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關(guān)鍵詞:多層建筑;結(jié)構(gòu);設(shè)計;框架結(jié)構(gòu);問題
一、前言
多層建筑的設(shè)計相比較于單層建筑的設(shè)計,其設(shè)計的難度更大,特別是其中的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計更是一個難點和重點。所以,必須嚴格控制框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程,提高框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。
二、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則
1.剛?cè)嵯酀?/p>
建筑物框架結(jié)構(gòu)不宜太柔,太柔的結(jié)構(gòu)由于變形能力強,可以很好的抵御和削減外力,但是如果外力持續(xù)襲來,則會導(dǎo)致變形過大而使全體傾覆;也不宜太剛,太剛會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形能力差,如果承受瞬間巨大破壞力,容易使局部受損進而導(dǎo)致全部毀壞。
2.層層設(shè)防
結(jié)構(gòu)安全體系需要層層設(shè)防,當強大的外力襲來,所有抵抗外力的結(jié)構(gòu)通力合作抵御外力。如果把抵御外力的任務(wù)寄托在一個結(jié)構(gòu)上,是非常危險的。如土建結(jié)構(gòu)中多肢墻比單片墻好,框架剪力墻比純框架好等等,就是體現(xiàn)了多道防線的設(shè)計思路。
3.抓大放小
絕對安全的結(jié)構(gòu)是沒有的。各個構(gòu)件擔(dān)任的角色不盡相同,按照其重要性也就有輕重之分,他們共同構(gòu)成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體。一旦巨大的破壞力量突然襲來,各個構(gòu)件協(xié)作抵抗的目的,就是為了保住最重要的構(gòu)件免遭摧毀。例如,在鋼框架結(jié)構(gòu)中,柱承擔(dān)的責(zé)任比梁大,柱不能先倒。為了保證柱是在最后失效,我們故意把梁設(shè)計成相對薄弱的環(huán)節(jié),使其破壞在先,以最大限度減少可能出現(xiàn)的損失。
三、多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)問題
1.在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中,忽視縱向框架設(shè)計。根據(jù)建筑抗震設(shè)計要求,水平的地震作用應(yīng)該按照兩個主軸方向的抗側(cè)力構(gòu)件來承擔(dān)。但是在一些結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計人員只對縱向普通的連續(xù)梁進行設(shè)計,導(dǎo)致框架中的縱筋配置和梁柱的節(jié)點無法滿足框架抗震的構(gòu)架要求。因此常出現(xiàn)梁的支座負筋,跨中縱筋配筋配置不足的現(xiàn)象。也就是說,在進行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時,設(shè)計者要將縱向框架與橫向框架放于同等重要的位置。
2.設(shè)計時因為對板受力狀態(tài)認識不全面,或者為了計算方便,簡單的將雙向板按照單向板來進行計算,使得計算假定與實際受力情況不符,從而導(dǎo)致了長方向上配筋過大,短方向上僅按構(gòu)造配筋,造成了配筋嚴重不足,導(dǎo)致了板出現(xiàn)裂縫。
3.施工圖達不到規(guī)定要求
一些設(shè)計人員制作施工圖時,制作圖紙“偷工減料”設(shè)計粗糙簡單,漏缺施工圖中應(yīng)有的大樣圖、系統(tǒng)圖等相關(guān)剖視圖;施工圖設(shè)計表述不全面,細節(jié)大樣不詳細,不能完全反應(yīng)工程的全貌;還有一些重要的設(shè)計依據(jù)、設(shè)計參數(shù)、安全等級、工程類別、耐火等級以及防火校方處理等在設(shè)計施工圖總說明中沒有交代清楚或沒有標明。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中態(tài)度問題
在現(xiàn)階段由于各級單位設(shè)計工作量較大,任務(wù)比較繁重,加上甲方要求比較急等等方面的原因,使得建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往變成了速成品。另外,設(shè)計人員的業(yè)務(wù)設(shè)計水品也是參差不齊,致使建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量不可避免的出現(xiàn)了這樣那樣的問題。建筑物既要實現(xiàn)其本身的使用價值、商業(yè)價值,還有實現(xiàn)其重要的社會功能。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計本身就是一項關(guān)乎人民財產(chǎn)安全的大事,與建設(shè)單位投資大小以及經(jīng)濟效益息息相關(guān)。因此,進行建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計人員必須要有強大的責(zé)任感,應(yīng)該在設(shè)計工作中精心設(shè)計,認真負責(zé)。不光是為了工作,為了企業(yè),更是為了大家,為了自己。另外,還要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員擁有扎實的理論知識功底和靈活創(chuàng)新的思維,加強對房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題的探索與研究,不斷提高自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平,從而設(shè)計出更高水準、更經(jīng)濟、更合理的建筑結(jié)構(gòu)形式。
四、多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要特別注重對基礎(chǔ)、柱、梁、板等部分的設(shè)計。
1、基礎(chǔ)部分的設(shè)計要點
柱下擴展基礎(chǔ)寬度較寬或地基不均勻及地基較軟時,宜采用柱下條基,并應(yīng)考慮節(jié)點處基礎(chǔ)底面積雙向重復(fù)使用的不利因素,適當加寬基礎(chǔ)。建筑地段較好,基礎(chǔ)埋深大于3m時,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)建議甲方做地下室。當?shù)鼗休d力滿足設(shè)計要求時,地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔30~40m設(shè)一后澆帶,兩個月后再用微膨脹混凝土澆注。設(shè)置地下室可降低地基的附加應(yīng)力,提高地基的承載力,減少地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。在設(shè)計過程中不應(yīng)設(shè)局部地下室,且地下室應(yīng)有相同的埋深。抗震縫、伸縮縫在地面以下可不設(shè),連接處應(yīng)加強,但沉降縫兩側(cè)墻體基礎(chǔ)一定要分開。新建建筑物基礎(chǔ)不宜深于周嗣已有基礎(chǔ),如深于原有基礎(chǔ),其基礎(chǔ)間的凈距應(yīng)不少于基礎(chǔ)高差的2倍,否則應(yīng)打抗滑移樁,防止原有建筑的破壞。
2、短柱部分設(shè)計要點
在框架結(jié)構(gòu)中,如果柱凈高與柱截面高度小于等于4或剪跨比小于等于2,那么該柱為短柱。短柱在地震作用下,容易發(fā)生脆性破壞。因為短柱的受剪承載力及變形能力不足,會引起建筑物的嚴重破壞,設(shè)計上應(yīng)盡可能避免。短柱的形成主要有兩種原因:一是由于樓梯間半休息平臺或結(jié)構(gòu)局部錯層造成兩個框架梁之間的框架柱凈高較小引起的;二是填充墻設(shè)置不當,造成某層的框架柱兩側(cè)一部分無填充墻,一部分有填充墻,無填充墻的柱凈高與柱截面之比往往小于等于4,形成短柱。處理短柱主要是增加柱的抗剪承載力及改善其變形能力,一般采用復(fù)合箍筋,箍筋沿全高加密;保證短柱的縱向鋼筋對稱布置.且每側(cè)的縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%的方式處理,也可以采用外包鋼板、配x形鋼筋等方式處理。
3、梁部分的設(shè)計要點
梁上有次梁處應(yīng)附加箍筋和吊筋,采用附加箍筋。附加筋一般要有,但不應(yīng)絕對。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時,應(yīng)加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。當主次梁截面均很大,工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大,主梁也可不加附加筋。當外部梁跨度相差不大時,梁高宜等高,尤其是外部的框架梁。當梁底距外窗頂尺寸較小時,宜加大梁高做至窗頂。外部框架梁盡量做成外皮與柱外皮平齊。梁也可偏出柱邊一較小尺寸。梁與柱的偏心可大于1/4柱寬,并宜小于1/3柱寬。
4、板部分的設(shè)計要點
板的鋼筋宜采用大直徑大間距,但間距不大于200,間距盡量用200。板上下鋼筋間距宜相等,直徑可不同,但鋼筋直徑類型也不宜過多。相連幾個房間的同型號同間距板底鋼筋宜連通。配筋計算時,可考慮塑性內(nèi)力重分布,將板上筋乘以0.8~0.9的折減系數(shù),將板下筋乘以1.1~1.2的放大系數(shù)。支承在外圈框架梁上的板負筋不宜過大,否則將對梁產(chǎn)生過大的附加扭距。一般:板厚>150時采用準10@200;否則用準8@200。當厚板與薄板相接時,薄板支座按固定端考慮是適當?shù)模癜寰筒缓线m,宜減小厚板支座配筋,增大跨中配筋。非矩形板宜減小支座配筋,增大跨中配筋。室內(nèi)輕隔墻下一般不應(yīng)加粗鋼筋:
(一)輕隔墻有可能移位;
(二)板整體受力,應(yīng)整體提高板的配筋。
五、結(jié)束語
綜上所述,在多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,要重視框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點問題,及時收集設(shè)計過程中可能會出現(xiàn)的問題,在設(shè)計過程中,將這些易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)作為設(shè)計的重點,從而盡可能的降低設(shè)計中問題的出現(xiàn),提高多層建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和合理性,提高建筑物竣工后的使用效果。
參考文獻:
關(guān)鍵詞:多層建筑;結(jié)構(gòu);穩(wěn)定性
Abstract: at present, the brick houses in China is the most widely used an architectural form. But because the masonry buildings of the brittle material, the seismic performance is poorer, in order to improve the aseismic performance, inline often use the architectural layout design, change the structure. Seismic design of the house is application and hygiene, mainly is prevented, and make the building in the small epicenter not bad, the epicenter in repairable, not the epicenter. So in construction project, in order to ensure construction project with reasonable seismic capability, engineering the seismic fortification, seismic design and construction quality and so on various aspects must conform to the standard. This article in view of the current multi-storey building structure stability of some common yet overlooked analyzed, points out the errors of the causes and consequences, and gives some design Suggestions requirements and construction, the structure stability of multilayer house is analyzed.
