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1、火災(zāi)蔓延快
(1)煙自效應(yīng) 高層建筑的樓梯間,電梯井,管道井,風(fēng)道,電纜井,排氣道如果防火分隔存在問(wèn)題,發(fā)生火災(zāi)時(shí)將像一座座高聳的煙囪,建筑高度越高,煙囪效應(yīng)越強(qiáng)烈。
(2)可燃物品 在高層建筑中的高級(jí)旅館、綜合樓以及重要的圖書(shū)樓、檔案樓、辦公樓、科研樓等室內(nèi)家具及用品等,絕大多數(shù)是可燃的,一旦發(fā)生火災(zāi),火災(zāi)迅速蔓延。
(3)可然建筑室內(nèi)裝修材料 高層建筑中,無(wú)論是賓館、商場(chǎng)、辦公樓,許多都采用可燃性材料,大多都是有機(jī)材料和復(fù)合材料進(jìn)行裝修。這些材料燃燒分解產(chǎn)生大量的有毒氣體,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量煙塵及水蒸氣等。這些氣體和煙塵都會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害作用嚴(yán)重影響了建筑物內(nèi)人員安全疏散和消防員撲救,為火災(zāi)的發(fā)展擴(kuò)大創(chuàng)造了條件。
(4)縱橫交錯(cuò)的各種管道 高層建筑內(nèi)設(shè)置的空調(diào)風(fēng)管、排煙管道、電纜管道、吊頂?shù)缺容^復(fù)雜,既有水平方向,又有垂直方向,這是火災(zāi)發(fā)生時(shí)煙氣火勢(shì)發(fā)展擴(kuò)大的重要途徑。
2、疏散困難性
(1)疏散距離長(zhǎng) 高層建筑層數(shù)多,垂直距離長(zhǎng)。一般高層建筑辦公室,平均可容納4000-5000人。由于垂直疏散距離長(zhǎng),數(shù)千人,甚至數(shù)萬(wàn)人若從整幢大樓疏散到地面,需要很長(zhǎng)時(shí)間,少則幾十分鐘,多則幾小時(shí)。
(2)蔬散手段有限 多數(shù)高層建筑的安全疏散主要還是依靠樓梯,而樓梯間若封閉不嚴(yán),一旦竄人煙氣,就會(huì)嚴(yán)重影響人員疏散。消防云梯車(chē)數(shù)量有限,高度也有限,不能完全滿(mǎn)足高層建筑安全疏散和火災(zāi)撲救的要求。所以發(fā)生火災(zāi)時(shí),從樓梯間疏散是室內(nèi)人員疏散到安全地帶的唯一手段。
(3)疏散人員集中 火災(zāi)時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)混亂狀態(tài)的影響,受煙氣的威脅,人的本能恐懼心理和逃生欲望都強(qiáng)烈暴露出來(lái),人們便一窩蜂的涌向安全通道。大量的人流在樓梯間匯集后,極易發(fā)生擁擠堵塞,影響疏散安全。
3、火災(zāi)撲救難度大
(1)外部救援撲救進(jìn)攻難 高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)外部進(jìn)攻受限。現(xiàn)在的消防云梯車(chē)數(shù)量、高度有限,另一方面缺乏地面消防行動(dòng)展開(kāi)的場(chǎng)地。高層建筑的主題建筑周?chē)O(shè)有裙房妨礙登高車(chē)全方位靠近主體建筑進(jìn)行滅火救援活動(dòng),所以有些高層建筑上部樓層發(fā)生火災(zāi),消防隊(duì)員無(wú)法進(jìn)行外攻。
(2)消防設(shè)施不夠完善 高層建筑撲救要立足于自救,即主要靠室內(nèi)消防設(shè)施。但由千目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件所限,高層建筑內(nèi)部的消防設(shè)施有些不很完善,尤其是二類(lèi)高層建筑仍以消火栓系統(tǒng)撲救為主,因此撲救高層建筑火災(zāi)往往會(huì)遇到較大困難,并進(jìn)而影響火災(zāi)的撲救。13.3登高困難50 m以下樓層發(fā)生火災(zāi),消防隊(duì)員尚可利用消防云梯車(chē)登高,在50m以上部位發(fā)生火災(zāi),如果停電,消防電梯也失效,先放隊(duì)員只能通過(guò)室內(nèi)樓梯登高。消防隊(duì)員負(fù)重登高,因體力因素,導(dǎo)致心跳加速,呼吸氣喘,影響滅火戰(zhàn)斗展開(kāi)。而且通過(guò)樓梯間登高時(shí),也會(huì)與樓梯間內(nèi)往下疏散的人流相對(duì)撞,嚴(yán)重影響登高速度,延誤滅火救援的戰(zhàn)機(jī)。
(3)供水困難 高層建筑發(fā)生火災(zāi),火災(zāi)用水量比較大,有時(shí)需要達(dá)到80L一120L/s,而如果大樓停電,消防泵失效或故障,室內(nèi)供水系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足要求,向上供水就極其困難。經(jīng)滅火演練測(cè)試,三輛大功率消防車(chē)串聯(lián),通過(guò)水泵結(jié)合器供水,高度只能達(dá)到160m,通過(guò)水帶直接供水,高度只有150m。何況登高鋪設(shè)的水帶,往往會(huì)被破碎而落的玻璃片刺破,使滅火供水受阻中斷。
(4)排煙困難 高層建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí),由于風(fēng)向、風(fēng)力的影響,難以實(shí)施破拆玻璃窗進(jìn)行自然排煙。采用機(jī)械排煙系統(tǒng),也會(huì)受到如室外風(fēng)壓,室外空氣溫度與室內(nèi)空氣溫度不同等氣候條件的影響而難以達(dá)到理想的排煙效果。特別是停電或機(jī)械排煙系統(tǒng)發(fā)生故障情況一下,排煙就更為困難。大員的煙氣籠罩在大樓內(nèi),對(duì)消防隊(duì)員的滅火救援行動(dòng)和室內(nèi)人員的疏散造成嚴(yán)重影響。
二、高層建筑的防火對(duì)策
1、合理選擇建筑用址和附屬建筑的設(shè)置
(1)高層建筑應(yīng)與城市消防站保持便捷聯(lián)系,以便在發(fā)生火災(zāi)時(shí),能及時(shí)報(bào)警,城市消防站能迅速出動(dòng)并有效地組織撲救。
(2)宜遠(yuǎn)離火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類(lèi)的廠(chǎng)房,甲、乙、丙類(lèi)液體和可燃?xì)怏w儲(chǔ)罐以及可燃材料堆場(chǎng)。
(3)與周?chē)ㄖ锉3肿銐虻姆阑痖g距,防火間距應(yīng)根據(jù)火災(zāi)時(shí)建筑輻射熱對(duì)相鄰建筑的影響,滿(mǎn)足撲救要求和節(jié)約用地等因素確定。
(4)高層建筑宜設(shè)置環(huán)形消防車(chē)道,高層民用建筑宜與城市主次干道有機(jī)相連,使消防車(chē)能在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)火場(chǎng)。
(5)合理布局裙房,不應(yīng)布置高度大于5m,進(jìn)深大于4.m的裙房,且在此范圍內(nèi)必須設(shè)有直通室外的樓梯間的出口。便于消防隊(duì)員,消防車(chē)進(jìn)行滅火救援。
(6)妥善安排油浸變電器,燃?xì)?、燃油鍋爐房的位置,在總平面布置時(shí),要十分注意防火安全。
2、加強(qiáng)防火管理,嚴(yán)格落實(shí)管理制度
(1)嚴(yán)格電氣、燃?xì)夤芾?要選用安全可靠的電器產(chǎn)品和燃?xì)庠O(shè)備,不使用明火或電熱絲的電器和燃器設(shè)備器具,電器設(shè)備及其線(xiàn)路和燃?xì)庠O(shè)備及其管道按標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求安裝鋪設(shè),不得擅自亂接、亂拉、亂裝。供氣管道在地面進(jìn)人大樓前應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥。
(2)嚴(yán)格明火管理 對(duì)施工、維修過(guò)程中必須進(jìn)行的明火作業(yè),必須經(jīng)審批后方可作業(yè)。加強(qiáng)安全監(jiān)護(hù)工作,在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必須安排專(zhuān)人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。對(duì)餐廳、餐館的加熱器具使用必須落實(shí)專(zhuān)人負(fù)責(zé)。對(duì)吸煙問(wèn)題應(yīng)制定有針對(duì)性的管理規(guī)定并落實(shí)。
(3)嚴(yán)格操作規(guī)定 對(duì)用火、用電、用氣必須制定安全操作規(guī)程和管理制度。對(duì)涉及用火、用電、用氣的操作人員,必須經(jīng)過(guò)安全技術(shù)培訓(xùn)和安全責(zé)任心教育,使其具備良好的安全意識(shí)和操作技能,自覺(jué)遵守操作規(guī)程。
(4)嚴(yán)格維護(hù)保養(yǎng)制度 電氣設(shè)備、燃?xì)庠O(shè)備、機(jī)械設(shè)備等,必須定期維持保養(yǎng),發(fā)現(xiàn)故障,及時(shí)修復(fù)使其始終處于良好狀態(tài)。
3、控制火災(zāi)擴(kuò)大措施
(1)水平防火分區(qū) 利用防火門(mén)、防火墻或防火卷簾等分隔物,嚴(yán)格按照規(guī)范要求,控制水平面內(nèi)防火分區(qū)面積。
(2)豎向防火分區(qū)化 火災(zāi)不僅能水平蔓延,而且還能沿建筑物外墻各種井道、樓梯間豎向蔓延。對(duì)電梯井、暖通風(fēng)井、燃?xì)夤芫蓉Q向井道,必須采用相應(yīng)耐火等級(jí)的防火墻、防火門(mén)、防火閥進(jìn)行防火分隔,將每個(gè)豎井作為一個(gè)防火分區(qū)對(duì)待進(jìn)行分隔。對(duì)中庭、外墻、玻璃幕墻應(yīng)設(shè)置有效的防火門(mén)窗、防火卷簾進(jìn)行分隔。
(3)裝修材料應(yīng)為阻燃材料 建筑裝修和室內(nèi)裝修采用阻燃材料,是預(yù)防火災(zāi)擴(kuò)大蔓延的有效措施,用于高層建筑室內(nèi)墻面,隔斷,地面應(yīng)采用B1級(jí)材料,對(duì)于室內(nèi)頂棚必須A級(jí)材料,局部造型裝修需要,可采用B2級(jí)材料,安全疏散通道、樓梯間及其前室,避難區(qū)(間)等,其墻面、吊頂、地面均應(yīng)采用A級(jí)材料裝修。
(4)完善消防設(shè)施,達(dá)到消防自動(dòng)化高層民用建筑內(nèi),除了安裝消火栓,消防軟管水喉外,必須按照規(guī)范系統(tǒng),全面地設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)、自動(dòng)防排煙系統(tǒng),并根據(jù)不1司場(chǎng)所的特點(diǎn)選用消防設(shè)備,達(dá)到早期發(fā)現(xiàn),將火災(zāi)消滅在初期階段。
4、安全疏散避難措施
(1)疏散走道 逃離起火房間的人員進(jìn)人走道后,應(yīng)能較好地保障其順利奔向防煙樓梯間的前室和樓梯間,為了縮短疏散時(shí)間,疏散走道應(yīng)力求短捷,便于形成雙向疏散。合理細(xì)致設(shè)計(jì)確定疏散通道的位置、安全疏散距離、疏散走道和門(mén)的寬度、高度,且不宜設(shè)置臺(tái)階。
(2)疏散樓樣 為保證安全疏散,每幢高層建筑應(yīng)設(shè)置至少兩座防煙樓梯間,宜靠外墻布置,必須有采光和防排煙設(shè)施,疏散樓梯宜在電梯廳旁設(shè)置,應(yīng)采用乙級(jí)或甲級(jí)防火門(mén)作為前室和樓梯間的門(mén),門(mén)必須向外開(kāi)啟.并不應(yīng)設(shè)置門(mén)檻。
【關(guān)鍵詞】高層建筑 建筑施工混凝土控制高層施工混凝土施工
中圖分類(lèi)號(hào): TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
1.引言
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快,城市建設(shè)也得到快速發(fā)展,各類(lèi)高層建筑也不斷涌現(xiàn)。在高層建筑中,由于建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,建筑施工工期較長(zhǎng),混凝土用量較大等特點(diǎn),為避免施工后期出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,要加強(qiáng)對(duì)高層建筑的施工管理。由于高層建筑的特殊性,其混凝土控制手段也較為特殊,本文從高層建筑特點(diǎn)入手,分析了高層建筑混凝土施工控制要點(diǎn)。
2.高層建筑施工特點(diǎn)。
2.1.高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)中,一般可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系、鋼結(jié)構(gòu)體系、鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu)體系以及鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)體系等。
