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      土建結構設計論文

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      土建結構設計論文

      土建結構設計論文范文第1篇

      自改革開放以來,我國的混凝土施工技術不斷提高,混凝土材料的研究與開發也得到了迅速發展。當前混凝土結構的應用十分廣泛,不管是陸地還是海洋工程中都可以看到它的身影,混凝土的普遍應用也可以看做時展的印記。雖然目前在建筑行業中鋼結構迅速興起,但是由于其存在一些尚未解決的問題,混凝土依然是建筑施工中應用最多的一種形式。在當前我國鋼結構施工水平相對偏低的情況下,混凝土幾乎霸占了大部分地區的建筑市場。隨著我國建筑施工技術的不斷發展,混凝土逐漸成為建筑工程中十分重要的結構材料。但當前在建筑行業的實際應用中,混凝土在結構與設計方面依然存在一些問題,表現為混凝土結構的設計不盡完善、設計技術水平有限等。一些設計人員在混凝土結構設計中無法把握整體性,這就導致很多大型建筑物由于混凝土設計不當而引發意外事故。例如,被稱為亞洲第一的寧波獨塔斜拉橋,由于混凝土設計問題引發橋裂;某市投入巨資建造的高速公路通車后,不到三個月的時間就在不同部位發現裂紋與凹槽等。這些大型工程由于結構設計不合理,進而形成“豆腐渣”工程,這不僅浪費了大量人力、財力與物力,對正常的社會秩序也造成嚴重影響。在建筑工程中混凝土結構的設計十分關鍵,建筑工程的設計是否科學合理,直接關系到工程使用安全。

      2建筑結構混凝土設計的主要原則

      2.1把握側向力在混凝土結構設計過程中,側向力對建筑物結構的形變、內力有直接影響,同時與建筑項目的工程造價密切相關。側向力主要是指水平地震作用以及風的作用,不管是高層還是低層建筑,都需要承受自重、雪載等垂直荷載的作用,并且需要承受風力、地震等水平力。對于低層混凝土結構,其在水平荷載的影響下位移以及內力較小,這個時候幾乎可以忽略不計。而在多層建筑結構中,由于受到的水平荷載作用逐漸增強,這個時候水平荷載等就成為最重要的影響因素之一,需要作為主要控制點。

      2.2要求較好的延性與低層建筑相比,高層建筑的內部結構更為柔和,在地震等水平力的作用下變形更大。建筑物的抗震能力與建筑結構的變形能力以及承載力這兩個因素密切相關。在進入塑形階段后,為了保障建筑物具有較好的變形能力,避免高層建筑在大的地震中倒塌,就需要在符合混凝土結構剛性的前提下,運用科學合理的混凝土設計理念,并通過完善的構造措施,來提高整個建筑結構的變形能力,尤其需要注意建筑物的薄弱部位,保障整個結構有很好的延性。因此,在混凝土結構設計時應該綜合考慮多方面的因素,保障設計的科學合理,讓其具有良好的強度以及延性。

      2.3要求合適的剛度目前高層建筑越來越多,隨著高度的增加建筑物的側向位移也將逐漸增加。因此,在高層建筑的混凝土結構設計過程中,不僅需要保障混凝土結構良好的強度,也應該保障其具有合適的剛度,混凝土結構的自振頻率等應該符合要求,在水平力的作用下結構的層位移也應該控制在適宜的范圍內。

      2.4整體性原則建筑結構混凝土的總體設計原則,就是要求建筑物的每個組成部分形成一個整體,并對整體的結構以及功能等進行全面分析研究,保障整體與部分之間相互制約、相互依存,進而實現建筑結構系統的正常運作。

      3建筑結構混凝土設計的關鍵點

      3.1混凝土結構的耐久性設計混凝土自身的質量與混凝土結構的耐久性有直接關系,在設計過程中改變混凝土的密度,并對混凝土的滲透壓等進行調節,就可以有效減緩混凝土被侵蝕的速度,同時混凝土的耐久性與混凝土的水灰比、強度等級等因素也有關系。在混凝土的實際應用中,氯離子對其中的鋼材具有很強的腐蝕性,因此應該根據工程所處環境的不同,注意控制環境中氯離子的濃度。同時由于混凝土中含有大量堿性骨料,如果建筑工程所處的環境比較潮濕,混凝土結構內部的活性離子與堿會發生反應,這樣容易導致混凝土出現裂縫,進而加快混凝土被侵蝕的速度。如果混凝土出現的裂縫較大,在裂縫內部也可能出現腐蝕性物質,并導致混凝土中的鋼材被腐蝕。上述這些因素均會導致鋼筋的腐蝕速率加快,導致混凝土的保護層裂開并剝落,出現銹蝕后鋼筋的接觸面積會逐漸減少,這也導致混凝土結構的承載力逐漸降低。另一方面鋼筋出現銹蝕后,其抗滑能力會逐漸下降,也給建筑結構埋下了安全隱患。因此,在建筑結構混凝土設計過程中需要綜合考慮承載力問題,避免出現混凝土的脆性破壞。由此可見,對混凝土的耐久性進行深入研究尤為重要。

      3.2混凝土結構的抗震性設計發生地震后建筑物的兩個主體力量間將發生分配,因此在混凝土設計時需要考慮到建筑物主體結構在不同時期剛度的變化情況,對于鋼筋混凝土材料,設計時可以選擇混凝土剪力墻作為建筑的主體結構,并將鋼筋混凝土作為建筑物的一個主要抗側應力結構。如果出現往復式地震,處于塑性階段的建筑物會出現墻體裂縫,這個時候結構的剛度將迅速下降,而剛度出現退化會導致框架的剪應力增加。一般來說,建筑物鋼筋混凝土框架結構的彈性形變較大,比混凝土墻體的彈性好的多。在遇到較大的地震時,盡管建筑物的抗震能力比塑性階段低,其中的鋼筋混凝土框架會吸收大部分彎矩與水平剪應力。因此,為了保障建筑結構的基本“裂縫”需求,同時把握鋼筋混凝土框架的水平部分,有效提高建筑物地基的承載能力,就需要應用相應的工藝措施讓混凝土結構具有較高的變形能力,以此保障建筑物具有較好的抗震性。

