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1、昆铁党校住宿楼框架柱截面控制 成果报告,小组名称：昆明铁路局党校住宿楼结构设计QC小组 昆明铁路勘测设计院2005年1月,1.工程概况,昆明铁路局党校住宿楼位于昆明小石坝地区铁路局党校内，是路局为改善党校的住宿条件和配套设施投资建设的，是当地及铁路局的形象工程。该楼为六层框架结构，半地下室车库，二至五层为标准间，六层设大会议室及多功能活动室。,该用房的特点为：平面布局紧凑，涉及专业多，使用标准高，建设在高烈度地震区，且属于结构竖向不规则类型。建筑方案中隐含的关键问题是为了满足标准间、走道、管井等使用功能及各专业设计要求，框架柱截面尺寸不能超过700mm。针对该问题，结构上如何既满足国家建筑抗震
2、设计规范及相关标准，又能安全经济地实现各项功能要求就成为了整盘设计的重心。因此，我们成立了攻关型QC小组，目的是通过安全可靠的结构设计，控制结构尺寸，本着合理、经济、实用、争创优秀设计的宗旨为甲方服务，并结合该工程特点选择课题开展QC活动 。,2小组概况,2.1 小组基本情况 小组名称：昆明铁路局党校住宿楼结构设计QC小组 成立日期：2004年9月1日 完成日期：2004年10月29日 小组人数：8人 文化程度：6人大学，2人中专 活动次数：8次 活动时间：18小时 掌握TQM（TQC）知识情况：均参加过学习，培训。,2.2 小组成员情况表,QC小组成立以后，根据设计输入的要求，(一)、及时制
3、定QC活动计划，协调各专业搭配，配合事宜，强调质量意识；(二)、强化活动制度，坚持TQC及相关规范的学习，严格按照TQC活动PDCA循环进行各项工作；(三)、通过对设计难点的攻关，总结经验，提高设计水平；(四)、活动形式多样，既集中研究讨论又分小组各自活动，小组活动8次，共活动18小时，记录如下表：,3.选择课题,框架结构是使用非常普遍的一种结构形式，但是在高烈度地震区既要满足建筑适用与美观，又要满足结构安全和经济就不那么简单了。作为主要受力构件，框架柱往往是结构抗震设计中的重中之重，框架柱的截面尺寸以及平面中的位置、数量直接关系到建筑使用功能和工程耗资。该工程有6个结构层，结构计算高度21.
4、8m，柱网尺寸达7.8m8.1m，,楼层隔墙多、荷载大，在昆明这个高烈度地震区按通常做法框架柱截面将可能达到800mm或以上，而建筑平面布置极为紧凑，特别在标准间和走道内，柱子的尺寸要求控制在700mm以内，否则将会和使用功能产生激烈矛盾，甚至影响到各专业的整盘设计质量和进度。,为此，我们选定“昆铁党校住宿楼框架柱截面控制” 这个课题开展活动，目标是通过对此课题攻关，控制截面、满足功能、节约投资、提高质量，对以后类似工程设计打好铺垫，同时提升精品意识，提升设计院市场形象。,4.活动开展,为提高设计质量，优化设计内容，QC小组依照PDCA循环，按照“四段八步”展开工作。,4.1计划阶段,4.1.
5、1 现状调查,4.1.2因果分析，确定要素,影响框架柱截面设计的主要因素：,要因确定饼分图,4.1.3制定对策措施,4.2实施阶段,经过因果分析，针对影响设计的主要因素，QC小组根据对策措施进行分工，制定了岗位责任制，确保优质按时完成任务。,4.2.1 实施一,由组长组织各专业设计人员，对建筑方案进行仔细的研究：标准间开间和进深分别为3.9m和4.2m，内走廊宽度为2.1m，布局紧凑，由于受地形限制且建筑方案已审定，所以平面布置和房间尺寸不可再做调整。根据对策考虑将框架柱凸出外墙，争取室内空间，但建筑人员反对，此做法将改变已确定的建筑外立面效果，而且中部室内柱子过大也会影响走道使用，此方案不可
6、行，予以否定；,最后商定先按常规结构布置进行初步试算，根据试算结果再分析研究。若柱截面过大则将增加柱子作为重点考虑，但每个标间的管道井、壁柜、家具等布置要求又必定对增加的柱子如何设置带来严重影响。设计人员明白，这将是一个严峻挑战。,4.2.2 实施二,由院总工程师、结构成员及建筑成员组成，采用中国建研院的PKPM.TAT及SATWE计算软件先将初步结构模型进行校算，柱截面暂取600mm600mm。发现由于是在8度抗震设防地区，且是大轴网结构形式，按常规结构布置方法建立的模型计算结果离规范规定差的太远，柱尺寸明显偏小。这时小组展开了分析讨论。,(1)、首先明确的是虽然设计中遇到困难，新规范大幅度
