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建筑物底面对建筑物空间形态的水平方向和垂直方向的稳定性都是十分重要的,由于建筑物是钢筋水泥等重物的砌筑而成,因此结构荷载必须能将其重量向下作用于地面,而建筑设计的一个基本要求就是要检测地基是否能承载所选择的结构体系中向下的作用力(如图1)。因此,在建筑设计最初阶段就需要对主要的承重墙和承重柱的分布和位置作出总体考量。竖向和水平向结构体系设计在低层、多层和高层建筑中设计基本原理都是一致的。竖向结构体系成为设计的控制因素有两个:①较大的垂直荷载要求有较大的墙、柱或井筒;②侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。侧向荷载与竖向的荷载相比,其对建筑物的效应不是线性增加的,而随建筑物的增高迅速增大。例如,在所有条件相同时,在风荷载作用下,建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比,而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比。在高层建筑中,不仅是抗剪,而更重要的是抵抗变形和整体抗弯,可见,高层建筑在结构受力性能方面比低层建筑更加复杂。图1高层建筑结构受侧向荷载和竖向荷载示意(a)受风荷载示意(+压力,-吸力)(b)在风荷载和重力荷载组合作用下结构受力示意
2高层建筑设计中存在的问题
高层建筑在进行设计时为了更好地满足对大客流量和开阔的视野空间的要求,通常在楼梯设计时是以宽大的敞开楼梯来作为主要的客流通道,同时,为了更好的满足建筑防火方面的要求,高层建筑在进行设计的时候要采用封闭的楼梯间或者是防烟楼梯间,如图2。因此,在进行高层建筑设计的时候,设计人员通常采用防火卷帘来作为封闭方式,这样能够更好的达到防火方面的要求。在进行设计的时候为了更好的满足相关规范要求,同时确保楼梯的数量和形式满足使用方面的要求,但是,这种设计方案是一种不可取的方式,在出现火灾的时候,人员在疏散方面存在着一定的安全隐患。在进行高层建筑设计的时候还是存在着一个非常明显问题,就是地上层和地下层共用楼梯的问题,在防火方面,为了避免在出现火灾的情况下建筑内的人员由地上层进入到地下层,不应该出现共用楼梯的情况。但是在实际设计时,由于在结构设计方面要考虑的问题非常多,因此,在楼梯设计时经常会出现地上和地下贯通的情况,这样能够在结构上面更加便利,但是也是会导致出现一定的安全隐患。在很多的高层建筑设计中,设计人员对楼梯的设计方案并没有得到很多施工人员的注意,同时,在进行设计的时候对疏散通道的宽度也存在着一定问题,疏散通道的宽度在进行设计的时候通常是会受到疏散门的影响,因此,在进行设计的时候,要对防火审核非常重视。
3高层建筑中建筑设计的措施
3.1高层建筑整体设计探析
(1)主体设计。当代高层建筑设计中的一个全新的要求就是实现建筑本身的生态节能,这就要求对建筑本身主体的裙房部分加强设计,裙房的设计对高层建筑周围街道的人性化空间的创造等有很大影响。对裙房的设计不仅要注重人性化,更要注重形式的多样性。(2)处理手法上的巧妙运用。高层建筑的实际建筑设计阶段,高层建筑的塔楼设计并不能有很大的变化空间,但是可以从底层部分入手运用一些巧妙地处理进行空间上的拓展,通常都是采用入口缩进和底层架空等手段进行设计。
3.2高层建筑中的分类建筑设计探析
(1)底层入口设计。底层入口相对来说很重要,在北方地区,高层建筑的底层入口在设计上首先应该避开地域内的冬季迎面风,保证冬季的底层温度。而在我国的南方地区,一定要保证底层入口设计的通风散热,因为南方的夏季较为炎热,可采用局部或全部架空的方式避免对通风的阻碍。
(2)建筑围护设计。一般来说大部分人在高处都会有一定的恐惧心理,尤其在高层建筑上。在高层建筑的设计中一定要注重防护栏的设计,良好而合理的设计可以在使用性上给人以安全感。
(3)服务设施设计。高层建筑在设计初期要充分考虑到建筑的服务设施,这对高层建筑的整体感觉非常重要。首先在底层入口处要设置值班室,方便对出入人员的管理,其中要配置先进的夜间电梯紧急呼叫装置以及公用电话等,还要有特定的停车处和分户信箱。
3.3高层建筑设计中的安全问题探析
(1)高层建筑的防火问题。防火问题对于大多数建筑尤其是高层建筑来说异常重要,建筑设计师要对防火问题的设计进行加强。
(2)电气的问题。高层建筑的电气问题主要分为三个方面,一是消防电源与配电问题,要求供电电源来自不同发电厂或不同的区域变电站,以保证突发事件时供电及时解决。二是应急照明问题,高层建筑发生火灾或者其他突发状况时事故照明要正常。三是高层建筑的电梯安装问题,电梯的位置设置要合理,电梯运行过程中噪音不应太大,且最大荷载量应符合高层建筑的需要,方便快捷。
(3)防雷击问题。防雷击问题也是高层建筑设计的重点,应本着“整体防御、综合治理、多重保护、突出重点”的原则,从结构设计上做好防雷工作。高层建筑的顶端是防雷设计的重点,可以安装避雷针、避雷网或者避雷带等。同时要利用建筑中的钢筋作接地装置,建筑周围也要做避雷带,内部金属物体也要接地。
4结束语
我国当前主要通过常微分方程求解器对高层建筑结构力学进行分析。高层建筑结构力学常微分方程求解器功能强大,自适应求解效果非常好,可以有效满足对用户进行预先解答,提高解答的精度,降低解答指定的误差限。当前我国在高层建筑结构分析通过对常微分方程求解器的应用,有效实现了对高层建筑结构楼板变形时的动力计算、稳定计算和静力计算,实现对数据的整体分析和处理。建筑人员通过使用常微分方程求解器的分析,有效降低了在进行高层建筑结构分析时的处理量,降低了高层建筑结构分析中的方程组数,有效提高运算效果,从本质上实现了对建筑结构的优化。
在对高层建筑结构常微分方程求解器进行深入研究的过程中,清华大学教授包世华和袁驷有效提高了常微分方程求解器的应用,实现了对常微分方程求解器的深化研究。袁驷教授利用有限元技术,对偏微分方程的半离散化进行控制,有效实现了对常微分方程组的求解,提高了对结构线性函数的应用。通过常微分方程求解器的直接求解,对有限元线进行实际应用,有效对一般力学问题进行计算,在很大程度上提高了一般力学问题的计算效果。而包世华教授对半解析-微分方程求解器方法进行分析深化,有效将半解析-微分方程求解器方法应用到高层建筑结构结构静力、动力、稳定性的分析验证中,提高了对高层建筑结构力学分析的效果。
