摘 要:本文主要是从对复合材料的分析入手,通过复合材料作为构成元件在土建结构中的应用和复合材料作为加固介质在土建结构中的应用这两个方面对复合材料-土建结构的力学特性与加固技术进行了深入的探究。 关键词:复合材料;土建结构;力学特性;加固技术 中图分类号: TB33 文献标识码:A 一、复合材料 所谓的复合材料,是指利用化学方法或物理方法将两种或两种以上的具有不同性质的材料,组合成一种新的、宏观上的材料,而且该材料具有新的功能,复合材料一般具有耗量低、强度大、结构轻等优点。通过材料的合成,可以将不同材料的优势集合在一起,并产生协同效应,因为复合材料的综合性能要比组合成复合材料的原材料的性能更佳,因此复合材料可以适用更多、更高的使用要求。按组合成复合材料的原材料的属性的不同可以将复合材料划分为:金属与金属复合材料、金属与非金属复合材料和非金属与非金属复合材料这三种,我们将组合成复合材料的原材料称为基体材料,常用的金属基体材料有镁、钛、铜、铝及钛合金,而常用的非金属基体材a有橡胶、石墨、合成树脂等等。此外,有时为了增强复合材料的复合效果,需添加一些增强材料,常用的增强材料有碳纤维、金属丝、石棉纤维和玻璃纤维等等。 近年来,随着我国经济的发展和科技的进步,复合材料凭借着自身独特的优势已在很多领域中得到了广泛的应用,而在土建结构中,对复合材料的应用主要有两个方面:①作为构成元件应用于土建结构中;②作为加固介质应用于土建结构中。 二、复合材料作为构成元件在土建结构中的应用 如今,随着我国建筑材料行业的崛起和发展,FRP复合材料凭借着自身的优势,如结构质量轻、易于成型、耐腐蚀性强、外观美及颜色丰富等,在我国的土建行业中已得到了一定的应用,但因受生产工艺、生产规模等因素的影响,FRP复合材料在我国的应用中并还没有真正的推广开来,没有充分的利用FRP复合材料这一新材料的优势。而在其他一些发达的国家和地区,对FRP复合材料的应用会比较广一点,如在酒吧、餐厅等中大型的公共建筑中都或多或少的采用了FRP复合材料。 与普通的钢材料相比,FRP复合材料的质量要比普通的钢材料轻75%~80%,且FRP复合材料的机械强度并不亚于普通的钢材料的机械强度,甚至有可能超过它。FRP复合材料在土建结构中的应用,一个可以将建筑结构的自重减轻,另一个可以将建筑结构的基础承载力降低,这对保证甚至延长建筑结构的使用寿命起着十分重要的作用,FRP复合材料作为构成元件在土建结构中的应用,一般是将其用于层面材料及各种墙体材料等的制作。除此之外,FRP复合材料对于电讯系统的建筑物而言,具有特殊的实用意义,其主要原因为:①FRP复合材料易于成型,能够制造成结构复杂的结构杆件,且所制造出来的结构杆件,其质量轻、刚度大,如圆锥形的组装结构及其整体;②FRP复合材料的隔热性能好,可用于夹层结构的制作,同时,FRP复合材料的抗腐蚀性也比较好,能够在各种管道、泵等里面应用;③FRP复合材料的绝缘性佳,电磁波不会对其造成影响。 有人做过这样的一个实验:梁均为简支,对称作用的集中载荷,一是纵向弯曲加强(即用Glass Fiber Reinforced Plastic简称GFRP作纵筋,steel作箍筋),二是量力加强(即用steel作纵筋,GFRP作箍筋),对它们的静力强度进行了研究,并作荷载一挠度曲线,结果发现最初曲线是线弹性,至主纵筋屈服,砼被压碎进入非线性,可见,破坏为非剪切破坏,GFRP可代替钢筋使用,特别适用于腐蚀地区。 Harris在文中阐述了一种新研制的有延性的聚脂棒的设计方法(hybrid fiber reinforced polymer)。