房屋結構設計規范范文

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建筑結構論文參考文獻:

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[5]梁輝輝,楊鑫.芻議房屋結構設計中建筑結構設計優化方法的應用[J].建筑工程技術與設計,2015,(14):390-390.

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[3]建筑結構雜志

[4]高層建筑結構概念設計

[5]北京市建筑設計技術細則-結構專業

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關鍵詞:房屋結構;設計;優化技術;實踐應用

一?房屋結構設計優化的內容及其意義

當前,我國經濟快速發展,人們對居住條件及生活環境要求越來越高,而對建筑房屋進行優化設計,使其結構與美觀相互協調、同時適用、安全、經濟以及便利是改善人們居環境方面重要手段。房屋結構設計優化理念注重以實際為準則,根據工程建設的基本狀況,以計劃成本為控制為中心來進行的結構優化設計,其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統的結構方案以及圍護系統結構方案等環節,建立起一種關于結構優化設計的模型,通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學的計算,確立最終的建筑工程結構設計的優化結果方案。房屋建筑結構優化設計意義重大,一是大大提高建筑結構經濟性,房屋建筑進行結構設計優化可節省材料,有利用抗震,減少內外表面裝修,提高了其受力性能,增強了建筑的經濟性能。二是結構優化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。節約用地,大量資料表明,,房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右,同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化,能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互協調,提升了建筑工程結構設計的經濟性。

二?房屋結構優化設計技術應用

房屋建筑結構設計優化技術實踐應用是當前建筑業非常關注的一個課題,目的在通過結構優化設計技術逐步改善房屋建筑的使用性能的基礎上,提高經濟性,大力降低工程成本造價。在某個建設工程項目中,結構優化設計技術主要應用于項目規程的整體設計、前期設計以及抗震設計等各個分部階段環節,應用廣泛,其發揮的效能也十分明顯。

(1)房屋建筑結構在設計中應遵循結構設計規范

房屋建筑結構優化設計的目的是追求適用、安全、經濟、美觀以及便利施工,因此,房屋建筑結構優化設計不但要求結構設計工程師有豐富的設計經驗,也同時也要要對房屋建筑結構規范的條文有較為詳細的了解,在房屋建筑結構設計規范的基礎上,能夠把自身的結構設計方案科學的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中,某些條文規定不可避免的的偏于保守,同時,也有些條文對一些特殊、復雜工程的設計工程條文安全性不足。因此,房屋建筑結構工程師在優化設計中,應該充分利用扎實專業知識與豐富的經驗,對上述問題做出科學與正確的判斷,從而能夠把握設計,使設計成果逐步優化,不斷創新。

(2)房屋結構工程師要積極主動參前期工程規劃

房屋建筑結構工程師要積極主動參前期工程規劃是實施結構優化技術的重點內容。因為,在在實際施工中,房屋建筑結構工程建筑師難以把握對結構體系的受力的正確分析,相關房屋建筑結構工程師要積極主動地參與前期方案設計,幫助建筑師構思與逐步創新,使整個建筑的優化功能能夠全部體現出來。

(3)涉及到房屋結構設計的各個專業應該相互協調與合作

房屋建筑結構優化是一個復雜性的系統工程,涉及到的專業也很廣,各個專業必須相互協調與配合。依據建筑學發展角度出發,現代建筑是綜合性產品,包括建筑、結構以及設備等要素。因此,房屋建筑工程在工程實施中,應該大力加強分工與合作,將各個構成要素進行充分有機結合,為打造出完美的作品夯實基礎。在房屋建筑工程項目設計中,最重要的環節是建筑設計與結構設計,只有將這兩個環節充分結合,房屋建筑工程的實用美觀大方效果才能充分體現,同時,房屋的建造結構受力更趨向合理性,大大降低了成本,簡化了施工。但在建筑設計中,一些許建筑設計人員不遵循建筑的基本力學規律,過于注重設計方案創作的新奇性,導致這房屋建筑結構出現一些后遺癥,因此,房屋建筑結構優化必須通過強化各個專業的合作與協調,才能夠實現結構合理,成本降低。

(4)房屋結構優化設計要將概念設計結合細部結構進行設計優化

概念設計即是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法,是通過設計概念將設計者繁復的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維從而完成整個設計。但是概念設計應用于沒有具體數值量化的狀況時,計算式不可避免與實際出現較大的差異,譬如在地震設防烈度就沒與不確定性,計算式與實際差別較大,因此,房屋建筑結構在優化設計中,通過采用概念設計的方法,將數值作為輔助和參考的依據,同時設計人員在設計過程中還需靈活運用結構設計優化的方法。在整個設計過程中貫穿一種抗震設防的思想且以概念設計作為重點指導設計。同時在設計的過程中,注重優化細部的結構設計,譬如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫,可劃分為矩形板。在選擇鋼筋型號時,充分考慮其極限抗拉力等。

(5)房屋結構優化設計要充分考慮下部地基基礎結構設計

地基基礎是建筑結構設計的重要組成部分之一,地基基礎雖然埋置在地下,屬于隱蔽工程,但其重要性不言而喻,建筑物的高度與安全性等受地基基礎影響很大。因此,房屋建筑結構中的地基基礎的結構設計優化必須選擇合適的方案,譬如屬于樁基礎,就要依據現場地質條件,綜合其他現場場地的條件因素進行基礎選型及埋深等設計,選擇樁基類型,最大程度的節省造價。

三?結語

總之,房屋結構設計中優化技術是復雜的系統工程,不但需要相關結構設計工程師正確地使用結構分析軟件、選擇最佳結構體系,同時,要大力挖掘基礎設計內在潛力,充分運用科學的方法與手段,大力降低工程建設造價,讓房屋結構優化貫穿整個設計過程,從而體現出結構優化的價值,讓房屋結構設計功能不但更加適人們居住與生活,同時,大力提高其安全度與抗震性能。

參考文獻:

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關鍵詞:房屋結構,設計,問題

Abstract: this paper in the design of building structures and the analysis of existing problems, and to building structural design problems should be paid attention to talk about some experiences.

Keywords: housing structure, design, problem

中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:

房屋工程的結構設計工作不僅直接關系到建設單位的經濟效益,同時也密切的關系到廣大人民群眾的切身利益,完整細致的設計工作不僅能給施工單位提供實際的經濟效益,更能給建設單位創造良好的品牌優勢,因此在設計過程中,因對建筑物重點區域的結構設計加以詳細的注意,已達到設計工作的質量要求。本文就房屋結構設計中存在的問題進行分析,并對房屋結構設計應注意的問題談一些體會。

一、房屋結構設計中存在的問題

1、結構設計與工藝設計不相協調

房屋結構設計首先要滿足工藝設計要求。工藝人員在進行工藝布置時,常與結構設計發生沖突矛盾。例如,需開洞的位置結構本應是框架梁,設備應沿梁布置,卻安排在了跨中,這就與工藝設計發生了沖突,既不符合設計要求,也不利工業生產進行,同時也存在安全隱患。另外,荷載分配也不合理。建議在設計方案階段,結構施工設計結合工藝布置要求來進行,以求結構設計合理、經濟,并符合安全指標。

