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中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:
1、低碳建筑的概念及优势
1.1低碳式建筑的概念
低碳建筑,主要是指建筑在规划设计、施工作业、竣工验收以及投入使用的整个过程中,通过采用节能技术和产品,实现低消耗、低能量、低开支, 以及降低二氧化碳排放的目的。就目前来看,低碳式建筑的主要研究工作集中在使用空调和暖气设备能耗较高的地区。为了提高低碳建筑在这些地区大规模的投入使用,需要综合考虑建筑的设计、用能、构造、运营、排放、营造和用材等各方面的问题, 以便实现真正意义上的节能减排、绿色环保。
1.2低碳建筑的优势分析
在以往的建筑设计过程中,往往面临着资源消耗大、环境污染严重和土地资源不合理利用等问题,不但对周边生态环境造成影响,某些超标材料的使用甚至会威胁到人们的身体健康,而且,也严重制约了建筑行业的建设和发展。通过采用低碳式建筑设计,能够有效降低能量的消耗,同时能够起到再现新型建筑艺术的作用。具体分析如下:
1.2.1有效降低能量消耗
据数据统计,建筑物的总能耗通常有一半以上是在建设和使用建筑物的过程中消耗掉的,而且在这过程中大约有34%的污染物产生。相比较之下,低碳式建筑在能量消耗要求更低,对于环境的保护有着重要意义。
1.2.2再现新型建筑艺术
传统的建筑多是采用商品化的生产设计技术和方法,无法准确到位地体现建筑的艺术美。而低碳式建筑,则可以在不违背周边自然和气候条件的基础上,将本地文化和原材料融入到设计理念当中,在展现本地风格的同时,也形成了新型的建筑美学。
2、低碳建筑设计技术及方法
2.1内部环境设计技术及方法
声、光环境的设计。在低碳建筑内部环境设计过程中,在天然采光方面,应该充分考虑到整栋楼的每处窗户的面积及方位,并将楼层设计成波浪形或弧形,以便增加日照时间。同时,还可以在室内浅色调装修的基础上,通过增设反射光板或光导管等天然光导入设备,实现二次反射光线的利用,从而保证室内有足够的光线,减少白天人工照明的能耗。此外,为防止夏季时建筑内部接收到过多的太阳辐射,可以增设可收放的遮阳蓬, 门窗朝向的方位要尽量保证自然通风。在声环境设计方面,应该尽可能将卧室设置在远离噪声源方向,尽可能降低噪音的影响;若是无法避开噪声源或噪声较大,可以采用隔音窗阻隔室外噪音,并在住宅区沿路栽植绿色植被,进一步降低噪声的影响。在进行实际的声环境设计时,可以在采用亥姆霍兹共振原理上,充分利用多孔吸声材料组成吸声构造,己达到音质设计效果。水、热环境的设计。低碳式建筑设计,在进行水环境方面的设计时,需要考虑到水质和水量的问题。通常低碳式建筑可以用到的节水方式主要有两种,第一种是选用具有良好节水功能的供水设施;第二种则是在建筑周边安装收集雨水的装置,并建立起一整套污水处理系统,将污水进行就地处理。在进行热环境方面的设计时,可以利用集制冷、取暖和生活用热水一体化的热环境技术,起到建筑节能和环保的作用,并保证整栋建筑的热供应达到居民舒适度的要求。
2.2外部环境设计技术及方法
外部绿化的设计。在低碳式建筑设计过程中,为进一步减少二氧化碳的排放、降低能耗和提高土地资源的利用率,在外部绿化设计方面,应该先统一整合建筑空间与城市绿化,可以采用建筑与绿化复合使用的方式,将建筑的外部绿化与城市绿化覆盖使用,既能够提高经济效益和土地利用率,又能够人性化地解决低碳式建筑与城市生态问题,与此同时,还能够实现城市公共空间体系与低碳式建筑的有机整合。为此,在低碳式建筑设计初期,可以尽量考虑靠近城市绿化设计。
外部智能系统的设计。为了贯彻落实低碳式建筑的设计理念,在满足用户使用需要的基础上,应该进行外部设备的优化工作,尽量减少外部设备的运行时间,做到节约电能和减少电厂大气污染物排放。可以建立起便捷的信息设施系统、信息化应用系统等智能系统,让用户在建筑内便可与外界进行信息交流与应用,例如通过网络视频进行远程办公、通过智能安防系统了解周边环境动态等方式,最大限度减少交通压力对人们的影响,以及二氧化碳排放过多对环境造成的影响。同时,加强对新型能源的利用,通过将太阳能、风能等可再生能源转化为电能的利用方式,或是合理处理雨水、降雪等自然资源,可以实现与周边生态环境和谐共存,营造出一个高效平衡、低能耗、无污染的建筑环境,提高低碳式建筑的可持续服务能力。此外,智能安防系统作为建筑外部智能系统中耗能最高的技术,在采用时,应该最大限度优化终端节点的选取,通过事先进行建筑周边环境地形、围墙等方面的勘测,从而实现以最少的终端摄像头进行全方位、多角度的布控;并合理控制智能安防系统的作业时间,当用户在户外或白天时,可以暂时关闭智能安防系统, 以节省能耗。换言之,对于建筑外部各种智能设备,不但要保证其安全可靠、高效运行,同时也要提高其工作效率,尽量减少能耗和控制维护成本,实现低碳式建筑的节能、环保理念。
2.3基于数字化、物联网和遗传算法等的低碳式建筑设计
基于数字化、物联网和遗传算法等的设计技术及方法,能够实现对建筑进行科学的分析、预测、监控、反馈和控制,减少建筑的碳排放量,满足可持续发展要求。通过数字化技术的精确调控,可以准确掌握周边声、光、水、热的参数,有效控制碳排放量及能耗。通过物联网技术,提高建筑对周边生态的数据采集和监控能力,并将数据传输到互联网, 由互联网准确科学地诊断能耗数据,并找出改进措施。而利用遗传算法技术,则可以在计算机上模拟建筑物及其周边环境,找出建筑内部、外部影响低碳式建筑设计的原因,方便建筑设计人员提供优化方案。
3、结束语
通过对低碳式建筑设计技术及方法的分析和探究,从一定程度上加深了广大建筑设计人员和用户对低碳式建筑的认识和理解。低碳式建筑的设计,需要广大的建筑设计人员与时俱进,转变以往的建筑设计理念,从节能、环保、低碳等多个方面综合考虑低碳式建筑的设计方法,并结合现代化科学技术,探究高效实用的低碳式建筑设计技术及方法,从而推动我国低碳式建筑设计的发展与进步。
参考文献
和阻力。针对这些问题,笔者在促进建筑业可持续发展的具体措施方面进行了初步探讨。
可持续建筑建筑设计建筑技术
一、做好生态建筑规划设计
建筑规划和设计是建筑的灵魂和生命,优秀合理的规划设计不仅能够为人们提供健康、舒适的空间,还能够降低建筑施工期间的难度、运营期间的能耗物耗、拆除后的废弃物,所以规划设计是建筑业可持续性最重要的影响因素。在建筑规划设计时,应满足最大需求和舒适度的前提下,从节约能源和环境保护的角度来进行,将设计、选材、施工统筹考虑,尽量采用新技术、新材料,利用清洁能源。从国内已实施的生态建筑设计案例来看,都取得了不错的效果。
在进行可持续建筑规划设计时,应充分尊重当地的自然地貌和气候条件,使建筑最大限度地保护并融入原有的生态环境;根据自然条件,充分考虑自然通风和天然采光的要求,减少空调使用和照明;通过采用高效保温复合墙体和屋面材料以及密封性良好的门窗,阳台遮阳体系,屋顶绿化措施,并采用高效建筑耗能系统及设备,减少建筑运行能耗;多使用太阳能、风能、水能、地热能等可再生清洁能源;采用雨水收集系统与污水处理循环系统,建筑应用高效节水用具,提高水资源的利用效率;在建筑设计时,尽可能减小窗墙面积比,窗墙面积比越小建筑耗能越小,尤其广东等华南地区属于夏热冬暖地区,这些地区在满足采光要求的情况下,不要大面积使用玻璃幕墙,这样会导致隔热差,建筑在使用阶段能耗高,而且还会造成光污染。
二、加强企业可持续施工管理
很多建筑企业绿色施工意识和环境保护意识的不足,没有把可持续施工能力作为企业的核心竞争力与可持续发展的动力,而是专注于经济效益。建筑企业应正视自身的社会责任和义务,增强自身可持续发展的意识和责任感,积极促进施工过程的可持续能力。
加强施工现场材料的使用效率,做到建筑材料最大可能的充分利用,加快陈旧老化施工设备的更新换代速度,降低施工过程的资源浪费和环境的负作用。企业的价值观应该与社会发展方向一致,并勇于承担社会发展的责任,要把可持续竞争力作为企业发展战略,把节约资源、环保和改善生态与环境、有益于消费者和公众身心健康的理念融入企业经营战略之中,获得竞争优势和商业利润,实现企业的可持续增长与人、自然和谐发展建筑企业必须提升自身管理水平和信息化水平,建立并完善可持续施工管理体系,还应制定一套可持续施工管理制度和目标。在施工过程中要统筹安排材料使用、能源消耗、环境保护等关键环节,从规划、组织、实施、评价及人员五个方面入手对整个施工过程实施动态监管,加强对施工策划、施工准备、建筑材料采购、现场施工、工程验收等各阶段的管理和监督。
加强建筑施工场地的管理,推行清洁生产,重视生态环境保护。建筑企业应自觉实施清洁生产,严格执行施工措施中的清洁生产要求。城市管理部门、环保部门、建设主管部门和施工单位应相互配合,对建筑施工现场进行封闭施工,对现场易产生粉尘的物质采取有效措施,如洒水、地面硬化、围档、密网覆盖、封闭等,防止扬尘产生。施工现场驶出车辆要冲洗,建筑材料和土石方的堆放运输过程要采用蓬布覆盖,有效减少粉尘污染,实现文明施工。建筑企业应该注重施工过程对环境的影响,积极进行建筑垃圾分类回收处理,重视空气污染、噪音污染、水污染,将建筑施工对环境的负面影响降到最低,走可持续的建设发展道路。
