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建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在很大程度上影響著建設(shè)工程的安全可靠、美觀實(shí)用、 施工難度 、工程造價(jià)等諸多品質(zhì),提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量一直以來(lái)都是結(jié)構(gòu)工程師最為關(guān)注的話題之一。 同時(shí),項(xiàng)目的特殊要求、 施工環(huán)境的變化以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員水平上的差異等諸多因素都與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出圖質(zhì)量密切相關(guān)。 為了盡可能避免設(shè)計(jì)圖紙上出現(xiàn)“ 漏 、碰 、錯(cuò)、 缺” , 相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)工作者應(yīng)當(dāng)通過(guò)有效的措施盡可能提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
1、整體設(shè)計(jì)
整體設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)體系的選擇、柱網(wǎng)的布置、剪力墻的分布、基礎(chǔ)的選型等。 整體設(shè)計(jì)一般分主體和基礎(chǔ)兩部分進(jìn)行。 設(shè)計(jì)人員根據(jù)建筑物性質(zhì)、高度、重要程度、當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度、風(fēng)力等條件來(lái)選擇合適的結(jié)構(gòu)體系,是采用磚混結(jié)構(gòu) 、框架結(jié)構(gòu)、 框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu),還是巨型框架等;選定結(jié)構(gòu)體系后,就要具體決定柱 、梁、剪力墻的分布和尺寸等;在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算后,主體結(jié)構(gòu)底截面的內(nèi)力成了基礎(chǔ)選型和計(jì)算的重要依據(jù)。
基礎(chǔ)部分主要根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果,結(jié)合項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件、抗震烈度等因素,確定基礎(chǔ)形式。因項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件差異比較大,所以上部結(jié)構(gòu)相同或者類似的建筑,基礎(chǔ)形式可能有很大不同。例如在地質(zhì)條件好,地基承載力高的地區(qū),十層以下的建筑物基本都能采用天然基礎(chǔ),而在地質(zhì)條件差的區(qū)域則大多需要采用樁基礎(chǔ)。例如:天津?yàn)I海新區(qū)的部分區(qū)域,即使2-3層的建筑物也需要采用樁基。因基礎(chǔ)形式受地質(zhì)條件影響,各區(qū)域差異較大。
2、部件設(shè)計(jì)
進(jìn)行整體設(shè)計(jì)后,就要進(jìn)行部件設(shè)計(jì) 。部件設(shè)計(jì)是指柱、 梁 、板、 墻(剪力墻)和塊體這五種部件的內(nèi)力和配筋計(jì)算。 梁和柱一般可看作細(xì)長(zhǎng)桿件,內(nèi)力情況與計(jì)算體系相符合;單向板可簡(jiǎn)化為單位寬度的梁來(lái)計(jì)算,雙向板的計(jì)算理論也較成熟;異型板的受力及計(jì)算較為復(fù)雜,應(yīng)盡量避免;對(duì)于單片的剪力墻,一般把它假設(shè)作薄壁柱來(lái)近似計(jì)算,有時(shí)要考慮翼緣的作用;對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)中的剪力墻則要用空間力學(xué)的方法來(lái)計(jì)算 。塊體不同于梁、 柱、 板、 墻,它在空間三個(gè)方向的尺寸都比較大,難以視作細(xì)長(zhǎng)桿件或簡(jiǎn)化為平面體系來(lái)計(jì)算。 如獨(dú)立基礎(chǔ),樁的承臺(tái),深梁等都是塊體,受力情況很復(fù)雜,難以精確分析,所以在計(jì)算中往往采用提高安全系數(shù),采取一些構(gòu)造措施來(lái)保證安全性。
二、 提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的措施
1、 重視概念設(shè)計(jì)
所謂的概念設(shè)計(jì)就是運(yùn)用清晰的結(jié)構(gòu)概念,不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理 、震害、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,對(duì)結(jié)構(gòu)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正確的分析,并考慮結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況與計(jì)算假設(shè)間的差異,對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì),使建筑物受力更合理、安全、協(xié)調(diào)。在建筑設(shè)計(jì)的方案階段, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)設(shè)計(jì)理論,在腦海中進(jìn)行一個(gè) “優(yōu)化”過(guò)程,運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法可以迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇,同時(shí)幫助建筑師開拓或?qū)崿F(xiàn)建筑物所想要的空間形式及其使用 、構(gòu)造與形象功能,,并以此為目標(biāo)與建筑師一起確定建筑的總體結(jié)構(gòu)體系,明確總體結(jié)構(gòu)體系與分體結(jié)構(gòu)體系的最優(yōu)受力方案。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免了后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的煩瑣運(yùn)算,具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性。同時(shí),這也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心和靈魂 ,它統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程,貫穿著設(shè)計(jì)工程師的知識(shí)水平和設(shè)計(jì)水平。運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能,這樣才能對(duì)計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的判斷 、合理的采用,保證了工程師在設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)地位。
2、做好資料收集工作 ,認(rèn)真確定計(jì)算參數(shù)
對(duì)于建筑工程來(lái)講 ,由于其所處的地理位置 ,決定了在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所涉及的具體參數(shù)會(huì)存在一定的特殊性。例如 ,不同地區(qū)具有不同的風(fēng)壓、雪壓、地震強(qiáng)度、土壤類別等 ,因此 ,在進(jìn)行參數(shù)的選取和計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素。另外 ,對(duì)于比較特殊的建筑 ,還必須根據(jù)試驗(yàn)和以往類似工程的一些經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定有關(guān)參數(shù)的取值。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前 ,要盡量收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的信息 ,如工程資料、具體規(guī)范等 ,資料收集的越多 ,參數(shù)的確定也就越準(zhǔn)確 ,同時(shí) ,還可以避免因?yàn)閰?shù)不合理而導(dǎo)致返工情況的發(fā)生。