这种棒具有等效双线性应力一应变特性,具有接近于钢的杨氏模量,近似钢的延性,可代替钢筋使用,发挥它的耐腐蚀、非金属、绝缘、高强度等优点。 Theriault报道了聚脂棒(HFRP)代替钢筋使用,根据加强率和砼强度来预测裂逢宽度、裂逢间距、荷载挠度曲线、程限承载力及破坏类型,得出随着加强比率的提高,裂逢宽度和高度均降低,裂逢宽度与砼强度无关等结论。 三、复合材料作为加固介质在土建结构中的应用 长时间以来,如何减轻和抵抗工程结构受人为或非人为的影响,是人们一直所关注的话题。譬如说:①改变土建结构的荷载、用途及结构体系:建筑物的使用要求有时会因各种各样的因素而改变、桥梁车辆的吨位提高、民住房改建为工用房等,这些改变都会使得建筑结构的负担增加;②加固以备抗震抗灾:因受自热灾害的影响,使得土建结构受损,或原有的土建结构的抗震抗灾指标与相关的规范文件不符;③受灾后的土建结构或纠正因设计及施工的失误:因为受灾、设计及施工的失误,都有可能降低了钢筋砼结构的刚度和强度,进而对其的正常使用产生影响。综上所述,对于以上的各类原因,通常都需要加固土建工程结构。 对于土建工程的加固,就其材料而言,近几年来应用最为广泛的加固介质为钢材料,所采用的加固方法为粘钢、绕丝法、置换法等。而如今,随着经济的发展和科技的进步,对粘帖复合材料作为加固介质进行梁柱等结构的加固的研究已是越来越多。 同钢材料对比,将复合材料当作加固介质进行梁柱等结构的加固,其优势在于:①结构厚度小,且自重轻;②长度不受限制,且无需搭接;③无需对材料进行预加工;④允许板材间相互交叉;⑤强度大、抗疲劳和抗腐蚀能力强;⑥产品模量不受限制;⑦在进行施工时,不受施工环境的影响等。此外,粘贴剂也有以下的优点:①模量高、强度高;②能够适用于多种不同类型的基材;③在荷载不变的情况下,具有抗蠕变、抗腐蚀的效果,且与环保要求相符。 复合材料凭借着其自身的优势,如抗疲劳、抗腐蚀能力及较高的强重比等,作为加固介质已在土建工程结构的加固工作中得到越来越多的认可,通过复合材料进行土建工程结构的加固,不仅不会影响该结构的使用,同时也不会对其美观性造成影响。然而,由于各方面的原因,当前的机理性工作大多数都还停留在实验室的阶段,即使是已在市场上出现的较为成熟的产品,其设计依据同样也离不开试验。 复合材料作为加固介质对土建工程结构进行加固,在对其进行力学特性研究的同时也展开了对加固技术的研究。如今,在国外,复合材料已成为成熟的产品在土建工程结构的加固工作中得到了广泛的应用,是土建结构的使用寿命得以延长,同时也因此而节省了大量的养护资金。比如说:在加拿大的温尼伯市,正是通过对复合材料的应用,对该市的污染控制中心的屋顶进行了加固;在日本的大阪,也是利用了复合材料对海湾大桥进行了加固等等。 结语 综上所述,复合材料虽说在国内外的土建工程结构中得到了一定的应用,但是,对复合材料-土建结构的力学特性与加固技术的相关研究,还有许多问题是需要等待解决的,如在复合材料-混凝土组合构件的刚度及强度的计算中,需要解决二次应力和预应力的问题。这些问题的存在,给材料科学工作者及力学工作者展开了一个施展才能的平台。 参考文献 [1]叶志明,刘绍峰,姚文娟.复合材料-土建结构的力学特性与加固技术[J].力学与实践,2001,23(3). [2]赵东林,沈曾民,迟伟东.炭纤维及其复合材料的吸波性能和吸波机理[J].新型炭材料,2001,16(2). [3]谢炜,陈朝辉,程海峰,楚增勇,匡加才.预氧化时间对中空多孔炭纤维介电常数的影响[J].新型炭材料,2011,(6). [4]邹田春,冯振宇,赵乃勤,师春生.活性炭纤维/树脂复合吸波材料的研究[J].材料工程,2011(02).