7、提高了抗震设防的要求，但国家规范作为设计的根本依据应该坚决遵照执行，不应突破规范规定的指标。(2)、根据以往的经验，由于追求效率和速度，往往都是将荷载进行简单计算后就输入计算模型，容易造成荷载值偏大，在此工程中应进行仔细核算，使输入的荷载值切实可靠。,再次实施计算后，效果并不理想，边柱和中柱截面已分别达到600mm900mm和650mm650mm，仍满足不了规范要求，而此截面已严重影响到各专业设计的使用功能(详附图1)，,附图一,而且，从“柱截面与地震变形关系”图中可以看到柱截面的增加速率要大于层间位移角的减小速率，加之构造上梁截面亦会随柱截面的增加而增加，反映出此常规结构布置方式采用增加混凝
8、土用量来满足规范要求是不经济的，不科学的，必须另谋出路。,增加柱子数量在所难免。前面已提到，受功能限制，加柱是困难的，须认真分析、反复验算，既要加的少，加的巧，不影响使用，又要在满足规范前提下使结构利益最大化。,在对计算模型一遍又一遍进行受力及变形分析后发现，结构抵抗地震力薄弱环节处于房屋两端部(端部开洞多，抗扭能力弱)，巨大的剪扭作用使两端框架角柱横向水平变形过大，考虑如果在端部增加柱子，非常规地只在横向形成框架，增强横向约束，针对性应更强，而且对各使用功能没有影响。,在与小组成员达成一致意见后重新加柱试算，发现效果非常好。在两端适当部位各增设1根500mm500mm左右的柱可使原来12根9
9、00mm的柱减至500mm650mm，此截面完全满足各专业要求，而且柱、梁的混凝土用量及强度反而明显降低，此“一反常规”的做法取得了突破性进展(详附图2)。,附图二,4.2.3 实施三,由组长负责，全体组员参加，针对该项目时间紧、专业多、协调难特点安排如下：(1)、为确保按时保质的完成设计，手上有其它项目的成员尽快协调，集中精力进行此课题的攻关工作，如果有必要，安排周六、周日加班工作。,(2)、针对小组活动中出现的拖拉扯皮，不能及时解决问题的现象，小组专门提出：提高工作效率，有问题当时在会议上就给于解决，不拖到下一次会议，不互相推诿踢皮球。,(3)、新规范于2003年颁布实施，根据新规范设计的
10、工程大部分还在建设中，实践经验不足。在院总工的指导下，邀请多位设计经验丰富的老工程师参与小组活动，设计人员再进一步优化截面，并采用两种计算软件进行校验，将高抗震烈度地区的柱截面控制作为中心议题进行热烈讨论，及时发现解决问题，避免出现设计脱离实际工程的情况。,4.2.4 实施四,由组长负责，全体组员参加。明确本工程资金来源为铁路局更新改造项目，属于国家投资，而结构设计柱截面的控制是影响工程造价的重要因素，本着节约增效的设计精神，精益求精的设计态度，将投资效益最大化作为衡量各项实施对策的一个重要标准。,4.3效果检查,经过全体QC小组成员的努力和辛勤工作，于2004年10月27日顺利完成了全部设计
11、工作，并且一次通过院内、建设单位和审图公司设计评审，评为优良。通过本次QC小组活动完成的设计获得了以下主要成效：,4.3.1 技术效益,丰富了设计手段，提高了设计水平，尤其在高烈度地震区较大柱网多层框架结构设计方面积累了经验，对结构横向抗侧力薄弱环节的分析与处理寻找到了行之有效的办法，对今后类似设计产生重要的理论引导和参考借鉴价值。,4.3.2 经济效益,通过本次QC活动对结构设计的优化，在保证建筑功能基础上，框架柱截面尺寸大幅减小。就该项目前后设计对比，节省柱、梁C40钢筋混凝土用量分别为45m3、17m3，增加房屋净使用面积17m2,节约造价6万元，达该工程土建投资的3%，得到了建设方的高
12、度评价，取得明显的经济效益和社会效益。,4.3.3 其它效益,通过QC活动，减少和避免了设计中的反复与差错碰漏，有效提高了生产效率，缩短了设计工期，使任务得到顺利完成。小组成员进一步加强了质量意识和服务意识。对取得成效进行综合检查，QC小组圆满实现课题目标。,4.4总结与打算,经过QC小组活动，集思广益，齐心协力，以优异的质量完成了设计任务。高烈度区多层框架结构柱截面尺寸控制的关键在于通过受力及变形分析，查找结构抵抗水平力的薄弱环节和因素，根据上述“柱截面与地震变形关系”图我们总结出：针对性地采取措施要比一味地加大构件截面更行之有效，更合理经济。,该工程在端部薄弱处增设2根柱从而使大部分框架构件截面大幅减小就是一个很好的例证。同时强调，我们结构人员应不断丰富设计手段，加强建筑经济与实用意识，提升职业素养和责任感，这与开展QC活动是密不可分的，在质量活动中，所有成员都目标明确，配合密切，卓有成效地体现了集体的凝聚力和战斗力，增强了集体攻坚攻关的信心。,QC小组考核成绩雷达图,为进一步巩固成果，一是我们继续在不同类型的工程中进行研究，总结出一套标准化设计理论，并编入单位ISO2000-9001作业程序当中，有效地提高技术含量；二是通过这次QC活动找出不足，总结经验，逐步完善，不断耕耘，为今后QC活动的继续开展打下良好的基础。,感 谢 大 家,
