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中图分类号:TU3文献标识码:A
笔者在多年从事相关的工作,审查过大量的钢结构工程设计图。常见的有门式钢架、网架和多层民用钢框架房屋以及少数高层钢结构房屋。下面就钢结构房屋结构设计中常见的一些问题进行简要分析和讨论。
1 正确选用钢材质量等级和焊缝质量等级
钢结构设计文件,依照相关的规范,应当对选用的材料的质量等级进行明确的标注,并规定焊缝质量等级要求。但是在实际的项目文件中,只标注所选用的材料的种类,对质量等级却没有提出明确的要求,还有部分项目还存在着要求不当的情况。
钢结构房屋所使用的钢材需要较高的标准,应该具有抗拉度高、强度高的要求,而焊接钢结构,对于钢材的含碳量有比较严格的要求。在进行抗震设计时,焊接钢钢板厚度应该大于40毫米,并且保证板厚方向截面收缩率能够达到Z15 级的要求。除了以上的要求,震区房屋钢结构所使用的钢材还应该具有冲击韧性的合格保证,还应该根据实际温度的不同,设计不同的钢结构。在进行文件设计时,必须充分考虑钢结构安全储备和足够的塑性变形能力,还要标识所使用钢材的抗拉强度与屈服强度实际测量值的比率。
在钢结构中的主要的承重部件,使用的碳素钢不应该低于Q235B等级。由于没有冲击韧性和延性性能的保证,在钢结构中主要受力部件不建议使用A级的钢材。即使是质量等级达到Q235A的钢材也无法满足焊接要求的含碳量值。
焊接连接时当前钢结构最为普遍的连接方法,钢结构的安全性直接取决于焊缝质量的高低。所以在确定焊缝质量等级之前,一定要充分考虑钢结构部件受力大小以及重要程度。
在一般情况下,以下焊缝质量等级不得低于二级并且要使用坡口全熔透对接焊缝:板材的对接焊缝、承受动力荷载构件的较重要的焊缝、需作疲劳验算的焊缝,以及须与钢材等强的受拉、受弯对接焊缝。而其他部位的焊缝,一般均可采用角焊缝。由于应力集中现象严重的原因, 很难对角焊缝内部进行探伤。因此,其焊缝质量等级一般只能是三级,其中某些重要角焊缝可允许要求其外观缺陷符合二级的要求。
2 房屋的温度区段内应按规范规定设置独立的空间稳定支撑体系下面以门式刚架设计为例,介绍支撑体系设置不当的情况:
2.1 有的项目未将屋面横向水平支撑和柱间支撑布置在同一跨间内,无法形成独立的空间支撑体系,不仅不利于抗震,给施工安装也带来不便。
2.2有的项目将屋面横向水平支撑设在端部第二个开间,但未在端跨相应位置设置刚性纵向系杆,使山墙的风荷载等水平力不能可靠传递。
2.3屋面支撑的布置未与山墙抗风柱的位置相协调,使抗风柱的柱顶反力不能直接传到屋面横向支撑的节点上,造成山墙处屋面系统受力复杂化,影响结构的安全。
2.4相当多的项目,没有按照刚性系杆考虑屋面横向水平支撑的直腹杆。同时,在使用檩条时,没有测算檩条的承载力和刚度。两根檩条被安装在屋脊处,两个檩条之间,由于被刚性连接件连接起来,因此能够起到刚性系杆的作用。在别的地方使用的没有经过加强的檩条很难发挥刚性系杆作用。这是由于常用的檩条的侧向刚度很差。房屋的纵向受力和传力性能的高低,主要由屋面横向水平支撑的直腹杆刚度和柱顶系杆刚度来决定。为了保证房屋纵向结构安全,横向水平支撑直腹杆将会被在屋脊处、柱顶处使用,这样可以消除檩条无法起到刚性直腹杆的作用所带来的负面影响。
2.5如果柔性圆钢拉条被用于屋面和柱间支撑时,可以使用花兰螺栓等张紧装置。还可以将柔性圆钢拉条改为型钢,以应对大的负荷。
3实腹式门式刚架应按规范规定设置隅撑
檩条或墙梁与刚架的连接处,按照相关的规范 ,应该在斜梁下翼缘以及刚架柱内侧翼缘的受压区设置按受压构件设计的隅撑,距离为每隔一根檩条或墙梁。将檩条或墙梁与翼缘受压区直接连接起来。隅撑虽然不大,但是作用却不小。它是用来保证斜梁下翼缘或刚架柱内侧翼缘受压稳定的重要措施。但是,在实际中,隅撑在很多工程中没有设置,或者偷工减料很少设置,即使是数目够了,但是设置方法不对,这对钢架的整体稳定性将会产生重大影响。当山墙抗风柱与刚架斜梁下翼缘连接时,连接处的斜梁下翼缘亦应设置隅撑。
4合理设置压型钢板轻型屋面的拉条
在檩条使用阶段和施工过程中,拉条设置在檩条间,起到侧向支点的作用,可以减少檩条在的侧向变形和扭转,从而保证檩条的侧向稳定。拉条通常设置在不小于4米的檩条跨度中。拉条设置在跨度不小于6米的檩条之间的三分点处。应该使用直径大于10毫米的圆钢设计拉杆。一般情况下,通常使用角钢来设计压杆。一般在距檩条上翼缘三分之一腹板高度范围内设置圆钢拉条。檩条下翼缘受到风的吸力影响时,应该把檩条用自攻螺钉连接到屋面板上,在檩条下翼缘附近设置拉条。扣合式钢板或咬合式钢板组成的屋面,拉条应该设置在距离檩条上翼缘或者下翼缘三分之一腹板高的范围之内。有些跨度达到4米的项目不设拉条,甚至达到6米也不设置拉条。拉条不大,但作用不小,必须十分重视。同样,采用冷弯薄壁型钢墙梁时,亦应根据其跨度大小设置必要的拉条和撑杆。
5混凝土楼板设计
将混凝土楼板与压型钢板搭配使用,通过测算,把栓钉焊在钢梁上,在混凝土楼板和压型钢板中间设置连接装置,确保二者协调工作。可以利用压型钢板的纵向波槽或者压痕、小孔来设置连接装置。但是,国内由于种种原因,压型钢板上很少有纵向波槽或者压痕。因此在找不到上面两种压型钢板时,可以通过在压型钢板上横向焊接钢筋,来使压型钢板和混凝土楼板互相连接。
6网架结构设计
首先假定网架支座具有无限大的刚度,然后把网架和下部结构分开计算,这样所有的支架便有了相等的刚度。下部结构可能存在很大差异的刚度,这是因为下部结构不仅仅是柱,也有很大的几率为梁或者是别的结构。在这个假设出来的大前提下,支座反力的计算结果和网架内力的计算结果就是实际刚度,这与两部分共同工作模型的计算结果一定是不一样的。造成这种结果的原因与内力和反力分配与结构刚度分布有关。有研究数据显示,这种结果的差异在有的不见中可能会高于其他不见好几倍。既然分别计算下部结构和网架最终得出的结果是不科学的。那为什么仅仅有极少数的工程最后才出状况?原因是作为一种弹塑性材料,钢材是非常有优势的,而钢网架结构本身又是一种高次超静定空间结构。这样,当某个部件承受的负荷超过额定值之后,由于塑性内力的重新分布,这个部件往往不容易发生完全的损坏。虽然,这体现了钢网架结构的优势,但是并不能因此而将它们分开计算。
7抗震设计
与传统意义上的混凝土结构房屋不同,钢结构房屋并无抗震等级之分。钢结构房屋在进行抗震设计时,应该考虑钢结构能够抵抗的地震烈度、结构类型和房屋高度。从而通过调整钢结构不同的地震作用效应系数来获得不同的抗震效果。钢框架结构及钢框架支撑结构的抗震构造措施主要根据设防烈度和房屋高度,控制框架柱和支撑的长细比,控制梁、柱及支撑杆件板件的宽厚比,控制梁柱连接节点的构造要求,包括设置加劲肋、设置侧向支撑,包括连接焊缝的质量要求和高强度螺栓连接的构造要求等。
参考文献
Abstract: brick structure because material is convenient, simple construction, short construction period and low cost etc, brick houses over the years is the most widely used in our country's current multi-storey building fan's a kind of architectural form. The clay brick and mix mortar masonry brick structure, through the bite of internal and external brick wall build by laying bricks or stones a certain overall connectivity. Of multilayer brick masonry structure due to the basic materials and connection mode determine the brittleness nature, small deformation, lead to poor seismic performance of the building. So in multi-layer brick mixing structure housing design focuses on the seismic design is of great importance. This paper analysis the advantages of brick structure, and then summarizes the current problems existing in the aseismic design of brick structure, finally from the seven aspects of multi-layer brick mixing structure housing design is discussed in detail.
