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对混凝土结构设计安全度的探讨

2014-4-27 15:53| 发布者: dzly| 查看: 507| 评论: 0|原作者: 吕世明|来自: 城市建筑

摘要: 通常情况下,混凝土结构设计师在设计建筑物的结构时,需要计算内力和分析结构,除了考虑建筑物结构的各个构件的使用功能之外,还需要遵照规定的安全度来测算各个构件的耐久性和承载力,确保设计的混凝土结构符合规定的安全度标准,从而达到安全使用的要求。
  建筑物的承重构件主要有水平结构构件和垂直结构构件两大类,其中的水平结构构件主要包括网架、梁、薄壳等,而垂直结构构件主要包括墙、桩和柱子等。因此,建筑结构工程师在设计建筑物的结构的时候,首先要明确拟建建筑物的功能,然后比选各个备选方案,最终挑出最佳的结构设计方案。
  在确定具体的结构设计方案之后,还需要计算整个结构体系中各个结构构件的内力以及分析具体结构的特征,同时,还需要详细研究各个结构构件是如何连接到一起以及结构构件内部的构造措施。此外,设计结构时还要确保混凝土结构设计的安全度达到规定的标准,符合相应的耐久性和承载力要求,以确保设计的混凝土结构能够安全地投入使用。
  一、 混凝土结构设计安全度的特征
  通常情况下,建筑结构设计师设计建筑结构的终极目标是为了设计出结构合理、能够安全使用的建筑物,因此,混凝土结构设计的安全度主要包括安全性、适用性以及耐久性三个方面的特征。适用性、安全性及耐久性也是衡量一个建筑物的混凝土结构是否达到经久耐用和安全可靠的使用标准的基本标志,故统称为混凝土结构设计安全度。
  1 混凝土结构设计的安全性特征
  结构设计安全性具体是指在正常使用的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够承受必要的外在负荷作用,例如机械设备、结构自重、人流、家具、风雪以及气温变化等;在特殊情况下,设计的建筑物混凝土结构需要确保能够屹立不倒,例如:当遇到飓风、地震、火灾或者暴雨等突发状况时还能够保持结构稳定。
  2 混凝土结构设计的适用性特征
  结构设计适用性具体是指在正常使用的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够有效发挥建筑物各个构件和各个系统所应有的使用功能。
  3 混凝土结构设计的耐用性特征
  结构设计耐用性具体是指在正常使用和日常维护的情况下,设计的建筑物混凝土结构能够安全使用足够长的年限。
  二、 加强混凝土结构设计中安全度的意义
  建筑结构工程师设计建筑混凝土结构的目的就是赋予建筑混凝土结构一定的安全性能、牢固性能以及耐久性能,确保混凝土结构在规定的使用年限以内能够有效发挥其预定的各种使用功能。混凝土结构设计规范中所制定的各种计算公式和结构要求的出发点就是为了确保混凝土结构设计的安全度,因此,混凝土结构设计的安全度要求全面考虑经济、技术和政策等方面的因素。从经济的角度来看,混凝土结构设计的安全度直接体现了工程造价、投资风险以及维修费用等之间的关系,即若要增强结构设计的安全度,则必然会增加工程造价,但会相应降低投资风险和维修费用;反之,若结构设计的安全度较低,尽管工程造价较低,但又会相应提高投资风险和维修费用。因此,合理的混凝土结构设计的安全度要求权衡工程造价和工程风险,并寻求两者间的最佳平衡点。从技术的角度来看,混凝土结构设计的安全度直接关乎选择的结构类型、力学模型以及设计概念等是否合理,需要全面考虑,切忌和多种材料直接等同处理。从政策的角度来看,选择合理的混凝土结构设计安全度不仅关乎人们的生命财产安全,甚至还会影响社会安全和政治稳定,导致国家的技术经济政策和基本经济基础发生改变。总而言之,制定和选择科学合理的混凝土结构设计安全度标准综合反映了国家的整体经济资源状况、施工设计技术水平、社会财富积累程度以及施工材料的质量水平等,意义深远。
  三、 我国混凝土结构设计中安全度的演变
  我国建筑物的混凝土结构设计的安全度要求具体表现在设计的结构构件达到规定的安全性承载能力和建筑结构的整体牢固性两个方面。通过对现行的混凝土结构设计规范和老规范进行对比发现了以下几个方面的发展演变。
  1 混凝土结构构件的承载能力
  根据以往的观察和研究发现,通常影响混凝土结构设计安全性的两个主要因素是混凝土结构构件的承载能力和材料强度及荷载强度分项系数。材料强度分项系数具体是指在计算混凝土结构构件本身所固有的承载能力时,把结构构件的材料强度标准值和缩小系数相乘;而荷载强度分项系数具体是指在计算混凝土结构构件所能承受的荷载作用时,把结构构件的荷载标准值和放大系数相乘。表示系数的具体量值体现了在给定负荷标准的情况下混凝土结构构件的安全度。具体调整如下:(1)荷载方面
  的调整:风荷载的基本风压、地面粗糙度类别、风压高度变化系数、脉动增大系数以及脉动影响系数发生了改变;活载的具体内容也做了相应的调整。
  (2)作用效应组合方面的调整:现行规范中增加了
  用永久荷载效应所控制的组合,还增加了永久荷载效应控制组合中的恒载分项系数的具体取值为135。(3)抗力方面的调整:材料的强度和分项系
  数都做了相应调整;板设计规范也发生了一定程度的改变;斜截面的具体承载能力设计要求也有些许调整。
  2 混凝土结构的牢固性
  混凝土结构设计的安全度要求除了要满足一定程度的承载能力之外,还需要确保结构构件间的连接满足一定程度的牢固性。混凝土结构设计的牢固性具体是指当混凝土结构的某一部位受到局部破坏时不会直接导致建筑物发生大面积坍塌,换句话说,混凝土结构的整体不会发生与破坏原因不对称的严重后果。其中所指的破坏原因具体包括爆炸、地震、火灾、飓风等可能导致严重后果的突发灾害,而牢固性越高则抵抗这种突发灾害的能力就越强,以减轻突发灾害所带来的损失。而混凝土结构设计的牢固性要求结构构件之间的连接具有比较良好的延展性、一定程度的冗余度和较强的可靠性能。现行的混凝土结构设计规范相对以往的规范在结构设计的构造方面有所调整,具体包括钢筋的连接、钢筋的锚固以及钢筋的最小配筋率等方面的规范做了一定程度的改变。
  综上所述,建筑结构工程师在设计混凝土的结构设计时一定要综合考虑结构设计的安全度要求,确保满足安全性(牢固性)、适应性以及耐久性等方面的具体要求。同时,制定和选择科学合理的混凝土结构设计安全度标准综合反映了国家的整体经济资源状况、施工设计技术水平、社会财富积累程度以及施工材料的质量水平等,意义深远。
  
  

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