徐碩 吳沙
(安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司 安徽合肥 230022)
土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的安全性與經(jīng)濟(jì)性分析
徐碩 吳沙
(安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司 安徽合肥 230022)
隨著城市進(jìn)程加快和人們生活水平的不斷提高,人們對建筑工程提出了更多的要求,土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得越來越重要。土木工程結(jié)構(gòu)牢固程度直接的關(guān)系到整個(gè)建筑工程的整體質(zhì)量和安全性,而安全性和經(jīng)濟(jì)性也是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題,本文對于主題的介紹首先分析了當(dāng)前階段土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一系列問題,然后分別對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。
土木工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);安全性;經(jīng)濟(jì)性
土木工程設(shè)計(jì)中最主要的兩個(gè)問題分別是工程質(zhì)量安全和經(jīng)濟(jì)成本,并且這兩個(gè)方面是相輔相成的關(guān)系,工程質(zhì)量在很大程度上會(huì)直接影響到工程成本,安全性和經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。例如橋梁工程,如果安全性得不到保障,導(dǎo)致橋梁坍塌,返工過程勢必會(huì)產(chǎn)生額外的工程成本,一方面安全性得不到保障,另一方面還會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,而這些問題的存在都是由于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程存在的諸多問題造成的:
1.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差
土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最主要的是保證工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接的關(guān)系到建筑質(zhì)量和使用安全,但是從我國土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)階段的發(fā)展來說,還存在很多的問題,最主要的就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高。如果建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常高,即便是工程局部受到損壞,整體結(jié)構(gòu)仍然能夠保證穩(wěn)定,例如建筑框架結(jié)構(gòu)中半框架結(jié)構(gòu)體系,建筑底部的框架結(jié)構(gòu)整體上都是不利于建筑抗震的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系,目前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中過于依賴計(jì)算機(jī)軟件提供的參數(shù),很多結(jié)構(gòu)體系都不合理,但是可以通過局部的強(qiáng)化來滿足建筑要求,所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中要合理的參考數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果,然后通過合理的判斷來選擇更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系,但是我國目前的土木工程在設(shè)計(jì)技術(shù)方面有很大的缺陷,所以經(jīng)常性的會(huì)出現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)不合理造成的塌方等事故,例如四川地震、玉樹地震中的房屋倒塌都是穩(wěn)定性方面出現(xiàn)的問題。同時(shí)土木工程中大多數(shù)都需要鋼筋和混凝土來作為主要材料,而環(huán)境濕度、土壤酸堿度等因素都會(huì)對這些材料造成不同程度的影響,縮短建筑使用周期,降低工程結(jié)構(gòu)耐久性,而這一方面的主要原因是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中忽視了對環(huán)境的考慮,導(dǎo)致后期出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題。
1.2 建筑框架柱截面積設(shè)計(jì)不規(guī)范
通常情況下,工程設(shè)計(jì)人員在對抗震要求不高的地區(qū)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過程中,為了能夠更好地分析受力狀況,會(huì)把建筑承重柱截面積設(shè)計(jì)的很小,所以會(huì)出現(xiàn)梁強(qiáng)柱弱的結(jié)果,但是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念要求的是柱強(qiáng)梁弱,所以這種設(shè)計(jì)方法會(huì)在建筑受到外力作用的時(shí)候,梁和柱會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,影響建筑的安全性和使用周期。一旦遇到強(qiáng)烈地震災(zāi)害,很容易出現(xiàn)建筑坍塌現(xiàn)象。
1.3 缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性規(guī)范要求
隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步,建筑行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展,國家為了規(guī)范建筑市場,逐步的推出了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求,但是和國際上建筑行業(yè)發(fā)展相比,國內(nèi)出臺的規(guī)范性要求指標(biāo)存在很大的差距,所以質(zhì)量監(jiān)管部門在具體的工作過程中,很難開展監(jiān)管工作,再加上建筑企業(yè)之間的差異,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工等方面存在的不同程度偏差,工程安全問題的解決僅僅停留在表面,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求很難涉及到關(guān)鍵性問題。
針對上面提到的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的穩(wěn)定性差以及不規(guī)范問題,文章給出以下解決措施:
2.1 增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)耐久性
(1)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后,要通過嚴(yán)格的審核,同時(shí)再具體的施工過程中,施工人員和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要加強(qiáng)后期溝通,對工程施工過程中遇到的結(jié)構(gòu)問題要及時(shí)的溝通交流,設(shè)計(jì)人員通過核對設(shè)計(jì)圖紙,分析結(jié)構(gòu)問題,及時(shí)的對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,減少不必要的后期返工,提供工程結(jié)構(gòu)安全性。
(2)在加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì),合理利用OptiStruct模型來優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度,圖1顯示的就是利用OptiStruct模型來對結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行優(yōu)化。
