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1 概念设计
高层建筑设计要先分析建筑所在的地质条件,判断场地类别;再根据地震信息、建筑在使用功能上的要求、建筑最大高度、高宽比等条件确定建筑类型、设防类别、抗震等级;平面和竖向的建筑形体要尽量规则。
现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于c20,作为上部结构嵌固部位的地下室顶楼盖板不宜低于c30。框架梁、柱和节点一级抗震等级时不应低于c30,二至四级和非抗震设计时,不应低于c20;框支梁、框支柱不应低于c30。剪力墙不应低于c20,筒体和短肢剪力墙不宜低于c30。
作为上部结构嵌固部位的地下室顶楼盖板厚度不宜小于180mm。框架结构的主梁截面高度可按1/10至1/18计算跨度。矩形截面柱的边长,非抗震设计时不宜小于250mm,抗震设计时不宜小于300mm;圆形截面直径不宜小于350mm。一、二级抗震等级剪力墙底部加强部位厚度不应小于层高或无支长度的1/16,且不应小于200mm,其他部位不应小于层高或无支长度的1/20,且不应小于160mm;三、四级抗震等级力墙底部加强部位厚度同一、二级剪力墙的非加强部位,其他部位不应小于层高或无支长度的1/25,且不应小于160mm。
2 荷载
2.1 地震力和风荷载
6度时不规则的建筑,建造于Ⅳ类场地上的高于40m的框架高于60m的其他结构及7度及以上的建筑应进行多遇地震作用下的抗震验算。8、9度时大跨度和长悬臂结构应计算竖向地震作用;9度的高层建筑应也应计算竖向地震作用。
当在条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘非岩石和强风化的陡坡河岸和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时,在保证地震作用下的稳定外,应考虑不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用,其水平地震影响系数最大值乘以1.1~1.6的增大系数。
质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况应计算单向水平地震作用下的扭转影响。
对于高度大于60m的建筑,其基本风压应采用100年重现期的风压值;位于山区、远海海面和海岛的建筑,风压高度变化系数应做增大修正。
2.2楼层间地震力调整
竖向不规则的建筑,其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数。且结构任一楼层的水平地震剪力应符合剪重比要求。
8、9度时,建于ⅢⅣ类场地,采用箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础,结构基本自震周期处于特征周期的1.2倍至5倍范围时,若计入地基与结构动力相互作用的影响时,对刚性地基假定计算的水平地震力可进行折减。
3层间位移和顶点最大位移的控制
高度不大于150m的高层建筑,其楼层弹性层间最大位移与层高之比[u/h]和薄弱层层间弹塑性位移角限值[θp]不宜大于表1。在水平力作用下,当结构弹性等效侧向刚度小于限值时,层间位移应考虑重力二阶效应影响,位移应考虑增大。高度超过150m的建筑应满足舒适度的要求,10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度不应超过表2。
表1 弹性和弹塑性层间位移限值[u/h] 、[θp] 表2结构顶点最大加速度限值
结构类型 [u/h] [θp]
钢筋混凝土框架 1/550 1/50
钢筋混凝土框架(板柱)-抗震墙框架-核心筒 1/800 1/100
钢筋混凝土抗震墙、筒中筒 1/1000 1/120
使用功能 加速度限值(m/s2)
住宅、公寓 0.15
办公、旅馆 0.25
4构件的内力计算
4.1内力计算方法
框架结构横向荷载计算可采用反弯点法或D值法,竖向荷载采用分层法;剪力墙结构可采用材料力学公式法、连续连杆法和壁式框架法;框架-剪力墙结构可按协同工作法;底层大空间结构可采用混合法;筒体结构可按等效平面法等。
4.2组合前内力调整
抗震设计时,框架-剪力墙结构对应于地震作用标准值的层框架总剪力如小于0.2V0(V0为结构底部总剪力),则层剪力应调整为0.2V0和1.5Vfmax二者的较小值,然后按调整前后总剪力的比值调整柱和与梁的剪力及弯矩标准值。
当每层框支柱的数目不多于10根时,框支层为1~2层时,每根柱所受的地震剪力应至少取基底剪力的2%,当框支层为3层及3层以上时,每根柱所受的地震剪力应至少取基底剪力的3%;每层框支柱的数目多于10根时,当框支层为1~2层时,每层框支柱所受的地震剪力应取基地剪力的20%,当框支层为3层及3层以上时,每层框支柱所受的地震剪力应取基底剪力的30%。框支柱调整后,相应调整框支柱的弯矩及柱端梁(不包括转换梁)的剪力弯矩。
特一一和二级转换构件水平地震作用计算内力应分别乘以1.81.51.25增大系数。在水平力作用下,当结构弹性等效侧向刚度小于限值时,应考虑重力二阶效应影响,构件弯矩剪力相应增大。
楼层各构件的竖向地震作用效应按各构件承受的重力荷载代表值比例分配后宜乘以增大系数1.5。
4.3 内力组合及组合后内力再调整
无地震作用效应组合时按公式S=γGSGk+ψQγQSQk+ψwγwSwk计算;有地震作用效应基本组合,应按公式S=γGSGE+γEhSEhk+γGvSEvk+ψwγwSwk计算。
按照“强柱弱梁,强剪弱弯”的原则对构件内力进行调整。一二和三级框架角柱按“强柱弱梁,强剪弱弯”的原则调整后,弯矩剪力设计值应乘以不小于1.1的增大系数。抗震设计的双肢剪力墙,当任一墙肢大偏心受拉,另一墙肢的弯矩设计值及剪力设计值应乘以增大系数1.25。
5构件截面尺寸调整配筋及配筋调整和正常使用状态验算
对初拟的构件截面尺寸根据内力进行调整后进行配筋。边柱角柱及剪力墙端柱考虑地震作用组合如产生小偏心受拉,柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。一级且剪跨比不大于2的柱,其单侧纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于1.2%。剪跨比不大于2的柱宜采用复合螺旋箍或井子复合箍,其体积配箍率不应小于1.2%,设防烈度为9度时,不应小于1.5%,另节点核心区的配箍特征值不宜小于核心区上下柱端配箍特征值中的较大值。
对构件的挠度、裂缝进行计算,并不超过限制。
6基础的设计
基础的埋置深度,天然地基或复合地基可取房屋高度的1/15;柱基础可取房屋高度的1/18(桩长不计在内)。高宽比大于4的高层建筑,基础底面不宜出现零应力区;高宽比不大于4的高层建筑,基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。
7 小结
随着计算机建筑结构软件的广泛应用,结构设计的效率大幅提高,但同时也造成部分结构工程师对计算机软件过分依赖。本文围绕着对结构的手算,描述了概念设计的内容;按照荷载、位移、构件内力与配筋等计算步骤,完整给出了高层建筑混凝土结构手算设计的全过程;并总结了相关要点。
参考文献
中华人民共和国行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002 J186-2002).北京:中国建筑工业出版社
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Abstract: The design principles and requirements of the concrete structure is analyzed, the basic method of design of concrete structures, and from the safety, shock resistance, durability starting structure to clarify the structural optimization measures to promote high-rise buildings of concrete structures Optimal design of improvement.
