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    公告
    建筑結構設計計算步驟探討[2011-3-20 10:02:53]
    添加時間:2013-09-12    閱讀次數:1350
    日前,住建部副部長仇興保在第6屆國際綠色建筑與建筑節能大會上指出:我國每年20億平方米的新建面積,相當于消耗了全世界40%的水泥和鋼材,而只能持續25~30年。相比之下,國外一些建筑的壽命卻能夠達到132年。
    短壽建筑屢見不鮮
    隨著我國城市化建設進程的加快,許多建筑規劃不合理的問題也日益凸顯,比如沈陽五里河體育場,原本計劃使用30年的體育場在使用18年之后就被爆破,主要是因為政府規劃要在原地建設別的建筑物。
    這樣剛建不久就被拆除的建筑,在這幾年城市大規模建設的背景下已是屢見不鮮,正是這樣一些現實讓仇部長說出了這番話:我國每年20億平方米的新建面積,而只能持續25~30年。而每萬平方米拆除的舊建筑,將產生7000~12000噸建筑垃圾。
    為何我國的建筑如此“短壽”?日前,政府正號召房地產開發企業提高建筑質量,將目前30年的建筑平均壽命延長至100年。未來,讓建筑“長命百歲”的設想真的能實現嗎?
    “壽命短”原因各異
    針對一些媒體日前報道的“中國建筑僅30年壽命”的說法,國家建筑工程質量監督檢驗中心副主任張仁瑜指出,這并不是指房屋因為質量原因只能使用30年,而主要指在規劃和設計上存在一些問題。比如,老城區改造、使用功能落后的筒子樓和上世紀70~80年代建造的一些房子等。這些房屋滿足不了人們對現代生活的需求,就可能會被拆除。
    北京建筑材料科學研究總院副院長張增壽也同樣認為,建筑物的實際使用壽命偏短,主要是由于我國結構設計、施工設計都比較保守,甚至存在不合理的問題。但他同時表示,就整體而言,我國建筑的質量水平已經比較高了;對于社會發展與城市規劃和建設之間的矛盾,各個國家都曾經歷過這樣一個階段。
    “我國城市化發展進程加快,對城市建筑的要求也隨之不斷變化,房屋建筑適應不了這種變化就有被拆的風險。”中國建筑材料科學院專家胡必俊表示,“除了規劃不當以外,建筑質量不過硬、違規操作屢見不鮮也是造成中國建筑‘壽命短’的原因。”
    這兩年,有關“樓脆脆”、“樓歪歪”的報道時有耳聞,中國人民大學教授鄭風田就曾在媒體公開指出:目前我國“不少建筑物存在鋼筋不達標,混凝土保護層不達標、偷工減料等問題”。
    除以上原因外,胡必俊還指出,有時個人的違規操作也會給整幢建筑帶來“致命”風險。比如有些家庭住宅裝修一味強調豪華、美觀,擅自拆除承重墻,容易引起房屋倒塌;還有的在不能夠鋪地暖的建筑內鋪地暖,勢必引起房屋負擔加重,容易導致倒塌。
    建筑垃圾再利用難
    建筑壽命短,不斷被拆之后,其所引來的環境污染問題也就日益突出了。仇保興算過一筆賬:據對磚混結構、全現澆結構和框架結構等建筑的施工材料損耗的粗略統計,在每萬平方米建筑的施工過程中,僅建筑垃圾就會產生500~600噸;而每萬平方米拆除的舊建筑,將產生7000~12000噸建筑垃圾。據了解,目前,我國建筑垃圾的數量已占到城市垃圾總量的30%~40%。面對如此嚴峻的現狀,不能不引起人們的重視。
    3 對單構件作優化設計
      前幾步主要是對結構整體合理性的計算和調整,這一步則主要進行結構單個構件內力和配筋計算,包括梁,柱,剪力墻軸壓比計算,構件截面優化設計等。

