钢结构发展设计（精选12篇）
钢结构发展设计 篇1
1 概述
上海世博会展馆的建设, 对建筑、结构业内人士来讲是一个“万国建筑博物馆”, 几乎所有的展馆均采用了钢结构, 创造出了千姿百态形态各异的建筑风格, 也说明钢结构可以设计出建筑艺术精品。作为低碳环保的绿色建筑, 钢结构建筑理应为构建资源节约型、环境友好型社会发挥更大的作用。与钢筋混凝土结构相比, 钢结构具有自重轻、强度高以及施工快等优点, 因此, 随着国家经济建设的发展, 在大跨度空间、多层以及小高层住宅领域中, 应用钢结构产品的的领域不断扩大。从西气东送、西电东输、南水北调、青藏铁路、2008年奥运会场馆设施、钢结构住宅、西部大开发等建设实践来看, 一个发展建筑钢结构行业和市场的势头正在我国出现。
2 改变传统理念, 提高设计水平
在上世纪80年代以前, 设计单层厂房和多层厂房时, 往往很自然的会不加思索的采用钢筋砼结构, 屋面结构体系采用预应力薄腹梁、大型屋面板。随着钢产量不断增加, 门式刚架重量轻、建设周期短、造价与钢筋砼结构基本相同等的优越性被人们逐步接受。但多、高层钢结构商住房由于深层次原因, 推广还是困难重重。
钢结构在建筑领域的发展势在必行, 钢结构一方面要得到人们的认知, 更重要的是提高从业人员的设计水平和学术交流。现在有一些建筑、结构设计工程师对钢结构体系概念并不清楚。都是由建筑师在既定的建筑方案基础上进行设计与计算。结构体系选择的优劣直接影响结构的经济性、合理性。现在设计院的结构工程师习惯于“平法表示”, 对钢结构来讲, 节点构造和钢承板铺设方向对结构影响和楼板平面刚度尚不够重视。节点构造在结构体系中无论对结构功能和用钢量都占有重要地位, 也直接影响造价, 在设计图中节点构造至少要提供刚接、铰接的标准节点, 只要图示清楚就可以由制造厂在深化设计中完成。
随着城市的快速发展, 新的建筑不断涌现, 这些工程是由多专业交融在一起, 业主、设计、施工盘根错节, 要创建一个好的、经得起时间检验和历史记忆的建筑工程恐怕为数不多。
中国是一个建筑业大国, 无论在建筑设计、结构设计和施工水平在60年代的“十大建筑”和我国援外的大型公共建筑和高层建筑都曾经走在世界前列, 引起世界关注。而现在建筑业大发展时代很多城市地标建筑成为外国建筑师在中国的试验场所, 但并非完美, 却对中国钢结构的设计和施工发展拓宽了视野, 推动了钢结构行业的快速发展。
现代建筑钢结构设计应体现钢结构的属性和行之有效的时代特征的艺术品建筑。深厚的控制能力, 秉承错综复杂的工艺技术, 创造性的设计与精湛的施工工艺相结合。
3 施工图设计
根据工艺、建筑要求及初步设计等, 并经施工设计方案与计算等工作而编制的较高阶段施工设计。施工图作为方案设计的后续, 其使得建筑设计作用更加贴近生活和施工。因此, 要求设计师要加强对生活的体验以及对建筑规范的透彻理解。通过一年多对大量施工图的设计, 屋面排水和节点大样是施工图设计的难点所在。如:在设计地下车库以及人防工程的时候应当加深对《高层建筑防火规范》的理解, 提高对楼梯梯阶净高的认识, 以及布置的卫生间一定要满足人性化的需要等。
4 施工图详图设计绘制
钢结构设计制图作为钢结构工程的基础和指导, 对钢结构工程的质量和进度有着直接的影响。钢结构制图从内容和形式上分为钢结构设计制图阶段划分和深度、绘制钢筋结构设计图以及绘制钢结构施工详图等。
钢结构详图的绘制工作是为钢结构的制作与安装提供准确、完善、美观的图纸资料。施工图按系统的划分, 可分为单跨厂房和多跨厂房;单跨厂房又可分为:钢柱及柱间支撑系统、吊车梁系统、屋面系统及墙面系统等不同的系统。多跨厂房中:钢柱及柱间支撑系统或墙面系统以“列”为单位, 吊车梁系统或屋面系统以“跨”为单位进行系统划分。施工图详图应包括:建施图、结施图、水施图、电施图、总平图、消防总平图等。建施图包括:图纸目录、建筑总说明、系统 (平面、立面) 图;结施图包括:图纸目录、结构总说明、系统 (平面、立面) 结构布置图及相应构件详图。
5 总评规划能力
只有通过工程实践才能更深刻地理解规划的知识并具备一定的动手能力。此外, 努力多了解钢结构设计理念动态和走向, 努力寻求设计师与投商的完美结合以便于与甲方沟通。作为设计师, 首先应通过国家现行规范和当地政府规定的容积率以及建筑密度等来宏观控制;其次, 作为一名成熟的设计师, 还应当能确定基本柱网, 选定建设风格以及贯通消防通道和小区路网等。
6 设计资料存档
除锻炼业务素质之外, 还要注重与甲方的沟通, 与同事的配合以及与施工方的交流。设计作为一项贯穿工程始末的工作, 我们应当努力做好以下几点:①培养自身业务能力以及增加对设计各环节的熟练度, 多思考多吃苦以提高工作效率;②与同专业同事之间营造你追我赶的氛围, 要有不学习不上进就会被淘汰的意识;③加强与公司内部各设计人员之间的合作, 多沟通多配合从而充分挖掘集体的潜力。
摘要：发展钢结构建筑有利于实现国民经济可持续发展, 近10多年来钢结构发展很快, 但钢结构应用范围涵盖面与发达国家相比还相差甚远, 中国是建筑业大国, 国内、国外的建筑市场十分广阔。如何扩大钢结构应用范围, 是建筑、结构工程师在建筑业可持续发展的“后建筑时代”也就是低碳、节能、环保建筑中所面临的继承和创新的挑战。我国钢结构大量在建筑工程中应用可以说是从广州新白云国际机场开始, 发展到今天在许多航站楼、会展中心、体育场馆、奥运场馆、工业厂房、高层建筑直至现在的高铁站房。本文对此展开一个阐述。
关键词：建筑,钢结构,工程,实践,设计,体系,实用
参考文献
[1]杨兵.轻型钢结构节点板三维设计方法的研究[D].河海大学, 2002.
[2]曾裕林.空间网格结构计算机辅助设计系统研究[D].湖南大学, 2003.
[3]李顺新.基于面向对象技术的钢结构标准件设计系统的研究与开发[D].武汉科技大学, 2004.
钢结构发展设计 篇2
(一)判断结构是否适合用钢结构
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。
(二)结构选型与结构布置
结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。
在 钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构选型与布置阶段尤其重要.对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从 全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断 计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。
钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。
结 构选型时，应考虑不同结构形式的特点。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应 有利于积雪滑落（切线50度外不需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳，总雪载和坡屋面相比释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的 框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或 很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为 前者，对抗震不利。
结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑.一般的说要刚度均匀.力学模型清晰.尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线 路传递到基础.柱间抗侧支撑的分布应均匀.其形心要尽量靠近侧向力(风、震)的作用线.否则应考虑结构的扭转.结构的抗侧应有多道防线.比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承受1/4的总水平力.框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子.(三)预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。
钢 梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l /b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估.通常50<λ<150, 简单选择值在80附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H型钢截面等.对应不同的结构，规范对截面的构造要求有很大的不同，如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题，在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
(四)结构分析
目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑P-Δ,p-δ.新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能.这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件:
典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形.简单结构通过手算进行分析.复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析.(五)工程判定
要正确使用结构软件，还应对其输出结果的做“工程判定”。比如，评估各向周期、总剪力、变形特征等。根据“工程判定”选择修改模型重新分析,还是修正计算结果.不 同的软件会有不同的适用条件.初学者应充分明了.此外,工程设计中的计算和精确的力学计算本身常有一定距离, 为了获得实用的设计方法,有时会用误差较大的假定, 但对这种误差, 会通过“适用条件、概念及构造”的方式来保证结构的安全.钢结构设计中,“适用条件、概念及构造”是比定量计算更重要的内容.工程师们过分信任与依赖结构软件有可能带来结构灾难，注重概念设计、工程判定和构造措施有助于避免这种灾难.(六)构件设计
构 件设计首先是材料的选择.比较常用的是Q235和Q345.当强度起控制作用时,可选择Q345;稳定控制时,宜使用Q235.通常主结构使用单一钢种以便于工程管理.经济考虑,也可以选择不同强度钢材的焊接组合截面（翼缘Q345，腹板Q235）.另外，焊接结构宜选择Q235B或Q345B。
当前的结构软件,都提供截面验算的后处理功能。部分软件可以将不通过的构件，从给定的截面库里选择加大一级自动重新验算，直至通过，如sap2000等。这是常说的截面优化设计功能之一，它减少了很多工作量。但是，我们至少应注意两点：
1.软件在做构件(主要是柱)的截面验算时,计算长度系数的取定有时会不符合规范的规定.目前所有的程序都不能完全解决这个问题。所以,尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件,我们应该逐个检查.2.当上面第(三)条中预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。
(1)强度不满足,通常加大组成截面的板件厚度，其中,抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。
(2)变形超限，通常不应加大板件厚度而应考虑加大截面的高度，否则会很
不经济。
使用软件的前述自动加大截面的优化设计功能，很难考虑上述强度与刚度的区分，实际上，除常用于网架设计外，其他结构形式常常并不合适。
(七)节点设计
连 接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一.在结构分析前,就应该对节点的形式有充分思考与确定.有时出现的一种情况是,最终设计的节点与结构分析模型中 使用的形式不完全一致，如果你不能确信这种不一致带来的偏差差在工程许可范围内（5%），就必须避免。按传力特性不同,节点分刚接,铰接和半刚接.初学者宜选择可以简单定量分析的前两者.常用的参考书[2]有丰富的推荐的节点做法及计算公式.连接的不同对结构影响甚大.比如,有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题,但会产生较大转动, 不符合结构分析中的假定.会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果.连接节点有等强设计和实际受力设计两种常用的方法, 初学者可偏安全选用前者.设计手册[2]中通常有焊缝及螺栓连接的表格等供设计者查用,比较方便.也可以使用结构软件的后处理部分来自动完成.具体设计主要包括以下内容:
1.焊接: 对焊接焊缝的尺寸及形式等,规范有强制规定,应严格遵守.焊条的选用应和被连接金属材质适应.E43对应Q235,E50对应Q345.Q235与Q345连接时,应该选择低强度的E43,而不是E50.焊接设计中不得任意加大焊缝.焊缝的重心应尽量与被连接构件重心接近.其他详细内容可查规范关于焊缝构造方面的规定.2.栓接:
铆接形式,在建筑工程中，现已很少采用.普通螺栓抗剪性能差, 可在次要结构部位使用.高强螺栓,使用日益广泛.常用8.8s和10.9s两个强度等级.根据受力特点分承压型和摩擦型.两者计算方法不同.高强螺栓最小规格M12.常用M16~M30.超大规格的螺栓性能不稳定,应慎重使用。
自攻螺丝用于板材与薄壁型钢间的次要连接.在低层墙板式住宅中也常用
于主结构的连接.难以解决的是自攻过程中防腐层的破坏问题。
3.连接板: 需验算栓孔削弱处的净截面抗剪等.连接板厚度可简单取为梁腹板厚度加4mm，则除短梁或有较大集中荷载的梁外，常不需验算抗剪。
4.梁腹板: 应验算栓孔处腹板的净截面抗剪.承压型高强螺栓连接还需验算孔壁局部承压.5.节点设计必须考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。构件运到现场无法安装是初学者长犯的错误。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
6.节点设计还应考虑制造厂的工艺水平.比如钢管连接节点的相贯线的切口可能需要数控机床等设备才能完成.(八)图纸编制
钢结构设计出图分设计图和施工详图两阶段，设计图由设计单位提供，施工详图通常由钢结构制造公司根据设计图编制，有时也会由设计单位代为编制。由于近年钢结构项目增多和设计院钢结构工程师缺乏的矛盾，有设计能力的钢结构公司参与设计图编制的情况也很普遍。
1.设计图: 是提供制造厂编制施工详图的依据.深度及内容应完整但不冗余.在设计图中,对于设计依据、荷载资料（包括地震作用）、技术数据、材料选用及材质要求、设计要求（包括制造和安装、焊缝质量检验的等级、涂装及运输等）、结构布置、构件截面选用以及结构的主要节点构造等均应表示清楚，以利于施工详图的顺利编制，并能正确体现设计的意图。主要材料应列表表示。
钢结构发展设计 篇3
【关键词】工民建；结构抗震；结构设计；发展前景
0.前言
工民建结构抗震一直是建筑工程设计中的重要课题，在抗震的研究中结构抗震和概念设计的提出，为建筑结构设计开拓了新的思路。在抗震设计思想指导下从整体设计上增加建筑结构抗震的性能，增加建筑的安全性。经过工民建中多年的抗震探索和研究，本文主要把总结设计经验引入了概念设计的设计新理念。这种设计理念从宏观角度对建筑抗震组织结构进行设计，在某些方面弥补了以往设计想法对抗震组织结构思考的不足之处，为今后的工民建组织结构抗震规划了一条新的设计方案。
1.概念设计的重要性分析
地震分为小震、中震和大震。所谓小震指的是常遇地震，50 年出现的概率大约为 63%，重现期为 50 年。中震是指 50 年出现的概率约为10%，重现期为 475 年。而大震指的是罕遇地震，50 年出现的概率为 2%～3%，重现期为 1641～2475 年。这个阶段的结构设计，对延性就会提出相应的要求，而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。当大震来临的时候，结构的非线性变形非常大，也可能发生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。
（1）重视概念设计还体现在整体规划设计阶段。初步设计过程是不能借助计算机来实现的，这就需要组织结构工程师综合运用组织结构概念，选择最为可靠、经济的组织结构整体规划。所以，需要工程师不断地丰富自己的设计理念，深入了解各类组织结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。运用概念性近似估算方法，可以在设计整体规划阶段迅速、有效果的对组织结构体系进行构思、比较与选择所得整体规划往往概念清晰定性准确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，这也是判断计算机内力、分析输出数据可靠与否的主要依据。计算软件的选择和使用不当，也会造成组织结构设计的不合理，甚至影响到建筑物本身的安全性。应用概念设计的思想，可以避免此类情况的发生。
（2）新抗震规范对具体问题的规定不够清晰。新抗震规范以可靠度理论为基础，吸收了延性设计的思想，但对于一些具体问题，例如中震可修的设防目标等，规定相当模糊。所以，我们不能盲目地照搬照抄规范，应该把规范作为一种指南和参考，并在实际工程应用中做出正确的选择，这就要求我们对整体组织结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去。一直以来，设计师认为组织结构设计很简单，只需遵循规范和手册，等建筑师完成建筑设计后，使用计算机就可以完成组织结构设计，但这不能充分地运用组织结构设计者的知识和技能，而且还会与建筑设计整体规划产生分歧和矛盾，所以我们应考虑在组织结构设计中如何运用概念设计，举个例子组织结构的抗风设计与抗震设计，抗震设计要求能消减外荷载，吸收或转换震动的能量；而抗风设计则要求组织结构在风的作用下动力相对而言应该小点，刚度较大这一矛盾必然影响组织结构体系的抗风和抗震性能。为了弥补这一不足，需要合理的概念设计与延性构造措施来加以保证。
（3）建筑组织结构的抗震设计，存在着许多模糊而且不确定的因素。例如，大地震动作用是一种随机性很强而且循环往复的荷载，建筑物的大地震动破坏机理又十分复杂，要准确计算或预测建筑物所遭遇的大地震动特性和参数，还难以做到。风荷载的脉动性与涡流作用情况也是如此。因为建筑物受到的大地震动作用难以确定，所以适用、安全、经济的组织结构体系必须注重概念设计。
（4）新抗震规范提出了在建筑物内设置大地震动反应观测系统的要求，并提出了组织结构两个主轴方向的动力特性（周期和振型）相近的抗震概念所以在组织结构概念设计中还应该注意组织结构与场地的共振问题。
2.概念设计的应用分析研究
