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关键词:民用建筑;层次分析法;优化改进
随着各种新型结构和材料的引进和运用,结合我国现状研究高层住宅的抗震性能已成为一种趋势,这也是国民经济健康发展和国计民生的重要保证。研究高层和超高层房屋的抗震性和经济性涉及因素多,必须对方案从整体上进行综合评价,建立正确的决策模型,从而得到客观合理的优劣排序,并在此基础上对各建筑结构方案进行优化改进。
1传统民用建筑结构方案初选
1.1多层砖混结构房屋
特点:砖混结构中的“砖”,是指一种统一尺寸的建筑材料,也包括其他尺寸的异型黏土砖、空心砖等。 “混”是指由钢筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的钢筋混凝土配料,包括楼板、过梁、楼梯、阳台。这些配件与砖做的承重墙相结合,所以称为砖混结构。砖混结构住宅一般以多层 (24米以下,住宅10层以下)住宅为主,其抗震性能比起以下三者相对弱一些。
1.2框架结构房屋
特点:由钢筋混凝土浇灌成的承重梁柱组成骨架,再用空心砖或预制的加气混凝土、陶粒等轻质板材作隔墙分户装配而成。墙主要是起围护和隔离的作用,由于墙体不承重,所以可由各种轻质材料制成。
1.3剪力墙结构房屋
特点:剪力墙是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,这种用剪力墙来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。剪力墙结构在高层(10层及10层以上的居住建筑或高度超过24米的建筑)房屋中被大量运用。
1.4钢结构房屋
特点:钢结构是以钢材为主要结构材料。钢材的特点是强度高、重量轻,同时由于钢材料的匀质性和强韧性,可有较大变形,能很好地承受动力荷载,具有很好的抗震能力。一般的超高层建筑(100米以上)或者跨度较大的建筑通常应用钢结构。不过,由于钢结构建筑的造价相对较高,目前应用不是非常普遍。
2.4各方案的总排序
表4-10各方案总排序
因素
方案 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Wi 排序结果
0.321 0.160 0.107 0.160 0.107 0.080 0.065
A1 0.355 0.261 0.429 0.048 0.077 0.107 0.063 0.230 3
A2 0.284 0.087 0.214 0.238 0.385 0.160 0.313 0.240 2
A3 0.203 0.130 0.214 0.286 0.308 0.092 0.187 0.207 4
A4 0.158 0.522 0.413 0.428 0.230 0.641 0.437 0.351 1
3.建筑结构优化
3.1传统建筑结构的优劣态势和改进空间分析
3.1.1砖混结构
优劣态势:由于砖混结构的材料成本低,建造简单,故其造价相对较低,施工较容易。但由于砖混结构是由钢筋混凝土配料与由粘土砖、空心砖等做的承重墙结合,故其抗震能力和耐用性相对较差,结构自重偏大,空间布置也不灵活。
改进空间:由于砖混结构是传统的房屋结构,发展较其他结构快,技术已经达到几乎完全成熟,故砖混结构改进空间很小。
综上,砖混结构各方面相对其他传统建筑结构较弱,且几乎没有改进空间。
3.1.2框架结构
优劣态势:根据层次分析法,框架结构建安成本低于剪力墙结构和钢结构,且耐用性好,但框架结构最大的缺点就是施工过程繁琐复杂,抗震能力相对钢结构和剪力墙结构较弱。
改进空间:由于现阶段各种减震结构的设计和应用很多,将其应用于框架结构中可以有效增强框架结构的抗震能力,故框架结构的改进空间相对砖混结构较大。
综上,框架结构抗震能力较弱的缺点可以通过应用合适的减震设计来改进。
3.1.3剪力墙结构
优劣态势:根据层次分析法,剪力墙结构的结构自重偏重,大大影响其建设高度;且由于剪力墙结构布置不灵活,致使其适应性弱于框架结构和钢结构。
改进空间:针对剪力墙结构布置不灵活的缺点,框架―剪力墙结构可以弥补。它是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合,吸取了各自的长处,既能为建筑平面布置提供较大的使用空间,又具有良好的抗力性能。这种结构的住房有很好的抗震性。而使用自重较轻的材料构成剪力墙可以弥补剪力墙结构自重较大的缺点。
3.1.4钢结构
优劣态势:与传统的住宅相比,由于钢结构导热快,比热小,随着温度的升高,钢材的机械力学性能迅速下降,未加防火保护的钢结构,遭遇火灾只需10几分钟时间,自身温度就可达540℃以上,故钢结构有不耐高温且易腐蚀的缺点。
改进空间:针对钢结构易腐蚀和不耐高温的缺点,可以通过钢结构构件防火来弥补,以减轻钢结构在火灾中的破坏,避免钢结构在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散的 困难;尽可能延长钢结构到达临界温度的过程,以争取时间灭火救人;避免钢结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡;减少火灾后钢结构的修复费用,缩短灾后结构功能恢复周期,减少间接经济损失。
综上,通过提高钢结构的防火防腐性能可以改善钢结构,其改进空间较大。
3.2优化传统民用建筑结构
3.2.1框架结构房屋
优化方案:根据框架结构优劣方案和改进空间的分析,可以通过应用合适的减震设计来改进。由于框架结构房屋主要是由框架承重,利用限制屈曲支撑(BRB)这种新型耗能减震构件代替传统的钢支撑可以降低框架结构房屋在地震中的结构位移,大大消耗地震能量,减轻结构中的扭转变形。
3.2.2框架-剪力墙结构房屋
优化方案:为了增强剪力墙结构的空间布置灵活程度,可以将剪力墙结构和框架结构结合起来形成框剪结构。而框剪结构中的框架-核心筒结构,不仅由于建筑采用框架结构得以获得宽敞的使用空间,而且十分有利于结构受力。为了弥补传统剪力墙自重较重的缺点,我们可以摆脱传统材料的束缚,使用钢板剪力墙。钢板剪力墙是20世纪70年展起来的新型抗侧力结构,其主要是提供结构的侧向刚度、抗剪强度和抗震延性。钢板剪力墙由周边框架和内嵌钢板组成,具有自重轻、安装方便等特点,这刚好弥补了传统剪力墙自重大的缺点。
3.2.3钢结构房屋
优化方案:为了克服钢结构建筑不耐火的缺点,可以使用防火板材和防火涂料来对钢结构实施防火保护。目前市场上防火涂料品种繁多,效果也不尽相同。超薄型钢结构防火涂料是使用较广泛的新型材料,该类防火涂料在受火时缓慢膨胀发泡形成致密坚硬的防火隔热层。针对钢结构易被腐蚀的缺点,常用喷锌或喷铝,加重腐蚀涂料构成长效防腐结构,或者用配套重防腐涂料涂装防护。
4结论
砖混结构的建造技术已经相当成熟,改进空间较小;框架结构针对施工过程繁琐复杂,抗震能力相对较弱的缺点,采用在建筑抗震能力较弱部位布置BRB支撑的方法来进行改进,具有一定的改进空间;剪力墙结构布置不灵活的缺点通过与其它结构结合改进成为框架-核心筒结构进行改进,剪力墙自重大的缺点使用钢板剪力墙减轻自重;钢结构易腐蚀并且不耐高温,通过使用超薄型钢结构防火涂料及喷铝涂层加防腐涂料封闭的方法来改善。
参考文献
[1] 邹晶,李元齐. 钢结构住宅体系在我国的发展现状及存在问题[J]
[2] 徐涛.对高层建筑结构设计的分析[J]
关键词:速成墙板,新型墙体,环保,节能
如今,环保已经成为全世界人类普遍关注的话题。据美国的一项调查显示,室内空气中可检测出500多种挥发性有机物,而在众多室内污染源中,建材是最大的污染源,已严重威胁人们的身体健康乃至生命安全。人们期盼着环保节能型绿色建材的大力开发和应用。
世界上许多国家在20世纪二、三十年代已着手墙体材料的改革,逐步推动墙体材料的环保化。我国的政策导向也是禁用实心黏土砖,发展新型墙体材料产品,这也被各地设计施工单位、房地产开发商等广泛接受。但是,这种产品替代不能只追求形式上的“禁实”,而应注重替代产品质量和功能的提升。鉴于此,建设部、国家经贸委等联合,《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》,通知中明确指出:逐步限时禁止使用传统的实心黏土砖。各地也在采取相应的措施,抓紧做好实心黏土砖的替代材料及制品的衔接工作,积极推广采用新型建筑结构体系及与之相配套的新型墙体材料[1]。
1 石膏作为新型墙体材料的可行性
随着生态建筑和绿色建材概念日益为人们所接受,以石膏为主体的绿色建材在我国也越来越受到建筑业界的关注,这是因为:第一,石膏是一种公认的绿色建材。石膏建材制品对人体无害,在长期使用过程中不会有任何有害气体释放;同时,石膏具有无放射性、没有重金属的危害。而且石膏可入药,也可做食品添加剂。第二,我国天然石膏资源十分丰富,储量居世界首位。第三,由于我国环境保护的迫切性,大量化学石膏(磷石膏、脱硫石膏、钦石膏等)的处理已成当务之急。发展石膏建材可以将化学石膏变废为宝,增加了其利用价值。石膏建材废品经处理可以回收循环利用。
