發(fā)布時(shí)間：2023-03-02 15:05:09
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)，住宅，發(fā)展
國(guó)務(wù)院文件明確提出:發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅,擴(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)住宅的市場(chǎng)占有率,將會(huì)加速住宅產(chǎn)業(yè)化過(guò)程,對(duì)我國(guó)建筑、冶金及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。為推動(dòng)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅的快速發(fā)展，滿足人民群眾對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住房的需求,推進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化,中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)住宅鋼結(jié)構(gòu)分會(huì)成立,并陸續(xù)召開(kāi)了多次住宅鋼結(jié)構(gòu)研討會(huì),各地投入大量人力探索我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展途徑,并試驗(yàn)性的建造了鋼結(jié)構(gòu)住宅。新型的鋼結(jié)構(gòu)住宅逐漸展現(xiàn)在人們面前。就我們國(guó)家的情況，鋼結(jié)構(gòu)住宅必將有一個(gè)快速發(fā)展。
1.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與鋼材的特點(diǎn)相聯(lián)系，那就是強(qiáng)度高,因此,鋼結(jié)構(gòu)自重輕,承載力高，鋼材的塑性和韌性好,因而鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)荷載的適應(yīng)性強(qiáng),使鋼結(jié)構(gòu)住宅具有大空間和布置靈活的特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比較鋼材的強(qiáng)度為235N/mm2(A3),是混凝土強(qiáng)度的11倍;鋼材材質(zhì)均勻,而混凝土的材質(zhì)不均勻;尤其是混凝土的抗拉強(qiáng)度非常低,所以普通混凝土適筋梁的承載力設(shè)計(jì)階段均為帶裂縫工作階段;鋼材的容重為7850kg/m3,是混凝土容重的3.28倍;鋼材的彈性模量為206×103N/mm2,而混凝土,比如C30的混凝土變形模量為29.5×103N/mm2。因此,鋼結(jié)構(gòu)住宅自重比傳統(tǒng)住宅結(jié)構(gòu)要輕30%,構(gòu)件小,便于工業(yè)化制作、運(yùn)輸、安裝和現(xiàn)場(chǎng)裝配,大大降低了基礎(chǔ)施工的強(qiáng)度,施工場(chǎng)地也大為縮小,工期相對(duì)比傳統(tǒng)住宅縮短約40%左右,開(kāi)發(fā)商更容易降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。從建造市場(chǎng)、客戶終端市場(chǎng)和外圍市場(chǎng)來(lái)看,都利于鋼結(jié)構(gòu)住宅的未來(lái)發(fā)展。
2.鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理
住宅建筑中的鋼結(jié)構(gòu)一般指的是輕鋼結(jié)構(gòu),大致可分為兩類,即:以冷彎薄壁型鋼為承重構(gòu)件的輕鋼龍骨建筑體系和以輕型鋼梁、鋼柱為承重體系的輕鋼框架建筑體系。如:取代格構(gòu)式截面的H型鋼和用于樓蓋層中可代替模板和抗拉鋼筋作用的亞型鋼板的應(yīng)用;結(jié)合跨度、高度和結(jié)構(gòu)形式,選用網(wǎng)架、懸索、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用;組合梁的應(yīng)用,混凝土板和鋼梁在構(gòu)造上形成整體,共同抗彎,充分發(fā)揮混凝土板的受壓和鋼梁的受拉作用;鋼管混凝土柱,受縱向壓力作用時(shí),鋼管的應(yīng)力狀態(tài)為異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)(縱向、徑向受壓,環(huán)向受拉),縱向應(yīng)力比單向受力時(shí)屈服強(qiáng)度低,塑性好;混凝土處于三向受壓狀態(tài),承載力比單向受壓棱柱體強(qiáng)度高,且極限變形大大增加,塑性提高,同時(shí)由于鋼管的約束又大大提高了混凝土的承載力。相對(duì)于其它材料結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)符合力學(xué)計(jì)算的假設(shè)狀態(tài),計(jì)算結(jié)果可靠,使用更安全,而且抗震性能好。
3.鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用
鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用最早見(jiàn)于上世紀(jì)九十年代初，1994年11月建于上海北蔡的8層鋼結(jié)構(gòu)住宅,采用的就是冷彎成型矩形鋼管砼和U形冷彎薄壁組合梁組成框架,外墻采用稻草板。建造該試驗(yàn)住宅的上?，F(xiàn)代房地產(chǎn)公司,1999年還在新疆和上海分別建造了8層和5層鋼結(jié)構(gòu)住宅,并試用錯(cuò)列桁架體系的結(jié)構(gòu)形式,使小開(kāi)間取得了大開(kāi)間的效果,引起了各界的重視。免費(fèi)論文。期間較為引人注目的有長(zhǎng)沙遠(yuǎn)大公司,他們?cè)?999年建成了8層H型鋼框架、壓型鋼板組合結(jié)構(gòu)、配合整體浴室、中央空調(diào)等先進(jìn)設(shè)備的集成住宅,全部工期為3個(gè)月結(jié)構(gòu),2個(gè)月裝修,充分體現(xiàn)了預(yù)制、集成、裝配的特色,展現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)住宅的良好前景。
20世紀(jì)80年代中期,隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入,工業(yè)化的輕鋼別墅也進(jìn)入我國(guó),先后從日本引進(jìn)幾百棟輕鋼結(jié)構(gòu)低層別墅。之后幾年又從澳洲、加拿大引進(jìn)了輕鋼龍骨住宅體系構(gòu)件在國(guó)內(nèi)組裝。免費(fèi)論文。隨著國(guó)家《建設(shè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用新技術(shù)管理規(guī)定》和《鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導(dǎo)則》的出臺(tái),鼓勵(lì)新技術(shù)、新體系的應(yīng)用, 在理論上疏通了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展限制。相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),為鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國(guó)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在中國(guó)的鋼產(chǎn)量已躍居世界第一位,鋼結(jié)構(gòu)在住宅中的應(yīng)用必將有一個(gè)大的發(fā)展。
4.鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國(guó)快速發(fā)展應(yīng)解決的問(wèn)題
鋼結(jié)構(gòu)住宅的快速發(fā)展，拋棄了原來(lái)難以逆轉(zhuǎn)的混凝土,采用可重復(fù)利用的建材,減少了對(duì)自然的破壞，而且施工場(chǎng)地小,對(duì)環(huán)境的破壞也少，如果大規(guī)模采用鋼結(jié)構(gòu),將很大程度上減少灰塵污染，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。但是,我們也要看到到當(dāng)前存在著幾個(gè)制約我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展的問(wèn)題。一是價(jià)格高的問(wèn)題。我國(guó)的鋼產(chǎn)量雖有較大提高,但人均產(chǎn)量仍然較少,鋼材在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中仍屬較貴重材料,相比較而言,混凝土價(jià)格要比鋼材價(jià)格低。二是設(shè)計(jì)力量薄弱。設(shè)計(jì)中采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的功能要求是否屬于鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用范圍。較高的承載力使鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要考慮以不適合繼續(xù)承載的巨大變形為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)準(zhǔn)則。鋼結(jié)構(gòu)存在著許多節(jié)點(diǎn),每個(gè)墊板、螺絲、焊縫都需要精確計(jì)算,各專業(yè)必須一次到位。因此,鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要復(fù)雜,鋼結(jié)構(gòu)的圖紙量也遠(yuǎn)多于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。三是鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)體系還未形成,市場(chǎng)比較混亂，只有進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),才能體現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。免費(fèi)論文。同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)住宅采用的復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn),復(fù)合材料的選擇余地很小。此外,目前進(jìn)入國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)商很多,產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)、價(jià)格和質(zhì)量都不統(tǒng)一,而國(guó)家尚沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制約,使得開(kāi)發(fā)商、設(shè)計(jì)師還很茫然。四是鋼結(jié)構(gòu)的使用年限。磚石混凝土號(hào)稱永不損壞,鋼結(jié)構(gòu)不行,一般使用壽命只有50年。一想到自己要買的房子不能住一輩子,這會(huì)阻止一部分客戶的購(gòu)買欲望。其實(shí),磚石結(jié)構(gòu)房屋的使用也很少超過(guò)50年,而且,隨著保險(xiǎn)業(yè)的發(fā)展,房屋壽命問(wèn)題應(yīng)該很容易解決。
5.結(jié)束語(yǔ) 鋼結(jié)構(gòu)住宅與鋼筋混泥土等住宅相比具有抗震、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，是世界各國(guó)倡導(dǎo)，我們國(guó)家提倡和人們所迫切需要的，這些年經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用也得到了人們的認(rèn)同，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展以及人們對(duì)住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節(jié)能、有益健康等方面的要求,鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國(guó)必將有一個(gè)飛躍式的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]建筑科學(xué).
[2]建筑材料研究.
[3]探索.
關(guān)鍵詞：方鋼管混凝土柱；多層輕鋼結(jié)構(gòu)；優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；技術(shù)難點(diǎn)
中圖分類號(hào)：TU391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
Abstract: this paper expounds the concrete filled square steel tubes structure system in light of the application of the steel structure housing situation and advantages, introduces the structure of the concrete-filled steel tube column party design analysis method and its future research prospect， and provides light steel structure housing or related design work for the staff technology reference.
