衡宇策画观念十篇
编辑:小编 日期:2024-04-23 15:53 / 人气:
概念设计是通过一种较为抽象的方式,在脑中将对象的进行感知和概括。这种设计方式一般不是基于计算结果产生,尤其是对于那些难以通过计算做出精确分析或是在规范中难以进行规定的相关问题,需要通过概念设计的方式,对不同的建筑环境和空间进行详细的分析,对整体的结构进行优化。概念设计主要通过对建筑的结构以及相互之间的力学关系的经验判断,在抗震设计的方案阶段对整体方案进行选择和优化,这种方式概念清楚、定性准确、算法简便,能够快速选择出最佳方案并确定结构构件的基本尺寸。
随着科学技术的不断发展,采用计算机技术进行结构抗震计算已成为不可阻挡的趋势,这种方式快捷精确,受到了广泛的应用。然而这导致了很多设计人员盲目相信计算结果,而忽略了工程的实际情况及概念设计的重要性,不注重保证结构的整体抗震性,这样一来只会影响到房屋的抗震稳定性。因此在进行抗震设计时,应将概念设计与结构计算相互结合,通过概念设计对结构计算进行总体的指导,通过结构计算对设计进行进一步的验算以及修改,保证两者之间的平衡,提高房屋的整体抗震性能。
地震对建筑的影响很大部分原因与其场地的选择有关,一般而言地震导致建筑的破坏主要是由于地震时所产生的地面剧烈运动而导致房屋的破坏,第二类是由于各类灾害导致的房屋失稳,第三类则是由于各种断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。而这些都与结构选择的场地有直接的关系,在进行房屋的场地选择时,应进行详细的地质勘察和考察,尽量避免对房屋抗震不利的地段,选择有利于进行抗震并危险性较小的场地。一方面提高建筑抗震安全性,一方面也能提高建筑的经济性。
结构的方案设计应考虑到建筑的实际情况以及下部的工程地质结构,在保证周围建筑以及环境的安全性的基础上,选择经济性较高的方案。在进行设计时,应充分发挥地基的潜力,根据不同地基的情况进行基础方案的设计,必要时需要对地基的变形进行验算。同时在设计时可以参考周边相似建筑的抗震资料,保证建筑基础方案的合理性。对于结构上部方案的设计与选择,则需要与相应的基础进行合理配置,保证结构整体的安全性。
建筑结构体系对于建筑的抗震有很大的影响,好的建筑结构体系能提高房屋的整体性和稳定性。科学的建筑结构体系能够有效的抵抗外界的变形和抗冲击力,满足建筑的整体刚度要求。因此在建筑的结构体系选择时,应根据建筑的实际情况,保证建筑能够承受自身的荷载又能在地震发生时充分抵抗外部的巨大应力而不发生过大的变形和破坏,在进行结构选择时,要注意建筑物传力途径和受力计算的明确性,尽量避免使用转换层,防止地震作用下建筑物发生局部破坏或倾斜现象。
在进行抗震放线的布置时,应采取多条放线共同系统布置的方式。由于单一的抗震防线往往比较单一,若发生地震则可能由于单条放线的破坏而造成整栋建筑的坍塌,这样既不利于房屋的抗震稳定性。而通过多种抗震防线相互组合的方式,则能很好的结合不同房屋的实际情况,对不同的部位进行不同的防护措施,通过强弱的结合,保证房屋的整体性和抗震的强度。
建筑结构的抗震性能除了基本的结构设计之外,还在很大程度上与其使用的建筑材料有关,建筑的质量、强度以及连续性与均匀性都会影响到建筑结构的抗震性能。因此在进行建筑结构材料的选择时,应根据建筑的抗震要求选择连续性好的材料,保证材料的质量和强度要求。同时在选择时,也行考虑到建筑的经济性,因此应综合考虑材料的性能与价格,保证材料性能与结构整体性能的最优。
建筑的结构是一个整体,任何一个部位失稳都会对整栋建筑造成影响,因此对于建筑结构中较为薄弱的部位,需要通过加固设计的方式保证其抗震的强度,保证各个部位共同工作。对于结构中的强剪弱弯、强柱弱梁以及柱、梁、节点处应尤其加以重视,通过箍筋加密等措施,保证建筑各个部位的构造整体性和延展性。
随着社会经济的不断进步,建筑业也逐渐开始出现巨大的发展变化,这就使得房屋建筑设计的基本要求变得复杂,在建筑设计方面通常要求立面造型应当新颖,平面布置应当独特,并且要求具备较低的工程造价,建筑师本身也会追求个性,其中部分建筑师对于设备以及设计结构不够深入了解,尤其是对于有些设备、无结构的配合,方案设计师就容易出现违反设计规范导致后期结构很难进行布置的问题,使得施工图难以实施,给建设方造成一定的经济损失。
1、结构的平面布置。建筑设计必须要充分符合抗震的概念设计要求,不应当采用不规则的相关设计方案,特别是对于高层建筑更是如此,建筑的平面布置在房屋建筑设计的过程中非常重要,能够直接反映出建筑的使用要求和功能,房间的布置和数量、楼电梯和通道的位置、墙体的布置以及柱子的距离等,都应当在建筑平面的布置图中明确表示出来,同时,由于建筑本身的使用功能不同,其每一个楼层的布置也会存在着一定差异,建筑平面上的墙体,主要包括外墙、内隔墙、填充墙、有一定刚度和强度的非承重内隔墙布置的不对称,柱子和墙体分布的不协调和不对称等都能够使得建筑物在发生地震时出现问题,对于抗震效果非常不利。当前在设计的过程中常常会出现细腰建筑,也就是典型的不规则平面建筑,这种建筑通常在多层和低层出现问题较少,在高层出现的问题相对较多,虽然细腰结构使用功能较好,但是对于抗震效果却非常不利,当发生地震灾害时,连接廊道一旦被破坏就会造成严重的后果,这就要求高层建筑的设计必须要严格遵守高规、抗规有关平面布置要求。
2、场地的选择。建筑工程项目在进行选址时必须要充分考虑到地貌地形等因素,尽量避开边坡和河岸的边缘、高耸的山丘、非岩质的陡坡等不利的地段,尽量避开软弱不均土层、液化土、软弱土层、饱和砂层等,如果不能避开,就应当采取相关的工程措施进行处理,选择处于平坦开阔地段的坚硬场地或者是均匀密实的中硬场地,在对工程项目进行选址工作时还必须要保证符合当地的相关规划设计要求和总体规划要求,不能挤占避难场所用地和应急疏散用地。
3、结构的构件。在对结构构件进行布置时必须要遵守强底层柱、强节点弱构件、强剪弱弯、强柱弱梁的原则,对于可能会造成结构薄弱的部位必须要采取相关措施有效提高其抗震的能力,图1为汶川地震时短柱被破坏的情况,作为生命的安全通道,楼梯间不应当设置于房屋的转角或者端部,不能设置比建筑物凸出的转角圆形楼梯间,禁止采用纯悬挑结构的相关楼梯间,尽量少做或者不做在地震过程中容易脱落和倒塌的建筑附属物。
1、结构平面图的设计。当建筑处于抗震设防烈度6度区域中时,如果根据建筑抗震的设计规范,就可以不做截面的抗震验算,但是必须要符合相关的抗震要求和措施要求,对于砌体结构来讲,一般不需要在软件当中建模,直接进行设计就可以,在进行设计时要考虑局部受压的问题,在时间允许的情况下输入建模较为合适,并且可以通过软件来对荷载进行导算,其中需要注意的是,在建筑处于抗震设防烈度7度及7度以上时,必须要通过输入软件建模来进行计算。