2高层建筑结构弹塑性动力分析方法
高层建筑结构弹塑性动力分析方法在高层建筑结构力学分析中又被称为时程法。高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要是对地震波直接输入结构,完成结构的弹塑性性能分析。这种方法要求结构力学分析人员建立专门结构弹塑性恢复性动力方程,通过逐步积分法实现对地震过程中速度、加速度、位移等的时程变化,完成对建筑结构的描述。高层建筑结构弹塑性动力分析方法对建筑结构在强震的作用下弹性及非弹性阶段的内力变化进行深入研究,有效对高层建筑构件可能出现的损坏、开裂、屈服、倒塌进行分析,提高建筑结构力学的分析效果。当前在国内的高层建筑结构弹塑性动力分析方法主要输入地震波为随机人工地震波,结构模型的计算多采取层模型。除此之外,高层建筑结构弹塑性动力分析方法还加大了对楼板结构变形的分析,使用并列多质点计算模型进行计算,对高层建筑结构的基础转动和评议进行研究,有效提高了对土体、基础及上部结构耦合振动的模拟效果。
近年来我国还高层建筑结构弹塑性动力分析方法中对扭转振动进行分析,取得显著进展。高层建筑结构弹塑性动力分析方法能够有效对高层建筑结构中存在的薄弱环节进行分析,提高对结构延展性、变形的实际分析效果。高层建筑结构弹塑性动力分析方法预计的破坏形态与实际地震的破坏效果非常接近,有效对地震危害进行防护处理,提高了高层建筑结构的防震效果。但是当前对高层建筑结构弹塑性动力分析方法的整体看法不一。部分人员认为采取大型高速计算机对典型地震波进行分析;但是部分人员认为典型地震波本身不一定能代表真正的地震,因此在进行研究的过程中要对研究算法进行简化,对近似方法进行研究。随着高层建筑结构弹塑性动力分析方法的逐渐发展,越来越多国家在进行高层建筑结构力学分析的过程中开始对地震波根据实际情况进行选取,模拟效果大幅提高。
3基于最优化理论的结构分析方法
基于最优化理论的结构分析方法主要是通过数学上的最优化理论及计算机技术实现对高层建筑结构设计的一种新方法。基于最优化理论的结构分析方法有效实现了对结构设计的被动分析道主动设计的转变,提高了高层建筑结构设计的灵活性,对设计具有非常好的促进效果。基于最优化理论的结构分析方法对空间的要求较为严格,设计过程中要保证以最小的质量产生最大的刚度。因此,设计人员要对框架剪力墙结构中的剪力墙进行充分分析,实现墙体的优化布置和数量选取,提高基于最优化理论的结构分力学析效果。基于最优化理论的结构分析方法中要求保证适度的刚度,对刚度要进行严格控制。尤其是在分析剪力墙与地震作用的时,要对剪力墙刚度进行优化设计,确保建立正确的最优化刚度模型,提高基于最优化理论的结构分析方法的模型实际应用效果。目前我国的基于最优化理论的结构分析方法发展还不全面,在进行单位建筑面积上剪力墙惯性矩度量指标设计的过程中还存在较多问题。我国的基于最优化理论的结构分析方法仍处於研究和发展阶段。高层建筑结构力学分析人员要对基于最优化理论的结构分析方法中的数学模型进行深入研究,对剪力墙最优刚度进行有效分析,从本质上提高数据分析处理效果,拓宽基于最优化理论的结构分析方法的应用前景。
4基于分区广义变分原理与分区混合有限元的分析方法
在进行分区的过程中,高层建筑结构力学分析人员要对有限元进行全面分型。有限元中杂交元和非协调元的发展在很大程度上促进了分区广义变分原理的发展,为分区广义变分原理奠定了坚实的理论基础。清华大学龙驭球教授对分区广义变分原理进行研究,实现了对分区广义变分原理的深化。龙驭球教授的分区混合有限元法将分区广义变分原理进行拓展,实现了继位移法、杂交元法之后的改革和完善。分区混合有限元法对弹性体分类,对势能区使用位移单元能量分析,将结点位移作为基本未知量。而余能区使用应力单元,将结构应力函数作为基本未知量,实现对能量项的交界面附加。分区混合有限元法在满足位移和力的基础上保证了位移的连续和收敛性,有效对总能量泛函驻值分区混合进行方程选取。分区混合有限元法适应性非常强,分区较为灵活,在很大程度上保证了函数的收敛性,对高层建筑结构力学的分析具有非常好的促进效果。
近年来在我国城市建设过程中,高层建筑已成为城市建筑的主要形式,也是未来城市建筑发展的主要趋势。所以做好高层建筑节能施工具有极为重要的意义。高层建筑节能通常情况下可以从外墙、屋面和门窗等几个方面入手,通过提高高层建筑围护结构的热阻值及密闭性来实现建筑物使用能耗的节约。在高层建筑施工过程中,需要针对高层建筑节能设计施工图,并针对其自身的特殊性来制定切实可行的施工方案,对施工质量进行有效控制,确保施工过程中严格按照相关的操作程序进行,同时还要确保施工周期。做好施工人员技术交底工作。施工过程中不仅需要选择质优价低的节能建筑,同时还要做好质保资料查验和试配工作,质检人员需要在施工过程中把好质量关,特别是需要做好隐蔽工程的验收工作,确保整体工程的质量能够得到有保证,节能目标能够实现。
2高层建筑节能施工技术要点
2.1墙体节能施工
2.1.1空心砖墙体
高层建筑在砌筑时都会采用空心砖作为墙体的主要材料,在承重墙砌筑时通常情况下都会利用整砖进行平砌,由于在砌筑过程中空心砖不宜进行砍凿,所以在砌筑过程中当整砖不够是地则需要采用实心砖来进行外砌,对于墙中洞口预埋件或是管道处,则需要用实心砖进行砌筑,同时在砌筑过程中就需要提前留下或是预埋,不能在砌筑完成后再随意进行凿孔或是利用水泥砂浆进行填孔,同时还要对于外墙可能会出现的通缝、不密实及冷热桥等再进采取有效的措施进行避免。
2.1.2空心砌块墙体
在利用空心砌块进行墙体砌筑时,需要根据施工图及具体工程要求、施工条件来对砌块排列图进行绘制,同时还要在施工过程中采取必要的技术措施来有效的避免出现墙体热阻值低、砌体和粉刷易开裂、灰缝及裂缝处易渗漏等各种情况,确保空心砌块墙体的质量。在墙体砌筑过程中,需要确保砌块和砂浆的质量,使灰缝饱满度达到施工质量的要求,砌块要确保其具有较好的整体性和均匀性,通过技术措施来协调好粉刷层、砌块粘结性和变形之间的关系。在施工过程中需要对砌块与梁柱交接处、门窗洞口部位及屋面檐口、女儿墙及荷载集中应用变化大及墙面曲折等一些重点部门要给予特别的关注。
