時間：2023-07-30 10:18:01
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關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；鋼結(jié)構(gòu)工程；設(shè)計制造
1 BIM技術(shù)基本特征
BIM技術(shù)是Building Information Modeling技術(shù)的簡稱，該技術(shù)通過數(shù)字化3D技術(shù)對建筑工程中涉及的多種信息進行全面的整合，實現(xiàn)了工程數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建。該技術(shù)綜合了建筑工程管理全過程中設(shè)計、施工、運營、維護等諸多環(huán)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，將傳統(tǒng)的建筑工程設(shè)計與管理的紙質(zhì)文件轉(zhuǎn)化為數(shù)字化文件，并以3D可視化的形式加以展示，提升了工程設(shè)計與管理人員提取與處理建筑工程信息的準確性與效率性。
1.1 參數(shù)化3D模型
BIM技術(shù)建模過程中應(yīng)用的數(shù)據(jù)信息直接來源于建筑設(shè)計參數(shù)，通過參數(shù)化建模的形式直接將方案設(shè)計信息轉(zhuǎn)化為3D模型，以此實現(xiàn)了建筑設(shè)計方案2D向3D的轉(zhuǎn)換。參數(shù)化的3D模型完全與設(shè)計方案向契合，同時在設(shè)計過程中能夠通過參數(shù)的調(diào)整直接進行建筑結(jié)構(gòu)智能化設(shè)計，保證建筑設(shè)計整體的合理性。
1.2 可視化技術(shù)
BIM技術(shù)的應(yīng)用其主要特點在于設(shè)計方案與施工管理過程的可視化，以往的2D設(shè)計與施工管理方案轉(zhuǎn)變?yōu)?D可視化模型，設(shè)計與施工人員能夠通過直接的觀察，實現(xiàn)設(shè)計與施工管理判斷識別，進而完成相應(yīng)工作的管理與優(yōu)化?，F(xiàn)階段，建筑工程的體量不斷增大，施工工藝應(yīng)用也相對復(fù)雜，僅僅依據(jù)傳統(tǒng)的方案數(shù)據(jù)往往難以從整體上對設(shè)計與施工工作進行把控，應(yīng)用BIM技術(shù)在實現(xiàn)方案可視化的基礎(chǔ)上，結(jié)合工期管理、造價管理等諸多因素對建筑工程進行全方位管理工作。
1.3 統(tǒng)一化的信息標準
當前，數(shù)字化信息技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中的覆蓋范圍不斷擴大，隨之而來的是不同軟件平臺或管理系統(tǒng)內(nèi)部信息標準的銜接問題。當前，建筑設(shè)計與施工管理工作中應(yīng)用的BIM軟件執(zhí)行的是IFC標準，也是眾多信息處理軟件的執(zhí)行標準，因此BIM軟件在使用過程中能夠更好的實現(xiàn)信息錄入與數(shù)據(jù)輸出，統(tǒng)一化的信息標準有效提升了設(shè)計與施工管理方案使用的便捷性。
2 BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計制造中的應(yīng)用
2.1 高度直觀的可視設(shè)計
在應(yīng)用BIM技術(shù)進行建筑設(shè)計的過程中，3D模型能夠有效實現(xiàn)建筑設(shè)計理解度的提升，能夠方便的進行設(shè)計方案共享交流，數(shù)字化的信息載體有效提升了方案處理效率。同時，高度直觀的設(shè)計結(jié)果為設(shè)計人員進行結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化提供了更為便捷的途徑。
2.2 高度統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)設(shè)計
BIM的3D設(shè)計結(jié)果其基礎(chǔ)是設(shè)計方案的數(shù)據(jù)支撐，相應(yīng)的模型與數(shù)據(jù)是一一對應(yīng)的，這種高度統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)設(shè)計保證了設(shè)計方案與實際成果的一致性，同時也有效實現(xiàn)了設(shè)計方案調(diào)整優(yōu)化過程的統(tǒng)一性，避免了人為操作失誤對設(shè)計結(jié)果的不利影響。
2.3 高效精確的自動統(tǒng)計
建筑工程設(shè)計階段形成的信息對于工程整體質(zhì)量與成本造價等要點環(huán)節(jié)有著直接的影響。借助BIM技術(shù)，設(shè)計人員能夠?qū)⒐こ淘O(shè)計的全部信息錄入系統(tǒng)形成工程數(shù)據(jù)庫，借助自動統(tǒng)計功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面收集整理，從而實現(xiàn)全過程施工質(zhì)量與成本造價控制，獲得理想的設(shè)計結(jié)果。
2.4 高效嚴謹?shù)膮f(xié)同設(shè)計
BIM技術(shù)的應(yīng)用是對建筑工程全過程的優(yōu)化整合，通過數(shù)據(jù)信息可視化的形式為建筑設(shè)計與施工提供了協(xié)同工作的有效途徑。在建筑設(shè)計過程中，設(shè)計人員能夠通過BIM技術(shù)提供的共享途徑，不同部位的設(shè)計人員能夠進行配合工作，有效避免了因信息傳遞不暢導(dǎo)致的設(shè)計偏差，維持設(shè)計方案的一致性。
2.5 快速及時的計算模擬
BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)于傳統(tǒng)建設(shè)設(shè)計方法的要點在于信息處理效率的提升，通過BIM軟件內(nèi)置的統(tǒng)計、計算、分析等系列功能模塊，能夠保證設(shè)計分析結(jié)果的準確性，實現(xiàn)設(shè)計流程的標準化控制，對設(shè)計方案與思路進行控制，同時對設(shè)計結(jié)果進行及時的評估。
3 工程實例分析
3.1 工程概況
某鋼結(jié)構(gòu)建筑工程占地面積5680O，總建筑面積118725O，總建筑高度為95.28m。該建筑頂端鋼結(jié)構(gòu)由鋼桁架及連系梁構(gòu)件組成，鋼結(jié)構(gòu)連接體系部分總高度25.5m，最大跨度55m，最小跨度是25m。該鋼結(jié)構(gòu)共有75個水平、斜向桿件安裝連接構(gòu)成。下圖1為該建筑鋼結(jié)構(gòu)示意圖。
3.2 BIM設(shè)計分析
本建筑工程鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計使用ANSYS有限元分析軟件進行建模分析，結(jié)合TERLA進行BIM三維放樣，從而實現(xiàn)可視化工程設(shè)計。
（1）連體鋼結(jié)構(gòu)施工虛擬仿真技術(shù)
根據(jù)本工程實際設(shè)計參數(shù)通過BIM軟件建立計算模型，導(dǎo)出CAD文件，形成TEKLA模型，結(jié)合該模型進行本建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體分析，對施工節(jié)點進行細化，確定構(gòu)件尺寸，對施工方案進行優(yōu)化處理。
同時，應(yīng)用BIM技術(shù)對TEKLA模型進行模擬施工，對構(gòu)件提升、安裝等施工工序進行模擬施工，通過可視化功能實現(xiàn)制造安裝虛擬仿真，對體積碰撞等情況進行預(yù)估，為精確定位與順利安裝制定標準化流程。下圖2為連體鋼結(jié)構(gòu)提升部分設(shè)計尺寸。
（2）復(fù)雜節(jié)點設(shè)計分析
作為鋼結(jié)構(gòu)體系中重要的載荷部位，梁柱連接點的應(yīng)力較為集中，設(shè)計過程中應(yīng)以此部位為設(shè)計重點。本建筑鋼結(jié)構(gòu)體系節(jié)點位置的構(gòu)建類型主要包括梁、柱、斜撐、側(cè)向連接桿等類型，具體設(shè)計尺寸為：鋼梁截面700mm×300mm，柱和斜撐截面500mm×400mm，節(jié)點部位鋼板設(shè)計為加強板厚度60mm。
根據(jù)結(jié)構(gòu)節(jié)點應(yīng)力特性與制作安裝施工流程進行節(jié)點位置的設(shè)計，其基本要點為：（1）桁架平面內(nèi)部載荷設(shè)計標準應(yīng)強于平面外部設(shè)計標準：（2）主桁架載荷設(shè)計標準應(yīng)強于次桁架設(shè)計標準；（3）桁架單元載荷設(shè)計標準應(yīng)強于聯(lián)系桿件設(shè)計標準；（4）鋼結(jié)構(gòu)體系中的各構(gòu)件設(shè)計應(yīng)保證結(jié)構(gòu)體系中得整體協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定。
同時，為了保證各節(jié)點施工質(zhì)量，節(jié)點部位在鋼結(jié)構(gòu)制作車間內(nèi)用大型機械制做成整體節(jié)點，由于構(gòu)件截面比較大，在制作過程中需要對每個桿件進行精準定位后安裝，本工程采用TEKLA進行深化設(shè)計，優(yōu)化節(jié)點設(shè)
計，達到精確放樣，從而保證了節(jié)點制作、安裝質(zhì)量。
4 結(jié)語
綜上所述，作為建筑工程領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的BIM技術(shù)，在實際使用過程中因其突出的參數(shù)3D化、模型可視化以及信息標準化在建筑工程實際使用中收到了理想的效果，成為了行業(yè)工作者們關(guān)注與研究應(yīng)用的熱點內(nèi)容之一。BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計制造中的應(yīng)用，有效提升了設(shè)計與施工管理的科學(xué)性，為提升建筑工程質(zhì)量，保證建筑實際使用性能打下了良好的基礎(chǔ)。
參考文獻：
關(guān)鍵詞：施工力學(xué)原理；大跨度結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)分析方法
大跨度鋼結(jié)構(gòu)是在上世紀五十年代開始出現(xiàn)的，并且它的結(jié)構(gòu)形式在緊接著的幾十年的發(fā)展過程中有著多樣化的發(fā)展趨勢。在當前時期，依靠著其特有的優(yōu)越性大跨度鋼結(jié)構(gòu)已轉(zhuǎn)變成當前我國運用范疇最為廣泛的建筑種別。身為現(xiàn)代化大跨度繁雜鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員，其務(wù)必要特別重視結(jié)構(gòu)的成型過程、施工程序、最終設(shè)計狀態(tài)、施工方法以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計狀態(tài)等。
一、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的力學(xué)原理
對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程來說，施工分析與施工計算與設(shè)計要求的位移間的一致程度、內(nèi)力目標以及結(jié)構(gòu)施工的最終要求息息相關(guān)。除此之外，在挑選結(jié)構(gòu)施工方案的過程中，務(wù)必要牢牢依照結(jié)構(gòu)設(shè)計狀態(tài)要求去進行選擇，并做好驗算并控制施工質(zhì)量水平的工作，從而有效保證結(jié)構(gòu)施工安全。由于大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程可以向慢速時變過程轉(zhuǎn)化，因此在結(jié)構(gòu)施工力學(xué)數(shù)值分析上，時間凍結(jié)法的運用成效是最好的。
大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)的數(shù)值方法涵蓋了時變單元法、拓撲變化法以及一般單元法三種。其中時變單元法大致說的是在不使離散網(wǎng)格發(fā)生變化的情況下對單元的大小進行更改從而使得求解區(qū)域出現(xiàn)變化，然而該法存在著數(shù)值積分穩(wěn)定性不佳這一不足之處；一般單元法主要是為了使求解區(qū)域發(fā)生改變采用增減單元的方式以達到目的，然而它也有著運算矩陣奇怪、網(wǎng)格不斷二次剖分等不足；而拓撲變化法指的是主要采用數(shù)值手段在拓撲學(xué)原理的基礎(chǔ)之上改變時間區(qū)域內(nèi)的時間區(qū)域，然而該法的運用有著很大的限制性，也就是說時變次數(shù)不可太多，要不然就不能有效保證求算效率的提升。除此之外，拓撲變化法與時變單元法都規(guī)定得二次編寫程序。
針對描述運動物體來講，拉格朗日列式的運用比較廣泛些，其為大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析當中的一個重要特性。在增量的非線性分析上，拉格朗日描述的運用成效相當顯著，這主要是因為拉格朗日描述可以將物體各個點在加載全程中的變形狀況清晰、精準地體現(xiàn)出來。依靠拉格朗日列式配合虛功原理，可以獲取出切線剛度矩陣，此矩陣綜合思量了幾何非線性后的結(jié)構(gòu)單元：
在此方程式當中， 表示的是非線性剛度矩陣； 表示的是彈性剛度矩陣； 表示的是幾何剛度矩陣。從總剛集成單元剛度矩陣 與坐標轉(zhuǎn)換可推導(dǎo)出下面這個函數(shù)式：
[K（U）]{U}={F}
在該方程式當中，{U}表示的是結(jié)構(gòu)位移向量，{F}表示的是結(jié)構(gòu)荷載列向量；[K（U）]表示的是整體剛度矩陣，也就是位移向量函數(shù)，上面提及的函數(shù)式為非線性方程組。
大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工過程也是結(jié)構(gòu)構(gòu)件變化的過程，若增加構(gòu)件數(shù)量，則結(jié)構(gòu)的剛度矩陣勢必會發(fā)生變化。假設(shè)結(jié)構(gòu)剛度的當前狀態(tài)為N，前一狀態(tài)為N-1，則：
