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关键词:超高层;混凝土泵;工程施工;施工技术
超高层建筑建设是反映国家科技发展水平与综合实力的重要标志,也是发展中国家或地区展示其经济发展、社会进步成果的有力佐证。随着城市化进程的加速与社会生产生活的发展,尤其是在当前我国城市人发性增长、土地资源紧缺的情况下,适当地修建高层、超高层建筑是城市化发展的必然方向。
1 超高层建筑的发展及基本特征
超高层建筑的定义尚无明确统一的标准,较权威的有1972年联合国国际高层建筑会议中所作的超高层建筑定义,即高度超过100m或楼层40层以上的高层建筑。20世纪是超高层建筑起步及飞速发展的黄金阶段,随着现代施工技术的应用,超高层建筑已由最初的框架结构向框――剪、框――筒、剪力墙、框架等结构形式演变,单一钢筋混凝土结构也扩展为包括钢结构、钢――混凝土组合结构在内的多元化建筑形式,并逐步向“更高、更大、更深 更复杂、更齐全”的发展方向迈进。
由于超高层建筑与普通建筑施工应用技术的差异,其施工特征主要表现为以下几点:一是投资大,工期长,资金压力重;二是高度大与独特的建筑造型效果,增加了结构施工难度;三是基础埋置深,混凝土基础底板和裂缝控制施工要求高;四是作业空间狭小,对作业时间、空间增加了组织难度;五是多处于繁华地段,交通、环保、场地等因素给施工平面布置带来较大困难。
2 超高层建筑施工技术的优化重点
如前所言,随着超高层建筑工程规模扩大、建筑结构日趋复杂,超高层建筑施工技术也随施工难度与施工环节的变化不断革新,其施工技术路线优化主要包括以下几方面:
1)以主楼施工为重点:突出工期保证措施,通过统筹规划,尽量提前主楼施工,尽可能地缩短资金回收周期;2)以建筑安全和稳定性为核心:结合超高层建筑作业环境和特征,着力于优化基础和结构施工工艺,为缩短工程总工期创造条件;3)以高效的垂直运输体系为支撑:针对垂直发展建筑物高空作业环境差、作业面狭窄、施工进度紧等特征,尽可能地应用科技进步成果以提高机械化设备尤其是垂直运输体系的施工效率;4)强化总承包管理,重点提升施工作业空间和时间的利用效率:结合超高层建筑逐层施工的作业面特点,有序组织各楼层空间施工,实现建筑施工空间的立体流水作业,使各工种、工序紧密衔接,尽可能地削弱作业面狭窄对建设工期产生的负面影响。
3 超高层建筑项目中的现代施工技术应用
3.1逆作法
所谓逆作法,其施工原理主要表现为:于建筑物内部浇筑中间支承桩和柱,并沿建筑物地下室轴线修筑地下连续墙等支护结构,使其作为建筑施工底板封底前承受施工荷载、上部结构自重的重要支撑;由此逐层下挖土方并浇筑地下各层结构直至底板封底;同时向上逐层建设地上结构。
与传统高层建筑的顺作施工相比,超高层建筑的逆作法技术应用具有下述技术优点:1)逆作法施工可缩短带多层地下室的超高层建筑的总工期,不存在地下结构、地上结构工期的差别,除地下一层占绝对工期外,可保障地上结构与一层以下地下室的同时施工。2)相较于临时支撑,以逐层浇筑的地下室结构、中间支承柱作为支护结构的内部支撑刚度较大,可有效减少基坑变形,能明显减弱对于相邻地下管线、道路及构筑物的沉降影响。 3)逆作法施工增加了施工时的底板支点,跨度减小,可有效满足抗浮要求并解决底板配筋问题,使底板设计趋向合理。4)逆作法施工时浇筑的地下连续墙在满足构筑物、管线布置的前提下,可紧靠或踩规划红线构筑地下连续墙并将其作为地下室永久性外墙,进而达到扩展建筑面积的目的。
3.2整体滑模法与整体爬模法
超高层建筑所采用的如核心筒体、剪力墙、框架梁等竖向结构,是构筑物工期进度与结构质量控制的重点内容,由于进入标准层后超高层建筑结构施工工艺重复较多,为缩短工期、减少模板及外架周转,在超高层建筑施工采用的整体滑模法能有效保障主体结构的整体性,减少附着、运转、管网敷设及高空交叉作业,有助于扩展施工作业面、保障安全作业,综合效益显著。因此,该施工技术在超高层建筑中得到了较为广泛的推广应用。整体滑模法则主要适用于超高层建筑剪力墙结构、钢筋砼筒壁结构,通过在沿构筑物底部墙、柱、梁等构件的周边组装滑升模板,分层浇筑砼,并以液压提升设备使其滑升至需要浇筑的高度为止。通过滑模法与其他施工工艺的结合,可有效地简化施工工艺,创造更好的综合经济效益。整体滑模法与整体爬模法具有以下相同点:只需1次模板组装,可缩短施工周期;机械化程度高;节约模板和劳动力,结构整体性好;施工组织管理要求高,结构物立面造型存在一定限制。其主要区别仅在于滑模是浇筑过程中通过模板和浇筑的砼之间的相对滑动完成施工工序的,而爬模则主要是利用浇筑、提升模板完成施工的,其间并不存在模板与浇筑的砼之间的相对运动。
随着建筑施工的劳务费用的增长、建设单位对工期要求的提高,超高层建筑施工在工程施工进度、工程成本控制上也面临着更为迫切的需求。因此,在确保施工质量及施工安全的前提下,应用先进的滑模或爬模工艺技术可有效地缩短施工周期、降低综合成本,实现施工经济效益与社会效益的双赢,因此,继续深入有效的拓展爬模或滑模工艺技术的应用范围仍具有广泛的现实意义。
3.3钢结构施工技术
超高层建筑钢结构的应用,重点包括高层重型钢结构、轻型钢结构、大跨度空间钢结构、钢和混凝土组合结构等领域。钢结构生产制作工业化程度高、强度高、施工速度快,因此在超高层建筑施工中应用极为广泛。但就钢结构强度来说,在超高层建筑施工中应用钢结构施工技术关键是要认识这一问题;即钢结构建筑耐高温性差,其稳定性主要保持在常温至250度之间,当温度超过300度时,建筑钢材的强度就会随温度上升而开始下降,且由于钢材的良好导热性能,超高层建筑极易因此招致毁灭性的危害,“9.11事件”中的世贸大厦就是其中的典型案例。因此,钢结构施工技术的应用,必须考察包括防火围护、防火涂料及紧急避难所等在内的配套设施设计与施工。此外,超高层建筑钢结构施工技术的应用严重依赖于大型塔吊,塔吊起重能力直接影响到钢结构的安装效率,因此吊装机械安装、拆除以及钢结构的吊装、测控、焊接等技术标准也相对更为严格。
3.4 超高层建筑的混凝土泵送技术
超高层建筑建设大都采用泵送混凝土技术。超高层建筑工程所需的混凝土体量大、强度高,要确保浇筑功效,不仅需要配备相当多的混凝土泵机、布料机,对泵送混凝土的配合比也有相当高的要求。目前国内的高泵程混凝土采用的“双掺技术”即掺粉煤灰和化学外加剂,反映了配合比设计、泵送设备、泵管布置铺设以及混凝土外加剂等技术的综合应用,混凝土泵送高度也随之逐次突破,上世纪90年末所采用的一泵到顶技术即可将混凝土直接泵送到高空浇筑地点,使超高层建筑的施工效率得到大幅提升。
关键词:超高层建筑;火灾自动报警;系统设计
中图分类号:TU97文献标识码: A
引言
国际上通常将高度超过100m的高层建筑定义为超高层建筑。近几年来,由于经济快速增长和城市土地资源日渐稀缺,大量兴建超高层建筑成为解决城市化对空间需求的有效手段,我国超高层建筑的迅速发展也给火灾防控带来了隐患和难题。在同等条件下,超高层建筑与一般低层建筑有很大的不同,其发生火灾时的危险性也比较严重。2009年央视大火发生后,超高层建筑的防火工作成为城市消防工作的重中之重,然而仍难以杜绝此类事故的发生。近年来国内外超高层建筑火灾事故频繁发生,暴露出超高层建筑缺乏针对性防火规范和科学客观的防火设计等一系列问题,也再次引发了大众对超高层建筑消防安全的审视。因此,对超高层建筑火灾的特点和存在的隐患进行研究,探讨超高层建筑的消防安全预防措施,也就具有十分重要的现实意义。
