混凝土结构设计规定范文
时间:2023-07-21 17:38:51
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篇1
关键词:规范修订;理解应用
中图分类号:TU318文献标识码: A 文章编号:
1 理解混凝土规范的必要性
随着结构理论的发展和工程实践的深入,《混凝土结构设计规范》不断地修订、完善。规范不是单纯的技术性文件,它还具有一定的社会性,受制于当代社会的经济条件和技术水平,需充分考虑施工工艺和设计习惯,以具备可操作性。规范只在条文说明中才有一些作为依据的简单理论性解释,必须充分理解结构理论和工程背景,才能根据具体情况做好设计,否则只能死抠着规范条例进行拼凑式设计。
2 对规范修订的理解
2.1 修订背景
混凝土结构需要消耗大量的钢筋和水泥,从而消耗大量资源和能源,并造成环境污染,迫切地需要提高材料的强度和性能;近年来天灾人祸不断,人类对结构的安全度要求显著增加,迫切地需要提高结构的抗灾害能力;为可持续性发展,迫切地需要提高混凝土耐久性;而大量的现有混凝土结构增加其使用率,迫切地需要进行结构再设计。
根据上述情况,修订的内容强调:从截面计算到结构设计;提高结构的抗灾害能力;耐久性及既有结构的再设计;调整结构的安全度设置水平;采用高强―高性能材料。
2.2 材料的提高
我国建筑事业发展迅速,随着建筑更高、更大、更轻,对建筑材料的要求也更高,作为建筑主要的结构形式―混凝土结构,混凝土和钢筋要求轻质高强、耐久性更好。
2.2.1 混凝土
规范修订提高了混凝土强度等级下限,除素混凝土可以用C15外,均采用C20及以上强度等级的混凝土。采用400MPa及以上高强钢筋的构件,混凝土强度等级不应低于C25。承受重复荷载的构件,混凝土强度等级不应低于C30。对于预应力构件的混凝土,强度不应低于C30。采用高强预应力钢筋时不宜低于C40。常用受力构件的混凝土强度等级,对受弯构件提高1级,对受压构件提高2级。这种提高混凝土的方式并不是提高最高强度(C80),而是将常用混凝土等级大范围提高1~2个等级,比较经济。
高强混凝土脆性大,造价亦贵,可以考虑发展约束混凝土,多轴应力状态下的混凝土强度能有效提高,且延性显著增加。在柱端、梁端等受力大的部位,尤其是受压的立柱或局部受压区域,利用连续、封闭、密集的箍筋,使混凝土成为约束混凝土,能有效的提高构件的承载力和延性。
2.2.2 钢筋
规范修订提高了钢筋强度,普通钢筋有HPB300、HRB335、HRBF335、HRB400、HRBF400、RRB400、HRB500、HRBF500。HPB300是低碳钢筋,强度较低,但延性好。HRB是合金钢筋,强度高,延性、焊接性能、机械连接适应性、施工适应性都很优越,但价格比较高,可用于结构的关键受力部位及延性要求较高的部位。HRBF是细控轧晶粒钢筋,强度高,延性较好,但焊接性能及施工适应性较差,可用于一般受力钢筋。
为解决密集配筋的问题,可采用并筋,以便设计与施工。
2.3 设计理念的完善
以往规范中结构分析采用线弹性分析,这种分析方法以结构力学为基础,有局限性,对于现代高度高、跨度大的复杂结构不适用。随着计算机处理数据能力的快速提升,非线性分析方法在新规范中得以采用,弹塑性分析、塑性极限分析等方法更趋完善,间接作用分析、结构试验分析也填补了结构分析空缺。
弹性分析法适用于一般混凝土结构在正常使用极限状态下和承载能力极限状态下作用效应分析。因其简单、实用,使设计偏于安全,仍是一种普遍适用常规结构的基本方法。塑性内力重分布法对屈服截面进行了调幅计算,适用于连续梁板计算,要求采用延性好的钢筋,可简化设计和节约材料,充分发挥构件抗力潜力。弹塑性分析法适用于大型、重要、复杂的混凝土工程,先设定好结构的形状、尺寸、边界条件、材料性能和配筋等,后进行分析计算。规范只对分析方法做了原则性的规定,因此,需根据工程实际情况建模、合理简化假定等。塑性极限分析法适用于周边有梁或墙支承的双向板计算,要求有足够的塑性变形能力。间接作用分析法适用于一些如大体积混凝土、超长结构会产生严重裂缝的体量大、形状复杂、功能多的结构,由于引起间接作用的因素太多,规律也不明显,因此规范只能给出一般原则。试验分析是复核计算结果、验证假设模型的重要手段,不规则或受力复杂的结构可采用这种方法。
2.4 计算方法与构造措施改进
2.4.1 计算方法
混凝土构件的正截面承载力、斜截面承载力、抗扭承载力、抗冲切承载力、裂缝宽度验算等在规范中从计算模型、计算公式、计算参数等都有所变化,同时也引入了协调扭转等概念。
对需考虑自身挠曲引起的弯矩增大的二阶效应的受压构件的计算方法进行了修订,与结构侧移引起的二阶效应加以区分。受剪承载力的计算公式混凝土项系数统一表达,不再过于繁琐;箍筋抗剪承载力计算值降低,使得需要增加配箍量,可以提高结构安全储备。为发掘抗冲切承载力,计算公式中的抗力项系数增大。构件的裂缝控制要按荷载准永久组合进行验算,降低了荷载效应及裂缝宽度的计算值;同时调低公式中构件受力特征系数,将裂缝宽度计算值减小10%以上,缓和了由于使用高强钢筋引起构件挠度增加、裂缝变宽的问题。
2.4.2 构造措施
构造设计是结构设计的核心部分之一,好的构造措施能保证结构安全,规范修订了基本构造要求及各种构件构造措施,总的趋势是增加钢筋的用量。
规范修订中,放松对伸缩缝最大间距控制,增加控制缝来解决间接裂缝引起的不良后果。比如在墙容易产生收缩裂缝的部位,故意设置成薄弱截面,引导裂缝在此发生,预埋止水带,并用建筑装饰消除裂缝的观感。对钢筋的保护层厚度适当增大,增加了钢筋耐久性。为合理控制钢筋锚固长度,完善锚固修正系数及连乘原则,推广机械锚固方法。受压构件的最小配筋率稍有增加,使结构更加安全。改进板、梁、墙、叠合构件的构造要求,完善各种构件的构造设计。
3 规范修订的局限性
任何一本规范都不能完全指导和解决工程中的所有问题,现行规范能适用于大部分工程,但仍有局限性,这种局限性可由理论研究预见,也可能在后面的实施过程中逐渐体现出来,我们要做的不是否定而是改进,并找到应对方法。
篇2
关键词:混凝土结构设计;承载力;配筋比例
中图分类号: TU318 文献标识码: A 文章编号:
一、混凝土结构设计基本要求
1、遵守设计规范要求 混凝土结构设计师在对建筑结构进行设计过程中,首先,应该做到按国家与地方有关结构设计法规、规程、规范以及设计标准中规定要求执行。尽管目前我国各行业混凝土结构设计规范,在设计理论方面还不是很统一,但是混凝土建筑结构设计通常参考规范有《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑结构荷载规范》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》等等,在结构设计时,结构工程师应遵守这些规范为最基本原则来进行混凝土结构设计。
2、考虑现场施工材料质量 为能够满足混凝土结构功能殊性能要求,再设计时应充分考虑到现场施工材料资料,混凝土结构材料质量与现场所用水泥品种与粗骨料粒径大小有直接关系。因此,设计者还应了解施工工艺,机械设备使用情况,对水泥性能与凝结时间要求等因素,在施工现场决定选用外加剂以及其参入数量都应该了解。
二、常见混凝土结构设计问题以及解决方案
1、在结构计算与分析阶段常见的问题 目前,在混凝土结构计算与分析阶段,如何高效地、准确地对工程进行内力分析,同时按照规范要求进行结构设计与处理,这是决定工程结构设计质量优劣的关键。因此,混凝土结构设计者,应该对这一阶段常见问题,必须清晰认识。 在结构总体设计阶段,经常受到困扰的是对设计结构整体计算软件如何选择的问题。不同软件采用计算数学模型不同,所以不同软件计算最终计算结果也有所不同。虽然结果差别较小,但是对结构设计标准与规范却有很大影响。现在比较流行结构计算软件并不少,SATWE、TBSA、TAT、ETABS、SAP等都有其各自特点。然而,设计师在选择软件时要么只单一考虑设计模型特点,而忽视设计结构类型,要么只考虑结构类型而忽视对结构设计计算软件本身分析,所以导致在结构总体设计计算阶段,设计结构的工程就出现很多问题。 对于结构设计师,应该考虑到一个科学合理计算软件,绝对不仅仅取决于软件系统本身优越与否,还应该分析这种计算软件是否与设计结构类型相适应。因此,结构设计工程师必须做到,对各个结构设计计算软件数学模型特点进行分析、对比与系统研究,熟悉结构设计类型,从而进行科学合理选择计算软件。
2、地基与基础设计存在的问题 1)在设计时缺少工程实地勘察报告或者临近建筑勘察报告;对基础设计必须按照“勘察——设计——施工”流程进行,要坚决杜绝缺少地质勘察报告,而进行设计情况。如果地质勘查不够细致、全面、内容模糊情况时,设计单位必须告知建设单位同时要求勘察单位重新勘察或者进行补勘。 2)未考虑地基变形影响;有很多混凝土结构设计都未对处理后地基进行变形验算,而根据有关规定,当结构设计等级为甲或乙级时,应按照地基变形进行设计;当为丙级时,如采取地基处理,应按照《建筑地基基础设计规范》相关规定进行;而对地基处理后情况,必须进行变形验算。 3)下卧层验算中问题 在计算下卧层顶地基承载力时,只能进行深度修正,修正系数应根据土层来决定。当扩散角所取数值满足有关规范中规定时,可直接采用;当不满足时可根据规范附录中,平均应力系数来进行计算。对复合地基来说.选取承载力较高土层来作持力层,而当软弱下卧层时,必须对承载力进行验算;如果是软弱下卧层控制承载力,那么说明持力层需要进行调整。
