浅论建筑结构安全性的实现
文章编号:100926825(2010)0120089202
浅论建筑结构安全性的实现
收稿日期:2009209207
作者简介:张明朗(19762),男,讲师,兰州工业高等专科学校建筑工程系,甘肃兰州 730050
张明朗
摘 要:通过讲述建筑结构的概念及设计与建造的目的,概括了建筑结构安全性的内涵,并重点探讨了实现建筑结构安
全性的方法和步骤,从而有助于我国建筑结构安全性的实现。关键词:建筑结构,安全性,实现途径,概念设计中图分类号:TU318文献标识码:A
0 引言
建筑结构是各类建筑物的一部分或全部,它是由结构用建材
制成的构件连接而成用来完成建筑物功能的体系,起到承受、传递自身及其建筑物使用过程中出现的各种作用的体系;若将构成这一体系的构件及地基看成是刚体,该体系和地基构成的新体系一般是几何不变体系。
结构设计的目的是希望通过最经济的途径来满足建筑物的功能要求,建造是将设计图变成真实的结构。通过对建筑结构设计及建造,以求达到保证建成的建筑结构的安全性,建筑结构才能完成自身的功能。研究和把握清楚结构安全性的内涵及实现的方法对结构的安全性而言非常重要。
1 建筑结构安全性的内涵
安全性这个词表述的是一个宏观概念,不同于力或位移可以直接成为设计参数,不能直接在设计中应用。结构性能往往可以通过结构受力极限状态或邻近破坏程度来体现,而结构的受力极限状态或破坏程度又可以由结构的反应参数来表示(如内力、应
力、位移、能量及其他一些可以用来表示破坏指标)[1]
。确定结构的安全性能标准,并进一步找到相应的结构反应参数或设计方法,才能确保设计结构的安全性。文献[2]规定结构安全性标准是“在其设计使用年限内都具有———结构在正常施工和正常使用时,能承受可能出现的各种作用而不发生破坏;在设计规定的偶然事件发生时及发生后,仍能保持必要的整体稳定性;在正常维护下具有足够的耐久性”。文献[3]表述的结构安全性标准是“结构安全性是结构在各种作用下防止破坏、倒塌的能力。安全性是结构设计最主要的追求目标,其中应至少包括结构构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性和结构在环境作用下与耐久性相联系的安全性”。
以上两文献从不同的角度阐释了结构安全性的内涵,文献[2]将外作用分为一般情况和偶然情况,文献[3]分构件承载能力的安全性、结构的整体牢固性、与耐久性相联系的安全性三个层次确定了结构安全性的标准。
建筑结构是按一定的使用要求设计并按一定建造要求建造的,要求在其设计使用年限内都具有安全的性能,即在一般情况下,结构能承受可能出现的各种作用而不发生破坏,在正常维护下具有足够的耐久性;在偶然情况下,按偶然作用的情况及结构重要性的不同可以区别对待,比如现阶段对待地震作用的“小震不坏、中震可修、大震不倒”为其安全性能要求,或采用基于性能的抗震设计,提出相应的抗震性能水平[4]。
2 建筑结构安全性的实现2.1 结构设计中安全性的实现
1)做好建筑结构的概念设计[5]。
结构的概念设计是根据各种安全灾害和工程经验等形成的基图3所示。
仔细对比六条滞回曲线,可以发现对同一种螺栓直径,随着角钢厚度的增加,滞回曲线的面积相应增大;对于不同的螺栓直径,随着螺栓直径的增大,滞回曲线的面积也相应增大。
3 结语
对于同一连接形式的门式钢框架,螺栓直径的增大及角钢的厚度增加都将增强其抗震性能。建议对抗震要求较高的门式钢框架,在规范允许范围内适当采用较大直径的螺栓或采用较厚的角钢。从经济方面考虑,应优先选择前者。
参考文献:
[1] Pr EN 19932121,Design of steel structures 2Part 121:G eneral
rules and rules for buildings[S].European Committee for Stan 2dardisation (CEN ),2003.
[2] PrEN 19932128,Design of steel structures 2Part 128:Design of joints
[S].European Committee for Standardisation (CEN ),2003.[3] G B 50017,钢结构设计规范[S].[4] 陈惠发.钢框架稳定设计[M ].周绥平,译.上海:世界图书
出版公司,1999:2642381.
On influence of scre w ’s diameter and thickness of angle steel on connecting performance of steel frame
ZHANG Shi 2jie
Abstract :Based on the finite element analysis of semi 2rigid connection of door steel frame with different screw ’s diameters and thicknesses of angle steel by using ANSYS software ,the paper indicates the frame ’s anti 2seismic performance can be improved gradually by adding the thick 2ness of the angle steel and the screw ’s diameter ,as well as the larger curved area of the door steel frame.K ey w ords :door steel frame ,semi 2rigid connection ,finite element analysis ,anti 2seismic performance
?
98?