一、火灾自动报警及联动控制系统概述
火灾自动报警及联动控制系统,主要是利用探测器中的火焰、温度、敏感元件、自动检测区域内火灾发生时的火焰、烟雾等信号,同时将这些信号转变为电信号。根据建筑物的使用性质、火灾危险性、疏散及扑救难度,依据防火和设计规范确定建筑物保护对象的级别,系统采用的形式及需设计的内容、要求。一般情况下,火灾自动报警及联动控制系统具有两种功能,即探测警报和联动控制,只有当某些小型建筑物没有联动控制的需求时,才会发挥出探测报警器其中的部分功能。火灾自动报警及联动控制系统分区域报警系统、集中报警系统、控制中心报警系统三种;二级保护对象可采用区域报警系统或集中报警系统;一级保护对象可采用集中报警系统或控制中心报警系统;特级保护对象应采用控制中心报警系统。早期火灾自动报警及联动控制系统大部分采用多线制,控制系统线数多、系统大,控制器需要分别单独与各控制执行机构或探测器实施机构连线,其使用、布线、维护及施工非常繁琐复杂。再加上系统的故障率和误报率较高,因此,控制器还需要设立专门的端子箱。
二、超高层建筑火灾的特点
1、管井多,烟囱效应显著,火灾蔓延速度快
超高层建筑内部有大量的管道、竖井、楼梯间、电梯井、排气道等各种管井和通道。这些通道从地面一直通到最高层。一旦发生火灾,这些部位就成了一座拔风的“烟囱”,加速火势的蔓延。这也就是超高层建筑着火的最大特点――“烟囱效应”。建筑物越高,“烟囱效应”越明显。消防部门曾做过实验,一座高度为100m的超高层建筑,在无阻挡的情况下,烟气顺着竖向管井扩散至顶层只需要30s。30s的时间,整幢建筑即可形成“立体火场”。
2、建筑物高、人员密集、疏散距离长
疏散速度慢高层楼宇特别是超高层,普遍存在人员结构复杂,疏散意识不强,逃生能力差等问题。超高层建筑因楼层高,垂直疏散距离远,需要疏散的时间长。火灾中,人流疏散速度远慢于烟气流动速度,加之疏散方向与烟火蔓延的方向、救援人员的前进方向相反,增加了疏散的困难和危险。由于人员高度集中而疏散设施少,造成人流密度过大,影响疏散速度。《高层民用建筑设计防火规范》第6.1.13.1条规定,建筑高度超过100m的公共建筑,自高层建筑首层至第一个避难层或两个避难层之间,不宜超过15层。一栋120m的超高层建筑,以两个避难层间隔15层计算,假定楼梯间长度为5.8m,层高3.6m,疏散人员要步行160多米的水平距离才能到达下一个避难层,垂直高差达到50m。火灾时,要在5~7min内,让各楼层特别是高楼层的人员全部安全疏散出去,并离开建筑物,几乎是不可能的。
3、使用功能复杂、起火因素多
火灾扑救难度大超高层建筑入驻单位多,综合性较强,大多集餐饮、娱乐、商场、酒店、办公于一体。特别是一些建筑面积较大、层数较多的超高层公共建筑,内部功能更为复杂,用电设备繁多,管理相对混乱,存在大量可燃物和着火源。一旦发生火灾,火场热辐射强、烟雾浓、火势向上蔓延速度快、途径多,消防队员难以有效灭火。目前的超高层建筑基本都在150m以上,而最高的消防举高车也只有101m。况且超高层建筑一般都是各地方地标建筑,位于城市繁华地带。如果受报警晚、首批力量调集不及时、道路拥堵、消防官兵对辖区和重点单位情况不熟悉、作战任务分工不明确、技战术训练不到位,以及单位内部固定消防设施故障等多重因素的影响,则火灾不受控制的发展时间可能更长,扑救难度也就更大。
三、火灾自动报警及联动控制系统组件的确定
1.火灾自动报警系统组件的确定
火灾自动报警系统组件包括火灾探测器、手动报警按钮、火灾报警控制器、火灾警报器及具有其他辅助功能的装置等组成,以完成监测火情并及时报警的任务。
1.1火灾探测器的设置
火灾探测器按火灾自动报警系统对象可分为感烟火灾探测器、感温火灾探测器、感光火灾烟温复合式火灾探测器以及气体火灾探测器,按其测控范围又可分为点型火灾探测器和线型火灾探测器两大类。在选用火灾探测器时应按照国家标准《火灾自动报警系统设计规范》和《火灾自动报警系统施工验收规范》的有关要求来进行。建筑物内需设置火灾探测器的部位、房间,根据房间的使用功能、建筑高度来选择火灾探测器的种类。有的建筑物空间大,房间高度过高,不适合点式火灾探测器,可采用对射式红外光束感烟探测器;可能产生油类火灾且环境恶劣的场所,不宜安装点式火灾探测器的夹层、闷顶宜采用空气管式线型差温探测器;电缆井、电缆隧道、电缆夹层、电缆桥架、配电装置、变压器等场所部位宜选择缆式线型定温探测器。
1.2火灾报警系统配套设备的设置
火灾报警系统配套设备包括手动报警按钮、消火栓报警按钮、现场模块、火灾显示盘、声光讯响器以及CRT报警显示系统等。其中,每个防火分区至少设置一个手动火灾报警按钮,并宜设置在公共活动场所的出入口处。高规中规定临时高压给水系统的每个消火栓处应设直接启动消防水泵的按钮,并应设有保护按钮的设施,消火栓按钮一般设在消火栓箱内,具有动作地址编码,能直接联动起动消防水泵。
1.3火灾报警控制器的设置
火灾报警控制器按其用途不一样,可分为区域火灾报警控制器、会集火灾报警控制器和通用火灾报警控制器三种根本类型。区域火灾报警控制器的首要特点是控制器直接衔接火灾探测器,处理各种报警信号,是构成主动报警体系最常用的设备之一;集中火灾报警控制器的首要特点是通常不与火灾探测器相连,而与区域火灾报警控制器相连,处理区域级火灾报警控制器送来信号,常使用在较大型体系中;通用火灾报警控制器的首要特点是它兼有区域、会集两级火灾报警控制器的两层特点。经过设置参数既可作区域级使用,衔接探测器;又可作会集级使用,衔接区域火灾报警控制器。
1.4火灾警报装置、火灾应急广播及消防通信系统的设置
未设置火灾应急广播的系统应设置火灾警报装置,每个防火分区至少设一个火灾警报装置,其位置宜在各楼层走道靠近楼梯口处。一般在区域报警系统中面积大、人员少的仓库、车库等场所,不需设应急广播,设置声光火灾警报装置。《火灾自动报警系统设计规范》第5.4.1条规定:控制中心报警系统应设置火灾应急广播,集中报警系统宜设置火灾应急广播。高层建筑和大型民用建筑内人员较多,火灾影响面大,为了疏散又便于统一指挥,一般都应设应急广播系统。消防水泵房、消防控制室、发电机房、配变电室、主要通风、空调机房、消防电梯机房等其他与消防联动有关的且经常有人值班的机房应设消防专用电话分机;现在手动报警按钮通常带电话插孔,无须再设专门的电话塞孔。消防专用电话线路为独立消防通信系统,消防控制室应设置可直接报警的119外线电话,不能通过建筑物内部的总机。
结束语
火灾自动报警系统在火灾早期有预警作用。早一分钟报警,就多一分钟逃生时间,这对于疏散难度很大的超高层建筑来说就多提供了一份生存的机会。根据不同的使用功能,不同的建筑形式,发生火灾的不同反应程度,设置适合的火灾报警探测器,是每一个设计人员的责任。另外,对于超高层建筑,由于火灾蔓延速度极快,第一时间控制火势不仅为人员疏散争取了时间,同时也降低了消防队赶来时对火灾扑救的难度。超高层建筑面积庞大、功能复杂、人流密集,采用火灾自动报警系统与安防监控系统、门禁系统等联动,可以根据实时状况疏导组织人员的疏散,降低扎堆现象,减少疏散盲目性。从长远的角度来看,今后安防系统和消防系统整合将有效的提高超高层楼宇的安全等级。
参考文献
[1]郑付.浅谈火灾自动报警及联动控制系统[J].现代经济信息,2014,(20).