因此,无论是从生态建筑、环境保护,还是从资源开发和化学石膏的综合利用来看,石膏建材在我们国家都是一种应该大力研究开发的绿色建筑材料。
2 玻璃纤维石膏空心墙板与速成建筑体系简介
2.1 新型速成墙板的概述
速成墙体是由专门的生产设备采用熟石膏、玻璃纤维及适量的防水添加剂加工而成的大规格空心墙体,成品的标准规格为12m×3m(宽×高),厚度为120mm,使用时可以根据需要切割成不同的尺寸,如图1所示。
空心墙体两侧的肋厚13mm,中间的肋厚20mm,孔洞与孔洞中心之间的距离为250mm,孔洞的尺寸为230mm×94mm,图2为切割成高度为360mm的空心速成墙体,图3为空心速成墙体横截面的细部尺寸。硕士论文,新型墙体。
图3 墙板尺寸详图(mm)
2.2新型速成墙板的生产工艺
速成墙板生产线主要工艺流程采用电脑自动控制系统完成,根据生产工艺流程、生产车间各部件的布置以及实际操作的需要,配置各系统控制站,各控制站完成对其所控制范围内的生产流程的操作与鉴定,并能完成数据、图形及状态的显示,实施必要的过程控制等功能,生产该种速成墙板的工艺流程示意图如下[2] [3]:
搅拌石膏 —→浇注第一层石膏—→ 抹平第一层石膏—→ 往第一层石膏上铺绞碎的玻璃纤维—→ 将玻璃纤维滚压入石膏—→ 在有绞碎的玻璃纤维的石膏上每隔一个插一个板芯—→ 铺上第二层铰碎的玻璃纤维—→ 捣实第二层玻璃纤维—→ 插另一块板芯—→ 浇注第二层石膏—→ 铺最后一层玻璃纤维—→ 将最后一层玻璃纤维滚压入石膏—→ 用刮板将石膏表面抹平二到三遍—→ 墙体初凝前最后刮一次—→ 石膏板进一步硬化—→ 将板芯从石膏板中抽出—→ 伸出两个墙体支撑架支撑住墙板—→ 将工作台倾斜85度—→ 将石膏板从倾斜的工作台上搬运至存储架上或干燥间内—→ 彻底干燥后即可使用。
2.3 新型速成墙板的技术指标
2.3.1 面密度
面密度,即墙板每平方米的重量。硕士论文,新型墙体。空腔速成墙板的面密度为40 kg/m2,作为填充墙来说,这是非常理想的数据。从文献[6]及有关资料查得,目前工程中常用的GY板的面密度为110 kg/ m2,泰柏板为95kg/ m2,双面抹灰的加气混凝土砌体240厚为248kg/ m2,GRC板为48kg/m2。前三种材料价格与速成墙板相差无几,GRC板则比速成墙板高约10元kg/m2。由此可见,作为隔墙来使用,速成墙板具有质量轻、价格低等优点。
该种空心玻璃纤维石膏墙板灌孔后用作承重结构,施工速度快,安装方便,如果灌孔的同时在空心石膏墙板的空腔内布置竖向钢筋,那么该种新型石膏墙板就被称为配筋灌孔速成墙板。
填充混凝土后的速成墙板的面密度为250 kg/ m2,可以作为承重墙。而一般的240厚实心粘土砖砌体双面抹灰后的面密度为524 kg/ m2,240厚多孔粘土砖砌体双面抹灰后的面密度为420kg/ m2。因此,灌孔速成墙板无论对降低建筑物基础成本,还是减少地震作用,都是非常有利的[4]。随着实心粘土砖的禁止使用,灌孔速成墙板将成为承重墙的替代材料之一。
显而易见,无论作为填充墙,还是作为承重墙,速成墙板都有着其它材料不可比拟的优势,它更符合轻质高强、质优价廉的选材标准和材料发展方向。
2.3.2承载能力[2]
120mm厚的速成墙板直立状态时每米宽度的竖向承载力称为线承载力。根据澳大利亚RBS公司提供的试验资料,空腔速成墙的线承载力为60KN/m,填充C30混凝土的墙板,其线承载力为750KN/m。硕士论文,新型墙体。按照6层住宅计算,底层最大荷载约为172kN/m。可见,灌孔纤维速成墙板原理上可以用于多层住宅而满足竖向承载力要求。目前国内以灌孔速成墙板为主要承重材料的建筑,天津已做到了六层。硕士论文,新型墙体。
山东建筑大学结构试验室已做了大量关于其竖向承载力的试验。试验表明,作为承重结构,其承载力完全满足要求。
2.3.3 耐火性能
由公安部天津消防科学研究所提供的检验报告显示,空腔速成墙板的耐火极限不低于83分钟,燃烧性能A级,为非燃烧体。文献[5][6]中均规定,一级建筑物房间隔墙的耐火极限为0.75小时,非承重墙、疏散走道两侧隔墙的耐火极限为1小时。硕士论文,新型墙体。显然,空腔速成墙板作为隔墙是满足防火要求的。
对于孔内灌注混凝土的速成墙板,RBS公司提供的资料为,其隔火率为4小时。我国建筑防火规范规定,一级建筑物防火墙的耐火极限为4小时,承重墙、楼电梯间墙为3小时;高层民用建筑防火规范规定,一级建筑物防火墙的耐火极限为3小时,承重墙、楼电梯间墙和住宅单元间墙为2小时[5][6]。显然,灌孔承重墙体也满足我国现行防火规范的要求。
2.4 新型速成墙板的环保、节能效益
2.4.1 速成墙板的主要成分为石膏,这就从根本上肯定了这种板材的绿色环保价值。它不含任何粘土成分,而石膏可回收利用的特点更加确定了其节约能源、符合可持续发展战略的优势。而其巧妙的大孔构成,可方便地填充各种轻质材料来满足保温、隔热、防火、隔音等使用要求,从而替代其他或昂贵或笨重的填充材料;若填充混凝土,则可用做承重墙,从而彻底淘汰粘土砖,节省耕地,保护土地资源。
2.4.2 如果能综合利用化学石膏,则可解决我国大量化学石膏堆弃所造成的占用土地、污染环境等问题。
2.4.3 速成墙板可方便地用于钢框架结构,由于其具有自重轻,施工方便等特点,在工程中不仅能节省钢材用量30%,而且能缩短施工工期,这都直接创造了效益。
2.4.4 速成墙板仅120mm厚,在建筑面积不变的情况下,可增大使用面积8%~10%,这无论对消费者还是开发商而言,都是巨大的诱惑,能够促进房屋的销售和开发。
除了上述几项性能优势外,速成墙板还有消能减震、制作方便、用途广泛、标准化生产、建筑速度快、方便穿设管线、降低投资等优势。速成墙板的开发应用,可以节约土地、保护国土资源、节约能源、减低能耗、综合利用工业废料、保护环境,符合可持续发展的需要。它将会带来巨大的经济效益和良好的社会效益[2][3]。硕士论文,新型墙体。
3 玻璃纤维石膏板在建筑结构应用中的发展和研究现状
速成墙板(Rapid Wall)是澳大利亚速成建筑有限公司(RBS)于1990年开发的专利产品,是一种防水玻璃纤维轻质石膏空心大板。在孔腔中浇筑混凝土,既可以作为垂直结构构件承受竖向荷载和水平荷载,又可以作为现浇密肋梁楼板的模板,与钢筋混凝同工作,构成楼板。
该种墙板在澳大利亚的应用已经相当成熟。RBS建筑体系作为一项新技术在澳洲得到推广应用,目前占有澳洲建筑市场5%左右。主要应用在低层、多层以及小高层民用建筑上,包括:公寓、住宅、各种类型的townhouse ,以及超市、图书馆、音乐厅、电影院等商业建筑和公用建筑,厂房、仓库也有一定规模的应用。
这种房屋的优点在于浇筑混凝土不需要模板,墙板表面光滑洁净,便于室内装饰装修,施工速度快,房屋的有效使用面积大。但作为一种新型的承重结构体系房屋,还有许多技术问题需要作进一步研究,包括如何分析房屋的内力、如何验算墙体的承载力、房屋的抗震性能怎样以及构造措施等。目前对于这种承重墙板房屋的研究还不是很多。为了使速成墙板建筑体系能够替代砖混结构体系,实现速成墙板在我国的推广应用,尚需进行大量的试验研究。
3 结语
鉴于以上的叙述,玻璃纤维速成石膏墙板具有较好的环保、节能效益,在未来的住宅结构体系中有着广泛的应用前景,有必要对其进行系统的试验和理论研究。为建筑行业带来巨大的经济效益和良好的社会效益。
参考文献
[1]郑树海,混凝土灌芯速成墙板偏心受压性能的试验研究与有限元分析[学术论文]天津:天津大学2004年1月1-2。
[2]山东建工股份有限公司.速成墙板的研究开发与工程应用鉴定材料[S].济南:2003年元月
[3]山东建工股份有限公司鉴定委员会.速成墙板的研究开发与工程应用鉴定大纲[S].济南:2003
[4]建筑结构荷载规范(GB500009-2001)[S].北京:中国建筑工出版社,2006
[5]建筑设计防火规范(GBJ16-87)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001
[6]高层民用建筑防火规范(GB50045-95)[S].北京:中国建筑工业出版社,2005
【关键词】建筑设计,抗震设计,重要作用
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
一.前言
建筑设计中的抗震设计,关乎民生,关乎经济发展,社会稳定,对房屋建筑实施结构设计,主要涉及对建筑高度,承载力,总体结构,各个部件的性能规划等一系列的因素,要求通过对各个构件和整体规划的基础上,既实现满足居民生活生产保障安全的需要,又具有值得欣赏的美学价值。增强房建结构的抗震设计,必须综合考虑地基,房屋的结构体系选择,综合布局等多方面建设因素,是一项及其专业,严谨,复杂的高技术工作。
二.建筑设计和抗震设计的作用和关系分析