      3.3遵循強柱弱梁的理念在混凝土結構設計時遵循強柱弱梁的理念,在出現地震作用時,如果只是梁被破壞,并不會影響建筑物的整體運作,可能只是部分結構失去工作能力,但如果柱被破壞,那么整個建筑物將會倒塌。因此,柱的作用是十分關鍵的。近年來,我國發生了多處地震,設計人員應該注意對建筑結構的抗震設計。首先,在設計過程中對柱的軸壓比加強控制。根據相關工程的統計數據,柱的軸壓比一般需要控制在0.9%以下。同時需要加強柱截面、邊柱的強度,并對柱進行加密箍筋設計,保障配筋率在1%以上。

      4結語

      土建結構設計論文范文第2篇

      論文參考文獻真實規范的寫作可以方便同一研究方向的研究學術者提供可靠有效的文獻信息,也可以幫助讀者了解作者對這一學術問題研究的程度。以下是學術參考網小編整理的關于建筑結構論文參考文獻,供大家閱讀欣賞。

      建筑結構論文參考文獻:

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      [3]建筑結構雜志

      [4]高層建筑結構概念設計

      [5]北京市建筑設計技術細則-結構專業

      土建結構設計論文范文第3篇

      關鍵詞:鋼筋混凝土,裂縫,成因,控制措施

       

      0.前言

      通過大量的工程實踐和理論分析表明,鋼筋混凝土構件基本都是帶裂縫工作的,對縫寬符合《混凝土結構設計規范》要求的裂縫,對結構使用無大的危害,是允許其存在的。當混凝土裂縫的寬度超過規定的限值時,會影響建筑物和構件的適用性和耐久性,不僅有損外觀形象,還會造成鋼筋外露、腐蝕,減小建筑結構抵抗荷載的能力,降低建筑結構的整體性和剛度。本文針對建筑工程混凝土裂縫產生的原因進行分析,并結合實際工作中積累的經驗,提出防治措施。

      1.鋼筋混凝土建筑物裂縫的成因分析

      1.1荷載裂縫

      此類裂縫是建筑物在荷載作用下,變形過大而產生的,主要是由于結構設計不合理,施工方法不正確,承載能力不夠以及地基不均勻沉降等原因造成的。裂縫出現的部位主要集中于受拉或受彎區域以及受震動嚴重的部位。

      1.2溫度裂縫

      水泥水化是一個放熱的化學反應過程,其間產生一定的水化熱。混凝土是熱的不良導體,特別是大體積混凝土,水化熱高,表面暴露在空氣中,散熱快,內部熱量散發不出來,使混凝土內外截面產生溫度梯度,特別是晝夜溫差較大時,內外溫度差別更大,內部混凝土熱膨脹變形產生壓力,外部混凝土冷縮變形產生拉力,由于此時混凝土的抗拉強度較低,當混凝土內部拉應力超過其抗拉強度時,混凝土便產生裂縫。這種裂縫一般會在混凝土澆筑后的3到5天產生,最初是很細的裂縫,隨著時間的發展繼續擴大,甚至會出現貫穿的情況。

      1.3干縮裂縫

      此類裂縫產生的主要原因是混凝土拌合物在澆搗完畢后,其內部的水份一部分泌出流失,一部分被水泥水化所用,還有一部分被蒸發,造成混凝土體積縮小。特別是在炎熱或大風干燥的天氣條件下,混凝土表面水分蒸發過快加之混凝土本身的高水化熱等原因造成混凝土產生急劇收縮,而此時混凝土強度幾乎為零,不能抵抗這種變形力而導致開裂。從混凝土中蒸發和被吸收水分的速度越快,干燥裂縫越易產生。裂縫位置多在混凝土表面,形狀不規則,長短不一,深度一般不超過50毫米。

      2.鋼筋混凝土建筑物裂縫的控制措施

      從以上分析可以看出,混凝土有裂縫是絕對的,沒有裂縫是相對的,所以對混凝土建筑物裂縫的防治目標,就是將其對建筑物的危害程度控制在允許范圍之內。為此在實際工程中應從設計和施工兩方面著手,共同預防和控制混凝土建筑物裂縫的產生。論文參考網。

      2.1設計方面

      2.1.1合理的建筑平面選型

      建筑平面選型在滿足使用要求的前提下,力求簡單。平面復雜的建筑物,容易產生應力集中而造成墻體及樓板開裂。合理增配構造鋼筋提高抗裂能力,盡量避免結構斷面突變產生應力集中,在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施,適當增加附加筋,以增強其抗裂能力。設計人員應重視構造鋼筋的配置,選擇構造鋼筋的直徑和數量要適宜。 從設計上說,構造鋼筋很重要,結構設計經常忽略結構約束性質,從而產生構造性裂縫。所以,配筋不但要滿足結構承載的要求,而且還要滿足混凝土正常使用的要求,合理增配構造鋼筋有利于提高抗裂能力。

      2.1.2減少地基的不均勻沉降

      合理布置縱橫墻,縱墻開洞盡可能小。控制建筑物的長高比,長高比越小,整體剛度越大,調整不均勻沉降的能力越強。此外在基礎設計方面可以采取調整基礎的埋置深度、地基計算強度、墊層厚度等方法來控制地基的不均勻變形。

