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【摘要】：住宅质量的好坏主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。相对而言,住宅设计责任更加重大。本文以钢—砼组合结构为例,浅谈了建筑结构设计中应注意的问题。
【关键词】住宅;结构;设计;问题
中途分类号：[F287.8] 文献标识码：A文章编号：
住宅工程质量的优劣直接关系到人们的生命安全。住宅质量的好坏主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。相对而言,住宅设计是一项繁重而又责任重大的工作,直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性,但在实际设计工作中,常常发生住宅结构设计方面的种种概念和方法上的差错,为了避免或减少类似的情况发生,确保住宅设计质量能上一个台阶,笔者结合工作实际,以钢谐组合结构为例,浅谈一下该结构的设计及应注意的问题:
1.体系的基本构成
钢—砼组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框—撑结构体系。
钢管砼柱,是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼,形成两种材料相辅相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点。
抗侧力支撑,是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架体。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙,不仅减轻了结构自重,而且提高了结构延性,对于优化抗侧刚度,改善抗震性能起到了积极抗震的作用。
双向轻钢密肋组合楼盖,是由钢筋或小型钢焊接的单榀珩架正交成的平板网架,并在网格内嵌入五面体无机玻璃钢模壳而形成双向轻钢密肋楼板。施工时利用平板网架自身的强度、刚度,并配合1—2点临时支撑即可完成无模板浇注砼作业。钢框梁、轻钢珩架被砼包裹形成双向组合楼盖,不仅增加了楼板的刚度,而且其防火、防腐问题也迎刃而解。利用模壳内形成的空腔,既可以暗敷各种水平设备管线,也可作为改善楼盖隔音的有效措施。
复合外墙板,是由陶粒砼与轻钢龙骨构成的组合结构外墙,内浇发泡砼保温,并敷内墙面板而组成。该墙板工厂化预制生产,现场安装,基本取消了湿作业。
2.钢-砼组合结构住宅建筑体系各项试验简介
2.1钢管砼柱耐火极限试验
检验结论:钢管砼柱(钢管325﹡6,砼60)经按GB/19978-1999《建筑构件耐火试验方法》进行180min耐火试验,未失去稳定性,其耐火极限大于3小时《高规》规定柱为3小时)。
2.2复合外墙板热工性能试验。检验结论:
2.2.1内填岩棉板
热阻:2.742rn2﹡K/W
传热系数.0.345W/m2﹡K(二步节能50%为1.16)。
2.2.2内填发泡砼
熱阻:1.048m2﹡K/W
传热系数.0.829W/rn2﹡K(二步节能50%为1.16)。
2.3复合外墙板雨水渗漏试验
检验结论:应用动风压检验设备依据GB7108-86标准,试验水流量为4升/m2*分(相当于暴雨的水流量),模拟风压从零开始加压至1600pa(相当于120米高的最大风压),持续1小时后,无潮片、渗漏现象。
2.4双向密肋轻钢组合楼板承载力及变形测试
检验结论:(1)承载能力检验:根据GB50152-925混凝土结构试验方法标准6,本次实验最终加载量虽达到2倍的设计荷载值(20.66kN/ m2),但试件仍未达到极限状态(极限状态即钢筋相对应变达到0.01或裂缝宽度达到1.5mm或挠度达到1/50等)。变形能力检验:根据《混凝土结构设计规范》GBJl9-89规定,楼盖的允许挠度为10/250=-28.8mm,经计算其短期挠度允许值为15.97mm。而实测正常使用短期荷载检验值下的楼盖跨中短期挠度仅为0.985mm。(3)抗裂检验:试件的开裂荷载实测值与正常使用短期荷载检验值的比值为1.124,大于试件的抗裂检验系数允许值0.768。(4)裂缝宽度检验:构件检验的最大裂缝宽度允许值为0.15mm,而肋梁受拉主筋处的最大裂缝宽度实测值仅为0.02mm。
3.结构设计中应注意的问题
3.1结构设计人员应该及早介入建筑的设计
建筑的设计在整个设计过程中起着举足轻重的作用,一幢建筑物的设计,如果没有事先经过全盘正确的设计,以后的计算模式再准确、计算再精确、配筋再合理,也不可能是一个经济、合理的优秀设计工程。结构设计人员必须及早介入建筑结构的设计,否则,将会导致建筑结构设计的不合理,给以后的结构设计带来难度。
3.2从结构计算和构造上满足规范要求
3.2.1从结构计算角度看,结构计算应注意的问题:
底框砌体结构验算时就应注意:1)底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2-1.5的增大系数。2)底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时,框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%-30%。3)应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
避免楼板计算中不正确方法。1)连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替。2)双向板查表计算时,不能忽略材料泊松比的影响,否则,由于跨中弯矩未进行调整,将使计算值偏小。
避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符,基础底板上多算或少算土重。
目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算,如何对计算结果进行分析、评价,是一个非常重要的方面。必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断,根据其正确与否,决定能否作为施工图设计的依据。
3.2.2从构造角度看应注意的问题
严格按照规范要求,保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度,材料选用也必须满足强度要求。
按抗震构造要求设置的构造柱,应在整个建筑物高度内上下对准贯通,上至女儿墙压顶,下至浅于500毫米基础圈梁,或伸人室外地面以下500毫米,构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合规范要求。
注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性,又必须满足最小配筋的要求。
为了防止屋面温度应力引起的墙体开裂,必须采取有效的通风隔热措施。
3.3防止由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏
预防或减少不均匀沉降的危害,可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。诸如:避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置;避免立面体形变化过大;应该引起重视的是:对高层建筑来说,由于需要一定的埋置深度,从经济的角度考虑,基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式,此时应保证箱体的整体刚度,群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合。当土层有较大起伏时,应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中,并应考虑可能产生的液化影响。
4.结束语
综上所述,通过对钢—砼组合结构的设计及设计中应注意的问题的分析,可以加强结构设计人员的辨别能力,提高对结构设计通病的防治能力,使住宅的结构设计工作更安全、更合理。
【参考文献】：
【1】吕烈武,沈世钊,沈祖炎,胡学仁.《钢结构构件稳定理论》.北京:中国建筑工业出版社.
【2】黄双华.《房屋结构设计》.
【3】郭兵,纪伟东,赵永生,宋振森.《多层民用钢结构房屋设计》.
【关键词】住宅;结构;设计;问题
中途分类号：[F287.8] 文献标识码：A文章编号：
住宅工程质量的优劣直接关系到人们的生命安全。住宅质量的好坏主要由设计质量和施工质量两个方面来衡量。相对而言,住宅设计是一项繁重而又责任重大的工作,直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性,但在实际设计工作中,常常发生住宅结构设计方面的种种概念和方法上的差错,为了避免或减少类似的情况发生,确保住宅设计质量能上一个台阶,笔者结合工作实际,以钢谐组合结构为例,浅谈一下该结构的设计及应注意的问题:
1.体系的基本构成
钢—砼组合结构住宅体系建筑是由钢管砼柱、抗侧力支撑、双向轻钢密肋组合楼盖、复合外墙板等构件组成的钢结构框—撑结构体系。
钢管砼柱,是在螺旋焊接钢管内灌注高强度等级砼,形成两种材料相辅相成共同工作的机理。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点。
抗侧力支撑,是由钢管斜撑杆与钢管柱、钢框架梁焊接组成的抗侧力架体。采用抗侧力支撑取代了传统的砼剪力墙,不仅减轻了结构自重,而且提高了结构延性,对于优化抗侧刚度,改善抗震性能起到了积极抗震的作用。
双向轻钢密肋组合楼盖,是由钢筋或小型钢焊接的单榀珩架正交成的平板网架,并在网格内嵌入五面体无机玻璃钢模壳而形成双向轻钢密肋楼板。施工时利用平板网架自身的强度、刚度,并配合1—2点临时支撑即可完成无模板浇注砼作业。钢框梁、轻钢珩架被砼包裹形成双向组合楼盖,不仅增加了楼板的刚度,而且其防火、防腐问题也迎刃而解。利用模壳内形成的空腔,既可以暗敷各种水平设备管线,也可作为改善楼盖隔音的有效措施。