2.1.3墙体保温施工
一是抹灰工艺措施。利用各种轻骨料、水泥、石类、石膏及化学聚合物等胶结料,同时还可以在里面加入少量助剂,按照一定的配比来制作成保温砂浆,用其来进行抹灰。利用保温砂浆进行抹灰施工时,需要在基层质检验收合格后,层面防水层已施工完成,而且在隔墙、门窗框及管线施工过程中不会对保温层带来破坏的情况下才能进行施工,在施工过程中需要确保环境温度不能低于5℃,当在夏季进行施工时,则需要做好保温养护措施。二是喷涂工艺措施。在喷涂施工过程中会利用到聚胺酯泡沫塑料和各种保温涂料,在喷涂过程中需要根据产品要求的不同来对施工环境温度进行控制,在喷涂前需要确保基层具有较好的清洁度,干燥性和平整性能够满足喷涂施工的要求。在喷涂过程中需要确保好喷涂的距离、角度、速度和流量,确保保温涂层的均匀性,而且满足施工质量的具体厚度要求。三是干挂工艺措施。这种工艺措施通常会在外保温中进行应用,其保温效果较好,而且隔热和防水性能非常好。但由于干挂工艺建筑成本较高,所以通常很少在住宅建筑中进行应用,多用于公共高层建筑。在具体施工过程中需要对风力、温度、雨水、大气腐蚀及耐久性等一些不利因素要进行充分的考虑,同时还要在施工重点关注与墙体锚固的可靠性,确保连接节点的质量,做好金属的防腐和防水措施,从而有效的确保整个体系具有较好的稳定性和强度。四是粘贴复合工艺措施。这种工艺主要以夹心保温、外置式保温和内置式保温三种形式为主。利用夹心层保温寺僧其墙体较厚,而内置式保温施工中会占用室内面积,所以目前应用较多的是外置式保温措施。其是利用黏结剂或是锚固件来将保温板与面层固定在基层墙体上,同时面层内设置加强网。
2.2门窗节能施工
2.2.1增强门窗的气密性和保温性
在门窗节能施工中,需要有效的确保门窗的气密性和保温性。在当前高层建筑施工过程中,通常会使用内衬钢材窗框,配合中空玻璃或是低辐射的中空玻璃,这样可能有效的提高热舒适性。
2.2.2使用低辐射新型玻璃
低辐射新型玻璃具较非常低的反射率,其将半导体氧化物薄膜镀在原有玻璃的表面,对于红外光和其他可见光和较高的透光率,有效的降低了光的反射作用。利用这种新型玻璃能够获取大量的太阳光辐射能力,有利于建筑物保温性能的提高,与单层玻璃相比具有非常好的保温效果。
2.3保温屋面施工
2.3.1建筑节能材料的选择
一般情况下,在屋面板和防水层之间设置导热系数小、容重低、吸水系数低的保温材料,如散料加水泥现场浇筑的珍珠岩、浮石、炉渣;板块状有聚苯乙烯、水泥或沥青珍珠岩板、加气混凝土块、水泥蛭石板;现场发泡浇筑的有粉煤灰、水泥和硬质聚氨脂泡沫塑料为主料的泡沫混凝土。
2.3.2屋面保温施工的准备工作
屋面保温施工时的隔热材料,可以采用60mm厚挤塑板聚苯乙烯板。进场前,应检查保温材料是否具有技术性能检测报告、质量合格证等相关资料,导热系数、抗拉强度、软化系数等指标是否符合设计要求。在完成基层施工后,要清扫干净基层表面,使之干燥、平整后,才可以进行保温材料的铺设。
2.3.3屋面保温层的施工
施工现场存放保温材料时,应注意防潮,防止污染和损伤。屋面保温层不能在雨天施工,同时,在雨季应采取遮盖措施。施工过程中,聚苯板块要铺平垫稳,用同类材料的碎屑嵌填实相邻两块板之间缝隙,表面要和相邻两板的高度相同。
2.3.4屋面保温层的质量验收
对于基层、隔气层和屋面热桥等部位,应进行隐蔽工程验收,并有详细的图片的资料和文字说明。用于屋面的保温隔热材料,其压缩强度、阻燃性、干密度或密度等应符合相关标准的规定。屋面保温隔热层的厚度、敷设方式、屋面热桥部位、缝隙填充质量的保温隔热做法,应符合相关要求。板状保温材料的保温层厚度不能大于4mm,误差不能超过±5%。
3结束语
1.1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。
1.2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。
1.3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”。
1.4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。
2我国的高层结构建筑的发展
2.1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》(YB4104-2000),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。
2.2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。
2.3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。
3高层建筑安装施工的协调与配合
3.1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。
3.2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。
3.3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。
各专业总量、插入时间及在各阶段的工程量均不尽相同,根据动态组合原理,结合各专业阶段特点,合理组合各生产要素,达到前、后方的有理、有序协调与配合。
高层建筑安装施工的协调与配合涉及面十分广泛,可以说,它本身就是一项系统工程。要搞好这项工程,必须通过了解工程对象,掌握工程特点,从而采取相应措施,保证内外工种相互协调与配合,确保质量与进度,全面完成工程任务。
关键词:高层建筑;反弧悬挑结构;模板支撑;施工技术
1工程概况
湖南怀化某工程总建筑面积25358m2,由两栋对称单体建筑组成,地下一层,地上十六层,框架剪力墙结构,该项目融商业、住宅和地下停车一体,平面布局别具一格,整个立面阳台均为弧形设计,同时在屋面东西两侧设计了两个反弧装饰结构,左右对称,形成了不凡的立面装饰效果。