关键词:超高层建筑 剪力墙设计
中图分类号:TU208文献标识码: A
一、超高层建筑定义
1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上,专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。超高层建筑(Ultra High-rise Building)指40层以上,高度100m以上的建筑物。
我国《民用建筑设计通则》GB50352-2005规定:建筑高度超过100米时,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。
二、钢筋混凝土剪力墙分类
20世纪60年代开始,剪力墙结构开始得到应用。由于其抗侧移刚度大,能够有效减小侧移,具有较好的抗震性能。随着滑模、大模板等新施工工艺的采用而逐渐成为现代高层建筑中广泛采用的一种结构形式。采用剪力墙结构的高层住宅约占高层住宅的90%左右。目前世界上最高的建筑―位于迪拜828m高的哈利法塔,在601 m标高以下主要采用了钢筋混凝土剪力墙结构。
钢筋混凝土剪力墙根据墙体有无洞口、开洞大小及排列方式可分为整体墙、小开口整体墙、联肢墙、壁式框架,根据墙体的高宽比可分为高剪力墙与低矮剪力墙,根据有无竖缝及配筋方式分为普通配筋、交叉配筋及带暗支撑剪力墙。超高层建筑中常见的钢筋混凝土剪力墙如图1所示。
图1钢筋混凝上剪力墙
由于剪力墙刚度大,在风荷载与多遇地震下能够满足结构抗侧力的要求。在罕遇地震作用下,地震能量巨大,地面加速度峰值很大。历次震害表明,结构破坏主要是由于构件承受力显著降低、变形过大引起的,剪力墙的抗震性能一直受到高度关注。
三、剪力墙的一般布置原则
《高规》中7.1.1规定,剪力墙结构应具有适宜的侧向刚度,其布置应符合下列规定:
1)平面布置宜简单、规则,宜沿两个主轴方向或其他方向双向布置,两个方向的侧向刚度不宜相差过大,抗震设计时,不应采用仅单向有墙的结构布置。
2)宜自上而下连续布置,避免刚度突变。
3)门窗洞口宜上下对齐、成列布置,形成明确的墙肢和连梁;宜避免造成墙肢宽度相差悬殊的洞口设置;抗震设计时,一、二、三、级剪力墙的底部加强部位不宜采用上下洞口不对齐的错洞墙,全高均不宜采用洞口局部重叠的叠合错洞墙。
剪力墙结构是指利用房屋墙体作为水平抗侧力和竖向承重的结构,在该结构体系中,墙体同时可作为维护及分隔构件。目前,我国大多采用现浇剪力墙结构,它的整体性好且抗侧刚度大,在水平荷载作用下侧移小,容易满足承载力的要求,在室内形成平整的墙面,没有露梁露柱现象,住宅和旅馆客房具有开间较小、墙体较多、房间面积不大的特点,采用剪力墙结构比较合适。由于其具有良好的抗震性能,高层建筑中大多采用现浇剪力墙结构,我们给出如下剪力墙的一般布置原则:
1)剪力墙是承受水平荷载和竖向荷载的主要受力构件,因此其应沿结构的主要轴线进行布置,尤其是在抗震设计的剪力墙结构中,应避免仅单向有墙。一般平面为矩形、T形、L形时,剪力墙应沿两个方向布置;当平面为三角形、Y形时,剪力墙可沿三个方向布置;当平面为多边形、圆形、弧形时,剪力墙可沿环向和径向布置。
2)剪力墙布置应尽量比较规则,且应拉通对直,当有转折或稍有错开时,可按一道墙来考虑。
3)剪力墙宜从下到上连续布置,不宜突然取消或中断,以避免刚度突变。为减少刚度突变,可减少部分墙肢或沿高度方向改变混凝土等级或墙厚,沿高度逐渐减小剪力墙的抗侧刚度。结构顶层部分剪力墙被取消以形成顶部大房间时,应加强延伸到顶的剪力墙。
4)剪力墙应尽可能设置翼缘,尽量避免形成一字墙,且高层建筑中不应全采用短肢剪力墙,若短肢剪力墙较多时,可布置成一般剪力墙或筒体,形成共同抵抗水平作用的剪力墙结构。
5)剪力墙结构应具有较好的延性,细高的剪力墙容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙,为避免产生脆性的剪切破坏,不宜设置墙段的长度超过8m、高宽比小于2的剪力墙,当墙肢很长时,可通过开设洞口将长墙分成长度较小、较为均匀的若干墙段。每个墙段可看着是整体墙或者是用弱连梁连接的联肢墙。
6)剪力墙平面内刚度及承载力大,而平面外刚度及承载力相对很小。当剪力墙与平面外方向的梁连接时,会造成墙肢平面外弯矩,因此在沿梁轴线的方向设置与梁相连的剪力墙,或在梁与墙的相交处设置扶壁柱、暗柱等,以抵抗墙肢平面外弯矩。
四、超高层钢筋混凝土剪力墙体
尽管迄今为止各种新型剪力墙的相关研究成果非常丰富,但在超高层建筑中得到应用最为普遍的仍然是现浇钢筋混凝土剪力墙。随着理论研究与计算分析工具的不断进步,早期主要用于简化计算的构件分类方法与连续化假定、薄壁柱单元等较为粗糙的计算模型己不再具有实际意义,高精度板壳单元在大型结构分析软件中的成功应用,使得计算模型与实际结构的差异逐渐缩小。
超高层建筑核心筒墙体厚度较大,为了保证结构在地震作用下具有较好的延性,需要对剪力墙的轴压比进行严格控制,轴压比越小,延性越好。一般说来,核心筒外墙厚度较大,内墙厚度较小。较大的外筒墙厚便于与大跨度楼面梁、伸臂析架等构件连接构造的实现。内墙小墙肢较多,分担重力荷载较小,当楼层高度较大、横墙问距较远时,还应进行墙肢的面外稳定性验算。
剪力墙的水平分布筋起抗剪作用,以防止墙体在刹裂缝出现后发生脆性剪切破坏,同时起到抵抗混凝土温度收缩应力、防止混凝土出现裂缝的作用,在刚度变化部位需要适当增加。剪力墙的竖向钢筋主要起抗弯作用,计算结果多为构造配筋率控制。应该注意防止过多放置竖向钢筋使得墙体的抗弯强度大于其抗剪强度,不利于结构的抗震性能。当墙体厚度较大,经常需要设置两排以上的水平与竖向分布钢筋。
剪力墙端部的暗柱分为约束边缘构件和构造边缘构件两种形式。边缘构件的纵向钢筋与箍筋的配筋率远高于墙肢的分布钢筋。当墙体厚度很大时,如果简单按照现行国家标准《混凝土结构设计规范》(CB50010-2002)中的条文确定边缘构件长度的话,将出现暗柱面积过大、钢筋用量显著增加的问题。此时需要根据具体情况,在保证结构抗震性能的前提下,对边缘构件的尺寸进行适当的折减。
由于超高层建筑结构的高宽比很大,在水平荷载作用下,墙体可能出现受拉情况,混凝土开裂将导致其抗剪承载力受到很大影响。此时,需要采取在其端部设置型钢等方式,改善其抗震性能,保证结构延性。
在超高层建筑设计中,核心筒剪力墙通常采用的抗震性能指标为:1)在小震时保持弹性;2)在中震时底部加强区、水平加强层及加强层上下各一层主要剪力墙墙肢承载力中震弹性,其他区域中震不屈服;3)在大震时满足截面剪压比控制条件,可以进入塑性,但底部加强区不屈服。
五、高强高性能混凝土与高强钢筋的应用
随着建筑高度的增加,结构自重不断增大,核心筒剪力墙厚度不断增大,在材料用量增大的同时,也占用了宝贵的建筑使用空问。随着混凝土材料科学的发展,高强与高性能混凝土、钢纤维增强混凝土也被应用到剪力墙中,使其力学性能发生很大改变,是剪力墙结构发展的一个重要方面。
高强混凝土由于具有耐久性好、强度高、变形小等优点,可以有效减小构件截面、增大建筑使用面积、降低工程造价、缩短施工工期,因此得到了越来越广泛的应用,技术经济效益显著。高强混凝变了早期钢结构在超高层建筑中占据统治地位的情况,1997年建成位于马来西亚吉隆坡的国家石油公司双塔大楼即采用了C80高强混凝土,新近建成位于香港九龙站的环球贸易广场采用了C90高强混凝土。将高强混凝土应用于超高层建筑,己经成为一种必然的发展趋势。
结语:
随着社会和经济的不断发展,高层建筑也得到迅速的发展,剪力墙结构是超高层建筑结构的一种主要结构形式,在大量工程结构中得到广泛的运用。 剪力墙结构体系由于自身的特点,它可以灵活布置,墙肢可长可短,它必将在超高层建筑中有着广阔的发展前景。
参考文献:
关键词:超高层建筑;质量问题;预防
1 关于对超高层建筑的认识
人民需要好的生活环境,城市在开始的时候的确做到了这一点。产业革命及人口的增长加剧了城市化,为了在有限的城区面积中提供更多的使用面积,建筑开始向高空发展,我们有许多理由相信,摩天大厦将是都市未来的基本要素,都市结构与现代高楼两者密不可分。
早先的摩天楼其实并不高,与今天的高度概念相比已非同日而语。究竟多少层以上或多高的建筑称为高层建筑,世界各国基于本国的经济条件及消防装备等具体情况对高层建筑起始高度的定义不一致。
1972年国际高层会议上对高层建筑的定义取得了较统一的认识,并把高层建筑划分为四类:第一类9~16层(50米以下);第二类17~25层(75米以下);第三类26~40层(100米以下);第四类40层以上(超过100米)。