2、屋面结构图。当建筑为坡屋面时,其处理结构的方式主要有折板式和梁板式两种形式,其中梁板式比较适用于屋脊线及屋面坡度转折较为复杂、板跨度较大以及建筑平面不够规整的坡屋面,而折板式则比较适用于与之相反的条件,这两种形式的板都是偏心受拉构件,在板配筋时应当有全部或者部分板负筋拉通来抵抗拉力,梁板在折角处应当具备钢筋布置的示意图,坡屋面板平面的画法,一般要使用坡面的示意图来加大样图自身的表现方法,正确作图以及对房屋建筑结构进行设计的工作人员必须要具备空间概念,对建筑的意图和图纸能够充分明白,只有这样,其设计的图纸才能被施工人员领悟。
3、从结构的构造和计算上合理设计。在对底框砌体的结构进行验算时必须要注意,底部的剪力法只适用那些刚度较为均匀的结构,对于具备薄弱层的框架混合结构应当充分考虑到塑性集中变形的影响,低层框架的混合结构其剪力分配不能只是简单按照框架抗震墙方法,应当采取双保险方法,使抗震墙能够承担全部的剪力,框架按照刚度的比例来承担剪力,对于连续板的计算不能简单采用单向板计算的方法加以代替,在双向板进行查表计算时,对于材料泊松比所造成的影响也要加强重视,尽量避免荷载计算出现错误。
结语:房屋的建筑设计在建筑抗震设计中具有非常重要的作用,建筑抗震设计同建筑设计之间存在着密切的关系,对于建筑抗震能够起到非常重要的基础作用,优良的房屋建筑抗震设计应当建立在结构设计和建筑设计相互配合的基础上,因此,建筑设计人员必须要对建筑设计重要性高度重视起来。使其能够在抗震设计当中充分发挥出建筑设计应当有的作用。
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当今我国建筑设计行业越来越重视建筑结构设计的重要性,与建筑结构设计相关的建筑稳定性、安全性、艺术性和可行性都受到人们的关注。不同类别的建筑物对于建筑结构设计的需求也是不同的,差异化和多样化的建筑结构设计才能满足社会日益发展而产生的建筑需求。建筑设计当中的概念设计和结构措施是关乎建筑质量的关键性因素,文章将在以下篇幅予以阐述讨论。
结构设计是建筑工程师思路的起点。概念设计不是凭空落成的,需要考察实地情况,包括气候环境、地质情况、自然风貌等,根据所获得的信息和理性认知,拟定关于一个建筑物的初步想法;这个想法不同于精确的测量计算,除了灵感和理性认知还要基于工程师丰富的实地工程经验。概念设计当中的建筑物是宏观的,与精确数据有一定偏差,但误差不高。优秀概念设计的重要性在于优秀工程师的概念设计往往有着较为可靠的经济预估,因此,也有较高的可行性,同时可以避免复杂的运算劳动。
在传统的建筑设计流程当中,用到的算法往往是将上部建筑、基础、地基分别视作独立的单位,测量和设计都独立进行,但并不意味着,某一单元出现的问题不会影响到其他的结构单元,经过实践检验,这种流程有着不可忽视的缺陷。地基基础往往对上层建筑造成很大影响,若地基产生沉降现象,则地面建筑大多会开裂、错位、甚至崩塌;同时,地面结构如果建筑层数不符合规范超过地基、基础承重,则也会给地基带来变形的危险。因此在地基、基础的概念设计当中要更多地考虑到将地基、基础和上部结构结合在一起分析,这样才能减少地基变形带来的负面影响。将三者结合考虑之后,遵循力学原理,进行分析处理,设计出来一个承重完美、传力正常的建筑模型,实现实用、美学、力学等多角度的成功。
考虑到地基承重、地质情况和实用性等多方面因素,建筑物的结构布置在平面范围内应尽量简约、对称且有规律可循。第一,建筑设计的对称性可以保证平面范围内力的均衡,可以较为准确地预估压力对于地基、基础的影响,对于有特殊需要不能够对称设计的建筑物,则要根据压力情况和具体实际设计沉降缝,来增强建筑物的抗性。第二,设计的简约。主要方便工程师修改方案,并在考察实际之后进行修改,同时简约的建筑物平面设计图纸也方便其他设计人员及施工人员了解工程师的设计概念,避免理解因为过多的杂乱线条而产生偏差。第三,有规律可循。主要体现在纵向控制范围内,建筑物平面图纸内容的规律,要保证建筑物在传力和承压方面都合乎行业规范,没有某一层突然承压降低等现象。对称和规律性在建筑物抗震方面有着巨大的作用,更广范围内避免小型地震的情况下,建筑物倾斜、坍塌的情况。对于不同类型的建筑物,建筑物布局结构的控制关键也是不同的,例如高层建筑在设计上要避免出现应力集中设计困难,因为高层是由缝合地震作用的水平荷载来起控制作用的,纵向的建筑设计应满足基础的设计需要,遵循上述的几条原则,同时尽量不要出现“头重脚轻”的较高层数有承重柱子和承重墙的设计,而到较低层数和大厅往往没有了成长柱子和承重墙,一律以承重梁来“满足”需求,这是存在巨大安全隐患的。只有结构合理了,建筑物才能够有效对抗水平荷载,保证建筑的安全性。
工程师在确定结构体系中的概念设计时,主要是明确建筑物的功能定位。例如建筑物如果处在地壳运动平缓的沿海边,其主要面对的水平荷载的威胁是大风天气,极端气候条件下甚至可能发生台风等恶劣天气。我国的建筑往往有着两重防线,来面对极端天气情况,第一重防线是工程师设计出来的能够抵御强风、地震的一种刚性体系,这种体系是工程师根据建筑物的最终用途来明确建筑结构的体系,并通过清晰明了的分析设计出来的,通过稳定的柱身来实现。第二重防线是通过梁的塑性铰的扭曲度来衡量的,目前来说,只有梁塑性铰出现后,带动结构整体扭曲,建筑结构才会崩塌,这是有一定时间段的,可以为人员的生命财产安全提供宝贵的时间。这样的稳定结构除了能够抵御强风侵袭,还能在一定程度上抵抗地震带来的危害:地震强度小对建筑物影响不大,中等地震强度建筑物有一定程度受损,修补后不影响正常使用,较大强度地震(7、8级地震)发生时,建筑物受损不能使用,但不会发生坍塌,不会给周围环境带来二次伤害。但仅仅两道防线是不够的,工程师应当更多地在安全性和稳定性方面考虑建筑结构体系的升级,建立多重防线,对抗强风和较强等级地震,即利用多道防线,形成具有延长性的超静定结构,减小自然灾害带来的危害。
根据作者的多年经验,多层建筑的楼屋盖往往是结构设计当中容易忽视的设计区域,原因在于多层建筑的楼屋盖结构设计中,往往仅考虑所可能出现的结构荷载,根据强度和变形的要求,做好结构设计即可,但实际上,多层建筑、高层建筑的楼屋盖在抗震方面也有着不可忽视的作用。出于抗震考虑,目前多应用现浇梁楼盖,这种方式可以增强楼屋盖的刚性,但同时会增加大梁的承载力,为了降低大梁负重,达到结构稳定的要求,不同类型的楼屋盖在设计时有着不同的侧重点。有凹有凸的平面楼屋盖,在结构设计时要注意保证楼屋盖的刚度,主要方法是加强拉梁和窄板处构件。侧向刚度较小的体系。这种体系对于板的刚度数值有着严格的要求,如果数值不吻合,则不能验算出来在地震发生时建筑发生的具体变形。楼屋盖中部开洞。这种形式在多层、高层建筑当中很常见,要保证开洞的楼屋盖的稳定性,应加强洞周围的构件强度,并注重最小楼板宽度的数值,满足这一要求。