上述方程式中，[K]N表示因構(gòu)件增加而改變了的剛度矩陣；{U}N表示的是因構(gòu)件增加而改變了的節(jié)點位移列陣；UA表示的是新增節(jié)點的位移列陣；[K]A新增單元的剛度矩陣對總剛度的影響程度；{F}N表示的是因構(gòu)件增加而改變了的節(jié)點力矩陣；FA表示的是新增節(jié)點的節(jié)點力列陣。由此可得知如下函數(shù)式：
上面所說的求解手段都選取了增量迭代法，也就是把增加構(gòu)件前的結(jié)構(gòu)狀態(tài)當成起始太，把增加構(gòu)件的狀態(tài)當成終態(tài)，以把構(gòu)件增加對于內(nèi)力與結(jié)構(gòu)變形的影響貫穿于全程。
由于上面所說的大型鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)求解手段都有著一定的限制性，那么就需要持續(xù)改善上述求解手段。在當前階段，模擬大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程的數(shù)值分析方法主要運用的是有限元分析法，也就是依靠高級分析技術(shù)采用擬靜力理論分別針對大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的有關(guān)步驟進行計算，并憑借著圖片的形式串聯(lián)好各個環(huán)節(jié)的計算結(jié)果，從而實現(xiàn)施工全程的圖形模擬的目標。因有限元數(shù)值分析方法不能將大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工的時變過程全方位地、精確地體現(xiàn)出來，因此有必要快速構(gòu)建一整套建筑工程施工專用的軟件系統(tǒng)，也就是三維與動態(tài)地模擬大跨度鋼結(jié)構(gòu)單項工程的施工過程，從而有效保證最終施工成型形態(tài)的精確性與施工過程信息反饋的及時性。
二、施工力學(xué)分析方法
變邊界問題是大跨度鋼結(jié)構(gòu)總體吊裝施工過程當中經(jīng)常看到的問題，在這個章節(jié)中筆者把變邊界問題作為實例，從而進一步說明并解釋大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析方法。對于變邊界問題來說，它的強制約束法與位移法相似，也就是說兩者都需要在原先的結(jié)構(gòu)上面添一定數(shù)量的附加約束條件。然而，位移法和強制約束法之間都有一些差異性，也就是說在原先結(jié)構(gòu)上強制約束法增添的附加約束條件屬于非未知條件，從而把修改好的模型的求算結(jié)果與在荷載效用之下的原有結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果相同。
若在大跨度鋼結(jié)構(gòu)的線性屈曲分析時使用強制約束法，則計算模型均應(yīng)滿足如下假設(shè)條件：構(gòu)件屬彈性體；構(gòu)件側(cè)扭變形的程度甚微；彎矩作用平面內(nèi)構(gòu)件的剛度甚大，則可不必考慮屈曲前變形對彎扭屈曲的影響；構(gòu)件扭轉(zhuǎn)或側(cè)向彎曲時，構(gòu)件截面的形狀應(yīng)保持不變；忽略殘余應(yīng)力的影響。
如果在分析均荷載效用之下變邊界梁的線性屈曲問題的時候選取強制約束法，那么久能夠得到邊界變動之前的荷載q1和邊界變化之后的變邊界梁可負載的臨界荷載q2之間的關(guān)系表達式。
上述方程式中，各個參數(shù)均滿足如下函數(shù)式：
上述方程式中，G表示的是材料的剪切模量；IW表示的是截面的翹曲慣性矩；q表示的是均布荷載；E表示的是材料的彈性模量；a表示的是均布荷載作用位置；A表示的是截面面積；MX表示的是截面繞x軸的彎矩；Ik表示的是截面的自由扭轉(zhuǎn)常數(shù)；Iy表示的是截面繞y軸的慣性矩。
值得注意的是，基于位移法理論的強制約束法與基于疊加角度的邊界轉(zhuǎn)換法都存在一定的限制性，也就是說只對線性分析變邊界結(jié)構(gòu)更為適用，然而非線性分析變邊界結(jié)構(gòu)的手段還不大成熟。
三、結(jié)束語
總而言之，針對大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程開展施工力學(xué)分析工作是非常必要的。在本文中筆者在大跨度鋼結(jié)構(gòu)的特性的基礎(chǔ)上給出了基于位移法理論的強制約束法與基于疊加角度的邊界轉(zhuǎn)換法，從而給大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程的力學(xué)分析創(chuàng)造出有利條件。
參考文獻：
[1]馬霖.大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程的數(shù)值模擬分析及在施工監(jiān)測中的應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2011：
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；問題；對策
一、前言
隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展以及人們對建筑物功能要求改變，人們對建筑工程產(chǎn)品的要求也日益增高，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項系統(tǒng)的、全面的工作，在設(shè)計中存在的問題是多種多樣的，作為設(shè)計來講，需要扎實的理論知識功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。我們要始終把提高設(shè)計質(zhì)量作為終身奮斗的目標。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題進行初步探討，并進一步提出解決問題的有效對策。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題
1、剪力墻砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計
剪力墻結(jié)構(gòu)，上部為多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋。該類房屋多見于沿街的旅館、住宅、辦公樓，底層為商店，餐廳、郵局等空間房屋，上部為小開間的多層砌體結(jié)構(gòu)。這類建筑是解決底層需要一種比較經(jīng)濟的空間房屋的結(jié)構(gòu)形式。部分設(shè)計者為追求單一的建筑立面造型來增加使用面積，將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上，各層設(shè)計有挑梁，但實際結(jié)構(gòu)的底層挑梁承載普遍出現(xiàn)裂縫，該類挑梁的設(shè)計與出現(xiàn)裂縫在臨街砌體結(jié)構(gòu)房屋中比較常見。
2、樓板變形程度計算不準確
一些設(shè)計在缺乏基本的結(jié)構(gòu)觀念或結(jié)構(gòu)布置缺乏必要措施時，采用樓板變形的計算程序。盡管程序的編程在數(shù)學(xué)力學(xué)模型上是成立的甚至是準確無誤的，但在確定樓板變形程度上卻很難做到準確。作為計算的大前提都無法“準確”，就不可能指望其結(jié)果會“正確”了。據(jù)此進行的結(jié)構(gòu)設(shè)計肯定存在著結(jié)構(gòu)不安全成分或者結(jié)構(gòu)某些部位或構(gòu)件安全儲備過大等現(xiàn)象。
3、屋面梁配筋少
結(jié)構(gòu)建模時，設(shè)計人員圖方便，屋面梁直接拷貝下層梁的尺寸。由于屋面梁荷載較小，計算結(jié)果配筋不多，這樣屋面梁在溫度變化、混凝土收縮和受力等作用下因配筋率過低而裂縫寬度較大。
三、解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的有效對策
1、箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板
從結(jié)構(gòu)角度來講，如果能出挑板，能調(diào)勻邊跨底板鋼筋，特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較為節(jié)約；出挑板后，能降低基底附加應(yīng)力，當基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設(shè)挑板，還可調(diào)整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應(yīng)按挑板計算。當然，此問題也并不是絕對的，當有數(shù)層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時，可靈活考慮；當?shù)叵滤惠^高，出基礎(chǔ)挑板，有利于解決抗浮問題；從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。
2、梁、板的跨度計算
一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而在應(yīng)用的寬扁梁中卻是不適用的。
梁板結(jié)構(gòu)，簡單點講，可認為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統(tǒng)一認為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中，梁高比板厚大不了多少時，應(yīng)將計算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用臺階式獨立基礎(chǔ)變截面處的概念）柱子也可認為是超大截面梁，所以梁配筋時應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才時有問題的。
3、沉降計算
基坑開挖時，摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎(chǔ)較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計算沉降時，應(yīng)按基底附加應(yīng)力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應(yīng)按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分可以作為安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
4、主梁有次梁處加附加筋
一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋，附加箍筋可認為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側(cè)補上，像板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但也不是絕對的。規(guī)范中說的比較清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時，應(yīng)加附加筋。當主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對不大，主梁也可不加附加筋?？偟脑瓌t，當主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產(chǎn)生的剪力在整個梁范圍內(nèi)是一樣，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。
5、設(shè)計剛性樓面
為了使程序的計算結(jié)果基本上反映結(jié)構(gòu)的真實受力狀況而不至于出現(xiàn)根本性的誤差，設(shè)計時應(yīng)盡可能將樓層設(shè)計成剛性樓面。要做到這一點，首先應(yīng)在建筑設(shè)計甚至方案階段就避免采用樓面有變形的平面比如樓層大開洞、外伸翼塊太長、塊體之間成“縮頸”連接、凹槽缺口太深等。其次要從結(jié)構(gòu)布置和配筋構(gòu)造上給予保證，對于使用功能確實必需的，或者建筑效果十分優(yōu)越的建筑設(shè)計，如果其平面無法完全符合剛性樓板的假定，那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以通過增設(shè)連系梁板、洞口邊加設(shè)暗梁邊梁、提高連系梁板或暗梁邊梁的配筋量、采用斜向配筋或雙層配筋形式等方法，盡量滿足剛性樓板的基本假設(shè)，或者彌補由于不是絕對的剛性樓板假定而產(chǎn)生的計算“誤差”。
四、結(jié)束語
綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程的重要組成部分，是建筑安全應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要從基本的構(gòu)件算起，，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其他專業(yè)來進行設(shè)計。在工作中應(yīng)事無巨細，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，精益求精，只有這樣才能做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。
參考文獻：
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 建筑防火保護措施
Abstract: the steel structure material for its excellent mechanical properties are widely used in long-span and high-rise buildings, but the steel structure fireproof ability weakness, fire prone to collapse, threatening people's life and property safety, and therefore the use of fire prevention measures to protect the reasonable construction, improve its limit of fire resistance, it it is particularly important.
