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【關鍵詞】實際消除;大量放射性物質釋放;概念理解
“實際消除大量放射性物質釋放”的概念首次由法國與德國的核安全當局的技術支持單位IPSN和GRS在1997年聯合起草的《IPSN-GRS Proposals for the development of technical guideline for future PWRs》[1]提出,其主張“實際消除早期大規模放射性釋放”。國際原子能機構(IAEA)隨后也接受此概念,在1999年出版的INSAG-12[2]中提出:“對未來核電廠的另一個目標是能夠導致早期大規模放射性釋放的事故序列被實際地消除,而使用現實假設和最佳估算評價,導致安全殼晚期失效的嚴重事故只需要在區域和時間上有限的保護措施”,在2004年出版的安全導則文件NS-G-1.10[3]中對“實際消除”給出了具體定義:“如果某些工況物理上不可能發生,或以高置信度認為某些工況極不可能出現,則可以認為這些工況發的可能性已被實際消除”。
2011年福島事故后,核工業界對于大量放射性物質釋放的關注提升到了一個新的高度,各國先后出版核電廠安全要求或規范等均涉及“設計上實際消除大量放射性物質釋放”的概念。2012年IAEA修訂了SSR1/2[4],提出“核電廠的設計采用安全原則,必須采取實際措施來緩解對人類和環境造成的后果或輻射事故。必須實際消除可能導致高輻射劑量或高放射性物質釋放量的事件序列,對于發生頻率高的事件序列不得存在潛在的放射后果或只能存在輕微的放射后果。”2013年西歐核能監管機構(WENRA)的《Safety of new NPP designs》[5]和2013年加拿大核安全委員會(CNSC)REGDOC-2.5.2[6]進一步提出需要對“實際消除”給出一個量化的判斷依據,但判斷“實際消除”不能只根據截斷概率,對發生概率很小的事故序列,依然需要進一步考慮降低風險需增加的設計功能、運行措施或事故管理規程。
福島事故后,我國核安全監管當局在2012年了《核安全和放射性污染防治 十二五規劃及2020年遠景目標》[7],文中提出將“十三五”及以后新建核電機組力爭實現從設計上實際消除大量放射性物質釋放的可能性作為2020年的遠景目標之一。
“實際消除大量放射性物質釋放”的概念已經被核工業界廣泛認同,各國的核安全監管當局對新建核電廠都對此提出了期望或要求,因此有必要對此概念進行深入的理解與認識。本文主要從“實際消除”,“大量放射性物質釋放”兩個關鍵概念出發給出理解,為此概念在新建壓水堆核電廠上的合理應用提供參考。
1 “實際消除”的理解
1.1 “實際消除”概念理解
“實際消除”的對象與定義在國際上已經形成普遍的共識[4-6],其對象為“可能導致高輻射劑量或高放射性物質釋放量的事件序列”;定義為“如果某些工況物理上不可能發生,或以高置信度認為某些工況極不可能出現,則可以認為這些工況發生的可能性已被實際消除”。
從“實際消除”的定義可以發現它是從概率角度詮釋的一個概念,對于“物理上不可能”可以認為是不發生的概率為100%,“高置信度的極不可能”即發生概率極低,而此概率值是極度可信的。因此“實際消除”不能完全等同于“絕對不發生”,而應該是發生的概率極低。“實際消除”對于發生概率極低的工況要求高置信度,因此由于外部災害的不確定性太大,從概率論角度針對外部災害是否滿足“實際消除”評估方法應該與內部事件有所區分。
當“實際消除”理解為發生的概率極低以后,可以發現“設計上實際消除大量放射性釋放”不再是一個新的概念,而是與早期的導則或法規中對于核電廠的技術安全目標的闡述是一致的。IAEA在1999年的INSAG-12[2]和我國2004的HAF102[8]《核動力設計安全規定》中對于核電廠技術安全目標為“采取一切合理可行的措施防止核動力廠事故,并在一旦發生事故時減輕其后果;對于在設計該核動力廠時考慮過的所有可能事故,包括概率很低的事故,要以高可信度保證任何放射性后果盡可能小且低于規定限值;并保證有嚴重放射性后果的事故發生的概率極低。”另外在HAF102的2.1.5節中還對核動力廠的安全設計原則進行了闡述“核動力廠的安全設計適用以下原則:能導致高輻射劑量或大量放射性釋放的核動力廠狀態的發生概率極低;具有大的發生概率的核動力廠狀態只有較小或者沒有潛在的放射性后果。”
