淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)濟(jì)的合理控制[權(quán)威資料]

淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全與經(jīng)濟(jì)的合理控制 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：本文根據(jù)從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合某工業(yè)園區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些體會(huì)，探討房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全與經(jīng)濟(jì)合理控制問(wèn)題。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；安全經(jīng)濟(jì)；軟件應(yīng)用；技術(shù)措施 Abstract: in this paper, according to the architectural structure design work experience, in combination with an industrial park some experiences of building structure design, this paper discusses the structure of the housing construction safety and economic reasonable control problem. Keywords: structure design； Safety economy； The software application； Technical measures TU318A 1、概述 建筑工程是一種特殊的產(chǎn)品，不僅價(jià)值大、使用壽命長(zhǎng)，而且還關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全、健康和環(huán)境，因此如何建好這些建筑，需要匯集參建各方的智慧和辛勤工作。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，就是要盡力做到結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化，要處理好這些問(wèn)題，涉及到建筑與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用、工作經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)措施等問(wèn)題，加強(qiáng)這方面工作的研究和交流，就能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越做越好。本文所談的幾點(diǎn)體會(huì)，僅想起到拋磚引玉的作用。 2、精心設(shè)計(jì)、思前顧后 最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不光是結(jié)構(gòu)自身方面的工作要做好，還和建筑方案密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不宜待建筑方案確定后才介入，應(yīng)該思前顧后，在建筑方案階段就要考慮梁、板、柱如何布置，構(gòu)件截面如何選擇，基礎(chǔ)采用何種類型等，否則就會(huì)容易出現(xiàn)不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而造成房屋建筑安全度低、造價(jià)高的結(jié)果。為做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要應(yīng)做到以下幾方面： （ 1）對(duì)較大的工程項(xiàng)目應(yīng)提出進(jìn)行初步巖土勘察要求，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。 （ 2）積極參與建筑方案研討，注重把合理的結(jié)構(gòu)體系融入到 建筑方案中。合理的結(jié)構(gòu)體系體現(xiàn)在：直接而明確的傳力途徑，整體穩(wěn)定性較好的結(jié)構(gòu)，局部破壞不致引起倒塌的 “ 多米諾骨牌效應(yīng) ” ，關(guān)鍵部位有較強(qiáng)的抗力。結(jié)合某工業(yè)園區(qū)宿舍設(shè)計(jì)案例，根據(jù)初步巖土勘察報(bào)告，該場(chǎng)地樁長(zhǎng)要在 24 米至 26 米范圍，估算單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為1800KN 2000KN，考慮樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，如果樁基的滿載率不高，樁數(shù)會(huì)增多，承臺(tái)工程量隨之加大，工程造價(jià)會(huì)大幅度提高。另一方面為了使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更合理、安全度更高，設(shè)計(jì)希望每根柱子底下都能形成兩樁以上的多樁承臺(tái)基礎(chǔ)，盡量避免單柱單樁基礎(chǔ)，以防單樁質(zhì)量有問(wèn)題或地震等 偶然因素造成基礎(chǔ)破壞并引發(fā)上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。為此按照預(yù)先估算的單樁豎向承載力，把員工宿舍樓的柱距定在 6 米 7.2 米左右，這就確保每根柱下都有兩樁以上的樁基礎(chǔ)；對(duì)上部結(jié)構(gòu)體系則盡量要求建筑設(shè)計(jì)成兩跨以上且正交的柱網(wǎng)，每榀抗側(cè)力框架結(jié)構(gòu)柱盡可能在同一平面內(nèi)，達(dá)到傳力明確、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好的目的。