三、鼓励加大绿色投入和引进先进技术和设备
我国对完善发展绿色建筑、绿色施工相关的行政管理督促职能尚未予以高度的重视,管理意识薄弱,致使各地绿色建筑、绿色施工发展水平良莠不齐。例如在资源消耗方面,我国现行的行业规范还没有可操作的奖罚措施来强制利益主体积极进行推广节能建筑和节能施工的采用,政府对行业的引导力度不足。建设主管部门应加强引导绿色建筑、绿色施工在建筑行业中的应用和推广。
政府还应加对建筑产业发展结构的调整,使建筑业从高消耗、低产出的劳动密集型产业向资本密集型、技术密集型产业发展。调整建筑企业规模结构,使我国建筑业规模结构成为金字塔型的多层次结构,建立建筑企业良性竞争机制。鼓励专业化的小型建筑企业的发展,通过给予中小建筑企业相应扶持政策,如提供融资、信息、培训、政府采购优惠,促进中小型建筑企业向专、特、精方向发展。形成以工程总承包企业为龙头和核心,以施工总承包和专业承包等众多中小型企业为主要参与者的金字塔型产业结构。
四、加强科技研发投入
我国建筑业劳动生产率较发达国家有很大差距,很大程度上是由于建筑业技术水平低下造成的。据有关计算科技进步对建筑业的贡献率还不到,甚至大大低于科技进步对农业的贡献率,也远低于科技进步对整个经济的贡献率。我国建筑行业的科技含量亟待提高,应加大科技研发的投入,努力提高科技成果在建筑工程实践上的转化。只有随着科学技术水平的上升,才能研发出拥有良好性能的建筑材料,才能研制出先进的生产技术和设备,才能创造出高效合理的施工工艺流程。因此要提高产业技术水平就需要加强建筑业科技研发投入,提高技术水平和劳动生产效率,改善投入产出关系,提高我国建筑业的国际竞争力。
五、提高从业人员专业素质
建立一支高素质的管理和施工人员队伍是实现建筑业可持续发展的关键所在。但是目前施工一线的劳动人员大多数是进城务工的农民工兄弟,多数人员受教育水平不高,更重要的是多数没有接受专业知识培训和上岗培训,不仅无法保证工程质量,而且容易导致安全事故频发,还阻碍了施工新技术、新工艺在建筑中的应用,极大地影响了可持续施工的发展进程。高技能施工队伍紧缺已成为制约建筑业健康发展的瓶颈,要防止建筑业产业结构调整条件下技工短缺问题,惟有加强农民工教育与技能培训工作,提升上千万施工队伍的素质和技能,造就一批符合建筑业发展要求的技能型产业工人队伍,实现农民工向技术工人的转变才是建筑业可持续发展的必要条件之一。建设一个高素质的建设队伍不仅能够提高施工质量、减小安全事故的发生,还能促进新技术、新工艺在建筑工程中的应用,提高建筑业劳动生产率。
参考文献:
【关键词】 大空间建筑;设计特点;大空间结构设计;剪力墙结构;轻质隔墙
Large space building design and related technology application
【Abstract】 The large space is the time to pursue development on the living environment, the traditional structure can not meet the
small space a large space, the needs of large span, the paper design concept from a large space, the new structure and the application of
a light partition Analysis and Discussion.
【Key words】 Large space building; Design features; Large space structure design; Shear wall structure; Light partition wall
目前住宅建筑工程普遍采取的大空间建造形式,是时展中人们对居住环境的追求,由于建筑结构形式的增大,使得传统的小空间结构形式不能适应大空间、大跨度的需要,文中对大空间从设计理念、新型结构形式及轻质隔墙应用进行了分析探讨。
1大空间住宅建筑设计问题
1.1大空间住宅的提出。大空间住宅,是指相当于一般的普通住宅,具有空间较大、空间宽阔,并可实现住宅内空间灵活、自由分隔特征的住宅类型。大空间住宅,实质上是遵循和充分体现了将住宅分为“撑体”和“分隔体”两大部分的住宅设计思想。所谓“支撑体”,是指住宅的支承骨架,主要是由承重墙(含非承重外墙)、楼屋面板、楼梯等结构部分组成,由他们围合所谓“屋壳”,共同界定了住宅内部空间。而“分隔体”是则由轻质内隔墙以及可起到风隔空间作用的家具等组成,他们的主要作用是将屋壳内的住宅空间划分成为各种功能的和大小不同使用空间。这种所谓“支持体理论”的提出和发展,实质上使住宅设计及其建设进入了一个新的阶段,设计师和房地产开发商只需向住宅用户提供支撑体“屋壳”,而可以由用户根据自己的需要,进行合理的空间分割与装修。
1.2 大空间住宅设计的特点。大空间住宅类型之所以被市场认可、接受和欢迎,主要的原因还是在于大空间住宅有着自身一些独特的优点:①空间尺度的扩大化;②住宅空间的灵活可变分隔;③层内任意划分个套面积;④创造底层开放的商业、会所及配套服务空间;⑤创造车位充足的地下车库;⑥减少公摊面积和成本费用。
1.3大空间住宅设计理念的发展。现今的住宅设计领域,已经有众多的设计者和研究者涉足大空间住宅领域,并逐渐形成了一些较为完善和系统的大空间住宅设计理念。大空间住宅设计理念的根本出发点是在 “以人为本”的原则和宗旨之上的,认为住宅既然是商品的一种,住宅设计就应紧密贴合居住者的生活习惯和行为模式。大空间住宅设计理念所追求的是以最简单的概念设计达到最大的空间弹性,并强调人要掌控空间,而非由空间来支配人。所以对于住宅而言,无论面积大小,都应该由人的需求来主导空间,由空间服务于人的需求。大空间住宅设计理念要否定“住宅是居住的机器”这样的观点,现代普通住宅的设计理念倾向于让居住者与自然、甚至是物质的自我隔离开来,这是一种人为的隔离,忽视了人与周围城市之间存在的“内在性”和“非物质性”的东西。基于这些,大空间住宅设计理念更注重住宅的空间感和空间特性,注重住宅的内在的精神,强调空间的“不确定度性”,强调空间和物体的灵活性与多变性,强调住宅的亲密感、隐私性、自发性与弹性的本质,组合各种居住的可能性、赋予空间全新的表现形式,提出一种满足最大弹性空间要求的简单设计。
1.4大空间住宅设计LOFT住宅设计与开发。近些年来,一种“LOFT”住宅在我国多个城市悄然兴起,并得到了较好的发展和较高的市场认同度。所谓“LOFT”出自美语,原意是指工厂或仓库的楼层,现在在大空间住宅设计中,特指那些没有内墙隔断的开敞式平面布置住宅,有些人也称之为“STUDIO”或“APARTMENT”。LOFT住宅体现有两大特点:一方面是大空间住宅的基本特性,即创造没有内墙隔断,的开敞式平面布置住宅,即所谓“大空间”,主要结构特点在于在建筑中采用剪力墙,只有单元四周的外围护墙承重;而单元内所有的分室隔墙和不承重的轻体墙体,全部可以拆除。LOFT住宅单元空间具有流动性,即户型内是无障碍的,除了卫生间和厨房因管线关系不可以改动外,整个户内没有隔断,住户可对所有空间自由组合、进行重组,也就具有了变化多端的个性,有些家具可以带轮子,以方便随时移动,这些使得LOFT住宅在房产市场占有了“百变家具”的名誉。另一方面则是LOFT住宅的特有优势,即LOFT住宅一般层高较高,层高可相当普遍住宅的一层半甚至两层,目前住宅市场上的LOFT住宅一般层高可达4.6~5.4m,可供住宅业主根据自身需求架设隔层变为复式户型,而客厅一般做成双层挑空的效果,这样的70m2的户型可做到三室一厅或者两室两厅甚至更多房间及其组合,可利用的空间也变得更加多,性价比大大增强。在横向空间与纵向空间均强调宽敞与灵活的基础上,LOFT住宅充分体现着当代居住空间的前卫特征,即:透明性-过去住宅大都强调私密性,过着与外界似乎隔离的生活,但LOFT却十分开放,以大落地玻璃窗为主,绝少遮挡,强调与社会一同生活;开放性——LOFT住宅不但可以平面组合,也可立体组合,真正做到了空间的流动性和全方位组合;个性化——LOFT住宅的空间预留特征可谓发挥到了一种极致,让不少注重个性和创意的年轻人兴奋不已,LOFT也因此被称为“魔幻空间”。在LOFT住宅中,还提倡可以用家具代替墙壁。在住宅大开间中利用家具作为墙壁,可以把家具“化明为暗”,突出其使用功能,将家具的装饬作用降到最低,从而从另一方面降低家具的造价。而使用家具作为功能性空间的分隔,还可以提高住宅的利用率,无形中增加了房间的使用面积,而且使室内的装束风格显得简洁。LOFT这种概念的建筑形式和其它的大空间住宅一样,充分体现了“以人为本”的设计思想,诠释了更具张扬个性的家具的概念。户主和设计师不再会受到原有建筑格局的限制,可以充分发挥自己的想象力将空间重新划分,因此这种住宅在家庭装修的设计、施工和选材,以及家具和装饰品