2施工难点分析
反弧挑檐位于屋面结构标高56.7m处,曲面半径3.8m,计三跨共24m长,由四根挑梁支撑,结构从主立面向外悬挑3.412m,自重达40.3t,倾覆力矩为705kN/m。因此,必须认真做好模板支撑设计,在安全可靠的基础上,确保经济合理。反弧挑檐设计为清水混凝土,外置涂料,对挑檐底面混凝土成型质量要求较高,因此,必须严格组织好模板支撑体系的放样、定型及施工测量工作。
弧形曲面混凝土浇筑,应认真解决好混凝土密实度、曲面混凝土浇捣流淌问题。
3模板支撑体系选型
通过各种方案的比较,该工程采用型钢悬挑、底部架设钢管斜撑,与挑梁焊接构成悬挑三角架,其上安排型钢排梁,形成模板支撑的空中基础;该方案搭拆方便,场地空间利用率高,组装杆件较少,内力分配明确,且Ⅰ16组杆拆除后,可作为本工程16层铝饰板主钢骨架(设计为Ⅰ16),重复利用。具体做法是:从15层楼面构设120b@2000钢梁,外挑4.0m,内附楼面2.0m,钢排梁采用3排Ⅰ16,用φ16高强螺栓与钢挑梁联结。为减少钢挑梁对楼面负荷,于挑梁下部14层、13层楼面分别挑出钢管斜撑与挑梁焊接,构成三角钢架,上搭钢管扣件式脚手架,完成挑檐结构施工承力体系(见图1)。
4结构计算
4.1基本假定
4.1.1假定钢挑梁根部锚筋与楼面联结无相对位移,钢挑梁近似为一端固定,一端自由的悬臂件。
4.1.2假定钢管斜撑集中作用于悬臂钢梁端部,暂不考虑中部顶撑,斜撑简化成悬臂梁端支承。
4.2荷载计算
4.2.1圆弧自重(含挑梁、三角联系梁):
F1=403kN(16.8kN/m)
4.2.2脚手支撑及模板自重力:
F2=250N/m2
4.2.3施工荷载:
F3=2500N/m2
4.2.4框架梁自重:
F4=6.2N/m(考虑框架梁自重一半作用于支撑平台)
4.2.5挑梁自重:
F5=31.05kg/m
4.2.6钢排梁自重折合:
F6=17.23kg/m
则作用于钢挑梁的荷载分配如图2。
5施工方案的实施
5.1搭设步骤
5.1.1根据前述挑架布置方案,于13、14层斜撑位置预埋“”形φ25限位筋。
5.1.2预埋固端锚栓:当结构施工至15层结构平面时,钢挑梁相应位置,预埋M20螺栓,螺栓锚固端与15mm钢板顶焊并与梁主筋焊接。
5.1.3搭设斜撑,固定钢挑梁。
5.1.4搁置型钢挑梁,搭脚手架支撑,并张好安全网。
5.2结构及支撑加固措施
5.2.1在15层结构施工时,于挑梁固端锚栓位置增设一根小梁250×350,上配4φ16,下配3φ16加强(因本工程室内吊井,故增加梁不影响室内效果)。
5.2.2为确保15层楼面安全,将M20螺栓间隔改为φ16拉筋,穿过15层结构预留孔,锚固于14层楼面,将挑梁对15层的拉力传递到14层,减少楼面负载。
5.2.3为缩短斜撑有效长度,于14层框架梁内设置穿梁钢管与斜撑扣接,另之间增设一根通长钢管与室内棒架相联,以增强支撑系整体受力性能。
5.2.4最外侧斜撑杆。采用双肢钢管,旋转扣件扣接。
5.2.5支撑体系中挑架安全储备最低,故于挑梁上部最大应力处焊接鱼尾钢板加劲。
5.3模板设计、安装
圆弧曲面底部成型质量要求,故考虑采用300mm宽十一夹板模组拼,用50mm宽薄胶带贴缝,并均涂隔离剂。圆弧曲面模板支撑龙骨采用φ20弧形@400钢筋骨架,内侧半径为3945mm,拆除后,钢筋调直后可重复利用。
5.4模板放样
模板安装采用直角坐标法进行测放,以外挑水平距离为横坐标(Xi),以模板底面标高为纵坐标(Yi),利用既定的每50cm水平距离,求出模板底标高(如图3),测放时,用水准仪测出Yi:500的水平面,并弹出曲面边缘线,然后架设水平钢管,敷设弧形钢筋骨架,并与水平钢管焊接,形成曲面网状承力系,上铺模板。
6混凝土浇捣
曲面混凝土浇捣突出矛盾就是混凝土流淌及混凝土密实度问题,经过多方案比较,采取如下措施:
6.1优化混凝土配合比,在混凝土标号不变的前提下,减少混凝土坍落度,掺加适量减水剂,并适当提高石子(连续级配)粗粒径含量,以减缓流淌。
6.2掌握二次振捣时间,布料后,先用铁楸拍振出浆,然后过60min后,再用小型高频振动棒振捣(振动棒不可长时间振击模板),木抹搓平(60min指振动界限,由现场根据混凝土参数、气温和浇捣条件等因素实验确定)。
6.3混凝土浇捣时,由下至上进行。布料时,应左右均匀布料,严禁集中下料,以免打弯或踩弯面层钢筋。
6.4振动密实后,用定制的弧形刮尺刮平,并注意经常性检查曲面混凝土厚度及弧度,以确保成形质量。
7模板拆除
待混凝土达到拆模强度后,申请拆模。拆模时,首先拆除最上一步支撑,待气割割离钢筋龙骨与钢管的联结(要保留最上一根两者之间的联结,以保证其整体性),并用搭机吊钩勾住钢筋网架,另系一根保险绳进行调节,然后依次退后拆除模板,掉落在满铺50mm厚木板的支撑平台上。型钢挑架的拆除,同样用搭机及气割配合,各组装杆件逆顺序依次拆除。拆模过程中,要认真组织、确保安全。
8实施效果评价
经浇捣过程中的跟踪检查及拆模后实测,曲面上各点弧度一致,沿同一圆弧素线上各点标高最大差值为8mm,曲面底部平滑密实,无明显接缝。
9结语
综上所述,悬挑构件施工,必须认真做好模板支撑设计,通过挑、撑、拉等形式构成荷载传力架,在确保结构自身安全度的前提下,施工方案达到经济、安全、合理。对于大面积反弧挑檐等构件施工,要重视施工过程中的雨水等尚未预见的荷载,本工程每块挑檐长24m,深0.6m,宽1.5m,在拆模前,雨水管未导通的情况下,存水可达20t之多,这部分不小的荷载在施工前,也经过了认真的考虑,并及时采取了排放措施,避免了在施工过程中可能出现的隐患。
参考文献:
[1]王伟,张金生.结构力学[M].武汉,武汉大学出版社,2000.
[2]JGJ812-2002.建筑钢结构焊接技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[3]GB500102-2002.混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.