建筑设计对建筑抗震起重要的基础作用。建筑的结构设计难以对建筑设计有很大的改动,建筑设计已经初步形成了,建筑结构就必须按照原则服从建筑设计的要求。设计师在建筑方案能够全面的考虑到抗震设计的要求,那么结构设计人员按照建筑方案对结构部件进行科学、合理的布置,保证建筑结构质量与结构刚度均匀分布,结构受力和结构变形共同协调,提高建筑结构抗震性能和抗震承载能力;如果建筑方案没有考虑到抗震的要求,直接给结构抗震设计带来更大的难题,建筑布局设计限制结构抗震布局设计。为了进一步提高结构部件抗震承载能力,就必须增大结构构件的截面面积,这样又会造成很多不必要的浪费。所以,在建筑抗震设计的过程中建筑单位要对建筑体型设计、建筑平面布置设计、屋顶建筑抗震设计等问题加以关注。
三.我建筑抗震设计的现状
在建筑抗震设计领域,虽然我国在近年来有了长足的发展,但是,相比西方发达国家而言,发展缓慢,尤其是在抗震设计上,没有能够正确的处理好建筑设计和抗震设计的关系,虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念,但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷,主要表现在以下几个方面。
1.建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入,地震防治规范不够科学。因此,在进行建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
2.建筑抗震设计中,设计立足于固定参数,而忽视了实际情况,设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范,比如,在我国地震设计研究中,把地震的降级系数统一规定为2.81,将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中,结构截面承载能力设计和变形的检验计算,需要依据一定的实际情况而行的。
3.设计中,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
四,我国建筑结构抗震设计标准
1.我国的建筑结构抗震设计要遵循中华人民共和国GB 500112010建筑抗震设计规范。辩证灵活运用其中抗震设计原则,严格执行设计施工标准,借鉴其中经验,结合房建本地实际,科学设计。
2.要坚持实施多级防震措施。传统房建结构多采取的是三级设防措施,即小震不坏、中震可修、大震不倒。但在新的时期,房建结构必须是采取的多级设防模式,保护建筑主体抗震能力,减轻经济损失,使得建筑抗震中更加安全。
3.将概念设计理论和基于性能的设计理论相结合。结合建筑结构设计施工地的具体实际情况,做出科学严谨勘探,掌握第一手资料,综合分析考虑,做出最优势的战略设计组合。
五.建筑设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题
1.建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空问形状的设计。在建筑体型的设计中,应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则,在平面形状上,矩形、圆形、方形等对抗震来说,都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型,尽量避免不对称的侧翼和过长的侧翼,在体型布置上使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在抗震时发生扭转反应。在建筑设计中,为了建筑立面美观和艺术上的创意,复杂的建筑体型是难以避免的,但是,在设计时一定要把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好地结合起来。
2.建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求,同时它与建筑抗震关系很大,因此从概念上要解决的一个核心问题是,建筑平面设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀,对称协调,避免突变,防止产生扭转效应。在墙体布置上要均匀对称;在抗震墙(剪力墙)布置上尽量与结构抗震要求相结合;对刚度很大的楼、电梯井简要居中布置,避免偏心扭转地震效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件,使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体,充分发挥建筑设计在建筑抗震中的基础作用。
3.建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑物沿高度(沿楼层)建筑结构的质量和刚度分布设计上。在工业和民用建筑中,无论单层和多层都存在此类问题。在建筑设计中,尽可能使建筑物沿竖向的刚度分布比较接近,应特别重视使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑底部,不应中断或不到底;尽量避免某一楼层刚度过小;尽量避免产生
4.屋顶建筑抗震设计问题
设计高层和超高层建筑时,屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来,从多数高层建筑抗震设计评定结果看,屋顶建筑设计还存在一些问题,例如:屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重,无形当中加大了屋顶建筑变形,而且地震作用也加大了,尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上,如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力强出现间断,在地震发生时,带来的地震扭转作用也会更严重,对抗震更不利。所以,进行屋顶建筑设计过程中时,应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料,使得地震作用传递不受阻碍;屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上;如果屋顶建筑非常高,屋顶建筑就必须具有较强的抗震性,让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小,尽量避免发生扭转效应。
六.结束语
建筑行业关系到我国的经济发展和社会稳定,关系到国民的生命财产安全,加强建筑抗震设计,设计,提高抗震能力,是促进社会和谐稳定的客观要求。因此实施科学合理的设计方法,科学处理建筑设计和抗震设计的关系。建筑设计是整个建筑抗震设计的重要环节,二者存在着密切的联系,共同为提高建筑整体抗震性能提供了强大的支撑。在进行建筑的抗震设计时候,必须要将建筑的建筑设计和结构设计综合协调起来,实现二者的配合,共同为建筑整体的抗震设计发挥出更强大的作用。
参考文献:
[1] 蒋山 浅谈建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [期刊论文] 《中国房地产业》 -2011年10期
[2] 陆伟权 浅析建筑设计在建筑抗震中的作用 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2012年14期
[3] 曾锐 重视建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [会议论文] 2003 - 中国铁道学会铁路房建管理会议
[4] 程宇 建筑设计在建筑抗震设计中的分析 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2011年36期
[5] 李建平 建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [期刊论文] 《安徽建筑》 -2004年5期
[6] 宫玲君 论抗震设计在建筑设计中的意义与策略 [期刊论文] 《科技风》 -2009年16期
论文摘要:本文简要介绍了高层、超高层建筑的结构体系,通过对国内已建和在建的高层建筑钢结构国产化问题的调研,分析了在钢材、设计、施工和监理等方面国产化所面临的主要问题,为高层建筑钢结构的发展提出了一些建议。
高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史,1883年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起,到了二次世界大战后由于地价的上涨和人口的迅速增长,以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面积比率越来越大,在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑;同时高强度钢材应运而生,在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。