Keywords: concrete structure; basic design methods; design optimization measures
一、引言
在我国建筑工程混凝土结构设计方法中存在技术标准和安全系数差距过大,设计和实施过程中人为的错误,耐久性设计方法存在问题,设计方法中安全检测出现问题。针对这些问题提出以下措施,提高技术标准,加强安全系数,加强结构的耐久性和材料的耐久性,加强设计过程中的质量监管,提高设计方法中的安全检测,相信通过我们的努力,会使问题得到解决,提高混凝土结构设计方法的实施和应用。
二、混凝土结构设计的设计原则与要求
1.设计原则
当前时期,设计人员对高层建筑中的混凝土实施结构设计,必须遵循适用性、安全性、耐久性以及可靠性几个方面的原则,以保证此项结构设计的各项功能均达到预计要求。
2.设计要求
1)延展性。高层建筑的结构柔性比低层的楼房要高,一旦遭遇地震等问题,会发生更大幅度的作用变形,若要避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题,就必须在进行混凝土结构的设计时,使其结构具备足够的延展性能。
2)侧向力。目前,高层建筑的结构设计中,其结构内力与变形等问题,主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响,层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以,在设计混凝土结构时,必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。
3) 刚度要求。高层建筑面临着众多的水平作用力影响,容易出现较大幅度的侧向位移,设计人员在进行混凝土结构设计时,必须在保证其具有足够强度的基础上,同时使其具备合理的刚度及自振频率,进而将楼层水平位移控制于允许范围。
三、混凝土结构设计的基本方法
1 完善单元结构的布局设计
独立的结构单元设计,是高层建筑中的主要结构设计内容,此结构设计工作适合采用简单、规则的平面形式,但平面的整体长度与突出部分的长度应当控制于适宜的范围,且具备均匀分布的承载力与刚度,同时,竖向结构适合采取均匀、规则的形式,以保证建筑的外挑与内收问题得到有效的控制。要达到这一目标,混凝土结构的设计者,应当在制定结构设计方案的阶段,便努力地将概念设计的理念与知识作为参考,使建筑的适用性与美观度等要求在得到满足的基础上,通过进行优化设计,使其结构的平面与竖向布局尽可能地实现简单、均匀与规则性,保证其结构刚度与承载力的合理分布,避免建筑独立结构单元出现过于集中的塑性变形或应力。
2 优化高强的混凝土与钢筋使用
高层建筑建设需要耗费较多的混凝土、钢等材料,若混凝土和钢的强度过大,势必会造成建筑材料总造价的超限,同时加大其他构件的造价,从而降低建筑建设的经济效益。因此,混凝土的结构设计人员应当对高强度的混凝土与钢筋的使用进行合理的优化控制。以软土地基上的高层建筑设计为例,该结构地基受到的荷载较高,设计人员可以通过优化高强度的混凝土以及钢筋的使用,使建筑中各构件的截面尺寸得到合理优化,从而减轻建筑的结构自重,使建筑的基础工程建设难度得到大幅度的削减,降低工程的地基处理工作造价。再以位于震区的高层建筑的结构设计为例,建筑的自重与地震作用程度成正比例关系,设计人员通过将高强度的混凝土与钢筋的使用量减少,可以在减轻其梁、板、墙、柱等构件自重的基础上,降低地震的作用力,进而保证建筑结构的安全程度,使建筑的整体安全度得以提升。
3 合理设计剪力墙平面结构
建筑结构设计人员对混凝土结构进行设计,还需要充分地重视剪力墙结构的平面布局问题,以保证建筑整体结构受力的均匀性,并使建筑在侧向力的影响下出现的位移控制于允许状态。具体来讲,剪力墙平面结构的优化设计主要为以下几个方面:1) 以建筑的各项基本结构功能为依据,在满足这些功能的前提下,尽可能地使剪力墙的布置实现相对的集中化与均匀化,对具有较高的恒载或者平面形式变化较大的部位设计剪力墙,应当尽量缩小其间距。2) 以建筑的主轴方向或者是其他方向为基准,对剪力墙进行双向的布置,且墙肢截面适合为具备较小的侧向刚度的简单规则的形式,在设计中还要尽量地减少对短肢剪力墙的使用。
四、混凝土结构设计的优化措施
1. 提高技术标准,加强安全系数
在建筑设计方法中要提高技术标准和安全系数,在设计前要先对技术标准进行相关计划,紧跟技术标准走,技术标准的设计不要过大,也不可过小。要达到安全的效果,并根据设计的技术标准制定相应的安全系数。具体来说,设计人员可以从以下几个方面开展结构的安全性设计:1) 设计人员应当在保证建筑各项功能的同时,通过考虑结构自身的抗震性能及外部人为因素可能造成的结构破坏,有目的地将高层建筑的抗震等级提升。同时,还要从整体上,加强结构设计的稳定性与牢固度,避免将砖砌体承重或者装配式的混凝土结构应用于高层的公用属性较高的建筑中,而要优先选取现浇的钢筋混凝土的结构。2) 设计人员要从建筑建设过程中及投入应用后的各个方面入手,综合考虑其荷载变化的状况,尽可能地将建筑结构的荷载标准值与构件承载力设置出较大的弹性裕度,并且为楼面等部位进行额外的增加荷载的设计,以保证建筑在各级的地震与火灾等灾害中,都可以实现对于自身结构安全的维护。
2. 加强结构的耐久性和材料的耐久性
在设计的方法中要加强对结构和材料的管理,加强材料的选择,材料的质量一定要过关,只有这样才能保证结构上的设计方法过关。使用的材料要经过检测方可实用,结构的混凝土的量一定要到,并且钢筋及混凝土的质量一定要达标,只有这样才能保证结构耐久性。设计中要对结构的耐久性和材料的耐久性制定相关的规程,让质量有规程保证,切记没有规矩不成方圆。耐久性是设计的要求,同样是质量上的要求,要服从大局,让设计方法完美无缺。
3.加强设计过程中的质量监管
在建筑混凝土结构设计方法中要加强设计工程中的质量监管。政府要投入相关的精力去完成。在设计中政府就应宣传质量过关的要求,并随时进行监督,并用相关的工程质量法作为监督的背景,投入到相关的执法中。同时设计人员也应减少人为的错误和差错,要以相关职业道德和职业操守为基础去完成每一次设计工作。要加强相关经验的积累,向经验丰富的设计者学习,并加强自我锻炼。同时设计公司要对每个设计师进行了解,清楚他们擅长的工作,让它们在自己擅长的领域工作,公司应严把质量关,对质量不合格的人员进行惩戒,并对质量合格的优秀员工进行奖励,做到一碗水端平,对质量水平切记不能放宽要求,在相关的质量监管中把设计方法的高质量设计更好的应用到每一次的设计中,做到用质量提高实际生产率,让质量带动设计方法。
4.提高设计方法的安全检测
在设计方法中要提高安检,每一步骤都要经过相应的安全检查,政府也要辅助进行安检。在公司安检后,政府也要相应的进行复查,让安检万无一失不存在任何的问题。设计方法中的安全检查是不可缺少的一个步骤,要加强安全措施,对不符合安全措施的设计要从开始就加以杜绝。安检是设计完成不可缺少的一步,也是关键的步骤,要编入设计流程。在政府和设计者的双管齐下监督下会让安全检测得到保证,为设计方法的正确投入做出贡献。
五、结语
建筑工程混凝土结构设计方法的不断优化为建筑注入了更多的血液,相信在问题的解决中和不断的探索中,我国的建筑工程混凝土结构设计方法将得到更高层次的优化,让建筑事业得到补充和延续,让我国的政治经济文化事业在建筑的强化下得到高度发展,让设计带动建设,让建设带动其他产业,共同蓬勃发展
参考文献
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1. 预应力混凝土筒仓发展概况
筒仓结构作为贮存散料的构筑物,具有运行方式简单、保护环境、节约用地、损耗少等优点,因而它在煤炭、电力、港口、储运等行业中得到了广泛应用,随着工程中要求配置的筒仓容积也随之增大。当采用普通混凝土筒仓时,随着仓壁直径的增加,仓壁水平配筋量也越来越大,往往需要配置三排甚至四排钢筋才能满足设计要求,这大大增加了用钢量。采用预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓,能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题,而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求,具有很好的经济效果。预应力技术运用在大直径圆形筒仓结构中,还可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力,消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小,避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀,降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。因此采用预应力混凝土筒仓必将是未来筒仓结构的发展趋势。
2. 预应力混凝土筒仓设计计算原则及步骤
2.1 主要采用的规范
《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》及《火力发电厂土建结构设计技术规程 DL 5022-2012》。
2.2 设计步骤
1). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条估算混凝土筒仓的壁厚;
2). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中1.0.3条及4.2.3条条判断筒仓类型(深仓或浅仓);
3). 依据判别的筒仓类型及《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.2条~4.2.8条计算筒仓仓壁压力;
4). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行非预应力钢筋和预应力钢筋配筋计算(主要由仓壁的裂缝来控制预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋量),并验算是否满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》的构造要求。
3. 工程实例
3.1 工程概况
本工程某电厂两座直径为30m、单仓储量为20000t的大直径预应力筒仓,高为45.65m的钢筋混凝土筒仓,仓壁壁厚为0.50m、混凝土仓壁储料高度为30.650、漏斗中心锥高度7.00m,原煤质量密度为10.0kN/m3,内摩擦角取。仓壁厚度为500mm,采用C40混凝土。预应力筋采用1x7的钢绞线,钢绞线强度标准值fptk=1860N/mm2,钢绞线强度设计值fpy=1320N/mm2,其性能应符合行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG161-2004)的规定。锚具采用OVM15-n群锚体系对应的锚具,采用无粘结预应力技术。普通钢筋采用三级钢(HRB400)。据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条对仓壁的壁厚进行初步估算值为:,本工程的筒仓仓壁厚度暂取为。
3.2 筒仓设计原则
在预应力混凝土筒仓结构中,仅对环向施加预应力,贮料产生的环向拉力由普通钢筋和预应力钢绞线共同承担。无粘结预应力混凝土筒仓按正常使用极限状态的验算。根据《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》5.1.5条第3款,本筒仓最大裂缝宽度的允许值为0.2mm。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL5022-2012》条文7.4.12条第一款规定:仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力,预应力强度比宜取0.7,不宜超过0.75,且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4%。
3.3 筒仓内力计算
3.3.1 仓壁内力计算
由知该筒仓为浅仓。据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.6条知筒仓贮料顶面或者贮料重心以下距离处,作用于仓壁单位面积上的水平压力:
,其中、,故,则仓壁环向拉力。
考虑环境温度作用时,据据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.1.1条,直径30m的筒仓可按其最大环向拉力的6%计算。因此考虑温度应力时,取。
3.3.2 估算非预应力钢筋及预应力钢筋截面面积
取筒仓仓壁根部1m宽仓壁内力作为计算单元,进行无粘结预应力钢筋的截面面积估算,计算公式可以按下式:
根据算得的1m宽筒仓侧壁内预应力钢绞线的截面面积为1218.2mm2,筒仓侧壁底部取预应力钢绞线为1x7,预应力钢绞线截面面积为。据《后张法预应力混凝土设计手册》中3.6节,预应力总损失近似估算值,则。
根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL 5022-2012》条文7.4.12条第一款规定:仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力,预应力强度比宜取0.7,不宜超过0.75,且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4%。非预应力钢筋的截面面积最小值为,取非预应力钢筋配筋为22@150()。
3.3.3 预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算
根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算。
预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算公式为: ,其中各参数取值如下:
;;
;,;
;
,取;
计算所得筒仓仓壁最大裂缝为0.022mm<,满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》5.1.5条第3款要求。预应力钢绞线及非预应力钢筋余量很大,可以通过减小预应力钢绞线的截面面积及非预应力钢筋的截面面筋进行优化设计。
经优化后的预应力钢绞线及非预应力钢筋的截面面筋取值为: 预应力钢绞线为1x7@500,;非预应力钢筋为18@150,,计算所得筒仓仓壁最大裂缝为。
4. 结论
通过对圆形预应力混凝土筒仓结构设计思路及计算方法的论述及分析,并结合工程实例,简单的介绍了圆形预应力混凝土筒仓结构设计所需要遵循的设计规范,通过工程实例的优化分析,圆形预应力混凝土筒仓结构的预应力钢绞线及非预应力钢筋的配筋面积主要是有筒仓的裂缝控制等级来决定。而且通过在混凝土筒仓结构中采用无粘结预应力技术,可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力,消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小,避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀,降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。
参考文献:
[1]. GB50077-2003.钢筋混凝土筒仓设计规范[S].
