抗震技术论文范例

抗震技术论文

抗震技术论文范文1

1.1一般资料

患者为我院2013年5月~2014年4月期间我院治疗的300例门急诊输液患者,观察组与对照组均为150例,其中男性患者196例,女性患者104例,年龄15~91岁,平均年龄(43.4±2.7)岁。患者输液时间3~15d,平均为(4.6±1.2)d。两组患者的性别、年龄、病种、文化程度、职业等比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2方法

对照组门急诊输液患者入院后给予常规护理、接诊摆药、医嘱核对、输液、健康宣教及安全巡视等。观察组采用优质护理模式,具体方法如下:

1.2.1改善良好的输液环境

患者输液时间较长,对环境要求较高,保持输液厅空气流通、新鲜,及时清理垃圾等物品。提供日常必须品,如:水、水杯、报刊杂志等。每天更新水笔板报,提供常规用及疾病相关知识。

1.2.2提高护理人员综合素质

定期对科室护理人员加强理论培训,并考核,提高业务知识。严格执行"三查八对"制度,增加巡视密度,及时发现输液不良反应及输液中出现的问题,在第一时间解决。改善服务态度,微笑服务,定位每个星期一为"微笑服务日",增加患者之间清切感。

1.2.3加强沟通与交流

患者在输液期间护士主动与患者交流,规定每天责任护士进行询问,了解患者病史。并详细对患者进行讲解疾病预防及治疗相关知识,合理用药,药物不良反应及健康指导。输液完毕后,要柔和的拔针,保持和蔼的态度。并嘱患者休息20分钟后方可离开,在休息时间里,再次与患者沟通,确定患者无任何不适。进行健康随访登记和满意度调查,对不满意处提出整改意见,及时整改。

1.3统计学处理

应用SPSS19.0统计学软件,计数资料用百分比(%)表示,配对X2检验分析,P<0.01差异有显著统计学意义。

2.结果

观察组与对照组患者均顺利完成输液,均无严重不良反应。观察组对疾病知晓率及用药知识明显高于对照组,以P<0.01,差异有显著统计学意义。观察组患者对护理工作满意度明显优于对照组,以P<0.01,差异有显著统计学意义。

3.讨论

输液治疗在临床治疗中具有重要作用,随着人们对健康意识的提高,患者在输液过程中对护理服务的需求也在提高。因为输液的时间多较集中,环境嘈杂,若工作无序,就会显得忙乱,工作效率低,延长患者等待时间。还因在输液治疗过程中,由于多种因素易造成输液故障及不良反应等不良后果,大大降低医疗质量,甚至导致医患矛盾。传统的常规输液护理,往往缺乏良好的护患沟通,容易造成护患矛盾。通过我科进行在输液患者中进行优质护理,将患者的输液治疗不仅仅局限在打针、吊水这么简单程序上,更加注重患者的全程服务,包括疾病预防、用药安全等健康指导。同时还要求护理人员的自身素质。与传统常规输液护理相比,明显提高了患者对疾病及用药知识的认知,差异有显著统计学意义(P<0.01)。同时提高了患者的满意度,观察组满意度(97.3%),对照组满意度(90.0%),差异有显著统计学意义(P<0.01)。通过门急诊输液优质服务的开展,对护理工作提出更高的要求,护理工作不再是简单的打针、输液、执行医嘱等简单性的工作,要学会与患者沟通,认真的听,耐心地讲,解决患者最需要了解的疾病与用药知识,使患者有信任感、安全感,真正实现对门急诊输液患者的人性化护理,人性化护理应用于临床工作中,是现代护理发展的方向,是患者健康所需。同时,输液厅是医院的窗口科室,通过优质护理的开展,维护了医院的形象。优质护理和健康教育的开展,改善了护患关系,提高了护士的社会地位。

4.结语

抗震技术论文范文2

关键词:新工科;建筑结构;教学改革;教学方法

2017年,教育部启动了“新工科”发展研究工作[1-2],强调把握人才培养工作新形势,满足学生“求知、增能、成才”需求,增加参与创新创业实践及高质量就业机会。随着工业智能新技术的普及与应用,智慧建筑与智能城市引领新的建筑方向、建筑设计和建筑理念转变。同时,伴随着学生培养目标改变,需培养基础理论扎实、知识面广及实践能力突出的技术性人才。建筑学作为传统工科专业,工程实践涉及面广,为培养适应新形势下的技术人才,建筑结构技术教育必不可少。建筑结构是面向建筑学专业开设的专业基础课程,对完善学生知识结构体系具有重要作用,为后续课程学习奠定基础。同时,课程知识点作为建筑行业建造师、注册结构工程师的考试内容,对学生职业能力培养具有重要意义。建筑结构课程内容涵盖钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、建筑结构抗震基本知识和结构识图等,学习建筑结构基本构件受力特性,研究建筑构件设计类型、材料选择、构造要求等问题,使学生具有方案设计和建筑施工图设计的初步能力。建筑结构课程知识点涉及面广、公式繁杂冗长、工程实践性较强,学生普遍认为课程学习难度大,容易产生厌学情绪。传统教学过程中存在重艺术、轻技术,重系统知识、轻专业需要的问题,违背了“新工科”人才培养理念。因此,有必要对建筑结构课程的教学方法进行改革,课程内容应以“必需,够用”为度,密切联系工程实际,学习建筑智能技术,提升工程应用能力,使学生能够较好地适应新形势下的岗位需求。

一、建筑结构文献统计分析

为对建筑结构课程教学内容、教学方法及存在问题达到理性认识,采用文献统计方法对知网文献数据库中公开发表的论文进行检索,直观展示所选文献资料的关系网络、学科分布和论文数量统计等。以“建筑结构”为关键词,检索到期刊论文共66278篇,涉及高层建筑、结构设计、钢筋混凝土结构、钢结构、抗震性能与抗震设计等方面,论文内容大多数与工程实际相关,包括建筑工程施工技术、多层框架房屋结构设计、BIM技术在装配式建筑结构设计应用等。论文研究基础与建筑结构课程关联度较大,运用建筑结构课程知识较多,凸显了建筑结构课程在建筑工程应用的重要性。以“建筑结构课程”为关键词,检索到期刊论文共566篇,与建筑结构课程相关的关键词涉及教学改革、项目教学法、课程设计、土木工程专业、钢结构、高职院校等,文献涵盖了课程的开设群体、开设专业、课程内容、教学方法及课程改革方向。其中,与教学方法及教学改革相关联的论文占比例较大,反映了“新工科”背景下建筑结构课程改革势在必行。为了更好地分析建筑结构课程存在的问题及改革方向,基于文献统计法对开设学时、开设专业、学生类别及教学方法进行归纳分析,如表1所示。

二、建筑力学课程教学存在的问题

建筑结构课程教学质量影响因素较多,既有外界因素,又包括教师因素、学生因素等。本文基于文献统计汇总建筑结构课程教授过程中存在的问题,结合近两年面向建筑学专业、房地产开发与管理专业授课情况,阐述影响建筑结构课程教学质量的因素。

