發布時間:2023-03-02 15:01:51
序言:寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁,我們為您精選了8篇的混凝土結構設計論文樣本,期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發,請盡情閱讀。
要想有效實現混凝土框架頂層加建鋼結構的目標,就一定要明確兩者之間的區別。混凝土框架具有自重大、剛度大、震害明顯、密閉性好、整體性好、抗壓性好、不易受外界侵蝕等特點;鋼結構具有自重小、延性好、耐火性差、密閉性差、易受外界侵蝕等特點。混凝土框架與鋼結構均是借助傳統力學和數學公式進行受力計算的,同時在進行抗震設計的時候,均需要設置多道抗震防御體系,這樣才可以保證結構的整體性與牢固性;在進行管理的時候,無論是混凝土框架還是鋼結構,均需要管理人員具備相應的專業素質與技能,對施工中可能出現的風險、隱患、質量問題等進行預防與處理,保證施工的順利完成。當然,兩者之間也存在著明顯的區別:首先,材質方面。混凝土框架主要就是由鋼筋與混凝土構成,自重非常大;鋼結構主要是由鋼構件連接組成,自重比較小。其次,震害結果。根據相關資料顯示,混凝土框架震害主要表現為裂縫,局部倒塌,很少出現整棟樓倒塌的情況;鋼結構在地震作用下,經常發生失穩、扭曲、變形的情況,并且因為整體性比較差,因此在進行設計的時候,定要對整體性進行充分的考慮。最后,施工管理方面。在實際施工中,對于相同面積的施工,鋼結構要比混凝土框架施工快;在現場施工的時候,混凝土框架施工需要進行現場支模澆筑,進行預制構件工廠加工的情況不多,而鋼結構需要在工廠加工很多的預制構件,之后運輸至施工現場,進行相應的安裝與焊接。除此之外,針對工程造價而言,鋼結構也要比混凝土框架低一些,在進行實際施工時,可以根據市場情況,進行適當的選擇。
2加建工程的現狀
我國加建設計起步比較晚,與世界先進國家之間存在著一定的差距。隨著社會的不斷發展與進步,科學技術水平的不斷提高,加建工程得到了很大的發展空間,并且在我國各地都開展了一些舊房挖潛、改造、加建等工程,并且在上海、重慶、廣州、貴陽、昆明等地都將舊房改造工程列入到了城市規劃項目當中,頒布了相應的文件與規章制度。由此可以看出,我國加建工程得到了很大的發展空間。1)由以往的單個房屋加建發展為成片住宅區的加建工程;2)各種新材料、新工藝應用到了加建工程當中;3)輕鋼結構加建技術得到了深入的分析與研究,并且在加建工程中得到了廣泛的應用。
3鋼結構加建的優缺點
開展鋼結構加建工程的時候,具有以下優點:1)節約土地,提高土地面積的使用效率,縮短建設工期;2)因為鋼結構的自重比較輕,因此,加建部分的荷載作用對原結構的影響非常小,不需要單獨對地基進行加固處理,這樣不僅可以減少工作量,還可以縮短工期,節省部分施工成本;3)鋼結構具有較強的多樣性,在進行加建的時候,可以充分發揮空間的優勢,降低對原建筑結構的影響;4)鋼結構加建的適用范圍比較廣,不僅可以對房屋建筑進行加建,還可以對工業建筑進行加建,因此,在建筑加建工程中得到了廣泛的應用。當然,其也存在著一些缺點:1)在進行鋼結構加建之后,其整體建筑結構就會呈現一種上柔下剛、上輕下重的質量與剛度分布,導致建筑整體性較差,缺乏一定的抗震性能;2)鋼結構耐久性較差,在進行加建的時候,需要進行防腐、防火等措施的考慮,這樣就會增加一些建筑材料的使用,此時不僅會涉及到原材料的質量問題,還要考慮原材料的成本問題,因此,存在著一定的不足。
4混凝土框架頂層加建鋼結構設計
1)樓板設計。在設計樓板的時候,現階段一般選用的都是現澆灌技術。目前,現澆灌技術是樓板設計中最為常用與有效的方法,在采用此種方式進行鋼結構施工的時候,可以有效提高建筑結構整體的穩定性、牢固性與安全性。同時,在鋼結構施工中,此種方法可以對出現的問題進行靈活的處理與調整,根據實際情況,提出有效的解決辦法,保證樓板設計與施工的順利進行,確保建筑工程的整體施工質量。2)梁設計。在進行梁設計的時候,一定要結合國際設計標準與實際設計情況,制定合理、科學的鋼構設計要求:首先,在進行梁設計的時候,一定要保證其截面寬度不會低于200mm,同時寬度與高度之間的比值不要超過4。其次,在梁設計中必然要使用一些鋼筋,對其使用鋼筋也要進行一定的規定,保證梁結構具有一定的硬度與抗震性能,進而確保建筑工程整體結構的牢固性與安全性。最后,在設計扁梁的時候,一定要保證梁中線和柱中線重合,采用雙向布置結構。同時對扁梁進行嚴格的計算與設計,保證其結構的合理性與科學性,增強建筑工程整體結構的穩定性。3)柱設計。在進行柱設計的時候,一定要保證其截面符合設計標準:通常情況下,柱截面寬度與高度均不可低于300mm,柱直徑一定要超過350mm,截面短邊與長邊的比值不可以超過3,柱縱向鋼筋配比不可以低于0.2%等。在設計柱的時候,一定要嚴格遵照以上要求,這樣才可以保證柱設計的合理性與科學性,同時增強鋼結構的穩定性,保證建筑工程施工的順利完成。4)基礎承載重量構件設計。在進行基礎承載重量構件設計的時候,一定要綜合考慮各方面的因素,結合建筑負荷、結構形式、施工狀況等,加強基礎設計的合理性與科學性,使其達到建筑工程整體設計要求。針對設計不合理、不符合要求的部分,一定要進行相應的修改,保證其設計的合理性與科學性,這樣才可以保證建筑工程整體的施工質量。
5結語
關鍵詞:鋼筋混凝土; 建筑結構;問題
中圖分類號:TU375文獻標識碼:A文章編號:
引言:
隨著我國經濟的飛速發展,城市面貌日新月異,一棟棟高樓大廈拔地而起。隨之建筑功能的不斷豐富,新穎的造型,致使工程設計越來越復雜,但目前的設計周期普遍偏短,也使設計文件中普遍存在某些質量問題,應該引起我們的重視。
1.地基與基礎設計過程中存在的問題
1.1柱下獨立基礎帶梁板式的地下室底板設計中,地下室底板設計中,容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎在上部荷載作用下,將會一起發生沉降變形,共同受力,如未考慮因此產生的附加應力,對底板而言是偏于不安全的,有可能會導致地下室底板承載能力不足而開裂。尤其對于采用天然地基的情況時,其影響則更為顯著。對于總沉降量較小的工程,可考慮在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施,當然,是否采用,還要綜合考慮其他因素。另外,對于地下水位季節性變化較大的地區,應考慮高低兩種不同水位對地下室底板的不同影響,求出包絡圖,再做配筋設計。