[2]. GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].
篇4
混凝土结构设计原理课程内容丰富,与实际联系较紧密[1],在道桥专业中处于十分重要的地位。分析道桥专业课程体系的特点,课程的定位明确:既是导前课程在实际中的应用,又是后续课程的基础,如图1所示。
从图1中不难发现,混凝土结构设计原理作为专业课程体系的“桥梁”,实践性较强,既在综合应用中巩固了基础课程知识,又在循序渐进的学习过程中为后续课程打下了基础。因此,学生对该课程掌握的情况对专业技能的培养影响较大。文章结合混凝土结构设计原理的特点和课程体系中的定位,对该课程的教学做了探索性思考和总结。
一、混凝土结构设计原理课程教学存在的问题
作为道桥专业的学位课程,该课程的要求较高,但学生掌握的情况不够理想。以三峡大学科技学院为例,课程的最终成绩由闭卷考试的卷面成绩(60%)、实验成绩(20%)和平时成绩(20%)综合评定。从2013级道桥本科专业成绩分析结果来看,达到合格标准的只占70%,优良的只占18%,如表2所示。
结合该课程的特点和学生学习的情况,很多专业教师就教学方法和教学手段的改革进行了探索,提供了较多好的方法和建议[2~4],但仍然存在如下问题。
(一)理论和实践学时不均衡,缺乏实践训练
为强化学生对理论知识点的熟悉程度,混凝土结构设计原理课程的授课往往以理论教学为主,实践环节学时占比较少,部分高校学时分配如表3所示。
(二)教材例}设置过于简化,未结合工程实际
混凝土结构设计原理教材例题的侧重点在于对基本计算理论的巩固,往往在设置时简化了大部分内容,学生在练习的过程中过于依赖例题,缺乏分析思维和解决问题能力的训练。比如矩形截面设计问题,实际工程的设计过程是结构计算简图的抽象结构荷载分析不同荷载的作用效应计算内力最不利的组合截面尺寸的拟定材料的选择设计计算构造性要求变形和裂缝验算结构施工图,而教材由于篇幅的限制和侧重点的不同,将大部分例题的设计过程设定为设计计算构造性要求配筋图,虽然节约了大量教学时间,但不符合工程实际,也渐渐抹杀了学生的创新和分析能力。
(三)课程设计的实践训练过于集中,收效甚微
道桥专业在相应实践教学环节中均会设置混凝土结构设计原理的课程设计,目的是综合训练学生查阅资料、分析问题和设计的初步能力,一般要求学生一周完成设计。课题内容较多,任务量较大,加上同一学期其他专业课程的要求,学生为完成任务要么依赖例题,要么抄袭别人的成果。此外,混凝土结构设计原理的课程设计一般为梁板结构设计,偏向土木工程房建方向,而道桥专业后一学期的桥梁工程课程为混凝土简支梁桥的设计,其大部分内容是重复的,因此,对于道桥专业学生而言,混凝土结构设计原理课程设计的效果不佳。
三、基于项目模块教学方法的探索
专业课程的理论知识是实际工程应用的基础,传统的教学模式使得混凝土结构设计原理课程慢慢地独立于专业课程体系之外,不符合应用技术型人才培养模式的要求,为增强学生的专业综合素质和就业优势,文章以项目模式为基础对该课程的教学做了探索。
(一)项目模块的设定与课程内容的对应
结合道桥专业的需求,将现浇混凝土桥梁工程作为项目模块分解混凝土设计原理课程,设定4个项目模块及10个子模块,与课程内容的对应关系如图1所示。
以项目模块分解课程内容不仅让课程教学更加符合理论应用于实践的宗旨,也让学生在学习过程中逐渐学会了如何解决实际工程中的五大类问题,即材料如何选择?截面如何设计?钢筋用量如何计算?施工图如何绘制?结构质量如何控制?
(二)项目子模块的实践环节
实践教学环节作为理论知识的应用在专业教学中尤为重要,由于条件和学时的限制,传统的混凝土结构设计原理课程实践仅仅是在课程设计中体现,并没有达到综合训练的目的,因此,以项目模块驱动的课程教学在子模块中设定了三大类实践任务和10个训练项目,理论与实践紧密结合,综合训练学生的分析、动手能力,如表4所示。
(三)项目模块教学课程考核方案的思考
考核是学习成果检验的重要环节,也直接引导了学习的目的性。传统的考核方案以闭卷考试为主,使得学生习惯性养成了以应试为目的学习态度,上课敷衍了事,考前死记硬背,逐渐形成了高分低能、无法解决实际问题的怪相。
为培养具有较扎实理论基础和较强实践能力的应用技术型人才,在以项目模块设定的教学模式基础上,对课程的考核方案做了如下思考。
(1)放弃闭卷考试的考查。混凝土结构设计原理课程本身就具有公式多、条件多的特点,记忆大量的公式和公式条件并不是学习该课程的主要目的,学会步骤分析的方法,学会解决不同条件下的实际问题才是学习这门课程的宗旨,显然闭卷考试并不能客观反映学生对课程的掌握程度。
(2)以平时成绩、子模块实践训练项目成绩综合评定。如表5所示考核方案,平时成绩的考核主要训练学生的学习态度,项目设计成绩考核主要强化学生对设计理论和规范的应用,实验成绩考核主要训练学生的动手和分析能力,实训成绩考核主要考查学生对实际工程问题的判断和写作能力。
(3)为增强课程考核要求的约束性,设定学分和学位获得条件,如表6所示。
四、结语
以实际项目模块为基础,将混凝土结构设计原理的理论课程分解到项目模块中,相应的子项目的训练增强了课程实践教学的效果,不仅将理论知识迅速地应用于实践,而且增强了项目所设定的实验的意义,提高了学生学习的兴趣和目的性。
课程的考核方案从学习态度、理论知识掌握程度、资料的搜集及规范的应用、动手能力和实际问题判断能力各个方面综合评价学生的学习情况,在重复训练中提高学生的专业技能,避免了学生以考试为目的,被迫学习的心理,为后续的学习打下坚实的基础,也为同类院校提高专业课程体系的教学质量提供了参考和借鉴。
参考文献:
[1]周孝军,杨虹,等. 混凝土结构设计原理课程教学探讨[J]. 教育教学论坛,2015.10(41):150-152.
[2]周爱萍,黄东升,等. 关于混凝土结构设计原理的教学探讨[J]. 教育教学论坛,2015.10(43):166-167.
[3]商怀帅,杨琳,等. 工程案例在混凝土结构设计原理教学中的应用[J]. 中国冶金教育,2014(5):34-35.
[4]陈进,谢孝,等.基于执业能力培养的混凝土结构设计原理系列课程改革[J].高等建筑教育,2010,19(1):51-53.