因此如果单纯从环境与建筑之间的关系来找到节能问题的办法那是无法达到理想效果的,所以最主要的还是要从建筑本身的特点条件出发考虑问题,寻找解决问题的办法。在不断强调可持续化发展的今天,节能对社会的发展越来越重要,在我国的一些大型高层建筑中,耗能问题相当严重,其中大部分是由于没有合理有效的节能设计而导致的。例如,在建筑中空调设备的耗能量往往是中耗能量的60%左右,对缓解资源是一个严峻的挑战,但是要解决好这些问题,不仅是要考虑节能技术问题,同时还要考虑自然环境条件,材料选择等的问题。那么接下来笔者将对如何在高层建筑应用节能设计做一个简单的分析。
2对于高层建筑设计常见的题的分析
在高层建筑中,围护结构保温能力差一直是一个普遍问题。提高建筑围护结构保温隔热性能就是要尽量降低围护结构各个部分的传热系数,同时,墙体的结构形状、周围的遮阳情况以及墙体的外饰面等也都会影响保温隔热效果。在长期的实践构建过程中发现,双层玻璃对建筑外墙的保温起到很好地效果。其原因并不是由于玻璃本身具有很好的保温能力,而主要是因为在两层玻璃之间形成一个密闭的空气间层,这个空气间层具有较大的热阻,因而使得窗户具有较好的保温性能。那么目前的屋面保湿主要是属于外保温屋面,有混凝土保温屋面、乳化沥青珍珠岩保温屋面等等。那么在保温材料的选择上可以尽量选择新型的高效节能环保材料。这类材料往往是价格低廉且有着良好的隔热性能,同时在环保方面也是大受欢迎。值得一提的是可以将屋面设计成种植屋面,植物的光合作用和呼吸作用都可以对屋面的温度进行有效的调节,同时也能改善生态环境。
3具体的设计方案
3.1关于提高通风性能的设计
建筑中如果能能很好地利用自然风来达到散热排气的效果,那必然能大大减少夏季因降温而采取的大功率设备的耗能。那么如何才能很好地达到这一效果呢?笔者认为其关键还是在于室外与室内之间的压力差。所以具体做法可以是利用风压或是热压来实现自然通风。在利用风压时主要应用的是“空气由压力高的一侧向压力低的一侧流动”这一性质以及“伯努利原理”;而利用热压则指的是利用热压差,在室内外温度不同的情况下分别产生高低风压,从而实现风的流动。除了利用自然环境中的压力差条件外还可以对建筑物本身的朝向、建筑物之间的间距以及建筑群之间的布局进行合理的设计都可以达到很好地通风效果。
3.2关于建筑围护结构的节能设计
(1)围护结构中关于屋面的设计。
对于屋面来说,在夏季和冬季所面临的情况是不一样的,在夏季由于阳光强烈的原因往往会使屋面的温度达到70度左右;但是在冬季的话,却是会从屋面散失掉大量的热量。因此如果要节能的话,主要应该考虑的是其保温的措施。那么目前的屋面保湿主要是属于外保温屋面,有混凝土保温屋面、乳化沥青珍珠岩保温屋面等等。那么在保温材料的选择上可以尽量选择新型的高效节能环保材料。这类材料往往是价格低廉且有着良好的隔热性能,同时在环保方面也是大受欢迎。值得一提的是可以将屋面设计成种植屋面,植物的光合作用和呼吸作用都可以对屋面的温度进行有效的调节,同时也能改善生态环境。
(2)围护结构中关于墙体的设计。
对墙体外形进行合理的设计以及材料的正确选择同样可以对节能起到很好的促进作用。可以在墙体的外遮阳上多加考虑,以减少空调制冷等方面的耗能。比如,可以在建筑物的东西面墙根上种植爬藤类植物以此来起到隔热效果;也可以在墙体的建筑材料上多加考虑,可以使用隔热效果好,保温性能高的材料,同时在设计时也应当适当的设计保温层等等。
4总结及建议
地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。据统计,历史上各种自然灾害曾毁灭了世界各地52个城市,其中因地震而毁灭的城市有27个。地震之外的其它各种灾害,如水灾、火灾、火山喷发、风灾、沙灾、旱灾等毁灭的城市为25座。因此,地震占灾害总数的52%。可见地震灾害确系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害(约占95%)。无数次的震害告诉我们,抗震设防是防御和减轻地震灾害最有效、最根本的措施。
另一方面,我国作为发展中国家,人口稠密,建筑物抗震能力低。因此,我国的地震灾害可谓全球之最。上个世纪,全球因地震而死亡的人数为110万人,其中我国就占55万人之多,为全球的一半。因此,粗略地说,我国的国土面积占全球的1/14,人口占1/4,地震占1/3,地震灾害占1/2。因此,建筑物的抗震设防问题是我国减轻自然灾害、保障国民经济建设和社会持续发展,特别是保障人民群众生命安全的一个重要问题。
一、震害多发点
地震作用具有较强的随机性和复杂性,要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态,不发生破坏是很不实际的;既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重,但不倒塌。因此,依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点,提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力,防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。
(一)结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层
钢筋混凝土框架结构在整体设计上存在较大的不均匀性,使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。在强烈地震作用下,结构的薄弱层率先屈服,弹塑性变形急剧发展,并形成弹塑性变形集中的现象。如1976年唐山大地震中,13层蒸吸塔框架,由于该结构楼层屈服强度分布不均匀,造成第6层和第11层的弹塑性变形集中,导致该结构6层以上全部倒塌。
(二)柱端与节点的破坏较为突出
框架结构的构件震害一般是梁轻柱重,柱顶重于柱底,尤其是角杜和边柱易发生破坏。除剪跨比小的短柱易发生柱中剪切破坏外,一般柱是柱端的弯曲破坏,轻者发生水平或斜向断裂;重者混凝土压酥,主筋外露、压屈和箍筋崩脱。当节点核芯区无箍筋约束时,节点与柱端破坏合并加重。当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时,柱顶剪切破坏严重,破坏部位还可能转移至窗洞上下处,甚至出现短柱的剪切破坏。
(三)砌体填充墙的破坏较为普遍
砌体填充墙刚度大而变形能力差,首先承受地震作用而遭受破坏,在8度和8度以上地震作用下,填充墙的裂缝明显加重,甚至部分倒塌,震害规律一般是上轻下重,空心砌体墙重于实心砌体墙,砌块墙重于砖墙。
二、抗震结构设计
较合理的框架地震破坏机制,应该是节点基本不破坏,梁比柱屈服可能早发生、多发生,同一层中各柱两端的屈服历程越长越好,底层柱底的塑性铰宜最晚形成。即:框架的抗震设计应使梁、柱端的塑性铰出现尽可能分散,充分发挥整个结构的抗震能力。
(一)抗震计算中的延性保证
从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出,在抗震设防的第二、三水准时,框架结构构件已进入弹塑性阶段,构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量,所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明,“强节点”、“强柱弱梁’、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求,且考虑了设计者的使用方便,采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式,只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。
综合大量实验研究成果,影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有:相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。
(二)构造措施上的延性保证
四川大地震实践证明,当建筑结构在大地震中要求保持足够的承载能力来吸收进入塑性阶段而产生的巨大能量,因为此时的结构在震中进入到一个塑性阶段,容易产生变形。所以,根据这种特点和抗震的要求,多发地震的国家钢筋混凝土结构抗震设计均要求按延性框架结构进行设计,所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与刚度,保证了建筑构造的整体性,延性的增加也就提高了变形能力,这样可以减少地震的破坏性,提高了建筑的抗震能力。
在结构布置上,按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计,理论上可将柱屈服的可能性减少,保证“强柱弱梁”的设计原则。但因各种原因,如梁的实际抗弯承载力可能增大,高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响,要使柱中完全避免塑性铰是困难的,同时为实现“强剪弱弯”的要求,保证塑性铰区域的局部延性,也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性,具体做法如下:
1.限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性,为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态,以提高塑性铰区域的转动能力,规范限制轴压比与纵筋最大配筋率,同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。
2.限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点,为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性,有必要加密塑性铰区内的箍筋间距,这不但可提高柱端抗剪能力,还可约束核心区内混凝土,对纵向钢筋提供侧向支承,防止大变形下纵筋压曲,从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了详细的规定,并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。随着工程应用中箍筋强度和混凝土强度不断提高,对塑性铰区域内箍筋布置的要求是抗震构造措施的一个重要方面,这一情况将导致高强度混凝土中约束箍筋配筋率的减少而降低结构的设计可靠度,建议以配筋特征值代替原体积配筋率,同时鉴于约束配筋对柱端塑性铰区的良好约束作用,建议适当增大配筋量。
3.限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量,材料延性对确保构件(结构)延性极为重要,为此规范对材料也提出了相应的限制,如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等,同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。
三、结语
钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一,历年震害资料表明:钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重,其抗震设计中必须满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”、“强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。在多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计的实践中,由于设计人员对规范的理解和掌握尺度上,以及因地因人在结构选型、布置以及计算方法上相互差异较多而对设计产生较多的争议,抗震设计方法值得深入研究。
参考文献:
[1]李鸿晶,宗德玲.关于工程结构抗震设防标准的几个问题的讨论[J].防灾减灾工程学报,2003,(2).