    (1)軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況:1)當梁的彎矩設計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時,提示超筋;2)規范對混凝土受壓區高度限制:

    四級及非抗震:ξ≤ξb

    二、三級:ξ≤0.35( 計算時取AS ’=0.3 AS )

    一級: ξ≤0.25( 計算時取AS ’=0.5 AS )

      當ξ不滿足以上要求時,程序提示超筋;3)《抗震規范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%,當大于此值時,提示超筋;4)混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求,如不滿足則提示超筋。

    (2)剪力墻超筋分三種情況:1)剪力墻暗柱超筋:軟件給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的,而各規范均要求剪力墻主筋的配筋面積以邊緣構件方式給出,沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力墻超筋是警告信息,設計人員可以酌情考慮;2)剪力墻水平筋超筋則說明該結構抗剪不夠,應予以調整;3)剪力墻連梁超筋大多數情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規范中規定允許對剪力墻連梁剛度進行折減,折減后的剪力墻連梁在地震作用下基本上都會出現塑性變形,即連梁開裂。設計人員在進行剪力墻連梁設計時,還應考慮其配筋是否滿足正常狀態下極限承載力的要求。

    (3)柱軸壓比計算: 柱軸壓比的計算在《高規》和《抗震規范》中的規定并不完全一樣,《抗震規范》第6.3.7條規定,計算軸壓比的柱軸力設計值既包括地震組合,也包括非地震組合,而《高規》第6.4.2條規定,計算軸壓比的柱軸力設計值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟件在計算柱軸壓比時,當工程考慮地震作用,程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設計值計算;當該工程不考慮地震作用時,程序才取非地震作用組合下的柱軸力設計值計算。因此設計人員會發現,對于同一個工程,計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結果會不一樣。

    (4)剪力墻軸壓比計算:為了控制在地震力作用下結構的延性,新的《高規》和《抗震規范》對剪力墻均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是,軟件在計算斷指剪力墻軸壓比時,是按單向計算的,這與《高規》中規定的短肢剪力墻軸壓比按雙向計算有所不同,設計人員可以酌情考慮。

    (5)構件截面優化設計:計算結構不超筋,并不表示構件初始設置的截面和形狀合理,設計人員還應進行構件優化設計,使構件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理,并節省材料。但需要注意的是,在進行截面優化設計時,應以保證整體結構合理性為前提,因為構件截面的大小直接影響到結構的剛度,從而對整體結構的周期、位移、地震力等一系列參數產生影響,不可盲目減小構件截面尺寸,使結構整體安全性降低。

    4. 滿足規范抗震措施的要求
      在施工圖設計階段,還必須滿足規范規定的抗震措施要求。《混凝土規范》、《高規》和《抗震規范》對結構的構造提出了非常詳盡的規定,這些措施是很多震害調查和抗震設計經驗的總結,也是保證結構安全的最后一道防線,設計人員不可麻痹大意。

    (1)設計軟件進行施工圖配筋計算時,要求輸入合理的歸并系數、支座方式、鋼筋選筋庫等,如一次計算結果不滿意,要進行多次試算和調整。

    (2)生成施工圖以前,要認真輸入出圖參數,如梁柱鋼筋最小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式,箍筋形式,鋼筋放大系數等,以便生成符合需要的施工圖。軟件可以根據允許裂縫寬度自動選筋,還可以考慮支座寬度對裂縫寬度的影響。

    (3)施工圖生成以后,設計人員還應仔細驗證各特殊或薄弱部位構件的最小縱筋直徑、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密區長度、鋼筋搭接錨固長度、配筋方式等是否滿足規范規定的抗震措施要求。規范這一部分的要求往往是以黑體字寫出,屬于強制執行條文,萬萬不可以掉以輕心。

    (4)最后設計人員還應根據工程的實際情況,對計算機生成的配筋結果作合理性審核,如鋼筋排數、直徑、架構等,如不符合工程需要或不便于施工,還要做最后的調整計算。
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