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關鍵詞:高層建筑;轉換層;設計施工;研究對策
高層建筑轉換層結構的設計與施工階段對整棟樓層起著至關重要的環節,所以,控制好高層建筑轉換層結構在設計時的注意事項與施工中常出現的問題,及時提出措施加以解決就顯得尤為重要。
1、高層建筑轉換層結構簡析
為滿足高層建筑結構將上部布置小空間,剛度大的剪力墻,下部布置大空間、剛度小的框架柱而專門在樓層攔腰一層設置的一種轉換結構構件。一般隨建筑結構的多樣性呈現多種形式,有的是非曲直轉換板形式,實心的厚板結構,里面不能住人;有的是轉換梁結構,可以安裝設備或住人,其高度限定在2.2m以下,以減少占用規劃指標。
轉換層的結構形式,一般分為:斜桿桁架式、梁式、空腹桁架式、箱形和板式。其中較為常用的結構形式為梁―柱體系。其主要特點表現在,轉換層結構構件承受巨大的豎向荷載內力很大;跨度通常是上部結構跨度的數倍;連續施工強度大、過程復雜;其結構的分析和設計與常規結構不同.。
2、高層建筑轉換層設計經驗探討
2.1設計原則
轉換層結構在設計時,必須滿足建筑物經濟、質量、安全、搞震性要求的前提下考慮,選擇具有明確傳力路徑的轉換層結構型式,做到轉換剛度宜小不宜大,減少豎向結構的轉換構件,增加直接落地的豎向構件,從而增加搞震力度等。
2. 2轉換層結構形式選擇原則
2.2.1梁式轉換層
梁式轉換層的傳力直接、明確,傳力途徑清楚。跨度較大且承托層數較多時,采用較大的截面高度為1. 6~4. 0 m。跨度較小及承托層數少時,采用0. 9~1. 4 m較小的截面高度。施工方便且構造簡單,工作可靠,轉換梁受力性能好,結構計算也相對容易,很多情況下混凝土用量可達到板式轉換層混凝土用量的幾倍。
2.2.2 桁架式轉換層
桁架式轉換層傳力明確、傳力途徑清楚。其節間可采用輕質建筑材料填充,有利于減輕結構自重,同時抗側力剛度比轉換梁小,地震反應要比梁式轉換的高層建筑小得多。但構造和施工復雜,且轉換桁架使充分利用該轉換層空間成為可能.,為開洞與設置管道具備了很大靈活性的位置和大小的條件。也從施工工程中得知,轉換桁架其混凝土用量比、鋼材的采用比轉換梁節約成本些。
2.2.3 板式轉換層
板式轉換層傳力不清楚,受力復雜,相鄰上、下層受很大作用力。從抗剪和抗沖切角度考慮,容易在地震作用下反應強烈。一般板厚度有在2. 至2. 8 米區間,且結構計算困難。施工中,上部結構布置不便,造成混凝土用量大。也由于本身受力很大,增大了下部垂直構件的承載力設計要求,故板必須三向配筋。
2.3轉換層合理取值
為避免高層建筑豎向剛度懸殊相差太大.,為避免高層建筑豎向剛度懸殊相差太大,保證轉換層上、下部主體結構剛度與變形特征的接近。應控制好剪切剛度比,上、下主體結構的剛度分別要一個弱化一個強化。從而確保轉換層下部大空間整體結構,達到合適的強度、剛度、延性和抗震能力。
2.3.1 大底盤大空間剪力墻結構
由于轉換層附近結構內力非常復雜,為保持主體剛度力求變化不過于懸殊,大底盤大空間剪力墻結構的上層與底盤剛度變化較小。僅主體部分部份上層與底盤剪切剛度比,大底盤的總剛度力求等于或稍大于上部樓層剛度,上層與底盤(包括主體和裙房)剪切剛度比小于或于1。.因此,底盤盡可能布置縱、橫向剪力墻并加大厚度,剪力墻盡量布置在底盤的邊、角部位,以加大其抗扭剛度.。
2.3.2.底部大空間剪力墻結構
由于底部大空間剪力墻結構,底層大且部分剪力墻不落地改為框支,為防止底部剛度顯著減小的突變。因此,應控制轉換層上、下層剪切剛度比,其中:非抗震設計取值,縱向應該大于或等于1,小于或等于3區間,抗震設計取值,縱向應該大于或等于1,小于或等于3區間。
2.3.3.魚骨式底部大空間上部剪力墻結構
為防止魚骨式底部大空間上部剪力墻結構的剛度減少太多,且在下部大空間層過于集中變形,因此,轉換層上、下層剪切縱、橫兩個方向的剛度比,應為非抗震設計取值,縱向應該大于或等于1,小于或等于2區間;抗震設計取值,縱向應該大于或等于1,小于或等于2區間。2.3.4. 大柱距的框筒結構或內部抽柱的框架結構,保持上、下層剪切剛
2.4轉換層樓板平面內力和變形的計算
為確保轉換層結構控制質量安全可靠,必須精確計算位于樓板平面內力和變形。目前,實際工程設計過程采用的計算分析程序,均假定樓板在自身平面內剛度為無窮大,只作剛體運動,沒有相對變形.,導致框支柱的剪力比計算值大幾倍。
3、轉換層結構施工存在的問題及應對措施
3. 1存在的問題
3.1.1 轉換層下部結構受壓太大,龐大的轉換層及其復雜支撐體系的自重,都要由轉換層下部的結構承擔受力。實際施工中,直接產生對下部結構較大的不利影響,影響最大的表現在對下部樓層樓板。
3.1.2. 施工成本的增加,在施工過程中,常規采用的混凝土澆筑方法,一般情況下,需從轉換層一直支到底層地面,有些甚至達到地下室的厚板。因此,導致材料的占用量非常大,材料周轉費用過大。而且施工難度也大,主要包括轉換層空間大,轉換層自重大,轉換層結構及其支撐體系復雜上。
3.1.3 溫度裂縫,在施工中,具備大體積混凝土施工特性的如:厚板式轉換層,須采用有效的施工措施加以防范,防止其裂縫的生成。
3.1.4鋼筋的安裝和骨架的穩定,在施工轉換層結構中,通常情況下,鋼筋分項工程量大,而且施工難度也大,為保證鋼筋安裝的正確性和骨架的穩定性.,須采取有效的手段與方法,以確保鋼筋分項工程的施工質量。
3. 2有效應對措施
3.2.1鋼筋的施工處理。在在施工中,對鋼筋的翻詳和下料,首先要熟悉設計文件及有關說明,弄清楚設計意圖掌握有關規定,考慮好鋼筋之間的穿插避讓關系,轉換層結構主筋接頭全部采用閃光對焊,對于兩端做彎頭的鋼筋,采用可調伸螺紋接頭連接或冷擠壓套筒連接。確定制作尺寸和幫扎次序,保證轉換梁高度或轉換板厚度較大時,鋼筋骨架的穩定性和便于操作。
3.2.2合理布置轉換層支撐體系。豎向受力構件如:柱、剪力墻承擔著來自高層建筑的上部荷載,同時也承受轉換層施工過程中的龐大荷載。因此,根據下部結構的特征,可采用靈活布置懸空支撐體系,直接減少作用于樓板、梁等水平構件,使轉換層施工過程中的龐大荷載合理地傳遞給下部貫通的豎向受力構件。同時,認真分析計算下部構件的受力情況,排除高層建筑上部荷載過重造成的安全隱患,杜絕工程事故發生.。
3.2.3采用分層澆筑混凝土。
在由于轉換層水平構件高跨比較大,表現為短深梁或厚板的受力特性。在工程中采用二次疊澆法施工,可先澆筑部分構件的強度承擔部分荷載,給支撐體系卸荷。需要注意的是,要確保構件在施工過程中、正常使用狀態下都能滿足要求,認真分析出疊合構件的受力。
3.2.4 加強大體混凝土的施工,在針對轉換層體積大的因素,在混凝土澆筑施工中,應采用一些養護措施,可選用低水化熱的礦渣,火山灰硅酸鹽水泥的技術,以達到降低轉換層內部與表面溫度差等。
4、結語
許多高層建筑是集吃、住、辦公、娛樂、購物、停車為一體的綜合建筑,轉換層的普遍運用,須根據工程本身特點和驗算中受力狀態的不明確等因素,選擇科學合理的設計方案,確保方案設計的全面性、科學性,減少施工的風險和難度。從而不但可節約建設投資、減少能源消耗、達到建筑面積的最高利用率,而且為人們提供更方便、省時的生活環境和工作條件,適應現代社會高效率、快節奏的生活。
參考文獻:
[1]趙西安.鋼筋混凝土高層建筑結構設計[M].北京:中國建筑工業出版社, 1995: 101-156.
