结构工程设计（共11篇）
结构工程设计 篇1
工业化住宅开发是未来发展的必然趋势, 而PC结构住宅是比较符合中国国情的并有着广泛发展空间的住宅体系, 由工厂生产PC构件现场拼装的工法, 可以极大地减少现场作业量、缩短工期、质量管理容易及减少噪音和振动等环境污染。符合时代需要的P C结构住宅已经得到社会的广泛认知。下面介绍几种成熟的PC工法。
1、PC结构的种类
1.1 壁式PC结构 (W-PC工法)
PC构件:剪力墙、楼板、楼梯和阳台 (图1)
垂直结合部:钢筋焊接后混凝土填充 (图2)
水平结合部:钢板焊接后混凝土填充或连接套筒高强度无收缩水泥填充 (图2)
·W-PC结构住宅的抗震性能好:日本的板神大地震使建筑物破坏非常严重, W-PC结构住宅在这次灾害中得以验证, 其抗震性能非常好, 没有倒塌现象。W-PC结构住宅是工业化多层住宅, 楼板、墙壁、楼梯、阳台等构件采用钢筋混凝土预制构件, 在日本目前最高可做到5层 (土3) 。特点是没有梁和柱且房间整洁而实用。
·W-PC结构住宅的施工周期短:3, 4天可做一层, 不用脚手架, 面砖和窗预制在墙板中节省外装修施工, 由于现场施工用模板很少 (只有节点处) 现场干净, 节省资源。
·质量好成本低:由于P C构件是在工厂制作, 便于工业化生产和管理, 质量和精度非常高, 从而使建筑的质量提高, 这也为工业化内装修产品的使用带来了方便。P C构件的标准化和量产使制作PC构件的模板成本大大降低, 体现工业化生产的优势。PC构件参与受力而成为结构的一部分, 使PC构件的力学性能得到充分地发挥。
·W-P C结构住宅的技术成熟:上世纪70, 80年代前后, 日本为了解决快速增长的住宅需求, 大量地开发了W-PC结构的住宅公团, 经过30多年的发展, W-PC结构住宅的技术更加成熟。PC构件的使用率可达95%以上。
·W-PC结构住宅的劣势:按日本的现行规范只能做到5层。图3
1.2 高层壁式P C结构 (8-P C工法)
PC构件:剪力墙、叠合楼板、楼梯和阳台 (图4)
垂直结合部:钢筋焊接后混凝土填充 (图5)
水平结合部:连接套筒高强度无收缩水泥填充 (图5) 图6
8-PC工法是W-PC工法的改进, 使楼层数最高做到11层, 与W-PC工法的不同是:楼板采用叠合结构, 墙体双层配筋。PC构件的使用率可达65%以上。
1.3 钢骨P C框架结构 (H-P C工法)
PC构件:梁、墙板、楼板、楼梯和阳台等 (图7)
接合部特征:柱现浇, PC构件相互间采用焊接方式接合, H型钢柱与PC梁采用高强度螺栓和焊接并用的方式接合, PC剪力墙内藏钢板与PC梁的H型钢焊接, 叠合楼板现场上部配筋后浇筑混凝土使结构一体化。
H-PC工法是钢结构与混凝土结合的框架剪力墙结构。工厂生产的墙、梁、楼板等PC构件, 在现场由大型吊车吊装完成拼装。是70年代为11至15层高层住宅开发的工法, 开创了高层PC住宅的先河。PC构件的使用率可达50%以上。
1.4 壁柱式框架P C结构 (W R-PC工法)
PC构件:柱、梁、剪力墙、叠合楼板、楼梯和阳台 (图10)
接合部特征:水平接合部是PC构件的下部铺设水泥砂浆, 纵向钢筋由连接套筒连接, 套筒内注入高强度无收缩水泥砂浆。纵向接合部是钢筋焊接后混凝土填充。叠合梁、叠合楼板现场上端配筋后浇筑混凝土。
WR-PC工法是80年代末90年代初由日本政府与民间共同开发的适应于高层住宅的PC工法, 工厂制作的高精度柱、梁、剪力墙及楼板等预制构件在现场拼装, 与现浇混凝土有效结合提高结构的整体性能, 可广泛地使用于中高层住宅 (图11) 。PC构件的使用率可达65%以上。
1.5 框架PC结构 (R-PC工法)
PC构件:柱、叠合梁、剪力墙、叠合楼板、楼梯和阳台 (图12)
接合部特征:柱既可以使用PC构件也可以采用先交方式, 如果是有PC柱水平接合部的纵向钢筋由连接套筒连接, 套筒内注入高强度无收缩水泥砂浆。纵向接合部是钢筋焊接后混凝土填充。叠合梁、叠合楼板现场上端配筋后浇筑混凝土。
R-P C工法是混凝土框架剪力墙结构。随着土地成本的提高超高层住宅建设激增, 一般而言建筑高度超过60米为超高层住宅。作为超高层住宅所必须满足的住宅性能是耐震性、耐风性、防火性、防水性、保温性、隔音性等, 能满足上述要求的只有SRC结构。近年来RC结构技术不断进步, 低成本的R-PC结构超高层住宅成为日本市场的主流 (图13) 。
1.6 叠合剪力墙结构 (上海万科正在采用的P C F工法)
PC构件:PCF墙板、叠合楼板、楼梯和阳台等 (图13)
接合部特征:叠合板的叠合筋或接驳螺栓或差筋与浇筑混凝土拉接构成完整墙体 (图14)
防水措施:一次防水由外侧的硅胶来实现, 二次防水由现浇部分来实现 (图14)
2007年7月上海万科PCF工法的住宅开发, 所以采用PCF工法有以下几个方面的原因:其一是市场因素, 剪力墙结构是目前被市场广泛接受的住宅结构体系。户型丰富、梁柱不外露易合理利用空间、适于高层住宅等是剪力墙结构被广泛采用的原因。二是现行规范的制约, 国内还没有全预制剪力墙结构规范。三是防水安全, PC外墙的关键是板缝的处理, 而国内还没有合适的板缝密封条。PCF工法板缝的防水处理是通过一次防水由外侧的硅胶来实现, 二次防水由现浇混凝土部分来实现。现阶段PCF工法的防水效果可行而且有效。四是可以解决外墙普遍存在的问题, 外墙的裂缝、反白、渗水, 面砖脱落等占业主投诉比例高, PCF外墙可以解决上述所有问题, 可为开发商节省大量的维修成本。五是缩短工期, 由于窗框预埋、面砖反打可使外脚手架提前撤出甚至不用脚手架, 内装修施工可以提前进场。所以PCF工法有其现实可行性。图15为上海万科新里程项目工程实例。
目前PCF工法在国内住宅开发项目中存在的问题:一是PC设计面临的问题。建筑设计师普遍对PC工法对建筑立面的影响不甚了解, 往往是先有传统意义上的建筑设计方案然后在此基础上进行PC设计, 这样会使PC构件的形状非常复杂、板的分割难、制作PC构件的模板种类繁多, 造成成本上升。二是制作难。由于PCF制品较薄, 脱模、存放容易破损。三是施工复杂。由于PCF制品有叠合筋和大量的预埋件与现场施工的钢筋相互干扰, 现浇墙体的模板设置困难, 对塔吊的能力和对施工管理人员的技术水平要求较高。四是对设计、制作、施工相互间的协调管理能力要求高。
1.7 工业化建筑实例摘选
截至目前, 兴邦完成国外工业化建筑相关工程274项, 国内工程11项。
1) 相模原桥本地区分譲共同住宅
高级公寓, 2004年1月竣工, 位于神奈川县相模原市西桥本5丁目, 18至32层的高层, 4栋楼总户数878户, 建筑面积约116, 000m2。采用竹中工务店开发的平板免震构造系统建造, 每户室内无梁无主墙, 可自由分割空间。我公司参与四边围护的预制阳台、预制外廊的设计。
2) 新東京サンケイビル
商务型大楼, 位于东京都千代田区大手町一丁目, 建筑面积83, 848, 地上31层地下3层。地下及底层区是商铺, 中层及高层区是办公楼。2000年10月竣工。我公司参与预制楼板的设计。
3) 大连世界金融中心大厦 (在建)
项目位于大连市人民路、天津街、世纪街、祝贺街围合地块, 由南北两栋塔楼组成。地下5层, 地上52层, 南北楼同高213.44米, 属超高层建筑。主体为钢结构, 4层起围护结构采用石材饰面PC墙板。
2、PC设计
2.1 计划阶段
这一阶段的工作, 应以开发商为主, 由开发商来协调各方面的资源, 对项目进行分析, 最终决定是否采用PC结构形式。
·项目规模
·总费用及工期要求
·用地条件
·概念确定
·级别确定
·确定将采用的结构体系
·外装计划
·施工计划及施工方法的确定
2.2 基本设计阶段
一旦确定采用PC结构形式, 设计单位要协助开发商在设计阶段考虑需要解决的问题。这一阶段考虑的越是充分, 接下来的工作中问题就会越少。
·费用的分配及概预算;
·根据建筑外立面、PC制作及施工的可行性要求来确定板的形式, 板的分割及板缝详细;在基本设计阶段就对节点设计方案进行充分的讨论, 这有利于在后来的设计中减少不必要的反复, 少走弯路, 节省大量的时间。
·表面材料、级别及细部的确定;
·窗、级别及细部的确定;
·根据板与结构体系间的关系, 确定板的厚度、配筋、板缝的连接方式;
·各户型相关设备对P C的影响;
·生产厂家的产能配置, 运输及施工设备。
2.3 深化设计阶段
深化设计阶段就是绘制施工图阶段。要根据施工的可行性结合施工计划制定PC设计工程计划, 按计划调配设计人员构成项目对应体系, 完成以下的深化设计内容。
·平面, 立面
·详细图:结构形式决定的节点详图、窗节点、板断面、最上部、最下部及出入角部;
·板制作图:外形尺寸要满足制作、运输、施工要求;
·装配图:检验构件制作图的问题, 指导现场施工;
·金属件加工图:既要满足结构计算要求又要便于施工管理和控制成本, 设计预埋件及连接件;