我国在1995年也修订了原有的《高层民用建筑防火规范》(GBJ45-82),新的《高规》(GB 50045-95)仍然规定10层及10层以上的居住建筑及高度超过24米的公共建筑为高层建筑,但删除了原有防火规范不适用于100米以上的高层建筑的规定,新增加了“当高层建筑高度超过250米时,建筑设计采取的特殊防火措施,应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证”的内容。目前,我们一般仍习惯于将100米以上的高层建筑称为超高层建筑,但由于防火能力的提高,显然100米早已不是限制我国高层建筑发展的高度界限了。
今天,超过100米的建筑已是数不胜数。在100米的高度,其实建筑物不论从结构还是设备及施工方面均无明显质的变化,对超高层建筑高度的界定,当然也不能简单地按新《高规》所提到的250米为界,所以对于高层与超高层的分界,今后会含糊些。从高层建筑的技术构成上分析,随着建筑高度的持续增加,并结合房屋的具体形状,其设计概念将受到越来越严峻的合理性的考验。今天对于由高层到超高层的理解,已不仅只限于高度上的、美学上的、安全及使用功能上的,还应包括效益、能源与生态环境方面的考虑。
2 超高层建筑工程质量存在的问题分析
质量是建筑的生命,也是建筑事业的生命,质量重于泰山。各级建设系统要牢固树立质量第一的思想,树立对国家、对人民、对后代高度负责的思想,把提高工程质量作为今后建设系统工作的重中之重。我国建筑业以其巨大的推动力带动着相关行业的发展。然而建筑业的发展也存在着严重的质量问题:血的教训、一桩桩、一件件性质恶劣、损失巨大的建筑工程质量事故屡屡出现。
2.1违背建设程序。如不经可行性认证,不作调查分析就拍板定案;没有搞清楚工程地质、水文地质就仓促开工;无证设计、无施工详图,任意设计,不按图纸方程式;工程竣工不进行试车运转,不经验收就交付使用等盲干,致使不少工程项目留有严重降患,如房屋倒塌事故也常有发生。
2.2设计计算问题。设计考虑不全面,结构不合理,计算简图不正确,计算荷载取值过小,内力分析有误,沉降缝及伸缩缝设置不当悬挑结构未进行搞倾扭验算等,都是诱发质量问题的隐患。
2.3工程地质勘察原因。未认真进行地质勘察,提供地质资料、数据有误;地质勘察时,钻孔间距太大,不能全面反映土地基地实际情况,如当基岩地面起伏变化较大时,土层厚薄相关亦甚大,地质勘察钻孔深度不够,没有查清地下软土层、滑坡、墓穴、孔洞等地层构造;地质勘察报告不详细、不准确等,均会导致采用错误的基础方案,造成地基不均匀沉降、失稳,使上部结构及墙体开裂、破坏、倒塌。
2.4未加固处理好地基。对软土、充填土、杂填土、湿陷性黄土、膨胀土、岩层出露、溶岩、土洞等不均匀地基未进行加固处理或处理不当,均是导致重大质量事故的原因。必须根据不同地基的工程特征,按照地基处理应与上部结构相结合,从地基处理、设计措施、结构措施、防水措施、施工措施等方面综合考虑治理。
2.5自然条件影响。施工项目周期长、露天作业多,受自然条件影响大,温度、温度、日照、雷电、供水、大风、暴雨等都能造成重大的质量事故,施工中应特别重视,采取有效措施予以预防。
2.6建筑结构使用问题。建筑物受力不当,亦易造成质量问题。如不经校核、验算,就在原有建筑物上任意加层;使用荷载超过原设计的容许荷载;任意开槽、打洞、削弱承重结构的截面等。
2.7建筑材料成品及半成品不合格。如:钢筋的力学性能不符合标准,水泥受潮、过期、结块、安定性不良,砂石级配不合理、有害物含量过多,混凝土配合比不准,外加剂性能、掺量不符合要求时,均会影响混凝土强度、和易性、密实性、抗渗性,导致混凝土结构强度不足、裂缝、渗漏、蜂窝、露筋等质量问题;预制构件断面尺寸不准,支承锚固长度不足,未可靠建立预应力值,钢筋漏放、错位,板面开裂等,必然会出现断裂、垮塌。
2.8施工和管理问题。工程质量问题时常由施工和管理不当造成。例如图纸不熟悉,盲目施工,未经图纸会审,仓促施工或不按图施工。不按有关规范及规定施工。
3 提高超高层建筑工程质量的措施
3.1工程图纸设计。一个项目工程的建设首先是施工图纸设计,设计的好坏直接影响工程的整体质量。因此一定要选择相应资质的设计单位,同时还要计划好设计经费。在市场经济条件人才市场竞争激烈,以免造成设计中的质量问题,还要注意有些设计单位为了多收设计费,故增加材料用量或有关系的材料加以设计从而提高工程造价,所以必然把好施工图纸设计关,防止工程还没建,就从根里带来许多问题。
3.2选择施工队伍。施工队伍素质的高低直接影响工程质量的好坏。一个项目工程建设立项批准之后,必然经过招投标、或议标选择施工队伍,具体方法:一是听,即听取施工队介绍技术力量、设备、资金情况以及拟承担工程所采取的措施。二是看,看正在施工和已经竣工交付使用项目的施工质量和现场管理。三是查,即考察施工单位的设备、技术力量、企业等级、资格证书。四是访,即走访已交付使用工程的甲方,征求使用单位对工程队伍的评价,以便了解其信誉。在此基础上,按照标价合理、工期短、质量优、信誉高、素质好的原则,综合比较绝不能靠关系,走后门,特别要防止通过关系指定施工队伍。
3.3施工合同签订。施工队伍确认后,建设单位即应与其签订合同(或协议),将甲乙双方的关系用法律条文写下来,合同内容必然严密,条款详尽、责任明确、奖罚分明、要求合理、手续完备、查核布据。合同签订前有上级主管业务部门报告,全责签订后,经当地公证部门公证存在法律监督。
3.4工程质量监督。提高监督执法的透明度,建立健全工程质量监督告知制度,使工程质量真正建立预见性、服务性的质量监督模式,做到服务与执法有机结合。为了保证监督的有效性和权威性,尤其现场监理监督机构应不断提高监督队伍的素质和监督工作水平。
3.5质量控制措施。
(1)为了确保总工期目标,必然实行分段控制、动态控制。在项目实施过程,要依据变化后的实际情况,在不影响总进度计划的前提下,对进度计划及时进行修正、调整。材料供应和支付工程进度款方面要及时,以确保工程质量。
(2)严把材料质量关。材料要符合国家规范标准(含环保标准)和设计要求,严格执行材料验收制度。确保主体结构质量:主体结构质量关系到整体工程质量和安全,关系到每个职工生命安全,因此,必然确保主体结构质量。重视装饰质量:在施工装饰阶段,事实上要克服质量通病,搞好细部处理,在装饰水准上要高人一等,要有新创新、新工艺。抓好关键部位施工。
工程竣工验收是建设工程的最后一道程序,是对工程设计、工程质量的最后检查总结。工程完工后,在组织验收七个工作日前,施工单位应通知项目监督工程师进行质量检查,验收时,要严格执行国家颁发的工程验收规范标准,逐项验收评定。具体可采取工程技术文件检查、实物工程质量检查的方法。工程竣工验收监督,建设单位必须在组织验收7个工作日前,将工程验收时间、地点及验收机构组织人员名单报工程质量监督机构。工程验收合格后,建设单位持工程竣工验收报告至备案部门办理备案手续。
参考文献
关键词:超高层建筑供电可靠性柴油发电机B类电子信息机房
中图分类号: TU994文献标识码:A文章编号:
作为我国经济高速发展的见证窗口,银行部门的业务量急剧增长。始建于上世纪90年代初期的某省银行总部办公楼,无论从建筑规模还是从设备运行的可靠性,都已不能满足其目前工作的需求。因此,我公司承担了其新建办公楼的设计任务。新建办公楼地下3层,地上27层,地下3层主要为银行金库和设备用房,地下1,2层主要为汽车库和电气设备用房,地上1~3层主要为银行的对外服务窗口,4层为电子信息机房,4层以上为银行各部门的办公室及各种票据、档案的库房,其中14层为避难层。总建筑面积约为7.5万m2,建筑总高度为134 m。本工程无论是从使用方的性质,还是从建筑本身的特征考虑,供电的可靠性都是本次设计的重中之重。
1超高层建筑对电气设计的影响
我国一直没有超高层建筑的定义。业内人士一般认为高度超过100 m的建筑即为超高层建筑,其缘由主要为我国《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95及2001年,2005年修订版中的类似规定,即“建筑高度超过100m的公共建筑,应设置避难层”;建筑高度超过100m,且标准层建筑面积超过1000 m2的公共建筑,宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助的设施。因此,大部分人认为100m为高层建筑的分水岭。作为高层建筑,其对电气设计有何影响呢?首先,高层建筑人员密度大,一旦发生火灾或其他突发事故,人员的疏散、消防设备的可靠运行尤为重要,而保证这两点的前提条件则是供电的可靠性;其次,超高层建筑由于供电距离长,如供电方案不合理,很容易造成压降过大,某些设备不能正常启动的后果。
2 负荷等级的确定
用电负荷根据供电可靠性及中断供电所造成的损失或影响程度,分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。对于各级负荷的详细定义可参见《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008相关章节的说明。根据本建筑的特点,表1为本工程的负荷等级分类。