“實際消除”是對“技術安全目標”的沿續,“實際消除”應該理解為安全目標。“實際消除”作為安全目標應該具備明確指標判斷依據,因其內涵為概率論的概念,可以考慮給出一個量化的評估概率。“實際消除”的對象為核電廠的事件序列,因此其量化的評估概率也是針對單個事件序列,是單個“點”的評估,與大量放射性釋放的概率(LRF)有所區別,“LRF”表征的是核電廠發生大量放射性釋放事件的概率積分值,是一個總體的概率安全目標。“實際消除”的安全目標應該是與LRF安全目標處于相同地位,其體現個體與整體目標的有機結合,因此對于“實際消除”的量化目標建議與LRF值處于同一量級。另外,從合理可行盡量高的提高核電廠的安全性角度,不能僅憑評估概率而進行截斷考慮,需進一步考慮降低風險需要增加的設計功能、運行措施或事故管理規程,做到合理可行降低放射性物質釋放的可能性。
1.2 “實際消除”量化理解
從“實際消除”的定義可以發現它是從概率角度詮釋的一個概念,對于“物理上不可能”可以認為是不發生的概率為100%,“高置信度的極不可能”即發生概率極低,而此概率值是極度可信的,因此如何去量化“概率極低”也是“實際消除”一直存在爭議的關鍵點。對于概率安全目標的確定本文認為需要從概率安全目標的合理依據和實踐的可行性兩個方面進行綜合考慮,從而制定一個合理可行的概率安全目標。
1.2.1 概率安全目標的依據
美國核電的概率安全目標的制定是根據兩個“千分之一”的安全目標。兩個“千分之一”為:核電廠附近個人因反應堆事故造成即時死亡的風險,不應超過美國公眾成員因其他事故造成“即時死亡風險之和”的千分之一;核電廠附近公眾群體因核電廠運行可能導致癌癥死亡風險,不應該超過所有其他起因致癌癥的死亡風險的千分之一。其它國家的概率安全目標值也多是參考和借鑒美國的安全目標的結論。
1.2.2 實踐可行性
在提高概率安全目標時應該考慮工程實踐中的可行性,如果目標值太高,工程實踐中實現的代價非常大,則會降低核電的經濟性,不利于核電的發展;如果目標值較低,如果當前電廠設計就已經滿足,則達不到對新建電廠進一步提高安全要求的目標。因此,新建核電廠的概率安全目標應該是在當前目標基礎上,考慮了工程實踐中合理可行的措施后能夠達到的目標。
美國EPRI在1999年的URD[9]和NRC在2012年的 SRP
19.0[10]中對于大量放射性物質釋放的頻率(LRF)安全目標為小于10-6/堆年;2012年歐洲的EUR[11]對于大量放射性物質釋放的頻率安全目標為低于10-6/堆年,若考慮“陡邊效應”大量放射性釋放的概率安全目標小于10-7/堆年;加拿大CNSC核安全監管當局2014年的REGDOC-2.5.2[6]中明確導致大量釋放的頻率小于10-6/堆年。
從“實際消除”的概念和定量化兩個角度進行研究,可以發現“實際消除”的設計安全目標,是對核電廠技術安全目標的沿續與補充。“實際消除”的概率安全目標值的確定需根據合理依據與實踐的可行性,將其與LRF的概率安全目標相結合。在設計上考慮預防緩解措施,合理可行盡量高的提高核電廠的安全性,降低放射性物質釋放的可能性,從而實現“實際消除”。
2 “大量放射性物質釋放”的理解
從“實際消除”的理解可知“實際消除大量放射性物質釋放”其實是技術安全目標的沿續,其安全目標與LRF的安全目標是處于相同地位,因此對于“實際消除大量放射性物質釋放”中的“大量放射性物質釋放”應該與LRF中的理解是一致的。
IAEA在SSG-4[12]對于“大量放射性物質”推薦了四種判斷方式:放射性核素的絕對量值、堆芯裝量的某個份額、廠外人員受輻照的特定劑量、導致“不可接受的后果”的放射性釋放。
――大量放射性核素釋放的某個絕對值(以Bq的形式表示)
根據放射性核素釋放進行大量的定義主要有兩個類型,一類是以EUR為代表的“有限影響準則”(Criteria for Limited Impact,CLI)的形式,另一類是以IAEA為代表的核事件分級與放射性釋放量對應表的形式。
2.1 EUR
針對設計擴展工況(DECs)提出的釋放量限制要求以“有限影響準則”(Criteria for Limited Impact,CLI)的形式給出,用以評價電廠在DECs中的設計可接受性,也作為二級PSA(Probability Safety Analysis)的成功準則。
這些CLI可以保證如下設計目標的實現:(1)反應堆800m外無需緊急防護行動(如撤離);(2)反應堆3km外無需采取遷延的防護行動(如避遷);(3)反應堆800m外無需采取長期的防護行動(如再安置)和(4)電廠外僅有有限的經濟影響。這些目標的實現將十分有利于進一步提高核電廠與社會經濟及環境的相容性,表1給出了典型性核素131I和137Cs的釋放量限值。
表1 EUR中的有限地域和時間上的防護行動對應的CLI
2.2 IAEA