非结构构件也是建筑结构的概念设计需要考虑的一个方面。非结构构件是指建筑物外部附加的一些构件,例如围墙、钢化玻璃蓬、女儿墙等,这些构件在地震来临时往往首先会被摧毁,这就需要工程师考虑这些构件和建筑主体的相对关系及连接的稳定性,以免在地震中这些构件对周围人的人身安全造成较大威胁。
随着我国经济的快速发展,社会的进步,人民生活水平的提高,对房屋建筑结构提出了更高的要求,已经由过去只注重质量过渡到不但对质量提出更高的要求,而且对房屋建筑的外型、结构也提出了很多要求。近些年来,虽然我国的房屋建筑有所发展,有所提高,但同发达国家相比,还存在很多不足之处,在房屋设计中还存在一些问题,亟待解决。因此,本文主要对房屋建筑结构设计中常见的问题进行探讨。
房屋结构设计的基本方法指的是设计图,如何设计房屋的图纸,对于房屋建筑是十分重要的,不可马虎。首先是结构平面图的绘制,需要考虑的是是否输入结构软件进行建模是由建筑地处抗震设防的烈度决定的,当建筑地处抗震设防的烈度为6度区时,可以输入也可以不输入,这是因为依据建筑抗震设计规范,只要符合有关的抗震措施,并在设计中注意受压和局部受压的问题,是完全可以不用在软件中建模的。但是需要知道的是,如果时间允许,相对来说,输入建模是较好的,它能够用来进行荷载导算。当建筑地处抗震设防的烈度为7度及以上时,这就没有考虑的必要了,必须要输入软件建模计算的。
其次,是屋顶结构图的绘制,绘制这部分的图纸时,需要设计人员具备一定的空间概念,并且能够正确理解建筑图纸和意图,这样有助于加强施工人员对图纸的理解。当建筑是坡屋面时,结构的处理方式分为梁板式(主要用于建筑平面不规整,板跨度较大,屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面)和折板式(主要用于建筑平面规整,板跨度较小,屋面坡度及屋脊线转折相对简单的坡屋面)两种。两种形式的板都是偏心受拉构件。其中,梁板的折角处钢筋的布置还需要大样示意图,而坡屋面板的平面画法,则需要剖面示意图和大样示意图两种表示方法。
最后,是楼梯示意图的绘制,对于楼梯的绘制需要注意的细节较多,一是梯梁的梁下高度要尽量符合建筑物的要求。二是梯梁的位置,要确保上下楼层的位置是统一的。三是折板楼梯,不可以使局部的应力过于集中,要将钢筋在内折角处断开,并分别锚固。四是梯板基础的沉降,这是需要注意的,不可以突然进行,如果需要应该设梯梁。
对于房屋机构设计中存在的一个问题是,多层房屋建筑的地质勘测较少,更谈不上是详细。设计人员往往依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料来进行施工图的设计,而且有时仅凭地耐力这一数据作为参考依据,并私自认为将地耐力的容许值取得小一些就可以达到要求。由此可见,设计缺少详细的资料,适用程度较低。
解决措施:对于地基与基础的设计必须要做到合理,设计人员在进行图纸的设计前,必须要依据详细的地质勘察资料,并且要进行统一考察,将应该考虑的因素进行全方面的考虑,在一切准备妥当之后,才可以进行基础类型和上部结构的设计。
承重柱截面高度设计过小多发生在六度抗震设防区。一些结构设计者仅仅考虑受力分析的方便,而错误地认为六度设防不是设防,从而按照这种理念设计出的柱子的截面高度过小,梁柱的线刚度比加大。这种做法对于房屋结构是非常不利的,因为它不但忽略了梁柱间的刚结作用,而且也未曾考虑这种做法后所带来的安全隐患。柱对消化酶的约束弯矩被忽略,再加上柱截面的配筋都较小,如果受力较大,就会造成柱子附近出现裂缝。这不仅仅会影响房屋的耐久性,也会使房屋的使用寿命降低,严重时甚至会出现倒塌现象。
解决措施:首先,设计者要遵循抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。其次,要重新考虑六度抗震设防的概念,不能只为了分析方便,而设计出一些违背设计原则的建筑结构。在设计时,设计者应该将能考虑的因素进行全面的考虑,从而提高房屋结构设计的安全性与实用性。
房屋的结构主要包含建筑的平立面外形尺寸、质量分布、抗侧力构件布置以及直至承载力分布等多方面因素,但是由于多种因素造成以上这些方面出现问题。一是设计人员对结构抗震概念设计的了解甚少,但在设计之前,并没有进行自主学习,加强对结构抗震概念的理解,而是一意孤行,继续设计,结果可想而知,为房屋结构设计埋下安全隐患。
二是设计人员对结构规则性把握不准确。三是在设计时,缺乏规范依据及相应的设计规定。由于这些原因,造成房屋结构规则性较差,结构抗震能力十分弱等问题。
解决措施:结构布置是结构设计中十分重要的环节,并且容易出现问题,这就需要设计人员对结构抗震概念有一个全面的了解,从而加强他们对结构规则性的把握。同时设计人员在设计时,需要有规范的依据和相应的设计规定,不可以按照自己的理解随心所欲的进行错误的设计。如:对于超长结构的设计时,由于这些超长结构不能或不便设置温度伸缩缝,因此不能只进行留设施工后浇带这一项措施,还要增加一些辅助措施。就像可以加强顶层屋面的保温隔热措施;而对于受温度变化影响较大的部位:一是可以考虑适当的配置间距较密、直径较小的温度筋。二是可以通过采用预应力混凝土结构来达到自己的目的。
综上所述,房屋建筑结构设计之所以会出现一系列的问题,主要是由于设计者的设计出现问题所引起的,这就需要结构设计者,具有扎实的理论知识功底,灵活的、创新的思维以及认真严肃的工作态度。如果在设计中出现问题,设计人员要进行研究与辨识,在不断总结与探索中提高自己的设计能力与水平。而且建筑人员在建筑时发现问题,要及时与设计人员沟通,并及时的想出切实可行的方法加以解决。相信通过这样的方法,我国的房屋结构设计的问题会逐渐减少,房屋建筑的质量也会有更大的提高。
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房屋结构设计的成果不仅要美观、适用、安全,还要经济。设计施工图是工程师的语言,是设计者设计意图的体现,也是施工、监理、经济核算的重要依据。合理的结构设计不仅对建设项目节省投资、缩短工期、提高经济效益起着方向盘的作用,同时也为设计者本身提高了信誉、积累了财富。
