發(fā)布時(shí)間：2016-05-07所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 在裂縫同撓度于具體施工當(dāng)中形成主要沖突時(shí),當(dāng)前我國(guó)大多采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度板柱的設(shè)計(jì)方案,在使用這種結(jié)構(gòu)方案時(shí),由于大跨度板柱的截面慣性矩相應(yīng)比較小,因此預(yù)應(yīng)力張拉施工期間常常是使用此方案體系受力的最不適宜的階段。文章是一篇建筑工程論
在裂縫同撓度于具體施工當(dāng)中形成主要沖突時(shí),當(dāng)前我國(guó)大多采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大跨度板柱的設(shè)計(jì)方案,在使用這種結(jié)構(gòu)方案時(shí),由于大跨度板柱的截面慣性矩相應(yīng)比較小,因此預(yù)應(yīng)力張拉施工期間常常是使用此方案體系受力的最不適宜的階段。文章是一篇建筑工程論文。
摘要:混凝土在工程建筑的應(yīng)用數(shù)不勝數(shù),本文僅以混凝土大跨度板柱與混凝土密肋梁板為例,運(yùn)用計(jì)算實(shí)例的方法依次探討混凝土大跨度板柱與混凝土密肋梁板兩種體系的結(jié)構(gòu)方案的區(qū)別與不同,比較混凝土大跨度板柱與混凝土密肋梁板結(jié)構(gòu)方案在抗震性能與經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面的功能特點(diǎn)和優(yōu)劣,同時(shí)對(duì)混凝土大跨度板柱構(gòu)造提出具體設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的具體事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞:混凝土,抗震,經(jīng)濟(jì)性,建筑工程論文
作為從橋拱建筑中發(fā)展而來的混凝土大跨度板柱,發(fā)展歷史悠久,應(yīng)用廣泛,特別是經(jīng)過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用,發(fā)展為一種新型建筑體系,由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較容很符合抗震設(shè)計(jì)理念,混凝土大跨度板柱只要設(shè)計(jì)、構(gòu)造措施得當(dāng),對(duì)改善框架節(jié)點(diǎn)的延性、增加節(jié)點(diǎn)區(qū)在地震作用下的變形能力有非常大的作用。同時(shí)會(huì)有效避免混凝土灌注中出現(xiàn)的許多現(xiàn)實(shí)問題:諸如在施工過程中由于框架節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過于密集,混凝土難以灌注的問題,振搗困難的問題等等。由此,大跨度板柱體系在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來越得到更為廣泛的應(yīng)用。伴隨著我國(guó)混凝土行業(yè)、高層建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展,行業(yè)規(guī)范越來越嚴(yán)格,對(duì)混凝土制品的品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)也更高,這在一定程度上也加快和推廣了大跨度版主的發(fā)展和應(yīng)用。再就是大跨度板柱體系在經(jīng)濟(jì)方面和混凝土密肋梁板相比較也具有很大優(yōu)勢(shì)。在下文中,對(duì)大跨度板柱體系和混凝土密肋梁板體系在抗震性能和經(jīng)濟(jì)性方面作計(jì)算分析比較。
一、結(jié)構(gòu)方案概述及計(jì)算分析結(jié)果
本工程處于8度抗震設(shè)防烈度區(qū),屬三類場(chǎng)地,基本風(fēng)壓0.35kN/m2,框架抗震等級(jí)三級(jí)。X方向總長(zhǎng)7.3x6=43.8米,Y方向總長(zhǎng)8.2x3=24.6米。大跨度板柱體系:結(jié)構(gòu)總高度為3.0米x9層=27米,框架柱600x600,外圍框架梁考慮到門窗洞口的設(shè)置以及避免形成邊框架扁梁偏心的因素,采用300x600,其余內(nèi)框架梁800x400,次梁400x400;混凝土密肋梁板體系:結(jié)構(gòu)總高度為3.3米x9層=29.7米,框架柱600x600,框架梁300x600,次梁250x500。