的选用等方面,都和传统的住宅有所不同。由于涉及住宅面积计算等规范问题,某些城市对LOFT住宅开发有所限制,但这并不影响LOFT住宅在大空建筑在设计中的特色优势和独特功能。 2大空间住宅结构设计
大空间住宅在结构布置上有其鲜明的特点。大空间室内无承重横墙,在开间和进深两个方向都具有灵活性;分户墙和承重墙合一,以保证分户墙的坚固性和隔音性能;户内厨房、卫生间相对固定,其他使用空间可灵活布置,正是由于上述平面布局上的特点,决定了大空间结构不同于一般多层小空间住宅的布局。因此,在结构造型上,有其特殊性。 2.1采取异形柱框架轻型结构。在框架结构的基础上,结合框架结合的受力特点,在众多新建住宅中出现了一种异形柱框架轻型住宅结构体系。这种结构体系与其他传统结构相比,具有的主要特点是:有T形边柱、十字形中柱、L形角柱组成框架受力体系,其柱间填充墙与柱壁同厚,室内基本不会出现柱楞,便于住宅室内空间的使用,填充墙采用轻质保温隔热材料,因而墙体减薄,与砌体结构相比可有效增加使用面积。异形柱框轻住宅结构体系在多高层住宅中的应用方面具有良好的发展前景。
2.2采取剪力墙结构。目前,剪力结构体已成为现代住宅中应用广泛的结构之一,也是高层建筑的首选结构形式之一。所谓剪力墙,其实就是现浇钢筋砼墙,这种墙体承担水平构件传来的竖向荷载,同时又承担风力或地震作用传来的水平荷载,这样的水平荷载对墙、柱产生一种水平剪切力,剪力墙由此而得名(在抗震结构中又变成抗震墙)。剪力墙结构由纵、横方向的墙体组成抗侧向力体系,他的刚度很大,比框架结构有着更好的抗侧向力的能力。剪力墙结构体系,就是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁和柱,墙的厚度大概在200~400mm之间,形成一个大的整体受力结构,他能有效的抵抗结构在水平方向上承受各种作用力形成的破坏,控制各个内部结构顶点的位移,所以有很好的抗震性能、整体性和空间作用,可以建造较高的建筑物,不足之处在于结构自重较大,施工在梁柱交接处钢筋过密而砼灌注有些难度。剪力墙结构除了建筑质量上的优势外,户型比传统结构的户型也有一定的优势,尤其在高层和小高层建筑上,房屋空间方正,通过先进的规划可以达到真正的四明房屋,间间采光,住宅室内找不到外露的梁、柱楞角,这样的结构有效的扩大了房屋的使用面积,便于室内装修布置,方便使用。目前剪力墙结构形式已经逐渐成为高层建筑采用最多的一种结构形式。
2.3预应力无梁楼板的采用。实现住宅的可塑性开放空间,预应力大跨度无梁楼板为大空间建筑提供了有利的条件,也使墙体采用可拆移轻墙成为可能。预应力无梁楼板,其跨度一般6~10m较为经济合理,可以实现无梁,无柱帽,竖向承重构件可以是钢筋混凝土的墙或柱,但应该注意到厨卫管线穿楼板应避开楼板暗梁位置即可。由于预应力无梁楼板可以实现较大跨度的连续空间,在大空间住宅需要进行户型合并时,就可以得到更大的厅、更大的居住空间和更大的其它多用途空间,而不是在钢筋混凝土剪力墙上开凿门洞口,是空间简单的连通。预应力无梁楼板对空间带来的延伸正是大空间建筑所需要的。目前在一些高层建筑和新开发的大空间公共建筑及住宅楼盖工程中,已开始推广采用以低松弛钢绞线为主的无粘结预应力混凝土结构技术,可以有效地提高结构的整体性能,改善建筑利用空间的利用价值。此外,新型SP预应力空心板也正在被逐渐开发和采用,它具有生产工艺先进、设计灵活、减少梁柱、增加使用净高等优点,适用于砌块、框架、剪力墙等多种建筑结构,目前正对SP板的节点构造进行进一步的研究,改进其抗剪性能,SP预应力空心板的使用会大大有利于大空间住宅建筑的建设和施工速度。
2.4钢结构对住宅建筑的影响。除了异形柱、框架、剪力墙、大跨度预应力楼板等结构创新有利于住宅的可塑性开放大空间外,钢结构对未来住宅的影响也是不可避免的。钢结构建筑住宅还是有很多自身独特的优势如;抗震性能更优、与混凝土结构相比,钢结构的抗震性能要好得多。首先,钢结构的结构自重轻,比砖混结构轻20~30%,比混凝土剪力墙结构轻20%,结构侧移、受力都不是有地震力控制而是有风荷载控制;其次,钢结构材料延性好、抗震性能强,钢梁、钢柱组成柔性框架,可以吸收部分地震能量;最后,结构体系基本上不进行转换,竖向刚度均匀。在钢结构住宅设计中已不再成为重要的问题的,例如一些钢结构柱为型钢砼组合柱的项目中,结构构件断面尺寸可以大大减小,以清华大学土木工程系钢结构住宅建筑开发小组研制的大空间住宅技术,本身就体现了钢结利用方面的优点。这个大空间是一个以11m×(12~18)m的无梁无柱的大空间,这个空间可以满足这样的需要;同一空间,可以提供各种不同的形式的户型布置方案,它可以是一居室、二居室、三居室,也可以是公寓式写字楼等等;整体卫生间可以在较大的区域内自由放置,而且可以是一个、两个、三个不等;他可以在不需要吊顶的前提下自由布线,也可以在不需要往楼板上打眼盯木楔子的前提下自由地吊顶;楼板厚度只有140~190mm;户型的不固定,可以满足多类人群的需要,大大提高了被选择的可能性。这些空间利用特色正是大空间住宅特点和市场竞争力的核心。如今,钢结构住宅的研究开发已在一些地方试点,目前已经有多种的低层、多层和高层钢结构大空间住宅的设计方案和实例。由于钢结构住宅可做到大跨度、大空间,分隔使用灵活,而且具有施工速度快、抗震有力的特点,相信对于住宅发展的未来说,必将对我国传统的住宅结构模式产生较大的冲击和出新。
3大空间结构住宅轻质隔墙的采用
3.1轻质隔墙的基本性能。在大空间住宅中,除了承重结构之外,住宅内部的轻质隔墙也是一项重要因素,它具备了一些基本的特征是厚度和质量、防火性、隔声性、保温隔热。
3.2大空间住宅轻质隔墙的采用。目前在国内可用来作为隔墙的新型轻质隔墙的品种很多。薄板有:纸面石膏板、纤维水泥加压板、埃特尼特板、TK板、轻质玻璃板纤维增强水泥板等。这些薄板需以龙骨作为支架,用射钉枪固定在墙、楼板上,属半固定性,拆改后会在墙、楼板上留有痕迹。条板有:加气混凝土板、石膏空心条板、纤维增强水泥空心隔墙板、GRC珍珠岩夹心隔墙板、轻质陶粒混凝土隔墙板。这些条板大多600~1200mm宽,安装时,纵向板缝间以黏结剂胶结,拆除后需要重新换资料,但价格较低,目前可为大多数人所接受。其中,GPC轻质隔墙板是近年来发展最快、应用量最大的一种轻质隔墙产品,是建筑物非承重部位替代粘土砖的最佳材料。该产品的质量为粘土砖的1/6~1/8、厚度仅为6cm、9cm或12cm,其性能相当于240mm砖墙。产品的耐水、防潮、防水、抗震性能均优于石膏板及硅镁板,施工特点在于速度快,易于操作。GRC轻质隔墙板适于做高层建筑的分室、分户、卫生间、厨房非承重部位的隔断,也适用于各种快装房的建造与旧房的加层。主要的特点还有:面密度低,抗折破坏力高,防火性、防潮性、抗震性好,干缩、变形小、制作简便,安装快捷,可以有效地扩大建筑使用面积。 此外,木质轻质隔墙也是一种良好的隔墙材料,装束效果美观,施工时首先对该板进行精确的定位,根据固定点线的位置将木板固定在墙上、楼板上,有时中间采用“U”型木楔固定,拆改时板材可重复使用,墙地面遗留痕迹不多。
关键词:建筑;抗震理论;抗震设计
2008年5月12日,四川省汶川县发生里氏8.0级的大地震。地震给四川和周边各省及自治区造成巨大的生命财产损失。地震波及范围更远至北京、上海等城市。据最新统计数字显示,仅四川省就有近7万人在大地震中遇难。地震的发生会带来各种各样的自然灾害,发生在陆地会造成山崩地裂,发生在海底会带来巨大海啸,而发生在城市,就可能造成房屋和桥梁的倒塌。汶川大地震给四川多个城市带来了巨大的影响,成都、都江堰、北川、映秀等地遭受了不同程度的破坏,其中北川县城被夷为平地,无数房屋的倒塌也造成了无数的人员伤亡。距估计此次地震灾难的遇难者,绝大部分的死因都是房屋的倒塌。这次灾难的发生,把人们的关注聚焦在房屋的抗震问题上。如何利用现有的经验,结合实际,研究创造出新颖、有效的抗震技术,成为建筑界当前一大重要课题。几十年来,我国在抗震技术的各个领域都有长足的进步,就目前的水平可以与国际接轨,某些方面还处在领先水平。但仍有值得改进的方面。
1抗震基础理论的发展与研究
地震烈度是衡量地震强烈程度的尺度,也是表征地面和结构物破坏程度的尺度。我国解放初期没有自己的地震烈度表,50年代后才制定了《新的中国地震烈度表》。1970年后又制订了《中国地震烈度表》(1980)。但是,工程界应用烈度概念来衡量地震对结构的破坏程度,既作为工程设计时的依据和目标,又是地震时结构破坏的宏观结果,在概念和逻辑上均有所含混。虽然《中国地震烈度表》(1980)采用了地面加速度峰值和速度峰值作为烈度的物理指标,然而问题似乎尚未完全解决。因此,地震的工程标准问题还有待进一步完善和改进。
