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建筑工程设计

建筑结构设计
建筑结构设计

主要分为三个阶段:结构方案阶段、结构计算阶段与施工图设计阶段。其中结构方案阶段的内容是:根据建筑的重要性,工程地质勘查报告,建筑所在地的抗震设防烈度,建筑的高度和楼层的层数以及建筑场地的类别来确定建筑的结构形式。

1建筑结构设计的要点
  电线管集中穿板处,板应验算抗剪强度或开洞形成管井。电线管竖向穿梁处应验算梁的抗剪强度。

  构件不得向电梯井内伸出, 否则应验算是否能装下。电梯井处柱可外移或做成L型柱。

  验算水箱下、电梯机房及设备下结构强度。水箱不得与主体结构做在一起。

  当地下水位很高时,暖沟应做防水。一般可做U型混凝土暖沟,暖气管通过防水套管进入室内暖沟。有地下室时,混凝土应抗渗,等级S6或S8,混凝土等级应大于等于C25,混凝土内应掺入膨胀剂。混凝土外墙应注明水平施工缝做法,一般加金属止水片,较薄的混凝土墙做企口较难。

  突出屋面的楼电梯间的柱为梁托柱时应向下延伸一层,不宜直接锚入顶层梁内,并且托梁上铁应适当拉通。错层部位应采取加强措施。女儿墙内加构造柱,顶部加压顶。出入口处的女儿墙不管多高,均加构造柱,并应加密。错层处可加一大截面梁,上下层板均锚入此梁。

  当建筑布局很不规则时,结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置,并采取相应的构造措施。如建筑方案为两端较大体量的建筑中间用很小的结构相连时(哑铃状),此时中间很小的结构的板应按偏拉和偏压考虑。板厚应加厚,并双层配筋。

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2建筑结构设计的规范
  完成整体参数的正确设定,计算开始以前,设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述,以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的,必须首先确定其合理取值,才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等,在计算前很难估计,需要经过试算才能得到。   

  振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映模型应当考虑的振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2条规定,抗震计算时,宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应,振型数不宜小于15,对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

  一般而言,振型数的多少于结构层数及结构自由度有关,当结构层数较多或结构层刚度突变较大时,振型数应当取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理,可以看软件计算书中的x,y向的有效质量系数是否大于0.9。

  具体操作是,首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9,若小于0.9,可逐步加大振型个数,直到x,y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好,其最大值不能超过结构得总自由度数。例如对采用刚性板假定得单塔结构,考虑扭转藕联作用时,其振型不得超过结构层数的3倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍,其有效质量系数仍不能满足要求,也不能再增加振型数,而应认真分析原因,考虑结构方案是否合理。  

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3建筑结构设计的入门方法
  熟悉结构设计的任务和内容,如果你的职业规划是结构设计,了解民用建筑结构设计的深度很重要,起码要知道结构设计不同阶段的不同设计内容,这样可以做到有的放矢,心中有数。如果连起码的设计内容都不是这里缺一点就是那里漏一点,想不被审图办打回来都难!

  扎实的结构理论基础知识大学本科的材料力学、结构力学、混凝土设计原理、工程结构抗震设计、土力学与地基基础等等这些和结构设计紧密相关的主干课程务必要重视。真正的高手一定是具备理论和实践相结合的素质,但如果这些理论不过关的话何谈理论与实践相结合呢?很多学生在学校的时候总是觉得学校的课程枯燥无味,不知道学这些知识和实际的设计有什么样的联系。

  其实当你真正地涉足设计的时候却往往发现:原来我们90%的设计总是可以从我们的大学课程中找到它的原型。我们很多学员都是在开始设计的过程中发现自己大学的主干课程学得不扎实然后恶补,与其亡羊补牢,不如未雨绸缪。如果你的职业规划是结构设计,这些和结构设计紧密相关的主干课程务是一个必须跨过去的坎,任何抱着侥幸心理而又想做好结构设计的思