3 高低压供电方案
1)本工程高压部分采取双路10KV(不同区域开闭站)供电,单母线分段运行,两段母线之间设置母联开关。平时两段母线分列运行,当1路电源发生故障时,通过手/自动操作母联开关,另1路电源承担全部负荷。两路电源的主进开关与母联开关设置机械电气连锁,任何情况下只能闭合其中的两个开关。
2)采用需用系数法对本工程进行负荷计算,各功能分区的用电指标本文不再罗列。经计算,本工程主楼部分的计算负荷为2300KW,地下车库及设备站房的计算负荷为1900KW,裙房部分的计算负荷为1200KW,因此,本工程拟装设1600KVA和2000KVA的变压器各两台,其中两台1600KVA的变压器负责承担主楼部分的用电负荷;两台2000KVA的变压器负责承担地下车库、设备站房和裙房部分用电负荷。
3)本工程低压侧采用单母线分段运行的方式,两段母线之间设置母联开关,母联开关设置自投自复/自投不自复/手动转换三种转换方式。自投时要求自动切断三级负荷。低压侧的主进开关与母联开关设置机械电气连锁,任何情况下只能闭合其中的两个开关。本工程中大容量负荷和重要负荷采用放射式供电,对于比表分散的负荷采取二级配电的方式。本工程的供电方案详见图1。
4 提高供电可靠性采取的措施
《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第3.2.8条规定:“一级负荷应有两个电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏”。本工程为提高供电的可靠性,除从不同区域变电站引入两路10KV电源,即满足规范要求外,尚采取了如下几项措施:
1)设置柴油发电机组。当出现两路市电同时发生故障时,本工程的消防负荷和重要负荷可由柴油发电机组供电。
2)设置集中式UPS。当两路市电同时发生故障,柴油发电机组尚未启动时,重要负荷可由UPS进行供电。
3)对于三级负荷,为了较小因变压器故障或母线检修等原因引起的停电范围,以避难层为界,其上下各设一组密集母线槽,且每组母线槽分别引自变配电室的不同低压母线段。母线设置详见图2。
4)为了保证三级负荷中比较重要的负荷(如行长,副行长办公室的用电)的供电,每层的电源总箱由两端母线分别进行供电,当一段母线因故障停电时,可以采取手动的方式投切到另一段母线进行供电。层电源总箱系统图详见图3。
5)对于屋顶的末端设备,为了避免因线路过长导致压降过大产生的影响,采取了适当加大导线截面减小压降的措施。
5 变配电室的设计
因本建筑属于超高层建筑中的“低矮”建筑,且本工程上部的负荷矩约为4万KW*m(避难层负荷200KW,高度约为70m,,主楼屋顶负荷190KW,负荷在屋顶处的高度约为125m),虽然超过了某些资料提出的3万KW*m的概念,但离10万KW*m的极限值尚有相当一段距离。因此,本工程只在主楼的地下1层靠近外墙部位设置1处变配电室,中间层不再设置变配电室,即能够满足供电半径的要求,同时该变配电室的位置比较贴近负荷中心(地下3层的设备站房)。地下一层贴临变配电室处设置10KV高压分界室(开关站,产权属于当地供电局),面积不小于30 m2。
6 柴油发电机的设计
6.1 柴油发电机房位置的选择
为了保证一级负荷和重要负荷的可靠供电,本工程拟在裙房的地下1层设置柴油发电机。机房选址不应在厕所,浴室或其他经常积水场所的正下方或贴临处,同时,考虑到设备运输的方便,机房顶板设置了6.5m*3.5m的吊装孔。
6.2 柴油发电机输出电压的选择
在超高层建筑中,柴油发电机房一般距离屋顶的用电设备距离较长,因此线路的电压损失较大。由于屋顶用电设备一般为加压风机,排烟风机和消防电梯等,因此可以认为其三相负荷平衡,线路的电压损失可按以下公式进行计算:
ΔU%=0.73IL(RoCOSΦ+XoSINΦ)/Ue
式中,ΔU—线路电压损失,%,一般情况下用电设备处取值为5%;
I—负荷计算电流,A;
L—供电线路距离,Km;
Ro,Xo—线路单位长度的电阻和电抗,单位Ω/ Km;
关键词:高层建筑;供配电系统;研究
中图分类号:TU97 文献标识码:A
超高层建筑的明确定义,基本上是在经过了1972年联合国教科文组织下属的世界高层建筑委员会的讨论后,才认定40层以上(高度在100m以上)的属于超高层建筑。但在不同的国家,仍是以各自的具体情况,如建筑类别、防火要求等,对高层及超高层建筑的定义有不同的规定,而我国的〈民用建筑设计通则〉中也已明确规定“建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。
1 高层建筑对供配电系统设计的要求
高层建筑供配电系统的设计,是高层建筑电气设计的重要组成部分,合理与否会影响整个建筑使用功能及安全。由于现代高层建筑通常是集办公、娱乐、商业等功能于一身,具有多元化功能,同时与消防、空调、给排水等专业以及与现代化管理手段相配套的设备也相当多,因此在对高层建筑进行供配电系统设计师应根据其本身性质、规模,明确建筑相关电力负荷等级,并结合当地的供电网的实际情况,才能确定高层建筑供电电源的电压等级、电源回路数、专线电源还是公用电源以及是否设置自备电源等。对一个高层建筑的供配电系统的设计,除了考虑技术方面(主要为规范要求)的因素外,还必须考虑工程投资,运行管理诸方面的因素。
2 高层建筑供电系统设计
随着社会的发展,城市现代化进程的推进速度越来越快,高层建筑在我国各城市特别是大城市得到迅速发展,但它给人们特别是设计人员带来了许多问题,如供配电设计,其与一般低层建筑的供配电设计有着很大的不同,因此,设计人员必须根据高层建筑的特点并结合当地供电系统的实际情况为其构建安全可靠、技术先进、经济合理的供配电系统,这将对高层建筑的可靠运行是很有必要的。
2.1 负荷等级的确定和各级负荷容量的计算。负荷等级的确定应按有关规范进行,一般情况下,高层建筑负荷等级也可按以下确定:一级负荷包括疏散楼梯、消防电梯前室及地下室的应急照明、消防水泵、排烟风机、消防电梯等;二级负荷包括部分客梯电力、生活泵电力;三级负荷包括一、二级负荷以外的其他用电负荷。根据负荷用途的不同,将用电负荷划分为商业用电和住宅用电,由于商业用电与住宅用电的计费标准不同,一般分别设置商业变配电房与住宅变配电房,商业用电包括商铺用电、售楼部和会所用电、地下室照明、动力用电及其他商业用途的负荷,其供电由商业变配电房提供;住宅用电包括住宅相关的照明、动力等的用电,其供电由住宅变配电房提供。确定建筑总用电计算负荷的方法主要有负荷密度法、单位容量法和需用系数法,通常习惯使用负荷密度法和单位容量法对高层建筑用电负荷进行计算。对于普通商铺的负荷计算,经常使用负荷密度法,即采用单位面积的用电负荷容量(取整)作为单间商铺的预留负荷,并由此与其他商业负荷通过计算,得到总的商业用电负荷。商铺负荷密度的取值会因为商铺的经营特点及所处的地区而有所不同,江苏地区普通商铺一般按100~150W/m2计算,如商铺的负荷可以确定,则应按实际负荷计算,各类设备负荷的需要系数及功率因数见技术手册的相关章节,对于住宅的负荷计算,一般使用单位容量法也称单位指标法,即根据商住楼的住户数来确定容量的计算方法。住宅用电负荷需要系数与配电时所连接的基本户数有关,住宅户数越大,需要系数越小,在高层建筑电气设计中,住宅用电负荷在总用电负荷中所占的比例一般较大,住宅计算负荷的大小直接关系到项目用电规划及变压器等设备的选型,因而需要系数的选取就显得尤为重要。住宅用电负荷需要系数的选取可参见技术手册的相关章节,同时应该细致地分析当地供电部门所提供的统计数据,对应工程实际情况,做出合理、经济的选择。若进行负荷计算时,没有充分考虑用电负荷的特点,需要系数选取过大,造成变压器容量选型过大,投资增加,资源浪费,经济性差;需要系数选取过小,又造成变压器容量选型过小,用电高峰时,变压器负载率过高,既降低了配电系统的安全性,又缩短了设备的使用寿命。
2.2 供电电源及电压。供配电系统设计中,为保证供电系统的合理性,要求根据负荷等级采取相应的供电措施.各级负荷的供电电源应满足设计规范的相关规定。
对高层建筑来说,一般没有特别重要负荷,且一级负荷容量较小,因此采用两路市政电源供电或一路市政电源加应急发电机组供电均可满足要求,后者在工程应用中较为常见。供电电源采用一路独立的l0kV高压电源,由市政区域变配电站引入至小区首层开关房.低压配电电压采用380/220V。设置柴油发电机,以确保消防设备用电。当投资方对某些用电负荷有特殊的供电要求时,也可由柴油发电机组提供保障。