在抗震分析理论的研究方面,近些年来也取得明显进展,结构弹塑性理论分析作为一种较精细的抗震分析方法目前已得到应用和推广;建筑结构的变形计算与控制在抗震设计中也越来越受到重视。唐山地震后对于大震作用下如何防止房屋倒塌,对薄弱层进行弹塑性变形分析验算是必不可少的。客观需要促进了建筑结构变形计算的研究和设计,从而成为抗震动力学的新分支。非线性地震反应谱的研究作为工程地震反应研究中的基础性工作,在我国开展较早。80年代初,我国研究了延性谱和位移比谱,延性谱是以延性系数为谱值坐标的非弹性位移谱,位移比谱表示了弹塑性结构最大位移反应与相应弹性结构最大位移之间的关系。非线性地震反应谱方面的研究涉及地震与结构基本特性的关系,它不仅为抗震设计验算提供了准则概念和参数基础,而且加深了对复杂地震运动与结构破坏相互关系的进一步认识。我国还对在多维和多支座地震输入下结构的反应及结构的扭转反应进行了研究,并取得了重要成果。
2抗震设计发展与研究
2.1抗震设计发展
1)工程结构:工程结构的抗震试验研究工作在我国大体从60年代后期开始,一般只进行过静力水平力模拟试验。1976年唐山地震以后,对各类结构展开了全面的试验研究工作。随着试验装备的更迭,引进和国内自行研制了仿静力试验装置、模拟地震振动台等先进设备,对结构构件和整体房屋模型进行了数量众多的试验研究,从而取得了一系列极有价值的成果,为推动我国工程结构的抗震理论发展和抗震设计的完善奠定了基础。
2)砌体结构:在砌体结构抗震方面,通过在砌体中设置钢筋混凝土构造柱的单片墙和整体房屋模型试验研究,证明构造柱作为约束砌体的有效构件在防止房屋突然倒塌时有良好作用,为设计构造提供了可靠依据。先后出现了剪力墙结构、框架―剪力墙结构、筒体结构等结构体系,促进了多层和高层建筑抗震设计的应用和发展。
2.2现阶段我国与国外抗震设计对比研究
2.2.1我国及主要大国的抗震设计
1)在抗震设计方法中,我国规范采用的是基于概率理论的极限状态设计法;“89规范”和现行规范(GB50011―2001建筑抗震设计规范)采用二阶段设计实现“三水准”的设防目标:第一阶段设计是“小震”水准的强度验算和弹性变形验算,第二阶段设计是“大震”水准下的弹塑性变形验算。
2)日本规范对第一设防水准的设计地震作用下的抗震验算,采用容许应力设计进行强度验算,同时还要验算各层的层间角变位是否满足要求;对于第二设防水准的设计地震作用,验算采用极限分析所获得的楼层极限承载能力是否大于规定的必要的极限承载能力,而建筑物的必要极限承载能力的值随该建筑物延性大小而变化。在必要极限地震剪力的计算公式中,引入了修正系数,称为结构特征系数,以考虑结构延性对地震弹性反应谱的折减。
2)美国规范(如SEAOC、UBC―97)规定的设计水准为50年超越概率为10%的地震(相当于我国的“中震”),并在此水准下进行结构的承载力验算和变形验算,地震作用计算中引入了折减系数R,以考虑结构延性和超强的影响。
3)欧洲规范(Eurocode8)引入所谓的结构性能系数q对弹性地震力进行折减。结构性能系数q用于反应结构延性的影响,而且在理论上与结构位移延性系数和结构的自振周期有关。
2.2.2我国抗震设计借鉴方向
(1)借鉴方向选择
我国抗震规范所采取的技术路线与欧洲、美国和日本等国既有类似之处,也有不同之处。四川汶川地震暴露出我国在学校等大型公共建筑抗震设防上的不足,我国学校的设计和建设,是按标准走的,问题在于没有提高标准。学校在抗震方面存在几个先天缺陷:一是房间大,二是窗户大,三是走廊长,缺少墙面支撑,抗震能力就弱。而日本的学校、医院等大型公共建筑则是抗震设防最高的建筑,在地震灾害时,能作为临时避难所使用,大大降低地震灾害损失,提高抗震救灾应急能力。因此,笔者认为,可借鉴日本等多震国家的抗震规范,提高学校等大型公共建筑的抗震级别。
(2)论国外先进抗震理念及技术
1)重视学校建筑抗震:日本防震有一个基本原则,就是“学校是第一避难所”,所有的房子都可以倒,学校的房子不能倒。这也是日本总结历次地震灾害教训的结果。日本校舍多采用钢骨架,可以起到弹性防震作用。日本的学校是防灾的中心,是市民最放心的躲避灾害场所。
2)采用先进材料:在日本,许多高层公寓采用了与高层写字楼同等水平的抗震设计。有些公寓还使用了刚性结构抗震体。如遇阪神大地震级别的地震发生时,柔性结构的建筑一般要摇动1m左右,而刚性结构建筑只摇动30cm。三井不动产公司在东京都杉并区出售的一座免震结构公寓高达93m,建筑物的使用了新研制的高强度16积层橡胶,建筑物的中央部分使用了天然橡胶系统的积层橡胶。这样,在6级地震发生时,就可将建筑物的受力减少至二分之一。
3)使用现代科技:美国建造了一种可以防震的“滚珠大楼”,在建筑物每根柱子或墙体下安装不锈钢滚珠,由滚珠支撑整个建筑,纵横交错的钢梁把建筑物同地基紧紧地固定起来,发生地震时,富有弹性的钢梁会自动伸缩,于是大楼在滚珠上会轻微地前后滑动,可以大大减弱地震的破坏力。日本设计了一种“弹性建筑”,有较好的抗震性能。这种弹性建筑物建在隔离体上,隔离体由分层橡硬钢板组和阻尼器组成,建筑结构不直接与地面接触。阻尼器由螺旋钢板组成,以减缓上下的颠簸。
4)地震报警系统:日本目前已建立了一套电脑化的地震报警系统,能在大地震发生几秒钟内切断煤气、水、电等公共设施的供应。同时,日本正在普及用于公共机构和住宅的独立单元式安全供电、供水等设备。
5)严格控制建筑工程质量:在日本,一个建筑工程要获得开工许可,必须提交建筑抗震报告书。报告书要根据地震的不同强度,计算不同的建筑结构在地震中的受力大小,进而确定建筑的梁柱位置、承重以及施工中钢筋、混凝土的规格和比例。
【关键词】工业建筑;抽柱改造;设计;施工技术
中图分类号:TU74文献标识码: A 文章编号:
引言
改造的工业建筑是既有建筑,具有稳定的承载结构体系。改造将破坏既有传力结构体系,通过新增结构构件再造承载结构体系。改造建筑现场空间有限,并受到工艺、设备的限制,再造结构体系的几何尺寸、形状必须适应环境建造,导致再造后的承载结构体系不能完全满足新设计结构标准,是非标准结构体系,包括结构形状、尺寸与支座形式的非标准。改造建筑实施过程的形状随时间变化,最终改造产品是确定性结构体系,可以按现行设计规范设计。过程产品是时变性结构体系,必须按实施过程和时间,满足《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2001)的规定,进行承载能力极限状态设计和必要时的正常使用状态验算,其设计验算结构按时间冻结法,将施工过程时变结构简化为最危险的几个状态的典型结构。
1工业建筑托梁抽柱改造设计应遵循的原则
托梁抽柱在厂房土建改造中技术较复杂、设计施工困难,对改造安全、质量、造价、工期影响较大,需遵循以下原则:
(1)在满足有关规范标准和工艺要求的前提下,因地制宜、合理有效地尽可能利用现有土建结构,新老结构共同作用、协调受力。
(2)充分考虑厂房改建的实际施工条件和工期,在结构选型和布置时,尽量考虑有利于缩短施工周期和便于加工及实施的结构方案。
(3)对于必须利用的原有结构,设计中充分考虑实际状况、受力变化情况等方面,进行必要的结构检查、鉴定和安全度复核,以采取合适的措施,有效保证结构的安全适用可靠性。强度和刚度不够时需进行加固处理。
(4)改造的最终目的要做到技术可靠、安全适用、经济合理、施工简便和确保质量。
2托梁抽柱改造的施工程序及注意事项
(1)加固工程专业性较强,所以托架制作、吊运和安装由专业的安装施工队伍进行,并制定了稳妥的施工方案,按国家《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90)和《钢结构加固技术规范》(CECS77:96)实施。
(2)做好拆改的准备工作和应急预案,研究施工过程对结构的变形受力的相互影响,合理组织,使拆除与改造加固施工穿行,以免因拆除柱而改变原有结构的受力状态与影响结构稳定。
(3)对各层应保留的混凝土梁、板、柱构件根据检测报告要求确定是否进行防碳化处理。需进行防碳化处理的混凝土构件,在构件表面涂渗透型混凝土碳化保护剂,以防止混凝土保护层进一步碳化,保护钢筋不被进一步锈蚀,有效期为20年。
(4)在托梁抽柱前,对原有屋盖系统不需要的构件进行卸载。对屋面板及其搁置点、屋架及其端部、屋盖支撑系统等进行全面检查,检查各连接点是否牢固,凡不符合要求者先加固连接点或增设临时支撑,待加固完后再行拆除,以确保施工安全。
(5)检查屋面支撑情况,增设托架处屋面下弦支撑,以确保顶升时屋架的整体和局部稳定。