[2]宋天齐.关于8度区多层砖房最多层数的商榷[J].工程抗震,1998,(1).
首先定义一下尺度,所谓的尺度就是在不同空间范围内,建筑的整体及各构成要素使人产生的感觉,是建筑物的整体或局部给人的大小印象与其真实大小之间的关系问题。它包括建筑形体的长度、宽度、整体与城市、整体与整体、整体与部分、部分与部分之间的比例关系,及对行为主体人产生的心理影响。讲到尺度时应注意它与尺寸之间的区别,尺度一般不是指建筑物或要素的真实尺寸,而是表达一种关系及其给人的感觉,尺寸是用度量单位,如:公里、米、尺、厘米等对建筑物或要素的度量,是在量上反映建筑及各构成要素的大小。不同的尺度带来的感觉是不一样的,有的尺度使高层建筑显得挺拔或厚重,有的则使高层建筑显得庞大或轻飘,它直接影响人的心理感受,由此可见,尺度在高层建筑设计中处于一个至关重要的位置。
高层建筑设计中尺度的确难以把握,因它不同于日常生活用品,日常生活用品很容易根据经验做出正确的判断,其主要原因有:一是高层建筑物的体量巨大,远远超出人的尺度。二是高层建筑物不同于日常用品,在建筑中有许多要素不是单纯根据功能这一方面的因素来决定它们的大小和尺寸的,例如门,本来可以略高于人的尺度就可以了,但有的门出于别的考虑设计得很高,这些都会给辨认尺度带来困难。
高层建筑设计时,不能只单单重视建筑本身的立面造型的创造,而应以人的尺度为参考系数,充分考虑人观察视点、视距、视角,和高层建筑使用亲近度,从宏观的城市环境到微观的材料质感的设计都要创造良好的尺度感,把高层建筑的外部尺度分为五种主要尺度:城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度。
1、高层建筑设计中的外部尺度
1.1城市尺度
高层建筑是一座城市有机组成部分,因其体量巨大,高度很大,是城市的重要景点,对城市产生重大的影响。从对城市整体影响的角度来看,表现在高层建筑对城市天际轮廓线的影响,城市的天际轮廓线有实、虚之分,实的天际线即是建筑物的轮廓,虚的天际线是建筑物顶部之间连接的光滑曲线,高层建筑在城市天际线创造中起着重要的作用,因城市的天际轮廓线从一个城市很远的地方就可以看见,也是一座城市给一个进入它的人第一印象。因此,高层建筑尺度的确定应与整个城市的尺度相一致,而不能脱离城市,自我夸耀,唯我独尊,不利于优美、良好天际线的形成,直接影响到城市景观。高层建筑对城市局部或部分产生的影响,是指从市内比较开阔的地方,如:广场、干道、开放的水系和绿地所看到的天际线,也直接影响人民的日常生活。因此,城市天际轮廓线不仅影响人从城市所看的景观,也直接影响到市内居民的生活与视觉观赏。
高层建筑对城市各构成要素也产生重大的影响,高层建筑的位置、高度的确定,也应充分地考虑该城市尺度、传统文化,不当的尺度会对城市产生不良的影响,改变了城市传统的历史文化,也改变了原来城市各构成要素之间有机协调的比例关系,如:上海市,黄浦江可谓是城市一条重要水系,原先具有宽大、雄壮的气势。但由于东方明珠塔的建成,又过于靠近黄浦江,其他高层建筑也跟着靠近黄浦江建设,使黄浦江的尺度感变小了,失去了原有的雄壮,而改变了老上海的历史与文化,从这一角度讲,东方明珠塔的建成又是一件憾事。
1.2整体尺度
整体尺度是指高层建筑各构成部分,如:裙房、主体和顶部等主要体块之间的相互关系及给人的感觉。整体尺度是设计师十分注重的,关于建筑的整体尺度的均衡理论有许多种,但都强调整体尺度均衡的重要性。面对一栋建筑物时,人的本能渴望是能把握该栋建筑物的秩序或规律,如果得到这一点,就会认为这一建筑物容易理解和掌握,若不能得到这一点,人对该建筑物的感知就会是一些毫无意义的混乱和不安。因此,建筑物的整体尺度的掌握是十分重要的,在设计时要注意下面的两点:
1.2.1各部分尺度比例的协调
高层建筑一般由三个部分组成的——裙房、主体和顶部,也有些建筑在设计中加入了活跃元,以使整栋建筑造型生动活跃起来。一个造型美的高层建筑是建立在很好地处理了这几个部分之间的尺度关系,而这三个部分尺度的确定,应有一个统一的尺度参考系(如把建筑的一层或几层的高度作为参考系),不能每一部分的尺度参考系都不同,这样易使整个建筑含糊、难以把握。
1.2.2高层建筑中各部分细部尺度应有层次性
高层建筑各部分细部尺度的划分是建立在整体尺度的基础上的,各个主要部分应有更细的划分,尺度具有等级性,才能使各个部分造型构成丰富。尺度等级最高部分为高层建筑的某一整个部分(裙房、主体和顶部),最低部分通常采用层高、开间的尺寸、窗户、阳台等这些为人们所熟知的尺寸,使人们观察该建筑时很容易把握该部分的尺度大小。一般在最高和最低等级之间还有1~2个尺度等级,也不易过多,太多易使建筑造型复杂而难以把握。
1.3街道尺度
街道尺度是指高层建筑临街面的尺度对街道行人的视觉影响。这是人对高层建筑近距离的感知,也是高层建筑设计中重要的一环。临近街道的高层建筑部分的尺度确定,主要考虑到街道行人的舒适度,高层建筑主体因为尺度过大,易向后退,使底层的裙房置于沿街部分,减少了高层建筑对街道的压迫感。例如:上海南京路两边的高层建筑置于后面,裙房置于前使两侧的建筑高度与街道的宽度的比例为1∶12,形成良好的购物环境。
为了保持街道空间及视觉的连续性,高层建筑临街面应与沿街的其他建筑相一致,宜有所呼应。如:在新加坡老区和改建后的一条干道的两侧,为了不致造成新区高层和老区低层截然分开,沿新区一侧作了和老区房屋高度相同中相似的裙房,高层稍后退,形态效果良好的对话关系。
1.4近人尺度
近人尺度是指高层建筑最底部分及建筑物的出入口的尺寸给人的感觉。这部分经常为使用者所接触,也易被人们仔细观察,也是人们对建筑直接感触的重要部分。其尺度设计应以人的尺度为参考系,不宜过大或过小,过大易使建筑缺少亲近性,过小则减小了建筑的尺度感,使建筑犹如玩具。