(1)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。
合理利用鋼筋和混凝土這兩種材料的功能,根據(jù)受力性能進(jìn)行配比,這種結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代高層施工中,應(yīng)用較多,因?yàn)槠浔旧砭哂性靸r(jià)低、耐水性和結(jié)構(gòu)靈活,可塑模性好,整體性能好等優(yōu)點(diǎn),由于這些優(yōu)點(diǎn),使得鋼筋凝土被廣泛應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中。
(2)鋼結(jié)構(gòu)體系。
鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)闃?gòu)件截面較小和自重輕、抵抗地震性能好、工廠(chǎng)制作程度較高且建筑周期短等優(yōu)點(diǎn),被應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)中。但鋼結(jié)構(gòu)材料較貴,造價(jià)高,而且易于銹蝕,抵御火災(zāi)能力較差,在施工設(shè)計(jì)時(shí)較復(fù)雜,由于上述缺點(diǎn),導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)在高層建筑施工中,未普遍使用。
(3)鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu)體系。
鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu)就是將鋼構(gòu)件和混凝土構(gòu)件二者混合使用,互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,既利用鋼結(jié)構(gòu)的硬度高,又利用了鋼筋混凝土擁有的較大剛度的抗推性和抗剪承載能力。鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu),可以形成高效的抗側(cè)力體系,同時(shí)因?yàn)橛娩摿枯^少,造價(jià)較低。對(duì)于此類(lèi)結(jié)構(gòu),一般被應(yīng)用到30-80層的高層建筑施工中。
(4)鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu)體系。
由型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu),為鋼和混凝土組合結(jié)構(gòu),其擁有承載能力較高,具有較好的抗裂性和抗震性能。一般在高層建筑的底部或者用于跨度比較大的部分。
2.2高層建筑施工特點(diǎn)。
(1)高層建筑施工規(guī)模龐大,施工工期較長(zhǎng),施工成本高。
高層建筑建筑面積大,對(duì)各類(lèi)建筑材料使用量較大,建筑施工期間需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力;加上高層建筑施工工期較長(zhǎng),施工單位需要投入更多的資金來(lái)給付建筑施工的消耗,這樣就無(wú)形之中增加了施工單位的成本壓力,如果一旦工程出現(xiàn)延期,就會(huì)導(dǎo)致建筑工程投資成本的增加,影響了投資收益。
(2)建筑施工難度較大。
高層建筑為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,需要進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖,要選擇多種基礎(chǔ)方案。同時(shí)為了利用地下空間的需要,還會(huì)增加地下室的開(kāi)發(fā),這導(dǎo)致高層建筑的基礎(chǔ)需要埋置更深,地基處理較為復(fù)雜,對(duì)深基礎(chǔ)開(kāi)挖和支護(hù)技術(shù)要求較高,也增加了施工難度。
(3)施工工期長(zhǎng),難避免氣候的影響。
高層建筑由于建模面積大,需要較長(zhǎng)的施工工期,在這種情況下,就難以避免出現(xiàn)在冬季或雨季進(jìn)行施工,當(dāng)建筑高度增加時(shí),施工難度也越來(lái)越大,作業(yè)環(huán)境也越來(lái)越惡劣。氣溫變化和低溫天氣都對(duì)高層建筑施工造成影響。
(4)施工空間較小,組織難度高。
高層建筑的施工是在一定的空間內(nèi),隨著建筑高度的增加,施工空間變的狹小,不利于施工的組織和安排。同時(shí),高層建筑施工需要突出解決材料、施工機(jī)具、設(shè)備和人員的垂直運(yùn)輸,并做好防止物體墜落事故。
(5)施工要求高。
高層建筑施工通常是采用鋼筋混凝土為主要結(jié)構(gòu),對(duì)鋼筋混凝土施工是采用現(xiàn)澆的方式,這就要求對(duì)各種施工模板、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、結(jié)構(gòu)安裝、鋼筋連接以及建筑制品安裝等施工技術(shù)要符合高層建筑施工特點(diǎn),相對(duì)于底層建筑來(lái)講,高層建筑施工要復(fù)雜的多,施工要求也要高很多。
(6)項(xiàng)目復(fù)雜,管理雜亂。
高層建筑的工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容繁雜,其施工工種多、施工項(xiàng)目多、施工技術(shù)應(yīng)用多、施工機(jī)械設(shè)備投入多等等都是需要大量的人、物、設(shè)備的消耗和投入,這無(wú)疑增加了管理難度。加上技術(shù)層面要求嚴(yán)格,在設(shè)計(jì)、施工、檢查中需要進(jìn)行多方面考慮,同時(shí)也需要多部門(mén)配合和協(xié)作。尤其是對(duì)于一些比較復(fù)雜的大型高層建筑,通常都存在一邊設(shè)計(jì)一邊進(jìn)行施工準(zhǔn)備,一邊開(kāi)始準(zhǔn)備一邊開(kāi)始施工的現(xiàn)象,由于工程量大,施工層包單位多,導(dǎo)致各部門(mén)出現(xiàn)協(xié)作困難,加大了管理難度。
3.高層建筑混凝土控制要點(diǎn)。
3.1高層建筑中混凝土質(zhì)量問(wèn)題。
在現(xiàn)階段的高層建筑施工中,混凝土主要質(zhì)量問(wèn)題是產(chǎn)生裂縫。高層建筑一旦出現(xiàn)裂縫,對(duì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性無(wú)法達(dá)標(biāo),容易形成功能缺陷。高層建筑混凝土產(chǎn)生裂縫通常有三個(gè)因素:
溫差裂縫:在高層建筑的大體積混凝土中,水泥在水化的過(guò)程中,需要釋放熱量,但由于混凝土的體積較大,其內(nèi)部的熱量發(fā)生聚集無(wú)法及時(shí)排除,導(dǎo)致在混凝土的表面形成溫差,一旦溫差較大就形成了溫差裂縫。
收縮裂縫:在高層建筑混凝土中,混凝土在硬化過(guò)程中,發(fā)生收縮應(yīng)力,其收縮應(yīng)力超過(guò)水泥混凝土最大抵抗強(qiáng)度就形成收縮裂縫。同時(shí),由于選用水泥的標(biāo)號(hào)不同,也會(huì)容易形成收縮裂縫。
安定性裂縫:在大體積混凝土中,水泥在硬化過(guò)程中出現(xiàn)不均勻的體積變化,導(dǎo)致混凝土發(fā)生龜裂,出現(xiàn)膨脹性的裂縫。
3.2高層建筑混凝土質(zhì)量控制措施。
(1)混凝土強(qiáng)度控制。
在進(jìn)行高層建筑施工前,要根據(jù)混凝土的不同強(qiáng)度,結(jié)合設(shè)計(jì)要求和實(shí)際情況進(jìn)行配比的研究,通過(guò)工地實(shí)驗(yàn)室的配比實(shí)驗(yàn),找出離析小強(qiáng)度高,符合設(shè)計(jì)質(zhì)量的配比率,并通過(guò)驗(yàn)證,確定配比率是否符合建筑物質(zhì)量要求。要根據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ107)規(guī)定,對(duì)施工中使用的混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢查和評(píng)定,選用同一種強(qiáng)度進(jìn)行配比和生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)。同時(shí)要根據(jù)建筑施工工期和養(yǎng)護(hù)天氣等因素,確定混凝土強(qiáng)度,必要情況下,要超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配比和評(píng)定。在高層建筑施工中,通常是采用泵送水泥混凝土施工方式,雖然可以提升施工效率,保障施工工期,但同時(shí)更要注意泵送水泥混凝土的強(qiáng)度控制,不能出現(xiàn)只顧施工工期,忽視施工要求。
(2)混凝土材料控制。
高層建筑混凝土材料是影響混凝土質(zhì)量的主要因素,也是關(guān)鍵所在。對(duì)混凝土的材料要嚴(yán)格控制,對(duì)砂、石的含水量和含泥量都要進(jìn)行控制和檢測(cè)。特別是在混凝土澆筑中,由于水的加入使混凝土具有可塑性,這就要求混凝土拌合用水不能摻雜其他過(guò)量的酸、鹽、堿等礦物質(zhì)和有害成分。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)各材料的選用,提高混凝土配比準(zhǔn)確性,降低混凝土的離析性能。
(3)混凝土施工控制。
落實(shí)混凝土施工工序是混凝土施工要求的保證。在高層建筑施工中,混凝土施工需要有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo),根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙要求,對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督,保障施工質(zhì)量?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督人員要對(duì)施工方案進(jìn)行把關(guān),對(duì)混凝土澆筑工藝和施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格督導(dǎo),對(duì)混凝土澆筑、振搗、支模、拆模等工藝要進(jìn)行檢測(cè),督促施工人員根據(jù)施工圖紙和施工要求進(jìn)行合理施工,提升混凝土強(qiáng)度。同時(shí)要根據(jù)設(shè)計(jì)要求,做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作,避免出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)不足導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。
4.結(jié)束語(yǔ)
高層建筑具有特殊性,其施工難度較大,工期長(zhǎng),對(duì)各項(xiàng)資源消耗較大,施工投入也較多。對(duì)高層建筑混凝土進(jìn)行施工控制,能有效提升高層建筑質(zhì)量,保障高層建筑投資收益。
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[4] 賀西安 試論大體積砼的施工技術(shù)及防裂縫對(duì)策 [期刊論文] 《商品與質(zhì)量:建筑與發(fā)展》 2012年5期
關(guān)鍵詞:高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 問(wèn)題分析
中圖分類(lèi)號(hào):TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
一、高層建筑各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)
高層建筑設(shè)計(jì)是個(gè)多專(zhuān)業(yè)、多程序的復(fù)雜系統(tǒng)工程,涉及“建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”三個(gè)基本環(huán)節(jié),參與高層建筑設(shè)計(jì)的工程師都深深體會(huì)到,對(duì)于每個(gè)專(zhuān)業(yè)單獨(dú)而言是最完美的設(shè)計(jì),但結(jié)合在一起卻不是優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。 “建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備”是互相制約的三個(gè)有機(jī)組成部分,高層建筑設(shè)計(jì)既是各個(gè)專(zhuān)業(yè)自我完善的過(guò)程,也是各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間互相協(xié)調(diào)的過(guò)程。我們認(rèn)為在方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)階段一般應(yīng)以建筑專(zhuān)業(yè)牽頭進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào),在施工圖設(shè)計(jì)階段則應(yīng)以結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)為主進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了采用合理的結(jié)構(gòu)體系,先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)外,大量的工作是搞好與其它專(zhuān)業(yè)的協(xié)調(diào),以便保證結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的實(shí)現(xiàn)。