组织结构抗震设计的目的是使组织结构在强度、刚度、延性以及节能等方面取得最佳，从而满足小震不坏，中震可修，“大震不倒”的要求。在当前的科技水平和经济条件下，为了保证组织结构具有可靠的抗震性能，概念设计应充分考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性，建立组织结构计算模型，抗震组织结构体系的选取，材料效用，温度作用以及组织结构的空间作用等。
（1）组织结构薄弱部位抗震构造措施的理解和应用组织结构薄弱部位的处理，如建筑平面外墙转角处的转角窗，限制了角部组织结构竖向抗侧力构件的设置，如果采用概念设计，解决这一问题的方法是 2 竖向构件间应设厚板、暗梁等可靠拉结。再如，由于节点部位的重要性，所以引入抗裂性的概念，以此来比较梁柱节点偏心所引起的节点性能的变化。建议在大地震动区，不宜采取梁柱偏心过大的节点形式，而且构件节点的承载力不应于其连接构件的承载力。
（2）现行抗震计算模型的理解和应用新抗震规范规定一般情况下，应允许在建筑组织结构的 2 个主轴方向分别计算水平大地震动作用并进行抗震验算，各方向的水平大地震动作用应由该方向抗侧力构件承担。而实际组织结构难以实现强柱弱梁的主要原因则是计算模型问题。即：仅仅对相互正交的 2 个主轴方向进行内力分析和强度设计，不能真实反映组织结构的空间作用。所以，应用概念设计的原理，结合大量地震带来的危害和试验研究成果，所得出的结论是：构件的最不利受力状态随着构件和大地震动作用方向而变化。当大地震动作用方向与组织结构主轴方向一致时，梁处于最不利受力状态；当大地震动作用与组织结构的主轴方向呈 45°时，大多数柱处于最不利受力状态。
3.建筑组织结构抗震设计的前景分析
组织结构抗震体系由传统的以“硬抗”为主的抗震体系向以“柔抗”为主的组织结构减震控制体系发展。组织结构减震体系采用的是以柔克刚的新概念，它通过调整组织结构动力特性、隔震、减能或控制来达到抗震的目的，在未来的工民建中组织结构抗震的想法将向着减轻危害的方向发展。
4.结语
近几年来，地震频发，而我们也能看到很多的建筑在地震中非常容易的倒塌，对人民群众的生命财产安全产生了非常大的危害，相关的工民建结构的设计者，一定要认识到现时工程设计过程中存在的问题，对比各种结构的优劣势，并采取一定的措施，强化结构的抗震性能，结构抗震设计理论经历了静力设计、反应谱设计、动力设计和减震控制设计四个阶段，当前国内外抗震设计的发展趋势是根据对结构在不同超越概率水平下的地震作用下的性能或变形要求进行设计，结构弹塑性时程分析成为抗震设计的一个必要的组成部分，抗震设计进入了一个真正意义上的动力时代。从而保护好人民群众的生命财产安全问题。
【参考文献】
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浅析钢结构住宅设计与发展 篇4
钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个重要分支,它以工厂化生产的钢梁、钢柱为承重骨架,同时配以新型轻质、保温、隔热、高强的墙体材料作为围护结构建造而成。
目前,发达国家钢结构广泛应用于各类建筑中。在美国、日本等发达国家,钢结构用钢量已占到钢产量的30%以上,钢结构建筑面积占总建筑面积约40%以上。我国钢结构体系无论在使用量和应用范围上,还是在成套技术标准上,都和发达国家存在着很大的差距。在住宅方面,真正实现大规模生产应用的钢结构体系还是空白。因此探讨我国发展钢结构住宅建筑的设计与前景具有重要的现实意义。
2 钢结构住宅的优势
1)由于砖混结构占我国年竣工建筑面积的很大一部分,大量的烧砖取土损坏大量耕地,而且砖混施工繁琐、资源大部分不能回收并造成大量的建筑垃圾,而钢结构配件机械化程度高,现场主要为干作业,能减少施工用水、噪声、垃圾污染,采用的材料大部分可回收再利用。2)由于钢材组织均匀,接近于各向同性匀质体,强度高,弹性模量高,其密度与强度的比值远小于砖石、混凝土、木材,在同样受力情况下,钢结构住宅自重比传统住宅结构要轻30%左右,因此大大降低了基础施工的强度,减少地基处理的费用,因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度,有利于抗震。3)由于钢构件小,便于工业化制作、运输、安装和现场装配,工期相对比传统住宅缩短约40%,开发商更容易降低市场风险,同时增大了有效的生活空间,具有充分的灵活性、可改性和安全性。4)由于钢结构住宅采用全封闭式保温隔热防潮系统,温度变化小,热损失低,与砖混结构住宅相比,可节能60%以上,冬夏季空调设备可节约耗电30%以上,因此钢结构住宅体系有着极高的环保节能意义。
3 钢结构结构体系及主要构件
3.1 结构体系
1)钢框架体系。该体系由钢梁钢柱刚性连接,传力明确,具有很好的抗震延性,制作安装简单,施工较快,具有较为灵活的空间布置,但是侧向刚度较弱,因此一般适用于6层以下的多层建筑,用于高层建筑经济性较差。2)钢框架—支撑体系。通过加支撑的方式增加结构整体刚度和抗侧能力,减少了用钢量,梁、柱节点构造相对简单,形成了两道抗震防线,使得结构具有较好的抗震性,缺点在于斜向支撑不利于门窗洞口布置,而且强烈地震作用下支撑斜杆反复拉压,容易导致结构进入弹塑性状态,引起周围构件严重破坏,最终导致结构整体失稳破坏,因此不适用于强风和高烈度地震区。3)钢框架—嵌入式墙板体系。嵌入式墙板主要有钢板剪力墙板、内藏钢板制成的混凝土预制剪力墙板和带竖缝的混凝土剪力墙板。由于在强风和高烈度地震区的住宅钢结构,既要满足结构刚度要求,又要保证结构在罕遇地震下具有足够的延性,用嵌入式墙板部分或全部代替钢支撑,优点在于结构自重小,减轻了地震作用,嵌入式墙板设置可缓解对梁柱节点区的延性要求,但是结构用钢量大。4)空间错列桁架结构体系。该体系是由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架组成,桁架的高度等于层高,在相邻柱子上是交错布置,楼板一端搁置在桁架的上弦,另一端搁置在相邻桁架的下弦,中间不需要设置楼板梁格,建筑平面布置灵活,侧向刚度大,结构重量轻,造价低,是高层建筑钢框架结构中的一种新的结构体系,缺点在于桁架不利于门窗布置及人流安排,而且抗震性能有待于进一步研究。5)轻钢龙骨结构体系。该体系一般由柱、梁、大龙骨、地龙骨及中间腰支撑通过配套扣件和加劲件用自攻螺钉连接而成,此结构体系的优点在于构件隐藏在墙体内部,有利于建筑布置,而且保温性能好,施工速度快,缺点在于耐火性差,不适用于强震地区的高层建筑。
3.2 主要构件
1)梁、柱节点。钢结构住宅中的框架梁和次梁一般情况下宜采用热轧或焊接窄翼缘H型钢,承受扭矩或很大弯矩框架梁宜采用焊接箱形截面,次梁宜考虑钢梁和混凝土楼板的共同作用,形成钢—混凝土组合梁,钢结构住宅一般框架柱在两个方向都承受较大的弯矩,同时应考虑强柱弱梁的要求,目前广泛采用焊接H型钢,对于轴压比较大、双向弯矩接近、梁截面较高的框架柱,宜采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱。节点设计中应使得节点具有良好的承载力与抗震性能,并能满足不同结构体系相应的强度、刚度和延性要求。2)楼板。目前采用的楼板形式:现浇钢筋混凝土楼板、压型钢板组合楼板、预应力钢筋混凝土叠合楼板。楼板除了要将竖向荷载传递给梁柱之外,也是空间构件之间协调作用的保证,因此楼板需要具备一定的刚度和承载力,同时楼板还要满足住宅的使用功能,具有一定的抗裂、抗渗、抗漏的要求,以及较好的隔声、防颤、防水和防火性能。3)内外墙设计。为了体现钢结构住宅的优越性,减轻结构自重,内外墙一般采用轻质复合墙板,外墙除了满足围护功能外还需满足承载能力、防水、隔声、防火、防渗、抗冻等方面的要求,而且与框架连接简单,易于施工并能有效地传递风荷载或地震荷载给框架。内隔墙需具备隔声、耐火性能和足够的强度以及便于埋设各种管线的要求。
4 钢结构住宅发展所存在的问题
钢结构住宅虽然拥有诸多优点但仍然有如耐火、防腐、技术标准欠缺、工程造价、消费观念转变、专业人才缺乏等问题:1)钢结构在正常使用下是一种很好的材料,但是一旦温度达到一定高度时钢结构材料的强度与刚度都会等于或者接近于零,目前经常采用的措施有:外包混凝土、外涂防火涂料和外包防火板。2)由于钢结构经过温度的不断变化及水汽、电解质的影响,生锈老化在任何部位都可能发生,由于结构老化导致强度、稳定性下降会对建筑造成严重的危害,目前主要采用涂防腐层,但是并不能满足大规模的工程建设要求。3)我国钢结构住宅的建筑及结构设计标准和节能标准还不够完善,特别是缺少相关部件标准和产品技术标准,成套的钢结构住宅技术规范和施工规程还不够全面。4)我国钢产量高但人均产量仍然较少,钢材在我国国民经济中仍属较贵材料。5)钢结构住宅在西方已经很成熟,但对我国来说仍然还是新鲜事物,市场接受起来比较慢,因为人们对新事物总是抱有怀疑态度。6)钢结构专业技术人员、技术工人缺乏,企业技术质量和管理工作都不适应生产的需要。
钢结构住宅研究将促进建筑业向技术密集型转化,并将带动建材、冶金、信息机械尤其是钢铁企业发展,成为我们国家新的经济增长点,对于现阶段问题我们需要首先进行试点工程,引入生产技术,完善钢结构住宅技术标准和规范,要将这种技术体系纳入专业学校教程,并对在职技术人员和技术工人进行培训,同时应投入更大力量进行深入研究和开发,只有这样才能使我国钢结构住宅产业化得到更加健康快速发展,从而形成更加具有竞争力的产业。
参考文献
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[2]胡孜华.浅谈我国钢结构住宅的应用与发展[J].中国建设教育,2007,8(8):55-56.