(一)力学基础薄弱,识图能力差

建筑结构课程是在建筑力学课程基础上开设的一门专业课[3-4],涉及钢筋混凝土结构轴心/偏心受力构件承载力、受弯构件正截面/斜截面承载力、受扭构件承载力和构件裂缝与变形等内容,其中知识点中公式及力学计算偏多(挠度、转角),要求学生有较好的力学基础。建筑学专业学生数理基础普遍较差,在学习建筑力学过程中不能较好理解公式推导及应用。另外,建筑结构涉及较多建筑构件布置图,如钢筋布置、柱/梁空间布置等,要求学生具备一定的空间思维和构图能力;学生虽有一定绘图功底,但仅仅停留在建筑物外观设计层次上,不具备现场工程识图能力。

(二)缺乏兴趣,课程重要性体现不足

兴趣是学习的动力,兴趣不足导致课程重视程度下降。学习兴趣不足的部分原因是学生没有明确的人生规划,学习过程中抱有“学了用不到”的心态,学习积极性不高。另一部分原因是教师虽具备扎实的理论功底,但不具备建筑学专业实践背景,无法将建筑结构与建筑设计及工程实例相结合,授课僵化、呆板,讲解知识点应用偏少,很难引起学生兴趣。

(三)教材不合适,实用性不足

建筑结构课程内容涵盖钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、建筑结构抗震基本知识和结构识图等,课程内容应以“必需、够用”为原则,突出应用性和实用性。一些教材重点不突出,章节衔接不充分,课程体系的整体性不强。同时,课程内容编写忽视了专业培养目标,理论知识推导与讲解过多,缺少工程实例,不利于学生综合能力和创新能力培养。

(四)教学手段单一,学生参与度低

教学质量与教学手段相关联,合适的教学手段可提高学生学习兴趣,把抽象问题简单化,从而提高教学质量。目前,教师过多的采用传统教学方法(提问-讲解教材-例题演示-布置作业),学生参与度较低,无法有效调动学习建筑结构的兴趣和积极性,影响教学质量。

(五)课时少、内容多,重理论、轻实践

建筑结构课程知识点涉及面广,教学内容抽象,授课过程占时较长,而培养方案制定的课程学时较少,授课教师为应付教学计划,出现赶进度现象,造成学生无法理解授课内容及知识的应用。同时,授课中重视定量分析,忽视定性分析,过分强调学生的计算能力和解题技巧,忽略了建筑结构与工程实际的联系。

(六)教学实验实训平台偏弱

建筑结构课程工程应用性强,课程内容涵盖混凝土轴心受压、间接法劈裂试验及钢筋应力-应变曲线等。教学实验内容较多,实践、实训平台偏弱,学生只能借助教材完成知识点学习,学习效率较低。

三、教学改革探讨

(一)注重兴趣培养,上好第一节课

为培养学生学习兴趣,要讲好绪论课,明确课程的重要性,尤其是突出对未来职业能力的影响。从工程实例出发,明确建筑结构课程不是枯燥的力学公式罗列和推导,更多的体现建筑结构在日常生活中的应用,唤起学生求知欲望,激发学习兴趣。

(二)优化教材内容,加强职业技能培养

建筑结构课程内容选取应符合专业培养目标,结合专业特点及学生情况,以工程实例及结构设计为出发点,融“产-学-研”为一体,够用实用为主,删减部分偏深、偏难内容,培养学生构建结构模型和解决实际问题能力。以建筑学专业为例,课程教学内容整合为五大模块:建筑基础知识,包括建筑材料基本性能、建筑结构设计原理、抗震设计基本知识;结构设计包括钢筋混凝土受弯(扭)构件正截面、斜截面承载力设计、钢筋混凝土轴向构件承载能力设计及构件变形和裂缝宽度计算等;常用多高层建筑结构体系包括混凝土结构、预应力混凝土结构、钢结构、砌体结构等结构体系的介绍;平法施工图识读;工程实例分析,包括建筑工程主体结构工程常见质量通病及防治措施、混凝土工程施工流程及冬季施工注意事项。

(三)改革教学手段,提升教学质量

为提高教学质量,教学方法与教学手段必须改革,提高学生兴趣,引导学生积极主动思考。

1.提高教师教学水平

课程质量很大程度上取决于教师的教学水平,教学水平不仅取决于教师知识储备情况,而且与表达能力关联。因此,需注重教师能力培养,了解、熟悉建筑设计与结构相关知识点,用形象思维和逻辑思维相结合的方法进行教学内容设计和课堂教学实践。同时,提高教师素质,积极参加学术研讨会,提高教学水平。

2.应用多种教学方法

建筑结构课程教授过程中应根据讲解内容采取不同的教学方法,提倡多种教学方法并用。讲解混凝土材料性能时,采用直观教学法,充分利用实物照片,使抽象问题直观化,复杂问题简单化。讲解钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算时,采用启发式教学法,结合正截面承载力计算方法引导学生对斜截面承载力计算进行分析,培养独立分析和解决问题能力。采用典型案例教学法用于施工现场内容教学,通过施工案例讲解提升学生职业技能。

3.利用多媒体与动画功能

建筑结构课程内容理论性强,知识点较为抽象,传统的教学模式无法满足教学需求。理论教学环节采用多媒体及flash动画教学,课件配有工程实例图片,将工程实例融入理论教学。通过动画教学,提高学生学习兴趣,节约教学时间,教学效果显著。

4.推广实验教学,加强校企合作

建筑结构课程工程实践性强,教学内容较为抽象,为了培养学生动手能力和提升职业技能,教学方式应与工程实例相结合。加强校企合作,利用课余时间安排学生到施工场地参观学习,如观察钢筋绑扎、混凝土浇筑、剪力墙中分布钢筋布置等,将抽象的理论概念与实物相结合,加深对概念的理解。加强实验教学,通过现场实验操作、观察,更好地理解低碳钢应力-应变曲线,加深构件变形特征印象。

5.应用辅助软件及学习网站

为提高学生学习兴趣及培养职业技能,利用学习网站(知网、小木虫论坛、Soopat专利查询)、微信公众号(轻松学土木、工程施工联盟)进行教学活动。为轻松学土木公众号推送的学习材料,知识点表达生动,促进学生对知识点的理解。加大仿真实训软件(ANSYS、Abaqus、BIM)的应用力度,让学生在虚拟的施工场景中掌握各种常见结构形式、材料性能、施工工艺、构造特点等。

6.参与大学生结构设计竞赛

开展结构设计大赛对提高学生学习兴趣和增强综合能力具有重要意义,有助于加强学生间互动交流,培养团队协作意识[5]。同时,考察学生对建筑结构基本知识的理解与应用,从外观设计到内部构件承载力计算,最大限度发挥想象力和创新能力。从形式单一的课堂教学转变为形式丰富多样、内容生动具体的课余实践活动,有利于学生职业技能的提升。

参考文献:

[1]吴爱华,侯永峰,杨秋波,等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究,2017(1):1-9.

