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关键词:建筑 结构 安装 设计
中图分类号:F765
一、现代高层建筑的空间构成
1、内核的形成 高层建筑与其它建筑之间的最大区别,就在于它有一个垂直交通和管道设备集中设置,在结构体系中又起着重要作用的“核” (Core)。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重,决定着高层建筑的空间构成模式。
在建筑的中心部分,有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构,形成中央核心筒,而筒体处于几何位置中心,还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合,更加有利于结构受力和抗震。
2 、核的分散与分离 随着时代的发展、技术的进步,人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同,以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空间构成模式开始受到了挑战。
对于结构专业来说,加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏,所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边,则无疑也会对结构抗震有利。同时,这种分散的多个外核的空间构成模式,也正好适用于新兴的巨型框架结构,使这种结构体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。
而从建筑设计的角度来看,核的移动、垂直交通、服务性房间和管道井分散到建筑的周边,对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。它不但适应了其它专业的需求,而且还有利于避难疏散,创造更大的使用空间和使高层建筑的底部获得解放。这种空间构成模式所具有的灵活性和先进性,很快便被推崇技术表现的欧洲建筑师们所发现,并创造性地应用在他们的作品之中。
3 、中庭空间的出现 受高层旅馆的影响,一些办公大楼为了追求气派和空间变化,便在入口处附设一个中庭,实际上,核心筒的分散和分离,中庭空间的介入,已使高层建筑的空间构成模式彻底发生了变化。新一代的高层建筑空间组织更为灵活多样,由于空间设计的侧重点已由追求经济效率向营造宽松舒适的生活环境转变,所以许多新建的高层建筑都以“景观空间”的概念,将共享空间与功能空间相结合,把核分散向四周,垂直交通采用玻璃电梯,直接采光,给人们以开敞明亮、将动线视觉化的空间感受。空间构成模式也由封闭的“积层式”,变为上下贯通的“动态流动空间”。
4 、底部空间的变化 早期的高层建筑多直接面对街道,从街道进入门厅,再由门厅进入电梯厅,垂座电梯至各楼层,这是高层建筑中最为普遍的空间流线组织方式。建筑空间与城市空间之间缺乏过渡,没有“中间领域”的概念,在人流集散的高峰期,对城市交通环境的影响也较大。尽管许多高层建筑都在门厅的艺术处理上颇费心机,设计得非常富丽壮观,但是由于空间组织方面的缺陷,门厅内往往留不住人,形不成公共活动空间,而入口处也常出现人流拥塞的现象。
二、高层建筑结构的演化
1、钢材的国产化 国内钢铁企业根据我国高层建筑钢结构设计标准的要求,制订我国第一部高层建筑钢结构的钢材标准《高层建筑结构用钢板》(YB 4104-2000),比目前仍在实施的《低合金高强度结构钢》(GB/ T1591-94)又前进了一步,其性能指标优于国外同类产品。
2、钢结构设计国产化 国家标准《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)等有关高层建筑最大高度和最大高宽比的规定,在一般情况下,应遵守规范的规定,否则应进行专项论证或试验研究。建设部第111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和建质[2003]46号文《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,对加强高层建筑钢结构设计质量控制意义重大,具有可操作性。
3、高层及超高层结构体系 对于高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过100m为超高层建筑。