1.2天然地基錐體獨立基礎設計問題,有的基礎設計錐體斜面坡度大于1:3,該錐體部分砼很難振搗密實,現場施工往往是砼自然堆上,采用鏟子或抹灰刀拍搗成形,其錐體部分的砼很難達到設計強度要求。因此建議優先采用階梯形獨立基礎,利于施工,才能更好地保證施工質量。
1.3柱下獨立基礎之間的拉梁,如同時又是首層維護墻的承重梁的時候,不應該再簡單地按拉梁進行設計。而且在考慮荷載時,要考慮梁上皮以上土擴散角之內的土重。
1.4對于有地下室的建筑,當地下水位較高時,在室外地坪之下的結構部分,外輪廓形狀應盡量簡潔,這樣有利于建筑防水的施工。尤其對于柱下承臺的形式,更為明顯。此時,由于柱下承臺的影響,基槽地模形狀很復雜,有很多的陰陽角和放坡,即加大了防水施工的難度,有加長了施工時間,都不利于保證質量,并且還增加工程造價。對于這種情況下,我建議大家考慮反承臺法,即統一地下室底板和承臺的下皮標高相同,承臺需要加厚部分向上作,然后地下室內部作濾水層和覆土等地面做法。這種做法的優點是,基槽地模形狀很簡單,方便施工,利于施工質量得保證,同時也縮短了施工時間。并且,內部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力,減小配筋,這種自相平衡的思路最科學。同時也提高了建筑物的抗傾覆能力。
1.5地下室底板和外墻配筋計算時,往往假設條件與實際情況不符。例如地下室外墻配筋計算:有的工程外墻配筋計算中,凡外墻帶扶壁柱的,不區別扶壁柱尺寸大小,一律按雙向板計算配筋,而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋,又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調的原理分析,其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。建議:除了垂直于外墻方向有鋼筋砼內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱)之間外墻板塊按雙向板計算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。
2.結構計算與分析
在結構計算與分析階段,如何準確,高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理,是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進,因此,結構工程師也應該相當地對這一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。
2.1結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以,在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件相差較大的計算結果中,判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則,如果選擇了不合適的計算軟件,不但會浪費大量的時間和精力,而且有可能使結構有不安全的隱患存在。
2.2是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規范中都有提及,只是,在新規范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。
2.3振型數目是否足夠。在新規范中增加一個振型參與系數的概念,并明確提出了該參數的限值。由于在舊規范設計中,并未提出振型參與系數的概念,或即使有該概念,該參數的限值也未必一定符合新規范的要求,因此,在計算分析階段必須對計算結果中該參數的結果進行判斷,并決定是否要調整振型數目的取值。
2.4多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現,而在計算分析該類型高層建筑時,是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算,還是將結構人為地分開進行計算,是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大,就有可能出現即使振型參與系數滿足要求,但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大,從而便結構出現不安全的隱患。
2.5非結構構件的計算與設計。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時,由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大,因此,必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。
3.梁側縱向鋼筋的配置
3.1由于目前電算程序在結構構件分析時尚不能考慮現澆樓板對梁扭轉的影響,而是由程序給出一個梁扭距折減系數,合理選用梁扭距折減系數對控制梁的扭距是很重要的,一般情況可取0.4-0.6。
3.2對跨度較大的次梁支承于主梁上時,次梁的支承端會對主梁產生較大的扭距,這時可在電算程序中指定該次梁的端支座為絞接。這種方法對解決梁在受剪扭情況下的超筋超限是非常有效的。
3.3有時雖然做了以上調整,但梁的抗扭縱筋面積仍然較大。此時應將抗扭縱筋面積分攤一部分到梁的四根角筋,其余部分面積按梁側腰筋設置,梁腰筋直徑仍以Φ12~Φ16為宜。
4.混凝土施工方面出現的問題
為滿足結構承載的要求,節約工程造價,通常在結構設計中對上、下柱或柱與粱扳的混凝土選擇不同強度等級,然而未對結構的點區域的混凝土強度作出明確說明。按施工規范要求,當梁柱的混凝土強度等級不同時,節點處應按強柱弱梁的原則,節點區域的混凝土強度等級應與柱相同。采用強度較高的混凝土,在梁柱交匯處側面設垂直施工縫是不符合規范要求的,混凝土澆筑時,應按圖在梁柱接頭周邊用鋼網或小板定位,并先澆筑梁柱接頭的混凝土,隨后澆筑梁板混凝土,這樣既不便于施工,其質量也得不到保證。因此,在結構設計時應作綜合考慮,根據實際情況將柱與梁板選擇相同的混凝土強度等級,以方便施工。
5.結語
對于建筑鋼筋混凝土框架結構的施工,有關規范雖已有詳細規定,但仍有若干問題沒有明確具體作法。這些問題在規范條文中沒有具體規定,也往往易被忽視,給工程質量留下隱患。
參考文獻:
[1]葉菁. 鋼筋混凝土框架結構設計要點及注意事項[J]. 甘肅科技縱橫, 2010, (05).