2.3 变配电所的布置。一般应根据负荷容量、负荷分布以及建筑物功能分区的实际情况,与相关专业协调确定变配电所的位置以及数量。变压器容量应根据计算容量选择,变压器的负荷率一般取70%~85%。低压线路的供电半径一般不宜超过 200m,当供电容量超过 500kW,供电距离超过 200m 时,宜考虑增设变配电所。只要条件许可,变配电所的位置应尽量靠近负荷中心,从而简化了配电系统,有利于增强系统的稳定性与安全性,同时也减少了线缆的使用量,降低因线路造成的电能损耗.由于首层空间的商业价值比较高,一般高层建筑的变配电所设于负一层,便于通过地下停车库的车道运输变配电设备。
2.4 高低压供电系统结线型式及运行方式。对于高层建筑,其高低压供电系统结线型式及运行方式一般做如下设计:高压系统采用一路l0kV高压进线,结线型式采用单母线运行方式;变压器低压侧采用单母线分段结线型式,每台变压器对应接一段母线,母线段之间采用母联开关联络,正常情况下各段母线分列单独运行,母联开关打开,当其中一台变压器故障退出运行时,母联开关手动合上,由同组的另一台变压器保证部分重要负荷的供电,当故障的变压器恢复供电后,母联开关自动打开,恢复正常运行方式。母联开关与进线开关应具有电气联锁功能并加机械联锁,以防止电源倒送。变压器低压侧设置应急母线段,由正常电源与备用柴油发电机电源经双电源切换开关向该母线段供电,以保证应急情况下一级负荷的供电,双电源切换开关设有电气和机械联锁,防止发生向市电反供,消防负荷均采用双回路供电,在末端配电箱切换。
2.5 功率因数补偿方式。统一在低压母线侧装设电容器组进行无功补偿,使功率因数达到0.9以上。
2.6 电能计量装置。商业用电采用高压计量,居民用电采用低压计量到户。商业高压10kV进线侧装设专用计量柜,安装有功电度表、无功电度表;变压器低压侧不同用户的供电回路分别装设有功电度表,监视仪表根据供电部门及建设方要求设置。为了方便管理,一般商铺分户电表集中设于每层电表间或配电间,住宅用户采用一户一表,九层以下(包括九层)的住宅楼,电表箱可集中设于首层电表间内;九层以上的住宅楼,电表箱分设于每层的电井内,为方便管理可设置远程抄表系统,梯灯及电梯用电单独计量,由住户分摊。
2.7 备用电源和应急电源。自备柴油发电机组的容量按照需供电的最大稳定负荷,计算时分别考虑消防情况和非消防情况下必须保证的电源容量,取其较大者。当市电中断时,柴油发电机组应立即启动,并在15s 内投入正常带负荷运行;当市电恢复时,机组自动退出工作并延时停机。
3 高层建筑配电系统设计
供电电压为380/220V,一般接地采用TN-S系统,当某楼为独立建筑物,电源由其他建筑物引来时,接地采用TN-C-S系统。低压配电采用树干式和放射式混合配电,地下室负荷较大,从低压配电房采用放射式配电,从低压配电房到地上各层配电箱采用树干式配电,从层间配电箱至负荷采用放射式配电;大容量干线采用封闭式母线槽,小容量干线采用铜芯塑料电缆;垂直部分沿电缆井敷设,水平部分采用金属桥架或金属线槽敷设,支干线及支线采用阻燃或难燃塑料绝缘导线,放射式采用阻燃或难燃铜芯电缆。
一般动力、照明由低压配电柜正常电源母线段供电,火灾应急照明、消防电梯、消防水泵、防排烟风机及消防中心等一级负荷采用双回路供电,并在线路末端配电箱处自动切换,一回路引自应急电源母线段,另一回路引自正常电源母线段,双回路电源切换柜为自投自复,设电气和机械联锁。
4 结束语
在对高层建筑供配电系统进行设计时,其负荷容量计算是否准确,供电电源选择及变配电所布置是否合理,供配电系统是否经济,运行是否能保持稳定、安全等方面,将决定其最终成果的优劣。
参考文献:
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[3] 吴正平.超高层建筑配电系统设计介绍[J].建筑电气,2011,(09).
关键词:建筑设计;城市规划;广场架空
Abstract: with the rapid development of high building technology, high building had become the city space indispensable element, become the city a beautiful scene, however high-rise building and the integration of urban space there are still some defects.
Keywords: architectural design; Urban planning; Square overhead
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
高层建筑形式在古代就已有了,早在公元前五百多年的古巴比伦曾经建造了现在号称世界七大奇迹之一的“空中花园”,根据记载,其形式非常之华丽壮观,放置在任何空间之中都可以说是一道绝美的风景。近代随着科学技术的发展,尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用,为高层建筑发展创造了前所未有的机遇,高层建筑也成为城市空间中一道独特的风景,其中以美国的高层建筑发展最为活跃,如1885年的芝加哥家庭保险大楼被公认为第一幢摩天建筑,而纽约的曼哈顿区更是高楼云集;近年来我国的高层建筑也发展迅速,如上海的金茂大厦88层,高420.5米。随着结构理论和技术的发展,高层建筑结构形式趋于多样化,高层建筑的表现形式也多种多样,但随之所带来的弊端也越来越多的表现出来,在成为城市风景的同时如何恰当的融入城市空间成为高层建筑设计的一个重要任务,也是使高层建筑设计趋于完善所追求的一种理念。
城市空间是人类生活和生产所需要的重要因素,它为居民提供各种活动的可能。这个可以说是城市空间比较科学性的定义,而本文提到的城市空间则更具体更形象,主要指城市内的建筑物、道路、绿地、广场、公共服务设施等实体以及由这些实体所构成的立体空间,也是人处在其中能真实、直观感受到的空间。高层建筑是否与所处的城市空间融洽,其评价标准相当一部分取决于公众的感受,简单的说就是人处在所创造空间中的感受;所以一位建筑设计者在进行高层建筑设计时要充分考虑所创造出来的空间(无论是内部还是外部)给予使用者的感受。这些是理论上要求一位建筑设计师要考虑的因素也是作为一名建筑师应该承担的责任,而且还可以据此评价一位建筑师的设计能力和水平及其职业道德。事实上在进行一项高层建筑设计时,开发商受利益的驱使往往不会考虑建筑与环境的关系,此时,规划部门所出台的各种条文政策及规范将扮演着重要角色,它强制性的要求必须顾及城市环境,营造舒适的城市空间。可以看出,高层建筑设计与城市空间的协调以及城市空间的营造是通过两方面的共同作用来完成的,即建筑设计和规划。下面就从建筑设计和城市规划两方面谈谈高层建筑设计与城市空间的关系。
1 建筑设计
1.1 充分发挥广场的作用
高层建筑由于其体量的巨大,往往给街道空间一种突然的压迫感,使人感觉好像从一个大空间突然进入一个小空间,这是由于高层建筑的体量所造成的对比。因此凡是处在街道两旁体量巨大的高层建筑在设计时应该对其进行后退处理,并在其退出的用地上设计一广场空间,这个广场空间将起到空间的缓冲作用;而且由于高层建筑的建筑面积远远超出其用地面积,容纳的人员较多,出入口人流密度相对较大,后退出的广场空间也起到缓解交通压力的作用;从另外一方面讲,广场空间往往在街道空间以及城市空间中起到非常重要作用,能够给公众留下较深的印象,也往往能成为城市的节点,这就是共享空间的好处。有的建筑大师甚至直接设计成下沉式的广场,如日本建筑大师叽崎新设计的日本筑波中心的下沉式广场,独特的广场空间造型,以人和环境为设计重点,不仅为公众提供了一个舒适的安静的休闲场所,而且使建筑塔楼的形象特征更加突出。这种下沉式的广场往往更容易给人留下印象,就空间形式而言它是一种非常富有情趣的空间。因此在进行高层建筑设计时广场和建筑应该作为一体来考虑。
1.2 高层建筑主体设计
对于一个城市而言,高层建筑往往具有一定的代表性和象征性,可以反映一个城市经济水平和发展程度,选择合理的造型就显的尤为重要。高层建筑由于其结构形式的限制以及使用功能的要求,在造型上往往追随于建筑的结构形式,而不能有太多的变化,有的高层建筑甚至直接将结构形式外露不加修饰。高层建筑的主体部分是它的塔楼,塔楼的表现形式对高层建筑的造型起着决定性的作用,现今国外和国内的许多高层建筑都有着独特的外形和明显的识别性,对一个城市具有一定的代表性,这可以说是高层建筑存在的一个原因。随着近年来资源短缺问题的出现,全球提出了可持续发展,而高层建筑就环保节能方面来说是很浪费的,随之就出现了生态型“建筑的概念,如生态建筑师---诺曼·福斯特设计的法兰克福商业银行总部大厦在强调象征意义和功能的同时,就引入生态的概念,是世界上第一座”生态型“超高层建筑。其建筑平面呈三角形,宛如三叶花瓣夹着一支花茎:花瓣部分是办公空间,花茎部分为中空大厅。中空大厅起自然通风作用,同时还为建筑内部创造了丰富的景观。而气候设计大师---杨经文设计的马来西亚吉隆坡梅纳拉大厦则体现了利用空中开放空间连通建筑内外,贯彻”生物气候大楼“思想,引入了大量的植物,立面上螺旋上升的垂直绿化和底部斜坡的绿化都有助于调节气候,尽可能地拉近了人与自然的距离,较好地完成了室内外空间的过渡与衔接。同时对形成良好的城市空间环境也是一种深化。可以看出目前高层建筑设计的一个新要求就是要实现”生态节能型“。
