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建筑結構設計的流程

2017-4-5 11:12:15      14874人閱讀      作者:來源網絡
  對于一個合格的結構工程師來說,一定還要具備從整體和大局著眼,從小處入手的素質。什么叫從整體和大局著眼呢?一起和時間財富網小編看看吧。


  1、三性統籌:可靠性、適用性(先進性)、經濟性加以統一的辯正考慮,以可靠地滿足工作性能為基準,反對不切實際的強調先進,反對不講求經濟效益。


  2、四位一體:建筑、結構、水電、暖通要有機地配合,各得其所,發揮專長。


  3、多方兼顧:勘察、設計、施工、管理、使用、維護、保養要全面地綜合分析,貫穿到整個建筑物中去。


  4、要把人的因素考慮進去,從施工過程和實際使用中的各種不同情況都加以綜合考慮,要為用戶服務,為使用者著想。


  5、要有上部結構和地基基礎共同作用的概念分析。


  6、上部結構要有空間整體的分析模型和計算簡圖。


  7、要考慮建筑物所在位置和周圍建筑物及環境不同而引起的變化,同一建筑物在不同的地區會有不同的受力狀態和整體模型。


  從小處入手,就是要正確處理好荷載的取值和分布情況,正確選擇結構構件,正確處理連接錨固的構造要求,細致地解決局部的各種詳圖等等。還要有分解的概念,不僅僅是分解成單個的具體結構構件,更重要的是采用溫度縫、沉降縫、防震縫分解成一個個規則的結構單元,滿足合理結構的要求。


  結構設計安全度專題討論綜述


  1、關于可靠度設計理論


  可靠度理論是分析結構安全性的一種有效手段。我國已頒布統一標準,要求結構設計規范按可靠度理論設計。70年代的我國混凝土結構、木結構和鋼結構設計規范分別采用不同的設計方法體系,在安全度的表達形式上互不相同,給設計或教學都造成不便,80年代用可靠度理論率先加以統一。但是,對規范采用可靠度理論,以及這一理論能否將各種結構的安全度都統一在同一體系中,專家們持不同意見:


  (1)認為我國規范采用了先進的可靠度理論,用失效概率度量結構的可靠性,通過將抗力和作用效應相互獨立。將隨機過程化為隨機變量并以經驗為校準點,成功地將這一理論用于建筑結構設計規范中,這是我國規范先進性的一種表現。工程設計采用可靠度理論為國際標準組織(ISO)所提倡,是國際上大勢所趨;多次國際安全度會議也傾向于采納ISO提出的在設計規范中采用可靠度理論的原則。可靠度理論一樣重視經驗,可靠度取值用校準法確定。


  (2)認為可靠度理論是分析和度量結構安全性的一種先進手段,但在應用上還有其局限性,理論本身也有一些方面未能突破,比如結構可靠度分析的三個約束條件:將抗力與作用效應分離,將隨機過程變為隨機變量,以及將截面承載力的安全指標β作為結構的可靠指標,隨著認識的發展都值得質疑。用概率可靠度理論需要進行大量數據統計,但不論荷載統計或抗力統計都還存在一些問題,規范安全度還需考慮將來可能出現的荷載變化。概率可靠度理論會有意或無意地簡化、忽略本應考慮但又無法用這一理論處理的因素,如一定程度的人為失誤以及社會。經濟因素等。可靠度理論強調三個正常,即正常設計、正常施工和正常使用,但正常和不正常有時不易界定。匆忙地將可靠度理論推廣于各種規范,會帶來一些不必要麻煩,比如地基基礎規范中,地基承載力強度的設計值竟比標準值還高,抗震設計規范中不得不引入調整系數。又如地下結構的荷載與其作用效應高度耦合,其不確定性遠大于荷載本身的不確定性、結構構件尺寸的不確定性。


  以及材料強度不確定性的總和,而前者又難以估計,這時勉強采用可靠度設計往往徒有形式而無實效。有的專家指出,水工結構的大壩設計目前只有蘇聯用可靠度理論,其它國家都用安全系數k大壩在不同工作條件下的溫度。滲透壓力很難用統計確定,影響壩基穩定的地基軟弱夾層及其分布也很難憑少數鉆孔取樣確定其統計特性,所以用可靠度理論估計不了壩體的安全度。將可靠度理論用于鐵路工程結構規范要確定火車的荷載譜,現在花了很大力氣已取得上萬條荷載譜,統計出了50年最大可能荷載,可是今后鐵路上的火車荷載及其變化,更多地由鐵路部門指令所確定,與那些統計多不相關。


