能的不同而有所不同, 常规如一般的商场、车站、展览馆、餐厅、停车库等多层房屋用多跨框架结构较多;高层住宅、公寓、宾馆等用剪力墙结构较多;酒店、写字楼、教学楼、科研楼、病房楼等以及综合性公共建筑用框架—剪力墙结构、框架—核心筒结构较多,同时还应注意规范的限值。
6 结语
总的来说,建筑设计是建筑抗震设计的一个重要方面,建筑设计和建筑抗震设计有着密切关系。它对建筑抗震起着重要的基础功能作用。一个优良的建筑抗震设计,必须是在建筑设计和结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此,要充分重视建筑设计在建筑抗震设计中的重要性, 在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的功能。
参考文献:
[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
[2]JGJ3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
篇11
优化技术;房屋建筑;结构设计;应用
最近一些年来,我国经济呈现出突飞猛进的发展,而这也使得房屋建筑行业的竞争越来越激烈化。对于建筑企业而言,而且如何有效地应对日益激烈的市场竞争,如何在严峻的竞争形势下获得良好的生存与发展,也成为其必须要给予充分重视与关注的问题。为了可以提高企业的核心竞争力,那么建筑企业就必须要有效地保障房屋建筑质量,这就需要在房屋结构设计的过程中合理地应用优化技术,只有这样才能有效提升建筑质量,为企业赢得更好的口碑,树立良好的企业形象,进而在日益激烈的竞争中取得良好的发展。
1房建结构设计优化技术的应用价值
1.1有效降低工程造价
在设计房建结构的过程中,设计者往往会充分重视房建筑质量,然后在此前提下有效地降低工程的总体造价。根据相关的研究结果表明,在实现优化结构以后,而且还可以使得工程的整体性能得到充分的保障,这样就有效地节约了经济支出,确保了工程质量,为企业获得更多的经济效益[1]。
1.2确保建筑结构的可靠性
在完成房建设计工作的过程中,合理地应用优化技术可以有效确保建筑结构的安全性与可靠性。在实际工作的过程中,设计者要基于原设计图纸,然后再全面、合理地应用更多更先进的技术,使得建筑结构的整体参数得到有效的完善与优化,在此状况下就可以有效地提升建筑结构的安全性与可靠性。
2优化技术在房建结构设计应用中的注意事项
2.1做好工程项目的前期参与工作
实际上,设计这一环节是房建项目的核心所在。而设计水平与设计质量会直接关系到建筑的施工质量、工期、成本与使用性能等[2]。所以,在实际应用优化技术的时候,必须要在结构的设计阶段充分做好工程项目的前期参与工作,而且要针对设计结果对技术进行一定的优化与完善。在此状况下,就能够确保在项目的初期达到建筑结构的优化效果。
2.2做好内部结构的优化设计工作
为了可以有效地保障建筑结构的合理性与完善性,确保建筑质量,那么就必须要充分做好结构的内部设计工作,要在开展结构内部设计的工作中合理地渗透技术优化思想。以现浇板设计为例,设计人员要对现浇板的受力状况进行深入的研究与分析,然后再充分运用优化技术理念,针对具体的情况来提出许多种不同的解决方案,并且找到其中最优的解决方案,以此来有效地防止建筑工程后期拐角裂缝情况的发生。
2.3做好与新型技术的有机融合
随着信息化时代的到来,信息技术已经逐渐融入到人们的生活与工作中。而在房屋建设结构设计中也要充分实现计算机技术、信息技术以及优化技术的有机融合,这样才可以更好地完成工程的建模以及数据分析等工作,从而帮助相关的技术人员更好地掌握相关的工程参数[3],并且在此基础上掌握工程结构的稳定性与安全性,进而实现对建筑结构的安全性进行有效的控制。
3房建结构设计中运用优化技术的策略
3.1建筑结构设计的优化