二、高層結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)特點(diǎn)
(1)水平荷載成為決定因素。一方面,因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及由此在豎向構(gòu)件中引起的軸力,是與樓房高度的二次方成正比;另一方面,對(duì)某一定高度的樓房來(lái)講,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值則隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。
(2)軸向變形不容忽視。高層建筑中,豎向荷載數(shù)值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會(huì)對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩和端支座負(fù)彎矩值增大;還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響,要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。另外,會(huì)對(duì)構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響,與考慮構(gòu)件豎向變形比較,會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。
(3)側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低的樓房不同結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素隨著樓房高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。
三、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分析
(1)框架一剪力墻體系。當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿(mǎn)足要求時(shí),往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來(lái)代替部分框架,因而便形成了框架一剪力墻體系。在該體系中,框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。剪力墻的設(shè)置增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低,且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻,所以,框架一剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
(2)剪力墻體系。當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí),即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度均比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強(qiáng),是一種良好的結(jié)構(gòu)體系,能建高度大于框架或框架一剪力墻體系。
(3)筒體體系。凡采用筒體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱(chēng)為簡(jiǎn)體體系,包括單簡(jiǎn)體、簡(jiǎn)體一框架、筒中筒、多束筒等多種形式。筒體是一種空間受力構(gòu)件,分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類(lèi)型。簡(jiǎn)體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度,各構(gòu)件受力比較合理,抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng),往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層。
四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題分析
(1)結(jié)構(gòu)選型①結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題。新規(guī)范對(duì)這方面的內(nèi)容有了較大的變動(dòng),增加了相當(dāng)多的限制條件,例如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等。因此,結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件時(shí)必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。②高度問(wèn)題。按我國(guó)現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2002)規(guī)定,綜合考慮經(jīng)濟(jì)與適用的原則,給出了各種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度均有嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問(wèn)題,除了將原來(lái)的限制高度設(shè)定為A 級(jí)高度的建筑外,增加了B 級(jí)高度的建筑。隨著建筑物高度的增加,許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變,即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍,如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。③嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。由于高層建筑一般都帶有2 層或2 層以上的
地下室和人防設(shè)施,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板或人防頂板等位置。在這個(gè)問(wèn)題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由于嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的問(wèn)題,如嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等。而忽略其中任何一個(gè)方面,都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或留下安全隱患。④短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。在新規(guī)范中,將墻肢截面高厚比為5—8 的墻定義為短肢剪力墻,且根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制。因此,在高層建筑設(shè)計(jì)中,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻,以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。
(2)地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面,這不僅僅是因?yàn)樵撾A段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行,同時(shí)也因?yàn)榈鼗A(chǔ)是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素。由于我國(guó)幅員遼闊,地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜,僅依據(jù)GB50007--2002{地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》,無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)均進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定,而地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”則能夠?qū)⒏鞯氐牡鼗A(chǔ)類(lèi)型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確,所以,在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí),以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。
(3)結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析。在這一階段,如何準(zhǔn)確、高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理,是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。由于新規(guī)范中對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn),因此對(duì)這一階段比較常見(jiàn)的問(wèn)題應(yīng)該有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)①結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí),必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件,并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中,判斷哪個(gè)是合理的、哪個(gè)是可
以作為參考的,哪個(gè)是意義不大的,這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作如果選擇了不合適的計(jì)算軟件,不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)問(wèn)和精力,而且有可能使結(jié)構(gòu)存在不安全隱患。②是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響。該部分內(nèi)容實(shí)際上在新舊規(guī)范中均已涉及,只是新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。③振型數(shù)目是否足夠。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中并未提出振型參與系數(shù)的概念,或即使有該概念,該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求,因此,在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷,并決定是否需要調(diào)整振型數(shù)目的取值。④多塔之間各地震周期的相互干擾,是否需要分開(kāi)計(jì)算。一段時(shí)間以來(lái),大底盤(pán)、多塔樓的高層建筑類(lèi)型大量出現(xiàn),而在計(jì)算分析該類(lèi)型高層建筑時(shí),是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)
整體并按多塔類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算還是將結(jié)構(gòu)人為地分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算,是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問(wèn)題。⑤非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在高層建筑中,往往存在著一些由于建筑美觀(guān)或功能要求而非主體承重骨架體系以?xún)?nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在對(duì)這部分非結(jié)構(gòu)構(gòu)件尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)
