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        多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋設(shè)計(jì)的優(yōu)化與應(yīng)用分析

        2017-05-09 11:52:50劉振江
        科學(xué)與財(cái)富 2017年10期
        關(guān)鍵詞:問(wèn)題對(duì)策結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        劉振江

        摘 要:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,人們的生活水平和生活質(zhì)量的提升,人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也逐漸提高,建筑行業(yè)日漸興盛。而多層鋼結(jié)構(gòu)住宅成為現(xiàn)代建筑的主要應(yīng)用形式,并有很大的發(fā)展前景。多層鋼結(jié)構(gòu)不僅節(jié)省了建筑成本,還美化了建筑外觀,滿(mǎn)足了現(xiàn)代人們的需要。但是,由于我國(guó)多層鋼結(jié)構(gòu)起步晚,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距,設(shè)計(jì)水平和施工技術(shù)還不成熟,還存在著一些問(wèn)題。本文就多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋設(shè)計(jì)的優(yōu)化與應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析,并針對(duì)其存在的問(wèn)題提出一些建議,希望對(duì)多層框架結(jié)構(gòu)未來(lái)的發(fā)展提供幫助。

        關(guān)鍵詞:多層框架;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);問(wèn)題對(duì)策

        我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展完善,對(duì)建筑材料的要求越來(lái)越高。我國(guó)作為鋼材料的使用大國(guó),每年使用的鋼材料位于世界的首位,鋼材料的使用為鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇,也促進(jìn)了我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)多層框架的發(fā)展,為鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的設(shè)計(jì)使用是現(xiàn)在我居民住宅建設(shè)主要使用的方式之一,不僅節(jié)省了工程材料更使建筑更加的美觀,提升了居民的生存環(huán)境,為我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展提供了更加廣闊的空間。下面本文就多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行進(jìn)一步的研究分析。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是將力學(xué)概念與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái),以計(jì)算機(jī)為工具,在滿(mǎn)足各種規(guī)范和規(guī)定的前提下,來(lái)研究結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的一種方法。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比,結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更科學(xué),其設(shè)計(jì)方案更為合理,能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)性與安全性的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究,具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

        1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

        1.1概述

        傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)際上就是結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析與安全校核。它是由設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的工程經(jīng)驗(yàn)通過(guò)自己的判斷,按設(shè)計(jì)要求來(lái)擬定出最初的設(shè)計(jì)方案然后對(duì)此方案進(jìn)行力學(xué)方面的計(jì)算,以確保結(jié)構(gòu)的安全。有時(shí)為了達(dá)到更合理的設(shè)計(jì)方案,往往需要修改初始方案的結(jié)構(gòu)布局、構(gòu)件尺寸和材料選型,再進(jìn)行計(jì)算分析,直到得出各方面都比較滿(mǎn)意的結(jié)果。因此,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率不高,并且設(shè)計(jì)方案的好壞很大一部分都取決于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和水平,很有可能并不是最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。相對(duì)于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)把力學(xué)概念與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái),在滿(mǎn)足各種規(guī)范和規(guī)定的前提下,以變量的形式給出了部分參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的量,來(lái)完成結(jié)構(gòu)所有可能的設(shè)計(jì)方案。然后再借助于數(shù)學(xué)手段,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案域中找出可行的最優(yōu)方案。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的出現(xiàn),使結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變?yōu)橹鲃?dòng),不僅可以減少設(shè)計(jì)的工作量,提高設(shè)計(jì)效率,而且還可以提升設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平,取得了更大的經(jīng)濟(jì)效益。

        2、鋼結(jié)構(gòu)體系存在的問(wèn)題

        2.1鋼材料浪費(fèi)的情況嚴(yán)重

        隨著鋼材料的應(yīng)用,多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋也逐漸應(yīng)用到人們的生活當(dāng)中,雖然體制機(jī)制還不完善,但是,多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋成為現(xiàn)代居民建筑的主流。據(jù)目前來(lái)看,我國(guó)是鋼材料使用大國(guó),同時(shí)鋼材料量浪費(fèi)的情況比較嚴(yán)重,這不僅影響資源的浪費(fèi),還會(huì)阻礙多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展。隨著鋼材料浪費(fèi)的增多和使用范圍的增大,我國(guó)鋼材料也逐漸的減少,由于現(xiàn)在多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋技術(shù)還不完善,與發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展還有很大的差距,因此,必須減少鋼材料浪費(fèi)的情況,加大科技投入,保障多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的進(jìn)步和完善。

        2.2多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋體制機(jī)制不完善

        由于我國(guó)多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋與發(fā)達(dá)國(guó)家相比發(fā)展的比較晚,所以其技術(shù)水平不完善,相關(guān)的法律法規(guī)建設(shè)也不全面,體制機(jī)制也沒(méi)有滿(mǎn)足現(xiàn)代多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展需求,致使,多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展過(guò)于自主化、隨意化,沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范,這不僅阻礙了多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋的發(fā)展,還影響建筑行業(yè)的順利開(kāi)展和人民生活水平的改善,因此,必須加強(qiáng)多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋發(fā)展的體制機(jī)制,完善無(wú)發(fā)展內(nèi)容,進(jìn)行統(tǒng)一的管理,卻保其健康有序地發(fā)展。