Key words: layers; Brick structure; Layout; Earthquake; The reduction
中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
砖混结构的优点
由于砖是最小的标准化构件,对施工场地和施工技术要求低,可砌成各种形状的墙体,各地都可生产。它具有很好的耐久性、化学稳定性和大气稳定性。可节省水泥、钢材和木材,不需模板,造价较低。施工工艺与施工设备简单。砖的隔音和保温隔热性要优干混凝土和其他墙体材料,因而砖混结构在低层住宅建设中广泛采用的结构形式。
目前砖混结构抗震设计中存在的问题
(一)高度超限
城市住宅多层砖混结构房屋建设中,房屋超高或超层时有发生,尤其是底层为“家带店”的砖混结构房屋,高度超过限值1m以上。
(二)结构布置不合理
住宅砖混结构房屋为追求大客厅,布置大开间和大门洞,有的大门洞间墙宽仅240mm,并将阳台作成大悬挑延扩客厅面积;住宅砖房中限于场地或“造型”,布置成复杂平面,或纵、横墙沿平面布置多数不能对齐,或墙体沿竖向布置上下不连续等等。在“综合楼”砖混房屋中,底层或顶层有采用“混杂”结构体系的,即为满足部分大空间需要,在底层或顶层局部采用钢筋砼内框架结构。有的仅将构造柱和圈梁局部加大,当作框架结构。
(三)设计中不作抗震承载力计算
多层砖房抗震设计中,未作抗震承载力计算的占多数,加之缺乏工程经验,使相近的多层砖房采用的砌体强度等级相距非常的远。
多层砖混结构设计中的几个问题
(一)科学布局建筑的平面和立面
建筑平面和立面的规整性是整个结构设计中一个十分基础、重要的内容。抗震设计中,建筑平面、立面宜尽可能简洁、规则,结构质量中心与刚度中心相一致。
对于结构平面布置不规则的房屋质心与刚度中心往往不容易重合,在地震作用下会产生扭转效应,大大加剧地震的破坏力度;对体型不规则的房屋应注意偏离结构刚心远端墙段的抗震验算。
建筑立面应避免头重脚轻,房屋重心尽可能降低,避免采用错落的立面,突出屋面建筑部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。
3、建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案,即使不可避免时,也应尽量在适当部位设置防震缝,将体型复杂,平面特别不规则的建筑布局分割成几个相对规则的独立单元。在实际工程设计中,应尽可能兼顾建筑造型,又满足使用功能要求的前提下,将平面布置、立面外观造型设计得较为规整、简洁、美观大方,同时又能有效地提高工程的抗震性能。
(二)基础的设计要点
住宅为价值高、使用期长的耐用消费品,为了增强房屋整体性,提高其抗震能力,多层砖混结构住宅一般都需设置圈梁和构造柱或芯柱,因而房屋造价较高。为了充分利用地基承载能力,发挥基础与墙体之间的协同工作能力,在地基承载力不变的条件下改进基础设计,用独立基础代替条形基础,发挥墙体与独立基础之间的拱作用效应,适当增设墙下地梁,使地梁在一定程度上发挥墙梁的功能,从而减少场地开挖土石方量和基础砌体量,降低工程造价。以下从条形基础与独立基础的砌体用量比较上作一探讨。
1、条形基础砌体量
设条形基础的断面如图1所示。为了简化计算,忽略刚性基础的台阶部分,则条形基
础的核心为一梯形,其体积为:
式中,b--条形基础顶面宽度;
B--条形基础底面宽度;
H1--条形基础高度;
图1基础剖面图
独立基础砌体用量
设独立基础的断面如图2所示。为了简化计算,忽略独立基础的台阶部分,则独立基础的核心为一棱台,其体积可表示为:
式中,n=
A0—独立基础顶面面积;
A—独立基础底面面积;
H2—独立基础高度。
基础砌体量比较
当用两个独立基础代替某段条形基础时,若设地梁视为独立基础的扩展部分,考虑它们之间的协同工作,计算可得两个独立基础砌体量仅占原条形基础砌体量的47.4%。当房屋平面尺寸较大而采用较多墙体时,基础砌体用量可大幅度减少,其综合经济效果是很显著的, 这样就可以从基础工程节省的资金中拿出一部分加强墙体与独立基础的构造措施,使它们能有效地协同工作。
对于五层、六层砖混住宅楼的计算结果分别如图3、4所示。由此可见,基础砌体用量的减少幅度约为42~53%,此外,独立基础比条形基础的场地开挖土石方量少,施工方便,工期也可相应缩短。
图3五层砖混结构基础砌体减少率
图4 六层砖混结构基础
(三)构造柱的设置
1、外廊式和单面走廊式的多层房屋,应根据房屋增加一层后的层数,按要求设置构造柱,且单面走廊两侧的纵墙均应按外墙处理。
2、教学楼、医院等横墙较少的房屋,应根据房屋增加一层后的层数,按要求设置构造柱;当教学楼、医院等横墙较少的房屋为外廊式或单面走廊式时,应按要求设置构造柱,但不超过四层、不超过三层和不超过二层时,应按增加二层后的层数对待。
3、构造柱最小截面可采用240mm×180mm,纵向钢筋宜采用4φ12,箍筋间距不宜大于250mm,且在柱上下端宜适当加密;超过六层、超过五层,构造柱纵向钢筋宜采用4φ14, 箍筋间距不应大于200mm;房屋四角的构造柱可适当加大截面及配筋。
4、构造柱与墙连接处应砌成马牙槎,并应沿墙高每隔500mm 设2φ6 拉结钢筋,每边伸入墙内不宜小于1m。
5、构造柱与圈梁连接处,构造柱的纵筋应穿过圈梁,保证构造柱纵筋上下贯通。
6、房屋高度和层数接近的限值时,纵、横墙内构造柱间距应符合下列要求:
(1)横墙内的构造柱间距不宜大于层高的二倍,下部1/3楼层的构造柱间距适当减小。
(2)当外纵墙开间大于3.9m时,应另设加强措施。内纵墙的构造柱间距不宜大于4.2m。
由外墙尽端到门窗洞边最小尺寸当外墙为240mm时不得小于500mm,当外墙为370mm时不得小于630mm,墙角处应改用L形构造柱加强,L形构造柱两肢端面均不小于500mm×240mm,并按角部构造柱配筋。
(四)合理布置纵墙和横墙
多层砖混房屋的主要承重构件是纵、横墙体,在地震中主要由于承重纵、横墙在地震力作用下产生裂缝,严重者会出现倾斜、错动、倒塌等现象,使房屋破坏,所以合理布置纵、横墙对提高房屋抗震性能起很大的作用。
1、多层砖混房屋应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系,纵、横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同时轴线上的窗间墙宽度宜均匀。
2、墙体布置时,应尽量采用纵墙贯通的平面布置,当纵墙不能贯通布置时,可在纵横墙交接处采取加强措施,也可在纵、横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱,并适当加强构造配筋;必要时还可以每隔一定高度放置水平拉结筋,以加强房屋整体性,防止纵、横墙交接处被拉开。
3、在地震中多层砖混房屋的横向地震力主要由横墒承担,不仅要求横墙有足够的承载力,而且楼盖必须具有能将地震力传给横墙的水平。
4、当横墙间距过大时,纵向砖墙会因过大的层间变形而产生平面的弯曲破坏,使楼盖失去传递水平地震力的能力,从而导致地震力还未传到横墙,纵墙就已先破坏,所以有效地控制横墙间距能提高房屋的抗震能力。
(五)楼梯的设计
楼梯梯板要注意挠度的控制,梯梁要注意的是粱下净高要满足建筑的要求,梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一,局部不合适处可以采用折板楼梯。首段梯板的基础应注意基础的沉降问题,必要时应设梯梁。
(六)增加墙体面积,提高砂浆强度
历次震害表明,多层砖混房屋的抗震能力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比,提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力,是减轻震害的有效途径之一。
在6层砖混房屋的抗震验算中,上面几层的地震作用较小,容易满足抗震承载力的要求,而底部1层、2层两层特别是第1层的地震作用力较大,是薄弱层,往往不容易满足要求;但若改变部分墙体的承载面积或适当提高砂浆的强度等级,如将部分240mm宽的承重墙改为360 mm宽的墙,或将砂浆强度等级由M5提高到M10,则在抗震结果中屁示满足抗震要求。可见在进行6层砖混房屋的抗震验算时,适当增加底部1层~2层墙体面积或提高砂浆强度能有效地提高房屋的整体抗震能力。
(七)砌体房屋的总层数及总高度不应该超限值
楼盖重量占房屋总重的一半左右,房屋总高度相同时,多一层楼盖就意味着增加半层楼的侧向地震作用,同时加大对底部的倾覆力矩。在中、强地震作用下,因倾覆力矩过大,使得底部墙体产生过大的压力或剪力而被破坏。故减轻自重、减少层数、降低层高是削弱地震影响的有效途径之一。
结语
综上,多层砖混结构房屋可以通过建筑上的合理布局,结构上的构造措施等多种方法来弥补砌体房屋脆性材料在抗震方面的不足,从而满足抗震要求。要通过精心设计,精心施工减轻地震灾害,做到多遇地震时不坏,设防烈度地震后可修,罕遇地震时不倒,以最大限度地减少灾害给人类造成的损失。
参考文献
1 框架计算简图
无地下室的钢筋混凝土多层框架房屋,独立基础埋置较深,在-0.05m左右设有基础拉梁时,应将基础拉梁按层1输入。以某学生宿舍楼为例,该项目为3层钢筋混凝土框架结构,丙类建筑,建筑场地为Ⅱ类;层高3.3m,基础埋深4.0m基础高度0.8m,室内外高差0.45m.根据《抗震规范》第6.1.2条,在8度地震区该工程框架结构的抗震等级为二级。设计者按3层框架房屋计算,首层层高取3.35m,即假定框架房屋嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面;基础拉梁的断面和配筋按构造设计;基础按中心受压计算。显然,选取这样的计算简图是不妥当的。因为,第一,按构造设计的拉梁无法平衡柱脚弯矩;第二,《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.3.11条规定,框架结构底柱的高度应取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。工程设计经验表明,这样的框架结构宜按4层进行整体分析计算,即将基础拉梁层按层1输入,拉梁上如作用有荷载,应将荷载一并输入。
2 独立基础设计荷载取值
钢筋混凝土多层框架房屋多采用柱下独立基础,《抗震规范》(GB50011-2001)第4.2.1条指出,当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。这就是说,在8度地震区,大多数钢筋混凝土多层框架房屋可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。但这些房屋在基础设计时应考虑风荷载的影响。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中,必须输入风荷载,不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。
另一种情况是,在设计独立基础时,作用在基础顶面上的外荷载(柱脚内力设计值)只取轴力设计值和弯矩设计值,无剪力设计值,或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小,配筋偏少,影响基础本向和上部结构的安全。
3 基础拉梁设计
多层框架房屋基础埋深值大时,为了减速小底层柱的计算长度和底层的位移,可在±0.000以下适当位置设置基础拉梁,但不宜按构造要求设置,宜按框架梁进行设计,并按规范规定设置箍筋加密区。但就抗震而言,应采用短柱基础方案。