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[4]任宜春,张杰峰.建筑学专业建筑结构课程教学改革的探索[J].中外建筑,2010(8):103-104.

抗震技术论文范文3

[序号]主要责任者.文献题名[文献标识类型].出版地:出版者,出版年.起止页码(可选项).

[1]刘长浥,王伟胜,赵海翔,等.风力发电机[M].北京:中国电力出版社,2009.42-76.

[1]LiuChangyi,WangWeisheng,ZhaoHaixiang,etal.WindDrivenGenerator[M].Beijing:ChinaElectricPowerPress,2009.42-76.

[2]江涛.信息技术国际研讨会论文集[C].北京:中国社会科学出版社,1994.

[2]JiangTao.TheInternationalSymposiumonInformationTechnology[C].Beijing:TheChineseSciencePress,1994.

[3]田苗苗.变风载下风力发电机齿轮传动系统动力学特性研究[D].重庆:重庆大学机械工程学院,2010.

[3]TianMiaomiao.Studyondynamiccharacteristicsofgearload[D].Chongqing:CollegeofMechani-calEngineeringofChongqingUniversity,2010.

[4]石方.核反应堆压力分析[R].北京:清华大学核能技术研究院,1995.

[4]ShiFang.Theanalysisofnuclearreaction[R].Beijing:InstituteofNuclearEnergyTechnology,TsinghuaUniversity,1995.

2期刊文章

[序号]主要责任者.文献题名[J].刊名,年,卷(期):起止页码.

[1]肖军,沈来宏,邓霞,等.生物质催化热解气化热重分析研究[J].太阳能学报,2009,30(9):1254-1257.

[1]XiaoJun,ShenLaihong,DengXia,etal.Thermogravim-etricstudyoncatalyticpyrolysisgasificationofbiomass[J].ActaEnergiaeSolarisSinica,2009,30(9):1252-1257.

3论文集析出的文献

[序号]析出文献主要责任者.析出文献题名[A].原文献题名[C].出版地:出版者,出版年.析出文献起止页码.

[1]石方.线性规划在毒物配置中的应用[A].中国运筹学第五届大会论文集[C].西安:西安电子科技大学出版社,1996.13-15.

[1]ShiFang.Theapplicationoflinearprogramminginpoisonconfiguration[A].TheFifthConferenceSymposiumonChinaOperationsResearch[C].Xi’an:Xi’anUniversityofElectronicScienceandTechnologyPress,1996.13-15.

4专利

[序号]专利所有者.专利题名[P].专利国别:专利号,出版日期.

[1]石方.电子检测仪器[P].中国专利:881056073,1996-03-15.

[1]ShiFang.Electronictestinginstruments[P].China:881056073,1996-03-15.

5报纸文章

[序号]主要责任者.文献题名[文献标识类型].报纸名,出版日期.

[1]王军.创造学习的新思路[N].人民日报,1998-12-25.

[1]WangJun.Newideasofcreativelearning[N].People'sDaily,1998-12-25.

6电子文献

[序号]主要责任者.电子文献题名[文献标识类型].

[1]电子文献出处或获得地址,发表或引用日期(任选).王明亮.标准化数据库系统工程新进展[EB/OL].

[1]WangMingliang.Theprogressofstandardizeddatabasesystemsengineering[EB/OL].

7国际、国家标准

[序号]标准编号,标准名称[S].

抗震技术论文范文4

早在上世纪七十年代,姚治平先生首次明确的提出了土建工程中的结构控制概念,并在论文“土木工程结构减震概念”以及以后的论文中都相应的指出了:应用结构的控制系统是一个解决土木工程这种安全性问题的可替代的方法,这为结构理论在土木工程中防震问题中提出了全新的方向。在近三十年的发展历程中,国内外的相关学者在土木工程的结构控制的方式、实验以及工程的应用方面都取得良好的研究成果,工程结构控制概念可以解释为:通过对工程结构施加相应的控制体系,通过控制体系和结构来共同承担受震的作用,以此来调节和降低工程结构中的振动效应。

二、隔震控制技术

(一)隔震控制技术原理

在土木工程的建设当中,隔震控制技术就是对由地震所产生的振动对建筑的整体结构的隔离作用。工程中的防震体系基本都设置在工程结构的最底部和基础工程顶面之间,使得上部的结构和基础相分离。通过隔震体系来隔离地震波所产生的向上冲击力,延长工程结构的基本周期,从而降低建筑物的地震反应,是的工程整体的加速度变下,通过隔震系统来分担地震所产生的能量,以此来达到减震的作用。通过地震的反应图谱可以看出,随着周期的变大,加速度的反应谱慢慢的减小,通常在底层建筑的刚度很大,所以说周期变短,在发声振动的时候,输入其中的加速度很大,要是采用相应的措施来增加和延长工程结构的基本自震周期,让其还礼场地中的卓越周期,让工程结构的基频处在地震产生高能量的频段以外,通过这种方式可以有效的降低建筑物输入的加速度。通过地震的反应谱可以看出,当周期变大的时候,反应的位移将会增加。

(二)对橡胶支座的运用

当前用在建筑防震中的橡胶支座是由橡胶片与薄片增强钢板,通过粘合和硫化加工而成的,通过现代化橡胶的化工技术的加工制造。它在水平方向上的刚度比较低,而在垂直方向上的刚度很高。这种规格的橡胶支座最早是在桥梁施工中被应用。建筑和桥梁施工所应用的橡胶支座在结构上基本是相同的,都有相同的结构动力学的标准和要求,也同样的具有耐久性、稳定性以及包含防火在内的耐受性等,在地震产生的能量冲击下,橡胶支座会隔离建筑体在水平方向的运动分量,而在垂直方向上基本保持不动。通过这种方法不但可以隔离因为地铁或者是公交所产生的高频率的振动,同时还可以防止工程结构不会受到地震或者是其他原因产生振动的影响。

(三)铅芯橡胶支座运用

土木工程中铅芯橡胶支座主要应用在叠层上,橡胶支座中间的圆形孔当中加入铅之后制成的,这是对橡胶支座技术中的一大改进。因为铅具有较低的屈服点以及很高的可塑性能力,可以使铅芯橡胶支座中的阻尼比达到25%~35%之间。铅芯它具有提升支座吸收能量的能力,保证支座具备湿度的阻尼,同时还具有增加支座的原有刚度。控制风反应能力以及抵抗微震的作用。

三、耗能减震技术

(一)耗能减震技术原理

土木工程中的结构耗能减震技术主要是在结构中的某部位安装耗能设施,经过耗能设施产生的摩擦,产生弯曲的弹性滞回的形变耗能或者是吸收地震中输入结构的能量,以此来降低主体结构当中的地震反应,有效的预防了结构产生的损坏或者是倒塌,以此来达到减震和控震的目的。而在装有耗能装置的底部结构我们称之为耗能减震结构。工程中的耗能减震结构都具备明确的减震机理、减震的效果较为明显。安全性能较高、经济较为合理、技术较为先进以及试用的范围较为广泛等特点。