具体而言,在房建结构设计的过程中运用优化技术主要体现在以下三个方面:一是选择变量。在一般状况下,对于那些可以决定设计方案的比较关键的参考数据,都能够将其视为变量,然后供给设计人员对其进行选择。例如,工程的约束以及控制参数主要会包含能够充分反映房屋架构可靠性与安全性的参数等等。一旦设计人员把一些不会涉及到过多因素或者是变化幅度较小的参数当成是设计的参考指标时,则也会在一定程度上削减建筑结构设计以及计算相关工作的难度,于是也能够帮助设计人员更加准确地获得与优化设计相关的参考数据,进而有效促进建筑结构设计工作的顺利开展,并且提升结构设计水平。二是确定函数。建筑工程的设计人员要充分利用原先设定的钢筋尺寸以及横截面尺寸面积的函数,然后在许多类似的参考函数中,做出合理的选择,并且对此数据函数的性质进行深入的探讨与分析,以尽可能地节省建造成本,节省企业的支出[4]。三是衡量条件。为了可以有效地确保房屋结构的耐用性、安全性以及稳定性,那么所设定的房屋设计约束指标就必须要包含变形限度、房屋的尺寸以及架构刚性等等各项指标。在具体开展设计工作时,设计人员也要充分根据工程的实际状况,深入地比较并且分析目标确定以及实际施工中的约束性条件,使得所有条件都能够和建筑的相关规定与标准相符,只有这样才能够达到优化设计的根本目标。
3.2优化技术在钢结构中的应用
为了能够有效确保房屋建筑工程质量,那么就必须要充分重视房屋的钢结构设计工作,并且还要在具体设计工作中合理地运用优化技术。具体而言,可以从以下方面入手:一是要充分考虑在此工程项目当中,钢结构有哪些应用优势是独有的,是其他施工技术无法比拟的;二是要思考在具体的工程项目当中,钢结构主要的应用内容是什么?其中会使用到哪些比较重要的技术;三是在具体的工程项目当中,钢结构会涉及到哪些具体的施工内容,其中可能会包含哪些可以优化的项目[5];四是设计人员要针对其中可能会存在的可优化项目,然后确定出具体的优化方案,做出完善的结构设计,并且分析与探讨设计措施的有效性与可行性;五是要利用一些现代化的手段与技术,例如计算机技术等,对技术的可行性进行深入的分析。而且在此基础上再建设出相应的模型;六是要对做出的模型进行深入的分析,然后判定技术的标准及其会在施工过程中所获得的应用效果;七是要制定钢结构的优化报告,并且在此基础上提出行之有效的优化技术方法。
4结语
总之,当前,在人们生活水平不断提升的状况下,也使得人们对建筑的要求不仅仅只是局限在实用性的层面上,而且人们还对建筑的安全性与舒适性提出了更高的要求。因此,建筑企业也要加强对建筑结构的设计,在具体的设计过程中合理地运用优化技术,进而使得建筑结构设计能够更加科学、合理,以更好地满足人们的对建筑的使用需求,为人们创造出更加温馨的安全、舒适的居住环境,从而使得建筑企业获得人们的广泛好评认可,以有效推动企业的更好发展。
参考文献:
[1]陶小林,杨杨.浅谈房屋建筑结构设计中的应用优化技术[J].科技创新与应用,2013,04(16):264.
篇12
1.1 建筑结构设计的标准
建筑结构设计一般在建筑设计之后,它既“受制”子建筑设计,但又“反制”建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求:建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。其实严格说来,真正决定了建筑设计能否实现的是结构设计,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要。适用、安全、经济、美观、便于施工,这五点正是衡量一个建筑结构设计是否成功的标准。成功实现这五条标准,既是结构设计的最佳体现,更是结构设计人员最终努力的目标。一个完美的建筑结构设计就是在努力追求实现这五个方面的标准最佳结合的过程中产生的。
1.2 建筑结构设计的原则
(1)顾全大局,抓大放小。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念,虽然整个结构体系是由各种构件协同组成一体的,但各个构件在结构中担任的角色不尽相同。