一般说来,当独立基础埋置不深,或者过去时置虽深但采用了短柱基础时,由于地基不良或柱子荷载差别较大,或根据抗震要求,可沿两个主轴方向设置构造基础拉梁。基础拉梁截面宽度可取柱中心距的1/20~1/30,高度可取柱中心距的1/12~1/18.构造基础拉梁的截面可取上述限值范围的下限,纵向受力钢筋可取所连接柱子的最大轴力设计值的10%作为拉力或压力来计算,当为构造配筋,除满足最小配筋率外,也不得小于上下各214,配筋不得小于8@200.当拉梁上作用有填充墙或楼梯柱等传来的荷载时,拉梁截面应适当加大,算出的配筋应和上述构造配筋叠加。构造基础拉梁顶标高通常与基础高或短柱顶标高相同。在这种情况下,基础可按偏心有受压基础设计。
当框架底层层高不大或者基础过去埋置不深时,有时要把基础拉梁设计得比较强大,以便用拉梁来平衡柱底弯矩。这时,拉梁正弯矩钢筋应全跨拉通,负弯矩钢筋至少应在1/2跨拉通。拉梁正负弯矩钢筋在框架柱内的锚固、拉梁箍筋的加密及有关抗震构造要求与上部框架梁完全相同。
此时拉梁宜设置在基础顶部,不宜设置在基础顶面之上,基础则可按中心受压设计。
4 基础拉梁层的计算模型
基础拉梁层无楼板,用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时,楼板厚度应取零,并定义弹性节点,用总刚分析方法进行分析计算。有时虽然楼板厚度取零,也定义弹性节点,但未采用总刚分析,程序分析时自动按刚性楼面假定进行计算,与实际情况不符。房屋平面不规则,要特别注意这一点。
5 如何科学进行结构设计
为了分析判断计算机计算结果是否合理,结构设计计算时,除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外,正确填写抗震设防烈度和场地类别,合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的。
现以空间有限元分析与设计程序SATWE为例,结合施工图审查中发现的问题,来说明有关参数如何合理选取。
结构的抗震等级
在工程设计中,多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑,如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等,其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《抗震规范》表6.1.2确定。而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑,首先,应当根据《建筑抗震设防分标准》(GB50223-95)确定其中哪些建筑属于乙类建筑(可能还有甲类建筑,本文不涉及)乙、丙类建筑,地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑,一般情况下,当抗震设防烈度为6~8度时,抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。
结构周期折减系数
框架结构及框架――抗震墙等结构,由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期,因此,算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的,但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取0.6~0.7;砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7~0.8;完全采用轻质墙体板材时,可取0.9.只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减。
框架梁、柱箍筋间距
《抗震规范》第6.3.3条及6.3.8条对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了了明确规定。根据这些规定,工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm,非加密区箍筋最大间距为200mm.电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm,并以此为依据计算出加密区箍筋面积,由设计人员要据规范确定箍筋直径和肢数。
但是,在程序内定的条件下,当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时,多数情况下,非加密区箍筋间距采用200mm会使梁的非加密区配箍不足,因此建议程序内定梁箍筋改为取梁的非加密区间距200mm.这样,既可保证梁非加密区的抗剪承载力,又可适当增加梁端箍筋加密区(箍筋间距为100mm)的抗剪能力,梁的强剪性能更能充分体现。当框架梁由于种种原因纵向钢筋超筋时,梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利。这也是为什么当梁端纵向受拉钢筋配筋率大2%时,规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大2mm的原因。
引言
多层框架结构是目前应用非常广泛的一种结构形式,尤其是钢筋混凝土多层框架结构,由于具有结构传力明确、结构灵活、整体性强、抗震能力强等诸多优点,得到了人们的广泛认可和使用。在进行多层框架结构设计时,虽然已经拥有大量的经验,但是还是有很多细节需要注意,下面本文就在多层框架结构房屋设计中应注意的若干问题进行简单探讨。
1独立基础设计荷载取值
通常我们所见到的钢筋混凝土多层框架房屋基本上都会采用柱下独立基础,根据《抗震规范》的要求,如果当地基主要受力层范围内不存在软弱粘性土层时,不超过8层且高度在25m以下的一般民用框架房屋或荷载相当的多层框架厂房,可不必进行地基和基础的抗震承载力验算。根据这个要求我们可以认为,钢筋混凝土多层框架的地基和基础的抗震承载力验算并非是必需的,只要是在8度地震区,则不必进行。不过在房屋设计时却不能忽略风荷载的影响。因此,在钢筋混凝土多层框架房屋的整体计算分析中,必须输入风荷载,不能因为在地震区高层建筑以外的一般建筑风荷载不起控制作用就不输入。另一种情况是,在设计独立基础时,作用在基础顶面上的外荷载(柱脚内力设计值)只取轴力设计值和弯矩设计值,无剪力设计值,或者甚至只取轴力设计值。以上两种情况都会导致基础设计尺寸偏小,配筋偏少,影响基础本身和上部结构的安全。
2基础拉梁的设计
基础拉梁是指一般框架结构中基础形式为独立柱基础,在基础与基础之间设置的梁,主要可以调整不均匀沉降,增加整体性。当多层框架房屋基础埋深较大时,可以在±0.000以下的合适的位置设置基础拉梁,以减小底层柱的计算长度以及底层位移。基础拉梁的设计可按照框架梁的要求,按照规范要求设置箍筋加密区。在震区的话适宜采用短柱基础方案。通常情况,若独立基础埋置深度较小,或者以前埋置较深且已经采用了短柱基础,但是当地基不良或者柱子荷载差异较大时,可设置构造基础拉梁,其方位为沿着两主轴方向。基础拉梁的截面尺寸为:宽、高分别为1/20~1/30,1/12~1/18倍柱中心距。而构造基础拉梁的截面的宽、高则可以可取其下限值,也就是1/30与1/18柱中心距离,纵向受力钢筋计算时则可以取其连接的柱子最大轴力设计值的十分之一,构造配筋的配筋率必须满足规范要求,同时,还要保证不得小于上下各2φ14,钢筋直径不得小于φ8mm,间距为200mm。当填充墙或者楼梯柱直接支撑于拉梁上时,则应该将拉梁的界面适当的增大,其配筋也应该适当的增加。若框架底层高度不高或者基础过去埋深不大时,可以利用拉梁平衡柱底弯矩,这时应该将基础拉梁的结构尺寸设计大点。此时,应正弯矩钢筋全跨拉通,而负弯矩钢筋至少应在半跨拉通。其余要求均与上部框架梁完全相同。
3框架结构带楼电梯小井筒
框架结构应尽量避免设置钢筋混凝土楼梯、电梯小井筒。因为井筒的存在会吸收较大的地震剪力,相应地减少框架结构承担的地震剪力,而且井筒下基础设计也比较困难,故这些井筒多采用砌体材料做填充墙形成隔墙。如果一定要设置小井筒的话,应该适当的减薄井筒的壁厚,并且可以通过竖缝,结构洞等方法将其刚度减弱。计算时,除按框架计算外,还应该按照带井筒的框架进行复核,并且将与井墙连接的柱子的配筋进行加强。另外,尤其要注意,出屋顶的楼电梯间与水箱间等结构物的承重结构必须采用框架梁结构,而不能采用砌体墙;雨篷等构件不能够从承重墙挑出,而是应该从承重梁上挑出;楼梯梁与夹层梁等不可以支承于填充墙上,而应该由承重柱来支承。
4结构计算中几个重要参数选取问题
《抗震规范》中明确指出,采用计算机计算出来的所有结果,都必须在经过对其合理性、有效性认真分析判断后才能适用于工程设计。一般,电算的结果主要包括结构的自振周期,楼层弹性层间位移、楼层地震剪力系数、楼层的弹塑性层间位移。楼层的侧向刚度比,振型参与质量系数,墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋,底层墙和柱底部截面的内力设计值。框架―抗震墙结构中抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。要想对电算结果的合理性有一个正确的判断,这就要求计算时必须选用正确的计算简图与合理的结构方案,还得分别将抗震设防烈度以及场地类别正确的输入,除此之外,还必须将电算程序中的其他参数准确合理的输入。
4.1结构的抗震等级的确定
在建筑工程设计中,按照抗震设防来分类,一般的民用住宅建筑、公寓、办公楼等,很多房屋建筑是属于丙类建筑。当我确定这些建筑的抗震等级时,通常是根据本地区的抗震设防烈度、结构类型以及建筑高度,来查《抗震规范》中的6.1.2表来确的。但是对于交通、电讯、消防、能源以及医疗类建筑,大型商场与体育场馆等公共建筑,首先,就应该确定其中哪些建筑物是乙类建筑。我们通常按照抗震设防烈度来计算乙、丙类建筑的地震作用。通常情况,乙类建筑,当抗震设防烈度在6~8度时,应该采取抗震措施。一般是在本地区的抗震设防烈度的基础上再增加一度,再查表来确定其抗震等级。若该乙类建筑处于7度地区,而其高度又超过规定的范围,此时,就应该采取更为有效的其他抗震措施。
4.2地震力的振型组合数
多层建筑结构,若不需要进行扭转耦联计算,其地震力的振型组合数不应小于3;若振型组合数大于3,则应该取3的倍数,但与小于建筑物的层数;若房屋层数少于3层,振型组合数就取层数。不规则的高层建筑,当需要考虑扭转耦联时,其振型数不应小于9。建筑结构层数比较多或者其刚度变化较大时,其振型组合数应越大,比如有转换、小塔楼等建筑,其振型组合数不应小于12,但是也不得多于3倍层数。我们一般可以采取振型参与质量为总质量的90%时所需要的振型数作为合适的振型数。在应用SATWE等程序进行电算时,便可以将这种参与质量的比值输入进去。但是,有些设计人员重视程度不够,往往比较随意的选取振型数,这是不行的。
另外,只有在建筑结构的扭转比较明显时,才采用耦联计算,若必要时还是需要补充非耦联计算。
4.3结构周期折减系数的确定
框架结构建筑结构中,因为存在填充墙,其实际刚度往往比计算刚度大。计算周期比实际周期大,因而,计算出来的地震剪力偏小,显得结构的安全性较差,所以应该对结构的计算周期进行适当的折减,但是折减系数不得过大。若框架结构采用砌体填充墙,则其计算周期折减系数为0.6~0.7;若采用轻质砌体或者砌体填充墙较少则可取0.7~0.8;当全部用轻质墙体板材时,折减系数为0.9。而只有无填充墙的纯框架,才可以不进行计算周期折减。
结束语
随着我国建筑行业的发展,钢筋混凝土多层框架结构由于具有结构传力明确、结构灵活、整体性强、抗震能力强等诸多优点,因此被广泛的应用于现代建筑中。虽然,其结构形式看上去比较简单,但是设计时若考虑不周全、不仔细就会出现这样或者那样的错误,给建筑工程的建设造成不良的影响,有些错误甚至会给建筑结构的安全造成影响,因此我们在进行设计时,必须针对以上问题逐一进行落实,确保建筑结构设计质量。
参考文献
[1]彭治.框架结构设计应注意的几个问题[J].科技创新导报,2009,(6).