(6)托架支座处加大截面柱应待混凝土达到100%强度后,才能将钢托架安放到支撑钢梁上,并固定支座。加固施工前必须现场核对被加固构件的实际外形和尺寸,复查受损情况以及确定好施工操作条件和安全措施,如有与设计图纸不符的情况,应按实际尺寸调整。尺寸变化较大的,应及时通知设计方进行调整。施工中若发现原结构或相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷,如破损、严重裂缝、孔洞、主筋锈蚀、混凝土腐蚀等,应暂停施工,会同设计方采取有效措施处理后方可继续施工。
(7)按照结构构件间传力顺序、受力主次关系反向拆除的原则,自上而下、先非结构构件后结构构件、先水平构件后竖向构件、先次要构件再主要构件,依次拆除应抽柱的负荷及下面各层的楼面结构,进行卸载。在拆除不需要的结构构件的准备工作时,应掌握结构构件的连接状况、结构构件腐蚀受损现状、结构构件变形现状以及需保护的结构构件和范围,不得超出图纸给定的范围。拆除施工时采取严格的施工措施,避免重敲重凿,对应保留的结构构件予以妥善保护免其破坏受损;拆除时暴露的任何与图纸不符的情况应及时报请设计方处理,并对应保留的结构构件的任何损伤及时修补恢复。
(8)安放千斤顶,利用千斤顶顶住托架支座。顶升时全部千斤顶应同步工作,同时向上顶紧,使托架完全就位,并反起拱3cm,然后拆除应抽柱,同时支座仍然上顶,保持顶紧,不得使托架支座产生向下位移。要求托架中间跨最大下沉量不大于起拱高度-3cm。
(9)顶起屋架后,在拆柱安装托架过程中,应设置防止千斤顶回落的安全装置。
(10)应采取增加临时支撑等有效措施保证顶升后临时支柱的侧向稳定,保证结构的安全。
(11)托架安装完毕后,应对托架支撑柱进行沉降观测。要求如下:沉降观测按二级水准测量,在施工完成后测读一次,以后每一个月一次,竣工后每一季度一次,竣工一年后每半年一次,直至沉降稳定(稳定标准为连续两次半年沉降量不超过2mm)为止。
3 工业建筑抽柱改造设计案例分析
某轧钢厂房为两跨不等高厂房,跨度均为21m。因产品生产工艺改进,需要将厂房东端中列第2根立柱抽掉(图1),将现有的12 m通道改造为18 m通道,即托梁抽柱。
图1 轧钢厂房平面局部示意/mm
3.1 抽柱后的18 m托架结构形式选择
现有12 m通道处,支撑屋架的为12 m钢筋混凝土托架(图2)。原12 m托架不能拆除,所以设计利用原12 m托架改造为18 m钢筋混凝土与钢结构组合托架(图3)。
图2 丙01-03 12 m钢筋混凝土托架/m
图3 丙01-04 18 m钢筋混凝土与钢组合托架/m
3.2 18 m钢筋混凝土与钢组合托架设计
设计利用原12 m钢筋混凝土托架,通过外包钢的方式形成钢筋混凝土与钢组合18 m托架。18 m托架理论计算模型为铰接杆系模型 (图3)。但由于该改造结构为型钢与原钢筋混凝土结构组合,支座制作现场实施,由此带来模型的不确定性,为控制由于模型不确定性带来的巨大风险,其设计,采用最不利准则:设计模型=MAX{模型1,模型2,……,模型i,……,模型n}。
3.3工业建筑抽柱改造施工控制
工业建筑抽柱改造按施工工艺过程,控制结构安全。
3.3.1 施工过程
(1)加固丙01线、丙04线立柱。
(2)做施工不完整托架及03线屋架临时支杆(图4)。
图4 制作不完整的18 m托架
(3)截丙03上柱,完善托架,成带临时支杆托架(图5)。
图5 带支杆的18 m托架
(4)卸载拆除临时支杆,18 m托架承受荷载(图6)。
(5)拆除吊车梁后截丙03下柱。
(6)安装18 m钢吊车梁。
图6 承载的18 m托架
3.3.2 施工过程设计
施工过程设计计算模型如图7。采用前述设计施工方法,该项目施工完成后实测18 m托架最大变形2 mm,小于理论值5.9 mm,达到钢结构工程施工质量验收规范要求。一年来的使用表明,该工业建筑抽柱改造效果较好。
图7 施工过程计算模型
结束语
工业建筑抽柱改造是集设计与施工一体的工程技术,需要从最终建筑产品设计和施工过程设计两个角度进行控制。在利用原有结构的基础上,选择可行的设计、施工方案。
工业建筑抽柱改造施工过程是时变结构,选择最不利的结构状态、最不利荷载组合控制;工业建筑抽柱改造最终建筑产品设计,考虑现场制作的非标准支座类型,选择最大荷载效应的结构模型分析。
参考文献
[1]周铁军,张月淳,王雪松.保持生产功能的工业建筑改造初探[J].重庆建筑大学学报. 2004(06)
关键词:建筑电气工程设计 技术应用
中图分类号:F470.6 文献标识码:A
目前,节能问题成为建筑设计中的重中之重,电气节能是建筑节能的重要组成部分,电气设计人员在设计过程中,应从适用性、安全性、可靠性及经济性多方面综合考虑,通过合理的设计及运行方案减少不必要的能源损耗。电气系统作为民用建筑的主要功能系统之一,它的节能设计对于建筑使用过程的电力资源节约起着决定性的作用。电气工程的节能设计是指在保证安全用电的基础上,采取有效措施,提高对电能的有效利用率,进而达到节约能耗的目的。
1建筑电气节能设计的理念
电气节能设计理念则是在电气设计的同时,坚持在满足建筑物的功能的前提下,考虑实际楼宇建筑的整体经济利益和环保效果,通过合理的电力负荷计算,电气设备的选择,绿色照明技术的推广等,节省无谓消耗的能量。在设计中切实贯彻经济实用、科学合理、技术先进的原则,从而实现现代建筑的高效、节能、安全。
2建筑电气设计及技术应用中存在的问题
2.1由于国民经济的高速发展,建筑领域对电力需求的快速增长,发电装机容量和电网供电能力不足,建筑领域电力设备的增长速度远远超过了发电设备的增长速度,使建筑用电能源供不应求矛盾非常突出,全国相当多的地区出现了不同程度的拉闸限电现象,这就必须要求把建筑电气节能当做首要任务来抓。
2.2随着人们对能源和环境保护的日益关注,建筑物中如何充分利用天然光源来节约照明用电引起广泛重视。在满足建筑物的功能的前提下,合理的电力负荷计算,电气设备的选择,绿色照明技术等日益得到推广。
2.3人们对电气的需求量增大,盲目用电现象严重。普通大众以及企事业单位还没能认识到我国能源缺乏状态,国家对建筑电气节能的日常教育缺失,导致能源浪费严重化,甚至导致一些地区用电紧张,不得不在用电高峰期实施限电拉闸的局面。
3 建筑电气节能设计及技术应用原则
2.1要保证建筑物用电安全性、人们生活的舒适性和工作效率。满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足特殊工艺要求,如体育场馆、酒店、餐饮娱乐场所一些必需的电气设施用电,展厅、多功能厅等的工艺照明及电力用电等。
2.2节能应考虑国情及实际经济效益,不能因为追求节能而过高地消耗投资,增加运行费用,电气工程师在设计时应该通过比较分析,合理选用节能设备及材料,使增加的节能方面的投资,能在较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
2.3设计时首先找出哪些方面的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的,再考虑采取什么措施节能。如传输电能线路上的有功损耗,变压器的功率损耗等,都是无用的能量损耗;又如量大面广的照明容量,宜采用先进的调光技术、控制技术使其能耗降低。
2.4以提高能源利用率和综合效益为主要途径,根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定设计方案。通过正确的计算,合理选择电气设备及其控制方式,尽量在不增加或少增加投资的前提下取得较显著的节电效果。
4建筑电气节能设计及技术的应用措施
4.1减少变压器的功率损耗。供配电系统的节能设计主要目的在于减少变压器以及线路上的电能损耗。对于变压器来说,减少变压器上的电能损耗,首先是要选择空载损耗低、节能型的变压器,可以选用S9,SL9,SC8型油浸变压器或干式变压器, 这些变压器采用优质冷轧取向硅钢片,钢片的磁畴方向一致加上45°全斜接缝结构, 能够有效减少铁芯的涡流损耗以及漏磁损耗。运行过程中,就地补偿电容器可以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗。在电梯设备中安装高效率的电动机,提高电动机的工作效率和功率因数降低电动机能损耗。减少电动机空载和轻载运行,采用变频调速控制电动机使其在负载率变化时自动调节转速使得与负载变化相适应以提高电动机轻载时的效率从而达到节约电能的目的。
4.2降低线路的损耗。当电网输送电能时,在网络中就产生功率损耗,其与线路参数和负荷大小密切相关。提高电网的功率因数、减少电网的无功功率及导线中的电阻等均能降低电网中的线损。设计中必须合理选择线路路径。为减小导线长度,线路尽可能走直线,不走或少走回头线;变压器尽量接近负荷中心,以减少供电半径;在高层建筑中,低压配电室应靠近竖井,且低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送,尽可能减少回头输送电能的支线;增大导线截面,利用季节性负荷线路。按满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面,再加大一级导线截面;将某些季节性负荷的线路,用作常年使用的供电线路,以减少线路和电阻。例如,将空调风机、风机盘管与照明、电开水器等计费相同的负荷,集中在一起,采用同一干线供电,可在春秋两季空调不用时,使同样大的干线截面传输较小的电流,从而减小了线路损耗。