2、防火設計問題比較突出

一些設計人員對防火規范、規定不熟悉,對建筑物分類有錯誤,導致在設計中對防火標準執行有誤,消防處理不當,存在許多安全隱患;一些重要場所的安全疏散出口、疏散門開啟方向不正確,影響安全疏散;有些設計中的防火分區面積過大,防火間距過長,設計存在隨意性;有些消防設施設計不合理、不配套,建筑物一旦失火,消防設施將不能有效發揮作用。

3、部分結構設計不合理

如《建筑抗震設計規范》第7.1.8條(強制性條文)規定“底部框架-抗震墻結構,上部的砌體抗震墻與底部的框架梁或抗震墻應對齊或基本對齊”。有些設計把底層設計成大空間,抗震墻很少,上部砌體抗震墻大部分與底部的框架梁或抗震墻不對齊,造成結構體系不合理,傳力不明確;有些設計中抗震分類、場地類別選用錯誤,導致整個結構設計錯誤。一些混凝土構件,特別是懸挑構件的最小配筋率達不到要求,有的相差一半,有的甚至一半都達不到;有些設計中荷載取值沒有按規范要求來確定,存在漏算錯算現象;有些結構設計與提供的計算書不一致,結構強度遠遠低于計算結果,設計存在嚴重安全隱患。

4、設計深度達不到規定要求

由于設計人員沒有對一般房屋尤其是多層房屋設計引起高度重視,盲目參照或套用其他的設計的結果;或是由于設計過程中對設計規范和設計方法缺乏理解.因此在設計人員制作圖紙中存在“偷工減料”,設計粗糙,過于簡單。

二、房屋結構設計應注意的問題

1、地基等基礎方面的設計

通常來講,在進行施工圖設計前,設計部門應查看由相關部門出具得多層房屋建筑地質詳勘報告,避免以建設單位提供的籠統的附近建筑物基礎設計資料為依據的情況發生。地基等基礎設計必須以安全為最主要的設計原則,在進行設計時必須依據地質勘察資料,綜合考察地質、土壤以及地下水等多方面因素,充分完善基礎類型和上部結構的設計方案,不能片面地追求耐力容許值,認為耐力容許值小即為安全標準。然后,應對軟弱地基進行換土墊層設計,采取安全高效的方法處理軟弱地基的換土墊層,避免單純憑經驗處理的方法。如果憑借經驗處理,僅僅采用砂墊層加強承載力,而沒有計算墊層寬度和厚度,那么不僅損害了建筑單位的經濟利益,同時也為建筑物的安全性埋下了極深的安全隱患。在對民用建筑進行設計時,應對梁與柱及基礎的負荷乘以折減系數。尤其是在對多層民用建筑進行設計時,一定對梁與柱和基礎的負荷按現行設計規范中規定的荷載乘以折減系數來計算,準確各部分的荷載值,之后其他相關部分的設計工作才能順利進行。

2、抗震結構設計

房屋設計用從抗震要求出發,進行合理的結構設計。(1)對一般多層砌體住宅結構,應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系:縱橫墻的布置宜均勻對稱,沿平面內宜對齊,沿豎向應上下連續;樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處不宜采用無錨固的鋼筋砼預制挑檐。(2)對鋼筋砼多高層結構住宅,力求做到:框架與抗震墻等抗側力結構應雙向布置,以便各自承擔來自平行于該抗側力結構平面方向的地震力;框剪體系的各抗側力結構要形成空間共同工作狀態,除了控制抗震墻之間樓屋蓋的長寬比及保證抗震墻本身的剛度外,還需采取措施,保證樓、屋蓋的整體性及其與抗震墻的可靠連接;結構布置應盡量采用規則結構,對復雜結構,可以設置防震縫。

3、樓板的設計

首先,在作用力的計算上,應避免簡單地將雙向板作用按單向板作用進行計算,這樣會造成計算假定與實際受力狀態不符,導致一個方向配筋過大,而另一方向配筋不足,而配筋放熱嚴重不足是樓板出現裂縫最主要的原因。另外,如果雙向板有效高度取值偏大,那么雙向板就會在兩個方向均產生彎矩,因此,在結構設計中,雙向板跨中的正彎矩鋼筋應采取縱橫疊放的設計,計算時應考慮到兩個方向的各自的有效高度。

4、構造柱的設計

一般來講,在磚混結構中,構造柱除可以提高墻體的坑剪能力之外,還可以與圈梁聯結在一起形成對砌體的約束,這樣的設計不僅可以限制墻體裂縫的開展,同時還可以維持豎向承載力,提高結構的抗震性。應避免在結構設計中,將構造柱作為承重柱使用的作法。這是由于如果構造柱一般生根于地梁中,沒有另設基礎,如果將構造柱作為承重柱使用,會造成構造柱提前受力,降低了構造柱對墻體的約束作用,柱底基礎的局部承壓強度必然不能滿足整體設計要求,柱底基礎一旦發生沖切或局部承壓破壞,就會出現裂縫。尤其是在結構遭遇地震作用時,應力會集中早構造柱位置,導致構造柱首先遭到破壞,這樣一來,構造柱不但起不到應有的作用,反而會成為房屋結構中的薄弱部位。因此,設計人員必須保證承重大梁下的柱子應按承重柱進行設計,若遇特殊情況,如梁上荷載較小,也可將構造柱布置在承重梁下方,但構造柱對下墻體的承壓和抗彎強度作用都不應考慮在柱承范圍之內。

5、通風結構設計

(1)通風結構設計要考慮當地的環境及風向,尤其是建設小區的規劃,每棟房屋的方位,應考慮所在城市風的流向,要避免風洞效應使小區的庭院不適用。近年的小區為了最大限度地利用景觀,大多采用圍合式設計,中間用于小區綠化或景觀,樓宇像圍墻一樣排列在四周,盡管中間綠樹成蔭,但由于樓宇之間沒有通風口,不能形成有效對流區,這對防止病毒的傳播是非常不利。一般來說,開敞的空間比封閉的空間空氣流通性能好;點式住宅比條式住宅通風效果好。點式住宅當夏季風吹來時如同梳過一般,將居室和庭院內的熱空氣吹走。另外把居住區的室外空間組織成一個系統,將居住區主要道路設計成主通風道,沿通風廊道流向各個住宅組團,然后再從組團內庭院空間分流到住宅。

(2)如果建筑平面布局、居室通風只有進氣口,沒有排氣口或進氣口排氣口的位置與室外氣流方向平行時,居室通風不利,最好使進氣口位于正壓區內,排氣口位于負壓區內,氣流才會暢通。故住宅平面設計應明確各戶型的空氣對流通道,單朝向戶型的設計必須采取通風措施,建筑平面布局應該是明廳、明臥、明廚、明衛、窗的位置及開啟同住宅的內部布局和外部環境要密切結合,不要簡單處理,可采用高窗、角窗等多種形式,窗的開啟要考慮室內通風和立面效果,同時也要便于擦窗,內廊雙面房間的建筑,在走道墻頂或墻底開些通風窗。近幾年過于強調景觀、賣點,新建住宅多為封閉式窗戶,房間里偌大的落地玻璃窗,采光面積不算小,卻僅有一扇小窗戶可以打開,空氣明顯不流通。另外,廣泛使用的推拉式鋁合金窗使通風口只有窗戶面積的一半,同樣達不到空氣流通順暢的要求。

