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摘要:随着我国经济的迅速发展,生活水平的提高,人们对住房建筑的要求也越来越高。本文通过对目前建筑设计的分析,来浅析建筑结构设计存在的相关问题。
关键词:建筑;抗震;设计结构;
引言
随着科技和社会的不断发展和进步,自从19世纪以来出现了现代高层建筑,高层建筑越来越广泛的出现在人们的生活中。作为一个庞大复杂的系统,高层建筑的结构设计,一方面要满足包括抗震,抗风等在内的安全性能的要求,另一方面,也要满足高层建筑结构的科学性和合理性。
正文
一、提高建筑物抗地震倒塌能力的系统科学思想
根据系统科学的基本概念,一个复杂系统的功能主要取决于该系统的整体性。系统的整体性是系统方法的核心和目标,整体性可以简单的表述为“整体不等于部分之和”。对于建筑结构系统来说,一方面,构件的功能依赖于整体结构系统功能,任何构件一旦离开整体结构,就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能;另一方面,构件又影响整体结构系统的功能,任何构件一旦离开整体结构,整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能,可能更大,也可能更小。由于系统组成的复杂性,结构系统的整体功能取决于构件的组成方式和构件之间的相互作用。采用同样结构构件、但按不同方式组成的结构系统,其整体性可能表现为截然不同的结果。如果因为结构构件之间的互相依赖而加剧了结构系统整体功能的损失,即局部构件的破坏与所导致的整体结构破坏程度很不相称,则结构系统的整体抗震能力弱,这样的整体性属于不利的整体性,也即所谓结构系统的易损性。
二、建筑结构设计中存在的安全隐患
1.抗震度不够
前两年的汶川大地震及今年的玉树地震造成的损失足以说明我国一些地方的建筑抗震性很差,未达到我国规定的标准。因此保证建筑物的抗震性能是减少地震发生时人员伤亡及财产损失的重要问题。在建筑结构设计中提高抗震设计水平是提高建筑结构设计水平的一个重要方面。关于建筑物的抗震性能设计,我国颁布了《建筑抗震设计规范》,为我国的建筑抗震设计提供了依据。《规范》中规定:“小震(超越概率63%)不坏、中震(超越概率10%)可修、大震(超越概率2%)不倒”。而一些建筑公司领导对建筑物的抗震性能的重视程度不够,导致了公司员工也不重视抗震性,尤其是建筑结构设计人员。有些建筑结构设计人员对抗震设计的认识不透,设计过程中个别忽略抗震性原则,造成了建筑物施工过程仅仅是一个表面工程,而实质是建筑物并不具有真正的抗震性能。这种现象在我国不少地区屡见不鲜。当然我国地域辽阔,各个地区的情况不同,地震几率与地震级别各有不同。不能恪守规则,不了解实际情况进行设计。建筑结构设计者要根据地区的实际状况,选择不同的抗震规范,以免造成不必要的浪费。
2.建筑结构设计不合理
由于建筑结构设计者的知识和经验不足,导致其设计的建筑结构不合理,存在安全隐患或其他问题。有些设计者安全意识薄弱,只顾建筑设计的美观而不顾建筑质量,或者明知道公司要求的设计形式行不通,为了保住自己的饭碗而不提出异议,纵使悲剧上演。这种人员虽然只是建筑结构设计行业中的极少数,但他们的存在也非常值得重视。因此设计人员要人人自危,不能只考虑公司利益,也要切身为顾客考虑,学会换位思考。设计人员要全面考虑情况后,再进行设计,并把不合理的设计或只顾美观不顾质量的设计扼杀在襁褓中,不要等到造成恶果时,再想补救措施。
3.结构设计中偷工减料,
钢材不足导致功能减弱一方面在结构设计中,一些建筑公司为节省开支,获取高额利润,过度节约钢材等偷工减料,不重视建筑物的质量及安全性,导致建筑物中钢材等材料的性能减弱,进一步导致建筑物的质量不过关,安全性下降。我国对建筑物钢筋的配筋率有明确的规定,建筑物的不同部位,其配筋率是不同的。建筑设计公司的设计人员要高度重视建筑物的配筋率,对施工过程进行实时监督。另一方面,一些小的建筑公司为节省开支,使用中小城市现在还在发展的冷轧变
形钢筋。这种钢筋强度高,脆性大,韧性小,且对建筑抗震不利,就是因为可以节省钢材,进而节约开支,所以,一些小建筑公司为牟取利益不惜不顾人们的生命安全使用不符合规定的钢材。
三、抗震概念设计的一般原则
需要强调的是设计不能陷入只凭计算的误区,若结构严重不规则,整体性差,仅按目前的结构设计计算水平,是难以保证结构的抗震、抗风性能,尤其是抗震性能。因此,要求建筑师与结构工程师要共同把好初步设计这一环节。
(1)结构的简单性
结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。建筑抗震设计规范(GB50011-2001)第3.5.2条作为强制性条文要求,“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析,限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
(2)结构的规则性和均匀性