Keywords: fire protection measures of steel structure building
中圖分類號：S762.3+3文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
前言
一般鋼結(jié)構(gòu)耐火極限只有十幾分鐘，所以若用沒有防火保護的普通建筑用鋼作為建筑特承載的主體，一旦發(fā)生火災(zāi)，則建筑物會迅速坍塌，對人民的生命和財產(chǎn)安全造成嚴重的損失。
一、鋼結(jié)構(gòu)建筑特點
鋼結(jié)構(gòu)材料強度高，材質(zhì)均勻，抗震抗彎性能好，制造、安裝機械化程度高。鋼結(jié)構(gòu)在平面布局上也很靈活，非常適用于一些大跨度和高層建筑。現(xiàn)在我國采用鋼結(jié)構(gòu)材料的建筑越來越廣泛?？梢灶A(yù)測，隨著城市規(guī)模的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑業(yè)的應(yīng)用具有廣闊的前景。
眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有耐火性能差的致命弱點，在未進行防火處理的情況下，雖其本身雖不會起火燃燒，但在火災(zāi)發(fā)生時，強度會迅速下降。鋼結(jié)構(gòu)通常在450~650℃溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因過大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15分鐘左右，具體地說，這一時間的長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。而一般火場溫度可以達到800~1000℃。在這樣高的溫度下，應(yīng)力會發(fā)生變化，的鋼結(jié)構(gòu)會很快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，而最終造成建筑物的整體破壞。
二、鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)危險性
鋼結(jié)構(gòu)的致命缺點是耐火性能差。在未進行防火處理的情況下其本身雖不會起火燃燒，但遇高溫強度會迅速下降。一般鋼結(jié)構(gòu)溫度達到350℃,500℃ ,600℃時，強度分別下降1/3,1/2,
2/3，一般情況下，使鋼結(jié)構(gòu)失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為550℃左右。普通火場溫度達800℃-1000℃，而鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限僅為0.25h,所以一旦遭遇火災(zāi)鋼結(jié)構(gòu)建筑將很快垮塌。
1 火勢發(fā)展快、蔓延迅速。因鋼結(jié)構(gòu)建筑跨度大、門窗多、內(nèi)部空氣流通好，一旦發(fā)生火災(zāi)，蔓延途徑多，火勢發(fā)展快，燃燒猛烈，極易在強大氣流的作用下，形成大面積火災(zāi)。
2 易變形倒塌，造成群死群傷。鋼結(jié)構(gòu)建筑多為人員密集場所，在火災(zāi)情況下，極易因慌亂而導(dǎo)致盲目的疏散，從而引起群死群傷。
3 滅火救援難度大，未經(jīng)防火保護的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限只有15min，一旦產(chǎn)生火警一報警、消防力量到場，火場已經(jīng)成災(zāi)，不利于初期滅火，而產(chǎn)生的大量的熱量和煙霧，又不利于消防人員深人內(nèi)部去堵截，只能采取水槍噴灑降溫。
三、鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)危險性防治措施
1鋼結(jié)構(gòu)防火的意義
減輕鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的破壞，避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中局部倒塌造成滅火及人員疏散的困難;鋼結(jié)構(gòu)的防火保護的目的是盡可能延長鋼結(jié)構(gòu)到達臨界溫度的過程，以爭取時間滅火救人。
（2）避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中整體倒塌造成人員傷亡;
（3）減少火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)費用，縮短災(zāi)后結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)周期，減少間接經(jīng)濟損失。
2 鋼結(jié)構(gòu)防火的方法
目前，鋼結(jié)構(gòu)的防火保護有多種方法，選擇鋼結(jié)構(gòu)的防火措施時，應(yīng)考慮下列因素:鋼結(jié)構(gòu)所處部位，需防護的構(gòu)件性質(zhì)(如屋架、網(wǎng)架或梁、柱);鋼結(jié)構(gòu)采取防護措施后結(jié)構(gòu)增加的重量及占用的空間;防護材料的可靠性;施工難易程度和經(jīng)濟性。
（1） 混凝土防火保護
承重鋼結(jié)構(gòu)采取混凝土防火措施，以延長其耐火極限。
a用普通水泥混凝土將鋼結(jié)構(gòu)包裹起來，即我們通常意義上說的鋼管(筋)混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土可參與工作(如勁性混凝土結(jié)構(gòu))，也可以只起保護作用。厚50mm時，耐火極限可達3h左右。
b用金屬網(wǎng)外包砂漿防護，這其中的金屬網(wǎng)起到骨架增強的作用。
此外，還可用陶粒混凝土或加氣混凝土防護，可預(yù)制成砌塊或現(xiàn)澆，防火效果亦十分理想。
（2）防火板對鋼結(jié)構(gòu)的保護
作為鋼結(jié)構(gòu)直接包敷保護法的一種，防火板保護鋼結(jié)構(gòu)早已在建筑工程中應(yīng)用。早期使用的防火保護板材主要有蛙石混凝土板、珍珠巖板、石棉水泥板和石膏板，還有的是采用預(yù)制混凝土定型套管。板材通過水泥砂漿灌縫、抹灰與鋼構(gòu)件固定，或以合成樹脂粘結(jié)，也可采用釘子或螺絲固定。這些傳統(tǒng)的防火板材雖能在一定程度上提交鋼結(jié)構(gòu)的耐火時間，但存在著明顯的不足。由此人們只好把重點投向防火涂料，板材保護因而發(fā)展緩慢。
國外一些國家自70年代中期以來，相繼研制成功硅酸鈣防火板，適用于鋼結(jié)構(gòu)的防火保護。日本HC公司1984年即開始生產(chǎn)硅酸鈣防火板(KB防火裝飾板)，最高使用溫度1000℃. 90年代中期德國和丹麥研制成功最高使用溫度達1100℃的硅酸鈣高溫防火板。國內(nèi)最近自行研制成功了GF和愛特等品牌新型鋼結(jié)構(gòu)硅酸鈣防火板，最高使用溫度可達1100℃，耐火極限可達4h (30mm厚)。作為鋼結(jié)構(gòu)防火板材應(yīng)具備重量輕、強度高、隔熱性好、耐高溫、耐候性好等特點。
3 柔性卷材防火保護
主要是以硅酸鋁、陶瓷棉毯等隔熱保溫材料以卷材的形式直接包裹到需要進行保護的鋼結(jié)構(gòu)上，其施工快捷迅速。國外有相關(guān)的報道，國內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)用實例。
4耐火鋼
耐火鋼也不同于普通得耐熱鋼，耐熱鋼對鋼的高溫性能，如高溫持久強度、蠕變強度、疲勞性能等有嚴格的要求。目前，耐火鋼在日本已獲得了廣泛使用，現(xiàn)在國外已開發(fā)出了390~490MPa的耐火鋼、耐候耐火鋼系列，其主要特點是:600℃的高溫下，其高溫屈服強度為常溫標準值的三分之二以上，常溫下的各種性能與普通焊接結(jié)構(gòu)鋼相同，焊接性與普通鋼相同。我國 耐火鋼的應(yīng)用尚落后，為適應(yīng)我國現(xiàn)代建筑事業(yè)發(fā)展的需要，馬鋼、寶鋼等單位都開始開展耐火鋼的研究，馬鋼研制的耐火鋼耐火極限可達到27.6min。應(yīng)用耐火鋼后可縮短建造周期，減輕建筑物重量。
5 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
對鋼結(jié)構(gòu)的防火保護有多種形式和措施，其中使用防火涂料是一種比較理想的方法。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料刷涂或噴涂在鋼結(jié)構(gòu)表面，起防火隔熱作用，防止鋼材在火災(zāi)中迅速升溫而降低強度，避免鋼結(jié)構(gòu)失去支撐能力而導(dǎo)致建筑特垮塌。早在70年代，國外對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究和應(yīng)用就展開了積極的工作并取得了較好的成就，至今仍是方興未艾。80年代初國外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料就進人中國市場，在工程上應(yīng)用。從80年代初，我們國家也開始研制鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，到現(xiàn)在已有較多優(yōu)良品種廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。
無論用混凝土還是防火板保護鋼結(jié)構(gòu)，達到規(guī)定的防火要求需要相當厚的保護層，這樣必然會增加構(gòu)件質(zhì)量和占用較多的室內(nèi)空間，另外對于輕鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和異形鋼結(jié)構(gòu)等，采用這兩種方法也不適合。在這種情況下，采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料較為合理。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工簡便，無須復(fù)雜的工具即可施工、重量輕、造價底，而且不受構(gòu)件的幾何形狀和部位的限制。國外自上世紀50年代以來就采用防火涂料施涂鋼結(jié)構(gòu)表面，火災(zāi)時能形成耐火隔熱保護層，以提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限，滿足建筑防火設(shè)計規(guī)范要求，減少建筑物鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)災(zāi)害。從20世紀80年代初期起，在我國興建的由國外設(shè)計的工程開始采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，到1985年左右，國內(nèi)一些科研單位和廠家開始研究生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。經(jīng)過近20幾年的發(fā)展，無論從產(chǎn)品品種、質(zhì)量還是應(yīng)用范圍，生產(chǎn)廠家都有長足的發(fā)展。與此同時，國家也頒布了該產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)標準和規(guī)范，這對發(fā)展我國鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的生產(chǎn)起了極大的推動作用。