Keywords: multi-storey building; Structure; stability
中圖分類號:G267文獻標識碼:A 文章編號:
住房建設(shè)作為民生重要依據(jù),得到政府和國家高度重視,改革開放后國家更重視人員、資金、技術(shù)等投資,使住房條件得到改善。由于人口增長,人民對住房條件需求的提高等因素影響,住房成為消費熱點,為此又產(chǎn)生了住房制度改革,住宅商品化等全社會關(guān)注的重要課題。磚混結(jié)構(gòu)的房屋在我國使用最廣泛的一種建筑形式,這是由于磚混結(jié)構(gòu)的房屋建造時取材便利、施工簡單、造價低廉,且施工工期短。
但是磚混結(jié)構(gòu)的房屋存在自身一些缺點,磚混結(jié)構(gòu)房屋的材料和不同組件之間的連接非常脆弱,砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力非常有限。因此,在進行工程建設(shè)時,有必要改善砌體結(jié)構(gòu)的延展性,提高房屋的抗震能力。
一、多層建筑結(jié)構(gòu)的概述
住宅建筑按其層數(shù)分為:低層(1~3層)、多層(4~6層)、中高層(7~9層)、高層(l0層以上)四類。
從80年代開始至今,是我國多層房屋建筑在設(shè)計使用及施工建筑等各方面得到迅速發(fā)展的階段,各中等城市以及廣大農(nóng)村都普遍興起建造以框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、加筋砌體等多層建筑。
多層住宅為4~6層高的住宅,借助公共樓梯解決垂直交通,其優(yōu)點在于:①它比低層住宅占地少,比高層住宅建設(shè)工期短,一般開工一年內(nèi)即可竣工;②公攤面積少,無需像高層住宅需要增加公共走道、電梯、高壓水泵等方面的投資,物業(yè)費也較低,整體的性能價格比高;③結(jié)構(gòu)設(shè)計成熟,建材可就地大量工業(yè)化、標準化地生產(chǎn)。因此,多層住宅造價較低,售價適中,易于被普通消費者接受。
二、設(shè)計失誤對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響
1.多層建筑的基礎(chǔ)
多層房屋建筑無地質(zhì)詳勘報告,僅僅依據(jù)建設(shè)單位口頭或籠統(tǒng)參照附近建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計資料就進行施工圖設(shè)計;采用換土墊層進行軟弱地基處理,不進行換土墊層設(shè)計,只憑經(jīng)驗處置,沒有進行墊層寬度和厚度計算,既不安全,又不經(jīng)濟。
2.多層建筑的磚混結(jié)構(gòu)房屋中構(gòu)
造柱兼作承重柱用
在磚混結(jié)構(gòu)中,構(gòu)造柱不但能夠提高墻體的坑剪能力,而且構(gòu)造柱與圈梁聯(lián)結(jié)在一起,形成對砌體的約束,這對于限制墻體裂縫的開展,維持豎向承載力,提高結(jié)構(gòu)的抗震性能有著重要的作用。
在當前結(jié)構(gòu)設(shè)計中,構(gòu)造柱經(jīng)常被作為承重柱使用,這種做法使得構(gòu)造柱提前受力,柱底基礎(chǔ)的抗沖切、抗彎曲及局部承壓強度必然不能滿足要求,降低了構(gòu)造柱的拉結(jié)和約束作用,一旦遭遇地震,構(gòu)造柱位置因應(yīng)力集中首先破壞。
3.多層建筑在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中,只注意橫向框架而忽視縱向框架
現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范要求水平地震作用應(yīng)按兩個主軸方向分別計算,縱向框架與橫向框架同等重要。一些結(jié)構(gòu)設(shè)計者對于非抗震設(shè)計,沒有考慮地震的縱向作用,在實際設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)梁的支座負筋,跨中縱筋及箍筋的配筋置均不足的現(xiàn)象。
4.多層建筑的懸挑梁的梁高選用過小
設(shè)計者往往只注意了對梁的強度和傾覆進行驗算,而忽略了對梁撓度的驗算。梁高選用過小,引起梁截面的受壓區(qū)應(yīng)力過高,梁的延性減小,在豎向地震作用下易發(fā)生脆性破壞,失去承載力。
5.多層建筑的連續(xù)梁按單梁進行設(shè)計
這種情況多發(fā)在陽臺邊梁的設(shè)計中。由于邊梁上的荷重一般較小,沒有引起設(shè)計者的重視,為圖受力分析方便,設(shè)計者把實際應(yīng)為連續(xù)梁的邊梁按簡支梁進行設(shè)計,致使邊梁在支座處上部負筋配置量過少,加載后梁支座上部受拉區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫,引起梁上的攔板出現(xiàn)豎向裂縫。
三、抗震設(shè)計對穩(wěn)定性的影響
1.抗震措施
當前,在抗震設(shè)計中,從概念設(shè)計、抗震驗算及構(gòu)造措施等三方面入手,在將抗震與消震(結(jié)構(gòu)延性)結(jié)合的基礎(chǔ)上,建立設(shè)計地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計指標和方法,直至進一步通過一些結(jié)構(gòu)措施(隔震措施,消能減震措施)來減震,即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟的抗震性能是當代抗震設(shè)計規(guī)范發(fā)展的方向。而且,強柱弱梁、強剪弱彎和強節(jié)點弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用己得到普遍的認可。
2.多層建筑的抗震設(shè)計理念我國
《建筑抗震規(guī)范》(GB50011-2001)對建筑的抗震設(shè)防提出“三水準、兩階段”的要求?!叭疁省奔础靶≌鸩粔模姓鹂尚?,大震不倒”。對建筑抗震的三個水準設(shè)防要求,是通過“兩階段”設(shè)計來實現(xiàn)的。第一階段:第一步采用與第一水準烈度相應(yīng)的地震動參數(shù),先計算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng),與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合,并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù),進行構(gòu)件截面設(shè)計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數(shù)計算出結(jié)構(gòu)的層間位移角,使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值;同時采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施,保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段:采用與第三水準相對應(yīng)的地震動參數(shù),計算出結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規(guī)范的限值,并采用必要的抗震構(gòu)造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。
[參考文獻]
[1] 王衛(wèi)東,王勇.淺議多層磚混結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計[J].山西建筑,2005.
關(guān)鍵詞:民用建筑;多層框架;結(jié)構(gòu)設(shè)計;問題;
中圖分類號:TS958文獻標識碼: A
一、計算機輔助設(shè)計的結(jié)構(gòu)可能存在的問題及措施
(一)截面積尺寸大小的選擇
尺寸大小的選擇,需要在規(guī)范的要求取值范圍之內(nèi)進行選擇,還應(yīng)考慮要使柱和梁的線剛度比值大于1,來應(yīng)對可能發(fā)生的地震災(zāi)害時,梁不至于從柱子上脫落下來,也就是節(jié)點處于彈性工作的階段。但是計算機是不可能變通的,很從而造成截面尺寸選擇會偏離實際尺寸的大小,也就是規(guī)范中所要求的“強柱弱梁強節(jié)點“。因此需要對梁,、柱截面尺寸進行調(diào)整。首先,部分梁、柱僅為構(gòu)造配筋。此時,可根據(jù)電算顯示的梁的裂縫寬度和柱的軸壓比大小適當減小梁、柱的截面尺寸再試算。其次,部分梁顯示超筋或裂縫寬度>0.3mm,部分柱的軸壓比超限或配筋率過大。此時,可適當放大此部分梁和柱的截面尺寸,然后再試算。最后,梁和柱的截面尺寸如果適宜的話,可以不進行調(diào)整。但是需要進一步對梁和柱的配筋率的大小進行觀察。
(二)框架計算簡圖不合理
多層框架結(jié)構(gòu),一般用于不帶地下室的,低于8層的樓房,其框架一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其獨立基礎(chǔ)(也就是地基)埋置較深,并且在地表以下0.05m左右設(shè)有我們俗稱的圈梁。以一棟三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅樓為例,此樓為內(nèi)類建筑,要蓋在II類場地上,設(shè)計層高位3.3m,地基埋深度是4m,基礎(chǔ)(圈梁)高度是0.8m,室內(nèi)比室外高0.4m如果首層框架鑲嵌在0.05m處基礎(chǔ)拉梁頂面內(nèi),那么層高會增加0.05m也就是到3.35m.基礎(chǔ)拉梁的截面、配筋、構(gòu)造設(shè)計都需要考慮防震,這是計算機軟件小易做到的?;A(chǔ)(地基)應(yīng)力計算以中心柱來計算,顯然有失妥當,原因如下:
1、柱腳彎矩如果按構(gòu)造來設(shè)計拉梁,那么么無法得到平衡;
2、按照相關(guān)標準的規(guī)定:底柱的高度是基礎(chǔ)的頂面到首層樓蓋頂面之間的距離。也就是說將底層的圈梁按照地下一層,連同地上3層,整體按照4層進行框架結(jié)構(gòu)分析計算,當然如果梁上有載荷的話,應(yīng)將載荷一同考慮進行計算。
解決上面問題,首先需要對框架柱配筋進行調(diào)整。地震時作用在框架柱特別是角柱上最大的應(yīng)力就是扭轉(zhuǎn)剪力,另外,也要考慮到它會受到雙向彎矩的作用,這與正常上作狀態(tài)受到的雙向偏心受壓狀態(tài)是不同的。對從縱橫兩個方向計算機評估分析,對電算的結(jié)果取最大值要根據(jù)一定的比例放大來進行配筋,則配筋需要采用對稱配筋的原則,盡量滿足框架柱承受多種內(nèi)力合成的強度要求。其次,框架梁裂縫寬度和斜截面配筋的調(diào)整??蚣芰旱牡尿炈闩c梁端配筋進行調(diào)整,來滿足梁端斜截面“強剪弱彎”的要求:其一,一般影響裂縫寬度因素包括構(gòu)件混凝土強度的等級與鋼筋的級別,以及直徑改進的相應(yīng)措施,要放大梁的配筋率或者擴大梁的截面尺寸。其二,梁端攔截面的配筋調(diào)整。就是放大梁中受力鋼筋的直徑,同時加大箍筋的直徑尺寸。最后,梁端彎矩進行調(diào)整。先調(diào)幅后分配力矩,另外理論計算的結(jié)果可與調(diào)幅系數(shù)直接相乘。
二、民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計中的問題及措施
(一)基礎(chǔ)聯(lián)系梁的設(shè)計質(zhì)量問題
