写字楼框架结构设计文献综述+开题报告+外文翻译.doc

附件一：课题名称开发区某高级写字楼框架结构设计主要任务与目标土木工程专业结构工程方向毕业设计的教学过程，是实现本科培养目标要求的重要的实践教学环节,是学生在毕业前的最后学习和综合训练阶段；对于提升学生综合素质、培养教学与工程实践接轨有着重要的意义。通过深入实践、了解社会、撰写论文等毕业设计（论文）诸环节，着重培养学生综合分析、解决问题以及组织活动和社交能力，尤其在独立工作能力方面上一个台阶。同时对学生的思想品德、工作态度、工作作风、事业心和责任心等诸方面都会有很大影响，对于提高毕业生全面素质具有重要意义。主要内容与基本要求1、建筑部分（1）总建筑面积10000m2左右。（2）技术要求：建议层高4.2 m，总高不大于30m，采用不上人屋面；基本雪压0.3kN/m2，基本风压0.5kN/m2。抗震设防烈度为6度。地质条件为素填土0.5m，淤泥质粘土13.5m砂土10m，地下水位在地表3.000m。（3）设计内容及要求 完成的图纸内容为施工图深度要求。应完成图纸内容：1） 按建筑制图标准规定绘制图纸若干张，要求完成下列内容：主要内容与基本要求建筑设计总说明，平、立、剖、详图等；门窗统计表(门窗明细表中的内容有编号、名称、洞口尺寸(宽×高(mm)、数量等)等。2）各层平面图，注写图名和比例。标注房间名称，标注各部分尺寸：外部尺寸：三道尺寸(即总尺寸、轴线尺寸、墙段和门窗洞口尺寸)以及底层室外台阶、坡道、散水等尺寸。内部尺寸：内部墙段、门窗洞口和墙厚等细部尺寸。标注室内外地面标高、各层楼面标高。标注轴线及轴线编号、门窗编号、剖切符号和详图索引符号等。3）立面图（不少于两个），包括各个立面的建筑设计及有关尺寸；标明建筑外形以及门窗、雨篷、外廊等构配件的形式和位置，注明外墙饰面材料和做法。标注边轴线及编号，注写图名和比例。4）剖面图比例（不少于一个），包括剖面组合、房间各部分的高度及楼梯剖面；标注室内外地面、楼面、平台面、门窗洞口顶面和底面以及檐口底面或女儿墙顶面等处的标高。标注建筑总高、层高以及门窗洞口和窗间墙等细部尺寸。标注主要轴线及编号、详图索引号,标注写图名和比例。5）屋顶平面图 表示出各坡面交线、檐沟或女儿墙和天沟、雨水口、屋面上人孔等位置，标注排水方向和坡度。标注屋面标高(结构上表面标高)，标注屋面上人孔等突出屋面部分的有关尺寸。标注各转角处的定位轴线及编号。外部标注两道尺寸。标注详图索引符号，注写图名和比例。6）楼梯详图（包括平面图、剖面图、踏步、扶手大样等）7）局部详图34个。屋檐、屋面泛水等。要求表示清楚各部分的构造关系，标注有关细部尺寸、标高、轴线编号以及做法说明等。2、结构部分 （1） 设计任务 1）绘制图纸若干张，要求完成下列内容结构施工图要求完成：结构平面布置图(1:100)； 基础平面布置图及基础配筋图； 楼梯的结构布置图及配筋图)；框架配筋详图；构件详图（现浇板配筋图等）。 2）结构计算-写于计算书中, 要求完成：一榀框架及其柱下基础的设计计算；现浇楼梯(梁式或板式)的设计计算；现浇板的的设计计算。3）结构设计计算书结构设计计算书中必须注明结构及其构件选型和结构布置，详细列出结构设计计算的各个步骤、全部的计算过程和计算结果。计算书中应附有必要的计算用图(结构及构件的关系图和结构及构件的计算简图)。计算书必须采用word文档，不能随意涂改。 （2） 技术要求：手算中需考虑侧向风荷载的影响。根据场地地质条件进行基础的计算。主要参考资料及文献阅读任务1、民用建筑设计通则JGJ 37-87；宿舍建筑设计规范JGJ 36872、房屋建筑学 3、钢筋混凝土结构设计规范GB50010-2002 4、砌体结构设计规范GB50003-2001 5、建筑桩基基础设计规范JGJ94-94 6、建筑抗震设计规范GB50011-2001 7、钢筋混凝土结构教材（上、下）; 结构力学教材; 土力学与地基基础教材; 建筑结构抗震设计教材; 8、建筑构造通用图集外文翻译任务阅读相关结构设计的外文文献若干篇，并择其一、二篇翻译。要求英文字符数10000以上，汉字2000以上。