關鍵詞:高層建筑結構設計施工
引言
隨著社會經濟的迅速發展和建筑功能的多樣化,城市人口的不斷增多及建設用地日趨緊張和城市規劃的需要,促使高層建筑得以快速發展。但高層建筑的結構設計成為結構工程師設計工作的重點和難點。本文就高層建筑結構設計與施工進行了簡要分析。
一、高層建筑的結構設計
1高層建筑設計基本要求
1.1結構的規則性。(1)不應采用嚴重不規則的結構體系。建筑設計應符合抗震概念設計的要求,高層建筑不應采用嚴重不規則的結構體系,應符合下列要求:1)應具有必要的承載能力、剛度和變形能力;2)應避免因部分結構或構件的破壞而導致整個結構喪失承受重力荷載、風荷載和地震作用的能力;3)對可能出現的薄弱部位,應采取有效的加強措施。(2)高層建筑的結構體系尚宜符合下列要求:1)結構的豎向和水平布置宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部突變和扭轉效應而形成薄弱部位;2)宜具有多道抗震防線;3)結構在兩個方向的動力特性宜相近。
1.2.規則結構的主要特征:建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則、對稱,剛度和承載力分布均勻,具有較好的抗扭剛度和整體性。抗震設防的建筑結構豎向布置應使體型規則、均勻,避免有較大的內斂和外挑,結構的承載力和剛度宜自下而上逐漸減小,避免抗側力結構的承載力和側向剛度突變。
1.3.規則結構布置需滿足的要求:結構布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確,傳力直接,力爭均勻對稱,減少扭轉的影響。在地震作用下,建筑平面要力求簡單規則,僅在風荷載作用下則可適當放寬。抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑,其布置更應簡單、規則,減少偏心。
2.高層建筑工程設計
2.1結構選型:對于高層結構而言,在工程設計的結構選型階段,結構工程師應該注意以下幾點。(1)合理選擇結構體系。高層建筑結構布置應力求簡單、規則、對稱,避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位;避免在凹角和端部設置樓電梯間;避免樓電梯間位置偏置,以免產生扭轉的影響。(2)房屋的適用高度和高寬比滿足規范要求。規范中對結構的總高度有嚴格的限制,因此,必須對結構的該項控制因素嚴格注意,一旦結構為B級高度建筑或超過了B級高度,其設計方法和處理措施將有較大的變化。(3)嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有兩層或兩層以上的地下室和人防,嵌固端可設置在地下室頂板,也可設置在人防頂板等位置。抗震設計的高層建筑,當地下室頂板作為上部結構的嵌固端時,地下一層的抗震等級應按上部結構采用,地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。地下室中超出上部主樓范圍且無地上結構的部分,其抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。(4)短肢剪力墻的設置問題。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。對于短肢剪力墻結構,雖然有利于住宅建筑布置,也可減輕結構自重,但在高層住宅中,剪力墻墻肢不宜太短,因為短肢剪力墻的抗震性能較差,地震區應用經驗不多,為安全起見,高層建筑結構不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。
2.2 地基與基礎設計:地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面,不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行,同時,也是因為地基基礎是整個工程造價的決定性因素,因此,在這一階段,所出現的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。高層建筑的基礎應選用整體性好,滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求,并能調節不均勻沉降的基礎形式。高層建筑宜設置地下室以減小地基的附加應力和沉降量,有利于滿足天然地基的承載力和上部結構的整體穩定性。此外,在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性。
2.3.結構分析與計算:在結構計算與分析階段,如何準確、高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理,是決定工程設計質量好壞的關鍵。《高層建筑混凝土結構技術規程》對結構整體計算和分析進行了詳細的闡述。因此,對這一階段比較常見的問題應該有一個清晰的認識。1)結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有:SATWE、TAT、SAP、TBSA等,但是,由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異,因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以,在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件,并從不同軟件計算結果中,判斷哪個是合理的,哪個是可以作為參考的,哪個又是意義不大的,這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。2)是否需要地震力放大。考慮建筑隔墻等對自振周期的影響,現行規范根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數。3)振型數目是否足夠。在計算分析階段必須對計算結果中的振型參與系數進行判斷,并決定是否要調整振型數目的取值,以滿足設計規范的要求。4)多塔之間各地震周期的互相干擾,是否需要分開計算。一段時間以來,大底盤,多塔樓的高層建筑類型大量涌現,而在計算分析該類型高層建筑時,是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算,還是將結構人為地分開進行計算,是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大,就有可能出現即使振型參與系數滿足要求,但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然較大,從而使結構出現不安全的隱患。5)非結構構件的計算與設計。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時,由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大,因此,必須嚴格按照規范中非結構構件的計算處理措施進行設計。
2.4.抗震分析與設計在高層建筑的應用:我國現行規范要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下,按反應譜理論計算地震作用,用彈性方法計算內力及位移。一般情況下按建筑結構的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用計算;有斜交抗側力構件的結構,當相交角度大于15°時,應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。質量與剛度明顯不均勻、不對稱,可能產生顯著扭轉的結構應計算雙向水平地震作用產生的扭轉影響。8度、9度的大跨度、長懸臂結構及9度時的高層建筑,應計算豎向地震作用。對于重要的高層建筑或有特殊要求時,要用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算,結構在罕遇地震作用下可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析法進行薄弱層彈塑性變形驗算[1] [3]。
二、高層建筑的施工
高層建筑工程施工設計圖紙,一經確定就具有法律的有效性。為此在建筑工程施工開始之前,必須認真學習、研究,會審工程施工設計圖紙。精確掌握施工設計圖紙的各項標準要求,進而研究制定建筑工程施工方案,這是高層建筑工程施工設計圖紙落實的基本措施和基礎,也是高層建筑工程開始施工的前提和保證。圖紙交底會審中發現的問題,要及時與建設單位、設計單位共同協商討論,取得一致認可的解決辦法,以保證正確無誤地施工。施工單位應根據設計圖紙與施工條件,確定合理的施工方案,編制施工組織設計,對深基礎施工、高空作業、鋼筋連接、混凝土作業及季節性施工等進行方案優選,做好準備。必要時進行專項施工技術專家論證會,確保施工方案合理有效。
高層建筑工程規模大,結構復雜,工程質量與施工技術要求高,原材料配件使用標準嚴,各工種施工協調復雜。所以,對高層建筑工程施工管理要嚴,標準要高,施工組織工作要求更要嚴密。施工的各個階段,要嚴格按設計標準、工程質量和工藝要求施工。各配套工程按圖紙要求,同步協調施工。建立嚴格的現場工程施工質量管理體系,嚴格施工組織,使施工過程緊密協調,相互制約、相互促進。
高層建筑工程的安全防護要求高。高層建筑工程應根據工程特點編制安全施工技術措施。結構施工中各類機械的布置及運行,腳手架的搭設與連接,安全防護操作平臺的搭設及防護攔的設置均要通過組織驗收,保證施工過程的安全。
高層建筑工程應積極推廣先進施工技術和先進機械化設備的應用。施工時根據工程特點推廣應用 “十項新技術”的內容,如高性能混凝土技術、高效鋼筋應用技術、新型模板及腳手架應用技術、建筑企業管理信息化技術等,提高工程質量,縮短工期,降低成本。
關鍵詞:高層建筑 熱水供暖 系統設計
1、我國熱水供暖系統設計的概述
我國目前仍然是世界上最大的發展中國家,為了促進我國的經濟發展,對于能源的需求量逐漸增多,為了能夠保證經濟和能源消耗之間平衡發展,我們應該不斷的研究新技術、新方法,具體來說一方面應該不斷尋找可以替代的能源資源,另一方面應該對能源供應設備進行工藝和技術上的改進,實現節約能源的目的,不斷提高能源的使用率,節約成本。建筑物中的供暖系統是保證人們工作生活舒適性以及健康性的重要方面,我們應該進行建筑節能、提高能源利用率,盡可能地實現資源與環境可持續發展。作為供暖系統的設計人員應該不斷提高相關設計和規劃水平,在設計的過程中,應該充分考慮整個城市發展的實際情況,并從發展的角度來分析當前的熱水供暖系統,這樣才能夠提高城市中現有的供暖網絡和正在建設中的供暖系統相融合,不僅能夠降低整個供暖系統的成本,還能夠提高熱水供暖系統的效率,節省能耗。高層建筑相比其他建筑形式來說,具有很特殊的特點,設計人員在進行供暖系統設計的時候,應該綜合考慮以下因素。
1.1 計算設計方式
在進行高層建筑供暖系統設計的時候,必須考慮好熱負荷計算,計算結果會受到建筑高度的影響,高度不同,熱負荷也不同,同時還應該考慮熱壓和風壓的影響。
1.2 供暖方式
高層建筑供暖方式的選擇應該和整個供暖系統以及室外的熱網相匹配,還要考慮到整個高層建筑的供暖靜水壓,確定好水壓的大小以及低層散熱設備的情況,才能選擇最佳的供暖方式。
1.3 供暖系統失調現象
目前最常見的供暖系統問題就是失調現象,這主要是因為在進行供暖設計的時候受到建筑物高度的影響,而出現垂直失調現象。
2、高層供暖系統設計原則
垂直失調是當前高層建筑中供暖系統設計最為常見的一種問題,這會影響到住戶的生活,針對這種情況,我們必須采取一些調節措施。此外,超壓問題也是一種比較常見的問題,我們通常可以采取兩種方式,一種是解決自身的超壓,一種是解決系統的超壓。如果高層建筑的供暖系統和整個小區的熱網連接的話,不僅應該保證自身不出現超壓的情況,還應該考慮周圍其他的建筑物是否出現超壓情況。因此在進行高層建筑供暖系統設計時應該考慮到這兩方面的因素,通過各方面比對之后再選擇最佳的供暖系統。總之,設計人員應該遵循避免垂直失調以及超壓問題的原則,做好供暖系統設計工作。
3、主要的高層供暖設計方案
3.1 設熱交換器的分區式系統高區水與外網水間接連接,高區水通過熱交換器與外網水進行熱量交換。熱交換器可作為高區熱源,高區又設有循環水泵、膨脹水箱,使之成為一個與室外熱網壓力隔絕的,獨立的完整系統。熱交換器可作為高區熱源,高區又設有循環水泵、膨脹水箱,使之成為一個與室外熱網壓力隔絕的、獨立的完整系統。該形式高區與外網的水力工況互不影響,其優點是可以很好解決高區水靜壓力對低區散熱器造成超壓的問題,同時也可以解決上下不同樓層的垂直失調。該系統是高層供暖最常用的形式之一。
3.2 設雙水箱的分區式系統
當外網為低溫水,采用熱交換器不經濟時,可采用雙水箱分區式熱水供暖系統,當外網壓力低于該高層建筑的靜水壓力時,可在供水管上設加壓水泵,使水進入高區上部的進水箱。高區的回水箱設非滿管流動的溢流管與外網回水管相連接,利用進水箱與回水箱之間的水位差克服高區阻力,使水在高區內自然循環流動。該系統利用進、回水箱代替了熱交換器,使高區壓力與外網壓力隔絕,簡化了入口設備,降低了系統造價和運行管理費用。雙水箱分層式供暖系統是利用低層供暖系統二級管網熱水為高層區域進行供熱,由于二級管網的供水壓力低于高層供暖系統凈水壓力,所以為了低層供暖系統的二級管網熱水為高層供暖,需要采用加壓泵,該系統省去了加熱、定壓系統,系統造價遠遠低于換熱器分層式供暖系統,但由于選用開式水箱,所以容易導致管道的腐蝕。
3.3 無水箱直連供暖系統
這種方法是當前一種應用比較廣泛的高層建筑供暖形式。這種供暖系統不需要設置水箱、不需要設置換熱器同時也不需要設置減壓閥。與其他供暖系統相比它只需要在保證供熱官網額定壓力不變、運行參數和方式不改變的情況下在高層建筑的入口處設置一個由計算機控制的增壓泵,在增壓泵的出口設置一個止回閥,使得原來的供水壓力增大直至達到最頂層。使用這種方法時應使得供水總立管短,無效熱損失小;還可以改善高層建筑供暖系統上熱下冷的垂直失調現象。系統斷流器安裝在回水管路的最高點處。阻旋器串聯設置在回水管路中,設置高度應為室外管網靜水壓線的高度,阻旋必須垂直安裝。
3.4 設斷流器和阻旋器的分區式系統
在高區供水管上設加壓水泵,以保證高區系統所需壓力。在水泵出口處設有止回閥。高區采用倒流式系統型式,有利于排除系統的空氣;供水總立管短,無效熱損失小;還可以改善高層建筑供暖系統上熱下冷的垂直失調現象。該系統斷流器安裝在回水管路的最高點處。阻旋器串聯設置在回水管路中,設置高度應為室外管網靜水壓線的高度,阻旋必須垂直安裝。系統運行時,高區回水流入斷流器內,使水高速旋轉,流速增加,壓力降低,此時斷流器可起減壓作用。回水下落到阻旋器處,水流停止旋轉,流速恢復正常,使該點壓力維持室外管網的靜水壓力,以使阻旋器之后的回水壓力能夠與低區系統壓力平衡。該方式適用于不能設置熱交換器和雙水箱的高層建筑低溫水供暖用戶。高、低區熱媒溫度相同,系統壓力調控自如,運行平穩可靠,便于運行管理,且有利于管網的平衡。
4、結束語
供暖系統是建筑中十分重要的部分,當前我國的熱水供暖系統在建筑中應用非常廣泛,對于高層建筑來說,必須嚴格認真地對待供暖系統設計和選擇問題,盡量避免出現垂直失調問題以及超壓問題,充分地考慮好熱水供暖系統和管網之間的技術參數,從可持續發展的角度來設計供暖系統,同時應該把供暖系統設計和其他相關因素相結合,對那些影響到設計質量的因素考慮好解決辦法,勇于創新,在滿足業主需要的同時更能夠為住戶服務。
參考文獻
[1]哈爾濱建筑工程學院等.供熱工程[M].北京:中國建筑工業出版社.