        2.3施工人員自身素質(zhì)低

        就目前來(lái)看,我國(guó)建筑行業(yè)的施工人員整體素質(zhì)還有待提升。多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋是我國(guó)目前和未來(lái)建筑的主流,因此,提升施工人員的技術(shù)和是知識(shí)水平,加大對(duì)西方先進(jìn)技術(shù)的吸收,并結(jié)合自身得建筑特色進(jìn)行有效的結(jié)合,形成自己的發(fā)展方案,對(duì)施工人員進(jìn)行知識(shí)技能培訓(xùn),并且進(jìn)行考核,對(duì)于考核通過(guò)的人員實(shí)施獎(jiǎng)勵(lì),為通過(guò)的人員繼續(xù)學(xué)習(xí),以達(dá)到需要的標(biāo)準(zhǔn)為止。

        3、多層鋼框架的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

        3.1多層鋼框架結(jié)構(gòu)受力變形特點(diǎn)

        鋼框架結(jié)構(gòu)體系'中的每一棍框架在縱、橫兩個(gè)方向上均采用剛接,這些剛接框架不僅承受垂直荷載的豎向作用,還要承受水平荷載的側(cè)向作用。水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面水平荷載對(duì)整體結(jié)構(gòu)的傾覆力矩和各層結(jié)構(gòu)承受的水平剪力。因此,結(jié)構(gòu)也就產(chǎn)生了由這兩方面作用共同引起的側(cè)移。在結(jié)構(gòu)的傾覆力矩的作用下,框架柱產(chǎn)生底層較小,越往上越大的軸向變形,此時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲型變形在各層結(jié)構(gòu)的水平剪力的作用下,梁、柱均出現(xiàn)反彎點(diǎn),形成底層層間側(cè)移最大,向上層間變形依次減少的變形,此時(shí)整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生剪切型變形。在框架結(jié)構(gòu)的總側(cè)移變形中,剪切變形是主要的。隨著結(jié)構(gòu)總高度的增加,彎曲變形在總側(cè)移變形中多占的比例會(huì)增大。針對(duì)多層鋼框架結(jié)構(gòu),由于層數(shù)不高,彎曲變形所占比例只有一,所以多層框架可以看成剪切型抗側(cè)力體系。

        針對(duì)這種剪切型抗側(cè)的多層鋼框架結(jié)構(gòu)體系,規(guī)范按結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的要求,對(duì)結(jié)構(gòu)的水平位移進(jìn)行了限制。規(guī)定在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下,框架柱柱頂水平位移和層間位移相對(duì)值,不宜超過(guò)下列數(shù)值(H為自基礎(chǔ)頂面至柱頂?shù)目偢?,h為結(jié)構(gòu)層高):

        (1)多層框梁柱頂位移(H/500)

        (2)多層框架層間相對(duì)位移(h/400)

        本文所研究民用住宅僅為層,由于層數(shù)較低,水平荷載作用的側(cè)移不會(huì)很大,一般來(lái)說(shuō)起不到控制的作用。

        3.2多層鋼框架結(jié)構(gòu)分析的基本要求與原則

        采用的計(jì)算模型和基本假定要盡力的與構(gòu)件連接的實(shí)際性能相符合。在鋼框架結(jié)構(gòu)中,梁柱的剛性連接應(yīng)符合受力過(guò)程中梁柱夾角不變的假定,同時(shí)連接應(yīng)具有充分的強(qiáng)度,使它能夠承受交匯構(gòu)件端部所傳遞的所有最不利內(nèi)力。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析,可以采取一階彈性分析的方法,也就是以未變形的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖為分析對(duì)象,不考慮結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。對(duì)內(nèi)力的影響不能忽略的結(jié)構(gòu)需要采取二階分析,比如懸索屋蓋結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的位移比較大,如果采用一階分析的方法來(lái)計(jì)算內(nèi)力會(huì)導(dǎo)致可靠度不足。

        4、結(jié)束語(yǔ)

        多層框架結(jié)構(gòu)鋼筋最為現(xiàn)階段我國(guó)建筑行業(yè)主要的形式之一,多層民用的鋼結(jié)構(gòu)房屋具有廣發(fā)的發(fā)展前景,值得進(jìn)一步投資和發(fā)展,但是多層民用鋼結(jié)構(gòu)的起步相對(duì)較晚,多層民用鋼結(jié)構(gòu)的體制機(jī)制還不完善,其發(fā)展設(shè)計(jì)還沒(méi)有成熟,與發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)還有一部分差異,這不僅會(huì)增加建筑施工的成本,還不利于多層民用鋼結(jié)構(gòu)的完善和發(fā)展,為節(jié)省建筑的成本,促進(jìn)多層民用鋼結(jié)構(gòu)的完善,優(yōu)化多層民用鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)不可避免的道路,并在實(shí)際的應(yīng)用中起到指導(dǎo)作用。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]郭兵,紀(jì)偉東等.多層民用鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005

        [3]徐偉量等.輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展[J],建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2001.8

        [4]王軍.鋼結(jié)構(gòu)住宅的研究與開(kāi)發(fā)[J],建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2004.3

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