计划进度：起止时间内容2007.1.82007.1.30开题报告、文献综述、外文翻译2007.3.52007.4.1确定设计方案、完成建筑部分设计任务2007.4.12007.5.6结构计算，施工图设计，完成结构部分设计任务2007.5.9提交初稿2007.5.16定稿，提交毕业设计全部材料2007.6.10前毕业设计答辩实习地点慈溪维科置业有限公司指导教师签 名年 月 日系 意 见系主任签名： 年 月 日学院盖章主管院长签名： 年 月 日文献综述报告：钢筋混凝土建筑结构设计综述03级土木工程（2）班 章正锋1.引言本文主要是总体介绍钢筋混凝土在建筑上的应用与设计的过去状况、现状与未来的发展方向以及浅谈结构设计一些原则与方法，文章所描述的结构仅限于钢筋混凝土结构。自从世界上首次制成钢筋混凝土制品，并用于结构工程，至今略过百年。比起原始人类最早所用的土、木结构，文明史初期出现的砖石、砌体结构，以及工业革命后大量发展的钢结构来说，钢筋混凝土结构是最年轻的结构工程成员。但是，它的性能和制作工艺不断地获得改善和提高，结构形式变化多样，应用范围逐渐扩大。现今，在世界各国，特别在我国，它已经成为结构工程中最为兴旺发达的一族。其广泛应用于建筑工程、桥梁和交通工程、水利和海港工程、地下工程及特种结构等。2.钢筋混凝土与结构设计2.1 钢筋混凝土所谓钢筋混凝土结构是指由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。其充分利用了混凝土的受压能力与钢筋的受拉性能。2.2 结构设计而建筑结构设计就是结合一系列的理论计算方法充分利用钢筋混凝土的力学性能，设计出最优化的结构受力体系，满足人类的日常生活的要求。结构的设计原则和计算理论，初期是从钢结构移植过来的“弹性分析-允许应力法”，发展为单一安全系数的极限承载力法，以至现在基于概率统计可靠度分析的极限状态设计法。结构的内力计算，由最简单的古典弹性分析法，发展为考虑塑性变形的极限平衡法，以至进行结构受力非线性全过程分析。有限元分析方法和计算机技术的结合，为复杂结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程中已日益完善。2.3 新型钢筋混凝土结构的发展随着现代科学的发展，钢筋混凝土结构已经不仅仅是混凝土加钢筋的组合。越来越多的新型现代钢筋混凝土结构出现并应用在建筑上。如新型钢管混凝土结构，特别是最新采用薄壁钢管混凝土，采用高性能混凝土的钢管混凝土，中空夹层钢管混凝土，该新型结构是将两层钢管同心放置，并在两层钢管之间关注混凝土。这种钢管混凝土具有很好的发展前景，可以减少单位耗钢量，降低结构的综合造价，且结构上钢管混凝土柱刚度大，变形小，稳定性好，在多层住宅及高层或超高层建筑中应用较实惠。另外，钢与混凝土组合结构也进入工程师结构选型的视野，如钢与混凝土组合梁、钢与混凝土预应力组合梁、钢板与混凝土组合梁、钢桁架与混凝土组合梁、压型钢板混凝土组合梁、外包钢混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢骨混凝土柱等。预应力混凝土结构自从上世纪20年代进入混凝土结构家族以来，逐渐成长为一项成熟的结构。采用先张拉和后张拉的技术是混凝土结构在承受荷载前给予配置钢筋一个有效预应力与锚固损失和混凝土收缩徐变产生的损失相等。要注意的预应力混凝土技术需要采用高强钢材和高强混凝土材料。因此预应力混凝土在要求裂缝控制等级较高的结构；大跨度或受力很大的构件；对构件刚度和变形控制要求较高的结构构件中优先采用。2.4 建筑结构设计原则与浅析建筑结构设计的原则是：适用、安全、经济、美观，同时要便于施工。这五个方面各有所重，又互为矛盾，最优建筑结构设计是这五个方面的最佳结合。结构设计一般在建筑设计之后。结构设计不能破坏建筑设计，建筑设计不能超出结构设计的能力范围。结构设计决定建筑设计能否实现，在这个意义上，结构设计显得更为重要。建筑结构设计可分为整体设计和部件设计两部分。