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建筑工程混凝土结构支撑设计技术的问题和策略

编辑:admin   来源:未知   作者:admin   指数:   编号:1012620140401

 前言
  混凝土建筑结构的使用已经有一百多年的历史,混凝土结构形式的优点很多,其耐火性好、结构自重比较小、抗震能力强等等,因而被广泛使用[1]。然而混凝土结构设计,就需要对于相关结构设计规范以及结构形式等等有一些深层次的研究。怎么样实现最优化结构设计,是所有设计者孜孜追求的。所谓最优化设计是指实现结构承载力的最大化、造价的最小化、结构的最美化等等要求。当然,要是结构的支撑设计同时达到最优化,是不可能办到的。但是,设计者可以以此为目标进行结构支撑设计,让设计尽可能实现最优化。
  1 混凝土框架结构的支撑设计
  1.1 结构计算
  建筑结构设计中,首先要根据使用要求、抗震等级要求、场地类别等等因素进行综合考虑,然后对结构设计简图进行精确计算,验算是否所有的结构都处于稳定状态。
  (1)正确选择结构设计抗震等级要求
  建筑结构设计中,各类建筑抗震等级的要求是必须要考虑的因素之一。具体的选择过程如下:根据《建筑抗震等级设计规范》中给定的各类建筑抗震等级要求来选择。一般民用建筑为丙类建筑,这类建筑的抗震等级需按当地地震设防烈度来计算。一般情况下,为了结构设计的保险起见,抗震等级的选定比当地地震设防烈度要高一级。例如,某地丙类建筑设计的地震设防烈度为6度,那么结构设计过程中,应按7度地震来考虑。

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  (2)基本地震加速度的规范化设计
  《建筑抗震等级设计规范》中明确规定,地震设防烈度为7度时,其地震加速度规范化设计为0.1g和0.15g;地震设防烈度为8度时,其地震加速度规范化设计为0.2g和0.3g .计算过程中,应严格依据规范来选取相关系数。
  (3)各类荷载值参数
  《建筑结构设计规范》明确规定出框架结构外墙、内墙、板、柱等等自重与活荷载值的计算,以及楼梯上活荷载的计算方法。因此结构设计过程中,应严格按照其规范要求来进行设计。还有很多参数需要通过相关的规范进行确定,如当地风荷载值、雪荷载值等等,选好这些系数只是设计的第一步。
  1.2 多层框架结构支撑设计具体要求
  (1)强柱弱梁的节点设计要求
  强柱弱梁是框架结构设计中很常见的一句话,这句话的含义是指,框架结构中柱的作用是用作承受建筑物墙体的自重以及板和梁传递给柱的荷载,因此对于混凝土柱的强度要求是很高的,柱的抗压能力要求很高,这就是强柱;弱梁只是相对于强柱而言,是说梁体主要承受的是板以及活荷载的弯矩作用,因此对于梁的抗压能力要求不像柱那么高,即强柱弱梁。但是柱和梁的节点处的设计需要严格验算。一般情况下,为了使得柱受压时,不至于使得结构发生侧移,实际施工过程中,将尽可能的放大柱的截面尺寸来放大柱的轴压比,使其满足具体的规范要求。除此之外,梁体的纵向配筋率不得太高,否则地震荷载作用下,梁体会发生塑性铰的转移。所以,对于框架结构的整体设计过程中,应根据强柱弱梁这一标准进行调整放大,不能只单一放大或调整柱或梁。
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  (2)强剪弱弯剪力墙的设计要求
  为了提高框架结构的抗震能力,一般情况下会采用框架剪力墙结构,这样可以大程度的避免地震荷载作用下的剪切破坏。框架剪力墙结构设计时,剪力墙设计为几个小开口墙或者几个小的单肢墙,相关规范规定,各部分小墙体的高宽比不小于2。
  实际项目的设计过程中,一般所设计的梁体需要进行折减计算,这主要是要考虑剪力墙的水平作用这一因素。因为剪力墙受地震水平荷载时,先会将其所承受荷载传递给梁,梁受到水平荷载作用,不会使得梁发生脆性破坏而是导致梁产生塑性铰。强剪弱弯是为了保证构件在荷载作用下时的延伸性,延伸性差的混凝土就容易发生脆性破坏,这种破坏一般情况下是不可修复的。综上所述,当设计的框架结构需要抵抗较高等级地震作用时,需要结合剪力墙结构来保证梁体不会出现脆性剪切破坏。与此同时,对于多层建筑的框架剪力墙结构需要特别验算梁体的抗剪能力是否符合相关规范要求。
  2 框架--剪力墙结构支撑设计
  2.1 剪力墙的数量
  框架剪力墙结构中,其剪力墙的设置是为了提高建筑物的抗震等级而设置。剪力墙的数量取决于结构的侧向刚度,即各剪力墙截面弯曲刚度之和 , 的值越大,其建筑结构的水平位移越小。所有层数越高,所需要设置的剪力墙数量越多。但是剪力墙的数目又不宜过多,否则使得建筑物的自重变大,使得结构沉降量增加,同时也会提高造价。一般情况下,以满足结构的水平位移限值作为设置剪力墙数量的依据。如一些情况下通过计算表明剪力墙数量设置偏少,而由于使用要求不宜增加时,应当增加框架结构中柱的承载能力。