6、采光結構設計

天然采光的基本要求主要包括天然光的組成。通常到達地表的天然光由太陽直射光和天空擴散光兩部分組成。在全云天的情況下,室外天然光只有天空擴散光。全云天的亮度分布和水平面照度的關系。全云天亮度分布相對穩定,不受太陽位置的影響。全云天時天頂亮度最大為地平線附近天空亮度的3倍。

(1)采光標準。采光標準從采光數量和采光質量兩個方面對天然采光提出要求。采光數量是根據視覺工作的精細程度,劃分為五個等級,并依據采光的形式用采光系數的形式給出標準值。采光系數是室內給定水平面上某一點的由全云天天空漫射光所產生的照度和同一時間同一地點在室外無遮擋水平面上由全陰天天空漫射光所產生的照度的比值。采光質量包括采光均勻度、眩光的控制、合適的亮度比等方面。

(2)側窗的采光特性。低窗時,近窗處照度很高,往里則迅速下降當窗的位置提高后,雖然靠近窗口處照度下降,但離窗口遠的地方照度卻提高不少,均勻性得到很大的改善。側窗的有效采光范圍為窗高的3-5倍。影響房間橫向采光均勻性的主要因素是窗間墻。窗間墻越寬,橫向均勻性越差。

(3)常用天窗的采光特性。矩形天窗、橫向天窗和鋸齒型天窗相當于提高位置(安裝在屋頂上)的高側窗,光特性與高側窗相似。采光系數最高值一般在5%7%以內。平天窗由于不需安裝天窗架,簡化結構平天窗采光效率高,而且更易獲得均勻的照度。采光結構設計的主要步驟和采光計算原理。采光設計的主要步驟:收集設計要求、條件和環境方面等的基礎資料,選擇采光口形式,確定采光口位置及可能開設的窗口面積,估算采光口尺寸,布置采光口、采光計算原理:這種計算方法是根據有關數據查出相應的理想條件下的采光系數值。然后按實際情況考慮各種影響因素,加以修正而得到室內最暗處的采光系數值。

三、結束語

總之,建設工程是一種特殊商品,工程投資大、建設周期長,其工程設計質量不僅關系到工程的投資效益、使用要求,而且直接關系到人民群眾的生命財產安全。因此抓好設計質量管理工作顯得非常重要。針對當前設計質量狀況,設計單位應加強內部的質量管理,設計管理部門要加大對設計質量的監督管理,結合施工圖設計審查、專項檢查、質量抽查等工作,加強對業主、勘察、設計單位的市場監管力度。特別是設計單位在進行房屋結構設計時必須在滿足國家設計規范要求的前提下,加強房屋結構的概念設計和地基設計,才能提高房屋結構設計水平,確保房屋設計質量不斷提升,以使房屋的結構設計工作做到更安全、更合理。

參考文獻:

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[2]孟建軍.淺析少量抗震墻的框架結構的設計和運用[J].科技致富向導,2011,(23)

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【關鍵詞】房屋結構 設計優化技術 意義 問題 應用

中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:

0 前言

眼下,我國正處于科技和經濟飛速發展的時期,人們對居住條件及生活環境要求越來越高,而對建筑房屋進行優化設計,使其結構與美觀相互協調、同時適用、安全、經濟以及便利是提高人們生活環境的關鍵因素。房屋結構設計優化技術注重實際,以工程建設的基本狀況為出發點,以計劃成本為控制為中心來進行的結構優化設計,其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統的結構方案以及圍護系統結構方案等環節,建立起一種關于結構優化設計的模型,通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學計算,來制定建筑工程結構設計方案。

1 房屋結構設計優化的意義

1.1結構優化設計可以降低總造價。進行結構優化設計中,多層住宅和高層住宅相比較,層數越多,總建筑面積增大,單位建筑面積占用的土地面積就越小,節約了用地成本,但建筑層數的增多,建筑總高度也會加大,樓與樓之間的間距也要加大,這時占用的土地節約量就不與建筑層數增加比例相同了。另如屋蓋部分,一棟樓只有一個屋蓋,并不會因為層數的增加而有所改變,它的成本下降會比較明顯。對于基礎部分而言,雖然也是各層共用的,但是層數增加,傳給基礎的荷載將會增大,我們需要增大基礎,這樣單位面積的造價有所降低,

但是卻沒有屋蓋的效果那樣明顯。

1.2結構優化設計可以提高建筑結構經濟性。與傳統的結構設計相比,采用結構設計優化方法可以使建筑工程造價降低 6%- 34%。優化方法的技術性實現,可以最合理的利用材料性能,使建筑結構內部各單元得到最好的協調,不僅可以實現建筑美觀、實用,而且在造價方面也有較大的節省,達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段,達到上述五個方面的最佳結合,符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求,也符合市場可持續發展的需求。

2 房屋結構設計中結構設計優化技術的問題2.1從現在的建筑結構設計工作來看,普遍缺少詳細的勘察地質資料,只是簡單的依據相臨建筑的情況進行圖紙設計。勘察施工場地的作用是保證科學的進行地基基礎工作,并且達到最基本的安全保障。往往房屋設計工作人員只是把耐力數值控制到最小,就簡單認為房屋建筑結構沒有問題了,這種技術問題為房屋埋下了安全隱患。在對較軟地基進行處理時,忽略了墊層換土設計,只是根據經驗判斷處理。房屋結構設計過程中,對于較軟地基存在的安全隱患沒有足夠認識,單純依據個人經驗使用砂墊層強化承載力,對于其寬厚度缺乏精確計算,也造成了費用的浪費。

2.2在抗震房屋結構設計中,施工設計人員普遍認為六度設防可以看成是沒有設防。為了方便受力分析,施工設計人員往往把柱體橫截面較小設計,增加梁線的剛度,將梁設計成為鉸支梁,柱體的抗壓能力設計成軸心抗壓。這種操作方法能夠方便分析房屋結構的受力,但是針對整體的房屋結構安全帶來了危險。忽視了梁與柱之間的彎矩約束,還有柱體的截面積較小,整個房屋結構一旦受力,抗彎能力明顯不足,造成了梁底顯現裂縫。2.3房屋結構設計承重能力時主要是通過樓板設計完成的,在房屋建筑時經常將一些沒有承重能力的墻體安置在樓板山,之后還會這部分算在同等效果的荷載力范圍內,樓板的配筋也會依據這個數據進行計算。除此之外,設計人員將立磚斜砌隔墻頂位置,造成樓板頂部出現裂縫。兩個方向同時產生彎矩的雙向板中的鋼筋是要疊放并且要保持縱橫方向,計算時應該依據雙方向的高度。

3 結構設計優化技術在建筑結構設計中的應用房屋建筑結構設計優化技術實踐應用是當前建筑業非常關注的一個課題,目的在通過結構優化設計技術逐步改善房屋建筑的使用性能的基礎上,提高經濟性,大力降低工程成本造價。主要應用可以體現在以下幾個方面:

3.1房屋建筑結構在設計中應遵循結構設計規范。房屋建筑結構優化設計的目的是追求適用、安全、經濟、美觀以及便利施工,因此,房屋建筑結構優化設計不但要求結構設計工程師有豐富的設計經驗,也同時也要要對房屋建筑結構規范的條文有較為詳細的了解,在房屋建筑結構設計規范的基礎上,能夠把自身的結構設計方案科學的融入到整個項目工程中。對于一些大面廣的工程中,某些條文規定不可避免的的偏于保守,同時,也有些條文對一些特殊、復雜工程的設計工程條文安全性不足。因此,房屋建筑結構工程師在優化設計中,應該充分利用扎實專業知識與豐富的經驗,對上述問題做出科學與正確的判斷,從而能夠把握設計,使設計成果逐步優化,不斷創新。

3.2房屋結構工程師要積極主動參前期工程規劃。房屋建筑結構工程師要積極主動參前期工程規劃是實施結構優化技術的重點內容。因為,在在實際施工中,房屋建筑結構工程建筑師難以把握對結構體系的受力的正確分析,相關房屋建筑結構工程師要積極主動地參與前期方案設計,幫助建筑師構思與逐步創新,使整個建筑的優化功能能夠全部體現出來。

3.3涉及到房屋結構設計的各個專業應該相互協調與合作房屋建筑結構優化是一個復雜性的系統工程,涉及到的專業也很廣,各個專業必須相互協調與配合。依據建筑學發展角度出發,現代建筑是綜合性產品,包括建筑、結構以及設備等要素。因此,房屋建筑工程在工程實施中,應該大力加強分工與合作,將各個構成要素進行充分有機結合,為打造出完美的作品夯實基礎。在房屋建筑工程項目設計中,最重要的環節是建筑設計與結構設計,只有將這兩個環節充分結合,房屋建筑工程的實用美觀大方效果才能充分體現,同時,房屋的建造結構受力更趨向合理性,大大降低了成本,簡化了施工。但在建筑設計中,一些許建筑設計人員不遵循建筑的基本力學規律,過于注重設計方案創作的新奇性,導致這房屋建筑結構出現一些后遺癥,因此,房屋建筑結構優化必須通過強化各個專業的合作與協調,才能夠實現結構合理,成本降低。3.4房屋結構優化設計要將概念設計結合細部結構進行設計優化。概念設計即是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法,是通過設計概念將設計者繁復的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維從而完成整個設計。但是概念設計應用于沒有具體數值量化的狀況時,計算式不可避免與實際出現較大的差異,譬如在地震設防烈度就沒與不確定性,計算式與實際差別較大,因此,房屋建筑結構在優化設計中,通過采用概念設計的方法,將數值作為輔助和參考的依據,同時設計人員在設計過程中還需靈活運用結構設計優化的方法。在整個設計過程中貫穿一種抗震設防的思想且以概念設計作為重點指導設計。同時在設計的過程中,注重優化細部的結構設計,譬如現澆板中的異形板拐角處易出現裂縫,可劃分為矩形板。在選擇鋼筋型號時,充分考慮其極限抗拉力等。

4結語

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【關鍵詞】房屋結構;設計優化;設計方案;分析

1引言

根據我國的房屋建設成本構成分析,土建成本占有很大的比重。土建成本很大程度上取決于結構設計人員對設計理念和科學設計的合理把握。房屋結構設計人員應嚴格遵守建筑結構設計規范中“安全適用、技術先進、經濟合理、方便施工”的原則,精心設計出令建設單位滿意的作品。現代建筑科技成果的應用可以降低項目成本,實現經濟效益。采用優化設計技術比較選擇出合理的設計方案更進一步降低了項目總開支,而且正發揮著越來越重要的作用。結構優化設計技術可以使設計者從被動分析轉變為主動設計。與傳統設計相比,采用優化設計技術可以降低土建造價的10%~30%。優化設計技術可以使建筑材料的性能得到最合理利用,使房屋內部結構得到最佳協調,使設計理念得到最大限度展現。同時,還可以對總體設計方案中存在的薄弱環節做出合理的預估。優化設計技術是實現設計目標的有效途徑。

2結構設計優化技術的方法及應用

2.1結構設計優化技術的方法。結構優化設計是結構工程與運籌學、經濟學與管理科學的綜合應用。一名優秀的房屋結構設計師在達到設計目標過程中,努力協調各方面條件的制約,以期找到最佳的解決方案,即優化設計。從20世紀初開始直到20世紀60年代,不斷有人嘗試做一些優化設計方面的系統研究,但效果不是很明顯,主要原因是受限于數學力學計算手段的效率低下。從20世紀60年代開始,電子計算機在土木工程領域逐步得到了廣泛的應用,尤其是計算理論的不斷完善和設計軟件的快速發展,為結構優化設計的快速發展提供了豐富的物質基礎。例如,仿生學方法的發展為結構優化設計提供了借鑒意義,有限元分析軟件的發展為結構優化設計提供了可靠的計算手段。一般而言,結構設計優化技術主要包括直觀優化、準則法優化、數學規劃優化、仿生學優化、系統優化、模糊優化、灰色優化、自動優化、智能優化等方法。

2.2結構設計優化技術的應用。在各種房屋類型中,結構設計優化技術的應用在住宅結構優化設計中體現最為明顯。住宅結構優化設計包括結構體系方案的優化設計、豎向承重構件布置的優化設計、圍護方案的優化設計、樓蓋結構方案的優化設計等內容。結構體系選擇框架結構還是剪力墻結構、豎向承重構件的布置合理與否、圍護方案采用空心磚砌體還是輕質隔墻材料、樓蓋方案采用現澆式還是裝配整體式等不同方案的選擇直接導致設計目標的各項指標有很大的差別。房屋結構優化設計通過比較選擇各種設計方案,力求項目綜合經濟效益最大化。

3房屋結構設計優化技術體系構成理論分析

狹義上的結構設計優化通常是指直觀優化,它是工程經濟學中的一個論點。直觀優化又分為選擇性優化和直覺判斷性優化。前者是根據有限的幾個選項,設計師經過初步分析,結合設計指標選擇最優的解決方法;后者是根據設計師的經驗和直覺知識判斷和選擇的優化分析方法。直觀優化方法是一種重要而簡單的方法,但它依賴于設計者直觀知識的普遍性、邏輯判斷能力和豐富的設計經驗。結構分析計算軟件在房屋結構設計中的廣泛應用,將設計師從枯燥乏味的力學公式中解放出來。隨著現代建筑的體量越來越大,樓層越來越多,優化設計可以大幅度減少項目總開支,避免不必要的浪費。結構設計人員在設計過程中,應在理論知識和實踐經驗的基礎上,注重概念設計,充分了解各種方案的優缺點,從中優選最經濟合理的設計方案。所謂的概念設計,是指在特定的建筑空間和環境條件下,用概念性近似計算方法從宏觀上把握結構設計中的基本問題,迅速有效地選擇與建筑功能需求相協調的結構體系方案。結構設計優化的核心指導思想是提高結構布置方案的合理性,避免不必要的浪費。但這并不意味著剪力墻結構一定比框架結構好,也不意味著房屋豎向承重構件越少越好。結構設計優化首先要滿足一個前提條件,那就是安全要求。脫離了安全要求的結構設計優化都是偽命題。在眾多影響房屋結構安全的因素中,地震是一種突發式的自然災害,能瞬間給人們的生命財產造成嚴重的危害,因而規范規定房屋必須進行抗震設計。滿足了安全要求后,結構設計優化的目標就很明確了:把項目土建成本壓縮到最低。由于結構設計人員水平的參次不齊,即使對于同一個確定的設計方案,各個結構設計人員完成的設計方案的土建造價也有差別,更別說不同的設計方案了。這時,就需要房屋結構設計人員利用結構設計優化理論對項目各種設計方案仔細斟酌,不斷進行橫向和縱向上的比較選擇,優選出一個令各方都滿意的好作品。