·节点详图;
2.4 计算机仿真技术的应用
虚拟产品开发技术的应用为保证设计质量提供了非常有效的技术手段。PC结构住宅既然是工业化产品, 就必须要改变传统的边设计边调整边施工的观念, 把可能出现的问题在产品的设计阶段加以解决。
·检验设计阶段的问题
·检验制作阶段的问题
·检验施工阶段的问题
2.5 保证PC设计质量的对应机制
(技术协作流程)
严谨的对应结构使PC设计质量和效率得到保证。PC设计与设计单位、与制作厂家、与施工单位及开发商的协调是PC项目顺利完成的保证。
·沟通平台的唯一性
·管理窗口的唯一性
3、体会
3.1 成本问题
成本问题是制约P C住宅开发的主要因素。相关产业不配套带来很大的成本增加, 如专用的预埋件和连接件、用于PC住宅的窗、板缝的密封材料、模板的制作等关联配件不配套。相关规范的不完善是更重要的成本增加因素, 由于规范的限制使PC构件不能参与主体结构, 比如PC幕墙, PCF外墙作为非承重构件, 虽然提高了外墙的品质, 但作为荷载作用于主体结构, 会增大结构的截面从而带来成本的增加。
3.2 相关规范的制约
管理部门应该是新技术推动者。但是由于没有相关的验收规范, 管理部门就无法按标准验收, 开发商为提高建筑质量而采用新技术, 不但得不到支持, 还会遇到阻碍。日本是PC结构使用较先进的国家, 同样的PC结构方式各大建设公司的细部节点处理是不同的, 之所以可以这样做, 是因为有相应的指导性规则, 只要能够验证所采用的P C工法与传统的工法等同就可以使用, 这为技术创新提供了保证。所以应及时出台PC结构住宅的指导性规范, 为工业化住宅开发创造一个宽松的环境。
3.3 PC住宅项目的连续性
PC住宅项目的连续性对设计、配件制作、构件生产及PC施工企业的生存至关重要。长期连续不断的业务能够形成从业人员的性格及高质量的认同标准并使团队安定。
结构工程设计 篇2
【关键词】房屋建筑；结构设计；设计优化；研究分析
引言
针对建筑进行评价的指标比较多，同样的，针对建筑性能评价的指标也多种多样。一般的来讲合格的、高质量的建筑，外观应当是美观且大气，同时整个房屋建筑的基本结构完整、质量上乘，所使用的材料也相当考究。针对房屋结构设计的质量好坏、水平高低进行评价，对于整个建筑功能性的发挥以及整个建筑的后期使用均有着巨大的意义。所以，有必要针对房屋建筑的结构设计理念进行分析，对传统的设计理论进行优化和改良，以现代化的审美标准来提高房屋结构设计的水准，促进我国建筑事业和相关设计行业的不断发展。
1.房屋建筑结构设计优化理论分析
房屋的结构设计，专业性较强，并且还有极强的系统化和理论化的特征。一般的而言设计人员在进行房屋结构设计之时，需要考虑多项指标，不仅需要对美学指标、建筑使用功能的价值指标进行分析，同时还需要结合设计的实际情况和经济指标。建筑的功能性价值，指的是能够为人们所提供的最为基础的使用价值，诸如保暖、遮风挡雨、抵御外界的温度变化等等，而建筑的美学性指标，则主要侧重于整个房屋建筑结构设计的美观性和外观的整体性，保证各个细节的搭配合理、房屋的设计形式协调大气，能够给人以美的享受。所以，对于设计人员而言，结构设计是一项非常复杂的工作。也正是在上述四项理念的指引之下，设计人员需要从众多的设计方案当中选取最为科学、最为合适的设计方案，实现设计的项目目标。
房屋建筑的结构设计优化理论，主要的优化对象是房屋建筑的设计结构和设计的模式理念等，鼓励技术人员采用先进的设计工艺、科学的设计观念，保证最佳的设计效果。同时现代建筑的内部结构一般都很复杂，要想将各种复杂的部件有机的、完美的整合在一起，难度较高。具体一点来讲，建筑的结构设计优化方案需要将房屋的外围设计、房顶的设计、房屋细节部位的设计等等进行综合研究，同时需要很好的考虑到整个建筑结构的布局形式、整体设计的样式、建筑局部受力情况、价格指标等等，注重结构设计的社会效益、为企业带来的经济效益和对周边的环境效益。在保障了整体建筑结构稳定的前提基础之上，设计工作人员需要力求设计方案创新、大胆，设计思想超前，敢于在实践当中渗入的探索和改良，对基本的房屋结构设计优化方案进行不断的分析，结合其他工作人员的意见，不断的寻求设计上的突破。
对于房屋建筑来讲，平面结构应当平整且简洁美观，可以很好的反映和体现出建筑的对称性，尽可能的减少房屋刚性结构标准以及房屋平面建设施工质量之间存在的差异，另外，还需要考虑到房屋建筑局部部位承受的力量，确保房屋可以在承受巨大压力之时不至于出现结构扭曲的情况。在充分的分析并且满足居住人员的基本要求基础上，设计者还应当对建筑的承重结构进行细致的设计，采用贯通竖直的设计形式来增强房屋在侧向以及竖向方向之上的承受能力。最后，还需要考虑到房屋建筑的材料要求，保证设计方案符合经济要求。
2.房屋建筑结构设计的重要性
对于现代化的房屋建筑，结构设计优化重要性不言而喻。高质量的设计方案，可以使得房屋的实际使用价值大大提高，同时可以实现建筑的美学价值和经济价值升值，进一步的节省建筑原材料的损耗，有效的保护了周边的环境，为居住者创建了一个优美和温馨的家园。现代化的建筑项目讲究的是整体效益和综合效益，如何在建筑结构设计当中尽可能的节省开支、减少材料损耗，在确保了美观耐用、扎实稳定的基础上，全面满足不同层次、不同类型客户的功能需求，将是所有建筑企业所共同追求的。与传统的建筑结构设计方案和理念不同的是，现代化的建筑结构设计可以使得房屋建设成本进一步降低，对现有的材料进行充分利用，对布局形式和平面设计进行优化，并且对房屋内部各个不同的组成单元、组成部分进行巧妙的设计和重新组合，可以使得各个独立的部分各自之间紧密的衔接起来，发挥出共同的作用。同时，在对局部结构设计进行优化的同时，还可以使得建筑的安全性达到全新的标准。所以，房屋结构设计优化对于现代化的建筑企业来讲，必不可少、势在必行。
3.房屋建筑结构设计的优化方案
针对房屋建筑结构设计进行优化和调整，一方面需要对设计结构模型进行模拟分析，同时，还需要决定计算方式，根据事前分析的结果，选取最优秀、最适合的设计程序，保证设计质量。
3.1房屋结构模型的设计
首先需要设计出一个基本的、初步的结构模型。第一个阶段是选择变量，在一般情况之下一些常用的数据指标，诸如预期建设生产的损失参数、结构设计的目标参数、房屋的价格参数以及房屋建筑的结构可靠性参数等等，是重要的变量指标，同时也是房屋结构设计当中需要重点考虑的环节。设计人员应当采用考虑因素比较少的并且变化幅度较小的指标作为主要的衡量参考指标，这样整个房屋结构设计优化的难度就会大大降低、工作强度也会随之降低，设计者也就可以更加准确的找寻出最佳的设计方案。第二个阶段是确定相关的设计函数，设计者应当在大量的函数和指标当中确定得出与房屋的钢筋尺寸以及横截面积最为相应的一组函数指标，并且对各个组别的函数性质进行分析，力求降低工程成本。最后一个阶段是针对结构设计的条件进行衡量，由于房屋建筑自身的特点，对于耐用性和结构稳定性要求严格，所以设计者需要对房屋整体构架的稳定性、房屋尺寸、结构刚性、局部受力限制、房屋结构墙体的缝隙限制、结构变形限制、整体构架的体系规格系数、单元零件的规格指标、结构确定程度以及构件的可塑性等等进行分析。在实践之中还应当结合建筑的具体情况，分析、比较目标和约束条件，保证结构设计可以得到优化、可以符合相关需求。
3.2选择最优程序及统计分析
设计者在完成了上述模拟设计的工作之后，需要根据实际条件选择最佳的计算方式，选择最优设计程序，力求保证程序可以有最为齐全的用途、最为完善的功能、最为高效的运转效率等。最后，则需要对上述分析的结论进行统计和研究，认真的衡量、慎重的比对，从不同的角度思考问题，不可忽视人事利益、经济利益、施工材料成本以及各个施工技术之间的联系，站在综合平衡的角度之上，在节省了成本的同时，不可以忽视技术的改进，避免片面的追求经济效益，而忽视了技术创新方面的各项工作。
4.结束语
综上所述，房屋建筑的结构设计是一项专业性要求较高的工作，需要有严格的技术保障。最终的决策会受到多方面因素的影响，而在实践当中，美观性、舒适性、实惠性、耐用性和安全性是最为基本的设计原则，也是最为重要的设计指标，设计人员应当结合现有资源，合理的对结构设计方案进行优化，提升建筑效益。
参考文献
[1]李明.浅析建筑中结构设计优化以及建筑电气设计[J].现代工业，2012（6）
[2]王刚.建筑结构设计优化中节能措施的应用探讨[J].科技资讯，2012.2
结构工程设计 篇3
上海市浦东新区临港地区一住宅小区, 小区内包含7栋剪力墙结构高层、13栋异形柱框架- 剪力墙结构的多层和框架结构的地下室。
从初步设计到施工图设计, 本工程在建筑功能、结构计算、基础设计和选型、钢筋配置、节点构造等方面通过精细化设计, 尽量在减小用钢量、用混凝土量、改善建筑使用功能、增加施工便利方面做了许多工作。
2 地下室桩基和顶板结构选型