超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平,也是建设部门财力雄厚的象征。
一、我国的高层与超高层钢结构建筑的发展
我国的高层与超高层钢结构建筑自改革开放以来已有20年的历史,并在设计和施工中积累了不少经验,已有我国自行编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98。
1、钢材的国产化
国内钢铁企业根据我国高层建筑钢结构设计标准的要求,制订我国第一部高层建筑钢结构的钢材标准《高层建筑结构用钢板》( YB4104-2000),比目前仍在实施的《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591-94) 又前进了一步,其性能指标优于国外同类产品。
2、钢结构设计国产化
截止2003年3月,我国已建和在建的高层建筑钢结构有60 余幢,按其结构类型划分,钢框架-RC核心筒占4314%,SRC框架-RC核心筒占1617%,二者合计6011%;钢框架-支撑体系占1813%;巨型框架占813%;纯钢框架占617%,筒体和钢管混凝土结构各占313%。统计表明,目前我国高层建筑钢结构以混合结构为主。
鉴于我国对混合结构尚未进行系统的研究,所以《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)暂不列入这种结构类型是合理的。
国家标准《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)等有关高层建筑最大高度和最大高宽比的规定,在一般情况下,应遵守规范的规定,否则应进行专项论证或试验研究。建设部第111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和建质[2003]46号文《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,对加强高层建筑钢结构设计质量控制意义重大,具有可操作性。
钢结构设计分两个阶段,即设计图阶段和施工详图阶段。现在有的设计院完全采取国外设计模式,无构件图、节点图和钢材表等,对工程招投标和施工详图设计带来不便。因此,建议有关部门对此做出具体规定。关于节点设计问题,国内应多做一些理论和试验研究工作,比如柱梁刚性节点塑性铰外移和防止焊接节点的层状撕裂等。由于钢结构的阻尼比较低,在研发各种耗能支撑和节点的减震消能体系方面,国际上研究和应用较多,国内应加快进行此方面的研究。
二、高层及超高层结构体系
对于高层及超高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过60m为超高层建筑。
对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
三、钢结构制作与安装
1、钢柱的安装
钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件,在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。
100m高的超高层钢柱一般分为8~12节构件,钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形,所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度,即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换,要求对每节钢柱应编号予以区别,正确安装就位。
矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。
钢柱标高的控制一般有二种方式:
(1)按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm,不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形,建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格,这种制作安装一般在12层以下,层高控制不十分严格的建筑物。
(2)按设计标高制作安装。一般在12层以上,精度要求较高的层高,应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高,每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。
2、框架梁的制作与安装
高层、超高层框架梁一般采用H型钢,框架梁与钢柱宜采用刚性连接,钢柱为贯通型,在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。
框架梁应按设计编号正确就位。
为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在工厂制造时,在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿),悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁(短牛腿)连接,上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求,当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时,腹板的连接板可开椭圆孔,椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0(d0为螺栓孔径),并应保证孔边距的要求。
框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度,需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核,确定其翻样下料的精确长度。
框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接,目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘,先一端点焊定位,再焊另一端。
关键词:住宅房屋;混凝土工程;结构检测
中图分类号:TU755.7 文献标识码 A
众所周知,混凝土结构已经成为建设工程中常用的建筑形式之一。特别是钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点,造价较低,是土木工程结构设计中的首选形式,其应用范围非常广泛。虽然随着新的结构计算理论的提出和新型建筑材料的出现,将来还会出现许多新的结构形式,但是可以肯定的是,钢筋混凝土结构仍然是新世纪最常用的结构形式之一。既然钢筋混凝土结构是最常用的结构形式,一百多年来,人们一直在研究各种对混凝土结构的测试技术,以期发现混凝土结构外在和内部的缺陷,用于准确评价混凝土结构的耐久性。现就民用住宅房工程混凝土结构检测技术及应用作简要分析,以期从中找到可靠有效的混凝土内部损伤结构检测技术。
1混凝土结构检测概述
工程结构加固之前,要对工程结构进行可靠性鉴定。而检测技术是对建筑物鉴定所依赖的重要工程技术,它们的开发和应用在相当程度上决定着建筑物可靠性鉴定的水平。因混凝土结构中钢筋混凝土构件应用广泛,且相对而言,其施工质量波动较大,往往在材料性能、几何尺寸等方面遗留先天性的缺陷,包括材料强度不足、尺寸偏差、蜂窝麻面、孔洞、开裂、保护层厚度不足、露筋等,而且由于构件材料自身具有的特性,在使用阶段,钢筋混凝土构件常常会出现开裂、混凝土腐蚀和冻融、钢筋锈蚀等损伤现象。这里限于篇幅,主要分析探讨一下近年来发展较快、应用较广的无损检测技术。混凝土无损检测技术是指在不破坏混凝土结构构件条件下,在混凝土结构构件原位上对混凝土结构构件的混凝土强度和缺陷进行直接定量检测的技术。依据无损检测技术的检测目的,通常可将无损检测方法分为五大类:
(1)检测结构构件混凝土强度值;
(2)检测结构构件混凝土内部缺陷如混凝土裂缝、不密实区和孔洞、混凝土结合面质量、混凝土损伤层等;
(3)检测几何尺寸如钢筋位置、钢筋保护层厚度、板面、道面、墙面厚度等;
(4)结构工程混凝土强度质量的匀质性检测和控制;
(5)建筑热工、隔声、防水等物理特性的检测。
2民用住宅房屋工程混凝土检测技术
由于本论文探讨的对象是住宅房屋混凝土结构的无损检测技术,而民用住宅混凝土结构在施工中都有标准化的强度检测手段,并且已经应用成熟,而民用建筑往往容易出现火灾灾害,火灾灾害对于混凝土结构的损伤是致命的,可是目前对于民用建筑在火灾后的混凝土结构无损检测技术的研究及应用较少,因此本论文主要的切入点就是对火灾后的民用住宅建筑混凝土结构的检测技术应用方面。
2.1 钢筋强度的检测