高层建筑主体的下部分---裙房虽然对整个城市影响较小,但它对于街道的尺度和人情化空间的创造等方面却有着重要的影响。建筑的裙楼立面设计一般不同于上部立面,需要进行细致的设计,从而使下部空间丰富多彩而不至于感到苍白;并要体现人的尺度,因为裙房部分跟公众视觉接触较密切,对街道空间感影响也较大。而高层建筑的最上部分---屋顶对整个建筑形象起到强化个性的作用,虽然它较少影响到生态环境,但对塑造建筑的标志性、丰富城市天际线具有重要的作用,因此应根据建筑的基座、楼身等因素加以塑造。
1.3 巧妙的运用一些处理手法
高层建筑的塔楼部分虽然变化的余地不大,但是底层部分却可以进行一些巧妙的处理来丰富空间形式。一般可以采用底层架空和入口缩进的手法。底层架空的处理手法是现代建筑的特征之一,它可以在高密度的环境中争取到宝贵的用地,把城市的道路、广场和建筑有机地结合在一起,形成通透的、公共的开放空间,给市民以小憩之地;同时还可以改善人流、视觉拥挤的状况,连通几个主要的公共场所,以增加城市空间的层次。高层建筑临近城市道路布置时,入口空间凹入建筑下部可以避免主体的被迫后退(用地非常紧张的情况下),争取基地面积的有效使用,缓解入口处各种矛盾冲突;并有可能在建筑的形体设计、空间组织等方面形成新颖的构思,这种入口后退架开的处理不仅空间层次丰富而且给人的印象也深刻。
2 规划设计
2.1 避免高层建筑密集
高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利,却给城市空间带来很多压力,造成城市空间和城市交通的拥挤,甚至是一些史料不及的污染和危害,比如一些高层建筑玻璃幕墙的大面积使用造成以前未出现过的光污染;还有就是形成高压风带和风口,这些会造成意想不到的后果。因此在规划设计中要对区域内的高层建筑密度进行限制,避免高层建筑的集中分布。
2.2 高层建筑与城市街道
高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段,这些地段的街道本身交通荷载就较大,高层建筑将大大增加这些街道的交通压力,分布在这些街道两侧的高层建筑要尽量控制其层数和高度,同时在规划设计时要对这些街道进行扩展,加大其通行能力。
2.3 控制超高层建筑数量
超高层建筑往往以其象征性和代表性而存在,实际上这类建筑既不经济又不合理,一些已建成的超高层建筑投入使用后表明收益并不乐观,可以说仅仅是体现城市形象,提高城市知名度。
3 结束语
关键词:建筑设计;高层建筑
全球以美国的高层建筑发展最为活跃,近年来我国的高层建筑也发展迅速,如南京的紫峰大厦,紫峰大厦是世界第七、中国第四、大陆第二高楼,高89层(地上89层、地下3层 ),高450米。其实高层建筑形式在古代就已有了,只是没有得到广泛的应用和发展,我国古代建筑艺术的百花园中,有一支晚出而独秀的奇葩——塔。它象一支巨笔,以蓝天作纸,抒写了我们伟大民族光辉的历史和璀璨的文化。塔,玲珑挺拔,瑰丽多姿。它高高地耸立在我国的名山大川,古城胜地,使高山更为雄伟壮观,使江水更为清蓝多彩,使古城更为神秘诱人。它为秀美的祖国山河增添了隽雅的轮廓线,使我国蔚为壮观的建筑艺术,焕发出更为灿烂的光辉。近代随着科学技术的发展,尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用,为高层建筑发展创造了前所未有的机遇,高层建筑也成为城市空间中一道独特的风景随着结构理论和技术的发展,高层建筑结构形式趋于多样化,高层建筑的表现形式也多种多样,但随之所带来的弊端也越来越多的表现出来,在成为城市风景的同时如何恰当的融入城市空间成为高层建筑设计的一个重要任务,也是使高层建筑设计趋于完善所追求的一种理念。
城市空间是人类生活和生产所需要的重要因素,它为居民提供各种活动的可能。这个可以说是城市空间比较科学性的定义,而本文提到的城市空间则更具体更形象,主要指城市内的建筑物、道路、绿地、广场、公共服务设施等实体以及由这些实体所构成的立体空间,也是人处在其中能真实、直观感受到的空间。高层建筑是否与所处的城市空间融洽,其评价标准相当一部分取决于公众的感受,简单的说就是人处在所创造空间中的感受;所以一位建筑设计者在进行高层建筑设计时要充分考虑所创造出来的空间(无论是内部还是外部)给予使用者的感受。这些是理论上要求一位建筑设计师要考虑的因素也是作为一名建筑师应该承担的责任,而且还可以据此评价一位建筑师的设计能力和水平及其职业道德。事实上在进行一项高层建筑设计时,开发商受利益的驱使往往不会考虑建筑与环境的关系,此时,规划部门所出台的各种条文政策及规范将扮演着重要角色,它强制性的要求必须顾及城市环境,营造舒适的城市空间。可以看出,高层建筑设计与城市空间的协调以及城市空间的营造是通过两方面的共同作用来完成的,即建筑设计和规划。下面就从建筑设计和城市规划两方面谈谈高层建筑设计与城市空间的关系。
1、建筑设计
1、1充分发挥广场的作用
高层建筑由于其体量的巨大,往往给街道空间一种突然的压迫感,使人感觉好像从一个大空间突然进入一个小空间,这是由于高层建筑的体量所造成的对比。因此凡是处在街道两旁体量巨大的高层建筑在设计时应该对其进行后退处理,并在其退出的用地上设计一广场空间,这个广场空间将起到空间的缓冲作用;而且由于高层建筑的建筑面积远远超出其用地面积,容纳的人员较多,出入口人流密度相对较大,后退出的广场空间也起到缓解交通压力的作用;从另外一方面讲,广场空间往往在街道空间以及城市空间中起到非常重要作用,能够给公众留下较深的印象,也往往能成为城市的节点,这就是共享空间的好处。有的建筑大师甚至直接设计成下沉式的广场,如日本建筑大师叽崎新设计的日本筑波中心的下沉式广场,独特的广场空间造型,以人和环境为设计重点,不仅为公众提供了一个舒适的安静的休闲场所,而且使建筑塔楼的形象特征更加突出。这种下沉式的广场往往更容易给人留下印象,就空间形式而言它是一种非常富有情趣的空间。因此在进行高层建筑设计时广场和建筑应该作为一体来考虑。
1、2高层建筑主体设计
对于一个城市而言,高层建筑往往具有一定的代表性和象征性,可以反映一个城市经济水平和发展程度,选择合理的造型就显的尤为重要。高层建筑由于其结构形式的限制以及使用功能的要求,在造型上往往追随于建筑的结构形式,而不能有太多的变化,有的高层建筑甚至直接将结构形式外露不加修饰。高层建筑的主体部分是它的塔楼,塔楼的表现形式对高层建筑的造型起着决定性的作用,现今国外和国内的许多高层建筑都有着独特的外形和明显的识别性,对一个城市具有一定的代表性,这可以说是高层建筑存在的一个原因。随着近年来资源短缺问题的出现,全球提出了可持续发展,而高层建筑就环保节能方面来说是很浪费的,随之就出现了“生态型”建筑的概念,如生态建筑师――诺曼?福斯特设计的法兰克福商业银行总部大厦在强调象征意义和功能的同时,就引入生态的概念,是世界上第一座“生态型”超高层建筑。其建筑平面呈三角形,宛如三叶花瓣夹着一支花茎:花瓣部分是办公空间,花茎部分为中空大厅。中空大厅起自然通风作用,同时还为建筑内部创造了丰富的景观。而气候设计大师――杨经文设计的马来西亚吉隆坡梅纳拉大厦则体现了利用空中开放空间连通建筑内外,贯彻“生物气候大楼”思想,引入了大量的植物,立面上螺旋上升的垂直绿化和底部斜坡的绿化都有助于调节气候,尽可能地拉近了人与自然的距离,较好地完成了室内外空间的过渡与衔接。同时对形成良好的城市空间环境也是一种深化。可以看出目前高层建筑设计的一个新要求就是要实现“生态节能型”。
高层建筑主体的下部分――裙房虽然对整个城市影响较小,但它对于街道的尺度和人情化空间的创造等方面却有着重要的影响。建筑的裙楼立面设计一般不同于上部立面,需要进行细致的设计,从而使下部空间丰富多彩而不至于感到苍白;并要体现人的尺度,因为裙房部分跟公众视觉接触较密切,对街道空间感影响也较大。而高层建筑的最上部分――屋顶对整个建筑形象起到强化个性的作用,虽然它较少影响到生态环境,但对塑造建筑的标志性、丰富城市天际线具有重要的作用,因此应根据建筑的基座、楼身等因素加以塑造。
1、3巧妙的运用一些处理手法