房屋建筑中,总建筑面积是各层建筑面积的总和,层数越多,单位建筑面积所分摊的房屋占地面积就越少。但随着建筑层数的增加,房屋的总高度也增加,房屋之间的间距也必须增大。因此,用地的节约量并不随建筑层数的增加而按同一比例递增。
房屋建筑层数对单位建筑面积造价有直接影响,但影响程度对各分部结构却是不同的。屋盖部分,不管层数多少,都共用一个屋盖,并不因层数增加而使屋盖的投资增加。因此,屋盖部分的单位面积造价随层数增加而明显下降。基础部分,各层共用基础,随着层数增加,基础结构的荷载加大,必须加大基础的承载力,虽然基础部分的单位面积造价随层数增加而有所降低,但不如屋盖那样显著。承重结构,如墙、柱、梁等,随层数增加而要增强承载能力和抗震能力,这些分部结构的单位建筑造价将有所提高。
地基与基础设计要做到合理,安全适用,设计人员必须依据地质勘察资料,统筹考察多方面因素进行基础类型和上部结构设计。切忌“不综合考虑建筑场地的地质情况、上部结构类型、施工条件等情况进行基础设计,不注意已有相邻建筑、邻近地下构筑物及各类地下管线、房屋结构设计中柱、梁结构设计不合理
民用房屋建筑中柱,梁及基础的负荷应按规范乘以折减系数。但结构设计中,设计人员往往在计算梁、柱和基础的负荷时未按现行设计规范对荷载乘以折减系数,因而使荷载值不准确。
现行的规范、规程给出了房屋的最大适用高度和高宽比限值。某些民用房屋建筑房屋高度超过最大适用高度或高宽比超出规定限值,甚至个别建筑高度和高宽比均超出规定限值。在结构设计过程中,对于房屋高度、高宽比和体型复杂程度超过现行规范、规程的民用房屋建筑,应按超限民用房屋建筑进行设计。同时,另一点不容忽视的问题是,房屋适用高度除与结构体系类型及抗震设防烈度有关外,还与场地类别与结构是否规则等因素有关,当位于Ⅳ类场地或结构平面与竖向布置不规则时,其最大适用高度应适当降低。
这种情况多发生于六度抗震设防区。一些结构设计人员误认为六度设防就是不设防,只图受力分析方便,他们故意把柱子的截面高度设计得过小,使梁柱的线刚度比加大(因一些结构设计手册中规定:当梁柱的线时,计算简图中梁柱节点可简化为铰支)。把梁简化为铰支梁,柱按轴心受压计算。这种做法虽然易于进行结构受力分析,但却给房屋结构埋下了隐患。因为这样做忽略了梁柱间的刚结作用,即忽略了柱约束弯矩的作用,加之以柱截面的配筋都较小,结构一旦受力后,柱顶抗弯强度必然不足,从而柱子和梁底附近将会出现一条或多条水平裂缝,形成塑性饺。这样在正常使用情况下,柱子已开始带饺工作。这不但影响了房屋的耐久性,而且也常常引起用户的恐惧心理。更为严重的是,这样的结构一理遭遇地震作用时,将会倒塌,这违背了现行抗震规范中“强柱弱梁”的设计原则。
采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑,不但具有优异的静、动力工作性能,而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下,可以取代钢筋混凝土结构和钢结构,科技含量也较高,对环境污染也较少,已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中,并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。
概念设计优化技术与房屋建筑结构设计对于同一建筑方案,可以有许多不同的结构布置设计;确定了结构布置的建筑物,即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法;分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的;建筑物细部的处理更是不尽相同,这些问题是计算机无法完全解决的,都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下,根据工程实践经验进行,这便是前面所说的概念设计。因此,概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
建筑的层高增加,由于墙体面积和柱体积增加,结构的自重会增加,基础和柱的承载力相应增加,水卫和电气的管线会加长;相反降低层高,可节省材料,有利用抗震,同时建筑的总高度减小,两建筑之间的日照距离就会减小,间接的节约了用地。建筑面积相同,建筑使用不同的平面形状时,它的外墙周长也就会不同,这样当选择圆形或是越接近于方形时,外墙周长系数就越小,基础、外墙砌体、内外表面装修都随之减少,同时其受力性能也得到提高,增强了建筑的经济性能。
房屋结构设计是个系统、全面的工作。在房屋建筑结构设计的过程中,在基本满足建筑师设计意图的基础上,平面布置应尽量规则,对称,尽量缩小质量中心和刚度中心的差异;使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。想要做好房屋结构设计,我们只有不断提高业务素质和技术水平,重视设计中存在的相关问题,特别是容易被忽略的地方,不断积累设计经验,优化设计,发挥主动性创新精神,培养竞争意识,才能适应技术进步和变化,使设计出来的的房屋结构能够施工方便、且结构安全。
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日前,海南省出台文件,指出要“着力调整房地产开发结构,转变房地产发展方式”。值得注意的是,这份文件强调了“为促进房地产业转变发展方式”,要求“财政、税收、住房和城乡建设等部门加快研究制定鼓励住房租赁的优惠政策,解决商品住房空置率高的问题”。
针对空置率纷争这些乱象,笔者走访了一些业内专家,试图厘清空置率概念及其背后与行业、经济的关系。
住房和城乡建设部政策研究中心住宅处处长、研究员文林峰指出,西方引进的概念“空置量”,是指凡是已建成达到入住标准但超过半年无人居住的房屋都属空置房屋,包括新建未售和已售未住两种情况。对此,一直研究并关注空置率问题的中国房地产研究会名誉副会长包宗华给出的国际定义基本一致,只是时间有些差异,他说是“空置1年以上”。
而国内的“空置量”概念,官方一直沿用上世纪90年代出台的“空置商品房”指标,即统计年度到12月31日已建成而未售出的商品房。这与西方的空置房概念有根本的不同。
而为何国内要采取“新建未售商品房”算作空置房概念呢?据介绍,这有其历史渊源。
上世纪90年代初,国内仍在实行住房“实物分配”,在那个住房短缺时代,“零空房”是显而易见的。上世纪90年代后期,住房商品化启动,统计空置率的口径首次调整,开始考察卖不出去的商品住房面积在新建住房中的比重。