      2.1.3合理設置變形縫

      設置變形縫的位置和縫寬的選定要適當,構造要合理??梢园焉炜s縫、沉降縫和抗震縫合并設置。因為建筑物長期暴露在大氣中,承受反復的驟冷驟熱,干濕作用等,所以除嚴格按照設計規范要求設置伸縮縫外,還應考慮其所處的外部環境因素的影響。當結構體突變或者設置的伸縮縫間距偏大,超出規范要求時應采取有效的防開裂措施,如增大配筋率、通長配筋、設置后澆帶、改善混凝土級配等。

      2.1.4加大保護層厚度

      適當加大保護層厚度,可以提高保護層的質量以及密實性,降低其滲透性,予以阻止或者延緩混凝土的碳化速度,提高劈裂強度。地下結構保護層厚,要加鋼絲網;樓板要布設設備管線,也要適當增加樓板厚度。

      2.1.5加設次梁減少裂縫

      在現代設計中,現澆板的寬度越來越大,長度越來越長,而樓板的厚度卻不能太大,如果在板下面的適當部位增加次梁,就可以增加板的剛度,減少板的撓曲變形,從而達到不出現危害性裂縫的目的。沒有條件設置次梁時,可以在易裂的邊緣部位設置暗梁,提高該部位的配筋率,從而提高混凝土的極限拉伸,有效地防止裂縫的產生。論文參考網。

      2.2施工方面

      2.2.1注重混凝土原材料的選擇和配比

      混凝土中如果采用吸收率較大的骨料,干縮較大,骨料含泥量較多時,會增大混凝土的干縮性;骨料粒徑較大,級配良好時,由于能減少混凝土中水泥用量,所以混凝土干縮率較小。

      混凝土原料的配合比應根據工程的要求,如防水、防滲、防輻射等進行認真分析,選擇最優方案?;炷恋乃冶葢跐M足強度要求及泵送工藝要求條件下盡可能降低?;炷林袚饺敕勖夯也粌H能替代部分水泥,而且粉煤灰顆粒呈球狀,可起到作用能改善混凝土的工作性和可泵性,且可明顯降低混凝土水化熱。為了滿足混凝土坍落度的要求,若只增加水泥用量,則會加劇混凝土干燥收縮,明顯增大混凝土水化熱,易引起開裂。因此,除了調整級配外,可摻入適量減水劑。

      2.2.2強化混凝土澆搗工作的要求

      混凝土的澆搗技術對混凝土密實度很重要,泵送流態混凝土同樣需要振搗,大體積混凝土在澆搗過程中會產生大量的泌水,應及時排除,有利于提高質量和混凝土的抗裂性。澆搗時振動棒建議采用垂直振搗,行列式排列,根據不同的混凝土坍落度正確掌握振搗時間,避免過震或漏振,應提倡二次振搗、二次抹面技術,以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡。嚴禁混凝土散落在尚未澆筑的部位,以免形成潛在的冷縫或薄弱點?;炷翝驳矫鎸訒r,表面應抹平壓實,以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡,以提高混凝土的密實度。

      2.2.3采取合理的養護措施

      保溫養護是混凝土施工的關鍵環節,其目的主要是降低大體積混凝土澆筑塊體的內外溫度差值以降低混凝土塊體的自約束應力。一方面應盡可能減少入模溫度,另一方面應采取保溫養護,以減少內外溫差。澆筑體的混凝土緩慢降溫是重要環節,越慢越好,為混凝土創造充分應力松弛的條件,與此同時還要在養護中使混凝土保持良好的潮濕狀態,這對增加混凝土強度和減少收縮是十分有利的?;炷恋牟鹉r間可根據工程部位具體情況確定,應盡可能多養護一段時間。及時回填土是控制早期、中期開裂的有力措施。論文參考網。土是混凝土養護的最佳介質,施工經驗表明,遲遲不回填圖的暴露工程裂縫最多。

      3.結束語

      通過上述分析。我們在充分了解混凝土裂縫產生機理的基礎上從設計和施工兩方面加強質量管理,采取科學合理的技術措施,可以有效的將混凝土裂縫控制在規范允許的范圍之內,從而保證建筑物達到安全、適用、經濟、合理的設計要求,確保人民群眾的生命財產安全。

      參考文獻

      [1]張雄.混凝土結構裂縫防治技術[M].北京:化學工業出版社,2007.

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      [3]侯學軍.混凝土裂縫的成因及對策[J].科技資訊,2006,05:94-95.

      土建結構設計論文范文第4篇

      會議收到論文報告58篇并印發了文集,有140人參加會議,在第一天的大會和第二天的分組會上分別有17位和26位專家作了報告,另外還安排了半天時間進行自由發言和討論。會議氣氛熱烈,取得了預期的效果,不同觀點之間也進行了較為充分的交流。

      鑒于這一會議的論壇性質,以下僅就會上提出的一些問題及建議作一歸納,提交與會專家考慮并審議。

      

      一、土建結構工程的安全性

      結構安全性是結構防止破壞倒塌的能力,是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要決定于結構的設計與施工水準,也與結構的正確使用(維護、檢測)有關,而這些又與土建工程法規和技術標準(規范、規程、條例等)的合理設置及運用相關聯。

      

      1.我國結構設計規范的安全設置水準

      對結構工程的設計來說,結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性與結構的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結構的設計規范在這些方面的安全設置水準,總體上要比國外同類規范低得多。

      