關鍵詞:高層建筑;給排水;設計;施工
隨著我國經濟的發展和社會的進步,我國的綜合實力有了明顯的提高。在這樣的經濟發展形勢下,我國高層建筑的發展速度也逐漸加快。在經濟迅速發展的今天,人民的物質生活水平也得到了明顯提高,這就對高層住宅業的發展提出了更高的要求。隨著高層建筑業的不斷發展,給排水設計在高層間中顯得尤為重要。在高層建筑中,人們對高層建筑的給排水設計提出了更高的要求。在高層建筑中,如果給排水系統不能正常地運行和工作,那么將會對人們的生活帶來非常大的影響。具體來講,如果排水設施沒有經過合理的設計以及衛生設備達不到預期設計的效果,很容易出現污水外溢的現象,更有甚者污染環境,對人們的生活和工作造成很嚴重的影響。由此可見,做好高層建筑的給排水工作并且采用合理的方式進行施工具有十分重要的意義。
1.高層建筑給排水設計應注意的問題
高層住宅建筑中,容易出現的問題主要有給水、排水、消火栓系統以及自動噴淋等問題。如今,我國高層建筑在世界建筑給排水技術迅猛發展這樣一個大環境下也得到了快速的發展,高層住宅樓的數量不斷增多。因此,對于國外的一些最新的、最先進以及最有效的技術我國要學會借鑒和運用,也就是將這些先進成果自然地融入到我國的高層建筑和住宅樓的設計當中,提高我國高層建筑的技術含量。
目前,一些建筑設計人員設計過程中選擇使用傳統的扣碗式或者采用和扣碗式相類似的水封兩用地漏,這種方法在長期實踐經驗和廣大用戶的反饋下,確定并不是比較好的方式。因為這種扣碗式地漏能夠儲存的水量比較少,并且水封的高度比較短,很快就會蒸發掉。目前有一種方式是在地板落水或者兩用地板落水下的情況下增加P形存水彎,這是在考慮了水封量較大的原因,這種方式不會導致水封蒸發,并且采用的這樣的方式也是有一定的好處的。因為在施工過程中,不能使橫管吊的太低,這樣就會破壞廚房和廁所的美觀,還要求應使絲口白鐵管連接管的長度盡量選用較短的類型,還要求絲口地板落水,在設計的過程中如果采用了S彎,這樣就能夠將橫管的高度增高,顯得就會比較美觀。
人們生活水平日益提高,高層住宅的用水量一般都比普通多層住宅的用水量要多,并且高層建筑的衛生設備的類型也比較多。因此,在高層建筑住宅中使用和多層住宅每戶小水表為DN15mm不一定就合適,因為和多層住宅相比,高層住宅多了洗胎盆、低位池以及洗衣機專用龍頭等,在設計高層建筑住宅時,應該將小水表改為DN20mm。也可以保持小水表仍用DN15mm的情況,但是一定是在前后的橫管被改為DN20mm的前提下。另外,在設計高層住宅時,一定要將抗震的因素考慮在內,因為這是非常重要的一點。因此,在高層建筑給排水設計時,一定要選用抗震性能比較好的給排水材料,尤其要重視污水管道、排水管道及透氣管道等的抗震問題。在材料的選擇上,為了能夠保證抗震的性能,可以選擇使用柔性的橡膠圈,將其安裝在管道之間的連接處,或者安裝在管道配件之間的連接處。給水管的抗震一般比較簡單,在管道上設置一些橡膠彈性避震喉就可以了。
怎樣保證高層住宅屋頂水箱消防水量是目前人們關注的一個話題。目前,在很多的高層建筑中,消防和生活用水是共同應用一個水箱的,這就對設計人員和使用人員提出了更高的要求,那就是能在保證不動用消防水的前提下,保證生活用水的正常流動,并且還要確保生活用水的新鮮程度,要避免消防池底存在消防水量的死水區,導致水質腐化。但是這些細節問題得不到設計人員的重視,甚至因為這些工作比較繁瑣就放棄設計。一些設計人員在設計的過程中,較多地使用傳統的水位控制方法,這樣的設計方式是不符合現代設計中的安全設計方式,必須確保用戶用水的安全。在給排水設計的過程中,一定要設置屋頂水箱,在設計水箱出水可以運用角尺彎虹吸水的方法,如圖1所示。
在消防水位的位置放上彎頭,為了確保消防需水量可以在消防水位與池底之間留出一段距離,這樣就可以達到預期目的。另外,在角尺彎水平出水端上鉆上一定距離的小孔,這樣當出水彎頭垂直端吸水喇叭吸水時,水箱水位就會不斷下降,等到到了消防水位的時候,空氣就會被吸入彎頭虹吸破壞孔中,這時出水虹吸就會終止,這就達到了生活用水和消防用水科學結合的目的。
在給排水設計中還需要注意的問題有以下幾個:在設置排水管和排污管時,一定要每隔兩層設置一個檢查口,這樣有利于清通。它的標高可以保持在高于各層草坪之上1.1m的位置。尤其要注意的是,如果排水管和排污管被設置在了封閉的管道井中,最好在立管檢查口的位置設置一個能夠開關的小窗。當只有一個立管的情況下,可以設置6×H=250mm×300mm尺寸的小窗就可以了。
在設計消火栓時,一般情況下是設置在屋頂水箱底20m以下的位置。因為這里的壓力比較大,壓力大反作用力就大,消火栓處一定要加減壓孔板進行消能,以免給消防人員帶來不必要的麻煩。將消防栓的壓力減到正常的壓力,可以在實用時按照從上到下從大到小的順序每隔三層改變一下孔板的孔徑,越靠近底層的位置消能就越大,使流量和壓力能夠處于正常的狀態。另外,在給排水設計過程中,兩個不同的給水系統是可以共用一組泵的,但是必須是在流量和壓力都滿足的情況下,比如一座高層建筑中可以共同使用消防栓、水噴系統、自動噴水系統以及水幕系統等。如果兩個系統共同使用使,流量不能達到要求,就可以采用劃分防火分區的方法,如果壓力達不到要求,可以通過設置減壓閥的方法解決。
2.高層建筑給排水施工原則
高層建筑的給排水工作的離不開深入的調查研究、精心的施工和管理,并且還要不斷聽取廣大用戶的意見和建議。在此基礎上,經過一個反復實踐的過程,才能夠真正地把給排水做好,為廣大用戶提供更好的服務。
將高層建筑給排水工作做到實處,需要將準備好施工現場、準備好技術經濟資料、安排好施工隊伍以及準備好施工物資等。與此同時,還必須堅持一定的施工原則,這是由高層建筑的給排水特點以及工作現場的組織和施工情況決定的。需要堅持的原則主要有:①連續性原則。在高層建筑的整個施工過程中,每一個工序在時間上都具有緊密的聯系性,一般不需要時間間隔或者停頓。②均衡性原則。在建筑施工過程中,一定要在規定的時間內為施工人員制定合理的工作量,使他們完成大概相同的工作量,也可以完成穩定遞增的工作量,避免出現因為時間緊。使給排水施工生產出現忽快忽慢的現象,甚至為了在有限的時間內完成生產量出現施工人員突然趕工的現象。③比例性原則。在高層建筑的給排水施工過程中,無論是對于什么樣的時間段,或者是每一道工序的生產能力都必要按照科學合理的比例進行分配,保證協調一致。
為了適應和滿足上述的幾項原則,可以將高層建筑給排水實際施工的方法大致歸納三種形式,這些施工方法主要有流水施工、順序施工以及平行施工等。眾所周知,高層建筑給排水施工這個過程非常復雜,并且其自身存在的一些獨特的特點也不同程度地增加了安全施工的難度。在高層建筑給排水工程的施工現場有很多不安全的因素存在,這樣就會在施工的整個過程當中給施工工程帶來很多的安全問題,出現某些比較意外的事情也是不能避免的。通過分析高層建筑給排水施工過程中出現的各種各樣的事故,總結出了造成這些事故的原因主要有安全性不高的作業面和作業環境、施工人員做出的不安全行為以及施工管理上存在的某些缺陷和不足。為了防止今后出現類似的事故,可以施工前做一些準備措施,例如認真地檢查管井、應有的固定蓋、防護欄以及臨邊等,有針對性地做好防護措施;在高層建筑給排水施工過程中一定要正確地放置用于施工的各種設備、材料以及廢棄物,按照規定的要求擺放;采取有效的措施提高高層建筑給排水施工工作人員的安全意識和技術水平。
3.結語
隨著高層建筑行業不斷發展,也給高層建筑給排水系統的設計和施工帶來了諸多影響,本文主要講述了在給排水設計中應該注意的問題,例如給水問題、排水問題以及消防栓系統問題等,并且給出了解決的措施和辦法,還詳細講述了在給排水施工過程中應堅持的均衡性原則、連續性以及比例性原則等,最后提出了自己的幾點意見和看法。雖然高層建筑的給排水系統比較復雜,并且具有獨特的特點,相信通過施工組織者、各施工人、技術人員以及參與其中的其他的工作人員的共同努力,一定能把高層建筑給排水設計和施工的工作做好,使高層建筑行業能夠更快更好地發展。
參考文獻
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關鍵字:超高層建筑;供配電設計;安裝
一、超高層建筑供配電設計
隨著我國經濟的快速發展,一些新技術、新材料的不斷應用使得房屋建筑的高度不斷提升。而且超高層建筑一般都建設在城市的生活和經濟中心,由于超高層建筑的結構復雜、人員密集,對供配電系統的安全性以及可靠性都有著非常嚴格的要求,需要對超建層筑供配電系統進行更加科學、合理的設計。
超高層建筑電氣配電系統運行方式主要是兩路10 kV的電源采用單母線分段接線的方式連接,這樣一來,電源分列運行,而且兩路互為備用,當一路電源出現故障時在繼電保護作用下,分段斷路器上的電源回路斷路器便自動斷開。這時非故障段母線可以繼續運行,縮小了母線故障的停電范圍,提高了供電的可靠性以及靈活性。超高層建筑的低壓配電系統要采用放射式與樹干式相結合的配電方式,其他個別的部分采用鏈接方式進行配電。超高層建筑、電梯、空調電源、照明設備以及消防設備分別由變電所低壓屏放射式供電。樹干式供電由變電所將各類電源分別引入各豎井,通過橋架數值各層。各豎井內分別配置有照明、配電、空調以及應急照明配電箱。配電、照明分別放射到各個區域的配電、照明配電箱,各個區域的計量表應該設置在豎井配電箱內,空調配電箱配電至豎井區域內的普通空調機以及風機盤管。消防用電設備、應急照明及特殊要求的用電設備均采用雙路供電。一路電源由正常母線配出,另一路電源則由應急母線配出,即一級負荷與二級負荷均為雙路供電末端自投。