第36卷第1期2010年1月 山西建
筑SHANXI ARCHITECTURE
Vol.36No.1Jan. 2010
本设计原则和设计思想,依据对建筑结构的总体理解及掌握,在
特定的建筑空间及环境条件下,有意识的利用结构总体系和各分体系间的力学特性及关系,采用概念性近似计算方法,快速、有效地对结构总体系及分体系进行构思、比较与选择,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和细部措施的宏观控制[6]。具体为选出合适的竖向结构体系、水平分体系、基础类型、确定结构总体方案的布置、相应的分体系以及它们之间的关系、结构的计算模型、结构的构造等,在初步设计前为所设计的工程项目设想一个概念性的总体方案,使其后的设计、施工都能够比较顺利,避免发生难以补救的原则性错误。
结构方案对其安全性具有根本性的影响,一个好的结构方案是实现结构安全性的基础性条件。结构方案设计属于创造性工作,是一个从无到有的过程,在选择确定竖向结构体系、水平分体系、基础类型,进行结构布置、截面尺寸确定、构件连接、材料强度等级选择等工作中,需要考虑所选结构体系是否具有好的整体稳定性、结构传力途径是否直接明确、结构整体是否有足够的必要的多余约束、局部破坏会不会引起连续倒塌等等,规范没有规定现成的公式,需要设计人员根据经验对所设计建筑及结构整体把握,选用适当的模型进行适当的计算,并判断选择,确定结构方案[5]。
结构构造措施、计算简图的确定是建筑结构概念设计另一方面的内容。结构设计中,根据结构概念设计的原则,为保证结构的安全性,作为结构计算的前提和补充,对结构和非结构构件的各部分采取的细部措施,是结构的构造措施。在结构的分析和设计计算中,都需要对真实的结构进行适当的简化、假设,选取出相应的计算简图。选取结构的计算简图只能是根据结构的概念、力学原理进行,没有办法通过计算选取[7]。选出的计算简图能否代表结构原型,取决于设计者对结构体系及构造、结构力学模型、结构力学响应等的把握。结构的计算简图是结构计算分析的基础,只有选定的计算简图和结构原型比较相符,计算出的结果才是有效的。
2)做好建筑结构的计算设计。
在一个较好的结构方案的基础上,选取合适的计算模型对结构进行分析计算,进行构件承载力设计或校核是实现结构安全性的重要方法及步骤。也就是说,建筑结构计算设计分为结构分析和截面设计。
在结构设计过程中进行的建筑结构的分析,是将预测出的结构设计基准期内施加于结构的各种作用代表值施加于前面所述建筑结构方案的简化后得出的计算简图,并求解结构在各种工况下的效应———轴力、弯矩、剪力、扭矩、截面的位移、裂缝、正应力、切应力等,并选择合适的参量作为控制构件截面承载力、变形设计的依据。设计过程中的结构分析有几点需要注意:a.对于作用预测得是否准确,尤其一些偶然作用如地震作用,对结构分析的影响很大。比如9?11恐怖袭击事件中世贸大厦在飞机撞击后发生了倒塌。b.结构分析的对象是计划建造结构简图,是模型,不完全等同于建造好的结构,分析计算出的结果是否是结构受力后
真实的力学响应。这些都是结构分析中需要注意的地方。目前,对结构设计中的结构分析还没有达到系统化、完善化[8],还需要进行系统研究,完善现行相关规范的有关内容,为实现结构的安全性做出贡献。截面计算设计是我国现行规范规定最为全面,内容最为翔实的结构设计内容,这是我国设计人员最熟悉、把握最好的内容,也是土木学科教育中抓的最扎实的方面,目前,也是做得最好的一个方面。通过截面计算设计及构造设计完成结构构件的设计,这也是实现结构安全的一个主要方面。
2.2 结构建造中安全性的实现
完成设计的建筑结构还不是真正的实际存在的建筑结构,只有通过合格的建造,才能实现建筑结构,才能使建筑结构具有真正的安全性。故而,建造的技术、方法、过程、环境等都会对结构的安全性有所影响,必须做好建造过程中的质量控制工作,才能实现设计好的结构的安全性。
2.3 结构使用中安全性的实现
结构的实际使用状态对结构的安全性的影响是长远的,不合理的使用会造成结构安全性降低甚至破坏,比如未经论证改变建筑物的用途、在装修过程中根据自己的使用要求擅自改造结构构件或者改变结构传力途径、对有些需要定期检测维修的结构不进行必要的检测维修等。
合理的使用和定期的检修是保证结构安全性的重要措施。在当前,应适当加强对交付使用建筑结构的管理,防止出现上述影响结构安全性使用的问题。
3 结语
本文阐述了建筑结构安全性的内涵,分析了实现结构安全性的途径,结构的安全性是通过结构设计、建造、使用三个方面体现出来的,并得出在目前情形下,应在建筑结构的概念设计和结构分析上多下功夫,适当加强结构使用方面的管理,将有助于我国建筑结构安全性的实现。参考文献:[1] 程耿东,李 刚.基于功能的结构抗震设计中一些问题的探
讨[J ].建筑结构学报,2000,21(1):5211.
[2] G B 5006822001,建筑结构可靠度设计统一标准[S].[3] 陈肇元.混凝土结构的安全性与规范的可靠度设计方法,土
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2006(10):11.
On realization of safety of architectural structure
ZHANG Ming 2lang
Abstract :By illustrating the concept of the architectural structure and the aims of the design and construction ,the paper sums up the connota 2tion of the safety of the architectural structure ,and explores the methods and steps to realize the safety of the architectural structure ,so as to enhance the realization of the structure ’s safety.
K ey w ords :architectural structure ,safety ,realization channel ,concept design
?
09?第36卷第1期2010年1月
山西建筑