Key words: square steel tube concrete column; Multi-layer light steel structure; Advantages; Structure design; Technical difficulties
0 概況
隨著人類對(duì)住宅要求越來(lái)越高，建筑房屋的絕熱、抗震及抗壓性能越來(lái)越理想。這一切都源于人類對(duì)房屋質(zhì)量的舒適感與安全感的追求，鋼—混凝土組合的建筑結(jié)構(gòu)就是人類追求建筑房屋舒適與安全的產(chǎn)物。鋼—混凝土結(jié)構(gòu)早在19世紀(jì)就已開(kāi)始被人類所注意，并對(duì)其展開(kāi)一系列的研究開(kāi)發(fā)，其綜合了鋼材的韌性與混凝土材料的較好的抗壓性能，更好地發(fā)揮了建筑材料的材質(zhì)特點(diǎn)，而避免各自的缺點(diǎn)。
由于環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)及材料短缺越來(lái)越嚴(yán)重，國(guó)外很多國(guó)家如澳大利亞、日本、美國(guó)等，都在在積極研發(fā)和設(shè)計(jì)更多鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。而我國(guó)在近幾年內(nèi)也開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)與制造、施工安裝輕鋼結(jié)構(gòu)，也取得了很大的成就，如首都博物館新館的設(shè)計(jì)與施工[1]。
1 方鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)
1.1節(jié)約鋼材，降低造價(jià)
一般情況下，由于方鋼管混凝土加入鋼結(jié)構(gòu)，降低了建筑物的自重，相當(dāng)于混凝土結(jié)構(gòu)的一半，而基礎(chǔ)荷載相對(duì)變小，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，己成為公認(rèn)的節(jié)材、經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)捷的結(jié)構(gòu)形式。
1.2抗震性能好
由于鋼管的材料的存在，提高了整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、塑性和韌性，因此在同樣的震動(dòng)條件下，其能更好地克服因超載而發(fā)生斷裂現(xiàn)象，更好地適應(yīng)動(dòng)力荷載的壓力，其良好的延展性在抗震性能方面表現(xiàn)得無(wú)可挑剔。
1.3防銹蝕和抗火性能優(yōu)于鋼柱
方鋼管混凝土柱只是外表面需涂防銹漆，而鋼柱全周邊皆需防銹蝕，顯然，可以大大節(jié)省防銹漆。且方鋼管混凝土由于其管內(nèi)設(shè)置有混凝土結(jié)構(gòu)，可以吸收大量熱量，因而耐火時(shí)間比鋼柱更長(zhǎng)。所用的防火涂料比鋼柱更少，造價(jià)也比鋼柱更低，性價(jià)比更高。
1.4抗扭、抗剪性能優(yōu)越
方鋼管混凝土柱的抗扭和抗剪性能都很好，延性大，強(qiáng)度高。建筑物的一些邊柱和角柱，在地震作用下，將同時(shí)承受軸心壓力、彎矩、扭矩和剪力作用。對(duì)于方鋼管混凝土柱來(lái)說(shuō)，在復(fù)雜應(yīng)力作用下的承載力很高，并且其塑性和延性更好，安全而可靠[2]。
2 方鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1主要計(jì)算依據(jù)
方鋼管混凝土柱的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)依據(jù)建筑設(shè)計(jì)單位提供的建筑設(shè)計(jì)方案、并參考有關(guān)的國(guó)家建筑設(shè)計(jì)規(guī)程、規(guī)范，如《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）等等[3]。
2.2軸向受力構(gòu)件計(jì)算
2.2.1軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)鋼管和混凝同工作的機(jī)制，參照我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度承載力設(shè)值的計(jì)算公式為：
Nu=α(fAs+fcAc)
上式中α是與鋼管對(duì)混凝土的約束效應(yīng)和混凝土徐變對(duì)承載力影響等因素有關(guān)的系數(shù)，前者對(duì)混凝土的強(qiáng)度有所提高，后者則相反?？紤]到α的影響因素比較復(fù)雜，對(duì)軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度承載力的提高有限，對(duì)于管壁較薄的構(gòu)件更是如此，為方便使用，取α=1，即得到方鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式：
N≤Nu u= fAs+fcAc
2.2.2軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算
根據(jù)試驗(yàn)資料，方鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件受力較接近于鋼構(gòu)件，因此采用鋼結(jié)構(gòu)類似的計(jì)算公式：
公式中的軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)也近似地采用現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）中的b曲線：
構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比則按考慮鋼管和管內(nèi)混凝同工作后的影響
2.2.3軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算
由于混凝土的抗拉強(qiáng)度相對(duì)于鋼管較小，在計(jì)算方鋼管混凝土軸心受拉構(gòu)件時(shí)可不計(jì)入混凝土的作用，只考慮方鋼管抵抗所有拉力，由極限狀態(tài)即可得到方鋼竹混凝土的抗拉承載力計(jì)算公式：
N≤Asf
2.3彎、拉彎構(gòu)件計(jì)算
其中包括a、彎矩作用在一個(gè)主平面內(nèi)的方鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算；b、彎矩作用在一個(gè)主平面內(nèi)的方鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算；c、彎矩作用在一個(gè)主平面內(nèi)的方鋼管混凝土拉彎曲構(gòu)件計(jì)算；d、彎矩作用在兩個(gè)主平面內(nèi)的雙軸壓彎方鋼管混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算；e、彎矩作用在兩個(gè)主平面內(nèi)的雙軸壓彎方鋼管混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算。但由于論文章節(jié)的安排，在本文就不詳細(xì)介紹。
2.4節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)
梁-柱連接的性能是影響結(jié)構(gòu)整體性能的關(guān)鍵，合理的連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠龋礉M足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱桿件”原則。方鋼管混凝土柱與H型鋼梁的連接，按照連接處相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用的大小，可以分為：柔性連接、半剛性連接和剛性連接三種。其中半剛性連接可減少施工現(xiàn)場(chǎng)的焊接工程量，且節(jié)點(diǎn)外觀簡(jiǎn)捷、傳力明確，鋼柱制作與混凝土的澆筑質(zhì)量不受影響，柱兩側(cè)梁高不等構(gòu)造容易處理，避免了內(nèi)隔板與外環(huán)板由于焊接殘余應(yīng)力影響，而在地震力的反復(fù)作用下節(jié)點(diǎn)處鋼材易發(fā)生分層或脆性破壞的缺點(diǎn)。
3方鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究方向
雖然鋼管混凝土住宅具有較多的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際中的應(yīng)用時(shí)，還存在一些善待解決的難題。
3.1結(jié)構(gòu)理論研究需進(jìn)一步完善
對(duì)方鋼管混凝土構(gòu)件來(lái)說(shuō)，目前對(duì)構(gòu)件動(dòng)力性能的研究還是基于試驗(yàn)結(jié)果，缺乏理論分析方法，不利于深入全面研究其動(dòng)力特性，同時(shí)不利于對(duì)實(shí)用抗震設(shè)計(jì)方法的研究。
3.2設(shè)計(jì)理論需要進(jìn)一步完善
目前國(guó)內(nèi)的建筑規(guī)程雖然對(duì)圓鋼管混凝土構(gòu)件和方鋼管混凝土構(gòu)建的設(shè)計(jì)做了有關(guān)說(shuō)明，但有些依據(jù)還不能非常準(zhǔn)確地描述方鋼管混凝土柱體構(gòu)件的性能，相差誤差還比較大，設(shè)計(jì)過(guò)程僅僅對(duì)混凝土和鋼管部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加，這樣降低了該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。而采用研究理論進(jìn)行計(jì)算時(shí)，公式卻顯得過(guò)于煩瑣，還需要結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量簡(jiǎn)化。
3.3結(jié)構(gòu)形式需要進(jìn)一步完善
由于鋼管混凝上構(gòu)件的抗彎性能低于抗壓性能，因此鋼管混凝土框架抗側(cè)力性能比較弱，僅采用框架結(jié)構(gòu)一般不能滿足抗震要求，需要增加抗側(cè)力體系，一般為柱間支撐。但是柱間支撐的增加限制了建筑開(kāi)窗的靈活性。因此，進(jìn)行該類型住宅設(shè)計(jì)需要建筑和結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合。
3.4節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
梁柱剛接節(jié)點(diǎn)，需要傳遞彎矩。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，如果僅對(duì)鋼管進(jìn)行節(jié)點(diǎn)拼接，由于略去混凝土部分的抗彎承載力，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度將低于構(gòu)件強(qiáng)度，不符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。而考慮節(jié)點(diǎn)處混凝土部分的作用，施工時(shí)不可避兔混凝土的二次澆注，不符合全裝配式住宅施工要求。因此對(duì)于梁柱端頭和節(jié)點(diǎn)均應(yīng)另行設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和試驗(yàn)將成為設(shè)計(jì)工作中的重要部分。
3.5結(jié)構(gòu)防火處理
雖然鋼管混凝土具有較好的抗火災(zāi)性能，并且通過(guò)理論計(jì)算和工程實(shí)例驗(yàn)證。但目前的規(guī)程仍規(guī)定按照鋼結(jié)構(gòu)防火要求處理，防火處理將大量增加工程造價(jià)，該問(wèn)題已成為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和輕鋼結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中的瓶預(yù)問(wèn)題。
4 結(jié)束語(yǔ)
多層輕鋼建筑中采用方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可大大增加其結(jié)構(gòu)的承載力和可靠度，提高建筑品位，縮短施工工期，提高了住宅的抗震性能，節(jié)省了建筑過(guò)程的有關(guān)材料費(fèi)用，具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)于目前木材、礦產(chǎn)資源缺乏的國(guó)情來(lái)說(shuō)，方鋼管混凝土柱體構(gòu)建是相當(dāng)具有發(fā)展?jié)摿Y(jié)構(gòu)形式。但是，由于國(guó)內(nèi)建設(shè)設(shè)計(jì)人員對(duì)方鋼管混凝土構(gòu)件的各種性能的研究分析工作才處于比較初級(jí)的階段，在其結(jié)構(gòu)布置、設(shè)計(jì)方法、施工措施等方面的技術(shù)還需要進(jìn)一步提高。
參考文獻(xiàn)
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[2] 宋國(guó)濤,高日，劉智敏等. 一種新型鋼-混凝土組合桁架的特點(diǎn)及應(yīng)用 [J]. 建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2005，（03）
關(guān)鍵詞：房屋建筑；鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)措施
Abstract: according to the author in recent years practice, the housing the advantages of the reinforced concrete frame mainly reflects in: flexible space space, it is light weight, saving material, etc. The article to the housing construction steel reinforced concrete frame structure characteristics, the scope of application, this paper expounds the design principle, the combination of case and discuss the specific construction measures.