基礎(chǔ)聯(lián)系梁在整個多層建筑的框架結(jié)構(gòu)中,占有著非常重要的地位,所以在設(shè)計的過程中,應(yīng)該根據(jù)多層建筑的設(shè)計要求,做好對基礎(chǔ)聯(lián)系梁的底層柱的長度的計算,即根據(jù)現(xiàn)有的多層建筑的強度設(shè)計要求,以及特殊的抗震和剛度要求,對基礎(chǔ)聯(lián)系梁的受力情況進行全面的分析,然后對基礎(chǔ)進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,以滿足多層建筑的使用要求。另外,由于基礎(chǔ)聯(lián)系梁的施工過程中會使用到大量的混凝土材料的基礎(chǔ),所以在設(shè)計的過程中應(yīng)該充分的考慮混凝土材料的使用性質(zhì)對于梁體的受力作用的影響,因為樁基基礎(chǔ)在施工的過程中,對于混凝土的澆筑的質(zhì)量的要求是非常高的,如果澆筑材料沒有達到相應(yīng)的要求和標準,就會導(dǎo)致在工程的施工過程中受力不均導(dǎo)致的沉降問題的產(chǎn)生,也嚴重的影響了工程的施工質(zhì)量。所以,有關(guān)部門在設(shè)計的過程中應(yīng)該充分重視對于擴展基礎(chǔ)的設(shè)計,并且實現(xiàn)對于結(jié)構(gòu)中的基本框架的穩(wěn)定性的保持。
(二)結(jié)構(gòu)薄弱層的設(shè)計問題
所謂結(jié)構(gòu)薄弱層,就是指在多層建筑的設(shè)計過程中,一些強度較弱的環(huán)節(jié)的設(shè)計問題,這些位置的特點是在整個多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中,屬于一些彈性和塑形比較大的位置,所以要重視對這些位置的承載力的設(shè)計,即根據(jù)其抗震要求,實現(xiàn)對塑形的有效設(shè)計,避免在建筑的使用過程中無法達到理想的突發(fā)地質(zhì)情況的應(yīng)對。一般來說,多層建筑的結(jié)構(gòu)的抗震能力的設(shè)計為七級,所以在對其薄弱層進行設(shè)計的過程中也應(yīng)該以此為標準進行評價,即對現(xiàn)有的薄弱層的梁柱以及截面進行嚴格的計算和出圖設(shè)計,這樣就可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的規(guī)范深度的掌握,并且根據(jù)地震所產(chǎn)生的剪力,實現(xiàn)對相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位置的加固和加強處理,以更好的應(yīng)對地震情況下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。
(三)框架結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計問題
多層建筑中的框架結(jié)構(gòu)梁,對于整個框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度,以及荷載能力都有著非常重要的作用,所以在對其進行設(shè)計的過程中,應(yīng)該充分的重視框架結(jié)構(gòu)的框架梁的搭接方式的設(shè)計,并根據(jù)施工的主梁和次梁之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計情況,對其相交位置以及相交的形式進行合理設(shè)計,以實現(xiàn)對框架結(jié)構(gòu)梁的結(jié)構(gòu)處理。目前在對多層建筑的框架結(jié)構(gòu)梁設(shè)計的過程中,常用的設(shè)計方法是對腰筋直徑進行加密,以實現(xiàn)對梁體的抗阻力的能力的增強和提高,這樣就可以實現(xiàn)梁體在施工的過程中,通過適當?shù)墓拷钸_到較為理想的抗震能力。另外,還應(yīng)該注意的是在多層建筑的框架結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計過程中重視對梁體的高度的控制,目前我國的一些多層建筑的框架梁的設(shè)計過程中,梁體的高度同柱寬基本是一致的,這樣無法達到理想的跨度。
(四)框架結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計問題
多層建筑中的框架結(jié)構(gòu)柱作為一種承重結(jié)構(gòu),其最大的設(shè)計問題體現(xiàn)在沒有能夠?qū)崿F(xiàn)對地下部分的有效剛度的提升,也就導(dǎo)致了在其施工的過程中,縱筋的根數(shù)達不到理想的強度,因而降低了多層建筑的框架結(jié)構(gòu)的性能。所以,在對現(xiàn)有的多層建筑的框架結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計進行改進的過程中,應(yīng)該重視對箍筋的鋼筋數(shù)量的設(shè)計,并且要實現(xiàn)對框架柱的混凝土標號的嚴格控制,因為混凝土作為重要的強度結(jié)構(gòu)形式,對于其箍筋的密度以及縱筋的長度都有著非常重要的影響。
二、多層建筑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要注意的要點
(一)盡量避免短柱的出現(xiàn)
所謂短柱,就是在多層建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,使用的一些長度較短的梁柱,這種短柱不僅無法實現(xiàn)對既定的結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn),還會導(dǎo)致對于一些荷載力的分散,從而不利于對現(xiàn)有的框架結(jié)構(gòu)進行規(guī)范化的設(shè)計,所以在對多層建筑進行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中,應(yīng)該對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)梁柱的長度進行限定。
(二)中心線應(yīng)該符合規(guī)定
所謂中心線設(shè)計,就是在多層建筑的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中,根據(jù)框架梁柱的設(shè)計結(jié)構(gòu)計算出其結(jié)構(gòu)的中心,并對其中心線的位置進行適當?shù)恼{(diào)整,以更好的滿足節(jié)點的平衡。在對多層建筑進行框架中心線設(shè)計的過程中,如果發(fā)生了叫我嚴重的中心線的偏移,就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的柱寬產(chǎn)生較大的變化,必須要對柱體進行一定的加固處理,從而也會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定,所以應(yīng)該重視在設(shè)計過程中對剪壓比的控制,避免其受彎過程中出現(xiàn)中心線的偏移。
(三)避免砌體墻的出現(xiàn)
所謂避免砌體墻,就是在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中主要是通過對相應(yīng)的梁柱以及其他構(gòu)件的使用和組合開實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,而不是依靠本身較為穩(wěn)定和位置較為固定的砌體墻,因為這種墻體在實際的建筑使用過程中,比較容易受到來自外力的破壞,也就導(dǎo)致了在地震或者其他情況下,會首當其沖的收到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的威脅,所以為了實現(xiàn)對整個框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的保護,盡可能不適用砌體墻作為框架結(jié)構(gòu)的組成部分。因此,此項建筑設(shè)計中還存在很多不良因素。以對大量震害建筑狀況分析來看,框架結(jié)構(gòu)中的承重砌體,大都出現(xiàn)比較嚴重的開裂與破壞問題,一些出層頂?shù)臉呛碗娞蓍g,會因為砌體承重墻的原因,出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。因此,在多層框架結(jié)構(gòu)民用建筑設(shè)計中,要盡量避免砌體承重墻的出現(xiàn)。
結(jié)束語:
總而言之,民用建筑多層框架結(jié)構(gòu)是一個比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),所以在對建筑進行施工的時候很多方法會出現(xiàn)問題,要想對該問題進行更好的解決,這就要求建筑設(shè)計師們時刻學(xué)習(xí)國外發(fā)達國家先進的設(shè)計經(jīng)驗以及專業(yè)能力,并且在投入設(shè)計時應(yīng)該做到全身心的不存在任何雜念的工作,只有這樣我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平才能得到有效的提高,能夠進一步推動我國民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞: 多層建筑;混凝土砌塊;結(jié)構(gòu)設(shè)計
中圖分類號:TU37文獻標識碼:A 文章編號:
近年來隨著工程項目的數(shù)量的不斷增加,對于工程項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用、工程質(zhì)量等方面提出了更高的要求。基于混凝土小型空心砌塊所具有的眾多優(yōu)點, 如自重輕、造價低、 砌筑速度快、強度高等, 被廣泛的應(yīng)用于多層建筑中。此外,多層砌塊在使用過程中能夠降低對環(huán)境的污染、節(jié)能環(huán)保、降低工程造價、縮短工程周期, 被眾多的工程作為墻體施工材料的首選。雖然砌塊建筑結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點,但是在實際工程應(yīng)用中也存在著一些問題,這些問題在一定程度上影響了整體工程質(zhì)量。以下就多層砌塊建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進行深入分析。
一、工程的基本概況
本文主要結(jié)合某住宅建筑小區(qū)工程的具體設(shè)計概況進行研究,借以分析混凝土小型空心砌塊砌體結(jié)構(gòu)在工程中的具體應(yīng)用,該住宅小區(qū)采用了配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu),進行小區(qū)工程項目共有13棟,下面選取其中較為有代表性7層建筑住宅進行分析和研究:該建筑物整體平面為長,36.77m*10.37m 的矩形,建筑的總體高度為 20.295 米,建筑面積為 2783.1 平方米。建筑物的底層設(shè)為庫房,層高為2.4 米, 2到5層為層高2.8米的標準層,頂層設(shè)置為閣樓,主開間分別為4.4 m和3.4m。此建筑物的結(jié)構(gòu)墻體采用的是配筋砌塊,這種建構(gòu)的格局和構(gòu)造屬于相對合理的建筑結(jié)構(gòu)
1、設(shè)計計算
對于多層砌體建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計,我們應(yīng)當堅持概念設(shè)計的原則 , 主要涉及到以下幾點:
(1)對多層砌體建筑墻體的高寬比進行有效控制,確保較弱連梁和墻肢長度設(shè)計的科學(xué)性,因為連梁是抗震設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在很大程度上決定了墻肢破壞受損的抵抗程度;(2)墻肢的設(shè)計要以彎曲變形為主,并兼顧到其在屈服后的塑性以及發(fā)展性能,(3)在多層砌塊建筑結(jié)構(gòu)的墻肢內(nèi),平鋼筋的配置要嚴格遵守相關(guān)設(shè)計規(guī)范和原則,以降低墻肢發(fā)生剪切破壞的可能性;(4)為避免墻肢根部的受損程度,在轉(zhuǎn)角處和墻肢端部要設(shè)計塑性發(fā)展區(qū)和約束邊緣構(gòu)件。以7層的配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計為例,在多層配筋砌塊砌體結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計中,要綜合考慮了配筋混凝土砌塊剪力墻結(jié)構(gòu)的特點,在設(shè)計中注意以下幾點:(1)結(jié)構(gòu)布置: 根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案和具體要求,二道防震縫經(jīng)過計算確定為每段45m,保證建筑結(jié)構(gòu)平面的勻稱、規(guī)則,類似于現(xiàn)澆剪力墻的結(jié)構(gòu)。開間為4.2、3.9、3.6和3.3 m,雙向剪力墻的分布保持連續(xù)和均勻,豎向與立面的布置非常規(guī)則,層高統(tǒng)一采用2.8 m,建筑結(jié)構(gòu)的剛度沿建筑高度的改變而均勻分布。(2)結(jié)構(gòu)計算: 配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)由于目前還沒有專門的結(jié)構(gòu)計算軟件可供使用,本工程使用的廣廈軟件和 SATWE軟件的相互校核,經(jīng)實踐證明,計算結(jié)果非常類似,具有可操作性。同時,經(jīng)過計算與分析, 取灌孔混凝土砌塊的彈性模量 E=1700fg=1.9×104MPa,混凝土的彈性模量 E=3.0×104MPa。此外,按照砌體建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求,配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力可以按彈性方法計算,結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05,混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)和地震內(nèi)力調(diào)整系數(shù)相同。
2、建筑及節(jié)能設(shè)計
按照多層砌體建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)要求,尺寸設(shè)定為標準的390 mm(長)×190 mm(寬)×190 mm(高),加上10 mm的標準灰縫后,實際的尺寸為400 mm×200 mm×200 mm。所以這種砌塊的合理模數(shù)應(yīng)該是2 M( M=100 mm),即墻段的豎向與平面尺寸需要是200 mm的倍數(shù),配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)也不例外。這樣設(shè)計的好處是,不僅能夠減少現(xiàn)場切割的高質(zhì)量和異型砌塊的使用數(shù)量,對簡化建筑材料的生產(chǎn)和施工也是非常有幫助的,進而提高了生產(chǎn)工效,有效控制了施工成本,砌塊的高度當按90 mm進行設(shè)計時,應(yīng)當拆除相應(yīng)位置上的砌體強度,或者采用混凝土將灌孔填實,此外,對于多層砌塊砌體建筑的樓梯和門廳,需要對電管線用的管道井、表盒的位置以及豎向水進行科學(xué)設(shè)計,并保證表盒安裝后的樓梯及通道的尺寸符合有關(guān)規(guī)范要求。
二、混凝土空心砌塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、構(gòu)造柱加強的設(shè)計 。從構(gòu)造結(jié)構(gòu)來看,配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)存在眾多相似的地方, 特別是在高抗震強度地區(qū),剪力墻結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件則應(yīng)具有更高的強度。然而配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu)在受力地方缺乏加強措施,因為砌塊和灌孔芯柱組成剪力墻體沒有達到應(yīng)有的抗受強度,所以在安徽省某小區(qū)的試點工程設(shè)計中選用了構(gòu)造柱加強做法。這種做法就是在剪力墻的拐角位置和墻體連接部位布設(shè)構(gòu)造柱來加強邊緣構(gòu)件的強度,這種加強的方式取代了一般的芯柱做法。
2、過梁和圈梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計 應(yīng)依據(jù)模數(shù)具體高度的要求 , 將門窗的過梁和外墻圈梁進行合并設(shè)計 。 在進行抗震墻砌體的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用連梁設(shè)計的方法。在設(shè)計時應(yīng)確保內(nèi)墻圈梁不小于150 mm的高度范圍,當內(nèi)墻門、窗洞口小于1800 mm的寬度時,過梁可采用砌塊體進行砌筑,內(nèi)部合理設(shè)置等量的鋼筋。在此工程中 , 地基具備基礎(chǔ)條件不是太強,應(yīng)適當加強圈梁結(jié)構(gòu)的剛度,并合理計算適當增加圈梁高度和配筋數(shù)量 。
3、抗裂、防震結(jié)構(gòu)設(shè)計 在此建筑中,砌塊墻體門窗位置的過梁,應(yīng)采用預(yù)制和支座處局部現(xiàn)澆混凝土的形式, 一定程度上提高了施工速度和保證了工程整體質(zhì)量,過梁混凝土預(yù)制部分的寬度應(yīng)大于80 mm,兩端預(yù)留鋼筋的長度不應(yīng)大于150 mm。為增強整體建筑結(jié)構(gòu)和砌體交接處的抗震、抗裂能力,應(yīng)采用箍筋將甩筋的端部進行焊接,并確保甩筋錨固長度應(yīng)大于300 mm。 并嚴格保證使用的混凝土高于 C20 的強度 。依據(jù)結(jié)構(gòu)受力學(xué)分析,對構(gòu)造柱和芯柱墻等結(jié)構(gòu)體進行了綜合對比試驗證明加強構(gòu)造柱和芯柱的結(jié)構(gòu)受力強度得到較大的改善,尤其對于橫墻較少的結(jié)構(gòu)建筑,應(yīng)將外墻四根支撐柱、大房間四角支撐柱統(tǒng)一設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱進行加強,墻體構(gòu)造柱位置統(tǒng)一砌成馬牙槎的形式,構(gòu)造柱旁邊的砌筑孔洞利用混凝土填充灌實,在其它位置采用芯柱進行加強,嚴格確保芯柱之間以及芯柱和構(gòu)造柱之間的距離,必須符合相關(guān)標準的規(guī)定,不應(yīng)超過2 m的距離,進行抗裂防震設(shè)計,可采用采用橫墻承重的結(jié)構(gòu)體系進行加強,在采用橫墻承重的方法時,坡屋面使用現(xiàn)澆鋼筋混凝土?xí)r,在依據(jù)合適的距離在適當?shù)奈恢迷O(shè)置分隔縫。
4、采用配筋砌體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。將某一墻段結(jié)構(gòu)由無筋墻體設(shè)置為配筋砌體的形式,能極大提高墻段在多層砌體結(jié)構(gòu)抗震檢驗時的不足, 對于烈度高和大開間砌塊的房屋砌塊結(jié)構(gòu),采用配筋砌塊砌體剪力墻結(jié)構(gòu),已解決承載力不足和抗震承載力驗算欠缺的問題,并根據(jù)需要將墻體結(jié)構(gòu)的大部分或全部采用配筋砌體,應(yīng)按《砌體規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進行設(shè)計,將抗震等級設(shè)置為四級。
三、結(jié)語
本文通過對實際的多層砌塊建筑設(shè)計的詳細的分析,客觀地證明了諸多科學(xué)合理的設(shè)計理念的應(yīng)用的適用性。 伴隨著國家對新型墻體材料的大力推廣,該類型的建筑結(jié)構(gòu)形式也會初步常態(tài)化,并且該建筑結(jié)構(gòu)形式具有很好的市場推廣前景,對多層建筑以后的結(jié)構(gòu)形式有改良意義,值得我們進行大力推廣與使用。
參考文獻:
1、林艾思多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計處理方法?中國建筑設(shè)計論壇?2011(11)
關(guān)鍵字:多層鋼筋混凝土;設(shè)計要求;問題;框架結(jié)構(gòu);
中圖分類號: TB21文獻標識碼:A
一、多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求
1.1 強柱弱梁節(jié)點設(shè)計
隨著近幾年世界各地地震的頻繁發(fā)生,人們在對建筑進行設(shè)計時,也更加注重對建筑物抗震作用的設(shè)計。建筑師在進行建筑設(shè)計時常常需要讓梁端和柱端處于非彈性工作狀態(tài),但這時的節(jié)點則需要處于能夠屈服的彈性工作狀態(tài)。在實施強柱弱梁措施時,要注意對梁端和柱端截面實際抗彎能力增強幅度進行研究和測量,我們要想方設(shè)法使柱端截面屈服后的塑性轉(zhuǎn)動不超過它的轉(zhuǎn)動能力,這樣才能夠在地震時不會因為出現(xiàn)層側(cè)移現(xiàn)象而使柱被壓潰。
頂端縱筋的構(gòu)造超配程度決定了柱強于梁的幅度,同時柱強于梁的幅度還受結(jié)構(gòu)梁端和柱端塑性鉸內(nèi)的塑性內(nèi)力重分布和動力特征變化的影響。我們在做結(jié)構(gòu)時,盡可能使得柱截面的尺寸能夠在建筑承受的范圍內(nèi)實現(xiàn)最大化,同時要使柱和梁的線剛度的比值在1以上,并且為了增加延性我們還要在規(guī)范要求內(nèi)控制軸壓比。為了加強柱的配筋結(jié)構(gòu),我們在對截面的承接力進行驗算時要按照強柱弱梁原則將柱的設(shè)計彎矩調(diào)整放大。為了避免使梁端縱向受拉鋼筋在地震中屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到立柱上,我們要注意合理設(shè)計梁端縱向受拉鋼筋的配筋的強度。強柱弱梁節(jié)點設(shè)計要注意讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。
1.2 強剪弱彎設(shè)計
我們在對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計中,要保證梁柱構(gòu)件具有足夠的延性,其要害是防止構(gòu)件過早的出現(xiàn)脆性剪切破壞,這就對梁柱的剪跨比提出了具體的要求:受彎構(gòu)件剪跨比=a/h0;受壓構(gòu)件剪跨比=m/Vh0,當框架柱反彎點在層高的范圍時,柱剪跨比=hh/2h0,盡量使柱剪跨比大于等于2,若小于2既為短柱,柱子將發(fā)生以剪切破壞為主的脆性破壞,延性低。