整体设计包括结构体系的选择、柱网的布置、梁的布置、剪力墙的分布、基础的选型等。整体设计一般分主体和基础两部分进行。设计人员根据建筑物的性质、高度、重要程度、当地的抗震设防烈度、风力情况等条件来选择合适的结构体系。选定结构体系后，就要具体决定柱、梁、墙(剪力墙)的分布和尺寸等。在进行主体结构内力计算后，主体结构底截面的内力就是基础选型和计算的重要依据。进行整体设计后，就要进行部件设计。部件设计是指柱、梁、板、墙(剪力墙)和块体这5部分的内力和配筋计算。梁和柱一般可看作细长杆件，内力情况与计算体系相符合。单向板可简化为单位宽度的梁来计算，双向板的计算理论也较成熟，异型板的计算较为复杂，应尽量避免。对于单片的剪力墙，一般把它视为薄壁柱作近似计算，有时要考虑翼缘的作用；对于简体结构中的剪力墙则要用空间力学的方法来计算。块体不同于梁、柱、板、墙，它在空间3个方向的尺寸都比较大，难以视作细长杆件或简化为平面体系来计算。如单独基础、柱的承台、深梁都是块体，受力情况很复杂，难以精确分析，所以在计算中往往加大安全系数，以保安全。手算与计算机算所采用的计算方法、理论、计算模型是有差别的。结构计算的工作量是很大的，采用手算时要在工作量和计算精度之间折中。手算时为减少工作量，受力体系应尽量简化为平面力系，计算中作一些假设，要利用经验值和图表，用计算机进行合理的结构内力计算，需要优秀的结构计算程序。作为结构设计人员应学习计算机所用的计算理论，并要知其所以然。结构设计程序的出现并没有降低对设计人员的要求，相反，它要求设计人员学习更先进的计算理论。目前许多结构计算程序都有一个弊端：即计算过程的屏蔽，使用者只管输入数据和看结果，对计算过程一无所知，不知道计算过程建立的基础及其适用范围，这是潜在的危险。一个优秀的结构计算程序应该提供程序所采用的计算理论的详细说明，说明其采用的计算模型、计算假设、适用范围等。另外，应允许使用者干预计算过程，充分发挥设计者的主观能动性和创造力。另外，在设计中活荷载是需要重点考虑的，例如风荷载和雪荷载都是比较容易过大或者过小的被设置。更重要的是已有建筑物的荷载中，风荷载和雪荷载所产生的效应是巨大的。因此在建筑的荷载设计中，风荷载与雪荷载要考虑周到。2.5 结构设计的发展方向今后结构设计的方向应该是：（1）概念设计将发挥越来越大的作用概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造的问题，以达到合理抗震设计的目的。它是根据抗震设计的复杂性、难以精确计算而提出来的一种从宏观上实现合理抗震，避免不必要的繁琐计算，同时为抗震设计创造有利条件，使计算分析结果更能反映地震时结构反应的实际情况的设计方法。（2）采用先进的计算理论空间受力分析，非弹性变形分析，塑性内力分析，由加载到破坏全过程的受力分析，时程分析，最优化设计，方案优化等先进科学的设计方法及理论将得到更广泛的应用。（3）采用主动设计，使设计更合理、更经济今后的设计除了提高结构抗力外，还应考虑尽可能地降低作用效应。因为降低作用效应对增加结构安全性，降低造价，节约投资意义重大。（4）使用具有高强、轻质、环保等特点的新型建材建造物的自重在结构设计中占有很大的比重，使用轻质、高强的建材，将使建筑结构设计发生革命性的变化。例如在预应力结构中，无粘结预应力筋是近几年发展起来的预应力筋的新型材料。（5）钢筋混凝土结构耐久性设计将被更多的考虑可持续发展在当今世界上日益重要，提高钢筋混凝土结构的耐久性就是建筑的节能，就是对能源的节约和保护，在以后的设计中，耐久性设计将是被更多考虑的一个因素。（6）结构工程的优化设计为了减少造价，优化设计能最合理地利用材料的性能，使结构内部各单元得到最好的协调，并具有规范所规定的安全度，可以使土建工程造价降低5-30。结构优化是使设计者能从被动的分析、校核，而进入主动的设计，是结构设计上的一次飞跃。3.总结放眼未来，钢筋混凝土结构虽已过百年，但科技是第一生产力，只要科学在进步，钢筋混凝土结构的发展将不会停止，可以说钢筋混凝土结构是一个年轻的结构工程。作为造价较低的结构，在世界上，特别在我国这样一个发展中国家还是具有很广阔的前景。