Keywords: housing construction; Reinforced concrete; Frame structure; Measures designed
中圖分類號(hào)：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
0. 概 述
框架結(jié)構(gòu)又統(tǒng)稱為構(gòu)架式結(jié)構(gòu)。目前，房屋的框架按跨數(shù)分有單跨、多跨；按層數(shù)可以分有單層、多層；按立面構(gòu)成可以分有對(duì)稱、不對(duì)稱；按所用材料分有鋼框架、混凝土框架、膠合木結(jié)構(gòu)框架或鋼與鋼筋混凝土混合框架等。其中最常用的是鋼筋混凝土框架，它包括現(xiàn)澆整體式、裝配式、裝配整體式等。其中這里面的裝配式、裝配整體式混凝土框架和鋼框架適合大規(guī)模工業(yè)化施工，效率較高，工程質(zhì)量較好，其余的適合房屋建筑使用。
1. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
根據(jù)筆者近年來(lái)實(shí)踐來(lái)看，房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：空間分隔靈活，它自重輕，節(jié)省材料；具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點(diǎn)，利于安排需要較大空間的建筑結(jié)構(gòu)；框架結(jié)構(gòu)的梁、柱構(gòu)件易于標(biāo)準(zhǔn)化、定型化，便于采用裝配整體式結(jié)構(gòu)，以縮短施工工期；采用現(xiàn)澆混凝土框架時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體性、剛度較好，設(shè)計(jì)處理好也能達(dá)到較好的抗震效果，而且可以把梁或柱澆注成各種需要的截面形狀。
2. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍
根據(jù)現(xiàn)在建筑的使用性質(zhì)來(lái)看，房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)廣泛用于住宅、學(xué)校、辦公樓等地方，也有根據(jù)需要對(duì)混凝土梁或板施加預(yù)應(yīng)力，以適用于較大的跨度；框架鋼結(jié)構(gòu)常用于大跨度的公共建筑、多層工業(yè)廠房和一些特殊用途的建筑物中，如劇場(chǎng)、商場(chǎng)、體育館等。但總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在施工框架結(jié)構(gòu)種類比較多，在選擇起來(lái)應(yīng)靈活多變。
3.房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則一般地，房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一定的原則，這樣方能確保房屋的建筑質(zhì)量。
3.1遵循有抗震性能的原則。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)有足夠的承載能力和變形能力是兩個(gè)同時(shí)需要滿足的條件。不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力，還要求其有適當(dāng)?shù)膭偠?。房屋建筑結(jié)構(gòu)的使用功能和安全與其側(cè)移的大小密切相關(guān)，過(guò)大的側(cè)向變形會(huì)使隔墻、維護(hù)墻及其飾面材料出現(xiàn)裂縫或損壞。結(jié)構(gòu)分別按考慮5%的偶然偏心和雙向地震力作用的不利情況計(jì)算出各結(jié)構(gòu)體系層間位移角，剪力墻結(jié)構(gòu)小于框剪結(jié)構(gòu)，但均小于規(guī)范要求，且富裕量較大，說(shuō)明兩種結(jié)構(gòu)體系滿足剛度要求。
3.2遵循經(jīng)濟(jì)性原則。 在房屋建筑結(jié)構(gòu)體系中，在保障節(jié)約資金的情況下確保工程質(zhì)量是關(guān)鍵。根據(jù)筆者工作實(shí)踐，通過(guò)對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)直接費(fèi)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)三種鋼筋混凝土住宅結(jié)構(gòu)單位面積直接費(fèi)相差不是很多，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最大，框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)最小，其中短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出12.5%，比大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出7.3%，大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)比框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的單位面積直接費(fèi)高出4.9%。
4. 房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)雜多變的過(guò)程，筆者在此建議在設(shè)計(jì)中要注意以下幾方面：
4.1抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題。房屋在抗震設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般不要采用單跨框架。如果不可避免的話，建議可設(shè)計(jì)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，多層建筑也可僅在單跨方向設(shè)置剪力墻。但是，后者框架結(jié)構(gòu)部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)選用，而剪力墻部分的抗震等級(jí)應(yīng)按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)選用。
4.2框架結(jié)構(gòu)選擇。在目前的小高層結(jié)構(gòu)體系里比較適合采用框架結(jié)構(gòu)，筆者建議首先盡可能將過(guò)于狹長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)用伸縮縫脫開(kāi)。如果建筑專業(yè)不允許，可通過(guò)加大端部開(kāi)間的抗側(cè)剛度達(dá)到限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的。具體可將邊框架的角柱斷面增大，加大框架梁的高度，如條件允許，中間增加框架住，既增加框架的跨數(shù)。這些方法可以顯著增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。
5.房屋建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施
根據(jù)筆者實(shí)踐，結(jié)合案例來(lái)簡(jiǎn)單闡述下這方面的措施。某小區(qū)工程為6-8層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，按8度抗震設(shè)防，場(chǎng)地土類別為Ⅲ類，各建筑單體設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為70年，建筑安全等級(jí)為2級(jí)，建筑抗震類別為丙類。根據(jù)有關(guān)要求，柱混凝土強(qiáng)度等級(jí):一～三層為C25,三層以上為C20;樓面為C20,屋面板、為C25密實(shí)性混凝土。
5.1計(jì)算分析。根據(jù)工程建筑要求，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三個(gè)基本指標(biāo)。我們一般采用彈性設(shè)計(jì)方法，即在正常使用情況下，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性受力狀態(tài)中，結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，這一點(diǎn)施工人員要做好這方面的計(jì)算分析。
5.2防雷主要措施。我們可以采取該工程住宅屋面采用φ12鍍鋅圓做避雷帶，組成不大于20m×20m的網(wǎng)格。所有突出屋面的金屬構(gòu)件均應(yīng)與避雷帶可靠焊接。
這其中引下線利用柱內(nèi)的兩根直徑大于φ16的對(duì)角主筋通長(zhǎng)焊接作為避雷引下線，上端與避雷帶連接，下端與地梁兩根主筋焊接。
5.3梁、柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。我們?cè)诜课菰O(shè)計(jì)梁柱節(jié)點(diǎn)時(shí)，通常出現(xiàn)多根梁交叉在一起的現(xiàn)象，主次梁的負(fù)彎矩鋼筋多層也會(huì)疊加在一起，這樣會(huì)對(duì)梁截面截面造成較大的影響。這也是房屋在建時(shí)它的成本很難控制的一方面。在此，筆者建議可采取降低次梁底面的標(biāo)高和降低主梁底面標(biāo)高的有關(guān)措施來(lái)加以控制。
5.4變形的分析。一旦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了過(guò)度變形，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)之相對(duì)應(yīng)的裂縫。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的過(guò)度變形是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足或者剛度不足的標(biāo)志，它并沒(méi)有直接反映出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形的因素有跨度、截面的尺寸、支座的形式、材料的質(zhì)量和荷載等，結(jié)構(gòu)變形是鑒定房屋安全的重要內(nèi)容。所以在進(jìn)行房屋安全鑒定時(shí)，需要對(duì)房屋的綜合情況進(jìn)行考慮。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：鋼―混凝土組合結(jié)構(gòu)；鋼―混凝土組合梁；抗壓性能；抗拉性能
鋼―混凝土組合梁是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種組合構(gòu)件，通過(guò)剪力連接件將鋼梁和混凝土板連接起來(lái)共同工作，它能夠充分發(fā)揮鋼材的抗拉性能和混凝土的抗壓性能，使材料的性能得到充分合理地利用，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。與鋼筋混凝土梁相比，鋼―混凝土組合梁高度減小，剛度提高，可節(jié)省材料，并可自由地煌接管道線路和固定預(yù)埋件，這一優(yōu)點(diǎn)常用于工業(yè)房屋建筑中。與鋼梁相比，鋼―混凝土組合梁可以減小撓度和位移，提高截面剛度。雖然優(yōu)點(diǎn)顯著，但組合梁也有缺點(diǎn)，如耐火性能較差以及抗剪連接件的制作和連接較為困難等。
1 變形和剛度計(jì)算
鋼―混凝土組合梁交界面相對(duì)滑移是由抗剪連接件的變形引起的。分析表明，由混凝土翼板和鋼梁間的相對(duì)滑移引起的附加撓度在10%～15%以下，國(guó)內(nèi)的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果約為9%。界面滑移不但會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度，使組合梁的變形增大，而且會(huì)使組合梁截面抗彎承載力減小。影響界面滑移的因素主要有：連接件的性質(zhì)及周圍混凝土變形能力、鋼梁與混凝土板交界面上粘結(jié)力等。
目前，國(guó)內(nèi)外組合梁的撓度計(jì)算方法主要有以下幾種：
1.1 換算截面法。我國(guó)原《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17-88）即采用此方法。雖然這種方法計(jì)算簡(jiǎn)便，易于掌握，但其未考慮交界面滑移和組合梁剪切連接程度不同的影響，計(jì)算結(jié)果偏于不安全。
1.2 基于換算截面法的內(nèi)插法。這種方法考慮了剪切連接件的抗剪能力對(duì)組合梁截面有效抗彎剛度的貢獻(xiàn)，可以較方便地計(jì)算組合梁的撓度，但是當(dāng)連接程度較低時(shí)存在較大誤差。
1.3 解析法。解析方法求解微分方程困難，不易掌握，因此難以獲得推廣。
1.4 折減剛度法。通過(guò)對(duì)組合梁的換算截面抗彎剛度EIeq進(jìn)行折減的方法來(lái)考慮滑移效應(yīng)。該方法既適用于完全抗剪連接組合梁，也適用于部分抗剪連接組合梁和鋼梁與壓型鋼板混凝土組合板構(gòu)成的組合梁。
總體來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于鋼―混凝土組合梁短期效應(yīng)研究比較多，而對(duì)于長(zhǎng)期荷載作用下組合梁效應(yīng)的研究還不夠。對(duì)此，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范是通過(guò)降低混凝土彈性模量的方法來(lái)考慮荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)，即混凝土徐變的影響。鑒于徐變受多種因素的影響，如荷載的大小、齡期、周圍環(huán)境的濕度、溫度等，采用一個(gè)統(tǒng)一的彈性模量降低系數(shù)來(lái)考慮混凝土徐變及收縮的影響并不合理，筆者建議設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剛度折減計(jì)算時(shí)應(yīng)針對(duì)實(shí)際情況慎重取值。
2 抗剪連接件設(shè)計(jì)
抗剪連接件是連接鋼梁與混凝土板以使倆者共同工作的關(guān)鍵部件，它傳遞鋼梁和混凝土翼板之間的剪力，抵抗兩者連接部位的掀起，抗剪連接件受力復(fù)雜且易產(chǎn)生疲勞。栓釘在混凝土中的抗剪機(jī)理類似于彈性地基梁，栓釘根部混凝土受到栓釘、鋼梁和周圍混凝土的約束作用，產(chǎn)生局部承壓，其受壓強(qiáng)度有所提高。由受力機(jī)理可知，影響栓釘抗剪承載力的因素主要有：栓釘?shù)闹睆?、混凝土的彈模及?qiáng)度等級(jí)。
連接件受力復(fù)雜，很難用理論方法建立抗剪承載力計(jì)算模型，目前一般都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定抗剪性能，常見(jiàn)的試驗(yàn)方法有推出試驗(yàn)與梁式試驗(yàn)兩種。一般來(lái)說(shuō)，推出試驗(yàn)得到的承載力偏低，但考慮安全，各國(guó)一般都采用推出試驗(yàn)的結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
我國(guó)的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003》采用下式計(jì)算栓釘?shù)目辜舫休d力：
Ncv=0.43As≤0.7Asγf
式中，Ec為混凝土彈性模量；As為圓柱頭焊釘（栓釘）釘桿的截面面積；f為圓柱頭焊釘（栓釘）釘桿抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；γ為栓釘材料抗拉強(qiáng)度最小值與屈服強(qiáng)度之比。當(dāng)栓釘材料性能等級(jí)為4.6級(jí)時(shí)，取f=215（N/mm2），γ=1.67。
3 抗彎承載力分析