圖1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)剛度OptiStruct模型
在具體的建筑結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)過程中,因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)理念的不同,設(shè)計(jì)水平也會(huì)出現(xiàn)很大的差異,所以一般情況下,建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過程中,經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)出現(xiàn)很大的差異。建筑抗側(cè)移剛度對建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響,圖2體現(xiàn)的是建筑側(cè)移剛度構(gòu)成模型。
圖2 建筑剛度構(gòu)成模型
根據(jù)圖2的模型展示設(shè)計(jì)具體的建筑結(jié)構(gòu),例如在具體的剛度設(shè)計(jì)中,對于在土地相對比較好、巖基埋深比較淺的地方,建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該以樁基為主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),這樣能夠保證建筑持力層能夠處于微化巖層中,建筑地基穩(wěn)定性和強(qiáng)度能夠得到很大的提高,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可以適當(dāng)?shù)慕档徒ㄖ拐饎偠?,控制的?biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)極限變形能力來進(jìn)行合理的調(diào)整,如圖3所示水平荷載作用下的框架彎矩。
圖3 水平荷載作用下的框架彎矩圖
合理的利用建筑結(jié)構(gòu)的變形極限結(jié)合剛度設(shè)計(jì),提高土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性。
2.2 建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力組合設(shè)計(jì)
內(nèi)力組合設(shè)計(jì)主要的目的是提高土工程結(jié)構(gòu)的抗震能力,是抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),內(nèi)力組合首先要充分的了解工程結(jié)構(gòu)承載力抗震系數(shù),其次要注重工程材料的選擇。
材料的選擇一定要嚴(yán)格的按照工程抗震要求來選擇抗震性能優(yōu)良的工程材料,同時(shí)在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),要合理的利用建筑受彎梁、偏壓柱以及相應(yīng)構(gòu)件承載力等因素對組合系數(shù)進(jìn)行調(diào)整,通過內(nèi)力組合設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)奶岣呓ㄖY(jié)構(gòu)承載能力。文章這里拿建筑梁柱的內(nèi)力組合來具體說明:
梁柱支座邊緣的內(nèi)力計(jì)算公式如下:
M(邊)=M-V×b/2;
V(邊)=V-q×b/2;
式中:M(邊)是支座邊緣界面的彎曲標(biāo)準(zhǔn)值;V(邊)是支座邊緣界面建立的標(biāo)準(zhǔn)值,在各種荷載情況下的框架內(nèi)力求得之后,通過考慮結(jié)構(gòu)塑性內(nèi)力重分布的有利影響,在內(nèi)力組合設(shè)計(jì)之前對豎向荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整,計(jì)算可控制界面處的內(nèi)力值,合理的進(jìn)行內(nèi)力組合。
2.3 轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)
作為土木工程中重要的承載結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的合理性將會(huì)對建筑整體承載力產(chǎn)生很大的影響,合理的轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)能夠很好的避免因?yàn)樯蠈咏Y(jié)構(gòu)過大的承載力對下層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓迫。所以對于轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì),要合理的控制混凝土施工環(huán)節(jié),選用高性能的混凝土,在此基礎(chǔ)上,澆筑過程中要強(qiáng)化對混凝土內(nèi)部的振搗作業(yè),這樣能夠增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度,提高結(jié)構(gòu)的承載力。
3.1 合理評估工程設(shè)計(jì)方案
(1)設(shè)計(jì)人員要合理的控制建筑成本,針對工程結(jié)構(gòu)的每一個(gè)階段都要細(xì)分圖紙規(guī)劃,這樣能夠避免出現(xiàn)無效的工程量,優(yōu)化工程結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)方面的施工,這樣一方面能夠提高工程質(zhì)量,另一方面能夠縮短工程工期,降低工程成本。同時(shí)強(qiáng)化對工程預(yù)算的全面管理,統(tǒng)一管控建筑材料,制定清晰全面的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
(2)要控制成本,從工程招標(biāo)到具體施工環(huán)節(jié),要制定嚴(yán)格的招標(biāo)準(zhǔn)則,保證招標(biāo)過程的公平公正性。具體的招標(biāo)過程中,要從不同的方面來考慮工程設(shè)計(jì)方案,方案的選擇要在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的基礎(chǔ)上,考慮到建筑其他方面的因素,例如工期、建筑造型燈。
3.2 選取合理的標(biāo)準(zhǔn)圖
施工招標(biāo)部門通常為了規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及較少設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān),通常會(huì)使用施工標(biāo)準(zhǔn)圖,工程施工標(biāo)準(zhǔn)圖的使用能夠節(jié)省設(shè)計(jì)人員的工作,同時(shí)能夠保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,有效地提高工程進(jìn)度,有效地監(jiān)督工程安全性和經(jīng)濟(jì)性,但是針對大型的建筑工程,由于考慮的因素會(huì)比較多,所以大型的建筑工程不適合完全參考標(biāo)準(zhǔn)圖,需要根據(jù)工程概況進(jìn)行實(shí)地考察,制定經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)方案。
總之隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平高低將會(huì)直接關(guān)系到建筑的安全性,而建筑安全性的高低也會(huì)影響到建筑經(jīng)濟(jì)性,所以就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員從工程實(shí)際出發(fā),合理的設(shè)計(jì)工程結(jié)構(gòu)。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要和經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性和經(jīng)濟(jì)性。
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TU318
A
1004-7344(2016)17-0310-02
2016-5-20