参考文献1 过镇海、时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M 清华大学出版社2 胡涛 建筑结构设计浅析 J 山西建筑 2002年第28卷第7期3 冯乃谦 高强度混凝土结构 M 机械工业出版社4 张炳华、候旭 土建结构优化设计 J 同济大学出版社5 韩林海、杨有福 现代钢管混凝土结构技术 M 中国建筑工业出版社6 王连广 钢与混凝土组合结构 M 科学出版社7 王顺卿 谈建筑结构设计中的概念设计 J 山西建筑 2006年第32卷第6期8 廖良辉 钢筋混凝土结构设计若干问题 J 福建建筑 2000年增刊9 廖利群 计算机优化技术在建筑结构设计中的应用J 建筑科学2006NO.1410 叶志锋 浅谈建筑结构设计基本原理J 山西建筑 2006年第32卷第20期11 Vivian Meloysund, Ph.D. ; Kim Robert Liso, Ph.D. ; Jan Siem ; and Kristoffer Apeland Increased Snow Loads and Wind Actions on Existing Buildings: Reliability of the Norwegian Building Stock J 10.1061/(ASCE)0733-9445(2006)132:11(1831)12 李雁英 预应力混凝土的发展简述J 电力学报 2004年第19卷第3期13 曹志明 预应力在混凝土工程中的应用J 经济技术协作信息2006年19期14 Chu-Kia Wang and Charles G.Salmon Reinforced Concrete Design, 6th ED. M. Journal of Structural Engineering, Oct98, Vol. 124 Issue 10, p1234, 1/2p; 浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班 级03土木工程（2）班姓 名章正锋课题名称开发区某高级写字楼框架结构设计目录1.引言2. 选题意义与可行性分析3.研究的基本内容与拟解决的主要问题4.总体研究思路及预期研究成果5.研究工作计划6.相关规范7.涉及软件8.主要参考文献成绩：答 辩意 见（从选题、任务工作量、质量预期、可行性等几个方面）答辩组长签名： 年 月 日系主任审核意见签名： 年 月 日开题报告1.引言本次设计对象为开发区某高级写字楼框架结构设计。建筑总建筑面积10000，建筑层数6层。主要设计任务是建筑外形设计、结构计算、施工图设计、完成部分结构计算，并用PKPM电算法进行验算并出图。本次结构设计的目的是通过高级写字楼框架结构设计，掌握结构设计基本流程与方法；了解结构设计中相关的规范标准；熟悉建筑设计中应遵循先建筑后结构，先上部后基础的设计和步骤。同时，也是对自己大学里所学专业知识的一次综合应用与实践演练。2. 选题意义与可行性分析本次设计的选题是高级写字楼框架结构设计。随着国民经济的不断发展，房地产开发蓬勃发展，成为支柱性产业。多层和中高层的民用住宅建筑在我国城镇中越来越多，而这些住宅设计多因建筑上要求平面的灵活性和结构设计上的抗震要求而大多采用钢筋混凝土框架结构体系。虽然目前这种结构已经是非常流行，但是结构的合理与否依旧影响着用户的满意度及开发商的经济效益。不断地优化，在两者之间取得一个平衡是我们结构设计工作者地目标。本工程在设计过程中会涉及到钢筋混凝土结构、结构力学、结构抗震、地基基础等大学所学地专业知识，通过本次设计有利于知识的巩固和应用。钢筋混凝土结构是当前应用比较成熟的一种结构，在大学的学习中，有过相当于框架结构设计的分解的课程设计有房屋建筑学课程设计、钢筋混凝土单向楼板设计、单层厂房设计等；同时复习大学所学的各项专业知识，通过知识整合，完成本次结构设计的任务。本次高级写字楼框架结构设计对于大学本科学生是可以完成的任务。