高层建筑的塔楼部分虽然变化的余地不大,但是底层部分却可以进行一些巧妙的处理来丰富空间形式。一般可以采用底层架空和入口缩进的手法。底层架空的处理手法是现代建筑的特征之一,它可以在高密度的环境中争取到宝贵的用地,把城市的道路、广场和建筑有机地结合在一起,形成通透的、公共的开放空间,给市民以小憩之地;同时还可以改善人流、视觉拥挤的状况,连通几个主要的公共场所,以增加城市空间的层次。高层建筑临近城市道路布置时,入口空间凹入建筑下部可以避免主体的被迫后退(用地非常紧张的情况下),争取基地面积的有效使用,缓解入口处各种矛盾冲突;并有可能在建筑的形体设计、空间组织等方面形成新颖的构思,这种入口后退架开的处理不仅空间层次丰富而且给人的印象也深刻。
2、规划设计
2、1避免高层建筑密集
高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利,却给城市空间带来很多压力,造成城市空间和城市交通的拥挤,甚至是一些史料不及的污染和危害,比如一些高层建筑玻璃幕墙的大面积使用造成以前未出现过的光污染;还有就是形成高压风带和风口,这些会造成意想不到的后果。因此在规划设计中要对区域内的高层建筑密度进行限制,避免高层建筑的集中分布。
2、2高层建筑与城市街道
高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段,这些地段的街道本身交通荷载就较大,高层建筑将大大增加这些街道的交通压力,分布在这些街道两侧的高层建筑要尽量控制其层数和高度,同时在规划设计时要对这些街道进行扩展,加大其通行能力。
2、3控制超高层建筑数量
超高层建筑往往以其象征性和代表性而存在,实际上这类建筑既不经济又不合理,一些已建成的超高层建筑投入使用后表明收益并不乐观,可以说仅仅是体现城市形象,提高城市知名度。
【关键词】高层建筑;施工特点;问题;解决措施
中图分类号:TU97文献标识码: A
前言
文章对高层建筑的定义及特点进行了简要介绍,对高层建筑施工中的相关问题进行了阐述,通过分析,并结合自身实践经验和相关理论知识,对高层建筑施工中相关问题的解决对策进行了探讨。
二、高层建筑的定义
超过一定层数或高度的建筑被称为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数,各国的规定不一,而且多无绝对、严格的标准。
在中国,旧规范规定:8层以上的建筑都被称为高层建筑。
目前,接近20层的建筑称为中高层建筑,30层左右接近100m称为高层建筑,而50层左右200m以上称为超高层建筑。
在新《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)里规定:10层及10层以上或高度超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时,称为超高层建筑。
三、高层建筑施工特点
1.高层建筑施工周期长
一般多层住宅每栋平均工期在10个月左右,而高层建筑的施工周期平均为2年左右。要缩短施工周期,主要是缩短结构和装饰施工周期。各种高层结构体系可以采用不同的施工方法。而现浇混凝土是高层建筑施工的主导工序,合理的选择模板体系是缩短主体结构工期,降低成本的主要途径之一。
2.基础埋置深度深
高层建筑为了保证其整体稳定性,地基埋置深度不宜小于建筑物高度的1/12;采用桩基时,不宜小于建筑物高度的1/15(桩的长度不计算在埋置深度内),至少应有一层地下室。因此,一般埋深至少在地面以下5m。超高层建筑的基础埋置深度甚至达20m以上。深基础施工,地基处理复杂。尤其是在软土地基,基础施工方案有多种选择,对造价和工期影响很大。研究解决各种深基础开挖支护技术,是高层建筑施工的重点之一。
3.高空作业多
由于高层建筑物的自身高度大,垂直运输工作量大。高空作业要处理大量的材料、制品、机具设备和人员的垂直运输。在施工全过程中,要认真做好高空安全保护、防火、用水、用电、通讯、临时厕所等问题,防止物体坠落打击事故。
4.高层建筑体量大,工程量大
据统计,我国目前高层建筑平均建筑面积约为1.5万平方米。由于工程量大,工程项目多,涉及单位多、工种多。特别是一些大型复杂的高层建筑,往往是边设计、边准备、边施工,总、分包涉及许多单位,协作关系涉及众多部门。这就带来了高层建筑施工计划、组织、管理、协调的难度大。必须精心施工,加强集中管理。当然,由于高层建筑层数多、工作面大,就可充分利用时间和空间,进行平行流水立体交叉作业。
5.施工技术要求高
高层建筑施工技术主要以钢筋混凝土和钢材为主要结构材料及相关的施工技术构成,而钢筋混凝土又以现浇为主,需要着重研究解决各种工业化模板、钢筋连接、高性能混凝土、建筑制品、结构安装等施工技术。其次是装饰、消防、防水、设备等要求较高。平面类型的多样化、立面造型的个性化、立面色彩与周围环境的协调和谐,已经成为时代潮流;消防设施要求高,深基础、地下室、墙面、屋面、厨房、卫生间的防水,甚至管道冷凝水的处理,都比多层建筑要求高;高层建筑的设备繁多,高级装修装饰多这些都给施工提出了更高的质量和技术要求。
四、高层建筑施工中的相关问题
1.技术质量方面
现在的建筑有很高的科技含量,包含很多专业,对技术的质量要求也就变得很高。每一个不同的专业都具有特定的空间位置及技术要求,但也必须有配合其他专业进行施工的空间位置及时间顺序。假如在施工的过程中没有从技术方面进行全方位的考虑,尤其是结合部位的细节没有仔细的考虑,就很容易产生问题。人们越来越重视建筑的个性化,所以每一个建筑都具有独特的性能,每一个设备及管线都具有相应的要求,这就必然提高技术工作的难度,同时还会提高每一个专业之间产生问题及矛盾的可能性。因为不断的出现及应用很多的新技术和产品,施工人员如果不能合理的掌握这些新技术和产品,就会产生很多无法预料的问题。
2.管理方面
在现在的管理制度之下,建设单位存在分包的情况,分包单位很难明确、具体的界定工作范围。每一个分包单位为了自己的利益,期望得到更多的承包工作。这就会在施工程序中产生一些问题,提高了对工程进行协调和管理的难度及复杂性。同时,施工管理制度不合理,管理人员与施工人员的综合素质差距大,就会在施工的过程中给每一个专业的管理工作带来很多困难及不便,这也是形成管理问题的主要原因。
3.消防安全方面
相关部门消防安全监管制度不健全,相关的消防安全责任工作落实不到位,到位不到人。相关部门对消防安全宣传引导不利,施工现场管理人员不重视消防安全。同时现场监督与检查的工作落实不到为,常常存在侥幸心理,对操作人员的消防安全教育往往也一笔带过走形式化;其次,现场因施工原因,临时用电设备较多,电气线路常常私拉乱扯,用电设备线路也经过长期反复使用,老化严重。
五、高层建筑施工中相关问题的解决对策
1.强化施工准备工作
施工前,工程监管机构必须组织监管人员掌握工程图纸与、工艺技术条件及工程标准。认真组织施工单位专业技术人员对建筑工程图纸会审,通过会审充分掌握施工方案中的重点与难点。制定相关的管理制度与办法,有针对性地制定保证工程质量的控制措施。通过企业资质、规模大小、机械设备情况、技术人员的职称及履历情况、业绩情况等级等规范标准,严格考察和选择高层钢结构制作工厂与安装单位,把好钢结构构件的制作工序、技术质量标准、工艺措施、关键零件的加工方法等各项制作内容,从而保证钢结构构件的整体质量。
2.做好高层建筑施工监理工作
高层建筑在施工的过程中监理有着非常重要的作用,它不仅可以对工程质量进行监督,还可以保证工程的进度及对建筑工程的造价进行控制。监理工程师在决定施工过程中的设计及工程变更时,他们一般会依据自己的技术特色及时的做出正确并合理的选择,监理单位作为第三方,在施工的时候必须对双方的关系进行协调,保证建筑工程正常的进行,这就有利于有效的控制工程造价。
3.加强施工管理
施工单位的工程项目部要建立完善的安全生产责任制度。一般工程建设的安全工作都是由项目经理负责的,项目经济要做好对施工安全的全面管理工作,要明确施工安全管理的重点所在,把工程施工安全的承诺和目标落实好,通过对工程特点的分析制定出一份工程施工安全计划书,建立安全生产的责任制度,合理落实安全保障体系。
4.加强安全管理措施
工程施工安全产生必须要以“预防为主”,做好施工前的准备和施工过程中的监督与管理。施工前要循序渐进,分步骤、分阶段地进行,做好施工前的调查研究。施工中,要遵循“按图施工”的原则,充分了解、掌握设计文件的要求及安全技术措施的内容。做好各项安全防护及应力支撑系统的验收工作,特别是井支架、脚手架、各类支撑等。卸料平台等经常性活荷载受力的部位,要按照安全计算的模式进行搭建。掌握全程施工动态及时发现、纠正违规操作和违纪行为。
六、结束语
高层建筑施工周期长,高空作业很多,与其他建筑工程相比,安全事故发生频率比较高。因此,加强高层建筑安全措施,减少施工中的安全意义,对于保证高层建筑施工的质量和进度是非常重要的。
参考文献:
[1]何邵斌.高层建筑施工的特点与混凝土质量控制研究[J].四川建材,2009.
[2]陈建庭.探析高层建筑施工过程混凝土工程质量控制[J].建筑设计管理,2010.