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建筑结构设计计算步骤探讨[2011-3-20 10:02:53]
添加时间:2013-09-12    阅读次数:1126
日前,住建部副部长仇兴保在第6届国际绿色建筑与建筑节能大会上指出:我国每年20亿平方米的新建面积,相当于消耗了全世界40%的水泥和钢材,而只能持续25~30年。相比之下,国外一些建筑的寿命却能够达到132年。
短寿建筑屡见不鲜
随着我国城市化建设进程的加快,许多建筑规划不合理的问题也日益凸显,比如沈阳五里河体育场,原本计划使用30年的体育场在使用18年之后就被爆破,主要是因为政府规划要在原地建设别的建筑物。
这样刚建不久就被拆除的建筑,在这几年城市大规模建设的背景下已是屡见不鲜,正是这样一些现实让仇部长说出了这番话:我国每年20亿平方米的新建面积,而只能持续25~30年。而每万平方米拆除的旧建筑,将产生7000~12000吨建筑垃圾。
为何我国的建筑如此“短寿”?日前,政府正号召房地产开发企业提高建筑质量,将目前30年的建筑平均寿命延长至100年。未来,让建筑“长命百岁”的设想真的能实现吗?
“寿命短”原因各异
针对一些媒体日前报道的“中国建筑仅30年寿命”的说法,国家建筑工程质量监督检验中心副主任张仁瑜指出,这并不是指房屋因为质量原因只能使用30年,而主要指在规划和设计上存在一些问题。比如,老城区改造、使用功能落后的筒子楼和上世纪70~80年代建造的一些房子等。这些房屋满足不了人们对现代生活的需求,就可能会被拆除。
北京建筑材料科学研究总院副院长张增寿也同样认为,建筑物的实际使用寿命偏短,主要是由于我国结构设计、施工设计都比较保守,甚至存在不合理的问题。但他同时表示,就整体而言,我国建筑的质量水平已经比较高了;对于社会发展与城市规划和建设之间的矛盾,各个国家都曾经历过这样一个阶段。
“我国城市化发展进程加快,对城市建筑的要求也随之不断变化,房屋建筑适应不了这种变化就有被拆的风险。”中国建筑材料科学院专家胡必俊表示,“除了规划不当以外,建筑质量不过硬、违规操作屡见不鲜也是造成中国建筑‘寿命短’的原因。”
这两年,有关“楼脆脆”、“楼歪歪”的报道时有耳闻,中国人民大学教授郑风田就曾在媒体公开指出:目前我国“不少建筑物存在钢筋不达标,混凝土保护层不达标、偷工减料等问题”。
除以上原因外,胡必俊还指出,有时个人的违规操作也会给整幢建筑带来“致命”风险。比如有些家庭住宅装修一味强调豪华、美观,擅自拆除承重墙,容易引起房屋倒塌;还有的在不能够铺地暖的建筑内铺地暖,势必引起房屋负担加重,容易导致倒塌。
建筑垃圾再利用难
建筑寿命短,不断被拆之后,其所引来的环境污染问题也就日益突出了。仇保兴算过一笔账:据对砖混结构、全现浇结构和框架结构等建筑的施工材料损耗的粗略统计,在每万平方米建筑的施工过程中,仅建筑垃圾就会产生500~600吨;而每万平方米拆除的旧建筑,将产生7000~12000吨建筑垃圾。据了解,目前,我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%~40%。面对如此严峻的现状,不能不引起人们的重视。
3 对单构件作优化设计
  前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整,这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算,包括梁,柱,剪力墙轴压比计算,构件截面优化设计等。

(1)软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况:1)当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时,提示超筋;2)规范对混凝土受压区高度限制:

四级及非抗震:ξ≤ξb

二、三级:ξ≤0.35( 计算时取AS ’=0.3 AS )

一级: ξ≤0.25( 计算时取AS ’=0.5 AS )

  当ξ不满足以上要求时,程序提示超筋;3)《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%,当大于此值时,提示超筋;4)混凝土梁斜截面计算要满足最小截面的要求,如不满足则提示超筋。

(2)剪力墙超筋分三种情况:1)剪力墙暗柱超筋:软件给出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的,而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出,没有最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息,设计人员可以酌情考虑;2)剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够,应予以调整;3)剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减,折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形,即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时,还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。

(3)柱轴压比计算: 柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样,《抗震规范》第6.3.7条规定,计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合,也包括非地震组合,而《高规》第6.4.2条规定,计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时,当工程考虑地震作用,程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时,程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现,对于同一个工程,计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。

(4)剪力墙轴压比计算:为了控制在地震力作用下结构的延性,新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是,软件在计算断指剪力墙轴压比时,是按单向计算的,这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同,设计人员可以酌情考虑。

(5)构件截面优化设计:计算结构不超筋,并不表示构件初始设置的截面和形状合理,设计人员还应进行构件优化设计,使构件在保证受力要求的德条件下截面的大小和形状合理,并节省材料。但需要注意的是,在进行截面优化设计时,应以保证整体结构合理性为前提,因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度,从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响,不可盲目减小构件截面尺寸,使结构整体安全性降低。

4. 满足规范抗震措施的要求
  在施工图设计阶段,还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定,这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结,也是保证结构安全的最后一道防线,设计人员不可麻痹大意。

(1)设计软件进行施工图配筋计算时,要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等,如一次计算结果不满意,要进行多次试算和调整。

(2)生成施工图以前,要认真输入出图参数,如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式,箍筋形式,钢筋放大系数等,以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋,还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。

(3)施工图生成以后,设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出,属于强制执行条文,万万不可以掉以轻心。

(4)最后设计人员还应根据工程的实际情况,对计算机生成的配筋结果作合理性审核,如钢筋排数、直径、架构等,如不符合工程需要或不便于施工,还要做最后的调整计算。