結(jié)束語
雖然鋼結(jié)構(gòu)由于其獨特的性能被廣泛應(yīng)用于建筑場合，但是由于其固有的不耐火的缺點，我們在應(yīng)用中，要采取不同的方法手段來解決這個問題，關(guān)鍵是由場合、耐火極限要求、成本等因數(shù)綜合考慮，可以單獨采用一種方法，或采用幾種方法配合來達到我們的設(shè)計要求。
參考文獻
[1] 陳建領(lǐng).鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)危險性和防火涂料保護淺析[J]. 江西化工. 2005(03)
[2] 范會金.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的應(yīng)用技術(shù)[J]. 廣東化工. 2006(08)
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；問題；對策
【中圖分類號】TU684 【文獻標識碼】【文章編號】1674-3954（2011）03-0183-01
一、前言
隨著我國市場經(jīng)濟發(fā)展以及人們對建筑物功能要求改變,人們對建筑工程產(chǎn)品的要求也日益增高，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項系統(tǒng)的、全面的工作,在設(shè)計中存在的問題是多種多樣的,作為設(shè)計來講，需要扎實的理論知識功底,靈活創(chuàng)新的思維和嚴肅認真負責的工作態(tài)度。我們要始終把提高設(shè)計質(zhì)量作為終身奮斗的目標。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題進行初步探討，并進一步提出解決問題的有效對策。
二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題
1、剪力墻砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計
剪力墻結(jié)構(gòu),上部為多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋。該類房屋多見于沿街的旅館、住宅、辦公樓,底層為商店,餐廳、郵局等空間房屋,上部為小開間的多層砌體結(jié)構(gòu)。這類建筑是解決底層需要一種比較經(jīng)濟的空間房屋的結(jié)構(gòu)形式。部分設(shè)計者為追求單一的建筑立面造型來增加使用面積,將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上,各層設(shè)計有挑梁,但實際結(jié)構(gòu)的底層挑梁承載普遍出現(xiàn)裂縫,該類挑梁的設(shè)計與出現(xiàn)裂縫在臨街砌體結(jié)構(gòu)房屋中比較常見。
2、樓板變形程度計算不準確
一些設(shè)計在缺乏基本的結(jié)構(gòu)觀念或結(jié)構(gòu)布置缺乏必要措施時,采用樓板變形的計算程序。盡管程序的編程在數(shù)學(xué)力學(xué)模型上是成立的甚至是準確無誤的,但在確定樓板變形程度上卻很難做到準確。作為計算的大前提都無法“準確”,就不可能指望其結(jié)果會“正確”了。據(jù)此進行的結(jié)構(gòu)設(shè)計肯定存在著結(jié)構(gòu)不安全成分或者結(jié)構(gòu)某些部位或構(gòu)件安全儲備過大等現(xiàn)象。
3、屋面梁配筋少
結(jié)構(gòu)建模時, 設(shè)計人員圖方便,屋面梁直接拷貝下層梁的尺寸。由于屋面梁荷載較小,計算結(jié)果配筋不多,這樣屋面梁在溫度變化、混凝土收縮和受力等作用下因配筋率過低而裂縫寬度較大。
三、解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的有效對策
1、箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板
從結(jié)構(gòu)角度來講,如果能出挑板,能調(diào)勻邊跨底板鋼筋,特別是當?shù)装邃摻钔ㄩL布置時,不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋,較為節(jié)約;出挑板后,能降低基底附加應(yīng)力,當基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時,加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降,當荷載偏心時,在特定部位設(shè)挑板,還可調(diào)整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認為是挑板上砌墻,不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應(yīng)按挑板計算。當然,此問題也并不是絕對的,當有數(shù)層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時,可靈活考慮;當?shù)叵滤惠^高,出基礎(chǔ)挑板,有利于解決抗浮問題;從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。
2、梁、板的跨度計算
一般的手冊或教科書上所講的計算跨度,如凈跨的1.1倍等,這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計,而在應(yīng)用的寬扁梁中卻是不適用的。梁板結(jié)構(gòu),簡單點講,可認為是在梁的中心線上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統(tǒng)一認為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中,梁高比板厚大不了多少時,應(yīng)將計算長度取至梁中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用臺階式獨立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認為是超大截面梁,所以梁配筋時應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才時有問題的。
3、沉降計算
基坑開挖時,摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當基礎(chǔ)較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計算沉降時,應(yīng)按基底附加應(yīng)力計算。當基坑很大時,相對受到較小約束,如箱基,計算沉降時應(yīng)按基底壓力計算,被坑邊土約束的部分可以作為安全儲備,這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
4、主梁有次梁處加附加筋
一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側(cè)補上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對的。規(guī)范中說的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載,應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時,應(yīng)加附加筋。當主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時,如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對不大,主梁也可不加附加筋?？偟脑瓌t,當主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時,主梁可不加附加筋。梁上集中力,產(chǎn)生的剪力在整個梁范圍內(nèi)是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時,也可滿足。
5、設(shè)計剛性樓面
為了使程序的計算結(jié)果基本上反映結(jié)構(gòu)的真實受力狀況而不至于出現(xiàn)根本性的誤差,設(shè)計時應(yīng)盡可能將樓層設(shè)計成剛性樓面。要做到這一點,首先應(yīng)在建筑設(shè)計甚至方案階段就避免采用樓面有變形的平面比如樓層大開洞、外伸翼塊太長、塊體之間成“縮頸”連接、凹槽缺口太深等。其次要從結(jié)構(gòu)布置和配筋構(gòu)造上給予保證, 對于使用功能確實必需的,或者建筑效果十分優(yōu)越的建筑設(shè)計,如果其平面無法完全符合剛性樓板的假定,那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以通過增設(shè)連系梁板、洞口邊加設(shè)暗梁邊梁、提高連系梁板或暗梁邊梁的配筋量、采用斜向配筋或雙層配筋形式等方法,盡量滿足剛性樓板的基本假設(shè),或者彌補由于不是絕對的剛性樓板假定而產(chǎn)生的計算“誤差”。
6、承重墻結(jié)構(gòu)設(shè)計
一般房屋為矩形平面,其橫向剛度遠小于縱向剛度, 因此有足夠數(shù)量的橫墻,是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑。由震害可知,墻體多為剪切破壞,因此,為了提高橫墻的抗震能力,必須提高其抗剪強度。主要措施是提高材料的強度等級,增加橫墻上的軸壓力。為此,應(yīng)盡量使橫墻成為承重和隔斷合二為一的墻體。當房間較大時,設(shè)有沿進深方向的梁支承于縱墻上,使縱墻承重。樓板沿縱向擱置, 故形成橫墻承重,橫墻間距不入,一般可滿足抗震要求,同時縱墻也因軸壓力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是縱墻承重與橫墻承重沿豎向交替布置,這種方案實際應(yīng)用不多。混合承重結(jié)構(gòu)體系由兩種結(jié)構(gòu)材料彈性模量和動力性能相差很大的兩種結(jié)構(gòu)體系組成,因而不是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)形式。但因其能滿足建筑使用要求,提供較大的使用空間,且結(jié)構(gòu)經(jīng)濟、方便施工,應(yīng)用較多?？傊?選擇哪種砌體結(jié)構(gòu)是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)從抗震的概念設(shè)計出發(fā),綜合建筑使用功能、技術(shù)、經(jīng)濟和施工等方面進行選擇。
四、結(jié)束語
綜上所述,結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑工程的重要組成部分,是建筑安全應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要從基本的構(gòu)件算起, ,深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義,并密切配合其他專業(yè)來進行設(shè)計。在工作中應(yīng)事無巨細,善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，精益求精，只有這樣才能做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。