3、上部混凝土结构设计过程中存在问题 1)框架柱;在设计计算时,切勿忽视角柱,必须要对角柱自行定义。如出现未进行定义,而实际配筋率又满足计算结果,那么在实际施工中就会出现配筋率无法满足最小配筋率问题。作为短柱来说,在一级抗震设计时,沿着短柱全高箍筋间距应小于纵筋直径6倍。框架柱程序可以进行自行判定。这种框架柱不可以进行直接替换,不同强度箍筋应满足不同结果。 2)框架梁:框架梁计算是容易出现实际配筋大于计算结果情况,主要原因有:绘图时只标注支座一侧配筋;当配筋率大于2%时,箍筋并没有随着支座处配筋增加而增大;跨中配筋与支座配筋比例超出正常范围。同时还应注意各抗震等级下,纵筋直径的要求以及穿过中柱及剪力墙的纵筋直径。 3)连梁:在地震作用下,为保证剪力墙不发生剪切破坏,即墙肢与连梁满足“强剪弱弯”的原则降低连梁弯矩设计值,使部分连梁先于墙肢出现弯曲屈服,降低连梁屈服弯矩的同时也降低了连梁的剪压比,可改善连梁的延性性能。一般控制连梁折减系数在0.5~1之间,抗震设防烈度越高,延性要求越高,设防水准要求越高,就可以折减多一些。这样才能够保证连粱在正常使用下不现开裂、屈服等问题。当连梁跨高比不大于2.5时,要注意不要把墙体水平分布筋当做连梁腰筋来计算,否则会出现连梁的腰筋配筋率不满足标准情况。 4)框支剪力墙;在结构设计中应该重点考虑转换层,因为转换层是整个框支剪力墙中比较薄弱楼层结构,在相关计算时,应根据相关规定将其地震剪力乘以增大系数来计算相关参数。框支柱、框支梁的纵筋各项系数都应满足有关规定的要求。
4、混凝土结构设计中其他问题 1)各专业间配合:由于专业分工发展,一个结构设计团队由各个不同领域专业人才构成,整个项目从设计到施工也是由很多不同团队负责,因此,专业间配合问题显得尤为突出。混凝土结构设计与施工组织之间,涉及到结构设计与施工技术之间衔接与配合。配合得好坏直接关系到整个项目的质量,甚至整个设计理念与风格。结构专业设计人员不可只专注于设计,而忽视配合施工工艺技术,否则就会出现很多大的问题。 2)混凝土设计耐久性:混凝土结构功能有三方面内容:适用性、安全性、耐久性,目前,混凝土结构设计在适用性与安全性方面研究较深入,设计方法相对明确,因此,混凝土结构设计在这两方面做得比较好。结构耐久性方面研究还不是很成熟,在实际操作中也存在很多问题。混凝土结构因耐久性不足而失效的现象已经屡见不鲜,为正常使用,必需进行维护,而这样所付出维护费用是非常高昂的。影响混凝土结构耐久性因素主要有内部与外部两个方面。再结构设计时应该区别进行考虑。这真对不同结构功能需要,考虑避免降低结构耐久性的影响因素。这样设计出来的混凝土结构才是最科学,最合理的。
结语 混凝土结构设计本身是个长期、循环、复杂兼具深度和广度的专业。对于企业来说讲究的是效率和效益,因此,目前混凝土结构设计问题产生的主要原因在于设计时间短、设计任务大而重。混凝土结构设计质量密切关系到人民生命财产安全,责任重大。因此,我们必须从根本做起,做好混凝土结构设计,总结设计经验不断改进设计理念,设计时充分考虑各种因素影响,来保证整个工程质量。以上仅仅是笔者的一些浅薄认识,只有不断地学习、对实践经验不断进行总结才能做出较好的作品
参考文献
[1] 周克荣等编著.混凝土结构设计[M].同济大学出版社.2001.8.
[2] 贾慧麟.混凝土结构的耐久性[J].华章,2011(05):47-47.
[3] 王刚.混凝土结构设计探讨[J]才智,2011(25):85-86.
篇3
关键词: 工业民用建筑混凝土结构设计
1 工业与民用建筑混凝土结构设计的介绍
首先,工业与民用建筑建筑混凝土结构的组成部分。第一,建筑物的混合结构。第二,建筑物的墙体结构。第三,建筑物的主要承重体系。第四,建筑物的空间结构。因此,只有提前了解工业与民用建筑的四个主要的结构体系,才能保证工业与民用建筑混凝土结构设计是一个系统的、完整的组成。其次,工业与民用建筑建筑混凝土结构设计的要求及其内容。针对不同的工业与民用建筑混凝土结构设计都有不同的要求,但是一般都需要注意一下几个方面,第一,注重建筑混凝土结构的整体布置。第二,认识到建筑整体结构与各个部件之间的设计比例大小。第三,参照混凝土结构的内力来指导工业与民用建筑混凝土结构的设计工作。
2 建筑混凝土结构设计的受力机理分析
工业与民用建筑混凝土结构设计需要考虑的受力机理是多方面的,一般至少要保证建筑混凝土结构设计能够满足水平方向和垂直方向的荷载。在进行建筑混凝土结构设计时,其影响因素也是多方面的。尤其是随着我国工业与民用建筑越来越多且人们对居住舒适环境的要求也越来越高,人们开始认识到建筑混凝土结构设计的重要性。
3 建筑混凝土结构设计体系的分类
3. 1 工业与民用建筑体系
工业与民用建筑混凝土结构体系分类众多,合格的设计工作人员,在进行建筑混凝土结构设计前,应结合工业与民用建筑的具体情况,设计出合理的结构。当然,建筑混凝土结构体系的选择应该严格按照经济、合理和安全的原则。当然,只有建筑混凝土结构设计者真正了解工业与民用体系的选择原则,才能保证建筑混凝土结构设计的形式能够满足相关的要求。
3. 2 对建筑混凝土结构体系进行分类
当前,工业与民用建筑结构主要包括框架、墙体体系两个方面,各自有其独特的特点。对前者来说,保证建筑结构具有较好的载荷承受能力是其最为主要的功能。由于有的工业与民用建筑结构的平面布置比较宽广,因而这种建筑结构体系具有更大的结构空间。对后者来说,由于现阶段钢筋混凝土材料是很多建筑结构墙体的主要材料,保证支撑建筑混凝土结构的最重要支撑点就是其主要功能。以上两种结构是现代工业与民用建筑结构中最主要的两种形式,随着人们对这两种建筑混凝土结构体系的认识逐渐深入,这两种建筑混凝土结构体系在现代建筑施工中的应用也变得越来越广泛。
目前,根据工业与民用建筑结构混凝土体系的不同,导致工业与民用建筑混凝土结构设计体系也应该不一样。一般可以将建筑混凝土结构设计分为混凝土的设计、钢结构与钢组合的结构设计、钢筋混凝土的结构设计等三个方面。与此同时,工业与民用建筑混凝土结构设计在我们工业与民用建筑施工过程中的作用非常重要。
3. 3 工业与民用建筑混凝土结构的材料
在工业与民用建筑施工过程中,使用最为广泛的材料就是混凝土。同时,混凝土结构的性质是工业与民用建筑混凝土结构设计的重要依据。当然,工业与民用建筑混凝土结构设计也存在其他很多方面的优势。所以,在选择工业与民用建筑混凝土材料时,尤其应该重视建筑混凝土结构厚度的选择。因此,对工业与民用建筑混凝土结构材料的分析也是建筑混凝土结构设计的重要方面。
4 工业与民用建筑混凝土结构设计方案的选择
4. 1 工业与民用建筑混凝土结构设计方案分类
目前,一般可以将工业与民用建筑混凝土结构设计方案分为不同的类型,进而将工业与民用建筑混凝土结构设计分为混凝土的设计、钢结构与钢组合的结构设计和钢筋混凝土的结构设计等。当然,混凝土结构是我国工业与民用建筑施工中使用非常广泛的材料,建筑混凝土结构设计对于提高我国工业与民用建筑施工的质量显得非常重要。
4. 2 工业与民用建筑混凝土结构设计方案的选用原则
在工业与民用建筑混凝土结构设计时,首先需要选用合理的建筑混凝土结构设计的方案。当然,工业与民用建筑混凝土结构设计方案的选择应该严格按照经济、合理和安全的原则。同时,建筑混凝土结构还应该具有较好的压力承受能力。
4. 3 建筑混凝土结构材料分析
在我国工业与民用建筑混凝土施工中,由于混凝土材料被广泛使用,导致对混凝土结构的设计对于提高工业与民用建筑施工的质量就非常关键。由于混凝土材料具有耐久性和结构刚度大、耐火性较好、维护费用低等优点,因而混凝土材料被广泛使用于建筑领域。
5 工业与民用建筑混凝土结构设计的问题及对对策
5. 1 扭转问题
工业与民用建筑混凝土结构设计的核心是刚度的中心、几何形心和结构重心,然而,建筑混凝土结构的扭转问题主要就是在进行结构设计时,没有将工业与民用建筑刚度的中心、几何形心和结构重心进行重合,使得建筑在水平压力下出现扭转现象。为了更好地解决工业与民用建筑混凝土结构设计中出现的扭转问题,结构设计人员在进行建筑混凝土结构设计时,应该选用合理的平面布局图,从而保证工业与民用建筑的三个核心能够重合。
5. 2 受力性能的问题
对于建筑混凝土结构设计方案,建筑师在最初进行结构设计时,一般很少考虑建筑的具体结构特征,而过多考虑的是建筑的空间结构,从而使得建筑混凝土结构设计的受力性能存在一定的问题。因此,在进行建筑混凝土结构设计时,应该明确所选择结构体系中向下作用力和地基承载力之间的关系。同时,在进行建筑混凝土结构设计方案选择阶段时,还需要对建筑的主要承重部位的布局和数量进行总体设计。
5. 3 承重过高的问题