關鍵詞:框排架結構,柱計算長度,初參數法
在工業廠房中經常遇見帶平臺的工業廠房,常見于輕工業廠房及火力發電廠主廠房,此類結構的基本特征為上部為帶吊車的排架結構,下部平臺為框架結構,常稱為框排架結構,其結構基本形式圖1,圖2所示。論文寫作,初參數法。
圖1 橫向框架布置圖
圖2 柱網布置圖
設計此類結構時,對于結構縱向,結構的基本形式是框架結構,按常規框架計算方法即可實現,而對于結構橫向,結構形式為框架和排架兩種結構形式的組合,設計時問題就比較復雜,需進行仔細考慮,下文主要就橫向框架的計算進行說明。
1.橫向框架內力計算
本文按以下簡圖(圖3,圖4)進行說明,H1,H2為下部框架的層高,H3為上部排架的下柱的高度,H4為上部排架的上柱高度,本文中把兩個邊柱稱為排架柱,內部柱稱為框架柱,實際工程中,有平臺梁和排架柱剛接和鉸接兩種情況,所以給出兩種情況下的簡圖。
圖3 計算簡圖一圖4 計算簡圖二
各種荷載的取值在規范中有比較明確的說明,對于一般設計人員不存在問題,按照彈性方法計算內力,現在的計算機普及,常規設計軟件也都可以比較準確的實現。
有了內力計算配筋時,對于排架和框架,梁配筋的計算一致的,而混凝土結構柱的設計現在都基本都習慣再按η-l0法計算,η-l0法在計算時需要設計人員確定各段柱計算長度。混凝土規范明確給出了排架結構和框架結構中柱計算長度的確定方法,兩種結構為不同的方法,對于排架和框架組合在一起的結構形式規范則沒有給出確定方法,所以計算長度的設計就成為框排架結構設計的關鍵。論文寫作,初參數法。論文寫作,初參數法。
2.排架柱計算長度確定
內部框架柱,由于結構形式為規則的框架結構,計算長度按照混凝土結構設計規范《GB50010-2002》的7.3.11條有關框架柱的規定確定取值即可,下面主要說明兩邊排架柱的計算長度確定,按梁和柱兩種不同的連接方式分別進行說明(圖3,圖4)。論文寫作,初參數法。
2.1平臺梁與排架柱剛接,簡圖一(圖3)
此時排架柱的H1和H2段,可以認為是底部框架的一部分,可依照混凝土結構設計規范7.3.11條有關框架柱規定進行取值。
對于上部排架,混凝土結構設計規范《GB50010-2002》僅規定了單層廠房排架柱的計算長度,對于本文所討論的排架柱在使用條件上顯然不合適,文獻4中對框排架結構,按初參數法對上部排架柱的計算長度進行了計算,最終分析結果建議上柱取3.0,下柱可取2.0。論文寫作,初參數法。論文寫作,初參數法。在參考文獻3中,對于初參數法,進一步分析,修正了初參數法在理論上的缺陷,認為按原初參數法計算的柱的計算長度上柱偏大,綜合這兩篇文獻,設計時建議下柱取2.0,上柱取2.0,排架柱的各段具體計算長度見表1。
本科畢業論文設計開題報告范文
1.課題名稱:
鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發
2.項目研究背景:
所要編寫的結構程序是混凝土的框架結構的設計,建筑指各種房屋及其附屬的構筑物。建筑結構是在建筑中,由若干構件,即組成結構的單元如梁、板、柱等,連接而構成的能承受作用(或稱荷載)的平面或空間體系。
編寫算例使用建設部最新出臺的《混凝土結構設計規范》GB50010-2002,該規范與原混凝土結構設計規范GBJ10-89相比,新增內容約占15%,有重大修訂的內容約占35%,保持和基本保持原規范內容的部分約占50%,規范全面總結了原規范實施以來的實踐經驗,借鑒了國外先進標準技術。
3. 項目研究意義:
建筑中,結構是為建筑物提供安全可靠、經久耐用、節能節材、滿足建筑功能的一個重要組成部分,它與建筑材料、制品、施工的工業化水平密切相關,對發展新技術。新材料,提高機械化、自動化水平有著重要的促進作用。
由于結構計算牽扯的數學公式較多,并且所涉及的規范和標準很零碎。并且計算量非常之大,近年來,隨著經濟進一步發展,城市人口集中、用地緊張以及商業競爭的激烈化,更加劇了房屋設計的復雜性,許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時間上還是從勞動量上,都客觀的需要計算機程序的輔助設計。這樣,結構軟件開發就顯得尤為重要。
一棟建筑的結構設計是否合理,主要取決于結構體系、結構布置、構件的截面尺寸、材料強度等級以及主要機構構造是否合理。這些問題已經正確解決,結構計算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設計工作了,因此原來在學校使用的手算方法,將被運用到具體的程序代碼中去,精力就不僅集中在怎樣利用所學的結構知識來設計出做法,還要想到如何把這些做法用代碼來實現,
4.文獻研究概況
在不同類型的結構設計中有些內容是一樣的,做框架結構設計時關鍵是要減少漏項、減少差錯,計算機也是如此的。
建筑結構設計統一標準(GBJ68-84) 該標準是為了合理地統一各類材料的建筑結構設計的基本原則,是制定工業與民用建筑結構荷載規范、鋼結構、薄壁型鋼結構、混凝土結構、砌體結構、木結構等設計規范以及地基基礎和建筑抗震等設計規范應遵守的準則,這些規范均應按本標準的要求制定相應的具體規定。制定其它土木工程結構設計規范時,可參照此標準規定的原則。本標準適用于建筑物(包括一般構筑物)的整個結構,以及組成結構的構件和基礎;適用于結構的使用階段,以及結構構件的制作、運輸與安裝等施工階段。本標準引進了現代結構可靠性設計理論,采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法分析確定,即將各種影響結構可靠性的因素都視為隨機變量,使設計的概念和方法都建立在統計數學的基礎上,并以主要根據統計分析確定的失效概率來度量結構的可靠性,屬于概率設計法,這是設計思想上的重要演進。這也是當代國際上工程結構設計方法發展的總趨勢,而我國在設計規范(或標準)中采用概率極限狀態設計法是迄今為止采用最廣泛的國家。
結構的作用效應 常見的作用效應有:
1.內力。
軸向力,即作用引起的結構或構件某一正截面上的法向拉力或壓力;
剪力,即作用引起的結構或構件某一截面上的切向力;
彎矩,即作用引起的結構或構件某一截面上的內力矩;
扭矩,即作用引起的結構或構件某一截面上的剪力構成的力偶矩。
2.應力。如正應力、剪應力、主應力等。
3.位移。作用引起的結構或構件中某點位變(線位移)或某線段方向的改變(角位移)。
4.撓度。構件軸線或中面上某點在彎短作用平面內垂直于軸線或中面的線位移。
關鍵詞:多層樞架結構,房屋設計,問題
鋼筋混凝土多層框架房屋,結構設計看似簡單,但如果設計不當,將會給建設單位帶來浪費或不安全的種種問題。本文就鋼筋混凝土多層框架房屋結構實際設計中應注意的問題作了簡要的分析探討。
1.關于多層框架基礎類型的選擇問題
