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工业建筑中钢筋混凝土框架设计

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摘要:在工业建筑中普遍采用钢筋混凝土框架结构,这种框架结构不仅可以满足工业建筑对结构的要求,还能提升工业建筑的稳定性和安全性。随着建筑业的不断发展,钢筋混凝土框架结构越来越受到重视。本文对在工业建筑中,钢筋混凝土框架结构的设计应用进行研究,以推动建筑行业发展。

关键词:工业建筑;钢筋混凝土;框架结构

引言

随着国内城市化进程的不断加快,建筑工程的体量与规模急剧增加。现阶段,城市中高层建筑的数量越来越多。在进行高层建筑的设计工作时,大多采用框架结构。根据长久以来建筑行业的相关工程实例和经验,可以看到钢筋混凝土结构具有很好的稳定性,同时在抗震、抗撕裂、安全性等方面具有非常明显的优势,因而广泛受到人们关注,并在工业建筑推广采用钢筋混凝土框架结构设计。工业建筑通常具有面积大,跨度长等特点。尽管一般的框架设计也可以满足建筑要求,但与钢筋混凝土框架结构相比,一般的框架结构设计显得略有不足。本文分析和阐述了工业建筑中钢筋混凝土框架结构的组成,特点和设计等方面内容。

1整体结构设计标准

现在情况下,工业建筑行业中混凝土框架结构的整体性结构设计来说,主要包含了如下的几点设计标准:(1)工业建筑工程的基础性概况和相关标高;(2)建设项目所需要的一切建筑材料,这其中主要包括混凝土、钢筋和焊条等常用材料和有特殊要求的附加材料;(3)钢筋混凝土框架的设计依据,其基本的设计依据主要包括有:相关的设计标准和文件、设计图纸、设计规范和施工现场环境条件;而且应该兼顾到施工设计的安全性,应格外注意建筑物的抗震设防强度、结构的抗震等级、结构的安全等级、建筑物的设计寿命和钢筋混凝土的气象环境等因素。对于钢筋混凝土框架的基础设计,应着重说明基础的设计等级,回填土的要求以及地基的实际状况和承载力等内容;(4)还需要特别关注结构设计图纸的表达深度,工业建筑设计中为满足各工艺及设备专业的需求常出现复杂、非常规的节点设计,为更好地指导现场施工过程,避免图纸表达不明确导致的施工错误,相应的节点详细描述设计图纸在设计过程中是必不可少的。

2钢筋混凝土框架结构设计内容

本文研究了钢筋混凝土框架结构设计优化,重点考虑恒荷载、活荷载和水平地震作用下的荷载作用。在建立模型的过程中,将梁和柱的截面尺寸选择为设计变量,并以结构重量最小为目标函数。参照相关的结构设计规范,对结构位移、轴压比、剪跨比和其他约束条件对结构模型做出计算设计。在建筑结构的优化设计中,有些参数量并不是一种连续变化的状态,所以只能采取有限的离散值,如钢筋的直径和柱截面尺寸等数据,必须要符合计算和施工的各项要求,同时也要满足某些模数的要求,设计变量是离散值决定的。在本文工程实例的设计过程中,将离散变量作为连续变量进行优化。在结构设计完成后,根据模量的要求将具有连续值的离散变量调整为恰当的离散值。在设计模型中,以梁和柱截面尺寸为设计变量。(1)设计变量。设计变量的初值取为:梁截面尺寸:LG1=0.9m,LK1=0.5m;LG2=0.8m,LK2=0.3m;柱截面尺寸:ZG=1.0m,ZK=1.0m。(2)状态变量。首先,整体位移约束应根据《建筑抗震设计规范》中的相关规定,钢筋混凝土框架结构需要进行多遇地震情形中的抗震变形计算,建筑楼层内的最大弹性层间位移需要满足如下公式要求:其中:△ue-多遇地震作用下标准值引起的楼层间中层间弹性位移的最大值,可以采用弹性刚度作为钢筋混凝土结构构建的截面强度;[θe]-楼层间弹性位移角极限值,框架结构的位移弹性角的极限值为1/550;h-设计楼层的层高。其次,柱子的轴压比。轴压比表示柱结构轴压力的设计值和柱的整个截面积乘以混凝土抗压刚度设计值从而得到的结果。即:位移比的限值是根据刚性楼板假定的条件下确定的,其平均位移的计算方法也是基于刚性楼板假定。周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种对比关系,而不是绝对值,目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不至于出现过大的扭转效应。框架结构周期折减系数取0.7~1.0。最后,剪跨比表示构件的截面扭矩与剪力和有效高度乘积的比值。即:(3)目标函数。将实现结构的质量最小为目标函数,给定钢筋混凝土的自身重量,计算结构的体积,就能够得到结构的重量。MB=2700•VTOT其中:MB-目标函数;VTOT-混凝土总体积。