目前,工业与民用建筑都存在承重过高的问题,由于我国对建筑的抗震能力具有相关的要求,使得我国工业与民用建筑的结构高度也具有严格的规定。因此,在进行建筑混凝土结构设计的过程中,建筑设计人员会由于结构类型的更换而忽略建筑存在较多问题,从而导致结构施工图不能通过审核。因此,需要对建筑混凝土结构设计方案重新进行设计和审核,以解决建筑混凝土结构设计中的承载过高等问题。
5. 4 嵌固端的设置问题
现在,我国很多建筑混凝土结构设计都会配置两层以上地下室,使得工业与民用建筑的嵌固端一般都设置在地下室顶板的位置。从而使得在进行建筑的施工过程中,由于嵌固端的设置问题而经常进行建筑混凝土结构设计方案的修改,进而给工业与民用建筑的施工质量埋下了安全隐患。
6 总结
总而言之,建筑混凝土结构设计是一个系统化的工作,建筑混凝土结构设计对工业与民用建筑的施工质量具有直接的、决定的意义。随着人们对建筑混凝土结构设计的要求越来越高,因而需要不断提高建筑混凝土结构设计工作人员的技术水平,解决工业与民用建筑建筑混凝土结构设计中的关键性问题,从而促进我国工业与民用建筑施工行业的良好发展。
参考文献
[1]杨雪. 工业与民用建筑混凝土结构设计刍议[J]. 建筑规划设计,2013( 19) : 73 - 74.
篇4
关键词:高层建筑;结构设计;钢筋混凝土
中图分类号: TU208 文献标识码: A
在现代高层建筑工程施工中,钢筋混凝土结构的应用日益广泛,在提高建筑结构的安全性、稳定性与耐久性等方面发挥着非常重要的作用。做好钢筋混凝土结构设计是高层建筑工程质量的重要保证。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中,应该突出设计的内涵,体现高层建筑钢筋混凝土结构的重要功能,对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考,从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理,进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。
1做好高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要意义
做好高层建筑钢筋混凝土结构设计工作必须要体现设计的重要功能,我们可以将高层建筑钢筋混凝土结构的基本要求总结为如下几点:
1.1高层建筑钢筋混凝土结构的安全性
高层建筑设计钢筋混凝土结构的强度和功能时要以突出安全性为第一要务,要确保在设计年限内高层建筑钢筋混凝土结构在各种负荷和影响下的稳定性和安全性,同时要确保突发事件和偶然事件中高层建筑钢筋混凝土必须的稳定性和结构延性。
1.2高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性
高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中要有年限上的考虑,要在规定的年限上实现高层建筑的稳定以及钢筋混凝土结构的功能连续,形成有益于实现设计目标的耐久性基础。
1.3高层建筑钢筋混凝土结构的适用性
通过高层建筑设计工作的突出,要实现钢筋混凝土结构具有在一定时间内功能的实现,这样就可以保证高层建筑整体的使用要求,也可以保障钢筋混凝土结构对于裂缝、撞击、地震、形变等各种影响因素的抵御能力。
2高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题
2.1短肢剪力墙的设计
高层建筑设计短肢剪力墙具有强烈的功能性,但是,短肢剪力墙的设置需要遵照一定的规范,切不可在设计中频繁采用,也不能布设过多,应该在确保高层建筑抗震目标达到的范围内,尽量降低短肢剪力墙的设计数量,这样的设计可以降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。
2.2结构体系的选择
高层建筑钢筋混凝土的结构体系是整个设计工作的选择重点,通常的设计方式是:要在尽量减少高层建筑钢筋混凝土结构刚度的前提下,优化高层建筑的外观和内部结构,保障结构对形变和强度的范围上的满足。
2.3结构高度的控制
在高层建筑钢筋混凝土结构设计中常会出现超高的问题,这不利于高层建筑物抗震性能的实现,由于不同高度会出现不同级别的设计规范形式,因此,当结构高度出现变化时,特别是出现超高问题时,要重新进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计工作。
2.4建筑结构平面的设计
若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求,则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构,以此合理分布承载力和刚度,并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言,不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形,而且出于对扭转的考虑,必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内;对于必须设计的框架结构防震缝,其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m;若防震缝两侧具有不同的房屋高度,则要根据低高度房屋确定缝宽;虽然不提倡采用短肢剪力墙,但若不得不采用,则必须使其截面厚度低于30cm,且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。
3高层建筑钢筋混凝土结构设计的要点
3.1加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现,因此,需要重视抗震这一环节,要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话,其振型数则应该多取,例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等,其振型数应尽量取≥12的数,但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍,除了含有弹性的楼板,而且在进行总刚性的分析时,它的振型数才可以取得更大些。在对建筑物的框架柱进行设计的过程中,要对其面积进行全面的控制,保证其在一定的范围之内,这样才能够有效的提高建筑的质量。在对配筋进行设计的过程中,不但要对建筑的配筋进行不断的加强,而对于支座的部分要按照相应的规定进行相应的调整,这样才能够有效的增强建筑结构的承载能力。
3.2高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土,为了有效地降低建筑的用钢量,可以在建筑设计的时候使用高强混凝土,这样可以大幅度地节约建筑的成本。这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价,用来取得较好的经济效果。
3.3增强地基承载能力
对于建筑结构的设计而言,地基的设计是整个设计的重要部分,建筑地基的设计好坏能够直接影响到整个建筑结构的质量和使用性能。因此,对于建筑地基的设计就显得的至关重要。在对建筑地基进行设计的过程中,进行宏观的把握,要严格的把握地基的承载能力,并且还要对建筑地基的变形和沉降等问题进行充分的考虑。对于层数较高的建筑物而言,其进行地基的设计时通常都会将其设置在地下室,这样就能够有效的对地基的沉降程度降到最小,从而有效的保证了上层结构的牢固性,提高了整个高层建筑的承载能力。除此之外,在进行建筑地基设计的过程中,还要按照相关的规定对其进行相应的规范。对于层数较多的建筑而言,通常都会对地基进行相应的处理来对高层建筑的沉降进行有效的控制。
3.4提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计,在原来的混凝土结构设计方案中,没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响,从而导致建筑的可靠指数明显降低。因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时,主要都集中在造价、材料上,所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高,对工程的质量要求也相应地得到提高,所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时,就要果断地放弃经济这个指标。
3.5扭转问题分析和几何中心的确定