本工程中的13栋多层均落于一个大底盘地下室上, 该地下室面积较大, 选择合理的桩型和结构布置形式对工程总体的造价影响较大。
由于该地下室顶板作为上部多层单体的嵌固部位, 根据《建筑抗震设计规范》第6.1.14条, 地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构, 因多栋单体分散落于地下室上, 因此整个地下室顶板均须采用梁板结构。但究竟采用十字梁、艹字梁、井字梁还是单向梁的次梁布置方案, 我们又针对性地进行了用钢量、用混凝土量比较。由于该车库的主要柱网为8.1m×5.4~6.3m左右, 经过计算比较, 采用沿8.1m方向布一道单向次梁方案最为经济合理, 短跨的主梁作为主要受力梁, 由于跨度小, 梁高也不会影响车库净高。
由于上海地区的抗浮水位一般取室外地坪下0.5m, 车库的桩大多数为抗压兼抗拔桩, 如何选择桩型最为经济合理呢?因为车库柱网比较均匀, 选择一个典型尺寸的柱网的柱底力来分析比较。在抗压工况下的柱底力为1200~1300k N, 抗拔工况下柱底力为-550~-600k N。经过计算和比较, 确定了采用直径350的方桩、桩长21m, 此时桩的抗压承载力为1400k N, 抗拔承载力为320k N, 抗压和抗拔工况所需的桩数接近, 并可充分发挥桩的承载能力。
3 结构计算
在结构计算时, 有几个问题如能进行精细化分析, 可达到优化结构设计、降低构件配筋量的目标。
在输入梁上的填充墙荷载时, 如果贪图方便按满墙荷载输入时, 则会造成荷载偏大。如果墙体线荷载中已考虑了粉刷、灰缝时, 输入的填充墙荷载, 可按实际情况, 扣除门窗洞后再折算成线荷载输入, 这既可以减小直接受荷的某些构件的配筋, 也可减小全楼荷载, 减小地震力。
本项目中的高层住宅经过测算, 地上部分中剪力墙的用钢量占比50%~60%, 因此可见, 合理地布置剪力墙显得尤为重要。在结构单元的周边布置墙, 效率最高, 对控制层间位移角作用明显, 单元中间除了楼电梯间位置外, 其他位置对整体影响较小, 只需满足梁板的划分搁置, 不必多布。
本项目中的剪力墙抗震等级均为三级。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.14条规定, 不设约束边缘构件的最大轴压比为0.3。布置剪力墙时, 一般按略大于8倍墙厚 (8倍墙厚+100mm) 来确定墙肢的长度, 经过计算, 查看底层剪力墙轴压比, 发现有部分墙肢轴压比略大于限值0.3, 此时可通过稍许加长这些墙肢的长度来控制, 使其轴压比小于0.3, 这时这些墙肢仅需设置构造边缘构件即可。众所周知, 构造边缘构件的配筋量远比约束边缘构件的小, 通过稍许加长墙肢而控制轴压比从而起到减少边缘构件配筋的方法是经济可行的。
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条对于短肢剪力墙的规定, 短肢剪力墙的抗震等级不再提高, 但其轴压比控制得更严, 特别是一字形短肢剪力墙。按三级剪力墙来看, 普通剪力墙的轴压比限制值是0.6, 一字形短肢剪力墙的轴压比限值是0.45, 对于受荷面积大的墙肢, 轴压比就不易控制了。所以在方案阶段布置剪力墙时, 尽量与建筑协商避免布置一字形短肢墙, 可布置一般的短肢墙。
高层单体的嵌固端均设置于地下室底板, 地下地上无须满足刚度比要求, 地下室无须增设墙体, 地下室顶板仅需满足160mm厚, 没有0.25% 配筋率要求。
关于地下室抗震等级的问题。本工程的大底盘地下室上有13栋异形柱框架- 剪力墙结构的多层单体。根据《建筑抗震设计规范》第6.1.3条, 当地下室顶板作为上部各单元的嵌固部位时, 地下一层的抗震等级应与上部结构相同, 而无上部结构的地下室部分可以根据实际情况采用三级或四级抗震。因此该地下室与上部单体相关范围内的框架按上部结构的三级抗震取值, 而其他部分框架可在规范允许下降低要求按四级抗震考虑。
4 建筑功能
(1) 一般建筑外轮廓上的剪力墙对结构的整体指标影响较大, 对控制层间位移角、位移比、扭转周期比的作用很大。但对于一些面积较小的餐厅, 餐厅与北阳台之间的小墙肢 (如已有其他的转角墙时) 建议不设置, 这样可考虑后期打通餐厅和北阳台一起使用, (图1) 。
这就是本着满足结构计算的前提下尽量考虑建筑功能的可改造性, 从使用上来考虑优化结构布置。
(2) 建筑在卫生间、储藏室、厨房等位置经常布置半砖墙, 此时结构在这些墙体位置布置次梁时, 次梁的宽度难免要比隔墙宽, 一般来说次梁宽出墙体的部分要往次要房间内偏, 这样可保证主要房间墙面顶棚的完整性。
(3) 住宅门厅、电梯厅等位置, 考虑到装修问题, 业主一般希望内部不要有次梁穿过, 如不可避免时, 也尽量减小次梁的高度, 保证这些公共部位吊顶后仍有较大的净空高度。
(4) 按精装修设计的户型, 业主也会考虑内部空间有一个统一的吊顶高度, 所以结构布置梁时, 要注意在一个完整的建筑空间内不要出现个别特别高的梁而影响到吊顶高度。
以上几点, 就是通过结构精细化设计, 优化了建筑功能或者给后期使用带来了便利, 从而提升建筑的品质。
5 钢筋配置
(1) 高层住宅布置多个相同的标准层, 如按最大楼层配筋值给梁配筋显然是偏于安全和浪费的, 应根据层数和各层之间配筋变化对这些梁区分配筋。具体设计时, 可以对连梁和框架梁在标准层平面上进行编号, 然后列出连梁表、框梁表, 每根梁分别根据各自的配筋变化规律, 按楼层进行配筋。
(2) 梁承受集中荷载处需配置附加横向钢筋, 但一般情况下, 大多数梁仅需配置附加箍筋即可。吊筋的设置应根据实际需要布置, 不可盲目多设, 造成浪费。
(3) 剪力墙结构中跨高比大于的5的连梁, 按框架梁设计配筋, 可减少箍筋量。
(4) 梁端为铰接的次梁, 梁面筋可采用架立筋, 直径不大于12mm。
(5) 剪力墙边缘构件配筋按平法图集11G101-1中, 边缘构件中的内箍筋和约束边缘构件非阴影区可设置箍筋或拉筋两种形式, 设置拉筋是减少用钢量的合理选择。剪力墙约束边缘构件计算箍筋体积配箍率时可按高规第7.2.15条, 计入水平分布钢筋, 计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%。
(6) 剪力墙墙身的竖向分布钢筋, 一般为构造要求, 满足规范规定的最小配筋率即可, 不必放大。
(7) 地下室外墙配筋一般抗裂控制, 外侧墙底的配筋量最大。一般可通过在外侧底部1/3~1/2高度范围内附加钢筋方式解决, 不必全高配置底部所需的配筋量。
(8) 带E钢筋被称为抗震钢筋, 由于有一些延性指标要求, 价格略高于普通钢筋。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》第5.2.2条对有抗震设防要求的结构, 其纵向受力钢筋的强度应满足设计要求;当设计无具体要求时, 对一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件 (含梯级) 中的纵向受力钢筋应采用带E钢筋。由于规范条文的规定比较笼统, 施工单位具体操作时如区分不清时会扩大带E钢筋的选用范围, 这时可在设计说明中明确需要采用的部位, 例如框架梁、柱 (除四级外) 及楼梯梯段中的纵向钢筋均需采用带E钢筋;哪些部分无须采用带E钢筋, 例如基础部分构件、剪力墙、楼板及次梁的钢筋均不需采用带E钢筋。
6 节点构造
本工程的卫生间采用同层排水设计, 结构降板300mm左右。降板区可采用折板方案, 可省去卫生间与盥洗间填充墙下方的次梁 (图2) 。
墙身节点详图由于建筑线条效果所需尺寸较大, 但是结构受力较小的构件 (例如建筑需要厚度较大的挑板) 中的配筋率可按《混凝土结构设计规范》第8.5.3条:对结构中次要的钢筋混凝土受弯构件, 当构造所需的截面高度远大于承载力的需求时, 其纵向受拉钢筋的配筋率可按公式计算后定, 构件的配筋率均可减小。
7 结束语
综上所述, 结构精细化设计, 就是对于大家都能做的项目认真推敲、仔细分析、注重细节、优化设计, 做到人能我优。在满足结构计算和规范要求的前提下, 尽可能地降低结构造价、优化建筑功能和提升建筑品质。
摘要：结构设计中, 可从设计原则、计算参数、结构材料、荷载作用、结构体系、结构布置、构件设计和节点构造等涉及结构系统的各方面, 进行合理的分析和优化, 以达到降低结构成本、提升建筑功能及结构安全性, 同时降低施工难度的目的。本文结合上海市浦东新区临港地区的一个住宅小区项目, 就如何通过结构精细化设计来实现结构优化设计目标进行了探讨。
关键词：建筑结构设计,精细化,优化
参考文献
[1]GB50010-2010, 混凝土结构设计规范[S].
[2]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].