  (3)認為分項多安全系數設計方法要比可靠度方法更為靈活實用。在確定安全系數時,同樣可以利用可靠度理論一起作分析,最后選定合適的系數值。鑒于現行建筑結構設計規范已經采用了可靠度理論,不足之處可繼續改進,而其設計公式的表達形式又與分項多安全系數基本相似,所以也不必再回到老路上去。現行可靠度設計規范中的分項系數,其含義可以模糊些,考慮更多的經驗因素,這在可靠度理論中也是說得過去的。規范采用可靠度理論應采取實事求是的態度,能用的盡量用,尚不成熟的將來再用,不宜用行政手段一刀切去追求“統一”。


  (4)認為可靠度理論是美國專家于40年代最早提出的,這方面的研究工作和成果也遠遠超過我們,可是到現在為止,他們大部分的重要規范都還沒有用可靠度方法。在西方,主張可靠度理論用于規范的主要是可靠度理論家們的觀點,搞工程實踐的人多持反對或懷疑態度。所請國際標準《結構可靠性總原則》,主要也是一些理論工作者提出的、是參考性的,并無約束力。前不久,曾長期擔任過美國混凝上設計規范ACI-318委員會主席的國際著名學者 Siess教授,就在《Concrete lnternational》雜志上談了為什么不用可靠度設計理論的見解。可靠度理論是否己完善到可以用于規范的程度,這個問題在國際上是有爭論的。確定工程的安全度在一定程度上需以概率和統計為基礎,但更多的須依靠經驗、工程判斷及綜合考慮。所以在可靠度用于規范這一點上,我們大可不必去爭天下先。建筑結構設計規范還是用安全系數方法好,對于工程設計人員來說用分項安全系數表達安全度要比可靠指標β更直觀。更明白。可靠指標雖然有一個相應的失效概率,可是這個所謂的失效概率其實也不是真實的,但在一定程度上可用于相對比較。


  2、多大的安全度才算夠


  多大的安全度才算夠?這是一個探討已久的國際性課題。所謂“安全”,包括保證人員財產不受損失和保證結構功能的正常運行,即所謂的“強度”和“功能”二原則,結構安全度還應保證結構有修復的可能,加上“可修復”則為三原則。與國際上一些通用標準相比,我國混凝土結構規范設定的安全度水平偏低,有的偏低較多。由于不同標準對安全度的表示方法不一樣,所采用的抗力計算公式也不一致,要準確估計不同標準之間安全程度的差異比較困難。有的專家認為,我國規范與歐洲模式規范相比,可靠度只是偏低一些,并在可接受的范圍內;另有專家認為,我國規范的安全度要比歐美規范低20%~40%;也有專家認為,如果再考慮到荷標準值的差異,對于有些建筑物樓層,安全儲備相差遠不止40%。解放后,我國結構設計安全度歷次變更,現在的安全度低于50年代。


  確定結構的安全儲備或安全度水平,應考慮到國家和社會的經濟、技術水平,結構的生命周期,結構的功能需求,以及增加安全度與增加費用之間的關系。在當前歷史條件下,如何對規范的設計安全度進行調整,專家們有不同的見解:


  (1)認為現行規范的設計安全度在總體上是合適的,只要施工質量保證,設計不出錯誤,安全程度已能滿足要求。所以不必作出全面的變更,個別地方有不夠的,則可作局部修補。規范對安全度的要求只是最低值,設計人員完全可以根據不同的工程對象,必要時采用高于規范規定的數值。我國是發展中的國家,還是要盡量提倡節約,即使在美國,省鋼也是受表揚的。我國規范中的構造要求,并非都比外國低。有的已經超過。外國大企業在北京買了按我國規范設計的大樓,說明我國規范不是進不了國際市場。現在對安全度進行討論,應注意不要引起誤導,以為規范安全度不夠而在設計中盲目加大構件截面,造成不必要的浪費。


  (2)認為現行規范安全度與國際相比雖然偏低,但使用十年來已成功建成約100億m2的建筑物,實踐已經證明,現行規范安全度是可以接受的,這是重要的經驗,不能輕易放棄。但考慮到客觀形勢變化,國家經濟實力增強和住宅制度改革現狀,可以將現行設計可靠度水平適當提高一點,這樣投入不大,卻對國家總體和長遠利益有利。


  (3)認為設計安全度應大幅度提高。由于環境變了,對結構功能和安全程度的需求增強了,比如現在出現事故造成的損失已非昔日可比。規范要適應從計劃經濟體制到市場經濟體制的轉變,從短缺經濟年代的影響下走出來。現在,建筑物商品化,結構造價在建筑物售價中的比例愈來愈低,用相對較少的錢換得更為可靠和更為好用的房子,應屬合理消費,為此而多用一些鋼筋也屬合理使用,說不上有違節約。如果既不要國家出錢,又能刺激生產,也不浪費資源,就不要限制合理消費,限制對商品高質量和高標準的追求。所謂“大幅度”提高,只是一個宏觀估計。我國幅員廣闊,各地經濟發展很不平衡,提高幅度可區別對待。經濟發達的大城市,建筑物功能要求和售價都高,設計安全度應相對高些。

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