中图分类号:TU318文献标识码: A
一、房屋结构设计的作用
对于房屋结构的设计,首先一点我们要知道,无论是一个民房还是一座高楼的最初的蓝图都是从一张画稿开始的,这张图稿不仅仅关乎的房子的好与坏,更关系到今后住户的生活质量。我们暂且不提自然灾害在当今的重要性,单纯从我们的住房质量上讲,我们就能不断的发现,有些房子是值得买的有些房子住着也不放心。当一个房子的地基设计的不牢固时那么就完全会影响整个房子的质量,只要有一点点的小地震就会致使房屋严重摇晃、有的甚至倒塌。房屋结构设计当然还包括房屋的各个环节的设计,有的设计师将楼梯设计的非常不合理就会导致人们上下楼梯的时候非常累。打个比方说同样是三层的楼,有的楼梯上的时候就不会太累,而有些就会累的人气喘吁吁。对于房屋设计中除了地基还有另一大方面,那就是房屋框架。近些年来我国的楼房都采用的是框架式盖房,然而框架与框架之间还是有本质区别的。面对楼房的越来越高层,就会使设计师们都过分的关注房屋框架的纵向设计而忽略了房屋框架的横向设计。再次提起房屋的防震功能,房屋框架的横向设计就可以增加房屋防震的功能。因此在面对地球情况不稳定的今天设计师们是否应对这方面对多加考虑呢?房屋的建设初期是都需要对施工地点进行勘探的,这样的勘探就是对房屋结构设计在设计师头脑中的一个空间的设计。这样的设计基本上就能够决定以后房屋设计出的成品的模样了,因此房屋结构设计师在对于施工地进行勘探的时候一定要进行周密的计划,不能将头脑中原有的想法强加于该地的设计中。然而当设计师在勘探的过程中发现这个地方是绝对不可以进行施工的时候一定要马上与房地产商协调并提出一些有建设性的问题,只有这样的工作才是对人们负责人的房屋结构设计工作者,也只有这样才能够将房屋结构真的设计成一个结实耐用的、对人们生命与财产负责认的楼房。注重外观新颖并不是错误的想法,然而太过分的注重外表而不注重实际也必然是一个失败的设计。从当前的社会情况来看,想要成为一个优秀的设计师并不是一个难事而这个社会也并不缺少一个专业的房屋结构设计师,然而为什么在如今的社会中我国房屋的安全还是不能够得到保证呢?首先从我国对房屋设计师的培训说起,我国房屋设计师应接受一个整体的具有系统的培训才能够上岗,如今我国应届设计学院毕业生非常的多,这也就导致一些公司为了节省一些雇佣费而雇佣一些没有任何设计经验的新手,然而并不是不让企业录用新人,而是企业应对全社会负责任,对于刚接手新案子的新人来讲他们首先应该度过一个严格培训的适应期,只有他们具备了丰富的社会经验后才能够采用上岗。
二、建筑结构设计中的常见问题及解决措施
(一)地基基础设计中的问题及解决措施
(1)桩基选择不合理
对桩基施工的可行性、成桩质量的可靠性及桩基施工对周围环境的影响等方面考虑不够充分,如一些高层建筑设计采用大直径钻孔灌注桩,桩尖需穿越6~8m的卵石层进入中风化岩1倍桩径。
对于这一问题,我们按照房屋建筑项目的实际施工条件,桩尖穿越较厚的卵石层十分困难,成孔质量也较难保证,根据附近相似地质条件的工程经验,以卵石层为持力层(无软弱下卧层),并在桩端进入卵石层一定深度后进行桩底注浆,同样能达到提高单桩承载力、减小桩基沉降的目的。
(2)单桩承载力计算有偏差
因成桩工艺不同,地基土对不同桩型的支承能力是不同的,即按规范经验公式计算单桩竖向承载力时,对于不同的桩型,各土层的极限侧阻力和极限端阻力是不同的。有的工程地质勘察报告仅提供了计算打入式预制桩的单桩承载力设计参数,而设计采用钻孔灌注桩,并直接引用地质报告中的设计参数,使计算的单桩承载力出现偏差。
为了解决这一问题,我们应考虑到:桩基设计时不能直接按经验公式计算单桩承载力或直接采用试桩提供的承载力数值,必须考虑上部未固结(或欠固结)土层在固结沉降过程中可能引起的桩侧负摩阻力的影响。因而在验算桩身承载力时,必须考虑施工工艺系数ψc。或桩身压曲的影响;对抗拔桩,不能仅计算桩身承载力,还必须进行桩身抗裂验算。
(三)框架柱配筋问题
房屋建筑结构设计中框架柱的配筋率一般都较低,而设计过程中电算结果所显示的又时常是构造配筋,在实际设计工作中参考意义不大。在地震作用下,地震框架柱均会受到一定的危害,其中又以角柱所受的扭转剪力最大,此外,角柱所受的双向弯矩作用较大,而横梁在工作状态中又多为双向偏心受力状态,能够发挥的约束作用有限,就造成角柱受震害威胁较大。
为了解决这一问题,我们在设计过程中应选择最不利的情况进行框架计算,在具体设计过程中计算配筋时应注意以下几个问题:1)由于角柱和边柱会在地震作用下产生偏心受拉,因而在实际设计中,柱内纵筋的纵截面面积应较电算结果大25%左右;2)框架柱的配筋应相对于计算结果适当扩大一些,框架柱、角柱、边柱和中柱一般相计算值分别放大1.2到1.6,1.4、1.3、1.2倍左右;3)为了提升框架柱的箍筋对混凝土的约束能力,应采取井字形或者菱形的箍筋形式;4)当柱的纵向钢筋总配筋高于3%时一般采用直径大于28mm,并焊接固定;5)由于房屋结构设计中,配筋率电算过程通常未将地基的沉降和温度应力对配筋产生的影响考虑在内,因而实际设计时,应考虑到这些因素并适当放大框架柱配筋。
(四)楼板刚度不够
在一些建筑结构设计中由于在建筑基本的机构布置或者是结构观念缺乏相关措施的时候,就需要进行楼板变形计算程序,虽然楼板变形计算程序从数学力学模型方面来讲是成立的,而且在计算中的准确度也是很高的,但是在实际的应用中计算楼板变形程度还是有一定的困难,这样就造成在楼板变形计算中的计算结果缺乏准确性。
在建筑结构设计中为了楼板变形计算结构与实际的受力情况相一致,在设计中要将楼层设计为刚性楼面。所以在楼面设计方案的阶段就要避免采用一些楼层大开洞、外伸翼块太长等楼面出现变形的平面。在刚性楼面的设计中要选择合适的结构布置,同时要保证楼面结构中的配筋数量要合适。在楼面刚度设计的过程中需要注意,如果建筑本身的原因的影响,导致楼面的不符合刚性楼板的要求,在设计的过程中可以通过提高联系梁板或者是采用斜向配筋等方法使楼面平面满足刚性楼板的假定,这样才能保持楼板变形程序计算结果与建筑结构的真实受压情况相一致。
(五)房屋结构设计中悬挑梁的梁高不足
在建筑挑梁的设计中,往往设计者只重视对梁的倾覆和强度进行计算,但是对梁挠度的计算往往没有足够的重视,一般比较常见的是对梁高的选用过小,这样就会引起梁截面受压区的应力较大,在使用中梁截面就会产生变化,梁挠度也会不断加大,导致梁板中裂缝的出现,而且梁高过小也会使得梁的延性减小,在受到竖向的地震时就容易遭受破坏。
在常规的建筑结构设计中可以按照相关手册上的计算方法进行梁板的跨度计算,但是在一些特殊的结构设计中要根据实际的需要进行跨度计算,在扁梁结构中,如果梁高与板厚差不多的时候,应该将跨度计算长度取到梁中心,选取梁厚和梁中心的弯矩,取最大配筋值,这样的建筑结构设计中跨度计算结果才是比较准确的。
(六)房屋结构设计中应注意的其它问题
随着多层建筑的增加,现代房屋结构设计中,采用框架结构的项目越来越多,除了上文中所提到的常见设计问题外,框架结构设计中还应注意以下几个问题:
首先,在框架结构设计过程中,高低跨之间不应采用主楼设牛腿、地层屋面和阁楼梯梁搁在牛腿上的做法,也尽量避免用牛腿托梁的方式作为防震缝。这是由于在建筑物各个单元之间,尤其是高层和地层之间的受震害情况各有不同,如果采取以上设计方法很容易造成连接处拉断、压碎,严重威胁房屋建筑的稳定性和安全性。因而,凡是房屋建筑设计中需要设缝,就应确保缝分的彻底,而不需要设缝的情况下,就应使其紧密连接,要绝对避免分的不彻底或连接不紧密的情况,否则很容易受震害破坏。
其次,由于一些房屋建筑结构稳定性或动能上的需要,有时需要框架梁外挑,
且梁下需设置钢筋混凝土柱,这种设计中需要对混凝土柱的内力和配筋进行计算。而计算过程中许多设计人员对这种混凝土柱的了解不够成分,将其作为构造柱进行设计和配筋计算,同时也为按合理的方式对悬臂梁的配筋进行计算,这样一来极容易造成悬梁臂和混凝土柱的荷载力和承载力不足,严重威胁房屋建筑的结构安全。对此,在房屋框架架构整体计算中,应将这种混凝土柱视为受压构件,将其作为竖向构件进行整体分析,将柱与梁端交接部位视为框架梁、柱节点,并将悬梁臂两端的协调变形纳入设计考虑范围内。
结语
建筑结构设计就是建筑结构设计人员对所要施工的建筑的表达,本文针对建筑结构设计中需要注意的问题进行探讨,希望对结构设计者在进行具体建筑设计中,能够具备扎实的理论知识,再加上灵活创新的思维和严肃、认真、负责的工作态度,保证设计工作高质量的完成,为房屋建筑质量提供保障。
参考文献
合理的结构设计不仅对建设项目节省投资、缩短工期、提高经济效益起着方向盘的作用,同时也为设计者本身提高了信誉、积累了财富。因此,设计图纸质量的优劣直接影响到工程建设,这就要求我们在工作中认真再认真、仔细再仔细。以下为自己学习规范、规程并根据多年设计工程项目顺利通过施工图设计审查的经验,总结了房屋结构设计中容易被忽视但应引起注意的几个问题,在此与同仁共勉,不足之处请多多批评指正。
1、柱下钢筋混凝土独立基础
在基础设计中,柱下独立基础被广泛运用到各类工程当中,其抗剪强度验算不易引起重视而出错,直接影响工程的结构安全。GB50007 2002 建筑地基基础设计规范中,未对柱下独立基础要求进行抗剪强度验算,只规定了要验算基础交接处和基础变阶处的受冲切承载力,一般多层房屋基础经过软件JCCAD 校核,多能满足规定。但《建筑地基基础设计规范》第8. 1. 2 条中注4同时规定:“基础底面处的平均压力值超过300 kPa 的混凝土基础,尚应进行抗剪验算。”而高层房屋的独立基础坐在基岩上时,其基础底面处的平均压力远远超过此值,必须进行抗剪强度验算。
2、条形基础混凝土强度等级
依据GB 50068 2001 建筑结构可靠度设计统一标准第1. 0. 5条规定,普通房屋的结构设计使用年限为50 年。GB 50010 2002 混凝土结构设计规范第3. 4. 2 条规定,一类、二类、三类使用环境下,设计年限为50 年的房屋结构最低混凝土强度等级为C20 。目前,条形混凝土基础仍然是多层砌体结构房屋常用的基础形式,但不少设计人员(包括青海省地方通用图集青02G03) 图纸中条形基础垫层混凝土强度等级设计为C15 ,不符合规范规定,建议慎重对待。
3、多层与高层房屋在结构设计中的区别
多层房屋由于其高度一般不大,受水平力影响较小,主要承受竖向荷载的作用,多选用砌体结构体系或框架结构体系。而高层房屋主要承受水平荷载的作用,多选用侧向刚度较大、抗侧移性能较好的框架—剪力墙结构或剪力墙结构体系。就执行和遵守的规范类别而言,多层房屋应执行GB 50011 2001 建筑抗震设计规范(2008 年版) ,高层房屋应执行J GJ 3 2002 高层建筑混凝土结构技术规程。
4、结构平面图中偏梁的轴线定位
一般情况下,房屋中间梁的中心线与轴线相重合,而边梁、楼梯间横向梁和卫生间隔墙下梁等由于考虑建筑造型和使用功能的需要,都会有意将梁外皮与墙(或柱) 外皮取平,则会出现偏梁问题。结构平面图或梁配筋大样图中往往未标明其偏移的定位尺寸或轴线号,有些施工人员不能完全领会设计意图,到主体结构完工时,才发现存在失误,造成损失或纠纷,我们设计应引以为戒。
5、悬挑梁