工程硕士论文:建筑结构的加固与鉴定分析
引言
由于在过去几十年里我国的建筑行业发展迅猛,一些建筑过于破旧,因此我们对建筑发展趋势逐渐发生了一些转变,从原来的大规模的新建逐渐转向了新建和维修并存的时期。对于很多重要的建筑物,因为各方面的因素(如文化、建造地段等因素),老旧的建筑物不能轻易拆除,为了建筑物不至于发生安全事故,所以我们必须对这些建筑物进行必要的鉴定与加固工作。维修改造的基础便是结构的可靠性鉴定,在对加固设计时,我们应选取适当的加工方法,以确保加固工作的经济可靠。因此,对已有建筑物结构的鉴定及加固方法的研究至关重要。
1 建筑结构加固的目的
有些建筑结构在使用过程中原有的可靠性可能会丧失或者降低,这可能是因为我们在设计、施工或者使用的过程中,其建筑结构发生了一些改变。因此,我们必须对该建筑物的可靠性进行恢复或者提高,这便用到了加固,对建筑结构进行加固处理后,会使建筑物的可靠性得到一定程度的提高。如结构的抗力性能提高、构件的承受负载能力增强以及结构其他的性能的改善。
经过科学研究发现:对建筑结构进行加固处理,结构的承载力可以得到有效的提高,结构的刚度也可以得到一定程度的提高,可以有效的减小建筑在使用过程中的位移与变形。通过对建筑结构加固处理,构件的局部稳定性将会得到增强,建筑结构的整体稳定性也会得到相应的增强,可以及时有效的减小在施工和使用过程中的裂缝的宽度,并对建筑结构的耐久性的改善起到重要作用。
2 建筑结构加固的步骤
一般建筑结构的加固步骤在对建筑结构进行加固之前,我们必须对建筑结构进行科学的全面的鉴定工作,然后对鉴定出的结果做出必要的分析,对该建筑物是否有必要进行加固做出决定。如果该建筑需要进行结构的加固,我们必须严格的根据国家的.相关规范和规定以及相关的加固规则进行加固。在对建筑结构进行加固处理时,由于在加固的过程中对一些结构的拆除或者更换是不可避免的,所以我们还必须对加固方案进行经济性和可行性进行必要的分析。在没有经过相关研究部门、设计部门以及鉴定部门的许可,不能对该建筑结构的用途和使用环境进行擅自更改。必须确保结构加固后建筑结构的安全性。建筑结构加固的一般步骤如图1所示。
混凝土结构加固步骤在对混凝土结构进行加固设计时,我们必须对该结构进行充分分析,然后从该结构的条件要求以及使用要求方面出发,对加固的方法与加固的技术做出决定。结构鉴定主要是指建筑物结构必须按照相关的规定(如规定的时间、规定的条件),对预定功能(如刚度、强度、耐久性、抗裂性以及稳定性)的完成能力。下面对相关的规定做以简要的介绍:
规定的时间是指在对加固设计时,所设置的基准的使用期限;规定的条件是指结构必须在正常的使用、施工以及设计等条件下,进行鉴定。其基本的功能主要分为耐久性功能、适用性功能以及安全性功能。
在设计好加固方案之后,必须和业主、原设计单位以及相关单位,就该建筑在加固后是否对其原有的使用功能有影响以及在加固后是否能够达到预期的效果等做出相关的讨论,然后共同对所设计出的加固方案做出决定。
一般我们对建筑结构的鉴定时可以采用三种行之有效的方法,分别是实用鉴定法、传统经验法以及概率法。在对建筑结构进行加固设计时,必须充分的对原建筑的相关结构进行详细的了解,在此基础上对其进行详细的加固设计。在进行加固施工之前,我们还要对施工组织进行详细的设计,这不仅可以让施工顺利进行,而且还对工序和技术有着重要的指导作用。施工方、业主以及监理对加固的施工过程必须共同协调进行。当施工工作完成后,要求业主和验收部门对该结构的施工进行验收。
3 建筑结构的加固方法与技术
在对建筑结构的加固方案进行设计的时候,我们必须对其施工方法全面考虑,并对施工方法的科学性、可行性以及先进性做出必要的分析与说明, 以确保施工的顺利进行。
随着我国在科学技术上的迅速发展,在对新材料的科学研究的投入下,材料方面的技术也得以快速发展,不断出现一些新型的建筑材料。所以新型建筑材料、新的建筑施工技术以及新的施工工艺也会不断出现在加固工程中,通过一些新技术和新材料一般对加固的效果有着重要的帮助。
例如,近几年有一种用高科技研制而成的粘碳纤维新材料得到广泛推广和运用,它在加固工程中所表现出与其它传统的加固工艺所不同的特点如下:这种新材料表现出很好的耐湿和耐潮的性能、有着很好的抗腐蚀性能、强度较高、本身的自重比较轻、产品的质量较好以及在施工过程中给施工带来很大的方便。由此可见其加固性能比其他的加固方法都好。
由此可知,在对加固工程的方案进行选择的时候,必须要具有针对性,面对不同的建筑结构的加固工程,要应用不同的加固方法对其进行加固。目前加固的方法多种多样,下面对常用的加固方法做以简单的分类,其方法如下:锚栓技术、外加预应力法、增大截面法、增设支点法、粘贴碳纤维法、外粘型钢法、置换混凝土法、植筋法、粘钢板加固法、裂缝修补法等。在实际应用中,我们可以对各种的加固方法进行综合运用,这样可以充分的发挥出各种方法的优势,达到扬长避短的目的,这样可以取得优良的效果。