为了避免由于水平荷载和扭转作用的建筑物破坏,结构和布局应在结构设计合理的前提下,尽可能使建筑达到三心合一的目的。在水平荷载作用下,高层建筑扭转功能取决于质量分布。为了减少结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用正方形、矩形、圆形、多边形等简单形式。在某些情况下,街道景观的要求和限制,城市规划的高层建筑,不使用简单的平面结构,不规则的平面形成L形、T形、十字形等复杂形状,在突出部分的宽度和厚度比的控制范围规范允许的布局结构。建筑结构振动周期包括两个方面:结构的固有周期的合理控制和振动控制周期可以使周期误差的开放性降低。
4、结束语
综上所述,钢筋混凝土结构是高层建筑的基础,如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点,在设计中应该把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点,充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势,设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品,在实现高层建筑稳定和安全的同时,实现高层建筑舒适度和功能性的保证。
参考文献
[1]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业,2011(16)
[2]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品,2010(01)
篇5
混凝土结构设计中的工程问题
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)规定:在进行设计时,必须考虑该混凝土结构所处的环境类别,潮湿、阴冷、盐碱等环境可能会导致混凝土碳化、侵蚀性介质腐蚀、膨胀及冻融循环以及锈蚀钢筋等,进而可能致使混凝土内部出现裂缝、结构不密实,造成混凝土结构耐久性降低。而混凝土结构耐久性能又是结构在设计使用年限内正常而安全工作的重要保证,设计人员在进行设计时必须重视这个问题,同时要增加设置混凝土结构保护层,其厚度需符合GB50010-2002的相关规定。结构设计过程中,设计人员应考虑合理选用现浇楼面板的混凝土和钢筋强度等级,在保证安全可靠的前提下,尽可能选用经济合理的板。一般情况下板为受弯构件,混凝土强度等级对板类构件承载力基本上没有什么影响,同时,过高的混凝土强度等级会使其配筋量增加,无法满足经济合理的要求。此外,现浇楼面板一般都是与墙、梁相连并整体浇筑的,过高的混凝土强度等级会导致水泥用量增多,在混凝土硬化过程中可能会出现水化热增高,收缩变大,导致收缩裂缝出现。因此,设计时一般选用强度等级在C20~C35的混凝土。任何事物都不是独立存在的,都与其他事物有着必然的联系,设计也是一样,在进行混凝土设计时,应结合抗震设计进行全面的考虑。混凝土强度等级越高,其抗压强度就越大,但其延性就会变差,最终导致构件的抗震性能可能达不到使用要求。针对高强度混凝土的脆性特性,如何才能在其强度和延性中找到一个平衡点,以保证构件在地震侵袭下还具有很好的承载力和延性?根据混凝土结构设计规范的要求,结合当地实际的自然状况,对混凝土强度的选用做了一般规定:在地震高烈度地区,如设防烈度为9°,其等级宜保持在C60以内;如设防烈度为8°时,其等级不能超过C70。根据钢筋的强度价格比进行适时选用,强度价格比高的钢筋具有较好的经济性,可减少配筋率,而且方便施工,还可减少钢筋在加工和运输等方面的费用。同时,钢筋的延性对钢筋混凝土结构及构件的延性有很大影响,在其他状况相同的情况下,钢筋延性好的结构也具有较好的延性。混凝土结构在使用过程中,某个部位可能出现塑性铰,设计人员在设计计算时需注意,在纵向受力钢筋的选择上,选择抗拉强度实测值与屈服强度实测值比值的最小值,以保证该塑性铰处具有较好的转动能力以及耗能能力;选择钢筋屈服强度实测值与强度标准值比值的最大值,以实现强柱弱梁、强剪弱弯的内力调整,提高结构及构件的延性。
钢结构设计中的工程问题
目前在钢结构设计中经常采用的是以概率理论为基础的极限状态设计方法,但很多设计人员对概率法的设计式都不是很习惯,且许多基本参数不太完善,因此,通常用分项系数设计表达式进行计算,根据可靠的指标,用概率设计法求出结果。同时,在考虑其荷载组合时,需根据钢结构的不同极限状态来选择不同的荷载组合形式:如果按照钢结构承载能力极限状态来进行设计时,需根据《荷载规定》及其他专门规定,考虑荷载效应的基本组合和偶然组合;按正常使用极限状态设计时,一般只需考虑荷载效应的标准组合,对钢与混凝土组合梁,还需考虑准永久组合,以保证混凝土在长期荷载作用下不产生蠕变。设计人员在进行钢结构设计时,需要根据该结构的重要性、所承受载荷特征和应力状态、其现有结构形式连接方面以及当地自然状况和工作环境等因素进行综合考量,选用性价比高的钢材。例如,对出现以下情况的焊接结构均不采用Q235沸腾钢:直接承受动力荷载或振动荷载且需要验算疲劳;工作温度低于零下20°的直接承受动力荷载或振动荷载但可不验算疲劳;工作温度不高于零下30°,承受静力荷载的受弯及受拉的重要焊接承重结构。在承重结构的刚才选材方面,其材料要具有较高抗拉强度和屈服强度以及良好的伸长率,且要保证材料中的硫磷含量合格;除此之外,一般的焊接结构钢材还需有足够的碳含量,而那些焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构对材料的要求更加严格,在合格钢材的基础上,还需进行冷弯试验,合格后才能采纳使用。《钢结构设计规范》没有在受弯构件如何考虑扭转作用方面做出相应规定,但在进行设计时,需根据实际情况,按有关的力学进行分析,以保证整个结构的安全性。根据规范要求,计算工字形或槽型截面梁受压翼缘自由外伸宽度与其厚度之比的极限值,以及箱形截面受压翼缘板在两腹板间的无支承宽度b0与其厚度之比的极限值,以保证梁的受压翼缘局部稳定。在进行钢结构设计时,还需要进行许多计算,应根据《钢结构设计规范》进行仔细的计算和验算,以保证整个结构的安全稳定。
篇6
关键词:混凝土结构;教学方法;课程
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)05-0105-02 混凝土结构使用至今已经有160年的历史,与钢、木和砌体结构相比,因其在物理力学性能及材料来源等方面的诸多优点,同时结合高强度结构钢材很好的受拉性能、延性以及与混凝土间良好的粘结性能等优点,目前已发展出了钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土组合结构、纤维混凝土结构等诸多结构形式,发展速度快,应用范围也非常广泛。混凝土结构是我国高等院校土木工程专业本科培养计划中一门重要的专业学位课,一般而言的混凝土结构是《混凝土结构设计原理》和《混凝土结构与砌体结构设计》两门课的总称,以下简称“混凝土结构”课程。作为土建类专业本科生必修的一门重要的专业课程,近年来关于混凝土结构的教科书、专著和论文很多,但有关其教学方法研究方面的论文却很少,基于这一点,本文从土木工程专业本科教学的角度出发,对混凝土结构的教学方法进行探讨。
一、《混凝土结构》课程的特点
《混凝土结构》课程包括基本(构件)理论和结构设计两大部分内容。第一部分为基本(构件)理论,主要探讨钢筋混凝土基本构件——受弯构件、轴心受拉、受压构件、偏心受拉、受压构件以及受扭构件等,在单一的拉、压、弯、剪、扭应力状态及几种复合应力状态共同作用下的受力性能分析方法、设计计算和构造配筋等方面内容。在教学计划上,这部分内容属于专业基础课,重点在于让学生掌握钢筋混凝土各种构件受力性能的分析和设计计算[1]。第二部分为结构设计部分,主要探讨楼盖结构、单层厂房结构和高层建筑结构的设计,在教学计划上,这部分内容属于专业课,重点在于让学生掌握结构设计的总体思路、设计步骤及具体施工图的绘制,培养学生解决实际问题的综合能力。
由于在第一部分基本(构件)理论中,概念多、公式多、符号多、配筋构造多、计算过程繁琐,使得初学者往往抓不住重点;而在结构设计部分中,需要当把各种单个构件组合成整体结构进行设计时,就更难弄清楚了。因此在讲授本课程时,必须首先了解本课程的特点。
1.混凝土结构涉及的问题往往都是工程上的一些实际问题,很少有孤立存在的,学生在学习本课程之前一般都缺少工程概念,有一些构件是怎么连接的根本不清楚,就更谈不上清楚构件间受力的传递路径是怎样的了,因此在开始学习本课程时必然感到不适应。
2.钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的,根本不属于理想变形体,因此不能采用以往在材料力学和结构力学课程中学习的杆件或结构的一些力学公式进行计算分析。因此,混凝土结构中各种构件的承载力计算公式,一般都是以室内模型实验分析数据为依据,再基于某些基本假定,得到截面破坏时的应力图形,利用分析截面应力平衡条件建立平衡方程,进而得到各种构件承载力计算的基本公式。