4.3建筑物照明部分的节能设计。建筑物的照明量比较大且面积较广,因此照明节能是电气节能当中的重要部分。照明部分的节能设计在满足照度、色温以及显色指数等基本要求,建筑物的照明节能设计需严格遵循建筑物的照度标准。各类建筑物都应当依照《建筑照明设计标准》当中的要求进行合理设计与施工,对于照度要求较高的场所可采用混合照明方式,突出其重要部分,减少其他地方的浪费;建筑物当中的照明设计可采用高效的光源。比如用T5或者T8的直管荧光灯以及小功率的陶瓷金属卤化物灯等;建筑物的照明灯具选取应当合理。一般选用效率较高并且容易清扫以及更换的照明灯具;充分利用自然光源。对自然光的合理利用,不仅节能环保,而且更加实现了经济效益的最大化;合理利用照明周边环境。建筑物的照明环境在装修上,应当注重浅色、光泽的墙面,利用光的反射原理,增强室内的照明,减少电气的消耗等。
4.4暖通空调系统的设计。公共建筑暖通空调系统的能源消耗占建筑总能源消耗的50%左右,暖通空调的电气节能具有非常大的空间。应当先从系统的接口处进行设计施工,系统工程师应和暖通空调系统以及强电系统设计师进行紧密合作,以达到优化系统的接口,做到电气节能。系统接口处的设计主要包括参数的检测、正确选择传感器;合理计算出风阀门、水阀门以及蒸汽阀门管径;选择合适的电动调节阀流量;以及对独立运行控制系统的通信口进行设计等。其节能设计方案应当把节约能源与提高控制水平等同对待。
5结束语
总之,在建筑电气设计当中应当注重建筑节能的设计、推广以及实施国家的节能方针。在满足建筑物的基本功能的要求基础上,通过配置建筑物设备的合理性,对其进行有效的、科学的控制和管理,充分利用新能源,提高能源的利用率,减少能源的消耗量。有效地减小电能损耗,提高建筑系统运行的经济性,对提高电能的利用率、节约电能、促进经济可持续发展和建设节约型社会具有重要的意义。
参考文献:
[1]李海峰.对现在建筑电气节能设计的探讨[J].建筑科学,2011(02):22-23.12.
[2]陈江祥.浅析住宅电气节能设计的要点[J].福建建材,2011.5.
[3]夏荣彪.建筑电气节能技术[J].今日科苑,2011(06):30-31.
【关键词】概述;建筑与环境;生态设计;建筑材料;技术应用
1 概述
2014年以来,我国环境污染越来越严重,尤其是北京、上海等地方污染已经敲起警钟,虽然政府今年出了一系列政策制止污染,但仍要需要政府多年不懈的努力和社会上各行各业的自律。对于我们建筑行业来说,以自然生态为基础,探索人、建筑、自然之间的关系,探讨如何合理规划自然环境,减少人为污染,创造有序、和谐的良性生态系统尤为重要。同时,随着社会文明、经济的高速发展,人类对、居住环境的要求也越来越高,但生态平衡发展问题就成为人们在经济和环境之间做出选择。如何调节建筑与环境的平衡问题,是建筑行业调整能源短缺与生态危机做出的积极回应,也是21世纪建筑设计发展的大势所趋。
我国的生态建筑设计规模近些年来发展迅速,到20世纪中后期,我国的生态建筑面积达到几亿平方米。生态建筑不仅对环境有积极的调节作用,也对未来建筑的节能有着重要影响。我们相信,随着社会的发展需要,生态建筑的设计随着法规和标准的逐步完善,会得到进一步的推广和普及,为世界的生态环境做出应有的贡献。
2 生产设计在建筑中的意义
2.1 生态设计是社会发展的需要
生态设计和生态环境保护与城市社会建设紧密关联。伴随着社会和科技的进步,加剧了环境的污染与破坏,人类生存环境面临巨大的危机,这种状况使得现代人想逃避城市、仿古大自然,以改善生存环境。随着对生态环境的认知水平上升,人们开始致力于生态设计和生态环境的保护。
绿色建筑生态节能设计是生态设计的一个重要方面,也符合了国家的节能政策。建筑从建材生产、建筑施工直到建筑物的投入使用无时不在消耗着能源,破坏生态平衡。因此,在建筑中推广生态节能设计势在必行。
2.2 生态设计是生存环境保护的需要
在远古时代,人们与环境和谐共处,人口少、资源多决定了自然能源低消耗、易循环、易再生的性质。而如今人口膨胀、大量自然资源的开发和消耗已经严重威胁到人类赖以生存的自然环境。石油、煤炭、天然气等自然资源是我们当今生活的主要能源,使用过程中排放大量有害物质,影响了空气质量,破坏了自然环境。鉴于以上情况,出现了生态设计的理念――减少有害物质的排放、提倡建筑生态节能设计。生态设计致力于节能减排、保护环境、节约材料等,符合了自然的要求,也符合社会的需求。
2.3 生态设计是提高人民生活水平的需要和保障
世界人口的剧增对生存环境造成了巨大的压力。膨胀的人口产生大量的需求,于是,人们通过乱砍乱伐、无限制开采有限的资源来满足,经过几千年的洗劫,资源紧缺的状况出现,影响到人们的生活质量。生态设计鉴于能源紧缺的现状,提倡节能,在有限的能源存储条件下,让能源对建筑的利用效益最大化,同时满足人们合理的舒适生活。
3 生态设计在建筑中存在的问题
生态设计理念已得到国内外的广泛认同。生态设计要考虑到实际的自然环境,合理的安排建筑与其它相关因素之间的关系。生态设计的核心理念是减少建筑周期对于周围生态环境的破坏。这个过程中涉及到如何合理利用现有资源、延长建筑寿命、保护生态环境等综合方面的内容。近年来,我国生态设计的研究已经取得了很大的进展,使得可持续发展的观念深入人心,但是研究始终停留在探究层次、生态学与建筑学相结合的理论高度,缺乏相应的工程实践、效果测试等实践方面的经验。要解决这个问题,政府相关部门应当加大对于生态建筑的宣传与推广,让人们更好的了解生态建筑的意义,在可持续发展的基础上,给人们建立一套新的价值体系与行为准则。国家还应该推出相应的制度来推动生态建筑的理论研究与实践发展,更好的使生态建筑服务于人类的生产生活。
4 生态设计在建筑中的应用技术
4.1 特殊的玻璃材料在建筑中的应用
随着人们生态环境意识的提高和技术手段的进步,人们在实践中学会了利用科技结合生态设计理论来改善生态系统环境。在当代建筑设计中,玻璃以透明度、反射度高的特性,广泛受国内外设计师的青睐,例如国外玛丽莲梦露大厦、国内的广州珠江大厦都是以玻璃作为主要节能材料的。在众多节能建筑材料中,和自然光最密切的就是透明材料,这其中主要是玻璃材料。随着科学技术的进步,各种新型玻璃不断的涌现出来,例如:镀膜玻璃、智能玻璃等。镀膜玻璃也称为反射玻璃,是在玻璃的表层涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜,从而以改变光通过玻璃的光学性能,来满足某种特定环境空间要求。智能玻璃也是一种可以根据室外温度的变化而改变其自身的光线、红外线透过率,通过光线的透过率从而达到调节室内光环境和热环境的效果。
4.2 光导系统在建筑建筑设计中的应用
光导系统目前在建筑行业也得到广泛应用,它是一种常年将阳光传入建筑空间内,每天可以接受十个小时的阳光照射,系统通过采光罩聚集阳光,通过光导装置传输系统把自然光均匀分散的照射到室内光线不足的地方,让空间得到自然光带来的照明效果。光导系统主要用于阳光难以照射的建筑内部,某些特殊场合也可以使用,例如:存放有易燃易爆物品的仓库,可以不使用人工光源,防止与其所带来的危险,让节能理念与环保意识做到完美的结合。
4.3 长余辉蓄光材料在建筑设计中的应用
对于一个全方位的生态建筑设计,仅仅采用两种节能建筑材料是远远不够的。这里我介绍一下经常使用的长余辉材料。长余辉材料的独特之处在于:接受太阳光的照射后,便可在无光状态下长时间的发光。它大多用于消防通道走廊、主体育场的进出口等的灯光和指示标牌,在黑暗状况下也可以帮助人们辨别方向,尤其对紧急逃生的标牌更为重要。可想而知,这种材料有致命的缺点:严重受自然条件的制约,在多云、甚至雨天的情况下,材料对建筑内部效果就会受到很大的影响。为了解决这个问题,在安装有长余辉材料的照明设施旁边再安装人工光源相结合,来更好的满足体育场的功能需求。
5 总结
近年来,由于人类追求经济利益,忽视了大自然的生态环境,破坏了生态环境平衡系统,使得世界生态环境日益恶化,我国近些年来各个区域的环境污染严重,使得政府拿出一部分的GDP来弥补当前的环境污染。虽然各个行业污染都有关联,但建筑行业的污染影响是非常之大。因此,对于我们建筑行业的设计人员来说,我们在高规范、高标准的要求下,要重新审视建筑与生态环境之间的关系,抛弃高能耗、高污染的传统生产模式,提高资源利用率,减少能源损耗,减少污染,保护生态环境,把提高生活品质的生态建筑模式发展成当今社会建筑业新的发展主流。
参考文献:
[1]范宏纬.资源、能源与建筑[M].中国电力出版社, 2009.