建筑抗震设计规范(GB50011-2001)第3.4.2条要求,“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面布置宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面比较规则,不应采用严重不规则的平面布置,对A级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心;而对B级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。平面布置均匀规则,使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,并使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则,有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌,使地震作用能在各子结构之间重分布,增加结构的赘余度数量,发挥整个结构耗散地震能量的作用。沿建筑物竖向,建筑造型和结构布置比较均匀,避免刚度、承载力和传力途径的突变,以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。
(3)结构的刚度和抗震能力
水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常,可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力,结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大,过大的变形会产生重力二阶效应,导致结构破坏、失稳。结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力,现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量,在抗震概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
(4)结构的整体性
在高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用,楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构,而且要求这些子结构能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和内力,并与竖向子结构有效连接,当结构空旷、平面狭长、平面凹凸不规则,楼盖开大洞口时更应特别注意,设计中不能错误认为,在多遇地震作用计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后,就可以削弱楼盖体系。
四、提高建筑结构设计中安全性的措施
1、提高建筑结构设计人员对抗震性能的重视意识。
结构设计是个系统、全面的工作,需要扎实的理论知识作为基本功,灵活创
新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要精益求精,重视每一个基本构件的设计,并做到知其所以然,并深刻理解规范和章程的含义,密切配合建筑工程,在工作中做到事无巨细,善于反思和总结工作经验和教训,为以后的工作积累经验。结构设计人员要转换自己的陈旧思想,正确对待抗震性能的重要性,为人们的生命财产负责,发挥自己的主导作用,对工作负责,应用自己的个人才智,控制建筑结构设计的安全性能水平,让自己设计出来的作品体现自己的人本意识,积极配合国家以人为本的政策。
2、严格按照国家规定的建筑规范设计建筑结构。
随着建筑业进一步的发展,建筑结构越来越被重视。国家也出台了一些相应的规定。而一个国家的规定不仅仅是技术性的,还具有很强的政策性。而且这些规定是与时俱进的,要不断修改,我们不能仅仅满足于过去的设计标准。为了提高建筑的质量,消除安全隐患,建筑设计人员要谨守本责,对建筑过程中不符合国家相关规定的行为及时提出异议,并提出解决措施,以避免或减少类似情况的发生,使建筑结构设计更多的为人们考虑周全。同时,建筑结构设计人员对存在违规行为且屡教不改的人员要及时举报,以免造成更严重的损失。
3、开展科研,创新设计软件。
工欲善其事,必先利其器,道理是显然的,这对于任何行业都适用。随着建筑事业的发展,特别是现今建筑行业的飞速发展,建筑结构设计的内容越来越复杂,难度越来越大。从另一个角度来说,我国建筑结构设计对设计人员知
识的深度和广度有了更多的要求。在此种情况下,现有的结构设计程序已不能满足设计人员的需求。例如有些力学模型不能适应比较复杂的结构和构件形式,对某些构件的承载力设计处理不理想或计算不准确,这对建筑物的安全性缺乏保证。同时计算机程序的内容和功能直接影响结构设计水平。有时为了解决生产问题,配合软件的能力,只能把计算过程简化以满足计算程序的能力。所以,提高结构设计中建筑的安全性,首先要开发出一款高精度软件,这就需要设计者和计算机程序专业人员合作去完成软件开发,推新创新,不安于现状,勇于承担起这个任务。
五、结束语
通过对以上建筑结构设计中存在问题的剖析,可以加强建筑结构设计人员重新认识自己工作的重要性,明确自己的责任,提高对结构设计质量安全问题的辨别能力,积累结构设计中出现的问题作为经验,使建筑结构设计工作行业逐步步入正轨,做到建筑物的设计更安全、更合理。把不与不法违规公司为伍,并切实把国家对建筑物的相关规定落到实处,不与规范,规定打擦边球作为自己的工作原则,为提高建筑结构设计中建筑的安全性出一份力。
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