结构工程设计 篇4
第二，确定解题方法和解题思路。通过审题，明确了题目要求和已知条件，便可确定以哪种估价方法为主线，并根据该方法中用到的未知条件确定需借助的其他方法。
第三，公式和计算步骤，
计算过程中，涉及的计算公式一定要列出，哪怕没有时间计算，列出需要的几个公式也能得到相应的分数。计算一定要分步计算，而且尽量细分。应试者必须牢记各种地价评估方法的计算步骤，并能对计算步骤作简要说明，答题时按顺序进行，避免跳步被扣分。
结构工程设计 篇5
【关键词】剪力墙结构设计；建筑结构；应用
0.引言
现代高层建筑的功能以及其用途正在以多元化的方式发展，设计师设计的高层建筑，一般会考虑高层建筑的受力结构形式，他们设计的关键所在就是建筑的结构传力体系[1]。该体系对建筑的空间形态起支撑作用，其结构竖向所传递的荷载传递由传力体系的剖面来反映。另外，该传力体系也会影响建筑物的使用功能。所以不同结构的传力体系在结构的设计中是根据其具体情况来进行分析的，并同时进行合理的计算，以此确定比较合理的建筑物传力体系和保证抗震设计的规范性[2]。
1.剪力墙结构的种类及分类依据
1.1有壁式框架的剪力墙
这种剪力墙的特点是洞口的尺寸比较大，墙肢线刚度与连梁线刚度非常接近，剪力墙在受力后呈现剪切型，这种受力特点和框架结构非常相似。在高层建筑中采用这种剪力墙容易出现反弯点，在楼层处反弯图也有可能发生突变。
1.2截面剪力墙或者实体墙
这里所说的截面剪力墙是指墙体不开洞或者所开洞的面积不超过15%。这种类型的剪力墙在受力后的变形主要呈现为弯曲型，整体上看这种剪力墙像是一个悬壁墙，弯矩图上既不存在反弯点，也不发生突变。
1.3双肢或者多肢剪力墙
这一类型的剪力墙的特点是开口比较大，而且洞口一般成列分布。
1.4整体小开口剪力墙
这一类型的剪力墙开口普遍较小，但是开洞的面积比较大，一般不低于15%。整个剪力墙在受力后主要的变形方式是弯曲型，在整个墙肢上几乎没有反弯点，但在弯矩图的中心位置容易发生突变。
2.剪力墙结构设计所遵循的基本原则
2.1调整连梁超限相关原则
在剪力墙结构设计中，一般来说，连梁的跨高比应该大于或等于2.5，而采用跨高比低于2.5的连梁，在设计过程中就容易造成剪力墙的弯矩现象，严重超出限值。在《高规》中对剪力墙的跨高比就有明确规定，对于跨高比高于或等于5 的连梁，在结构设计环节，要以框架梁为依据，不能随意折减其连梁的刚度。当跨高比处于5～6之间时，必须对连梁刚度进行折减，从而避免出现剪力超出限制或者连梁出现弯矩等现象。因此，在实际的建筑结构设计中，建筑企业必须合理利用该明文规定，不仅能够有效增强建筑物的安全性和可靠性，还能节约建筑成本，为建筑企业带来更多的经济效益和社会效益。
2.2避免剪力墙和平面外梁搭接
剪力墙结构有一个突出的特点就是其平面内刚度和承载力比较大，而平面外刚度和承载力相对较小。这样，如果剪力墙和平面外的梁相互连接，墙肢平面外就容易出现弯矩现象，而且，在平常的设计中，设计人员并不会对平面外承载力和刚度进行验算，因此，为了避免弯矩现象的发生，在结构设计时要尽量避免剪力墙与平面外的梁进行搭接，在无法避免的情况下也要严格按照相关规定采取相应的防范措施，保证剪力墙与平面外能够搭接安全。
2.3以主轴为中心，向四周延伸
在对剪力墙进行结构设计时，要以主轴方向作为中心，双向甚至多向的向四周延伸，尽可能的将各个方向的剪力墙相互连接在一起，在连接过程中还要避免这些剪力墙出现拉通对直现象；在对剪力墙的抗震性进行结构设计时，应该使两个方向的侧向刚度尽可能接近，而对墙肢进行结构设计时，在符合规定的基础上，操作要尽可能简单易行。对于高层建筑来说，在进行剪力墙的结构设计时，要以主轴方向作为中心，双向甚至多向的向四周延伸，尤其是在对墙肢的抗震性进行设计时，要尽量避免设计单方向有墙的模式，从而保证设计出的剪力墙能够具有安全、可靠的工作性能。当然，剪力墙的分布不是随意的，应保证数量相当和均匀。如果配置的剪力墙过多，会导致墙体得不到充分合理的利用，增大其抗侧力刚度，进而增大震力及自身的重力，影响剪力墙的正常工作；如果配置的剪力墙过少，由于数量不足会导致墙体的抗侧力刚度过小，同样会增加剪力墙的正常性能。
3.剪力墙结构设计中容易出现的问题分析[3]
剪力墙结构设计是建筑结构的设计的一部分，也是最重要的一环，设计质量的好坏直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。因此，在实际设计过程中，设计剪力墙结构的侧向刚度不能太大，若采用的是全剪力墙的结构，也就是除了门窗洞其他都是剪力墙，没有任何后砌填充墙，则其侧向刚度就会太大，此时的地震作用也就会变得较大，显然是不经济的，也是不合理的。而对底层剪力墙设计厚度要求为：在对抗震进行设计时，筒体与一般的剪力墙承所受的第一振型底部的地震倾覆力矩是不允许小于总底部地震的倾覆力矩的50%。对于短肢剪力墙比较多的结构中，不少的设计人员会将较短的墙段画成约束边缘构件或者是构造边缘构件，并把计算所需要的纵向钢筋均匀的配置于整个的墙段内，很显然这样是很不妥的，因为配置于墙肢中以及轴附近的钢筋是不能发挥其作用的，所以其纵向的钢筋必须向着墙肢端部来集中，同时可以打印出剪力墙边缘构件配筋的计算结果来加以复核。另外，抗震墙的墙肢长度应不超过墙厚的3倍时，要按柱的设计要求来进行设计，箍筋必须沿全高进行加密和SATWE等的程序在计算时，都要按照该条的规定进行办理。如墙厚的是200mm和墙肢的长度为600～800mm，此时墙肢的长度虽然为墙厚的3～4倍，但还是认应该按柱来配筋。某些设计人员在电算总信息里输入的配筋率为0.30%，剪力墙的竖向和横向分布筋也不需要过大，若墙厚的是200或者250mm，那么纵和横向的分布筋都配Φ12@200双排（配筋率达0.565%～0.452%）就是没有必要的，但其钢筋间距应不大于200mm，以此来防止剪力墙的开裂处。
4.剪力墙结构设计在建筑结构设计中的具体应用
4.1对大墙肢的处理
在建筑结构设计中，剪力墙的结构首先要具有延展性，一些宽高比小于2 的剪力墙在设计过程中就会变成具有延性、易于弯曲破坏的剪力墙，从而避免剪力墙受到脆性剪切毁坏。当剪力墙的长度较长时，为了保证每个墙段的宽高比都能不小于2，可以对长墙进行开洞分割，使长墙被均匀的分为符合条件的独立墙段，这样形成的墙段比较小，受弯所能产生的裂缝的宽度也会比较小，这样就能保证墙体配筋发挥其良好的支撑作用。在剪力墙结构设计中，当出现一些长度超过8m的大墙肢时，在计算整个楼层的剪力时一般都是由这些大墙肢来承载这些力量，这样当发生强烈震动例如地震时，这些大墙肢最先受到破坏，那些较小的墙肢由于没有充足的配筋来支撑墙面，从而导致墙面受到全面的破坏。针对这种问题，在对剪力墙进行结构设计时，对一些长度大于8m的墙肢，根据实际情况开施工洞（即在具体的施工过程中，在剪力墙上留下洞，当施工结束后再将这些洞填充好，这样就能将大墙肢分成比较小的墙肢）和开计算洞（即在对剪力墙进行结构计算时设置计算洞，施工时仍然设置为混凝土墙，这样就能强化那些较小墙肢的配筋性能）。
4.2合理的平面布置
在对剪力墙进行结构设计时，应尽量沿着主轴方向或者其他方向展开双向或多向布置；在对剪力墙的平面进行布置时，应该严格按照均匀、对称的原则，尽可能的将墙面结构中的刚度中心和质量中心重合在一起，不管是内剪力墙还是外剪力墙都应该尽量的对直拉通，从而有效减少剪力墙的扭矩现象；在设计过程中抗侧力刚度不应该设计的太大。在对剪力墙进行结构设计时，为了使剪力墙的抗侧力刚度和承载能力得到充分发挥，增强剪力墙的空间利用率，剪力墙之间的距离不应太密，其设计结构的侧向刚度也应合适。
5.结束语
在当前社会发展中，剪力墙应用在不断增加，其在设计中的缺陷和问题将成为制约其发展的主要因素。在剪力墙布置中，洞口宜上下对齐使之受力明确，尽量避免出现错洞与叠合洞口，应采用科学技术手段进行计算分析。在设计和优化过程中，应从多个方向入手，提高设计质量，加强安全措施，确保建筑物安全。 [科]
【参考文献】
[1]齐楠.浅议高层建筑剪力墙结构设计[J].黑龙江科技信息，2011（17）.
[2]赵西安等.高层建筑结构实用设计方法[M].上海：同济大学出版社，2009.