因此，对本次结构设计的预期目标有：（1） 通过本次毕业设计，能够系统复习与应用过去所学的专业知识；（2） 对于多层和中高层建筑尤其是框架结构的设计过程能够有一个比较清晰的概念，熟悉设计过程中建筑、结构和岩土三方的协调配合；（3） 会合理的选择结构体系和结构布置，采用优化设计的概念，力求设计经济、安全、耐久和舒适；（4） 能够熟练应用PKPM系列结构分析软件设计，并对其设计原理和步骤有清晰的了解。能够独立分析处理软件计算结果和实际应用目标的差异并进行修正；（5） 能够按现行平法标注法绘制结构平面、梁、柱和混凝土墙施工图，楼梯施工图；3.研究的基本内容与拟解决的主要问题3.1建筑方案与结构方案的统一在设计中如果刚开始建筑方案和结构方案不能很好的统一协调，那在之后的系列设计中会碰到一些问题，甚至会有修改建筑方案的可能，从而重新进行结构设计，造成重复劳动。因此，在方案初期就应该考虑到建筑方案是否符合结构设计的要求，可以与建筑学的同学交流一下思想，或者与指导老师交流学习。在建筑、结构、经济、安全等综合因素的考虑下进行方案修改，尽量避免以后的修改工作。3.2结构概念设计概念设计是结构设计的初期需要进行考虑的。概念设计包括结构选型，梁、板、柱的估算。概念设计有利于整个结构设计更加方便的进行。结构选型，本次毕业设计的课题是6层钢筋混凝土的高级写字楼，可以考虑本结构选用框架结构较为经济适用。梁、板、柱的估算，先对整个框架的荷载进行估算，利用分配原则，对柱尺寸，板厚度，梁尺寸的估算，之后进行详细的结构设计，遇到不合适的尺寸再加大尺寸进行设计计算。3.3结构抗震设计本设计结构抗震设防烈度为6度，结构抗震设防的原则要求在建筑设计上尽量规则，对称。在荷载计算上，由于是6度设防抗震，且框架结构高度不高于30米。则建筑属于四级抗震，则只要在构造上满足抗震设计要求即可，不需要进行专门的抗震计算。但抗震设计相对本科毕业设计者毕竟是相对薄弱。因此，对于本毕业设计，结构抗震上的一些要求，要看懂抗震规范的要求，翻阅相关的参考资料，并与指导老师交流。3.4结构力学计算方法进行一榀框架设计一榀框架的手算一般采用结构力学上的力矩分配法进行计算。需要注意的是，力矩分配法作为一种结构力学方法和应用到框架计算上一些取值的不同。结构力学中力矩分配法弯矩的传递系数为0.5。而框架计算分层法的计算中，其传递系数是不同的。如除底层柱外，其它柱的传递系数为1/3，需要设计者细心。另外在线刚度的计算上，结构力学中大多是有已知的线刚度大小。而在实际的框架设计中，梁柱的线刚度是需要设计者先求出来的。在线刚度的求法上，特别注意的是，中间框架的线刚度一般取I2进行计算。在力矩分配法结束以后，若是出现刚性节点的弯矩之和不为零，那么需要重新进行分配，直至刚性节点弯矩为零为止。在利用弯矩分配法求出各节点弯矩后，再利用结构力学方法求出梁柱的各弯矩、剪力和轴力，为之后的截面配筋设计做好铺垫。3.5柱下基础设计根据本工程建筑的性质、规模、高度、体型，对地基变形的要求，场地和地基条件的复杂程度，以及由于地基问题对建筑的安全和正常使用可能造成影响的严重程度等因素确定建筑地基基础设计等级。综合该建筑的总体因素，基础采用钢筋混凝土预制方桩。3.6楼梯设计楼梯设计包括尺寸上的设计以及结构设计。房屋建筑学中楼梯设计的知识是本次楼梯设计的基础。要注意到楼梯设计的踏步，踢脚，休息平台等与层高结合设计除符合实际的尺寸。再进行结构上的设计。楼梯的设计比较简单，但也应该细心的计算，如果可能，再利用PKPM中的楼梯设计软件进行验算。3.7现浇板设计现浇板的设计中板的非结构层的荷载计算；板的计算以一米为单元；在调幅中一般调幅范围在80-90；板的施工图绘制中注意板的构造配筋。因此，应该先复习现浇板的设计计算，构造配筋，以便在设计中能熟练的应用知识进行准确的设计出图。3.8 PKPM结构建模与参数输入在电算中要注意结构参数的输入，参数不同会导致结果与手算的结果有较大差异。因此要在用PKPM之前对各参数的意义进行学习熟悉，还应对PKPM的使用要复习，达到熟练操作。