現(xiàn)在用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列SATWE軟件依次對(duì)它們進(jìn)行計(jì)算分析,來研究大跨度板柱與普通混凝土密肋梁板兩種方案的地震作用效應(yīng)。我們通過數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)明顯看到:當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r(shí),兩種板柱體系表現(xiàn)出近似的地震效應(yīng),特別是處于兩個(gè)方向同時(shí)產(chǎn)生地震平動(dòng)效應(yīng)。混凝土密肋梁板體系擁有較高的空間抗側(cè)強(qiáng)度,而大跨度板柱體系又具有相對(duì)高的空間抗扭強(qiáng)度。原因在于:處在水平地震受力下,混凝土密肋梁板具有很高的抗彎強(qiáng)度,柱端受到的約束作用力相對(duì)較強(qiáng),完全抵消了高空間的影響后表現(xiàn)出更大的空間強(qiáng)度;但大跨度板柱在建筑平面內(nèi)的約束卻擁有更大的強(qiáng)度,因而展現(xiàn)出更好的結(jié)構(gòu)整體抗扭性能,當(dāng)?shù)挚沟卣鹋まD(zhuǎn)作用時(shí)充分發(fā)揮了這些強(qiáng)度的平衡作用。以上結(jié)論對(duì)我們具有一定的參考價(jià)值,對(duì)這兩方面的地震反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)應(yīng)予以重視。
建筑論文：《哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)》本刊以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”，理論聯(lián)系實(shí)際，開展教育科學(xué)研究和學(xué)科基礎(chǔ)理論研究，交流科技成果，促進(jìn)學(xué)院教學(xué)、科研工作的發(fā)展，為教育改革和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻(xiàn)。
二、通過比較來看兩種結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟(jì)性
我們通過數(shù)據(jù)可以分析出,選擇混凝土密肋梁板體系比采用大跨度板柱體系節(jié)省鋼筋用量28%左右,節(jié)省混凝土用量10%左右,如果采用大跨度板柱體系當(dāng)可以將高度差范圍的維護(hù)結(jié)構(gòu)(框架填充墻以及玻璃幕墻等)的費(fèi)用節(jié)省。如果放棄結(jié)構(gòu)總高度的因素下,運(yùn)用混凝土密肋梁板體系具有相對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),相反,如果是結(jié)構(gòu)總高度設(shè)為確定值的狀況下,運(yùn)用大跨度板柱體系當(dāng)擁有可以在本來建筑基礎(chǔ)上再遞增一重的經(jīng)濟(jì)效應(yīng),這對(duì)現(xiàn)在寸土寸金的購(gòu)地建筑中能大大降低成本,具有明顯的優(yōu)勢(shì)!
三、大跨度板柱的設(shè)計(jì)構(gòu)造要求
在構(gòu)造設(shè)置過程當(dāng)中,大跨度板柱的寬高比不能過大,即使能符合當(dāng)下《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.2條的規(guī)定:a)梁截面寬度≤2倍柱截面寬度;b)梁截面寬度≤柱截面寬度+梁截面高度;c)梁截面高度≥16倍柱縱筋直徑的規(guī)定,而規(guī)定所允許的條件,是大跨度板柱設(shè)置的最低限度準(zhǔn)則。在大跨度板柱寬高比過大(接近規(guī)定要求限定值)的時(shí)候,它的傳力機(jī)理更加多變,節(jié)點(diǎn)外關(guān)鍵區(qū)抗扭變數(shù)成為關(guān)鍵難題。因?yàn)楫?dāng)下的試驗(yàn)數(shù)量不多,和大跨度板柱柱節(jié)點(diǎn)相關(guān)的研究還在不斷的研究和完善之中,故而對(duì)構(gòu)造設(shè)置的工作人員來說,運(yùn)用寬高比過大的設(shè)置,對(duì)于強(qiáng)度和裂縫控制層面是需要冒一定的風(fēng)險(xiǎn)的。當(dāng)前面對(duì)大跨度板柱的設(shè)置方案通常采用比較嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求配筋,最后再按照結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果對(duì)比復(fù)核。其設(shè)計(jì)要求為:
1.關(guān)于框架節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵區(qū)中水平抗剪箍筋的設(shè)計(jì):大跨度板柱框架節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵區(qū)水平抗剪箍筋除了于內(nèi)核心區(qū)柱內(nèi)按照實(shí)施的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)計(jì)之外,另外要在外核心區(qū)周邊設(shè)計(jì):二級(jí)抗震等級(jí)≥€%o13@100;二、三級(jí)抗震等級(jí)≥€%o9@100;非抗震等級(jí)≥€%o7@100;可利用大跨度板柱腰筋雙向貫通設(shè)置雙向大跨度板柱節(jié)點(diǎn)。可利用大跨度板柱腰筋雙向貫通附加另向水平拉結(jié)筋設(shè)置單向大跨度板柱節(jié)點(diǎn)。
