建筑结构设计中的抗震概念设计

来源 :商品与质量·建筑与发展 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jackchenz
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  【摘 要】 建筑结构设计是建筑工程中的一项基础性的内容,在建筑工程中非常重要。本文主要对建筑结构设计中的抗震概念设计进行了讨论。
  【关键词】 建筑结构设计;抗震;概念设计
  引言:
  建筑结构设计是一项非常复杂的过程,同时,它又影响着建筑物的安全、合理性,肩负着非常大的责任。而在建筑结构设计中,抗震设计是一项非常重要的内容,它的设计质量关系到人们的生命财产安全,因此,要重视其抗震设计,了解其设计中的各项程序,本文主要对其设计中的抗震概念设计进行了分析,希望可以为建筑工程中的结构设计提供一定的帮助。
  1、建筑结构设计中概念设计的必要性
  (1)概念设计体现了先进的设计思维,结构工程师通过概念设计可完成对特定建筑空间的设计,制定建筑的总体结构方案,同时透彻清晰的理解构件、结构间的关系。通过简单的计算,在不借助计算机的情况下,可完成对建筑的正确定性和优化建筑结构,降低建筑成本。
  (2)一些结构设计理论和计算理论中的缺陷和不可预见性,可以通过概念设计弥补。如在混凝土结构设计中,截面积计算的理论基础和内力计算的理论基础分别是塑性理论和弹性理论,两者从根本上来说是对立的,计算结果也和实际状况存在较大的差距,通过概念设计思路可很好的解决这方面的问题。
  (3)概念设计可判断和甄别简化的结构模型和实际情况不符,输入数据的错误等情况下对计算结果的影响,也可作为判断结果可靠性的主要依据。
  2、概念设计在建筑结构上的应用
  2.1概念设计在结构体系上的应用
  建筑结构的空间结构是由水平构件和竖向构件组成,水平构件承担着竖向荷载,并往竖向构件传递,最后向基础传递。水平构件和竖向构件共同组成的抗侧力体系承担着水平荷载,并直接传递给基础。竖向构件不同所组成的抗侧力体系也不同,如剪力墙、筒中筒、框架、剪力墙等。抗侧力体系决定了结构的安全性、合理性、经济性。概念设计在结构体系中的应用就是通过选择合适的抗侧力体系然后合理布置,确定设计结构方案的可行性和主要构件的基本尺寸。并且建筑结构中承载力和延性是对立的,但延性在建筑结构有占有重要地位,因此利用概念设计合理布置结构体系,可以很好的协调承载力和延性的矛盾。
  2.2概念设计在结构构件上的应用
  构件合理的强度和刚度对于抗震的实现至关重要,因此抗震结构中各种构件要形成可靠性连接。抗震结构的设计应保证在部分构建损害时,剩余结构仍能够独立的承受竖向荷载和地震力。结构概念设计的理念就是合理控制薄弱部位,协调各部位的强弱关系增加抗震性能。概念设计就是为了提高建筑的抗震效果,因此为不影响到整个结构的受力情况,要避免非结构构件的不合理设置,可从以下方面考虑:避免非结构构件直接进入抗震体系,加强细部构造设计;要避免非结构性构件的连续损坏;避免地震作用时非结构性构件平面性损坏。
  3、结构设计中概念设计的具体体现
  结构设计的流程一般分为三个部分:前期的方案选择、中期的结构计算及后期的施工图绘制,这三个阶段在结构设计中都缺一不可。
  3.1合理選择结构方案
  要想使结构设计合理,就必须一个选择切实可靠结构体系和结构形式。在对结构进行设计时,必须全面分析工程的设计要求、施工条件、材料供应以及地理环境,进而选择最优的方案。为消除建筑中的抗震薄弱环节,概念设计在工程设计一开始就应掌握场地选择、房屋体型、能量输入、刚度分布、结构体系、构件延性等因素。
  3.2选用恰当的计算简图,正确分析计算结果
  结构计算要在计算简图的基础上进行,也就是对作用的荷载与构件的约束状态进行简化,使其接近实际状态。现在的建筑物功能繁多,所以,结构计算必须由计算机完成。因此,这其中的关键问题就是将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型以及确保有一定的精确度。现在的结构设计中,设计人员可以选择许多软件,但要注意的是,不同软件常常会有不同的计算结果。因此,设计人员在进行结构计算前,首先应当全面掌握该程序软件的技术条件和适用范围,同时,避免使用时的出现操作失误。在结构计算完毕后,还要对电算的结果用概念设计进行分析,从而正确的进行判断。
  3.3施工图绘制
  在绘制施工图时,应熟悉了解计算模型和设计方法,对容易出现问题的部位要进行重点审查,逐一检查重要的计算参数。设计者应给出书面文稿,以便对重要问题、特殊构件、参数以及特殊荷载进行复查、核查。运用结构概念大致分析判断计算结果是否合理,并对重要结构构件应用手工进行大致核算。