計(jì)算組合梁的抗彎承載力時(shí)，采用塑性而不是彈性的分析方法進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)閺椥晕茨艹浞职l(fā)揮材料的強(qiáng)度潛力，計(jì)算偏于保守，且不符合組合梁實(shí)際工作情況。在確定組合梁截面抗彎承載力時(shí)，采用以下基本假定：（1）位于塑性中和軸一側(cè)的受拉混凝土因?yàn)殚_(kāi)裂而不參加工作，板托部分亦不考慮，假定混凝土受壓區(qū)均勻受壓，并達(dá)到軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。（2）剪力全部由鋼梁承擔(dān)并按鋼梁的塑性抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算，不考慮剪力對(duì)組合梁抗彎承載力的影響。（3）忽略鋼筋混凝土翼板受壓區(qū)中鋼筋的作用。（4）不考慮施工過(guò)程中有無(wú)支撐及混凝土的徐變、收縮與溫度應(yīng)力的影響。
組合梁按塑性中和軸所在位置可分為第一類截面（塑性中和軸在混凝土翼緣板內(nèi)）和第二類截面（塑性中和軸在鋼梁內(nèi)）。這倆類截面分別采用不同的承載力計(jì)算公式。
4 抗剪承載力分析
組合梁的受剪是由鋼梁和混凝同承擔(dān)的，因此它的破壞形態(tài)與鋼和混凝土都有相似之處，但又有所區(qū)別：（1）鋼筋混凝土梁的中和軸上面部分受壓，下面部分受拉，混凝土處于拉剪和壓剪兩種狀態(tài)；（2）普通矩形鋼筋混凝土梁在中和軸處的剪應(yīng)力最大，而組合梁由于是倆種不同材料的組合，其最大剪應(yīng)力可能在中和軸或靠近中和軸的鋼梁腹板處；（3）組合梁的應(yīng)力狀態(tài)比普通鋼筋混凝土梁要復(fù)雜得多。
我國(guó)現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003》假定組合梁上的全部剪力由鋼梁腹板承受，不考慮混凝土的抗剪作用，計(jì)算公式如下：
V≤hwtwfv
式中：hw為腹板高度；tw為腹板厚度；fv為鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
上述方法其實(shí)是偏于保守的，國(guó)內(nèi)外一些試驗(yàn)表明，組合梁的抗剪承載力要比鋼梁腹板高20%以上，原因很有可能是混凝土翼板對(duì)抗剪有所貢獻(xiàn)，也有可能是鋼梁腹板在雙向應(yīng)力作用下抗剪承載力有所提高所致。
5 結(jié)論與展望
鋼-混凝土組合梁作為一種新型的結(jié)構(gòu)形式，具備鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)點(diǎn)，其在大跨樓蓋等工程的應(yīng)用中已漸顯優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景，目前已經(jīng)大量應(yīng)用于實(shí)際工程，如高層、超高層建筑和橋梁結(jié)構(gòu)等。結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外已做的試驗(yàn)研究和理論分析，組合梁在很多方面的研究仍不夠深入，如反復(fù)荷載下的動(dòng)力性能、耐久性、抗火性、疲勞性、截面的優(yōu)化、可靠度分析、荷載長(zhǎng)期作用下的徐變和收縮效應(yīng)等，這些問(wèn)題需要做進(jìn)一步的研究。不管怎樣，相信隨著相關(guān)研究的深入，組合結(jié)構(gòu)一定具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】大跨度；工業(yè)廠房；懸掛吊車；門(mén)式剛架；應(yīng)用
自我國(guó)《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》頒布和實(shí)施以來(lái)，大跨度的門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)在眾多工業(yè)廠房中得到廣泛應(yīng)用。其平面布置靈活多變，不受模數(shù)限制，跨度大，自重輕，不僅抗震性能好，而且施工簡(jiǎn)便，安全度高，有效提高了工業(yè)化程度以及企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。歷經(jīng)多年改革和發(fā)展，門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)也憑借其獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)廠房等眾多領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，由于大多數(shù)大跨度廠房建設(shè)中懸掛吊車所需的門(mén)式剛架跨度超過(guò)了傳統(tǒng)規(guī)程中建議的適宜的最大跨度，超規(guī)程大跨度工業(yè)廠房建設(shè)中的門(mén)式鋼架如何設(shè)計(jì)和構(gòu)建，成為眾多企業(yè)在建設(shè)大跨度廠房時(shí)所遇到的難題。因此，研究大跨度工業(yè)廠房中懸掛吊車的門(mén)式剛架如何應(yīng)用這個(gè)問(wèn)題是非常有必要的。本論文將從門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)選型和布置，結(jié)合算例分析，陳列計(jì)算結(jié)果，以及此結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工安裝方式等幾個(gè)方面逐一進(jìn)行以下陳述。
1 結(jié)構(gòu)選型和布置
我國(guó)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)應(yīng)用大約從20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始，歷時(shí)二十多發(fā)展，門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)憑借自身顯著的適用性與優(yōu)越性，在眾多剛架結(jié)構(gòu)中脫穎而出。在大跨度工業(yè)廠房建設(shè)中，由于鋼屋架要直接承受吊車的荷載，并且跨度一般都較大，因此門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的選型非常重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，以及企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
1.1 結(jié)構(gòu)選型
由于門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的空間剛度和整體性能好，在成熟的理論支撐下，其安全度高，在滿足抗震要求的同時(shí)，空間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還能協(xié)調(diào)工作。在大跨度工業(yè)廠房中建設(shè)中，在滿足安全構(gòu)建，經(jīng)濟(jì)合理等原則條件外，一般以節(jié)約鋼材為最主要參考依據(jù)。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案來(lái)講，一般是采用混凝土柱和短鋼柱相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念。這種設(shè)計(jì)方式，可以增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度，還可以有效減小門(mén)式剛架的擾度以及剛截面的高度，從而節(jié)省用鋼量。同時(shí)，因受混凝土柱較高的影響，一般在鋼柱腳和混凝土柱間采用鉸接方式連接，而在鋼梁和鋼柱間采用剛接方式連接，從而可以有效節(jié)省空間，同時(shí)減小柱截面，簡(jiǎn)化工程。
1.2 結(jié)構(gòu)布置
在結(jié)構(gòu)布置方面，在大跨度工業(yè)廠房中采用的門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)的跨度大，而且梁截面也高，因此為了增強(qiáng)門(mén)式鋼架平面外的剛度，將吊車產(chǎn)生的水平剎車力等其他水平外力，以最短的途徑傳給基礎(chǔ)，一般在房梁屋脊，鋼梁兩端以及吊桿處鋼梁等位置設(shè)置H型鋼剛性系桿促進(jìn)支撐，從而緩解梁上直接承受的動(dòng)力荷載；鋼梁的平面外側(cè)，則利用隅撐作為支撐，從而減小鋼梁平面外的計(jì)算長(zhǎng)度；在屋面、伸縮處、屋脊處設(shè)計(jì)中，采用封閉式圓鋼水平作為支撐，而在屋面以及短鋼柱所在的墻面則采用Z型冷彎薄壁型鋼檀條的彩色壓型鋼板體系進(jìn)行支撐；在邊跨以及伸縮縫等地，要設(shè)置鋼管所制的柱間支撐，來(lái)維持整個(gè)構(gòu)架的平衡和穩(wěn)定。
2 計(jì)算和分析
為避免門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)中的鋼梁出現(xiàn)塑性鉸，一般情況下，鋼柱采用變截面H鋼，鋼梁采用等截面焊接H鋼， 吊車水平力由吊桿之間的縱橫垂直的剛架支撐和承受，因此在計(jì)算時(shí)，主要是考慮吊車產(chǎn)生在豎直方向直接承受吊車的動(dòng)力荷載，利用SSDD軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算以及復(fù)核。根據(jù)不同柱距時(shí)的剛架、檁條、墻梁及支撐的含鋼量，可計(jì)算得到不同柱距時(shí)的結(jié)構(gòu)體系總用鋼量，如下圖所示：
從上述圖表可以看出：隨著門(mén)式剛架中柱距的增大，整體用鋼量比率逐漸呈現(xiàn)遞降趨勢(shì)，并且隨著柱距的增加，用鋼量下降量幅度逐漸趨向于水平。此外，隨著柱距的增加，墻梁、檁條、柱間支撐、屋面支撐等方面的用鋼量也會(huì)增加，并且檀條用鋼量增加的幅度是其中最大的一項(xiàng)。
對(duì)于整個(gè)廠房的門(mén)式剛架的鋼結(jié)構(gòu)體系來(lái)說(shuō)，柱距的高度還是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系總用鋼量的關(guān)鍵因素，當(dāng)柱距較小時(shí)，總用鋼量可以得到一等程度的節(jié)省，并且這時(shí)候包括墻梁、檁條、柱間支撐、屋面支撐在內(nèi)的其他各個(gè)方面的用鋼量只是相對(duì)較少的一部分。對(duì)于整個(gè)工業(yè)廠房的上部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，墻梁、檁條、柱間支撐、屋面支撐等用鋼量總體呈現(xiàn)先增加后減少的，而后增加的趨勢(shì)，因此存在一個(gè)最優(yōu)柱距，從圖上可以看出，一般情況下最佳柱距為8M，但是也會(huì)根據(jù)具體情況以及結(jié)構(gòu)體系要求作相應(yīng)的調(diào)整和改變。
3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工安裝
在大跨度廠房中懸掛吊車的大跨度門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于擾度控制對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)起主導(dǎo)作用，因此在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及施工安裝方面必須考結(jié)構(gòu)形式的剛度以及擾度的大小。
3.1 “強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則
節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和步驟，門(mén)式鋼架中各個(gè)構(gòu)件之間的內(nèi)力是依靠節(jié)點(diǎn)來(lái)傳遞的。在整個(gè)構(gòu)架中，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)合理性至關(guān)重要，因?yàn)樗P(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力，可靠性，以及整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)的可行性，甚至是安全性。
在門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)中，一般遵從“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，最常用的節(jié)點(diǎn)連接方式為剛接，比如剛架主梁和剛架柱，以及剛架主梁和主梁之間，都是使用高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行剛接，同時(shí)，吊桿與剛架主梁之間的節(jié)點(diǎn)連接方式也是一樣，只是一般采用摩擦型高強(qiáng)螺栓進(jìn)行剛接。在連接之前，還需要結(jié)合高強(qiáng)螺栓的總體使用數(shù)量，驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)以及剛架結(jié)構(gòu)的承載能力，一般以“四面焊接”的方式來(lái)增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承受能力。
除了剛架主梁與剛架和主梁之間采用剛接方式外，在鋼柱與混凝土之間則一般采用鉸接方式連接，在大跨度工業(yè)廠房懸掛吊車門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)中，因受鋼柱和混凝土本身屬性和質(zhì)地等因素影響，需要進(jìn)一步增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，一般采用8M至39M地腳螺栓進(jìn)行強(qiáng)化連接。這種連接方式不僅使得整個(gè)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)傳力作用明確，結(jié)構(gòu)體系更加安全可靠，而且還使施工更為方便。
3.2 施工安裝
在大跨度工業(yè)廠房中，由于鋼梁的截面高度一般都較高，因此，在門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，除保證整個(gè)安裝過(guò)程簡(jiǎn)便而易于操作外，還需要確保剛架平面外穩(wěn)定性。在吊裝過(guò)程中，需要進(jìn)行多次檢查和校正，確保每一步驟的明確度和精準(zhǔn)度。
在鋼柱吊裝完成后，還需要以簡(jiǎn)易的平面外施工支撐作為整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)的第二道防護(hù)。此外，為了保證整個(gè)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)形成剛度較大的結(jié)構(gòu)體系，待兩榀剛架吊裝工作以及校正工作完成之后，需要及時(shí)安裝柱間支撐，屋面剛性系桿以及水平支撐部分并條，從而進(jìn)一步保證整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)中各個(gè)部件的穩(wěn)定以及整個(gè)施工過(guò)程的質(zhì)量和安全。
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了我國(guó)大跨度工業(yè)廠房的發(fā)展，作為我國(guó)工業(yè)建筑中最為主要的結(jié)構(gòu)形式，門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)體系也憑借其適用性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)成為眾多大跨度工業(yè)廠房中剛架結(jié)構(gòu)應(yīng)用的首選?？偠灾?，在大跨度工業(yè)廠房懸掛吊車的門(mén)式剛架設(shè)計(jì)中，前期的策劃與理論設(shè)計(jì)是非常有必要的，而合理的結(jié)構(gòu)選型是整個(gè)結(jié)構(gòu)體系能否正常發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。在大跨度門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要盡量去減小擾度，在保持平面外穩(wěn)定的同時(shí)，選用剛度較大的結(jié)構(gòu)形式，才能使得整個(gè)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)發(fā)揮其最佳工作狀態(tài)。
