淺議建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、E圈噩噩.ZHONGZHOUCONSTRUCTION淺議建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要實現(xiàn)完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要優(yōu)秀的概念設(shè)計與構(gòu)造措施來保證。~般認(rèn)為概念設(shè)計做得好的工程師需要豐富的實踐經(jīng)驗和扎實的理論基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)概念隨著工作年齡與實踐的增長而越來越豐富，設(shè)計成果也越來越完善，并具有創(chuàng)新性。所以，提倡采用概念設(shè)計思想來促進(jìn)結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造性，對推進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展有十分重要的意義。所謂概念設(shè)計，一般指不經(jīng)數(shù)值計算，依據(jù)整體結(jié)

2、構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、實驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。概念設(shè)計的主要內(nèi)容包括，確定三縫設(shè)置、結(jié)構(gòu)體系選擇、基礎(chǔ)形式和埋深、主要構(gòu)件的幾何尺寸等。結(jié)構(gòu)設(shè)計則是概念設(shè)計的逆向過程，其設(shè)計是依據(jù)概念設(shè)計的總體要求、力學(xué)和數(shù)學(xué)原理由定量(內(nèi)力、配筋、穩(wěn)定和變形)過渡到定性的一個過程。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計的重要性，主要還因為現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與

3、計算理論存在差異或不可計算性，比如混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設(shè)計卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)方法，這矛盾使計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了解決這類缺陷或者實現(xiàn)對實際存在的大量無法計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計，都需要用概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的完整性。通過運用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計的方案階段迅速、有效的對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇。建筑結(jié)構(gòu)初步設(shè)計過程是不能借助于計算機(jī)來實現(xiàn)

4、的，每一個工程項目設(shè)計的開始，結(jié)構(gòu)項目工程師應(yīng)善解建筑師的心意和業(yè)主要求，在和建筑師合作的整個設(shè)計過程中，用其自身擁有的對結(jié)構(gòu)體周朋友系功能及其受力，變形特性的總體概念和判斷力去構(gòu)思結(jié)構(gòu)體系，選擇效果最好造價最低的結(jié)構(gòu)方案，這才是對建筑師、業(yè)主和該項目設(shè)計的最大貢獻(xiàn)。為此，需要結(jié)構(gòu)工程師在每一個工程項目的設(shè)計中都能做到堅持不懈地培養(yǎng)結(jié)構(gòu)概念，不斷地探求自然法則，豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識地、靈活地運用它們。計

5、算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中的大量應(yīng)用，為我們?nèi)粘９ぷ鲙砹藰O大的方便。由于計算機(jī)具有計算速度快結(jié)果精度高的特點，我們可以借助計算機(jī)快速準(zhǔn)確地完成結(jié)構(gòu)方案與初步設(shè)計概念性近似計算。但也不能認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計就是“規(guī)范計算只需遵循規(guī)范、手冊、圖集，按建筑師給出的空間形式去完成它，自己只不過是一個東拼西湊的計算機(jī)畫圖匠而已。瑞士著名國際結(jié)構(gòu)設(shè)計人士Prof.Gertrudesteln曾忠告我們即使在電子計算機(jī)時代，設(shè)計人員仍應(yīng)運用自己的結(jié)構(gòu)

6、概念設(shè)計經(jīng)驗、判斷力和最新概念來主導(dǎo)設(shè)計“。經(jīng)驗告訴我們，完全依賴計算程序的無概念設(shè)計是危險的，計算程序應(yīng)用不應(yīng)以犧牲結(jié)構(gòu)概念設(shè)計為代價。結(jié)構(gòu)方案與初步設(shè)計用計算機(jī)近似計算來完成雖然有定誤差，但是概念清楚、定性準(zhǔn)確、手算簡單快捷，能很快選擇出最佳方案和估算構(gòu)件所需的基本尺寸。同時，這也是施工圖階段判斷計算機(jī)軟件分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)，這是絕對重要和必要的。2008年5月12日，我國四川省汶川縣發(fā)生8.0級特大地震，地震給人民生命

7、財產(chǎn)造成了慘重?fù)p失。從本次地震房屋損壞程度看，嚴(yán)重?fù)p壞的房屋類型主要是建造年代較旱，抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低的磚混(砌體)結(jié)構(gòu)廠房建筑，中等損壞的房屋為磚混(砌體)結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等建筑，損壞以非承重的圍護(hù)結(jié)構(gòu)居多。損壞輕微或幾乎沒有損傷的建筑主要為框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)及近年來按照89規(guī)范和2001年規(guī)范新建的房屋建筑。經(jīng)過對這次地震實際破壞情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，特別是在1990年后設(shè)計建造的建筑表現(xiàn)良好，除了極個別建筑物外，絕大多數(shù)