3.混凝土结构构件承载力极限状态设计主要包括:材料选择、截面预估和配筋计算三部分。在这三部分中,“材料选择”是根据工程特点和设计经验确定的,“截面预估”是根据构造要求和工程上常用尺寸确定的,只有“配筋计算”是根据承载力计算公式计算出来的。可以说,我们在进行结构构件设计时,是“由未知求未知”的过程,解答必然也是多种多样的,因此如何合理的选择设计参数并优选出最佳的配筋结果,这是学生在以往课程中所没有遇到的。
二、教学方法分析
根据《混凝土结构》课程的特点,总结出如下几条教学经验,以提高本课程的教学效果,加强学生综合能力的培养。
(一)从全局建立结构系统概念
为了使学生了解和掌握结构系统概念,了解本课程的主要层次关系,从全局把握学习重点,理清学习思路。我们首先以一个学生比较熟知的、具体的结构(如教学楼)为例,从全局上介绍结构—构件—截面—材料体系,讲清结构设计程序是从结构构件截面,同时构件的受力性能又取决于材料,而课程的教学程序则与设计程序相反,是从材料截面构件结构,通过这样讲授,使学生一开始就建立结构整体系统的概念,理清了各部分的关系,为课程学习建立了一个总体框架,更重要的是使学生明白了所应解决的问题[1,2]。
(二)强调实践性教学环节
实践性教学环节包括:到施工现场参观的认识实习、课程设计及综合技能训练等。在《混凝土结构》课程开课之前,安排学生到一些建筑工地去参观正在施工中的混凝土结构工程,观察结构形式、分析梁、板、柱的受力和传力关系,了解各种构件的配筋特点及主要的构造措施,使学生对梁、板、柱等常见的混凝土基本构件和框架结构、剪力墙结构等常见的混凝土结构形式有一些初步的感性认识,并借以引发和提高学生学习《混凝土结构》课程的兴趣。在《混凝土结构》课程后期安排的混凝土楼盖结构设计、混凝土单层厂房结构设计等课程设计,使学生有机会完成混凝土结构设计的完整过程,诸如确定结构方案、建立结构计算简图、结构受力分析、结构配筋计算、结构施工图绘制等各个环节的训练,使学生全面消化、吸收和运用在课堂教学中已经学到的理论知识,培养学生综合分析和处理实际工程问题的能力。
(三)注重采用对比联系的方法介绍问题
由于混凝土材料物理力学性能的复杂性,使得混凝土结构构件在许多情况下的受力分析也变得十分复杂,因此,在课堂授课过程中要尽量采用对比、分析因果关系和联系的方法进行讲解,使学生对所研究问题的思路更加清晰,理解也更加深刻。
例如我们在讲解梁的正截面受弯及偏心受压柱的实验研究时[3,4],可将三种破坏类型采用如表1、表2所示的对比方法讲述,这样把引起三种破坏形式的原因就清晰直观的表达了出来。
另外,我们在讲解问题时还应注重各章之间的联系,使知识融会贯通,形成一个网络,例如,“受弯构件”和“受压构件”是两个完全不同的章节,也是两个不同的结构构件,但它们之间却存在着一定的联系,如在讲解“矩形截面偏心受压构件”时,可以指出“矩形截面偏心受压构件的受力模式,就是受弯构件竖立起来再施加轴力的模式”,由于学生之前已经学过了“受弯构件”,所以在学习这一知识点时就不会感觉到新内容的负担。这样不仅学习起来比较轻松,而且容易将前后知识点联系起来,加深印象,提高学习效果。
(四)重视构造措施
结构和构件设计时,必须经过计算和构造设计两部分才能完成。由于强度和变形计算并非考虑了结构上的所有作用,因此除了利用承载力公式计算配筋外,还必须用构造设计来补充。构造措施是人们在长期实践经验的基础上总结出来的,可防止因计算中没有考虑的影响因素而使结构构件开裂和破坏,同时也是为了结构构件在使用和施工上的需要而采用的。
构造措施是《混凝土结构》课程学习中既简单又难于掌握的一部分知识,简单在于规范规定很明确,而且表达形式简单;难于掌握在于内容多且零散,系统性和逻辑性较差。但构造措施在混凝土结构设计中又是非常重要的,大多数抗震设计的相关问题都是通过构造措施来保证的,所以在给学生授课时一定要重视构造措施的讲解。仔细分析不难发现,混凝土结构的构造措施主要包括三个方面:关于构件截面尺寸的要求、纵筋(主筋)的要求以及箍筋的要求,对于这些规定性的内容,只有将其进行适当的分类和文字上的加工,使其变为条理化和简单化的形式,才能产生良好的理解和记忆效果。
(五)重视现行设计规范与书本内容的结合
我们培养的土木工程专业学生毕业后有一部分要到设计单位工作,从事与钢筋混凝土结构设计有关的工作,因此必须熟悉、掌握和应用国家颁布的有关结构设计计算和构造要求的技术规定和标准,如《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)等。它是工程技术人员进行设计时必须遵守的法规,因此我们在讲课过程中,应该紧密结合现行规范,分析工程设计实例,对教材的内容加以拓宽,使学生认识到:作为实际工程结构设计,既要满足理论分析计算,还要符合现行规范规定的要求。
综上所述,《混凝土结构》是一门理论与实践紧密联系的课程,具有很强的工程概念,教授这门课时,应紧紧把握住《混凝土结构》课程的特点,从全局建立结构系统概念,以力学知识为基础,合理的安排教学次序,加强理论与实际的联系、章节之间的联系,同时结合设计规范,通过多种考核方式使学生真正的掌握这门课程,为土木工程专业的学生毕业后成为一名合格的工程师打下坚实的基础。
参考文献:
[1]喻萍,罗志坚.混凝土结构教学方法初探[J].昆明大学学报,2004,(1):73-74.
[2]刘雁,李琪,徐宜和.混凝土结构教学改革尝试[J].扬州大学学报,1997,(4):49-51.
[3]王秋萍,李宏伟.混凝土结构课程的教学方法初探[J].高等建筑教育,2005,14(1):59-61.
篇7
关键词:浅析;建筑;混凝土;结构设计
中图分类号:TU984 文献标识码:A 文章编号:
建筑结构设计规范是国内结构设计的法规,是建筑结构做到技术先进、安全适用、经济合理的指导文件。为了更好的遵循这一法规,对结构设计规范应该熟悉,更应该正确理解,保证土建结构设计质量。
1 结构材料选择
1.1混凝土结构设计规范
在设计工作中,在对混凝土的强度等级的理解与应用存在以下两方面的问题与争议:
1.1.1规范4.1.2条规定:钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15。与此条相呼应在4.1.3条和4.1.4条中不再列入了C10混凝土的强度标准值、设计值。这里存在一个对上述规范条文的正确理解与应用的问题,这就是作为基础垫层的素混凝土是否可以采用C10混凝土,是否也必须采用C15混凝土。对这一问题存在很广泛的争议。在某些工程中对基础垫层的混凝土采用C10后,不仅有的监理公司的监理人员对此置疑,甚至有的图纸审查人员也表示反对,都认为这违反了规范的要求,要求改正为C15。混凝土垫层采用C10等级的混凝土,如改为C15级混凝土没有必要而且增加造价造成经济上的浪费。分歧的原因是置疑的人员没有正确理解规范的条文,因为规范的4.1.2条是指钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15,而作为垫层的混凝土是素混凝土不属于钢筋混凝土,垫层混凝土的作用是保护地基土在施工中不扰动,同时为基础的施工创造有利的工作条件,C10混凝土完全可以达到。
1.1.2规范4.1.4条例表规定了各个强度等级的混凝土的轴心抗压强度设计值。其中有一个注释,因是用小字表达常被设计人员忽视,这个注是指当轴心受压及偏心受压构件的截面长边或直径小于300mm,则表中的混凝土强度设计值应乘以系数0.8。该注释是不能忽视的,因为当构件的截面尺寸越小,混凝土构件的缺陷带来的强度损失越大。
1.2 砌体结构设计规范(GB 50003-2001)
在砌体结构设计规范中,对结构材料选择的规定方面容易忽视的主要是第6.2.2条对地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间的墙,所用材料的最低强度等级提出的要求,其目的是为了保证结构的耐久性。例如对于地基土很潮湿的砌体,砖至少要求MU15,砂浆必须是水泥砂浆而且不低于M7.5。但在实践中很多设计人员单从砌体的强度要求出发采用MU10砖、M5水泥砂浆。这是违背规范要求的,应予改正以保证结构的耐久性。此外,上述这一要求不仅针对地面以下砌体,还针对地面以上的潮湿房间,例如卫生间等。
2 结构构造要求
2.1砌体结构伸缩缝的最大间距
在建筑设计中,为了防止或减轻房屋在正常使用条件下,由于温差和砌体干缩引起的墙体竖向裂缝,应在墙体中设置伸缩缝。在砌体结构设计规范(GB 50003-2001)中第6.3.1条规定了砌体房屋伸缩缝的最大间距,例如钢筋混凝土屋盖当屋面设有保温层或隔热层时,伸缩缝的最大间距为50m。我国很多房屋长度在40m~50m的砌体房屋,按上述规定没有设置伸缩缝,但不少房屋还是出现了温度裂缝,有的甚至比较严重。原因在于设计人员没有全面理解该规范条文。首先该规定是针对烧结普通砖的,对于目前墙体改革中新使用的混凝土砌块等房屋,该规范已强调由于混凝土有干缩性,应该将伸缩缝的最大间距乘以0.8系数,也就是说应将伸缩缝的最大间距调整为50m×0.8=40m。其次该规范在注释中还强调了对于白天和夜晚温差较大地区,伸缩缝的最大间距应予以适当减小,因此,对于我国昼夜温差较大的地区来说,应适当减小伸缩缝的最大间距,使用烧结普通砖的上述砌体房屋,伸缩缝的最大间距应降为45m,使用混凝土砌块的上述房屋,伸缩缝的最大间距应降为35m。按调整后的伸缩缝的最大间距设计的砌体房屋再辅以其它措施后,很少再出现温度裂缝了。