      1.1構件承載能力的安全設置水準

      與結構構件安全水準關系最大的二個因素是:1)規范規定結構需要承受多大的荷載(荷載標準值),比如同樣是辦公樓,我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載是每平方米150公斤(現已確定在新的規范里將改回到200公斤),而美、英則為240和250公斤;2)規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小,前者是計算確定荷載對結構構件的作用時,將荷載標準值加以放大的一個系數,后者是計算確定結構構件固有的承載能力時,將構件材料的強度標準值加以縮小的一個系數。這些用量值表示的系數體現了結構構件在給定標準荷載作用下的安全度,在安全系數設計方法(如我國的公路橋涵結構設計規范)中稱為安全系數,體現了安全儲備的需要;而在可靠度設計方法(如我國的建筑結構設計規范)中稱為分項系數,體現了一定的名義失效概率或可靠指標。安全系數或分項系數越大,表明安全度越高。我國建筑結構設計規范規定活荷載與恒載(如結構自重)的分項系數分別為1.4和1.2,而美國則分別為1.7和1.4,英國1.6和1.4;這樣根據我國規范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載(荷載標準值與荷載分項系數的乘積)值大約只有英美的52%(考慮人員和設施等活載)和85%(對結構自重等恒載),而設計時據以確定構件能夠承受荷載的能力(與材料強度分項系數有關)卻要比英美規范高出的10~15%,二者都使構件承載力的安全水準下降。日本與德國的設計規范在某些方面比英美還要保守些。一些發展中國家的結構設計多根據發達國家的規范,就如我國解放前和建國初期的結構設計方法參照美國規范一樣。至于中國的香港和臺灣,至今仍分別以英國和參考美國規范為依據。這里需要說明的是,在其他建筑物的活荷載標準值上,與國外的差別并沒有象辦公樓、公寓、宿舍中這樣大。不同材料、不同類型的結構在安全設置水準上與國際間的差距并不相同,比如鋼結構的差距可能相對小些。

      公路橋梁結構的情況也與房屋建筑結構類似,除車載標準外,荷載分項安全系數(我國規范對車載取1.4,比國際著名的美國AASHTO規范的1.75約低25%)與材料強度分項安全系數均規定較低。

      盡管我國設計規范所設定的安全貯備較低,但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的,這里的問題主要在于設計墨守陳規,在結構方案、材料選用、分析計算、結構構造上缺乏創新。

      

      1.2結構的整體牢固性

      除了結構構件要有足夠承載能力外,結構物還要有整體牢固性。結構的整體牢固性是結構出現某處的局部破壞不至于導致大范圍連續破壞倒塌的能力,或者說是結構不應出現與其原因不相稱的破壞后果。結構的整體牢固性主要依靠結構能有良好的延性和必要的冗余度,用來對付地震、爆炸等災害荷載或因人為差錯導致的災難后果,可以減輕災害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當地房屋結構缺乏整體牢固性有很大關系。2001年石家莊發生故意破壞的惡性爆炸事件,一棟住宅樓因土炸藥爆炸造成的墻體局部破壞,竟導致整棟樓的連續倒塌,也是房屋設計牢固性不足的表現。

      

      1.3結構的耐久安全性

      我國土建結構的設計與施工規范,重點放在各種荷載作用下的結構強度要求,而對環境因素作用(如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學介質侵蝕)下的耐久性要求則相對考慮較少?;炷两Y構因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結構安全事故,其嚴重程度已遠過于因結構構件承載力安全水準設置偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起格外重視。我國規范規定的與耐久性有關的一些要求,如保護鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護層最小厚度和混凝土的最低強度等級,都顯著低于國外規范。損害結構承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;提高結構構件承載能力的安全設置水準,在一些情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。

      

      2.調整結構安全設置水準的不同見解

      我國結構設計規范的安全設置水準較低,與我國建國后長期處于短缺經濟和計劃體制的歷史條件有關。但是,能夠對土建結構取用較低的安全水準并基本滿足了當時的生產與生活需求,而且業已歷經了較長時間的考驗,這是國內土建科技人員經過巨大努力所取得的重大成就;但是,由于安全儲備較低,抵御意外作用的能力相對不足。如果適當提高安全設置水準將有利于減少事故的發生頻率和提高工程抗御災害的能力。國內發生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴重的人為錯誤所致。現在提出要重新審視結構的安全設置水準,主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現在從事的基礎設施建設要為今后的現代化奠定基礎,要滿足今后幾十年、上百年內人們生產生活水平發展的需要,有些土建結構如商品房屋則更要滿足市場經濟條件下具備商品屬性的需要。國內近幾年來已對建筑結構安全度的設置水準組織過幾次討論,在如何調整的問題上存在較大的意見分歧,這次科技論壇上同樣反映了這些不同的見解:

      1)認為我國現行規范的安全設置水準是足夠的,并已為長期實踐所證明,而國外就沒有這種經驗。我國取得的這一成功經驗決不能輕易丟掉,在安全度上不能跟著英美的高標準走;安全度高了是浪費,除個別需調整外,總體上不必變動。

      2)認為我國規范的安全度設置水準盡管不高,但在全面遵守標準規范有關規定,即在正常設計、正常施工和正常使用的“三正?!睏l件下,據此建成的上百億平米的建筑物絕大多數至今仍在安全使用,表明這些規范規定的水準仍然適用;但是理想的“三正?!焙茈y做到,同時為了縮小與先進國際標準的差距以及鑒于可持續發展和提高耐久性的需要,在物質供應條件業已改善的市場經濟條件下,結構的安全設置水準應適當提高。這種提高只能適度,因為我國目前尚屬發展中國家。

      3)認為我國規范的安全設置水準應該大體與國際水準接近,需要大幅度提高。這是由于隨著我國經濟發展和生活水平不斷提高,土建工程特別是重大基礎設施工程出現事故所造成的風險損失后果將愈益嚴重,而為了提高工程安全程度所需要的經費投入在整個工程(特別是建筑工程)造價中所占的比重現在已愈來愈低,材料供應也十分充裕。過去的低安全水準只是適應了以往短缺型計劃經濟年代的需要,但決不是沒有風險,如果規范的安全水準較高,曾經發生過的有些安全事故本來是可以避免的,而規范的這一缺陷在一定程度上為“三正?!钡奶岱ㄋ谏w。在建的工程要為將來的現代化社會服務,安全性上一定要有高標準。低的安全質量標準在參與將來的國際競爭中也難以被承認,即使結構設計的安全設置水準能夠提高到與發達國家一樣,由于我們的施工質量總體較差,結構的安全性依然會有差距。