多層框架類型多層框架基礎類型的選擇,取決于地質條件,上部結構荷載的大小。上部結構對地基不均勻沉降及傾斜的敏感度及施工條件等因不。設計時應做技術經濟比較,綜合考慮后確定。對于框架結構的受力分析和輔助設計。可借助PKPM進行,其主要步驟:厚度:雙向板為1/40板跨,單向板為1/35板跨。然后進行撓度和裂縫計算。最后確定板厚及配筋。柱截面:At=N/arc,a為軸壓比,fc凝土壓強度設計值。受荷面各及經驗系數確定。初選梁截面:粱高為跨度的l/lO一1/15,粱寬通常為1/2—/3梁高。輸入荷載:樓面荷載,梁上荷載,柱節點荷載,風載及地震信息。用PKPM中的SATWE內力分析程序進行計算。框架柱首先要滿足軸壓比限制,對超筋和構造配筋的梁柱進行調整,直至配筋,截面大小適中為止。另檢查結構的自振周期,以名產生共振。基礎選型:常用的基礎型式有柱下獨立基礎。柱下條基,柱下筏板及柱基。
2.關于多層框架結構的參數選取問題
《抗震規范》中指出,所有的計算機計算結果,應經分析判斷確認其合理、有效后方可用于工程設計。論文大全。通常情況下,計算機的計算結果主要是結構的自振周期、樓層地震剪力系數、樓層彈性層間位移(包括最大位移與平均位移)和彈塑性變形驗算時樓層的彈塑性層間位移、樓層的側向剛度比、振型參與質量系數、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力設計值、框架——抗震墻結構抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。
為了分析判斷計算機計算結果是否合理。結構設計計算時,除了有合理的結構方案、正確的結構計算簡圖外。正確填寫抗震設防烈度和場地類別。合理選取電算程序總信息中的其他各項參數也是十分重要的。
多層框架結構房屋有時也設置地下室。由于隔墻少,常采用筏板式基礎。在電算時,應將地下室層數和上部結構一起輸入,并在總信息中按實際的地下室層數填寫。這樣,計算地基和基礎底板的豎向荷載可以一次形成,并且在抗震計算時,程序會自動對框架底層柱底截面的彎矩設計值乘以增大系數。同時通過對層側移剛度比的分析比較,還可以正確判斷和調整房屋的嵌固位置,并采取相應的抗震構造措施。保證樓板有必要的厚度和最筋率等等;當結構表現為豎向不規則時。不僅要驗算薄弱層,而且還要對薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數。如果在結構總體計算時。論文大全。總信息中填寫的地下室層散少于實際輸入的層數,彎矩設計值增大系數將會乘錯位置,從而在發生地震時,會使極易發生震害的底層柱底部位因抗震能力降低而破壞。
3.關于框架計算簡圖的問題
無地下室的鋼筋混凝土多層框架房屋,獨立基礎埋置較深,在一0.05m左右設有基礎拉梁時,應將基礎拉梁按層1輸入。以某學生宿舍樓為例,該項目為層鋼筋混凝土框架結構,丙類建筑,建筑場地為II類;層高3.3m,基礎埋深4.Om基礎高度0.8m,室內外高差0.45m。根據《抗震規范》第6.1.2條,在8度地震區該工程框架結構的抗震等級為二級。設計者按3層框架房屋計算,首層層高取3.35m,即假定框架房屋嵌固在一0.05m處的基礎拉梁頂面:基礎拉梁的斷面和配筋按構造設計:基礎按中心受壓計算。顯然,選取這樣的計算簡圖是不妥當的。因為,第一,按構造設計的拉梁無法平衡柱腳彎矩;第二,《混凝土結構設計規范》—2002)第7.3.11條規定,框架結構底柱的高度應取基礎頂面至首層樓蓋頂面的高度。工程設計經驗表明,這樣的框架結構宜按4層進行整體分析計算,即將基礎拉梁層按層1輸入,拉梁上如作用有荷載,應將荷載一并輸入。論文大全。這樣,計算剪力的首層層高為Hl=4—0. 05=3.95m,層2層高為3.35m,層3、4層高為.3m。根據《抗震規范》第6.2.3條,框架柱底層柱腳彎矩設計值應乘以增大系數1.25。當設拉梁層時,一般情況下,要比較底層柱的配筋是由基礎頂面處的截面控制還是由基礎拉梁頂面處的截面控制。考慮到地基土的約束作用,對這樣的計算簡圖,在電算程序總信息輸入中,可填寫地下室層數為1,并復算一次,按兩次計算結果的包絡圖進行框架結構底層柱的配筋。
綜上所述,以上的幾個問題在鋼筋混凝土框架結構設計中經常遇到,也經常被忽略。所以,我們設計工作者應按規范和相應的構造要求,嚴格執行,從根本上消除設計隱患,確保設計質量。
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【關鍵詞】混凝土結構,卓越土木工程師,教學改革
世界經濟競爭主要是科學技術的競爭,歸根結底是人才的競爭。競爭、變革與發展是當今時代的特點。在世界綜合國力的競爭中,擁有高素質工程技術人才的多少已成為衡量一個國家科技進步、經濟實力、生產力發展水平的重要指標和依據。因此,培養大批量具有高素質工程技術人才,是我國經濟、科技國際化和時展的需要。“卓越工程師教育培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》和《國家中長期人才發展規劃綱要》的重大改革項目,是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措,旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類高質量工程技術人才。為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。
安徽建筑工業學院是國家“卓越工程師教育培養計劃”實施高校,其中“土木工程專業”是“卓越計劃”的重要實施專業,該專業于2007年通過了國家建設部全國高等教育專業評估、為國家特色專業建設點。《混凝土結構》作為土木工程程專業的核心課程,是一門理論與工程實際緊密聯系的課程,其知識體系、理論和方法既具有很強的工程性,又具有嚴密的科學性,而實際工程應用的綜合性又使得本課程的涉及面和內容十分豐富,其涉及到數學、力學、材料、實驗等多種知識與技能,對提升學生的工程素養,培養學生的工程實踐能力、設計能力和創新能力起著重要作用。本文從分析課程特點人手,提出了有關改革實踐辦法。
1分析課程特點,優化教學內容
1.1課程特點
混凝土結構課程包括“混凝土結構設計原理”和“混凝土結構設計”兩部分內容。第一部分屬于專業技術基礎課范疇,主要涉及混凝土基本構件的受力性能、截面設計計算和構造要求等內容,重點在于掌握混凝土基本構件受力性能分析和計算方法。第二部分屬于專業課范疇,主要涉及梁板結構、單層工業廠房結構和多層框架結構等內容,重點培養學生綜合運用第一部分的知識和力學知識,解決實際工程問題的能力。從教學實踐看,該課程是土木工程專業學生較難掌握,同時又是教師較難教的課程,具體表現在以下幾個方面:
(1)內容繁雜、涉及面廣。課程主要內容有材料的力學性能研究,結構計算基本原理研究,各種受力構件的實驗分析研究、基本公式的建立和計算方法的研究,構造措施的研究等。具有概念多、內容多、實驗現象多、計算公式多、符號參數多、構造要求多、教學環節多等特點。造成學生在學習過程中難以抓住重點、難點,從而產生厭學情緒。
(2)實踐性強、知識更新快。由于混凝土結構是由鋼筋和混凝土兩種力學性能完全不同的材料組成的復合材料構件,其物理力學性能復雜,涉及的因素復雜多變,目前尚缺乏完整的理論體系,大多數公式不可能通過理論推導直接得出,而是在實驗和工程實踐基礎上,提出有關計算公式。因此,在結構設計中引用了大量基于試驗以及工程經驗的計算規定。該課程內容的研究對象,都直接來源于土木工程結構中的實際受力結構或構件,教師在講授中,一定要注意將身邊的工程實例引入課堂,抽象的紙上談兵不利于學生對該課程的理解。混凝土結構又是在大量工程實踐和科學研究基礎上發展起來的一門實用性強的應用學科,與工程實踐中的新成果息息相關,由于土木工程的發展日新月異,新的工程實踐和新的技術不斷出現,其前沿性和時代性的內容體現在每一個知識點上,因此教學內容緊隨其發展,這是工程實踐性的必然要求和結果。《混凝土結構設計規范》基本上每2年要進行一次局部修改,每10年要進行一次較大更新。
(3)綜合性強、具有創新性。混凝土結構不僅與前續的理論力學、材料力學、結構力學及土木工程材料等課程內容緊密相關,同時又是后續的高層建筑結構、橋梁工程、抗震結構設計等專業課程學習的基礎,也是畢業設計中主要綜合應用的內容。它既要處理構件的承載力和變形計算問題,還要綜合考慮各方面的因素,確定構件選型、材料選用、結構計算簡圖和分析方法以及配筋構造和施工方案等設計內容。同一工程設計有多種方案和設計數據,設計的結構不是唯一的,應綜合考慮使用功能、材料供應、施工條件、造價等各項指標,通過對各種方案的分析比較,選擇最佳的設計方案。另外,由于混凝土結構設計理論在不斷的更新,結構設計不應完全被規范所束縛,除按《規范》進行設計外,還應在深刻理解規范設計理論的基礎上,充分發揮設計者的主動性和創造性。
1.2熟悉卓越培養計劃,優化課程教學內容
傳統的土木工程專業各門課程均強調本身的完整性和系統性,未能站在完善培養對象整個知識結構的高度確定教學內容,課程教學內容重復現象比較嚴重。“混凝土結構設計原理”作為專業基礎課部分,課程內容從原來單一的建筑工程拓寬到涵蓋土木工程的各個領域,因此在有限的學時內需對教學內容進行優化。教學實踐中,可將各專業方向通用的混凝土結構基本原理及基本計算方法與規范分離,突出重點,對構件在各種受力狀態下的破壞性能進行詳細講解,然后再將各種設計規范的不同要求簡要介紹給學生。“混凝土結構設計”屬于混凝土基本構件的后續專業課,在教學計劃中,它主要是為建筑工程方向開設的,主要介紹有關典型鋼筋混凝土結構(平面樓蓋、單層廠房、多層框架)的設計,主要講授:實際結構計算簡圖內力計算分析構件截面設計與構造措施等,主要訓練學生綜合分析、應用能力。
2、改革教學方法,提升教學質量
混凝土結構的教學模式已從傳統的以知識傳授為主發展到知識、能力、綜合素質的培養為主的模式,并進一步向創新型、研究型教育模式轉變。對不同的教學內容要采用不同的教學方法,以激發學生的學習興趣,構成以學生為主體,教師為主導的模式。對課程的基本原理、計算方法等采用系統講授法,便于較短時間內傳授較豐富的知識;對課程中的構造要求等采用現場參觀、習題練習等方法,讓學生增加感性認識、加深理解和掌握。采用討論式教學,讓學生積極參與,使掌握的知識更深刻;對一些重要的理論、現象等采用演示實驗法,并經常在教學中增加當前科技發展的新技術、新工藝、新材料等內容,以拓寬學生的知識面。
(1)傳統教學方法和現代多媒體教學手段相結合
混凝土結構課程不僅有大量的理論和經驗公式,同時又與工程實踐密切相關。對于推導性質、邏輯思維性質等內容,傳統授課方法更為有效,更加符合認知規律。但僅僅沿襲傳統的教學方法,單純講解混凝土結構,學生面對各種枯燥的理論公式,既不易理解,也激發不了學習興趣,教學效果不甚理想。現在,多媒體已經成為課堂上必不可少的教學手段,對于一般了解的教學內容、圖示性質的教學內容適宜于多媒體授課,在多媒體課件中,大量的圖文、聲像、動靜俱全的學習資源讓學生看到了書本上無法捕獲到的東西。同時,利用互聯網技術,將多媒體課件、相關習題等提供到校園網上,實現信息共享,方便學生預習、復習以及討論,提高了教學效率;開辟網上課程討論區,為學生提供良好的釋疑環境以及知識交流平臺。將傳統的教學方法與現代的教學手段相結合會得到事半功倍的效果。這種新的教學方式拓寬了學生的知識面,調動了學生學習的積極性,加深了學生對理論內容的理解程度,從而提高了課堂效率。
(2)改革課堂教學方式,激發學生創新能力
根據課程內容的不同,可以采用靈活多樣的課堂教學方式,充分發揮以學生為主體、以教師為主導的教育理念,激發學生的學習積極性和創新能力。案例法教學。針對混凝土結構原理課程實踐性強的特點,教師可在授課過程中適時采用案例教學。教師根據教學目的要求,引用研究成果和工程案例,開展課堂討論,引導學生積極參與,師生互動,讓學生通過自己的觀察、思考、分析、選擇、領悟去獲取知識,并把所學的知識運用于實踐。教給他們分析問題和解決問題的方法,進而提高分析問題和解決問題的能力,加深學生對基本原理和概念的理解。
啟發式、互動式教學。啟發式教學關鍵的是引導學生思考,并給學生留出充分的思維空間,啟發和引導學生思考。我們要求教師按照“提出問題分析問題解決問題結論和討論”的思路,組織好課堂教學。互動式教學要求教師和學生之間要有對話和交流,同時學生對老師提出的問題要有響應。要發揮教師在課堂教學中的主導作用,教師要精心設計教學過程中不同階段能夠啟發學生思考的問題;其次是要尊重學生在教學活動中的主體地位,學生對老師提出的問題要積極地去思考和回答。
比較法教學。在教學過程中,采用比較法教學,能提高學生的理解能力、分析問題能力。
問題引入式教學。重視問題的引入,根據不同的課堂內容,布置課后思考題,提出與所講內容相關的工程問題讓同學思考,引起學生的好奇心,然后在后面的講解過程中解答問題,這樣學生就會在課堂上認真聽講,變被動的接受知識為主動學習,培養學生主動學習的能力。
(3)結合教學內容,把實踐引入課堂。混凝土結構和工程實踐密切相關。如果單純學習書本知識,學生就會產生疑惑,漸漸失去學習的興趣。實踐就是打開疑惑的大門,除了教學計劃安排的實踐性環節外,結合教學內容,通過載體,教師要善于把工程實踐引入課堂。可利用的載體是設計規范、標準圖集、施工圖紙、結構模型、混凝土結構最近發展動態等。建筑工程和我們的生活息息相關,教育學生平時多到工地走走,處處留心,多多學習,拉進理論和實踐的距離,增加學生工程意識。
(4)專業知識學習和實踐、創新能力培養相結合
引導、鼓勵學生結合課程內容,制作結構模型、撰寫專業學術論文、自主設計大學生科研訓練計劃、參加結構設計競賽等。