參考文獻：
1.1柱網(wǎng)布置
因此剛架間距和跨度可根據(jù)工藝要求靈活確定，通過大量工程實例分析比較表明，剛架跨度采用15m～36mm，剛架間距采用6m～9m是比較經(jīng)濟合理的，由于計算風(fēng)荷載作用下門式剛架工業(yè)建筑維護結(jié)構(gòu)構(gòu)件時邊緣帶的風(fēng)荷載體形系數(shù)普遍大于中間區(qū)風(fēng)荷載體形系數(shù)，為了同一建筑內(nèi)各柱距的屋面檁條和墻面檁條型號統(tǒng)一，兩端邊緣帶的剛架間距宜適當小于中間區(qū)的剛架間距。
1.2支撐體系
單層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑鋼排架側(cè)向剛度相對較弱，為了抵抗水平風(fēng)荷載、吊車剎車荷載和地震作用，應(yīng)在設(shè)置柱間支撐的開間同時設(shè)置屋蓋橫向支撐，以組成幾何不變體系，柱間支撐最好設(shè)置在溫度區(qū)段端部的第一個開間內(nèi)。柱間支撐的間距應(yīng)根據(jù)建筑的柱距、吊車情況和安裝條件確定，一般無吊車的工業(yè)建筑柱間支撐間距不宜超過45m，有吊車的工業(yè)建筑柱間支撐間距不宜超過60m。
1.3圍護體系
輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的維護體系由最外側(cè)的壓型彩鋼板和內(nèi)側(cè)主剛架、山墻抗風(fēng)柱、屋面檁條、墻面檁條等主次結(jié)構(gòu)組成。屋面壓型彩鋼板均宜采取沿著垂直剛梁的方向排板，墻面壓型彩鋼板大多采取沿著垂直剛柱的方向排板。屋面檁條、墻面檁條的間距主要由各種外部荷載作用時其自身強度、穩(wěn)定性、剛度和外側(cè)壓型鋼板的面外剛度決定。當屋面雙檁條兼作屋面支撐之間的剛性系桿時，應(yīng)結(jié)合山墻抗風(fēng)柱的位置考慮屋面檁托的設(shè)置，其目的是使各抗風(fēng)柱頂部的剛架梁上翼緣相對應(yīng)處存在檁托，以便于設(shè)置屋面雙檁條，墻面檁條的間距還受門窗洞口的尺寸影響，當門窗洞口太大時應(yīng)采取加強墻面檁條或增設(shè)墻柱等措施保證墻架的結(jié)構(gòu)安全。
2門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
2.1鋼材種類的選擇
雖然我國生產(chǎn)的碳素鋼有一百多種，合金鋼有三百多種，但由于受到輕鋼結(jié)構(gòu)對鋼材較高的強度、足夠的變形能力、良好的加工性能等要求的影響，真正適合用于輕鋼結(jié)構(gòu)的只有碳素鋼和合金鋼中少數(shù)幾種鋼材，當采用設(shè)計規(guī)范還未推薦的其它鋼材時，應(yīng)有可靠的依據(jù)，以確保輕鋼結(jié)構(gòu)安全。大量工程實踐經(jīng)驗表明，素鋼中的Q235鋼以及合金鋼中的Q345鋼是最適合用于輕鋼結(jié)構(gòu)的鋼材。剛架、吊車梁等存在大量焊接工藝的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)采用Q235B級鋼或Q345B級鋼，根據(jù)當前市場上的鋼材價格，若剛架跨度、間距較小、荷載不大、吊車噸位較小時，剛架、吊車梁采用Q235B級鋼，否則采用Q345B級鋼，檁條、支撐、抗風(fēng)柱等焊接工藝量不大的次要結(jié)構(gòu)構(gòu)件均可采用Q235A級鋼，都能獲得較好的經(jīng)濟效益。
2.2承重柱
輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的承重柱一般多采用焊接工字形截面柱或熱軋H形截面柱，無吊車的較低工業(yè)建筑宜采用柱腳小、柱頂大的楔形變截面柱，有較大噸位吊車的工業(yè)建筑宜采用等截面柱，當由于剛架高度、跨度、風(fēng)荷載很大同時又帶有很大噸位的吊車時宜采用階梯形柱，肩梁或牛腿以下的為較大的等截面字工形柱或格構(gòu)式柱，肩梁或牛腿以上的上段為較小等截面工字形柱。上、下段柱是通過肩梁或牛腿連為一體的。上段柱內(nèi)翼緣應(yīng)當以開槽口的形式直插到肩梁或牛腿的下翼緣并與之全熔透焊接。
2.3承重梁
輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的承重梁也多為焊接工字形截面柱或熱軋H形截面，截面尺寸除滿足強度、穩(wěn)定、撓度、翼緣寬厚比、腹班板高厚比等要求外，還應(yīng)通過合理的截面變化和分段以達到經(jīng)濟合理、運輸安裝方便的要求，例如彎距變化幅度較大的梁段可采用楔形變截面工字形截面，彎距變化幅度不大的梁段宜采用等截面工字形截面。
2.4吊車梁
考慮到鋼材的強度高而鋼構(gòu)件穩(wěn)定性差得特點，吊車梁一般都設(shè)計成上翼緣較寬且厚、下翼較窄且薄的單軸對稱焊接工字形截面，當?shù)踯嚵嚎缍容^大時，也可將吊車梁設(shè)計成兩端向跨中逐漸變高的魚腹型梁，同時宜采用制動梁或制動桁架作為吊車梁上翼緣的側(cè)向支撐。吊車梁由于受到豎向、橫向、縱向三個方向荷載的作用，所以設(shè)計時應(yīng)采取良好的連接方式來傳遞三向荷載，例如吊車梁與牛腿采用一對間距較小的高強度螺栓來連接時不但傳力安全可靠，又不改變其簡支梁的特性。
2.5屋蓋橫向支撐
屋蓋橫向支撐一般均可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼，交叉夾角應(yīng)在30°～60°范圍內(nèi)，接近45°為宜。同一開間內(nèi)兩相臨橫向支撐之間應(yīng)設(shè)置剛性系桿，屋面檁條（單檁條或雙檁條）若能滿足對壓彎構(gòu)件的剛度和承載力要求，屋面檁條則可兼作剛性系桿。
2.6柱間支撐
輕鋼工業(yè)建筑的主要承重結(jié)構(gòu)門式剛架側(cè)向剛度相對于面內(nèi)剛度而言要小得多，但承受的面外的水平力并不小，因此柱間支撐的截面大小及連接方式均應(yīng)由計算確定。如果無吊車或吊車噸位較小，同時風(fēng)荷載、雪荷載不大的輕鋼建筑可采用帶張緊裝置的十字交叉圓鋼作柱間支撐，否則應(yīng)采用角鋼或槽鋼等熱軋型鋼作柱間支撐。若柱間支撐為十字交叉形，則交叉夾角應(yīng)在35°～55°范圍內(nèi)，接近45°為宜。階梯形下段柱截面較大時柱間支撐一般宜設(shè)計成雙片，雙片支撐之間采用單角鋼的綴條相連。上段柱柱間支撐一般可設(shè)計成單片。當上、下段柱柱高相對于柱距較大時，上、下段柱的柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置，同時上、下層柱間支撐之間必須設(shè)置經(jīng)過計算的剛性系桿，牛腿或肩梁上、下兩側(cè)的柱間支撐之間的剛性系桿可由吊車梁代替。支撐的連接宜采用焊接或高強度螺栓連接。大量的分析研究表明，許多鋼結(jié)構(gòu)建筑工程事故的主要原因都不是因為構(gòu)件強度不足，而是構(gòu)件喪失了整體穩(wěn)定，因此支撐、剛性系桿等側(cè)向構(gòu)件的計算與構(gòu)造是輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑設(shè)計的一大重點。
2.7檁條與抗風(fēng)柱
屋面檁條和墻面檁條的跨度和荷載不大時一般多采用C型或Z型冷彎薄壁型鋼，屋面檁條的力學(xué)計算模型是雙向受彎的簡直梁或連續(xù)梁，當屋面雙檁條兼作剛性系桿時，還應(yīng)具備作為壓彎構(gòu)件所必須的剛度和承載力，否則應(yīng)采用鋼管、型鋼或其它截面的桿件作剛性系桿。為達到輕鋼建筑整體美觀、壓型彩鋼板防腐蝕、抗碰撞的效果，室內(nèi)地面以上一定高度范圍內(nèi)的墻體多采用磚墻或砌塊墻，墻面壓型彩鋼板底部可固定在磚墻或砌塊墻頂?shù)匿摻罨炷翂喉斏希瑫r考慮到壓型彩鋼板自身在面內(nèi)也具備較大的剛度，墻面檁條的力學(xué)計算模型可視為僅承受水平風(fēng)荷載而不承受豎向荷載的單向受彎的簡直梁或連續(xù)梁。屋面檁條和墻面檁條還應(yīng)按相關(guān)規(guī)范設(shè)置拉條、撐桿和隅撐。屋面檁條和墻面檁條當跨度和荷載較大時宜采用輕型槽鋼、工字鋼，屋面檁條也可采用由角鋼制成的桁架?？癸L(fēng)柱由于所受的豎向力遠小于水平力，因此力學(xué)計算模型可近視的簡化成單向受彎的簡直梁，抗風(fēng)柱可采用熱軋H型鋼截面。
2.8節(jié)點構(gòu)造
單層輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑梁、柱多采用焊接工字形截面或熱軋H形截面。在弱軸方向鋼柱與側(cè)向構(gòu)件的連接多采用鉸接，而強軸方向鋼柱與鋼梁的連接多采用剛接；無吊車或吊車噸位較小時鋼柱柱腳與基礎(chǔ)多采用鉸接，吊車噸位較大時鋼柱柱腳與基礎(chǔ)多采用剛接。為了解決鋼柱柱腳防腐的問題，通常將鋼柱柱腳用較低標號的細石混凝土包裹（保護層的厚度不宜小于50mm），并使包裹的混凝土高出室內(nèi)地面100mm～150mm，并宜在包裹柱腳的混凝土中配置少量的水平環(huán)形箍筋和豎向架立筋以避免出現(xiàn)裂紋。3．9地基基礎(chǔ)如果場地地質(zhì)條件比較好，輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的基礎(chǔ)一般采用柱下獨立基礎(chǔ)，由于室內(nèi)地面以上一定范圍內(nèi)的墻體或一層窗窗臺以下的墻體多采用砌體墻，因此墻下一般多采用現(xiàn)澆鋼筋砼基礎(chǔ)梁來承受砌體墻并能有限的抵抗基礎(chǔ)不均勻沉降，同時由于室內(nèi)外高差的存在，基礎(chǔ)梁還起到擋土的作用。如果場地地質(zhì)條件較差但沒有較大噸位的吊車荷載作用于剛架柱上，可優(yōu)先采用合適的地基處理方法來抵抗基礎(chǔ)較小的不均勻陳降現(xiàn)象。如果場地地質(zhì)條件很差而且又存在較大噸位的吊車荷載作用于剛架柱上，通過地基處理的方法已經(jīng)無法解決由于基礎(chǔ)不均勻沉降引起的吊車爬坡導(dǎo)致不能正常工作的問題時，可采用現(xiàn)澆鋼筋砼條形基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，當采用樁基礎(chǔ)時應(yīng)根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況選用經(jīng)濟合理、安全可靠的樁種類，比如在條件允許時可優(yōu)先采用鋼筋混凝土預(yù)制管樁，考慮到輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑鋼柱柱腳軸力較小而彎矩較大的特點，將承臺底剛架平面內(nèi)方向上的基樁間距設(shè)計得較大一些，一般可取得經(jīng)濟合理、安全可靠的效果。
3使用軟件計算時建模技巧和計算圖文的分析
目前門式剛架電算軟件以中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM系列軟件的中STS模塊在實際設(shè)計工作中應(yīng)用較為廣泛，因此本文按STS模塊中門式剛架二維設(shè)計來介紹門式剛架的建模技巧和計算圖文件分析。
3.1模型建立
