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1、土木工程结构设计存在问题
1.1、结构设计牢固性差
土木工程整体的安全性在很大程度上取决于其结构的牢固性, 而结构稳定性在工程设计中已逐渐发展为普遍性问题。一般情况下, 建筑结构的局部破坏虽然不至于结构物整体崩塌, 但在火灾、地震以及其他自然灾害发生时, 便会严峻考验着结构的冗余度设计。例如基础结构设计时若未对地基承载力和沉降量、沉降差进行充分考虑, 那么建筑整体结构势必会因沉降而出现开裂与失稳现象。
1.2、构造柱与承重柱的区分问题
设计合理的构造柱与梁可有效避免墙体发生裂缝, 进而确保建筑结构抗震性能表现优越。但在现实应用中, 部分设计人员混淆构造柱与承重柱, 将二者类似于同一原理进行设计, 致使建筑结构因构造柱缺乏基础而影响其抗震能力, 最终反应为结构裂缝、沉降甚至倒塌等病害发生。另外, 设计过程中有时为了方便对承重柱的受力情况进行分析, 则会缩小其截面面积, 如此一来当有外力作用时, 柱体与梁极易发生开裂破坏。
1.3、忽略环境影响因素
土木工程结构设计除稳定性与耐久性外, 同时还需考虑外部环境 (如土质结构、空气温度与湿度等) 对结构的影响, 但是基于现实情况的分析, 环境因素通常不受重视且忽于考虑, 进而对工程结构带来严重的负面影响, 致使建筑物因结构失稳而降低其安全性。
2、土木工程结构设计强化措施
2.1、选择设计方案
框架结构的选择、基础布置等是结构设计方案的基本内容, 梁、柱等构件组成了框架结构, 并通过节点连接, 可有效承受竖向、水平荷载力, 对于多层建筑的结构设计方案的确定, 还要将水平风荷载考虑进去;基础布置时, 要综合考虑现场的地质、水文及施工条件, 低层建筑可选择独立基础结构模式, 多层建筑则要选择综合基础结构模式;结构措施要根据抗震设计规范要求实施, 采取可行措施, 加强抗震设计, 选择符合设计要求的配筋构件。
2.2、确定构件截面尺寸
土木工程需要严格控制截面尺寸的构件, 其主要有柱尺寸、梁尺寸、板尺寸三种, 具体确定方法如下:
2.2.1、柱尺寸
土木工程的结构主体柱截面一般都相同, 因此可以估算中柱的截面尺寸, 然后估算出整个结构恒荷载的标准值、活荷载标准值, 混凝土轴心抗压强度的设计值和柱轴力的设计值等;
2.2.2、梁尺寸
以柱距为标杆。如果柱距相同, 则表示边跨梁、中跨梁、边柱联系梁、中柱联系梁等的截面尺寸一致;
2.2.3、板尺寸
需要考虑限制板的挠度、裂缝宽度等因素对铺设在板内管线的影响。
2.3、内力组合设计
作为土木工程结构设计中抗震性能控制的关键点, 内力组合需在调整结构抗震系数的基础上对框架梁内力进行科学设计。
2.3.1、承载力抗震系数调整。
土木工程结构设计过程中, 当有抗震要求时, 其所用材料的强度值应大于没有抗震要求的情况, 若在抗震结构中采用非抗震材料进行计算与设计, 则需实时调整承载力抗震系数。通过对综合调整受弯梁、偏压柱及受剪等系数, 可使结构的承载能力得到有效提升。
2.3.2、框架梁的内力组合。
一般情况下, 多采用梁端和跨中的方式来控制梁体承载力的设计截面。当考虑地震作用组合时, 截面控制除需利用梁端负弯矩与剪力进行设计外, 同时还需对梁端的正弯矩进行组合。例如对于正在使用的工程结构, 其极有可能遭受不同可变荷载的同时作用, 此时为了减少结构的不利效应, 对可变荷载效应组合可取值1.2, 永久荷载效应组合可取值1.35;而当作用效应对结构设计有利时, 效应取值则可为1.0, 滑移、漂移、与倾覆等取值为0.9。
2.3.3、跨间弯矩计算。
基于活载与恒载的共同作用, 可对结构跨间弯矩近似取值, 同时以支座弯矩的调幅与平衡条件为依据可将相应荷载计算得出。在此过程中, 地震力组合、梁端左右弯矩与竖向荷载为计算过程主要考虑的因素。
2.4、板设计与配筋
在对板及配筋设计过程中, 主要分析因素为板边尺寸的长宽比ω。当ω<2时, 设计则宜采用双向板形式进行计算;当2≤ω<3时, 那么则可以短边方向为依据以单向板形式进行计算, 同时于长边位置布置充足的构造钢筋。依据工程结构板的实际大小, 可灵活采用弹性模型计算;对于连续双向板跨中最大弯矩的计算, 应以荷载分布的实际情况为依据分解满布荷载与合理布置间距。通常情况下, 在支承中间柱的位置处, 对格板应加以固定, 同时结合具体的支承情况, 将各个区域格板的弯矩计算而出, 最后通过所得弯矩的叠加, 便可获得位于跨中的最大弯矩。
2.5、控制转换层模板的侧压力
浇筑转换层混凝土过程中, 可用内部振捣器实施振捣, 其过程既要保证模板承载能力满足实际需求, 同时还需确保其拥有足够的刚度。在转换层具体设计过程中, 混凝土的浇筑作用于模板的侧压力F (kN/m2) 可根据下式2-1进行验算:
式中:γc为新浇混凝土的重力密度, kN/m3;V为浇筑混凝土的基本速度, m/h。当用插入式振捣棒时, 混凝土浇筑速度不宜大于6m/h;β1为混凝土加入外加剂后的修正系数。如若未使用外加剂, β1取值为1, 如若使用外加剂 (以缓凝剂为例) , β1则取值为1.2;β2为混凝土发生坍落后的修正系数。当坍落度小于30mm时, β2取值为0.85;当坍落度介于50~90mm范围时, β2取值1.0;当坍落度在110~150mm之间时, β2取值为1.15;t0为混凝土初凝时间 (通过试验实际所测) , h。如若依据试验资料对混凝土初凝时间无法明确时, 则可用公式t0=200/ (T+15) 将初凝时间计算得出。其中, T为新浇混凝土温度, ℃;H为混凝土浇筑高度, m。
3、结语
基于以上论述, 土木工程结构设计为一项系统而复杂的任务, 其过程只有依据规范实施标准化设计, 方能实现结构使用性能与使用寿命的多元化发展方向。
参考文献
[1]杨春苗.浅谈土木工程结构设计与施工技术两者之间的关系[J].江西建材, 2014 (23) .