在近人尺度处理中,应特别注意建筑底层及入口的柱子、墙面的尺度划分,檐口、门、窗及装饰的处理,使其尺度感比以上几个部分更细。对入口部分及建筑周边空间加以限定,创造一个由街道到建筑的过渡缓冲的空间,使人的心理有一个逐渐变化的过程。如:上海图书馆门前采用柱廊的形式,使出入馆的人有一个过渡区,这样使建筑更具有近人及亲人性。
1.5细部尺度
细部尺度是指高层建筑更细的尺度,它主要是指材料的质感。在生活中,有的事物我们喜欢触摸,有的事物我们不喜欢触摸——我们通过说“美妙”或“可怕”来对这些事物做出反应,形成人的视觉质感,建筑设计师在设计过程中要充分运用不同材料的质感,来塑造建筑物,吸引人们亲手去触摸或至少取得同我们的眼睛亲近感,或者换言之,通过质感产生一种视觉上优美的感觉。勒。柯布西埃在拉托尔提建造的修道院是运用或者确切地说是留下大自然“印下”的质感的优秀典范,这里的质感,也就是用斜撑制作在混凝土上留的木纹。
2、高层建筑外部尺度设计的原则
2.1建筑与城市环境在尺度上的统一
注意高层建筑布置对城市轮廓线的影响,因为在城市轮廓线的组织中,起最大作用的是建筑物,特别是高层建筑,因而它的布置应遵行有机统一的原则进行布置:
(1)高层建筑聚集在一起布置,可以形成城市的“冠”,但为避免其相互干扰,可以采用一系列不同的高度,或虽采用相仿高度,但彼此间距适当,组成有关的构图。也可以单栋高层建筑布置在道路转弯处,以丰富行人的视觉观赏。
(2)若高层建筑彼此间毫无关系,随处随地而起不到向心的凝聚感,则不会产生令人满意的和谐整体。
(3)高层建筑的顶部不应雷同或减少雷同,因为这会极大影响轮廓线的优美感。
2.2同一高层建筑形象中,尺度要有序
高层建筑设计时,应充分考虑建筑的城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度这一尺度的序列,在某一尺度设计中要遵守尺度的统一性,不能把几种尺度混淆使用,才能保证高层建筑物与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间及与人之间保持良好的有机统一。
2.3高层建筑形象在尺度上须有可识别性
高层建筑物上要有一些局部形象尺度,能使人把握其整体大小,除此之外,也可用一些屋檐、台阶、柱子、楼梯等来表示建筑物的体量。任意放大或缩小这些习惯的认知尺度部件就会造成错觉,效果就不好。但有时往往要利用这种错觉来求得特殊的效果。
关键词:高层建筑电梯系统选择应用
一、高层超高层电梯的配置
在超高层建筑中,快速、高效、平稳的垂直服务是不可缺少的。电梯作为垂直交通工具,对其数量的配置、控制方式及有关参数的选定将不仅直接影响建筑物的一次投资一般电梯投资约占建筑物总投资的10%左右),而且还将影响建筑物的使用安全和经营服务质量。在建筑物内,恰当地选用电梯的台数、容量、运行速度、控制方式非常重要,而建筑物内的电梯一经选定和安装使用就几乎成了永久的事实,以后若想增加或改型非常困难,甚至是不可能的了,因此,在设计中应该在设计开始时对电梯的配置应予以充分重视。
现代超高层建筑大都在100层左右,建筑内人口流动大,纵向交通主要依赖电梯,有效设计超高层建筑的电梯的关键是运用各种局部电梯进行服务,并把局部区域电梯系统组织起来。通往这些局部区域,通过由地面始发站至局部区域的空中候梯厅之间的快速穿梭电梯进行服务,乘客到达空中候梯厅后再换乘区间电梯。为了能够将乘客以最快的速度运送到达目的地,一般以建筑每30~35层为一局部区域。常规超高层大厦(100层)电梯配置如图1所示。
图1常规超高层大厦(100层)电梯配置
在配置超高层电梯应注意以下几点:
1.单组电梯的可行的电梯限制数是8台。
2.位于每一电梯楼层区域(办公楼)的上面楼层数不应超过15~16层(双层的是18~20层)。
3.典型办公楼电梯载重单层为:1350、1600和1800kg。双层为:1350/1350;1600/1600;1800/1800kg。
4.典型空中走廊/观光层电梯载重量为2040;2250;2500kg。
5.电梯的垂直加速度在0.9~1.5m/s2。
6.电梯速度偏重于克服长行程;典型的无减速箱电梯速度是:2.5、3.5、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0m/s等。
7.牵引式电梯最长行程为600m。
二、高层超高层电梯的控制系统
由于超高层建筑采用多梯系统,为了提高电梯群的使用效率,以最快的速度满足乘客的需要,缩短乘客等候时间,为此应采用微机电梯控制系统,通过计算机控制系统及时地处理大量信息,判断各站台的呼叫信息和各电梯的位置、方向、开闭状态、轿厢内呼叫等各种状态,以提高运送能力,改善服务质量,提高超建筑的经济效益。电梯微机群控系统主要有以下几个方面:
1.轿厢到达各停靠站台前应减速,到达两端站台前强迫减速、停车,避免撞顶和冲底,以保证安全。
2.对轿厢内的乘客所要到达的站台进行登记并通过指示灯作为应答信号,在到达指定站台前减速停车、消号,对候梯的乘客的呼叫进行登记并作出应答信号。
3.满载直驶,只停轿厢内乘客指定的站台。
4.当轿厢到达某一站台而成空载时,另有站台呼叫,该轿厢与另外行驶中同方向的轿厢比较各自至呼叫层的距离,近者抵达呼叫站并消号。
5.端站台乘客呼叫,调用抵端站台轿厢与空载轿厢之近者服务。
6.在各站台设置轿厢位置显示器,对站台乘客进行预报,消除乘客的焦急情绪,同时可使乘客向应答电梯预先移动,缩短候梯时间。
7.站台呼叫被登记应答后,轿厢到达该站台时应有声音提醒候梯乘客。
8.运行中的轿厢扫描各站台的减速点,根据轿厢内或站台有无呼叫决定是否停
车。
9.乘客站台呼叫轿厢,同站台能提供服务的所有电梯的应答器均作出应答。
10.控制室将电梯群分类,分单数层站停和双数层站停,所有电梯都以端站为终点,在中间层站,单数层站台呼叫双数层站台的轿厢,控制室不登记,不作应答,反之也一样。