《钢结构设计规范》 篇5
1、《钢结构设计规范》
2、《低合金高强结构钢》
3、《优质碳素结构钢及一般技术条件》
4、《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》
5、《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》
6、《热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏差》
7、《热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差》
8、《美国材料与试验协会系列标准》
9、《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母垫圈与技术条件》
10、《钢结构用挪剪型高强度螺栓连接副》
11、《六角头螺栓——C级》
12、《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺栓》
13、《涂装前钢材表面绣蚀等级和除锈等级》
14、《多功能钢铁表面处理液通用技术条件》
15、《低合金钢焊条》
16、《焊接用钢盘条》
17、《熔化焊用钢丝》
18、《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》
19、《低合金钢埋弧焊用焊剂》
20、《溶解乙炔》
21、《电石》
22、《气体保护焊用钢丝》
23、《焊接质量保证钢溶化焊接头的要求和缺陷分级》
24、《钢结构焊缝外形尺寸》
25、《气体、手工电弧焊及气体保护焊坡口基本型式和尺寸》
26、《埋弧焊坡口基本型式和尺寸》
27、《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》
28、《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》
29、《焊接接头机械性能试验取样方法》
30、《焊接接头冲击试验方法》
31、《焊接接头拉伸试验方法》
32、《焊缝及溶金属拉伸试验方法》
33、《焊接接头弯曲及压扁试验方法》
34、《焊接接头及堆焊金属硬度试验方法》
35、《焊接接头应变时效敏感性试验方法》
36、《焊缝金属和焊接接头的疲劳试验法》
37、《钢结构工程施工及验收规范》
38、《钢结构工程质量检验评定标准》
39、《建筑钢结构焊接规程》
40、《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》
钢结构发展设计 篇6
摘 要：本文介绍了消能减震的设计标准，消能减震体系的基本理论和消能减震结构的设计方法，并介绍了每种方法的应用范围及以后的发展前景。
关键词：消能减震结构；设计方法；等效阻尼
中图分类号： K826.16 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）21-151-2
1 消能减震设计标准
近年来，各个国家都开始对消能减震结构进行全面、深入的研究，各国也相应制定了相关的规范。
美国最早制定相关条款，颁布消能减震技术的暂行规定，指出消能减震结构不同于普通抗震结构，由于消能阻尼器的加入，对结构的设计方法也发生了改变。之后，在FEMA273中增添了隔震和消能减震设计一章，专门讲述消能减震设计。
在2003年，日本隔震协会也在《被动控制结构设计施工手册》中说明了某些阻尼器的类型及被动控制结构的设计方法，对消能减震结构设计提出了相应的方案。
我国《建筑结构抗震设计规范》中也相应加入了消能减震结构设计方面的相关内容。规范中对消能结构的设计方法、装置的性能、安装技术等均给出了相应的指导，对消能减震结构的设计与推广具有重要的作用。
2 消能减震系统的基本理论
消能减震结构体系运动方程可写为：
3 消能减震系统的设计方法
3.1 振型分解法
采用振型分解法进行消能减震结构设计的主要问题是如何考虑结构增加消能阻尼器后的等效阻尼比和等效刚度，并对消能减震结构加入阻尼后的非正交阻尼矩阵进行解耦。对此，国内外有很多学者进行了研究，主要有Iwan、Warburton、Soni和欧进萍等人。
在振型分解法中，一般利用规范给定的计算过程来实现。而对于等效阻尼比的确定主要有复模态法、强解耦振型分解法和基于变性能的等效阻尼法这三种方法。复模态法是一种精确解法，通常比较复杂不适合用于工程中；而其他两种方法为近似解法，较为简单的同时也具有较好的精度。在进行等效附加阻尼比计算时，一般采用迭代法。但是，振型分解法一般只能用在结构处于弹性状态下的消能结构地震作用设计，因为当结构进入弹塑性状态时，规范给出的反应谱已不存在确定的振型，因此这种方法对于进入弹塑性消能减震结构是无法进行计算的。
3.2 时程分析法
时程分析法对于弹性和弹塑性体系都能分析。时程分析法是相当于是一种数值分析计算方法，他直接对结构的动力方程进行数值积分，能够得到结构在地震作用各个时态的加速度、速度和位移的计算方法。由于其直接对运动微分方程进行积分，所以其计算更为精确，对弹性体系和非线性体系均能做出分析。时程分析法的计算流程如图1所示：
3.3 数值积分法
数值积分法就是：将输入的地震波分成若干个小时间段，根据各段的初始值位移u（t） 、速度（t）、加速度（t）等来求出各段的末端值位移u（t+？驻t）、速度（t+？驻t）、加速度（t+？驻t），并将该值作为紧接着下一段的初始值，以此类推，直到求出所有段的数值。一般采用的计算方法有Wilson-？兹法、Newmark-？茁法和线性加速度法。
3.4 能量分析法
基于能量的抗震设计方法考虑地震输入结构的能量和结构自身各部件消耗的能量相同。根据能量平衡的原则，可列出下述能量平衡方程：
Ein=ER+ED+ES+EA （4）
式中Ein—地震作用时输入结构（传统抗震结构、消能减震结构）的地震能量；
ER—地震作用下结构反应能量（；结构振动动能、势能）；
ED—结构阻尼耗散的能量（一般不超过5%）；
ES—主体结构构件在非弹性变形状态下耗散的能量；
EA—消能构件或消能装置所耗散的能量。
从上述方程式中可看出，对于消能减震结构体系，因ED所占比例较小（5%左右）可忽略不计，在地震作用时消能构件会先于主体结构进入非弹性工作状态，此时的消能构件耗散大量因地震能量對结构物的输入（EA→Ein）。由于消能构件产生的阻尼消耗了地震能量，而能量输入到结构中的却较少，这就意味着主体结构在地震作用下的地震反应将有显著的减小，避免主体结构遭受整体性的破坏。
在工程设计中，可以考虑地震能量全部由耗能减震器来耗散或吸收，则可表示为：Ein < EA （5）
虽然，公式（5）中忽略了ER、ED、ES等耗能因素的影响，但这不仅简化了计算，还可以将这些因素作为工程设计中的安全储备。
3.5 基于性能的抗震设计思想
基于性能的抗震思想，是一种最新提出的抗震思想，代表了今后抗震设计思想的发展方向。它的设计关键，是在设计过程中将某个或某几个指标作为消能结构抗震设计的指标而进行设计。它分为基于性能的抗震设防标准和抗震设计方法，前者是经投资效益分析得出的具有优化意义的标准，后者基于性能的抗震设计方法，则要确定为满足设防标准需要进行具体计算。但是，目前基于性能的抗震思想还不是很成熟，需要大量的研究学者不断探索和丰富。
4 总结
①消能体系的计算最主要在于如何考虑加入消能减震装置后对于原结构体系的刚度和阻尼产生了影响。如何考虑附加的阻尼和刚度是消能减震结构设计需要考虑的核心问题。考虑附加阻尼和刚度后，结构体系的求解方法也是关键之一。②振型分解法主要适用于消能减震结构体系的弹性分析阶段。结构体系在多遇及罕遇地震作用下会进入到弹塑性分析阶段。时程分析法则可以弥补振型分解法的不足，求解结构弹塑性问题。③能量分析法从能量消耗的角度来考虑，具有很大的实践指导意义。但是，地震能量具体的消耗方式，需要通过大量的实验和实践来检验。
参 考 文 献
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钢结构发展设计 篇7
遗传算法 (Genetic Algorithm, 简称GA) 是一种基于生物遗传和进化机制的适合于复杂优化系统的自适应概率优化技术[1]。首次被提出时是在美国Michigan大学Holland教授的博士生Bagley的论文中。1975年Holland教授在其专著Adaptation in Natural and Artificial Systems中比较系统阐述了该算法, 其后De Jong, Goldberg, Davis以及Koza等人将其发扬光大, 从遗传算法的工作框架到完整论述其基本原理, 从进行纯数值函数的优化实验到工程实例和科学计算的应用。
目前, 遗传算法在控制规划、图像和信号处理等领域取得了很大的推广, 但在建筑结构优化领域, 研究与应用还比较匮乏。建筑结构中荷载工况多, 约束条件多以及设计变量过多等因素制约着它的发展。
1 遗传算法原理及其改进
遗传算法的基本原理是从初始种群开始, 按照生物的进化理论来设计算法, 让两个父本交叉产生两个子代以保持种群的继续繁衍, 再引入变异因子使个体基因产生变异以保持群体的活力。计算每个个体对环境的适应度, 通过适者生存的淘汰原则来确定被选择个体, 适应度高的个体被保留。经过若干次遗传次数后, 保留的将是对环境适应度最高的个体, 即算法的最优解。
1.1 遗传算法的实现步骤
遗传算法的实现过程主要包括七个方面:个体编码、初始种群的产生、个体适应度的计算、选择操作、交叉操作、变异操作以及终止条件的判断。
