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摘 要： 在裂縫同撓度于具體施工當中形成主要沖突時,當前我國大多采用后張法預應力混凝土大跨度板柱的設計方案,在使用這種結構方案時,由于大跨度板柱的截面慣性矩相應比較小,因此預應力張拉施工期間常常是使用此方案體系受力的最不適宜的階段。文章是一篇建筑工程論
在裂縫同撓度于具體施工當中形成主要沖突時,當前我國大多采用后張法預應力混凝土大跨度板柱的設計方案,在使用這種結構方案時,由于大跨度板柱的截面慣性矩相應比較小,因此預應力張拉施工期間常常是使用此方案體系受力的最不適宜的階段。文章是一篇建筑工程論文。
摘要:混凝土在工程建筑的應用數不勝數,本文僅以混凝土大跨度板柱與混凝土密肋梁板為例,運用計算實例的方法依次探討混凝土大跨度板柱與混凝土密肋梁板兩種體系的結構方案的區別與不同,比較混凝土大跨度板柱與混凝土密肋梁板結構方案在抗震性能與經濟性兩個方面的功能特點和優劣,同時對混凝土大跨度板柱構造提出具體設計要求和設計過程中應注意的具體事項。
關鍵詞:混凝土,抗震,經濟性,建筑工程論文
作為從橋拱建筑中發展而來的混凝土大跨度板柱,發展歷史悠久,應用廣泛,特別是經過現代科學技術的運用,發展為一種新型建筑體系,由于其結構設計較容很符合抗震設計理念,混凝土大跨度板柱只要設計、構造措施得當,對改善框架節點的延性、增加節點區在地震作用下的變形能力有非常大的作用。同時會有效避免混凝土灌注中出現的許多現實問題:諸如在施工過程中由于框架節點區鋼筋過于密集,混凝土難以灌注的問題,振搗困難的問題等等。由此,大跨度板柱體系在結構設計中越來越得到更為廣泛的應用。伴隨著我國混凝土行業、高層建筑業的蓬勃發展,行業規范越來越嚴格,對混凝土制品的品質的標準也更高,這在一定程度上也加快和推廣了大跨度版主的發展和應用。再就是大跨度板柱體系在經濟方面和混凝土密肋梁板相比較也具有很大優勢。在下文中,對大跨度板柱體系和混凝土密肋梁板體系在抗震性能和經濟性方面作計算分析比較。
一、結構方案概述及計算分析結果
本工程處于8度抗震設防烈度區,屬三類場地,基本風壓0.35kN/m2,框架抗震等級三級。X方向總長7.3x6=43.8米,Y方向總長8.2x3=24.6米。大跨度板柱體系:結構總高度為3.0米x9層=27米,框架柱600x600,外圍框架梁考慮到門窗洞口的設置以及避免形成邊框架扁梁偏心的因素,采用300x600,其余內框架梁800x400,次梁400x400;混凝土密肋梁板體系:結構總高度為3.3米x9層=29.7米,框架柱600x600,框架梁300x600,次梁250x500。
現在用中國建筑科學研究院PKPM系列SATWE軟件依次對它們進行計算分析,來研究大跨度板柱與普通混凝土密肋梁板兩種方案的地震作用效應。我們通過數據數據明顯看到:當地震作用時,兩種板柱體系表現出近似的地震效應,特別是處于兩個方向同時產生地震平動效應。混凝土密肋梁板體系擁有較高的空間抗側強度,而大跨度板柱體系又具有相對高的空間抗扭強度。原因在于:處在水平地震受力下,混凝土密肋梁板具有很高的抗彎強度,柱端受到的約束作用力相對較強,完全抵消了高空間的影響后表現出更大的空間強度;但大跨度板柱在建筑平面內的約束卻擁有更大的強度,因而展現出更好的結構整體抗扭性能,當抵抗地震扭轉作用時充分發揮了這些強度的平衡作用。以上結論對我們具有一定的參考價值,對這兩方面的地震反應特點進行結構概念設計,結構方案選擇時應予以重視。
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二、通過比較來看兩種結構方案的經濟性
我們通過數據可以分析出,選擇混凝土密肋梁板體系比采用大跨度板柱體系節省鋼筋用量28%左右,節省混凝土用量10%左右,如果采用大跨度板柱體系當可以將高度差范圍的維護結構(框架填充墻以及玻璃幕墻等)的費用節省。如果放棄結構總高度的因素下,運用混凝土密肋梁板體系具有相對的經濟優勢,相反,如果是結構總高度設為確定值的狀況下,運用大跨度板柱體系當擁有可以在本來建筑基礎上再遞增一重的經濟效應,這對現在寸土寸金的購地建筑中能大大降低成本,具有明顯的優勢!