11.中间站台呼叫直达电梯不登记,不作出应答。
12.轿厢完成输送任务,若无呼叫信号或被指示执行其它服务,则电梯停留在该站台,轿厢门打开,等待其它的呼叫信号。
13.控制系统时刻监视电梯的状态,同时扫描各站台的呼叫的状态。
三、高层超高层电梯的供电系统
超高层电梯的供电系统一般都配置两路独立的供电电源,以保证电梯的用电,防止电梯的供电中断而使乘客滞留在行驶的电梯内。当一路电源发生故障或进行维修时,另一路电源自动投入。若发生意外事故或大范围地区停电使第二电源也不能供电时,这时供电系统应转换到第三电源,超高层的第三电源一般由柴油发电机供给。当第三电源也发生故障时,只有依靠蓄电池供电,一般要求蓄电池能够给各楼层的公共通道提供应急照明和应急电力,其余向电梯供电,并且能够维持电梯继续工作。
四、电梯的接地系统
现代电梯引用计算机系统控制以后,电梯的接地系统就变得复杂了。它包括信号接地、安全接地保护和防雷接地保护等。
1.信号接地
信号接地是针对电梯计算机控制系统而言的,它是为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。我国当今投放市场的电梯产品其控制系统广泛采用可编程控制器PLC或微型计算机(有单微机,多微机,智能群组)。这些控制方式的控制中心CPU均以相当高的速度运行,其运行频率高达1~7MHz。在如此高的频率下,计算机设备之间的连接电缆,就象天线一样,既可接收外部的射频干扰信号,也可向外辐射射频信号,引起计算机场地的电磁干扰。另外,由于电梯控制系统计算机运行电压低,通常为5~24V,故要求计算机场地内的数据处理装置各单元之间共模电压极小,为此需设置一个能在计算机运行频率之下达到高质量、低阻抗、稳定电位的接地系统---信号接地系统。
信号接地系统是一个稳定计算机各处理装置的信号电位,专供信号返回的独立接线系统。它可以与大地相连,但不允许有正常的工作电流流过。如与大地无连接,而以悬浮的地作系统的参考电位,称为浮地系统。信号地的构成原理是基于电路性去耦以达到等电位,从而消除或抑制各单元信号回路流过共用回路产生的公共阻抗耦合性干扰,避免各接线形成磁场敏感环。常用信号地接线系统结构有两种:星形状和网络状。
星形状系统要求各接线根据信号流向一点(基准点),在建筑电气领域称为单点接地。该系统在10kHz~3MHz中应用较好。网络状系统是星形状系统的延伸,是从一个基准点变成一个等电位基准面。电梯设备根据自身特殊的结构层次性质其计算机信号地系统常设置成星形状。
电梯计算机系统信号地实际上为计算机各处理装置工作而建立的标准等电位点
或面,它们实际上是高频接地,即考虑高频信号的接地。在不考虑强电设备故障、雷电压影响及静电荷泄放问题上,允许采用浮地系统,但其对大地电阻应大于1MΩ。
2.安全接地保护
安全接地保护是为保障人身安全的接地,其实质是将设备各部件的所有可导电的金属外壳通过电气接线的方式将其强制性接地,从而避免设备金属可导电外壳可能出现的危险电压对人身和设备所构成的威胁。我国电梯制造安装规范特别强调安全接地保护的重要性,GB10060--93《电梯安装验收规范》规定:接地线的颜色为黄绿绝缘电线,除36V以下安全电压外的电气设备金属罩壳应设有易于识别的接地端,且有良好的接地,接地线应分别直接接至接线柱上,不得互相串联后再接地。规范中突出强调接地线接至主接线柱的直接性,而不得串接,以降低总的接地电阻值,以保证电梯各电气用电设备在发生接地故障时,设备金属外壳不致产生过高的接触电压,并且能在整定的最小时间内产生足够大的故障电流使保护装置可靠动作。
3.防雷接地保护
防雷接地保护属于建筑电气设计与安装方面的内容,建筑物的防雷接地系统是为了引泄雷电能量,以保证建筑物及设备的安全。随着建筑科技的进一步发展,防雷体系进一步完善,加上电梯这一具有特殊结构层次性质的设备,将建筑物的防雷与电梯联系起来,如国际电工委员会标准IEC1204--1:1990在1.2.18条就明确提到电梯导轨可以构成雷电流通路的金属装置。电梯设备的安全接地保护采用等电位联结措施之后,对建筑物防雷及耐雷击的能力均会有不同程度的提高,对建筑物外的观光电梯必须具备相应的防雷措施。
在实际工程中,以上各种接地都采用独立的接地装置往往是很难实现的,通常采用共用接地装置。一般要求共用接地装置的接地电阻不大于1Ω。接地线可采用一根截面积不小于16平方毫米的铜芯电线(PE线)首端与楼宇配电室内的PE线相连接,并可与电梯电源电缆同路敷设,接地线的末端与电梯机房内的辅助等电位板相连接。
五、电梯的弱电系统
电梯除了设备本身配有的各种弱电与监视装置外,一般还有在电梯轿厢内设置与电梯机房和值班室都能对讲的专线电话和应急铃等弱电设备。在设有多台电梯群控的建筑物里还设有事故运行操作盘,用以监视电梯的异常情况和进行紧急操作。现在在许多大厦采用诸多计算机系统,如楼宇自控系统(BAS),火灾报警联动控制系统(FAS),保安监控系统(SAS),在这些控制系统都要对电梯实现监控,其目的就是为了加强对电梯的管理,提高电梯的使用率,降低能耗,为人们提供舒适、快捷、安全的环境。
1.楼宇自控系统对电梯的监控功能
楼宇自控系统是计算机对建筑物内的设备实施一体化管理和控制。其对电梯的监控功能为:
(1)电梯的运行台数时间控制;
(2)电梯的运行状态监控;
(3)语音报告服务系统;
(4)停电及紧急状态的处理;
(5)定期通知维护及开列保养单等。
2.火灾报警联动控制系统对电梯的监控功能
火灾报警联动控制系统是一独立的子系统,其主要功能是对楼宇内火情进行监控,它对电梯的中断和优先识别高于其他系统。火灾报警联动控制系统对电梯的监控功能为:
(1)普通电梯平时受楼宇自控系统监控,当发生火灾时,电梯将直驶首层,不应答任何内外召换,返首层后开门,切断电源,停止使用。
(2)消防电梯在发生火灾时,电梯将直驶首层待命,切断普通电源,由应急电源供电。