  3.3.1结构平面图
  在绘制结构平面布置图前需要说明一下要不要输入结构软件进行建模。依据建筑抗震设计规范,当建筑地处抗震设防烈度为6度区时,在符合有关的抗震措施要求的前提下,可以不用进行截面抗震验算。那么对于砌体结构来说,如果在时间不足的情况下,应该可以直接设计,不用建模,但应对受压和局部受压的问题进行重视。若局部受压的问题出现,就要依据规定选择设置构造柱以及等对梁下设梁垫的方法。若时间充裕,那么还是输入建模比较好。除此之外,当建筑地处抗震设防烈度为7度及以上时,就一定要输入软件建模计算。如果没有在绘制结构平面图时建模,那么就可以直接将结构图绘制在建筑的条件图上,但必须把建筑图中对结构无用的部分删除。一种比较快捷简单的方法是,运用软件的图层功能直接冻结相关的层,之后再建立新的结构图层:构造柱层、圈梁层、文字层、板钢筋层、梁层等等。这样做可以使绘图效率提高,并且在对不同结构平面图间进行移动拷贝和删除时比较方便。
  3.3.2屋面结构图纸
  在建筑结构中,可以从两个方面来进行有坡度屋面的设计,这两个方面分别是梁板和折板的形式。在平面非常平整且板之间的跨度比较大的时候使用梁板的形式;在屋面比较平整且跨度比较小的时候使用折板的形式。这两种形式有着一个共同住之处,即都是偏心受拉构件。   3.3.3楼梯
  楼梯的梯板要注意控制挠度,梯梁要注意梁下净高要符合建筑的相关要求,梯梁的位置尽可能统一上下楼层的位置。在局部的不合适处应该选用折板楼梯。由于分户墙的存在,阁楼层处的楼梯要设置抬墙梁,但要注意梁下的净空要求。同时,要注意梯板的宽度。除此之外,首段梯板的基础应重视基础的沉降问题,必要时应设梯梁。
  4、抗震设计中应注意的概念设计问题
  结构设计的一个重要组成部分就抗震设计。由于地震是一种随机震动,因此,目前还很难做到准确预测建筑物所遭遇地震的参数与特性。抗震设计不能过分依赖理论计算,这是由于当前所选用的地震参数只是概率意义上的估计值,而结构在地震作用下的性能有许多不确定性。这样一来,概念设计在抗震设计中就显得非常重要。
  4.1选择合适的场地
  在进行建筑物场地选择时,首先要遵守场地选择的原则,挑选对建筑抗震有利的地段,尽可能避开对建筑抗震不利的地段;任何情况下均不得在抗震危险地段上,建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物,避开抗震危险地段,选择好的抗震场所。
  建筑物抗震危险地段一般是指地震时可能发生滑坡、崩塌、地裂、地陷、泥石流等地段,以及震中烈度为Ⅷ度以上的发震断裂带在地震时可能发生地表错位的地段。在实际的设计中,应避开以上地段。当无法避开时,应采取有效措施。而选择有利于抗震的场地一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。在选择高层建筑的场地时,应尽量建在基岩或薄土层上,或应建在具有较大、平均剪切波速、的坚硬场地土上,以减少输入建筑物的地震能量,從根本上减轻地震对建筑物的破坏作用。
  4.2采用刚柔相济原则
  在抗震设计中不能单纯的提高结构的抗力,通常是依据混凝土等级和初定的尺寸算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后计算配筋。刚柔相济原则可以通过合理控制设计总信息来实现。比如位移、周期、地震力应满足建筑抗震设计规范限值要求或者不超规范太多。
  4.3坚持多道设防原则
  强烈地震后常常会有多次余震出现,若只有一道设防,结构将会由于余震损伤的积累而导致坍塌。建筑物抗震结构体系,应该由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接起来协同工作,如框架-剪力体系是由延性框架和抗震墙两个分体系组成。
  5、结语
  总而言之,在建筑结构设计中,要重视抗震概念设计,了解其设计内容,掌握其设计要点,利用先进的设计理念,充分发挥结构功能和经济的协调性,进而保证设计的科学性和准确性,确保建筑物的质量。
  参考文献:
  [1]谢晓杰.建筑结构抗震概念设计的重要性及其要点[J].河南建材,2012,06:174-175.
  [2]赵领楠,葛莹.概念设计在建筑结构设计中的重要性及应用[J].企业导报,2012,22:254.
  [3]郑军辉.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J].城市建筑,2012,15:13.
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