為了保證構(gòu)件延性防止脆性破壞,我們在設(shè)計時要人為加大各承重構(gòu)件相對于其抗彎能力的抗剪承載,這樣就能夠為部件在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。強剪弱彎要求多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁注意抗剪驗算和構(gòu)造,使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。
二、多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)注意的問題
2.1 獨立基礎(chǔ)設(shè)計的荷載取值
鋼筋混凝土多層框架房屋的基礎(chǔ)形式多采用的是柱下獨立基礎(chǔ)?;A(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)就是合理地選取荷載設(shè)計值,我們在實際基礎(chǔ)設(shè)計工作中會出現(xiàn)兩種情況,第一種情況是當?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)不存在軟弱粘性土層,八層以下且高度不超過二十五米的一般框架房屋或基礎(chǔ)荷載相當?shù)亩鄬涌蚣軓S房,可以不要求對天然地基和基礎(chǔ)的抗震承載力驗算同時要對風(fēng)荷載的影響進行忽略。第二種情況是對于獨立基礎(chǔ)的設(shè)計,在計算基礎(chǔ)頂面上的外荷載時不考慮剪力設(shè)計值,只取軸力設(shè)計值或只取軸力設(shè)計和彎矩設(shè)計值。但是在實際工程進行時這些設(shè)計結(jié)果都會導(dǎo)致基礎(chǔ)尺寸偏小、配筋偏少,為了保持基礎(chǔ)本身及其上部結(jié)構(gòu)的安全我們在涉及混凝土多層框架房屋的整體計算分析中要讓軸力設(shè)計值、彎矩設(shè)計值和剪力設(shè)計值共同作用于柱腳,并且要輸入風(fēng)荷載。
2.2 基礎(chǔ)拉梁層計算模型的選定
用電算程序進行框架整體計算時,如果基礎(chǔ)拉梁層無樓板那么樓板厚度應(yīng)取0,這時要用總綱分析方法進行分析計算并定義彈性節(jié)點。當房屋平面不規(guī)則時,不用采用總綱分析,但是雖然樓板厚度要取0,彈性節(jié)點也定義,設(shè)計過程中要特別注意程序分析時自動按剛性樓面假定進行計算與實際情況不符。
2.3 結(jié)構(gòu)的抗震等級
在工程設(shè)計中,民用住宅、辦公樓及一般工業(yè)建筑按其抗震設(shè)防分類屬于丙類建筑,這類建筑,其地震作用要按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算;電訊、交通、能源、消防和醫(yī)療等類建筑以及大型體育場館、大型零售商場等公共建筑大部分屬于乙類建筑,這類建筑,大多數(shù)情況下,當抗震設(shè)防烈度為Ⅵ~Ⅷ度時,抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高I度的要求,例如:位于Ⅷ度地震區(qū)的乙類建筑,應(yīng)按Ⅸ度由《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2確定其抗震等級為一級;當Ⅷ度乙類建筑的高度超過表6.1.2規(guī)定的范圍時,還應(yīng)經(jīng)專門研究,采取比一級抗震等級更有效的抗震措施。
2.4 地震力的振型組合數(shù)
對多層建筑,當不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時,地震力的振型組合數(shù)至少要取三,當振型數(shù)多于三時,不應(yīng)多于層數(shù)但宜取三的倍數(shù);當房屋層數(shù)小于等于二時,振型數(shù)可取層數(shù)。不規(guī)則的結(jié)構(gòu)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時,對于一些層數(shù)較高的建筑,它們的振型數(shù)應(yīng)取大于九:對于一些結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)剛度突變較大的建筑其振型數(shù)也應(yīng)多取。倘若結(jié)構(gòu)有轉(zhuǎn)換層、頂部有小塔樓、多塔結(jié)構(gòu)等,振型數(shù)應(yīng)取不多于十二層房屋或房屋層數(shù)的三倍尚可,只有當定義彈性樓板,且采用總剛分析,必要時振型數(shù)才可以取得較少。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》指出,合適的振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達到總質(zhì)量的百分之九十所需的振型數(shù)。許多電算程序已可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。有些設(shè)計人員不大重視電算程序使用手冊的應(yīng)用,選取振型數(shù)時比較隨意,這是應(yīng)當改進的。此外,對于耦聯(lián)計算,可在必要時補充非耦聯(lián)計算。
三、框架計算簡圖問題及處理措施
當無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋,獨立基礎(chǔ)埋置較深,在-0.06m左右設(shè)有基礎(chǔ)拉梁時,應(yīng)將基礎(chǔ)拉梁按一層輸入。以某辦公樓為例,該項目為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),丙類建筑,建筑場地為Ⅱ類;層高為3.6m,基礎(chǔ)埋深4.0m,基礎(chǔ)高度0,8m.室內(nèi)外高差為0.3m。根據(jù)《抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.2條,在8度地震區(qū)該工程框架結(jié)構(gòu)的抗震等級為二級。有的設(shè)計者按3層框架房屋計算,首層層高取為3.56m,即假定框架房屋嵌固在-0.06m處的基礎(chǔ)拉梁頂面;基礎(chǔ)拉梁的斷面和配筋按構(gòu)造設(shè)計;基礎(chǔ)按中心受壓計算。顯然,選取這樣的計算簡圖是不妥當?shù)?。因為,第一,按?gòu)造設(shè)計的拉梁無法平衡柱腳彎矩;第二,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010——2002)(以下簡稱《混凝土規(guī)范》第7.3.1l條規(guī)定.框架結(jié)構(gòu)的底層柱的高度應(yīng)取基礎(chǔ)頂面至一層樓蓋頂面的高度。工程的設(shè)計經(jīng)驗表明,這樣的框架結(jié)構(gòu)宜按4層進行整體分析計算,即將基礎(chǔ)拉梁層按一層輸入,拉梁上如有作用的荷載。應(yīng)將荷載一并輸入。這樣.計算簡圖的首層層高為H1 =4-0.8-0.06=3.14m,2層層高3.66m,3、4層層高3.6m。根據(jù)《抗震設(shè)計規(guī)范》第6.2.3條,框架拄底層柱腳彎矩設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.25。當設(shè)拉梁層時,一般情況下,要比較底層柱的配筋是由基礎(chǔ)頂面處的截面控制還是由基礎(chǔ)拉梁頂面處的截面控制??紤]到地基土的約束作用,在進行電算程序(指PKPM中SATWE)的總信息輸人中,可填寫地下層數(shù)為1,在復(fù)算一次。按兩次計算結(jié)果的包絡(luò)圖進行框架結(jié)構(gòu)底層柱的配筋。
四、結(jié)束語
本文主要闡述了多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求和多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)計算中應(yīng)注意的問題,但是我們在實際工程中可能會遇到更多問題,對于出現(xiàn)的實際問題我們要具體問題具體分析。在設(shè)計多層框架結(jié)構(gòu),建筑設(shè)計師應(yīng)首先判斷結(jié)構(gòu)方案的可行性,對可能碰到的問題,應(yīng)該提前采取措施予以解決,對所有計算結(jié)果設(shè)計師要進行認真分析、判斷,確準準確無誤后方可應(yīng)用于實際工程,以避免出現(xiàn)危機情況時給我們生命或財產(chǎn)安全帶來隱患。
參考文獻
[1] 李二平,鋼筋混凝土多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題[J].城市建筑理論研究,2011.03
關(guān)鍵詞:多層建筑;異形柱的計算;結(jié)構(gòu)設(shè)計;梁柱節(jié)點
Abstract:This paper analyzes the special-shaped column frame with rectangle columns frame structure in the design of the difference, and the design of special-shaped column frame structure on certain issues in combination with the engineering example to carry on the discussion, proposed some suggestion and peer exchange.
Key words:Multilayer building Special shaped column calculationStructure design Beam column joints
中圖分類號:TU972+.9 文獻標識碼:A文章編號:
現(xiàn)如今,人們對房屋平面與空間布置的要求越來越高 ,跟隨著對建筑設(shè)計布局也有了新的要求。普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對建筑平面與空間的分隔會直接影響到室內(nèi)家具的布置及空間的使用,故越來越不能被房屋使用者所接納。有一種全新的結(jié)構(gòu)體系為異形柱框架結(jié)構(gòu),它能解決普通矩形柱框架結(jié)構(gòu)在房間內(nèi)露柱造成的使用上不便的問題,其使用面積將會相應(yīng)增加,同時也可解決磚混結(jié)構(gòu)超高和大開間要求存在的技術(shù)問題,故被大多建筑師推廣并應(yīng)用。
1異形柱結(jié)構(gòu)特點
1.1“一”形截面柱及“Z”形截面柱
在《規(guī)范》中未采用“一”形截面柱及“Z”形截面柱。 “一”形柱正截面承載力方面兩主軸方向抗彎能力相差甚大,不論是在風(fēng)荷載作用下還是在地震作用下結(jié)構(gòu)中的柱一般都是受到兩個方向的彎矩同時作用,其受力后果可想而知;同時“一”形柱在雙向剪力作用下性能也不好,由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)柱雙向受剪承載力計算公式可知,柱截面相鄰兩邊邊長相差越多,其斜向受剪承載力越低 ?!癦”形截面柱與“一”形截面柱類似,即兩主軸方向抗彎能力相差甚大。
在工程設(shè)計中應(yīng)避免采用“一”字形截面柱,可采用部分普通矩形截面柱代替。而對于工程中經(jīng)常遇到需要做“Z”形柱的情況,在設(shè)計計算時較好的方法是在PMCAD 輸入時將其按兩個“L”形柱來輸入并進行內(nèi)力及配筋計算。因為“Z”形柱受力較大時易在中間肢劈開,劈開后(極限狀態(tài))其受力接近于兩個“L”形柱,按兩個“L”形柱處理較為合理。
1.2 異形柱各肢肢長