一般对加固的方法大体上可以笼统的分为间接加固和直接加固。下面将为直接加固相关的方法进行详细介绍,以下列出最为常用的加固方法:
(1)通过加大截面的加固法。这种加固方法的适应性比较强且其施工工艺比较简单,而且对于这种加固方法已经有了一定的施工经验以及较成熟的设计理论;对于一般的混凝土构造的建筑物进行加固基本上均采用此种方法,如墙、梁、柱、板等。但是这种加固方法现场施工的湿作业的时间比较长,这对生产与生活均会造成一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定变化。
(2)通过置换混凝土的加固法。运用这种加固方法,不会影响到建筑物的净空高度,其施工的湿作业时间也比较长;对于受压区混凝土的强度偏低或者有很大缺陷的梁、柱等混凝土承重的构件,其加固工程一般使用置换混凝土加固法。
(3)有粘结的外包型钢的加固法(如图2)。此中加固方法具有受力可靠、施工简便以及现场工作量较小等优点。但是它的用钢量比较大,当这种加固方法用于一些特殊场所时,必须具有一些防护措施;这种加固方法比较适合用于一些对构件的截面尺寸要求比较严格且对混凝土结构的承载能力要求较高的场合。
近几年,我国的经济发展速度极快,随着经济的发展,人们的生活水平也不断的提高。对建筑也有更高的要求。建筑结构的设计工作当中,建筑的稳定性是十分重要的。下文是我为大家搜集整理的建筑结构的论文的内容,欢迎大家阅读参考!
浅论建筑结构设计
【摘要】 在建筑设计中,结构的设计有着举足轻重的地位。为此,本文就建筑结构设计遵循的原则,建筑结构的基本要求,多层和高层房屋以及单层大跨度房屋的常见结构型式等有关问题进行分析。
【关键字】 建筑;结构;设计;型式
引言
结构是建筑物赖以存在的物质基础,在一定意义上,结构支配着建筑,这是因为,任何建筑物都要耗用大量的劳力和材料来建造,建筑物首先必须抵抗或承受各种外界的作用如风力、重力、地震等,合理的选择结构材料和结构型式,即可满足建筑物的美学原则,又可以带来经济效益。
一、建筑结构设计遵循的原则
1.满足使用功能要求
由于建筑物所处的环境和使用性质不同,除满足空间尺寸要求外,还要满足某些建筑物的特殊要求,如保温、通风、隔热、吸声等,在构造设计时要综合相关专业的技术知识,优化设计,选择经济合理的构造 措施 ,满足建筑使用功能要求。
2.确保结构安全
正确的结构计算时保证建筑物安全的前提,除对建筑结构、构件进行必要的计算外,对阳台栏杆、楼梯扶手、构件接缝等,要采取必要的措施,保证其在使用过程中的安全和可靠。
3.注重建筑经济的综合效益
建筑构造设计要处处考虑经济合理,采用合理的构造方案,就地取材,节约材料,在保证质量的前提下降低造价,并减少建筑物的运行费用、维护费用。
二、建筑结构的基本要求
新型建筑材料的生产、施工技术的进步、结构分析 方法 的发展,都给建筑设计带来了灵活性和更广阔的空间。但是,这种灵活性并不排除现代建筑结构需要满足的基本要求。其要求包括以下方面:
1.稳定。整体结构或结构的一部分作为刚体不允许发生危险的运动,这种危险可能来自结构自身,也可能来自地基的不均匀沉陷或基土的滑移,例如意大利的比萨斜塔由于地基不均匀沉降引起的倾斜。
2.平衡。平衡的基本要求就是保证结构和结构的任何一部分都不发生运动,力的平衡条件总能得到满足,从宏观上来看,建筑物总是静止的。平衡的要求是结构与“机构”即几何可变体系的根本区别,因此建筑结构的任何部分都应当是几何不变的。
3.经济。现代建筑的结构部分造价通常不超过建筑总造价的30%,因此,结构的采用应当是使建筑的总造价最经济。结构的经济性并不是指单纯的造价,而是体现在多个方面,而且结构的造价受材料和劳动力价格比值的影响,还受施工方法、施工速度以及结构的维护费用的影响。
4.美观。美学对结构的要求有时甚至超过承载能力的要求和经济要求,尤其是象征性建筑和纪念性建筑更是如此,应当懂得,纯粹质朴和真实的结构会增加美的效果,不正确的结构将明显的损害建筑物的美观。
5.优化。应在建筑方案设计的基础上,在满足结构安全的前提下,充分优化结构设计,必要时应委托专业的设计公司进行结构设计和结构的优化设计,降低建筑物的自身荷载,减少主要材料的消耗,通过工程概算及其主要技术经济指标分析结构设计的优化程度。