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混凝土在我国各项工程中应用广泛,具有可模型好、耐久耐火、造价低等特点,是非常好的建筑材料。然而,近年来,随着建筑业和水利等的发展对混凝土的需求不断加大,且对混凝土结构的应用跨度和高度都不断地增大,但由于混凝土容易出现裂缝,且受季节限制,致使混凝土在结构设计的过程中出现了很多问题。
2.混凝土结构设计的原则
2.1 整体性
混凝土结构设计的整体性是指把各个部分组成一个整体,研究整体的功能和设计规律,从整体和部分中发现整体的特征。
2.2 结构性
在混凝土结构设计过程中,要充分了解其结构及其各要素是非常重要的。建筑结构决定着建筑的性能和质量,影响着它在建筑中的使用和其发展情况,同时它也是性能的载体,还可以反作用于结构。混凝土结构的各要素运动的稳定性与结构息息相关。
2.3 最优化性
混凝土结构设计中存在差异整合,使建筑的各个部分合理的组合在一起,差异的部分相互互补,相互支持,相互需要,保证着整合后的性能。建筑结构的形成也离不开差异整合,充分体现了它的重要性,在设计过程中,我们要重视这一点。
2.4 动态性
混凝土结构设计的动态原则是把握系统的内外联系,以及发展趋势,动力规律、方式等方面,使混凝土在建筑中提供更好地应用,满足需求,把握时代的发展方向,跟随时代的脚步。
3.混凝土结构设计中存在的问题
3.1 基础设计
3.1.1 工程实地勘察报告缺错漏
地基基础是建筑质量的保证,影响着建筑的安全以及所产生的经济效益,若地基建设出现问题,则所造成的不只是经济问题还会带来重大的人员伤亡。建筑物的基础建设过程包括勘察、设计和施工。每一个步骤都是非常重要的环节。在我国设计时常存在勘察不全面,内容含糊不清,地质勘探报告未经审查部门审核,导致建筑物建设当中存在极大的隐患。设计过程应要严格把关,对不合格的勘察报告要及时提出异议,未修改完善的勘察报告不能作为基础设计的依据。
3.1.2 未说明绝对标高的问题
设计单位在工程的设计阶段,要注意在基础图中要说明建筑所定的±0.00与工程地质勘察中绝对标高的关系。在混凝土结构设计中,一些工程未说明±0.00的绝对标高,直接影响到基础底标高的确定,为施工带来许多不必要的麻烦。
3.1.3 基础垫层与保护层
设置混凝土垫层,不但可以保证基础混凝土的浇筑质量,还可以保护钢筋。设计时,配有钢筋的柔性基础宜使用垫层,但要注意的是,垫层向外延伸的面积不能计入基础底面积。
3.1.4 基础的变形计算
(1)设计等级为甲级,乙级的建筑物,均应按地基变形设计。
(2)丙级建筑物有下列情况时,仍应作变形验算:
1)地基承载力特征值小于130kPa,且体型复杂的建筑物;
2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生国大的不均匀沉降时;
3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时;
4)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时;
5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土,其自重固结未完成时。
3.2 结构设计
3.2.1 柱设计
⑴框架柱的截面设计
混凝土的框架柱设计中,设计人员很容易忽视角柱的自定义计算,导致配筋率不足。在多层或高层的钢筋水泥结构中,柱的截面尺寸从下到上逐渐减小,以节约资金,合理利用。柱截面的间隔数一般在3~5层,每次每侧减少尺寸100~150比较适宜,既能满足要求,又能节约成本,有利于空间合理利用。
⑵框架柱的箍筋肢距
柱箍筋加密区的箍筋肢距:一级抗震等级不宜大于200mm;二、三级抗震等级不宜大于250mm。箍筋肢距一般应为每肢箍筋的水平距离,不少设计人员在设计时将箍筋肢距都按不大于200mm,这样将会导致混凝土的浇筑发生困难,混凝土的浇筑必须使用导管,将混凝土引导到根部,自上而下浇灌。若箍筋肢距过小则无法使用导管,所以,我们要正确理解箍筋肢距,这样既方便施工又可以符合要求,从而较好地完成建筑任务。
3.2.2 梁的设计
⑴梁端按简支计算但实际受到部分约束
当梁端按简支计算但实际受到部分约束时,应在支座区上部设置纵向构造钢筋,其截面面积不应小于梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的1/4,且不应少于2根,此举是为了避免出现负弯矩裂缝而采用的构造措施,设计中要给予足够的重视。
⑵侧梁纵向的钢筋配置
侧梁纵向钢筋结构对防止梁侧面的开裂具有非常重要的作用,但是一些设计人员并为意识到这一点,甚至盲目的增大其抗弯能力,严重影响抗震性能。梁侧钢筋的直径一般以Φ12~Φ16为最佳标准。在设计中应该注意避免抗扭纵筋的面积过大,及时做出相应调整。
⑶水平锚固长度
楼层框架梁在边柱非抗震设计上部纵向钢筋和抗震设计的上部及下部纵向钢筋,锚固段当柱截面尺寸不足锚固长度时,纵向钢筋应伸至节点对边向下和向上弯折15倍直径,锚固段弯折前的水平投影长度不应小于0.4la或0.4laE。设计中容易忽略。
4.混凝土结构设计的改进
4.1 改进钢筋锚固和连接的方式
采用基本锚固长度:根据实验表明,高强度混凝土的锚固性能被低估,当混凝土强度等级高于C60时,ft按C60取值,并且不再使用锚固性能很差的刻痕钢丝,同时当混凝土保护层厚度不大于5d时,在钢筋锚固长度范围内配置构造钢筋,并且完善机械锚固的方法。箍筋对约束受压钢筋的搭接传力很重要,根据汶川地震时柱子钢筋在搭接处破坏很严重的情况,为防止粗钢筋在搭接端头的局部挤压产生裂缝,提出了在受压搭接接头端部增加配箍的要求,今后设计及施工要注意。
4.2 提高结构构件的安全性
通过考虑配筋特征值调整钢筋最小配筋率,增加安全度,控制大截面构件的最小配筋率;当构件所需截面高度远大于承载的需求时,可调整其纵向受拉钢筋配比率;调整柱的轴压比限值、最小截面尺寸,适度的提高安全储备,增加四级抗震等级框架柱、框支柱的轴压比限值。混凝土结构材料性能劣化的因素复杂,受天气,气候等的影响较大,建筑的耐久性需根据以往的经验采取措施来解决。
4.3 新规范
4.3.1 提高结构安全储备
篇6
在现代高层建筑工程施工中,钢筋混凝土结构的应用日益广泛,在提高建筑结构的安全性、稳定性与耐久性等方面发挥着非常重要的作用。做好钢筋混凝土结构设计是高层建筑工程质量的重要保证。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的重要功能,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
1做好高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要意义
做好高层建筑钢筋混凝土结构设计工作必须要体现设计的重要功能,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的基本要求总结为如下几点:
1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。
1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有益于实现设计目标的耐久性基础。
1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
2.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多,应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的设计数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
2.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
2.3结构高度的控制
在高层建筑钢筋混凝土结构设计中常会出现超高的问题,这不利于高层建筑物抗震性能的实现,由于不同高度会出现不同级别的设计规范形式,因此,当结构高度出现变化时,特别是出现超高问题时,要重新进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作。
2.4建筑结构平面的设计
若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求,则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构,以此合理分布承载力和刚度,并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言,不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形,而且出于对扭转的考虑,必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内;对于必须设计的框架结构防震缝,其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m;若防震缝两侧具有不同的房屋高度,则要根据低高度房屋确定缝宽;虽然不提倡采用短肢剪力墙,但若不得不采用,则必须使其截面厚度低于30cm,且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。
3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点
3.1加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话,其振型数则应该多取,例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等,其振型数应尽量取≥12的数,但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍,除了含有弹性的楼板,而且在进行总刚性的分析时,它的振型数才可以取得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中,要对其面积进行全面的控制,保证其在一定的范围之内,这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中,不但要对建筑的配筋进行不断的加强,而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整,这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。