1) 个体编码:编码就是把一个解空间的可行解转换成遗传算法所能处理的搜索空间的操作;2) 初始种群的产生:随机产生初始种群, 这是遗传算法开始迭代的起点;3) 个体适应度的计算:用适应度函数来评价每个个体的适应度, 适应度的高低决定了该个体的淘汰或保留;4) 选择操作:选择的目的就是通过适者生存的生物准则对个体进行筛选, 对个体适应度进行比较后决定其遗传到下一代的概率, 适应度高者保留的概率就大;5) 交叉操作:交叉运算是配对的两个父本的染色体按照某种选定的方式交换部分基因的过程。交叉操作目的就是繁殖、重组, 产生新个体;6) 变异操作:变异运算是以较小的概率将种群中个体染色体上的某些基因进行等位替换的过程。变异的目的是模拟生物界的基因突变的过程, 以产生新的个体;7) 终止条件的判断:终止条件是对是否达到了所想要的优化结果的一种判断。
遗传算法的流程见图1。
1.2 遗传算法的改进
标准遗传算法有对可行解表示的广泛性、内在启发性搜索特性等诸多优点, 但是它具有两个比较明显的不足:1) 在遗传初期, 某些适应度很高的个体, 迅速被优先选择, 使得种群很快收敛到局部最优解而不是全局最优解, 即早熟现象;2) 在遗传后期, 快接近全局最优解时出现左右摇摆而停滞, 使得收敛速度很慢甚至得不到最优解。
不少研究者都对标准遗传算法的参数和操作进行相应的改进, 以期达到避免上述问题的目的。相关的改进方法主要集中在采用自适应的遗传策略、与其他算法结合的混合遗传算法和采用小生境技术等方面。
自适应遗传策略主要体现在交叉概率Pc和变异概率Pm。
袁慧梅[2]对交叉概率Pc采用了四种简单的公式, 分别是交叉率随遗传代数指数下降、直线下降、双曲线下降和圆周下降。经过试验对比发现, 随双曲线下降的自适应交叉率在获得全局最优解的概率和收敛速度上效果最好。交叉率随遗传代数双曲线下降公式:
其中, Pct为第t代的交叉率;Pc, max, Pc, min分别为最大、最小交叉率;t为遗传代数;tmax为最大遗传代数。
还采用与两父串间相对海明距离成反比的自适应变异概率。变异概率公式为:
其中, Pmt为第t代的变异率;Pm, max, Pm, min分别为最大、最小变异率;t为遗传代数;tmax为最大遗传代数;R, Rmax为父串间的欧氏距离和最大欧氏距离;λ为一常数。
M.Srinivas和L.M.Patnaik[3]对交叉率和变异率进行了线性的改进, 并通过函数验证了其效果。
交叉率公式为:
变异率公式为:
其中, fmax为群体适应度的最大值;为群体适应度的平均值;f为要变异个体的适应度;f'为要交叉的两个父本的适应度的较小值。
在上述线性改进的基础上, 王晓燕[4]将两公式向余弦公式进行改良, 并用该算法对两跨三层钢框架进行了优化, 取得了满意效果。
交叉率为:
变异率为:
式 (5) , 式 (6) 中相关参数含义同上。
邝航宇[5]为了使收敛速度更快, 将上述公式改良成指数形式, 在函数的测试中也取得了避免陷于局部最优解的效果。
交叉率和变异率公式分别为:
式 (7) , 式 (8) 中相关参数含义同上。
为了避免早熟现象和遗传后期收敛停滞的现象, 不少学者也试着用混合遗传算法来解决这个不足。
朱朝艳[6]将离散复合形法嵌入到标准遗传算法中, 组成混合遗传算法, 并对12根桁架的简单结构进行优化分析, 得到较好的效果;张延年[7]用一维搜索方法与标准遗传算法相结合, 且在论文中用该法对桁架结构进行优化设计;李刚等[8]对30层的框架剪力墙结构采用标准遗传算法与准则法相结合的方法进行优化分析, 得到满足相关规范的满意的设计结果。
此外, 有些学者也利用小生境技术和共享函数法来改进算法, 以达到克服早熟和后期收敛速度慢的问题。
2 遗传算法在钢结构优化设计中的应用
遗传算法作为一种内在启发式优化算法, 在建筑结构优化设计里尤其在工程实例中采用还不广泛。目前钢结构优化设计中, 主要是对简单的桁架结构、门式刚架结构、钢框架结构以及网架网壳结构进行了一些研究和应用。
钢桁架结构是一种最简单的结构形式, 优化研究是从简单的形式开始, 因而有不少论文都是关于桁架结构采用遗传算法进行优化的例子。经典的3杆[9]、10杆[10]、16杆[10]和72杆[10]的桁架结构是遗传算法进行优化应用很成功的算例, 被普遍采用。
门式刚架常常采用变截面的工字钢, 一些论文对这种结构进行过优化。路鑫[11]在硕士论文中采用了小生境技术的混合遗传算法对跨度为12 m, 柱高为5 m, 屋面坡度为10%的单跨双坡式门式刚架进行稳定优化设计, 并将优化的结果与PKPM软件优化的结果进行了对比, 得出遗传算法能够得到更好的效果和结论;汪洋[12]也在其硕士论文中采用遗传算法对跨度为30 m, 檐口高为8 m, 屋面坡度为10%的单跨单层刚架厂房进行了截面优化, 也取得了较好的效果;还有一些学者等对门式刚架也进行了相关遗传优化研究。
钢框架结构是工程中最常采用的结构体系, 对框架结构的优化也具有必要性。曹坤远等[13]对三层钢框架结构采用改进的遗传算法进行以结构重量为目标的优化, 在经过100次的遗传迭代后取得了较好的结果;尹志刚[14]分别对单跨五层钢框架结构和双跨十层的钢框架结构采用改进的遗传算法进行了以用钢量为目标的优化计算;此外, 还有不少研究者以各种方式对钢框架进行了遗传优化的计算和分析。网架网壳结构属于空间网格结构体系, 一般用作顶棚或屋盖体系, 体量较大, 优化后能够取得较好的经济效果。王福成[15]在其硕士论文中就采用改进的遗传算法对周边剪支的正放四角锥网架结构进行了结构优化, 也验证了遗传算法在网架结构中的可行性。牟在根[16]采用将小生境技术和自适应策略引入到标准遗传算法, 并用该算法对直径为40 m的单层网壳结构进行了质量优化计算, 相比于实际设计的用钢量节省了20%, 取得了较为理想的优化效果。
3 结论与展望
遗传算法在钢结构优化设计方面应用还有很大的发展和应用空间。目前采用遗传算法优化的主要是平面结构 (如平面桁架、平面框架、门式刚架等) , 对双层网壳结构和三维框架等空间结构应用不多, 空间结构一般体量较大因而还有很大的优化潜力;遗传算法在目前的研究中主要是针对单工况下的优化, 而实际工程因荷载种类复杂、组合多样而采用多工况设计;在大量的论文中使用的优化模型都是研究者参考其他文献或自己构造的, 使用实际工程进行遗传优化的不多, 研究遗传算法的目的就是为了应用于实际工程, 因而这方面还有待深入应用;市场上的钢结构设计软件的优化模块采用的是满应力准则或其他准则算法, 若将遗传算法应用于设计软件还有很多研究工作要做。
摘要：论述了遗传算法的原理及其实现步骤, 分析了遗传算法的缺陷, 据此提出了改进算法的建议及方法, 并介绍了该算法在钢结构优化设计中的应用情况, 指出该算法在实际工程结构优化设计方面的应用具有很大的发展空间。
高层建筑结构设计的发展研究 篇8
现代高层建筑起源于美国, 1894年纽约曼哈顿的人寿保险大厦标志着进入超高层建筑发展阶段。建筑业作为国民经济发展中的一大行业部门, 受近几年土地价格上涨和建筑技术提高因素的推动, 高层建筑如雨后春笋般涌现, 逐渐成为国内建筑业中的核心力量。2008年竣工的上海环球金融中心, 总楼层数101层, 主体高度492 m, 居世界第二;2009年的珠江新城西塔, 总高度432 m, 楼层数104层;2010年的广州电视塔, 主体高度450 m, 总建筑高度510 m……但是, 数量的增加并未带来质的提升, 国内的高层建筑在结构设计方面还存在着一系列的问题, 这些问题的存在也阻碍了建筑行业的进一步提高。为此, 本文将从各方面、各角度入手, 探析高层建筑中所存在的结构设计问题, 谈谈解决问题的对策。
2 高层建筑结构设计所存在的问题
我国高层建筑的结构材料一直以钢筋和混凝土为主, 而随着建筑设计思想和理念的更新与变换, 国内各建筑设计师对高层建筑的结构设计趋于多样化和复杂化, 这不仅对建筑结构材料提出了更高、更细的要求, 也给建筑技术带来了一定的难题。
2.1 嵌岩桩的竖向承载力计算和长径比问题的分析和计算
桩作为建筑物的基础, 在建筑的设计、施工等环节都有着重要的影响, 其承载能力的高低、对地层条件的适应性强弱和控制沉降性能的好坏对今后建筑施工有着积极的意义。自80～90年代以来, 受建筑技术和设备不断提高和升级的影响, 业内发明了很多新的桩型和新的工艺, 使得桩能更好、更大程度地满足于各类土木工程的实际需求。据相关数据统计, 有70%以上的建筑在设计和施工中需要利用桩, 而桩的费用占了工程造价的25%-33%左右。为此, 对设计人员来说, 对桩的承载能力如何计算和分析有着重大的现实意义。随着国内高层建筑的发展, 嵌岩桩得到了广泛应用, 然而由于嵌岩桩具有承载力大、试验耗费大的特点, 故完整的试桩实测资料不多, 这就约束了其承载性能的全面认识。近年来, 国内外大量的实测资料都表明, 嵌岩桩即使是在无覆盖层条件, 并非一律就是端承桩, 而较长的嵌岩桩大多属于摩擦桩, 很长的嵌岩桩可能完全属于摩擦桩。
2.2 超长钢筋混凝土结构温度应力
近年来, 超长钢筋混凝土结构在公共建筑和高层建筑中不断得到应用, 然而建筑设计理念与美感的要求, 使得建筑设计师要求在结构设计上不设或者少设温度伸缩缝, 导致不设温度伸缩缝的建筑结构长度远远超出了我国规定的伸缩缝限值。相反, 国外对伸缩缝的间距并没有严格的要求与规定, 只是要求建筑结构的长度超过一定值时, 计算温度引起的应力即可。同时, 由于混凝土结构尺寸的增加, 温差变化所引起的温度变形和混凝土水化热, 而温度变形和混凝土水化热又引起伸缩变形而造成应力问题。目前, 国内对温度荷载作用并没有严格的定义与规定, 只是在结构构造上做了一定的要求。由于温度应力是引起超长结构裂缝的主要原因, 容易受到自然环境或人为作用的影响, 也时时刻刻经受温度的改变, 当温差变化所引起的拉应力超过荷载引起的拉应力值时, 混凝土结构便会出现裂缝, 将危及结构的安全。
2.3 地下车库的建设
人民生活水平的提高使得近年来私家车数量逐渐增加, 城市中停车已经成为了一大难题, 而各高层建筑作为人口密集地, 如何解决好停车问题成为了建筑设计中的重要一环。为此, 国内大部分高层建筑的停车场都将地下停车库作为首选。据相关规定, 地下车库的柱网尺寸基本上在8.4 m×6 m左右, 而其结构设计由地质结构与水文条件所决定, 且车库内部还需保有消防通道和消防设施, 使得车库容积大大缩小。