3、合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件
隨著各種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件的普及 ,人們已經(jīng)擺脫了過(guò)去復(fù)雜繁重的手工計(jì)算方法 ,但是 ,也導(dǎo)致人們對(duì)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)構(gòu)軟件的過(guò)分依賴 ,筆者認(rèn)為在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí) ,不能只是盲目的信任計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果 ,而是應(yīng)該對(duì)所有的結(jié)果進(jìn)行充分的分析判斷 ,確認(rèn)其合理有效后 ,才能用于工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。對(duì)于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的判斷應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手 :其一 ,要充分了解所使用軟件的適用范圍和技術(shù)條件 ;其二 ,要確保計(jì)算程序與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖相符 ;其三 ,選用的計(jì)算數(shù)據(jù)須有準(zhǔn)確的依據(jù) ,并且要保證計(jì)算參數(shù)準(zhǔn)確 ;其四 ,計(jì)算結(jié)果中與結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)容必須符合相關(guān)規(guī)定 ,如自振周期、剛度比、構(gòu)建的抗裂性能、兩盒半的配筋等。
4、重視結(jié)構(gòu)計(jì)算與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果是施工圖設(shè)計(jì)的重要依據(jù) ,并且計(jì)算結(jié)果是否正確直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性和安全性 ,所以必須引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。例如在樓板計(jì)算中應(yīng)選用正確的計(jì)算方法進(jìn)行樓板計(jì)算 ,對(duì)于連續(xù)板不能選用單向板的計(jì)算方法 ,對(duì)于雙向板計(jì)算應(yīng)考慮材料泊松比對(duì)其的影響 ,以避免由于未調(diào)整跨中彎矩而造成計(jì)算值不準(zhǔn)確 ;基于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,大多數(shù)結(jié)構(gòu)計(jì)算均采用計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算 ,這種計(jì)算結(jié)果雖然精確度很高 ,但是缺少與必要的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合 ,所以必須對(duì)電算結(jié)果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià) ,以此判斷其正確與否 ,可否作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。
地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié) ,該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接與后期設(shè)計(jì)工作是否能夠順利開展息息相關(guān)。為使地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更符合建筑所在地的地基基礎(chǔ)類型特點(diǎn) ,設(shè)計(jì)人員應(yīng)在熟知國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下 ,對(duì)地方性的《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》加以深入學(xué)習(xí) ,明確地基基礎(chǔ)特點(diǎn) ,豐富地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) ,掌握設(shè)計(jì)處理的方法 ,使地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更符合建筑工程的實(shí)際地理情況。
5、 重視抗震設(shè)計(jì)
由于地震的不可預(yù)見性, 我們能做到的就只有最大限度的“抗震”而不是“防震”。我國(guó)是一個(gè)地震災(zāi)害發(fā)生比較頻繁的國(guó)家,我們不斷地從地震后的房屋中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),我國(guó)的《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范》也在歷次大地震后做了修編和完善;從84年版到96年版,2001年版到2008年版,再到汶川、玉樹地震后的2010年版(2010年12月1日開始實(shí)施)。結(jié)構(gòu)工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)嚴(yán)格按照“抗規(guī)”中的抗震設(shè)計(jì)原則和抗震設(shè)計(jì)構(gòu)造的要求進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),只有做到了有效的抗震設(shè)計(jì)才能有效的降低地震突然發(fā)生時(shí)造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2010年發(fā)生的青海玉樹7.1級(jí)地震造成大量人員傷亡,大量砌體結(jié)構(gòu)發(fā)生整體倒塌,倒塌的主要原因有建筑材料質(zhì)量低劣、結(jié)構(gòu)不合理、結(jié)構(gòu)傳力途徑不明確和抗震構(gòu)造不規(guī)范,而且大多沒有經(jīng)過(guò)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的合理設(shè)計(jì),抗震能力極差,地震來(lái)時(shí)極易倒塌。而智利發(fā)生的里氏8.8級(jí)特大地震造成的死亡人數(shù)卻較少,原因就是智力很多公共及民用建筑都采用了抗震性能較好的鋼結(jié)構(gòu)(鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、強(qiáng)度高,具有很好的延展性,發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí),鋼結(jié)構(gòu)只會(huì)變形,而不會(huì)崩塌和斷裂)。
6、互相配合 ,充分溝通
為了能夠確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量 ,在獲得提資圖時(shí) ,要避免盲目的建模計(jì)算和上機(jī)繪制圖紙。應(yīng)該先進(jìn)行詳細(xì)認(rèn)真的分析 ,同時(shí)還要多和建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行相互溝通 ,詳細(xì)了解整個(gè)工程的概況以及相關(guān)情況 ,盡可能的對(duì)建筑圖紙的意圖和平立剖的關(guān)系理解透徹 ,如有必要可適當(dāng)組織各個(gè)專業(yè)一起開展協(xié)調(diào)會(huì) ,對(duì)各專業(yè)之間需要注意和配合的地方進(jìn)行明確,盡量統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和做法 ,使個(gè)專業(yè)之間的工作能夠充分協(xié)調(diào) ,相互配合 ,避免出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)方案不一致而出現(xiàn)反復(fù)調(diào)整的局面 ,有效地提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
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