對于超高層建筑的電源等級要求,應急電源系統根據實際規模,采用雙電源切換或者柴油發電機組系統,應急電源系統。而超高層建筑電源供電方案首先考慮采用柴油發電機組系統,由于受到建筑的使用功能以及使用面積等多方面因素的制約,在方案設計時需要綜合考慮進而優化管理,一般情況下為了節省使用面積,將柴油發電機組設置在地下一層。另外,為了達到環保要求,柴油發電機排出的廢氣要通過排煙管,經過消聲器沿著排煙豎井排出,在排煙口處還要安裝二次燃燒過濾網,將所排廢氣在高溫條件下進行二次燃燒,進而降低外排氣體對環境的污染。除此以外,還可以采用一套大容量的應急電源系統來代替柴油發電機組,這種方案最大優點是可以帶感性、阻性負載,增強適應負載的能力,從而有效地解決了柴油發電機進排風以及排煙井等問題。但缺點在于這種方案的供電時間較短,設備的投資費用高而且占地面積大,達不到供電的可靠性以及節約投資的目的,所以現行的應急電源設計方案普遍采用柴油發電機組。
超高層建筑的照明設計也十分重要,超高層建筑的照明設備在設計的過程中必須要滿足各種類型的要求,甚至還要考慮到一些建筑對照明的特殊要求。由于目前的超高層建筑大都普遍采用樹干式的電氣配電方式,但是伴隨著城市用電負荷的大幅度增加,這種配電方式顯然已經不能夠滿足城市居民日常生活的需要,假如分別給每個單元采用一條干線的方式進行供電,由于導線的截面積過大,勢必會給施工和接線造成很大的麻煩,所以應該采取分段的方式進行電氣配電系統設計。另外考慮到大型商業建筑或者多層單元式住宅的面積比較大等特點,除了將大型商業建筑或者多層單元式住宅的公共部分照明采用雙電源供電末端自動切換外,對超高層建筑一般的照明采用兩條密集型插接式母線槽供電,在每層的電井內設層照明總箱并在配電總箱內裝設置手動雙投開關。兩條母線槽作為備用,各個樓層的配電電源使用不同的母線槽,這樣不僅可以確保每條母線均能夠承擔各自樓層的全部照明用電負荷,而且如果某一樓層的照明線路出現故障或者需要檢修時,電氣專業維修人員只需要合上樓層照明總箱的手動轉換開關,即可以確保故障層以及檢修層的一般照明用電。
二、超高層建筑供配電系統安裝
建筑電氣設備安裝主要包括供配電系統、照明系統以及電力系統。如今科技的發展促使建筑物的電氣設備種類不斷增多,地位越來越重要,作用也越來越大。電氣化程度的提高一方面給人們提供了更人性化的服務而另一方面也增加了電氣建設施工的復雜程度,所以我們不單單要注重建筑物電氣設備的使用功能,更要重視電氣施工質量的安全性和可靠性。
高質量的建筑電氣設備安裝體現在電氣技術人員的專業知識水準以及管理人員的工作態度。一個良好的工程質量是離不開高素質高水平的施工人員的,在一項建筑電氣工程當中專業施工人員自始至終都要在現場做好質量監管工作。除此以外,要確保建筑電氣施工的質量其準備工作也是非常重要的。建筑電氣施工前的準備工作主要包括:在施工項目開工前對相關電氣工程施工圖紙進行細致審閱;嚴格檢查各專業配套設計是否合理以及充分做好施工前技術與材料預備工作。
必須對電氣電氣設備安裝施工圖以及相關專業施工圖紙有足夠的重視程度,在施工前仔細審閱電氣施工圖,它是電氣安裝的主要依據。電氣安裝技術人員應該與其他專業施工技術人員共同組成研討小組,對電氣設備安裝施工的全過程進行細致的研究,對供電方案的制定,圖紙會審內容的整理和細節問題的排查進行探討通過分析可以確定在以后操作中可能存在的問題,以便在日后的實際操作中進行重點控制;目前由于工程設計的缺陷所造成的質量問題屢見不鮮,所以電氣設備安裝人員除了要了解電氣設備的構成和功能,還要充分考慮到線路的走向以及用戶所需的設備等因素,做到合理劃分,避免在施工主體完工后造成一些線路浪費或者另需重新布線進而給工程帶來更多困難,所以要嚴格檢查各專業配套設計;電氣材料的質量好壞直接影響著整個建筑電氣工程的質量,它是電氣工程的實體,由于它性能的不同也導致了型號種類的多樣性,所以在訂貨方面要對廠商提供的設備和材料進行嚴格的檢查每種材料及設備都要有完整的資料,杜絕使用不合格的廉價電氣產品,對已經采購回來的電氣設備和材料也要妥善保管,防止受潮發霉帶來不必要的損失。
施工過程是質量管理的主要環節。在施工中相關人員必須根據已會審后的電氣設備安裝施工圖紙和有關技術文件,每道工序都要嚴格按照國家現行的電氣工程施工及驗收規范進行施工和檢驗,嚴格推行規范化操作程序,確保建筑電氣設備安裝符合國家的技術政策以及法規條件的要求,制定合理的建筑電氣設備安裝施工質量管理計劃突出質量與安全并重的原則。如果一旦發現質量問題或者是設計問題,應及時提出審議并迅速制定整改方案,施工過程中不允許未經同意擅自改變設計施工。
三、結束語
由于超高層建筑結構復雜,人員密集,對于供配電的安全性以及可靠性的有著十分嚴格的要求,所以必須足夠重視超高層建筑供配電系統的設計工作。因此除了要注重建筑物電氣設備的使用功能外,還要更加重視電氣配電系統質量的安全性和可靠性,同時需要相關專業的電氣設計人員更加努力的學習,借鑒一些先進的設計經驗提升自己的專業水平從而將建筑電氣配電系統的設計做得更加科學、完善,這樣才能使超高層建筑供配電系統的設計不斷優化,更好地順應時代的發展。
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【關鍵詞】高層建筑結構;施工;設計;框架結構;剪力墻結構;筒體結構
隨著社會的的發展,特別是城市土地空間的日益緊缺,高層建筑逐漸成了建筑群中的主體,備受社會廣泛關注。高層建筑結構的施工與設計是決定高層建筑質量的關鍵因素,因此,必須引起我們的高度重視。下面,筆者就高層建筑結構的施工與設計問題和同行朋友交流,有不妥之處,望海涵。
1 高層建筑結構的概述
1.1 高層建筑結構的定義
國際上對高層建筑作了如下的界定:第一類,9~16 層,高度不超過50m;第二類,17~25 層,高度不超過75m;第三類:26~40 層,高度不超過100m;第四類:40 層以上,高度100m以上。
1.2 高層建筑結構體系
一是框架結構體系。框架是指柱、梁等構件用結點連接的方式組成的結構。框架結構體系是高層建筑的主要結構單元形式之一。它具有建筑平面布置比較靈活,可空間形成的可能性較大的優點,但是也有不足,主要表現為:結構屬于柔性,抗水平方向荷載、抗風力和抗震性較差;二是剪力墻結構體系。建筑物的內墻與外墻是剪力墻結構體系的主要承重骨架,一般是鋼筋砼墻。剪力墻結構體系具有側向剛度較大,能夠承受的較大的水平荷載和豎向荷載。它的缺點是:平面被分隔成了小開間,不利于平面布置。它的主要施工方法是:大模和滑模施工;三是框架―剪力墻結構體系。框架―剪力墻結構不僅具有平面布置比較靈活,而且具有良好的水平荷載承載能力和抗震性能。這種結構體系適用15~30 層,高度在120m以內的高層建筑;四是筒體體系。顧名思義,筒體體系的承重結構是適當數量的筒體。整個筒體好像一個固定在基礎上的封閉式的空心懸壁梁。這種結構不僅能夠抵抗很大彎距,而且可以有效地抵消扭距,是一種抗側力非常優秀的結構體系。
2 高層建筑結構的施工
2.1 高層框架結構的施工存在的現實問題
高層框架結構的施工具有如下的特點:一是采用全現澆鋼筋混凝土結構的施工形式,主要是解決高強混凝土的制備和輸送、無粘結混凝土的施工及解決模板組合問題;二是預制梁、現澆柱和樓板框架結構體系的施工。一種是先澆柱,再吊裝預制的梁、板等;另一種是首先吊裝預制的梁,然后澆柱,最后才吊裝板。
2.1.1 混凝土強度不同的問題
為了既滿足控制柱截面的要求又滿足柱軸壓比的要求,柱子在選用混凝土時,較高強度等級混凝土的選擇已經成為首先。但是,對于樓層中以受彎為主要形式的梁板,沒有必要也不適宜選擇過高強度的混凝土。一是,強度較高的混凝土沒有較好的抗彎承載力;二是,過高強度等級的混凝土不利于構件對非荷載應力(混凝土溫度應力、收縮應力等)的承受。因此,才有“現澆框架的混凝土強度等級不宜高于C40”的規定。
事實上,在工程設計中,通常采用C20~C35混凝土強度等級,作為適宜樓蓋的混凝土強度等級選擇。因此,從高層建筑混凝土框架結構的混凝土強度等級來看,柱混凝土的設計強度要高于梁板的設計強度已成為一種必然。隨著建筑物高度的增加,柱混凝土與梁板之間設計強度的差距會越來越大。另外,需要特別指出的是,這種情況主要是在高層建筑的下部存在的比較多,表現較為明顯。從目前來看,混凝土澆筑施工一般采用的是商品混凝土的泵送工藝,各施工單位習慣上將豎水平構件和豎向構件進行分批集中澆筑。如果需要梁柱節點實施單獨澆筑,那么就會導致兩個問題,一方面,由于對供應量和澆筑時間難以控制而出現質量事故;另一方面,梁板與節點區與之間的分隔具有較大的困難,故此,這種方法很難得到大面積的采用。
2.1.2 混凝土保護層厚度問題
在框架結構施工中,當柱邊與梁邊平齊時,梁的縱筋必須被柱的縱筋所包住,即柱縱筋的內側是梁的縱筋。這時,平齊的梁側存在著容易開裂的問題;另外,由于鋼筋加工等原因,在高層框架結構頂層中節點外側,其角鋼筋保護層一般比較容易出現過厚和裂縫的問題。
2.1.3 梁柱節點箍筋施工問題