2.2混凝土结构中钢筋的混凝土保护层厚度
现行混凝结构设计规范(GB 50010-2002)中,比89规范更加重视对混凝土耐久的要求,而混凝土结构的耐久性与混凝土保护层的厚度是密切相关的,因此现行规范比原规范对混凝土保护层的厚度要求有所增加。例如在一类环境柱的混凝土保护层的厚度由25mm增加到30mm。特别对于基础,混凝土保护层的厚度增加得更多,因为基础与水有接触,所处环境更为不利。但在设计实践中往往有些设计人员忽略了这一变化,因而不能满足混凝土耐久的要求,造成混凝土质量下降。
3 结构荷载取值
3.1屋面可变荷载的取值和分布
并非在屋面全跨布置可变荷载产生的内力一定最大,往往在半跨布置可变荷载时结构可能更为不利。因此对于屋架和拱壳屋面除了全跨布置可变荷载时做出计算外,还应考虑半跨布置可变荷载,并做出相应的计算,然后按最不利的情况进行设计。对屋面可变荷载的取值应十分谨慎,特别是对于屋架和拱壳屋面,因为这类屋面荷载的分布对结构的内力很敏感。例如积雪荷载应按全跨均匀分布、不均匀分布,半跨均匀分布的几种情况进行设计,这样才能保证屋面结构的安全。
3.2 基础设计时的荷载取值
在建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)中第3.0.4条明确做出了以下规定:计算地基变形时,传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的永久值组合,不应计入风荷载和地震作用。计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡推力时,荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,分项系数均为1.0。按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时,传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。在设计实践中上述的各方面经常有设计人员没有正确执行。
3.2.1计算地基变形时将荷载取值错误地取为荷载设计值而不是荷载的准永久组合值。由于荷载的设计值大约为荷载准永久组合值的1.4~1.6倍,因此这一错误取值造成的影响更多,常常使原本地基变形不超过限值,错误的判断为地基的变形不满足设计要求。错误地将基础加深或将基础的底面积扩大,造成很大的浪费。
3.2.2在确定基础底面积或确定桩数时,荷载取值错误地取为荷载的设计值而不是荷载的标准值,由于荷载的设计值大约为荷载标准值的1.25倍左右。因此这一错误将导致约20%的浪费,对整栋建筑而言,这一浪费是相当大的。
3.2.3计算挡土墙的土压力、地基或斜坡的稳定时,(上接第680页)荷载的取值错误地将永久荷载的分项系数取1.2,将可变荷载的分项系数取1.4,而忽视了规范别说明了的分项系数均为1.0的规定。
4 结束语
在结构设计工作实践中部分结构设计人员对现行结构设计规范缺乏正确理解或常有疏忽,给工程带来安全隐患或者增加不必要的造价。在建构筑物的设计中,结构设计关系到建筑结构的安全、耐久、适用和经济等多个方面,因而结构设计工作是十分重要的。
参考文献:
[1] 砌体结构设计规范.GB 50003-2007.中国建筑工业出版社.2007.
篇8
【关键词】建筑工程;混凝土;结构设计
一、混凝土结构设计的内容
1.1关于地震作用的计算
在地震作用计算情况下要考虑扭转耦联的影响,而规则结构的情况下不计算扭转耦联时,平行于地震作用力方向的两边要乘以放大系数,较短边可以乘以1.15的系数,长些的边应该乘以1.05的系数,而扭转刚度小时要按大于或等于1.3的系数计算,质量、刚度不对称分布的结构要计入双向水平方向的地震作用扭转影响。
1.2关于质量系数的计算
按侧刚计算时:单塔楼考虑耦联时应大于等于9;复杂结构应大于等于15;N 个塔楼时,振型个数应大于等于N×9。一般较规则的单塔楼结构不考虑耦联时取振型数大于等于3就可,顶部有小塔楼时就大于等于6。振型数取3的倍数且≤3倍层数,振型数与楼层自由度有关,一个刚性楼板层,只有3个自由度。并且在计算时要对质量振型参数进行检查,有效质量系数一定≥90%,因为如果在实际中达不到这个要求,则设计结构的安全性将无法得到保障。
1.3关于结构的位移、周期的计算
规范要求周期比应该控制在大震下扭转振型不靠前的情况,用楼层竖向最大位移来限制层间最大位移,位移比应该取最大和平均位移比值。
1.4关于最小地震剪重比的计算
在规范中强制要求各楼层剪重比不得小于规范给出的标准,如果不满足要求需要检查质量系数,有效的质量系数不够应该增加振型数的计算;有效质量系数得到满足时可能是源于结构设计不合理,因此要合理对结构质量和刚度的分布情况。
1.5关于柱的计算
如果弯矩设计值由水平荷载造成且超过总设计值的75%时,框架柱长度按规范内6.2.20-1和-2公式计算的小值为准。
1.6关于柱配筋方式的选定
如若整体计算则建议使用单偏压方式,而在产生具体结果时再用双偏压进行复核。这是由于单偏压方式是按照规范公式计算的,而双偏压则是用数值积分法计算的。
1.7关于框架结构
要注重计算系数尤其是柱长度;建议采用单偏压配筋;如果是大截面的柱应该设置刚域位于与梁重叠处。
二、混凝土结构设计的质量控制
2.1关于裂纹控制的问题
断裂损伤力学的角度来看,所谓的断裂损伤是广义的外部负载,细观结构的重大变化,所造成的微观缺陷成胚,扩建和汇通,导致宏观经济性能恶化的结构,最终形成的宏观开裂和破坏的结构。因此,混凝土结构的破坏过程实际上是形成于微裂纹的扩展。现代化的混凝土微观研究还表明:微裂纹的扩展源于材料损坏的程度,也是材料损坏的标志,在同一时间,微裂纹也是材料固有的物理特性现状。因此,在钢筋混凝土结构裂缝的存在有其必然性。
2.2关于抗震问题的分析
在两种类型的组件之间分配的地震力,应该考虑不同时段的两种类型的组件有关抗推刚度相对的比值变化。主要结构系统即现在使用的钢-混凝土混合结构在钢架和混凝土剪力墙(内管)系统中,钢筋混凝土内筒为主要抗侧力结构而钢架主要负责重力荷载,担负一个较小的平剪切。由于刚性的钢框架的反推远小于所述内筒上凝固的水平地震工程经验,承担水平剪力在除了钢框架的顶部几层为其15%到20%,中部和下部的都约为10%至15%,相应的楼层剪力,有些项目甚至只有约5%的往复。在结构的弹塑性的阶段,墙体在地震的持续作用下生成裂纹,刚性显着的减少将增加的钢框架的剪切刚度退化。钢框架由于变形,弹性极限的1/400以上的角度,是远远大于约1/3000的钢筋混凝土墙的弹性极限变形角度。水平地震作用小于塑性阶段,但仍有可能承担远远大于弹性阶段的水平地震剪力和倾覆力矩。
因此,为了符合要求,需要调整的部分钢架水平剪力,钢框架混凝土结构层框架柱的抗震要求应不小于比底部的结构剪切的25%或框架部分地震剪力最大值的1.8倍,两个选择较小的,以改善的钢框架的承载能力,并采取措施改善混凝土内筒的延展。
三、混凝土结构设计应注意的问题
3.1结构选型阶段
结构选型阶段时,首先应该注意结构的规则性问题;其次应注意新规则有关规定的变更情况,以免在后期工作产生纰漏。再者要注意结构的超高问题,在抗震规范和高规的结构,总高度都有严格的限制,在更改的新规范中,除了原来的高度限制设定为A级的建筑高度,还增加了结构的建设B级高度,因此必须严格注意,一旦建筑结构高度为B类甚至超过B级高度,设计方法和措施一定会变化很大。最后是要注意嵌固端的设置,因为高层建筑都会带有两层或以上的地下室,嵌入式固定端可以设在地下室的顶板上,或者人防顶板的地方,因此,设计师经常会忽略一些方面,如:设计嵌固侧安装在地板上的端部的刚度比上下限、安装的抗震等级整体一致性、计算结构的嵌固端组、抗震缝和嵌入式固定端位置的协调问题等等,而这些方面忽略任何一个都会为后期设计埋下隐患,产生不可估量的后果。
3.2基础设计阶段
基础设计阶段是应该给与相当重视的方面,因为这个阶段是与后期设计工作直接相关的,它的好坏至关重要,并且是整个项目成本的决定因素,因此这个方面若是产生纰漏一定会带来不可估量的损失。在基础设计中也应注意本地规范的重要性。以《地基基础设计规范》作为国家的标准来看,它具有相当的权威但是却不能明确详细地规定全国各地的各种基础状况,所以当地的基础类型和设计方法的描述和指定更详细和准确,所以在基础设计时,也要大力研究地方性标准或规范,以免更大的影响在整个结构上的设计或后期工作。由于缺乏工程设计的现场调查报告或附近的建筑物调查报告,必须根据调查-设计-施工过程的基础上进行设计,要禁止缺乏调查的过程,若是调查不够详细、全面时,设计人员要通知建设单位进行重新调查或者是额外勘探。不考虑地面变形的影响,有一些混凝土结构设计没有关注地基变形后检查,评级为A或B级的结构设计应按照有关规定进行地基的变形情况进行设计,而c级时,应该根据相关规定对地基进行处理,然后变性检验。在对下卧层的地基承载力计算时,要进行深度的修正,修正系数源于土壤。