Abstract: The article will combine with years of practical experience; engineering design and construction of high-rise buildings are analyzed and discussed, for reference. Key words: high-rise buildings; structure; design
自十九世紀(jì)至今,高層建筑已逐步成為了建筑工程施工領(lǐng)域的主流趨勢(shì),特別是我國(guó)近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,以及城市化規(guī)模的不斷壯大,高層建筑已在各行政區(qū)域內(nèi)隨處可見(jiàn),并成為了一個(gè)城市發(fā)展水平的標(biāo)志性參考準(zhǔn)則。高層建筑工程的快速發(fā)展,不僅促進(jìn)了城市化發(fā)展速度的加快,更促進(jìn)了建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的不斷革新,隨著國(guó)家和人們對(duì)于高層建筑的工程質(zhì)量、施工標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)環(huán)境等的要求不斷提升,高層建筑工程施工也面臨了眾多的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。下面本文將以一定的建筑實(shí)例為例,從高層建筑的建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和剪力墻的設(shè)計(jì)兩面進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述。
1 高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析
高層建筑工程能否順利的實(shí)施建設(shè)、其各項(xiàng)建設(shè)項(xiàng)目能否達(dá)到最優(yōu)化的配置、各項(xiàng)建筑指標(biāo)是否符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等的關(guān)鍵都在于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。作為重要的階段性環(huán)節(jié),為保證設(shè)計(jì)的合理性,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段需對(duì)結(jié)構(gòu)的延性、水平荷載、建筑物的側(cè)移、軸向變形等因素進(jìn)行綜合性考慮。
在對(duì)水平荷載因素進(jìn)行分析設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下兩方面影響性因素:第一,一般而言在高度一定的建筑住宅工程的設(shè)計(jì)時(shí),其豎向荷載值基本上為定制,當(dāng)風(fēng)荷載和地震作用作為其目標(biāo)時(shí),其荷載值將隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化而進(jìn)行大幅度的變化;第二,因樓房自重與樓面的使用荷載的共同作用所形成的豎構(gòu)件中的軸力、彎矩的數(shù)值與樓煩高度成正比;當(dāng)水平荷載因?qū)Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆力矩而引起的豎構(gòu)件中的軸力,則是與樓房高度的二次方成正比。
對(duì)于高層建筑的軸向變形,主要考慮構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生較大的影響,與考慮構(gòu)件豎向變形相比較,會(huì)得出偏于不安全的結(jié)果。另外對(duì)于豎向荷載數(shù)值較大,能夠在柱中引起較大軸向變形,從而對(duì)連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生較大影響,造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大,還會(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生較大的影響,根據(jù)軸向變形計(jì)算值,對(duì)下料的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整。
關(guān)于高層結(jié)構(gòu)還需要考慮建筑會(huì)出現(xiàn)的側(cè)移現(xiàn)象,因?yàn)殡S著樓房高度的不斷增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大,結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度內(nèi)。與較低的樓房不同的是,結(jié)構(gòu)側(cè)移已經(jīng)成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。所以還需要了解結(jié)構(gòu)的延性,為了使得建筑物牢固、可靠,具有很強(qiáng)的變形能力不會(huì)出現(xiàn)樓體倒塌等嚴(yán)重事故,就需要注意結(jié)構(gòu)的延性。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后依然具有比較強(qiáng)的變形能力這就必須在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?,以確保建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力。相對(duì)較低的樓房,高樓結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形更大。
2 高層結(jié)構(gòu)的剪力墻
很多人只看到高層建筑物,但還不明白其構(gòu)造原理?,F(xiàn)今的高層建筑,很多都是剪力墻構(gòu)造的。那么什么是剪力墻呢?它有什么樣的結(jié)構(gòu)效能呢?一般建筑物中的豎向承重構(gòu)件都是由墻體承擔(dān)的,這種墻體既要承擔(dān)水平構(gòu)件傳來(lái)的豎向重力,還要承擔(dān)風(fēng)力或地震作用傳來(lái)的水平方向的地震作用力。剪力墻由此而生,這種墻體除了最基本的能避風(fēng)避雨外,還能抗震。高層的剪力墻是建筑物的分隔墻和圍護(hù)墻,在設(shè)計(jì)墻體的時(shí)候,要考慮平面布置和結(jié)構(gòu)布置兩方面的因素,需要同時(shí)滿(mǎn)足這兩方面的要求。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)體系要求有很好的承載能力,并且要具有較好的整體性和空間性能,相對(duì)框架結(jié)構(gòu)而言,剪力墻要有較好的抗側(cè)能力,那么對(duì)于高層建筑就需要選用剪力墻結(jié)構(gòu)。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)有側(cè)向剛度大,在水平荷載作用下側(cè)移小,但是其缺點(diǎn)是剪力墻的間距有一定限制,建筑平面布置不是很靈活,不適合要求大空間的公共建筑,另外結(jié)構(gòu)自重也較大,靈活性相對(duì)而言比較差。一般適用住宅、公寓和旅館。剪力墻結(jié)構(gòu)的樓蓋結(jié)構(gòu)一般采用平板,可以不設(shè)梁,所以空間利用比較好,可以節(jié)約一些高層建筑的成本。剪力墻所承受的豎向荷載,一般是結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載,通過(guò)樓面?zhèn)鬟f到剪力墻。豎向荷載除了在連梁(門(mén)窗洞口上的梁)內(nèi)產(chǎn)生彎矩以外,在墻肢內(nèi)主要產(chǎn)生軸力??梢园凑占袅Φ氖芎擅娣e簡(jiǎn)單計(jì)算??蚣芙Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu),兩種結(jié)構(gòu)體系在水平荷載下的變形規(guī)律是完全不相同的??蚣艿膫?cè)移曲線(xiàn)是剪切型,曲線(xiàn)凹向原始位置;而剪力墻的側(cè)移曲線(xiàn)是彎曲型,曲線(xiàn)凸向原始位置。在框架-剪力墻(以下簡(jiǎn)稱(chēng)框-剪)結(jié)構(gòu)中,由于樓蓋在自身平面內(nèi)剛度很大,在同一高度處框架、剪力墻的側(cè)移基本相同。這使得框-剪結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線(xiàn)既不是剪切型,也不是彎曲型,而是一種彎、剪混合型,簡(jiǎn)稱(chēng)彎剪型。假設(shè)有向右的水平力作用與結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)底部,框架將把剪力墻向右拉;在結(jié)構(gòu)頂部,框架將把剪力墻向左推。因而,框-剪結(jié)構(gòu)底部側(cè)移比純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移要小一些,比純剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)移要大一些;其頂部側(cè)移則正好相反??蚣芎图袅υ诠餐袚?dān)外部荷載的同時(shí),二者之間為保持變形協(xié)調(diào)還存在著相互作用??蚣芎图袅χg的這種相互作用關(guān)系,即為協(xié)同工作原理。
3 現(xiàn)實(shí)中高層建筑剪力墻設(shè)計(jì)的實(shí)例
高層剪力墻要考慮建筑物的布置、配筋結(jié)構(gòu)、墻體鋼筋配置、邊緣構(gòu)件的設(shè)置和合理的配筋因素,這些都是高層建筑中需要認(rèn)真考慮的環(huán)節(jié)。對(duì)于高層建筑的剪力墻其布置要合理勻稱(chēng),要求其整個(gè)建筑物的剛心和質(zhì)心重合,至少要趨于重合,并且其水平方向的兩個(gè)軸的剛重要比較接近。
關(guān)于高層建筑中剪力墻的布置必須均勻合理,使整個(gè)建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合,且水平方向兩個(gè)軸的兩向的剛重比的值是比較接近的。我們?cè)O(shè)置一棟高層建筑時(shí)候,其結(jié)構(gòu)布置必須要避免出現(xiàn)一字型的剪力墻,因?yàn)槟菢拥膲拐鹦Ч焕硐?,同時(shí)也注意不要出現(xiàn)長(zhǎng)墻,長(zhǎng)墻也不利抗震效果。應(yīng)該避免樓面的主梁平面外擱置在剪力墻上,如果無(wú)法避免則需要將剪力墻的適當(dāng)部位設(shè)置成暗柱,當(dāng)梁的高度大于墻體的厚度的 2.5 倍時(shí),就必須計(jì)算暗柱的配筋參數(shù),由于高層建筑物的轉(zhuǎn)角處應(yīng)力比較集中,如果可以的話(huà)兩個(gè)方向都要布置成長(zhǎng)墻,所以高層建筑物的轉(zhuǎn)角處的墻肢應(yīng)該盡可能的長(zhǎng)。
對(duì)于墻體的配筋,結(jié)構(gòu)要設(shè)置得合理才能控制剪力墻的配筋,這么做可以節(jié)約建筑成本,且安全耐用。高層建筑剪力墻的墻體配筋,一般要求水平鋼筋放在外側(cè),豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè),這樣便于施工。同時(shí)其配筋要能滿(mǎn)足計(jì)算和規(guī)范建議的最小配筋率要求。對(duì)于剪力墻體的邊緣構(gòu)件,要求對(duì)于一、二級(jí)的抗震設(shè)計(jì)的剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。對(duì)于普通的剪力墻,其暗柱配筋滿(mǎn)足規(guī)范要求的最小配筋率,為了能保證質(zhì)量和安全,根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)建議對(duì)于加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)0.7%,而一般的部位應(yīng)該加強(qiáng)0.5%。但是,對(duì)于短肢的剪力墻,控制配筋率加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng) 1.2%,其一般部位應(yīng)該加強(qiáng) 1.0%。特別注意,對(duì)于小墻肢其受力性能較差,應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比,宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì),并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強(qiáng)區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)1.2%,一般部位應(yīng)該加強(qiáng)1.0%;而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體,設(shè)計(jì)中往往就按長(zhǎng)肢墻進(jìn)行暗柱配筋。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)換層;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);特點(diǎn);注意事項(xiàng)
