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

1、E圈噩噩.ZHONGZHOUCONSTRUCTION淺議建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施來保證。~般認(rèn)為概念設(shè)計(jì)做得好的工程師需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)概念隨著工作年齡與實(shí)踐的增長而越來越豐富，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的發(fā)展有十分重要的意義。所謂概念設(shè)計(jì)，一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)則是概念設(shè)計(jì)的逆向過程，其設(shè)計(jì)是依據(jù)概念設(shè)計(jì)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(gè)過程。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要性，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與

3、計(jì)算理論存在差異或不可計(jì)算性，比如混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)方法，這矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了解決這類缺陷或者實(shí)現(xiàn)對實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要用概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的完整性。通過運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)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(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)

4、的，每一個(gè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的開始，結(jié)構(gòu)項(xiàng)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(gè)設(shè)計(jì)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(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案，這才是對建筑師、業(yè)主和該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最大貢獻(xiàn)。為此，需要結(jié)構(gòu)工程師在每一個(gè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中都能做到堅(jiān)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(yùn)用它們。計(jì)

5、算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)具有計(jì)算速度快結(jié)果精度高的特點(diǎn)，我們可以借助計(jì)算機(jī)快速準(zhǔn)確地完成結(jié)構(gòu)方案與初步設(shè)計(jì)概念性近似計(jì)算。但也不能認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是“規(guī)范計(jì)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(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫圖匠而已。瑞士著名國際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人士Prof.Gertrudesteln曾忠告我們即使在電子計(jì)算機(jī)時(shí)代，設(shè)計(jì)人員仍應(yīng)運(yùn)用自己的結(jié)構(gòu)

6、概念設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、判斷力和最新概念來主導(dǎo)設(shè)計(jì)“。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，完全依賴計(jì)算程序的無概念設(shè)計(jì)是危險(xiǎn)的，計(jì)算程序應(yīng)用不應(yīng)以犧牲結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)為代價(jià)。結(jié)構(gòu)方案與初步設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)近似計(jì)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(shí)，這也是施工圖階段判斷計(jì)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(cái)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(shí)際破壞情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，特別是在1990年后設(shè)計(jì)建造的建筑表現(xiàn)良好，除了極個(gè)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。〈建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范〉(GB50011一2001)對結(jié)構(gòu)體系提出抗震概念設(shè)計(jì)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(xiàng)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(shí)，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(shí)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(diǎn)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?yàn)闃?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(yàn)收。施工中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將直接影響到整個(gè)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(duì)伍切實(shí)加強(qiáng)施工質(zhì)量管理，落實(shí)各項(xiàng)施工技術(shù)措施，注意抓好施工過程中每個(gè)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(jì)圖紙及有關(guān)施工、驗(yàn)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(yàn)收實(shí)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(gè)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(jì)時(shí)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(diǎn)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(jì)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(jì)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(shí)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(jì)符合“強(qiáng)柱弱

16、梁“、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件“等抗震概念設(shè)計(jì)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(gè)別構(gòu)件的破壞導(dǎo)致整體失穩(wěn)。設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)中，計(jì)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(gè)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(jì)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(shí)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(shí)，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(shí)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(yàn)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(shí)泥漿比重控制不當(dāng)，或在提鉆具時(shí)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(shí)，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(jì)時(shí)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(jì)也提出了更高的要求。