1)由于使用功能的要求或地形限制等原因,悬挑梁结构形式很常见。一般梁内承受的荷载通常大于梁外挑部分,所以梁内与外挑梁截面尺寸会有差异,设计人员常将梁内的上层主筋向挑梁延伸了事,殊不知两侧的主筋根本无法伸进挑梁内。等到钢筋工绑扎钢筋时才暴露出问题,这时许多钢筋已截断成型,不仅影响了施工,还造成了经济损失。2) 在平常施工过程中,普通梁箍筋的接口位置一般都在梁上部两角交替绑扎,对于悬挑梁箍筋的接口位置,规范和相关构造图集并没有明确规定,仅要求悬挑梁箍筋一般都通长加密、弯钩不小于135°、弯钩平直段长度不小于10 d。箍筋约束纵筋通过和混凝土相互之间的粘结、摩阻、咬合等形式共同联合抵抗外力。箍筋的接口是一个封闭箍筋的薄弱部位, 它主要是混凝土本身提供的抗剪强度不足时,才增设的帮助抵抗剪力的横向钢筋。在施工中,箍筋的制作绑扎不规范,会消弱箍筋对构件的混凝土和纵向钢筋的约束作用。悬挑梁构件主要为上部受拉下部受压,将箍筋的接口位置放在构件的底部受压区,相应可以弥补这方面的不足,箍筋接口在受压区由于受到混凝土对它施加的压力,其锚固作用显然比受拉区有利得多,所以,悬挑梁箍筋的接口一般宜设在梁底部交替施工。
6、结构设计软件的运用
在房屋结构设计中,天正、PKPM 等已成为应用最广泛的软件,它们把结构工程师从繁琐的手算、手工绘图中解放出来,使设计人员有更多的精力进行模型比较、创新设计,极大地提高了结构设计的效率,加快了我国建筑工程的发展。但同时,结构计算软件的普及在使用中也带来了一定的负面问题。1)许多设计人员对设计软件产生了严重的依赖性,甚至形成了一种错误的认识,认为有无力学、材料、结构专业知识无所谓,只要会掌握软件、懂得电脑操作,不加分析照搬从前的工程设计经验,进行大量的习惯性、传统的结构设计,对计算机结果明显有不合理的地方不能及时发现,使得许多房屋结构留下安全隐患。2)先进方便的软件,建立正确的模型,设置合理的计算参数,就有了电算结果。对计算结果是否正确合理,我们应进行认真的综合判断分析。GB50010 2002 混凝土结构设计规范第5. 1. 6 条规定:对电算结果,应经判断和校核;在确认其合理有效后,方可用于工程设计。J GJ 3 2002 高层建筑混凝土结构技术规程第5. 1. 16 条规定:对结构分析软件的计算结果,应进行分析判断,确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。同时,GB 50011 2001 建筑抗震设计规范(2008 年版第3. 6. 6-3 条规定:复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时,应采用不少于两个的不同力学模型,并对其计算结果进行分析比较。这就要求我们在遇到平面造型及建筑方案要求而造成平面很不规则的情况,在设计时一般用以SATWE(空间有限元)计算为主,TAT(三维空间杆件)、PMSAP(整体通用有限元)等软件计算为辅的模式,对结构计算进行综合分析。程序只能起到设计工具的作用,不能代替设计。
良好的房屋设计是房屋抗震的基础和关键,结构工程师要协调好建筑设计与结构抗震的关系,房屋设计力求简单、对称,质量和刚度变化均匀;要力求结构体系明确、传力途径简捷、刚度和强度分布合理,薄弱部位要进行强化设计;构件要具有一定的强度和变形能力或延性,并具有可靠的连接;支撑系统稳定;非结构构件要设置合理;并应考虑当地的建筑习惯做法,熟悉当地建筑材料的货源情况、造价。
7、结束语
房屋结构设计是一门专业性很强的学科,我们只有不断提高业务素质和技术水平,重视设计中存在的相关问题,特别是容易被忽略的地方,不断积累设计经验,优化设计,发挥主动性创新精神,培养竞争意识,才能适应技术进步和变化,使我们设计的房屋成为施工方便、同行夸赞、业主满意的安全结构,对此,我们任重而道远。
中图分类号:S611文献标识码: A
一、砌体结构概述
在民用建筑中,砌体是传统的制作墙体的材料,在县级城市或部分城镇中的应用非常广泛。房屋建筑中多层的砌体结构占的比例非常高,这些建筑物的主体就是砌体。砌体结构相较于钢筋混凝土而言强度较低,属于脆性结构且自重较大,抗剪与抗位强度都比较差,一旦发生强烈地震,砌体结构常会造成脆性剪切破坏,使房屋建筑容易发生坍塌或造成较大破坏。
二、砌体结构设计中存在的主要问题
在目前的房屋建筑砌体结构设计中存在诸多问题,导致该结构在抗震性能上较弱。综合看来,砌体结构设计中存在的主要问题有以下几个方面:
1、在房屋建筑的砌体结构设计中,常会有建筑的房屋超层或超高的现象发生,尤其当建筑的底层是住宅与商铺结合形式的房屋建筑,建筑物的高度通常会超出房屋建筑的限定值。
2、在“综合楼”的房屋砌体建筑中,建筑物的顶层或底层设计的结构体系通常较为混杂,如出于建立部分较大空间的需求,在房屋建筑的顶层局部或整个底部利用钢筋砼内框架结构,或者对圈梁与构造柱的局部进行扩大作为框架结构。
3、在房屋砌体结构中,有时为制作宽阔的客厅,设计大开闸或制作大门洞,有时门洞间墙的宽度只有0.24m,或者对阳台进行改造,使之成为悬挑长超过2m的大悬挑以实现客厅面积的进一步延伸。当局部的尺寸与需要不相符时,房屋建筑砌体结构设计中常缺乏相应的加强措施,或者将构造柱的配筋及截面扩大,对砖墙肢加以不合理的取代;另外,还有些建筑中由于场地的原因或者出于建筑造型的考虑,平面的布置较为复杂,或者横墙与纵墙在平面布置中不能严格对齐,在垂直方向上墙体的布置从上至下不连贯等各种情况。
三、砌体房屋抗震设计的原则和方法
建筑平面与立面布置、结构选型、抗震计算、构造措施、施工质量都是影响砌体房屋抗震性能的重要因素。所以抗震设计的主要内容有以下几点。
1、建筑平面与立面布置
房屋平面布置对称、规则:避免墙体局部突出或凹进;尽量避免开间尺寸较大的房间布置在整体的两端;建筑物的刚度中心和质量中心应该尽量接近。
房屋立面布置规则:由于建筑物墙体破坏主要是剪力破坏且下层破坏比上层破坏严重,因此,建筑物的刚度和质量分布应沿着竖直方向由下至上依次变小,且均匀变化;避免局部突出;楼层不宜错层。
楼梯间布置规则:不宜布置在房屋端部的第一开间和转角处;不宜突出和开设大窗口,以免切断楼层圈梁;特别注意顶层墙体的稳定性。
2、结构选型
1)承重方案的选择
砌体房屋设计时应优先选择横墙承重或者纵横墙承重。纵横墙的布置应均匀对称、沿平面对齐、沿竖向连续。窗间墙在同一轴线上应均匀。在建筑物的同一独立单元内宜使用相同的结构材料。
2)设置防震缝
规范要求在房屋的里面高差大于6m,房屋有错层且楼板高差较大,各部分刚度和质量不同时应设置防震缝。
防震缝应沿房屋全高设置,基础可不设置,且在防震缝两边应设置抗震墙。按照抗震烈度不同,砌体房屋的防震缝宽度可设为50mm―100mm。
四、砌体房屋抗震计算分析
首先要确定砌体结构房屋的计算简图才能进行准确的抗震计算,而确定计算简图要考虑以下几点:
第一,将地震的水平作用在房屋的两个主轴方向上分别进行抗震验算;第二,地震作用下结构的变形为剪切型;第三,房屋的各层楼盖水平刚度无限大,只做平移运动,所以各抗侧力件在同一楼层标高处侧移相同。
对地震作用进行抗震验算时应该以防震缝所划分的结构单元为计算单元;计算单元中各楼层的集中质点应设在楼、屋盖标高处,各楼层的重力荷载应包括楼、屋盖重力荷载及其上下墙体各半层的重力荷载。
对附属构建进行抗震设计及验算时的注意事项:
《建筑抗震设计规范》中明确要求房屋的结构选型不应出现刚度和强度的突变。然而突出屋面的结构显然存在突变,其抗震设计应采取可靠措施。比如:计算分析时,采用底部剪力法时,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等结构的地震作用效应应乘以增大系数3,采用振型分解法时,突出屋面构件可作为质点进行计算,根据计算结果采取加强构造措施。
五、砌体房屋设计中常用的抗震构造措施
在砌体房屋抗震设计中经常用的构造措施一般有设置钢筋混凝土构造柱、钢筋混凝土圈梁、墙体间进行拉结和保证楼(屋)盖与墙柱之间连接几种方式。
1、钢筋混凝土构造柱
钢筋混凝土构造柱的作用有:提高墙体的抗剪承载力,加强结构的整体性,约束墙体变形,防止墙体倒塌,提高无筋砌体延性。
2、钢筋混凝土圈梁
钢筋混凝土圈梁的抗震作用有:加强纵横墙之间的连接,加强房屋的整体性和刚度;限制墙体平面外的变形;与构造柱整体现浇,共同发挥约束作用。 在房屋建筑的多层砌体结构中,圈梁对于地震灾害的抵抗非常有效,而且相对来说较为经济方便,有助于房屋建筑整体抗震性能的提升。在砌体结构中,圈梁的使用对纵横墙和楼盖有较强的约束作用,使二者形成箱形的整体结构,能够制约预制板使之难以发生散落,极大的降低了砌体结构平面发生倒塌的几率,使各片墙体的抗震作用得以完全发挥。构造柱和圈梁可以在垂直方向上对墙体形成有力的约束,使墙体即使出现裂缝也无法向四周扩展,从而加强了墙体的变形能力与整体性能,将其抗剪性能大幅提升。在地震灾害发生时,圈梁的设置可以使地基因为地震作用产生的地表裂缝及不均匀沉陷给建筑带来的影响大为降低,尤其是在基础顶面和屋盖之间的圈梁,可以使建筑物在垂直方向的刚度及对不均匀沉陷的抵抗能力大幅度增强。
4、楼(屋)盖梁板与墙柱之间连接
1)现浇钢筋混凝土楼、屋面板伸入墙体长度应大于120mm;
2)装配式钢筋混凝土楼、屋面板,若圈梁与板标高不同,板端部伸入外墙长度应大于120mm,伸入内墙长度应大于100mm,在梁上应大于800mm。
3)预制钢筋混凝土板跨度大于4.8m且与外墙同向时,靠外墙的预制板应与墙体或圈梁拉结。
4)梁与砖柱连接时不能减小砖柱的横截面;独立的砖柱应在上下都有可靠连接。
5、提高砌体结构房屋的整体性及刚度
房屋建筑这的结构体系主要是由楼盖与纵向及横向的承重构件共同组成,具有一定的空间刚度,建筑物整体的稳定性和空间的整体刚度对房屋建筑的抗震能力有决定性作用。各抗侧力构件在各自的侧移刚度上将地震作用进行合理分配的实现依赖于具有较强刚性的楼盖结构。现浇的钢筋混凝土材质的楼板和屋盖本身的整体性良好,在水平方向上具有较大的刚度,可以对荷载作用进行优良的传递,这些优点决定了它是抗震构件的最佳选择。这一构件不仅可以将预制板的散落及滑移问题加以解决,同时还可以使楼板具有更大的刚度,也使在平面上对于墙体对齐的要求不再那么严格。
6、将墙体面积与砂浆强度合理的增加
多次地震灾害已经表明在多层砌体结构的建筑中,其抗震能力的强弱和砂浆的强度及墙体的面积有直接的关系,而且与二者的高低呈现正比相关。因此,将墙体的面积进行合理的增加,并将砂浆的强度级别加以适当的提高,可以极大的将建筑的抗震性能提升,有效的减轻地震灾害所带来的危害。如对六层的砌体结构房屋进行抗震验算时,通常情况下上部几层结构受到的地震作用相对较小,很容易就可以实现房屋对于抗震承载能力的相关要求,然而底部的一至两层,尤其是最下面一层,承受的地震作用极大,是地震中的薄弱层,很难满足抗震性能的要求。这时,可以将部分墙体荷载的面积加以改变,或将该处所用的砂浆强度级别适当提升,就可以很容易满足相关要求。
结束语:
目前砌体结构多应用于多层房屋,且在城乡建设中占有很足的分量,关系到人民群众的各个方面,是人民群众生产生活的主要场所。在设计时,设计人员必须重视看似简单的结构抗震计算。出了严格执行图集规范上的要求外,还应对规范未涉及的一些问题给予重视。提高砌体房屋抗震设计质量,降低地震对砌体房屋的破坏程度,对保护广大人民群众生命财产安全又至关重要的作用。
参考文献:
[1]伍世添.浅谈砌体房屋抗震结构设计[J].广东建材,2011,27(7):56-58.