(二)常用的摩擦设施

摩擦耗能器是依据摩擦做工所产生的能量的原理而制成的,当前应有很多种的不同的构种类的摩擦耗能器,例如Pall型的摩擦耗能器、限位摩擦耗能器以及摩擦筒制震器,摩擦滑动对应的摩擦节点在剪切铰耗能器等多种耗能器,摩擦阻尼的种类非常多,但是都具有较强的滞回的特性,滞回环为矩形,耗能的能力较强,工作的性质相对稳定。

(三)钢弹可塑性耗能器

运用软钢具备优良的屈服性能,运用其进入弹性的可塑范围之内的优良滞回特性,当前我国已经研发出来很多种的耗能装置,比如加劲阻尼设施、锥形的钢耗制震器、圆形或者是方框形的钢耗制震器、双环耗能节能器,加劲圆环状耗能器以及低屈服点的钢耗制震器等等,这种耗能器具备优良的滞回性能以及稳定性能,耗能的能力较大,长期稳定可靠而且不会受到环境和温度的影响。

(四)粘弹性阻尼器

所谓的粘弹性阻尼器就是通过粘弹性以及约束性钢板相互交替结合而成的,它是一种主要和速度相关联的减震装置。比较常见的粘弹性阻尼器主要是由两个T型的约束钢板,通过一块矩形的钢板夹在其中而成,T型的约束性钢板和中间的钢板产生了相对性的运动,使得弹性的材料产生一种往返型剪切滞回形变来提升结构中的阻尼,消耗输入其中的振动能量,以此来减小结构当中的振动反应。当前。消能减震技术有着非常广泛的应用,它不但适用在新建的结构中,同时又可以用已经存在的建筑抗震的加固和维修当中。到目前为止,已经逐渐开始采取消能减震的技术,其中涉及到的国家有二十多个,比较早的在土木工程中运用消能减震技术的国家有新西兰、美国等发达国家。在最近几十年以来,各个国家对土木工程中的结构减震的控制和实验研究一直在不断的进行,并且在隔震支座的功能和改进方面有着较好的效果,并研制出了较多的隔震系统中的新型材料和部件,并通过大量的实验证明了结构减震控制是可以有效的起到隔震的作用。

四、结语

抗震技术论文范文5

关键词:结构抗震设计;土木工程;课程思政;专业课程

大学阶段是人生发展的重要时期,学生的心理还不够稳定,具体体现在认知不成熟、容易受外界环境影响、自我调节能力差等。如何正确引导学生把实现自己的人生价值与为社会主义现代化建设事业贡献力量以及实现中华民族伟大复兴联系起来是高等学校思想政治工作的根本任务。2016年,全国高校思想政治会议召开,总书记发表重要讲话,他强调:“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,实现全程育人、全方位育人。[1]”2020年,教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》通知,指出全面推进课程思政建设是落实“立德树人”根本任务的战略举措,课程思政建设是全面提高人才培养质量的重要任务[2]。因此,高等学校要落实“立德树人”根本任务、实现三全育人的新格局,应该实现整个高等教育过程中所有课程的思政建设,这是所有任课教师的职责,而不能仅依靠思想政治理论课任课教师[3]。“结构抗震设计”与“结构力学”“混凝土结构与砌体结构设计”“钢结构设计”“高层建筑结构设计”等专业课程联系密切,开课学期为第7学期,是一门重要的综合性课程。它主要讲述地震的基本知识、地震反应分析和地震作用计算、各种结构抗震设计等知识点,综合性较强又囊括社会文明进步、人类安居乐业的重要知识,非常适合开展专业知识与思政教育融合的教学改革。本文以“结构抗震设计”课程为例,结合课程内容找准切入点渗透思政教育,明确专业知识目标、思政目标和思政对标设计,并在挖掘思政元素,完善融入思政内容的知识体系、创新教学方法等方面,对该课程思政建设进行改革与实践探索。

一、土木工程专业课程思政教育存在的问题

根据目前查阅到的相关资料来看,国内高校土木工程专业课程思政的教学改革均处于起步阶段。土木工程专业课程众多,课程之间联系紧密,但也存在差异。近几年,苏州科技大学、郑州大学和东北电力大学等高校教师分别针对“土建工程基础”“路基路面工程”“土木工程概论”等课程思政展开了教学改革与实践研究[4],存在的问题如下。

(一)专业课教师对课程思政认识不够,能力有待加强

华南理工大学教务处处长项聪博士在“课程思政的三重境界”中指出,“课程是学校为实现培养目标而选择的教育内容及其进程的总和,也是实现国家育人目标的重要载体”[5]。因此高校课程思政是正确引导大学生的价值观、全面提高学生培养质量的必然要求和唯一捷径。要想圆满完成课程思政建设,高校专业课教师必须深刻理解什么是课程思政、为什么要进行课程思政、如何进行课程思政教学改革等问题,有了理论基础才能指导实践,才能在专业课的教学中自觉寻找思政元素,让思政内容和专业知识无缝衔接,完成课程的思政目标,达到润物细无声的育人目标。目前国内高校普遍存在的问题是课程思政依赖于思政课教师所讲授的内容,学校在晋职称和人才选拔等方面偏重考查教师是否申请了部级项目、是否发表了高水平论文等科研能力的提升,而忽略教师思政素质的培养,导致专业课教师的课程思政认识不够。教师的思政能力是提升课程思政教学质量的决定性要素,要想构建全员、全程、全方位育人的新格局,专业课教师就必须具备一定的思政能力。

(二)专业课程学时不足

2018年全国高等学校重新修订专业人才培养方案,按照教育部人才培养方案指导意见,增加思政课和实践教学环节学分所占的比例,每学分对应的标准学时由18学时减少到16学时,导致专业理论课程学时锐减。以“结构抗震设计”课程为例,学分从2学分减少到1.5学分,相应学时从36学时减少到24学时。学时减少但对学生培养的质量要求却变高,因此专业课程知识点和涵盖内容变得更加宽泛,这本身对于专业课教师就是一个挑战,在有限的学时内完成课程思政教育就不容易两者兼顾,授课过程中容易忽略思政教育。

(三)缺少课程思政的考核标准

通过分析文献可知,在土木工程专业课教学过程中,部分教师已经在专业课教学中有意识地引入思政内容,他们对课程思政元素的挖掘、思政融入课程内容的提炼与确定、思政在课外实践中如何实施等均进行了研究与实践,然而对于实施的效果如何并不知晓,没有形成一个系统的操作性强的专业学习成果和思政学习效果兼顾的考核方法。健全的操作性强的考核机制能够刺激学生的参与程度,使课程思政不仅仅是停留在文字上,而是落实在实践中,具有超强的生命力。