3、加強實踐性教學,培養學生工程能力
由于混凝土結構課程具有很強的實踐性特點,因此,加強實踐環節勢在必行,主要包括課程試驗、課程設計、畢業設計等幾方面。
(1)重視結構試驗課教學,培養學生創新能力。混凝土結構課程教學中涉及較多試驗研究內容,課堂中對試驗內容只進行理論解說,往往事倍功半,效果不佳。教學過程中,一方面可利用試驗影像資料,加強學生感性認識,激發其學習興趣;另一方面,將結構試驗室作為一個創新平臺,引導學生參與課題研究,親自參加試驗,培養學生以試驗現象、基本理論為基礎進行科學研究的能力,進而培養學生的創新能力。
(2)強化課程設計訓練,培養學生綜合能力。課程設計是一項綜合訓練,培養規范、手冊、技術資料和工具書等使用方法,提高學生設計計算、工程制圖能力。這是由理論走向實踐,應用能力培養的關鍵性環節。要“真題真做”或“真題假做”,選擇難易程度、工作量和內容覆蓋面相近的實際工程的一部分作為課程設計題目。在設計中要把握好教師對學生引導作用的分寸,切忌采取“保姆”式的包辦指導辦法,要突出“學生為主,教師為輔”的教學指導思想,教師應“授之以漁”而非“授之以魚”,促使學生一開始就建立依靠自己動手動腦解決問題的獨立性,讓學生在設計中充分發揮主角作用,使他們通過設計實實在在積累知識經驗,熟練技術技能,全面提高業務素質。
(3)采用“雙導師制”,提高畢業設計質量。畢業設計是學生對大學四年所學知識的綜合運用,也是學生走上工作崗位前最為重要的實戰演習。可采用“雙導師制”進行指導工作,即由教師和設計院工程技術人員共同指導學生畢業設計。此階段除注重提高學生將混凝土結構設計原理、設計方法與規范的綜合運用能力之外,還應重視培養學生的識圖、繪圖能力和軟件應用能力,如設計圖紙要求有一定比例的手繪和CAD繪圖,結構計算結果要求采用有限元程序或軟件校核,以提高學生的工程素質,縮短學生適應工作的時間。學生經過畢業設計,學會了綜合運用課程知識、查閱資料、設計計算、軟件使用等許多在工作中有用的東西,也就是分析問題和解決問題的能力得到快速提高。
4、結語
混凝土結構課程的學習關系到學生對后續專業課程的學習,關系到對學生學習能力的培養,提高其教學質量勢在必行。在“卓越土木工程師”培養計劃下,如何提高混凝土結構課程進行效果,更好地適應“卓越土木工程師”人才培養目標,不僅與教學內容與方法的改革有關,更與師資隊伍和企業的參與度緊密相連,有待于在今后的教學實踐中不斷加以完善。
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關鍵詞:土木工程;強化工程素質;實踐教學;改革
作者簡介:袁康(1982-),男,重慶人,石河子大學水利建筑工程學院,副教授,國家一級注冊結構工程師。(新疆 石河子 832003)
基金項目:本文系石河子大學校級教改項目“土木工程專業實踐教學團隊建設”、兵團精品課建設項目“混凝土結構”的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)08-0188-02
普通高校土木工程專業是以培養適應社會主義現代化建設和現代科學技術發展需要、掌握土木工程學科的基本理論和基本知識、獲得工程師基本訓練并具有創新精神的應用型高級工程技術人才為目標,畢業生應具有從事土木工程設計、施工與管理工作的能力以及初步的項目規劃、研究開發的能力。[1]土木工程專業是一門實踐性非常強的學科,因此在實現培養目標的過程中實踐教學環節顯得尤為重要,它是提高專業人才創新能力、動手能力和專業素質的關鍵途徑與手段。[2]石河子大學土木工程專業建設過程中結合新疆經濟社會發展需求,以及學校自身辦學條件,主要注重在建筑工程設計、施工、管理等方面培養人才,多年來培養了大批優秀工程技術人才,得到了用人單位的一致好評。通過“請進來、走出去”――即邀請工程單位參與到實踐教學環節中,讓學生走出校園參與到工程實踐中去的探索思路,與兵團設計院、天筑建設集團等多家工程實踐單位建立了合作關系,逐漸建立一套基于“強化工程素質”為出發點的土木工程專業全程(涵蓋實驗教學、課程設計、畢業設計、認識實習、生產實習、專業競賽)實踐教學體系,如圖1所示。本文將闡述石河子大學土木工程專業實踐教學體系改革探索經驗,以供參考。
一、實驗教學環節改革
土木工程專業開設的實驗主要有材料實驗和結構實驗,傳統的實驗課程相對獨立的從屬于各自的理論課程,學時量小,學生在課程中往往缺乏主動性和積極性,只是按照實驗指導書的步驟去完成,對于實驗的目的、重要性等都缺乏深入的理解,甚至有些實驗逐步演化成演示實驗,其弊端顯而易見,急需改變。目前,石河子大學在教學過程中主要從優化實驗內容和改變教學方式兩方面入手進行改革。
1.優化整合實驗教學內容
實驗課程從材料性質到結構性能實驗,其過程有其內在邏輯性,學生必須在深入了解材料的物理力學性能后才能將材料制作為各種受力構件,并通過結構實驗去認識構件的受力性能。因此,在實驗內容的設置上可以將材料實驗和結構實驗進行統籌安排。例如,混凝土結構構件實驗與混凝土實驗、鋼材力學性能實驗可以進行綜合設置,提前給出一個按實際工程受荷、選材的構件,讓學生通過所學建筑材料、混凝土結構、土木工程施工等課程知識來循序漸進地完成該構件的混凝土制作、鋼筋指標測驗、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、承載力實驗,并與理論計算進行比較。通過一個細小的構件完成,讓學生充分實踐到結構設計和施工的過程中。
2.以學生為主體的實驗教學方式改革
在實驗教學方式方面,始終以學生為主體,激發學生的創造性,鍛煉學生綜合運用所學知識解決工程實際問題的能力。具體采用:
(1)減少驗證性實驗,增開設計性、綜合性實驗。
(2)實驗過程中強調學生的參與性,從構件制作、實驗操作都以學生摸索為主,老師只提供《混凝土結構設計規范》、[3]《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[4]等相關規范和標準。
(3)應對實驗結果與理論分析的異同與學生進行深入探討,啟發學生的創新思維意識。
(4)針對實驗內容,到工地、質監站等相關聯合培養基地進行觀摩,讓學生聆聽各項實驗在工程實踐中的意義,強化學生工程意識。
二、推進校企聯合模式的實習改革
實習是土木工程實踐教學體系中十分重要的一環,是學生在學習階段第一次直接接觸工程實踐,也是校企聯合培養優勢體現最為明顯的環節。石河子大學的實習分為認識實習和生產實習(包括測量實習和工地生產實習)兩個環節,在實習方面主要進行了以下探索:
1.集中與分散相結合的認識實習,使學生對工程有感性認識