火灾后钢筋混凝土构件内钢筋的剩余强度可根据火灾时钢筋的受火温度查有关曲线求得。也可以通过现场从构件上取样,送试验室做材料性能试验来测定。取样部位一般为现场混凝土构件烧伤外露的钢筋或构件受损严重处截取标准试件。由于从构件中截取钢筋将影响到结构的承载能力,所以要求取样前对构件进行支撑,待结构加固完成后再拆除支撑。
2.2 混凝土结构变形的检测
混凝土构件在经历火灾时,混凝土的抗压强度及弹性模量,钢筋的屈服强度和弹性模量,以及钢筋和混凝土之间的粘结强度都遭受不同程度的损失。在荷载不变的情况下,混凝土构件的变形也可以用来推断混凝土构件的剩余承载力。火灾后混凝土结构表面会出现大量裂缝,其中有的是混凝土疏松或爆裂引起的,有的是因为温度收缩引起的( 灭火时的温度突然冷却),还有受力引起的爆裂,一般在火焰烧过的部位产生,可以通过目测确定,温度裂缝常位于梁顶部和柱顶且具有细微和无规律的特征。混凝土表面裂缝检测时,应用裂缝展开示意图将裂缝的宽度、走向长度、分布位置以图的相关形式表示出来,特别应注意构件上的贯穿性裂缝和沿钢筋的纵向撕裂裂缝。裂缝开展宽度大于1.5mm 时,是钢筋混凝土构件的破坏标志之一。某些裂缝在观察时如果仍处于变化状态,就有可能属于危险性大的裂缝,应设置仪器来观察。混凝土构件的变形测量不仅要测挠度,而且应注意构件是否产生出平面的变形。简支受弯构件的跨中挠度达到构件计算长度的1 /50 时,表明该构件己破坏,不能继续使用。
2.3 受火损伤的混凝土构件试验
一般而言,构件试验分为两种情况:一种是加载到使用荷载,如构件不破坏,即不再进行;另一种是试验至构件破坏为止。试验构件的材料取样,多在受火损伤较重部位及轻重损伤交界部位。一般在一个部位上取三个试样,把两次试验相近的结果作为评定结果。构件试验方法同常温时的方法。只是这类构件拆下后,要清除表面的黑烟、尘埃,并刷白。受火损伤的构件因混凝土和钢筋强度可能降低,因此构件试验时变形和裂缝发展较快。试验要有切实的措施,以保证人身及设备安全。对于现浇楼板,根据受损情况分类进行标准荷载试验,从而确定现浇楼板的承载力;对于预应力多孔板,根据受损情况分别进行标准荷载试验或取下楼板进行破坏荷载试验;对于梁,主要进行标准荷载试验,从而可确定典型构件的剩余承载力。
2.4 火灾后住宅混凝土结构的损伤评定分析
一般而言,建筑物遭受火灾之后,除查明起火原因外,还必须对结构构件的损伤范围和程度进行详细检查、调研和分析,以便确定其继续使用的安全性和可能性,并且作为制定修复加固方案的主要依据。火灾对建筑物的损伤是复杂的,由于火灾时着火的可燃物种类、数量各不相同,火灾的燃烧条件各异,火场温度及其变化情况也不相同; 再者,各种建筑结构的特点不一样( 受火条件和受力条件) ,因而火灾对结构的损伤就有轻有重,同一栋建筑物不同部位的受害程度也不一样。目前,我国尚无统一的关于各种结构和构件的火灾损伤程度的评定标准。对于钢筋混凝土结构火灾损伤程度的评估和鉴定,国内外已有一些相关的研究资料及试验和理论的分析成果,大致可分为宏观评估和计算评估两类评定方法。
宏观评估法:通过现场调查和检测获取第一手资料,既简便也容易实现,因此在实际建筑物火灾诊断中应用较为广泛,但评定依据显得粗糙。计算评估法:通常是依据相关的数学模型与假设限制条件进行验算的方法,该方法同样受到模型及假设条件选择不合理科学的影响,而使对评定结果发生偏差。目前通常的评定方法是将火灾后的结构损伤分为四类,即严重破坏、严重损伤、中度损伤和轻度损伤,并依据受火温度、混凝土和钢筋的外观损伤状况、构件总体受力及变形状况等,评定标准中给出了各类损伤构件的描述,以便在实际评定中加以分析应用。
3 结语
钢筋混凝土结构的检测内容可有混凝土的强度、缺陷以及碳化深度的检测,钢筋锈蚀程度的检测,和结构变形以及裂缝的检测等。无损检测技术是获得结构物中原位混凝土真实质量的最佳途径,在检测中应针对不同的测定内容及要求选用效费比良好的检测技术进行检测。当然,对于面向住宅房屋的混凝土结构检测的技术方面还有很多,本论文只是就其中的一些方面展开了分析探讨,更多的混凝土结构检测技术的研究及其应用有待于广大技术工作人员的共同研究努力。
参考文献:
[1]沈建中,李宗津,张之勇.土木工程中的无损检测技术及其应用[J].无损检测,2000,(01)
关键词:应急照明;民用建筑;应急电源装置;可靠性
中图分类号:TU24文献标识码: A
引言:随着城市建设的发展和城市人民生活水平的提高,人们对新建的各类建筑在舒适性、安全性等方面提出了比较高的要求,而其中一项非常重要的指标就是安全性,因为这是与人的生命安全息息相关的。为保障建筑物及内部人员的安全,必须建立有效的措施,而应急照明系统相对你来说是比较安全的设施。当建筑物在发生火灾或其它灾害的情况下,只有具备良好完善的应急照明系统,才能保证建筑物内人员的安全和及时疏散,并有利于救援工作的顺利进行,从而最大限度的减少人员的伤亡、降低财产的损失。
一.应急照明的含义
应急照明概念解释是“因正常照明的电源失效而启用的照明”,应急照明包括疏散照明、安全照明、备用照明。其作用不仅在火灾发生时能够提供照明,还能对人群进行疏散和引导的作用。使人们能够安全撤离危险区域或建筑物,并且在火灾发生的过程中替代停止工作的正常照明而提供照度保证,以确保重要场所的工作能够继续进行。大型的公共建筑、工业建筑、高层建筑等都应设置独立的应急照明系统,以保证人身和设备安全,减少损失。
(一)应急照明的用途
(1)疏散照明:用于确保疏散通道被有效地辨认和使用,以保证人员在事故时能快速而安全地离开建筑物所设立的照明。疏散照明在疏散通道地面上提供的照度应不得小于0.5lx。此外,在安全出口和疏散通道的明显位置还应设置标志指示灯;
(2)安全照明:用于确保处于潜在危险场所(如手术室)的人员安全而设置的照明。安全照明在工作面上提供的照度不应小于正常照明系统提供照度的半百分之五。
(3)备用照明:用于确保正常活动继续进行(如消防控制室)而设置的照明。备用照明往往由一部分或全部由正常照明灯具提供,其应急电源主要应来自两个级别的电源:电网电源和自备电源(发电机或集中蓄电池),照度一般不应小于正常照度的百分之十。
(二)持续工作的时间
疏散照明:按《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)规定,应急持续工作时间不应小于三十秒;按《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95,2005年版规定,应急持续时间不应小于二十秒,高度超过一百米的高层建筑不应小于三十秒。
安全照明和备用照明:其应急持续工作时间应根据该场所的工作或生产操作的具体需要确定。
(三)相关的设置
应急照明的设置场所在《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》中均有明确的规定,消防规范的约束是强制性的,所有工程设计都必须按规范的要求执行。
二.对光源和灯具进行合理的选择
在应急照明设计的霍城中,经常应用“应急照明兼作正常照明并与此同时使用”的这一形式,这就要求不仅要是在选择光源时要考虑消防使用,还要有良好的光环境也就是照度和显色性相适宜,亮度分布合理,视野舒适。同时,应考虑到合理使用资金和节约能源,全面考虑到经济因素、美观因素、安全因素、方便实用因素、便于维护等多方面的因素考虑。根据CIE及相关标准,我国设计标准GB17945-2000《消防应急照明灯具》5.16中规定:使用荧光灯作为光源的消防应急灯具不应将启辉器接入应急回路。要求灯具及光源应具备“快速启动”和“宽电压启动”的特性,因此,适合于应急照明的光源主要有白炽灯、碘钨灯、电子镇流器荧光灯、LED及场致发光光源等。高强气体放电灯及电感镇流器荧光灯由于启动不可靠,不应作为应急疏散照明灯使用;白炽灯因其寿命短、能效低,建议只用在点燃时间短,开关频繁的场所使用;荧光灯及新型的LED灯作为显色指数高、寿命长、节能、高效的光源,应作为首选光源。应急照明灯具应设玻璃或其它非燃烧材料制作的保护罩,装设在地面上的疏散指示灯应防止被重物或受外力所损伤
三.供电电源相关的选择
针对目前来说,应急照明的供电电源主要分我I以下几个方面:
(一)自电网导致的独立电源
这种供电方式要求从外部引来两路独立的电源,以确保一路电源故障时,另一路电源仍能可靠的继续工作。这种方式对供电容量、时间不受限制。然而,由于电力资源紧张等多种原因,绝大多数建筑物要想从市政获得两路可靠的独立电源有一定困难。
(二)发电机组
这种供电方式要求发电机组具有自启动功能,启动时间应不大于十五秒,它对不仅对供电容量不熟限制,同时对时间也不受限制,但是电源转换时间相对较长(十秒左右),不能用于对转换时间要求较高场所的应急照明。
(三)蓄电池组