二、“结构抗震设计”课程思政建设思路

地震是发生频度高、不可预测和震后危害大的一种自然灾害。中国一直是全世界遭受地震灾害最严重的国家之一,我国超过58%的国土面积和将近55%的人口处于7度以上的高地震风险区,地震预报仍是一个世界难题,还很难做到精确预报,因此抗震防灾已经成为保障我国社会主义可持续发展的重大战略。“结构抗震设计”课程主要讲解地震的基本知识和各种结构体系的抗震设计方法。我国著名地震专家、中国工程院院士谢礼立曾说过“地震灾害归根结底是土木工程灾害”,因此在“结构抗震设计”开展课程思政,对于培养学生的职业认同感、责任感和使命感,培养学生严谨作风、规则意识和大国工匠精神均具有重要意义。“结构抗震设计”课程思政建设思路如下。

(一)建立课程思政目标,完成与课程目标的对标设计

“三全育人”要求思政内容结合课程内容贯穿于课堂教学的全过程,针对不同知识模块的课程目标建立思政目标,挖掘思政教育点完成对标设计。思政目标即根据各单元知识点讲授融入思政内容后在德育方面所要达到的育人目标,对标设计就是如何将思政元素巧妙融入专业课程设计中。表1为“结构抗震设计”课程内容的思政设计。

(二)构建课程思政元素,探索融入路径

构建课程思政元素要结合课程具体内容和授课方式,以课程内容为载体,以思政元素为价值观塑造点,建立两者的内在联系。在“结构抗震设计”课程中,笔者通过对课程内容的梳理考虑以下四种思政元素,一是在讲解地震基本知识时,以古建筑抗震思想为融入点,如北京故宫、山西应县木塔榫卯连接的减震机制及基础隔震等,激发学生对中国优秀传统文化的热爱,坚定学生的文化自信;二是在讲解地震作用计算与分析时,以抗震领域人物故事为融入点,如鲁班精神及建筑行业的鲁班奖、张衡发明地动仪、刘恢先为世界地震工程之父,鼓励学生在以后的工作中要时刻保持工匠精神,为人民提供安全、舒适、美观的生活环境;三是在讲解各种结构体系抗震设计及减隔震技术时,以现代著名抗震工程和地震典型震害为融入点,台北101大厦的抗震神器、广州塔的定海神针、汶川及唐山地震建筑物震害,培养学生职业道德和爱岗敬业精神;四是以灾后救援和重建为融入点,如2003年非典期间7天建成小汤山医院、2020年新冠肺炎疫情期间火速建成火神山和雷神山医院、35年后的新唐山及14年后的新北川,让学生理解中国人民众志成城的抗震救灾精神,这些都是中国力量的强有力体现。课程思政不是简单的内容拼凑与僵硬的说教,强调的是润物细无声地将专业知识传授与思政育人相结合,学生通过教师巧妙的内容设计、合理的安排,在学习专业知识的同时价值观得到塑造,授课过程中可以采用嵌入式、渗透式的融入模式,完成课程的思政目标。

(三)建立课程思政网络第二课堂

目前国内高等学校土木工程专业课程因培养计划的修订课时减少,在教学过程中容易出现顾此失彼、忽略思政教育的问题。挖掘网络课程资源,搭建教学案例库,建立课程思政网络第二课堂是解决这一问题的有效措施。第二课堂引入唐山地震、日本地震、汶川地震等视频资料,使学生了解地震的产生和危害;引入国内知名抗震专家学术讲座和抗震设计实例,使学生了解地震研究的学术前言和抗震设计的先进技术;引入《超级工程》《天眼》《港珠澳大桥》等宣传片,了解中国在土木工程领域的巨大成就。第二课堂一方面可以扩大学生的视野,节约课堂教学时间,提高教学效果与效率;另一方面通过融入国家战略、家国情怀,最终转化为树立远大的专业志向,培养报效祖国的热情和为国奉献的精神。

(四)采用多元化教学方法,建立健全多维度考核机制

传统教学方法难以满足专业课程思政要求,结合课程内容和课程思政的特点,采取学生课下查阅相关资料汇报、做课件或微视频讲解等翻转课堂模式的教学方法,利用案例分析式、参与式、任务驱动式等多种教学方式把思政内容贯穿专业课教育教学全过程,实现全课程育人、全课程思政教学。在考核方式上,将学生观看第二课堂视频的时长与体会、调研报告、课件视频、讨论等环节单独设置考核成绩计入学生期末总成绩,调动学生参与的积极性,使学生能够主动、自觉的学习,形成课程教学“大思政”的新格局[6]。

(五)推动课程思政教材建设

2021年10月,黑龙江省教育厅在全省普通高等学校实施“中国共产党历史”“新时代中国特色社会主义思想”进课程教材工作方案,全面推动课程思政高质量建设。专业课思政教材是全面推进课程思政建设的必然要求,也是专业课教师提升课程思政专业能力的基础。“结构抗震设计”教材的编写从内容上同土木工程专业其他设计类课程教材一样应紧密联系现行《建筑抗震设计规范》规范并侧重对规范条文的理解和应用,思政内容可融入中国古代木结构“以柔克刚”的抗震智慧、融入为中国地震工程学发展穷尽毕生心血的地震学家、融入中国近40年发生大地震的建筑物震害案例、融入现代化超高层建筑先进的抗风抗震设计实例。此外,“结构抗震设计”教材编写应注重专业内容的连续性和系统性、注重思政内容与专业内容的无缝连接、注重理论和实际工程案例结合、注重对学生创新思维的培养和训练。

三、结论

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【关键词】高层建筑;结构设计;问题;优化措施

1引言

尽管我国高层建筑结构设计起步相对较晚,但近年来,我国各大城市高层建筑数量倍增,甚至出现了很多超高层建筑。在高层建筑中,结构设计至关重要,对高层建筑的使用质量与使用寿命有决定性影响。由于业主对建筑的设计与功能的要求不断提高,无形中对高层建筑结构的设计人员也提出了更高的要求。唯有妥善解决高层建筑结构设计中存在的常见问题,才可以提高高层建筑的建设质量,并为高层建筑结构的合理设计与使用安全提供保障。

2高层建筑结构设计中的常见问题

2.1扭转问题。建筑“三心”主要指建筑结构的几何形心、结构重心及刚度中心,“三心合一”时,建筑结构的稳定性最强。然而由于受到地基形状与建筑功能要求等因素的影响,在许多情况下,建筑体型是不规则的,设计中也难以实现“三心合一”,致使建筑结构出现扭转问题,进而影响建筑结构的稳定性[1]。

2.2抗风问题。因为高层建筑的楼层较多并且高度较高,所以,相对其他建筑,高层建筑更容易改变风的流动性与空气的动力效应。由于建筑的刚架结构以及玻璃幕墙等柔性结构的刚度较小,在风荷载较大的情况下,很容易破坏建筑物的墙体、装饰结构及支撑结构,降低建筑物的稳定性。因此,进行高层建筑结构设计时,需要对结构进行抗风设计,防止建筑物受自然因素的影响而存在隐患[2]。

2.3抗震问题。高层建筑抗震结构设计一直以来都是建筑结构设计中的一个难点。因为地震属于自然因素,而每个地区的抗震设防烈度不同,计算得出的数据也并不是所有地区都适用,并且计算地震结构设计数据时,存在许多不确定性因素,加之一些设计人员的灵活性不足,不能很好地完善抗震结构设计。