門式剛架的軸線既可采用網(wǎng)格生成中各種工具欄繪制，也可采用模塊化輸入跨數(shù)、跨度、單雙坡、坡度、柱頂標高、牛腿標高、屋面坡度等信息快速建模生成軸線省時省力、既快又準，鋼梁分段時宜盡量將梁段拼接節(jié)點設(shè)置在彎矩較小的部位，并根據(jù)剛架梁上內(nèi)力圖特點、加工、運輸、吊裝能力等綜合因素確定梁段的長度和段數(shù)，楔形鋼梁、鋼柱楔率不宜過大，通常每延米變化幅度不大于60mm時腹板可取得較大的高厚比，在滿足腹板高厚比和翼緣寬厚比的前提下，將梁、柱設(shè)計成“薄而大”的截面因能以較少的鋼材獲得較大的截面抵抗矩，故既能達到控制住結(jié)構(gòu)變形又能取得較好的經(jīng)濟性。
由于門式剛架結(jié)構(gòu)變形以及強度受荷載影響敏感，因此實事求是的輸入豎向荷載也是取得經(jīng)濟合理效果的關(guān)鍵因素，鋼梁上的豎向恒荷載主要是屋面維護體系的自重，實際工程中屋面多采用內(nèi)夾輕質(zhì)保溫材料的夾芯板，內(nèi)外帶彩色防腐涂層的壓型鋼板厚度一般多在0．6mm以下，內(nèi)夾聚氨酯、玻璃棉等輕質(zhì)保溫材料厚度一般都不超過100mm，包括屋面冷彎薄壁型鋼檁條、屋面水平支撐、拉條、撐桿、隅撐、剛性系桿等在內(nèi)的屋面體系自重一般每平米僅0．22～0．30KN，采用不保溫的單層壓型彩涂板的倉庫，屋面體系自重更小，一般每平米僅0．19～0．25KN，因此不建議無根據(jù)的在鋼梁上輸入較大的恒荷載；鋼梁上的豎向可變荷載主要有兩類，一是鋼梁上的設(shè)備吊掛荷載，二是屋面集灰荷載和雪荷載，設(shè)備吊掛荷載按實際情況輸入到鋼梁上，至于集灰荷載僅在設(shè)計諸如水泥生產(chǎn)、金屬冶煉等粉塵污染較大或位于沙塵暴頻發(fā)地區(qū)的工業(yè)建筑才考慮其對結(jié)構(gòu)的影響，除此之外的絕大對數(shù)輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)建筑的屋面可變荷載可僅考慮雪荷載對結(jié)構(gòu)的影響，對于單榀剛架的水平受荷投影面積大于60平米時，可變荷載無須按《建筑荷載設(shè)計規(guī)范》中不上人屋面去取值，合理的可變荷載取值應(yīng)該是當雪荷載每平米大于0．30KN時，可變荷載可按實際的雪荷載取值，當雪荷載每平米小于0．30KN時，可變荷載每平米可按0．30KN取值，對于單榀剛架的水平受荷投影面積不大于60平米時，則應(yīng)按《建筑荷載設(shè)計規(guī)范》中不上人屋面取每平米0．50KN；輸入風(fēng)荷載時，應(yīng)正確判斷地面粗糙度類別，如果采用自動布置方式輸入風(fēng)荷載，需要注意的是對于自繪軸線建成的剛架，應(yīng)檢查柱腳標高是否為0．000；吊車荷載輸入時除應(yīng)準確輸入由吊車參數(shù)導(dǎo)算出的吊車最大輪壓傳至柱牛腿的反力、吊車最小輪壓傳至柱牛腿的反力、吊車橫向荷載傳至兩側(cè)柱上的水平力，還應(yīng)考慮吊車梁自重在牛腿除產(chǎn)生的附加豎向荷載和附加彎矩對剛架的影響。
鋼構(gòu)件計算長度對穩(wěn)定計算結(jié)果的主要影響因素，剛架梁、柱平面外計算長度一般取側(cè)向支撐點之間的間距，滿足計算和構(gòu)造要求的屋面隅撐和柱間通長剛性系桿可分別作為剛架梁、柱側(cè)向支撐點，同時施工圖中控制隅撐和剛性系桿間距不得大于模型中剛架梁、柱平面外計算長度；除無吊車或吊車噸位較小以及個別搖擺柱以外，不宜大量設(shè)置鉸接節(jié)點；計算參數(shù)輸入主要是合理選擇結(jié)構(gòu)類型和設(shè)計規(guī)范，對于高度不超過12m、吊車噸位不大于20t的門式剛架的結(jié)構(gòu)類型都可選擇為門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)按《門式剛架輕房屋鋼結(jié)構(gòu)技型術(shù)規(guī)程》去計算，根據(jù)大量的工程實踐表明，高度在12～15m之間、吊車噸位在20～32t之間的門式剛架的結(jié)構(gòu)類型還可選擇為門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》去計算、按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》去驗算，剛架梁宜按壓彎構(gòu)件驗算平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性，活荷載應(yīng)考慮不利布置對結(jié)構(gòu)的影響。
3.2計算圖文的分析
對計算結(jié)果的分析是模型糾錯、優(yōu)化設(shè)計的主要依據(jù)，因此設(shè)計者應(yīng)對計算圖文進行仔細比對分析。模型糾錯主要是通過分析計算圖文是否有異常狀況從而逆向判斷模型的正確性。例如如果發(fā)現(xiàn)鋼柱牛腿位置軸力包絡(luò)圖無大的突變，則很可能是模型中漏掉了吊車荷載；應(yīng)力比圖中要是僅平面外應(yīng)力比遠遠超標，則應(yīng)首先檢查模型中平面外計算長度取值是否正確；計算超限信息中變截面構(gòu)件腹板高厚比控制遠遠嚴于《門式剛架輕房屋鋼結(jié)構(gòu)技型術(shù)規(guī)程》的要求，則很可能是因為變截面構(gòu)件的楔率過大。
優(yōu)化設(shè)計主要是根據(jù)應(yīng)力比圖、撓度圖、位移圖去調(diào)整剛架梁柱截面尺寸以取得最佳的經(jīng)濟效果，抗彎承載力比值超限時調(diào)整截面高度遠比加大翼緣、腹板厚度更有效，平面外穩(wěn)定應(yīng)力比超限時調(diào)整翼緣寬度遠比加厚翼緣厚度更有效，不受強度控制的剛架宜采用低強度的碳素鋼鋼材，主要受強度控制的剛架宜采用高強度的合金鋼材，解決翼緣寬厚比和腹板高厚比超限時采用低強度鋼材比采用高強度鋼材更有效，將剛架柱腳、粱柱節(jié)點設(shè)計成剛接比設(shè)計成鉸接更能減小剛架的變形，對于30m以上大跨度的剛架，出于觀瞻的考慮，更應(yīng)高于輕鋼規(guī)范的要求去從嚴控制鋼梁的撓度。剛架優(yōu)化設(shè)計實質(zhì)就是在模型與實際工程相符、荷載輸入不遺漏、計算參數(shù)選取合理的前提下，以試算結(jié)果為依據(jù)，通過不斷調(diào)整構(gòu)件截面規(guī)格使各項計算指標同時接近相關(guān)規(guī)范規(guī)定的控制值并留有適當?shù)陌踩珒湓Ａ康囊粋€過程。
【關(guān)鍵詞】：高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；
中圖分類號：TS958文獻標識碼： A
1、引言
近年來,隨著經(jīng)濟實力、建筑技術(shù)的快速發(fā)展和對土地資源的合理、高效利用的迫切需求,我國高層建筑發(fā)展相當迅速。高層建筑的高度不斷增加,功能和類型愈來愈復(fù)雜,結(jié)構(gòu)體系趨于多樣化,地區(qū)分布也更加廣泛。高層建筑一般是承擔較多功能,且工程造價較大的重要建筑物,所以從安全和經(jīng)濟的角度,高層建筑的概念設(shè)計就相當重要。高層建筑結(jié)構(gòu)的選型在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計中占有極其重要的地位,它們直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟性。因此我們必須建立合理有效的研究體系,綜合考慮各種條件和制約因素,為結(jié)構(gòu)選型的科學(xué)決策提供依據(jù)。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)選型的重要性
高層建筑與城市社會發(fā)展的關(guān)系密切我國城市化進程及人口的持續(xù)增長導(dǎo)致城市人口急劇上升,城市居住、生產(chǎn)、生活用地日趨緊張。為節(jié)約及充分利用城市土地資源,減少拆遷費、市政工程費和復(fù)雜地形處理費,提高城市社會吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴峻供需矛盾,改善城市環(huán)境與調(diào)節(jié)心理等城市社會性問題,高層建筑的數(shù)量仍將在全國各大中城市持續(xù)增長,且其規(guī)模、高度、復(fù)雜性及建設(shè)速度也將呈上升趨勢。
高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提高現(xiàn)代高層建筑體形與平立面空間分布日益復(fù)雜,高度、規(guī)模、投資日益增大,要求性能更先進、更優(yōu)化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式與之相適應(yīng)。主要表現(xiàn)為:需求多元化、功能綜合化的趨勢,必然要導(dǎo)致高層建筑方案平立面形狀與內(nèi)部空間分布等多樣化、個性化與復(fù)雜化,為增大建筑凈空高度,很多一般多高層建筑中不存在的新問題與矛盾開始出現(xiàn),對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形式的要求提高。隨著高度與規(guī)模等增大,高層建筑投資增加、工期增長,其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化的必要性及可優(yōu)化的空間與效益將更明顯。結(jié)構(gòu)優(yōu)化,首先是其形式的優(yōu)化,然后才是其布局與構(gòu)件參數(shù)的優(yōu)化。高層建筑需考慮的影響因素日益復(fù)雜、系統(tǒng)、綜合和多變,選型需要的知識信息愈加龐大,選型結(jié)果受人為因素的影響也將增大。
3 高層建筑選型主要內(nèi)容
結(jié)構(gòu)選型主要包括以下內(nèi)容:(1)選擇合適的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu); (2)選擇合適的豎向承重結(jié)構(gòu);(3)選擇合適的水平承重結(jié)構(gòu)。高層建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等多種形式;豎向承重結(jié)構(gòu)有框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體等多種形式;水平承重結(jié)構(gòu)有無梁樓蓋、井式樓蓋、密肋樓蓋、單向板肋形樓蓋、雙向板肋形樓蓋等多種形式。高層建筑的初步設(shè)計中,為選擇合適的結(jié)構(gòu)形式,要求對各種結(jié)構(gòu)的受力特點及適用范圍有較好的了解。選定的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合以下要求:
(1)建筑場地宜選有利地段,避開不利地段,遠離危險地段,避免土質(zhì)液化及地基土不均勻沉陷災(zāi)害;
(2)平面和立面形式簡單、對稱、規(guī)則,減小偏心;
(3)抗側(cè)力構(gòu)件和質(zhì)量分布在同層平面內(nèi)宜基本對稱,相鄰層剛度和質(zhì)量變化宜緩慢;
(4)地震區(qū)的高層建筑應(yīng)具備多道抗震防線,有足夠的承載力、剛度和延性;
(5)結(jié)構(gòu)型式盡可能的與建筑型式相一致;
(6)施工簡便可行,經(jīng)濟合理且與周邊環(huán)境和諧。
4 高層建筑選型影響因素