[2]刘先觉.生态建筑学[M].中国建筑工业出版社,2009..
引言
如何通过对建筑电气进行节能设计以实现能源的节约,是建筑电气设计和选型人员应该重点关注的问题。绿色节约环保建筑对于本来资源就十分有限的我国来讲是非常具有现实意义的,在减少能源消耗的同时也减少了向环境中排放污染物质的总量,在实现经济效益的同时也保护了环境。实施绿色环保电气设备的应用能够有效的将经济的发展与环境的保护协调统一起来,以减少对稀缺能源的消耗,并且在一定程度上促进了我国建筑电气绿色节能技术的发展,为减少我国经济发展对资源的依赖以及实现技术的发展和进步奠定了良好的基础,为建设集约型社会贡献力量。通过建筑电气节能技术的研究能够进一步推进我国在该领域的技术进步,促进我国建筑电气领域中设备研发和生产技术的提升,对于带动建筑电气节能产业的发展也具有十分现实的意义。在对建筑电气进行节能设计的过程中应重点考虑哪些能量消耗较大且排放量较大的环节和设备,比如建筑中的供配电系统、照明设备以及中央空调等,在对这些部分进行节能设计的过程中需要遵循一定的原则,要在满足建筑功能需求的基础上尽量减少能源的消耗实现经济效益上的提升。
建筑电气节能原则
在建筑电气中使用节能技术要在满足建筑功能需求的基础上而不能盲目的在各个环节降低建筑电气的设计标准,要保障电气设备在应用的过程中要能够正常运作并能够达到与原来不进行改造时一样的效果甚至是更好的效果,比如供配电设备必须要能够满足建筑的供配电需求,保障性能满足需求的前提下尽量减少能源的浪费,又比如在照明环节要保障人在需要照明的时候照明设备能够正常工作而在不需要的时候可以将其关闭,通过减少不必要的能源消耗,要严禁出现盲目的降低设计标准来满足节能减排的要求,比如在一些需要一定强度照明的区域降低照明设备的亮度,而是可以通过采用新型的照明设备在不降低照明设备的亮度下来降低能源的消耗。
建筑电气节能设计的目的在于节能减排,也就是在电气设计的过程中在满足建筑功能需求的前提下,或者通过采用新型的设备来降低能源消耗或者是减少不必要的能源消耗来实现。对于一些对于性能要求较高的设备或者是环节可以采用新型的节能技术或者是更换新型的节能设备来提高能源的利用率。由于建筑电气中采用节能技术会投入大部分的资金即当前的利益可能会损失一部分,但是从长远来看从所节约能源的集约效益来看这是十分必要的也是十分合理的,因而在建筑电气节能技术设计和应用过程中,建筑施工方不能够只考虑眼前的短期的利益要从长期的国家能源消耗的利益来考虑,应该在建筑电气设计过程中多使用节能技术。
建筑电气节能技术应用
1.供电设备中的节能技术
在对建筑电气进行节能设计的过程中,供配电系统是能源消耗的重要组成部分,建筑电气节能设计人员要结合设备本身的性能和特点根据用电负荷以及设备的容量进行科学的选型和设计,使得电气设备能够处于良好的工作状态,能够有效的减少能源的消耗。为了有效地保障建筑电气安全性与可靠性,要将建筑电气供配电系统的级数控制在一定范围内,如果用户相同那么高压配电级数不能够高于两级,而低压配电级数不应该高于三级,进而实现对电能消耗的有效控制。如果供配电系统采用的是两路进线的方式,那么应该保证两路电源同时运行,将电能在线路上的损耗降到最低。供电电压的选择也会影响到能源的消耗。通常情况下供电电压越大那么所产生的损耗就越小,可以通过科学合理的设置供电的电压来减少电能的损耗。在这个过程中要切实保护好线路将供电的质量控制好。电缆也是有效控制能源消耗的重要环节,一般情况下线缆的电阻越小那么能量消耗就越小,但是投入也会成倍的攀升,要在长期利益和短期利益之间进行权衡,选择合适材质的线缆。
2.照明设施节能技术
我国的各个行业都在节能减排的倡导下,开始对各项生产设施设备进行了节能改造,设计新的功能,创新工作流程,从而使得能源的使用效率大大提高。室内照明采取节能设计措施,能有效节约大量的能源消耗与能源费用,并且其节能设计的光照带来了更加舒适、方便的光环境。在照明设施节能设计中,可以从光源、灯具以及一些灯具附件的选择和布置来达到智能化的控制设计,从而提高照明节能的运行效果。
在照明光源的选择上,一般都选择LED照明光源,这是因为其具备了环保、长久的使用寿命、显色性高以及高效节能的优势特点,如今LED已经是“照明领域新革命的开始”。LED光源的能耗可以通过下表得出其节能效果。
根据表1直观地看出LED 的高效节能性,具体可以从灯具的节能功率、使用时间以及所节约的费用上看出。由此,对发光二极管所做出的突破性研究,促进光源发展进入了一个新高度。建筑电气中的照明灯具与附件的选择首先要满足建筑室内装修风格,通过二者的协调搭配,才能将室内空间照明达到美感。对于灯具效率是选择灯具最重要的因素之一,这可以提高灯具节能效果。而当前LED灯具有与市场上的其它灯具都有一样的外形,但是对于节能却是高效节能灯具,既能满足美观和客户的操作需求,还能大量节约电能与电费。对于附件来讲,电子镇流器由于在使用中有10%~30%的高次谐波,已经超过国标规定的低压系统谐波要求值的5%,并会损害到缆线与弱电设施,当前并没有得到大量推广使用。然而节能型电感镇流器属于新的设计附件,结合了电感镇流器与启辉器的功能,有效地节约能源和保护了视力,具有较好的社会经济效益,这是节能技术中的又一应用。
此外,当前建筑电气节能设计中通常要以智能照明控制系统设计来达到最佳的节能效果,它主要是通过对某组或者是单一特定设备进行开/关,从而达到对照明的智能控制。这比手动照明控制要具备更加优良的节能控制效果。
3.中央空调节能技术
中央空调包括了冷却水系统以及冷冻水系统的变频调速技术,前者是采集空调主机进出水温差和入水温度信息,从而自动调节水泵。水泵在温差调节方式中其转速一定,这就使得系统调节不准确。由此,需要采用加入入水温度来达到调节效果,从而来节约能源。
在冷冻水系统的变频调速技术中,水泵自动调节是通过采集分析冷冻主机和冷冻泵进出水两端温差、压差来实现的。其中,温差信号反映了冷冻主机在回/出水时的温度差,压差信号代表了冷冻泵在回/出水时的压力差。一旦室内温度有变,就会反映到温差信号上,然后由变频器来调节冷冻泵转速,控制好温度。而对于压差信号的变化,此时通过水泵输出功率的条件来确保房间空气调节效果。
结语
关键词:房屋;建筑结构;加固;设计;技术
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
引言
房屋建筑关系到人们的日常生活,其质量的好坏影响到使用的安全性,因此房屋建筑结构加固设计与施工技术在建筑工程中就变得越来越为重要。为了提升建筑物的结构稳固性,减少人员伤亡与财产损失,我们必须对房屋的建筑结构进行加固设计及提高施工技术水平。
1、房屋建筑结构加固施工前设计的必要性
1.1 现实的需要
既有房屋,有的由于使用性质改变而导致荷载增加;有的为了增加使用面积,在层高较大的部位或在屋顶上进行加层;有的为满足节能有关规定,需将楼层周边凹凸部分补平改造;有的需要进行抗震加固;有的由于遭受火灾、超载、地基不均匀沉降等原因需要进行加固处理等。既有房屋的改造、加固日益增多,因此,建筑结构设计人员根据形势的发展应不但能熟练地从事新建筑的结构设计,还要逐渐熟悉和掌握对既有房屋的改造和加固设计工作。
1.2 检测和鉴定的必要性
为了解既有房屋结构的安全性、适用性和耐久性是否满足要求,在改造加固前必须要对结构进行检测和鉴定,对其可靠性作出正确的评价。检测和鉴定工作应该由有资质的单位承担。检测时可根据房屋结构实际情况和特点确定重点内容,钢筋混凝土结构应着重检测构件的混凝土强度等级、钢筋配置、裂缝情况、混凝土碳化深度、蜂窝缺陷等。
1.3 房屋结构的改造、加层、加固必须进行设计
(1)按有关规定,对既有房屋进行改造加固设计实施以后,承担此任务的设计单位应该对该房屋结构的安全性和耐久性负完全责任,而原来的设计单位未参与改造加固设计时,则不再负此责任。因此,改造加固设计应该由有资质的设计单位或研究单位来承担。