结构工程设计 篇6
1.1 高层建筑结构设计中水平载荷控制
区别于层数较少的建筑, 高层建筑整体结构承受的水平载荷相对较大, 对于水平载荷水平的控制直接决定了高层建筑的整体稳定性。高层建筑水平载荷与建筑承受的倾覆力矩以及偏心轴向力存在着紧密的联系, 比例关系为两次方倍数。可见在高层建筑结构设计中, 应严格控制水平载荷, 防止出现因水平载荷过大引起的连锁性稳定问题。
1.2 高层建筑结构设计中抗震性能控制
抗震性能是高层建筑结构设计关注的要点内容, 对于建筑使用以及人员安全有着根本性的影响。高层建筑抗震性能的影响因素较多, 在设计环节应对正常使用中设计的水平以及竖向载荷加以考虑, 同时应从建筑结构选型中保证一定地震水平中建筑的稳定性, 确保高层建筑实现“小震不坏、大震不倒”的抗震目标。
1.3 高层建筑结构设计中侧移的控制
侧移问题是高层建筑使用过程中较为突出的稳定性问题, 侧移的产生主要是建筑整体上部与下部水平载荷不同, 而整体刚度水平又趋于一致所形成的结构侧向形变移动。高层建筑侧移水平与建筑高度4 次方成正比例关系, 设计人员在高层建筑设计过程中应重视侧移水平的控制。
1.4 高层建筑结构设计中轴向变形控制
在高层建筑结构设计中, 目前应用最多的是框剪结构体系, 在这一体系中高层建筑整体竖向载荷在中柱结构处相对集中, 因而向建筑基础结构传递的压强更大, 而与之相比边框结构处的应力相对较小, 轴向压强也较小。不同外部压力载荷条件下, 高层建筑结构在竖向呈现差异性压缩变形趋势。因此, 设计人员应对建筑结构进行优化, 避免因过大的轴向变形而形成连续梁中间支座沉陷等系列问题。
1.5 高层建筑结构设计中自重的控制
众所周知, 随着高层建筑整体高度的不断增加, 其结构体量与向基础结构传递的载荷也在不断提升。而在高层建筑整体自重水平超过地基承载能力的情况下, 高层建筑将出现下沉、倾覆或抗震性能不足等系列问题, 这种问题在软土地基等不良地质条件下更为突出。因此, 设计人员应结合工程地质实际条件, 通过结构的优化设计降低高层建筑自重, 使其不超出基础结构的极限承载能力, 确保高层建筑整体的稳定性。
2 高层建筑结构选型中关键环节研究
2.1 高层建筑上部结构主要形式与选择
(1) 框架结构:高层建筑框架结构由梁、柱和楼板等多种构件组成, 具有高延展性、结构自重轻以及建筑空间大等系列优势。框架结构高层建筑的填充墙的选择很多, 目前应用较为广泛的是轻质隔墙结构, 在经济性与轴向稳定性等方面有着良好的结构表现。高层建筑框架结构适用于6 度设防条件下的60m高度范围。
(2) 框架—剪力墙结构:高层建筑框架—剪力墙结构将内部电梯间转化为筒体结构来抵抗水平载荷对于结构整体稳定性的影响, 而框架柱增主要承载高层建筑整体的竖向载荷, 具有理想的刚度与抗震性能表现。高层建筑框架—剪力墙结构适用于6 度设防条件下的130m高度范围。
(3) 剪力墙结构:高层建筑剪力墙结构的主要特点是整体性好且侧向刚度大, 水平力作用下侧移小, 能够方便房间内部的布置。能够通过在合适的位置开结构洞, 以便形成若干断肢剪力墙, 用来调整整体的刚度。并且还可以采用轻质填充墙来减轻结构的自重以及工程造价。高层建筑剪力墙结构适用于6 度设防条件下的140m高度范围。
(4) 筒体结构:框架一核心筒结构一般是由实体的核心筒与外框架组成。在一般单位设计中, 都会把电梯间和一些服务用房集中在核心筒内, 其他需要相对较大空间的办公用房与商业用房等等一般都会布置在外框架的部分。因为核心筒是由两个方向的剪力墙所形成的封闭的空间结构。此结构相对于框架一剪力墙结构的整体性与抗侧刚度要更强一些。且其钢心和质心的偏差很小。其适用的高度范围一般都是150m以下 (6 度设防) 。
2.2高层建筑下部结构主要形式与选择
高层建筑下部结构主要形式包括以下几种, 设计人员在选型确定过程中, 应注意其间的差别, 合理选择:
(1) 柱下独立基础结构:载荷承载能力相对较低, 适用于层数较少的框架结构高层建筑, 同时对于施工建设区域的地质条件要求较高。
(2) 交叉梁基础结构:顾名思义, 此类型下部结构由相互交叉的条形梁构成基础部分, 适用于层数较少的框剪力结构体系高层建筑。
(3) 片筏基础结构:片筏基础结构整体刚度较弱, 需要相对理想地质土体提供辅助载荷能力, 适用于层数较少的高层建筑结构, 需要严格控制沉降、形变以及裂缝等系列问题。
(4) 复合基础结构:在基坑施工环节就包含了对于地质土体结构的整体稳定性加固, 主要适用于层数相对较多或是土质相对较弱的情况, 高粘结强度复合地基的代表是CFG桩复合地基。当前已经广泛的运用到高层建筑地基的建设当中。
3 结束语
综上所述, 高层建筑时当前我国城市化进程不断推进过程中, 出现的建筑形式, 此类型建筑呈现出了较为复杂的结构体系及建筑平面功能, 结构工程师在结构选型、结构布置方面面临着越来越多的挑战。在高层建筑结构设计与选型中, 应在满足建筑使用功能及结构安全前题下, 综合考虑投资、工期、施工经验、空间效果、使用面积和结构性能等综合效益指标来作出判断。本文分析了高层建筑结构设计的要点, 阐述了工程结构选型中的关键环节, 具有一定借鉴价值与参考意义。
参考文献
[1]钟国华.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[D].重庆:重庆大学, 2006.
[2]刘建文.高层建筑结构选型与布置及剪力墙合理数量研究[D].长沙:湖南大学, 2006.
[3]杨文光.超高层建筑结构方案选型及抗震性能分析与优化研究[D].长安:长安大学, 2013.
结构工程设计 篇7
1建筑工程人防结构设计与抗震结构设计内容
1.1建筑工程人防结构设计
人防工程属于战备工程, 人防工程的基本目标是战备目标, 同时, 人防工程在和平时期要为城市经济、社会发展做贡献, 因而人防工程从属目标是经济目标和社会目标。科学合理的结构设计能够确保人防结构充分起到人防效果, 尤其是在战争时期, 有助于为人们生命财产安全提供保障。从我国建筑工程人防结构设计经验来看, 人防结构主要是采用掘开式人防工程和暗挖式人防工程, 不同的人防结构适用于不同的情况, 需要有针对性的进行人防结构设计[1]。
1.2建设工程抗震结构设计
尽管我国地震发生机率较小, 并且不会产生过大的经济损失和人员伤亡, 但是为了确保建筑物能够具有足够的抗震能力, 为人们生命财产安全提供保障, 科学合理的抗震设计是十分有必要的, 尤其是在我国一些四川、甘肃地震发生机率较高的地区, 对建筑进行合理的抗震结构设计是必然选择, 应将其看作是建筑工程的重点内容。当前我国出台的关于建筑工程安全文件规定较多, 主要让建筑工程结构能够在正常设计和施工情况下, 具备足够的强度和稳定性, 能够承受突然出现的荷载和变形, 在这样的情况下能够保持自身结构不会发生变化, 稳定性能仍然保持不变[2]。
一般建筑工业同民用建筑主要是采用永久使用的电荷, 如果遭受破坏将造成十分严重的影响。在民用建筑设计中, 对于建筑整体结构稳定性要求较高, 而在人防工程设计中, 主要是为了防止炮弹以及其他武器的轰炸, 这种伤害作用时间较短, 所以允许防控结构设计中, 承载能力极限要求有所降低。人防结构如果是采用弹塑性体系设计, 那么钢筋混凝土构件进入变形期将会受到静载影响, 导致承载能力消失。构件在进入塑性期只要保持在极限范围内即可, 这样能够最大程度上降低变形情况, 能够更好的满足人防结构承载力要求。抗震结构设计中, 还可以采用利用结构组你和地震之间的作用关系, 采用消能减震加固法, 这种方法能够有效降低地震带来的震动能力, 防止建筑变形, 降低建筑损坏程度。
2人防结构设计与抗震结构设计比较
2.1荷载
就人防结构设计和抗震结构设计来看, 两者均为动荷载, 在设计时候只需要考虑一次即可, 并不会产生过长的荷载作用。人防荷载量值大、作用时间短, 在地下室结构设计时主要是考虑到空气冲击波带来的作用力, 所以人防荷载对于结构形成的是直接作用力, 动荷载则是作用在构件上, 作用力是外力;地震动荷载是由于地震发生时候, 地面发生运动, 从而形成的一种间接作用。抗震区域建筑物需要具备足够的承受地震能力, 只有这样才能确保人们生命财产安全。核爆动荷载是一种偶然性荷载, 较之静荷载而言, 构件安全度相应降低。核爆动荷载作用下, 承载力随之提升, 安全系数也会发生变化, 在这种条件下, 一般情况下是不会出现结构破坏的现象, 所以在建筑抗震性能计算时并不需要考虑到人防荷载。地震作用下, 对于建筑物的破坏和影响取决于场地条件、建筑物自身振型、阻尼以及抗震设防烈度等诸多因素相关联[3]。
2.2设计理念
在抗震设计中, 一般情况下选择“三水准、二阶段”的设计方法, 主要设计目标是为了降低地震对建筑物带来的影响, 能够在大型地震下不坍塌, 中型地震下可以进行修补和完善, 小型地震则不会对建筑产生影响。故此, 需要对地震作用效应进行计算, 并且通过概念设计和抗震构造方法, 满足建筑三水准要求。在人防动荷载作用下, 一般情况下地下室整体结构动力的分析主要采用等效静荷载法, 将内里问题的分析转化为静力作用下的内里问题, 防空地下室的结构设计一般情况下可以根据静力结构展开对结构内力分析[4]。基于此, 在动荷载作用下, 结构构件振型同静荷载作用下挠曲线距离较近, 在动荷载和静荷载作用下, 建筑结构破坏规律相同, 在进行动力分析时, 可以将结构构件简单为单自由度体系, 这样能够获得相应内力最大值。
2.3设计原则
人防结构和抗震结构设计原则相本质相同, 均是规避地震灾害对建筑带来的不可预计的破坏, 这就需要在实际设计中, 需要结合建筑周围地质条件和水文特征, 有针对性提出应对措施来提高建筑物的抗震能力, 确保建筑物在遭遇到重大震动影响时, 将损失和影响降到最小。所以说, 无论是人防结构还是抗震结构设计, 均是遵循着强柱弱梁、强剪弱弯的设计原则。人防结构和抗震结构设计理念注重同建筑整体结构的和谐和统一, 从我国以往建筑工程的设计实践经验来看, 即便是整体结构符合设计要求, 但是如果在建构设计中某一个环节承受力偏弱, 一旦地震灾害发生, 都将影响到建筑整体结构的稳定性。基于此, 结构设计人员应该从动能力量转化角度作为切入点, 进行结构设计。
3提高设计结构延性的对策
人防结构主要是为了防止战争期间, 核武器或者其他武器爆炸后对人们生命财产安全带来的影响, 这种影响是一种偶然性的荷载, 还兼具量值大、作用时间短的特点。所以, 结构构件延性越大, 相应的就能够吸收更多动能, 对于提高整体结构稳定性具有十分突出的作用[5]。故此, 在人防结构设计中应严格遵循强柱弱梁、强剪弱弯的设计原则, 诸如利用受弯构件和大偏心受压构件变形吸收荷载能量的作用, 将这种设计融入其中, 能够有效降低荷载力对结构的压迫, 产生更大的负担, 提高结构整体承载能力。此外, 建筑受弯构件应采取双面配筋的方式, 这样在承受荷载的同时, 还能够回弹作用力, 降低结构整体荷载力, 提高结构稳定性。
对柱、梁的跨比设计需要结合实际情况, 控制在一个合理范围内, 遵循相关设计标准和要求。配置足够的箍筋, 有助于约束混凝土的作用力, 提高混凝土应变值, 从而有效提高混凝土抗压强度, 防止裂缝现象的出现, 充分发挥人防结构和抗震结构的优势作用。此外, 为了规避地震作用下对建筑整体框架柱过早屈服, 可以适当的增加框架柱变形能力, 提高框架柱的延性能力。
强节点弱构件设计原则, 由于节点区受力情况十分复杂, 所以在结构设计中需要结合实际情况, 确保结构的各个节点处不会由于脆性出现剪切破坏的问题, 确保结构整体的承载能力。强柱弱梁设计原则, 在柱和梁设计中由于底层柱塑性铰形成较晚, 所以应该将柱子屈服顺序错乱排开, 规避集中在一层影响结构整体稳定性, 可以将这种框架结构称之为强柱弱梁框架。
4结论
综上所述, 在建筑行业发展历程中, 不难发现对于人防结构和抗震结构设计重视程度越来越高, 尤其是在我国遭受了严重地震灾害破坏后, 带来了十分沉重的经济打击, 社会反响十分热烈, 相应的对抗震性能提出了更高的要求。通过对人防结构设计和抗震结构设计对比, 能够发现两者存在一定共同点, 所以, 在结构设计中应该取长补短, 充分发挥两种结构的优势, 提升建筑使用寿命。
摘要：在建筑结构设计中, 人防结构设计和抗震结构设计作为其中重要组成部分, 加强人方结构设计和抗震结构设计的比较是十分有必要的, 通过对比两者设计的差异, 整合优化结构设计, 提升结构设计合理性。由此, 本文主要就人防结构设计与抗震结构设计进行比较, 结合实际情况, 有针对性提出合理的对策, 保障人们生命财产安全。
关键词：人防结构,抗震结构,设计
参考文献
[1]江永, 倪力豹.关于人防结构设计与抗震结构设计的比较[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012, 12 (6) .