2003年,建设部门对空置率指标提出3条补充意见:住房建成1年以内尚未销出的为待销商品房,1-3年内未销出的为滞销商品房,3年以上未销出的为积压商品房。对住房管理部门来说,这种区分显然有助于更清晰地把握供应情况,但对统计部门而言,要跟踪同一套住房3年甚至5年以上,来区分其为滞销还是积压商品房,难免加大了操作难度。于是,统计部门按第一条意见提供“新建待售商品房”的统计,不再提空置指标,事实上就是目前沿用至今的“空置商品房”概念。
了解了这段统计口径的演进历史,我们不难看出,目前大讨论中的空置房概念是指西方的空置量概念,而官方统计概念是国内的“新建待售商品房”,两者的巨大差额在于“已售未住”的这部分。
可见,统计口径面临着要否改革以及如何统一的问题。而最近,国家统计局新闻发言人盛来运表示,商品房待售面积和空置面积不是一个概念。关于空置,他的定义是:“空置面积是指已经售出后住房处在闲置无人居住状态的面积。”这一定义显然是此前所未出现的,即前述“已售未住”部分。
国家统计局新闻发言人盛来运承认,目前空置率统计还是受限于统计口径问题,包括“空置的状态和时间标准”、“住房的面积、结构”总量,其解决之道则在于“大规模的住房普查”。
“统计并不一定困难,关键是要把空置指标建立起来,统一个说法。”原建设部政策研究中心主任包宗华认为,“统计口径没有好坏之别,也无须争论科学与否,即便是采用电力数据也未尝不可。”
可是,“统计又很困难,增加一个‘已售未住’反映居民拥有多套闲置住房的指标,这个统计难度不小”,包宗华又说。
“但这并不意味着就可以知难而退、无所作为,因为这毕竟是涉及国计民生的大事,必须具有使命感和紧迫感。”文林峰表示。
“缺乏科学准确数据指导的调控政策有点像盲人摸象,缺乏全局意识。”文林峰说。
而住房空置现象的另一面,就是住房市场上的多套购买现象。改善型住宅、休闲度假产品等本属于房地产产品创新的概念,如今也别有一种意味。毋庸讳言,已经有越来越多的开发商和房地产项目实质在迎合市场上的投资投机需求。而这种产业供应方式是否合理,有待商榷。
而由于商品住房投资少、见效快,目前海南商品住房投资占房地产开发投资总额的90%,房地产市场呈现商品住房“一头独大”的畸形格局。因此,这次海南提出,“鼓励开发建设只租不售的酒店式公寓、租赁式公寓等,满足短期到海南旅游观光、休闲度假、康体养生、养老等消费需求”,这显然是一个引导产业发展方式转变之举。从另一角度说,也是买售式市场导致的空置现象引发的有益尝试。
房屋闲置究竟妨碍了谁?背后是民生还是经济问题?厘清“空置率”纷争,恐怕业已需要上升到经济或者民生的高度。
从经济角度看,房屋闲置的背后是“实体经济空心化”、“产业空心化”的深层次担忧。无论是在大都市,还是拥有海景的国际旅游岛,被闲置的房屋中多少沉淀着一部分本该进入工业再生产或者产业再投入的资本金。
在竞争激烈的家电经销行业拼搏多年,不如在大城市炒房;在城市房价的飞涨中,诸如经营的努力、勤劳的美德以及信用的坚守,也难以抵挡“土地红利”的诱惑。类似故事就在身边不断上演着,产业资本流入楼市并非虚言。比房屋闲置更明显的表现,是土地市场的持续繁荣和开发用地闲置共存的现象。
从民生角度看,房屋闲置的另一面则是对贫富差距增大的担忧。财富分层不再是来自工作岗位、个人能力和机遇等因素的差异,而起点相同者出现分层的直接因素或许只是房产,说到底还是“土地红利”导致的房产财富效应。
包宗华认为,房屋闲置现象的严重程度,反映了宏观调控要最终胜利还需进一步努力,需要在“土地财政”和“过度的投资投机需求”方面做出更有力的调控。
如何缓解房屋不合理闲置?受访专家的药方并不新鲜――开征房产税,尽管这一命题仍然和当前市场对空置率的纷争一样,毫无头绪。此次海南的最新意见里,也强调了发挥税收政策对住房消费的调节作用。
一个建筑要达到精美的效果,设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。为实现在有限的空间、有限的资源的情况下,发挥出最大效果,最终达到经济化、实用性和适用性的良好目标,在房屋结构设计中,要采取适用、经济、安全、便于施工和美观这五种效果措施。而在房屋结构设计中,应用建筑结构优化设计方法可以满足这一要求,保证建筑美观、造型优美,同时又能够便于房屋的施工,使房屋安全、经济、适用,从而真正成为“经济适用”房[1]。
在进行工程项目和结构设计的过程中,需要考虑的因素很多,最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下,把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。用科学的语言来描述就是:利用确定的数学方法,在所有可能的设计方案的集合中,搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案[2]。
从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知,结构设计优化方法主要体现在两个方面,其一是房屋工程部分结构的优化设计,其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括:屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的,还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目,在实施过程中,应遵循一定的原则,结合具体工程的实际情况,从实际出发,围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。
在设计安全被保证的情况下,建筑师应开拓创新,挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中,建筑师的设计意图应能够得到基本满足,应设置尽量符合规则的平面布局,使其对称;同时减少质量中心和刚度中心的差异,使建筑物在水平荷载作用下不致于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上,应确保在满足功能要求的情况下,尽最大可能贯通竖向的承重构件;为使结构分析和设计上的难度不致于太大,减少不必要的经济浪费,使应力分散,转化层应尽可能少地使用;竖直方向的刚度要渐变,而不要突变,如若不然,在水平荷载作用下,突变处会产生严重的应力集中现象,这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的[3]。