8、建筑受到中等至嚴(yán)重破壞而不倒塌，達(dá)到了勺j飛震不壞、中震可修、大震不倒“的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，而在“89規(guī)范“之前的建筑物多數(shù)遭受嚴(yán)重破壞，直至倒塌?！唇ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范〉(GB50011一2001)對結(jié)構(gòu)體系提出抗震概念設(shè)計的“多道防線“、“結(jié)構(gòu)整體性“、大震f作乍用下結(jié)構(gòu)抗倒塌具有非常的重要意義o這項要求的目的在子，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到超過設(shè)防烈度的所謂“大震“作用時，作為第一道防線的某些構(gòu)件，如框、排架結(jié)構(gòu)的柱間支撐或柱子的翼墻、剪力墻結(jié)構(gòu)的

9、連梁等率先破壞，消耗了地震能量并改變了整體結(jié)構(gòu)的動力特性，從而減低了地震力，保護(hù)了作為第二道防線的構(gòu)件，如框、排架結(jié)構(gòu)的柱子，剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體，從而避免了結(jié)構(gòu)的倒塌。砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱、國梁除作為砌體的約束構(gòu)件以提高墻體延性之外，也可視為第二道防線，在“大震“作用下，砌體墻可能嚴(yán)重破壞，但由于構(gòu)造柱和圄梁的存在結(jié)構(gòu)不會倒塌。例如，在這次地震中位于極震區(qū)的映秀鎮(zhèn)(設(shè)防烈度7度，實際烈度11度，遠(yuǎn)離于“大震“的水準(zhǔn))采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的學(xué)

10、校建筑，由于教室空間較大(標(biāo)準(zhǔn)教室大小為7mx9m)，又缺少縱向柱間支撐，或設(shè)置柱子翼墻，結(jié)構(gòu)縱向剛度較弱，柱子率先破壞而造成建筑屋整體倒塌而在同一地點相鄰的多層磚混結(jié)構(gòu)住宅房屋，由于合理設(shè)置了構(gòu)造柱和圈梁，在豎向和水平地震先后作用下，砌體嚴(yán)重開裂卻裂而不倒，就是因為構(gòu)造柱和圈梁起到ZHONGZHOUCONSTRUCTIONE理ti7畫加強(qiáng)過程控制確保鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量鉆孔灌注樁由于對各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性，施工簡單易操作且設(shè)備投入一般

11、不是很大，因此在各類房屋及民用建筑中都得到了廣泛的應(yīng)用。鉆孔灌注樁的施工大部分是在水下進(jìn)行的，其施工過程無法觀察，成樁后也不能進(jìn)行開挖驗收。施工中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將直接影響到整個工程的質(zhì)量和進(jìn)度，甚至給投資者造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會影響。因此，要求基礎(chǔ)施工隊伍切實加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，落實各項施工技術(shù)措施，注意抓好施工過程中每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量，力爭將隱患消除在成樁之前。施工前要認(rèn)真熟悉設(shè)計圖紙及有關(guān)施工、驗收規(guī)范，核查地質(zhì)和有關(guān)灌

12、注樁方面的資料，對灌注樁在施工過程中可能發(fā)生的些問題進(jìn)行分析后制訂出施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和驗收實施方案。1成孔質(zhì)量的控制成孔是混凝土灌注樁施工中的一個了關(guān)鍵作用。隨著我國建筑工業(yè)化步伐的加快，工業(yè)廠房建筑大量采用框、排架結(jié)構(gòu)力。柱間銅支撐的形式，在地震中支撐構(gòu)件首先屈服消耗能量保護(hù)柱子，使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到雖遇大震而不倒。由于多道設(shè)防的重要性，日本許多學(xué)校建筑在設(shè)計時普遍采用了設(shè)置銅或鋼筋混凝土斜向支撐的方式，不僅解決了結(jié)構(gòu)縱向剛度問題，也保證了教室

13、采光和建筑外觀效果，這一點值得我們借鑒學(xué)習(xí)。通過5?12汶川地震建筑震害初步分析結(jié)果表明，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是有效的，只要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計和保證施工質(zhì)量，在大震情況下，都能保證多數(shù)建筑受到中等嚴(yán)重破壞而不倒塌。然而，此次震害也表明有些方面需要在標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中加以考慮和完善，例如(1)應(yīng)嚴(yán)格限制使用多層單跨框架結(jié)構(gòu)(尤其是帶外走廊懸挑的多層單跨框架結(jié)構(gòu))，此類房屋由于抗震性能比較差，在地震中大量損壞和倒塌。(2)閏軍董高峰鄭向明重要部分，其質(zhì)