梁柱節點施工總體來說比較復雜,其主要表現在:節點構造比較復雜,而且鋼筋分布比較密集,施工難度較大,特別是中間柱子上的鋼筋縱橫交錯,不便于箍筋綁扎,采用整體沉梁時,無法綁扎節點區下部的箍筋,只好采取在梁柱節點部位采取少放甚至放柱子箍筋的措施,因此就會給工程留下較為嚴重的后患。
2.2 高層建筑框架結構施工質量控制措施
2.2.1 高層建筑的強度控制
一是配比的選定工作開始前,一般都要按照設計要求進行混凝土的配制。配置時,一般都要按照混凝土的不同強度等級進行,然后到法定機構進行級配試驗,等到級配報告出來以后,根據級配再進行實驗室配比(配合比試驗)。二是,但是,這種方法也存在級配與現場施工過程不相符合的問題。因此,在實際操作中,實驗室配比應該結合原料的含泥量、含水量對施工配合比進行適當地調整,以確保實驗室配比在實際施工中的實用性和通用性;三是在實際施工操作中,應對原材料進行嚴格把關,必須保證沙石級配符合要求。若砂石級配不良時,應根據實際及時采取合理有效的策略進行調整,如摻入適量的符合質量要求的沙石等;四是應執行嚴格的養護制度。在高層建筑施工中,多采用泵送混凝土的方式。這種方式不僅能使施工周期大大縮短,而且能是混凝土的施工性能得到有效地改善;五是在某些工程上混凝土的使用情況來看,在原材料、配比、振搗等嚴格控制的情況下,仍然會出現混凝土強度不足的問題。究其原因,主要是因為搶工期而導致養護時間不足所致。
2.2.2 建筑裂縫的控制
一是建筑裂縫應堅持以預控為主的原則,等裂縫增大了,萬不得已才采用取補救措施;二是裂縫類型分為以下幾種那個類型:穩定、閉合、運動、愈合、不穩定等;二是在骨料內部凝固時,不可避免地會產生的微觀裂縫,但從質量控制角度考慮,必須盡可能地減少;三是由于高層建筑與一般的建筑比較而言,不僅樓層更多,且帶有地下室,其混凝土混凝土用量更大,強度更高,所以,更有可能產生裂縫;四是在施工時,可采用“放”的措施。砌筑填充墻到接近梁底使,留出一定的高度,砌筑完后,應至少間隔一周,宜15天后進行補砌并擠緊;合理地進行分縫分塊施工;在墻板、柱、梁等變截面處,應進行分層澆搗等;五是采用“抗”的措施:盡量采用混凝土外加劑和摻合料,盡量使用強度等級較低的水泥,降低水泥用量。無數實踐證明,1立方米混凝土的水泥用量每增加10千克,混凝土在水化熱的作用下其溫度就會升高1攝氏度。高層建筑的混凝土用量較大,常常有較大大體積的混凝土,從經濟和實用的角度考慮,都應摻入外加劑。當然,在摻入外加劑后,要對早期強度的影響程度進行充分的預計。為了確保設計的科學性,可以提請設計科研部門指導和評定;六是選擇合理的粒徑最大的砂石,盡量避免少用粒徑較小的砂石,這樣可以使水和水泥用量得到有效地減少,減少水化熱、收縮和泌水;七是在混凝土振搗時,應避免漏振和過振,提倡二次振搗和抹面,盡量使水分和氣泡從混凝土內部排除;八是采用“放”、“抗”結合的辦法。在混凝土裂縫預防工作中,對新澆混凝土實施早期養護非常重要。為使混凝土在早期時盡可能地減少收縮,需對構件進行必要的濕潤養護,有效地控制表面水分蒸發速度,避免因蒸發過快而產生較大的收縮,同時,混凝土因為受到內部約束而導致開裂;九是做好大體積混凝土的養護工作,必須采取必要的措施,如進行通水排熱和散熱孔的鋪設等,由此而可以有效地避免集中出現水化熱高峰的現象,同時,在養護過程中,應重點對表面、中間和底部溫度實施跟蹤監測的辦法,這在前3 天尤為重要;十是混凝土澆筑以后,其內部最高溫度和外界氣溫應控制在25℃以內為宜,可以有效地防止混凝土產生裂縫。
2.3 高層建筑剪力墻結構施工
2.31 高層建筑剪力墻結構中鋼筋工程的施工
在高層建筑剪力墻機構中鋼筋工程的施工中,對于直徑小于12 的鋼筋接長,一般采用綁扎的連接的方法。連接時,應注意以下幾點:一是墻體的鋼筋比較細,對于上下層鋼筋的接長而言,一般采用綁扎連接。在澆筑過程中,鋼筋網片往往容易發生向外或向內的位移。為有效地防止出現這種現象,可在豎向鋼筋搭接范圍點焊通長水平筋,以防止鋼筋位移;二是進行樓綁扎板鋼筋時,要確保放置的墊塊和馬凳筋的數量,以保證鋼筋保擴層間距和厚度滿足施工規范的要求;三是將電線管在樓板中進行鋪設時,要設計好路線,防止不同樓層電線管出現互相疊放的現象,從而致使進行樓板澆筑施工時,在電線管疊合處出現局部超厚的問題。如果這樣的話,就是造成整個樓板找平后不符合設計標高,給下一道工序帶來一些比較麻煩的問題。
2.3.2 高層建筑剪力墻結構中混凝土工程的施工
一是根據高層建筑剪力墻結構中混凝土工程的特點和施工條件,墻內混凝土也應是采用一次性澆筑的方式;二是應按照按高強度等級混凝土的規定進行施工。一般采用的是商品預制混凝土,其為C6的設計強度等級;三是在進行凝土澆筑時,必須對型鋼柱內混凝土表面進行積水和雜物的清除處理,尤其在箱型鋼柱內,必須做好相關的保護措施。先澆筑一層100~200mm 厚的水泥砂漿,它的強度等級與相應的混凝土強度等級相同,以避免因混凝土粗骨料的自由下落產生彈響而影響接頭質量;四是由于模板內柱筋、梁筋和型鋼柱相互交叉,比較分散且空隙比較小,因此,每次分層下料時,其高度必須控制在500mm以內。進行振搗時,一般在選用振動器類型時,應選用長插入式高頻振動器,必須保證垂直點振,防止平拉。等到充分振搗,其密實度達到施工要求后,再逐步實施分層澆筑一直到頂;五是由于混凝土的流動性被勁性墻中的型鋼所限制,振動棒應四面對稱插入進行振搗,投料也應該從四面進行,這樣可以有效地防止鋼柱受扭,使勁性墻中的混凝土澆筑的密實性達到施工要求。
2.3.3 高層建筑剪力墻結構中剪力墻施工的質量控制
(1)施工前的技術準備工作
一是確保設計圖紙的會審工作的質量,把規范、標準圖集和工程經驗結合起來,仔細檢查復核結構圖、建筑圖和水電施工圖,盡可能地將圖紙中的存在問題找出來;二是重點查看細部標注尺寸、軸線尺寸、標高等是否有誤,各種構造設計是否具有可行性;三是結構配筋是否有誤,節點復雜部位的鋼筋是否合理,能不能滿足保護層厚度和振搗要求,是否存在漏配鋼筋的現象,配筋平面圖與配筋詳圖是否一致,有無配筋明顯超標的現象;四是水電埋管留洞是否符合建筑結構,各部位建筑詳圖的設計是否具有可操作性,各部位建筑方法的設計是否科學,水電埋管的密集程度是否得當,是否對結構截面有不良的影響;五是水電消防等專業是否有相互干擾的現象,是否對施工有不良的影響。
(2)邊梁鋼筋綁扎注意事項:
一是對現澆鋼筋混凝土框架結構,當邊柱與邊梁靠齊時,由于梁縱筋要從柱豎筋的內側通過,致使在梁外側的混凝土保護層超過施工規范,(通常要達到50mm 以上);二是針對這個情況,應減少梁箍筋的寬度,確保梁箍筋角部與梁兩側縱筋緊緊相貼;三是,在實際施工中,很少有施工單位采取減少梁箍筋寬度的辦法,梁箍筋外側被懸空,沒有梁縱筋與之連接固定,因此梁縱筋與梁箍筋很難保持正交關系,大大降低了框架邊梁受力的可靠性。
(3)梁柱節點鋼筋綁扎要點
一是當有超過四個方向的梁從梁柱節點穿過時,通常會使加梁面筋保護層加厚,其厚度一般會遠遠超過設計規范標準,從而增大梁的承載壓力。因此,一旦發現此類問題,應及時放映給設計人員,并對梁的承載力進行重新核算,同時重新確定梁箍筋高度。工程實踐中,往往習慣強行抬高位于跨中區的梁面筋,這種做法不僅不能提高梁的承載力,相反,還會使施工費用大大增加。
(4)鋼筋電渣壓力焊接頭質量控制
一是在工程實踐中,通常出現墻柱鋼筋電渣焊接頭焊包不勻的質量問題;二是究其原因主要是鋼筋縱向軸線與鋼筋接頭端部截面不是相互垂直,結果導致在焊接完成后,并在向下開始擠壓時,出現用力不均的問題,最終導致焊包均勻度嚴重不夠,進而還有可能使鋼筋接頭的強度降低;三是針對這種情況,可以采用以下方法解決:在正式焊接前,先將鋼筋接頭端部用氣割削平,以保證切后與縱向軸線相互垂直,并對表面進行清理。
2.4 高層建筑筒體結構的施工
高層建筑筒體結構的施工具有如下特點:一是工程量大;標準層多;工期長;垂直運輸多;需要考慮低溫和雨季對施工的影響;二是采用升機板來逐層提升梁、墻和柱模板,從第一層到頂層,等到完成整個結構工程后,才能把模板拆除。它的具體施工方法簡介如下:
2.4.1 曲面懸臂爬升模板設計與施工
本文介紹一種單面式曲面懸臂爬升模板,它主要是采用的是定型組合方式而進行設計制作的。這種模板主要是由支撐系統和模板層組成。模板層分為上層、中層和下層,上層是模板層,中層是受力層也是操作層,而下層的作用主要是用來調節前兩層并且可以裝飾混凝土。模板施工時,一是把高強度預埋拉桿和定位錐體一起固定在混凝土模板的第一層,進行第一層混凝土澆筑。二是當第一層混凝土達到一定強度后,把一層的定位位置變成懸掛點,把定位椎體轉變成承重椎體,然后把模板與混凝土表面相分離后,提升到2層,然后,以同樣的方法轉換到第三層,依次類推;三是當模板提升到各個層的預定高度時候,需要在模板下加掛懸掛工作平臺,此時模板和平臺成為一個統一的整體,再次提升時,就將這個整體再次提升到更高的預定位置。
2.4.2 膠合板大模板工藝在高層筒體結構施工中的應用
施工過程:一是清理混凝土板面,然后放好墻身線并同時在距離墻身線30cm處放道就位控制線,以便校核模板和鋼筋是否準確到位,如果有偏離應立即調整;二是在筒體結構的各層外側混凝土面上焊¢16短頭鋼筋,相距2m,外露100mm,以便于大模板支撐就位;三是拆模時候,只拆內側大模板,然后進行隱藏檢查,隱藏檢查完畢后,將筒體外側大板吊滑到位,放置和墻厚等長的塑料管和穿墻螺栓起限位作用,方向要垂直于模板。