3.2高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价,用来取得较好的经济效果。
3.3增强地基承载能力
对于建筑结构的设计而言,地基的设计是整个设计的重要部分,建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此,对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中,进行宏观的把握,要严格的把握地基的承载能力,并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言,其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室,这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小,从而有效的保证了上层结构的牢固性,提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外,在进行建筑地基设计的过程中,还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言,通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。
3.4提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
3.5扭转问题分析和几何中心的确定
为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏,结构和布局应在结构设计合理的前提下,尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下,高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下,街道景观的要求和限制,城市规划的高层建筑,不使用简单的平面结构,不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状,在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。建筑结构振动周期包括两个方面:结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。
4、结束语
综上所述,钢筋混凝土结构是高层建筑的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,在设计中应该把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)
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在现代高层建筑工程施工中,钢筋混凝土结构的应用已变得非常广泛,在提高建筑结构的安全性、稳定性与耐久性等方面发挥着非常重要的作用。做好钢筋混凝土结构设计是高层建筑工程质量的重要前提保障。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的重要功能,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短肢剪力墙结构的体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
1做好高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要意义
做好高层建筑钢筋混凝土结构设计工作必须要体现设计的重要功能,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的基本要求总结为如下几点:
1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。
1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有助于实现设计目标的耐久性基础。
1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
2.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规律以及规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多。应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的墙肢数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
2.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
2.3结构高度的控制
对于高层建筑超高问题,控制不好会影响建筑结构的抗震性能,应当结合不同级别的设计规范进行控制,出现超高问题就要重新进行结构设计,以保证建筑安全。
2.4建筑结构平面的设计
在进行平面设计的时候尽量选择规则而简单的结构形式,以保证承载能力与刚度符合要求,并可以弱化风力的影响。在设计中尽量少用短肢剪力墙结构,如果必须要用,则必须控制其厚度,截面厚度要控制在30cm以内,每个短肢截面的高厚最大比控制在4~8之间。
3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点
3.1加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话,其振型数则应该多取,例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等,尽量取≥12的振型个数,但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍。除了含有弹性的楼板,而且在进行总刚性的分析时,它的振型数才可以取得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中,要对其面积进行全面的控制,保证其在一定的范围之内,这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中,不但要对建筑的配筋进行不断的加强,而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整,这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。
3.2高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价,用来取得较好的经济效果。
3.3增强地基承载能力
对于建筑结构的设计而言,地基的设计是整个设计的重要部分,建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此,对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中,进行宏观的把握,要严格的把握地基的承载能力,并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言,其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室,这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小,从而有效的保证了上层结构的牢固性,提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外,在进行建筑地基设计的过程中,还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言,通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。
3.4提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
3.5扭转问题分析和几何中心的确定
为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏,结构和布局应在结构设计合理的前提下,尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下,高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下,街道景观的要求和限制,城市规划的高层建筑,不使用简单的平面结构,不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状,在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。同时,我们应尽可能使结构在一个对称的状态。建筑结构振动周期包括两个方面:结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。
4、结束语
简而言之,钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,应该突出钢筋混凝土结构的特性,结合高层建筑的特点,把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)
[2]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010(01)
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引言
在我国建筑工程混凝土结构设计方法中存在技术标准和安全系数差距过大,设计和实施过程中人为的错误,耐久性设计方法存在问题,设计方法中安全检测出现问题。针对这些问题提出以下措施,提高技术标准,加强安全系数,加强结构的耐久性和材料的耐久性,加强设计过程中的质量监管,提高设计方法中的安全检测,相信通过我们的努力,会使问题变成优势,提高混凝土结构设计方法的实施和应用。
一、建筑工程混凝土结构设计方法存在的问题
1、技术标准和安全系数存在着差距过大的问题