異形柱各肢肢長,可能相等 ,或不相等 ,但是提倡采用等肢異形柱。 抗震設(shè)計時宜采用等肢異形柱,當不得不采用不等肢異形柱時,柱兩肢的肢高比不宜超過 1.6,大于 50 mm。為編制江蘇省地方標準(DB32/512-2002)東南大學(xué)進行的肢高不等的試件雙向受剪試驗表明,當異形截面柱兩肢肢高相近時,其受剪承載力亦大致服從梅花瓣形規(guī)律,但當兩肢肢高相差較大時,則服從橢圓規(guī)律。 因此,具有一定的翼緣也是保證異形柱抵御斜向受剪破壞能力的需要。
1.3 異形柱截面的肢高肢厚比
在《規(guī)范》中指出異形柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4。 研究表明,即使是同一種異型截面柱,當柱截面肢高肢厚比不同時,柱的性能會出現(xiàn)不同的差異,若異形柱截面各肢的肢高肢厚比控制在不大于4 的范圍,則異形柱在偏心受壓狀態(tài)下的應(yīng)變基本符合平截面假定,其力學(xué)性能符合柱的特性。需要指出的是,當截面肢高肢厚比在5~8 范圍時,根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標準《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)的有關(guān)規(guī)定,此時應(yīng)劃分為短肢剪力墻進行設(shè)計。
2異形柱計算
受力性能、抗震性能與矩形柱結(jié)構(gòu)的不同是由異形柱結(jié)構(gòu)自身的特點決定的。由于異形柱截面不對稱,在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此,對異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按空間體系考慮,宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計算程序進行內(nèi)力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同,所以計算時不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模計算。當采用不具有異形柱單元的空間分析程序(如TBSA 5.0)計算異形柱結(jié)構(gòu)時,可按薄壁桿件模型進行內(nèi)力分析。
對異形柱框架結(jié)構(gòu),一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內(nèi)力與位移分析。當剛度相等時,矩形柱比異形柱的截面面積大。一般,比值(A矩/A異)約在1.10-1.30之間。因此,用矩形柱替換后計算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱,建議用比值(A矩/A異)對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。 3異形柱設(shè)計
3.1 縱筋的布置
對“L”形、“T”形和“十”字形截面雙向偏心受壓柱截面上的應(yīng)變及應(yīng)力分析表明:在不同的彎矩作用方向角時,截面任一肢端部的鋼筋均可能受力最大,為適應(yīng)彎矩作用方向角的任意性,縱向受力鋼筋宜采用相同直徑;當軸壓比較大 ,受壓破壞時,在諸多彎矩作用方向角情形,內(nèi)折角處鋼筋的壓應(yīng)變可達到甚至超過屈服應(yīng)變,受力也很大,同時還考慮此處應(yīng)力集中的不利影響,所以內(nèi)折角處也應(yīng)設(shè)置相同直徑的縱向受力鋼筋。
異形柱肢厚有限,當縱向受力鋼筋直徑太大 (d>25 mm),會造成粘結(jié)強度不足及節(jié)點核心區(qū)鋼筋的設(shè)置的困難。當縱向受力鋼筋直徑太小時(d
3.2 縱筋的配筋率
異形柱肢端的配筋百分率按異形柱全截面面積計算。異形柱肢厚有限,柱中縱向受力鋼筋的粘結(jié)強度較差,因此將縱向受力鋼筋的總配筋率由對矩形柱不大于5%降為不應(yīng)大于4%(非抗震設(shè)計 )和 3%(抗震設(shè)計 ),以減少粘結(jié)破壞和節(jié)點處鋼筋設(shè)置的困難。
3.3 梁柱節(jié)點
節(jié)點是框架的梁柱相交區(qū),需要承受上層柱柱端及本層梁梁端傳來的荷載并有效地傳遞到下柱中去。從而作用于節(jié)點區(qū)的邊界力-外力是梁端和柱端的彎矩 、剪力 、軸力有時甚至還有扭矩。因此,節(jié)點核心區(qū)處于十分復(fù)雜的受力狀態(tài)。而對于異形柱框架梁柱節(jié)點,則還有另一正交外伸柱肢對核心區(qū)受剪作用的影響,更為錯綜復(fù)雜。
試驗研究和計算分析表明,節(jié)點是異形柱框架的薄弱環(huán)節(jié),其受剪承載力遠低于截面面積相同的矩形柱框架梁柱節(jié)點。為確保安全,《規(guī)范》中要求,異形柱框架應(yīng)進行梁柱節(jié)點核心區(qū)受剪承載力計算,同時應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造規(guī)定。
研究表明,梁端和柱端的彎矩、剪力、軸力、扭矩是通過鋼筋受拉及受壓傳遞到節(jié)點區(qū)的,通過混凝土受壓的力的傳遞,較易實現(xiàn),但通過鋼筋受拉及受壓的力的傳遞,則必須依賴梁柱的縱向受力鋼筋的可靠錨固和粘結(jié)才能實現(xiàn)。所以保證梁柱縱向受力鋼筋在節(jié)點核心區(qū)中的可靠錨固和粘結(jié)分外重要。
4工程實例
某市住宅樓長28.3 m,寬 12.9 m,建筑面積 1 015 m2左右,住宅4 層 ,層高 3.0 m,最大建筑高度為 15.4 m。 該工程抗震設(shè)防烈度為7 度,設(shè)計基本地震加速度為 0.10g,設(shè)計地震分組為第二組,場地類別為三類。 采用異形柱框架結(jié)構(gòu),異形柱框架抗震等級為三級。 采用 SATWE 程序分析,各層間位移角見圖1,滿足規(guī)范對層間位移的規(guī)定;同時重視抗震概念設(shè)計,加強構(gòu)造措施。 目前已竣工驗收交付使用 ,經(jīng)觀察結(jié)構(gòu)整體狀況良好。
5結(jié)術(shù)語
異形柱框架結(jié)構(gòu)樓板在框架整體協(xié)同工作中起到的作用較矩形柱框架結(jié)構(gòu)強,故建議采用整體現(xiàn)澆樓面結(jié)構(gòu),在樓梯間及開較大洞口部位設(shè)置矩形柱,角柱為異形柱時角柱邊樓板不宜開洞。對結(jié)構(gòu)薄弱部位的樓板還應(yīng)加厚并配置雙層鋼筋。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:多層建筑;框架結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計
中圖分類號:TU318文獻標識碼: A
一、多層框架房屋地基基礎(chǔ)設(shè)計要點
(一)要正確地閱讀和使用地質(zhì)報告。熟悉勘察報告的主要內(nèi)容,了解勘察結(jié)論和計算指標的可靠程度,進而判斷報告中的建議對該項工程的適用性。這里,要把場地的工程地質(zhì)條件與擬建建筑物的具體情況和要求聯(lián)系起來進行綜合分析。
(二)在滿足承載力和變形的基本要求下,盡量采用比較經(jīng)濟的天然地基上的淺基礎(chǔ)。地基持力層的選擇應(yīng)從地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā),綜合考慮場地土層的分布情況及穩(wěn)定性,土層的物理力學(xué)性質(zhì),建筑物的體型、結(jié)構(gòu)類型和荷載性質(zhì)與大小,還要考慮地下水的影響。
(三)多層房屋一般采用條形基礎(chǔ)或獨立基礎(chǔ)。一般先由地基承載力和變形確定基礎(chǔ)底面尺寸,然后再進行基礎(chǔ)截面設(shè)計驗算。基礎(chǔ)高度由混凝土抗沖切和剪切條件確定,基礎(chǔ)配筋則由基礎(chǔ)驗算截面的抗彎能力確定。除滿足計算要求以外,還要滿足一些規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求。要注意的是,在確定基礎(chǔ)底面尺寸或計算基礎(chǔ)沉降時,應(yīng)考慮設(shè)計地面以下基礎(chǔ)及其上覆土重力的作用;而在進行基礎(chǔ)截面設(shè)計中,應(yīng)采用不計基礎(chǔ)與上覆土重力作用時的地基凈反力進行計算。
(四)在地基處理時,要針對地質(zhì)報告條件和水文地質(zhì)條件選用合適的地基處理方法。要特別注意所選的方法必須符合土力學(xué)的基本原理和重視當?shù)氐膶嶋H工程經(jīng)驗。要有長期荷載重心和基礎(chǔ)形心盡量相重合的概念。要有基礎(chǔ)整體性的概念,通過增設(shè)基礎(chǔ)連系梁和基礎(chǔ)圈梁等措施來保證。
二、多層建筑框架結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計的要點
(一)框架柱配筋的調(diào)整
框架柱的配筋率一般都很低,有時電算結(jié)果為構(gòu)造配筋,但是實際工程中均不會按此配筋,因為在地震作用下的框架柱,尤其是角柱,所受的扭轉(zhuǎn)剪力最大,同時又受雙向彎矩作用,而橫梁的約束又較小,工作狀態(tài)下又處于雙向偏心受壓狀態(tài),所以其震害重于內(nèi)柱,對于質(zhì)量分布不均勻的框架尤為明顯,因此應(yīng)選擇最不利的方向進行框架計算,另外也可分別從縱、橫兩個方向計算后比較同一側(cè)面的配筋,取其較大值,并采用對稱配筋的原則,為了滿足框架柱在多種內(nèi)力組合作用下其強度要求,在配筋計算時應(yīng)注意以下問題:
角柱、邊柱及抗震墻端柱在地震作用組合下會產(chǎn)生偏心受拉時,其柱內(nèi)縱筋總截面面積應(yīng)比計算值增大25%;框架柱的配筋可放大1.2~1.6倍,其中角柱1.4倍,邊柱1.3倍,中柱1.2倍;框架柱的箍筋形式應(yīng)選用菱形或井字形,以增強箍筋對混凝土的約束;對于二、三級框架的底層柱底和底部加強部位縱筋宜采用焊接,且當柱縱向鋼筋的總配筋率超過3%時,箍筋的直徑不應(yīng)小于8,并應(yīng)焊接。
另外多層框架電算時常不考慮溫度應(yīng)力和基礎(chǔ)的不均勻沉降,當多層框架水平尺寸和垂直尺寸較大以及地基軟弱土層較厚或地基土質(zhì)不均勻時,可以適當放大框架柱的配筋,且宜在縱、橫兩個方向設(shè)置基礎(chǔ)梁,其配筋不宜按構(gòu)造設(shè)置,應(yīng)按框架梁進行設(shè)計,并按規(guī)范要求設(shè)置箍筋加密區(qū)。
(二)框架外挑梁配筋
由于占地面積的限制、使用功能的要求或結(jié)構(gòu)上的原因,工程上常在框架的梁端設(shè)計挑梁。由于框架梁的荷載與外挑梁的實際荷載值不同,因而框架梁與外挑梁的斷面尺寸會有所不同,而有的設(shè)計人員在繪圖時只是將框架梁上的某些主筋向外挑梁延伸了事,殊不知有些主筋根本無法伸進挑梁,這些差錯一般在施工時才會暴露出來,但為時已晚,許多鋼筋已截斷成型,這不僅影響了施工進度,而且也造成了不必要的損失??蚣芰和馓袅合鲁TO(shè)置鋼筋混凝土柱。在柱的內(nèi)力和配筋計算中,有些設(shè)計人員對其受力概念不清,誤認為此為構(gòu)造柱,并且其配筋為構(gòu)造配筋,懸臂梁也未按計算配筋,這樣有可能導(dǎo)致水平荷載作用下承載力不足,為事故的發(fā)生埋下隱患。
(三)框架邊柱柱頂配筋
對于框架結(jié)構(gòu)的高層建筑,水平荷載對結(jié)構(gòu)的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力與建筑高度的平方成正比;頂點位移與建筑高度的4次方成正比。水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制因素。框架頂