对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
三、建筑安装的协调与配合
1、内部协调与配合 怎样搞好内部协调与配合,实际上是一个怎样处理好内部各专业之间的矛盾,以及各专业与总体要求之间的矛盾。首先,应从书面资料入手,对本专业图纸、会审纪要、工艺标准、质量要求等加以熟悉,做到心中有数。其次,从技术方面讲,搞好各专业协调配合,一定要把好熟悉图纸、认真会审、内部会审、内部技术协调的关口,务必保持解决问题的渠道畅通无阻。再者,高层建筑楼高、层数多、场地窄、专业交叉施工密度大,与工业建筑、一般民用建筑相比,其作业面尤为狭窄,难以满足在有限的作业面内各专业施工同步展开。
2 、外部协调与配合 外部协调与配合主要指土建单位、装修单位的专业之间的协调配合。
就高层建筑整体而言,土建和安装构成了躯干和内脏;装修则是为其着装打扮。根据高层建筑的特点,土建、装修施工阶段划分为:①砼结构施工;②砌体建筑施工;③初级装修施工;④二次装修施工。
既然土建、装修、安装均作为高层建筑的有机组成部分,故其彼此间必然存在着密切的联系,实际是相辅相成、缺一不可的关系。但作为一个独立项目,又有各自的运行规律,只有掌握了这些规律,并了解其间的内在联系,才能有理、有序、有效地搞好各项目之间的协调与配合。
对于安装施工来讲,从整体看,其成品可以说是依附于土建的半成品或成品之上,它们之间的交叉配合贯穿于整个施工过程,且配合密集处主要在“暗”处,如砼结构、砌体内管井等;而装修与安装施工的交叉配合,主要集中在“明”处,如墙面、天花板等。
3、前、后方协调与配合 前、后方协调与配合实际上是人、财、物、机各生产要素的优化组合问题。它对于各类建筑施工是一个带有共性的问题,这个共性问题的关键所在是诸生产要素的优化组合决定权是在前方,还是在后方?是在项目上,还是在大本营里“项目法施工”运用动态管理原理很好地回答和解决了这个问题,使长期以来的前方与后方难以协调与配合的局面得到了根本转变。
有共性必有个性。在高层建筑安装施工中,诸生产要素的优化组合必须紧紧围绕高层建筑安装施工的各项特性来进行。为此,必须了解各专业施工形象进度计划,以便及时、合理地调配人、财、物、机各生产要素。
【关键词】多层框架结构;常见问题;结构措施
中图分类号:TU318 文献标识码:A
一、前言
随着经济的不断发展,人们的生活水平也不断提高,在建筑方面。有了更高的建筑要求,且建筑的造型以及功能呈现更加多元化的发展趋势。但是无论是在工业建筑还是民用建筑中,总会在多层框架结构设计中出现一定的问题,其设计虽然是较为基础的,但是具有较大的作用,因此需要对结构设计过程中遇到的问题进行严格分析,能够保证根据相关的规范进行科学合理的设计,对设计方案的可行性进行重复认证,不断研究设计层面的安全性以及相应的质量,在最大程度上保证以后的设计中不再出现类似的问题。制定相应的解决措施也是相当必要的。
二、多层建筑框架结构设计中遇到的问题,以及相应的解决措施
1、基础系梁的设置问题
如果存在较深的基础埋置深度,可以采用基础系梁将底层柱的计算长度减少。设计系梁时,要根据一层框架梁的设计标准进行,并且在系梁以下的部分,要采用短柱的方式进行处理。如果实际的工程条件与相关的规定相符合的话,就要对基础系梁进行设置。可以沿着两个主轴方向进行基础系梁的构造,从而达到抗震的要求。可以根据连接柱中最大轴力设定值的10%,进行基础系梁纵向受力钢筋的设置。如果填充墙或者楼梯柱等负载有对基础系梁产生一定的压力,需要叠加计算来自所连接柱子的最大轴力设定值的10%。不断增加基础系梁的截面,能够保证够筋要求以及受力要求的满足。
如果不设置基础系梁,可以用素混凝土条形基础进行墙的填充。在进行基础拉梁的设置时,可以将其设置在框架柱间,在最大程度上保证素混凝土基础能够应用在框架柱间的墙体上。
2、判断并处理框架结构的薄弱层
所谓的薄弱层是指,在巨大的地震作用下,有些部位发生了较大的弹塑性位移,其承载力要能够满足一定的抗震承载力要求。这种情况一般是在地政强度为7度以下的地区才能发生。
在判断薄弱层的过程中,主要是应用三种方法。分别是个人指定、计算判定、强制认定。在一些软件里,比如PKPM、SATWE软件,需要结合技术人员的专业知识以及相关的规范规定,对薄弱层进行直接指定,这种方式称作个人制定。软件在计算过程中,当结构的抗侧移刚度出现不规则现象,某层的抗侧移刚度比相邻上一层的70%小,或比其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%小,或是楼层承载力发生突变,软件将自动指定该层为薄弱层,此为计算判定。而所谓的强制判定是指,存在不连续的竖向抗侧力构件时,无论存在何种情况的刚度以及楼层承载力,需要将该层判定为薄弱层,该方式通过一定的标准,进行强制的判定。