在建筑工程混凝土结构设计方法中存在技术标准的偏差,技术标准不明确并且偏差过大。在建筑设计中没有制定相应的技术标准。同时又存在着安全系数的问题。根据国内现行混凝土结构设计规范要求,结构安全可靠度是“规定”荷载作用下的强度保证率。设计规范结构可靠度只是对结构构件来说的,其安全性主要取决与荷载取值,安全系数设置与荷载系数取值之间存在着较大的关系。据调查资料显示,国内规范动荷载安全系数要比美国、英国低14%-21%,比欧洲低7%;强度安全系数比欧美国家低大约15%,钢材强度安全系数低6%。比如,根据国内规范设计的柱子若动、静载之比为1:2,因荷载、材料影响承载力较英美国家规范设计承载力大约低35%,而较欧洲国家也低28%。由此可见,技术标准和安全系数存在着差距过大的问题,需要解决。
2、设计方法的安全检测不够
在混凝土设计方法中缺乏相应的安全检测。在设计中各步骤的安全是设计进行的关键。在每个步骤都完成后要跟进安全检测,但在设计方法中很多设计师缺乏对设计的安全检测。相关的政府也对其不够重视,出现了质量问题,为建筑带来了问题。很多设计者没有对设计仪器进行购置,设计仪器出现了不合格的现象,在根源上得不到重视让设计方法出现了问题。政府没有进行设计的安全监管和监督,使设计中安全检测出现了问题,安全监管要出台防范措施,这也是对设计方法的严格要求,防范方法做不好会导致不安全问题出现,让设计得不到安全保证,使设计变成失败,无法真正投入到运营和工作中,使设计偏离了真正的应用。
3、耐久性上设计方法存在问题
很多设计出现耐久性不高的现象。一项工程的耐久性是工程的关键。把耐久性做好体现了设计者的设计水平和完美地设计观念。它要求设计过程的高超技术和实施的完美结合。很多设计者在很多恶劣的条件下不能设计符合恶劣条件的设计成果,设计的成果适应不了恶劣的环境,这样问题的存在让设计失去了所谓的意义,没有很好地为工程服务,出现豆腐渣工程,是设计的败笔。
二、提高建筑混凝土结构设计的有效途径和方法
1、提高技术标准,加强安全系数
在建筑设计方法中要提高技术标准和安全系数,在设计前首先要对技术标准进行相关计划,紧跟技术标准走,技术标准的设计不要过大,也不可过小。跟着规范走,才能使设计不偏离实际同时要加强安全系数。安全系数不过关会使其他一切都为零,在设计中要突出安全的设计。要达到安全的效果可以聘请相关的设计专家制定符合标准的技术,并根据设计的技术标准制定相应的安全系数。要根据相关的产业的要求对建筑的防治自然灾害和人为的灾害进行相应的预防,有的建筑需要防水,在建筑过程中要加强对水的防范,还要加强防震的要求,建筑一定要通过地震检测,真正意义上做到安全系数第一位、技术水平过硬的原则,为建筑服务。
2、提高设计方法的安全检测
在设计方法中要提高安检,每一步骤都要经过相应的安全检查,政府也要辅助进行安检。在公司安检后,政府也要相应的进行复查,让安检万无一失不存在任何的问题。设计方法中的安全检查是不可缺少的一个步骤,要加强安全措施,对不符合安全措施的设计要从开始就加以杜绝。安检是设计完成不可缺少的一步,也是关键的步骤,要编入设计流程。在政府和设计者的双管齐下监督下会让安全检测得到保证,为设计方法的正确投入做出贡献。
3、加强结构的耐久性和材料的耐久性
在设计的方法中要加强对结构和材料的管理,加强材料的选择,材料的质量一定要过关,只有这样才能保证结构上的设计方法过关。使用的材料要经过检测方可实用,结构的混凝土的量一定要到,并且混凝土的质量一定是上品,只有这样才能使结构耐久性。设计方法中要把结构的耐久性和材料的耐久性制定相关的规程,让质量有规程保证,切记没有规矩不成方圆。让设计中规中矩、让设计完美无缺。只有这样才能使结构和材料具有耐久性。耐久性是设计的要求,同样是质量上的要求,要服从大局,让设计方法完美无缺。
4、做好结构计算和地基基础设计工作
施工图设计的最重要的依据就是建筑结构计算的结果,同时这个计算的结构也会对建筑结构的安全性和可靠性带来重要的影响,所以设计设计应高度的重视这项工作。比如说当我们在进行楼板计算时,我们就要选择合适的楼板计算方法,双向板计算时应考虑到材料泊松比的影响,连续板计算时就决不能选取单向板的计算方法。鉴于科学技术水平是在不断的进步的,绝大部分的结构计算都可以采用计算程序进行计算,这种方法与实际的设计经验的紧密性很差,所以为了保证其正确性,我们必须对电算结果进行综合的分析和评价。
5、做好抗震设计的工作
一般情况下,建筑结构的设计人员在进行框架的结构设计工作时,他们通常都是很重视横向框架的设计工作时,却又都不够重视纵向框架的设计工作,在我们的抗震设计的相关规范中明确的指出了水平地震的作用横轴的方向进行计算,也要按纵轴的方向进行计算,并且各方面的地震作用都应由该方向的抗侧力构件进行承担,所以,我们在进行框架结构的设计时,纵向框架的作用与横向框架的作用应该是一样的,它们的重要性是相等的。在对建筑结构进行抗震设计时,抗震设计的原则应为大震不倒、中震可修以及小震不坏的原则,所以就必须将建筑结构设计成延性结构。由于延性结构是具备着很好的变形能力的,地震来临时,它就能够很好的承载地震的作用,从而有效的降低地震对建筑结构造成的破坏力。
6、合理的运用结构设计软件
现阶段,我国对于运用各类计算机结构设计软件已经是很普遍的了,人们早已摆脱了传统的复杂的手工计算方法,同样的设计师们对于计算机软件也是越来越依赖了,但是我们在进行结构设计时,还是不能够完全的信赖计算机的计算结果,对于任何结构都要进行人工的判断和分析,确定其是准确无误的,才可以应用到工程设计中。这就要做好以下几个方面的工作,首先设计师应充分的了解所运用的软件的技术条件和适用范围;其次就是应保证计算的程序与结构的设计图是想吻合的;然后就是所使用的计算数据都应是有据可循的,计算参数也必须是准确的;最后就是计算出的与结构有关的一些内容都应满足有关规定,如刚度比、配筋以及构件的抗裂性能等。
结束语
建筑工程混凝土结构设计方法的不断优化为建筑注入了更多的血液,相信在问题的解决中和不断的探索中,我国的建筑工程混凝土结构设计方法将得到更高层次的优化,让建筑事业得到补充和延续,让我国的政治经济文化事业在建筑的强化下得到高度发展,让设计带动建设,让建设带动其他产业,共同蓬勃发展。
参考文献
篇9
(一)加强对设计规范的学习
混凝土结构设计原理课程主要涉及的规范是《混凝土结构设计规范》和《砌体结构设计规范》。每一次新规范的颁布[2],都迫切要求有关的工程技术人员、教师和学生学习掌握新规范。作为教师,尤其要尽可能地将新规范融入到混凝土结构设计原理课程教学实践中,加强学生对规范条文的学习和理解,特别是修订部分的内容,增加了[3]结构整体性和防连续倒塌设计、结构耐久性设计、裂缝宽度验算调整、高强度材料的推广等,最好能让学生理解其修订内容的科研或工程背景,以便学生更好地掌握。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010———2010)和《砌体结构设计规范》(GB50003———2011)的颁布及教学思路,对每一章给出教学要求,分为基本概念、计算能力和构造要求三方面,并分三个档次:对概念,分为“深刻理解”、“理解”和“了解”;对计算能力,分为“熟练掌握”、“掌握”和“会做”;对构造,分为“熟悉”、“领会”和“识记”。全面修改和补充计算例题等。并在内容上涉及不少注册执业资格相关规范条文和算例,为培养学生毕业后获得注册执业资格做准备。
(二)优化课程内容,处理好重点和难点的关系
在与基础课程联系的基础上,结合教学大纲合理安排并优化教学内容,在此基础上重视对本课程重点与难点的处理。教师首先要明白学生在学习这些知识前需要的先导知识(包括先修基础课程)。其次结合独立学院培养应用型人才和学生力学等基础相对较差的情况,要清楚学生学习的重点和难点,然后认真备课,针对具体模块内容,精心设计问题,有目的的引领学生梳理学习思路、帮助学生渐渐主动融入课程内容角色;让学生掌握重点,理解难点。混凝土结构设计原理课程涉及许多构造措施,如混凝土的最小保护层厚度,钢筋的锚固长度、搭接长度,钢筋间的净距或间距,受力钢筋的最小配筋率等。这部分内容规定性的东西多,内容比较零散,在讲授时应进行适当归纳与分类,尽量使其条理化和简单化,并介入实体模型,便于学生理解和记忆。
(三)制订本课程基于CDIO工程教育模式的培养体系
本课程基于CDIO工程教育模式的培养体系,需在土木工程专业的工程师培养体系的基础上制订。以土木工程专业的教学规范为依据,保留专业基本的理论教学和实践教学,结合行业不同单位的工作性质和学生兴趣及未来计划的发展去向增加与工程师培养相适应的理论教学和实践教学。统筹我院土木工程专业开设课程实际,针对设计院就业方向,还可增设施工图预算、混凝土结构工业厂房设计、砌体结构设计等实践环节,由校内教师和校外工程师综合指导。针对施工企业就业方向,还可增设工程预决算实践环节,由校内教师和校外工程师综合指导。针对咨询公司就业方向,增设工程项目现场实习,包括工程招投标流程、招投标文件编制、监理规划大纲编制等,由校内教师和校外工程师综合指导。
三、构建实践教学新模式
(一)引入工程案例教学法,营造课堂工程氛围
为达到教学目的,实现教学内容,运用教学手段而进行,引进新的教学方法势在必行。本课程采用案例分析法,以教师指导下的分组讨论方式进行。教师根据课堂教学要求、内容关联性及学生兴趣选择案例,说明理论在实际中的具体运用。结合案例提供的信息,运用混凝土结构设计原理知识进行针对性地分析和论证。学生在辩论中学习,充当主角。案例教学是理解和深化理论知识的有效途径。通过教师的引导和启发,提供和评估备选方案,培养学生运用混凝土结构设计原理的知识和方法,模拟解决实际问题实现知识由抽象到具体的飞跃。
(二)将实体模型引入教学实践
为增强学生对土木工程结构的空间想象力,在原有的结构与材料实验室建立比较系统的土木工程专业系列课程,如混凝土结构设计原理、钢结构、房屋建筑学、土木工程材料、土木工程施工等课程教学实体模型。针对本专业开设方向和课程要求,需配置包括混凝土结构和道路与桥梁工程结构在内的结构教学模型。其中混凝土结构有梁(含简支梁、连续梁、悬臂梁、矩形梁、T形梁)、楼(板)盖、柱、工业厂房等模型。将实体模型引入课程教学实践,模拟“施工现场”,将“工程搬进课堂”,增强学生的感性认识,提高学生对土木工程体系概念的整体思维能力和空间想象力,从而大大提高课堂教学效率和效果,同时为后续的试验研究,制作混凝土结构构件模型做准备。
(三)组织施工现场参观,加强感性认识
结合本学院合作办学方的优势,提供与宝坻区产学研合作项目,开辟“专业实践教学基地”。如在现浇混凝土结构施工现场,学生能较深刻地了解主、次梁的立体交叉关系和钢筋布置应注意的问题,及钢筋的锚固、搭接、弯起等构造要求;学习预应力混凝土知识时,可组织学生参观预应力张拉工艺及过程,了解预应力筋的种类、锚具等,以增强学生的感性认识。通过这一系列实践教学,使学生深刻理解课堂教学的内容。除此之外,基于CDIO工程教育模式的培养体系中的工程实例讲座,与理论课程和施工现场参观等穿行。通过课堂视频和实体模型及工程案例教学、安排工程实例讲座、到施工现场参观实习等,让学生亲身接触实际工程,进一步增强感官认识,并逐步过渡到理性认识,大大提高学生分析问题、解决问题的能力。
(四)加强试验研究,制作混凝土结构构件模型