(2)进行改造加固设计时,力求与承担施工的单位进行配合,根据该施工单位的经验和水平确定更合理的设计实施方案。如果由于招投标等原因,在设计时不能确定施工单位,那么在完成设计确定了施工单位后,开工之前应就设计中构造做法和施工要求与施工单位作交底和讨论,必要时进行方案调整和修改设计,以确保工程质量和降低造价。
2、房屋建筑结构的常用加固技术
2.1直接加固的一般方法
(1)加大截面加固法。与置换混凝土加固方法相类似,通过加大截面积来进行加固应用已经十分的成熟,适应范围广且施工容易。但是与置换混凝土加固方法一样,需要较长时间的湿作业,从而对于建筑的使用造成影响。除此之外,经过这种加固方法之后,建筑物内部净空相对会缩小。该方法比较适合一般的混凝土构件的加固。
(2)有粘结外包型钢加固法。这种方法具有加固效果好,承载力大,施工环节相对较少的优点,但是这种加固方法需要消耗大量的钢材,从而导致较高的造价和成本。因此不适合用在一般的加固场所,大多用于结构强度要求高且需要被加固的构件的面积不能扩大等场所。由于采用钢板,因此这种加固方法不适用在高温的场所的建筑结构的加固。
(3)粘贴钢板加固法。采用粘贴钢板来对建筑的结构进行加固的过程当中,不需要进行湿作业,且施工的时间相对较短,因此对于建筑中用户的日常生活和工作不会产生很大的影响,且这种加固方法对于建筑外观不会造成破坏同样也不会造成空间减少。这种加固方法的最大缺点就是胶粘的水平对于加固的效果具有直接的影响,因此加固效果不容易进行控制。因此这种加固方法大多用于处于静力状态下的构件的加固。
(4)粘贴纤维增强塑料加固法。这种建筑结构的加固方法顾名思义和粘贴钢板加固法类似,只不过材料上有差异。此外由于所使用的加固材料是塑料,因此相对于钢板来说不怕潮湿和腐蚀,材料自身的重量较轻,且成本也要比钢板低很多。但是塑料材料也有明显的缺点,那就是不耐高温,且容易发生火灾。因此在使用这种加固方法的过程当中应该做好相应结构的耐火处理。
2.2 与混凝土结构加固改造配套使用的技术
(1)托换技术。系托梁拆柱、托梁接柱和托梁换柱等技术的概称。属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成。适用于已有建筑物的加固改造。
(2)植筋技术。系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术。可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋; 已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程中。
(3)裂缝修补技术。根据混凝土裂缝的起因、形状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术。
(4)外包钢加固技术。应用外包钢加固技术,利用角钢外包在构件的四角位置,在角钢之间采取缀板连接方式。外包钢加固法分为湿式与干式两种情况。湿式外包钢法,在原有构件和型钢之间,利用环氧树脂或者乳胶水泥等粘结,将新旧材料之间进行有效协同,确保工作整体性,但是作业强度较大;干式外包钢法,即原有构件和型钢之间没有任何粘结作用,虽然有时候以水泥砂浆填补,但是并不能实现结合面拉力与剪力的传递,难以保障原构件和型钢的整体工作,只能实现单独受力。这种方法基本对原结构构件的截面尺寸更改不大,仅是提高构件承载力,增加刚度与延性,一般在屋架、砖窗间墙、梁、混凝土柱等结构构件、构筑物加固中应用广泛。
(5)外部粘钢加固技术。外部粘钢加固法,主要利用粘贴剂,与加固设计相符,将钢板粘贴在钢结构或者混凝土表面,共同产生作用力。当前,外部粘钢加固技术主要应用于受拉构件或受弯构件的补强加固工程中,要求环境温度控制在60℃以内,相对湿度则小于70%,且没有化学腐蚀。
(6)增设支点技术。增设支点加固技术,主要通过增加支撑点的方式,降低结构的计算跨度,以控制结构内力,提高承载力。这种方法一般适用于网架、桁架、板、梁等水平结构的加固施工中。应用支点法可分为弹性支点与刚性支点两种方式。弹性支点主要通过支撑结构中的桁架或者受弯力作用等,间接传递荷载力。由于支撑结构变形与被加固结构变形属于同一个数量等级,那么支撑结构应按照弹性支点来考虑,涉及到复杂的内力分析技术;刚性支点通过轴心受拉或者轴心受压等荷载力,直接传递到柱子或者基础构件部分。这种方法的内力计算较为简单。
3、实施中的施工技术
做好前期的设计和准备工作后,进入正规的实施阶段,工程实施中也要有很多的注意点,要掌握技术要点和施工方法。
3.1 对原有旧钢结构考察、取样、实验、评定,这些工作看起来简单,其实非常的重要,所以这个工作一定要认真的对待,尽量做的细致一些。而且必须要有专业的实验室对原旧钢结构以及加固用的新钢材进行取样实验,出具权威评定报告,明确出符合条件的原料、需采购新钢材、焊条规格型号(或螺栓)、焊接连接工艺的技术。
3.2 对原旧钢结构进行喷砂除锈、清除表面覆盖的所有腐蚀的氧化层及渣物,然后根据这些钢结构的使用年限和损毁程度,与设计一起研究,通过一系列专业的计算和讨论,确定实用可靠的处理、加固、改造方案。
3.3 原有旧钢结构只要生锈或者有一定的残渣等就会逐渐的被破坏下去,所以一定要将钢锈、表面覆盖的腐蚀氧化层及渣物彻底清除,用空压机连接专用的喷砂除锈机来进行彻底的清除工作,个别腐蚀严重的部位要提高警惕,必要的话可以投入相应的劳动力,人工用钢凿、榔头、砂轮机来进行凿、磨工作。喷砂除锈的砂子采用中细黄砂,一定要提前晒干。
3.4 相关的安全措施一定要做到位,确保施工工程中在建人员的人身安全以及工程路况附近路人和居民的安全;因为工程中相对会产生一些污染,所以一定要搭设周围环境防护设施。
4、施工应注意的问题
4.1 尽量减少对原有结构的损伤,充分利用原有结构的承载能力。施工前做工程加固设计方案的时候要充分考虑实际情况,确定加固方案时,尽量减少对建筑物原有结构的破坏和损伤,能少拆除的尽量少拆除,什么东西都是原配的最合适。对已有结构或构件,要认真进行分析和检测,在经过相应的结构检测和可靠性分析检测后,对其结构组成和承载能力有了准确的认识,能保留的尽量保留并充分利用其作用;不能保留的也要尽量遵循原来的特征对工程加固,尽量不要新旧差距太大。
4.2 改造加固过程中,常用的连接与锚固技术是植筋和锚栓技术,这种混凝土结构简捷、有效。现行《混凝土结构加固设计规范》与《混凝土结构后锚固技术规程》关于锚固长度区别很大,而且按照《混凝土结构加固设计规范》的规定,对于常规的梁柱等构件,其宽度厚度很难满足锚圃长度的要求,采用植筋锚栓技术时时,要注意最小边距和最小中距,还应该非常留意在原有构件钢筋密集部位钻孔和定位的可能性,尽量注意不要损伤和截断原有构件的受力钢筋。
4.3 改造加固相对于新建建筑设计有着自己独特的优越性,它繁复而且独特,要求我们必须紧密结合现场实际,认真调查、检测、分析,在工程设计前期与整体的过程中都与施工单位及其他各专业积极的协调合作,共同研制出经济、安全、合理、可行、便捷的设计方案,尽量少走弯路,避免重复设计,在加固实施过程中加强工程的监督和检查,并随时消除隐患,确保工程的顺利进行。
结束语
总之,建筑物在正常情况下亦会老化,在自然灾害的影响下,破坏程度更高,尤其在我国这样多地震的国家,因此,加强房屋等建筑物结构的稳固性显得格为重要。在对房屋建筑结构加固的过程中,掌握好相关的技术,做好房屋建筑结构的稳定性,从而保证房屋建筑的使用安全,促进我国建筑业的健康稳定发展。
参考文献
[1] 翟丽红,张晓民. 房屋建筑结构加固设计及施工技术应用研究[J]. 华章. 2011(04)