2.4.3液壓整體提升模板在筒體結構工程中的應用
液壓整體提升模板體系由承力提升架,鋼平臺主梁和次梁,鋼平臺板,懸掛內外腳手架操作架,鋼框金屬網圍護板,鋼框木膠合板大模板等構件組合而成。整個施工工藝流程可以分成兩個階段:提升階段和穩定操作階段。提升階段考慮的荷載有模板系統的自重以及少量材料堆載,穩定施工階段考慮的荷載有模板系統的自重和全部堆載。鋼平臺提升后是中間擱置轉換過程,然后是穩定操作過程,這些過程均需要有訓練有素的專門的施工小組來完成,因為這種施工方法對施工人員的施工素質有很高的要求。
3 高層建筑結構的設計
水平荷載起控制作用,側面位移必須加以限制,軸向變形在側移中占有很大的份額, 所以在結構體系選型時應充分考慮這幾個特點。對于低層、多層或高層建筑,其豎向和水平結構體系設計的基本原理是相同的。但隨著高度的增加,由于以下兩個原因,豎向結構體系成為
設計的控制因素:一個是較大的豎向和要求有較大的柱、墻和井筒;另一個更重要的原因是, 側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多,高層建筑結構設計人員必須以精心設計來保證。
3.1 高層建筑結構設計特點
3.1.1 水平荷載成為決定因素
一方面,因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構件中所引起的軸力和彎矩的數值,僅與樓房高度的一次方成正比;而水平荷載對結構產生的傾覆力矩,以及由此在豎構件中引起的軸力,是與樓房高度的兩次方成正比;另一方面,對某一定高度樓房來說,豎向荷載大體上是定值,而作為水平荷載的風荷載和地震作用,其數值隨結構動力特性的不同而有較大幅度的變化。
3.1.2 軸向變形不容忽視
高層建筑中,豎向荷載數值很大,能夠在柱中引起較大的軸向變形,從而會對連續梁彎矩產生影響,造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小,跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大;還會對預制構件的下料長度產生影響,故要求根據軸向變形計算值對下料長度進行調整;另外對構件剪力和側移產生影響,如考慮構件豎向變形比較,會得出偏于不安全的結果。
3.1.3 側移成為控制指標
與較低樓房不同,結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加,水平荷載下結構的側移變形迅速增大,因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。
3.1.4 結構延性是重要設計指標
相對于較低樓房而言,高樓結構更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力,避免倒塌,特別需要在構造上采取恰當的措施,來保證結構具有足夠的延性。
3.2 高層建筑結構關鍵設計
3.2.1 框架結構
一是基礎系梁的設置問題。如果基礎埋置深度較深時,可以用基礎系梁減少底層柱的計算長度,在±0.00 以下設置系梁,此時系梁宜按一層框架梁進行設計,同時系梁以下的柱應按短柱處理;二是框架結構薄弱層的判定與處理。薄弱層是對抗震極為不利的結構層, 原則上應避免出現薄弱層。避免出現薄弱層的最基本方法是加大該層的抗側移剛度,即加大該層的柱截面或梁截面;三是短柱問題。短柱在地震作用下,容易發生脆性破壞。處理短柱主要是增加柱的抗剪承載力及改善其變形能力, 一般采用復合箍筋,箍筋沿全高加密;保證短柱的縱向鋼筋對稱布置,且每側的縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%的方式處理,也可以采用外包鋼板、配x 形鋼筋等方式處理。
3.2.2 剪力墻結構
在地震區剪力墻除保證有足夠的承載力外,還要保證有足夠的延性,以提高整個結構的耗能能力,改善結構的抗震性能。在剪力墻墻肢截面設計時,當縱橫向剪力墻連成整體共向工作時,可將縱墻的一部分作為橫墻的翼緣加以考慮。同時也可將橫墻的一部分作為縱墻的翼緣予以考慮。在框架剪力墻結構中,剪力墻常常和梁柱連一體,形成帶邊框剪力墻。因此,剪力墻墻肢常常按矩形截面、T 形截面或工字形截面進行設計。在剪力墻中一般需要配置豎向鋼筋來抵抗彎矩,配置水平鋼筋來抵抗剪力的配筋形式基本上同框架梁。剪力墻結構往往應用于住宅和旅館客房開間較小、墻體較多的建筑中。
3.2.3 框架剪力墻結構
當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時,往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架,便形成了框架剪力墻體系。框架剪力墻結構體系是把框架和剪力墻兩種結構共同組合在一起形成的結構體系。這種結構既具有框架結構布置靈活、使用方便的特點,又有較大的剛度和較強的抗震能力。在承受水平力時,框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。在體系中框架主要承受垂直荷載,剪力墻主要承受水平剪力。框架剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型,剪力墻的設置,增大了結構的側向剛度,使建筑物的水平位移減小,同時框架承受的水平剪力顯著降低且內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。
3.2.4 筒體結構
凡采用簡體為抗側力構件的結構體系統稱為簡體體系,包括單筒體、簡體一框架、筒中筒、成束筒等多種形式。簡體是一種空間受力構件,分實腹筒和空腹筒兩種類型。筒體體系具有很大的剛度和強度,各構件受力比較合理,抗風、抗震能力很強,往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。以筒體一框架結構為例。核心筒應具有良好的整體性,墻肢宜均勻、對稱布置,簡體角部附近不宜開洞,當不可避免時,筒角內壁至洞口應保持一段距離, 以便設置邊緣構件, 其值不應小于500mm 和開洞墻的厚度; 核心筒外墑的截面焊度不應小于層高的l /20 及200mm,對一、二級抗震設計的底部加強部位不宜小于層向的l /16 及200mm,當厚度不能滿足上述要求時,應通過穩定驗算,必要時增設扶壁墻;在滿足承載力要求,以及軸壓比限值時,核心筒內墻可適當減薄,但不應小于160mm。
總之,高層建筑結構的施工與設計是一項復雜重要的工作,我們應加強對高層建筑結構的施工與設計的探究,創新施工和設計方法,提高施工與設計技術水平,以便更好地為社會主義現代化建設服務。
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關鍵詞:高層建筑;鋼結構;設計;施工
鋼結構在現代高層建筑中得到了廣泛的運用,具有跨度大、施工速度快、造價低的特點。在高層建筑中的鋼結構設計與施工應該盡可能的節約施工材料和費用、縮短施工工期、經濟效益最大化等,那么,如何合理的處理高層建筑中的鋼結構設計與施工呢?作者結合自己的實踐工作經驗對此發表了自己的看法和給予了一定的建議。
1 高層建筑中鋼結構的主要特點
1.1 質量輕、強度高、成本低
與傳統的鋼筋混凝土高層建筑相比,鋼結構比較經濟,施工工期短,質量輕,強度較高,且不易受到自然環境因素的影響,同時,在高層建筑中鋼結構一般都是采用先進的設計和工藝。此外,由于鋼結構的質量比較輕,所以能夠節約處理地基的費用,降低施工項目的成本。
1.2 材料比較環保
鋼結構的主要材料是鋼,其強度較高,能夠支持的結構較大,是實現現代工業化生產的主要途徑。同時,鋼材的邊角料可以被循環利用,回收運輸都十分便利且價值較高。這一過程不僅節約施工單位的成本,還能夠保護環境。
1.3 空間比較大,可移動
傳統的鋼筋混凝土結構沒有較大的跨度,通常不超過15m,且鋼筋混凝土建成之后很難改變,不易移動。然而,在高層建筑中鋼結構的內部有充足的空間,可以達到60m,還可以進行簡單的改建和擴張,同時比較容易移動。
2 高層建筑中鋼結構的施工工藝
2.1 焊接工藝
在鋼結構中由于鋼的材質和種類的多樣性,在焊接時應該要從焊前預處理、焊接工藝和焊后處理這三個方面來考慮:一是焊前預處理。將焊接前的準備工作做好,根據焊接縫的不同形式采用適當的焊接方式和焊接工具,最后根據焊接的環境來選擇預熱處理工藝;二是焊接藝術。除了選擇合適的電流和焊條的型號,還需要注意焊接過程中的有關工藝;三是焊后處理。在焊接完成之后,為了保證焊接處的美觀(如:沒有凹陷、氣孔、咬邊、裂紋等現象),應該對焊接處采用超聲波來進行檢查。
2.2 組裝工藝
高層建筑中鋼結構施工藝術的組裝藝術主要包括以下三個方面:一是結構簡單、零件較小。這一工藝可以根據簡單的圖紙在平臺上自行組裝,配置定位進而實現各組裝之間的裝配;二是箱型結構。這一施工藝術首先應該以圖紙的要求為基礎,通過粉線在箱型結構的蓋板、腹板的組裝面上畫出組裝線,其次應該以蓋板為基準面,按照要求組裝腹板和隔板;三是H型鋼結構。這一施工工藝首先應該根據設計圖紙做出模型,常以翼緣板作為基準面,其次利用腹板增加水平的推力。