高層建筑選型是工程項目的重要環(huán)節(jié)，由于其規(guī)模龐大，投資額大，功能要求多，所以其選型受多種因素的影響。
4.1所處環(huán)境影響
進行高層建筑物選型，首先調(diào)查其所在環(huán)境的因素，高層建筑所在位置的環(huán)境資料是進行結(jié)構(gòu)選型的基本資料，并且所處的環(huán)境決定了建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、豎向承重結(jié)構(gòu)和水平承重結(jié)構(gòu)。高層建筑結(jié)構(gòu)選型中，要考慮融合周邊環(huán)境與建筑外形空間藝術(shù)的和諧，來設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)體系外部的部分。掌握高層建筑所處區(qū)域的情況，再融合專家的設(shè)計知識、經(jīng)驗以及工程實例發(fā)揮合理的想象，進行高層建筑選型設(shè)計。
4.2建筑功能要求會影響高層建筑的選型
高層建筑更能充分體現(xiàn)建筑的功能實現(xiàn)，因此建筑功能要求是高層建筑選型設(shè)計的首要考慮因素。任何建筑都要與客觀空間和地質(zhì)環(huán)境相匹配，高層建筑更是要符合土地資源高效開發(fā)利用的要求。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的各類結(jié)構(gòu)體系的最大適合高度，以及對使用功能的要求，可以大體確定高層建筑的規(guī)模、高度和功能空間的分配。在高層建筑結(jié)構(gòu)選型時要考慮提高建筑空間的利用效率，并且節(jié)省維護結(jié)構(gòu)的費用，降低建筑物的總成本，這就要求所選擇的結(jié)構(gòu)式剖面要與建筑物使用的空間相適應(yīng)。
4.3結(jié)構(gòu)材料對結(jié)構(gòu)選型的影響
結(jié)構(gòu)材料在近年來的建筑中應(yīng)用越來越多，結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用加速了建筑結(jié)構(gòu)形式的變革，同時也給高層建筑結(jié)構(gòu)選型帶來了顯著的影響。高層建筑的發(fā)展源于19世紀后期鋼鐵結(jié)構(gòu)作為承重結(jié)構(gòu)材料。20世紀中期以來，新型的結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)，輕質(zhì)高強的結(jié)構(gòu)材料在高層建筑中被廣泛應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)材料的出現(xiàn)為高層建筑的發(fā)展提供了有利條件。在高層建筑結(jié)構(gòu)選型時，可以密切結(jié)合結(jié)構(gòu)材料的選用，結(jié)構(gòu)選型設(shè)計應(yīng)充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新高層建筑結(jié)構(gòu)形式。
4.4工程施工技術(shù)
隨著科技的發(fā)展，新的施工機械和施工技術(shù)在建筑工程中也廣泛應(yīng)用，這使得高層建筑以及大跨度建筑的各種結(jié)構(gòu)形式都能夠?qū)崿F(xiàn)。傳統(tǒng)的深基坑支護、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術(shù)都進行了逐步改善，組合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工藝逐漸趨于成熟，這些技術(shù)的進步保證了先進的建筑結(jié)構(gòu)形式的實現(xiàn)。
4.5建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論發(fā)展的影響
隨著創(chuàng)新理論的延伸，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理論也取得了顯著的進步，為高層建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計和問題優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。在新的結(jié)構(gòu)理論研究中，重點研究了抗震設(shè)計對高層建筑結(jié)構(gòu)外形的影響。由于高層建筑受所在區(qū)域地質(zhì)條件和地震運動隨機性的影響，會產(chǎn)生不同程度的損壞，這樣難以確定抗震設(shè)防烈度，會給結(jié)構(gòu)選型帶來困難。針對上述問題結(jié)合我國對地震規(guī)律的認識程度和經(jīng)濟條件，結(jié)構(gòu)選型設(shè)計提出了三個水準(小震不壞，中震可修，大震不倒)和兩個階段(承載力計算和構(gòu)造措設(shè)計階段、彈塑性變形驗算階段)作為建筑抗震設(shè)計的總思路。
5 結(jié)束語
近年來，隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)選型已成為國內(nèi)外相當一部分專家和學(xué)者研究的重要內(nèi)容，在理論研究和方法應(yīng)用上尚未充分。綜上所述，結(jié)構(gòu)選型受多種因素的影響，是一個復(fù)雜的綜合的決策過程，包含了多項不確定性。這就要求高層建筑結(jié)構(gòu)選型要重視結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新與智能化，最終構(gòu)建集成的智能形式高層建筑設(shè)計。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：土木工程；道橋方向；課程體系；實際工程；整合優(yōu)化
中圖分類號：TU-4 文獻標志碼：A 文章編號：
10052909（2015）04008103
1996年國家教委進行改革，把建筑工程、橋梁與隧道工程、巖土工程、道路與鐵路工程4個專業(yè)合并成為一個大專業(yè)，稱為“土木工程專業(yè)”。一般高校在土木工程專業(yè)上設(shè)置建筑工程和道橋兩個方向。如何保證學(xué)生在學(xué)習(xí)了大量為拓寬就業(yè)口徑而設(shè)置的專業(yè)基礎(chǔ)課程后，還能保質(zhì)保量完成主攻方向的專業(yè)課程，既對大土木“通”又對小方向“精”，是許多高校力爭解決的一個難題。如何根據(jù)學(xué)校的人才培養(yǎng)目標并結(jié)合社會需求制定適合的課程體系，是高校在制定專業(yè)教學(xué)計劃時需解決的另一個難題。土木工程專業(yè)平臺課程的拓寬是可能的，但拓寬的方向和步伐需考慮國內(nèi)目前
的情況，取決于社會需求的迫切感和校內(nèi)條件的創(chuàng)造[1]。土木工程專業(yè)道橋方向的實踐性極強，與實際應(yīng)用聯(lián)系緊密，然而多數(shù)院校仍然沿用傳統(tǒng)的教學(xué)手段和方法，偏重理論輕實踐，不利于學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用。
文章立足于面向?qū)嶋H工程的課程體系建設(shè)思想，以道橋工程課程體系作為對象，著力于研究實際工程與課程體系的有機結(jié)合；對畢業(yè)設(shè)計、課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一規(guī)劃，力爭提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，以期培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才。
一、 道橋工程課程體系設(shè)置情況
不同高校相同專業(yè)課程設(shè)置略有不同，不同教學(xué)目標下的課程教學(xué)內(nèi)容也有一定差異。華中科技大學(xué)武昌分校土木工程專業(yè)下的道橋?qū)I(yè)課程體系包含8門課程，即橋梁工程、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)、橋梁施工、橋梁電算、路基路面工程、道路CAD、道路施工和道路勘測設(shè)計。8門課程之間聯(lián)系緊密，均屬于知識鏈上不可缺少的組成部分。
課程體系實踐環(huán)節(jié)包含橋梁工程課程設(shè)計、道路勘測設(shè)計課程設(shè)計、路基路面工程課程設(shè)計以及橋梁方向畢業(yè)設(shè)計、道路方向畢業(yè)設(shè)計。
二、道橋工程課程體系改革措施
文章列舉部分主干課程的改革措施，研究其與土木工程專業(yè)其他方向課程及專業(yè)基礎(chǔ)課程的相互關(guān)聯(lián)和滲透關(guān)系。
（一）橋梁工程、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)課程改革措施
1.橋梁工程、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)課程特點
橋梁工程作為土木工程專業(yè)道路橋梁方向的一門專業(yè)必修課程，在教學(xué)中占有非常重要的地位。橋梁工程是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)、橋梁施工、橋梁電算等課程的基礎(chǔ)，具有知識點多、教學(xué)難度大的特點[2]；還需兼顧由于大土木平臺課未顧及到的相關(guān)橋梁知識點，如橋梁設(shè)計荷載等課程本身需要在知識點設(shè)置上結(jié)合工程實際來安排；還需要考慮與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程相關(guān)知識點的回顧、搭接和深化。
對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，一方面，隨著人們對大跨度橋梁的追求，預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用越來越普及，課程內(nèi)容就顯得十分重要；另一方面，該課程有其獨立的知識體系，然而在其知識構(gòu)成里，部分內(nèi)容與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（基礎(chǔ)專業(yè)課程）重復(fù)，課程安排上與橋梁工程產(chǎn)生矛盾：預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)在橋梁工程之后開設(shè)，橋梁工程課程設(shè)計卻需要預(yù)應(yīng)力
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的知識才能完成，而學(xué)生進行課程設(shè)計時，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)可能由于受到教學(xué)學(xué)時安排限制并未開設(shè)或未學(xué)完。
因此，需要對以上課程進行系統(tǒng)的內(nèi)容整合，在遵循科學(xué)的專業(yè)教學(xué)體系完整性和連貫性的同時，提高教學(xué)效率，減少不必要的重復(fù)，形成完善的適應(yīng)社會需求的教學(xué)體系。
2.教學(xué)內(nèi)容改革措施