2.4 钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力
城市高层建筑一般都是作为写字楼的办公之所, 因此, 在建筑设计与施工中往往需要考虑配置空调、消防等设备, 而这些设备通常都是配置在楼层梁底下, 而这些梁需要在其腹部进行开孔后, 才能进行设备的安装。腹部开孔后的梁的承载能力与未开孔的大大不同, 其承载能力大大减小, 且不仅容易在弯矩或剪力最大处发生破坏, 而且还有可能发生在洞口处, 这大大增加了梁破坏的概率。
3 解决对策
(1) 运用有限元理论和ANSYS软件解决嵌岩桩的相关计算与分析问题。有限元方法是将结构离散化, 把荷载和位移简化到结点上来分析的数值计算方法。其既可以以位移为未知数, 也可以以应力为未知数。运用岩土的本构模型 (本构定律) 对材料的应力、应变、强度和时间的关系进行计算与分析, 为了便于计算与分析, 可广泛应用ANSYS软件。ANSYS软件在钢筋混凝土房屋建筑等工程中可以广泛地应用, 对这些建筑结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案。同时, 根据工程设计与施工的实际情况, 建立嵌岩桩的三维弹塑性有限元模型, 计算分析得到了嵌岩桩单桩竖向承载力特征值。
(2) 运用温度应力理论对温度载荷进行分类, 并加强对混凝土结构温度变形和温度应力的计算与分析, 着重分析计算季节温差引起的温度应力。同时, 考虑到影响温度载荷的因素涉及各方个面, 通过设定温度载荷组合系数、刚度折减系数和松弛系数等来分析和构造混凝土结构温度载荷的组合。
(3) 在地下车库设计与构建过程中, 加强顶板布置结构的设计和消防车等荷载的计算。地下车库的顶板设计关系着建筑物的结构受力与开发商的经济效益, 为此, 地下车库的次梁如何布置, 是否布置有着重要的影响。对此, 可采取8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向设置1道次梁, 顶板厚度180 mm;8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向不设置次梁, 顶板厚度取22 mm等各种不同的方案来权衡顶板的结构受力与经济效益。同时, 由于地下停车库需要设立消防通道, 为此, 要计算地下停车库对消防车的载荷能力。通过输入板跨长度、板厚以及覆土深度等信息, 结合《建筑结构荷载设计手册》得出消防车通道的荷载, 再考虑地下室顶板板跨和覆土深度, 计算各种情况下的消防车荷载。
(4) 结合不同类型, 加强钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力计算与分析, 并就梁腹部的开孔进行规范。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《混凝土结构构造手册》的相关规定, 对钢筋混凝土梁腹部开孔的位置、大小、环节与流程等进行规范。同时, 通过计算开孔梁承载力、开孔梁挠度、开孔梁裂缝宽度以及孔洞周边补强钢筋等方面的计算, 来分析钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载力;也可以根据计算的方法与依据, 对该计算过程进行编程, 简化计算流程, 提高建筑设计与施工的效率。当然, 在计算过程中, 要结合各种不同类型的腹部开孔方式来计算钢筋混凝土梁的承载力。例如早期建成的北京京伦饭店, 其剪力墙结构无缝长138 m, 超过了当时《高层建筑混凝土结构技术规程》45 m的限值。南京国展中心工程主体部分是两层的部分预应力混凝土框架结构, 建筑物总长度达292 m, 宽158 m, 纵横向不设缝均远远超出了我国规范规定的限值。此外, 杭州萧山国际机场楼228 m火72Jn, 采用无粘结扁梁一平板体系, 短向不设伸缩缝;杭州江干区全民健身中心117 m×51.6 m, 在梁上布置了无粘结预应力筋, 设置后浇带及加强配筋等措施以减少温度应力对结构的不利影响;浙江省金华市文化中心, 地下室197 m×76.m未设缝, 属于超长地下室钢筋混凝土结构。这些工程都采取了有效的裂缝控制措施, 并取得了理想的效果。
4 结语
高层建筑已成为了现代建筑业的中心, 且也是未来的发展方向, 正所谓“凡事要从源头开始抓起”, 因此, 探析高层建筑的结构设计问题具有十分重要的意义。本文就嵌岩桩的竖向承载力、地下车库、超长钢筋混凝土结构温度应力以及钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力等4个高层建筑结构设计方面的问题进行了剖析。同时, 在今后的高层建筑结构设计中, 应特别注意这几方面的问题, 并通过理论模型与计算机编程的方法, 对这几个问题进行控制与完善, 保证建筑结构的完整与安全。
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浅议建筑工程结构设计现状与发展 篇9
1 建筑结构设计的特点
1.1 结构设计的延性特点
在实际的使用中, 引发建筑物变形的主要因素有风力、地震和沉降。
我们在进行建筑结构设计时一定要确保高层建筑不会受变形而出现损坏甚至倒塌的情况, 就要执行一些具体的措施来保证建筑物的结构延性和建筑结构的安全性。
1.2 结构设计的水平荷载问题
设计低矮的建筑时, 我们通常考虑竖向的荷载因素, 相对高层建筑而言竖向的荷载掌控虽然十分重要, 但是起决定性作用的则是水平的荷载。因此, 在设计高层建筑结构的时候, 无论是竖向荷载还是水平荷载都要进行仔细的考虑, 才能增强建筑结构的水平荷载能力、安全性和稳定性。
1.3 结构设计的侧移变形问题
由于高层建筑可以有效的节约土地资源, 所以在建筑业中成为重要的发展趋势。由于高层建筑的水平荷载非常大, 而且还会因建筑的高度增加继续增大。
一旦有外力的影响, 高层建筑的变形就会不可避免的出现了, 从而严重影响建筑的安全性能。进行建筑结构设计时, 要最大限度的提高建筑强度, 保证良好的刚度和强度, 避免发生侧移变形。
2 建筑结构设计中存在的安全隐患
2.1 对建筑结构设计的认识不足
由于有关职能部门不够重视存在于建筑结构设计的问题, 也缺乏监控建筑物抗震功能的设计。因此, 一些不良的企业就会出现投机取巧的心理, 不按章程和规范来进行建筑结构的设计, 为建筑的安全造成严重的隐患, 从而对生命财产带来严重的威胁。建筑结构设计的合理与否直接影响建筑的安全性, 因此进行建筑结构设计首先就要认真分析建筑结构设计的实际工作, 对建筑结构设计的各个要点认真考虑, 才能真正提高建筑结构的设计水平和安全性。
2.2 建筑结构设计的不合理
建筑结构作为建筑工程的主要框架, 建筑结构设计的安全性对居住人群的安全和建筑工程的质量产生直接的影响。建筑结构设计的不合理主要表现在以下三个方面:第一, 设计人员没有充分发挥专业知识和设计经验或者忽略施工规范的细节, 使建筑结构设计不符合实际需求设计, 从而导致建筑结构存在的安全威胁。其次, 设计人员忽视建筑结构的安全性能, 不重视建筑的质量。再次, 由于利益的驱使, 有些设计人员明知建筑结构的设计存在问题却示而不见, 那么建筑工程的施工就会经常发生事故。
2.3 结构设计中的偷工减料现象
偷工减料的现象在建筑工程结构设计经常发生, 具体表现在:第一, 建筑企业在利益的驱动下, 不顾建筑工程的安全性和整体的质量, 采取偷工减料和过度节约的方式, 以攫取高额的利润。例如, 对钢筋的使用, 我国相关的规定明确钢筋的配筋率, 建筑工程一定要采用标准的钢筋配筋率。第二, 规模小的建筑企业, 为了减少建筑工程项目资金成本的支出, 选择了强度高、脆性大和韧性小的冷轧变形钢筋, 严重影响了建筑物的抗震性能, 建筑结构设计的安全风险大大增加了, 严重影响了建筑工程的质量。
3 提高建筑结构设计安全性的对策
3.1 不断创新建筑结构设计的模式
概念设计的主要内容工程概念。方案的制定要尊重客观规律, 从整体上来控制设计对象。建筑结构的设计水平的提高, 表现在设计的成品在水准、经济和结构形式上要比现有的成品更具优势。结构设计工程师要在不断更新和变化的建筑结构技术中提高自身的能力, 并积极攻克现实中的各种难题, 做到精益求精, 这样就会大大提高建筑结构的设计水平。目前住建部推出的“四新”技术是切实的从经济效益出发, 有效的帮助提高建筑结构的设计水平。
3.2 建筑结构设计人员的质量意识和安全意识要加强
建筑结构设计人员要保证依章办事就应该充分了解规章制度的内容, 在实践中不断的进行反思与总结并吸取经验教训。建筑结构设计人员要保证建筑物的抗震性, 就要运用科学的设计理念和方法;建筑企业通过培训来增强应当加强建筑结构设计人员的质量意识和安全意识。通过采取以上措施来提高并确保建筑结构设计的安全性。
3.3 建筑结构设计人员的专业素质和技能要提高
现阶段建筑结构的设计在形式和内容上都不同于以前的建筑结构设计, 对技术的要求也越来越高为了适应着中发展趋势, 建筑结构人员通过拓展知识的广度和开拓视野的方式来增强建筑结构设计的深度。
4 结语
提高建筑结构设计的安全性, 可以更好的提高建筑物的整体质量, 也更好的保障人民生命财产的安全, 使建筑工程项目顺利进行。提高相关设计人员的质量和安全意识, 培训和提高结构设计人员的专业水平等都是有助于保证建筑结构设计的安全性, 确保建筑业的可持续发展。
摘要：做好建筑结构设计, 提高建筑结构的安全性与稳定性, 是对每一个建筑结构设计师的基本要求。通过运用科学的设计方法, 结合相关的技术要求与施工规范, 消除建筑结构中存在的安全隐患, 保证方案的科学性与稳定性。基于此, 本文对当前建筑结构设计中存在的不中进行了分析, 并提出了相应措施, 以加快我国建筑行业的快速发展。
关键词：建筑,结构设计,措施
参考文献
[1]姜桂荣.刍议如何在建筑结构设计中提高建筑的安全性[J].科技创新与应用, 2014, (3) :212.
