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建築工程框架結構設計面臨的困境及解決措施論文

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當今社會,建築技術不斷進步,施工設備和施工材料的性能不斷提升,在此背景下,工程項目的結構也越來越複雜,框架結構設計工作面臨的問題也越來越複雜,一旦框架結構設計工作中出現疏漏,將爲工程項目的質量和性能埋下隱患,並且會影響施工進度,降低工程建設的社會效益和經濟效益,近些年來,如何保證框架結構設計質量,成爲了人們廣泛探討的問題,本文基於工程實例,探討建築工程框架結構設計存在的問題及處理對策,對工程結構設計工作具有重要的借鑑意義。

建築工程框架結構設計面臨的困境及解決措施論文

1工程實例。

某工業廠房工程,採取鋼筋混凝土框架結構,工程平面爲矩形,長度、寬度分別爲96. 6m和86. 6m,廠房共計5層,建築面積總計35125ma,總建築高度爲26. 60m, 1層高度爲5. 9m,2層-5層的高度均爲5. lm,並且2層一5層的建築中部設有天井,建築平面爲“回”字形,天井規格40m X 50m.該廠房工程的柱網尺寸主要爲lOmX lOm,由於廠房中需要設定縱橫向走廊,因此該廠房工程還設有3. 3m短跨。本次廠房工程的框架抗震等級爲一級,抗震設防類別爲丙類,抗震設防烈度爲8度,設計基本地震加速度爲0. 2g,建築結構安全等級爲二級,建築場地類別爲III類,地基基礎設計等級爲二級。結構設計完成之後,經過專家以及工作人員反覆分析,方知原設計方案存在問題,因此需要對結構設計方案進行調整,下面本文在此以本次工業廠房工程爲例,分析建築工程框架結構設計存在的問題及處理對策。

2框架結構設計存在的問題。

本次工業廠房項目中,框架結構設計工作面臨的問題比較複雜,首先該廠房屬於高層建築,因此結構設計工作需要面臨週期比問題,結構扭轉爲主的第一自振週期T.與平動爲主的第一自振週期T:必須要滿足以下要求:

Tt/T,簇0. 9經過專家和工作人員的分析,原結構設計方案難以滿足上述要求,這樣一來,廠房的性能將會受到很大影響,因此必須要合理調整結構設計方案,使之符合上述要求。

此外在本次廠房工程中,2層一5層的建築中部均設有天井,這樣一來,將會給建築結構帶來嚴重的負面影響,致使結構抗扭轉能力下降,因此結構設計工作還必須要面臨抗扭轉問題。

專家和工作人員經過分析後發現,如果按照原結構設計方案來建設廠房,將會存在結構抗扭轉能力不足的現象,致使建築物容易出現變形等問題,因此爲了保證廠房工程的結構穩定性,一定要調整結構設計方案,以增強建築結構的抗扭轉能力。

3框架結構設計問題的處理對策。

3. 1,調整構件截面。

本次廠房工程中,爲了合理調整構件截面,工作人員預先制定6種調整方案,對各項方案進行綜合對比,具體調整方案分別如下。

方案1:不增加柱,將3層的邊柱截面調整爲1000mm X 900mm(原方案爲100Dmm X 700mm);

方案2:不增加柱,將3層的樑混凝土強度等級調整爲C35(原方案爲C30),並將3層的柱混凝土強度等級調整爲C45(原方案爲 C40);

方案3:不增加柱,將1層、2層的內柱截面調整爲750mm X 750mm(原方案爲900mmX 900皿1,將1層、2層的邊柱截面調整爲1100mm X 900mm(原方案爲900mmX 900mm),將3層、4層、5層的邊柱截面調整爲1000mm X 700.(原方案爲700mm X 700mm ):

方案4:不增加柱,將1層、2層的柱混凝土強度等級調整爲C45(原方案爲C40),並將1層、2層的樑混凝土強度調整爲C35(原方案爲C30);