3.3 框架-剪力墙结构
在框架-剪力墙结构中,较大的交叉楼面横梁与垂直剪力墙单面相交,按照《高规》规定要减少梁的弯矩不良效果,根据剪力墙设置壁柱,暗柱或减少截面的端部截面等等,或者墙的厚度不符合纵向框架梁锚固钢筋的锚固长度的水平边时,应尽可能减少钢筋直径。如果剪力墙结构要将角窗设置于角部时,适当加强窗口部件。角窗处楼板上应该适当进行加厚处理,且通长配筋要双层设置进行加固,或者可以设置斜暗梁或斜向集中加固配筋,斜向钢锚入角窗的边缘上的组件,边缘构件应当适当地加固。
四、结束语
总而言之,混凝土结构的设计是一个循环的长周期,并且具有专业的深度和复杂性。因此,要结合设计中总结出来的经验,不断完善设计理念,以确保整个工程的质量。
参考文献:
篇9
关键词:预应力混凝土筒仓结构设计计算
中图分类号:TU318文献标识码: A
1. 预应力混凝土筒仓发展概况
筒仓结构作为贮存散料的构筑物,具有运行方式简单、保护环境、节约用地、损耗少等优点,因而它在煤炭、电力、港口、储运等行业中得到了广泛应用,随着工程中要求配置的筒仓容积也随之增大。当采用普通混凝土筒仓时,随着仓壁直径的增加,仓壁水平配筋量也越来越大,往往需要配置三排甚至四排钢筋才能满足设计要求,这大大增加了用钢量。采用预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓,能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题,而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求,具有很好的经济效果。预应力技术运用在大直径圆形筒仓结构中,还可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力,消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小,避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀,降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。因此采用预应力混凝土筒仓必将是未来筒仓结构的发展趋势。
2. 预应力混凝土筒仓设计计算原则及步骤
2.1 主要采用的规范
《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》及《火力发电厂土建结构设计技术规程 DL 5022-2012》。
2.2 设计步骤
1). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条估算混凝土筒仓的壁厚;
2). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中1.0.3条及4.2.3条条判断筒仓类型(深仓或浅仓);
3). 依据判别的筒仓类型及《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.2条~4.2.8条计算筒仓仓壁压力;
4). 根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行非预应力钢筋和预应力钢筋配筋计算(主要由仓壁的裂缝来控制预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋量),并验算是否满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》的构造要求。
3. 工程实例
3.1 工程概况
本工程某电厂两座直径为30m、单仓储量为20000t的大直径预应力筒仓,高为45.65m的钢筋混凝土筒仓,仓壁壁厚为0.50m、混凝土仓壁储料高度为30.650、漏斗中心锥高度7.00m,原煤质量密度为10.0kN/m3,内摩擦角取。仓壁厚度为500mm,采用C40混凝土。预应力筋采用1x7的钢绞线,钢绞线强度标准值fptk=1860N/mm2,钢绞线强度设计值fpy=1320N/mm2,其性能应符合行业标准《无粘结预应力钢绞线》(JG161-2004)的规定。锚具采用OVM15-n群锚体系对应的锚具,采用无粘结预应力技术。普通钢筋采用三级钢(HRB400)。据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中3.3.2条对仓壁的壁厚进行初步估算值为:,本工程的筒仓仓壁厚度暂取为。
3.2 筒仓设计原则
在预应力混凝土筒仓结构中,仅对环向施加预应力,贮料产生的环向拉力由普通钢筋和预应力钢绞线共同承担。无粘结预应力混凝土筒仓按正常使用极限状态的验算。根据《钢筋混凝土筒仓设计规范GB50077-2003》5.1.5条第3款,本筒仓最大裂缝宽度的允许值为0.2mm。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL5022-2012》条文7.4.12条第一款规定:仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力,预应力强度比宜取0.7,不宜超过0.75,且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4%。
3.3 筒仓内力计算
3.3.1 仓壁内力计算
由知该筒仓为浅仓。据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.2.6条知筒仓贮料顶面或者贮料重心以下距离处,作用于仓壁单位面积上的水平压力:
,其中、,故,则仓壁环向拉力。
考虑环境温度作用时,据据据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》中4.1.1条,直径30m的筒仓可按其最大环向拉力的6%计算。因此考虑温度应力时,取。
3.3.2 估算非预应力钢筋及预应力钢筋截面面积
取筒仓仓壁根部1m宽仓壁内力作为计算单元,进行无粘结预应力钢筋的截面面积估算,计算公式可以按下式:
根据算得的1m宽筒仓侧壁内预应力钢绞线的截面面积为1218.2mm2,筒仓侧壁底部取预应力钢绞线为1x7,预应力钢绞线截面面积为。据《后张法预应力混凝土设计手册》中3.6节,预应力总损失近似估算值,则。
根据《火力发电厂土建结构设计技术规程DL 5022-2012》条文7.4.12条第一款规定:仓壁可采用后张法无粘结预应力或有粘结预应力,预应力强度比宜取0.7,不宜超过0.75,且非预应力钢筋的配筋率不应小于全截面的0.4%。非预应力钢筋的截面面积最小值为,取非预应力钢筋配筋为22@150()。
3.3.3 预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算
根据《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》、《混凝土结构设计规范 GB 50010-2010》、《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》进行预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算。
预应力混凝土筒仓仓壁裂缝计算公式为: ,其中各参数取值如下:
;;
;,;
;
,取;
计算所得筒仓仓壁最大裂缝为0.022mm<,满足《钢筋混凝土筒仓设计规范 GB50077-2003》5.1.5条第3款要求。预应力钢绞线及非预应力钢筋余量很大,可以通过减小预应力钢绞线的截面面积及非预应力钢筋的截面面筋进行优化设计。
经优化后的预应力钢绞线及非预应力钢筋的截面面筋取值为: 预应力钢绞线为1x7@500,;非预应力钢筋为18@150,,计算所得筒仓仓壁最大裂缝为。
4. 结论
通过对圆形预应力混凝土筒仓结构设计思路及计算方法的论述及分析,并结合工程实例,简单的介绍了圆形预应力混凝土筒仓结构设计所需要遵循的设计规范,通过工程实例的优化分析,圆形预应力混凝土筒仓结构的预应力钢绞线及非预应力钢筋的配筋面积主要是有筒仓的裂缝控制等级来决定。而且通过在混凝土筒仓结构中采用无粘结预应力技术,可以减小贮料在仓壁内引起的拉应力,消除混凝土的开裂或者控制裂缝开展大小,避免因裂缝过大而引起钢筋锈蚀,降低筒仓结构的安全性及耐久性等缺陷。
参考文献:
[1]. GB50077-2003.钢筋混凝土筒仓设计规范[S].
[2]. GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].
[3]. JGJ 92-2004.无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].