钢筋混凝土结构材料性能的不确定性、离散性,使钢筋混凝土结构基本理论须由钢筋和混凝土材料性能以及结构构件的受力性能的试验研究来验证。利用结构与材料实验室,通过试验观识结构构件从开始加荷到破坏的过程,构件内部应力、应变的变化,裂缝的发生、发展以及裂缝的分布等特征,分析构件的受力状态,以及钢筋和混凝土在受荷过程中所表现出来的特性。教师通过启发、引导学生从现象出发,主动思考找出事物本质,训练学生分析问题和解决问题的能力。利用结构与材料实验室,可模拟现场施工,实现仿真教学,制作混凝土结构构件模型。结合混凝土结构设计原理先修课程如土木工程材料、土木工程施工等,从水泥、石子、砂子、钢筋等原材料选取到配筋计算、水灰比计算、钢筋的绑扎、支模、混凝土浇筑及养护、试块制作等,模拟施工的全过程,预制钢筋混凝土梁,对其强度进行测试,并引导学生对试验结果进行分析,鼓励自主实验。可大大提高学生的学习积极性。
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1建筑结构设计的要点
1.1保障施工材料质量。施工材料的优劣直接影响到施工的质量,因此在建筑结构设计当中,应加强对施工材料的管理。根据建筑功能和结构安全性的需求,选择符合规范要求的施工材料,保障其质量。在购买钢筋等建筑施工材料时,首要考虑质量,其次才是价格,需要选择信誉、口碑良好的供应厂商,并对施工材料进行严格检验。如施工材料质量不达标或存在偷工减料的情况,建筑结构的稳定性也会下降[1]。1.2严谨的设计环节。建筑结构设计是建筑施工的重要参考,其设计水平直接关系到施工的效果,影响着建筑工程的整体质量,结构设计在建筑工程施工全过程中的重要性不言而喻。建筑结构设计是一个复杂的环节,需要考虑到结构作用效应、结构抗力、结构极限状态以及荷载等多方面的内容,需要在安全性设计上更加严谨。结合既往的建筑结构设计经验,针对影响建筑结构安全性的相关因素,采取有效的管理措施,保证后续施工安全、有序的进行。该过程中,需要由经验丰富、专业能力强的设计人员参与,对待工作认真负责,每一个设计环节都能够做到仔细和严谨,避免出现差错和疏漏,进而获得更加完善的建筑结构设计方案。1.3环境适应力。除了材料、技术、工序之外,环境因素也是影响建筑结构安全性和稳定性的重要因素。地震等自然灾害引起的不可抗力,同样需要在建筑结构设计中考虑进来。通过结构地震反应分析和抗震验算,分析当地的地质活动水平,加强建筑结构的抗震性设计。另外,还要考虑到温度变化、人为或自然侵蚀性物质对于建筑混凝土的影响,在设计中做出调整,减少环境因素对于建筑结构安全性的影响,提高建筑物的环境适应力和抗灾能力,这也是对居民用户的生命财产安全负责。
2建筑结构安全设计策略
2.1混凝土结构设计。在混凝土结构的设计当中,需要对设计使用年限和环境类别加以考虑,根据各类环境条件,对最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量、最大碱含量进行合理设计,提高混凝体结构的耐久性,能够在正常的进行勘测设计、施工和使用,并能够达到而结构设计使用年限,充分满足结构安全性、适用性和耐久性的要求,最大程度上提高建筑结构承载能力的极限状态。根据混凝土结构稳定性、耐久性的要求,一般分为三个环境类别。①为室内正常环境,建筑结构设计中对于最大碱含量没有限制。②需要按照是寒冷和非寒冷地区进行区分《民用建筑热工设计规程》(JGJ24),多为室内潮湿环境、露天环境以及直接接触水或土壤的环境(无侵蚀性)。③环境为冬季水位变动环境(寒冷地区)、滨海室外环境等。在不同类别环境下,以使用年限50年为标准,对混凝土结构设计做出基本要求,另外也可以根据施工的实际情况,对于不同环境类别下的最小水泥用量、最低混凝土强度等级可适当降低,并不做固定要求。2.2建筑结构规范设计。基于完善的建筑结构设计规范和制度,严格参考《建筑结构荷载规范》,《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》、《砌体结构设计规范》,贯彻落实在实际的建筑结构设计当中,进而保障施工的规范性,提高施工质量,保证建筑结构的安全性和稳定性。建立完善的验收标准条例,对建筑结构设计进行变形验算和裂缝宽度验算。另外还需要提高设计人员的安全意识,需要认真学习建筑结构设计规范,提高其安全意识,把握好建筑结构设计的每一个环节、步骤,避免出现疏漏和差错,进而保障建筑结构设计的合理性和可行性。2.3BIM技术的应用。BIM是一种三维的建筑模型,能够对建筑工程项目的各项相关信息数据进行提取,并以此作为基础,进行建筑结构设计和施工组织设计。基于BIM模型,能够按照施工建筑结构设计,进行虚拟施工,实现建筑及结构可视化。真实、准确的反映出建筑施工情况,并从中识别风险,发现潜在的安全隐患。以此作为参考,找寻建筑结构设计中存在的不足,进而对设计方案进行改进和完善,保证该方案的可行性,有助于规避安全事故的发生,充分保障建筑质量安全。根据建筑预定的功能,创建预算、施工BIM模型,能够快速准确的进行计量和资源分析,并利用其BIM数据库中数据信息,作为建筑结构设计的重要参考,对施工计划的合理性和可行性的进行分析,基于安全施工的要求,作出适当的调整。同时利用其风险识别、评估结果,按照安全要求进行施工安全设计,再经施工模拟检验,持续予以改进,进而充分保障建筑施工安全。在施工模拟当中,除施工工序、技术、材料之外,还能够将环境、气候等因素的影响考虑进来,并对施工进度予以更加精准的把握,进而减少设计与施工实际之间的出入,其对于建筑安全性提升有着积极的促进作用[2]。
3结论
综上所述,采取科学、合理的建筑结构设计策略,对于提建筑•节能高建筑安全性有着积极的影响。基于建筑结构设计的要点,以保障施工材料质量为基础,增加设计环节的严谨程度,提高建筑的环境适应力。严格执行建筑结构设计规范,合理进行混凝土结构设计,并将BIM技术应用其中,提高建筑结构设计的精细化程度,为建筑工程施工的安全、顺利进行创造良好的基础条件,从整体上保障建筑的质量安全。
作者:何伟 单位:湖南悍马建设工程有限公司
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毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
具有较扎实的自然科学基础,了解当代科学技术的主要方面和应用前景,熟悉地质工程勘察、设计施工。 掌握工程地质、工程力学、岩土力学的基本理论,地下工程、工程材料、结构分析与设计、地基处理方面的基本知识,掌握有关电工、工程测量与试验、施工技术与组织等方面的基本知识。具有工程制图、计算机应用、主要测试和试验仪器使用的能力;具有综合应用各种手段(包括外语工具)查询资料、获取信息的初步能力。熟悉国家有关工程勘察,建筑工程等方面的政策、规范和法规。具有进行工程勘察、设计、试验、施工、管理和研究的初步能力。
三、主干学科 地质工程
四、主要课程
英语、高等数学、大学物理、普通化学、计算机基础、材料力学、结构力学、岩土力学、建筑材料、钢筋混凝土结构、道路勘测与设计、地下结构、施工技术与施工组织、地质工程经济与企业管理。
五、主要实践性教学环节(内容、要求)
设计1——钢筋混凝土课程设计
时间:1周
内容:钢筋混凝土结构
目的与要求:
通过本课程设计,使学生进一步掌握钢筋混凝土结构设计的基本原理、方法和步骤。受到钢筋混凝土结构设计的初步训练。设计分两部分进行,一部分为钢筋混凝土楼盖设计,一部分为单层厂房结构设计。要求学生完成相应的计算说明书及结构设计图纸。
设计2——岩土体工程课程设计
时间:1周
内容:岩土体稳定性评价、岩土体工程设计
目的与要求:
通过本课程设计,使学生进一步掌握岩土体稳定性评价及岩土体工程设计的原理、方法和步骤,受到岩土体工程设计的初步训练。要求学生在教师的指导下,完成相应的计算说明书和设计图纸。
设计3——基础工程设计
时间:1周
内容:根据工程地质勘察报告及有关资料选择基础方案,并进行设计、计算、绘出施工图。
目的与要求:
通过本课程设计,使学生进一步掌握基础工程设计的原理、方法和步骤。受到基础工程设计的初步训练。要求学生在教师的指导下,完成相应的计算说明书和设计图纸。
测量实习,安排在第5学期,时间1周,内容为工程测量,要求学生在实习结束后,编写一份实习报告。
认识实习,安排在第4学期,时间3周,内容为地质认识实习。
教学实习,安排在第6学期,时间7周,内容包括工程地质勘察、原位测试、室内资料分析与整理。要求编写一份实习报告。
毕业实习及毕业设计(论文),安排在第8学期,时间12周。
毕业实习及毕业设计(论文)是实现本科培养目标的重要阶段,是学生学习、研究与实践成果的全面总结,也是对学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验。通过毕业实习和毕业设计(论文),使学生达到工程师工作能力的初步训练。
要求:选题尽可能结合生产实践,做到一人一题,要求学生在教师的指导下,独立完成毕业设计(论文)。
答辩:毕业设计(论文)完成后,由系统一组织答辩。
六、主要实验
室内试验(岩土物理力学性质测试、建筑材料试验等)、野外现场试验(岩土物理力学性质现场原位测试、工程监测及检测等)
七、最低毕业课内总学时:2500学时
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1.1 地基与基础设计中的问题
在混凝土结构设计中,天然地基独立基础有时因为持力层土层分布不均匀,使基础坐落在软硬不均的土层上,相邻基础沉降差过大,导致基础变形过大;由于地下室在提高建筑稳定性、地基承载力、减少地震破坏以及解决建筑埋深等方面有十分重要的作用。因此,在很多建筑工程中,经常会设置地下室。当建筑选址在山地上时,由于原始地貌水位较低,设计过程中往往会忽视建筑工程竣工后由于回填土体毛细现象,导致地下室底板及外墙承载力不足,出现墙体裂缝和底板涌水现象,给工程项目带来难以解决的问题和损失。
1.2 混凝土上部结构设计中的问题
在混凝土结构上部设计时,还存在一些问题,框架结构中抗震设防防线较少;因梁跨度大,梁截面高度就大,而框架柱截面较小,导致强梁弱柱情况出现;框架―剪力墙和剪力墙结构中,剪力墙布置不均匀,出现单肢剪力墙刚度过大,应力集中,连梁刚度过强等;高层结构中忽视零应力区等现象。这样类似问题出现,会给建筑结构的安全带来隐患。
1.3土木工程混凝土结构中问题出现的原因
原材料的生产及选购,会存在一些质检员疏忽的现象,因此也可能存在采购不合格的问题。为此进一步导致混凝土质量的降低,对本身的质量产生影响,强度性能也不足。另外是水泥的强度存在问题,这些问题是水泥混凝土中非常关键的一个环节。最后是水灰比例问题,这个比例对工程质量的影响十分显著,若是对比例没有很好的关注和控制就会出现诸多的问题。
1.4钢筋混凝土结构设计中存在的裂缝问题