2房屋建筑结构设计中的节能措施
2.1大力发展节能材料
整个房屋建筑过程中都离不开建筑材料,所以建筑材料在节能环保设计上有着重大作用。选取合理的节能材料,不仅要注意节能,还要经济、高效。目前随着科技的快速发展,形形的节能材料被研发出来,设计人员可以根据房屋设计的具体情况,选择合适的、高效的节能材料,还可以选取一些常见的地方性材料。比如传统管道是金属材质,在用作水管道材料时,就容易发生结垢、渗漏、腐蚀、生锈等问题,此时使用优质塑料管就可以解决这一问题,不仅减少损耗,还不会产生二次污染,这种绿色管材既省能耗又环保,有着很好的节能效果。硅酸盐砖、烧结空心砖和烧结多孔砖、建筑砌块、建筑板材、玻璃棉制品等都是国家提倡优先使用的节能材料。硅酸盐砖主要原料是钙质材料和硅质材料,通过一定量的石膏等,经过搅拌、压制、养护等工艺而成,非烧结硅酸盐砖有蒸压灰砂砖、矿渣砖、煤渣砖、煤粉灰砖等,其中在建筑材料中广泛应用的是蒸压灰渣砖。烧结多孔砖和烧结空心砖,它们都是以黏土、页岩为原料,砂浆用量少,节能性好,保温性也不错,主要用于非承重部位。建筑砌块的自重轻,生产不用土,施工节省砂浆,造成的能耗也比较低,经常用于地基和抗震处理。建筑板材如GRC空心条板重量轻、强度高、耐水性好、抗冲击、隔音效果好,所以经常用于公用或住宅建筑的墙体。玻璃棉制品热导率小、耐腐蚀、隔热保温、隔振性能好,通常用于隔热和建筑保温的部位。
2.2将建筑结构设计与外部环境相结合
在分析建筑四周的环境及气候的条件基础上进行建筑的整体结构设计,选址、规划、建设这几个步骤都不能马虎。针对不同的地域设计结构不同的建筑,包括建筑朝向、建筑体型、建筑组合等方面。了解好其外部环境,根据当地的地质和水文等条件,改善建筑周围的小气候。比如对房屋选完确切地址后,可以建造一些人造湖、加大绿化,这种人性化的设计不仅能降低噪声、美化环境,还可以净化空气,将房屋建筑与外部环境相结合。建筑结构设计者追求的目标就是在考虑历史文化、城市规划、成本、节能环保的多种因素的情况下,选择最合适的房屋建筑结构设计方案。
2.3房屋建筑的内部结构设计
1)门窗的节能设计。门窗的保温性与气密性是房屋建筑中的重点,在传统设计中,通常使用单玻实腹钢窗,而它的气密性和保温性能都比较差,针对这种情况,目前我国对门窗保温做出了明确规定,比如要加强阳台和窗户的保温,改善门窗保温效果,降低门窗的传热系数等。因此一些弹性密封条就成了很好的节能材料。比如在窗户门框边沿都抹上密封膏,在门框与窗户之间使用一些泡沫、橡胶密封条,在扇与玻璃之间可以使用一些弹性压条来处理等等。当窗子使用的是金属窗或者钢塑复合窗时,可以利用镀膜玻璃、空玻璃等,避免其产生冷热板桥,降低辐射。并且在设计保温的同时,还要注意防火防盗,可以在门内空腹处添加岩棉板或者聚苯乙烯板,增加它的绝热性能。这些措施都可以使门窗节能性得以提高。2)屋顶的节能设计。根据需要,可以设计保温隔热屋面或者采取坡度屋顶,加强室内保温,达到节能环保。并且可以在屋顶放置太阳能热水器,使屋内的一些其他太阳能设备都能够正常使用,节约煤、电,推广太阳能,将会是房屋结构节能设计的一个重要关键点。3)墙体和绿化设计。墙体设计不仅要起到隔热、隔音、防潮、保温等作用,还要利用建设过程中的特殊构造,比如在两侧墙上设计挡风墙,使其形成喇叭形状,使风自然而然吹到阳台人家处,有效地控制通风。在周围也可以制作绿化带,不仅有效防止噪声,还可以阻挡太阳辐射,减弱其他相邻物反射过来的热量,对周围建筑环境起到一定的保护作用,减少能源消耗,并且使生态结构更加平衡。
1 我国房屋设计的现状
1.1 错层不合理
错层在一些情况下是一种行之有效的处理手法,但是错层住宅也存在一些弊端,如果不分对象不分场合地滥用,那就欠妥当,以下两种情况就不适合采用错层:
1.1.1 小面积户型不应采用错层式。有的住宅,面积不大,为了做出错层,免不了踏步的设置,而踏步却占了一定的面积,这不但减少了使用面积,而且由于踏步的空间分界作用使房屋空间显得小气。
1.1.2 在地震区避免采用错层式。根据抗震规范要求,在建筑物的整体布置上,应尽量保持体形上的对称和简单,质量和刚度的对称和均匀分布,避免平面上和立面上的突然变化和不规则的形状。
1.2 跃层泛滥
在多层、高层住宅中,国内近几年比较喜欢设计跃层式住宅,跃层式住宅一般是在独户式一层住宅中采用,在户内设置楼梯为垂直交通。一般每户在同层内布置房间,完全可以满足使用功能的要求。
1.3 厨、卫不协调
厨卫管线布置缺乏协调。由于目前国家在厨、卫管线布局等方面没有严格的统一标准,造成各工种各自为政,各种管道的配置任意性大,各专业过分强调本身的特点,而不是服从使用功能,考虑放置设备及装修的要求。特别是煤气管任意穿行厨房,造成厨房布置橱柜困难。
1.4 外观“欧风”
一些地区住宅外观欧式成风,造成这种现象的原因主要有两点:(1)抄袭成风,住宅设计存在“克隆”,当前的住宅设计是“大城市克隆外国、小城市克隆大城市,村镇克隆城市”,不考虑“因地制宜”,不讲是否适用,不顾及经济条件,不追求个性特色。(2)包装重于功能,把过多的精力放在追求造型的时髦、新潮上,而忽视住宅使用功能的完善和提高。
2 房屋建筑设计中的常见问题
2.1 有的设计建筑住宅达不到采光标准的规定。
2.2 不能满足使用功能要求或使用不便,常见的是在住宅设计中,厨房及卫生间没有直接采光和自然通风;客厅朝向不好;无直接采光,而且开门洞口过多,交叉干扰大,使用十分不便。
2.3 建筑物长度过长,超过温度变形的允许长度,未设伸缩缝,导致建筑物的墙体产生裂缝。
2.4 在公共建筑的设计中,未考虑残疾坡道及专用卫生间。
2.5 建筑物的台阶、平台、窗井,地下建筑及建筑基础,除基地内连接城市管线以外的其它地下管线突人道路红线。
2.6 通道高度不够,特别是楼梯底、粱底高度不够,住宅楼梯扶手、阳台、外廊、室内回廊、上人屋面、室外防护栏杆高度不够,放置花盆处未采取防坠措施,外窗窗台距楼面、地板的净高低于 0.9m 时,未设防护设施,容易发生事故。
2.7 安全出入口和疏散楼梯的数量、疏散、防火门开启门方向、大房间和地下室的出口设置不够,未能严格执行防火规范的规定。
2.8 住宅设计有的卫生间门直接开向起居室(厅)或厨房,卫生间直接布置在下层住户的卧室、起居室和厨房的上层。
2.9 有的设计消防通道洞口的高、宽不符合规范要求。供消防车取水的天然水源和消防水池未设消防车道,高层建筑的周围未按规定设置环型防车道。汽车库、修车库贴邻近其它建筑物时,没有采用防火墙隔开。
2.10 无直接采光的餐厅、过厅等,其使用面积大于10㎡。
2.11 在建筑设计的说明中未能注明外门窗保温性能和气密性能的级别要求。
3 房屋建筑结构设计中的注意事项及主要问题
3.1 房屋建筑结构设计中的注意事项
3.1.1 地基结构设计中应注意的问题。地基是房屋建筑最根本的环节,也是结构设计的基础部分。地质因素是地基结构设计首先要考虑的条件,水文条件、房屋建筑的承载力情况以及地区抗震烈度等因素都要被结构设计综合考量。在认真比对的基础上,设计出合理经济的基础形式。
3.1.2 承重墙结构设计中应注意的问题。在理论上,承重墙越多的房屋建筑,该建筑的安全质量就越好。但是,过多的承重墙应用不符合结构设计中美观大方的原则。结构设计者要在保证房屋建筑质量的安全性的基础上,尽可能的减少承重墙的设计,对于不可取代的承重墙,
要提高其抗剪强度,选用强度等级高的承重墙建筑材料,提升承重墙抗压、抗震能力。
3.2 房屋建筑结构设计中的主要问题
当前房屋建筑结构设计中的常见问题主要有,桩间距过小,桩身钢筋笼长度不足,承重砖基础采用多孔砖砌筑,房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值。桩间距过小,不满足规范对桩的最小中心距的规定,特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被设计人员忽视,这直接影响了试桩结果的正确性。桩身钢筋笼长度不足,对挤土灌注桩,桩身钢筋笼长度没有穿越软弱土层的层底深度,不能满足桩基规范。承重砖基础采用多孔砖砌筑,是根据多孔砖墙体结构构造,地面以下或室内防潮层以下的基础不得采用多孔砖砌筑。房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值,就现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。
4 房屋建筑设计的对策
针对房屋住宅建筑存在的问题,根据实践经验房屋住宅建筑设计采用如下的方法,可使住宅建筑更适合于居住。
4.1 平面布局面应因地制宜
居住者层次不同,审美意向和价值取向不同,家庭结构各异,对住宅要求就不同;同一居住者不同时期对空间的使用也有不同的要求与选择,因此,在住宅建筑设计时,除了提供丰富多样的套型平面外,同时也要求住宅的平面布局能适应这种变异性和差异性。“部分灵活”的单元大开间,虽有固定的厨房、卫生间、入口和单元的形状,但可划分成不同的平面布局,满足不同层次的需要。
4.2 厨、卫应合理布局
厨房是家务劳动集中的地方,是否适用不仅取决于有一定的使用面积,而且也取决于形状和尺寸是否适合布置设备及操作。根据洗、切、烧的操作过程,厨房的台面呈 l 型及 h 型柜式布置较合理,并要求有足够长的台面能置放电饭煲、微波炉等家电。卫生间应随套型面积的扩大也相应增加,一般卫生间有浴缸、蹲便器或马桶、洗脸盆等。盥洗室分设后,上部空间可设吊柜,也可与厨房入口结合,留出一个完整的墙面作为用餐空间。
4.3 室内外环境要协调一致
人们在生理上的需求得到满足以后,心理需求就变得愈加重要,如居住房间的领域感、安全感、私密感;居住环境的艺术性、情感性等。室外环境设计是提高居住环境质量的另一个重要方面,一个好的外部环境:①要有一个好的总平面布局,在总图设计时尽量避免外部空间的呆板,努力创造一个活泼、新颖、生动有机的室外空间;②环境设计,多考虑一些人际关系、邻里交往的需要,设置必要的公共活动所和交往空间。在绿化设计时,应根据树的不同科目、不同形状、不同色彩、不同的季节变化进行有效搭配,以致增加绿化的层次感:用水石、绿地、铺地来划分地面,配置雕塑,布置桌椅,使绿地真正融入人们的生活,促进人与大自然的和谐。
5 结束语
我国房屋建设设计中仍有诸多问题,需要我们革新设计理念,制定出合理且满足人们居住需求的设计类型。同时更为重要的是相关部门应该出台有效的设计规范,有力的规范建筑行业在房屋设计中的行为。
参考文献:
[1]黄桂文,黄涛.住宅建筑结构设计常见质量问题分析[j].硅谷,2012,(09).