一、概括轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的幾種型式及其設(shè)計(jì)特點(diǎn)
目前高層建筑的發(fā)展趨勢(shì),既集吃、住、辦公、娛樂(lè)、購(gòu)物、停車(chē)等多功能為一體的綜合型建筑。但由于空間功能的復(fù)雜化,使得建筑結(jié)構(gòu)也隨之變化。為了適應(yīng)上部小空間下部大空間的功能需要,需在兩種結(jié)構(gòu)的交接部位設(shè)置過(guò)渡結(jié)構(gòu),也就是所謂的轉(zhuǎn)換層。因高層建筑結(jié)構(gòu)的多樣性,也呈現(xiàn)多種形式:
1.1 轉(zhuǎn)換層形式一:板式轉(zhuǎn)換
整體來(lái)講,板式轉(zhuǎn)換的力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較差。當(dāng)上下軸網(wǎng)變化但仍正交時(shí),可采用正交主次轉(zhuǎn)換梁的結(jié)構(gòu)型式來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。板式轉(zhuǎn)換最大的優(yōu)點(diǎn)是可以在轉(zhuǎn)換層以上隨意布置結(jié)構(gòu)型式和軸網(wǎng),特別適用于建筑物上下部軸網(wǎng)錯(cuò)位復(fù)雜甚至互不正交的情況。由于抗剪和抗沖切的需要,轉(zhuǎn)換板厚一般在2M以上,這一方面造成轉(zhuǎn)換層質(zhì)量和剛度的突變,在地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)反應(yīng)增大,轉(zhuǎn)換層上下相鄰層更成為結(jié)構(gòu)薄弱層,不利于建筑物抗震;另一方面由于自重和地震作用的增加,下部豎向構(gòu)件的荷載明顯增大,設(shè)計(jì)難度大。
1.2 轉(zhuǎn)換層形式二:梁式轉(zhuǎn)換
實(shí)際工程中,轉(zhuǎn)換層常兼作設(shè)備層,轉(zhuǎn)換梁腹部要開(kāi)設(shè)洞口以便設(shè)備管道的通過(guò),因此轉(zhuǎn)換梁的計(jì)算模型可根據(jù)開(kāi)洞與否以及洞口的相對(duì)大小分別取為實(shí)腹梁、開(kāi)孔梁、雙梁和空腹桁架等。梁式轉(zhuǎn)換具有傳力路徑清晰快捷,施工方便,構(gòu)造簡(jiǎn)單,工作可靠等特點(diǎn),轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸主要由其抗剪承載力決定,但可通過(guò)加腋或采用鋼骨混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土等方法來(lái)減小截面尺寸。在進(jìn)行轉(zhuǎn)換梁設(shè)計(jì)時(shí),要特別注意對(duì)轉(zhuǎn)換大梁與上部結(jié)構(gòu)共同工作程度的分析。
1.3 轉(zhuǎn)換層形式三:桁架轉(zhuǎn)換
桁架分為空腹桁架與實(shí)腹桁架兩種。桁架轉(zhuǎn)換層與梁式轉(zhuǎn)換相比,受力狀態(tài)更明確,可使用空間更大,自重小,抗震性能好,但其節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)難度大,“強(qiáng)斜腹桿、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”是桁架轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的基本原則,而節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)復(fù)雜,容易發(fā)生剪切脆性破壞,造成計(jì)算配筋多,施工不便,限制了桁架轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。
1.4 其它轉(zhuǎn)換型式
其它轉(zhuǎn)換型式包括:
①巨型框架它由豎向筒體或巨型柱與一道或多道大梁組成,具有良好的抗震性能,是目前國(guó)內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個(gè)重要方向。巨型框架要采用模擬施工過(guò)程的設(shè)計(jì)方法,在未形成巨型結(jié)構(gòu)之前應(yīng)合理地解決臨時(shí)支撐和保證足夠的抗側(cè)剛度;巨型梁以下幾層范圍內(nèi)的柱內(nèi)存在拉應(yīng)力,應(yīng)按受拉構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
②斜柱轉(zhuǎn)換式可以較好地發(fā)揮混凝土的受壓性能,形成更多更好利用的建筑空間。斜柱轉(zhuǎn)換中會(huì)產(chǎn)生較大的水平荷載,在實(shí)際工程中可以結(jié)合建筑物的平面布置,通過(guò)加設(shè)圈梁或拉梁,使其以最短的路徑相互平衡,轉(zhuǎn)換斜柱盡可能通過(guò)較多的樓層,以減小其在上下樓層產(chǎn)生的水平力,使轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)更加方便。
二、高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概念:指在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)體系中,合理解決豎向結(jié)構(gòu)的突變性轉(zhuǎn)化和平面的連續(xù)性變化的結(jié)構(gòu)單元體系,為了滿(mǎn)足城市建筑功能的要求,那么結(jié)構(gòu)必須以與常規(guī)方式相反進(jìn)行布置,上部小空間,布置剛度大的剪力墻,下部大空間,布置剛度小的框架柱。轉(zhuǎn)換層的設(shè)置造成建筑物豎向剛度的突變,地震作用時(shí)在轉(zhuǎn)換層上下容易形成薄弱環(huán)節(jié),對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利,所以在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循以下原則:
(1)布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時(shí),注意使盡可能多的上部豎向結(jié)構(gòu)能向下落地連續(xù)貫通,尤其框架核心筒結(jié)構(gòu)中核心筒應(yīng)上下貫通.
(2)弱化上部,強(qiáng)化下部,抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證轉(zhuǎn)換層上、下部主體結(jié)構(gòu)的總剪切剛度比值滿(mǎn)足下式 :式中: 分別為轉(zhuǎn)換層上部第I 樓層、下部第J 樓層的主體豎向結(jié)構(gòu)總剪切剛度。
(3)盡可能減少需結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的豎向構(gòu)件,直接落地的豎向構(gòu)件越多,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)越少,轉(zhuǎn)換層造成的剛度突變就越小,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震更有利。
(4)優(yōu)化轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。選擇具有明確傳力路徑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式,以便于結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)和保證施工質(zhì)量。
(5) 將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要組成部分采用符合實(shí)際受力變形狀態(tài)的計(jì)算模型進(jìn)行三維空間整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析.必要時(shí)可采用有限元方法對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部補(bǔ)充計(jì)算。
三、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
3.1與建筑專(zhuān)業(yè)的相配合
為了滿(mǎn)足建筑的需要,因此高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的選擇必須與建筑相互配合。
(1)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)與建筑外觀(guān)相結(jié)合,如巨型框架、拱式轉(zhuǎn)換等型式不僅具有良好的受力性能,而且能滿(mǎn)足該類(lèi)型建筑外觀(guān)的要求;
(2)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)必須服從于建筑功能的實(shí)現(xiàn),實(shí)際工程中常常將設(shè)備層兼作轉(zhuǎn)換層,此時(shí)轉(zhuǎn)換層中要有足夠的空間讓設(shè)備管道通過(guò),當(dāng)洞口尺寸超出開(kāi)孔梁允許范圍時(shí),宜用實(shí)腹或空腹桁架代替梁式轉(zhuǎn)換。
3.2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度的合理選擇
在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),存在著轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)剛度合理值的問(wèn)題。當(dāng)轉(zhuǎn)換層剛度過(guò)大時(shí),一方面引起地震反應(yīng)和結(jié)構(gòu)豎向剛度的突然增大,使轉(zhuǎn)換層上下層處于更加不利的受力狀態(tài),另一方面材料用量增加,結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性不合理。當(dāng)轉(zhuǎn)換層剛度過(guò)小時(shí),上部框支部分的豎向構(gòu)件與其它豎向構(gòu)件之間可能出現(xiàn)較大的沉降差,從而在上部結(jié)構(gòu)中與該部分豎向構(gòu)件相連的水平構(gòu)件中產(chǎn)生明顯的次應(yīng)力,導(dǎo)致其配筋增加。
3.3 轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)的剛度分布
對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō):豎向剛度突變也是最復(fù)雜的問(wèn)題,是不可避免的。為了保證轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)上下層主體結(jié)構(gòu)的總剪切剛度滿(mǎn)足要求,抗震設(shè)計(jì)時(shí),常常要采用加大轉(zhuǎn)換層下部主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件截面尺寸、提高其混凝土強(qiáng)度等級(jí)、增設(shè)剪力墻等方法。
四、注意事項(xiàng)
4.1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層型式多且各具特點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況加以選用,對(duì)于復(fù)雜工程可采用多個(gè)方案綜合比較和選用的方法。
4.2 注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì),合理的結(jié)構(gòu)平面和豎向布置可以從整體上形成良好的抗震體系,保證建筑物的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
4.3在框架,框架或短肢剪力墻,框架的正交主次轉(zhuǎn)換梁式轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中,應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換梁剛度,減小由于轉(zhuǎn)換次梁的支座沉降引起的次應(yīng)力。