[2]李威.人防结构设计与抗震结构设计的比较[J].建筑工程技术与设计, 2015, 34 (24) :284-284.
结构工程设计 篇8
1 钢结构的应用优势
钢结构的应用优势, 具体表现在:1钢结构自重轻, 布置灵活。相比其它建筑材料, 钢结构在同等跨度和负载情况下, 自重较轻 (约为钢筋混凝土屋架的1/3左右) , 且便于运输和吊装。钢结构的最大跨度可达48m左右, 且在梁高相同的前提下, 钢结构的开间可比混凝土结构的开间大55%左右, 布置更为灵活, 能够满足厂房建筑设计的大跨度要求。2钢结构拆、装简便, 工期短。钢结构机械化生产程度较高, 梁、屋架、柱等可由专业化金属构件厂生产, 质量安全、可靠。在现场组装时, 只需根据设计要求安装相关的螺栓和紧固件, 为房产施工节约了大量人力、物力投入, 同时也缩短了工期。
2 工业厂房的钢结构设计
2.1 防火设计方面
相比混凝土结构, 钢结构更容易受温度变化影响, 防火能力较差。因此, 要加强对钢结构隔热和防火设计的重视, 确保工业厂房的安全性和可靠性, 保证工业生产的稳定进行。相关设计人员应对工业厂房的火灾危险性类别进行明确区分和定义, 确定厂房的防火等级。同时, 还要严格按照相关规范和防火要求, 使用达到防火等级的钢构件, 最大限度避免火灾对钢结构的毁灭性影响。当前, 为提高钢构件的耐火极限, 通常以钢结构表面涂覆防火涂料的方式, 确保钢结构厂房的防火等级。除此之外, 设计人员还要多角度、全方位分析, 做好相应的预防工作, 比如合理设计疏散楼梯和安全出口, 以便厂房发生火灾时对人员的紧急疏散, 将火灾事故损失降到最低。
2.2 防腐设计方面
钢结构的自身性质决定了其在大气中容易被氧化, 发生腐蚀, 潮湿的环境使其氧化加剧, 钢结构腐蚀更明显、更严重。钢结构腐蚀使得构件截面缩小, 表层局部产生锈坑, 受力时出现应力集中现象, 使得钢结构的寿命明显缩短。设计人员要结合工业厂房的具体环境, 制定出合理的方案和应对措施, 最大限度防止钢结构腐蚀情况的发生。当前, 我国钢结构防腐蚀主要通过在钢结构材料外面覆盖防锈防腐涂料来完成, 将氧气、水蒸气、氯离子等腐蚀因子与钢结构相隔离, 从而实现对钢结构的有效保护。在进行防腐材料涂刷时, 要针对不同部位的防锈防腐要求, 改变涂料的厚度。
2.3 抗震设计方面
抗震设计是工业厂房钢结构设计的重要环节, 尤其是在地震多发的地带, 必须加强钢结构的防震设计, 切实提高钢结构厂房的抗震能力, 使厂房具备较高的抗震性和安全性。设计时, 钢结构的布置应均匀对称, 结构传力应明确有效, 以减少震动对厂房的破坏。同时, 应选择科学合理的连接方式, 确保屋架与屋面板, 屋架与柱子之间的连接可靠, 避免节点破坏。此外, 还应加强柱与墙的拉结, 通过适当的高宽比调整及减震方式, 最大限度提高厂房的抗震能力。
3 工业厂房钢结构施工时要注意的问题与措施
3.1 地脚螺栓的埋设
地脚螺栓的稳定与否关乎到钢结构工业厂房的稳定性, 它的精确度与否关系到钢结构定位, 因此在进行施工的过程中, 应该注意做好地脚螺栓工作, 将轴线位控制在两毫米左右, 标高为五毫米左右。在施工时, 可以将平面控制网的轴线投测到柱基础面上, 全部闭合, 保证螺栓的精度。
3.2 吊车梁系统的安装
进行吊车梁系统的安装时, 要按照规范, 从柱间的支撑跨进行安装, 可以在柱间支撑安装连接后构成稳定的空间钢度单元, 在对端部截面的吊车梁底部安装时可以调整垫板。当进行制动板和吊车梁的连接时, 可以先进行吹拧, 然后铺整。
3.3 构件的堆放
进行钢结构工厂厂房的建设时, 需要的构件很多, 占用的空间较大, 如果不合理地堆放, 就阻碍构件的安装使用和施工的正常进行, 甚至出现安全问题。可以将急需安装的构件照需要吊装的顺序进行直接堆放, 后使用的放在下面, 不急使用的放在外面, 进行存放的时候应该进行专人的管理, 并且做好供货清单的记录。
4 工业厂房钢结构施工时保障施工质量的措施
4.1 高强螺栓的安装
高强螺栓的安装包括两个步骤:首先, 构件初始就位时先用临时普通螺栓固定;校正之后, 再将普通螺栓替换成高强螺栓, 最终拧紧。在工业厂房中, 钢结构件间的连接绝大部分是通过高强螺栓实现的, 由此可见高强螺栓的安装在钢结构施工中的重要性。
对于高强螺栓日常的管理、使用要注意以下一些事项:1高强螺栓日常的管理要保证连接板接触面的平整。若接触面不平整时, 可以根据接触面间间隙的大小酌情处理。例如, 间隙小于1.0mm可不处理;大于3.0mm时, 要加垫板, 并对垫板两面进行喷砂处理, 使安装的摩擦面处于干燥状态, 以满足摩擦系数的要求。应根据厂房中使用的位置, 领取相应规格、数量的高强螺栓, 尽量避免当天高强螺栓的剩余, 若有剩余, 要将高强螺栓放在包装箱内。2高强螺栓在安装时, 要轻装、轻卸, 利用光头撬棍及冲钉对正上下 (或前后) 连接板的螺孔, 使螺栓自由进入, 不能将螺栓强行穿入, 否则会损坏螺纹以及改变扭矩系数。
4.2 钢结构的安装校正
在立柱、梁安装完成后, 要及时进行安装校正。进行钢结构的安装校正时, 要考虑到风力、地形、日照等多种因素。在钢结构中, 每完成一个构件的安装后, 就要进行校正。若检查出现问题后, 要采用千斤顶进行校正, 校正完成后, 要及时进行加固。
4.3 安装过程中的焊接工艺
工业厂房钢结构中需要进行大量的焊接工作, 但是由于施工中焊接环境条件复杂, 焊接的质量难以保证。为了确保钢结构的焊接质量, 要由相关技术人员严格按照焊接工艺进行焊接, 以达到接焊缝的设计要求。根据焊接的相关规定, 立柱、屋架、梁等要采用一、二级焊缝, 不能有咬变、缺口、裂纹、焊瘤等缺陷。在焊接完成后, 要对焊缝进行一级行无损检测。
5 结语
工业的发展离不开工业厂房的建设, 高质量的工业厂房建设对生产的安全性和稳定性, 以及工人的生活质量都有重要的促进作用。钢结构设计以其良好的稳定性和灵活性, 成为当前厂房设计中主要的设计方式。在进行钢结构设计时, 要综合考虑设计和施工过程中的遵循的原则和注意的问题, 以便保证厂房建设的顺利进行, 促进厂房建设质量的有效提高。
参考文献
[1]陈将奇.钢结构在工业厂房设计中的应用[J].门窗, 2015 (1) :113-115.
[2]罗辉.钢结构工业厂房设计分析[J].电子制作, 2015 (3) :260.