層的風(fēng)荷載較大,而屋面結(jié)構(gòu)荷重傳給邊柱的軸向總力比樓層邊柱總力要小,顯然柱頂有大偏心問題,頂層邊柱節(jié)點出現(xiàn)軸向力對截面重心的偏心距大于0.5倍的柱截面高度。根據(jù)框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,橫梁上部鋼筋應(yīng)全部伸人柱內(nèi),且伸過橫梁下邊;柱內(nèi)一部分鋼筋伸到頂端,另一部分鋼筋伸到橫梁內(nèi),其根數(shù)依據(jù)計算確定且不少于2根。設(shè)計人員在圖中經(jīng)常容易將邊柱柱角的鋼筋彎入梁內(nèi),對這類問題,缺乏實踐經(jīng)驗的工程技術(shù)人員不易立即發(fā)現(xiàn),而要等施工時才會察覺。問題的癥結(jié)在于柱寬大于梁寬,柱角的縱筋要完全伸人梁內(nèi)是辦不到的,對這種差錯應(yīng)引起設(shè)計人員的重視。
三、樓板開大洞結(jié)構(gòu)計算注意問題
樓板開洞的結(jié)構(gòu)比較普通,如果開洞面積大于該層樓面面積30%,就屬于平面不規(guī)則了,計算時必須進行處理以PKPM軟件為例來說,TAT和SAT、IVE分別采用了兩種方式進行處理。TAT軟件是將無樓板的節(jié)點定義為彈性節(jié)點,也就是表明該節(jié)點不受剮性樓板假定的限制,其平動自由度獨立(在這里所指的節(jié)點為梁柱交點);SAT—WE軟件是將所有樓板定義為彈IS膜,由軟件真實地計算樓板的平面內(nèi)剛度,忽略樓板的片面外剛度。
建議如果某層洞口面積大于樓層面積的30%以上時,應(yīng)將全樓所有樓板定義為彈性膜比較符合實際,也可以將該層洞口邊緣節(jié)點定義為彈性節(jié)點(即不考慮樓板的剛度);如果屋面為剛網(wǎng)架時,應(yīng)輸入~板厚,定義為彈性膜。真實計算樓板的平面內(nèi)剛度,比較符合實際。在正確定義了彈性節(jié)點或彈性膜后,在后續(xù)計算中必須采用總剛計算法,否則側(cè)剛度計算法仍按剛性樓板計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力和配筋,計算時應(yīng)特別注意這一點。
四、在多層框架抗震設(shè)計要點
為滿足抗震規(guī)范要求的“梁鉸型”側(cè)移框架,在設(shè)計中應(yīng)注意的問題。
1、在進行框架內(nèi)分析時,梁的剛度取值應(yīng)客觀、準確。當不易取準時,寧可取值略大些,且勿偏小。由于非地震區(qū)的設(shè)計習(xí)慣影響,在進行框架的內(nèi)力分析時,往往易使梁的剛度取值偏小,導(dǎo)致內(nèi)力分析時,梁剛度取值偏低。對此,過去的習(xí)慣認識介偏于安全的,只是多用一點材料。在實際中,我們通過對框架計算結(jié)果的分析比較,認識到,內(nèi)力分析時梁剛度取值低,在垂直荷載作用下,對框架邊節(jié)點、將使梁端負彎矩的計算結(jié)果比實際偏大;對中間節(jié)點,也會使跨度大的一側(cè)的梁端負彎矩配筋量偏大。這樣一來導(dǎo)致了梁端負率矩配筋量偏大,抗彎安全儲備偏高,對于地震區(qū)的設(shè)計,將影響梁端鉸的優(yōu)先產(chǎn)生,影響框架的延性,是與設(shè)計的初衷相悖的。大震時,可能導(dǎo)致其余部位優(yōu)先成鉸,是抗震設(shè)計中不可忽視的不安全因素,再者,由于梁端抗彎能力的偏高,可能導(dǎo)致抗剪強度反而偏低。達不到強剪弱彎的要求,易產(chǎn)生剪切形脆性破壞.這也是抗震設(shè)計中應(yīng)盡量避免的。鑒于上述討論,可以看出,在計算時,梁剛度取值比實際偏低,對抗震設(shè)計可能存在潛在不安全因素。
2、在進行框架配筋時,梁端負筋寧低勿高。在我們已往的設(shè)計中,進行實際配筋時,習(xí)慣上略高于計算值,這在設(shè)計中是允許的。但在地震區(qū),對梁端負筋,為保證梁端朔性鉸的及時出現(xiàn),必須改變以往的作法,在我們設(shè)計的一些工程中,遵循的原則是梁端負筋配置量正好或略低于需要量,而跨中配筋略為放寬點,再則,對多層框架,為施工和用料方便,往往將幾層配筋相差在±5%以內(nèi)的梁合為一種配筋,對此,如全按大者配置,會影響某些層的“梁鉸型”。對此,我們的作法是:梁端負筋隨小者配置,跨中鋼盤隨大者再略放寬配置。如此,即保證了強度要求,又滿足了“鉸梁型”的要求。三則,在施工中進行材料代換時,對梁鉸負筋應(yīng)切實注意,決不可因代換而增加配置量。
參考文獻
【關(guān)鍵詞】建筑框架結(jié)構(gòu);設(shè)計;參數(shù)選取
伴隨著國家建筑事業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷壯大,我國的鋼材產(chǎn)量也逐年不斷呈上升趨勢,因此,結(jié)合鋼筋混凝的建設(shè)建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計就成為時下建筑行業(yè)的焦點關(guān)注問題。另外,當前不論是工業(yè)化建筑還是民用化多層建筑的功能也逐漸日趨多元多樣化,這就促使了實際施工過程中對建筑結(jié)構(gòu)框架的具體規(guī)劃設(shè)計遇到了諸多難題,因而作為工程建筑機構(gòu)設(shè)計人員就要充分遵循框架設(shè)計中的具體實施規(guī)范的基礎(chǔ)之上,大膽實踐嘗試,不斷優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的重點、難點。
1 框架結(jié)構(gòu)獨立基礎(chǔ)設(shè)計相關(guān)的荷載取值問題
當建筑地基所承受的受力范疇內(nèi)不存有軟弱粘性地質(zhì)時,多層框架建筑多半運用柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計。在8到25層之間的民用高層建筑中,對載荷相當多的結(jié)構(gòu)多層框架建筑設(shè)計考慮時,一種情況是可以不對地基的承載能力以及建筑的抗震能力進行驗算;而另一種是對其結(jié)構(gòu)獨立設(shè)計基礎(chǔ)時,在實際操作中,對施工作用的項面的外載荷只考慮軸取設(shè)計和彎矩設(shè)計,而忽略建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的無剪力設(shè)計,或者只考慮軸力設(shè)計值的設(shè)計方式,以上的這兩種設(shè)計情形,均會導(dǎo)致基礎(chǔ)作業(yè)設(shè)計尺寸偏小,以致使配筋的可操作性大打折扣,從而影響了建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)本身的安全性。
2 結(jié)構(gòu)框架梁類問題的基礎(chǔ)設(shè)計
建筑框架的結(jié)構(gòu)房屋埋深設(shè)計過大時,為了減少相應(yīng)的地層柱的設(shè)計長度與其地層位移時,可對基礎(chǔ)系梁的位置進行設(shè)計做以調(diào)整。該階段的系梁應(yīng)按照一層框架梁進對其設(shè)計,同時在此基礎(chǔ)上應(yīng)對從梁往下的柱可按短柱去解決,而如果工程條件符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.11條規(guī)定,應(yīng)設(shè)基礎(chǔ)系梁,此時可根據(jù)抗震要求,沿兩個主軸方向設(shè)置構(gòu)造基礎(chǔ)系梁。構(gòu)造基礎(chǔ)系梁縱向受力鋼筋可取上述所連接柱的最大軸力設(shè)計值的10%作為拉力或壓力來計算。另外,為了準確的計算基礎(chǔ)系梁的跨度,可根據(jù)《規(guī)范》中的實施要求對基礎(chǔ)梁下與獨立基礎(chǔ)的臺階或者錐形斜坡間的空隙方位用混凝土澆筑到與基礎(chǔ)頂面持平,之后再澆筑基礎(chǔ)系梁。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)的選取問題
根據(jù)《抗震規(guī)范》中的設(shè)計要求,其明確指出,要對計算機分析的計算理成果,要通過實際建筑設(shè)計的條件,去判斷并確認出有效的符合實際工程框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計。常規(guī)情形下,計算機的計算程序分析,主要是對房屋結(jié)構(gòu)上的自振周期、樓層地震剪力系數(shù)、樓層之間的彈性位移以及彈塑性層問位移做出有利分析。對其主要分析的內(nèi)容包括:樓層的側(cè)向剛度比,振型參與質(zhì)量系數(shù),墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋,底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設(shè)計值。一次,為了分析判斷計算機計算結(jié)果是否合理,進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時,除了有合理的結(jié)構(gòu)方案、正確的結(jié)構(gòu)計算簡圖外,要正確填寫抗震設(shè)防烈度和場地類別,同時視實際情況,選取電算程序總信息中的其他各項參數(shù)是十分關(guān)鍵的。
3.1 結(jié)構(gòu)震等級設(shè)定
在建筑項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,大多房屋建筑按照防震等級分類均屬于丙類建筑,像辦公樓房、商品房、民用高層建筑以及一些工業(yè)建筑等,這類建筑的抗震等級建筑施工時可依據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)設(shè)定類型與建筑設(shè)計高度,按《抗震規(guī)范》的6.1.2條去設(shè)定。而在像能源、交通、通訊、醫(yī)療、消防等類建筑,也包括像大型場館用地、大型商務(wù)商場等公共建筑的具體設(shè)定,應(yīng)當根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》(GB50223―2004)對這類建筑確立出歸類。而對于乙、丙兩類的防震作用都應(yīng)按照當?shù)貐^(qū)域的抗震設(shè)防烈度去具體計算并設(shè)計。首先是乙類建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計,常規(guī)情況下,當抗震設(shè)防烈度為Ⅵ―Ⅷ度時,抗震的防控設(shè)計都應(yīng)按本地區(qū)域的抗震防控烈度去提高一度設(shè)計要求。對于具體性的抗震措施的設(shè)定,實際上是指原有的本區(qū)域的地區(qū)抗震防控烈度,去有針對性的提高一度抗震烈度,其依據(jù)是《抗震規(guī)范》所確立出的抗震等級規(guī)定;而當Ⅶ度區(qū)域性的乙類建筑高度如果超出規(guī)定的要求范疇時,就需要規(guī)定比一級抗震等級上更為合理的抗震舉措。如:某Ⅶ度地震區(qū)城市的一個大規(guī)模商務(wù)商場和一個二級醫(yī)院的門診部都應(yīng)歸于乙類建筑。但是假使設(shè)計人員把其按照丙類建筑來具體規(guī)劃設(shè)計時,就致使建設(shè)物的抗震性能大打折扣,還要對設(shè)計的抗震結(jié)構(gòu)計算做出較大程度上的修改。
3.2 地震力的地震型組合數(shù)