4.4在加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)時(shí),要避免由于剛度分布不均勻引起扭轉(zhuǎn)或剛度過(guò)于集中而導(dǎo)致不安全。
五、結(jié)束語(yǔ)
高層建筑體現(xiàn)一個(gè)城市建設(shè)的基本特色,承載著城市發(fā)展過(guò)程的信息。為此,高層建筑的發(fā)展也是塑造城市新特色的重要條件。然而如何將現(xiàn)代的高層建筑更更好的與城市建筑中的各個(gè)因素相應(yīng)的結(jié)合起來(lái),有效地把建筑風(fēng)格融合到城市的環(huán)境中去設(shè)計(jì),是每個(gè)建設(shè)者需要考慮的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】普通高層建筑;電氣設(shè)計(jì);自動(dòng)報(bào)警;自動(dòng)滅火;分析
1 高層建筑的高低壓供、配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求性
(1)為了保證供電可靠性,現(xiàn)代高層建筑至少應(yīng)有兩個(gè)獨(dú)立電源,具體數(shù)量應(yīng)視負(fù)荷大小及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件負(fù)荷等級(jí)而定。兩路獨(dú)立電源運(yùn)行方式,原則上是兩路同時(shí)供電,互為備用。另外,視具體情況,設(shè)置還須裝設(shè)應(yīng)急備用柴油發(fā)電機(jī)組,并要求在 15秒鐘內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)啟動(dòng)供電,保證事故照明、疏散照明、重要計(jì)算機(jī)電腦設(shè)備等設(shè)備的事故用電。
(2)由戶(hù)用電表開(kāi)并戶(hù)內(nèi)配電箱向室內(nèi)配電的回路,應(yīng)以照明、空調(diào)及其它電器用插座分三個(gè)回路為基本回路,除以上三個(gè)回路外,尚應(yīng)根據(jù)地區(qū)條件和工程要求增設(shè)廚房電器具專(zhuān)用回路,以及衛(wèi)生間電熱水器專(zhuān)用回路。
2 電氣照明設(shè)計(jì)的重要性
在電氣照明設(shè)計(jì),包括光源選擇、照度計(jì)算、燈具造型,燈具布置,眩光控制和調(diào)光控制和照明配電線(xiàn)路敷設(shè)等。照明設(shè)計(jì)與建筑裝飾有著非常密切的關(guān)系,應(yīng)該相互配合,在使用功能及藝術(shù)意境方面求得統(tǒng)一。現(xiàn)代建筑物中,使用定時(shí)器,傳感器,或光敏元件來(lái)實(shí)現(xiàn)照明自動(dòng)控制功能是普遍的。選用各種建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)觸發(fā)照明電路和接觸器。
3 防避雷與接地間的設(shè)計(jì)
現(xiàn)代高層建筑的防雷設(shè)計(jì),除采用避雷針和避雷帶的傳統(tǒng)做法外,近年還出現(xiàn)有消雷器和放射性避雷針。這兩種防雷技術(shù)雖然存在不少爭(zhēng)論,但也在工程上得到不少實(shí)際應(yīng)用。高層建筑物的防雷接地、電氣設(shè)備系統(tǒng)的接地、電子信息系統(tǒng)接地、屏蔽接地及防靜電接地應(yīng)采用一個(gè)總的共用接地裝置。共用接地裝置優(yōu)先采用大樓建筑物砼結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋混凝土內(nèi)的鋼筋、金屬物件及管道等自然接地體,但嚴(yán)禁利用輸送可燃?xì)怏w的管道。其接地電阻應(yīng)≤ 1Ω。若達(dá)不到要求,可增加人工接地體或采用化學(xué)降阻法,使接地電阻≤ 1Ω。
4 電梯安裝供電的設(shè)計(jì)
電梯機(jī)房一般設(shè)置在井道上面。普通電梯的梯井可連通或設(shè)開(kāi)口相連同。電梯按使用功能分,普通電梯、消防電梯等許多種;按速度又分為低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯等;按電流分則有交流和直流兩大類(lèi)。現(xiàn)代高層建筑的電梯,為了提高輸送能力和縮短候梯時(shí)問(wèn),一般都采用高速或超高速電梯,分組實(shí)行電腦群控。為提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和舒適感,客梯都是選用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電氣控制設(shè)備由制造廠(chǎng)成套供應(yīng),電氣控制設(shè)備的電源進(jìn)線(xiàn)及控制和配電出線(xiàn)由安裝單位配套。電氣設(shè)計(jì)只需為下列用電設(shè)備提供電源、選配斷路器和配電線(xiàn)路。其中在進(jìn)行電梯設(shè)計(jì)時(shí)一定要做好配電設(shè)計(jì)、主開(kāi)關(guān)選擇、電氣照明、通風(fēng)裝置和插座設(shè)置及與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制等相關(guān)問(wèn)題。
5 電腦智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一般包括樓宇自控系統(tǒng)、綜合布線(xiàn)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、廣播音響系統(tǒng)、汽車(chē)庫(kù)管理系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)、程控交換機(jī)系統(tǒng)、因特網(wǎng)接人入系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、視頻點(diǎn)播系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)、計(jì)量三表系統(tǒng)、系統(tǒng)集成平臺(tái)與各子系統(tǒng)的連接等十余個(gè)子系統(tǒng)。在有些高層建筑中還會(huì)遇到小區(qū)域無(wú)繩電話(huà)系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)對(duì)講系統(tǒng)、酒店電視綜合服務(wù)系統(tǒng)等。雖然具體到一個(gè)項(xiàng)目子系統(tǒng)的多少會(huì)由于建筑性質(zhì)、投資規(guī)模等因素的不同而有所增減。電腦智能化系統(tǒng)的地位十分重要,首先其設(shè)計(jì)方案應(yīng)在技術(shù)上先進(jìn),在經(jīng)濟(jì)上合理。也就是說(shuō)設(shè)計(jì)方案應(yīng)注意具有以下方面:
(1)實(shí)用性。既要滿(mǎn)足實(shí)用要求又要使用方便。
(2)綜合性。兼顧各專(zhuān)業(yè)、各系統(tǒng)的需要。
(3)擴(kuò)充性。將來(lái)增加設(shè)置不致影響整體 。
(4)經(jīng)濟(jì)合理。指性能價(jià)格比好,開(kāi)支不太高。
電腦智能化系統(tǒng)的建設(shè)要目標(biāo)明確,其主要功能與目標(biāo)大體包括以下方面:
(1)堅(jiān)持以人為本,按人體的需要布置操作空間,適當(dāng)設(shè)置輔助設(shè)施,使人感到機(jī)房環(huán)境舒適整潔,輕松愉快。
(2)通過(guò)中央數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)盡量多的信息共享與交換。
(3)簡(jiǎn)捷控制機(jī)電設(shè)備工作流程。
(4)各智能化子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然,報(bào)警信號(hào)醒目悅耳,設(shè)備維護(hù)方便。具備機(jī)房設(shè)備的工作條件,滿(mǎn)足其長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
(5)通過(guò)集成接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。
(6)保證高層建筑的信息傳遞高速、暢通,重要信息直觀(guān)。
(7)將各智能化子系統(tǒng)有機(jī)集合,形成性能良好的一個(gè)整體。電腦系統(tǒng)安全措施包括防非法侵入網(wǎng)絡(luò)、防雷、接地、防火、防停電、防靜電等內(nèi)容,這些都是保證設(shè)備安全運(yùn)行的必不可少的重要條件。
6 消防自動(dòng)報(bào)警和滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
按國(guó)標(biāo) G B 5011698《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,建筑物作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的保護(hù)對(duì)象,共分三級(jí),即特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)。按規(guī)定,我國(guó)的建筑高度為 24米及以下的公共建筑物、9層及9層以下的居住建筑包括設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的居住建筑的消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)按國(guó)標(biāo)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》執(zhí)行;10層及10層以上的居住建筑、建筑高度超過(guò)24m的公共建筑)24~100米高的建筑物按國(guó)標(biāo)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》執(zhí)行,地下工業(yè)或民用建筑按《人民防空工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》執(zhí)行。國(guó)標(biāo)這2本規(guī)范是屬于強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)定,是約束業(yè)主、設(shè)計(jì)單位、施工單位和驗(yàn)收單位的共同標(biāo)尺,必須嚴(yán)格執(zhí)行。超高層建筑尚無(wú)相應(yīng)國(guó)標(biāo),在實(shí)際工作中只能參照有關(guān)國(guó)標(biāo)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),按照當(dāng)?shù)叵乐鞴懿块T(mén)意見(jiàn),本著安全第一的精神,盡量仔細(xì)周詳?shù)赝瓿稍O(shè)計(jì)工作?,F(xiàn)代高層建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng),包括:火災(zāi)探測(cè)器、分區(qū)消防報(bào)警控制器、消防中心和氣體自動(dòng)噴射滅火及自動(dòng)灑水滅火系統(tǒng)等四個(gè)部分,實(shí)現(xiàn)報(bào)警滅火自動(dòng)化。
(1)關(guān)于消防自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾方面入手:報(bào)警探測(cè)器安裝、報(bào)警手段、自動(dòng)滅火方面、手動(dòng)滅火方面、通訊設(shè)備、擋煙垂壁的防排煙設(shè)備及正壓送風(fēng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)設(shè)置以及避難層的消防安排等。
(2)高層建筑中防火重要方法
防火閥設(shè)置都是為了防止煙火沿風(fēng)管蔓延而設(shè)置,因而一般在通風(fēng)機(jī)房外側(cè)裝設(shè)。特殊情況下,通風(fēng)風(fēng)管被允許進(jìn)入或穿越電氣設(shè)備間,此時(shí)在電氣設(shè)備間過(guò)墻處的風(fēng)管上的墻內(nèi)、墻外要各設(shè)一個(gè)防火閥,使設(shè)備間的煙火不能外傳,也不允許外面的煙火導(dǎo)入設(shè)備間。在平時(shí)防火閥處于常開(kāi)狀態(tài),火災(zāi)初起時(shí)一旦管中氣溫超過(guò) 70℃,管道上的防火閥葉片在電磁動(dòng)力作用下翻轉(zhuǎn) 90度,阻斷管道。滅火結(jié)束,防火閥重新恢復(fù)常開(kāi)狀態(tài)。
【關(guān)鍵詞】高層建筑;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);體系
前言
隨著城市化進(jìn)程發(fā)展,全國(guó)各地的高層建筑不斷涌現(xiàn),作為建筑工作人員,必須充分了解高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)體系,只有這樣才能使高層建筑達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的基本原則。