IAEA根據國際事故等級[13],對各等級的事故后放射性物質釋放進行了限制,其選擇等效于核素131I劑量當量作為評估的核素,因為131I是核電廠釋放的主要放射性核素之一,易于表征放射性物質釋放水平,按照放射學輻射劑量效果,可以將釋放到環境中所有核素的放射性活度的數量等效至131I。當釋放的放射性當量水平超過1014Bq劑量的事故被定為五級及以上事故,五級事故基本特征為放射性物質有限釋放而四級事故基本特征為放射性物質少量釋放,沒有明顯廠外風險,一般不需要場外保護性行動,如表2所示。表3給出了一些已經發生的典型事故及其放射性后果。
*三哩島核事故放射性物質釋放較少,按照堆芯損傷狀態定義為五級,其余事故按照放射性物質水平劃分等級。
――堆芯裝量的某個份額
NUREG/CR-6595[14]中分析認為,揮發性/半揮發性裂變產物(碘、銫、碲)的釋放份額超過2.5-3%,或者碘的釋放份額超過10%都可以認為是大量釋放。
――廠外暴露人員所受的某個特定的劑量
NRC和EPRI在核電廠安全目標中對“大量放射性物質釋放”給出了一種定義,即廠址邊界處全身劑量大于0.25Sv。
――導致不可接受后果的某個釋放
導致不可接受后果的某個釋放更多是一種工程的定性判斷,在二級PSA的LRF分析中認為導致安全殼失效的事故即可認為此事故后果將導致大量放射性物質釋放,核電廠的放射性最終的包容邊界喪失可視為“大量放射性物質釋放”的定性判斷。對“大量放射性物質釋放”定性判斷,便于工程設計上對可能導致大量放射性物質釋放的事件序列進行判斷和考慮相應的緩解措施。
“大量放射性物質釋放”的判斷建議采用定量與定性相結合的方式,定性的方式便于工程判斷,定量判斷可以對定性判斷進行補充,彌補遺漏。
表2 事故等級與放射性準則
表3 典型核事故放射性物質水平及事故等級表
3 結論與建議
本文通過對“實際消除大量放射性物質釋放”進行了研究,形成初步的結論與建議:
(1)“設計上實際消除大量放射性物質釋放”不是一個新的概念,而是核電廠技術安全目標沿續與補充,此概念在核電廠的設計中應該作為一個設計安全目標。
(2)外部災害的不確定性太大,從概率論角度針對外部災害是否滿足“實際消除”評估方法應該與內部事件有所區分。
(3)“實際消除大量放射性物質釋放”為一個概率安全目標,其對象為發生大量放射性物質釋放的事件序列或狀態,與LRF的概率安全目標是個體與總體的關系,建議其概率安全的量化目標與LRF處于同一個量級。
(4)核電廠的“大量放射性物質釋放”的概率安全目標應該考慮單個事故序列發生的概率和核電廠的LRF值,進一步提高核電廠的安全性。
(5)“大量放射性物質釋放”建議從定性和定量兩個角度考慮,但是具體的量化值有待進一步研究。
(6)設計上考慮“實際消除大量放射性物質釋放”不能僅憑評估概率而進行截斷考慮,而是合理可行的考慮預防緩解措施,提高核電廠的安全性,降低放射性物質釋放的可能性,從而實現“實際消除”。
【參考文獻】
[1]IPSN-GRS,Proposals for the development of technical guideline for future PWRs [R].1997.
[2]IAEA, Basic safety principles for nuclear power plants[R].INSAG-12, Vienna, 1999.
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[8]核安全局,核動力設計安全規定[R].中國,2004.
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[11]European utility requirements for LWR nuclear power plants[R].2012.
[12]IAEA,Development and application of level 2 probabilistic safety assessment for nuclear power plants[R].SSG-4,Vienna, 2010.
關鍵詞:水利工程;結構設計;處理方式
中圖分類號: TV314 文獻標識碼: A DOI編號: 10.14025/ki.jlny.2017.01.021
在開展水利工程設計工作之前,應當就建筑材料的選取與應用予以周到、細致的考量。水利工程建筑牽涉多項專業工程領域的學科知識,對于水利工程師的專業技能與設計經驗均有著極高的標準要求。盡管目前我國在水利工程建筑物的結構設計方面取得了進步,但依然存在著一定技術性缺陷問題,為了提升水利工程的防洪能力,需要就水利工程建筑物開展合理化的結構設計工作,從而促使建筑物結構的質量得到有效提升。
1 水利工程建筑物結構設計的重要性