所謂集中認識實習,即是在老師的帶領和講解下對已建和在建的各種結構形式的建筑有一個初步的認識。石河子大學土木工程專業集中認識實習為期一周,開設時間在大三的第一周,主要在聯合培養單位完成,實習的開展既是對已學知識的實踐認知,也是為后續課程的順利開展奠定基礎,所以在實習科目的安排上應盡可能地做到廣泛和全面。另外,考慮到專業課程的抽象性,石河子大學在改善教學方法上亦有嘗試,即將部分理論課時與分散的認識實習結合,開展工程現場教學。例如,在混凝土課程講解鋼筋的布置時將學生帶到施工現場進行講解,使得原本抽象的內容變得生動。在講述梁格布置時,直接以所在教學樓結構布置為例進行分析,充分調動了學生的好奇心和求知欲。
2.“雙導師制”、“專題討論”、“循環實習”提高工地生產實習成效
工地生產實習是指學生進入施工現場對在建建筑進行跟蹤實習,是學生第一次與實際工程的親密接觸,讓學生了解工程人員的艱辛與責任,也是學生走上工作崗位之前最為接近實際的實踐環節。如何使學生在實習過程中真正將理論知識與實踐相結合,增長實踐經驗是生產實習的主要目的,主要采取以下措施:
(1)采用“雙導師制”進行實習指導,即學校老師和施工技術人員共同指導學生實習,使學生既可以從施工技術人員處獲取實踐經驗,也可以從老師處獲取相關實踐內容的理論解答。
(2)適當引入“專題討論”,學生進入的可能是不同結構形式的工地,如有框架、剪力墻、底框、鋼結構等等,也有可能進入的是不同的施工階段,有的在主體階段,有的在裝修階段等等。針對不同的實習環境,可以事先設置一些專業性的問題讓學生帶著問題去實習,并在實習過程中查閱資料解決問題,使學生解決問題的能力得到鍛煉。
(3)為使學生在較短時間充分參與工程施工的各個環節,采取了“循環實習”的方式,即每組學生在一個工地上實習一定時間后,與在其他不同結構形式或不同施工階段的學生進行交換。該措施使得學生的實習成效進一步增強。
三、強化設計環節的實戰性
1.系統化設置課程設計群,模擬工程設計和施工流程
課程設計是鍛煉學生專業技能的重要步驟,也是畢業設計前必要的分解練習。因此,對課程設計環節應尤為重視,主要從以下方面進行改革:
(1)選題上選擇應用最為廣泛的工業、民用建筑。
(2)在課程設計先后順序上的安排也按照實際工程的建設程序進行設置,按照建筑設計、結構設計、施工組織設計、概預算的步驟逐步開展。
(3)在設計深度上基本與工程實際貼合,同時強調作為工程人員的重要素質――手算和手工繪圖的能力。通過課程設計這一實踐環節使學生更好地掌握和理解各門專業課程的基本理論與方法,進一步提高學生查閱技術資料、繪制工程圖的能力,為后續的畢業設計奠定基礎。
2.以就業去向為依據,突出畢業設計實戰性
畢業設計是學生對大學四年所學知識的綜合運用,也是學生走上工作崗位前最為重要的實戰演習。經過畢業設計,知識變得更加系統,學會了如何查閱規范、圖集等相關資料,綜合運用所學課程知識分析工程實際問題和解決問題的能力得到了提高。為了讓畢業設計更加具有針對行、實踐性,主要進行了以下探索:
(1)考慮目前我校畢業生流向主要有設計院、施工單位以及繼續深造三個方面,畢業設計分設建筑結構組、結構施工組、論文組。其中,建筑結構組主要完成建筑設計、結構設計工作,為學生進入設計院后從事建筑設計或結構設計奠定寬泛的基礎;結構施工組主要完成結構設計、工程施工組織設計、概預算等內容,為有意去建設單位就業的同學提供一次寶貴的鍛煉機會;論文組主要針對畢業后將進一步深造的同學而設置,論文題目組要和相關指導教師課題相結合。
(2)畢業設計題目應充分反映社會的需求,通過與設計單位經常性保持溝通,課程組對畢業設計相關資料不斷進行更新和完善,目前積累各種實際工程建筑施工圖100余份供學生選擇進行結構設計。畢業設計題目涵蓋了住宅、商場、辦公樓、車站、會議中心、展廳、醫院等與人們生活密切相關的項目。
(3)邀請了設計院資深專家和專業教師共同參與畢業設計指導和答辯工作,達到了理論與實踐相互彌補和促進,最終使廣大學生受益的目的。同時,也使專業教師的實踐水平得到提高。
四、專業競賽鍛煉動手能力,培養創新精神,建立團隊意識
土木工程專業的實踐性、復雜性要求畢業學生具備較高的綜合素質才能完成工作中遇到的各種復雜、挑戰性強的工程任務,專業競賽為學生提供了一個提前模擬工程實踐的平臺。石河子大學主要設置了“建筑模型大賽”和“結構設計大賽”兩項競賽,要求參賽學生按分組在規定的時間、規定的條件下完成模型的構思、設計、計算、制作等流程,并撰寫設計說明和計算書,最后在現場進行模型的展示和答辯。通過整個過程基本模擬了工程的規劃、設計、施工等建設程序,培養了學生的動手能力、創新精神和團隊意識。在競賽過程中邀請相關單位的工程技術專家參與指導、現場點評,使學生進一步開拓視野。
五、結語
綜上所述,石河子大學以“請進來、走出去”為指導思想,經過多年的摸索和建設,逐步建立了貫穿全程的實踐教學體系,根據工程單位的反饋意見不斷對實踐教學內容和方式進行改革,確保了土木工程專業培養目標的實現,為新疆生產建設兵團建設行業輸送了大批的工程技術人才,為兵團經濟和社會發展作出了重要貢獻。
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關鍵詞:高層;混凝土;建筑;抗震;結構設計
中圖分類號:TU37 文獻標識碼:A 文章編號:
近幾十年來,鋼筋混凝土結構有了更大的發展,混凝土強度和鋼筋強度得到提高,鋼筋混凝土結構的應用范圍不斷擴大,預應力混凝土結構也開始應用。鋼筋混凝土高層建筑成為了當前建筑物的一個主體工程,如何保證建筑結構抗震設計是否過關尤為重要。設計階段決定主體結構構件、非結構構件的尺寸與構造、連接,是結構抗震性能目標能否實現的一個重要階段。論文就鋼筋混凝土高層建筑結構抗震關鍵設計進行探討,旨在促進了鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構的飛速發展。
一、結構抗震設計的重要性
地震是一種隨機振動,有難于把握的復雜性和不確定性,要準確預測建筑物所遭遇地震的特性和參數,目前尚難做到。在結構分析方面,由于未能充分考慮結構的空間作用、結構材料的非彈性性質、材料時效、阻尼變化等多種因素,同時也存在著不準確性。因此,工程抗震問題不能完全依賴“計算設計”解決,而必須立足于“概念設計”。概念設計是指設計人員從結構的宏觀整體出發,用結構系統的觀點,著眼于結構整體反應,正確地解決總體方案、材料使用、分析計算、截面設計和細部構造等問題,力求得到最為經濟、合理的結構設計方案以達到合理抗震設計的目的。結構抗震概念設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震能量的作用,避免結構出現敏感的薄弱部位。地震能量的聚散,如果僅集中在少數薄弱部位,必會導致結構過早破壞,目前各種抗震設計方法的前提之一就是假定整個結構能發揮耗散地震能量的作用,在此前提下才能以多遇地震作用進行結構計算、構件截面設計并輔以相應的構造措施,必要時采用彈性時程分析法進行補充計算,試圖達到罕遇地震作用下結構不倒塌的目標。