參考文獻(xiàn)：
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[關(guān)鍵詞]建筑結(jié)構(gòu)工程 未來(lái)展望 分析與總結(jié)
[中圖分類號(hào)]U448
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
[文章編號(hào)]1672-5158（2013）05-0200-01
根據(jù)我國(guó)建筑工程發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)工程主要從事房屋建筑結(jié)構(gòu)、地下建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工管理、監(jiān)理、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)工程和項(xiàng)目管理，以及建筑工程學(xué)科的教學(xué)、科研等工作。由此可以看出，建筑結(jié)構(gòu)工程牽涉到我國(guó)民用住宅建設(shè)、城市地下排水工程建設(shè)、道路交通橋梁建設(shè)、工程管理經(jīng)營(yíng)工作、學(xué)術(shù)研究等各個(gè)方面，可以說(shuō)建筑結(jié)構(gòu)工程在建筑工程里是至關(guān)重要的，它是建筑工程的主體，需要建筑工程建設(shè)者和管理者共同重視這一問(wèn)題，嚴(yán)格把關(guān)、認(rèn)真研究、落實(shí)到位、檢查審驗(yàn)。
1、建筑結(jié)構(gòu)工程自身堅(jiān)持發(fā)展的方面
1.1加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)工程安全質(zhì)量
在居民住宅建筑的建造中，建筑結(jié)構(gòu)工程關(guān)系到建筑整體安全質(zhì)量的問(wèn)題，這是首要問(wèn)題，是對(duì)居住者安全放心居住的必要承諾。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)際建造，需要充分運(yùn)用科學(xué)的結(jié)構(gòu)理念、計(jì)算方法、合格建材來(lái)保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，是基于科學(xué)理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、方法匯總、理念改進(jìn)和創(chuàng)新，主要目的就是為了保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的準(zhǔn)確、科學(xué)；建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)際建造過(guò)程中，要使用諸多專業(yè)化的計(jì)算公式和方法，從而使建筑結(jié)構(gòu)的每一部分都能做到安全可靠、科學(xué)合理，所以強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)工程中計(jì)算方法的準(zhǔn)確度和先進(jìn)性，是今后建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域必須不斷學(xué)習(xí)、改進(jìn)的內(nèi)容；建筑結(jié)構(gòu)工程所使用的建材也是影響建筑安全質(zhì)量的重要因素，我們經(jīng)常談及豆腐渣工程，說(shuō)明現(xiàn)今建筑行業(yè)在建材的把關(guān)上還有所欠缺，總會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楦鞣N、省錢(qián)省料而出現(xiàn)的偷工減料、以次充好的現(xiàn)象，所以說(shuō)建筑結(jié)構(gòu)工程中對(duì)建材的合格性檢驗(yàn)是必須重點(diǎn)做好的工作。
1.2優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的合理布局
不論是民用住房建筑、公用辦公建筑，還是道路橋梁建筑、地下排水通道建筑，都需要對(duì)其進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)、建造。在人用房屋建筑上，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，要通過(guò)專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)眼光、想法，進(jìn)行房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，合理安排建筑的內(nèi)部空間，盡可能的做到建筑空間利用的最大化。當(dāng)然，同時(shí)也要參照人們的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)、布局，兩方面結(jié)合的做到建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在道路橋梁建筑這一方面，一是要考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、承重能力，二是要考慮到橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)用性、外部結(jié)構(gòu)構(gòu)造，像很多地方在橋梁設(shè)計(jì)和建造上，都采用了高低層模式，在同一路線空間上，上下通行汽車和火車，做到了工程節(jié)約。在城市地下排水建筑結(jié)構(gòu)的布局上，主要是對(duì)下水道的路線、空間進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，盡可能的減少下水道的迂回?fù)矶氯毕?，使城市的地下排水網(wǎng)正常順利的工作。
2、建筑結(jié)構(gòu)工程人才培養(yǎng)、交流合作以及4.20雅安地震反思
2.1建筑結(jié)構(gòu)工程人才隊(duì)伍建設(shè)
我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)工程這方面的人才培養(yǎng)，主要還是在校教育的培養(yǎng)為基礎(chǔ)，建筑工程類專業(yè)院校和建筑工程專業(yè)單位對(duì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)如下：培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的需要，從德、智、體、美等全面發(fā)展，獲得工程師基本培訓(xùn)，掌握扎實(shí)的數(shù)學(xué)和力學(xué)基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，具有建筑結(jié)構(gòu)工程的項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、科研及管理能力，能適應(yīng)房屋建筑結(jié)構(gòu)、地下建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的要求，具有較強(qiáng)的外語(yǔ)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，綜合素質(zhì)較高，工程實(shí)踐能力較強(qiáng)的高級(jí)專門(mén)人才。開(kāi)設(shè)的主要課程有：高等數(shù)學(xué)、英語(yǔ)、畫(huà)法幾何及工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、工程測(cè)量、工程地質(zhì)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、有限元法應(yīng)用、鋼結(jié)構(gòu)、房屋結(jié)構(gòu)工程、橋梁工程、道路工程、技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)、建筑工程施工、高層建筑結(jié)構(gòu)等。就業(yè)的方向是：具有廣泛的適應(yīng)性，可到各工程設(shè)計(jì)研究單位、建筑企業(yè)、工程管理部門(mén)、對(duì)外工程承包公司、交通工程部門(mén)與房地產(chǎn)行業(yè)等單位工作。在我國(guó)今后的建筑結(jié)構(gòu)工程中，對(duì)于打造具有專業(yè)化知識(shí)水平的建筑結(jié)構(gòu)人才隊(duì)伍，應(yīng)該放在建筑工程建設(shè)工作的顯要位置。
2.2建筑結(jié)構(gòu)工程理念、方法、經(jīng)驗(yàn)的交流與合作
建筑結(jié)構(gòu)工程在未來(lái)的發(fā)展道路上，必須進(jìn)一步加強(qiáng)建筑工程行業(yè)與行業(yè)間、學(xué)校教育研究間、國(guó)內(nèi)與國(guó)外間的交流合作。建筑行業(yè)在建筑的實(shí)際建造過(guò)程中，積累了相當(dāng)豐富的建筑結(jié)構(gòu)方面的經(jīng)驗(yàn)和方式，因此有必要加強(qiáng)我國(guó)建筑行業(yè)間關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)方面的經(jīng)驗(yàn)交流和合作，不要因?yàn)榻?jīng)濟(jì)利益上的問(wèn)題始終保守自己的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，才能加速我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展；在不同高校的建筑工程專業(yè)研究工作團(tuán)隊(duì)間，必須要加強(qiáng)相互間的交流和合作，將各自的經(jīng)驗(yàn)和成果分享，互相學(xué)習(xí)和進(jìn)步，從而完善我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)工程的理論體系；國(guó)內(nèi)與國(guó)外在建筑理念和建筑風(fēng)格上有很多不同之處，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)研究工作者，要注意中外建筑結(jié)構(gòu)方面的學(xué)習(xí)和融合，壯大自身建筑結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)、理論基礎(chǔ)，創(chuàng)新出具有中國(guó)特色和實(shí)際建造的建筑結(jié)構(gòu)模式。
2.3雅安地震后關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)工程的反思
2013年4月20日早8點(diǎn)，中國(guó)四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級(jí)地震，造成眾多房屋倒塌，人員傷亡滲重。在這場(chǎng)自然災(zāi)難中，我們發(fā)現(xiàn)蘆山縣老城區(qū)99%的房屋倒塌，但新建房屋相對(duì)保存完好，這是一個(gè)值得反思的問(wèn)題。我們知道，自2008年“5.12”大地震發(fā)生后，國(guó)家對(duì)新建建筑的抗震要求明確規(guī)定，就是為了以防萬(wàn)一。通過(guò)這場(chǎng)災(zāi)難，我們的建筑結(jié)構(gòu)工程研究專家們，應(yīng)該更加積極努力的根據(jù)實(shí)際情況，制定和規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)，可以向地震高發(fā)的日本在建筑結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，盡可能的通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)的改良來(lái)減少不必要的人員傷亡。國(guó)家在統(tǒng)一規(guī)劃市縣以下建筑建設(shè)的工作中，需要明確提出建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求和建造要求。在民用居住的房屋中，是否可以設(shè)計(jì)地震發(fā)生時(shí)，可以進(jìn)行躲避的防震空間，這點(diǎn)想法是因?yàn)楹芏噍^高層的人在地震發(fā)生逃跑中，確實(shí)不知道躲在何處，為什么不能在家中就建造保留一個(gè)可避難的空間？希望我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)研究者，重視這方面的問(wèn)題，國(guó)家政策也對(duì)此大力支持，這樣的話，地震損失才能盡可能的減少。
3、總結(jié)
我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展方向，必須建立在保證安全質(zhì)量的要求上，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的合理布局，增加建筑空間的利用率。在建筑結(jié)構(gòu)研究工作的人才隊(duì)伍建設(shè)上，要大力培養(yǎng)專業(yè)化人才，要積極對(duì)內(nèi)對(duì)外交流合作。在國(guó)家政策的扶持下，要有統(tǒng)一的明文規(guī)定，要形成科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)理論體系。相信做好以上幾點(diǎn)工作，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)工程在未來(lái)的發(fā)展道路上，能走的更平穩(wěn)，發(fā)展的速度和效率也能大大提高，我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)化人才也會(huì)越來(lái)越多。
參考文獻(xiàn)
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從本世紀(jì)初開(kāi)始，我國(guó)建設(shè)工程的設(shè)計(jì)文件中開(kāi)始標(biāo)注“設(shè)計(jì)使用年限”。這一概念起源于1997年4月1日我國(guó)頒布的《中華人民共和國(guó)建筑法》的第六十條：“建筑物在合理使用壽命內(nèi)，必須確保地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量”。第六十二條關(guān)于建筑工程實(shí)行質(zhì)量保修制度的規(guī)定：“建筑工程的保修范圍應(yīng)當(dāng)包括地基基礎(chǔ)工程、主體結(jié)構(gòu)工程、屋面防水工程和其他土建工程，以及電氣管線、上下水管線的安裝工程，供熱、供冷系統(tǒng)工程等項(xiàng)目。保修的期限應(yīng)當(dāng)按照保證建筑物合理壽命年限內(nèi)正常使用，維護(hù)使用者合法權(quán)益的原則確定。具體的保修范圍和最低保修期限由國(guó)務(wù)院規(guī)定?！备鶕?jù)該法的規(guī)定，國(guó)務(wù)院2000年頒布了《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》(以下簡(jiǎn)稱為《條例》)，在第四十條中明確規(guī)定：“在正常使用條件下建設(shè)工程最低保修期限為：