開展水利工程建筑物結構設計工作最終的目的是為水利工程制定出相應的建設與預算方案,所設計出的方案水平將會直接影響最終的工程建設質量,并將與有關各方所能夠獲得的經濟效益均密切相關。因而為了保障水利工程建設的順利實施,就必須要制定出一整套完備且確切的設計方案。最終設計方案將會對工程建筑的使用年限與運行安全產生直接性的影響,因此這一方面的工作內容也愈發為人們所重視。
2水利工程建筑物結構設計存在的問題
2.1 標準等級不明確
水利工程級別的不同會直接影響到工程的規模與資金投入程度,但是若對水利工程標準等級不能作出明確判斷,便會引發極為嚴重的不利影響,若標準過于嚴苛便會造成建設材料的無端浪費,若標準嚴重低于實際需求便會使得預算資金不足,難以達到建設質量要求。因而就水利工程建筑物作出明確的標準等級劃分至關重要,具體可采取效益、規模、水文資料等多方面信息斫行等級劃定。
2.2 項目資料不全面
在具體施工前,必須要準備足夠的基礎施工材料,材料準備是否充足將是對工程設計質量產生影響最為關鍵的一個因素。這主要是由于在設計方案的選取、計算公式的采用以及設計參數的明確等內容均需要通過施工現場的地質、水文、氣象等多方面因素來予以確定。若資料不準確便會出現重大的設計失誤,就算是一個很微小的失誤,其所帶來的后果影響也是難以估量的。
2.3 出現偷工減料行為
水利工程的建設范圍廣、資金投入大,設計人員無法將整體工程量及工程費用在施工前完全算出,還需要依據實際施工建設過程來將所存在的設計問題進行及時的修正,因而就導致一些心懷不軌之人利用這一機會偷工減料。此種做法所產生的后果影響是極為嚴重的,不但會導致資源的大量浪費,還會使建筑物在建成后面臨著重大的安全隱患問題。
3 改進水利工程建筑物結構設計的措施
3.1 加強招投標設計
采取招投標制度,引入設計競爭機制,以促使有關的設計單位能夠形成良性競爭,促使設計單位更加用心設計,對自身的設計方案不斷進行優化。應督促有關的水利工程設計單位盡最大努力來提升設計的質量標準,采取分階段招投標,具體操作為將可行性研究階段與初步設計階段作為一個階段,將招標設計與施工圖紙詳細設計作為一個階段。
3.2 保障基礎資料可靠性
依據目前的各類水文計算規范之中的規定要求,在水利水電工程設計當中,先要就水文資料予以審核處理。但因工程設計會受到數據資料、計算處理、施工環境、人為性因素等多個方面的影響,在設計成果的評估上會出現較為明顯的出入。對此,便需要針對工程設計所選用的有關基礎資料采取認真的核查與分析工作,最大程度的保障設計成果的真實性,確保設計中所選用的各項數據信息均為確切、詳實的數據資料。
3.3 嚴格實施設計監理制度
構建起一整套較為完備的工程建設監理機制,由資金、進度與質量三方面來實施控制。通過對設計監理制度的設計實施,可就設計全過程采取相應的控制及監督管理,由此也能夠促使設計方提升其設計質量,這對于實現最終工程質量的全面提升大有裨益。
4結語
隨著我國社會經濟的快速發展,水利工程建設也取得了發展與進步,對水利工程項目的投資管理也愈發趨向于規范化、專業化與社會化,然而在此過程之中仍需繼續完善。因而,就水利工程開展設計工作必須要嚴格依據有關規程要求,做好對施工技術與人員職責的明確要求,只有實現對人、物兩方面的有效管理與控制,才能夠確保水利工程建筑物的結構設計與處理取得較好的質量水準。
參考文獻
[1] 龔勇.關于水利工程建筑物結構設計相關問題的探討[J].大科技,2014,(24).
[2] 宋迪.試論水利工程建筑物結構設計的技術創新與實際應用[J].四川水泥,2016,(10).
隨著經濟的飛速發展,人們的生活水平越來越高,在平日的飲食中越來越注重各種營養的均衡,各種水果蔬菜以及肉類的量也都有比較嚴格的控制,以促使人們能夠得到較為均衡的營養攝入。與此同時,人們對工程建筑方面的要求也越來越高,都希望設計師們在設計建筑圖紙的時候能夠考慮到方方面面,使建筑設計的概念更好的為人們服務,使工程建筑的設計更加人性化,使人們能夠從建筑中獲得一定的美感的享受,同時,建筑師們在審核建筑圖紙時也要根據不同的情況對建筑的結構進行一定的優化,通過運用各種優化技術,對建筑工程的建筑結構進行一定的改革與優化,是建筑結構更加的具有藝術美,能令人們得到更加好的精神享受。但是對工程結構優化的要求的越多,標準越高,對于工程師們而言就越是一個不小的挑戰,這要求設計師們要具備更加專業的基礎知識,要求建筑設計師們在設計的過程中要考慮到各個方面,涉及各個領域,考慮到各種確定或者不確定的影響因素。