另外还需以下几点：（1）荷载计算，包括楼面恒载和楼面活载，以及梁上隔墙的荷载；（2）在PMCAD里输入定位轴线并布置梁柱墙以及荷载；（3）在建模过程中，对于一些受力复杂的部分，可根据结构力学原理，保证安全情况下进行力学模型简化；（4）软件不是万能的，因此需要内力校核，设计应该根据所学知识用概念定性判断模型受力情况，并和软件结果相比较，对于差距比较大的应该分析原因，并作出相应的调整；（5）在配筋图出来以后，应在PMCAD的图形编辑处进行修改，或者转化成CAD的格式在ACAD上进行修改，以便出图能最大限度的接近施工的要求；（6）当出现超筋或柱轴压比过大时，应该先查明原因，在调整结构接着计算。梁超筋可以加大梁尺寸，但建筑上要求可能受限制，则可考虑改变材料的使用。柱轴压比过大也可考虑柱尺寸的设计。4.总体研究思路及预期研究成果本次建筑设计按照国家设计规范进行设计，而结构设计中需要结合大学本科四年所学的专业知识。结构设计总体研究思路如下：（1）荷载计算，得到板所受荷载（2）梁、柱、板尺寸估算（3）梁、柱线刚度计算（4）梁柱所受荷载计算（5）分层法计算梁柱在竖向荷载作用下的内力（6）框架在水平力作用下的内力（水平地震作用力、风荷载等）（7）荷载组合再进行截面配筋设计计算以及板截面计算（8）竖向荷载传递，进行柱下基础计算设计（9）PKPM建模进行电算验算（10）施工图出图经过本次高级写字楼框架结构设计以后，预期研究成果有：（1）建筑方案符合国家各规范要求（2）结构手算方案与电算方案相差不大（3）结构施工图的出图最大限度的符合施工的要求（4）掌握结构设计的整个设计流程，要求，完善具备独立设计的能力5.研究工作计划2007.1.8-2007.1.31 开题报告、文献综述、外文翻译2007.3.5-2007.4.1 确定设计方案、完成建筑部分设计任务2007.4.1-2007.5.6 结构计算，施工图设计，完成结构部分设计任务2007.5.9 提交初稿2007.5.16 定稿，提交毕业设计全部材料2007.6.10前 毕业设计答辩6.相关规范1.民用建筑设计通则JGJ 37-87；宿舍建筑设计规范JGJ 3687；2.房屋建筑学；3.钢筋混凝土结构设计规范GB50010-2002；4.砌体结构设计规范GB50003-2001；5.建筑桩基基础设计规范JGJ94-94；6.建筑抗震设计规范GB50011-2001；7.钢筋混凝土结构教材（上、下）；结构力学教材；土力学与地基基础教材；建筑结构抗震设计教材；8.建筑构造通用图集；7.涉及软件1.结构平面计算机辅助设计软件PKPM2.结构三维分析与设计软件TAT3.计算机辅助设计软件ACAD8.主要参考文献（1）王心田 建筑结构概念设计 天津大学出版社（2）王心田 建筑结构体系与选型 同济大学出版社（3）东南大学等主审 混凝土结构（上、中册） 中国建筑工业出版社（4）王小红等 建筑结构CAD 中国建筑工业出版社（5）包世华 结构力学 武汉理工大学出版社（6）尚守平 结构抗震设计 高等教育出版社外文翻译一：外文原文一出处：DOL: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2006)132:11(1831)现有的建筑物上增加的雪荷载和风荷载效应：挪威建筑物可靠性分析Vivian Meloysund, Ph.D. ; Kim Robert Liso, Ph.D. ; Jan Siem ; and Kristoffer Apeland摘要：对来自在挪威的20个现有建筑物上的一个雪荷载和风荷载效应的调查结果分析。由于存在雪荷载或风荷载，所以需要调查在哪些范围内的现有的建筑物会与现有的规范要求或者抵抗倒塌的安全度有关。十八个建筑物在现在的规范之下有一个超过1.0的利用比。新的设计规范已经开始应用到大部分的建筑上，与现在规范，对于雪荷载和风荷载效应，对于减少坍陷的安全性有较好的安全度。当评估一个国家的规划具有哪些可能结果的时候，建筑物的大部分的数据依照现行的房屋建筑规范来评估，那么可靠性是很低的。对未来的气候变化的研究表明雪荷载和风荷载在很大程度上会有增加的趋势，大面积的屋顶也会在强烈的风荷载下需要承受更多的危险。