4結語

本文對結構設計優化技術的方法和應用進行了介紹,同時對結構設計優化技術體系構成進行了一定程度的理論分析。房屋結構設計人員應結合項目的實際情況,運用結構設計優化技術對項目設計方案進行優化,避免不必要的浪費,降低項目土建成本。

參考文獻

[1]黃襄云,周福霖,金建敏,羅學海.多層隔震與非隔震框剪結構振動臺對比試驗研究[J].建筑結構.2007(08).

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1鋼筋混凝土房屋結構設計存在的問題及措施分析

根據上文針對鋼筋混凝土房屋結構設計的基本原理進行分析,可以明確結構設計的要點。雖然在設計工作之中,兩種材料在共同的作用之下可以產生巨大的承載能力,但是往往在實踐的操作當中還存在有上部結構設計缺陷以及基礎設計薄弱等嚴重問題,所以,要想全面的增強房屋結構設計的水準,還應當從以上兩個方面著手加強改進。1.1房屋結構設計基礎與地基的問題首先是地基設計之中的相關問題。當前在房屋結構設計之中,基礎部分的設計存在的缺陷較大,對于有地下室的建筑來講,地下的獨立基礎設計形式往往會導致建筑由于沉降而出現一系列的附加應力,并且進一步的造成地下室由于承載能力的缺失而出現混凝土裂紋的情況。而對于使用天然類型的地基結構基礎的建筑來講,上述問題更加突出。雖然地基的沉降現象往往不可避免,但是對于一些沉降量比較小的建筑來講,可以在持力層與地下班之間設置一層褥墊來改進上述的缺陷。另外,對于有地下水的房屋建筑來講,當水位較高之時應當重點的關注建筑防水性能,對于下承接臺類型的建筑結構來講,更加應當重視上述問題。由于承接臺結構的影響,并且整個模型和基槽的設計非常復雜,所以有很多放坡以及陰陽角,這樣的現狀也在很大程度上增加了設計與施工的防水難度,為防水措施的施行帶來了不小的阻礙。所以,為了進一步的避免地下水對房屋建筑產生影響,提升防水性能,還應當在防水施工開始之前盡可能的不考慮到由于水位而帶來的影響,根據整個建筑的平面設計圖紙以及包絡圖,結合水位的情況以及地下水的勘察數據,綜合地下水的流動規律及特征,加強防水的設計,另外也應當減少承接臺中的放坡和陰陽角,降低后續防水施工的難度。對于天然地基等獨立式的基礎設計,通常情況之下地基基礎的坡面坡度較大,上述情況會對混凝土的振搗產生巨大影響,所以往往需要采用人工振搗的方式,但是人工振搗又不能夠確保混凝土的強度,所以,應當盡可能的減少獨立椎體地基的設計,優先選擇階梯型的地基結構設計模型。1.2房屋上部結構設計的相關問題在框架-剪力墻設計中,剪力墻有時會出現布置不均勻,單肢剛度過大的問題,連帶著影響梁板等構件的設計。以致于應力過于集中,一旦發生應力破壞,將會產生嚴重的后果。因此,在進行框架-剪力墻結構設計的時候,全面考慮上述問題產生的原因,避免產生這種問題。采用第一級別剛度的剪力墻時,其墻肢數應該大于4,避免應力過于集中。遵守框架結構“多層設防”的設計原則,層層設防。使剪力墻在共同抗外力作用下,增強防御能力,抵抗外來的破壞力。同時,還需要遵守“做大放小”的設計原則。將剪力墻的梁和柱的結構設計成“強柱弱梁”和“強剪弱彎”的形式。倘若遇到地震等自然災害的破壞,這樣的結構設計可以為人們爭取更多的逃生時間。為了避免采用“強柱強梁”和“強剪強彎”結構設計帶來的巨大破壞力,采用了“強柱強梁”和“強剪強彎”的結構設計原則。可是在實際社會中,這種結構設計方式的延性設計理念很難實現。一旦發生大地震,鋼筋混凝結構中的梁和柱在地震巨大的作用下,是很難保證梁先倒塌,柱后倒塌的。因此,有必要進一步修訂我國《建筑抗震設計規范》。制定更為完善的建筑抗震設計要求,進一步研究如何使“強柱強梁”和“強剪強彎”的結構設計原則,更加滿足于高震級地震的防御和應急需求。由于鋼筋混凝土結構局部受力太大,造成出現挑梁變形,墻體外閃問題。針對這種問題,可以在懸挑的挑梁端頭設置構造柱,通過構造柱將每層的挑梁連接在一起。這種結構設計產生直接效果,就是有效消除了挑梁的變形和墻體外閃問題。因為,即使某局部位置受力過猛,也可以通過挑梁將力量傳到其他各層結構中,達到了分散壓力的效果。除了上述分析到的一系列問題,在實踐的結構設計之中還有一些細節方面的問題應當引起重視。諸如在混凝土的結構構件設計之中,鋼筋保護層的厚度不符合標準,會對實踐的施工個影響,另外,梁柱框架的縱向設計會受到鋼筋配筋率的影響。所以,除了對重點的問題進行防治,還應當加強對細節部位的管理與控制,在設計的過程之中充分的了解到結構設計的要求,避免出現缺陷。

2結束語

綜上所述,根據對現代化的房屋建筑結構設計之中鋼筋混凝土的相關問題與缺陷進行探討,從實際的角度出發論述了改進的措施與加強的方案,旨在促進現代化工作的進步與發展,促進整體設計水準的提升。

作者:崔鵬 單位:邯鄲市大友建筑設計有限公司

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關鍵詞:城市軌道交通、高架車站結構、結構體系

中圖分類號:K915文獻標識碼: A

我國國民經濟的飛速發展,伴隨著城市規模的擴大,機動化化的到來,交通問題日趨緊張,國內外的經驗證明,大城市不發展城市軌道交通幾乎無法解決城市交通問題,但一個共同的問題,就是工程耗資太大,為了降低工程造價和減少對城市的干擾,往往要求快速軌道交通在離開人口稠密的市中心區后,改為地面線或者高架線,產生了越來越多的高架車站,因此高架車站的結構選型與設計也越來越受到重視。