另外在設計師在設計建筑大概框架的時候思維也要更加的發散,不能老拘泥于傳統的設計風格及設計理念,要結合當今時代所特有的一些特色,將能具有代表性的元素融入到設計理念中,在創作手法上要求設計師們也要具有開拓創新的精神,不但將新的元素融入到設計理念當中,使設計理念更加的不拘一格,具有獨特的風格,更能吸引人們的注意力,更能代表時代的特色。另外,也要結合當今日益發展的科學技術,隨著科學技術的進步,好多不可能的因素也逐漸演變成現實生活中不可或缺的東西,因此,設計師們在設計時也要將當今的科學技術水平以及設計方案能夠實現的可能性算進去,使設計好的建筑理念以及好的結構優化技術不僅具有獨特的代表性還具有很強的可實現性,從而使設計師們先進的創新的設計理念不至于因為沒辦法實現而被埋沒。同時要求房屋結構設計人員要及時更新自己所掌握的計算機技術,要能利用當近飛速發展的計算機技術對房屋的建筑情況進行模擬,并利用計算機技術對房屋建筑進行進一步的優化。在實際優化的過程中,房屋結構的優化人員要迎接更大的挑戰,盡量在保證房屋建筑結構安全穩定的基礎上通過改變房屋建筑的建筑手法,建筑所用材料,進一步對房屋建筑進行優化,增加房屋建筑的視覺效果,使房屋建筑不僅僅具有良好的使用質量更能使使用提的人們有更好的美的享受,使房屋建筑在結構設計優化方面更能考慮到人們的實際需求,使其實際更加的人性化。例如,現今人們在裝修房子的時候普遍采用的內嵌式衣柜,內嵌式床的設計理念。這一理念無疑更加方便了人們的生活,內嵌式的衣柜使人們房屋的空間在使用方面更加的充分,內嵌式的設計不僅增加了房屋設計的美觀性和觀賞性,更加避免了傳統衣柜凸出給人們生活帶來各種不良影響。內嵌式的床的設計,使床的三面都被墻壁所環繞,可以令人們在無形中增加安全感,增加人們的精神世界的享受。
2房屋結構優化技術中所存在的問題
當今社會對建筑結構優化師們提出了巨大的挑戰,要求房屋建筑結構優化師們不僅要有專業的理論知識更要結合當今社會的現狀進行新穎別致具有創新精神的設計,使得設計出來的建筑結構的優化方案更加的合理更加的具有可操作性。科學合理的結構優化方案的設計是房屋結構優化人員的主要工作,是結構設計優化工作的靈魂所在。房屋結構優化人員要對房屋建筑的周邊環境以及各種影響因素進行詳細全面的了解。尤其是對房屋周圍環境的建筑環境、自然環境、以及人文環境進行充分考慮,同時也要對房屋建筑本身進行詳細的分析,對其建筑結構以及房屋內的布局以及格局的設置、尺寸的衡量進行進一步的核實優化,保證房屋結構的各項數據進行精確控制,并對房屋結構的設置進行優化、使房屋結構更加具有實用性與觀賞性。但是在房屋結構優化時也應注意不應一味的減少成本,注重美觀,應在盡量保證安全性與穩定性的情況下再考慮美觀方面的設計與優化,盡量在完善房屋建筑結構的過程中兼具房屋穩定性、安全性、美觀性。由于房屋建筑優化時需要考慮的問題有很多,優化人員的工作較為繁雜,在優化時要盡量找到一個平衡點,避免顧此失彼的現象出現。并且房屋設計時各項問題各種細節很多,優化設計人員對其中的問題都要一一進行審核,一一進行設計與實施執行,這就導致房屋結構優化人員的工作繁瑣復雜,有時,房屋結構優化設計人員往往會過分注重某一細節,而忽略房屋結構優化時的整體美觀性與觀賞性。這也是房屋結構優化時經常會遇到的問題之一。另外,現今人們生活水平的提升直接導致人們生活質量的提高,人們對于生活各個方面的追求與要求標準也在逐步提升,人們對房屋設計優化時設計方案的創新性與新穎性的要求過高也是房屋優化設計時常遇到的問題之一,要求房屋設計優化人員不得不開拓自己的思維,努力抓住生活中的靈感。
3房屋設計是所使用的房屋結構優化策略
對于房屋結構的優化,我們要根據不同房屋的不同情況進行區別對待,分別采用不同的優化策略。在房屋結構優化時所遇到的房屋結構類型主要包括三種,第一種就是大家經常看到的框架型的結構,由于框架型的房屋結構本身的靈活性比較大,基本上可以滿足用戶多種的裝修及美化的需求,并且框架型的房屋結構在建造時的成本也比較低,這樣以來,低廉的造價,靈活的改造方式使得框架型的房屋結構在現今社會受到眾多人的認可。第二種房屋結構就是比較少見的剪力墻結構型,這種房屋結構是采用技術含量比較高的建筑技術來進行建造的,這種房屋結構的承重能力比較強,在建筑高層樓房的時候應用的比較多,可以為高層建筑結構提供比較穩固的結構支撐。第三種結構就是框架-剪刀墻結構型,這種類型就是綜合和剪刀墻型和框架型兩種房屋建筑結構的特點,融了剪刀墻的穩固性的特點與框架結構類型的靈活性的特點,使得這一種房屋建筑結構即采用高科技含量較高的建筑方法又避免了過于呆板的特點。使其更具有穩定性與觀賞性。另外,在進行房屋結構優化時要應用到各種計算機技術,房屋結構人員要及時更新自己的知識結構,應夠充分利用高新技術進行各種復雜麻煩的數據計算及處理結果,并且在計算是要充分考慮到更重可控因素與不可控因素的影響,要充分考慮到其中的變量因素可能會帶來的一系列變化。依托比較先進的計算機技術,盡量提高建筑結構優化方面的工作效率,并且盡量提升建筑結構優化人員的工作情況的準確性。在房屋建筑結構優化的過程中的過程中首先要考慮的就是穩定性與房屋建筑結構的安全性,并且在優化時要盡量節約房屋建筑結構的優化成本,在進行優化方案設計的過程中要緊跟當今社會所倡導的綠色健康無公害的步伐,積極將健康綠色的理念引入到房屋建筑設計的方案中。另一方面房屋建筑優化結構設計也應積極響應國家所倡導的節能理念,要充分利用自然能,設計時應充分考慮怎么設計才能讓自然能發揮其最佳的效果。