2.4消防问题。针对高层建筑结构消防设计,在我国相关规范中有明确规定。由于高层建筑楼层比较多,发生火灾时,高层建筑难以疏散住户,对控制火势不利,并且排烟系统设计难度大等,都是高层建筑防火结构设计急需攻克的问题[3]。

3高程建筑结构设计常见问题的优化措施

3.1科学设计建筑平面。针对高层建筑结构中出现的扭转问题,在建筑结构设计中,相关设计人员应以地基具体形状和建筑物功能需要等为依据,科学合理地设计建筑物外形,尽可能采取长方形、圆形等相对常规的建筑平面,提高建筑结构的稳定性。

3.2提高建筑抗风荷载作用的能力。为了使高层建筑抗风构件与结构设计的牢固性符合要求,对高层建筑结构进行抗风设计时,必须充分做好以下工作:(1)优化基础,只有高层建筑的基础部分稳定性较强,才能保证高层建筑上部分结构的稳固性。因此,明确混凝土的级配标准成为高层建筑基础设计最基本的工作。应尽可能购买高级配的砂石,增加基础持力层厚度,加设抗拔的锚杆构件,加强基础的牢固性。(2)通过改变建筑的轮廓设计、投影面积和高度,改变区域建筑布局,以及种植绿植等改变风荷载的强度和方向等,削弱风荷载对建筑的作用。

3.3重视抗震设计。为满足高层建筑结构的抗震要求,可以采取以下3方面的措施:首先是针对高层建筑的结构特点合理布置抗侧力构件,合理布置高层建筑内部水平方向的构件,在水平方向形成应力分布系统,提高高层建筑结构受力的连续性和均匀性。其次是提高地基的抗震能力。可以通过加深高层建筑桩基深度,从而提高建筑的抗倾覆能力和基础的稳定性。最后是优化建筑的承重结构,采用框架剪力墙结构。在地震灾害中,剪力墙可以吸收下部结构传递的地震能量而先被破坏,框架结构继续支撑上部结构,形成了抵御地震作用的二道防线,可以有效降低高层建筑损毁程度[4]。另外,高层建筑内部还需要适当提高墙体与楼板的刚度,从而有效避免建筑位移问题。

3.4加强消防结构设计。高层建筑结构结构复杂,一旦出现火灾,建筑使用者的人身安全与财产安全会受到严重的威胁。为此,必须重视高层建筑的防火设计。首先,应合理设计防火间距。设计人员需要依照相关规定准确测量建筑物间的实际距离,需要注意的是,相邻两建筑之间的最佳防火间距应按建筑外墙间的最小距离进行计算,若外墙包含凸出的易燃构件,应从该构件外缘算起。另外,还必须设计安全疏散通道。通常情况下,需要尽可能多地设计几条便于人们疏散的安全通道。为加速烟雾扩散,安全疏散通道必须设计防烟区[3]。对此,设计人员可以采取分割式设计,以有效控制火势与烟雾的蔓延速度。

4结语

总之,相对其他建筑,高层建筑结构更为复杂,因此,设计人员在设计过程中,应更加全面地考虑各方面的影响因素。同时,设计人员需要充分了解高层建筑结构设计特征,遵循高层建筑结构设计原则,善于发现并采取有效措施解决问题,防止出现质量或安全问题。高层建筑的安全性是重中之重,所以,设计人员不仅需要提高本身的专业能力,还应不断积累经验,进行创新突破,推进我国建筑行业的长期、稳定发展。

【参考文献】

【1】陈敏.探讨高层建筑结构的设计问题及对策[J].智能城市,2019,5(19):30-31.

【2】宋祥.高层建筑结构设计中存在的问题及对策[J].山东工业技术,2017(12):120.

【3】贾庆茂,吴敏,胡洁.高层住宅结构优化设计分析[J].建筑结构,2018(S1):88-90.

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【关键词】结构设计优化;位移比;位移角;剪力墙

1引言

在经济迅速发展的时代背景下,人们对房屋建筑实用性、功能性等要求越来越高[1],高层住宅成为当代人们关注的重点。为了提高住宅的品质,满足当代人们对房屋建筑品质的追求,住宅结构设计的要求越来越高。如果结构布置不合理,尤其是作为关键构件的剪力墙,如果布置不当,受风荷载或者受到地震等自然灾害影响时,结构位移很难达到标准要求[2]。地震灾害对建筑结构的影响相对较大,在高烈度地区尤为明显。所以,急需探究基于提升抗震性能的高层房屋结构优化设计方案。目前,针对高层房屋结构设计及优化的研究比较多,本文尝试引入结构设计优化思想,从不同的视角提出新的房屋建筑结构设计方案优化思路。

2房屋建筑结构设计存在的问题

高层房屋建筑对抗震性能的要求更高,为了满足此项要求,目前很多设计方案从墙体长度、厚度出发来提高结构整体支撑力及抗侧力能力,以此改善建筑结构的抗震性能[3]。然而这种设计方案在模拟分析和实践操作中体现出的性能都较差,未能达到高层建筑抗震规范要求。所以,当前许多高层房屋建筑结构设计虽然布置了较多的剪力墙,但计算结果显示仍存在严重的抗震性能不足的问题。

3基于结构设计优化的房屋建筑结构抗震性能改进

查阅大量文献资料了解到,剪力墙的布置对结构抗震性能影响较大。如果可以减少短肢剪力墙,同时保证墙肢布置结构整齐均匀,便可以起到很好的抗震性能提升作用[4]。该项理论的提出,对房屋建筑结构优化设计帮助较大。因此,本文研究从剪力墙布置角度出发,尝试提高抗侧效率,达到改善建筑抗侧刚度的目的。分析建筑核心层的抗震性能需求,通过计算获取楼板内力,采取配筋处理,以此改善剪力传递作用[5]。另外,从建筑结构的高度和宽度出发,对侧向刚度的抗震性能加以控制,以此优化建筑结构[6]。为了加深此部分内容的探究,本文将以某工程项目为例,对建筑结构加以优化设计,通过对比优化前后抗震性能指标的变化情况,检验高层房屋建筑结构优化方法的有效性。

3.1工程概况及自然条件

本工程位于市中心生活区,房屋的结构总建筑高度105.5m,地上38层,属于A级高度建筑。按照建筑功能的不同,对楼层的层高进行设置。其中,首层为建筑结构的架空层,高度设置为4.7m,其他标准层(2楼及以上楼层),层高设置为2.8m。本工程的结构使用年限设置为50a,抗震设防类别为标准设防类,安全等级为二级。根据建筑所处的地区,抗震设防烈度为7度,建筑所处地区设计基本地震加速度为0.15g,设防地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅱ类。50a重现期基本风压力为0.35kN/m2,风荷载体型系数按照1.4计算,因高度大于60m,承载力计算时采用的风压为基本风压的1.1倍。按照这些自然条件,对房屋建筑结构的设计方案进行优化。