在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果,这不仅可以使房屋看起来更加美观,用起来更加实在,而且也能够节省大量的造价,起到良好的效果。采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的,它可以使建筑工程造价得到大幅度降低,降幅可达30%左右。要实现优化方法的技术性问题,材料的性能要合理利用起来,争取协调好建筑结构内部的各单元,达到建筑规范所规定的安全水平。同时,优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计,它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。
房屋结构整体优化设计方法分以按3 个步骤进行。首先,选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量,如目标控制参数(结构造价C1 和损失期望C2)和约束控制参数(结构的可靠度PS);而将那些对设计要求来讲,变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数,这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量;其次,确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率,从而使总费用最小;第三,确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件,则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中,要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程,则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较,保证各约束条件都符合现行规范的要求,以实现最优设计。
房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题,一般情况下,在计算过程中,应转化问题求解,即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。
根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法,编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
对计算结果进行分析,确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中,涉及的问题包括多个方面,所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大,涉及到的情况非常多,在设计中片面强调经济节约是不正确的。应满足技术上的相应要求,使项目达到相应的功能要求,与此同时,要反对重视技术,轻经济、设计保守浪费的现象。
对于同一建筑方案,可以有许多不同的结构布置设计;确定了结构布置的建筑物,即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法:分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的:建筑物细部的处理更是不尽相同,这些问题是计算机无法完全解决的,都需要设计人员自己作出判断[4]。而判断只能在结构设计的一般规律指导下,根据工程实践经验进行,这便是前面所说的概念设计。因此,概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计,建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏,或将破坏程度降至最低。因此,分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中,地震作用最为难以琢磨,破坏性也最大。故而,建筑设计过程中就应该未雨绸缪,从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施,不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段;延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏;多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏,消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
总而言之,建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛,具有十分复杂的特点,是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美观是建筑工程设计优化追求的五种效果,而这五个方面的侧重点各不相同,相互之间又存在一些矛盾的地方,一个优秀设计的出现往往
是这五个方面的最佳结合。所以,在进行建筑设计的实践过程中,应加强实践探索,降低经济成本,以达到经济效益的最大化,从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。
[1]王智锋,孙之如. 建筑结构概念设计的优化[J]. 河南水利与南水北调. 2010(09)
[2]李锋. 浅谈现代建筑结构优化设计[J]. 科技资讯. 2010(26)
房屋建筑结构分部结构与建筑物层数间的关系。所有的房屋建筑物都是要共用一个屋盖的,因此当建筑物层数的逐层增加时,屋盖部分的单位成本实际上是在逐步下降的。但是对于房屋建筑的基础部分就不一样了,即使也共用一个基础部分,当建筑物层数增加时,由于基础部分所受的荷载越来越大,所以基础部分就应提高构件的承载能力,因此基础部分的设计成本也是随之增加的。另外房屋建筑结构内部的梁、柱、墙等承重构件随着建筑物层数的增加,其所要面对的实际情况十分复杂,设计时就必须多采取一些提高其实际承载能力的方法,这样就会增加这些基础构件的实际设计成本。对于房屋建筑结构中不同的分部部分,随着建筑物层数的增加其施工的成本的变化情况也是有所不同的。