3 目前高層建筑中鋼結構設計和施工中出現的問題
3.1 設計工作者的方案缺少創新性,缺乏較強的科學意識
在高層建筑鋼結構設計的環節中,大部分設計者的方案普遍存在一種片面性,沒有從多方面去考慮和衡量方案的價值。這場會導致在施工過程中,就會產生一些不必要的費用,進而大大增加施工單位的成本。
3.2 施工圖紙不夠嚴謹,隨意性比較大
鋼結構設計中通常采用的是套圖設計,由于這種設計方式不夠準確,容易出現漏洞,進而不能夠有效的滿足投標、采購和施工的有關要求。同時,這種設計方式在設計過程中通常會出現漏、錯、缺等矛盾現象,進而使鋼結構設計不能夠形成一套完整的設計體系。
3.3 施工前的準備工作不夠完善
在高層建筑中的鋼結構施工中常存在由于施工人員不能夠很好的、正確的理解設計圖紙的真正含義,導致施工過程中出現一定的問題。同時,施工人員沒有對鋼結構安裝前進行充分的檢查,在施工的現場設備和構件擺放比較凌亂等問題。
3.4 沒有考慮自然環境因素的影響
在高層建筑中的鋼結構部件長期暴露在外,經常會受到自然環境因素的影響,這會加速部件的老化和生銹,這不僅會影響高層建筑物的美觀,還會降低鋼材的性能,產生安全隱患。如果設計者沒有充分考慮自然環境因素的影響,將會造成高層建筑中鋼結構的安全隱患問題的產生。
4 高層建筑中鋼結構的設計與施工的改進措施
4.1 提高設計人員的綜合素養,定期舉辦培訓
為了避免設計工作者在設計方案時存在普遍的片面性,培養設計者的創新精神,增強設計者的科學意識,提高設計者的業務水平,增強設計工作者的責任心,有關施工單位應該為有關設計人員定期舉辦專業技能培訓和綜合素質培訓。同時,要求有關設計工作者對建筑工程的難度進行合理的預測,并對一些重要的步驟做到心中有數,進而使高層建筑中的鋼結構設計的每個環節都能夠得到有效的保障。
4.2 完善設計圖紙的審核制度
在鋼結構圖紙設計中應該嚴格根據有關的設計規章制度來要求設計者進行圖紙設計,進而完善圖紙設計的審核制度,保障圖紙的管線布置、預留孔等形成一套合理的、完整的體系。同時,加強對圖紙的檢查工作,避免施工環節中的變更等問題的發生。此外,設計的施工圖紙是進行施工的主要依據,因此,為避免由于施工人員誤解圖紙的含義,導致在施工過程中出現一定的施工問題,影響施工的質量和進度問題等,在施工前應該有專門的人員對圖紙的含義和有關的技術、工藝等做出充分的解釋。
4.3 完善構件的運輸、堆放和驗收的方法
眾所周知,大部分的施工現場規模都相對較小,對各種零部構件的堆放、運輸和驗收都有著嚴格的要求,進而保障施工的秩序。在高層建筑施工前,鋼材料數量和種類都比較多,常常需要層層堆放,如果沒有科學的、合理的堆放方法,將會導致現場凌亂,無法順利開展施工,甚至導致所需鋼材沒有堆放的位置。因此,施工單位應該根據施工現場的特點和要求,完善構件的運輸、堆放和驗收的方法,合理的、科學的、有效的規劃現場堆放的地點和運輸的順序,進而使所有的鋼結構都能夠有地可放,并為施工人員創造干凈、整潔、有序的工作環境。
4.4 做好鋼結構的防腐工作
在高層建筑中的鋼結構設計中,應該充分考慮自然環境因素給鋼結構帶來的腐蝕性,充分結合高層建筑物所在地的天氣狀況、施工現場的溫度和濕度,以及鋼結構的防腐性能,和對裝飾的有關要求,進而做好鋼結構的防腐工作,選擇出最佳的鋼結構設計方案。
5 結束語
由于鋼結構自身的特點和優勢,在高層建筑中的運用越來越廣泛,受到諸多因素的影響,在鋼結構的設計與施工中仍然存在著很多問題,這需要施工人員不斷地提高自身的專業水平和綜合素質,在日常工作中進行不斷地反思和總結,進而滿足現代社會與自然環境因素對高層建筑中鋼結構設計與施工的要求。
參考文獻
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關鍵字:高層住宅;新型設計理念;現代工藝
中圖分類號:TU2文獻標識碼:A
近年來,隨著我國經濟水平和科學技術的迅猛發展,高層建筑越來越多,高層住宅小區的數目占據比率較大,為了提高高層住宅建筑的適用性并充分融合現代新型設計理念及現代工藝,筆者從分析高層住宅建筑規劃設計的影響因素出發,從周圍城市及建筑的人文環境、豎向主要因素——生態環境、交通因素三個方面分析了高層建筑中的主要影響因素。隨后又提出了新時代要求下的建筑設計新理念和工藝要求,針對當今社會問題對高層住宅建筑的建筑設計進行深入研究,以便于找到更好的解決辦法。
一、高層住宅建筑規劃設計的影響因素
高層建筑作為現代社會中不可或缺的存在群體,同其他建筑類別一樣,要與周圍的環境、建筑等進行或多或少的能量交換、文化感染等等。高層建筑中的高層小區住宅是其中的主要組成部分,高層住宅的建筑過程必然與其周圍的環境影響密切相關,其好的新型設計理念和現代工藝必然要分析其周圍影響因素,因此,為了更好的提高人們居住的舒適性,分析了高層建筑中住宅小區規劃建設理念和工藝的影響因素。如圖1所示基本涵蓋了高層住宅建筑設計過程中要考慮的全部因素,將選擇其中較為重要的三點進行分析。
圖1:影響高層建筑設計的因素分析
1.周圍城市及建筑的人文環境
人文環境作為社會系統衡量文化變量的主要參考函數,是隱藏在社會大體系、大環境中的無形力量。人文環境作為現代城市高層住宅建筑中的主要影響因素,在潛移默化中影響到居民的生活舒適度。高層住宅規劃設計過程中要將人文環境中包括的觀念、信仰、認知等都做考慮分析,建筑設計要結合城市本身的風格影響,以期能有效的延續歷史文化,文化的不斷積淀可以提高城市的文化底蘊,讓居民在享受現代時尚的基礎上去領會城市古老的文化積淀。
2.豎向主要因素——生態環境
生態環境是指與人類生產生活密切相關的水資源、土地資源和生物資源等多種資源的總稱,關系到社會經濟和科技是否能可持續發展的重要因素。生態環境這一關鍵影響因素如圖1所示,主要包括氣候、地質地形地貌、空間的近人尺度等三大因素,建筑規劃過程中要根據不同的氣候采取不同的建筑材料及設計工藝等,也要根據地形地貌的不同因地制宜,高層住宅建筑的建設過程不能破壞原有的河流、樹林、綠地等原有的生態環境組成,更有效的利用當地氣候,如太陽能、雨水、風能等自然資源,遵循自然環境要求的高層住宅建筑會具有更高的自然自然平衡能力,其舒適度更高,也符合我國現在的生態可持續發展理念。
3.交通因素
作為平面影響因素中的外部影響因素交通因素,其包括靜態和動態,建筑設計過程中高層建筑住宅的交通因素是影響城市交通狀況的主要影響點。建筑過程中,對建設區域交通現狀的理性分析和對將來較長時間內交通狀況的發展預測都是非常必要的,靜態交通和動態交通是相輔相成的,建筑設計要考慮到交通連接和便捷等方面,以保證整棟高層建筑住宅交通便利、安全。
二、高層住宅建筑新型設計理念分析
1.高層住宅建筑中的可持續性理念
人球氣候變暖是不爭的事實,面對這一嚴峻問題,可持續發展戰略被運用到各個領域中。人們對生態環境保護的重視說明了可持續發展戰略在改善環境中的作用不可忽視。在高層建筑住宅設計過程中,其可持續發展理念是21世紀時代的要求。人類的建筑活動是導致環境變化、氣候變化的重要因素之一,很多建筑商看到了建筑產業巨大利潤和發展前景,在建筑過程中不惜破壞河流、樹林等天然資源,其次,高人口密度的高層住宅建筑與環境互相矛盾,高密度的人口對環境通風方面及其交通產生了巨大的壓力,也提出了更高的要求。可持續性理念與環保技術息息相關,先進的環保技術在提高資源循環利用過程中起到巨大作用,在建筑設計過程中,技術設備及其工藝逐漸演變成為建筑美學設備過程中的一部分,隨著科學技術的不斷進步,越來越多的環保技術正在研發出世,如太陽能電池板、水循環系統等先進環保技術已經投入生產使用多年。歸根結底,真正的可持續發展戰略是通過先進的環保技術去進行建筑設計,在不破壞城市原有的文化資源和自然資源的前提下創建屬于這個新時代的高層住宅建筑的獨特美感。
2.高層住宅建筑中的低碳設計理念
改革開放30年的時間里,我國的經濟發展和城市化突飛猛進,相比之下,我國的資源如水資源、石油資源、森林資源等等卻日益減少。低碳理念應運而生,低碳理念在城市化進程中,是同可持續發展戰略相輔相成的,在高層住宅建筑中要將低碳理念融入進去,堅持低碳理念走可持續發展道路是城市化進程中高層建筑設計的必然選擇。建筑設計過程中可以采取傳統的設計方式,在建筑設計的點、線、面、體、色彩、材料等多方面選擇可參考的傳統建筑,可以充分利用自然資源,如近年來風靡的海景房,建筑商將低碳建筑理念演繹的深入人心,充分利用天然的大海,不用采取填海增地的方式,就可以取得巨大的效益,既不破壞環境,又能提高居民的舒適度。
三、高層住宅建筑設計工藝分析
1.高層住宅建筑 整體框架設計
在高層建筑住宅小區的規劃設計過程中,其工藝分析的目的是為了與建筑理念更好的結合,能讓住宅內的居民更好的管理自己的生活。高層住宅建筑的整體框架設計是工藝設計的重要組成部分,框架設計中主要采取的方式一般是以行列式布置為主,周邊聯列式為輔,在住宅建筑設計中整體框架設計的好壞對住宅小區后期的環境質量及交通等重要因素都起到決定性作用。
2.基礎設施工藝分析和交通設計分析