结构专业的优化设计,不是以牺牲结构安全度和抗震性能来求得经济效益的,而是以结构理论为基础,以工程 经验 为前提,以对结构设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导,以先进的结构分析方法为手段,对设计进行深入调整、改善与提高,对成本进行审核和监控,是对结构设计再加工的过程。“优化”工作是以原设计为基础,在充分尊重原设计的基础上,着眼于结构体系和结构布置的合理性和高新技术的应用,同时,“优化”的过程也是发现差错、纠正不足的过程,通过优化降低不安全因素,从而保证项目的技术质量和经济质量。结构设计优化是精益求精的过程,将会带来合理的设计、带来经济技术效益。
实现上述各项要求,在结构设计中就要贯彻“经济合理、技术先进、安全适用、确保质量”的结构设计原则,保证结构和建筑的和谐统一。
三、建筑结构选型
一个好的建筑设计,需要有一个好的结构型式去实现。而结构型式的最佳选择,要考虑到建筑上的使用功能、结构上的安全合理、艺术上的造型美观、造价上的经济,以及施工上的可能条件,进行综合分析比较才能最后确定。
以下针对多层和高层房屋以及单层大跨度房屋的常见结构型式的受力特点、适用范围进行简单分析。
多层和高层房屋结构的主要承重结构体系有:混合结构体系、框架结构体系、剪力墙结构体系等。
1.混合结构体系
这是多层民用建筑房屋中最常用的一种结构型式,其墙体、基础等竖向构件采用砌体结构,而楼盖、屋盖等水平构件则采用钢筋混凝土梁板结构。结合抗震要求,在进行混合结构房屋设计和选型时,应注意以下一些问题。
(1)层高和房屋最大高宽比
限制房屋的高宽比,是为了保证房屋的刚度和房屋的整体抗弯承载力,普通砖、多孔砖和小砌块砌体房屋的层高不应超过。
(2)多层房屋的层数和高度限制
一般情况下,房屋的层数和总高度不应超过表中的规定。显然,采用烧结普通砖砌体的混合结构,其层数和总高度均比其他砌体的要好,对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋应比表中规定的降低3m,层数相应减少一层;各层横墙很少的多层砌体房屋,还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。
(3)纵横墙布置
在进行结构布置时,应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重方案;纵横墙的布置宜均匀对齐,沿平面内宜对齐,沿竖向上下连续,同一轴线上的窗间墙宜均匀。楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。
2.框架结构体系
与混合结构类似,框架结构也可分为横向框架承重、纵向框架承重及纵横双向框架共同承重等布质形式。一般房屋框架采用横向框架承重,在房屋纵向设置连系梁与横向框架相连;当楼板为预制板时,楼板顺纵向布置,楼板现浇时,一般设置纵向次梁,形成单向板肋形楼盖体系。当柱网为正方形或接近正方形,或者楼面活荷载较大时,也往往采用纵横双向布置的框架,这时楼面长采用现浇双向板楼盖或井字梁楼盖。
框架结构体系包括全框架结构、内框架砖房和底部框架上部砖房几种形式。现浇钢筋混凝土框架结构房屋的适用高度分别为60m、55m、45m和25m。现浇框架结构的整体性和抗震性能都较好,建筑平面布置也相当灵活,广泛用于6――15层的多层和高层房屋,如学校的教学楼、实验楼、办公楼、医院等(其经济层数为10层左右、房屋的高宽比以5――7为宜)。在水平荷载作用下,框架的整体变形为剪切型。
四、结束语
建筑住宅在国家基本建设投资中占有很大的比例,因此在建筑结构设计中必须正确处理适用、经济、美观等几方面的关系。根据不同类型的建筑,正确的把握好结构的类型,更不能忽略建筑设计的经济性,要在满足使用要求下,用较少的投资建造美观、简洁、大方的建筑,让人们居住的更加舒适、健康。
参考文献
1.熊丹安,建筑结构,华南理工大学出版社,2009年版
浅析建筑抗震结构设计
摘要:抗震,是当前建筑施工必须要关注的话题,建筑结构的抗震也就成了房屋设计必须要考量的核心环节。 文章 将就建筑抗震设计的要求、目标、原则,以及相关的内容进行探讨。
关键词 抗震;结构;设计方法
如何能够让建筑在地震中保持安全,不受严重的损害,是当前建筑施工设计必须要考量的一个大问题,特别是近年来地震频繁,人们的生命财产受到严重威胁,建筑安全则成了社会安全的一个重要影响因素,为保证建筑的抗震能力,设计人员必须要根据相关标准,设计出具有相当抗震能力的房屋。
1.抗震设防的目标