  PKPM建模及整体计算分析在中国做结构设计,仅仅只靠PKPM打天下不是万能的,但不会PKPM是万万不能的!虽然它有很多暗箱操作,也有很多计算近似处理不合理的地方,比如连梁采用的是梁单元而不是壳单元,这会导致连梁与墙在边界处的变形协调无法采用精确的有限元划分。但是作为中国应用最广泛、也最容易上手的结构设计软件,至少在现阶段就整体而言它仍然是实战结构设计中最好的软件。对新手而言,开始最大的障碍是不知道如何建立模型。

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4建筑结构设计的流程
  可靠度理论是分析结构安全性的一种有效手段。我国已颁布统一标准,要求结构设计规范按可靠度理论设计。70年代的我国混凝土结构、木结构和钢结构设计规范分别采用不同的设计方法体系,在安全度的表达形式上互不相同,给设计或教学都造成不便,80年代用可靠度理论率先加以统一。但是,对规范采用可靠度理论,以及这一理论能否将各种结构的安全度都统一在同一体系中,专家们持不同意见:

  认为我国规范采用了先进的可靠度理论,用失效概率度量结构的可靠性,通过将抗力和作用效应相互独立。将随机过程化为随机变量并以经验为校准点,成功地将这一理论用于建筑结构设计规范中,这是我国规范先进性的一种表现。工程设计采用可靠度理论为国际标准组织(ISO)所提倡,是国际上大势所趋;多次国际安全度会议也倾向于采纳ISO提出的在设计规范中采用可靠度理论的原则。可靠度理论一样重视经验,可靠度取值用校准法确定。

  认为可靠度理论是分析和度量结构安全性的一种先进手段,但在应用上还有其局限性,理论本身也有一些方面未能突破,比如结构可靠度分析的三个约束条件:将抗力与作用效应分离,将随机过程变为随机变量,以及将截面承载力的安全指标β作为结构的可靠指标,随着认识的发展都值得质疑。用概率可靠度理论需要进行大量数据统计,但不论荷载统计或抗力统计都还存在一些问题,规范安全度还需考虑将来可能出现的荷载变化。概率可靠度理论会有意或无意地简化、忽略本应考虑但又无法用这一理论处理的因素,如一定程度的人为失误以及社会。经济因素等。

  可靠度理论强调三个正常,即正常设计、正常施工和正常使用,但正常和不正常有时不易界定。匆忙地将可靠度理论推广于各种规范,会带来一些不必要麻烦,比如地基基础规范中,地基承载力强度的设计值竟比标准值还高,抗震设计规范中不得不引入调整系数。又如地下结构的荷载与其作用效应高度耦合,其不确定性远大于荷载本身的不确定性、结构构件尺寸的不确定性。

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5建筑结构设计的方法
  结构在规定的时间(设计使用年限),在规定的条件下(正常设计、施工、使用、维修)必须保证完成预定的功能,这些功能包括:

  在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用。并且在设计规定的偶然事件(如地震、爆炸)发生时及发生后,仍能保持必需的整体稳定性所谓整体稳定性。系指在偶然事件发生时及发生后,建筑结构仅产生局部的损坏而不致发生连续倒塌。

  在正常使用时具有良好的工作性能。如不产生影响使用的过大的变形或振幅,不发生足以让使用者产生不安的过宽的裂缝。

  结构在正常维护条件应能在规定的设计使用年限满足安全、实用性的要求。上述对结构安全性、适用性、耐久性的要求总称为结构的可靠性。结构的可靠性的概率度量称为结构的可靠度。也就是说,可靠度是指在规定的时间内和规定的条件下,结构完成预定功能的概率。

  结构的设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需进行大修,即可按预定目的使用的时期,我国现行规范规定的设计使用年限应按表11-1采用。

  由此可见,我国通常的建筑结构设计的使用年限是50年。对于按照我国现行设计规范选用的可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数则称为设计基准期。它不等同于建筑结构的设计使用年限。《建筑结构可靠度设计统一标准》(gb50086-2001)规定的设计基准期为50年。相应的《建筑结构荷载规范》(gb50009-2001)所考虑的荷载统计参数都是按设计基准期为50年确定的,如设计时需采用其他设计基准期,则必须另行确定在设计基准期内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。

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