1、天津南站站車站概況

天津南站配套交通工程是天津市快速軌道交通網中的骨干線路3號線的延伸線。工程南起京滬高鐵天津南站東廣場,在京滬高鐵天津南站東廣場設天津南站站高架站,出站后與京滬高鐵平行向北敷設,沿東北方向上跨津晉高速公路、賽達大道后繼續穿過楊伍莊村。線路折向東沿自來水河南側向東高架敷設,接入華苑車輛段預留線位。本工程正線全長3.921km,共設高架車站3座,分別為天津南站站、楊伍莊站,學府工業區站。

天津南站站位于京滬高鐵東側廣場地塊內,車站站位與京滬高鐵天津南站平行設置,位于天津南站東側,呈南北向布置,設置換乘通道連通京滬高鐵與車站。天津南站站為高架兩層側式車站,采用“建-橋”合一結構體系,其中地面一層為站廳,地面二層為站臺。

2、結構形式分類及設計方法

2.1結構形式分類

高架車站既有橋梁結構的列車荷載同時又有房屋結構的人群荷載,根據站臺與橋梁的結合型式可分為以下兩種結構體系:“建-橋”分離結構體系和“建-橋”合一結構體系,其中“建-橋”合一結構體系按照主體結構橫向柱數,分為 “建-橋”合一框架式結構和“建-橋”合一橋梁式結構,這兩種結構體系各有優、缺點及適用性。

2.2結構設計方法

(1)“建-橋”分離結構體系是把車站房屋結構和區間橋梁結構分離成兩個完全獨立受力系統,傳力簡單、明確,區間橋梁與車站結構分別按現行地鐵設計規范和現行的建筑結構設計規范分別進行結構設計,但“建-橋”分離結構體系,車站內柱子設置較多,且設縫較多,對建筑布置不利,在設計中還應考慮高架橋與車站建筑之間基礎的不均勻沉降對站臺標高的影響。

(2)“建-橋”合一結構體系是把承受列車荷載軌道梁支撐或剛接與車站結構,站臺梁等車站結構構件支撐或剛接與軌道梁橋上,其中軌道梁及其支撐結構的內力計算應與區間橋梁相同的設計方法進行結構設計,其余構件按現行的建筑結構設計規范進行結構設計,“建-橋”合一結構體系,結構整體性好,建筑布置不受限制,但結構傳力體系不夠清晰,需分別滿足不同結構規范。

國內外軌道交通的建設中均對上述車站結構形式進行過實踐,一般情況下,在車站規模較大,以車站建筑功能為主進行設計時多采用“橋-建”合一結構體系,反之采用“橋-建”合一型結構體系。

3、車站結構設計

天津南站配套交通工程-天津南站站為高架兩層側式車站,車站基礎采用直徑800mm鉆孔灌注樁,主體結構采用“建-橋”合一結構體系。

3.1 計算模型

結構整體分析采用多層及高層建筑結構空間有限元分析與計算軟件,計算模型見圖2。

圖1整體結構三維計算模型圖

3.2荷載取值

(1)恒載標準值按有關設計規范及建筑圖紙具體設計計算。

(2)民用建筑活荷載標準值應按規定采用(見表1),荷載分項系數按各規范執行。

表1民用建筑活荷載標準值

(3)和列車有關的荷載

1)軌道二期恒載;

2)軌道附加縱向力;

3)列車豎向靜活載:

列車荷載圖式見圖2:

圖2 列車荷載示意圖

4)列車附加力:

列車橫向搖擺力、制動力或牽引力;

5)特殊荷載

地震作用及斷軌力。

3.3 荷載組合

支撐軌道梁的框架橫梁、框架柱、基礎設計應采用區間橋梁的荷載組合,見表2

表2荷載組合

其它構件的荷載組合按現行的建筑結構荷載規范設計,在此不再贅述。

參考文獻:

[1] GB50157―2013. 地鐵設計規范[s]

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【關鍵詞】鋼結構設計;輕鋼結構;廠房設計;門式剛架

對于鋼結構設計方法,我國自《鋼結構設計規范》(GBJ17-87)和《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GBJ18-88)頒布起,采用極限狀態設計方法,而在《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS102-98)中直接參照國內外輕鋼結構設計規范采用極限狀態設計法。輕型鋼結構廠房設計要點有設計布置、構件設計、節點設計等。

1 工程概況

某鋼結構工業廠房采用輕型門式剛架結構體系,廠房跨度42m,長度90m,柱距6m,檐口高度9m,屋面坡度為1:20,屋面墻面均采用鍍鋅鋼板。廠房主體鋼結構設計合理使用年限為50年,抗震設防烈度為八度,地震分組為第一組;建筑抗震設防類別為丙類,結構安全等級為二級;場地類別為Ⅱ類;地面粗糙度為B類。鋼架采用Q345B鋼材,焊條采用E50。

2 輕鋼結構廠房設計布置

2.1 柱網布置

由于本廠房荷載較小,故選用質量較輕、工業化程度較高、施工周期短、結構形式較簡單的輕型門式剛架結構。確定柱距應該與跨度相協調,跨度較大可以擴大柱網,這樣可以滿足廠房的通用性,擴大生產面積,節約用地,加快建設速度,提高吊車的服務范圍。因此本廠房剛架采用兩跨,每跨21m的跨度,柱距7.5m。

2.2 屋面布置

根據屋面壓型鋼板的規格,檁條沿跨度方向每隔1.5m布置一道。根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》CECS102-2002中6.3.5和6.3.6的規定,應在檁條三分點處設置一道拉條,拉條采用Φ10圓鋼,圓鋼拉條設在距檁條上翼緣1/3腹板高度范圍內,屋脊拉條為剛性。

2.3 柱間支撐布置

根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定應在廠房兩端第一柱間設置柱間支撐,并應在中間一個柱間設置柱間支撐,柱間支撐分為上柱柱間支撐和下柱柱間支撐布置。兩端設上柱支撐,中間設上下柱支撐。在設置柱間支撐的開間,宜同時設置屋蓋橫向支撐,以組成幾何不變體系。當有起重量不小于5t的吊車時,柱間宜采用型鋼支撐。

2.4 屋蓋支撐布置

由于本廠房長90m,寬42m,根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定,將整個廠房可劃分為一個溫度區段。因此在廠房兩端第一個柱間支撐設置橫向水平支撐。此外,還應在廠房中間柱間內設置屋蓋橫向水平支撐,并應在上述相應位置設置剛性系桿。

2.5 墻面結構布置

根據墻板的板型和規格,墻梁的布置沿高度方向間距每隔1.5m布置一道,根據《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》規定,本廠房跨度7.5m>6m,應在跨中三分點處各設置一道拉條,拉條承擔的墻體自重通過斜拉條傳至承重柱和墻架柱,且應每隔5道拉條設置一對斜拉條,以分段傳遞墻體自重,拉條為Φ10圓鋼。根據《門式剛架輕型房屋結構技術規程》規定,設置門柱窗柱,且由于門柱、窗柱需承受墻板重及自重,所以應考慮為雙向受彎構件。