為提高教學(xué)效率，在有限的課堂教學(xué)課時內(nèi)教授更多的專業(yè)知識，避免出現(xiàn)多門課程教學(xué)內(nèi)容的交叉和重復(fù)，學(xué)校在新版人才培養(yǎng)計劃中，將預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)并入橋梁工程，課時由“56+32”并為72學(xué)時，使其在教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分布上更合理，不同課程分工明確，形成穩(wěn)定的教學(xué)體系。
同時，對橋梁工程的教學(xué)內(nèi)容進行整合優(yōu)化，增加課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)，如在簡支梁橋相關(guān)內(nèi)容介紹完后，增加簡支梁橋施工圖識圖環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供工程實際案例的施工圖紙或標準圖集，使其能夠看懂圖紙，提高識圖能力，并了解施工圖的規(guī)范布局和制圖標準；在連續(xù)梁橋理論知識講解完后，增加連續(xù)梁施工圖識圖環(huán)節(jié)，向?qū)W生展示不同施工方法下的連續(xù)梁橋施工圖紙，使其熟悉不同施工方法下的連續(xù)梁鋼筋構(gòu)造的區(qū)別，通過識圖的訓(xùn)練提高實踐能力，增加實踐經(jīng)驗，以適應(yīng)現(xiàn)代社會對應(yīng)用型人才的需求。
3.教學(xué)方法改革措施
在教學(xué)方法和手段上，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，突出實踐性，通過引入實際工程案例教學(xué)、事故案例教學(xué)、多媒體教學(xué)、課堂教學(xué)+現(xiàn)場教學(xué)等豐富的教學(xué)手段，使專業(yè)知識立體化呈現(xiàn)給學(xué)生。
為增強學(xué)生工程意識、提高學(xué)生工程實踐能力，在新構(gòu)建的教學(xué)體系中加大實踐教學(xué)的比重，以提高學(xué)生綜合實踐能力，使應(yīng)用型人才培養(yǎng)真正實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)、實踐能力和綜合素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展[3]。除認識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)外，為增強學(xué)生實踐能力，在理論知識的講授過程中，穿行課堂外教學(xué)，例如結(jié)合學(xué)校“卓越土木工程師實踐教學(xué)基地”的橋梁結(jié)構(gòu)實體模型進行現(xiàn)場講解，結(jié)合施工圖紙讓學(xué)生了解連續(xù)梁橋采用懸臂施工法的構(gòu)造和配筋特點、熟悉預(yù)應(yīng)力材料及設(shè)備等，甚至讓學(xué)生親自體驗綁扎鋼筋、澆筑混凝土等，
有如親臨施工現(xiàn)場，有助于其對理論知識的理解。
當前一些國家級、省級及高校組織舉辦的結(jié)構(gòu)模型競賽活動對專業(yè)課教學(xué)有促進作用，可以作為橋梁工程教學(xué)中一種開放的實踐環(huán)節(jié)[4]。學(xué)校每年定期舉辦結(jié)構(gòu)模型設(shè)計競賽，并多次組織學(xué)生參加省級、中南地區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽。在2015年舉辦的“中辰杯”中南地區(qū)第四屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽中，由學(xué)生獨立設(shè)計計算并制作的橋梁結(jié)構(gòu)模型承受住了荷載考驗，獲得二等獎。類似的活動對學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實踐能力的提高有促進作用，對教師的實踐教學(xué)水平的提高亦有促進作用。
（二）路基路面工程課程改革措施
路基路面工程是土木工程專業(yè)路橋方向的一門專業(yè)必修課。設(shè)有理論教學(xué)、實驗和上機三大環(huán)節(jié)，特點是知識點繁雜、難度大，與前期多門專業(yè)基礎(chǔ)課聯(lián)系緊密，同時對后期的施工課程有重要影響。
對于該課程的教學(xué)改革，除了對理論教學(xué)環(huán)節(jié)進行知識點梳理以外，重點對實驗環(huán)節(jié)進行改革，以實驗室為基地，加強實驗大綱要求中的基礎(chǔ)實驗部分教學(xué)，并通過增加新型演示性實驗內(nèi)容，豐富學(xué)生的工程實踐觀。研究該課程的考試環(huán)節(jié)，建立適應(yīng)課程需要的新型考試形式。
該課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，尤其重視學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。大多數(shù)院校將教學(xué)內(nèi)容體系分為理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩部分，制作可視化操作模型，并輔之以圖片、視頻等教學(xué)手段，在有限的課時中盡可能地增加課堂教學(xué)的信息量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓其有一定的感性認識[5]。然而看似立體的圖片和視頻展示，卻不能完全達到路基路面實體結(jié)構(gòu)帶給學(xué)生的視覺沖擊。為此，學(xué)校在土木工程專業(yè) “專業(yè)綜合改革試點”項目下的“卓越土木工程師實踐教學(xué)基地”建設(shè)時，特開辟路基路面工程專區(qū)，設(shè)置一批與施工現(xiàn)場高度一致的路基路面模型和材料設(shè)備，提供給學(xué)生參觀學(xué)習(xí)。
（三）橋梁施工、道路施工和橋梁電算、道路CAD課程改革措施
這些課程分別為以施工企業(yè)和設(shè)計企業(yè)為就業(yè)去向的學(xué)生設(shè)置，致力于提高其專業(yè)核心能力中的“設(shè)計基本能力”和“施工基本能力”。前者偏重施工，僅靠課堂上的理論教學(xué)不足以滿足學(xué)生對施工知識的學(xué)習(xí)要求，需進行教學(xué)方法、手段上的改進。施工類課程在教學(xué)內(nèi)容上以工程實例和施工圖紙為載體，理論知識由實際案例引出，加強學(xué)生識圖能力培養(yǎng)的同時，讓其積累工程經(jīng)驗，提高就業(yè)競爭力。后者以緯地、橋梁博士和MIDAS等市場上常用的設(shè)計軟件為工具，以建成的各類型道路、橋梁實際設(shè)計案例為向?qū)В箤W(xué)生具備常規(guī)道橋設(shè)計軟件應(yīng)用能力。
（四） 課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計改革措施
本科畢業(yè)設(shè)計是本科教學(xué)計劃的重要組成部分，然而由于種種原因，這一教學(xué)環(huán)節(jié)僅流于形式，畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量急劇下滑，學(xué)生未能通過畢業(yè)設(shè)計真正提高實踐能力，嚴重影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量[6]。
為解決這一共性問題，利用學(xué)校所在城市擁有多家大型設(shè)計、施工企業(yè)這一有利條件，將企業(yè)的實際工程引入設(shè)計環(huán)節(jié)，真題真做，突出面向工程實際的主旨。
同時，本環(huán)節(jié)還致力于使課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計形成由淺入深、循序漸進的關(guān)聯(lián)體，改變原來實踐環(huán)節(jié)獨立分離的局面。以橋梁方向為例，課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計按“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)―預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”或“簡支體系―連續(xù)體系”兩種方案進行關(guān)聯(lián)性規(guī)劃。
另外，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計期間還要忙于考研或就業(yè)實習(xí)等工作，難以專心做設(shè)計。若能將課程設(shè)計作為畢業(yè)設(shè)計的演練，按畢業(yè)設(shè)計的深度來要求課程設(shè)計，則學(xué)生在進行畢業(yè)設(shè)計時，由于對設(shè)計內(nèi)容已十分熟悉，論文質(zhì)量上有所保障，不至于因時間不足而降低標準。
為提供更好的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)，2013年初，學(xué)校已建成功能全面的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計網(wǎng)站，涵蓋結(jié)構(gòu)工程、道路工程、橋梁工程三方向。網(wǎng)站內(nèi)容包括相關(guān)專業(yè)技術(shù)規(guī)范、設(shè)計指導(dǎo)書、優(yōu)秀范例等，并設(shè)置互動師生平臺、網(wǎng)上答疑等功能。該網(wǎng)站已用于學(xué)校近兩屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計，符合畢業(yè)階段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，效果良好。
三、 結(jié)語
通過一系列的整合優(yōu)化措施，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，建立面向工程實際的道橋課程體系，使其與社會需求和就業(yè)趨勢掛鉤；優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)，在實踐中加強理論基礎(chǔ)教學(xué)，圍繞土木工程專業(yè)的核心能力中的“設(shè)計基本能力”和“施工基本能力”，提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力；優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)、加強專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式、提升人才培養(yǎng)水平，一方面順應(yīng)國家“大土木”的方針和“卓越工程師”培養(yǎng)計劃，另一方面培養(yǎng)和鍛煉專業(yè)教師隊伍，提高其專業(yè)素養(yǎng)，適應(yīng)高校對“雙師型”人才的需求。參考文獻：
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