對于多層建筑的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時,如果對扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)因素不考慮在內(nèi)時,地震力的振型組合數(shù)起碼應(yīng)按照規(guī)定,選取為3。而如果振型數(shù)在高于3的情形下,就應(yīng)當設(shè)計計算為取3的倍數(shù),但還是計算還是不能多于層數(shù);在建筑層數(shù)≤2時,振型數(shù)的設(shè)計選定就可設(shè)定為層數(shù);而有些建筑實際上外形設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計都不是常規(guī)情況下的規(guī)則高層建時,并對扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)加以考慮時,此時設(shè)定振型數(shù)就應(yīng)≥9;建筑層數(shù)較多或其結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度突變程度較大變化時,其所設(shè)定的振型數(shù)的組合數(shù)就宜多取,如合計的結(jié)構(gòu)存有轉(zhuǎn)換層,頂層還有塔樓形式的多塔結(jié)構(gòu)等,振型數(shù)就應(yīng)選取≥12去按實際情況設(shè)取,也可以選取更多的振型數(shù)。但最后敲定下來的選取數(shù)不能多于房屋層數(shù)的3倍。另外,《抗震規(guī)范》中指定確立出,合理的振型個數(shù)正常情況下是能夠取振型參與質(zhì)量的總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。而諸如SATWE電算程序的強大計算功能,就能夠?qū)崿F(xiàn)合理設(shè)取并會根據(jù)建筑情況作出有力分析,綜合布局,它能很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。某些設(shè)計人員不太重視電算程序使用手冊的應(yīng)用,選取振型數(shù)時比較隨意,這是值得改進的。此外,由耦聯(lián)計算的地震剪力通常小于非耦聯(lián)計算得來的數(shù)值,因此,只有結(jié)構(gòu)存在大幅度扭轉(zhuǎn)時才采用耦聯(lián)計算,但是應(yīng)當在必要時補充非耦聯(lián)計算。
3.3 結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)
建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中的抗震墻結(jié)構(gòu)中由于有填充墻的存在,使結(jié)構(gòu)的實際剛度高于理論的計算剛度,并且計算周期高于實際周期。因此,導(dǎo)致計算出的地震剪力過于小,致使結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計可能有所偏差,這就需要對結(jié)構(gòu)的計算周期可作出適當?shù)恼蹨p,但同樣折減系數(shù)過大也是不穩(wěn)妥的。對于框架結(jié)構(gòu)來說,采用砌體填充墻時,周期折減系數(shù)可取0.6―0.7;當砌體填充墻相對較少與采用輕質(zhì)砌塊時,可取0.7―0.8;完全采用輕質(zhì)墻體板材時,可取0.9。另外,對無墻的純框架,計算周期是可以不折減的。以上問題在多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中比較常見,也常常被忽視。設(shè)計人員應(yīng)引起注意,確保結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量,以免造成錯誤。
結(jié)語:
根據(jù)混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計問題在實際設(shè)計研究階段,可能會遇到諸多的客觀性問題,在此不在贅述。因此,設(shè)計人員在對房屋框架結(jié)構(gòu)設(shè)計上,應(yīng)當考慮設(shè)計方案的可操作性,對可能影響解決問題的因素要多加留意,并及時采取有利、有效措施去及時處理、整改;而作為一個結(jié)構(gòu)設(shè)計者就需要在遵循各種規(guī)范的前提下大膽靈活的解決一些結(jié)構(gòu)方案上的難點重點并在工作中不斷的總結(jié)和完善。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:多層框架結(jié)構(gòu) 加固補強 粘鋼 加大截面
由于各種原因?qū)е卢F(xiàn)有多層框架結(jié)構(gòu),在梁柱、部分樓板以及剪力墻等部位出現(xiàn)很多裂縫或者是破損的情況,需要采取一定的加固措施來保證建筑結(jié)構(gòu)使用的安全性。
1 工程概況
該工程全框架結(jié)構(gòu)地上6層,地下1層。由于某些特定原因該工程施工到第四層的時候停工,期間相隔兩年時間,防護措施不到位?,F(xiàn)在準備重新開工,業(yè)主提出兩層西南角增設(shè)衛(wèi)生間、軸外雨棚板面能放置4只3匹空調(diào)室外柜機。二層局部結(jié)構(gòu)如圖1。施工之前進行相關(guān)檢測發(fā)現(xiàn),混凝土強度基本符合規(guī)范要求,然而在2層、3層結(jié)構(gòu)的部分梁底面出現(xiàn)了0.5~1mm間距不等的細小裂紋,結(jié)構(gòu)存在著混凝土震搗不實,有脹模和跑模,還有局部鋼筋外露,有著銹蝕等現(xiàn)象,配筋也沒有嚴格按照規(guī)范要求進行。
2 加固設(shè)計
在該工程中所采取的加固措施因部位不同而不同,本工程的加固處理主要有一般梁KL1,2,3、懸挑梁XL2以及柱KZ1錯位的加固處理:
2.1 梁的加固處理
對于KL1,2梁底部采取粘鋼處理,須確保粘貼鋼
板端部的錨固質(zhì)量。錨固一般有兩種方法,第一種是在自身的端部進行錨固,另外一種是將其他構(gòu)件與粘貼鋼板端部錨固在一起。對梁的兩端都布置箍板來加強錨固,不僅能起到錨固作用,還能使得梁端的抗剪能力有所提高。在加強錨固的同時,還需要將抗剪箍板增設(shè)在主次梁的交接處,同時配置少量的附加箍筋。對于梁上部的粘鋼加固,需要在沒有足夠負彎矩筋的部位采取粘鋼加固的措施,而在有柱子的情況下采取別的處理措施。KL3梁側(cè)面粘貼鋼板的加固處理,這部分的處理比較困難,因為這個時候墻體已經(jīng)建筑完成,為了能夠不破壞已施工完成的墻體,對于這部分的梁體采用了圖2的加固方法來對側(cè)面進行粘鋼。
衛(wèi)生間隔墻板底L1,2梁,設(shè)計采用了15#槽鋼,且沿長用φ10@500膨脹螺栓與現(xiàn)澆樓板緊固,保證了其側(cè)向剛度穩(wěn)定;梁端用了4顆φ14膨脹螺栓分別植入在KL1,2梁上。
2.2 懸挑梁的加固處理
懸挑梁XL2荷載增加也需要進行加固處理,而這部分的加固處理不能采用梁上部的處理方法,因為這會出現(xiàn)超筋的情況。通過進行計算分析,為了改變其受力情況來進行加固,可以采取加腋方法來加固,其中鋼筋要與原梁柱進行錨固處理,最適合的方法就是鉆孔植筋方法,下圖3是具體的處理方法及尺寸情況。
2.3 柱“爛根”、錯位的加固處理
在框架底層中柱KZ1的柱腳(±0.00米)處堆有部分建筑垃圾及雜質(zhì),這個部位的混凝土略顯酥松,還有部分鋼筋外露且出現(xiàn)銹蝕,縱筋不貫通,柱截面還有上下錯位的情況。為了能夠保證施工的便利性及保證加固質(zhì)量,需進行柱截面的加固。具體措施是先將柱根周圍疏松的混凝土清除掉,在露出主縱筋后配以同原框架柱的鋼筋,之后再澆水濕潤,構(gòu)件表面無明水情況下,澆筑高出原混凝土一個強度等級的新混凝土。在新澆筑的混凝土中插入接長的鋼筋,柱下端采用化學(xué)植筋,上端采用焊接連接,鋼筋的錨固長度要符合規(guī)定的要求。
3 加固后的結(jié)構(gòu)驗算
在采取加固措施后,為保證加固后的框架結(jié)構(gòu)滿足強度要求,需要進行驗算。具體的驗算方法也因部位及方法不同而不同,如果采取的是增大截面的方法進行加固,驗算的時候必須要按照加固后的尺寸來進行驗算;如果采用的是粘鋼加固的方法來進行加固,驗算的時候必須要堅持剛度等效的原則,具體驗算方程見公式(1),如果是采用碳纖維布來進行加固,其在剛度方面的提高必須要忽略掉,驗算還采用原來的尺寸來進行,混凝土強度的驗算公式按照公式(2)來進行,沒有采取加固措施的構(gòu)件按原來的尺寸進行驗算。其中公式(1)由公式(3)、(4)推導(dǎo)出,(2)~(4)均出自混凝土的相關(guān)規(guī)范。
4 加固施工
4.1 碳纖維加固處理
對于工程中出現(xiàn)的細小裂紋,則灌縫處理后進行局部粘貼碳纖維布。在采用碳纖維進行加固的時候,一般最常用的材料是進口的30型碳纖維材料。膠水也要使用與其相配套的膠,對于碳纖維的要求也有相應(yīng)的規(guī)定,寬度大概在100~200mm之間。為了保證其加固效果,在進行加固處理的時候還需要進行卸荷處理,這就需要借助數(shù)顯液壓千斤頂來卸除某些荷載。進行處理過后,還需要對構(gòu)件的表面進行平整和清潔,有必要將構(gòu)件表面的污垢以及雜質(zhì)清除干凈,對于不平整的地方要進行修補或者打磨,使得結(jié)構(gòu)粘貼面能夠保證平整。粘結(jié)施工的質(zhì)量好壞對碳纖維加固的效果有著很直接的影響,其加固處理必須按照一定的流程來進行施工,也就是構(gòu)件表面處理加固構(gòu)件卸荷配制粘結(jié)劑涂敷結(jié)構(gòu)膠粘貼碳纖維養(yǎng)護固化。
4.2 粘鋼加固處理
在粘鋼的選材方面要選擇6mm厚的鋼板,然后采用Q235鋼板進行加固,再用冀研牌SKY-I型粘鋼結(jié)構(gòu)來將鋼板粘結(jié)在一起。在用粘鋼加固處理的過程中也需要進行卸荷處理,處理的方法與使用碳纖維加固的工藝相同。在卸荷處理后,也需要對黏貼面的平整度進行修整,避免進一步損壞原結(jié)構(gòu)墻體,開鑿部位必須要用靜力水鉆密布切割,再清除掉表面的污垢和雜質(zhì),保證平整。
對于加固構(gòu)件的卸荷處理,取設(shè)計荷載的1/3為卸荷量比較合適,卸荷過程要實時監(jiān)控,以避免在卸除荷載的過程中又使得構(gòu)件出現(xiàn)一些新的損傷或者是裂縫。若梁是承受均勻荷載,則至少需要布置兩點以上的卸荷支點,保證其分布要均勻。而若是承受多次梁作用的主梁,則需要將卸荷支點設(shè)置在每個次梁下。為了避免出現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)傳力不當?shù)那闆r而損傷結(jié)構(gòu)其他部位,必須要使用傳力可靠合理的支撐結(jié)構(gòu)來進行卸荷。
在配制粘接劑方面,秤量的時候要按照選定配比來進行配制,在配制粘結(jié)劑的時候,最好是在10~30℃的環(huán)境溫度下進行。攪拌的時候必須要保證不能有水進入容器,所以在雨期施工時要特別注意。在膠水配制完成后需要進行涂膠與固定加壓,之后再進行養(yǎng)護以及固化。用抹刀將配制好的粘結(jié)劑涂抹在經(jīng)過處理的板面上,再用少量的膠來回刮抹,直到刮抹到規(guī)定的厚度,也就是在1~3mm之間,并且要保證邊緣薄而中間厚。完成涂抹膠之后,在預(yù)定的位置黏貼好鋼板。黏貼好之后,必須采取一定的支撐措施,輔以適度的加壓,使得混凝土表面與鋼板壓實。一天后待粘貼劑固化之后便可拆除支撐以及夾具,三天后便可使用。
5 總結(jié)
通過一系列的加固補強處理,該工程的結(jié)構(gòu)強度有了顯著的提高,能夠確保其在日后的正常使用的安全性,同時在一定程度上提高了框架結(jié)構(gòu)的耐久性,實現(xiàn)了設(shè)計的加固效果。這表明,對于出現(xiàn)裂縫或其它損傷的多層框架結(jié)構(gòu),采取適當?shù)募庸檀胧┦强梢赃_到補救目的的。同時,需要我們通過總結(jié)類似工程的先進經(jīng)驗,以便更好地對現(xiàn)有的未完成加固的工程提供一定的借鑒。
參考文獻:
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