重视概念设计优化技术的分析工作。在选择房屋建筑物的结构布置方案时,我们是有很多方案可以选择的,即使是同一个房屋建筑的方案,我们也是有不同的结构布置方案供选择。因此分析方法的不是唯一的,在我们分析已经确定了的结构布置方案时,如果建筑物所受荷载是相同的,那么就可以选择不同的分析方法的,当然不仅仅分析方法是不唯一的,同时在建筑物设计的过程中所选择的建筑材料、设计参数标准、荷载标准数值的算法等内容也可以是不唯一的。以上这些内容,单纯的依靠计算机进行计算是无法获得最准确的答案的,因此这部分内容是需要设计人员来确定的。通常情况下,经验更为丰富的设计人员在面对这些问题时,由于他们有过类似的设计经验,所以他们判断的过程也更加充分,确定的方案也更加灵活,所以他们最终做出的选择也是最为科学合理的,而这个过程实际上就是我们所说的概念设计的优化过程。因此在应用优化技术的过程中,我们应更加的重视对设计人员经验积累的工作,越是设计经验丰富的设计人员,他们就越能够实现房屋建筑结构设计中的优化设计技术。
进行概念设计优化就是要解决房屋建筑结构设计中的复杂问题。在对房屋建筑结构进行设计的过程中,我们的最终目的就是要保证房屋建筑结构的耐久性、功能性和安全性,另外还要尽可能的延长结构和构件的使用寿命,同时降低工程的施工成本。房屋建筑在施工以及投入使用后,是会遇到很多不可抗拒的外力因素的,因此我们进行概念设计优化工作就是要保证房屋建筑在面对这些外力因素时是不会倒塌的。而概念优化设计的最重要的内容实际上就是要详细的分析建筑物怎样才能应对好外部的复杂的各种环境因素,其中地震的作用是最为复杂也是最为强大的环境因素。通常在地震来临时,我们很难及时的预测其发生的时间、地点以及其能量等级等内容,地震活动也无法参照过去所发生的例子,所以当地震活动来临时,它对建筑将会造成非常严重的损害。因此我们必须考虑到建筑物是会受到地震的作用的,要避免地震活动对房屋建筑造成巨大的损害。所以我们在进行结构设计时,应选择最为科学合理的抗震设计方案,设计中我们应多采用多道设防思想,所谓的多道设防思想就是指在地震活动到来时,建筑物首先受到破坏的应是次要构件,这样就能够有效的消耗一部分地震能量,从而起到保护主要构件的作用;还应选择刚度对称均匀的建筑布置方案,因为这样能充分的提高房屋建筑抗震能力;同时还要遵循延性设计理念,从而有效的避免结构出现脆性破坏的现象。
1.1可持续性原则。人与自然的相处模式变得愈发自然和谐,绿色房屋建筑需要注入发展的因素,而在保证当代人的使用需求的同时,对后代人也有极为充分的满足。
1.2 整体性原则。生态系统本身可以看做成为一个总体,各个要素之间相互配合,又完整统一,绿色设计如果要实现和环境的友好统一,就一定需要整体性作为支撑。而对这类建筑的设计,一定要从细节方面着手,与绿色概念统一。
1.3 共生性原则。生态建筑是绿色房屋建筑最终要达到的目标,这要考虑到人与另外的植物动物相互和谐的关系,共生的概念应当属于生物学,表述为某一个体生物处于和另外的物种共同生产、生活的现状。
1.4 反馈性原则。对绿色房屋建筑说来,这项设计工作需要考虑绿色房屋建筑对大环境造成的影响,并做出适时的调节。绿色房屋建筑的概念将受到更多人的认可,造福社会,并因此赢得市场竞争优势。
所谓绿色房屋建筑是指规划、设计时充分考虑并利用了环境因素,施工过程中对环境的影响最低,运行阶段能为人们最大限度地提供健康、舒适、低耗、无害空间,拆除后又对环境的危害降到最低的建筑。因此,绿色房屋建筑可以理解为在建筑寿命周期内,通过降低资源和能源的消耗,减少各种废物的产生,实现与自然共生的建筑。是指以消耗最小的能源、资源与环境损失,换取最好的人居环境的建筑。绿色房屋建筑能为人类提供一个健康、舒适的工作、居住、活动的空间,同时能实现最高效率地利用能源、最低限度地影响环境。它是实现“以人为本”、“人- 建筑- 自然”三者和谐统一的重要途径,也是我国二十一世纪可持续发展战略实施的重要组成部分。
第一,绿色房屋建筑一定会考虑到对社会和自然资源的节约和合理利用,这也是确定其是否为绿色房屋建筑的重要标准。能够确定人和资源的合理关系,运用最科学的设计方法,将环境中的各种自然能发挥利用,不仅有利人的健康,也节省了大量资源的开采。第二,绿色房屋建筑对于环境保护的表现十分突出,从一开始的规划,到最终的报废拆卸过程,都要有绿色理念的支持,应当注意环保工作的最终开展,对土地资源进行充分利用,选择污染小的成分作为材料。第三,绿色房屋建筑倡导人的感觉舒畅,并且没有危险,它强调人的主观感受受到保护和关注,在室内设计中,以安全为重要出发点,并且要包含充分的光学和风流等因素。对此类建筑进行规划设计时也要根据其理念特征来展开行动,将能够体现绿色房屋建筑对人的关注,对环境的亲近和保护的思想展现出来。
3.1绿色房屋建筑设计的前期策划。因为绿色房屋建筑具有对人关注的特点,因此设计过程需要设计者与使用者两方面的意见都投入进去。而设计人员在开展工作时也要马上考虑节约能源和环境保护方面的问题,初稿完成了以后,还需要向客户征求建议,考虑得更周到。并且,需要设计内容通过各种测试,并通过大量的论证才能确定完成,这对于方案优化是有很大好处的。在设计敲定的同时也要注意考虑故障问题。
3.2绿色房屋建筑方案设计中的重点方面。最大程度使用自然能源,风与光,开展设计的时候需要注意长时间的计划花费积累,考虑问题时要注意工程花销以及延伸出来的另外花销。并且注意材料的充分利用以及回收的问题,将居住者的主观需要作为重要考虑标准,并且应当有一定策略性。设计结果可以不一次完成,而分阶段形成方案,并且注意方案中优点的选择应用,对缺陷进行避免,找到最佳效果,而设计时也应当注意居民对活动场地的需求。
3.3多工种协同工作的绿色房屋建筑设计方法。传统的建筑设计分为很多分散的阶段:在过去,对某一建筑的设计要分步骤进行,一个是设计师做出方案设定,然后是土木工程人员等对水汽,电能,供暖方面的加强,伴随电脑技术的使用,使得专业中的差距缩小,所有的信息可以体现在同一个电脑图画中。应当修整方案,提升各个设计部分人员相互交流的能力,将自己的意见表达,互换,然后方案的可行性将大大提高,这将极大降低设计缺陷导致的人和材料的浪费,并降低绿色方案所形成的附加费用。