(一)基礎(chǔ)設(shè)施工程、房屋建筑的地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)工程的最低保修期為設(shè)計(jì)文件規(guī)定的該工程的合理使用年限；
(二)屋面防水工程、有防水要求的衛(wèi)生間、房間和外墻面的防滲漏，為5年；
(三)供熱與供冷系統(tǒng)，為2個(gè)采暖期、供冷期；
(四)電氣管線、給排水管道、設(shè)備安裝和裝修工程，為2年。
其他項(xiàng)目的保修期限由發(fā)包方與承包方約定。建設(shè)工程的保修期，自竣工驗(yàn)收合格之日起計(jì)算?！?/p>
建筑物壽命是指從規(guī)劃、實(shí)施到使用、毀壞的全部時(shí)間。建筑物的合理使用壽命是指地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)、建筑附件、建筑設(shè)備等不同類別的使用壽命期。在《條例》第四十條保修期的具體規(guī)定，我們不難看出，建筑附件、建筑設(shè)備的保修期限均在3-5年，說(shuō)明它們的合理使用壽命較短，而基礎(chǔ)設(shè)施工程、房屋建筑的地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)工程的合理使用年限應(yīng)由設(shè)計(jì)文件規(guī)定。因?yàn)榇祟惞こ探Y(jié)構(gòu)的使用壽命是其質(zhì)量得以量化的集中表現(xiàn)，工程結(jié)構(gòu)的實(shí)際使用年限或者說(shuō)設(shè)計(jì)使用壽命應(yīng)該是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限的預(yù)期目標(biāo)。根據(jù)《混凝土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明，建筑物的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限在量值上與建筑物的合理使用年限相同。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限雖然與合理使用年限源于相同的概念，但數(shù)值并不相同，合理使用年限是一個(gè)確定的期望值，而設(shè)計(jì)使用年限則必須考慮環(huán)境作用、材料性能等因素的變異性對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性的影響，需要有足夠的保證率，這樣才能使所設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)滿足《建筑法》中規(guī)定的“確保質(zhì)量”要求。對(duì)于工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限的確定，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在工程設(shè)計(jì)前首先聽(tīng)取業(yè)主和使用者對(duì)于工程合理使用壽命的要求，然后以合理壽命為目標(biāo)，確定主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。
2003年建設(shè)部修訂并頒布的《建筑設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》第3.5.2條中，要求建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件必須明確“建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)和設(shè)計(jì)使用年限、建筑抗震設(shè)防烈度和設(shè)防類別”。這是我國(guó)自1949年解放以后，第一次以部頒文件的形式對(duì)建筑工程清晰地提出了“設(shè)計(jì)使用年限”這一概念。
同時(shí)，相關(guān)的法律法規(guī)明確了在工程的“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)各方責(zé)任主體對(duì)工程質(zhì)量應(yīng)承擔(dān)的法律責(zé)任?！稐l例》第八十條：“在建筑物的合理使用壽命內(nèi)，因建筑工程質(zhì)量不合格受到損害的，有權(quán)向責(zé)任者要求賠償”。第四十一條中強(qiáng)調(diào)“建設(shè)工程在保修范圍和保修期限內(nèi)發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的，施工單位應(yīng)當(dāng)履行保修義務(wù)，并對(duì)造成的損失承擔(dān)賠償責(zé)任。”第十九條中規(guī)定：“勘察、設(shè)計(jì)單位必須按照工程建設(shè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行勘察、設(shè)計(jì)，并對(duì)其勘察、設(shè)計(jì)的質(zhì)量負(fù)責(zé)。”受過(guò)去計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代長(zhǎng)期影響，我國(guó)設(shè)計(jì)人員不太關(guān)注工程合理使用壽命，僅局限于照搬技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)定。自本世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始重視建筑結(jié)構(gòu)的合理使用壽命，在2001年版的《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》第1.0.5條以強(qiáng)制性條文的形式明確結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限(如下表)。
從法律法規(guī)和技術(shù)法規(guī)中的這些條文規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)在“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)若達(dá)不到工程質(zhì)量要求或非正常使用維護(hù)而造成的工程事故，與工程相關(guān)的人員是應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起經(jīng)濟(jì)賠償和法律責(zé)任的。
2 設(shè)計(jì)使用年限與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的區(qū)別
在我們的一些建筑工程設(shè)計(jì)中，采用上世紀(jì)80年代的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，而在設(shè)計(jì)文件中表示的使用年限為50年，更有甚者將“設(shè)計(jì)使用年限”定為100年。假若在設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)構(gòu)造中，按照《建筑結(jié)構(gòu)可靠度統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001(以下簡(jiǎn)稱為《可靠度標(biāo)準(zhǔn)》)進(jìn)行了調(diào)整，這種表述無(wú)可非議，但在不做任何調(diào)整的情況下采用這種表述，說(shuō)明這些工程技術(shù)人員對(duì)“設(shè)計(jì)使用年限”與“設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期”這兩個(gè)概念的區(qū)別不清晰。
20世紀(jì)70年代，我國(guó)對(duì)建筑工程的使用壽命沒(méi)有提出具體規(guī)定，只有在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提到了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的概念，而且其基準(zhǔn)期僅為30年。隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和法律法規(guī)的不斷完善，建筑市場(chǎng)迫切需要明確建筑工程的使用年限。在我國(guó)2001版《可靠度標(biāo)準(zhǔn)》的修訂中，借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2394：1998《結(jié)構(gòu)可靠度總原則》，提出了各種建筑結(jié)構(gòu)的“設(shè)計(jì)使用年限”的概念，并明確了“設(shè)計(jì)使用年限”是設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)時(shí)期，在這一規(guī)定的時(shí)期內(nèi)，只需進(jìn)行正常的維護(hù)而不需要進(jìn)行大修就能按預(yù)期目的使用，完成預(yù)定的功能。根據(jù)該定義，“設(shè)計(jì)使用年限”是結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所達(dá)到的使用年限。
設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期則是為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能等取值而選用的時(shí)間參數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)或荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，即施加在結(jié)構(gòu)上的直接作用或者引起結(jié)構(gòu)外加變形、約束變形的間接作用，如結(jié)構(gòu)承受的人群、設(shè)備、車輛，以及施加于結(jié)構(gòu)的風(fēng)、雪、冰、土壓力、水壓力、溫度作用等。我國(guó)現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將荷載或作用分為三類，即永久荷載(恒載)、可變荷載(活載)和偶然荷載(特殊荷載)。其中，永久荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值不會(huì)隨時(shí)間變化而變化，但可變荷載和偶然荷載在結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，特別是因自然條件引起的可變荷載和偶然荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，它涉及到出現(xiàn)荷載最大值的時(shí)域問(wèn)題，這個(gè)時(shí)域就是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值。我國(guó)1987年版《荷載規(guī)范》所提供的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，2001年版《荷載規(guī)范》所提供的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為50年。一般情況下，基準(zhǔn)期越長(zhǎng)，發(fā)生最不利情況的概率就越大，可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值必然提高。若按30年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的標(biāo)準(zhǔn)荷載取值作為設(shè)計(jì)依據(jù)，工程設(shè)計(jì)文件中標(biāo)注的“設(shè)計(jì)使用年限”遠(yuǎn)超過(guò)基準(zhǔn)期，又未提高荷載取值，必然造成安全儲(chǔ)備降低。同時(shí)，“設(shè)計(jì)使用年限”遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，不是結(jié)構(gòu)不能使用，但結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效概率將快速增大。
同時(shí)，我國(guó)規(guī)范對(duì)荷載組合的處理上，由于理論分析上的困難，一般假定抗力為隨機(jī)變量，同時(shí)將多個(gè)荷載的組合效應(yīng)近似簡(jiǎn)化為極值隨機(jī)變量，這樣可使可靠度的計(jì)算最終歸結(jié)為隨機(jī)變量函數(shù)的概率計(jì)算，而且荷載效應(yīng)組合也可作為獨(dú)立的問(wèn)題進(jìn)行研究。在這種情況下，假如荷載取值的安全儲(chǔ)備不高，甚至不在基準(zhǔn)期內(nèi)，那么必將導(dǎo)致組合后的荷載效應(yīng)脫離實(shí)際效應(yīng)，根據(jù)該組合得到的計(jì)算結(jié)果可能是錯(cuò)誤的，甚
至在“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)存在安全隱患。上述采用30年一遇的最不利荷載取值，而其設(shè)計(jì)目標(biāo)使用期卻為50年甚至100年，在“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)一旦遇上某種最不利情況下的自然災(zāi)害，也可能破壞或倒塌。
隨著世界氣候的變化，近幾年來(lái)各種自然災(zāi)害頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致房屋倒塌和破壞的事故時(shí)有發(fā)生。在我國(guó)被暴風(fēng)吹垮、冰雪壓垮的房屋也不計(jì)其數(shù)。以2008年的南方冰災(zāi)為例，當(dāng)時(shí)的實(shí)際冰雪荷載遠(yuǎn)超過(guò)《荷載規(guī)范》提供的標(biāo)準(zhǔn)值，有些甚至高達(dá)2倍以上。冰雪災(zāi)害壓垮了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的房屋，但同一地區(qū)，有些房屋仍保持完好，而有些房屋遭到破壞和倒塌。在這些破壞和垮塌的房屋中，輕鋼結(jié)構(gòu)最多，而輕鋼結(jié)構(gòu)中，拱殼結(jié)構(gòu)居多。這說(shuō)明了一個(gè)問(wèn)題，即建筑結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備的作用。混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)自重大，在計(jì)算時(shí)自重乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)后的安全儲(chǔ)備可以平衡一部分超出的冰雪荷載，而輕鋼結(jié)構(gòu)自重輕，即使乘以荷載系數(shù)也難以平衡所超出的冰雪荷載，故造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的倒塌破壞。這些罕遇災(zāi)害造成房屋的倒塌，說(shuō)明設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的設(shè)計(jì)參數(shù)是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，存在較大的不確定性和不確知性，我國(guó)目前缺乏此類罕遇災(zāi)害的數(shù)據(jù)記錄和積累。
因此現(xiàn)行規(guī)范中所提供的荷載標(biāo)準(zhǔn)值只是設(shè)計(jì)應(yīng)用中必須把握的最低值，實(shí)際工程更需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行分析判斷，才能確保建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的正常使用。在冰災(zāi)中輕鋼結(jié)構(gòu)破壞和倒塌嚴(yán)重的事實(shí)，更能告誡我們每一個(gè)從事建設(shè)工程的設(shè)計(jì)人員、施工人員應(yīng)樹(shù)立起對(duì)建筑物全生命周期的安全度的考慮，熟悉和了解我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中條文的真正含義和所要達(dá)到的目標(biāo)。