如果出现薄弱层,将会对抗震效果有很大的影响。因此在建筑过程中,要尽一切可能避免薄弱层的出现。所采取的最基本也是最直接的方法是对该层的抗侧移刚度进行适当的加大,并在一定程度上加大该层的柱截面以及梁截面。如果存在合适的条件,需要将该层的高度进行改变,并将基础埋置的深度减少,这样可以在很大程度上防止薄弱层的出现。但是,也会出现完全避免不了的情况,这种情况下, 要对结构进行严格的计算,能够充分遵守相关的规范规定,针对实际的工程情况,对结构楼层的屈服强度深度进行盐酸,并且保证弹塑性变形得到一定的验算,对于那些不符合要求的,需要对结构布置进行及时的调整。
3、楼板开大洞结构计算时应该注意的问题
楼板开洞的结构比较普通,如果开洞面积大于该层楼面面积的30%,就属于
平面不规则,计算时必须进行处理。以PKPM 软件为例,TAT 和SATWE 分别采用了两种方式处理。TAT 软件中,无楼板的节点被定义为弹性节点,该节点。即梁柱交点,不受刚性楼板假定的限制,其平动自由度独立。SATWE 软件中,所有楼板被定义为弹性膜,软件真实计算楼板的平面内刚度,对楼板的片面外刚度则忽略处理。当某层洞口面积为楼层面积的30%以上时,应当把全楼所有楼板都定义为弹性膜,或者也可以不考虑楼板的刚度,把该层洞口边缘节点定义为弹性节点,当屋面是钢结构网架时,应当输入板厚,将其定义为弹性膜,真实计算楼板的平面内刚度,这样和实际比较相符。
4、框架梁柱偏心问题
在实际的建筑工程中,为了保证其施工要求达到建筑专业的要求,需要在最大程度上保证外墙与柱边有一定的平整性,不然框架将会出现梁柱偏心的问题。对于这个问题可以采取两个措施进行解决。一是设挑耳,二是与柱偏心。对于设挑耳的方法,其能够充分保证框架梁对齐框架柱的中心,并且对梁以及柱的受力有一定的促进作用,这种情况往往会导致填充墙的构造柱下部和上部纵筋难以锚固。但是如果选择与柱偏心的方法,地震作用下容易引起梁柱节点核芯区受剪面积严重不足,柱易产生扭转效应。所以,针对外框架梁,建议采用设挑耳解决外填充墙偏心。
5、短柱问题
框架结构中,所谓短柱,其柱净高与柱截面高度比不大于4,或者剪跨比不
大于2。地震作用容易导致短柱的脆性破坏。短柱的受剪承载力和变形能力,严重不足,容易引发建筑物严重破坏,设计时需要尽可能避免短柱。短柱的形成成因主要有两个:一是,楼梯间的半休息平台或者结构局部错层,导致两个框架梁间的框架柱净高比较小;二是,填充墙的设置不正确,造成某层的框架柱的两侧中一部分没有填充墙,另部分有填充墙,而没有填充墙的那侧,柱净高与柱截面之比通常不大于4,从而形成短柱。可以通过增加柱的抗剪承载力、改善变形能力,来处理短柱。通常情况下,使用复合箍筋,箍筋沿全高加密,可以保证短柱的纵向钢筋形成对称布置。
6、使用平法图集时应当注意的问题
应用图集时应当注意以下几个问题。一是框架柱,若用剖面列表法来表示配筋,应当注意每一层的楼面标高以下的箍筋加密区的长度,必须是框架梁高和规范要求的箍筋加密区长度之和,规范要求的加密区长度在1/6 柱净高、柱截面高度、500mm 三个数值中取较大值。由于PKPM 软件出图的时候,加密区长度并没有把梁高包含在内,容易造成施工错误,导致箍筋加密区的高度不够。二是一层建筑地面,在浇筑主体结构浇筑结束之后才开始施工,若一层地面是刚性地面,根据相关规定,柱箍筋应当在刚性地面上下各500mm 范围内进行加密,而这一点容易被忽视,设计图纸中最好对此有明确交待。
三、结语
在建筑结构设计中,多层建筑框架结构设计是较为重要的,实际的设计内容是针对梁柱板等基本单元进行应力组合。因此在设计过程中,需要应用各种力学的原理,因此会出现各种各样的问题,本文只是提出相比较为突出的问题。我们在设计过程中,要充分遵守我国相关的技术规范,能够对多层建筑框架结构设计的问题进行科学、有效的处理,建立良好的建筑结构体系,在最大程度上保证结构的设计质量。
参考文献
[1]郭新伟浅谈多层框架结构设计中存在的问题《大科技•科技天地》2011 年第19 期
[2]薛永军关于多层建筑框架结构设计的几个问题探析《城市建设理论研究》2012 年第21 期
[3]李世永多层框架房屋结构设计中应注意的几个问题探讨《科技传播》2012 年第24 期项目编号:城科字2011 第67 号