3 輕鋼廠房結構設計

3.1 構件設計

構件設計時首先是選擇材料,為了施工時工程管理方便通常主結構使用單一鋼種,但從經濟角度考慮又會選取不同強度鋼材的組合截面。設計實踐表明,當構件強度起控制作用時,適宜選取Q345,當穩定控制時則適宜選取Q235。但實踐經驗表明采用軟件進行構件設計時,要注意以下一些問題:(1)軟件在做構件的截面驗算時,計算長度系數的取定有時會不符合規范的規定,特別是對于節點連接情況復雜或變截面的構件,結構工程師應該逐個檢查。(2)對于構件強度不滿足時,一般會加大組成截面的板件厚度,如抗彎不滿足加大翼緣厚度,抗剪不滿足加大腹板厚度。(3)對于變形超限,通常不應加大板件厚度,而應加大截面的高度,這樣設計就比較經濟。

3.2 節點設計

連接節點的設計是輕型鋼結構廠房設計重要步驟,在結構分析前,應該對鋼結構節點的形式預先確定,應避免最終設計的節點與結構分析模型中使用的形式不完全一致。在設計時根據傳力特性不同,節點分剛接、鉸接以及半剛接。連接的不同對結構影響較大,例如剛接節點雖然承受彎矩但不會產生較大轉動,不符合結構分析中的假定,會造成計算數據的變形小于實際工程變形,因此合理地選取節點連接方式是一個關鍵問題。節點設計必須考慮安裝螺栓、現場焊接等的施工空間及構件吊裝順序等。構件運到現場無法安裝是初學者長犯的錯誤。此外,還應盡可能使工人能方便的進行現場定位與臨時固定。

4 鋼結構廠房現場安裝連接

門鋼的安裝需根據設計圖紙的要求精心施工,安裝程序應保證結構形成穩定的空間體系,且不能使結構永久變形。運輸存放安裝以及后續的結構的涂裝和隔熱均應符合相應的質量驗收標準。本工程現場安裝連接主要采取以下措施:(1)鋼柱與基礎錨栓的連接采用雙螺母加焊。(2)壓型板與檁條采用自攻螺栓連接。(3)屋面檁條與檁托采用M12永久螺栓連接;屋面支撐采用M16安裝螺栓加焊;鋼架安裝時先做好臨時支撐,屋面檁條安裝好后,將支撐花籃螺絲擰緊;各構件之間必須保證連接可靠。

參考文獻:

[1]錢永旺.淺談輕型鋼結構廠房設計的幾個問題[J].山西建筑,2008,26(12).

[2]張宜輝.淺談輕鋼結構門式鋼架的設計體會[J].四川建材,2011(5).

[3]鋼結構設計規范GB50017-2003[S].北京:中國建筑工業出版社,2003.

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房屋建筑的結構設計是整個房屋建筑設計過程中最關鍵的一個環節,房屋建筑結構設計的目的是為了使房屋具備美觀、適用、經濟、安全等性能,能夠便于施工活動的開展,能夠滿足居住人的需求。結構設計對房屋建筑結構設計人員的專業水平提出了較高要求,設計人員需要熟練掌握專業知識,具有創新思維與能力,要能夠在設計過程中靈活運用所掌握的知識,還要有較高的工作責任心。在房屋建筑結構設計過程中,設計人員還要能夠遵循相關的基本原則,靈活運用設計方法,這樣才能夠提高結構設計的質量。

房屋建筑結構設計的基本原則

在房屋建筑結構設計中需要遵循四項基本原則。首先,抓大放小的原則。即房屋結構設計需要顧全大局,在房屋結構體系中,每個組成部分所起的作用是不同的,因此在協調構件的時候要顧全大局,不能因為局部而給整體造成不良影響。其次,多道防線的原則。為了保障房屋建筑的安全性,需要設置多道防線,不能將房屋的安全單一地寄托在某個局部構件上。另外,剛柔相濟的原則。房屋建筑的結構對剛度的要求較高。如果剛度過大,就會導致房屋抵抗變形的能力減弱;如果剛性過小,就會導致房屋發生變形,影響正常使用,因此需要做好剛度的控制。最后,打通關節的原則。只有這樣才能夠使房屋結構處于平衡狀態,保障房屋建筑的結構完整性。

房屋建筑結構設計的基本方法

在繪制房屋建筑結構平面圖時,需要根據建筑地的抗震設防烈度大小來決定是否建模。建筑物所處地的抗震設防烈度不大于七時,根據房屋建筑抗震設計規范,不用進行抗震驗算的,可以不使用軟件進行建模,直接進行設計。但是如果有充足的時間,建模還是有一定益處的。當建筑物所處地的抗震設防烈度為七以上時,必須要利用軟件進行建模。

在繪制房頂結構圖時,房屋建筑的結構有兩種式樣:梁板式與折板式。折板式適用于建筑平面規整,板跨度較小,屋面坡度及屋脊線轉折簡單的坡屋面。梁板式則與之相反。這兩種式樣的屋頂板都屬于偏心受拉構件。在為板配筋的時候,要裝一些板負筋,來有效地抵消拉力。板厚不小于一百二十厚。在繪制坡屋面板的平面圖時,可以使用坡面示意圖及加大詳圖的形式,這樣能夠使施工人員的工作便捷化。在確保房屋建筑詳圖無誤的基礎上,可以直接使用大樣詳圖的方法進行繪制,也可以就局部進行修改繪制。在繪制大樣詳圖的過程中,需要考慮房屋建筑結構的受力情況,要能夠盡量使施工便捷化,同時還要能夠保證房屋建筑的外形不變。

在設計房屋建筑的樓梯時,需要控制好樓梯樓板的間隔距離。設計樓梯梯梁的時候,要能夠保證梯梁下的高度與建筑物相協調,還需要統一上下樓層的梯梁位置。在房屋建筑的局部可以使用折板式樓梯。需要注意的是,要斷開折板樓梯內折角處的鋼筋,用錨進行加固,以此來分散局部的壓力。除此之外,還要能夠做好樓梁下的清潔工作并根據建筑物的具體情況來設計樓板寬度。

在房屋建筑的基礎工程中,要注意使用以下幾種方法。在選擇基礎工程的混凝土時,要能夠選擇那些與建筑物結構耐久性能相符合的。在一般情況下,可以選擇C25這一型號的混凝土。基礎工程的配筋必須要達到最小配筋率的要求,在設置條基交接部位的鋼筋時,需要參考相關的詳圖。條基交叉處的基底面積不可以循環使用,而且要注意調整好寬度。當房屋建筑的局部墻體內部荷載較大時,也要能夠提高重視,對基礎的寬度進行合理調整。對于基礎圖中的構造柱,要能夠在圖紙上進行明確的標示,以方便施工。