3工业建筑中钢筋混凝土框架结构设计要点

3.1关于框架结构工业建筑的刚度比问题

工业厂房框架结构中常出现首层层高较大的情况,首层层高常常达到相邻层层高的1-5~2倍。这就导致结构极易出现竖向刚度突变,刚度比不能满足规范要求,被定义为结构竖向不规则,进而导致结构超限。工程设计中为避免出现此类刚度比导致的结构竖向不规则项,常采用的处理方式为在结构外围两侧设置结构夹层或在首层半高处设置边框梁。结构夹层或夹层边框梁的设置既能有效解决刚度比超规范要求的问题,同时也能极大地减少建筑砌体墙和外立面在首层层高较大时的设计和施工难度。

3.2关于工业建筑活荷载取值的优化设计

工业厂房结构计算中板面活荷载的取值也是结构优化设计的要点。在工业结构设计中可根据《建筑结构荷载规范》附录中关于工业建筑板面活荷载取值的相关规定对活荷载取值进行优化,既在计算结构主、次梁以及墙柱、基础时板面活荷载的取值相对于结构楼板计算时活荷载的取值可进行折减,进而对达到对结构构件的截面尺寸和配筋的优化设计。此外,工业厂房结构设计中应注意考虑活荷载最不利布置所带来的影响。工业厂房建筑中常见大跨度梁的设计,设计中应尤其注意对大跨度结构挠度要求的满足,尤其是工业建筑中有吊车功能要求时对挠度有更严格的要求。设计中也可采用设置预拱度的手段来控制大跨度梁的挠度。

3.3关于钢筋混凝土框架主梁延伸出的悬挑梁以及次梁的设计

由于次梁上部位置中的钢筋位于主梁的钢筋上部,而悬臂梁上部延伸出的主梁相应钢筋应位于主梁的下部。因而便会使得悬臂梁构件的钢筋保护层变得太厚。造成这一常见现象的主要因素是由于钢筋设计和操作过程中,操作工人对加固设计和控制不足导致的,从而造成悬臂梁加固保护层变厚,实际施工工程难度加大,所以导致悬臂部件的受力不合理,甚至受力过大而破坏。所以可以了解到,钢筋混凝土框架的悬臂构件实际厚度的加固保护和控制是钢筋混凝土建筑施工中的关键点所在。

3.4关于劲性柱主筋与框架梁主筋的锚固长度设计

在目前情况下,由于国际和国内的钢筋混凝土行业的持续发展,刚性混凝土结构的应用和受关注程度越来越高,并且在各方面的应用都发挥了重要的作用。框架梁中的主筋与H型钢柱节点的设计是钢筋混凝土框架结构和施工节点设计中的核心内容。但是由于具体的工业建筑工程施工受到各方面条件的限制,一些施工单位在钢筋锚固长度上的某些部分的施工不能完全根据工程施工的规范要求进行,所以工程设计人员在设计混凝土框架结构时必须根据实际的节点情况对主筋之间的锚固长度进行优化设计。

4结语

综上所述,如果在钢筋混凝土框架结构中仍然使用传统的建设方式,那么结构设计的可靠性和安全性就不能得到很好的控制。因此有必要对钢筋混凝土框架结构进行优化设计,这样做不但可以优化结构的整体性能,还可以降低设计成本。在钢筋混凝土框架结构的优化设计中,一定要确保相关设计数据的准确无误,一旦数据出现错误,会对框架结构的质量和整体设计造成不可挽救的损失,增加数据差异。因此,钢筋混凝土框架结构的优化优化对于提高工业建筑的建设质量,促进我国建筑行业的进步起到了不可替代的重要作用。

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作者:茶翊轩 单位:广东省建筑设计研究院

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