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  2.2 剪力墙的布置原则:
  第一、剪力墙的间距不宜过大,通常情况下,均匀的布置在建筑物的周边;电梯间与楼梯道处也应设置一定数量的剪力墙;还有些受到较大活荷载处与恒载很大的部位。这样设置的目的是为了增强整体结构的抗扭性能,弥补结构的薄弱部位受力性能不足,同时防止外围温度应力对于建筑结构的影响。
  第二、横、纵向剪力墙所组成的剪力墙体系适宜组成T型或者是L型,使得纵墙的端部与横墙的头部相接,提高结构的抗扭性能与承载能力。楼梯间与电梯间的剪力墙易布置在外侧,这样可以增强结构的整体性,使得结构的刚度增强。
  第三、剪力墙的布置应贯穿整个建筑,避免建筑结构的区域刚度不同;与此同时,框架剪力墙结构设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近[2]。
  第四、框架剪力墙结构中,框架部分的设计与框架结构设计基本相同,其结构支撑原理也一样。
  3 支撑结构的计算分析
  不论是框架结构还是框架剪力墙结构,对其结构体系进行相关计算分析时,需要确定总框架的剪切强度、梁体的等效剪切刚度以及剪力墙结构的弯曲刚度。计算过程中,假设一些结构参数与房屋的高度无关。
  (1)总框架的剪切强度

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  框架结构的总框架剪切强度为能使框架柱两端产生相对侧移所需要的水平剪力[3],使用数学式表示如下:
  式中: 表示总框架的剪切强度;
  表示各层哥柱的刚度;
  表示建筑物高度。
  (2)梁体的等效剪切刚度
  不论是框架结构还是框架剪力墙结构,梁体与柱或墙体接触部分所需要的刚度很大,因此

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需要对梁体的刚度进行相关计算分析。假定梁与柱或墙体之间的接触是刚性的,即整个结构是一体式结构。梁体的等效剪切刚度的数学计算式如下:
  式中: 表示第i层梁体所受等效剪切刚度;
  、 表示梁体两端的转动刚度。
  (3)剪力墙的弯曲刚度
  对于框架剪力墙结构,其剪力墙布置合理性就是通过剪力墙的弯曲刚度是否满足规范要求来确定。对于剪力墙的弯曲刚度计算如下:
  式中: 表示各段强度的弯曲刚度。
  结语
  混凝土结构的支撑设计时,需要考虑的因素有很多,其结构布置是否合理,结构设计时候最经济实用,结构是否稳定等等。这些都是结构设计过程中的难点,规范熟悉的同时更需要对结构设计有着深刻的认识,这样才能最大实现设计的意义。
  参考文献
  [1] 黄小果,练贤荣.浅谈剪力墙厚度的确定.《深圳土木与建筑》. 2005,2( 4 ):33~3 4 .
  [2] 魏忠,伍庶.关于剪力墙结构设计的几个问题.《四川建筑科学研究》.2005,31 (1):30~32.
  [3]王长永,赵权.常见现浇混凝土楼盖的工程应用及造价分析.《建筑技术开发》.2003,30 (10):88~90. 织梦内容管理系统

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