Abstract: this paper in the design of building structures and the analysis of existing problems, and to building structural design problems should be paid attention to talk about some experiences.
Keywords: housing structure, design, problem
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
房屋工程的结构设计工作不仅直接关系到建设单位的经济效益,同时也密切的关系到广大人民群众的切身利益,完整细致的设计工作不仅能给施工单位提供实际的经济效益,更能给建设单位创造良好的品牌优势,因此在设计过程中,因对建筑物重点区域的结构设计加以详细的注意,已达到设计工作的质量要求。本文就房屋结构设计中存在的问题进行分析,并对房屋结构设计应注意的问题谈一些体会。
一、房屋结构设计中存在的问题
1、结构设计与工艺设计不相协调
房屋结构设计首先要满足工艺设计要求。工艺人员在进行工艺布置时,常与结构设计发生冲突矛盾。例如,需开洞的位置结构本应是框架梁,设备应沿梁布置,却安排在了跨中,这就与工艺设计发生了冲突,既不符合设计要求,也不利工业生产进行,同时也存在安全隐患。另外,荷载分配也不合理。建议在设计方案阶段,结构施工设计结合工艺布置要求来进行,以求结构设计合理、经济,并符合安全指标。
2、防火设计问题比较突出
一些设计人员对防火规范、规定不熟悉,对建筑物分类有错误,导致在设计中对防火标准执行有误,消防处理不当,存在许多安全隐患;一些重要场所的安全疏散出口、疏散门开启方向不正确,影响安全疏散;有些设计中的防火分区面积过大,防火间距过长,设计存在随意性;有些消防设施设计不合理、不配套,建筑物一旦失火,消防设施将不能有效发挥作用。
3、部分结构设计不合理
如《建筑抗震设计规范》第7.1.8条(强制性条文)规定“底部框架-抗震墙结构,上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐”。有些设计把底层设计成大空间,抗震墙很少,上部砌体抗震墙大部分与底部的框架梁或抗震墙不对齐,造成结构体系不合理,传力不明确;有些设计中抗震分类、场地类别选用错误,导致整个结构设计错误。一些混凝土构件,特别是悬挑构件的最小配筋率达不到要求,有的相差一半,有的甚至一半都达不到;有些设计中荷载取值没有按规范要求来确定,存在漏算错算现象;有些结构设计与提供的计算书不一致,结构强度远远低于计算结果,设计存在严重安全隐患。
4、设计深度达不到规定要求
由于设计人员没有对一般房屋尤其是多层房屋设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;或是由于设计过程中对设计规范和设计方法缺乏理解.因此在设计人员制作图纸中存在“偷工减料”,设计粗糙,过于简单。
二、房屋结构设计应注意的问题
1、地基等基础方面的设计
通常来讲,在进行施工图设计前,设计部门应查看由相关部门出具得多层房屋建筑地质详勘报告,避免以建设单位提供的笼统的附近建筑物基础设计资料为依据的情况发生。地基等基础设计必须以安全为最主要的设计原则,在进行设计时必须依据地质勘察资料,综合考察地质、土壤以及地下水等多方面因素,充分完善基础类型和上部结构的设计方案,不能片面地追求耐力容许值,认为耐力容许值小即为安全标准。然后,应对软弱地基进行换土垫层设计,采取安全高效的方法处理软弱地基的换土垫层,避免单纯凭经验处理的方法。如果凭借经验处理,仅仅采用砂垫层加强承载力,而没有计算垫层宽度和厚度,那么不仅损害了建筑单位的经济利益,同时也为建筑物的安全性埋下了极深的安全隐患。在对民用建筑进行设计时,应对梁与柱及基础的负荷乘以折减系数。尤其是在对多层民用建筑进行设计时,一定对梁与柱和基础的负荷按现行设计规范中规定的荷载乘以折减系数来计算,准确各部分的荷载值,之后其他相关部分的设计工作才能顺利进行。
2、抗震结构设计
房屋设计用从抗震要求出发,进行合理的结构设计。(1)对一般多层砌体住宅结构,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系:纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处不宜采用无锚固的钢筋砼预制挑檐。(2)对钢筋砼多高层结构住宅,力求做到:框架与抗震墙等抗侧力结构应双向布置,以便各自承担来自平行于该抗侧力结构平面方向的地震力;框剪体系的各抗侧力结构要形成空间共同工作状态,除了控制抗震墙之间楼屋盖的长宽比及保证抗震墙本身的刚度外,还需采取措施,保证楼、屋盖的整体性及其与抗震墙的可靠连接;结构布置应尽量采用规则结构,对复杂结构,可以设置防震缝。
3、楼板的设计
首先,在作用力的计算上,应避免简单地将双向板作用按单向板作用进行计算,这样会造成计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向配筋不足,而配筋放热严重不足是楼板出现裂缝最主要的原因。另外,如果双向板有效高度取值偏大,那么双向板就会在两个方向均产生弯矩,因此,在结构设计中,双向板跨中的正弯矩钢筋应采取纵横叠放的设计,计算时应考虑到两个方向的各自的有效高度。
4、构造柱的设计
一般来讲,在砖混结构中,构造柱除可以提高墙体的坑剪能力之外,还可以与圈梁联结在一起形成对砌体的约束,这样的设计不仅可以限制墙体裂缝的开展,同时还可以维持竖向承载力,提高结构的抗震性。应避免在结构设计中,将构造柱作为承重柱使用的作法。这是由于如果构造柱一般生根于地梁中,没有另设基础,如果将构造柱作为承重柱使用,会造成构造柱提前受力,降低了构造柱对墙体的约束作用,柱底基础的局部承压强度必然不能满足整体设计要求,柱底基础一旦发生冲切或局部承压破坏,就会出现裂缝。尤其是在结构遭遇地震作用时,应力会集中早构造柱位置,导致构造柱首先遭到破坏,这样一来,构造柱不但起不到应有的作用,反而会成为房屋结构中的薄弱部位。因此,设计人员必须保证承重大梁下的柱子应按承重柱进行设计,若遇特殊情况,如梁上荷载较小,也可将构造柱布置在承重梁下方,但构造柱对下墙体的承压和抗弯强度作用都不应考虑在柱承范围之内。
5、通风结构设计
(1)通风结构设计要考虑当地的环境及风向,尤其是建设小区的规划,每栋房屋的方位,应考虑所在城市风的流向,要避免风洞效应使小区的庭院不适用。近年的小区为了最大限度地利用景观,大多采用围合式设计,中间用于小区绿化或景观,楼宇像围墙一样排列在四周,尽管中间绿树成荫,但由于楼宇之间没有通风口,不能形成有效对流区,这对防止病毒的传播是非常不利。一般来说,开敞的空间比封闭的空间空气流通性能好;点式住宅比条式住宅通风效果好。点式住宅当夏季风吹来时如同梳过一般,将居室和庭院内的热空气吹走。另外把居住区的室外空间组织成一个系统,将居住区主要道路设计成主通风道,沿通风廊道流向各个住宅组团,然后再从组团内庭院空间分流到住宅。
(2)如果建筑平面布局、居室通风只有进气口,没有排气口或进气口排气口的位置与室外气流方向平行时,居室通风不利,最好使进气口位于正压区内,排气口位于负压区内,气流才会畅通。故住宅平面设计应明确各户型的空气对流通道,单朝向户型的设计必须采取通风措施,建筑平面布局应该是明厅、明卧、明厨、明卫、窗的位置及开启同住宅的内部布局和外部环境要密切结合,不要简单处理,可采用高窗、角窗等多种形式,窗的开启要考虑室内通风和立面效果,同时也要便于擦窗,内廊双面房间的建筑,在走道墙顶或墙底开些通风窗。近几年过于强调景观、卖点,新建住宅多为封闭式窗户,房间里偌大的落地玻璃窗,采光面积不算小,却仅有一扇小窗户可以打开,空气明显不流通。另外,广泛使用的推拉式铝合金窗使通风口只有窗户面积的一半,同样达不到空气流通顺畅的要求。
6、采光结构设计
天然采光的基本要求主要包括天然光的组成。通常到达地表的天然光由太阳直射光和天空扩散光两部分组成。在全云天的情况下,室外天然光只有天空扩散光。全云天的亮度分布和水平面照度的关系。全云天亮度分布相对稳定,不受太阳位置的影响。全云天时天顶亮度最大为地平线附近天空亮度的3倍。
(1)采光标准。采光标准从采光数量和采光质量两个方面对天然采光提出要求。采光数量是根据视觉工作的精细程度,划分为五个等级,并依据采光的形式用采光系数的形式给出标准值。采光系数是室内给定水平面上某一点的由全云天天空漫射光所产生的照度和同一时间同一地点在室外无遮挡水平面上由全阴天天空漫射光所产生的照度的比值。采光质量包括采光均匀度、眩光的控制、合适的亮度比等方面。
(2)侧窗的采光特性。低窗时,近窗处照度很高,往里则迅速下降当窗的位置提高后,虽然靠近窗口处照度下降,但离窗口远的地方照度却提高不少,均匀性得到很大的改善。侧窗的有效采光范围为窗高的3-5倍。影响房间横向采光均匀性的主要因素是窗间墙。窗间墙越宽,横向均匀性越差。
(3)常用天窗的采光特性。矩形天窗、横向天窗和锯齿型天窗相当于提高位置(安装在屋顶上)的高侧窗,光特性与高侧窗相似。采光系数最高值一般在5%7%以内。平天窗由于不需安装天窗架,简化结构平天窗采光效率高,而且更易获得均匀的照度。采光结构设计的主要步骤和采光计算原理。采光设计的主要步骤:收集设计要求、条件和环境方面等的基础资料,选择采光口形式,确定采光口位置及可能开设的窗口面积,估算采光口尺寸,布置采光口、采光计算原理:这种计算方法是根据有关数据查出相应的理想条件下的采光系数值。然后按实际情况考虑各种影响因素,加以修正而得到室内最暗处的采光系数值。
三、结束语
总之,建设工程是一种特殊商品,工程投资大、建设周期长,其工程设计质量不仅关系到工程的投资效益、使用要求,而且直接关系到人民群众的生命财产安全。因此抓好设计质量管理工作显得非常重要。针对当前设计质量状况,设计单位应加强内部的质量管理,设计管理部门要加大对设计质量的监督管理,结合施工图设计审查、专项检查、质量抽查等工作,加强对业主、勘察、设计单位的市场监管力度。特别是设计单位在进行房屋结构设计时必须在满足国家设计规范要求的前提下,加强房屋结构的概念设计和地基设计,才能提高房屋结构设计水平,确保房屋设计质量不断提升,以使房屋的结构设计工作做到更安全、更合理。
参考文献:
[1]熊丹安.21世纪土木工程类专业丛书-结构构--造原理与设计(第二版)[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.