房屋建筑結構設計需要從結構計算與構造兩個方面展開合理設計。在選擇驗算底框砌體結構方法時,需要注意下面幾點。第一,底部剪刀法只適用于那些剛度均勻的多層結構,對于有薄弱層的混合結構,要能夠考慮變形因素。第二,對于混合結構的底層框,不能簡單地采用框架抗震墻的方法,而要能夠使用雙保險的方法,這樣才能夠使抗震墻抵消全部的剪力。在計算剛度的時候,框架不需要折減,而抗震墻需要折減到剛度的百分之二十至三十。其次,在樓板計算過程中,要正確使用計算方法。單向板的計算方法不能適用于連續板的計算。

最后,房屋建筑結構設計要能夠從房屋抗震的要求出發。對于多層的住宅結構,要能夠選擇橫墻或縱橫墻承受應力的結構體系。在選擇縱橫墻結構體系的時候,要保證縱橫墻的空間布置對稱,要能夠保證上下的連續性、內部的整齊性。房屋建筑的樓梯間不適宜設置在房屋建筑的盡頭或者拐角處。另外,對于高層結構、鋼筋砼較多的住宅,需要注意以下幾點:第一,房屋的抗測力結構需要雙向布置,這樣才能夠各自承擔與其平面方向相平行的地震力。第二,除了控制抗震墻之間的長寬比及剛度外,要能夠采取有效措施保證樓層的整體性與連接性。第三,房屋建筑的結構布置要能夠盡量采用規則的結構,對于一些特殊的復雜結構,需要設置防震縫。

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對結構工程的設計來說,結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性與結構的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結構的設計規范在這些方面的安全設置水準,總體上要比國外同類規范低得多。

1.1構件承載能力的安全設置水準

與結構構件安全水準關系最大的二個因素是:

1)規范規定結構需要承受多大的荷載(荷載標準值),比如同樣是辦公樓,我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現已確定在新的規范里將改回到200公斤),而美、英則為240和250公斤;

2)規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小,前者是計算確定荷載對結構構件的作用時,將荷載標準值加以放大的一個系數,后者是計算確定結構構件固有的承載能力時,將構件材料的強度標準值加以縮小的一個系數。這些用量值表示的系數體現了結構構件在給定標準荷載作用下的安全度,在安全系數設計方法(如我國的公路橋涵結構設計規范)中稱為安全系數,體現了安全儲備的需要;而在可靠度設計方法(如我國的建筑結構設計規范)中稱為分項系數,體現了一定的名義失效概率或可靠指標。安全系數或分項系數越大,表明安全度越高。我國建筑結構設計規范規定活荷載與恒載(如結構自重)的分項系數分別為1.4和1.2,而美國則分別為1.7和1.4,英國1.6和 1.4;這樣根據我國規范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載(荷載標準值與荷載分項系數的乘積)值大約只有英美的52%(考慮人員和設施等活載)和85%(對結構自重等恒載),而設計時據以確定構件能夠承受荷載的能力(與材料強度分項系數有關)卻要比英美規范高出的10~15%,二者都使構件承載力的安全水準下降。日本與德國的設計規范在某些方面比英美還要保守些。一些發展中國家的結構設計多根據發達國家的規范,就如我國解放前和建國初期的結構設計方法參照美國規范一樣。至于中國的香港和臺灣,至今仍分別以英國和參考美國規范為依據。這里需要說明的是,在其他建筑物的活荷載標準值上,與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結構在安全設置水準上與國際間的差距并不相同,比如鋼結構的差距可能相對小些。

公路橋梁結構的情況也與房屋建筑結構類似,除車載標準外,荷載分項安全系數(我國規范對車載取1.4,比國際著名的美國AASHTO規范的1.75約低25%)與材料強度分項安全系數均規定較低。 盡管我國設計規范所設定的安全貯備較低,但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的,這里的問題主要在于設計墨守陳規,在結構方案、材料選用、分析計算、結構構造上缺乏創新。

1.2 結構的整體牢固性

除了結構構件要有足夠承載能力外,結構物還要有整體牢固性。結構的整體牢固性是結構出現某處的局部破壞不至于導致大范圍連續破壞倒塌的能力,或者說是結構不應出現與其原因不相稱的破壞后果。結構的整體牢固性主要依靠結構能有良好的延性和必要的冗余度,用來對付地震、爆炸等災害荷載或因人為差錯導致的災難后果,可以減輕災害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當地房屋結構缺乏整體牢固性有很大關系。2001年石家莊發生故意破壞的惡性爆炸事件,一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞,竟導致整棟樓的連續倒塌,也是房屋設計牢固性不足的表現。

1.3 結構的耐久安全性

我國土建結構的設計與施工規范,重點放在各種荷載作用下的結構強度要求,而對環境因素作用(如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學介質侵蝕)下的耐久性要求則相對考慮較少。混凝土結構因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結構安全事故,其嚴重程度已遠過于因結構構件承載力安全水準設置偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起格外重視。我國規范規定的與耐久性有關的一些要求,如保護鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護層最小厚度和混凝土的最低強度等級,都顯著低于國外規范。損害結構承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;提高結構構件承載能力的安全設置水準,在一些情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。

二、調整結構安全設置水準的不同見解

現在提出要重新審視結構的安全設置水準,主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現在從事的基礎設施建設要為今后的現代化奠定基礎,要滿足今后幾十年、上百年內人們生產生活水平發展的需要,有些土建結構如商品房屋則更要滿足市場經濟條件下具備商品屬性的需要。國內近幾年來已對建筑結構安全度的設置水準組織過幾次討論,在如何調整的問題上存在較大的意見分歧,不同的見解如下:

2.1 認為我國現行規范的安全設置水準是足夠的,并已為長期實踐所證明,而國外就沒有這種經驗。我國取得的這一成功經驗決不能輕易丟掉,在安全度上不能跟著英美的高標準走;安全度高了是浪費,除個別需調整外,總體上不必變動。

2.2 認為我國規范的安全度設置水準盡管不高,但在全面遵守標準規范有關規定,即在正常設計、正常施工和正常使用的“三正常”條件下,據此建成的上百億平米的建筑物絕大多數至今仍在安全使用,表明這些規范規定的水準仍然適用;但是理想的“三正常”很難做到,同時為了縮小與先進國際標準的差距以及鑒于可持續發展和提高耐久性的需要,在物質供應條件業已改善的市場經濟條件下,結構的安全設置水準應適當提高。這種提高只能適度,因為我國目前尚屬發展中國家。

2.3 認為我國規范的安全設置水準應該大體與國際水準接近,需要大幅度提高。

三、結構設計規范的概率可靠度設計方法

自1984年國家建委和國家建設部頒布了建筑結構設計統一標準以來,我國的建筑結構設計規范已從80年代末期起拋棄了傳統的多安全系數設計方法,從而統一采用以概率理論為基礎的可靠度設計方法;其它的工程部門如公路、鐵路、港口、水利的結構設計規范也正在或計劃作這樣的轉變。我國規范的可靠度設計方法是參考國際上的相應標準ISO2394并經過國內科技人員努力后得以實施的。將可靠度設計方法用于結構設計規范,在國際學術界內通常被看成是一種發展趨勢,但在工程內界則存在不同看法。盡管有了ISO2394,國外卻鮮有重要或著名的結構設計規范已直接采用了可靠度設計方法,至今仍采用多安全系數設計方法或稱荷載抗力系數法。