4結語
關鍵詞:房屋建筑;結構設計;常見問題
隨著社會的發展,人們的生活水平也在不斷提高,對于房屋建筑這一類生活場所或者工作場所的要求也越來越高,不僅要實用性強,而且必須做到外形美觀,這就要求在建筑工程施工之前,必須根據建設要求做好結構設計工作[1]。設計是房屋建筑的靈魂,首先你需要通過結構的設計來保證建筑的實用性和安全性,其實設計原理以及用料必須要符合房屋建造的力學結構,綜合考慮地形地貌等因素,其工作內容相對復雜。目前,在我們進行建筑結構設計進行貫徹落實的過程中,經常會出現的問題是由于對建筑結構的實施工作不夠重視造成不同程度的建筑失誤。當然,對建筑結構的不重視造成的種種問題也強化了人們對建筑結構的重視,保障建筑工程的質量成為建筑領域越來越重視。為避免建筑結構設計中存在較多的疏漏,使得建筑投入使用后出現較大的問題,從房屋建筑結構設計的優化角度考慮,本文對“房屋建筑結構設計中常見問題”進行分析意義重大。
1房屋建筑結構設計中的常見問題分析
1.1建筑結構的實施工作不夠重視
對于建筑結構的實施工作不夠重視,是導致不同程度的建筑失誤主要原因,首先相關工作流程不規范,所花費的資金資源也比較少,其設計工作仍處于閉門造車的階段。房屋建筑結構設計涉及到的信息比較多,設計師需要綜合考慮各方面的因素,比如建筑所在地的外界環境條件、開發商與居民的需求,而且還應該充分了解目前市面上常用的一些建筑原材料性能,根據這些因素,做到榮抽規劃,合理布局,以準確的數據來支持整個設計方案,確保其科學合理性。部分設計人員在進行結構設計時,都很難做到這一點,沒有足夠的信息,沒有扎實的理論知識,沒有與時俱進的設計思想,在這一環節缺乏對市場行情的把握,導致了設計方案的不合理,建造出來的房屋建筑很難達到預期的效果。
1.2房屋地基設計中的問題
房屋地基設計必須要與當地的地形銜接恰當,而目前我國的房屋建筑普遍存在著地基設計不合理的問題,與實際的地形存在著較大的差異,給實際施工帶來了較大的難題,而且地基的穩定性也比較差,會影響到整個建筑物的穩固性。多數設計師都是根據地質勘測人員準備好的地形資料來進行結構設計工作的,難免會存在一定的誤差,忽略很多細節性的問題。所以最好還是需要設計師親自到現場進行考察,整體把握當地的地形條件,對一些可能會影響到地基設計的問題進行重點勘察,對工程進行多方面的全面分析,做到合理設計[2]。
1.3房屋建筑結構搭配不合理
房屋建筑結構設計的重點在于結構的搭配,這關系到整體建筑的外觀與強度。一般情況下,房屋建筑需要做到層層設計,但是實際上很多建筑其建筑結構都是一樣的,沒有考慮到不同區域受力的變化。此外,一般高層建筑需要在底層設置抗震結構,并且與建筑上面的抗震墻對齊,而很多時候建筑的最底層都作為停車場,是一個空曠的空間。在實際設計過程中,經常出現負載計算時取值錯誤的問題,沒有根據建筑的具體情況來選擇合理的取值,盲目地遵從了以往的建筑結構設計經驗。
2房屋建筑結構設計需明確的內容及其原則探究
結合上述分析認識到,我國房屋建筑結構設計中存在的問題有比較多,但是整體上來說都是與建筑公司對該模塊的重視程度、設計人員的專業性以及施工人員的專業度有關,要想提高建筑質量,就必須重視起結構的設計,加大投資力度,提高對建筑結構的實施工作的重視,加強結構設計圖紙的審核,并且確保施工人員嚴格按照設計圖完成建設工作。此外,還有必要明確房屋建筑結構設計的內容以及原則。涉及的具體內容及其原則如下。
2.1房屋建筑結構設計的基本內容
在房屋建筑的結構設計環節,一般設計師需要提供不同的結構設計圖,包括:(1)結構平面圖,這是最基本的圖紙,近年來地震頻發,在不同地區房屋的抗震性要求是不一樣的,房屋結構的設計必須符合當地建筑的設計要求,對于地震頻發地帶,設計師需要進行截面抗震驗算。設計師在結構設計時,需要充分考慮不同組成構件的受力,設計完后應用專業的軟件進行建模,找出設計圖中存在的問題,反復修改驗證,直到符合建筑的設計要求;(2)屋頂結構圖,這種設計圖一般是建筑是坡屋面時需要用到,通常包含梁板式和折板式兩種結構,二者應用的條件截然相反,梁板式適用于板跨度較大,且屋面坡度及屋脊線轉折相對復雜的坡屋面,而折板式適用于一些建筑平面較為規整,且屋面坡地較小,屋脊轉折較為簡單的坡屋面,具體是用剖面示意圖以及大樣詳圖的方式來表現,讓施工人員能夠明白其空間結構設想;(3)大樣詳圖,一般是在準確的建筑詳圖上直接繪制出來的,需要確保建筑外形不變,保證標高和外形尺寸的準確,盡可能地提高建筑結構的合理性,并且直觀形象,能夠讓施工人員看懂,且實際可行[3]。