(1)温度裂缝。温度裂缝主要是由于外界环境温度变化明显、温差较大,混凝土会随着外界环境温度的变化产生热胀冷缩的物理反应,导致建筑结构中出现裂缝;(2)构造裂缝。由于钢筋混凝土结构中使用的混凝土的水灰比率不规范,进行混凝土浇筑时振捣不密实以及模板滑动,导致了收缩裂缝的出现。如果脱模过早、混凝土护养工作不到位或者是支架下沉等情况也会导致钢筋混凝土结构出现裂缝;(3)结构裂缝。主要针对现浇钢筋混凝土结构来说,由于结构构件之间的刚度不尽相同,所以一些结构中容易构成刚度较弱的区域,这些地方的截面突变处,非常容易出现破损裂缝;(4)收缩裂缝。在钢筋混凝土结构的养护过程中,水泥和混凝土会出现收缩的情况,随着时间的变化逐渐变硬、碳化、脱水、变小,进一步出现各种收缩裂缝,这种情况并不会消失,在二十八天的时间内持续不断的出现,这是由水泥和混凝土自身的特点决定的。
2混凝土结构设计不足的应对策略
2.1地基对混凝土结构的控制
通过优化地基对混凝土结构的约束,也可以起到提升工程质量的作用,而优化约束主要通过内外两种措施进行:对混凝土内部的控制主要是通过控制混凝土内外温差来进行的,因为混凝土本身的内部温度就会增加混凝土的约束力,再加上外部温差,两者相加效果可就不那么简单了,这也主要是为了降低温度应力,主要措施有暖棚法、蓄水法、覆盖法等,削内增外,使混凝土的约束力减少;对混凝土的外部控制主要集中在浇筑步骤上,如在进行大面积的浇筑时若浇筑层过厚,就会使得地基对于混凝土的约束力大大增强,所以浇筑时要严格注意其厚度,也可采用滑动层技术来实现削减混凝土浇筑厚度的目的,使地基对混凝土的外部约束力进一步减小。
2.2混凝土原材料和浇筑方面的控制
混凝土原材料对于保障建筑施工质量至关重要,处于基础性地位。因此,在选择材料的过程中需要强化此方面的控制,并且严格控制检测程序。生产前要对含沙量、水泥量、水灰比例做好多个环节的控制,从严格的意义上保障混凝土的施工质量。混凝土的浇筑程序也是影响质量的重要因素。混凝土的浇筑程序关乎到后期承载力的问题,因此浇筑需要使用振捣器来完成,要均匀进行点控,不能出现诸多的遗漏问题。在混凝土浇筑完成后还需要做抹压工作,并且使用保r膜及普通的塑料袋对混凝土进行有效的保护,然后定期进行洒水保湿工作,若是混凝土被晒干,那么坚韧性就会受到诸多的影响。最后,控制混凝土的温度应力。在此过程中需要减少水泥的使用,并且释放出更多的温度,适量减少混凝土的用量进而达到降低温度的目的,提升混凝土的搅拌性技术,能够让每种材料的融合性能更好,还能散热。控制和浇筑的温度也需要控制,在浇筑的过程中可能会产生非常大的热量,并且受到外部环境的影响尽量避免在高温环境下进行浇筑,也可以使用降低温度措施的办法,保障温度处于适宜范围内。
2.3混凝土的抗裂技术
混凝土在使用中经常会出现裂缝,严重影响着混凝土结构的性能和工程安全,其产生的原因一般不外乎温度应力、水化热、自缩现象等,而要提升土木工程的质量,肯定绕不开裂缝这一关。现在工程中抗裂技术的使用已经很普遍了,一般是从源头出发进行裂缝的控制,即混凝土的配备上。在混凝土配制中加入适量的添加剂是常用方法,主要是针对混凝土的自缩现象而言,加入添加剂可有效改变混凝土的自缩数值,进一步控制混凝土裂缝,但需要注意的一点就是添加剂种类的选取和添加剂添加的操作规范,必须严格按照规程行事,在适当的时机加入;除添加剂之外,无机纤维材料、金属纤维材料、有机纤维材料也是添加的重点,但它们不是作为添加剂加入,而是作为增强材料使用,目的是通过这几种材料提升混凝土的整体抗拉水平,而混凝土抗拉能力提升也就意味着裂缝的减少;第三种方法不需要添加任何东西,但需要科学地对混凝土的配制比例进行区分,因为不同配比的混凝土在性能上也会有所差异,所以需要专业人员对此进行计算,并进行设计和验证,保证混凝土的性能能够达到最优。
结束语
建筑结构设计的好坏,直接影响这后续建筑的施工以及建筑工程投入使用之后产生的经济效益,同时也关系着使用建筑人群的生命安全,以及社会影响,因此,在建筑结构的设计中一定要秉承着科学严谨的态度,合理设计,不断的通过学习和积累经验,来完善设计中出现的一些问题,以期保证建筑工程的质量,促进建筑行业的稳定发展。
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在进行建筑结构的设计时,我们通常会把具体的设计过程分成三个部分,第一部分是结构方案的设计,在确定建筑结构的设计方案时,我们要根据建筑物不同的要求来制定不同的方案,同时要进行施工场地的地质检测,从而保证建筑物的安全性。
第二部分是结构方案的计算,在进行建筑结构设计时、构件部分的计算以及内力的计算,对所确定的方案就行预算,才能更好的优化设计方案,具体的计算包括荷载部分的计算,不同的建筑对于荷载有不同的要求,因此在进行方案设计时,要根据实际情况计算出荷载的具体数据,从而保证施工的顺利进行,不同的构件需要承担的力量不同,因此需要根据实际进行精确的计算,使施工中的构件达到相关的要求,避免出现安全问题的同时,可以保证施工质量。
第三部分是施工图纸的设计,根据以上计算所得出的具体数据,以及相关的要求,进行施工图纸的设计,并对设计图纸进行优化设计,一张科学合理的施工图纸不仅可以保证施工的顺利进行,也可以简化施工过程,较高质量的完成建筑施工。由此我们可以看出,合理的建筑结构设计策略可以提高建筑结构的设计效率,同时可以保证施工的进行,在提高安全性的同时,保证施工质量。
二、选择合适的民用建筑结构形式
在建筑中不同的建筑形式,对于建筑物会造成不同的影响,而且直接关系到工程的投资问题,一般情况下,国内现在普遍使用的是砖混结构、框架的结构以及排架结构等结构形式,这些在建筑中一般会根据实际情况进行科学的选择,要考虑地质环境以及经济实力和施工技术等问题,综合考虑之后,选择合适的建筑结构形式进行施工,从而在保证建筑质量的前提下,减少建筑的投资,节约资源,提高经济效益。
三、民用建筑结构设计的具体步骤
在进行建筑结构设计时,我们按照一定的设计步骤来进行,不仅可以有效的避免设计工作中出现重复工作,更可以提高工作效率,同时严格按照步骤进行,一旦出现问题也可以尽快找出问题所在,在短时间内解决问题,进而节约时间与成本,高质量的完成建筑结构设计。
(1)提出建筑结构设计方案。设计者根据施工方所提出的要求,以及一些相关的数据进行认真全面的分析,同时综合考虑施工中可能出现的各种影响因素,制定合理的结构设计方案。
(2)优化设计方案。在制定出建筑结构设计方案之后,及时与施工方进行交流,对于一些不符合要求的地方及时进行改正,同时要考虑施工方所提出的建议,将设计中的风险与投资降到最低,综合考虑各方面的因素,尽量将可能出现的问题考虑在内,并提出相应的解决方案,尽量得出一个较为完美的建筑结构设计方案。
(3)设计施工图纸。在制定出了建筑结构设计方案之后,要做的就是施工图纸的设计,根据相关的数据进行分析,同时要遵循一定的原则,按照相关的要求,以及对建筑物功能的要求,按照建筑结构设计方案,设计出科学的施工图纸。
(4)优化并确定设计图纸。将已经设计好的施工图纸,与施工方以及相关的部门进行讨论研究,对于不合理的地方及时作出调整,同时对施工中可能出现的问题进行分析,在施工图纸中尽量避免这些问题的出现,而且要考虑施工中所能用到的施工工艺以及施工技术,对于实际工作中所使用的相关设备也要考虑在内,综合考虑施工现场的各方面的影响因素,对施工图纸作出优化设计,并最终确定合理科学的施工图纸。
四、民用建筑结构设计要点分析
(1)水平力。低层和多层房屋结构中,通常是以重力为代表的竖向荷载,决定着结构设计。但民用建筑却不然,竖向荷载仍很重要,但水平荷载才有决定性作用。与此同时,对于有一定高度的建筑而言,竖向荷载总体上是一定值,但充当水平荷载的风荷载和地震作用,它们的数值往往都随着结构动力性的差异而有着比较大的变化。设计时,水平力应当格外重视。
(2)短肢剪力墙设置。在民用建筑结构设计过程中,需要重视短肢剪力墙设置问题。在我国新的建筑规范中,明确规定了短肢剪力墙的定义,也对短肢剪力墙的使用作出了相关限制。短肢剪力墙是指建筑物墙肢截面的高度比和厚度比在 5~8 的墙,根据实际经验和相关数据,民用建筑结构设计应该尽量使用短肢剪力墙。因此,民用建筑在设计的过程中,要尽力地避免使用短肢剪力墙。
(3)概念设计和理论计算并举。抗震设计有两部分:计算设计、概念设计。虽然分析手段在不断提高,分析的原则在不断完善,但由于抗震设计计算是在一定的假想条件下进行,而地震作用具有很大的复杂性和不确定性,同时地基土影响和结构体系本身都极复杂,因此理论分析计算很有可能会和实际情况相差甚远。特别是结构进入弹塑性阶段后,构件局部可能会开裂甚至破坏,此时就很难用常规的计算原理去分析结构。而民用建筑的概念设计,诸多实践证明,对建筑结构设计也有着重要的意义。
(4)结构规则性问题。在民用建筑结构设计新规范中,规则性被作出了诸多限制。例如,规定了结构嵌固端上下层的刚度比、平面规则性等。此外,新规范明确采用了强制性的条例进行规定,建筑不应该采用严重不规则的设计方案。但是,目前的民用建筑结构设计中,仍然存在着一些违反规则性问题的现象,直接影响了民用建筑的整体质量。
(5)减轻民用建筑自重。从地基或桩基承载力考虑,同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重,意味着不增加基础造价和处理措施就能够实现多建层数的目的,其中的经济效益显而易见,尤其是软弱土层,更为突出。地震效应和建筑的重量形成正比,减轻房屋自重,可有效提高结构抗震能力。
五、民用建筑结构构件的耐久性问题
建筑物在其工作年限内必须实现足够的强度,足以经受各种外来荷载的作用,充分发挥其使用功能,即使再恶劣环境因素的强力作用下,也仍然能够继续保持建筑物的强度和整体性。在进行建筑物结构设计时,除了需要合理准确地确定建筑结构设计安全度,还应当重视结构的耐久性,主要是混凝土结构构件的耐久性。我国,现行的相关规范中,对混凝土结构设计和施工规范有明确规定,注重于结构构件在各种荷载作用下的强度要求,但是对于建筑物在恶劣环境因素作用下的结构耐久性,却没有给予足够的关注和重视。
调研报告和数据表明,诸多因素将影响混凝土结构构件的耐久性,可以将这些因素分为内部因素和外部因素两类。
内部因素,主要包括氯离子含量、混凝土的水胶比即水灰比、混凝土的强度等级、水泥用量、骨料中的碱含量和外加剂用量以及混凝土保护层厚度等。而外部因素就是混凝土结构构件所处的外部环境,包括地上环境和地下环境、水上环境和水下环境,包括温差、冻融和湿度、某些化学成分的含量、各种腐蚀性化学介质以及含酸碱地下水等等。而这其中,对混凝土结构耐久性的影响最为严重的,则是混凝土碳化、碱骨料反应以及钢筋锈蚀。外部恶劣环境可谓是对混凝土碳化和钢筋锈蚀起直接影响作用的主要因素,需要我们给予足够的关注和重视。
六、结语
笔者通过对民用建筑结构设计的要点形式等问题的分析,可以对民用建筑的结构设计问题有一个清晰的表现,这对于我国民用建筑结构设计的发展,对居民生活水平的提高具有十分重要的作用。