篇10
关键字:水工;混凝土;结构设计;
中图分类号:TV331文献标识码: A
一、水工混凝土的特点
与其他结构物不同,由于所处环境不同,水工混凝土结构有其突出特点。水工结构混凝土一般是在流动或静水的作用下工作的,水的深入、冲刷、冰冻、以及侵蚀造成水工结构物的工作环境十分复杂,混凝土结构的耐久性等问题也变得极为突出。与其它结构相比,水工混凝土存在以下几个特点:
1、 骨料颗粒径较大
水工混凝土不仅骨料颗粒径大,而且所占比例还特别高,一般情况下,大体积水工混凝土最大骨料颗粒径在150mm 左右。
2、胶凝材料用量较少
除特殊部位之外,水工混凝土的胶凝材料用量通常较低,一般情况下小于等于200kg/m3,同时,应掺加相应的掺合料、减水剂,以改善混凝土和易性和降低水灰比,以达到减少水泥用量,降低水热化的目的。
3、长期处于潮湿环境
水工结构物大多数面积长期处于水中, 混凝土的拌合水很少失去,即使是通过水泥的水化作用将一部分拌合水消耗掉,外部的水依然可以通过水泥的空隙进行补充。因此,水下水工混凝土长期处于饱水状态。
4、寿命要求较长
与其他建筑物不同,水工建筑物建设周期长,投资较大,运行期长。
5、 强度等级要求
对于某些部位的混凝土,比如高速水流过水面,容易产生空蚀和泥沙磨损,要求混凝土的强度等级不得低于C40(R400)。
二、水工混凝土结构设计常见问题
1、 高强度的钢筋替换原设计计算满足要求的低强度钢筋问题根据国家相关规定要求,不能用高强度的钢筋替换原设计计算满足要求的低强度钢筋。在使用过程中需要注意以下问题:
(1)在框架结构设计中,为了保证框架的塑性铰发生在梁内,不宜用强度高的钢筋替换原设计中的钢筋,当必须替换时,应按照钢筋抗拉力设计值相等的原则进行代换;
(2)当构件受裂缝宽度或挠度控制时,代换前后应进行裂缝宽度和挠度的验算;
(3)钢筋代换后要满足混凝土结构设计规范规定的间距、锚固长度、最小直径、搭接长度等要求。
2、 框架梁结构放大配筋量问题
为了确保结构更加安全,在框架梁配筋时放大配筋量,往往会形成超筋结构,对整体结构安全不利。
3、大直径钢筋连接采用绑扎搭接问题
普通的钢筋不需要严格焊接时可以采用绑扎搭接的方法,但对大直径钢筋进行连接时,不宜采用这种方法。因为直径较大的钢筋采用绑扎连接时,会造成混凝土保护层变薄,钢筋间距减小,在搭接钢筋间容易产生裂缝,直径较大钢筋不适宜采用绑扎搭接。
4、裂缝宽度解决方式不满足规范要求问题
在混凝土结构出现裂缝且裂缝宽度不满足要求时,仅仅采取增加钢筋用量的方法,这样做显然是不对的。根据规定,当裂缝宽度控制不满足要求的时候,可采用较小直径的带肋钢筋,减少钢筋间距等方法,其中需要注意的是增加的钢筋截面面积最好不要超过承载力计算所需纵向钢筋截面面积的30%。如果效果不明显可以考虑采取其他措施。
5、现浇箱涵洞的隔墙、边墙与顶板和底板的钢筋链接问题
《水工混凝土结构设计规范》规定:“对水池或输水道的边墙,其底部不属于大体积混凝土而是一般尺寸的底板时,则其边墙与底板交接处的受力钢筋搭接方式应按框架顶层节点的原则处理。现浇箱型涵洞计算时可简化为单孔或多孔的框架结构。”因此,其节点可以按照框架的梁柱节点进行处理。《水工混凝土结构设计规范》中关于框架梁柱节点也做了详细的规定。边墙与底板交接处按框架梁柱顶层端节点对待,隔墙则按框架梁柱顶层中间节点对待。外墙外侧纵向受力钢筋与底板底纵向受力钢筋搭接连接,搭接长度应>1.5lae;隔墙和外墙内侧纵向受力钢筋应伸至板底,其锚固长度应满足要求。
三、水工结构设计的实践与经验
1、 原材料的选择和检验工作
混凝土结构主要由碎石、砂、水泥和外加剂等原材料组成。水工混凝土结构施工之时,在选用混凝土原材料前必须对其进行检验,只有所有指标都符合设计规范要求的材料才能使用。当材料中存在有害物质时,会影响水泥的水化反应,导致混凝土构建强度的降低。此外,混凝土搅拌施工过程中,质量监管人员需要根据现场测验的结果对原材料配比进行合理调整。
2、 确定混凝土现场配合比
混凝土原材料配合比发生变化会导致混凝土结构强度发生变化,这主要是由骨料砂子含水率、含泥量的变化和碎石含粉量的变化引起的。
(1)混凝土原材料配合比换算。在混凝土搅拌现场,必须根据现场实际测试的骨料的粒径变化范围以及砂石表明的实际含水率,将实验配合比换算为混凝土现场施工配合比。
(2)混凝土施工配合比的调整。为了确保水利工程水工结构混凝土和易性满足现场施工条件的要求, 在确保水灰比不变的的基础上,需要对混凝土含水率及用水量进行相关的调整。
3、混凝土浇筑与振捣施工
水工混凝土结构在施工前,需要科学设计施工计划,将混凝土按照一定的面积和走向,进行分层、分段浇筑施工,而且需要避免留下明显的施工缝。
(1)大体积的混凝土结构需要分区、分层浇筑,浇筑厚度必须控
制在振捣深度范围之内,通常分层浇筑的厚度控制在30cm 之内。
(2)长条状的混凝土结构的浇筑施工需要分段、分层进行,保证每段混凝土结构都满足浇筑要求,通常分段浇筑长度最好控制在10-15m。
四、混凝土结构施工工艺
1、混凝土的浇筑
水工建筑的混凝土浇筑,要科学合理的将混凝土按照一定顺序,进行分段、分层、分片的浇筑,通常水工建筑的混凝土浇筑都是大体积浇筑,所以在浇筑前要根据模板承重质量,组织浇筑施工步骤,避免在浇灌过程中出现模具开裂、留下明显的缝隙。对于墩台等大体积浇筑构建,要进行分层浇筑,控制每一层的浇灌厚度符合后期振捣的深度范围,一般在30cm 左右。对于挡土墙等长段浇筑,要分段进行混凝土的浇灌,每段的长度在10~15m 之间较好。对于面积较大的建筑构件浇筑,应采用分块浇筑,每块的面积以50m2 较为适宜。不论是哪种形式的混凝土浇筑,都要一次性完成,如果浇筑过程中出现停顿会产生凝结缝隙,影响浇筑质量。
2、混凝土的振捣
水工工程浇筑工程量大,混凝土的振捣工作量巨大,不同的浇筑部件要采用不同类型的振捣工具。混凝土振捣器包括插入式振捣器、平板式振捣器、附着式振捣器等。振捣器在振捣施工中要与模板保持一定距离,确保在振捣施工中不会引起模具共振,影响混凝土整体质量。在处理分层混凝土的振捣工作时,要保证插入式振捣器的插入深度连接不同层次,进行充分振捣,保证混凝土整体混合。在分片振捣中,要进行重叠振捣施工,以确定混凝土的振捣平面被充分覆盖。振捣施工过程中,当混凝土结构表面的下降运动停止时,并没有气泡出现,表面泛浆,光滑平坦,振捣声音频率稳定,依据振捣施工经验可以停止振捣。
3、混凝土变形控制
混凝土变形是水工建筑过程中较常出现的问题,混凝土结构设计、建筑原材料的质量、混凝土配置比以及混凝土的浇筑和振捣等因素都会造成施工过程中出现构件裂缝和变形。要从混凝土结构施工的前期设计到后期的浇筑振捣的各个环节控制质量安全,避免出现裂缝和建筑部件变形。混凝土结构设计要进行断面的抗裂、超载、施工验算,控制混凝土整体强度;选用的混凝土原材料经过专门机构的质量检测方可使用,水泥要采用相应强度的型号,沙砾的含水率、含土率和超粒径率要把握在一定范围之内,混凝土个原材料的配置比要在现场施工中适当调整,保证满足实际施工条件要求;混凝土的浇筑要根据浇筑的部件采用不同形式进行浇筑施工,浇筑过程要一气呵成,避免因停顿出现凝结裂缝;要注意施工过程殊天气造成环境温度、湿度的变化,要保证混凝土模板的质量安全,防止浇筑或振捣工作中发生开裂,形成漏浆或建筑构件整体坍塌。
总之,混凝土施工会受到各种因素的影响,使建筑物出现裂缝、孔洞和腐蚀等现象,导致混凝土部分产生薄弱的部位,在水的长期压力下产生渗漏。在水工建筑物中,混凝土是必不可缺的部分,那么水工混凝土也将会出现常见的渗漏现象。渗漏对于混凝土部分是直接产生危害的,并且将影响到水工的使用寿命,所以制定相关的渗漏处理技术也就成为施工单位的首要。
参考文献:
[1]邹战军. 水工混凝土结构设计若干问题探讨[J]. 黑龙江水利科技,2014,03:122-124.