因此，在将来这些建筑物的可靠性将会降低。关键字: 承载力； 建筑物； 气候上的变化； 挪威； 可靠性； 雪载重； 结构设计； 结构的安全性； 风荷载绪论背景在1999/2000年的冬天，挪威北部的巨大雪载导致部分建筑物倒塌。在Bardufoss社区活动中心的意外事件中，屋顶塌陷甚至造成三人死亡,这是所有这类性质的意外事件中最严重的（图1）。当该建筑物建成后，屋顶上的雪载就超过其原来设计当初的标准荷载，而且此坍陷的最重要的因素之一是在屋顶上有一个构造过失。图1 Bardufoss社区活动中心（允许再版）建设管理局，奥斯陆，挪威图1主要目标和定界线调查的主要目标是获得关于雪荷载或/和风荷载的作用下，以及在现行的规范标准约束下，挪威现有建筑抵抗塌陷的可靠性研究调查。以及，在未来挪威气候改变的条件下，如何分析并建立一个原理和模型。本次调查分析包括设计文件，20座曾经经历过五次较大雪载作用的，五次强风荷载作用的，至今仍然存在的建筑物。统计资料包括了大约三百七十万在挪威注册登记建筑物的建筑类型，建筑年限，地质资料。特别需要注意的是那些无遮掩，完全暴露在风荷载或者雪荷载作用下的建筑物。评定是否合理那要决定于规范中的一些数据在设计中使用是否准确，理论上的参数是否包括在正常范围之内。调查把重心集中在评估建筑物的主要负荷-支承结构,或者更小的范围甚至可以仅是副载重-支承结构。表1列举了各年份挪威各地区所发生塌陷事故的建筑。表1 主要由雪载引起的塌陷事故建筑物建筑类型地区建设时间塌陷/破坏时间Stongelandet Skole游泳中心特罗姆瑟19712000Bardufoss Samfunnshus活动大厅特罗姆瑟19652000Lenkngen Skole学校特罗姆瑟19702000Malselv活动大厅特罗姆瑟2000Storoll Skole学校Nordland19902000Tromso Tennishall体育中心特罗姆瑟2000Lekenas-hallen体育中心Alcershus1978/19961999Lofothallen体育中心Nordland1999Aukra工业用房Romsdal1996Asker Tennishall体育中心Alcershus1994Drammen学校Buscerad1994Harstad工业用房特罗姆瑟1988Birkenes-hallen体育中心Aust Agder1987Svelvik Kresseri工业用房Vestfold1987Epolehallen军事设施特罗姆瑟19821983Tromset工业用房特罗姆瑟1975房屋建筑设计规范关于雪荷载和风荷载效应的荷载规范1949年12月15日发布的房屋建筑规范在对于雪荷载的设计时屋顶雪荷载大致在1.5KN/m左右。在单独建设的房屋上，不管这个估算是减少了还是荷载增加了都需要由政府权威部门批准才可以执行。屋顶上的雪荷载与屋顶的形状有关，但是其荷载标准值大小却以简单的方法来计算。一般正常的建筑物设计中风压是等于1.0 KN/m，而无遮掩部分的面积，其风载应该要等于1.5 KN/m。完全暴露于风压作用下的建筑面积，建设的主管当局可以批准增加这些风压荷载的大小。一个封闭建筑的迎风和背风的系数总和可以是1.2。在1970年挪威建筑规范NS3052中，是由雪载图来说明哪些区域雪载达到1.5 KN/m，哪些在1.5KN/m和2.5 KN/m之间, 哪些在2.5 KN/m以上。风荷载则是由四种曲线把各区域分为A,B,C,D四种，在图2中可以看到。规范应用更多更详细的标准数据来指出迎风和背风墙的系数也是1.2。与1949年的房屋建筑规范相比，在NS 3052中，不同的是它更多的指明了在空旷地区的风速压力是相对较小的。同时，在NS3052中，也介绍了部分传递系数，当风压作用时的部分传递因数被设定成1.5的时候，雪荷载的部分传递因数则要设定成1.6。在2002a挪威标准规范中，整个国家的434个行政区域都被分区并详细的说明了风压标准规范。由风的参考速度来定义方位(在22 m/s和31 m/s之间变化)。在迎风的10km区域，地面的粗糙程度对风压是很重要的。