钢结构发展设计 篇10
“422”家庭结构,狭义上,2016年新计生政策的实施促使步入婚育年龄的独生子女一代生育“二胎”比例明显增加,则家庭人口数量上形成“422”家庭模式,即独生子女代双方父母(4个老人),独生子女代(1对夫妻),独生子女代子女(2个小孩)(图1)。广义上,“422”代表单元家庭构成结构中包含更广的年龄层,人口老龄化使得四代同堂成为部分家庭结构模式,独生子女代曾祖父母辈、已婚独生子女代父母(4个中年人)、独生子女代(1对夫妻)、曾孙子女辈,这里将曾祖父母辈及曾孙子女辈并成为“422”家庭结构中的“2”,作为社会成员急需受到关注的两个特殊群体(图2),整体家庭结构分属于不同梯队,揭示人口再生产结构的变化特征,反应着社会经济民生问题关注力的改变。
“422”家庭的特征:“422”家庭,在可以预见的将来,以经济基础为依托,中国四世同堂式的家庭逐形成“金字塔”的家庭结构,尽管是这样,“422”家庭结构中曾祖父辈、曾孙子女辈作为特殊群体,居住形式因客观原因分别依赖于父辈、独生子女辈两代人,形成两大合居主体,然一起居住的比例较少,其中存有一定的生活矛盾,以中年与青壮年为例,他们之间存在几种原因。
由上表可见,不同的生活习惯可能会产生两代人的矛盾,所以现在大多数的家庭第一合居主体与第二合居主体都会分开居住。
二、影响“422”家庭结构居住形式的因素
第一、养老问题。21世纪初期开始,大量的独生子女将陆续步人婚育年龄,独生子女逐渐组建家庭,与其他类型的家庭相比,这类家庭负担较为沉重。当前,赡养老年人不仅包括对老年人的生活照料和精神慰籍,而且老年人的部分物质消费和医疗保健消费也由子女来支付。然而对老年人精神层面的慰藉与中青年人多选分居模式形成对立,空间上居住距离拉长,造成”空巢老人”独居模式的出现。
第二、人口结构多样问题。人口老龄化带使得家庭结构逐渐显露老龄化趋势,随着独生子女代步入婚育阶段,“四代同堂”逐渐形成模式,然而使不同年代人之间更好地相互联系与沟通,这给了现代居住结构设计者严峻的考验,公共养老服务体系是否可以容纳到一般居住空间公共社区成为人们思考的方向,将养老院与育儿园等同纳入社区建设,加强老龄化一代人口与中青年及幼年的感情联系。
第三、育儿问题。独生子女一代人忙于工作,新生儿的养育任务开始依赖于父母长辈,这也促使独生子女一代心理更倾向于同父母辈居住地空间距离的缩短,以满足对新生儿的抚育。
三、现阶段的居住空间分析
越来越多的家庭开始以分开居住来处理剪不断、理还乱的婆媳关系和代沟问题,即年轻的夫妇结婚或生育后就离开年长的父母,购买两房一厅的房屋与孩子一同居住。部分老人也同意这样的做法,主动提出分开居住。
而中老年人中,在居住安排上还是很依赖于子女,尤其是儿子。中老人和子女虽然倾向于分开居住,但还是愿意住得近一些,便于照料。在城市,空巢老人的主要问题表现为老人的心理和生活照料问题,如孤独、抑郁、焦虑、烦躁等,而年轻一代忽视与父母的精种交流和心理慰藉是个普遍存在的问题。
1、“422”家庭结构下空间设计建议方案
年轻人希望自在,而中老年人们渴望亲情。如何才能划定出一条父母与子女居住的最佳距离,不远不近,既照顾了亲情,又保持了自在。由此,许多家庭,在给子女结婚购房时遵循便是这个距离。但这只是理论上的东西,在现实生活中,中老人需要的是温暖的气氛和享受天伦之乐,以下我为这种需要提出纵的“梯形”结构建筑。这是建筑方案的基本构思:红色部分为综合社区(包括中老人住居空间,康乐设施,活动平台,市场,幼儿园等);黄色部分为已婚或已育独生子女代居住空间;蓝色部分为单身或未有子女的独生子女代居住空间(图3)。
2、设计方案优势分析
由于第一合居主体的年纪较大,行动各方面有所不便,而且这类人群数量占的比例越来越高,所以他们居住的空间安排在下面的部分。并且在家门口设有一系列社区配套的设施,丰富中老年人平日的生活,消除其孤寂感。社区设施中包括幼儿园,第一合居主体往往需要人陪伴也喜欢自己的孙子,把幼儿园设在这里让他们与孙子有更多的相处时间,和更好的相处空间,一方面满足自己的心理需求,另一方面对于正处于事业拼搏期的独生子女代来说,可以减轻看管孩子的负担。
“梯形”结构的中间层是已婚独生子女代及其子女的居住空间,与上代人保持不远不近的距离,既顾及到了亲情又持有自己的空间。
建筑的第三部分也是最顶层为单身或未有子女的群体居住。这部分空间面积大概小于60平方米。由于工作或者其他原因,他们的作息时间波动性更大,与父母的接触的时候可能更少,所以他们的位置可以适当安排在独生子女代已婚及其子女的居住空间之上。
四、结语
本文通过对“422”家庭结构下空间设计的发展趋势进行探讨和探究,寻找到了一些有一定学术价值、颇具实践意义的理论观点。中国城镇化的快速发展,高密度住宅遍地开花,“梯形”结构的建筑理论设想又较为合理地安排了这种主流的家庭结构。用户之间的户外交往,应该得到更广泛的交流机会,“422”家庭结构下空间设计,并不仅仅是划分领域让单一群体使用,更需要依靠各个阶层力量的共同参与。
参考文献
[1]联合国人居署.面向和谐城市发展的包容性城市规划.和谐城市.2008-2009
[2]谭长亮.现代居住空间设计的发展趋势.新西部.2007.14
[3]叶耀先.平民住宅和住宅设计理论.建筑学报.2001.8
浅析钢结构抗震设计 篇11
关键词:钢结构抗震设计
中图分类号:TU391文献标识码:A文章编号:1674-098x(2011)05(c)-0024-01
随着我国经济的进一步发展和建筑技术的逐渐进步,钢结构也越来越广泛的应用于建筑当中,其中在建筑结构中,钢结构具有良好抗震性,并且工业化生产程度较高,钢结构施工周期较短,并且具体节能环保、延展性好等优点,特别对于钢结构建筑具有的延展性可以对地震波产生衰减作用,减少地震对钢结构建筑的破坏。针对钢结构建筑的如此突出的优点,美国等等国家的钢结构建筑已占到所在国内建筑总量的一半以上。日本是地震多发的国家,钢结构建筑在日本建筑当中的占有率更是达到了65％左右。根据日本阪神地震后资料的显示,在地震中钢结构建筑的受损程度和受损概率要远低于混凝土结构。2008年四川汶川地震中,作为钢结构建筑的绵阳体育馆也没有受到损坏,成为安置地震灾民的主要地点。
在进行钢结构的抗震设计的时候,设计者应从历次震害中吸取经验和教训,除了在强度和刚度上提高结构的抗力以外,还要从如何增大钢结构在往复荷载作用下的塑性变形能力等方面考虑,以及从减小地震作用方面考虑,做到既经济合理、又安全可靠。
1 钢结构抗震结构体系
在钢结构建筑中常见的结构体系有框架一偏心支撑结构、框架一中心支撑结构和框架结构灯等。纯框架钢结构具体延性好,抗震性能好的特点,但是由于它的抗侧刚度比较差,不适宜于层数太高的建筑当中。框架-中心支撑结构的抗侧刚度大,适用层数较多的钢结构建筑,但是由于支撑构件的滞回性能较差,耗散的地震能量比较有限,其抗震性能不如纯框架。框架-偏心支撑结构可以通过偏心连梁的剪切屈服,耗散地震德能量,同时又可以保证支撑不丧失其整体稳定,它的抗震性能优于框架一中心支撑结构。可以采用能与钢框架抗侧刚度相匹配的带竖缝剪力墙以及内藏钢板剪力墙代替支撑,可以构成框架一抗震墙板结构,它的抗震性能优于框架-中心支撑的结构。当建筑刚度更高的时候,可以采用沿建筑周边设置密柱深梁框架构成的框筒钢结构。框筒结构具体抗侧刚度大,并具有较好的抗震性能[1]。
2 钢结构破坏部位
钢结构的震害主要有节结构的整体倒塌、构件的破坏和点连接的破坏等三种形式。
2.1 节点连接的破坏
2.1.1 框架梁柱节点区的破坏原因
对节点破坏原因的分析:(1)裂缝主要出现在节点下翼缘,是因为钢结构梁上翼缘有楼板加强,并且上翼缘焊缝无腹板妨碍施焊;(2)梁端焊缝通过孔边缘会出现应力集中,引发裂缝;(3)梁翼缘端部全熔透坡口焊的衬板边缘形成人工缝,缝隙在竖向力作用下擴大;(4)焊缝存在缺陷,特别是下翼缘梁端现场焊缝的中部,因为腹板妨碍焊接和检查,出现不连续;(5)焊缝金属的冲击韧性低。
2.1.2 支撑连接的破坏
采用螺栓连接的支撑破坏形式,包括支撑杆件螺孔间剪切滑移的破坏、节点板端部剪切滑移的破坏、以及支撑截面削弱处断裂。支撑是框架一支撑结构当中最重要的抗侧力部分,一旦发生地震的时候,它将首先承受水平地震作用,如某层的支撑发生破坏,将使这个楼层成为薄弱层,造成严重后果。
2.2 构件的破坏
2.2.1 支撑杆件的整体失稳、局部失稳和断裂破坏
当支撑构件的组成板件宽厚比较大时,往往伴随着整体失稳出现板件的局部失稳现象,进而引发低周疲劳和断裂破坏,这在以往的震害中并不少见。试验研究表明,要防止板件在往复塑性应变作用下发生局部失稳,进而引发低周疲劳破坏,必须对支撑板件的宽厚比进行限制,且应比塑性设计的还要严格。
2.2.2 钢柱脆性断裂
在1995年阪神地震当中,位于芦屋市海滨城高层住宅小区,小区当中的2l栋巨型钢框架结构的住宅楼共有57根钢柱发生了断裂现象,所有箱形截面柱的断裂都发生在14层以下的楼层里,并且都是脆性受拉断裂,断口呈水平的形状。
我们分析认为:①有的钢柱断裂发生在拼接焊缝附近,这里可能正是焊接缺陷构成的薄弱部位;②钢柱暴露于室外,当时正值日本的严冬,钢材温度低于0摄氏度;③箱形截面柱的壁厚达50mm,厚板焊接时过热,使焊缝附近钢材延展性降低;④竖向地震及倾覆力矩在柱中产生较大的拉力。
2.3 结构的倒塌破坏
1985年墨西哥发生的大地震中,墨西哥市的某个综合大楼的3个22层的钢结构塔楼之一发生倒塌,其余2栋钢结构塔楼也发生了严重破坏,其中1栋已经接近倒塌。这3栋塔楼的结构体系都是框架-支撑结构。有关分析证明,塔楼发生倒塌或者严重破坏的主要原因,是因为纵横向垂直支撑偏位设置,从而导致刚度中心和质量重心相距太大,所以在地震中产生了较大的扭转效应,致使钢柱的承载力小于作用力大于,引发了3栋相同的塔楼发生了严重破坏甚至倒塌。由此可见,规则对称的结构体系对抗震是十分有利的。
3 钢结构抗震设计的要求
3.1 选择对建筑抗震有利的场地和地基
场地影响了钢结结构的地震反应,钢结构地震反应大小决定了钢结构的震害。因此在抗震设计的时候应选择坚硬的中硬土场地,当实在无法避开不利的或者危险的场地的时候,应采取补救措施。
3.2 选择合理的结构总体布置
(1)建筑形状力求规则形状较简单建筑物由于受力性能明确,遭受地震时破坏很轻。在抗震设计时要求建筑形状规则,结构要求对称,来减小质量中心和刚度中心的偏离;(2)强度以及刚度应连续变化抗震结构的刚度、承载力在楼层平面内应均匀,沿结构坚向应连续并且均匀。
3.3 选择合理的抗震结构体系
(1)具有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径;
(2)结构应该具有多道抗震防线①结构应有良好“坚韧性”。就是必备的强度,刚度良好的变形和耗能能力[2][3]。②抗震体系应有最大可能数量的内部以及外部富余度,能在结构适当部位有意识地建立起有利的屈服区以使结构既能吸收和耗散大量地震能量,万一破坏易于修复。③抗震结构体系应由一些延性较好的分体系组成,并且由延性较好的联系构件连接起来。
4 结语
钢结构抗震设计设计涉及的方面很广和丰富,上面我们所论述的只是其中一小部分。总之,钢结构抗震设计始终贯穿于钢结构设计中的各个阶段,它是钢结构建筑抗设计重要组成部分。我们在钢结构建筑体系的设计中要充分了解钢结构住宅的破坏机制以及和破坏过程,灵活运用钢结构抗震设计准则,合理地确定和解决结构设计中的各种问题。这样我们才能设计出经济、合理、安全适用的钢结构建筑[4]。
参考文献
[1]丰定国,王杜良．抗震结构设计[M]．武汉:武汉工业大学出版社,2006.12～15.