中图分类号:S611文献标识码: A 文章编号:
一、前言
随着经济的快速发展,人们对于高品质生活的需求也越来越高。房屋作为每个人居住的空间,更是人们需求的重点。但是,人们在片面追求个人居住舒适的同时也造成了建筑行业在房屋建设设计中的诸多问题。对于我国这样的一个人口大国而言,这种问题也就更加的凸显出来,因此,对于房屋建设设计中各种问题的研究就显得尤为必要。
二、我国房屋设计的状况
1、错层不合理
错层在一些情况下是一种行之有效的处理手法,但是错层住宅也存在一些弊端,如果不分对象不分场合地滥用,那就欠妥当,以下两种情况就不适合采用错层:
(1)小面积户型不应采用错层式。有的住宅,面积不大,为了做出错层,免不了踏步的设置,而踏步却占了一定的面积,这不但减少了使用面积,而且由于踏步的空间分界作用使房屋空间显得小气。
(2)在地震区避免采用错层式。根据抗震规范要求,在建筑物的整体布置上,应尽量保持体形上的对称和简单,质量和刚度的对称和均匀分布,避免平面上和立面上的突然变化和不规则的形状。
2、跃层泛滥
在多层、高层住宅中,国内近几年比较喜欢设计跃层式住宅,跃层式住宅一般是在独户式一层住宅中采用,在户内设置楼梯为垂直交通。一般每户在同层内布置房间,完全可以满足使用功能的要求。
3、厨、卫不协调
厨卫管线布置缺乏协调。由于目前国家在厨、卫管线布局等方面没有严格的统一标准,造成各工种各自为政,各种管道的配置任意性大,各专业过分强调本身的特点,而不是服从使用功能,考虑放置设备及装修的要求。特别是煤气管任意穿行厨房,造成厨房布置橱柜困难。
4、外观“欧风”
一些地区住宅外观欧式成风,造成这种现象的原因主要有两点:(1)抄袭成风,住宅设计存在“克隆”,当前的住宅设计是“大城市克隆外国、小城市克隆大城市,村镇克隆城市”,不考虑“因地制宜”,不讲是否适用,不顾及经济条件,不追求个性特色。(2)包装重于功能,把过多的精力放在追求造型的时髦、新潮上,而忽视住宅使用功能的完善和提高。
三、房屋建筑设计中的常见问题
(1)有的设计建筑住宅达不到采光标准的规定。
(2)不能满足使用功能要求或使用不便,常见的是在住宅设计中,厨房及卫生间没有直接采光和自然通风;客厅朝向不好;无直接采光,而且开门洞口过多,交叉干扰大,使用十分不便。
(3)建筑物长度过长 ,超过温度变形的允许长度 ,未设伸缩缝 ,导致建筑物的墙体产生裂缝。
(4)在公共建筑的设计中,未考虑残疾坡道及专用卫生间。
(5)建筑物的台阶、平台、窗井,地下建筑及建筑基础,除基地内连
接城市管线以外的其它地下管线突人道路红线。
(6)通道高度不够,特别是楼梯底、粱底高度不够,住宅楼梯扶手、阳台、外廊、室内回廊、上人屋面、室外防护栏杆高度不够,放置花盆处未采取防坠措施,外窗窗台距楼面、地板的净高低于 0.9m 时,未设防护设施,容易出事故。
(7)安全出入口和疏散楼梯的数量 、疏散 、防火门开启门方向 、大房间和地下室的出口设置不够,未能严格执行防火规范的规定。
(8)住宅设计有的卫生间门直接开向起居室(厅)或厨房,卫生间直接布置在下层住户的卧室、起居室和厨房的上层。
(9)有的设计消防通道洞口的高、宽不符合规范要求。 供消防车取水的天然水源和消防水池未设消防车道,高层建筑的周围未按规定设置环型防车道。汽车库、修车库贴邻近其它建筑物时,没有采用防火墙隔开。
(10)无直接采光的餐厅、过厅等,其使用面积大于 10m2。
(11)在建筑设计的说明中未能注明外门窗保温性能和气密性能的级别要求。
四、屋建筑结构设计中的注意事项及主要问题
1、屋建筑结构设计中的注意事项
(1)地基结构设计中应注意的问题。地基是房屋建筑的最根本的环节,也是结构设计的基础部分。地质因素是地基结构设计首先要考虑的条件。水文条件、房屋建筑的承载力情况以及地区抗震烈度等因素都要被结构设计综合考量。在认真比对的基础上,设计出合理经济的基础形式。
(2)承重墙结构设计中应注意的问题。在理论上,承重强越是多的房屋建筑,该建筑的安全质量就越好。但是,过多的承重墙应用不符合结构设计中美观大方的原则。结构设计者要在保证房屋建筑质量的安全性的基础上,尽可能的减少承重墙的设计,对于不可取代的承重墙,要提高其抗剪的强度,选用强度等级高的承重墙建筑材料,提升承重墙抗压、抗震能力。
2、屋建筑结构设计中的主要问题
当前房屋建筑结构设计中的常见问题主要有,桩间距过小,桩身钢筋笼长度不足,承重砖基础采用多孔砖砌筑,房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值。桩间距过小,不满足规范对桩的最小中心距的规定,特别是试桩、锚桩之间的间距,往往被设计人员忽视,这直接影响了试桩结果的正确性。桩身钢筋笼长度不足,对挤土灌注桩,桩身钢筋笼长度没有穿越软弱土层的层底深度,不能满足桩基规范。承重砖基础采用多孔砖砌筑,是根据多孔砖墙体结构构造,地面以下或室内防潮层以下的基础不得采用多孔砖砌筑。房屋高度、高宽比超过现行规范、规程的限值,就现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。
五、房屋建筑设计的对策
针对房屋住宅建筑存在的问题,根据实践经验房屋住宅建筑设计采用如下的方法,可使住宅建筑更适合于居住。
1、平面布局面应因地制宜
居住者层次不同,审美意向和价值取向不同,家庭结构各异,对住宅要求就不同: 同一居住者不同时期对空间的使用也有不同的要求与选择,因此,在住宅建筑设计时,除了提供丰富多样的套型平面外,同时也要求住宅的平面布局能适应这种变异性和差异性。“部分灵活”的单元大开问,虽有固定的厨房、卫生问、入口和单元的形状,但可划分成不同的平面布局,满足不同层次的斋要。
2、厨、卫应合理布局
厨房是家务劳动集中的地方,是否适用不仅取决于有一定的使用面积,而且也取决于形状和尺寸是否适合布置设备及操作。根据洗、切、烧的操作过程,厨房的台面呈 L 型及 H 型柜式布置较合理,并要求有足够长的台面能置放电饭煲、微波炉等家电。卫生间应随套型面积的扩大也相应增加,一般卫生间有浴缸、坐便器、马桶、洗脸盆等。盥洗室分设后,上部空间可设吊柜,也可与厨房入口结合,留出一个完整的墙面作为用餐空间。
3、室内外环境要协调一致
人们在生理上的需求得到满足以后,心理需求就变得愈加重要,如居住房间的领域感、安全感、私密感; 居住环境的艺术性、情感性等。室外环境设计是提高居住环境质量的另一个重要方面,一个好的外部环境: ①要有一个好的总平面布局,在总图设计时尽量避免外部空间的呆板,努力创造一个活泼、新颖、生动有机的室外空间; ②环境设计,多考虑一些人际关系、邻里交往的需要,设置必要的公共活动所和交往空间。在绿化设计时,应根据树的不同科目、不同形状、不同色彩、不同的季节变化进行有效搭配,以致增加绿化的层次感: 用水石、绿地、铺地来划分地面,配置雕塑,布置桌椅,使绿地真正融入人们的生活,促进人与大自然的和谐。
六、结束语
我国房屋建设设计中仍有诸多问题,需要我们革新设计理念,制定出合理且满足人们居住需求的设计类型。同时更为重要的是相关部门应该出台有效的设计规范,有力的规范建筑行业在房屋设计中的行为。
参考文献
[1]黄桂文,黄涛.住宅建筑结构设计常见质量问题分析[J].硅谷,2008
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