我们所说的抗震设防,指的是对建筑物进行抗震设计,同时有针对性的采取一定的抗震构造的措施,最终实现结构抗震的效果和目的。一般来说,抗震设防主要依据的是抗震设防烈度。而抗震设防烈度的依据,是以国家规定权限审批或颁发的文件执行的,其是一个地区作为抗震设防标准。通常情况下,是采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度的。从当前内外抗震设防目标的发展总趋势来看,其基本要求建筑物在使用期间,可以应对对不同频率和强度的地震,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。这是我国抗震设计规范所采用的抗震设防目标。
建筑工程在施工中的设防的目标如下:1)如果所遭受的是低于本地区设防烈度多遇的常规地震,建筑物不受损坏,不需 修理 仍可继续使用;2)如果遭受到本地区规定的设防烈度的地震,建筑物,包括结构和非结构部分,可能损坏,但不会对人民生命和生产设备的安全造成威胁,经修理仍可使用;3)如果遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震,尽量保证建筑物不倒塌。
也就是说,在建筑结构的防震设计上,设计方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个层次进行考虑。从概率上看,多遇地震烈度是发生机会较大的地震级别。按照现行规范设计的建筑,在设计上要达到这样的防震效果:当遭遇多遇烈度作用时,建筑物处于弹性阶段,通常不会损坏;当遭遇相应基本烈度的地震时,建筑物将进入弹塑性状态,但一般不会发生严重破坏;当遭遇罕遇烈度作用时,建筑物可能会有严重破坏,但不至于倒塌。
2.建筑结构抗震设计方法要点
我国所颁布的《抗震规范》提出了两阶段设计方法,以实现上述3个烈度水准的抗震设防要求。第一阶段的设计方案,必须要符合抗震设计原则,同时根据与基本烈度相对应的众值烈度(相当于小震)的地震动参数,通过采用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应,接着与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合,同时对结构构件截面,进行具有针对性的承载力验算,如果建筑物较高,还必须要进行变形验算,以保证其侧向变形不要过大。这样,一方面满足了第一水准下必要的承载力可靠度,同时也满足第二水准的设防要求(损坏可修)。当然,最后还必须通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。
对于非地震高发区的大多数建筑结构而言,只进行第一阶段的设计已经足够了,但根据建筑的特点和地区的特征,少部分结构诸如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构,还必须要进行第二阶段的设计,也就是按与基本烈度相对应的罕遇烈度(相当于大震)验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求(不发生倒塌)。如果发现有变形过大的薄弱层,那应该积极修改设计,或者可以采取相应的构造措施,以满足第三水准的设防要求,也就是大震不倒。
3.结构选型与结构布置
结构材料的选择
选择哪一种材料对建筑的结构抗震有着直接的影响,所以材料的选择应该与建筑的方案设计同步,在研究建筑形式的同时进着手进行研究。同时还应该要确定采用什么样的结构体系。这样做的目的,主要是为了能够根据工程的各方面条件,选择既符合抗震要求又经济实用的结构类型。结构选型是较为复杂的一项工作,在选择时必须要考虑建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,再加上经技术、经济条件比较后再确定。如果我们单从抗震角度考虑,好的结构型式,应具备以下特点:1)延性系数高;2)“强度/重力”比值大;3)匀质性好;4)正交各向同性;5)构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性,并能发挥材料的全部强度。如果只从数据上看,按照上述标准来衡量,常见建筑结构类型,理论上的抗震性能优劣顺序是:1)钢结构;2)型钢混凝土结构;3)混凝土一钢混合结构;4)现浇钢筋混凝土结构;5)预应力混凝土结构等。当然,在这里必须要强调的是,我们说的抗震最好的钢结构,其优越性是相对性的,从优点看,其延性,连接较好,具有可靠的节点,同时拥有在低周往复荷载下有饱满稳定的滞回曲线,从实际的经验看,钢结构建筑的表现都不错。但是,我们说的相对性,是只设计理念即施工方法的到位如果不到位这些建筑同样会在地震中受损。
抗震结构体系的确定