      3、結構設計規范的概率可靠度設計方法

      自1984年國家建委和國家建設部頒布了建筑結構設計統一標準以來,我國的建筑結構設計規范已從80年代末期起拋棄了傳統的多安全系數設計方法,從而統一采用以概率理論為基礎的可靠度設計方法;其它的工程部門如公路、鐵路、港口、水利的結構設計規范也正在或計劃作這樣的轉變。我國規范的可靠度設計方法是參考國際上的相應標準ISO2394并經過國內科技人員努力后得以實施的。將可靠度設計方法用于結構設計規范,在國際學術界內通常被看成是一種發展趨勢,但在工程內界則存在不同看法。盡管有了ISO2394,國外卻鮮有重要或著名的結構設計規范已直接采用了可靠度設計方法,至今仍采用多安全系數設計方法或稱荷載抗力系數法。在我國,對于建筑結構設計規范中的可靠度設計方法以及企圖將我國各個行業的各種結構設計規范都用可靠度方法統一起來的做法,雖然工程設計界頗有微詞,但學術界持贊成和肯定者是主流,不過仍不時有人對可靠度方法用于設計規范的適用性提出質疑。這次科技論壇上則較為集中地反映了對規范可靠度方法的意見分歧。

      對我國規范的可靠度設計方法持肯定意見的專家認為這是重大的科技進步,可靠度方法對安全度的概率定義要比定值的安全系數更清晰、更科學、更合理,當然概率可靠度設計方法本身尚有不少缺陷,有待進一步修改完善。持相反意見的人則認為,結構設計規范所面向的是類型多樣的復雜群體,在安全度上需要考慮的不確定性與不確知性非常復雜,并不是“從統計數學觀點出發的概率定義”所能科學描述或處理;規范可靠度方法在我國十多年的實踐表明,它并沒有給結構設計的安全性帶來明顯實效,反而造成了安全概念上的某些混亂;對工程技術人員來說,結構的安全度用可靠指標和虛假的失效概率表達后變得更加不可揣摩和模糊不清,不如安全系數那樣從安全儲備出發的度量方法更為直觀和便于處理具體工程的安全問題;現行設計規范中的可靠度方法很不成熟,存在不少根本缺陷;他們認為半概率的多安全系數方法更適用于規范,也不排斥可靠度分析的結果可以作為一種參考,在綜合判斷安全系數的合理取值時予以考慮。

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      二、土建結構工程的耐久性

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      土建結構工程的耐久性與工程的使用壽命相聯系,是使用期內結構保持正常功能的能力,這一正常功能包括結構的安全性和結構的適用性,而且更多地體現在適用性上。

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      1、土建結構工程的耐久性現狀

      大多數土建結構由混凝土建造?;炷两Y構的耐久性是當前困擾土建基礎設施工程的世界性問題,并非我國所特有,但是至今尚未引起我國政府主管部門和廣大設計與施工部門的足夠重視。

      長期以來,人們一直以為混凝土應是非常耐久的材料。直到70年代末期,發達國家才逐漸發現原先建成的基礎設施工程在一些環境下出現過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎設施工程和港口工程建成后不到二、三十年甚至在更短的時期內就出現劣化;據1998年美國土木工程學會的一份材料估計,他們需要有1.3萬億美元來處理美國國內基礎設施工程存在的問題,僅修理與更換公路橋梁的混凝土橋面板一項就需800億美無,而現在聯邦政府每年為此的撥款只有50~60億美元。另有資料指出,美國因除冰鹽引起鋼筋銹蝕需限載通行的公路橋梁已占這一環境下橋梁的1/4。發達國家為混凝土結構耐久性投入了大量科研經費并積極采取應對措施,如加拿大安大略省的公路橋梁為對付除冰鹽侵蝕及凍融損害,鋼筋的混凝土保護層最小厚度從50年代的2.5cm逐漸增加到4cm、6cm直到80年代后的7cm,而混凝土強度的最低等級也從50年代的C25增到后來的C40,橋面板混凝土從不要求外加引氣劑、不設防水層到必須引氣以及需要設置高級防水膠膜并引入環氧涂膜鋼筋。而我國遭受鹽凍侵蝕地區的公路橋梁在耐久性設計方面至今仍無明確要求,對混凝土保護層和強度的要求僅為2.5cm與C25,與上面提到的加拿大50年代水準一致。國內按這種標準設計的一座大橋,建成后僅8年,由于鹽凍侵蝕,現已不得不部分拆除重建。我國建設部于80年代的一項調查表明,國內大多數工業建筑物在使用25~30年后即需大修,處于嚴酷環境下的建筑物使用壽命僅15~20年。民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好,一般可維持50年以上,但室外的陽臺、雨罩等露天構件的使用壽命通常僅有30~40年。橋梁、港工等基礎設施工程的耐久性問題更為嚴重,由于鋼筋的混凝土保護層過薄且密實性差,許多工程建成后幾年就出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂。海港碼頭一般使用十年左右就因混凝土順筋開裂和剝落,需要大修。京津地區的城市立交橋由于冬天灑除冰鹽及冰凍作用,使用十幾年后就出現問題,有的不得不限載、大修或拆除。鹽凍也對混凝土路面造成傷害,東北地區一條高等級公路只經過一個冬天就大面積剝蝕。我國鐵路隧道用低強度的C15混凝土作襯砌材料,密實度和抗滲性差,不耐地下水與機車廢氣侵蝕,開裂與滲漏嚴重;對幾個路局所轄的隧道進行抽樣調查表明,漏水的占50.4%,其中1/3滲漏嚴重,并導致鋼軌等配件銹蝕以及電力牽引地段漏電,影響正常運行,而1999年頒布的鐵路隧道設計規范仍未能對隧道的耐久性問題采取適當的對策,如適當提高混凝土的最低強度等級和在混凝土中摻入化學纖維等。