經(jīng)驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)體系如出現(xiàn)梁一端與柱聯(lián)結(jié)另一端與梁聯(lián)結(jié)的半框架或抗側(cè)力結(jié)構(gòu)柱、墻不在同一平面內(nèi)，不但受力不好，造價(jià)也會(huì)提高，這在抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)尤其突出。 （ 3）結(jié)構(gòu)細(xì)部構(gòu)造應(yīng)與建筑工種密切配合，在這方面應(yīng)盡量 避免出現(xiàn)短柱 (包括錯(cuò)層短柱和窗洞邊形成的短柱 )、高大懸墻等耗材大又對(duì)抗震極其不利的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 （ 4）實(shí)施設(shè)計(jì)質(zhì)量全面管理，劃分宿舍、廠房、食堂、公建等不同建筑采用不同結(jié)構(gòu)類別，制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)規(guī)定，優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)，把研究出來(lái)的一些新技術(shù)、好措施落實(shí)到每一個(gè)單位工程，實(shí)踐證明在這一方面所獲得的經(jīng)濟(jì)效益不可忽視。 （ 5）各設(shè)計(jì)專業(yè)互相配合，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員的每個(gè)階段設(shè)計(jì)工作，并對(duì)各階段設(shè)計(jì)進(jìn)行中間檢查、認(rèn)真審核，使參與設(shè)計(jì)工作的設(shè)計(jì)者都能設(shè)計(jì)出質(zhì)量高的施工圖紙。 3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用 應(yīng)注意的問(wèn)題砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第 5.1.6 條規(guī)定： “ 對(duì)電算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)判斷和校核；在確認(rèn)其合理有效后方可用于工程設(shè)計(jì) ” 。確認(rèn)合理與有效，就意味著確認(rèn)安全與經(jīng)濟(jì)，這條規(guī)定對(duì)長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)軟件應(yīng)用的設(shè)計(jì)者體會(huì)是最深刻的，需要注意的問(wèn)題很多。例如，有的問(wèn)題是軟件本身的缺陷，有的問(wèn)題是軟件中看似 “ 不起眼 ” 的規(guī)定，如不注意執(zhí)行就會(huì)犯大錯(cuò)誤，還有軟件的力學(xué)模型、基本假定是否適合你的結(jié)構(gòu)體系等等，這些問(wèn)題都是在設(shè)計(jì)過(guò)程要加以注意的，但往往這些問(wèn)題被有些設(shè)計(jì)人員所忽視。下面例舉幾個(gè)常見(jiàn)且對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)影響較大的軟件應(yīng)用問(wèn) 題。 （ 1）帶柱間挑梁的越層框架柱（復(fù)式框架），有的電算軟件無(wú)法辨認(rèn)越層柱，柱計(jì)算長(zhǎng)度會(huì)出錯(cuò)，例如某工程一層層高為 4 米，二層以上層高為 3.3 米，越層柱柱 1 由于存在走廊單挑挑梁致使軟件無(wú)法判定柱 1 為越層柱，確定柱 1的 Y 向柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)仍分別按一層 4 米和二層 3.3 米為依據(jù)，實(shí)際應(yīng)進(jìn)行人工干預(yù)，改為 4+3.3 7.3 米做為柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的計(jì)算依據(jù)，否則，兩者計(jì)算配筋誤差相當(dāng)大。另外，柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)人工更改后，不能再執(zhí)行軟件的數(shù)據(jù)檢查，否則等于沒(méi)修改。 （ 2）軟件 SATWE 已注明，柱底最大軸力平 面數(shù)據(jù)不能作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)，應(yīng)用 JCCAD 軟件的數(shù)據(jù)，但有的設(shè)計(jì)者仍然引用 SATWE 的數(shù)據(jù)去設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)需要多組柱底內(nèi)力組合，萬(wàn)一數(shù)據(jù)誤差太大，就會(huì)造成整幢房屋存在安全隱患。 （ 3）用 SATWE 軟件設(shè)計(jì)人防地下室，應(yīng)輸入活荷載，軟件才會(huì)考慮人防荷載參與組合，有的設(shè)計(jì)者沒(méi)注意到這個(gè)規(guī)定，結(jié)果嚴(yán)重錯(cuò)誤；有的設(shè)計(jì)者沒(méi)使用有人防計(jì)算功能的軟件，設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮材料強(qiáng)度提高系數(shù)等因素，設(shè)計(jì)結(jié)果，水泥、鋼筋浪費(fèi)太大，很不經(jīng)濟(jì)。 （ 4） SATWE 軟件體系在算有抬柱子的梁或者是等截面高的交叉梁系、井 字梁，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)梁跨數(shù)標(biāo)注錯(cuò)誤，即把被抬的柱子當(dāng)成支座，使原為一跨的梁被分成兩跨，或者一跨的梁被交叉梁分為若干跨。由于這些梁跨被誤認(rèn)為若干跨，造成梁同一跨內(nèi)鋼筋直徑不同、根數(shù)不同等影響安全的異常問(wèn)題，這些問(wèn)題都應(yīng)在出施工圖之前重點(diǎn)核對(duì)，認(rèn)真調(diào)整。 (5)現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件有許多要用戶輸入的計(jì)算參數(shù)，這些參數(shù)有的是軟件給出默認(rèn)數(shù)值，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析這些默認(rèn)數(shù)值在技術(shù)上、構(gòu)造上是否合理可靠，采用不合適的參數(shù)，有時(shí)造成的后果也是很嚴(yán)重的。例如，基礎(chǔ)軟件 JCCAD中的基床反力系數(shù) K，它的物理意義為：?jiǎn)挝幻?積地表面上引起單位下沉所需施加的力，反映的是地基剛度的大小，它與土的類型、基礎(chǔ)寬度和埋深、基礎(chǔ)的剛度等因素有關(guān)，可能變動(dòng)于幾 MN/m3 到幾百 MN/m3 之間?？上攵?，對(duì)軟件中默認(rèn)值不進(jìn)行修改，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)肯定會(huì)存在不安全或不經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題，這也說(shuō)明軟件應(yīng)用還應(yīng)具備扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)。 (6)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì) SATWE 軟件菜單的使用要進(jìn)行認(rèn)真分析。軟件中加載方式有三種，即一次性加載、模擬施工方法 1 加載、模擬施工方法 2 加載。一次性加載計(jì)算，主要用于多層結(jié)構(gòu)，因?yàn)槭┕さ膶訉诱移綄?duì)多層結(jié)構(gòu)的豎向變位影響很小，所 以不要采用模擬施工方法計(jì)算。對(duì)于高層結(jié)構(gòu)，一般都采用模擬施工方法 1 加載計(jì)算，但是對(duì)于 “ 框剪結(jié)構(gòu) ” ，采用這種方法計(jì)算在導(dǎo)給基礎(chǔ)的內(nèi)力中剪力墻下的內(nèi)力特別大，使得其下面的基礎(chǔ)難于設(shè)計(jì)。于是就有了模擬施工方法 2 加載，這是在 “ 模擬施工方法 1” 的基礎(chǔ)上將豎向構(gòu)件（柱、墻）的剛度增大 10 倍再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算，采用這種方法計(jì)算在導(dǎo)給基礎(chǔ)的內(nèi)力比較均勻合理，可以避免墻的軸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柱的軸力的不合理情況。但是這種方法人為的擴(kuò)大了豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件的線剛度比，所以它的計(jì)算方式值得探討。專家建議，在進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)采用 “ 模擬 施工方法 1” ；在基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)采用 “ 模擬施工方法 2” 的計(jì)算結(jié)果，這樣得出的基礎(chǔ)結(jié)果比較合理。 4、建筑結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施 (1)材料選用與要求 建筑結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)還與建筑材料選用有關(guān)，特別在設(shè)計(jì)一些大跨度或荷載較重的結(jié)構(gòu)時(shí)尤其突出。例如，驗(yàn)算型鋼梁與型鋼柱連接節(jié)點(diǎn)時(shí)就發(fā)現(xiàn)，不能光靠加大型鋼柱截面來(lái)滿足要求，而只要在節(jié)點(diǎn)加帖加強(qiáng)鋼板來(lái)滿足計(jì)算要求，這樣做有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一能節(jié)省鋼材，第二能避免采用厚度大于 20mm 的鋼板，太厚的鋼板焊接前要預(yù)加熱，施工工藝麻煩，受力后還存在鋼 板被撕裂的危險(xiǎn)，因此對(duì)鋼板材質(zhì)要求較高，甚至要用特種鋼材，造價(jià)也很高。建筑結(jié)構(gòu)的主要材料是砼和鋼筋：通常情況下，混凝土受彎構(gòu)件采用 C20C30、受壓構(gòu)件采用 C25 C40、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件采用 C40 最為合適，材料性價(jià)比較高；主導(dǎo)鋼筋采用 HRB400（ III）級(jí)及HRB335（ II）級(jí)鋼筋，材料性價(jià)比較高。 (2)電算與人工結(jié)合配置鋼筋 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)生成的梁、板、墻和柱配筋在一定程度上存在著某些不合理部位。例如，有的次梁箍筋面積計(jì)算值才 2mm2，按構(gòu)造要求最多配 6200 箍筋，可自動(dòng)生成的箍筋為 10200 ，配筋偏多，類似這種情況都要人工調(diào)整；有的是軟件還不具備的功能，例如，規(guī)范統(tǒng)一規(guī)定梁面第一排鋼筋斷點(diǎn)為 Ln，第二排為 Ln，實(shí)際上，有些梁就不需要這么長(zhǎng)的鋼筋，設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合手工畫材料包絡(luò)圖來(lái)確定鋼筋斷點(diǎn)，用這個(gè)辦法可省很多鋼筋。另外，規(guī)范規(guī)定 Ln 為相鄰跨凈距，連續(xù)梁中某跨跨度較小時(shí)，該跨梁面鋼筋與相鄰大跨梁面鋼筋應(yīng)貫通，減少鋼筋斷點(diǎn)，這些都需要人工編輯。 總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不要怕麻煩，要想方設(shè)法采用一些好的技術(shù)措施把一些計(jì)算和構(gòu)造要求不需要的鋼筋省下來(lái)。 (3)多種方案比 較、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?zāi)彻I(yè)園區(qū)大部分區(qū)域土層分布從上而下為：素填土（ 1）、淤泥質(zhì)土（ 2）、圓礫（ 3）、淤泥質(zhì)土（ 4）、中細(xì)砂土（ 5）、全風(fēng)化土（ 6）、強(qiáng)風(fēng)化土（ 7）、中風(fēng)化土（ 8）。 