2.2房屋建筑結構設計需遵循的原則
房屋建筑的結構設計是一項非常嚴謹的工作,要求比較嚴格,對于設計師的建筑專業素質考驗比較大,必須擁有扎實的理論基礎知識以及創新活躍的思維,才能夠勝任這一工作。在設計過程中,你首先要收集足夠多的資料,包括地形地貌信息、房地產開發商的房屋建筑理念以及市場需求等,然后在保證建筑質量的基礎上,讓其外形更為美觀。總的來說,房屋建筑的結構設計就是力學與美學在建筑工程中的完美結合[4]。我國對于房屋建筑的結構設計有較為嚴格的要求,目前很多房屋建筑出現質量問題都是因為在結構設計的階段沒有按照設計原則執行。具體來說,房屋建筑設計應遵循以下原則:(1)設計師應該明確每個建筑組成構建的承重要求及用途,在明確建筑結構及原材料對于整體質量的影響,在設計環節就應該根據自己的設計圖紙來選擇合適的建筑原材料,與相關建筑材料采購人員溝通;(2)明確不同建筑結構其力學效應的變化,對于不同建筑類型,或者誰組成構件,都有明確的力學要求,比如說軸壓比的考慮,比如說承重柱截面高度的設計,這些都是有嚴格的要求的,需要具體情況具體分析;(3)結構設計的剛柔調和,一般來說,建筑結構太軟,其剛度不夠,能承受的外力作用比較小,易變形,而建筑結構國語剛硬,則彈性效果比較差,能夠承受較強的外力但是易破損,設計師應該綜合考慮這兩點,根據建筑的外力分析結構設計出合理的結構。
3結語
近年來,地震等破壞力加強的自然災害頻發,使得人們對于房屋建筑的質量要求越來越高,在進行房屋設計時,不僅要考慮其外觀及空間的利用,還要充分考慮墻體、梁柱等的受力能力,從力學角度上考慮結構設計的合理性,按照我國房屋建筑結構設計的標準執行。目前來看,在我們進行建筑結構設計中往往對于房屋建筑結構的實施工作不夠重視,大部分施工企業都不注重結構設計這一塊,在畫設計圖時,沒有按照要求充分考慮地形因素以及建筑的力學結構,設計方案投入使用前也沒用較為嚴格的審核程序,設計質量得不到有效保障。總而言之,針對房屋建筑結構設計問題,需采取有效解決方法,進一步優化房屋建筑結構設計,從而為建筑業的發展奠定夯實的基礎。
作者:陳雪桐 單位:新疆建筑科學研究院
參考文獻:
[1]霍北靈.淺談房屋建筑結構設計中常見問題分析[J].中國新技術新產品,2015(02):123.
[2]蔣玉勝.房屋建筑結構設計中常見問題及對策之初探[J].山東工業技術,2014(21):108.
關鍵詞:鋼筋混凝土;優化設計
鋼筋混凝土的材料便于得到,工程造價較低,并且其力學性質良好,很適合做建筑材料。在現代化建筑中鋼筋混凝土結構是最常用的,而且也是最為穩定的。隨著建筑應用的越來越多,逐漸總結出一套成熟的施工設計方案。由于建筑的大部分結構都是由鋼筋和混凝土構成的,為了保證建筑的安全可靠,對鋼筋混凝土結構進行研究是勢在必行的。只有將整個結構研究透徹才能在此基礎上進行拓展和創新,實現合理優化建筑結構從而降低工程成本的目標。
1鋼筋混凝土結構設計的原則
1.1鋼筋混凝土結構的實用性原則
在進行鋼筋混凝土結構設計時,首先要考慮的就是結構的實用性。鋼筋混凝土結構設計的根本目的就是進行實際應用,沒有使用價值是不會有人去建設的。設計的結構如果只滿足美觀忽略了實際的用途,那就是一張廢紙,只有滿足使用者的需求,這個建筑材有存在的意義,這個設計才有實施的必要。
1.2鋼筋混凝土結構的安全性原則
鋼筋混凝土結構設計過程中應該突出安全,一方面要確保鋼筋混凝土結構施工過程中安全目標的實現,要為鋼筋混凝土結構施工創造一個安全的環境,這是進行鋼筋混凝土結構設計的必要前提。另一方面要確保鋼筋混凝土結構使用的安全,力爭在建筑物和鋼筋混凝土結構的使用壽命中做到對安全的保證,這是對建筑功能和使用者人身安全的重要基礎。
1.3鋼筋混凝土結構的整體性原則
應該將鋼筋混凝土結構的設計工作進一步深化,使整體性原則得到進一步落實,讓整個鋼筋混凝土結構達到一個性能綜合、結構連續的整體,在實現對建筑物功能維護的同時,確保整個工程的統一。
2鋼筋混凝土結構的設計要求
2.1鋼筋混凝土結構延展性要求