      耐久性問題的嚴重性和迫切性在于我們許多正在建設的工程仍未吸取國際和國內的大量慘痛教訓,還沿著老路重蹈覆轍。一些北方城市新建成的立交橋和高速公路橋,仍沒有在材料性能和結構構造等方面采取必要的防治凍融和鹽害的綜合措施。甚至大型工程如2000年投入運行的珠海蓮花跨海大橋,其主體結構在浪濺區仍采用不耐海水干濕交替侵蝕的C30混凝土與3~4cm厚的保護層厚度。

      有專家估計,我國“大干”基礎設施工程建設的還可延續20年,由于忽視耐久性,迎接我們的還會有“大修”20年的,這個可能不用很久就將到來,其耗費將倍增于當初這些工程施工建設時的投資。

      使混凝土結構的耐久性問題進一步加劇的原因有:

      1)由于混凝土的質量檢驗習慣上以單一的強度指標作為衡量標準,導致水泥工業對水泥強度的不適當追求,使水泥細度增加,早強的礦物成份比例提高,這些都不利于混凝土的耐久性。我國對水泥質量的檢驗在強度上只要求不低于規定的最低許可值,而國外則同時還要求不高于規定的最高值,如果強度超過了也被認為不合格,這種要求還有利于水泥產品質量的均勻性。

      2)工程施工單位不適當地加快施工進度,尤其是政府行政領導對工程進度的不適當干預。混凝土的耐久性質量尤其需要有足夠的施工養護期加以保證,早產有損生命健康的概念同樣適用于混凝土。國內媒體上大加宣傳的所謂幾個月就修成一條大路、建成一座大橋、或蓋成一幢高樓的工程以及搶工獻禮工程,很可能就是今后注定要花掉更多資金進行大修的短命工程。提前完成合同規定施工期的在國外要被罰款,因為意味著工程質量有遭到損害的可能。

      3)環境的不斷惡化,如廢氣、酸雨,我國的酸雨面積已超過國土的30%。

      當前迫切需要進行的工作是盡快編制橋梁、隧道、港工等基礎設施工程耐久性設計的技術條例,修訂補充現行規范中對結構耐久性的要求。首先需要明確的是各種基礎設施工程的設計工作壽命,在重要工程的設計文件中必須有使用壽命的要求和論證。當前在建的眾多工程在耐久性上之所以仍然沿著重蹈覆轍的道路走,很重要的一個原因是工程設計施工技術人員在耐久性上沒有可資遵循的新依據。更為嚴重的是現行規范中的有些條文,本身就對耐久性有害。為了提高混凝土耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料是重要的技術手段,國外有的規范甚至規定在橋梁等混凝土結構中必須加入粉煤灰等摻合料,而我國的鐵路混凝土橋隧施工規范仍在明文禁止使用。此外,工程技術界還存在長期形成的一些過時的看法,對改善混凝土的耐久性能造成阻力。例如,顧慮會影響混凝土強度而不愿使用引氣劑,而引氣本應作為改善混凝土耐久性和工作性的常規手段;又如,希望加大水泥用量來保證混凝土強度,而盡可能低的水泥用量本應是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途徑。

      在修訂規范的耐久性要求上,交通部于2001年頒布的港工混凝土結構防腐蝕技術規范已為其它土建工程行業起到較好的示范作用。我們一方面要參照國內外已有的資料和經驗,盡快編寫出相應的設計施工技術文件以應急需,另一方面則要安排系統的研究項目,加大耐久性研究工作的支持力度;混凝土結構的耐久性是當前國際上結構工程學科最為重要的前沿研究領域之一,而我國在這一方面相當落后。混凝土的耐久性研究離不開原材料和環境等特定條件,需要考慮本國的特點,是不能完全依賴國外研究成果的。

      重視混凝土結構的耐久性也是可持續發展的需要。生產混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗國土資源并破壞植被與河床,水泥生產排放的二氧化碳已占人類活動排放總量的1/5~1/6,而我國排放的二氧化碳量已居世界第二。我國現在每年生產5億多噸水泥,與之相伴的是年耗20多億方的砂石,長此以往實難以為繼。延長結構使用壽命意味著節約材料,而耐久的混凝土一般又應是水泥用量較低和礦物摻合料(工業廢料)用量較高的混凝土,所以耐久的混凝土正適應環境保護的需要。國際上對橋梁、隧道等土木工程的設計工作壽命多為100年,有的如英國為120年。考慮到耐久性不足所造成的巨大經濟損失和資源浪費,國際上近年來有要求將這些工程的最低工作壽命進一步延長的趨勢,如提出城市環境中的橋梁至少應有150年。