(2)多道防线。例如,多肢墙与单片墙、框架剪力墙与纯框架相比,前者比后者的抵抗能力要强。安全的结构体系是采取多道防线来设计的,当发生灾难时,如果把生存的希望全都寄托在某单一构件上是非常危险的。
(3)刚柔相济。结构刚度太大则变形能力差,强大的破坏力瞬间袭来时需要承受的力量很大,容易造成局部严重受损。而太柔的结构虽然可以很好的消减外力,但容易造成变形过大而无法使用。
(4)打通关节。在结构体系中关节无处不在,因为结构的体系是变化的统一。理想的结构体系应该是浑然一体的,没有任何关节,这样的结构体系可以使任何外力都能迅速传递和消减。打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态,当力量不能畅通时,构件与构件之间的静态平衡被破坏,结构就会发生变化。
2、建筑结构设计要点分析
2.1 地基等基础方面的设计要点
地基等基础设计必须以安全为最主要的设计原则,在进行设计时必须依据地质勘察资料,综合考察地质、土壤以及地下水等多方面因素,充分完善基础类型和上部结构的设计方案,不能片面地追求耐力容许值,认为耐力容许值小即为安全标准。通常来讲,在进行施工图设计前,设计部门应查看由相关部门提供的多层房屋建筑地质详勘报告,特别注意不能仅以建设单位提供的笼统的附近建筑物基础设计资料为依据。
此外,应避免单纯凭经验处理的方法来对软弱地基进行换土垫层设计,必须采取安全高效的方法处理软弱地基的换土垫层。例如,若凭借经验处理,仅仅采用砂垫层加强承载力,而没有计算垫层宽度和厚度,那必然会给建筑物的安全性带来了极深的隐患。
2.2 构造柱的设计要点
构造柱一般生根于地梁中,没有另设基础,由于如果将构造柱作为承重柱使用,会造成构造柱提前受力,降低了构造柱对墙体的约束作用,柱底基础的局部承压强度必然不能满足整体设计要求,柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏,就会出现裂缝。这种情况在结构遭遇地震时表现得尤为明显,此时应力会集中到构造柱位置,导政构造柱首先遭到破坏,这样一来,构造柱不但起不到应有的作用,反而会成为房屋结构中的薄弱部位。
2.3 承重柱截面高度设计的设计要点
在建筑结构设计过程中,极易出现为受力分析简单而将梁简化为铰支梁的设计方法,即在建筑物中忽略了柱对梁的约束弯矩,忽略了梁柱间的刚结作用,结构一旦受力,柱顶抗弯强度不足,承重柱在梁底附近将会出现水平裂缝,形成塑性铰。这样的设计方法不仅严重的损害了房屋的耐久性,而且这样的结构一旦遭遇地震作用就会出现倒塌事故造成人员伤亡,对国家和人民的财产安全早成了重大威胁。
同时,现行的建筑抗震设计规范中有如下要求:水平地震的作用应按两个主轴方向分别加以计算,各方面的地震应力应由该方向的抗侧力构件来承担。这就要求结构设计人员在框架结构设计中,不仅要对横向框架进行设计,还也应对纵向框架进行设计。在现代建筑结构设计中,纵向框架与横向框架应被结构设计人员加以同等重要的考虑。避免出现对纵向框架按普通的连续梁进行设计的发生;避免出现节点和框架中的纵筋等的配置不符合框架的构造要求的情况发生。
3、建筑结构设计中几个问题的思考
3.1 关于超长钢筋混凝土结构
目前,越来越多的建筑采用超长混凝土结构,但考虑到建筑功能和外观上的需要,这些建筑往往不设或少设伸缩缝,致使结构不设缝的长度远远超出了我国规范规定的限值,通常把这种结构称为超长混凝土结构。钢筋混凝土结构存在抗裂性差这一缺点,混凝土建筑物的裂缝问题是混凝土工程中带有一定普遍性的问题。混凝土结构体表面或内部产生的裂缝将对结构承载力、防水性以及抗冻性、抗钢筋锈蚀性、抗化学侵蚀性等耐久性能产生严重的危害。裂缝的出现,不但影响美观,而且还严重影响建筑物的使用寿命。
采用后浇带和膨胀加强带补偿混凝土结构收缩的无缝技术,就可以很好地解决这个问题。如南京国展中心工程主体部分是两层的部分预应力混凝土框架结构,建筑物总长度达292.8m,宽158m,纵横向不设缝均远远超出了我国规范规定的限值。此外还有杭州江干区全民健身中心,在梁上布置了无粘结预应力筋,设置后浇带及加强配筋等措施以减少温度应力对结构的不利影响。这些工程都采取了有效的裂缝控制措施,并取得了理想的效果。