3.2结构形式的选择

由于本工程进深较小只有13.7m,而高度较高达到105.5m,相应的高宽比为7.7。而按照JGJ3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3.2条的规定,高层建筑剪力墙结构最大的高宽比适用值为6。根据住宅隔墙较多的特点,采用抗侧力较强的剪力墙结构。其中,控制结构的位移角及位移比以及对结构薄弱部位进行加强,成为本工程结构设计的关键。本工程梁板混凝土强度等级为C30;剪力墙混凝土强度等级10层以下为C60,10层以上从C60下降至C30。根据建筑物高度及建筑结构剪力墙压轴比限值特点,根据本建筑结构抗震性能要求,将建筑底部3层作为底部加强部位。

3.3结构抗震性能分析及优化思路

按原初步设计结构方案,该建筑相邻的两个单元,用抗震缝隔开分成了两个独立的结构单元,如图1所示。这种一个结构单元的单拼方案,结构平面凹进尺寸较小,楼板尺寸和平面刚度无急剧变化,结构平面比较规则。但是因为一个建筑单元的面宽和进深都不大,平面尺寸只有23.3m×13.7m。水平方向虽然尺寸较大,但是因为横墙需要开门开窗较多。所以水平方向的剪力墙分布不均匀,而且有效墙长较短,导致该方向抗侧刚度不大。垂直方向,可以布置剪力墙的位置较多,剪力墙也基本对齐,但因为垂直方向长度只有13.7m,该方向抗侧刚度也不大。通过计算分析,该方案的层间位移比和层间位移角均不满足规范要求。由计算结果显示,最大位移比发生在水平向,最大值达到1.37,垂直向达到1.34。水平方向最不利层间位移为1/833,垂直方向最不利层间位移1/1273,规范限值1/1000,水平方向不能满足规范限值的要求。通过以上分析可知,单拼方案水平方向抗侧刚度需加强。从剪力墙平面布置来看,水平方向能设置剪力墙的位置几乎全部布置了墙体,通过增加剪力墙的数量来增强抗侧刚度的方法不可行。因此,采用另一个思路做调整,即采用双拼方案,两个建筑单元不设抗震缝,合并成一个结构单元如图2所示。双拼的结构方案,加大了面宽,使水平方向的平面尺寸由23.3m加大到46.3m,高宽比降到2.3。比较单拼和双拼的结构方案的计算结果,双拼方案加大了水平方向的平面尺寸后,最大位移角发生在水平方向,为1/1137,垂直方向的最大位移角为1/1217,水平和垂直方向的最大位移角比较接近,而且均在规范限值1/1000的范围内。比较其他各个抗震指标,水平方向最大位移比由1.37降为1.23,垂直方向最大位移比由1.34降为1.22;水平和垂直方向的第一周期分别为2.6115s和2.6024s,动力特性十分接近,保证了发生地震时结构体系能够协调地抵抗地震力。上述方案中,针对原方案X向和Y向位移角差异较大问题,本优化方案沿着X方向形成大面宽,加大建筑整体架构,从而改善X向刚度,使得抗震效果得以提升。另外,根据计算结果,位移角还有一定的富余,对于中部剪力墙可适当减少布设数量,减小剪力墙长度,进一步控制结构位移比,使位移比更接近规范限值,使结构体系的经济性进一步提升。从性能参数变化便可以看出,优化方案达到抗侧性能提升的目的,结构的安全性和经济性均不同程度得到改善。应当注意到本方案减少高宽比增大抗侧刚度的方法,是针对建筑方案中存在两个相邻对称的单元的情况,如果只是一个独立建筑单元,无法加大平面尺寸,不能增加剪力墙数量,可以采用型钢混凝土剪力墙的结构形式,此种结构形式的刚度和延性都较好,对改善高层建筑结构的位移角有明显的作用,但这种结构形式造价高,一般用于高档写字楼或地标式建筑,住宅类建筑一般不会采用。另外,对于某些品字形的建筑方案,两两相连时,凹进尺寸大于相应总尺寸的70%左右,已经大大超过GB50011—2010《建筑抗震设计规范》(2016年版)的规定值,会形成严重不规则结构,可能造成严重的地震破坏,必须分缝处理。

4连接板薄弱部位抗震性能改善模拟分析

对照规范进一步分析可发现,双拼结构对侧向刚度提升的同时,结构平面产生了新的不规则问题,双拼后,在中部拼接位置采光凹槽的连接板处,凹进尺寸6.5m,相应的垂直投影方向投影总尺寸为12.75m,凹进比率达到51%,大于规范限值的30%。当存在水平地震力,该凹槽连接部位楼板要协调两侧主结构时,平面内将承受较大的水平力。采用有限元分析软件进行分析计算,以中震作为环境模拟条件,对优化后的双拼方案楼板抗震性能进行模拟分析,结果如图3所示。模拟结果显示,在凹槽连接板的位置,拉应力较大,达到3.1MPa,而楼层混凝土强度等级为C30,相应的轴心抗拉强度标准值仅为2.01MPa,远小于拉应力,凹槽连接板可能在地震初期开裂,在往复地震力作用下裂缝会加大,导致楼板平面内的刚度会大大降低,无法协调两侧的结构体共同变形,该部位的楼板需加强。加强的方式,首先,要增加连接板的板厚,降低该部位的混凝土应力,本方案中楼板加强范围内板厚由100mm加厚到150mm,重新模拟分析,最大应力可由3.1MPa降至2.0MPa。另外,通过配置双层双向通长钢筋,增加该部位的延性,延迟连接板的开裂时间,使楼板在多遇地震地震作用下基本处于弹性状态,在设防地震作用下,楼板裂缝宽度及刚度退化也会得到有效的控制。

5结语

抗震技术论文范文8

关键词:高层钢结构建筑,优化设计,结构形式

1概述

近年来,装配式建筑得到了政府的大力推广,其中钢结构工程主要是通过工厂化的形式生产各类结构构件,实现全生命周期的设计,包括生产、施工和安装等环节,具有节能环保的社会效益,在装配式建筑中具有明显的优势。因此在高层住宅、公寓等建筑中,钢结构作为结构主体的应用得到了较大规模的普及。而经济性能是影响其应用的一个关键问题,如何控制工程造价,充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势,工程设计是一个非常重要和关键的阶段。

2工程概况

2.1工程简介。本工程地上10层,地下2层,其中地上部分使用功能为公寓和办公,地下部分为车库。地上部分总建筑面积为135525m2,分为A座、B座两部分,层高为48.72m,每部分通过抗震缝分为四个单体,平面布置如图1所示。结构层高见图2。该工程结构设计基准期50年,安全等级二级,抗震设防烈度8度,地震分组第二组,场地类别三类,抗震设防分类为丙类。适用的主要钢结构规范为GB50017—2017钢结构设计标准[1]及JGJ99—2015高层民用建筑钢结构技术规程[2]。