2.關(guān)于板柱節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵區(qū)抗扭縱筋設(shè)置:雙向大跨度板柱柱高相等時(shí),應(yīng)運(yùn)用計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)增加板柱縱向鋼筋配置;雙向大跨度板柱柱高不等時(shí),應(yīng)在矮大跨度板柱方向外關(guān)鍵區(qū)底部增加朝上開口箍筋配置底部抗扭縱筋;單向混凝土大跨度板柱時(shí),應(yīng)通過設(shè)置節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵區(qū)附加封閉箍筋構(gòu)成。應(yīng)當(dāng)運(yùn)用附加箍筋形式時(shí),其構(gòu)造要求為:二級(jí)抗震等級(jí)≥€%o13@100;二、三級(jí)抗震等級(jí)≥€%o9@100;非抗震等級(jí)≥€%o8@200。
3.關(guān)于板柱節(jié)點(diǎn)外關(guān)鍵區(qū)周邊抗扭封邊箍筋設(shè)置:節(jié)點(diǎn)外關(guān)鍵區(qū)大跨度板柱縱向鋼筋和節(jié)點(diǎn)外關(guān)鍵區(qū)角部附加垂直拉筋焊接或搭接配置,附加垂直拉筋的配置要求:二級(jí)抗震等級(jí)≥€%o13@100;二、三級(jí)抗震等級(jí)≥€%o9@100;非抗震等級(jí)≥€%o8@100。
四、采用大跨度板柱體系應(yīng)注意的幾個(gè)問題
1.在一定條件下,大跨度板柱的設(shè)計(jì)會(huì)由強(qiáng)度控制轉(zhuǎn)化為由構(gòu)件裂縫寬度和撓度控制,這個(gè)條件就是:大跨度板柱一側(cè)的受拉鋼筋配筋率達(dá)到3.0%左右。依據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第8.1.1條規(guī)定,當(dāng)按照結(jié)構(gòu)所處環(huán)境情況和結(jié)構(gòu)不同來確定相對(duì)的裂縫控制等級(jí)和最大裂縫寬度限值。因此對(duì)于一般混凝土建筑進(jìn)行驗(yàn)算的控制要求是:裂縫寬度限值應(yīng)按0.25mm,屋頂負(fù)彎矩區(qū)應(yīng)按0.18mm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。撓度驗(yàn)算有時(shí)候會(huì)起到?jīng)Q定性的作用,這是因?yàn)榇罂缍劝逯鶎?duì)豎向荷載的抗彎強(qiáng)度相對(duì)較弱,所以,在建筑頂層永久荷載相對(duì)較大而活荷載相對(duì)微弱,必須考慮荷載長(zhǎng)久效應(yīng)受力影響的長(zhǎng)久強(qiáng)度BL=MsBs/[ML(€%a-1)+Ms]計(jì)算的時(shí)候,永久荷載所占據(jù)比例越大,那么BL就越小,撓度就會(huì)越大。
2.在大跨度板柱的設(shè)計(jì)過程中,大跨度板柱的裂縫寬度及撓度的控制常常趨近現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的限定值。假如在混凝土固化、養(yǎng)護(hù)中間由于施工因素導(dǎo)致的微弱傷損在之后結(jié)構(gòu)交付使用后會(huì)更加容易增大,會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)用產(chǎn)生很不利的影響,嚴(yán)重的會(huì)危急到結(jié)構(gòu)安全,因此在施工中間需要強(qiáng)化對(duì)大跨度板柱的混凝土養(yǎng)護(hù)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和必要的保護(hù)。如果需要,應(yīng)在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)用在混凝土中加入一定量得鋼纖維的做法,從而加強(qiáng)大跨度板柱柱節(jié)點(diǎn)初裂承載力以及極限承載力,從而優(yōu)化混凝土的裂縫形態(tài),讓裂縫更均勻、更細(xì)。
五、結(jié)論
1.大跨度板柱和混凝土密肋梁板體系于一樣的地震效應(yīng)情況下表現(xiàn)出相似的地震平動(dòng)效果:肋梁體系擁有相應(yīng)稍高的建筑抗側(cè)強(qiáng)度,大跨度板柱體系擁有相應(yīng)稍高的建筑抗扭強(qiáng)度。
2.因?yàn)楫?dāng)前階段對(duì)于大跨度板柱柱節(jié)點(diǎn)的研究還不全全面,因此現(xiàn)在在使用大跨度板柱體系構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該按照較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