3 使用年限內(nèi)的耐久性
上世紀(jì)80年代以前，無(wú)論我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，還是設(shè)計(jì)、施工、使用各方都把重點(diǎn)放在了為滿足各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求上，而對(duì)環(huán)境因素作用下的耐久性考慮甚少。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展和以往工程建設(shè)因忽視耐久性問(wèn)題而造成的慘痛教訓(xùn)，特別是建筑工程中“設(shè)計(jì)使用年限”概念的提出。建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的耐久性問(wèn)題，已是一個(gè)不可回避的事實(shí)。建筑結(jié)構(gòu)的耐久性是“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)結(jié)構(gòu)保持正常功能的重要因素之一，它與工程的使用壽命緊密相連。
本世紀(jì)以來(lái)，建筑界開(kāi)始關(guān)注和重視建筑結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題。2008年頒布了我國(guó)第一部《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB／T 504762008)，同時(shí)，現(xiàn)行有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均增加了結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性的內(nèi)容，例如，2001年版的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》增加了耐久性要求的章節(jié)，并根據(jù)各類建筑結(jié)構(gòu)“設(shè)計(jì)使用年限”作出了相應(yīng)的規(guī)定。2001年版的《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的修訂中，為提高砌體結(jié)構(gòu)的耐久性，上調(diào)了砌體結(jié)構(gòu)材料的最低強(qiáng)度等級(jí)。2008年版的《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐蝕措施要求更加嚴(yán)格。
但在我們實(shí)際工程的設(shè)計(jì)、施工中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的嚴(yán)重性和迫切性認(rèn)識(shí)并非深刻。以民用建筑為例，如巖土勘察忽視土壤、地下水等腐蝕性的分析。即使巖土勘察做出了土壤、地下水對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在腐蝕作用的結(jié)論，而設(shè)計(jì)人仍未采取相應(yīng)防腐措施。又如，混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層不按“設(shè)計(jì)使用年限”和使用環(huán)境的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，不到幾年，混凝土炭化、鋼筋銹蝕，更令人費(fèi)解的是有不少的混凝土結(jié)構(gòu)工程，結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)可見(jiàn)裂縫的現(xiàn)象十分突出，特別是某些露天結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)修建不到幾年，裂縫四處可見(jiàn)，鋼材銹跡斑斑。但人們都在用一句“混凝土結(jié)構(gòu)是帶縫工作的”的話搪塞著。工程院院士陳肇元教授在《完善標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，確保建筑物的合理使用壽命》中提到“保護(hù)層與壽命的關(guān)系是平方的關(guān)系，保護(hù)層厚度減小1／2，鋼筋的壽命就會(huì)減小1／4”。保護(hù)層厚度對(duì)鋼筋壽命的影響如此之大。更不用說(shuō)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生了超過(guò)一定寬度的裂縫，使得鋼筋壽命大幅度縮短，甚至可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)喪失承載能力。再如，目前建筑節(jié)能的外墻保溫體系，不少人靠低標(biāo)價(jià)承接工程項(xiàng)目，而采用偷工減料的方法施工，這必然導(dǎo)致保溫層的使用周期與建筑物全生命周期不一致等問(wèn)題，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的耐久性安全。如此種種降低建筑結(jié)構(gòu)耐久性的現(xiàn)象，使人不無(wú)憂慮。有專家估計(jì)，我國(guó)“大干”建設(shè)的浪潮還可延續(xù)10多年，由于忽視耐久性，迎接我們的還有“大修”20年的浪潮，這個(gè)浪潮可能不用很久時(shí)間就將到來(lái)，其耗費(fèi)等同于當(dāng)時(shí)工程建設(shè)的投資。
隨著世界氣候環(huán)境的惡化，我國(guó)遭受酸雨侵蝕的面積已超過(guò)國(guó)土面積的30％，廢氣、廢水在四處排放，下雪、冰凍無(wú)處不在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕作用。同時(shí)，我們又處在住宅建筑私有化，人們法律意識(shí)不斷增強(qiáng)的大背景下，
“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)因耐久性問(wèn)題引發(fā)的各種法律責(zé)任的追究終究會(huì)表露出來(lái)。我們工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性引起高度關(guān)注，不要成為“買單者”。
4 “設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)的適用性
在“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)，建筑結(jié)構(gòu)保持正常工作能力，除它的安全性、耐久性外更多的應(yīng)體現(xiàn)在它的適用性上。但當(dāng)人們談到其適用性時(shí)，總認(rèn)為是建筑的平面功能、交通功能、舒適功能等，卻忽視了建筑結(jié)構(gòu)的適用性問(wèn)題，當(dāng)人們以專業(yè)的視覺(jué)去觀察我們現(xiàn)已使用的房屋建筑時(shí)，就不難尋找到因建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問(wèn)題給房屋功能帶來(lái)的危害。以下將通過(guò)幾個(gè)例子加以說(shuō)明。
例1 某商住樓，設(shè)計(jì)耐火等級(jí)為二級(jí)，《防火規(guī)范》要求樓面板耐火極限為1.0h，而設(shè)計(jì)的樓面板采用了預(yù)應(yīng)力空心板，其耐火極限值僅為0.5h，在一次火災(zāi)中，樓面板在很短時(shí)間被大火燒斷。造成房屋整體倒塌，傷亡慘重。
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，城市建筑在不斷的發(fā)展，火災(zāi)也在頻繁地發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。我國(guó)現(xiàn)行的《防火規(guī)范》的指導(dǎo)思想十分明確，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，一是要能保證受災(zāi)人員在一定時(shí)間內(nèi)逃離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，二是保證消防人員可以進(jìn)行有效的救援措施。因此在我國(guó)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)防火規(guī)范中，將房屋建筑分為廠房(倉(cāng)庫(kù))、液體和氣體儲(chǔ)存庫(kù)、可燃材料堆場(chǎng)，民用建筑(多層建筑、高層建筑)幾大類，按建筑物重要性又將建筑分為四個(gè)耐火等級(jí)，即一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)。在我們的設(shè)計(jì)文件中一般要標(biāo)注建筑物的耐火等級(jí)。在正常設(shè)計(jì)情況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限應(yīng)與其整個(gè)工程的耐火等級(jí)相匹配，這樣才能使房屋結(jié)構(gòu)在火災(zāi)情況下提供可靠的支撐空間。假若房屋發(fā)生火災(zāi)后，房屋的主體結(jié)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)就破壞倒塌，就沒(méi)有一定可供受災(zāi)人員疏散和消防人員施救的時(shí)間。這說(shuō)明該建筑不能達(dá)到預(yù)期的極端情況下的正常使用要求，同樣也不滿足在“設(shè)計(jì)使用年限”內(nèi)的適用性要求。
在上述問(wèn)題中，有不少二級(jí)耐火等級(jí)的商住樓采用了預(yù)應(yīng)力空心板，其預(yù)應(yīng)力板的保護(hù)層厚度僅為10mm，其耐火極限為0.4h，即使加上頂部抹灰20mm，其保護(hù)層厚度算30mm，耐火極限還只有0.85h，而規(guī)范規(guī)定的耐火極限為1.00h，兩者應(yīng)有較大差距。水火無(wú)情，應(yīng)引起我們每一位結(jié)構(gòu)工程師的重視。
例2，樓梯梯口梁碰頭現(xiàn)象在不少公共建筑、住宅建筑中時(shí)有發(fā)生。由于作者個(gè)頭較高的原因，經(jīng)常被同行所“害”，碰得暈頭轉(zhuǎn)向。倘若有一天，因此而造成人員傷亡的事故，設(shè)計(jì)者是應(yīng)該承擔(dān)法律責(zé)任的。在我國(guó)現(xiàn)行的《民用建筑設(shè)計(jì)通則》第6.7.5條中規(guī)定：“樓梯平臺(tái)上部及下部過(guò)道處的凈高不應(yīng)小于2m，梯段凈高不宜小于2.2m”。該條款列入了2003年版的強(qiáng)制性條文。雖然在2005年版的《通則》中沒(méi)有列入強(qiáng)制性條文，但規(guī)范條文中以不小于2m作為強(qiáng)制規(guī)定。我們的設(shè)計(jì)人員應(yīng)從適用性角度去嚴(yán)格遵守。
例3 屋面、地下室的漏水現(xiàn)象突出。市面上有不少大篇幅、多視角的論述防水問(wèn)題的專業(yè)著作、雜志論文，它們都說(shuō)明了屋面、地下室等滲漏水現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響房屋建筑的正常使用功能。究其原因，不是我們現(xiàn)有技術(shù)不能解決，而是那些滲漏水的建筑工程在設(shè)計(jì)、施工或維護(hù)使用中的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了質(zhì)量問(wèn)題。但凡滲漏水的混凝土結(jié)構(gòu)工程，其結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件一般存在可見(jiàn)裂縫，且裂縫的寬度和深度已超出了我們現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定。這些裂縫是質(zhì)量問(wèn)題的表現(xiàn)，應(yīng)由相關(guān)責(zé)任方承擔(dān)其責(zé)任。
【關(guān)鍵詞】抗震 概念設(shè)計(jì) 整體穩(wěn)定性
中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
建筑物結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)有建筑方面的概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方面的概念設(shè)計(jì)，它們之間相互影響、相互協(xié)調(diào)、相互結(jié)合。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)就是以工程概念為依據(jù)從有利于提高結(jié)構(gòu)抗震力的概念上，用符合工程客觀規(guī)律和本質(zhì)的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象做宏觀的控制，目的就是在初步設(shè)計(jì)前為所這幾的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)一個(gè)概念性的總體方案和宏觀的控制。近年來(lái)，結(jié)構(gòu)工程師將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際工程中取得了很好的效果。同時(shí)隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑的體型、功能的日新月異 的變化與要求，我們發(fā)現(xiàn) 89抗震規(guī)范中規(guī)定的概念設(shè)計(jì)內(nèi)容不夠全面。2010年 1月實(shí)施的 GB50 0 1 1 - 2 0 10《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 （以下簡(jiǎn)稱新抗震規(guī)范 ）對(duì)概念設(shè)計(jì)的要求作了更全 面、更符合實(shí)際的規(guī)定，尤其是增加了“不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)”，使得概念設(shè)計(jì)在工 程中的應(yīng)用更具體更明確地落到實(shí)處，切實(shí)提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力。“概念設(shè)計(jì)”愈來(lái)愈受 到國(guó)內(nèi)外工程界的普遍重視。
地震具有隨機(jī)性、不確定性和復(fù)雜性，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前是很難做到的。而建筑物本身又是一個(gè)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，在遭受地震作用后其破壞機(jī)理和破壞過(guò)程十分復(fù)雜。且在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素，也存在著不確定性。因此，結(jié)構(gòu)工程抗震問(wèn)題不能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”解決。應(yīng)立足于工程抗震基本理論及長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念，從“概念設(shè)計(jì)”的角度著眼于結(jié)構(gòu)的總體地震反應(yīng)，按照結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程，靈活運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問(wèn)題，既注意總體布置上的大原則，又顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)構(gòu)造，從根本上提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。