复合外墙板,是由陶粒砼与轻钢龙骨构成的组合结构外墙,内浇发泡砼保温,并敷内墙面板而组成。该墙板工厂化预制生产,现场安装,基本取消了湿作业。
2.钢-砼组合结构住宅建筑体系各项试验简介
2.1钢管砼柱耐火极限试验
检验结论:钢管砼柱(钢管325﹡6,砼60)经按GB/19978-1999《建筑构件耐火试验方法》进行180min耐火试验,未失去稳定性,其耐火极限大于3小时《高规》规定柱为3小时)。
2.2复合外墙板热工性能试验。检验结论:
2.2.1内填岩棉板
热阻:2.742rn2﹡K/W
传热系数.0.345W/m2﹡K(二步节能50%为1.16)。
2.2.2内填发泡砼
熱阻:1.048m2﹡K/W
传热系数.0.829W/rn2﹡K(二步节能50%为1.16)。
2.3复合外墙板雨水渗漏试验
检验结论:应用动风压检验设备依据GB7108-86标准,试验水流量为4升/m2*分(相当于暴雨的水流量),模拟风压从零开始加压至1600pa(相当于120米高的最大风压),持续1小时后,无潮片、渗漏现象。
2.4双向密肋轻钢组合楼板承载力及变形测试
检验结论:(1)承载能力检验:根据GB50152-925混凝土结构试验方法标准6,本次实验最终加载量虽达到2倍的设计荷载值(20.66kN/ m2),但试件仍未达到极限状态(极限状态即钢筋相对应变达到0.01或裂缝宽度达到1.5mm或挠度达到1/50等)。变形能力检验:根据《混凝土结构设计规范》GBJl9-89规定,楼盖的允许挠度为10/250=-28.8mm,经计算其短期挠度允许值为15.97mm。而实测正常使用短期荷载检验值下的楼盖跨中短期挠度仅为0.985mm。(3)抗裂检验:试件的开裂荷载实测值与正常使用短期荷载检验值的比值为1.124,大于试件的抗裂检验系数允许值0.768。(4)裂缝宽度检验:构件检验的最大裂缝宽度允许值为0.15mm,而肋梁受拉主筋处的最大裂缝宽度实测值仅为0.02mm。
3.结构设计中应注意的问题
3.1结构设计人员应该及早介入建筑的设计
建筑的设计在整个设计过程中起着举足轻重的作用,一幢建筑物的设计,如果没有事先经过全盘正确的设计,以后的计算模式再准确、计算再精确、配筋再合理,也不可能是一个经济、合理的优秀设计工程。结构设计人员必须及早介入建筑结构的设计,否则,将会导致建筑结构设计的不合理,给以后的结构设计带来难度。
3.2从结构计算和构造上满足规范要求
3.2.1从结构计算角度看,结构计算应注意的问题:
底框砌体结构验算时就应注意:1)底部剪力法仅适用于刚度比较均匀的多层结构,对具有薄弱层的底层框架混合结构,应考虑塑性变形集中的影响,通常对底层地震剪力乘以1.2-1.5的增大系数。2)底层框架混合结构的剪力分配不能简单地按框架抗震墙的方法。因为底框架结构中只有底层框架抗震墙,应采用双保险的方法,抗震墙承担全部剪力,框架按刚度比例承担剪力。刚度计算时,框架不折减,抗震墙折减到弹性刚度的20%-30%。3)应考虑底层框架柱中地震作用产生倾覆力矩所引起的附加轴力。
避免楼板计算中不正确方法。1)连续板计算不能简单地用单向板计算方法代替。2)双向板查表计算时,不能忽略材料泊松比的影响,否则,由于跨中弯矩未进行调整,将使计算值偏小。
避免荷载计算的错误。诸如漏算或少算荷载、活荷载折减不当、建筑物用料与实际计算不符,基础底板上多算或少算土重。
目前结构计算大多采用结构设计计算程序进行计算,如何对计算结果进行分析、评价,是一个非常重要的方面。必须根据工程设计的经验对计算结果进行分析、判断,根据其正确与否,决定能否作为施工图设计的依据。
3.2.2从构造角度看应注意的问题
严格按照规范要求,保证钢筋在各个部位所需满足的锚固、延伸和搭接长度,材料选用也必须满足强度要求。
按抗震构造要求设置的构造柱,应在整个建筑物高度内上下对准贯通,上至女儿墙压顶,下至浅于500毫米基础圈梁,或伸人室外地面以下500毫米,构造柱与圈梁、楼板和墙体的拉接必须符合规范要求。
注意构件最大配筋率和最小配筋率的限值。尤其是在抗震设计中既要保证建筑结构在地震发生时具有一定的延性,又必须满足最小配筋的要求。
为了防止屋面温度应力引起的墙体开裂,必须采取有效的通风隔热措施。
3.3防止由于地基沉降或不均匀沉降引起的构件开裂或破坏
预防或减少不均匀沉降的危害,可以从建筑措施、结构措施、地基和基础措施方面加以控制。诸如:避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置;避免立面体形变化过大;应该引起重视的是:对高层建筑来说,由于需要一定的埋置深度,从经济的角度考虑,基础一般采用桩箱或桩筏结合的形式,此时应保证箱体的整体刚度,群桩布置的形心应与上部结构重心相吻合。当土层有较大起伏时,应使用同一建筑结构下的桩端位于同一土层中,并应考虑可能产生的液化影响。
4.结束语
综上所述,通过对钢—砼组合结构的设计及设计中应注意的问题的分析,可以加强结构设计人员的辨别能力,提高对结构设计通病的防治能力,使住宅的结构设计工作更安全、更合理。
【参考文献】：
【1】吕烈武,沈世钊,沈祖炎,胡学仁.《钢结构构件稳定理论》.北京:中国建筑工业出版社.
【2】黄双华.《房屋结构设计》.
【3】郭兵,纪伟东,赵永生,宋振森.《多层民用钢结构房屋设计》.