结构工程设计 篇9
所谓结构设计是将建筑、其他设备专业所要表达的内容用结构语言体现出来的过程, 而结构语言则是指各种结构元素, 而结构元素则是从专业图纸中提炼出来的, 建筑物或其他构筑物的结构体系就是利用这些结构元素构成的。具体而言, 结构设计的主要内容是结构方案、结构计算以及施工图设计等三个环节, 其中结构方案的主要任务是确定出建筑的结构形式, 需要参考的指标包括建筑物的重要性、工程所在地的抗震设施烈度、相关地质勘查资料、建筑高度与层数、场地类别等等, 然后根据确定好的结构形式的特点与实际要求, 进行结构承重体系、支撑以及受力构件的布置。该阶段的基本方法就是结合不同结构形式的适用范围, 遵循经济性与合理性的原则, 最终确定出最佳的结构形式。结构计算环节的主要内容是计算各项参数, 包括荷载、内力以及构件的相关试算与计算等, 要注意选择科学、适用的计算方法。
施工图设计环节的主要任务则是根据计算环节的结构将构件布置、配筋等确定下来, 然后再确定构件的构造措施。需要注意的是, 在整个结构设计的过程中要严格参照相关规范要求来进行, 设计人员不但要全面、深入地理解相关规范, 还要全面把握施工的工艺及具体流程, 从而保证结构设计的适用性、合理性以及科学性。
2 结构设计与概念设计的关系
所谓概念设计是以个人经验为基础, 基于宏观的角度对建筑结构进行定性设计。相对概念设计来讲, 结构设计是一个逆向过程, 其根据概念设计的整体要求、力学与数据原理等由定量设计发展为定性设计, 其中定量设计包括内力、配筋、稳定性以及变形等, 而定性设计则是规范中规定的构造要求。由此可见, 建筑结构造价水平的高低以及施工进度的快慢会受概念设计水平的直接影响, 如果概念设计不合理, 会导致建筑整体结构出现安全问题。概念设计体现的是一种先进的设计思想, 结构工程师的主要任务是基于特定的建筑空间利用整体的概念进行结构设计, 并对构件与结构、结构与结构之间的关系进行和谐处理。
从某种程度而言, 现行的结构设计与计算理论还存在一定的不足, 例如混凝土结构设计过程中, 内力计算以弹性理论为基础, 截面设计则以塑性理论的极限状态为基础, 计算理论本身就存在矛盾性, 因此计算结果必然会与实际情况存在较大差异。针对这种不足就需要通过优秀的概念设计加以弥补。此外, 现代设计对计算机程序的依赖性过强, 计算结果未做科学分析, 并且在设计方案环节无法利用计算机实现初步设计, 而是需要结构工程师利用其结构概念专业知识选择效果好、成本低的结构方案, 无法保证单根构件的安全性, 就无法保证结构整体的安全性, 因此概念设计与结构设计的关系是相辅相成、缺一不可的。
3 结构设计的主要措施
在实际的结构设计中, 无论是制定方案或者初步设计, 还是结构计算或者绘制施工图, 甚至在施工现场的工地服务均要贯穿概念设计的理念, 因此, 结构设计过程中要注意以下几个方面:
首先, 在选择建筑场地时要选择抗震性较好的地段, 尽量避开不利地段, 如果避不开的地段则要采取针对措施, 必须将由于地震场地条件而间接导致结构破坏的因素考虑进来。概念设计过程中不能忽略建筑平面布置等要求, 如果方案存在严重不规则的现象则严禁采用。在确定结构体系的过程中, 要对结构体系方案、技术可行性和经济性等进行综合比较, 提高建筑结构的延性与匀质性, 尽量降低建筑重心。此外, 由于发生地震时会持续一定的时间或者会多次、反复作用, 所以要尽量设置多道抗震防线。因此在结构设计过程中, 要保证结构体系与相关抗震结构要求相符, 对构件的强弱关系进行适当处理, 从而提高结构的抗震能力。
其次, 注意结构刚度、承载力分布的合理性, 在实际工程中只有通过提高工程成本或者降低结构延性指标等才能进一步改善结构的抗侧移刚度, 而结构设计时可以有意识地提高结构中重要构件、关键构件的延性, 以改善设计方案的经济性。在判断计算方法是否合理时可以通过概念来确定, 从某种程度而言, 这种方法也是概念设计的延伸。现在计算机技术在工程设计中的应用越来越广泛, 绝大多数设计均是依靠计算机来实现的, 但是要在设计过程中将设计经验理性、科学地利用起来, 再与施工中可能遇到的问题互相结合, 对计算结果进行分析, 并在画图中进行合理的调整, 才能保证结构设计的科学性与实用性。
再次, 在结构材料选择过程中, 选择钢筋时要尽量选择延性、韧性以及可焊性较好的, 且混凝土也要与规定的强度等级要求相符, 控制脆性材料的用量, 保证材料满足抗震设计要求, 将其强度充分发挥出来。此外, 为提高结构强度还要保证结构的整体性, 具体包括两个方面:一是满足抗震的构造连接, 二是包括经过计算的节点连接。节点连接要遵循“强节点、弱杆件”的设计原则, 把握好构造连接的度, 并非构造连接越刚越好。
最后, 要注意施工过程中实际问题的现场处理。因为建筑施工现场存在诸多不确定性因素, 可存会出现无法操作或者施工误差过大等各种问题, 仅靠单纯的计算无法解决问题, 因此只能依靠设计人员专业的设计经验与设计技术, 在协商施工、监理等各方后再提出准确、合理的解决方案。
4 结构设计中协同工作概念的应用
通常在工业产品的设计与制作过程中会融入协同工作的概念, 所谓协同工作是指某个工业产品未达以使用寿命期间, 某个结构零件发生损坏对产品的整体性能产生影响。而对于建筑结构而言, 协同工作是指建筑工程中要将每个部件的作用充分发挥出来, 实现其与其他零件的互相配合。协同工作要求产品零部件的使用寿命相似, 并且承受基本相同的荷载, 不得出现长时间受力不均的问题。在结构设计中的协同工作要注意正确处理基础与上部的关系, 保证二者形成一个有机的整体, 例如砖混结构受自身刚度的影响会发生不均匀沉降, 因此可以利用钢圈与构造柱之间形成一个统一的整体来抵御。此外, 在建筑结构设计中, 协同合作还表现在建筑受力时要保证结构的各个部件受力均匀, 水平应力要保持在较高的水平。
高层建筑设计中要尽可能避免短柱, 保持各个柱的水平应力互相接近, 同步达到最大承载能力。不过实际工程中建筑物层数越多, 竖向与水平方向所产生的荷载力变越大, 相应的地层的截面积也会逐渐加大, 会导致高层建筑物底部的几层出现短柱现象。针对这种情况, 可以在柱截面设置竖槽, 将矩形柱变成田形柱来提高结构的承载能力, 减少短柱现象, 这样既保证了同层的水平柱在受力时, 同时达到最大的承载能力。
总之, 在概念设计日益重要的今天, 要求结构工程师应有深厚的基本理论基础, 并能不断吸取他人先进的设计思想。对自己的作品、设计, 应经常进行深刻的反思, 对每一项设计都精益求精。
摘要：在建筑结构设计过程中, 结构工程师设计水平的高低从很大程度上是由概念设计与结构措施来体现的, 因此概念设计与结构措施的重要性不言而喻。文章就针对该问题展开讨论, 在分析结构设计的相关概念、主要内容的基础上, 分析概念设计与结构设计的关系, 并在最后提出结构设计的主要措施。
关键词：建筑结构设计,概念设计,结构措施
参考文献
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结构工程设计 篇10
关键词：房屋结构 建筑结构 设计优化
1 引言
目前，随着科学的发展房屋结构设计技术不断发展，而房屋结构中建筑结构的设计市场越来越庞大。对建筑结构设计优化后，能加强房屋的使用性，更有利于人民的居住，改善居住的环境。因此，要想在庞大的设计市场中脱颖而出，就需要在建筑结构设计优化的时候，就需要引进先进的设计技术，创新设计理念，根据房屋所处的实际地理环境，选择合适的设计优化方案，争取采用最低的造价来换取最大的经济效果。同时，房屋结构建筑的设计优化还能提高使用者的居住环境和水平。因此，对于房屋结构设计中的建筑结构设计优化是目前建筑的最重要的目标。
2 目前的房屋建筑结构设计优化
目前的房屋结构设计优化还存在很多的缺陷，其中在优化过程中，只重视建筑尺寸的优化，在给予指定材料等建筑方面的要求后，优化只在建筑的表面进行，完全忽略了整体设计的优化。而这种仅仅满足尺寸方面的优化对于整个建筑来说没有任何意义。很多设计人员表明，建筑结构的优化需要的是合理的方案和布局，其中，表面的尺寸完全可以依靠计算机计算精密的数据，在实际的构建中符合数据就可以满足了。而且还有另一个关键的缺陷，就是在目前的建筑结构中，它的目标还不能满足建筑结构优化的需要。在设计优化的时候计算出来的结果只是一种理想主义数据，实际在实际的情况中，由于限制因素和变量效果等的影响，很难将这些数据应用到实际的建筑结构优化中。很多时候，建筑的设计方案和布局结构还是很不错的，但是就因为计算方面的不足，导致没有达到理想中的建筑结构目标。
3 建筑结构的设计优化理念
在对房屋结构设计中的建筑结构设计优化的长期探讨中，建筑结构的设计优化也有自己的理念。其中优化设计理念包含四个方面。第一个方面是房屋建筑具有安全性能，建筑能够反映人类的进步文明程度，能够保障人们各种工作的顺利进行，因此，对于建筑的安全性能有很高的要求。建筑结构的设计无论优化到什么程度，都是需要建立在安全性能的前提之下，一旦一个建筑优化的连安全性都保证不了，那么这个建筑就失去了存在的意义，甚至带来很大的灾难。第二个方面是可用性，建筑在表现美观的同时，设计优化的主打理念还是建筑的可用性，功能要满足使用者的要求，带来舒适的感觉。第三个方面是建筑结构的优化需要保护环境，我国在长期的发展中，人们对于保护环境的意识不高，造成我国目前环境的严重污染，因此，在建筑结构的设计优化的时候，设计合理，采用环保的建筑材料，排水等具有污染性的系统要做好环保的防护工作。第四个方面是可用价值性，在建筑结构的设计优化中，不能只顾眼前的利益，为了节约成本，而偷工减料，降低建筑的实际可用价值。建筑结构的设计优化理念的真正目标是用最少的钱却能打造出最有价值性的建筑。