一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
(一)水平力是設(shè)計(jì)主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中,盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響,但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與建筑高度的一次方成正比;而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力,是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面,對(duì)一定高度建筑來(lái)說(shuō),豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。
(二)側(cè)移成為控指標(biāo)
與低層或多層建筑不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大,與建筑高度H的4次方成正比(=qH4/8EI)。
另外,高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大,在設(shè)計(jì)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,還要求具有足夠的抗推剛度,使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi),否則會(huì)產(chǎn)生以下情況:
1.因側(cè)移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力,尤其是豎向構(gòu)件,當(dāng)側(cè)向位移增大時(shí),偏心加劇,當(dāng)產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過(guò)一定數(shù)值時(shí),將會(huì)導(dǎo)致房屋側(cè)塌。
2.使居住人員感到不適或驚慌。
3.使填充墻或建筑裝飾開(kāi)裂或損壞,使機(jī)電設(shè)備管道損壞,使電梯軌道變型造成不能正常運(yùn)行。
4.使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫,甚至損壞。
(三)抗震設(shè)計(jì)要求更高
有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),除要考慮正常使用時(shí)的豎向荷載、風(fēng)荷載外,還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能,做到小震不壞、大震不倒。
(四)減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮,如果在同樣地基或樁基的情況下,減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施,可以多建層數(shù),這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。
(五)軸向變形不容忽視
采用框架體系和框架――剪力墻體系的高層建筑中,框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力,中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí),此種軸向變形的差異將會(huì)達(dá)到較大的數(shù)值,其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷,從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小,跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。
(六)概念設(shè)計(jì)與理論計(jì)算同樣重要
抗震設(shè)計(jì)可以分為計(jì)算設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)兩部分。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)計(jì)算是在一定的假想條件下進(jìn)行的,盡管分析手段不斷提高,分析的原則不斷完善,但由于地震作用的復(fù)雜性和不確定性,地基土影響的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性,可能導(dǎo)致理論分析計(jì)算和實(shí)際情況相差數(shù)倍之多,尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段之后,會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件局部開(kāi)裂甚至破壞,這時(shí)結(jié)構(gòu)已很難用常規(guī)的計(jì)算原理去進(jìn)行分析。實(shí)踐表明,在設(shè)計(jì)中把握好高層建筑的概念設(shè)計(jì)也是很重要的。
二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
(一)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
1.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑、設(shè)備和施工密切配合,做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,并積極采用新技術(shù)、新工藝和新材料。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重視結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造,擇優(yōu)選擇抗震及抗風(fēng)性能好而經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系與平、立面布置方案,并注意加強(qiáng)構(gòu)造連接。在抗震設(shè)計(jì)中,應(yīng)保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能,使整個(gè)結(jié)構(gòu)有足夠的承載力、剛度和延性。
(二)高層建筑結(jié)構(gòu)體系及適用范圍
目前國(guó)內(nèi)的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系有:框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。
1.框架結(jié)構(gòu)體系??蚣芙Y(jié)構(gòu)體系是由樓板、梁、柱及基礎(chǔ)四種承重構(gòu)件組成。由梁、柱、基礎(chǔ)構(gòu)成平面框架,它是主要承重結(jié)構(gòu),各平面框架再由連系梁連系起來(lái),即形成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)體系,它是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一。
框架結(jié)構(gòu)的適用范圍:框架結(jié)構(gòu)的合理層數(shù)一般是6到15層,最經(jīng)濟(jì)的層數(shù)是10層左右。由于框架結(jié)構(gòu)能提供較大的建筑空間,平面布置靈活,可適合多種工藝與使用的要求,已廣泛應(yīng)用于辦公、住宅、商店、醫(yī)院、旅館、學(xué)校及多層工業(yè)廠(chǎng)房和倉(cāng)庫(kù)中。
2.剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑中為了提高房屋結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度,在其中設(shè)置的鋼筋混凝土墻體稱(chēng)為“剪力墻”,剪力墻的主要作用在于提高整個(gè)房屋的抗剪強(qiáng)度和剛度,墻體同時(shí)也作為維護(hù)及房間分格構(gòu)件。剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多,不容易布置面積較大的房間,為了滿(mǎn)足旅館布置門(mén)廳、餐廳、會(huì)議室等大面積公共用房的要求,以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求,可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架,形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
3.框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系。在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻,可以組成框架―剪力墻結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn),又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力,因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館。
4.筒體結(jié)構(gòu)體系。隨著建筑層數(shù)、高度的增長(zhǎng)和抗震設(shè)防要求的提高,以平面工作狀態(tài)的框架、剪力墻來(lái)組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系,往往不能滿(mǎn)足要求。這時(shí)可以由剪力墻構(gòu)成空間薄壁筒體,成為豎向懸臂箱形梁,加密柱子,以增強(qiáng)梁的剛度,也可以形成空間整體受力的框筒,由一個(gè)或多個(gè)筒體為主抵抗水平力的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為筒體結(jié)構(gòu)。通常筒體結(jié)構(gòu)有:
(1)框架―筒體結(jié)構(gòu)。中央布置剪力墻薄壁筒,由它受大部分水平力,周邊布置大柱距的普通框架,這種結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)類(lèi)似框架―剪力墻結(jié)構(gòu),目前南寧市的地王大廈也用這種結(jié)構(gòu)。
(2)筒中筒結(jié)構(gòu)。筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外兩個(gè)筒體組合而成,內(nèi)筒為剪力墻薄壁筒,外筒為密柱(通常柱距不大于3米)組成的框筒。由于外柱很密,梁剛度很大,門(mén)密洞口面積小(一般不大于墻體面積50%),因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空間整體作用,類(lèi)似一個(gè)多孔的豎向箱形梁,有很好的抗風(fēng)和抗震性能。目前國(guó)內(nèi)最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)如上海金茂大廈(88層、420.5米)、廣州中天廣場(chǎng)大廈(80層、320米)都是采用筒中筒結(jié)構(gòu)。
(3)成束筒結(jié)構(gòu)。在平面內(nèi)設(shè)置多個(gè)剪力墻薄壁筒體,每個(gè)筒體都比較小,這種結(jié)構(gòu)多用于平面形狀復(fù)雜的建筑中。
(4)巨型結(jié)構(gòu)體系。巨型結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)巨柱(通常由電梯井或大面積實(shí)體柱組成)以及巨梁(每隔幾層或十幾個(gè)樓層設(shè)一道,梁截面一般占一至二層樓高度)組成一級(jí)巨型框架,承受主要水平力和豎向荷載,其余的樓面梁、柱組成二級(jí)結(jié)構(gòu),它只是將樓面荷載傳遞到第一級(jí)框架結(jié)構(gòu)上去。這種結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)梁柱截面較小,使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。
除以上介紹的幾種結(jié)構(gòu)體系外,還有其他一些結(jié)構(gòu)形式,也可應(yīng)用,如薄殼、懸索、膜結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架等,不過(guò)目前應(yīng)用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架―剪力墻和筒體等四種結(jié)構(gòu)。
參考文獻(xiàn):
[1]GB50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.