14、量如控制得不好，則可能會發(fā)生塌孔、縮徑、樁孔偏斜及樁端達(dá)不到設(shè)計持力層要求等，還將直接影響樁身質(zhì)量和造成樁承載力下降。在成孔的施工技術(shù)和施工質(zhì)量控制方面應(yīng)著重做好以下幾項工作1.1采取隔孔施工程序鉆孔混凝土灌注樁和打入樁不同，打入樁是將周圍土體擠開，樁身具有很高的強(qiáng)度，士體對樁產(chǎn)生被動士壓力。鉆孔混凝土灌注樁則是先成孔，然后在孔內(nèi)成樁，罔圍士移向樁身，士體對樁產(chǎn)生動壓力O尤其是在成樁初始，樁身混凝士的強(qiáng)度很低，且混凝士灌注樁的成孔是依靠

15、泥漿來平衡的，故采取較適應(yīng)的樁距對防止餌孔和縮徑是一項穩(wěn)妥的技術(shù)措施。1.2確保樁身成孔垂直精度這是灌注樁順利施工的個重要條件，否則鋼筋籠和導(dǎo)管將無法沉放。為嚴(yán)禁將樓梯間設(shè)置在建筑物兩端，同時應(yīng)加強(qiáng)建筑樓梯結(jié)構(gòu)的抗震與構(gòu)造措施和樓梯間隔墻的構(gòu)造措施，保證梯間疏散通道的暢通。(3)應(yīng)對日前規(guī)定的建筑防震縫設(shè)置寬度要求進(jìn)一步加大，以保證設(shè)置的建筑防震縫寬度能滿足建筑在地震中避免碰撞的變形要求。(4)宜進(jìn)一步采取措施，確保建筑設(shè)計符合“強(qiáng)柱弱

16、梁“、“強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件“等抗震概念設(shè)計的要求等。結(jié)構(gòu)應(yīng)具有整體性和抗震設(shè)防多道防線，避免體型怪異復(fù)雜、受力不均，最后因個別構(gòu)件的破壞導(dǎo)致整體失穩(wěn)。設(shè)計人員還應(yīng)該掌握整體結(jié)構(gòu)的破壞模式和1ltJ塌機(jī)制，進(jìn)而明確整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性層次以及相應(yīng)的承載力和變形能力需求。例如，在高層或超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，計算角柱比內(nèi)柱軸壓比一般較小，但其在抗扭過程中作用卻很大(若角柱先壞，整個結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度或強(qiáng)度下降，中柱必定依了保證成孔垂直精度

17、滿足設(shè)計要求，應(yīng)采取擴(kuò)大樁機(jī)支承面積使樁機(jī)穩(wěn)固，經(jīng)常校核鉆架及鉆桿的垂直度等措施，并于成孔后下放鋼筋前作井徑、井斜超聲i皮測試。1.3確保樁位、樁頂標(biāo)高和成孔深度在護(hù)筒定位后及時復(fù)核護(hù)筒的位置，嚴(yán)格控制護(hù)筒中心與樁位中心線偏差不大于50mm，并認(rèn)真檢查回填土是否密實，以防鉆孔過程中發(fā)生漏漿的現(xiàn)象。在施工過程中自然地坪的標(biāo)高會發(fā)生一些變化，為準(zhǔn)確地控制鉆孔深度，在樁架就位后及時復(fù)核底梁的水平和樁具的總長度并作好記錄，以便在成孔后根據(jù)鉆桿在

18、鉆機(jī)上的留出長度來校驗成孔達(dá)到深度。雖然鉆桿到達(dá)的深度己反映了成孔深度，但是如在第一次清孔時泥漿比重控制不當(dāng)，或在提鉆具時碰撞了孔壁，就可能會發(fā)生擁孔、沉渣過厚等現(xiàn)象，次破壞)，同時，在水平力的作用下，角柱軸力的變化幅度也會很大，這樣勢必要求角柱有較大的變形能力。故角柱設(shè)計時在承載力和變形能力上都應(yīng)有所考慮，如力。大配筋、采用密排箍筋柱、鋼管混凝士柱等措施加強(qiáng)。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求。