基礎設施設計作為城市住宅建筑中的必備部分,在建筑規劃過程中需要結合交通因素分析,基礎設施的布置安排需結合居民出行路線及設施成本兩個方面進行設計。合理的交通設計可以保證小區居民生活環境遠離噪聲污染。為適應居民日益提高的生活環境,私家車停車場是必備的基礎設施,人民生活質量的高低就與這些大大小小的設計密切相關。
3.高層住宅建筑工藝對適應性影響分析
城市高層建筑規劃建設過程中最大的兩個特點是規劃可變性和多樣性,建筑工藝設計靈活多變是遵循可持續發展理念和低碳理念的完美體現。通過對近年對居民生活習慣文獻資料的整理,發現21世紀的居民需要的是與現在城市建筑所展現的冰冷的外表相反的溫暖的舒適感,建筑師在對高層建筑住宅小區設置臥室、廚房、衛生間等部分時,可以適當揉入適應性元素,采取管道固定的方式,在房屋采光通風等多個方面加以考慮,在遵循設計理念的前提下,迎合人們的審美和情感追求,以更好的滿足市場需求。
四、結語
城市高層住宅建筑作為現代社會主要的建筑類別,其建筑過程必然與其周圍的環境影響密切相關,其好的新型設計理念和現代工藝必然與周圍影響因素如人文環境、交通、氣候等相聯系。現代社會要求下的高層住宅建筑既要符合可持續發展戰略又要符合低碳理念,同時要為了更好的提高人們居住的舒適性不斷改進其工藝設計,筆者通過設計過程中主要影響因素的分析指出了設計理念和工藝在提高人民居住質量中的作用。建筑師要緊跟時代的發展,不斷增強自身創新設計實力,針對當今社會問題對高層住宅建筑的建筑設計進行深入研究,以期找到更好的解決辦法。
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關鍵字:高層現狀安全管理
一 高層建筑消防安全的特點及現狀
從現代高層建筑的自身特點來說,消防安全方面的不利因素有以下幾點:(1)整體建筑大型化、裙房體量大、數量多;(2)分布形式多樣,建筑功能多;(3)人員密度高,流動量大,導致誘導性差,疏散時容易出現擁擠;(4)建筑層數多,垂直距離長,疏散困難;(5)各種管道、豎井較多,不利于撲救中火勢的控制,火勢可迅速蔓延;(6)易燃物多,裝修的化工品用量大且極易燃燒;(7)著火后所產生的氣體、煙塵嚴重影響人員的安全疏散和消防部門的救援,且對人的身體有很大危害;(8)高層撲救消防用水量大,供水、排煙、登高都很困難,不利于地面消防行動的展開,撲救難度較低層建筑困難很多。
二 高層建筑消防安全設計存在的問題及解決途徑
1.高層住宅沒有設置必要的“避難層”。現在的高層住宅,由于造價成本、建筑結構設計、住宅容積率等因素的影響,很少有設置“避難層”。高層建筑一旦發生火災,而救援的消防云梯車不能達到所需高度,從失火的高層建筑外面成功施救的可能性將非常小,只能依靠著火大樓內的人員實施自救。這時,在高層建筑中設置“避難層”就是實施自救最有效的方法之一。同時把自動化控制應用于現行的避難層防煙系統,實現防煙系統的智能化。從而也解決了我國現存的由于風口位置不當,使得大量煙氣從風口進入避難層的問題。
2.消防通道存在很多的問題。具體是由于開發商為了追求利益最大化,建設的商用建筑之間密度高、空地少,應設置消防車通道的沒有設置或是縮減防火間距,而高層住宅建筑,雖然按規定設置了消防車通道,但不是環形車道或者不是平坦空地,更未設有回車場(通道)。很多高層住宅小區內設置了不利于安全疏散和火災撲滅工作順利進行的永久的擋車柱,使火災中消防車輛不能順利通過,而疏散通道和安全出口長期封堵,嚴重影響了安全疏散與火災撲救工作的順利進行。要解決此問題,一方面是在各座高層建筑區內至少要保證兩座以上消防疏散樓梯和對外的消防安全出口;另一方面是可以在各座高層建筑間開設相互連通的消防安全出口,確保各座大樓之間能夠互相疏散;再者是按規范要求設置消防車道和消防登高面。消防登高面是指供消防登高車操作中撲救火災和營救人員的建筑垂直面,實踐證明,合理的設置消防登高面,對高層火災的撲救和人員疏散有著至關重要的作用。另外在消防登高面一側,必須結合消防車道有效設置不少于一塊的消防登高場地,便于消防登高車一次就位迅速靠近建筑物展開施救工作;最后是各疏散樓梯和安全出口設置應急燈和疏散指示燈,應確保在數量、寬度、形式上滿足有關規范的要求。
3.高層建筑中裝修及配套設施的問題。高層建筑的建設越來越完善和美觀,集中的供應空調和冷熱水,必然會加大建筑本身的負擔,由此帶來的燃氣、鍋爐、燃油等成為潛在的安全隱患。此外,很多大樓的消火栓箱為了美觀直接鑲嵌在墻體里,導致墻體的耐火極限不符合要求。要解決這些問題,設計者要結合建筑物的實際情況考慮,把消火栓布置成環狀管網,而對于某些條形建筑物,則要將管網豎向成環狀就可以了。另外高層建筑防火設計中應保證建筑物的耐火等級,首先應保證建筑構配件的耐火極限,使火災發生時建筑物結構在較短時間內不會損壞,為人員疏散贏得時間,同時也可減少火災損失。
三、高層建筑施工管理措施
1.做好施工預案。施工單位應針對高層建筑的特點編制嚴謹、詳盡的施工組織和管理方案。用來指導整個施工過程。內容包括:施工工序的安排,各工種進入工地的時間,關鍵部位的施工方法,對易出現的質量問題提出預控措施,制定出成品保護措施等。
2.做好施工階段的進度控制。由于現代高層建筑具有規模龐大,工程結構與工藝復雜,建設周期長及相關單位多等特點,決定了工程進度將受到許多因素的影響,要想有效地控制工程進度,就必須對影響進度的有利因素和不利因素進度全面、細致的分析和預測。高層建筑施工進度是一個動態實施過程,施工進度計劃在實施過程中,會因為新情況的產生,各種干擾因素和風險因素的作用面發生變化,使人們難以在執行過程中檢查工程項目實際進度發展情況,并將實際狀況與計劃安排進度做一對比,從中得出偏離計劃的信息,然后在分析偏差及其產生原因的基礎上,通過采取組織、技術、經濟等措施維待原計劃的正常實施。如果采取措施后不能維待原計劃,則需要對原計劃進度調整和修正,再按照新的進度計劃實施。高層建筑計劃階段所確定的工期目標,往往是綜合考慮各個方面的因素而確定的合理工期,因此,時間上的任何變化,無論是進度拖延還是超前,都可能造成其它目標的失控。
3.嚴格控制高層建筑的工程變更。由于建筑設計與工程實際情況不可能完全一致,設計人員的技術水平和工作能力使設計圖紙未達到開發商的要求和施工的深度,開發商根據實際情況對工程的修改或補充等原因致使工程變更和設計變更在所難免。而這些變更必然會帶來工程量的增減和工程造價的變化,極端情況下會出現工程造價難于控制的局面。因此在設計部門應切實做好調研工作,弄清開發商真實意圖,對施工場地進行詳細踏勘。在施工過程中應嚴格控制工程量,力求變更最少。
4.做好高層建筑施工監理工作。高層建筑施工監理十分重要,它是監督工程質量、確保工程進度、控制工程造價的重要環節。監理工程師在施工階段關系到是否要設計變更和工程變更的決定時,他們往往能根據自身的技術優勢做出合理正確的選擇,這一點許多建設方代表因其經驗、閱歷及技術受各方面的條件制約而無法做到。再者,在施工過程中,甲、乙兩方因各自的立場、觀點不同,有時會出現一些影響施工正常進行的情況,監理單位作為公正的第三方,在施工過程中協調雙方關系,確保工程施工正常進行,這樣能為完成工程造價控制提供有利條件。
四 高層建筑的發展趨勢
近年來,高層建筑呈現出以下發展趨勢:
1.新材料的開發和應用。隨著高性能混凝土材料的研制和不斷發展,混凝土的強度等級和韌性性能也不斷地改善。混凝土的強度等級已經可以達到C100甚至更高,在高層建筑中應用高強度混凝土,可以減小結構構件的尺寸,減少結構自重,必將對高層建筑結構的發展產生重大影響。高強度具有良好可焊性的厚鋼板將成為今后高層建筑鋼結構的主要用鋼,而耐火鋼材FR鋼的出現為鋼結構的抗火設計提供了方便。
2.層數增多,高度加高。由于城市規劃、用地緊張和使用功能等原因,我國高層建筑目前也有一些正在設計或施工的80層以上的建筑。在地震區的鋼筋混凝土高層建筑結構設計中,我國處在世界領先地位。
3.組合結構高層建筑增多,采用組合結構可以建造比混凝土結構更高的建筑。在強震國家日本,組合結構高層建筑發展迅速,其數量已超過混凝土結構高層建筑。除外包混凝土組合柱外,鋼管混凝土組合柱應用很廣泛,外包混凝土和鋼管混凝土雙重組合柱的應用也很多。由于鋼管內混凝土在處于受壓狀態時,能提高構件的豎向承載力,從而可以節省鋼材。
4.新型結構形式的應用增多。現已表明多束筒體系在適應建筑場地、豐富建筑造型、滿足多種功能和減小剪力滯后等方面具有很多優點,預計今后也將擴大應用。
5.平面布置與豎向體型更加復雜。近年來,出現了不規則、不對稱和曲線形的建筑平面,這固然是由于建筑功能和城市規劃的需要,但結構分析技術和計算手段的提高也為它創造了前提條件。另外,由于現代高層建筑向多功能綜合性發展,內設辦公室、旅館、住宅、商店、餐廳和文體等服務項目,因此要求不同樓層有不同的結構布置,使得沿豎向發生結構形式和剛度的突變,需通過承托大梁或過渡層過渡,這樣就對結構設計提出了更高的要求。
6.耗能減震技術的應用將得到發展。建筑結構的減震有被動耗能減震和主動減震(有時也稱被動控制和主動控制)兩種。在高層建筑中被動耗能減震結構有耗能支撐、帶豎縫耗能剪力墻,被動調諧質量阻尼器以及安裝各種被動耗能的油阻尼器等。主動減震則是由計算機控制,由各種驅動器驅動的調諧質量阻尼器對結構進行主動控制或混合控制。⑦新的施工技術與施工工藝不斷出現。
參考文獻
[1] 周小忠.淺談高層綜合性建筑設計中的消防設計[J].2004,12.