不同的结构体系,在抗震性能、使用效果和经济指标等方面的效果是不同的。因此,确定适合的抗震结构体系至关重要。《抗震规范》的基本要求:1)必须具备明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;2)形成多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力;3)必须具备必要的强度以及良好的变形能力和耗能能力;4)应该具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中;对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
总之,在选择确定建筑的结构体系时,建筑物刚度与场地条件的关系是必须要考虑的。如果建筑物自振周期与地基土的卓越周期接近一致,那就说明建筑可能会产生共振,进而加重建筑物损害。一般来说,建筑物的自振周期与结构本身刚度有关,所以在设计房屋之前,设计单位必须要掌握场地和地基土及其卓越周期,以便在建筑结构的设计中调整结构刚度,最终避开共振周期。
当然,在选择结构体系时,还应该要注意选择合理的基础形式。基础应该有足够的埋深,如果是多层房屋,就应该设置地下室。根据实践调查,设置地下室的房屋,可以减轻整个结构的震害。至于那些地基软弱的,就应该考虑选用桩基、筏板基础或箱形基础。而针对岩层高低起伏不均匀的情况,则可以考虑选择桩基,桩基可以穿入非液化土层,使建筑结构更加稳固。如果建筑物层数不多、地基条件又较好时,也可以采用单独基础或十字交叉带形基础等。
结构布置的一般原则
平面布置力求对称 通常情况下,对称结构在地面平动作用下只会发生平移振动,各构件的侧移量相等,这样就使得水平地震作用按构件刚度分配,所以各构件受力比较均匀,不会导致力的分布失衡。如果是非对称结构,刚心会偏在一边,质心与刚心不重合,即便只是发生地面平动也可能出现扭转振动。最终会导致远离刚心的构件,侧移量大,承担过度的水平地震剪力。这就很容易发生严重破坏,甚至可能会导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。
竖向布置力求均匀 结构竖向布置均匀,可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀,这样可以有效的避免出现薄弱层。从建筑结构的特点看,临街的建筑物,往往会因为商业的需要,底部几层有大空间的设置。非临街的建筑物,底部也可能门厅、餐厅或停车场,而出现大空间。在这种结构中,上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止,而下部须采取框架体系。也就是说,上部各层为全墙体系或框架一抗震墙体系,而底层或底部两三层则为框架体系,整个结构属“框托墙”体系。地震经验指出,这种体系很不利于抗震。因此,在实际的抗震结构设计中,应该要保持结构竖向布置的均匀。
也就是说,同一楼层的框架柱,必须要具有大致相同的刚度、强度和延性,以此避免地震时,因受力大小悬殊而被各个击破的危险。此外,还必须注意的是,在采用纯框架结构的高层建筑中,楼梯踏步斜梁和平台梁直接与框架柱相连时,应该避免该柱变成短柱的情况,这样才能有效的避免地震时发生剪切破坏。
4.结语
总之,在建筑结构的防震设计中,设计人员必须根据建筑的实际情况,结合地质环境,在经济与安全的综合考量下,设计出科学合理的防震方案,保证建筑物在相应的防震标准下进行施工,保证建筑的安全。
参考文献:
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[3]王翠坤,杨沈.汶川地震对建筑结构设计的启示[J].震灾防御技术,2008(03).
浅谈建筑工程结构加固技术
摘 要:随着时代的不断进步和经济的飞速发展,我国的城市化程度日益加深,这对我国未来的经济社会建设具有重大的意义和深远的影响。但是,随着城市化发展,人们对生活质量的要求越来越高,对房屋建筑的性能要求越来越全面,如舒适性、功能性、节能型等性能都成为建筑工程施工设计过程中不可忽视的问题。其中,建筑工程的质量尤其重要,加强对建筑工程结构加固技术的应用,找出适合的加固方法,提高建筑工程质量已经成为我国建筑工程施工过程中十分重要的环节,因此,我们必须要对其给予高度的重视,满足人们和社会的需求,以促进经济发展、提高人们生活水平。
关键词:建筑工程;结构加固技术;现状;方法
一旦建筑物因为一些原因而不能够继续满足某种功能的要求或者对满足某种功能的要求产生怀疑的时候,我们就必须对建筑物的整体结构或者建筑物结构的某一部分进行检测,当检测结果显示被检测的建筑物存在安全隐患时,就需要对该建筑物进行一定的加固处理,严重时甚至要进行拆除重建。在我国,约有三分之二的大城市都处于地震区,每次发生地震时都会对当地的建筑物造成十分严重的破坏,此外,随着我国城市化进程的发展,人口和建筑物的密集程度越来越高,发生火灾的频率也迅速增加,所引发的后果日益严重,这十分不利于人们的工作和生活。因此,加强对建筑工程加固技术的应用是时代背景下的一项基本要求。