3.2 板面设置温度应力筋
在《混凝土结构设计规范》中,规定了在温度收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距宜取为150~200mm,并应在板的末配筋表面布置温度收缩钢筋,板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于O.1%。但在实际设计过程中,设计人员对怎样来判断温度收缩应力较大的区域会产生误区。经过多年的工作实践后总结发现,对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋,而对于超长结构,则应在超长结构的长向均设置双层钢筋。
3.3 从构造角度看应注意的问题
篇13
一、建筑结构设计的标准和原则
1、 建筑结构设计的标准
建筑结构设计一般在建筑设计之后,它既“受制”于建筑设计,但又“反制”建筑设计。结构设计不能破坏建筑设计,应满足、实现各种建筑要求:建筑设计不能超出结构设计的能力范围,不能超出安全、经济、合理的结构设计原则。其实严格说来,真正决定了建筑设计能否实现的是结构设计,从这个意义上讲,结构设计显得更为重要。适用、安全、经济、美观、便于施工,这五点正是衡量一个建筑结构设计是否成功的标准。成功实现这五条标准,既是结构设计的最佳体现,更是结构设计人员最终努力的目标。一个完美的建筑结构设计就是在努力追求实现这五个方面的标准最佳结合的过程中产生的。
2、建筑结构设计的原则
2.1顾全大局,抓大放小。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”等是建筑结构设计中非常重要的概念,虽然整个结构体系是由各种构件协同组成一体的,但各个构件在结构中担任的角色不尽相同。
2.2多道防线。例如,多肢墙与单片墙、框架剪力墙与纯框架相比,前者比后者的抵抗能力要强。安全的结构体系是采取多道防线来设计的,当发生灾难时,如果把生存的希望全都寄托在某单一构件上是非常危险的。
2.3刚柔相济。结构刚度太大则变形能力差,强大的破坏力瞬间袭来时需要承受的力量很大,容易造成局部严重受损。而太柔的结构虽然可以很好的消减外力,但容易造成变形过大而无法使用。
2.4打通关节。在结构体系中关节无处不在,因为结构的体系是变化的统一。理想的结构体系应该是浑然一体的,没有任何关节,这样的结构体系可以使任何外力都能迅速传递和消减。打通关节保持平衡的目的其实就是使其永远处于原始的静态,当力量不能畅通时,构件与构件之间的静态平衡被破坏,结构就会发生变化。
二、建筑结构设计要点分析
1、地基及基础方面的设计要点
地基及基础设计必须以安全为最主要的设计原则,在进行设计时必须依据地质勘察资料,综合考察地质、土壤以及地下水等多方面因素,充分完善基础类型和上部结构的设计方案,不能片面地追求耐力容许值,认为耐力容许值小即为安全标准。通常来讲,在进行施工图设计前,设计部门应查看由相关部门提供的多层房屋建筑地质详勘报告,特别注意不能仅以建设单位提供的笼统的附近建筑物基础设计资料为依据。
此外,应避免单纯凭经验处理的方法来对软弱地基进行换土垫层设计,必须采取安全高效的方法处理软弱地基的换土垫层。例如,若凭借经验处理,仅仅采用砂垫层加强承载力,而没有计算垫层宽度和厚度,那必然会给建筑物的安全性带来了极深的隐患。
2、结构体系的选择