3.使用大跨度板柱體系比使用混凝土密肋梁板體系方案能夠明顯減小建筑層高,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)凈高目的,如果放棄結(jié)構(gòu)總高度的限制效應(yīng),使用后者方案的單位工程總造價(jià)將節(jié)省將近6%。當(dāng)在乎結(jié)構(gòu)總高度限制效應(yīng)的狀況下,大跨度板柱體系會(huì)擁有更大的經(jīng)濟(jì)綜合效益。因?yàn)榇罂缍劝逯w系中空間內(nèi)梁底同現(xiàn)澆板底的高差相差不是太大,構(gòu)造比較美觀,通常情況下當(dāng)可節(jié)省空間內(nèi)內(nèi)頂?shù)难b飾成本。
4.在使用大跨度板柱體系中,撓度和裂縫的把握是構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)程的關(guān)鍵,在現(xiàn)實(shí)條件不能合乎設(shè)計(jì)普通鋼筋混凝土大跨度板柱體系時(shí),應(yīng)使用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土技術(shù)從而改善混凝土材料的構(gòu)成關(guān)系、改變梁的受力效應(yīng)等方案來處理。
支撐結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度嚴(yán)重影響了大跨度板柱空間網(wǎng)格的受力效應(yīng)。在空間網(wǎng)格被托起在西昌的柱子上時(shí),它相當(dāng)于一塊連接在柔性柱頂?shù)膭傂詸M隔板,彼此合理銜接,承托拉緊。這種空間結(jié)構(gòu)的橫向拉伸由柱子的豎向懸臂作用和通過柱間剪刀撐得到支持。當(dāng)構(gòu)造柱間支撐時(shí)需要小心切勿把這種空間結(jié)構(gòu)的溫度伸縮變形過分約束,要留有合理的效應(yīng)伸縮空間。要達(dá)到這種目的,通常是運(yùn)用在矩形板柱平面的各邊中部的柱間加設(shè)剪刀撐。如此水平地震力就會(huì)依據(jù)柱子的各自相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行比例分配。
近幾年,大跨度建筑大量涌現(xiàn),特別是大跨度板柱體系和混凝土密肋梁板這兩種新的結(jié)構(gòu)體系的較多應(yīng)用,大跨度建筑已逐漸商品化,作為投資者,希望所建的工程價(jià)廉物美,在滿足市場(chǎng)需要的同時(shí),個(gè)人或企業(yè)有所發(fā)展,而作為客戶需求方則既考慮造價(jià),又考慮建筑物的質(zhì)量,也就是綜合考慮結(jié)構(gòu)的抗震性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過抗震及經(jīng)濟(jì)性能分析,尋找合理的使用范圍,對(duì)更好的發(fā)展大跨度大空間建設(shè)、滿足社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)的生活需要、建設(shè)更好更多的綠色大跨度建筑體系具有重要意義。
大跨度板柱體系空間結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)合理、造型豐富多彩等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各類大跨度公共建筑中。諸如體育館、展覽館、機(jī)庫(kù)、候車廳、候機(jī)庫(kù)、大型內(nèi)游樂中心、商業(yè)中心等大跨度建筑,這類建筑重要性等級(jí)通常較高,一旦破壞,將對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重危害,所以,對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行謹(jǐn)慎、細(xì)致的抗震設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。
對(duì)于地震力與所要求的結(jié)構(gòu)延性建立對(duì)應(yīng)關(guān)系,國(guó)外一般有如下三種設(shè)計(jì)方案:
(1)較高地震力——較低延性方案;
(2)中等地震力——中等延性方案;
(3)較低地震力——較高延性方案。
能夠保證結(jié)構(gòu)的承載力的是高地震力方案,低地震力方案主要是保證結(jié)構(gòu)的延性。當(dāng)在現(xiàn)實(shí)的震害中,此三類預(yù)防方案,無論經(jīng)濟(jì)性還是抗震能力來看,都可達(dá)到防震目的要求。
我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)采用的是方案(3)即較低地震力——較高延性方案,即采用明顯小于設(shè)防烈度的小震地面運(yùn)動(dòng)加速度來確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)地震作用,并將它與其他荷載內(nèi)力進(jìn)行組合,進(jìn)行截面設(shè)計(jì),通過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在屈服后的地震反應(yīng)過程中形成較為有利的耗能機(jī)構(gòu),使結(jié)構(gòu)主要的耗能部位具有良好的屈服后變形能力,來實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的目標(biāo)。