一、概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
1.選擇有利場(chǎng)地。造成建筑物震害的原因是多方面的，場(chǎng)地條件是其中之一。由于場(chǎng)地因素引起的震害往往特別嚴(yán)重，而且有些情況僅僅依靠工程措施來(lái)彌補(bǔ)是很困難的。因此，選擇工程場(chǎng)址時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察，搞清地形、地質(zhì)情況，挑選對(duì)建筑抗震有利的地段，盡可能避開(kāi)對(duì)建筑抗震不利的地段，任何情況下均不得在抗震危險(xiǎn)地段上建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑物。
2.對(duì)建筑抗震有利的地段，一般是指位于開(kāi)闊平坦地帶的堅(jiān)硬場(chǎng)地土或密實(shí)均勻中硬場(chǎng)地土。建造于這類場(chǎng)地上的建筑一般不會(huì)發(fā)生由于地基失效導(dǎo)致的震害，從而可從根本上減輕地震對(duì)建筑物的影響。對(duì)建筑抗震不利的地段，就地形而言，一般是指條狀突出的山嘴、孤立的山包和山梁的頂部、高差較大的臺(tái)地邊緣、非巖質(zhì)的陡坡、河岸和邊坡的邊緣；就場(chǎng)地土質(zhì)而言，一般是指軟弱土、易液化土、故河道、斷層破碎帶、暗埋塘浜溝谷或半挖半填地基等，以及在平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的地段。采用合理的建筑平立面。建筑物的動(dòng)力性能基本上取決于其建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡(jiǎn)單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，就能從根本上保證房屋具有良好的抗震性能。
經(jīng)驗(yàn)表明，簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱的建筑抗震能力強(qiáng)，在地震時(shí)不易破壞；反之，如果房屋體形不規(guī)則，平面上凸出凹進(jìn)，立面上高低錯(cuò)落，在地震時(shí)容易產(chǎn)生震害。而且，簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱結(jié)構(gòu)容易準(zhǔn)確計(jì)算其地震反應(yīng)，可以保證地震作用具有明確直接的傳遞途徑，容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。
3.選擇合理的結(jié)構(gòu)形式?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。按結(jié)構(gòu)材料分類，目前主要應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系有砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)等；按結(jié)構(gòu)形式分類，目前常見(jiàn)的有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)體系的確定受到抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件以及建筑材料、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等諸多因素影響，是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，需進(jìn)行周密考慮確定?？拐鹨?guī)范對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系主要有以下規(guī)定：①結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑；②結(jié)構(gòu)體系宜具有多道抗震防線，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力；③結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有必要的抗震承載力，良好的變形能力和耗能能力；④結(jié)構(gòu)體系宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中或塑性變形集中，對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力；⑤結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，應(yīng)遵循平面布置對(duì)稱、立面布置均勻的原則，以避免質(zhì)心和剛心不重合而造成扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和產(chǎn)生薄弱層。
4.提高結(jié)構(gòu)的延性。結(jié)構(gòu)的延性可定義為結(jié)構(gòu)在承載力無(wú)明顯降低的前提下發(fā)生非彈性變形的能力。結(jié)構(gòu)的延性反映了結(jié)構(gòu)的變形能力，是防止在地震作用下倒塌的關(guān)鍵因素之一。結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)倒塌。而結(jié)構(gòu)延性和耗能的大小，取決于構(gòu)件的破壞形態(tài)及其塑化過(guò)程，彎曲構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于剪切構(gòu)件，構(gòu)件彎曲屈服直至破壞所消耗的地震輸入能量，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于構(gòu)件剪切破壞所消耗的能量。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免構(gòu)件的剪切破壞，爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。始終遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)煎弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱錨固”原則。構(gòu)件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過(guò)渡到另外一種穩(wěn)定體系，致使結(jié)構(gòu)的周期發(fā)生變化，以避免地震卓越周期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用引起的共振效應(yīng)。
5.確保結(jié)構(gòu)的整體性。結(jié)構(gòu)是由許多構(gòu)件連接組合而成的一個(gè)整體，并通過(guò)各個(gè)構(gòu)件的協(xié)調(diào)工作來(lái)有效地抵抗地震作用。若結(jié)構(gòu)在地震作用下喪失了整體性，則結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震能力不能充分發(fā)揮，這樣容易使結(jié)構(gòu)成為機(jī)動(dòng)體而倒塌。因此，結(jié)構(gòu)的整體性是保證結(jié)構(gòu)各個(gè)部分在地震作用下協(xié)調(diào)工作的重要條件，確保結(jié)構(gòu)的整體性是抗震概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。為了充分發(fā)揮各構(gòu)件的抗震能力，確保結(jié)構(gòu)的整體性，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)遵循以下原則：①結(jié)構(gòu)應(yīng)具有連續(xù)性。結(jié)構(gòu)的連續(xù)性是使結(jié)構(gòu)在地震作用時(shí)能夠保持整體的重要手段之一。②保證構(gòu)件間的可靠連接。提高建筑物的抗震性能，保證各個(gè)構(gòu)件充分發(fā)揮承載力，關(guān)鍵的是加強(qiáng)構(gòu)件間的連接，使之能滿足傳遞地震力時(shí)的強(qiáng)度要求和適應(yīng)地震時(shí)大變形的延性要求。③增強(qiáng)房屋的豎向剛度。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)沿縱、橫2個(gè)方向具有足夠的整體豎向剛度，并使房屋基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的整體性，以抵抗地震時(shí)可能發(fā)生的地基不均勻沉降及地面裂隙穿過(guò)房屋時(shí)所造成的危害。
6、計(jì)算結(jié)果的校核。一般來(lái)說(shuō)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們通常計(jì)算軟件來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，這就需要設(shè)計(jì)人員對(duì)自己簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)模型要進(jìn)行合理性的分析，是否和實(shí)際受力模型一致，而最初的概念設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，只有這樣，在進(jìn)行準(zhǔn)確分析判斷之后，方可用于實(shí)際工程
7、抗震構(gòu)造措施。可以說(shuō)，合理的抗震概念設(shè)計(jì)會(huì)簡(jiǎn)化抗震計(jì)算過(guò)程，而構(gòu)造措施則是對(duì)概念設(shè)計(jì)的補(bǔ)充。“強(qiáng)柱弱梁”“強(qiáng)剪弱彎”都是抗震概念概念設(shè)計(jì)的精髓。所以無(wú)論是什么結(jié)構(gòu)類型，規(guī)范中都明確了在不同的抗震等級(jí)中，所應(yīng)滿足的構(gòu)造措施，這些都是一個(gè)結(jié)構(gòu)是否安全的有力保障。
二、抗震概念與設(shè)計(jì)計(jì)算的具體規(guī)定
新抗震規(guī)范已將設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問(wèn)題做出了具體規(guī)定。
1．體形復(fù)雜的建筑不一概提倡設(shè)防震縫。
2．對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)與不規(guī)則結(jié)構(gòu)做出了定量的劃分。并用強(qiáng)制性條文對(duì)建筑師的建 筑設(shè)計(jì)方案提出了限制。如第 3 . 4. 1條規(guī)定，“建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的方案”。
3．予應(yīng)力混凝土的抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)配有足夠的非予應(yīng)力鋼筋。
4．非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與其結(jié)構(gòu)主體的連接，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，如幕墻、附屬機(jī)械、電氣設(shè)備系統(tǒng) 支座和連接等需符合地震時(shí)對(duì)使用功能的要求。
5．投資方愿意通過(guò)增加投資來(lái)提高安全要求的抗震建筑，采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)。
6．結(jié)構(gòu)材料的選用應(yīng)減少材料的脆性，優(yōu)先采 用延性、韌性和可焊性較好的鋼筋和規(guī)定強(qiáng)度等級(jí)范圍內(nèi)的混凝土。
通過(guò)執(zhí)行新抗震規(guī)范中的各項(xiàng)規(guī)定，來(lái)保證抗震概念設(shè)計(jì)的完成 ；通過(guò)遵循抗震概念設(shè)計(jì)的原則，使建筑物具有可靠的抗震性能。概念設(shè)計(jì)決定建筑物的抗震性能，如果概念設(shè)計(jì)不適宜于抗震，那么不管多“精密”的計(jì)算也無(wú)濟(jì)于事。當(dāng)然，在做好概念設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上也要認(rèn)真計(jì)算做好定量分忻。
三、對(duì)自己將來(lái)工作的要求
了解未來(lái)抗震新思路. 如前所述，目前為減輕災(zāi)害所采取的措施都偏重于提高結(jié)構(gòu)自身的承載能力和變形能力，從而耗散地震能量避免建筑的倒塌。這種做法可以說(shuō)一種比較被動(dòng)的的辦法，存在著造價(jià)高、構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大等特點(diǎn)。既然破壞能力來(lái)自于地面，通過(guò)基礎(chǔ)向上部結(jié)構(gòu)傳遞，那么若在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間增加一個(gè)“能量耗散層”以阻隔或減少地震能量向上傳遞，就能大大減輕地震隊(duì)建筑物的損壞程度。我國(guó)的地震實(shí)例也印證了是可行的，1996年邢臺(tái)地震，大量民屋倒塌，但其中幾棟土坯房幾乎沒(méi)有被破壞，經(jīng)過(guò)考察，原因在于基礎(chǔ)墻體里鋪設(shè)厚約30mm的蘆葦桿防潮層，起到了減震效果。為避免它給人類帶來(lái)大的災(zāi)難，要求結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)新抗震規(guī)范運(yùn)用好抗震概念設(shè)計(jì)。做到 :1 .結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致 ;2 .充分發(fā)展 先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念 ;3 .發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào) ;4.更好地解決構(gòu)造處理 ;5. 利用定量的計(jì)算進(jìn)行抗震分忻 ;6.用概念來(lái)判斷計(jì)算的合理性?？陀^事物是多種多樣的,而且都是在不斷地變化，因此對(duì)不同的客觀事物有不同的概 念，隨著事物認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展，概念也在不斷的發(fā)展變化，做好工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，有著很重要的意義。
結(jié)語(yǔ)：汶川大地震，玉樹(shù)大地震以及近年來(lái)全國(guó)各地頻發(fā)的一系列地震，對(duì)建筑物的抗震敲響了警鐘，建筑抗震必須再次引起我們的高度重視。本文對(duì)建筑抗震的概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析。對(duì)建筑抗震概念設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行了闡述并提出了一系列相應(yīng)的措施。在提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性能分析時(shí)，又融入了新的抗震設(shè)計(jì)思路，為工程設(shè)計(jì)人員在今后的工程設(shè)計(jì)中提供了一些思路，僅同行參考。
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