这种供电方式可靠性高、转换迅速(零点二到零点五秒)、适用性强、线路及系统简单,而且使用灵活,投资较小,因此在很多建筑物中,都选用蓄电池组作为应急照明的备用电源。但供电容量、时间相对受到限制。目前蓄电池供电有两种形式:一种是独立式供电,即每个应急灯自带备用蓄电池装置,市电正常时蓄电池处于浮充电状态,正常电源切断时,备用电源自动投入,应急灯自动点亮。这种方式一次性投资较少,但整个应急照明系统中的电子元器件的数量多,故障率相对较高,而且由于备用蓄电池放置分散,维护工作量及难度大,同时,系统工作的可靠性也难以保证。另一种是集中式蓄电池(EPS)供电,它是用一套集中的整流器、充电器、逆变器、蓄电池组及控制装置组成的电源装置,作为供电系统的备用应急电源,应急灯具本身不带蓄电池与普通照明灯具无异。这种供电方式虽然一次性投资相对较高,但却大大降低了维护费用和工作量,同时也保证了系统工作的可靠性。根据应急照明的概念及应急照明应设置的场所,我们发现:应急照明既要满足作为照明的一般要求,又要满足应急作用的特殊要求,既要在紧急状态下照明,同时又要保证常年安全、可靠地处于良好的应急状态。
四.回路组织
(一)火灾应急照明设备设专用供电回路;每个防火分区设独立的应急照明回路。(二)在采用分散供电时,在各层(或最多不超过3~4层)设置专用消防配电箱;并在配电箱处实现双电源的自动切换。(三)疏散照明和备用照明回路宜分开,该回路上不应设置插座。(四)为便于管理和控制,楼梯间照明可采用竖向配电,接应急照明电源。
结论:在实际工程中,应急照明设计应结合建筑物的层数、建筑物规模大小、建筑物的复杂程度、建筑内停留和流动人员的多少、建筑物的重要程度,以及其它应急电源的设置情况等综合考虑并进行技术经济分析比较,选择出最优的应急照明设计方案,为减少人员的伤亡降低财产的损失发挥出它应有的作用。
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关键词:地基;施工技术;分析
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
土建工程施工中的基础施工是该建筑结构的核心所在,因此做好土建工程中的地基基础与桩基础施工是保证整个建筑工程施工质量的关键。实践中,要做好土建工程的地基基础与桩基础施工,除掌握相关的施工技术外,还要对施工人员的专业知识、职业素养以及工程管理水平等进行全面的提升,只有这样才能保证土建工程的施工质量。
1 地基概念及其基础的土建施工技术
地基基础和桩基础作为建筑物的基础施工工程,相关单位和人员必须全面了解其施工技术,才能保证地基的力学强度和承载力,保证施工质量。通过本文对地基基础概念及其处理技术,桩基础概念及其施工技术,以及桩类型和施工方式的论述,使我们全面了解了地基基础和桩基础的相关知识。不仅有利于为地基施工工程提供系统而全面的理论基础,也有利于为做好地基基础和桩基础的施工工作。
1.1 地基概念
地基是建筑结构最下层的一部分支撑基础结构,实践中可以看到,地基的基本构成元素是土体、岩体等。从地质学的角度来看,地基实际上就是在建筑结构的施工建设过程中,对岩土中的某一范围内原有应力予以适当的改变,而该部分由建筑结构荷载所引起的应力变化岩土,通常被人们称为是地基。据调查显示,在当前国内土建工程地基构成过程中,按照地基自身的内部构造,可将其分成人工地基、天然地基两种类型,但在土建工程实际建设与地基应用过程中,如果天然的地基难以满足建筑结构的实际施工建设之需求,则应当通过人工补偿的形式对天然地基进行弥补,以保证其满足施工建设要求。
1.2 地基基础的处理技术
由于地基基础是保证建筑物坚固,经久耐用的重要组成部分。所以在不同地质条件和地基施工要求下,需要通过地基基础的处理技术做好地基的加固工作,以保证地基基础有足够的强度支撑上面建筑物的荷载。同时,通过该种技术也能够有效改善不良的地质条件,使地基土体符合施工要求。例如在膨胀土上修建建筑物时,就需要利用石灰改变膨胀土的土质。下面将具体分析一下处理地基基础的几种常见技术手段。
1.2.1 换土垫层,分层填土
由于某些土体的承载力较小,具有湿润性和膨胀性等土质特性,严重影响地基基础的强度和稳定性。这就需要换掉原来的浅层软土,用强度、稳定性较高的材料替代,以提高地基基础的承载力,减少土层沉降问题。在此项工程中,通常采用换土垫层,分层填土的方式。简单说,就是用符合施工条件的土体代替原来的浅层土,且要分层实施,以保证土体的密度,避免出现缝隙和孔洞现象。
1.2.2 碾压夯实
碾压夯实技术的主要作用是通过各种途径产生的强大夯击力,将地基中的松软土体碾压或夯实,进一步提高土体的强度,降低土体的压缩性。这样才能保证建筑物竣工后,基地具有最低的沉降量。
(1)机械碾压法
顾名思义,就是利用压路机、推土机等重型机械对地基土层进行压实工序。在分层填土工序中,每填一次土就需要利用机械碾压几遍,尽量保证地基土地的夯实程度。由于该种方式需要使用重型机械,耗费大量的物力与财力,因此比较适用于大型的建筑工程。
(2)振动夯实法
振动夯实法,是指通过电动机振动而产生的巨大垂直力作用于地基。由于震动时间较长,振动效果好,所以对地基土体的作用效果也非常好。
1.2.3 固结土壤
由于土体具有液化性能,是土层必然含有一定程度的水分。所以,需要通过排水的方式排除土体中的水分,使其失水后自动固结,达到提高土质抗剪强度,降低土层沉降的效果。该种方式简单、易操作、费用较低,既经济又实用。因此,在许多民用建筑施工中得到广泛地应用。
1.2.4 化学加固法
简单地说,化学加固法就是向土体中加入化学物质,通过一系列的化学反应将土体粘结在一起并改善土体性质,进而增强地基的承载能力。
(1)灌浆法
灌浆法的实质是把某些能够固化的浆液(水泥浆、碱液、丙烯酸铵等)注入土体中,利用气压、液压或电化原理,改善土体中各种介质的物理力学性质。能够有效地降低土质的渗透性、减少渗流量、提高抗渗能力、降低空隙压力,从而提高地基土体的力学强度和变形模量。
(2)喷浆法
首先在地基的指定位置上钻洞,且在钻杆下端安装一个喷射装置,然后等到孔洞具有一定深度时,使钻杆匀速旋转上升,同时向周围土层喷射浆液。当浆液与土体固结在一起时,遂达到加固地基的效果。
(3)深层搅拌法
深层搅拌法是将水泥浆等固化剂注入深层土体中,通过搅拌机的搅拌功能将土体和水泥浆充分混合,使地基深层形成复合地基而具有连续强度。能够充分降低地基沉降,提高地基的承载力。
2 桩基础概念其土建施工技术
2.1 桩基础概念
桩基础由基桩和连结于桩顶的承台共同组成的深基础。它是一种既古老又在现代高层建筑物和重要建筑工程中被广泛采用的基础形式。当地基浅层土质条件不佳,采用浅基础不能满足建筑物级低强度、变形及稳定性方面的要求时,往往需要采用桩基础。该种地基基础形式,具有较强的承载能力,且地层沉降量小,是基地加固的重要方法之一。
2.2 土建施工技术
2.2.1 静力压桩施工技术
静力压桩施工技术是通过静力压桩机以压桩机自重及桩架上配重作反力将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。由于静压桩是挤土桩,在压桩过程中极容易破坏土层结构,产生产生超孔隙水压力。所以,静压沉桩工艺不宜中途停顿。该种施工技术具有无噪音、无振动、无冲击力,且工艺简明、质量可靠、造价低、检测方便等优点,使其在高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层中得到广泛应用。
2.2.2 振动沉桩施工技术
振动沉桩施工技术是通过桩顶部的固定振动器,使桩在自身重力和振动效果的作用下沉入基地土层。该种技术的设备装置简单、重量轻、体积小,且打桩效果好。不仅能够有效降低地基工程的施工成本,也能够降低劳动强度,提高施工效率。
3 桩基础类型及其施工方式
桩基础类型大致包括预制桩、沉管灌注桩、钻孔灌注桩、树根桩等四种类型。由于类型不同,其施工方法也将会有所不同。下面将针对不同类型的桩基础,具体讨论其施工方法。
3.1 预制桩
通常情况下,预制桩的外形是圆形或方形,其直径或边长约在300mm-600mm之间,长度约在7m-26m之间,采用焊接法或硫磺胶泥锚接法进行接桩。
3.2 沉管灌注桩
沉管灌注桩的直径约在350-550mm之间,长度约在23-27m之间。该种打桩方式,是振动沉桩施工技术的具体表现形式。其主要利用桩顶部的振动器将带有固化剂的钢管桩打入地基土层,在振动过程中逐渐拔出钢管而形成灌注桩,适用于粘性土和砂性土地基。
3.3 钻孔灌注桩
钻孔灌注桩的直径约在65cm-160cm之间,长度可根据工程实际要求而定。它是利用钻机在地基土层中钻出孔洞,再通过灌注法将水泥浆压入钻孔而形成的。值得注意的是,在钻孔的过程中需要时刻注意保护钻孔孔型,避免出现坍塌的情况。
3.4 树根桩
树根桩的直径约在80mm-260mm之间,长度可根据工程实际要求而定。实际上,树根桩是一种小型钻孔灌注桩。除了桩直径有一定区别,其在施工技术和方式等方面并无其他明显区别。
4 结束语
近年来,随着我国社会经济的快速发展和城市化建设进程的不断加快,建筑地基基础与桩基础土建工程施工技术也有了很大的进步。土建工程施工过程中的土石方工程、地基基础与桩基础土建工程、砌体工程、钢筋混凝土工程、屋面工程以及结构安装工程和装饰工程等分项工程施工质量,关系着整个土建工程项目的施工质量,尤其是地基基础与桩基础土建施工技术显得更为重要,因此应当加强重视。在基础设施建设迅速发展的当代,其复杂的地质条件使得建筑物的地基基础和桩基础的承载力面临着严峻的考验。为了保证建筑物基础工程的质量与安全,使其承载力满足建筑物自身的要求,促进现代化建设进程的加快,有必要进一步论述地基基础的处理技术和桩基础的土建施工技术。