2.2原结构设计评价。1)每部分通过防震缝划分为4个结构单元,各单元功能单一且有单独的疏散出入口,独立承担地震作用,彼此之间没有相互作用,地震发生时人流疏散较容易。并且结构分析模型较简单,容易估计其地震作用及抗震措施,但需考虑扭转地震效应。2)结构体系为钢框架—中心支撑,支撑起到如同剪力墙的作用,有效提高了抗侧刚度。框架柱选用钢管混凝土柱,可以充分发挥结构良好的抗侧能力和优越的承压性能,且宽厚比构造要求宽松,柱的用钢量较为节省。3)公寓部分的LOFT夹层作为面荷载施加于下层梁板处,未考虑夹层结构抗侧移刚度,且易存在竖向荷载传递不准确问题[3],部分荷载取值较大。4)钢梁多为热轧H型钢,焊接H型钢也多为中翼缘,承载力富余较多,截面利用率偏低。

2.3模型建立及设置说明。本次设计采用北京盈建科软件有限责任公司编写的盈建科建筑结构计算模块YJK(1.9.1.0网络版)进行结构分析,计算模型见图3。在建立计算模型时做如下假定:1)整体指标计算时,假定楼板平面外刚度为零,平面内刚度无穷大;构件计算时,认为楼板与钢梁之间具有可靠性连接。2)弹性阶段阻尼比为3.5%。3)材料主要包括C30,C50混凝土及Q345钢材,本构关系依据《混凝土结构设计规范》[4]和《钢结构设计标准》[1]。

3优化方案

3.1结构体系及抗震等级。选用钢框架(钢管混凝土柱框架)—支撑体系,即在框架体系中的部分框架柱之间设置竖向支撑,形成若干榀竖向支撑框架,见图4。采用支撑结构能大大增加整体刚度,提高抗侧能力。且该体系受力逻辑清晰,腹杆轴力的水平分量承担侧向剪力,可接近于一个真正悬臂梁的性能,悬臂结构上的竖向荷载就是高层建筑的水平力;横向剪力就是层间剪力;悬臂结构根部的弯矩就是倾覆力矩。对于矩形钢管混凝土结构目前各规范冲突较大,例如高度的限制、抗震等级的判定等均有较大不同,具体见表1。对于钢框架(钢管混凝土柱框架)—支撑体系的抗震等级,规范中没有专门规定,因此在对规范内容深入理解后,将框架柱定为一级,梁和支撑等纯钢构件定为二级。与原设计相比,框架柱抗震等级提高了一级,底层钢柱加强,更易满足结构的竖向规则性,使结构的整体指标更加合理。

3.2荷载取值。根据建筑工程做法,计算结构各部分的楼屋面恒载,减小部分取值过大的荷载,同时考虑玻璃的面积,从而减小外墙线荷载。考虑夹层结构的实际布置方式,在与甲方及装修单位沟通后,根据夹层建筑的平面要求布置梁柱(如图5所示)并将其作为普通楼层设置荷载,由于夹层楼板多为轻型板,面内刚度较小,因此将其厚度设为0,仅起到传递荷载的作用。这种处理方式考虑了夹层结构抗侧移刚度,符合结构实际受力状态,且质量源分布较为均匀,一定程度上提高了结构的整体刚度,减小了楼层地震力,从而可以降低楼层最大位移角。

3.3梁规格选取。作为受弯构件的梁,在保证相同抗弯能力的条件下,选择高而窄的截面,可以提高截面利用率。同时在次梁设计时,考虑混凝土楼板的组合作用,将其翼缘设置为上窄下宽,更符合组合梁的受力机理,优化前后钢梁截面如图6所示。

4指标控制及优化结果

髙层建筑结构的用钢量是成本控制的首要问题,优化设计时应特别注重概念设计,把握好结构布置的平面立面规则性、周期及振型、结构侧移等关键指标,注重竖向荷载的传力途径、抗侧刚度,避免结构扭转过大。现以B-1为例,对优化前后各项指标进行比较分析。

4.1结构规则性判断。高层民用建筑钢结构及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变[3]。由图1,图2可知,首层层高接近2层层高的1.4倍,抗剪承载力较2层偏弱,宜形成薄弱层;结构单元长宽比大于2,易造成扭转不规则;钢结构高层建筑偏心率普遍较大,易形成偏心布置不规则。因此优化设计时将首层钢柱及支撑适当加强,避免承载力突变,减小不规则项目,避免超限审查,减小设计难度及设计周期。结构的平立面规则性主要体现在楼层抗剪承载力及位移比两方面,由表2可知,因层高较高,首层抗剪承载力之比最小。优化前,两个方向的比值分别为0.79和0.73,均小于0.8,属于楼层承载力突变,优化后,两个方向的比值分别为0.85和0.81,均大于0.8,满足了规范对竖向规则性的要求;由图7可知,规定水平力作用下,优化前后两个方向的楼层位移比均小于1.2,满足平面规则性的要求,结构扭转得到了有效控制。

4.2楼层位移角控制。楼层位移角是体现结构抗侧刚度的重要指标,在《建筑抗震设计规范》和《高层民用建筑钢结构技术规程》中限值为1/250,《矩形钢管混凝土规程》和《钢管混凝土规程》中为1/300,而老版抗规中侧移角的限值为1/300,综合考虑,将侧移角限值控制在1/300以内,保证结构有足够的侧移刚度及安全储备。由表3可知,X向地震作用下,优化前后最大位移角分别为1/585和1/473,Y向地震作用下,优化前后最大位移角分别为1/331和1/319,优化后结构侧移略大于优化前,且均满足规范限值及位移控制指标,结构抗侧刚度较大。

4.3周期、振型分析。由表4可以看出,第一振型为Y向平动,第二振型为X向平动,第三振型为整体扭转,优化前后周期及振动特性相接近,以扭转为主的周期T3与以平动为主的周期T1之比分别为0.53和0.55均小于规范限制0.9,一阶平动中扭转方向因子均为0,二阶平动中扭转方向因子,优化前后分别为0.10及0.12。反映出结构抗扭刚度理想,整体性较好,刚度分布合理,有效降低了地震工况下的扭转耦联效应。

4.4优化结果。优化后,节约用钢量1473t,优化百分比为12.47%,并且通过合理的结构选型及计算参数设置,结构各项指标(侧移、扭转位移等)均满足相关规范要求,且与原设计相近,在节约用钢量的同时,并未降低原设计预留的安全储备。优化量清单见表5。

5结语

通过本文分析,高层框架—支撑体系钢结构建筑的优化设计应注重概念设计,根据预设目标控制结构的扭转、侧移及平立面规则性等指标,对结构模型进行合理的计算假定,并根据实际情况布置夹层楼面结构,选用合理的钢梁截面规格,对荷载精细化计算,在用钢量降低的同时,保证结构有合理的安全储备。

参考文献:

[1]GB50017—2017,钢结构设计标准[S].

[2]JGJ99—2015,高层民用建筑钢结构技术规程[S].

[3]靳海洋,张刚权,胡兆文.某高层LOFT公寓钢结构夹层设计方法分析[A].2014年全国钢结构设计与施工学术会议论文集[C].2014:106-109.