如采用淺基礎(chǔ)，持力層選在第 3 圓礫層，該層厚薄不一，薄的 1.5 米左右，厚的達(dá) 2.1 米左右，下臥層計(jì)算不能滿足規(guī)范要求；如采用沖 (鉆 )孔灌注樁，造價(jià)又很高；如采用錘擊式高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，噪音污染大，且單樁承載力不好控制；如采用靜壓式高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，擔(dān)心靜壓沉樁穿越圓礫層有困難，但該方案造價(jià)低、質(zhì)量好?？紤]到樁基工程對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全和 經(jīng)濟(jì)影響很大，經(jīng)研究選用第 7 土層即強(qiáng)風(fēng)化層為持力層，在現(xiàn)場(chǎng)做靜壓沉管試驗(yàn)，檢驗(yàn)施工工藝及基樁承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)果令人滿意。后經(jīng)大面積施工，整個(gè)施工過(guò)程也比較順利，單樁垂直承載力和樁身質(zhì)量都能滿足設(shè)計(jì)要求。 (4)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免存在多余構(gòu)件 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)避免畫蛇添足，即結(jié)構(gòu)體系存在沒(méi)用的梁、柱或抗震墻等多余構(gòu)件，這些構(gòu)件不但增加房屋造價(jià)，而且有可能使結(jié)構(gòu)傳力不明確。 對(duì)樓 (屋 )面板及地下室頂 (底 )板，當(dāng)某一板塊預(yù)估可按構(gòu)造配鋼筋或在最佳配筋率范圍時(shí)，如無(wú)他用千萬(wàn)別在這板塊中 加次梁。工程設(shè)計(jì)中，確定樓 (屋 )面板厚度是先和電氣工程師溝通，保證電氣管線上、下有大于三分之一板厚的砼保護(hù)層厚度，然后結(jié)合建筑使用功能和荷載大小布置必要的梁系，忽略這個(gè)問(wèn)題有時(shí)會(huì)造成極大浪費(fèi)。例如，某工程地下室底板厚度為 300mm，板跨度雙向大部分不大于 6 米，按計(jì)算已是構(gòu)造配筋，但設(shè)計(jì)者還在板中加了十字交叉次梁，后經(jīng)審圖建議，取消十字交叉次梁，既為業(yè)主節(jié)省造價(jià)，又使結(jié)構(gòu)布置簡(jiǎn)潔、傳力明確。 在這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，國(guó)家規(guī)范是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)一些特殊結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)時(shí)，除了要正確應(yīng)用一些優(yōu)秀 軟件進(jìn)行內(nèi)力分析，還應(yīng)注意構(gòu)造處理的可靠性，實(shí)際上在地震作用下，通過(guò)理論計(jì)算結(jié)果不可能是十分準(zhǔn)確的，要保證安全還要靠概念設(shè)計(jì)， “ 三分計(jì)算七分構(gòu)造 ” 已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者的共識(shí)，某些地方要突破規(guī)范的約束，關(guān)鍵部位 “ 多用 ” 點(diǎn)鋼筋會(huì)得到四兩頂千斤的效果。汶川地震也證明了構(gòu)造措施得當(dāng)是實(shí)現(xiàn) “ 小震不壞，中震可修，大震不倒 ” 的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。 5、結(jié)束語(yǔ) 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)責(zé)任重于泰山，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程是一個(gè)處理建筑結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)的過(guò)程，設(shè)計(jì)者在技術(shù)上要精益求精，不要一意注重安全使房屋造價(jià)偏高，造成不必要的浪費(fèi)，更 不能一意追求經(jīng)濟(jì)而不注意建筑結(jié)構(gòu)的安全?？傊O(shè)計(jì)出安全度較高且造價(jià)低的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)在建筑結(jié)構(gòu)體系、軟件應(yīng)用以及采用一些先進(jìn)技術(shù)措施等方面多做點(diǎn)工作。實(shí)踐證明只要肯努力，對(duì)一個(gè)較大的工程項(xiàng)目在保證安全度較高的前提下，要節(jié)約幾十萬(wàn)元或幾百萬(wàn)元造價(jià)并不是不可能的。 參考文獻(xiàn) 1中國(guó)建筑科學(xué)研究院 PMPK 系列軟件用戶手冊(cè) 2混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50010-2002 3高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 J186-2002 4建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50011-2001 5建筑樁基技術(shù)規(guī)范 JGJ94-2008 閱讀相關(guān)文檔 :混水系統(tǒng)在集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用 政府采購(gòu)招標(biāo)控制價(jià)的作用及編制 建筑中水回收利用可行性探討 旅游服務(wù)型小城鎮(zhèn)地域特色塑造方法研究 淺談高層住宅建筑立面造型設(shè)計(jì) 淺談網(wǎng)絡(luò)時(shí)代廣播電視與網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ) 打造大西南船舶修造基地 對(duì)建筑電氣