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【关键词】建筑,地下室,结构设计,分析
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
近些年来,在城市建筑设计中,经常会伴随着各种功能的地下室或者是地下车库,很多高层建筑为了充分利用建筑空间,将一些设备或者是消防池等设置在地下室,不仅仅更大程度的利用了建筑空间,节省了相关的成本费用,更大大深埋了地基,加强了整体建筑结构的稳定性,增强了建筑的抗震性能,确保了建筑的安全性,同时,也使得整个地下室的功能得到了最大程度的挖掘,避免了建筑价值的浪费。在建筑地下室结构设计中,设计人员要综合分析整体建筑结构的具体情况,综合考虑到建筑的防火,防震,通风,采光等各个方面的的因素,在满足建筑基本功能的的前提下,做出创意设计,选择合理的结构方案。
二、地下室结构设计存在的问题
地下室工程涉及到的专业领域非常广泛、专业知识相对复杂。在对建筑工程的地下室进行结构设计时,要综合考量到使用功能、防火功能、人防需要,还要顾及到管道、通风、摊水、采光等各个专业的相互联系配合。对于拥有大底盘的建筑群体来说,一般来讲,在塔楼部分的使用时期,基本不会发生抗浮问题。但是地下室以及裙房部位却会有抗浮不能满足实际要求的毛病。
其设计上的主要问题表现在:
(1)结构平面的设计。
(2)抗震设计。
(3)地下室抗渗、抗浮设计。
(4)地下室的结构超长。
(5)外墙的结构设计。
三、地下室结构平面设计
建筑工程的地下室结构设计,需要多个部门的共同配合,要坚持在满足基本的使用功能基础上,综合分析建筑的防火,抗震,设备用房,管道铺设,排水通风等多个方面因素,并促使多个专业领域人员通力协作。设计人员在设计过程中,可以选择使用设计后浇带或者是混泥土外加剂,也可以选择地上设缝或者地下不设缝等方式,这些方式,都可以满足不设缝的目的,在地下室的设计施工过程中,很容易出现地下室过长的问题,这时候,仅仅依靠后浇带的设计难以解决问题,可以再实地测量勘察的基础上,将地下室平面做出科学的调整,并进行严密分割,根据需要,设计一些比较窄的通道,使得管道可以相连。为了让接缝变得更少,且最大程度的减少接缝的受力,方便维修补救。可以将变形缝设计安装在通道的外部。最后,要充分考虑采光井的位置,做出科学的采光设计。
四、地下室外墙结构设计
地下室外墙的设计是整个建筑工程地下室结构设计的关键环节,对整个建筑工程地下室结构的合理性有着十分重要的影响。在设计时候,要综合考虑到水,土压力因素,并通过这些因素来验算外墙的抗裂性能。总体而言,要在综合考虑多种因素的基础上,从以下几个方面做出科学合理的设计。
(一)荷载
地下室外墙在整体的荷载中占据着重要地位,其承受的荷载总体而言分别有水平荷载和来自建筑主体和地下室楼盖的传重和自重的竖向荷载。地下室外墙水平的荷载一般都包括侧向的土压力,地下水侧向压力等。在地下室外墙结构设计中,竖向荷载和地震等作用所产生的内力一般而言不会起到控制的作用,在此过程中,要充分重视水平荷载,当水平荷载垂直于墙面时候,会产生弯矩,这对墙体的配筋有着十分重要的意义。
(二)地下室外墙截面设计
土压力引起的效应为永久荷载效应。地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力,静止土压力宜由试验确定。当不具备试验条件时,砂土可取0.34~0.45,黏性土可取0.5~0.7。水位稳定的水压力按永久荷载考虑,分项系数可取1.2;水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑,分项系数宜取1.3。有人防要求的地下室外墙的永久荷载分项系数,当其效应对结构不利时取1.2,有利时取1.0;抗爆等效静荷载分项系数取1.0。
(三)地下室外墙的配筋计算
实际设计时,配筋的计算,对于带扶壁柱的外墙,不是根据扶壁柱的尺寸大小进行计算,而是均按双向板计算配筋;扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋,不按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理,这种设计将使得外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋则有富余量。
五、抗渗抗浮设计与抗震设计
1、抗渗抗浮设计分析
如果是在地下水位浅,或者在雨水相对较多的地区进行施工,那么,对于地下室层数为一到二层的建筑来讲,常规都要考虑到使用阶段的抗浮问题。纯地下室的部位,以及裙房部位有可能存有抗渗抗浮不符合要求的情况出现。均对这种实际情况,应当采取下面的几个措施来应对:
(1)在设计条件允许的前提下 ,尽可能地提高基坑底设计标高,这样可以起到降低抗浮设防水位的目的。高层建筑基础底板应当应用梁板筏板基础或者是平板阀板基础。
(2)倡导应用无梁楼盖与宽扁梁。常规宽扁梁截面高在跨度的十六分之一和二十二分之一中间。宽扁梁可以有效降低地下部分高度。这样,在降低抗浮水位上就占有一定的优势。
(3)强化抗渗抗浮设计的另一个有效办
法是增大地下室自重。这个办法大体有三种情况:其一是基板加载,其二是边墙加载,其三是地下室的顶板加载。这种办法的特点是设计与施工都相对简单。但是不足之处在于当建筑物需要抵挡较大的浮力时,因为混凝土和相关的增重材料需求量太大,而使施工费用增加。
(4)设抗拔桩。此办法是抗渗抗浮设计加很常用的方法之一。抗拔均一般情况都要嵌入到埋藏浅嵌入坚硬的基岩之内。因为受施工条件和造价因素的制约,抗拔桩入岩一般不深,这就需要施工过程中对桩端进行灌浆处理。若上覆土层厚度太大,抗拔桩进不到基岩处,那就需要在桩下部设扩大头,提高抗拔桩的抗拔能力。
2.地下室抗震设计问题
地下室结构设计对整个建筑工程的抗震性能有着十分重要的影响,结构设计的是否合理,不仅仅关系到整个高层建筑的工程造价,也会密切的关系到整个建筑的稳定性和安全性,因此,在进行高层建筑地下室结构设计中,要严格把握施工图纸的审核要点,地下室整体结构埋置的深度一般都要大于地面建筑的高度,同时,总体的建筑高度要从地下室外部的地面开始算。地下室的墙柱同地面建筑主体的墙柱设计之时,要通过科学的处理,保持协调一致。
3. 人防地下室的结构设计
由于人防的要求, 高层建筑的地下室常兼作人防地下室。普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。人防地下室和非人防地下室相比, 由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求,二者在结构设计上有较大区别, 主要体现在荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等方面。人防底板的荷载控制问题。人防地下室位于主体结构部分时,人防底板一般是平时荷载起控制作用;人防地下室位于纯地下室部分时, 当仅有一层地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是战时荷载起控制作用, 当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用。
六、结束语
总之,加强对建筑工程地下室结构设计的分析,可以不断的提高建筑工程的地下室结构的质量,保证整个建筑工程的安全性和可靠性。
参考文献:
[1]吴仲平 基于高层建筑地下室结构设计的分析 [期刊论文] 《广东建材》 -2012年5期
[2]贺水云 浅探高层建筑中地下室结构设计 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2012年2期
Abstract: Based on the development of course and specialty's integration, the "teaching, learning and doing integration" mode is advocated. This paper proposes the teaching design of higher vocational colleges Building Architecture course's projectized reform to serve the construction of modern vocational education system, initiatively adapt to the social development needs of regional economy and train high-end skilled talents for society.