在规范里成为速度风压，也有五个关于地形粗糙程度的定义。另外其它重要的因素包括风向、建筑高度、地形也需要列在考虑范围之内。风压（kPa）建筑高度风速 m/s屋顶参考高度地形标高基础标高图2 风压曲线表图2在这个规范的修正方法中，挪威标准规范1999（NS 3490）则为环境的负荷规定一个50年的重现周期。环境负荷部分的传递系数被设定成1.5。部分的传递系数要乘以一个缩减系数k。规范的广泛修订已经相当大的增加了规范的详细程度。目的是为了符合表2的要求，从而达到一个安全的水平。换句话说，目的是为建筑物能达到一个相对的可靠度要求而制定了一个比较统一的安全等级要求，即使建筑物在不同的区域建造,但如果有些结构处于不同的可靠度等级，那么就具有不同的安全水平。表2 可靠性等级、建筑类型、可靠性系数和塌陷概率可靠性等级建筑类型可靠性系数塌陷概率4大型公共建筑4.260.000013商场3.710.00012办公楼3.090.0011普通民房2.320.01meloysund等人详细描述风荷载效应和雪荷载的设计荷载发展历史。选择标准及方法使用范围在人多的时候发生建筑塌顶的后果要比人少的时候要严重的多,因此在公共建筑，如体育馆，若是发生类似的事件，后果是非常严重的。但是要是在仓库里发生类似的倒塌事件，那后果的严重性将会减少很多，这在规范中也有表述。在现行的规范下，对于易产生严重后果的公共建筑则有更强硬的强制性。材料使用与截面尺寸相对于雪荷载来说，轻型屋顶的比重是很小的，但仍是要承受住雪荷载的作用。如果当雪荷载标准值超过设计标准值时，那么承受荷载的能力要随着雪荷载增大而增加相同的百分比。如果特定的承载力已经很高了，那么相应的增长可以相对少。因此，轻型结构相对于重型结构来说，前者更适用于积雪量超过负荷而设计的结构，而后者则比较困难。换句话说，重型结构有较大的内置的安全，当负荷增加超出本身的承载能力时，则还要考虑其内置的安全。另一个选择的标准是建筑物跨度的大小，一幢建筑物若是跨度很大，那它往往容易倒塌。很多类型的工程对不平衡受荷是相当敏感的。当结构在清理积雪的时候，那就是前面所讲的结构所承受的荷载大于清理前的情形。而且有很多清除积雪的时候导致建筑物倒塌的例子也是存在的。因此，重要的是要知道在清理积雪期间，建筑物是否可以承受不平衡的荷载。工程年限、荷载、地质情况从1949年到今天，建筑荷载设计已经有很大的变化。因此，建设工程的时间可能会告诉我们建筑物的安全水平。一般来说，在高降雪地区老的建筑物比同样地区新的建筑物安全水平要低一些。至于风荷载，不同安全等级的建筑也稍微是不同的。在遭受严重的环境荷载的区域中安全水平或许已经被影响而下降,现在的雪荷载和风荷载效应的设计已经从过去适用于整个国家区域，调整到挪威真实的环境荷载变化，从而一般情况下荷载标准值都是需要增加的。因此，在挪威西北部的北方海岸区域，风荷载设计中大多比别的区域都是较大的。建筑物地方性以及所在地方的地质粗糙程度也是研究雪荷载和风荷载的重要数据资料。构造方法预制结构现在仍然在使用中，它的结构设计计算也不一定按照设计的标准，许多结构都是按照挪威实际的雪荷载来设计的。许多需要进行雪荷载设计的结构也可以请国外关于雪荷载设计比较有成就的国家来做，比如像丹麦。选中的建筑物基于以上的调查评估，从所有建筑物中挑选20座建筑物，说明了建筑物所在的地区，建筑物的类型和建筑所在地方的参考风速度及常遇的雪荷载。如表3所示，这些已经被挑选的建筑物都是不向外泄露的。而问题是如何获得这些必要的文件。其中三座建筑物是1970年以前建造的，八座建筑物是1970-79年之间建造的，九座建筑物是1979年以后建造的，这表示这三座建筑物的荷载是由1949年建筑规范决定，而八座建筑物是1970年建筑规范决定，最后那九座建筑物是由1979年建筑规范决定的。工程文件研究以及现场研究经对建筑物在建造的时候使用的计算模型、荷载、荷载影响力、解决方案的调查研究。荷载影响效应是与新的荷载要求相一致，承载力也与新荷载的要求相一致。经过这些分析，结构的利用比已经与新的计算规范相一致，同时要加强利用比。表3 挑选建筑的数据