鋼筋混凝土有較強的硬度同時也還有一定的延展性。只有延展性和硬度能夠有效的結合才能具有較強抗壓性和抗形變性。所以在進行結構優化時要考慮鋼筋混凝土的延展性參數,這一參數調整到位,才能提高建筑對地震等自然災害的抵抗能力。具有一定的柔性性質才能對突發的應力變化起到緩沖作用,利用微小的形變來阻止整個建筑的傾倒、滑移甚至是坍塌。所以對于鋼筋混凝土結構設計一定要科學合理,這樣才能保證整體結構的延展性符合規定滿足實際施工的需要。
2.2鋼筋混凝土結構傾斜力要求
建筑在使用的過程中,會受到自然界因素的影響,鋼筋混凝土結構會在地震等的
水平作用力下出現傾斜,進而對整個混凝土結構造成影響。在設計混凝土結構時就要結合當地的實際情況對傾斜程度進行估算,進而采取一些措施控制結構的傾斜,保持整體的穩定和連續,這一點在設計上是不容忽視的。
3優化鋼筋混凝土結構設計的方法
3.1結構計算方法的優化
鋼筋混凝土結構計算分析方法是結構設計優化的關鍵。首先是對結構體系選擇的優化,主要是確定經濟合理的結構型式、柱網尺寸和剪力墻布置等;其次是對結構構件進行優化,在已確定結構體系和結構布置的前提下,確定經濟合理的構件截面尺寸、混凝土強度等級、鋼筋強度等級和配筋量。優化設計在初始假設后,需按一定的方法通過多次分析和調整,從而獲得最優的設計方案。在傳統設計中,構件尺寸一般先按經驗確定,然后進行強度驗算。在優化設計時,應對不同構件布置方式和不同截面尺寸進行配筋計算,并作經濟比較,以確定最優構件布置方式和截面尺寸。
3.2結構設計規范的理解
鋼筋混凝土結構優化設計須深入地掌握相關結構設計規范,理解規范實質,并注意規范的適用范圍和規范使用的配套性。在計算樁數時,荷載效應采用標準組合,對應的抗力采用單樁承載力特征值;在確定承臺高度及配筋,驗算材料強度時,荷載效應取基本組合,采用相應的分項系數,對應的抗力計算采用材料強度設計值。抗震墻分加強部位和非加強部位,邊緣構件分約束邊緣構件和構造邊緣構件,這兩種邊緣構件的配筋相差很大,應分別按不同的構造要求進行配筋。設計優化前必須透徹地理解概念,勿盲目提高標準,以免造成設計浪費。
3.3設計參數取值的優化
為取得良好的優化效果,在設計參數取值上要進行優化。對毛坯房,要根據各地具體情況和房屋設計標準,合理考慮各功能空間的二次裝修荷載。在計算墻體荷載時,應考慮實際墻體高度、長度和開洞影響,墻體高度的取值應扣除鋼筋混凝土梁板的高度,墻體長度的取值應扣除鋼筋混凝土墻柱的長度,并應扣除洞口面積。消防車等荷載宜按等效荷載取值。樓面活荷載按實際使用功能合理取值,并按規范規定考慮樓面活荷載的折減。正確取用抗震設防烈度、場地類別,合理確定風荷載標準值和風載體型系數,必要時可根據風洞試驗確定風載體型系數。根據不同荷載組合和不同計算內容選用荷載分項系數。在進行基礎設計時,當上部結構傳給基礎的荷載為設計值時,應將設計值轉換成標準值。
3.4剪力墻
一方面,要實現剪力墻布置的對稱、集中,要在重點環節做到剪力墻設置的均勻化,在變化較大的位置應該縮短剪力墻的間距,以便實現恒載的平衡。另一方面,要實現剪力墻雙向的布置,提高整個鋼筋混凝土結構的穩定性。
4.鋼筋混凝土結構設計優化的措施
4.1鋼筋混凝土結構的安全性
設計鋼筋混凝土結構的過程中要將結構自身的抗震性能及外部人為因素可能造成的破壞考慮周全,切實提升鋼筋混凝土結構的抗震和抗損的性能。設計鋼筋混凝土結構過程中要考慮鋼筋混凝土結構荷載的變化問題,實現鋼筋混凝土結構的安全與穩定。
4.2鋼筋混凝土結構的抗震性
設計人員要以抗震概念設計為依據,對鋼筋混凝土結構體系、平立面設計、結構構件延展性等進行優化設計,以使鋼筋混凝土結構的抗震能力得到有效的提升。
4.3混凝土結構的耐久性
首先,要選擇質量良好的鋼筋混凝土結構的材料,從穩定性能、抗侵入性能、抗裂性能等幾個方面入手,選擇堅固、耐久、潔凈的骨料,含堿量與水化熱反應較低的水泥,減少對于硅酸鹽水泥與用水量的應用,并適當地將礦物摻合料加入到材料中。其次,優化鋼筋混凝土結構的設計,設計人員要根據實際的使用環境,明確建筑中不同結構構件的使用界限與注意事項。最后,應用合理的鋼筋混凝土結構形式,要在鋼筋混凝土結構設計出混凝土保護層,并通過協調構件的截面積與表面積,避免侵蝕性物質集中停留區域的形成,同時注意高侵蝕度的環境中,混凝土墻板的通風效果,并注意配筋間距的合理設計,以減少鋼筋銹蝕、保護層剝離等問題在鋼筋混凝土結構的出現。
5.結論
現代的鋼筋混凝土結構的施工技術已經比較成熟,在優化時并不是針對設計的參數,而是在滿足施工質量的前提下縮減成本開支。想要實現這個目標就學要有扎實的專業基礎知識,還需要有新技術和新設備的加入,是需要不斷探索和專研的。鋼筋混凝土機構設計優化涉及的環節多,不同的施工階段要采用不同的優化方法,很多時候還需要結合實際的施工情況進行分析處理。