三、大跨度板柱的設計構造要求
在構造設置過程當中,大跨度板柱的寬高比不能過大,即使能符合當下《建筑抗震設計規范》第6.3.2條的規定:a)梁截面寬度≤2倍柱截面寬度;b)梁截面寬度≤柱截面寬度+梁截面高度;c)梁截面高度≥16倍柱縱筋直徑的規定,而規定所允許的條件,是大跨度板柱設置的最低限度準則。在大跨度板柱寬高比過大(接近規定要求限定值)的時候,它的傳力機理更加多變,節點外關鍵區抗扭變數成為關鍵難題。因為當下的試驗數量不多,和大跨度板柱柱節點相關的研究還在不斷的研究和完善之中,故而對構造設置的工作人員來說,運用寬高比過大的設置,對于強度和裂縫控制層面是需要冒一定的風險的。當前面對大跨度板柱的設置方案通常采用比較嚴格的設計要求配筋,最后再按照結構分析計算結果對比復核。其設計要求為:
1.關于框架節點關鍵區中水平抗剪箍筋的設計:大跨度板柱框架節點關鍵區水平抗剪箍筋除了于內核心區柱內按照實施的混凝土結構設計規范要求設計之外,另外要在外核心區周邊設計:二級抗震等級≥€%o13@100;二、三級抗震等級≥€%o9@100;非抗震等級≥€%o7@100;可利用大跨度板柱腰筋雙向貫通設置雙向大跨度板柱節點。可利用大跨度板柱腰筋雙向貫通附加另向水平拉結筋設置單向大跨度板柱節點。
2.關于板柱節點關鍵區抗扭縱筋設置:雙向大跨度板柱柱高相等時,應運用計算標準增加板柱縱向鋼筋配置;雙向大跨度板柱柱高不等時,應在矮大跨度板柱方向外關鍵區底部增加朝上開口箍筋配置底部抗扭縱筋;單向混凝土大跨度板柱時,應通過設置節點關鍵區附加封閉箍筋構成。應當運用附加箍筋形式時,其構造要求為:二級抗震等級≥€%o13@100;二、三級抗震等級≥€%o9@100;非抗震等級≥€%o8@200。
3.關于板柱節點外關鍵區周邊抗扭封邊箍筋設置:節點外關鍵區大跨度板柱縱向鋼筋和節點外關鍵區角部附加垂直拉筋焊接或搭接配置,附加垂直拉筋的配置要求:二級抗震等級≥€%o13@100;二、三級抗震等級≥€%o9@100;非抗震等級≥€%o8@100。
四、采用大跨度板柱體系應注意的幾個問題
1.在一定條件下,大跨度板柱的設計會由強度控制轉化為由構件裂縫寬度和撓度控制,這個條件就是:大跨度板柱一側的受拉鋼筋配筋率達到3.0%左右。依據現行《混凝土結構設計規范》中第8.1.1條規定,當按照結構所處環境情況和結構不同來確定相對的裂縫控制等級和最大裂縫寬度限值。因此對于一般混凝土建筑進行驗算的控制要求是:裂縫寬度限值應按0.25mm,屋頂負彎矩區應按0.18mm的標準進行。撓度驗算有時候會起到決定性的作用,這是因為大跨度板柱對豎向荷載的抗彎強度相對較弱,所以,在建筑頂層永久荷載相對較大而活荷載相對微弱,必須考慮荷載長久效應受力影響的長久強度BL=MsBs/[ML(€%a-1)+Ms]計算的時候,永久荷載所占據比例越大,那么BL就越小,撓度就會越大。
2.在大跨度板柱的設計過程中,大跨度板柱的裂縫寬度及撓度的控制常常趨近現行規范所規定的限定值。假如在混凝土固化、養護中間由于施工因素導致的微弱傷損在之后結構交付使用后會更加容易增大,會對結構的安全運用產生很不利的影響,嚴重的會危急到結構安全,因此在施工中間需要強化對大跨度板柱的混凝土養護狀態的監測和必要的保護。如果需要,應在梁柱節點區應用在混凝土中加入一定量得鋼纖維的做法,從而加強大跨度板柱柱節點初裂承載力以及極限承載力,從而優化混凝土的裂縫形態,讓裂縫更均勻、更細。