[2]朱伯龙,张琨联．建筑结构抗震设计原理[M],上海;同济大学出版社,1999．12～13
[3]中华人民共和国建设部．建筑抗震设汁规范[s]．北京:中国建筑工业出版社,2006．34～45.
钢结构发展设计 篇12
关键词：建筑结构设计,基本现状,前景展望
当前我国社会经济发展的速度非常快, 在这个大背景下, 我国的建筑行业也得到了突飞猛进的发展, 而建筑的质量一直是社会和广大人民群众关心的重点, 其中建筑结构设计是影响建筑质量的重要因素之一。因为建筑结构设计是保证建筑建设顺利、高效实施的重要保障因素之一, 同时也是确保建设质量的基础和关键。然而, 要想确保我国的建筑结构设计顺利进行, 从而提高我国建质量, 需要对我国建筑的现状进行相关的了解。因此, 本研究分析了当前建筑结构设计的基本现状, 同时对其的未来发展进行了展望, 希望我国的建筑结构设计可以顺利的发展。
1 我国建筑结构设计的基本现状
1.1 结构力学方面的状况
从改革开放之后, 我国的建筑结构的设计得到了高度的重视, 尤其在一些发达的城市, 建筑行业得到了飞速的发展。近些年, 我国加大了对建筑结构领域研究的力度, 其中首先研究的方向是分结构力学方面。因为建筑物的结构力学是设计与施工的基础, 其中包括结构静力和弹性的分析。我国的建筑物中薄壳、扁圆形或圆柱的结构居多, 主要原因是这些形状的稳定性好, 所以在实际应用中较多。与此同时, 盖顶端的结构设计也逐渐兴起, 这种结构的想象与发挥的空间更广阔。然而, 建筑物结构力学的设计方面的人才仍然很稀缺, 尤其是安全为第一要素的建筑结构而言, 防震建筑的设计与构建将会是未来我国建筑业发展的主要方向。
1.2 工程结构方面的发展
通过观察我国这么多年的建筑工程结构可以得出, 我国在钢筋混凝土的研究与应用方面取得了令人骄傲的成绩, 同时在预应力的设计与多轴应力下混凝土的承载力得到了很大幅度的提高。同时, 我国大部分的工厂都是利用钢筋混凝土来产生抗震性能, 同时在这方面的研究也报道了很多的报告, 但是与西方发达国家的先进技术相比较, 仍存在很大的不足。另一方面, 在建筑结构设计的土力学与地基基础上进行相关研究时, 地域的限制造成了研究的难度。例如, 北方气候干燥和土地比较坚实, 与北方相比较, 南方常年湿润和多有沿海的软土。为了克服这些难题, 我国研究出了打桩技术与地基反力系数理论, 而且发展前景非常良好。最后就是墙体的堆砌技术, 为了避免建筑受到过大的自然压力, 我同出台了有关墙体结构系数的相关指标。这样既能对建筑结构设计施加一定的约束力, 也能够有弹性的进行方案的调节, 因此建筑结构设计具有更大的发展空间。
2 建筑结构设计基本特征和未来展望
2.1 具有交叉性和系统性的特点
建筑结构设计也按照人们习惯进行了分类。其中我国的钢结构设计的分类与以往的思维模式存在很大的不同, 将其分为“钢管混凝土结构”、“钢管混凝土叠合结构”、“钢一混凝土组合梁”、“钢骨混凝土结构”等, 其中钢结构框架与中央混凝土核芯筒综合, 随之“钢一混体系”就产生了, 而且其在我国目前钢结构高层建筑具有重要的作用。而将钢筋混凝土结构与砌体结构构件进行综合, 随之产生的是圈梁构造柱的砌体结构体系和混凝土核心简砖墙体系。把天然地基与桩基础结合起来产生的是“复合桩基与复合地基”体系。异形柱和短肢剪力墙结构体系产生在中高层住宅体系中。而且近期, 空间结构方面的发展较为显著, 如果把空间网格结构和张拉结构结合起来, 就会产生一些新的结构体系, 同时在这些结构设计中巧妙地将张拉构件利用尽力, 高效的张拉体系就会应运而生。
2.2 具有先进性与时代性的鲜明特点
随着科技的迅速发展社会逐渐进入了计算机与信息时代, 如果将网络技术应用在相应的领域, 会使得不同领域得到快速的发展。将计算机应用到建筑结构的设计中, 不仅可以提高设计的弹性与可塑性, 还能把想象的问题具体化, 从而增加其实践性。随着计算机技术在建筑行业的引进, 传统的设计模式逐渐被打破, 开拓和创新了建筑结构设计师们思维, 从而使得建筑结构设计更加与时俱进。最典型的例子是利用离散化有限元的理论处理建筑结构设计单元的构造的具体问题。一些抽象化、科学化的建筑既能够满足人们的审美需求和要求, 还能增加其使用的价值。然而, 在一些相对落后的地区, 信息技术和网络技术的引进有一定的困难, 因此无法建造这样的建筑。但是随着建筑施工技术的普及, 贫富差距一定可以得到缩短, 建筑结构设计的新理念一定可以得到更广泛的应用。
2.3 钢结构建筑的特点与未来展望
钢结构建筑在研究建筑结构设计的新理念中起到非常重要的作用。尤其是在近些年, 我国的钢结构建筑受到了越来越多的关注, 因为其在建高效益造工厂以及一些公共设施方面起到非常重要作用。与很多建筑材料相比较, 钢结构具备建筑形式具有独特的优点。钢结构建筑具有更轻盈、更高大、更舒适的特点, 而且轻型的钢结构建筑已经取得了重要的突破。轻型的钢结构可以优化结构截面, 从而均布荷载起控制作用, 而且在无冲击、疲劳、振动等荷载的条件下, 可充分利用屈曲后有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性。这样对屈曲后强度的利用, 将传统的对于结构板件高厚比的限制打破了, 恰恰满足了社会对商品化程度的高要求以及建筑工厂的施工的高质量、高效益的要求。同时, 钢结构建筑仍然具有很大的发展空间, 相关的技术研究与现代化的设备生产都需要不断地进行改进与创新。
3 研究建筑结构设计的可靠度
建筑结构设计的可靠度的高度直接关系到我国建筑业的发展和存亡。因此, 如何提高建筑结构设计的可靠度直接决定了未来我国建筑结构设计发展方向的基础。提高建筑结构设计的可靠度重需要很好的应用与把握建筑的可靠程度。工程的结构设需要具有较高的安全体系即使用性能, 从而可以确保我国人民的生命财产安全。经验丰富的建筑设计师可以依据夯实的专业知识判断出综合的判断工程的可靠度。另一方面, 近几年, 我国出台了建筑结构设计的相关规范, 设计与施工人员在严格遵守相应规定的同时, 还要根据工程的具体情况灵活的设计方案, 从而最大程度上完善和提高建筑结构设计的可靠程度。最后, 建筑物属于一种特殊的商品, 其适应度与可靠度对我国的建筑业未来的发展与经济的进步有着直接的关系, 因此在保障建筑物使用年限的基础上, 还要提高建筑在极端气候频发的环境下的安全性能。与此同时, 隧道桥梁工程的修建既要遵循相应的技术标准, 还要采用专业的技术人员进行建筑结构的设计。
4 结语
通过上述的介绍, 结构力学和工程结构是目前我国建筑发展较为关注的问题, 同时建筑结构具有交叉性和系统性、先进性与时代性的特点, 而且钢结构的发展在建筑结构设计方面起到非常重要的作用。本研究阐述了建筑结构设计的可靠度问题。目前, 在信息化和网络化的大背景下, 我国建筑业发展非常迅速, 但是, 一些大型的复杂工程体系在设计与施工方面仍然有待于提高, 我国可以通过吸取发达国家的成功经验, 不断的扩大对轻型的钢结构建筑的建设。同时加强建筑施工设计的信息和学术方面的交流, 从而促进我国的建筑业的更好发展。
参考文献
[1]陈立民.对比国内外高层建筑结构设讣现状及未来趋势[J].城市建设理论研究, 2013 (21) :121-125.