[2]GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)體系
Abstract: The structural design of high-rise building is a long-term, complex or iterative process. This paper discussed the main issues in the design of high-rise buildings.Key words: high-rise buildings; structural design; structural system
中圖分類(lèi)號(hào):TB482.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-2104(2012)
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較,結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)在各專(zhuān)業(yè)中占有更重要的位置,不同結(jié)構(gòu)體系的選擇,直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長(zhǎng)短和投資造價(jià)的高低等。
1.結(jié)構(gòu)類(lèi)型
1.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性 新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng),新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,例如:平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且,新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?!币虼耍Y(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。 1.2結(jié)構(gòu)的超高在抗震規(guī)范與高規(guī)中。對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問(wèn)題,除了將原來(lái)的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外,增加了B級(jí)高度的建筑,因此。必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑甚或超過(guò)了B級(jí)高度,其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。 1.3嵌固端的設(shè)置
由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置,因此,在這個(gè)問(wèn)題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面,如:嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問(wèn)題,而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
2.1水平力是設(shè)計(jì)主要因素
在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中,往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中, 盡管豎向荷載仍對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響,但水平荷載卻起著決定性作用。因?yàn)榻ㄖ灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值,僅與建筑高度的一次方成正比; 而水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力,是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面,對(duì)一定高度建筑來(lái)說(shuō), 豎向荷載大體上是定值, 而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用,其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動(dòng)力性的不同而有較大的變化。
2.2側(cè)移成為控制指標(biāo)
與低層或多層建筑不同,結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大,與建筑高度H 的4 次方成正比。另外,高層建筑隨著高度的增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新的建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大, 在設(shè)計(jì)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,還要求具有足夠的抗推剛度,使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi),否則會(huì)產(chǎn)生以下情況:
2.2.1因側(cè)移產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力,尤其是豎向構(gòu)件,當(dāng)側(cè)向位移增大時(shí),偏心加劇,當(dāng)產(chǎn)生的附加內(nèi)力值超過(guò)一定數(shù)值時(shí),將會(huì)導(dǎo)致房屋側(cè)塌。
2.2.2使居住人員感到不適或驚慌。
2.2.3使填充墻或建筑裝飾開(kāi)裂或損壞 使機(jī)電設(shè)備管道損壞,使電梯軌道變型造成不能正常運(yùn)行。
2.2.4使主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)大裂縫,甚至損壞。
2.3減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮, 如果在同樣地基或樁基的情況下, 減輕房屋自重意昧著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施,可以多建層數(shù), 這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。地震效應(yīng)與建筑的重量成正比,減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了,不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大,還由于重心高地震作用傾覆力矩大,對(duì)豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力,從而造成附加彎矩更大。
2.4軸向變形不容忽視
采用框架體系和框架――剪力墻體系的高層建筑中, 框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力, 中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時(shí), 此種軸向變形的差異將會(huì)達(dá)到較大的數(shù)值, 其后果相當(dāng)于連續(xù)梁中間支座沉陷, 從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小, 跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大。
3. 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析
3.1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇
目前比較通用的計(jì)算軟件有:SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等,但是,由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異,因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或大或小的不同。所以,在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件 。3.2是否需要地震力放大,考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響。 該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及,只是,在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。 3.3振型數(shù)目是否足夠。 在新規(guī)范中增加一個(gè)振型參與系數(shù)的概念,并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中,并未提出振型參與系數(shù)的概念,或即使有該概念,該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求,因此,在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷,并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。 3.4多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開(kāi)計(jì)算。一段時(shí)間以來(lái),大底盤(pán),多塔樓的高層建筑類(lèi)型大量涌現(xiàn),而在計(jì)算分析該類(lèi)型高層建筑時(shí),是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算,還是將結(jié)構(gòu)人為地分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算,是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問(wèn)題。
3.5非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀(guān)或功能要求且非主體承重骨架體系以?xún)?nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大。因此,必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4. 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
4.1剪力墻體系
當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí),即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中,單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu),其位移曲線(xiàn)呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高,有一定的延性,傳力直接均勻,整體性好,抗倒塌能力強(qiáng),是一種良好的結(jié)構(gòu)體系,能建高度大于框架或框架―剪力墻體系。
4.2框架―剪力墻體系
當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿(mǎn)足要求時(shí),往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來(lái)代替部分框架,便形成了框架―剪力墻體系。在承受水平力時(shí),框架和剪力墻通過(guò)有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力??蚣塄D剪力墻體系的位移曲線(xiàn)呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置,增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻,所以框架―剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。
4.3簡(jiǎn)體體系
凡采用簡(jiǎn)體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱(chēng)為簡(jiǎn)體體系,包括單簡(jiǎn)體、簡(jiǎn)體-框架、筒中筒、多束筒等多種型式。簡(jiǎn)體是一種空間受力構(gòu)件,分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類(lèi)型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體,空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開(kāi)孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。簡(jiǎn)體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度,各構(gòu)件受力比較合理,抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng),往往應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。
【關(guān)鍵詞】短肢剪力墻;異形柱;結(jié)構(gòu)
1.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)
短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長(zhǎng)度為厚度的5-8倍剪力墻結(jié)構(gòu),常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線(xiàn)型、“一”字型。
這種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)是:
①結(jié)合建筑平面,利用間隔墻位置來(lái)布置豎向構(gòu)件,基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾。
②墻的數(shù)量可多可少,肢長(zhǎng)可長(zhǎng)可短,主要視抗側(cè)力的需要而定,還可通過(guò)不同的尺寸和布置來(lái)調(diào)整剛度中心的位置。
③能靈活布置,可選擇的方案較多,樓蓋方案簡(jiǎn)單。
④連接各墻的梁,隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi),可隱蔽。
⑤根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要,利用中心剪力墻,形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件,較易滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度要求。
對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算,因其是剪力墻大開(kāi)口而成,所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同,可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法。其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況,精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣,但對(duì)墻肢較長(zhǎng)的短肢剪力墻,應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進(jìn)行校核。
在進(jìn)行以上分析后,這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有需要引起重視的方面。
(1)由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小,設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)墻,或利用電梯,樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒,以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形,同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防。
(2)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢,當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí),會(huì)加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開(kāi)裂,應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施,如減小軸壓比,增大縱筋和箍筋的配筋率。
(3)高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下,顯現(xiàn)整體彎曲變形為主,底部小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力,由一些模型試驗(yàn)反映出外周邊墻肢開(kāi)裂,因而對(duì)外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量,加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個(gè)方向上均有連接,避免形成孤立的“一”字形墻肢。
(4)各墻肢分布要盡量均勻,使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近,必要時(shí)用長(zhǎng)肢墻來(lái)調(diào)整剛度中心。
(5)高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件,在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中,墻肢剛度相對(duì)減小,連接各墻肢間的梁已類(lèi)似普通框架梁,而不同于一般剪力墻間的連梁,不應(yīng)在計(jì)算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào),使其設(shè)計(jì)內(nèi)力降低,應(yīng)按普通框架梁要求,控制砼壓區(qū)高度,其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%-80%來(lái)解決,按強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行計(jì)算。
2.異形柱結(jié)構(gòu)
異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4,相對(duì)于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻,常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。
這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:
①由于截面的這種特殊性,使得墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)比相差較大,導(dǎo)致各向剛度不一致,其各向承載能力也有較大差異。
②對(duì)于長(zhǎng)柱(H/h>4)可以不考慮剪切變形的影響,控制軸壓比較小時(shí),受力明確,變形能力較好。而對(duì)短柱(H/h
③異形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范圍之外,受力時(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力,這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力,而該剪應(yīng)力的存在,使柱肢易先出現(xiàn)裂縫,也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài),它使得異形柱較普通截面柱變形能力低,脆性破壞明顯。
④特別是異形柱不同于矩形柱,它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況,其延性更差。
在進(jìn)行異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),除滿(mǎn)足高規(guī)中對(duì)結(jié)構(gòu)布置要求外,還應(yīng)注意幾個(gè)方面的問(wèn)題:
2.1異形框架的計(jì)算
由于其截面的特殊性,在柱截面對(duì)稱(chēng)軸內(nèi)受水平力作用時(shí),彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力很小,此時(shí)如同承受水平力的偏壓構(gòu)件,仍可按平截面假定分析,按砼設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算,特別是在框—剪,框—筒結(jié)構(gòu)中,對(duì)6度及其以下烈度區(qū)的Ⅰ、Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地,框架柱只承擔(dān)水平風(fēng)載的一小部分,如按一般偏壓柱計(jì)算,誤差較小。此時(shí)異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序進(jìn)行整體分析。而在水平力較大,且水平力作用在非主軸方向,則翹曲應(yīng)力不容忽視,按平截面假定誤差較大,則應(yīng)對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,決定內(nèi)力和配筋位置及大小。
2.2軸壓比控制
對(duì)框架結(jié)構(gòu),框-剪結(jié)構(gòu),柱的延性對(duì)于耗散地震能量,防止框架的倒塌,起著十分重要的作用,且軸壓比又是影響砼柱延性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。由試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析,柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。
在高軸壓比情況下,增加箍筋用量對(duì)提高柱的延性作用已很小,因而軸壓比大小的控制對(duì)柱的延性影響至關(guān)重要,特別是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合,剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫,產(chǎn)生腹剪破壞,加上異形柱多屬短柱,這些導(dǎo)致異形柱脆性明顯,使異形柱的延性普遍低于矩形柱,因而對(duì)異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。
當(dāng)高層建筑的高度進(jìn)一步加大時(shí),其水平力的影響會(huì)愈來(lái)愈顯著,對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求也愈高。由天津大學(xué)土木系對(duì)異形柱延性資料可知,影響異形柱延性的因素比普通柱要復(fù)雜,且不同的柱截面形式,如L型、T型、十字型,在相同水平側(cè)移下,其延性性能也有較大差異,因而,軸壓比控制應(yīng)參考天津規(guī)程。但天津規(guī)程的控制過(guò)于繁鎖,在結(jié)構(gòu)計(jì)算中,柱的縱筋與箍面的直徑還沒(méi)有設(shè)定,因而箍筋間距與縱筋直徑的比值還無(wú)法確定。為在實(shí)際工作中便于使用,可按不同的截面形式(L、T、十字型)與不同的抗震等級(jí)兩項(xiàng)指標(biāo)從嚴(yán)控制,對(duì)低烈度地區(qū)的這類(lèi)結(jié)構(gòu)是能夠滿(mǎn)足其延性要求的。
2.3配筋構(gòu)造
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