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      2.土建結構工程使用階段的正常檢測與維護

      結構耐久性和使用壽命的概念,與使用階段的檢測、維護和修理不能分割,對處于露天和惡劣環境下的基礎設施工程來說尤其如此。為了保證結構安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用過程中,應該進行定期檢測和維護。我國有結構工程的設計規范與施工規范,但沒有如何使用的規范。有些工程倒塌事故,例如最近四川宜賓的南門大橋發生橋面坍落事故,就是因為橋面結構與主拱之間的吊桿在連接處發生銹蝕,如果有定期的檢測要求,這樣的事故很有可能避免。有些國家對于結構的損壞可能導致公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程,強制規定必須定期檢測;即使是建筑物的玻璃幕墻和外墻面磚等建筑部件,因其墜落后容易傷及公眾,也有強制定期檢測的要求。我國由于施工管理水平和事故操作人員的素質相對較差,質量控制與質量保證制度不夠健全,規范對結構安全與耐久性的設置水準又相對較低,已建的工程中往往存在較多隱患,所以更有必要從法制上確定土建工程的正常使用和定期檢測的要求。對于土建結構工程的安全質量,雖然政府已作出了設計與施工的責任單位和個人需對其“終身負責”的規定,但是這種要求執行起來缺乏可操作性。要將結構安全質量事故減少到最低程度,還應以預防為主,通過例行檢測及時發現問題。

      現在國內有大量土建工程因步入老化期需要診治,也有大量已建的違章工程需要評估,更有許多工程發生病害需要診斷和加固,各地已涌現了不少從事土建工程診斷、治理與加固的隊伍,并有蓬勃發展成為一種新興行業的趨勢。出現問題和病害以后再來治理固然重要,但是我們應該更加強調預防。對于在役土建工程的檢測和評估,要建立相應的法規和標準,要有從業人員的注冊和從業機構的資質認證制度,在管理體制上予以規范。

      從國家對公共工程建設的投資和對工程設計的要求來看,需要有工程整個使用期限即全壽命費用支出的論證。只注意工程項目建設的一次投資支出,很少考慮工程建成后需要正常維護與修理的長期費用,不但可能損害工程使用壽命和正常使用功能,而且經濟上算總賬會很不合算。在發達國家,由于新建工程少,用于維修的費用往往更為主要,英國1978年的土建維修費上升到1965年的3.7倍,1980年的維修費占當年土建費用總支出的2/3。我國雖是發展中國家,現在正大興土木,可是過去建成的大量工程已經或過早老化。國內40%公路橋梁的橋齡已大于25年,加上進入90年代以后交通量猛增,超載嚴重,以往的設計標準又低,路、橋的維修問題十分突出。由于養護維修費用得不到保證,造成工程安全隱患并在以后需要支出更多的大修費用。在土建工程的投資上,希望有關部門能加大已建工程維修的費用。

      為加速路橋等公共工程建設,國家現在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如30年的經營收入作為補償。如果對重要土建工程有必須進行定期檢測與評估的法規,就能保證這些工程在一定期限后歸還國家管理和經營時的良好功能,對于設計工作壽命為100年的橋梁,至少還可正常使用70年,而不至于30年到期后國家接收的已是一個破舊的工程。

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      三、技術規范的作用與管理

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      這次科技論壇對于土建結構工程技術規范的定位、作用與管理也進行了討論并提出了一些看法。

      長期以來,受計劃經濟體制的影響,我們往往視技術規范為法,將規范的具體規定和要求等同于法律條文來對待。技術規范或規程,與各種技術條例、技術要求、工法、指南等技術文件一樣都是技術標準,本身不具有法律作用,只當工程各方(業主、設計、施工企業)認同作為設計與施工的依據并在契約的基礎上,才能作為法律仲裁的依據。將技術問題法制化并強制執行,不利于技術進步和創造性的發揮,反而容易成為推卸責任的借口。當然,政府部門從國家和公眾的整體利益出發,需要在安全、環保等重大原則上對土建工程的設計施工提出必須滿足的最低要求并制定相應的法規,但法規一般并不需要提供如何達到這些要求的具體技術途徑和方法,后者是技術標準的任務。政府也可以原則認可或批準某些重要的技術規范或其中某些內容使用。

      土建工程有著強烈的個性,需要工程技術人員針對具體特點去解決設計與施工問題。所以規范作為技術標準宜強調其指導性而不是強制性。如果規范條文看作為一般意義上的法律條文,就有可能束縛設計施工人員的主動創造性并阻礙新技術的應用。。我國土建工程在結構設計上與國外相比的最大差距就在于方案與技術上的創新,這與以往過分強調規范的法律地位從而形成所謂“結構設計就是規范加計算”的傾向不無關聯。我國的技術規范在編寫風格上也有模仿法律的傾向,極少提及使用者需要注意規范可能存在的某些不足之處或允許并鼓勵使用者在某些問題上可以另辟蹊徑。如果在設計施工中要取代規范中已經落后過時甚至有害的技術規定,則無異于違法行為。相反,只要墨守規范,即使出了事故,就可不負法律責任。這樣就在客觀上降低了對工程技術人員的業務技能要求與職責要求,不利于提高我國建筑企業和從業人員的素質以及參與今后的國際競爭。為了消除這些負面影響并杜絕鉆規范條文的空子進行偷工減料,應有必要建立這樣的共識并作出規定,即遵守了規范條文并不意味著就可免除法律責任。國外有些規范就是這樣規定的。