二、高層混凝土建筑結構抗震設計策略
1、 從建筑的全局出發
高層混凝土建筑結構設計要從建筑的全局出發,全面考慮各種建筑部位的功能,在此基礎上,科學設計每個部分的構件,保證每個部件之間的契合,促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求,滿足一定的現實需求,同時,通過抗震設計,使得每個構件都可以具有相應的承載力,當地震來襲,每個構件都可以有著一定的次序先后破會,整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性,從而延緩地震破壞的速度,消耗爆發的能量。增強建筑的整體抗震能力。
2、地基選址
地基選址是進行建筑結構設計的基礎,因此,在房間結構抗震設計中,要科學避開山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅硬,牢固,平坦,開闊的選址原則。親身實地,利用先進技術設備,進行地質勘探,山石水土監測,并取樣論證,科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠,地質穩定無滲漏,無坍塌,無暗河,無熔巖,無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設計。
3、高度的確定
按我國現行高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3- 2002)規定,在一定設防烈度和一定結構型式下,鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度是我國目前建筑科研水平、經濟發展水平和施工技術水平下,較為穩妥的,也是與目前整個土建規范體系相協調的。可實際上,已有許多混凝土結構高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物,應當采取科學謹慎的態度:一要有專家論證,二要有模型振動臺試驗。在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化。因為隨著建筑物高度的增加,許多影響因素將發生質變,即有些參數本身超出了現有規范的適宜范圍,如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。
4、材料的選用和結構體系
在地震多發區,采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。我國150m以上的建筑,采用的三種主要結構體系(框—筒、筒中筒和框架—支撐體系),都是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外,特別在地震區,是以鋼結構為主,而在我國鋼筋混凝土結構及混合結構占了90%。如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構,國內外都還沒有經受較大地震作用的考驗。在高層建筑中采用框架———核心筒體系,因其比鋼結構的用鋼量少,又可減少柱子斷面,故常被業主所看中。混合結構的鋼筋混凝土內簡往往要承受80%以上的震層剪力,有的高達90%以上。由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主,變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大,靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移,不僅增大了鋼結構的負擔,且效果不大,有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構,形成加強層才能滿足規范側移限值;此外,在結構體系或柱距變化時,需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變,常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大,加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉換層時,要慎重選擇其結構模式,盡量減小其本身剛度,減小其不利影響。
在高層建筑中,應注意結構體系及材料的優選。現在我國鋼材生產數量已較大,建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多,鋼結構的加工制造能力已有了很大提高,因此在有條件的地方,建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土(柱)結構或鋼結構,以減小柱斷面尺寸,并改善結構的抗震性能。在超過一定高度后,由于鋼結構質量較小而且較柔,為減小風振而需要采用混凝土材料,鋼骨(鋼管)混凝土,通常作為首選。
另外,許多高層建筑底部幾層柱雖然長細比小于4,但并不一定是短柱。因為確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比,只有剪跨比≤2 的柱才是短柱。有專家學者提出現行抗震規范應采用較高軸壓比。但是即使能調整軸壓比限值,柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
總之,鋼筋混凝土框架結構是我國大量存在的建筑結構形式之一,鋼筋混凝土框架結構的柱端與節點的破壞較為嚴重,其抗震設計中應該鋼筋混凝土高層建筑結構抗震關鍵設計,另外,必須滿足“強柱弱梁”“、強剪弱彎”“、強節點”“、強底層柱底”等延性設計原則和有關規定。
5、運用延性設計
結構良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結構倒塌。因此,結構設計應力求避免構件的剪切破壞,爭取更多的構件實現彎曲破壞。始終遵循“強柱弱梁,強煎弱彎、強節點、弱錨固”原則。構件的破壞和退出工作,使整個結構從一種穩定體系過渡到另外一種穩定體系,致使結構的周期發生變化,以避免地震卓越周期長時間持續作用引起的共振效應。
總之,高層建筑結構的抗震設計方法和技術是不斷變化和進步的,需要在具體的實踐中對高層建筑所處的地質和環境進行詳細的分析和研究,選用適合的抗震結構,注重建筑結構材料的選擇,減小地震的作用力,增強地震的抵抗力,從而達到高層建筑抗震的目的。
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