五、結論
1.大跨度板柱和混凝土密肋梁板體系于一樣的地震效應情況下表現出相似的地震平動效果:肋梁體系擁有相應稍高的建筑抗側強度,大跨度板柱體系擁有相應稍高的建筑抗扭強度。
2.因為當前階段對于大跨度板柱柱節點的研究還不全全面,因此現在在使用大跨度板柱體系構造設計時應該按照較為嚴謹的結構設計標準。
3.使用大跨度板柱體系比使用混凝土密肋梁板體系方案能夠明顯減小建筑層高,實現結構凈高目的,如果放棄結構總高度的限制效應,使用后者方案的單位工程總造價將節省將近6%。當在乎結構總高度限制效應的狀況下,大跨度板柱體系會擁有更大的經濟綜合效益。因為大跨度板柱體系中空間內梁底同現澆板底的高差相差不是太大,構造比較美觀,通常情況下當可節省空間內內頂的裝飾成本。
4.在使用大跨度板柱體系中,撓度和裂縫的把握是構造設計進程的關鍵,在現實條件不能合乎設計普通鋼筋混凝土大跨度板柱體系時,應使用預應力鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土技術從而改善混凝土材料的構成關系、改變梁的受力效應等方案來處理。
支撐結構的強度嚴重影響了大跨度板柱空間網格的受力效應。在空間網格被托起在西昌的柱子上時,它相當于一塊連接在柔性柱頂的剛性橫隔板,彼此合理銜接,承托拉緊。這種空間結構的橫向拉伸由柱子的豎向懸臂作用和通過柱間剪刀撐得到支持。當構造柱間支撐時需要小心切勿把這種空間結構的溫度伸縮變形過分約束,要留有合理的效應伸縮空間。要達到這種目的,通常是運用在矩形板柱平面的各邊中部的柱間加設剪刀撐。如此水平地震力就會依據柱子的各自相對強度進行比例分配。
近幾年,大跨度建筑大量涌現,特別是大跨度板柱體系和混凝土密肋梁板這兩種新的結構體系的較多應用,大跨度建筑已逐漸商品化,作為投資者,希望所建的工程價廉物美,在滿足市場需要的同時,個人或企業有所發展,而作為客戶需求方則既考慮造價,又考慮建筑物的質量,也就是綜合考慮結構的抗震性能及經濟指標。通過抗震及經濟性能分析,尋找合理的使用范圍,對更好的發展大跨度大空間建設、滿足社會長遠的生活需要、建設更好更多的綠色大跨度建筑體系具有重要意義。
大跨度板柱體系空間結構具有結構合理、造型豐富多彩等優點,被廣泛應用于各類大跨度公共建筑中。諸如體育館、展覽館、機庫、候車廳、候機庫、大型內游樂中心、商業中心等大跨度建筑,這類建筑重要性等級通常較高,一旦破壞,將對人民的生命財產造成嚴重危害,所以,對空間結構進行謹慎、細致的抗震設計具有十分重要的意義。
對于地震力與所要求的結構延性建立對應關系,國外一般有如下三種設計方案:
(1)較高地震力——較低延性方案;
(2)中等地震力——中等延性方案;
(3)較低地震力——較高延性方案。
能夠保證結構的承載力的是高地震力方案,低地震力方案主要是保證結構的延性。當在現實的震害中,此三類預防方案,無論經濟性還是抗震能力來看,都可達到防震目的要求。
我國的抗震設計采用的是方案(3)即較低地震力——較高延性方案,即采用明顯小于設防烈度的小震地面運動加速度來確定結構的設計地震作用,并將它與其他荷載內力進行組合,進行截面設計,通過鋼筋混凝土結構在屈服后的地震反應過程中形成較為有利的耗能機構,使結構主要的耗能部位具有良好的屈服后變形能力,來實現“大震不倒”的目標。