      企圖不斷加強技術規范的強制性來解決屢禁不止的工程事故,不是解決問題的有效途徑?,F在,有關主管部門將建筑結構設計規范中的部分條文抽出來,明確列為強制性條文,同時規定各個設計單位完成的設計,須通過有關部門或其授權委任的其他企事業設計單位的審查,而審查的主要內容就在于對照規范強制性條文的要求,其任務已類似于執法;這種做法是否明智似可商榷。我國土建工程事故頻繁的原因,主要在于管理不善,特別是管理環節上的腐?。黄浯问鞘┕げ僮魅藛T素質低,又難以短期解決;過分強調規范的地位與作用,未能建立與規范配套的完整標準體系,比如缺乏指南、工法等更為詳盡具體的技術文件,可以用來指導和規范設計與施工的各個具體環節,也有一定的關系。從設計角度看,出現事故主要不是由于沒有按照規范強制性條文的規定,而是方案性的錯誤或忽略主要的設計條件;也有一些工程則因過去的設計標準過低,耐久性不足,在使用過程中又缺乏應有的例行檢測而導致失效。其實,要做到設計規范強制條文的要求最為容易,為此請專業人士審查似無必要。重要的工程設計應規定請專業單位全面審核,其要點也應在結構方案、構造方法與計算分析的原則上。從結構設計的國家規范中抽出的強制性條文不免支離破碎,個別條文的規定也不一定適合某些地區和某些工程的具體特點,反而造成麻煩。我國幅員廣闊,各地經濟發展很不平衡,技術力量懸殊,環境條件各異,客觀上要求規范能給設計人員更多靈活性,少一些強制性,這樣才能更好地在規范的指導下,根據工程的特點和具體條件去解決問題??傊谝幏稑藴噬?,要擺脫計劃經濟年代遺留下來的過分強求統一、較少考慮個性和缺乏實事求是靈活性的傾向。要提倡和鼓勵各省市編制地方性規范,在工程的安全性和耐久性標準上,可有不同的設置水準。比如上海、北京、廣州這些大城市應該高些,在抗震防災要求上,更應區別對待。全國性的規范訂得愈詳細,其適用性可能變得愈差,造成的混亂也可能愈多;特別象巖土工程那樣的規范更是如此。

      技術標準中的強制性越多,也意味著政府有關部門在具體技術問題上需要承擔的責任越重,而這些本來不該是政府部門的職責。規范中的要求是最低要求,在安全設置水準上,政府需要干預的也應是保證公眾安全的最低要求。對于土建結構的抗震設計,政府有關部門至今仍規定任何部門和個人不得隨意提高抗震的設防標準(建抗586號文件)。事實上,如將商品房的抗震設防烈度提高1度,抗震能力可提高約1倍,而增加的房屋造價相當有限,在眾多城市中可能僅及居民用于室內裝修費用的幾分之一。政府的這一規定無異于限制居民只能購置抗震安全質量標準最低的房屋,如果發生地震造成損害,有關部門如何解釋?

      規范等技術標準的管理體制亟待改善。建國以來,由政府部門負責統管并指定有關企事業單位分別承擔每本規范編寫和修訂工作的做法已越來越不能適應當前的形勢,有些在經費和人力上得不到保證,平時基本上沒有專門人員去搜集了解規范使用中的問題并及時修改補充規范條文;面對新的結構型式、新的材料和新的工藝,規范的過時條文不但成為推廣新技術的阻力,而且有被誤用或盲目套用而造成工程質量安全事故。

      發達國家有關土建結構工程的規范及與之配套的各類技術標準多由行業協會或專業學會編制及管理,規范的翻新周期短,不象我們要長達10年以上。我國的學會與協會重復設置,分工不明,并且至今還依附于某一政府部門,基本上只起到政府職能部門非官方代言人的作用,距離獨立和富有活力的健全機構還差的很遠,如何發揮這些機構在技術標準編寫和管理中的作用也是值得探討的一個問題。建議隨著改革的深入,整頓合并有關的學會、協會,加強其職能,并逐漸成為技術標準編制管理的主體。

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      四、準備提交政府有關部門考慮的建議

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      為了改善我國土建結構工程的安全性與耐久性,這次論壇中提出了以下建議供政府有關部門考慮,:

      1、橋梁、隧道、道路、港口等基礎設施工程的混凝土結構耐久性,已是當前亟待采取措施應對的重大問題。否則,一些工程的正常使用功能和安全性將得不到有效保證,我國的現代化建設和國民經濟會蒙受巨大損失,并將給生產和公眾生活帶來長期困擾。

      建議國家建設部、交通部、鐵道部主管土建工程設計標準的部門,能對工程的耐久性要求作重點審查,明確土建工程的設計應有最低使用壽命的要求,重要工程的設計文件中應有正常使用壽命和耐久性設計的獨立章節與論證;

      建議國家自然科學基金委員會能在今后一段時期內對混凝土工程耐久性的基礎理論研究給予重點支持;

      建議國家安全生產監督管理局為在近期內編訂有關法規標準給以立項資助;

      建議中國工程院土木水利建筑學部在其咨詢研究項目中,聯絡國內有關專家,促進土建結構耐久性設計指導性技術條例的編制。

      

      2、土建工程使用過程中的安全性,應有定期的檢測和正常的維護修理加以保證。對于重要土建工程,我國尚無必須進行安全檢測的法規。在基礎設施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向,不利于工程壽命和投資效益。

      建議對橋、隧等重要公共基礎設施和公共建筑物,在其使用期內實施強制性的定期安全檢測。為此,需要制定法規,編制相應的技術標準;對于土建結構工程的檢測與評估,需要建立從業人員的注冊制度和從業機構的資質認證與監管體制。凡屬已建工程的安全診斷也可一并歸入這一行業。

      建議政府有關部門在橋、隧、道路等土建基礎設施工程投資上,根據需要,加大工程維修費的比例。

      

      3、完善技術標準體系與管理體制,發揮學會、協會在技術標準編制、修訂和管理中的作用;逐步淡化技術規范條文的強制性質;鼓勵編制地方性規范(標準)和企業標準,適應不同地區在環境地質和經濟、技術水平上的差異,并鼓勵科技創新和技術進步。

      土建結構設計論文范文第5篇

      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??蓪嶋H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?;旌辖Y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?,F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。

      參考文獻:

      [1] 計靜.套建增層預應力鋼骨混凝土框架抗震性能與設計方法研究.哈爾濱工業大學博士學位論文,2008.

      [2] 蔣新梅. 高層建筑結構的抗震設計[J]. 廣東科技. 2009(08)

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