方案5:不增加柱,將1層、2層、3層的邊框樑截面調整爲500mm X 1000nun(原方案爲500mm X 850mm );

方案6:增加12根外邊柱,將1層、2層的邊柱截面調整爲1000mln X 800mm(原方案爲900Inln X 900mm)將3層、4層、5層的邊柱截面調整爲1000mm X 700mm(原方案爲700imn X 700mm),將1層、2層的內柱截面調整爲700mm X 700mm(原方案爲900mmX 900mm),將1層、2層的柱混凝土強度等級調整爲C45(原方案爲C40),將1層、2層的樑混凝土強度等級調整爲C35(原方案爲C30),樑柱佈置情況大致如圖1所示。

之後工作人員透過計算分析,對6種調整方案的調整效果進行對比,其中方案1-5的調整效果如表1所示。

其中方案1和方案2無效,而方案3、方案4、方案5可以說明,採取“將外邊柱截面增大,將內柱截面減小,將邊框樑截面增大”的方法,可以明顯改善週期比,不過上層抗扭剛度增大,對整體扭轉週期不會有明顯影響。方案6說明,增加邊柱數目能夠明顯提高結構剛度,同時可以減小樑柱截面,此方案會影響廠房的建築佈局,因此在具體實施過程中,需要其他專業的配合。另一方面,在地震的作用下,結構會受到扭轉震動的影響,遠離剛度中心的構件側移量將會大幅提升,同時所產生的水平地震剪力也會提升,因此在增加邊柱時,應該將邊柱設在角部,這樣可以在一定程度上降低對廠房建築佈局的'影響,並且能夠充分發揮邊柱的作用。專家和工作人員經過反覆研討,最終選取方案6來實施調整。

3. 2調整結構剛度。

在結構設計過程中,要在最大程度上降低地震作用效應,同時還要充分考慮P_△效應,避免結構位移過大或者整體失穩,建築不僅要具備良好的扭轉抗力和剛度,並且還要具備良好的側向抗力和剛度,從而限制扭轉振動的發展,因此在本次廠房工程中,結構設計人員將主要抗側力構件佈置於靠近結構周邊的位置,並且儘可能使剛度中心與質量中心重合。

3. 3短跨樑設計。

本次廠房工程中,設有3. 3m短跨,在長短跨相鄰的結構中,短跨樑線剛度較大,將要承擔很大的樑端彎矩,原結構設計方案雖然可以滿足跨高比,但是混凝土相對受壓高度和配筋率計算值不符合相關規範的要求,因此專家和工作人員認真探討解決方案,最終採取以下方法:設計爲寬扁樑,樑寬提高到800mm,樑高575mm,淨跨2300mm,同時適當減小短跨樑截面。

然而上述措施雖然能夠明顯改善短跨樑的受剪情況,不過此方法會導致層間位移增加,爲了解決這一問題,本次工程中採取以下措施:短跨樑受力狀況與剪力牆結構中的連樑的受力情況比較相近,因此把短跨樑按照連樑來進行計算,在地震作用下,允許短跨樑開裂,在設計方案中折減短跨樑剛度,降低短跨樑配筋率。另一方面,連樑跨高比如果在2, 5以下,那麼剪切效應將十分明顯,因此在連樑設計方案中,工作人員將跨高比控制在2. 5-5. 0範圍內,剛度折減係數採用0. 75,這樣一來,就可以減小層間位移,改善短跨樑受剪情況。

4總結。

在工程項目的建設過程中,結構設計工作具有至關重要的作用,結構設計方案不合理,不僅會影響工期,降低項目實施的經濟效益,甚至會嚴重影響建築物的性能和安全,如今框架結構的應用己經十分普遍,在框架結構設計工作中,一定要保證設計方案的合理性,以促進工程項目的順利實施。本文在此結合某工業廠房工程,分析了建築工程框架結構設計存在的問題及處理對策,希望文中內容可以爲相關工作提供借鑑。

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