4 房屋结构设计中的建筑结构设计优化方法
做任何事情有了目标和理念之后，在实际操作中都要讲究方法。因此，对于建筑结构如此重要的事情也需要一套详细的方案。
4.1 建筑结构的整体优化方法
房屋结构设计中的建筑结构设计优化主要表现在房屋建筑的整体結构上和房屋建筑的部分结构俩部分的设计优化。其中对于建筑的部分优化有很多方面，例如屋顶的优化，围护的优化等几个方面。这些方面不仅仅需要建筑设计者运用自己所学的精心设计，还得考虑到适用性能和造价等问题。在优化设计的时候，还必须进行实地的考察，结合实际情况对建筑进行设计优化。对于建筑的整体性优化来说，优化好的建筑要确保整体牢固，如果发生突发状况，能够把损失降到最低或者没有，这样优化出来的建筑是最好的。因此，在设计优化整体的时候，需要能够考虑各种可能出现的状况。例如，地震是最容易出现的自然灾害，在构建的时候就应该提前在建筑中加入一些避免降低地震的措施。在房屋结构的构建材料钢筋是降低地震破坏力的主要材料，因此对于钢筋与钢筋的接头距离应该严格按照有关部门的规定构建，这样才能够整体对建筑进行设计优化。
4.2 建筑设计优化的细节方案
当建筑的整体优化方案确定以后，需要细致的对建筑的细节问题进行研究。在建筑结构的不同部位对于负载的要求不同，就算负载要求相同，但是因为在同一部位的材料数据等各种参数也不相同，因此，就造成了对建筑细节的优化设计方法不同。而且在这些细节的问题中，很多实际的数据是不能通过计算机等机器计算的，完全需要的是人工计算，这就为细节的优化设计带来了很多的难度。这就需要建筑设计优化的工作人员能够根据自己多年的经验和积累的知识，快速准确的计算细节优化的各种数据，学习国外的先进方法，结合我国本身自己具备的设计理念，设计出我国自己的建筑优化方法。而且，在材料使用具体来说也属于细节，在构建之前应该对材料的使用有一个大概的了解，不用的材料也要根据情况回收利用，节约建筑设计优化的成本费用。设计人员的自身素质也要提高，目前我国的建筑水平还处于落后的阶段，需要我们的设计人员多向国外学习，引进他们的先进水平和经验，取其精华，取其糟粕。在建筑的结构设计上要注重均衡，无论是横向还是纵向都需要俩边平衡，具有美感。
5 总结
很多人都认为建筑是固体艺术，建筑师的设计优化方法能够赋予这个建筑物灵魂。因此，我们的设计师应该对未知失误勇于探索，积极创新，以自己最大的热情投入到实际的建筑构造中去。对建筑的优化要根据实际情况作出探究，经济价格适用，建筑结构的优化能够符合使用者的要求。而且，设计师不论再怎么对设计方案进行创新和设计，都要在保证建筑安全性的前提之下。
参考文献
[1]李飞.钢筋混凝土建筑结构设计优化探讨.《城市建设理论研究（电子版）》.2013年6期
[2]冯涛，张玉洁.基于遗传算法的建筑结构设计优化设计探讨.《科技创新与应用》.2012年9期
结构工程设计 篇11
住宅、酒店、写字楼等高层建筑的建设已经逐渐成为当今社会建设活动的主流。类似于悬臂构件, 高层建筑结构在水平荷载如风荷载及地震作用作用下位移比较大, 竖向荷载并非控制结构的关键因素。而且随着结构高度的增加, 位移会很快增加, 过大的变形严重影响居住及办公的舒适度, 甚至影响其使用功能。过大的变形也容易损伤甚至破坏结构非受力构件及部分受力构件, 威胁到生命财产安全。因此, 设计的合理化、选型的科学性对高层建筑结构而言十分重要。
2 高层建筑结构选型概述
建筑师综合考虑建筑功能、实用性及其美观性, 采用丰富的平、立面布置形式使建筑与周围环境相互协调。然而对于高层结构的选型及后续设计而言, 不规则的平面形式是巨大的难题。在满足建筑设计的要求下, 我们需要不断探索研究各类技术及经济因素, 确保高层建筑社会经济效益的最优性。选型往往在最初阶段就应考虑到后续的设计深化、施工难度、以及使用和后期维护等问题, 避免设计出不合理、经济效益低甚至发展不安全的建筑, 对社会造成不必要的浪费和不良的影响。
3 结构体系的选择
结构选型要根据建筑功能、建筑高度、安全性经济性等综合考虑, 主要采用的结构体系有以下几种:
3.1 框架结构体系
框架结构是指由梁柱等构件组成的结构所承担的体系, 框架结构对不同抗震等级采用不同构造措施, 注意“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的实现, 保证足够的延性。
3.2 剪力墙结构体系
剪力墙结构体系是指钢筋混凝土墙体承担竖向和侧向荷载的体系, 片状构件承载力大且平面内刚度大, 但是相对的剪切变形也较大、平面外刚度小, 墙不适宜太密否则墙体能力不能充分利用且结构自重大。
3.3 框架剪力墙结构体系
框架剪力墙结构体系是指框架和剪力墙整体共同抗侧向力的结构体系, 简称框剪结构。变形曲线在水平力作用下呈S型, 框架较好的延性、带边框的剪力墙较抗侧力刚度、连梁良好的耗能性能, 使得框剪结构具有多道抗震防线, 抗震性能较好。
3.4 筒中筒结构体系
筒中筒体系是指建筑中部实腹筒和建筑外围的空腹筒通过楼盖连成整体工作的结构体系。筒中筒体系普遍用于建筑高度高且平面有近于圆形、方形包括正多边形、长短边之比不大于1.5的矩形大楼, 但是筒中筒结构密集柱柱距过小, 经常需要采用桁架、连续拱、预应力大梁等水平转换构件来扩大底部密集柱的柱距。
3.5 框架核心筒体系
框架-核心筒结构体系, 其外围的框架柱数量较少, 倾覆弯矩以及剪力大部分由核心筒承担, 核心筒与框架形成整体后共同承受荷载, 这种体系的关键是核心筒抗侧力构件, 要实现双重抗侧力体系必须采用一定的措施。
3.6 板柱-剪力墙体系
板柱-剪力墙体系是指侧向与竖向荷载由剪力墙与板柱框架共同承担的结构体系。板为体系中主要的水平构件, 剪力墙与柱承担全部竖向荷载以及水平地震作用, 其缺点就是抗侧刚度较小。
4 某工程结构选型对比分析
项目主楼高232m, 共56层, 核心筒尺寸26m×15.15m, 平面尺寸为宽45m×39.6m, , y向梁跨度12m, x向梁跨度9m, 核心筒高宽比15.1, 整体高宽比5.9。此项目为超高层结构, 选型较为复杂。综合结构受力要求以及建筑使用功能, 初步确定两种方案:1、钢筋混凝土核心筒加钢管混凝土柱的混合结构;2、常规的框架核心筒结构。两种方案均设置加强层满足规范要求的位移角。
4.1 结构分析结果对比
表1为两种方案的自振特性分析结果, 可以看出, 两种结构体系的动力性能较为接近, Y、X向平动分别为第一、二振型, 第三周期为扭转;混合结构周期相对较小, 两种体系扭转周期比均小于规范要求的0.85。两种方案在地震作用下的最大层间位移角为1/1274与1/1112, 混合结构刚度略大于混凝土结构方案。
表2为两种方案的框架剪力与弯矩承载率、刚重比、剪重比, 分析表明, 两个方案主要抗侧力构件为核心筒。地震作用下, 两种方案X向较为Y向框架所承担的剪力与弯矩大, 两种方案刚重比均大于规范要求1.4, 整体稳定性满足要求。剪重比混合结构略大于混凝土结构, 但两者均不满足规范要求, 需按照相关规定进行调整。根据计算结果, 混凝土结构方案以及混合结构方案竖向构件轴压比均能满足规范限值的要求, 同时框架柱的轴压比也控制在一个比较小的范围。此外还进行了风振舒适度验算, 两者顶点峰值加速度均满足相关规范要求。
4.2 施工周期与成本估算
根据相关工程经验, 混凝土结构的施工周期平均每层为6.11天;而纯钢框架结构的施工周期平均每层为5.91天;超高层混合结构的施工周期平均每层为4天。若采用混合结构, 每层施工的时间比混凝土结构要快2.11天, 取1.5天计算, 此项目将提前2到3个月时间竣工。
表3为根据两种方案估算的造价表, 可以看出, 混合结构方案要略高于混凝土结构方案, 但综合施工管理费用以及社会效益后, 采用混合结构方案此工程将提前投入使用, 为业主节省利息, 并为业主提前带来租金的收入, 经初步核算, 所带来的收益基本与造价持平。采用混合结构, 其钢管混凝土柱承载力较大, 在高轴压比的情况下延性较好, 且柱截面相比于混凝土柱要小, 节省建筑使用面积, 且钢管能充当模板, 无需支模, 给施工带来方便。由于混合结构上部结构相对较轻, 桩基础费用较省。混合结构梁截面相对于混凝土结构较小, 可为建筑提供更多空间。综合考虑, 此工程采用混合结构方案。
5 结论
本文介绍了结构体系的类型, 并结合实际, 选用两种结构方案进行对比, 最终选择有利项目的结构方案。在满足建筑设计的要求下, 我们需要不断探索研究各类技术及经济因素, 确保高层建筑社会经济效益的最优性。结构选型应考虑到后续的设计深化、施工难度、以及使用和后期维护等问题, 避免设计出不合理、经济效益低甚至不安全的建筑, 避免造成浪费和不良的影响。
摘要：随着社会的发展, 建筑高度越做越高, 建筑平面布置越来越复杂多变, 建筑立面也越来越多样化, 结构选型及后续设计的难度越来越大。本文对高层建筑结构的几个关键控制指标介绍, 总结出结构典型特点及关键难点。并通过多年的设计经验, 从具体的某工程案例着手分析结构几个重要影响因素综合比, 多方收集资料指出选型中突出问题为选型建议, 与大家共同研究学习。
关键词：结构设计,结构选型,结构体系
参考文献
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