随着技术水平的发展,多高层建筑结构体系已经突破原有的框架结构和剪力墙结构,衍生出框架剪力墙、框支剪力墙、框架—核心筒、筒中筒、束筒和混合结构等等;在建筑师层出不穷的创新方案下,结构工程师必须响应挑战,不能墨守成规,同时又必须安全可靠。框架结构由柱、梁、板等构件组成,其特点就是结构柱布置灵活,能获得较大的使用空间,但是抗侧力刚度较小,因此规范规定的其适用高度较低,多用于商场、车站、停车库等; 框架结构设计是应注意避免单跨框架结构体系,避免较多短柱情况的出现,应考虑梁柱偏心的影响,应考虑楼梯对地震的影响,也应该注意建筑填充墙体的布置。剪力墙结构体系是利用建筑物的分隔墙体做一些剪力墙,其特点就是将竖向受力构件隐于填充墙内,在建筑内部追求美观。同时剪力墙结构设计成双向抗侧力体系,其抗侧力刚度很大,整体性能好,在水平荷载作用下侧向变形小,可以建造较高的高层建筑。剪力墙结构是典型的弯曲型变形的结构体系,因此剪力墙结构设计时应控制剪力墙的高宽比不宜太小,避免剪切破坏,同时剪力墙平面内刚度和承载力很大,而平面外刚度及承载力相对很小,设计时应双向布置,两个方向的刚度宜相近,避免剪力墙平面外搭大梁。同时剪力墙设计时应注意剪力墙洞口的布置,应追求规则均匀,成列成排布置,可以形成明确的墙肢和连梁。剪力墙和框架是最基本的两种结构体系,两者的融合衍生出框架剪力墙结构、框架—筒体结构、框架—核心筒结构等,它们都是优化结构侧向变形性能,提高结构刚度,改善结构抵抗地震性能,拥有多道抗侧力结构,多道设防的优秀结构体系。随着建筑方案的日益新颖,建筑布置的不断翻新,以及建筑材料科学的不断发展,必将有更多类似组合构件,组合结构,巨型结构、脊骨结构等优秀结构体系的不断出现。
3、承重柱的截面高度
在不容易发生地震的区域,如果单单凭借以往的经验,想当然的认为其处于安全的条件下,将受力分析简化而使承重柱的截面高度设计得过小,很容易出现安全问题。因此,设计人员必须根据规定设计其高度。如果为了简化而将梁看成是铰支梁,就会忽略承重柱对梁的弯矩作用以及两者之间的刚结作用,降低了柱顶抵抗弯矩的能力,使得靠进承重柱梁底的区域出现水平裂缝,违反了抗震的规范,埋下极大的安全隐患。另外,要按照抗震规范中的要求对框架的横向和纵向进行合理的设计,对两个方向的作用力都予以计算,并使抗侧力构件去承担各方向的地震应力,做到合理的设计。
4、楼板的设计
对于楼板的计算,首先,不能简单地将连续板的作用按单向板的作用来计算,这样会造成假定的计算与实际情况不符,从而导致某一方向配筋不足而使楼板出现裂缝。其次,对双向板的计算,不能忽略泊松比的影响,如果跨中弯矩未进行调整,得到的计算结果将会偏小。所以,双向板的跨中弯矩钢筋应采用纵横叠放的方法,并且应将短跨方向的钢筋放在下面,长跨方向的钢筋放在上面,计算时,两个方向的有效高度都要计算。此外,要避免发生漏算、少算载荷或者载荷折减不当等情况,使计算结果出现错误。
三、建筑结构设计中实际问题的解决及注意事项
1、超长钢筋混凝土结构的使用当前,超长钢筋混凝土结构在建筑中使用越来越普遍,但是钢筋混凝土结构的抗裂性比较差,且又因为功能和外型上的需要,采用钢筋混凝土结构的建筑很少设有伸缩缝,这就使得混凝土建筑物常常出现裂缝,产生裂缝不仅对建筑的防水性、抗冻性、钢筋的抗腐蚀性、结构的承载力有非常严重的影响,而且还会影响到建筑物的美观和使用寿命,目前常用的膨胀加强带和后浇带的方法,对补偿钢筋混凝土结构收缩有很好的效果。
2、PKPM系列软件应用时应注意的问题
首先,基于结构设计的安全性,在对钢筋混凝土进行结构计算时必需要进行周期折减,相关的规定中有具体的说明,计算时必须参照相关的数据。其次,选择合适的结构振型数,振型数大小的选取关系到结构的层数和结构的形式,当结构的层数比较多或者是结构层的刚度有很大的突变时,例如,楼层的顶部有小塔楼或者其他外型上的突变时,应当取大一些的振型数。另外,考虑到剪力墙的刚度都很大,因此也受到大部分的地震力,而框架相对就只承受了较少部分的地震力,如果框架根据此时的地震力设计,当剪力墙开裂便会有很大的安全隐患。因此,为了增加整个结构的安全性,框架至少要承担基底剪力的20%。
结束语
总之,建筑结构设计是一个系统而全面的工作,不仅是建筑设计成功实现的保证,更是建筑安全应用的基础。应做到基于规范又高于规范,服务于甲方又不被甲方所左右,以保证建筑质量,确保人民生命财产安全,对自我负责,对社会负责。