设计的好坏和绿色房屋建筑能否实现有直接的关系。设计必须和当地的人文地理,经济状况,综合考虑到一处进行分析,不能把以其他绿色技术为题头的一切技术都照搬进来,也不可以只注重某一方面,导致整体情况受到影响。在热带,保温蓄热作用难以发挥,而在严寒地方若窗户的密闭性不好,就不利于保温材料发挥作用,也起不到节能的作用,这是因为聚集再多的热量,也会在窗户的位置流失掉。在资金不足的状况下,保温材料也要节约使用,重点保护低温地区,而不是求面积不求质量,而在一些有自己生热效果的建筑中,并且热量充足,这样虽然保温工作不算充足和优秀,热量也足够,节能效果依然可以达到。
绿色房屋建筑非常强调的一点是因地制宜,绝不能照搬盲从。气候的差异也使得不同地区的绿色设计策略大相径庭。建筑设计应充分结合当地的气候特点及其它地域条件,最大限度地利用自然采光、自然通风、被动式集热和制冷,从而减少因采光、通风、供暖、空调所导致的能耗和污染。在日照充足的西北地区,太阳能的利用就显得高效、重要。但是对待天气情况较差,阴天多而雨季长者,太阳能派不上用场。在北方,温度很低的地方要大力投入保温材料,而南方因为面临高温天气,也要充分注意遮阳板的作用,调整方向,从而避免光辐射过重,建筑物的节能方法因地区,季节,文化等都不一样,在某一时间有效,而在另外地方会显得十分别扭。
在保证建筑安全性、便利性、舒适性、经济性的基础上,在建筑规划、设计的各个环节引入环境概念,是一个涉及多学科的复杂的系统工程。规划、设计时须结合当地生态、地理、人文环境特性,收集有关气候、水资源、土地使用、交通、基础设施、能源系统、人文环境等资料,力求做到建筑与周围的生态、人文环境的有机结合和协调,增加人类的舒适和健康,最大限度提高能源和材料的使用效率。
健康、舒适的生活环境,包括:使用对人体健康无害的材料,抑制危害人体健康的有害辐射、电波、气体等,符合人体工程学的设计;室内具有优良的空气质量,优良的温、湿度环境,优良的光、视线环境,优良的声环境。
能源使用的高效节约化,包括:根据日照强度自动调节室内照明系统、局域空调、局域换气系统、节水系统;注意能源的循环使用,包括对二次能源的利用、蓄热系统、排热回收等;使用耐久性强的建筑材料;采用便于对建筑保养、修缮、更新的设计;设备竖井、机房、面积、层高、荷载等设计须留有发展余地。
这一点包括:1)对古建筑的妥善保存,对传统街区景观的继承和发展;2)继承地方传统的施工技术和生产技术;3)继承保护城市与地域的景观特色,并创造积极的城市新景观;4)保持居民原有的生活方式并使居民参与建筑设计与街区更新。这将是绿色房屋建筑设计的要点。
砌体结构是我国目前应用最为广泛的一种结构形式,该结构施工简单,在我国的临街建筑及居民住宅小区的带商店的建筑中使用较多,经济欠发达的中西部地区尤为普遍。但由于砌体是一种脆性材料,其抗拉、抗剪、抗弯强度均较低,若未经过合理抗震设计和加固,抗震性能较差。在汶川地震中,位于高烈度区的砌体结构房屋在地震中极易造成脆性破坏,带来了巨大的灾难和损失。因此,对砌体结构房屋的抗震设计及加固研究一直是抗震加固工作的重点。
相关震害调查研究表明,当底层无抗震墙(或抗震墙数量很少时),该类型房屋的震害主要集中在底层框架(或框架―抗震墙)部分。同时破坏程度墙比柱重,柱比梁重,内框架结构比全框架结构严重。
破坏形态为:抗震墙沿对角线方向发生剪切破坏(出现交叉裂缝),框架柱上下端产生水平裂缝并局部压溃,形成塑性铰,个别框架梁两端出现竖向裂缝。
原因:由于结构钢度上刚下柔,抗侧力刚度上强下弱,同时底层所收地震力相对较大,造成底层框架(或框架―抗震墙)变形过分集中,位移较大或丧失承载力。当底层设置的抗震墙太多时,其震害与多层砌体房屋的震害相似。
多层砌体房屋的主要震害表现为:墙体开裂、房屋局部倒塌、房屋整体倒塌三类。
(1)交叉斜裂缝。水平地震剪力在墙体中引起的主拉应力超过墙体的抗拉强度所致。当地震反复作用时,即形成交叉斜裂缝。主要发生在建筑物的横墙、山墙及纵墙的窗间墙。
(3)水平裂缝。发生在纵向窗间墙的上、下截面处以及楼盖与墙体的连接处。前者是由于地震作用引起窗间墙受弯及受剪所致;后者是由于锚固差,在地震作用下发生水平错动所致。
(4)窗间墙沉降斜裂缝。由于沙土液化,导致不均匀沉降,从而导致窗间墙两侧出现约斜裂缝。
(1)墙角倒塌。是墙角位于房屋尽端,房屋整体对其的约束力较弱,地震引起的扭转作用较大而导致。
(3)楼梯间墙体倒塌。楼梯间墙体受楼板的约束作用减弱,空间稳定性差,当地震烈度较高或连接不可靠时,楼梯间墙体易出现倒塌。
(4)变形缝两侧墙体倒塌。由于在地震作用时变形缝宽度不足,两侧墙体发生碰撞挤压。
(5)非结构构建倒塌。由于其与建筑物连接薄弱,加之“鞭端效应”,地震时易出现倒塌。
(6)其他:如平面凹凸引起的应力集中、连接构造不可靠的室外走廊都易导致房屋局部破坏。
以上是此次汶川地震中砌体房屋的主要破坏形式及原因,可分为三类:一是由于房屋结构布置不当引起的破坏;二是由于结构和构件承载力不足引起的破坏;三是由于构造和连接方面存在缺陷而引起的。下文将针对此情况提出相应的抗震加固对策。
我国房屋设计的总原则为“小震不坏,中震可修,大震不倒”。因而对于多层砌体房屋的抗震设计,为了保证该原则,必须要进行概念设计。按照我国现行抗震规范的统一要求,结合以上分析,笔者就砌结构抗震概念设计的要点归纳如下。
(1)建筑物形状力求简单规则、布置均匀、对称;房屋平面突出部分的长度和宽度必须符合规范要求,长宽比不宜过大。
(2)建筑物立面的刚度和质量分布力求均匀对称,不只是尽量减小刚度偏心,尽量避免楼梯单独布置在房屋的端部。
(3)在选择机构体系时因优先采用横墙承重体系或横纵墙承重体系,对体型复杂的建筑物,宜根据相关的规范采用防震缝。
(1)控制房屋高度、层高和层数,限制房屋的局部尺寸,特别要注意一点,对房屋高度必须用层数和高度两方面来进行控制。
(3)限制抗震墙的最大间距,一方面可以加强纵墙的横向支撑,另一方面可以起到控制横向变形的作用。
(4)对于软弱地基在采用砖墙条形基础时,还应在基础相应部位设置闭合圈梁一道且该处圈梁高度应适当的加大。
如在阳台转角处和女儿墙每隔半开间设置一后浇钢筋混凝土小柱;突出墙外的附属结构可以配置双向构造钢筋;门窗洞口最好采用钢筋混凝土过梁等。
砌体结构房屋在城乡建设中量大面广,在灾后重建中,囿于经济能力,此种结构更是被广泛采用。因此加强砌体结构房屋的抗震概念设计,重视砌体房屋的抗震结构设计和加固方法,对保障人民群众的生命财产具有重要的意义。
[1]郑山锁,薛建阳,王斌等.砌体结构抗震[M].北京:中国建材工业出版社,2008.11.
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