一、我国建筑工程结构加固技术的发展现状
随着我国建筑行业的迅速发展,人们对建筑工程结构加固的要求越来越高,我国政府也对建筑工程施工方面给予了相对较高的关注。目前,我国已经颁布了一些相关的行为规范,包括《建筑抗震加固技术规程》、《混凝土结构加固技术规范》等,都对建筑工程施工过程中所采用的加固方法、所遵循的加固基本原则、所使用的加固材料、以及施工安全和工程验收等环节做出了十分明确的规定和要求。这能够在很大程度上促进和推动我国建筑工程结构加固技术的发展和应用。然而,由于人们大多都习惯了使用传统的加固经验,在混凝土结构加固实践中不能很好的做出改变,也没有从更深的层次对加固技术进行探索分析,导致我国的加固技术进步缓慢。这使得我国建筑工程加固技术仍然处于相对较为落后的传统工艺阶段,技术含量较低。
二、建筑工程结构加固的意义和原因
所谓建筑工程加固技术,就是指通过采用各种技术措施来提高建筑工程的质量和可靠性,使建筑物能够满足安全性、耐久性、适用性等要求。进行建筑工程结构加固的意义在于满足对建筑结构强度的要求,依据我国建筑工程施工规范的规定,建筑工程结构设计应该遵循极限状态设计的原则,混凝土结构必须满足结构应用要求,以确保其符合相关规定的刚性、强度和耐久性标准。
然而,由于各种各样的原因,导致建筑物难以完全符合人们的需求,建筑结构不得不进行加固处理。在我国常见的加固原因包括以下几个方面。第一,设计过程中存在缺陷。建筑工程设计人员设计过程中,虽然已经综合考虑了建筑结构安全及使用的各种影响因素,但在实际应用时,由于各个结构的独特性,使其难以将所有的因素都通过设计中所采用的数学模型表现出来。第二,勘察造成的缺陷。勘察人员在建筑工程施工前期会对建筑场地进行实地勘察,收集建筑基地的实际地形资料,以根据实际情况适当调整施工方法,保证建筑物的质量。但是,若不能真实反映勘察过程中的地基土和地下水情况,那么,将极可能造成建筑工程的缺陷。第三,施工过程中造成的缺陷。主要包括了施工队伍缺少专业系统的培训、人员素质低下、施工管理混乱等原因。此外,建筑物的不当使用、恶劣的环境、自然灾害等因素也会对建筑物造成破坏,使其不得不进行加固处理。
三、我国目前常用的建筑工程结构加固方法
(一)外包钢加固法
外包钢加固法的加固原理是:通过在建筑构件的两角或四角外包上型钢,使建筑构件的受力性能大大增强,从而实现加固的目的。这种加固方法有湿式和干式两种,一般湿式加固法效果更好。外包钢加固法具有操作简便,现场工作量小的优点,适用于不能增大建筑构件截面积却又要较大程度增强承载力的情况,例如钢筋混凝土柱、梁、腹杆的加固等。
(二)加大截面加固法
加大截面加固法,顾名思义,就是在建筑构件的外面外包混凝土,从而使建筑构件的横截面积大大增加,配筋量也大幅度提升,进而使建筑构件的承载能力得到增强的一种加固方法。这种方法在我国较为传统,加固工艺也十分简单,因此应用范围极广。一般在梁、板、柱、墙等混凝土结构的加固中都可使用这种方法。
(三)粘贴钢板加固法
这种加固方法的原理是用特制的建筑结构胶在混凝土构件表面粘贴钢板,令它们能够共同工作、整体受力,从而达到加固的目的,结构承载能力大幅度提升。粘贴钢筋加固法对建筑结构胶具有非常高的要求,其必须要满足粘结力强、强度高、耐老化、线膨胀系数小、弹性模量高等要求。
四、建筑工程加固方法的选择要点
目前,在我国常见的建筑工程结构加固技术有很多,它们各具特点,适用于不同的加固情况,对此,在进行加固方法的选择时,要仔细分析,进行可靠性鉴定,依据鉴定的结果和结构功能降低的原因,并综合考虑建筑结构布置特征、建筑主体结构传力承力特征、新增功能要求以及建筑物周围环境等各个方面的影响因素,以确保加固技术应用的结果能满足人们的实际需求。
五、结束语
建筑工程的质量关系到国家的经济发展和人们的生活安全,是社会民生的一个 热点 问题,受到了各界的广泛关注。而建筑结构的科学加固是建筑工程质量安全保障体系中的一个重要组成部分,因此,我们应该对建筑工程加固技术给予高度的重视。首先,严格遵守相关规范是最基本的要求。其次,要加强加固技术在建筑工程中的应用,选择合适的加固方法,确保建筑物的质量能够符合设计要求。最后,还要注重对建筑工程加固技术的创新和发展,这是在经济和科技不断进步的时代背景下促进建筑工程发展的一项基本要求,对我国的长远发展具有重要意义。
参考文献:
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