关键词: 高职;房屋建筑学;课程;项目化
Key words: higher vocational colleges;building architecture;course;projectized
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2013)35-0230-03
1 课程和专业一体化发展
《教育部关于推进高等职业教育改革创新引领职业教育科学发展的若干意见》(教职成[2011]12号)提出:高等职业教育必须准确把握定位和发展方向,自觉承担起服务经济发展方式转变和现代产业体系建设的时代责任,主动适应区域经济社会发展需要,培养数量充足、结构合理的高端技能型专门人才。
高职建筑工程技术专业建设以《教育部 财政部关于进一步推进“国家示范性高等职业院校建设计划”实施工作的通知》(教高函[2010]8号)、《关于确定“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校立项建设单位的通知》(教高函[2010]27号)、《关于推进高等职业教育改革创新引领职业教育科学发展的若干意见》(教职成[2011]12号)文件精神为指导,主动适应建筑业发展及区域经济发展的需要,以培养生产一线高端技能型人才为出发点,借鉴发达国家和地区先进的教育教学理念,遵循“以服务为宗旨,以就业为导向、以能力为核心、以行业标准为依据”的原则,改革专业人才培养模式,构建行动导向的课程体系,引入建筑行业企业标准开发专业课程和相应的教学资源,指导建筑工程技术专业的改革与实践,辐射和带动相关专业的建设,为社会培养高端技能型专门人才。
2 推行项目导向的“教学做一体化”的教学模式
我学院自2011年以来,逐步推进整体性教育教学改革,专业教师均通过了“项目教学法”能力测试。本人主讲的《房屋建筑学》等课程实施了“项目教学法”,开展“项目载体、任务驱动、学生主体、素质渗透、工学结合”的“教学做一体化”教学模式,推广到专业核心技能培养阶段的其它课程。根据职业岗位能力、素质要求,结合实际工作过程,以任务或项目设置教学情景,做到一个教学情景就是一项真实的工作任务和系统的工作过程,实现学生职业能力的训练。在教学过程中,利用校内和校外两个实训场所,做到课堂教学与实习实训一体化,学习过程与工作过程一致化,突出学生的主体地位,让学生通过“明确任务、制定计划、任务实施、评估成果”等学习活动,获得专业知识,掌握职业技能。实施项目化教学模式,由学生自己设计及实施工作过程,学会学习,学会做事,学会与人相处,学会
生存。
3 高职《房屋建筑学》课程项目化中的保持
《房屋建筑学》课程项目化改造后称《房屋建筑设计与构造》,新课程保持着旧课程的几个方面:
①前导课程:《建筑受力分析与计算》、《建筑材料及性能检测》、《施工图识读》。
②后续课程:《基础工程施工》、《混凝土结构工程施工》、《钢结构工程施工》、《屋面与防水工程施工》、《装饰装修工程施工》等。
③课程地位:《房屋建筑设计与构造》是建筑类专业的缩影,是一门专业技能基础课程,是所有建筑行业人员都应该掌握的专业入门课程,课程地位显要。
④知识能力要求:要求理论与实践并重。使学生具备从事建筑工程实践所必须的房屋建筑设计和房屋构造设计技能,并为学习建筑结构设计及施工打下一定的基础。学生学完本课程后要求:初步掌握一般工业与民用建筑构造及设计基本原理和方法;具有一般建筑构造设计基本能力;具有一般建筑设计的初步能力;提高识图及绘画技能,能看懂与绘制建筑施工图。根据所了解和掌握的民用建筑设计原理和建筑构造知识,能进行建筑初步设计如单元式住宅楼设计、学校教学楼设计、学校办公楼设计、单层工业厂房平剖设计,以及建筑构造设计。
4 高职《房屋建筑学》课程项目化中的创新
4.1 课程项目化改造的必要性
4.1.1 学生特点 学生从小到大看房屋建筑都是“瞎看”,对没有具体成果的“被动盲目学习”普遍缺乏兴趣。而他们思想活跃、参与热情高。
4.1.2 原来的情况 ①课程名称:《房屋建筑学》;②内容:建筑设计概论、建筑平面设计、建筑体型与立面、建筑剖面设计、民用建筑构造概述、楼电梯与坡道、基础与地下室、墙体、门窗与遮阳、楼地面、屋顶、变形缝、建筑防火、建筑节能、工业建筑概述;③教法:以理论教学为主,先理论后实践,完成教学任务后考核,结束课程教学;④教学效果:学生在学习理论时感觉枯燥无味、昏昏欲睡,教学互动效果差,学生在学习理论时没有目的。无法达到高等职业教育培养高端技能型专门人才的目的;⑤存在的问题:学生学习兴趣不高,学习效果不好。
4.2 课程项目化改造的简要思路
主要依据本课程在实际工程中的应用情况,将本课程改造成3个大项目。这3个项目相互结合形成综合项目。
4.2.1 课程面向的岗位 毕业生经过初次及晋升岗位(如图1所示)之后可以迁移岗位,迁移岗位有:房地产估价师、监理工程师、注册建筑师、造价工程师、勘察设计注册工程师、注册城市规划师、房地产经纪人、建造师。
4.2.2 课程教学目标 ①能力目标:具有教学楼、住宅楼、办公楼建筑设计的能力;具有房屋构造设计的能力;具有基础构造设计的能力;具有墙体构造设计的能力;具有楼梯间构造设计的能力;具有屋面排水及节点设计的能力。②知识目标:了解一般民用建筑设计基本原理;掌握房屋构造方法和设计基本原理;③素质目标:培养学生利用各种资料,获取新知识、新技术的能力;培养学生的沟通能力及团队协作精神;培养学生良好的职业道德;培养学生的质量意识、安全意识。
4.2.3 项目设计的理念 房屋建造过程简单表述为:地基与基础工程主体工程屋面工程装饰工程。我们构建基于房屋建造过程导向的课程,进行课程项目化改造,科学设计教学内容,让学生在完成《房屋建筑设计与构造》3个项目的过程中掌握建筑设计与构造设计的方法和技能。
4.3 课程项目设计
4.3.1 课程项目设计概况 在构建课程内容体系的过程中,根据本课程对应的工作岗位,以职业能力培养为中心,以专业核心技术技能为主线,依据工作任务标准以及岗位能力要求,用行动导向教学方法组织教学,将原课程知识点整合于3个项目中(见表1),将相关的知识技能转化为具体的训练内容。以项目载体、任务驱动为原则选取教学内容,设计出以项目为驱动、以实际工作过程为主线的教学模式,确保教学内容与实际工作的一致性。
表1中,项目1体现选择的多样性。讲解内容以教学楼项目为主,在实训内容中提供多个实训项目的任务书,供选择,学生可以选择最熟悉、最具代表性的“教学楼设计”作为项目比较容易做。选择“单元式住宅楼设计”、“行政办公楼设计”等作为“项目”也可以。
4.3.2 典型项目设计举例(表2)
4.4 典型项目实施举例
4.4.1 典型项目的教学设计(表3)
4.4.2 典型项目的教学实施过程
第一步:教师布置项目内容。指导学生充分利用教材、规范,将本课程中的指标进行归类,确定本项目需要测定的所有指标。学生分组,确定组长。
第二步:各小组分组现场考查讨论。通过“分组考查讨论法”学习与项目直接相关的知识,研究、选定工作方法。讨论切实可行的设计方案。
第三步:各小组分组设计与计算。
第四步:对计算的数据分析。对所获得的数据分析其合理性,对不合理的数据分析存在原因,及时发现错误,得到正确的数据。
在第三、第四过程中,教师全程跟踪检查、指导学生计算与设计的情况,随时答疑解难,随机提问考核,将考核情况作为小组或学生个人成绩评定的依据。
第五步:考核评价(见表4、表5、表6)。各小组提交计算书,分组讨论总结,每小组派代表集中汇报工作情况,教师集中逐一点评项目实施情况。
这种教学方法直接以项目为载体,目标明确。符合高等职业教育培养技能型人才的要求,能充分调动学生的学习热情,学生学习积极性高;项目实施过程中,教师全程参与,发现问题及时解决,教学互动,教学效果好。
4.5 课程项目化改造的预期效果
课程项目化改造的预期效果:课程通过项目化教学改革,以设计任务为驱动,使学生的积极性和主动性得到充分发掘和提高。最终将提高学生在后续毕业设计的独立性,增强在工作岗位中的工作能力和自信心。
以学生为本的活动实践,学习项目贴近生活化、学习情境仿真化、练习真实化、任务案例化。能够让学生发现、探究、学习新知识,关注学生的不同学习风格及个体差异,鼓励合作学习。
这个新的教学方法不会出现老师费劲去讲学生却昏昏欲睡、意见很大的现象;将理念渗透到实践中使学生的理论学习目标明确、有动力。一体化教学方法解决了理论教学难点,突出实践教学,强化专业技能。
4.6 课程项目化改造实施的可能性
目前已经有理论和实训教材,可以整合成理实一体化的教材。如果配置教学做一体化教室,并且设备与项目教学内容相匹配,那么课程项目化改造是可以实施的。
注:获2013年广西职业院校教育教学优秀论文一等奖.
参考文献:
[1]杨博,张选平,邵利平.基于PDDL的Web服务组合方法研究[J].西安交通大学学报,2011(02).