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關鍵詞:建筑 結構 安裝 設計
中圖分類號:F765
一、現代高層建筑的空間構成
1、內核的形成 高層建筑與其它建筑之間的最大區別,就在于它有一個垂直交通和管道設備集中設置,在結構體系中又起著重要作用的“核” (Core)。而這個“核”也恰恰在形態構成上舉足輕重,決定著高層建筑的空間構成模式。
在建筑的中心部分,有意識地利用那些功能較為固定的服務用房的圍護結構,形成中央核心筒,而筒體處于幾何位置中心,還可以使建筑的質量重心、剛度中心和型體核心三心重合,更加有利于結構受力和抗震。
2 、核的分散與分離 隨著時代的發展、技術的進步,人們對建筑需求的變化和設計側重點的不同,以中央核心筒為主流的高層建筑“內核”空間構成模式開始受到了挑戰。
對于結構專業來說,加強建筑周邊的剛度也會有效地抵抗地震對高層建筑的破壞,所以如果將垂直交通和設備用房等分散地布置在周邊,則無疑也會對結構抗震有利。同時,這種分散的多個外核的空間構成模式,也正好適用于新興的巨型框架結構,使這種結構體系中的巨型支撐柱具有了使用功能。
而從建筑設計的角度來看,核的移動、垂直交通、服務性房間和管道井分散到建筑的周邊,對于高層建筑的空間構成模式和立面造型上的變化也是極具革命性的。它不但適應了其它專業的需求,而且還有利于避難疏散,創造更大的使用空間和使高層建筑的底部獲得解放。這種空間構成模式所具有的靈活性和先進性,很快便被推崇技術表現的歐洲建筑師們所發現,并創造性地應用在他們的作品之中。
3 、中庭空間的出現 受高層旅館的影響,一些辦公大樓為了追求氣派和空間變化,便在入口處附設一個中庭,實際上,核心筒的分散和分離,中庭空間的介入,已使高層建筑的空間構成模式徹底發生了變化。新一代的高層建筑空間組織更為靈活多樣,由于空間設計的側重點已由追求經濟效率向營造寬松舒適的生活環境轉變,所以許多新建的高層建筑都以“景觀空間”的概念,將共享空間與功能空間相結合,把核分散向四周,垂直交通采用玻璃電梯,直接采光,給人們以開敞明亮、將動線視覺化的空間感受。空間構成模式也由封閉的“積層式”,變為上下貫通的“動態流動空間”。
4 、底部空間的變化 早期的高層建筑多直接面對街道,從街道進入門廳,再由門廳進入電梯廳,垂座電梯至各樓層,這是高層建筑中最為普遍的空間流線組織方式。建筑空間與城市空間之間缺乏過渡,沒有“中間領域”的概念,在人流集散的高峰期,對城市交通環境的影響也較大。盡管許多高層建筑都在門廳的藝術處理上頗費心機,設計得非常富麗壯觀,但是由于空間組織方面的缺陷,門廳內往往留不住人,形不成公共活動空間,而入口處也常出現人流擁塞的現象。
二、高層建筑結構的演化
1、鋼材的國產化 國內鋼鐵企業根據我國高層建筑鋼結構設計標準的要求,制訂我國第一部高層建筑鋼結構的鋼材標準《高層建筑結構用鋼板》(YB 4104-2000),比目前仍在實施的《低合金高強度結構鋼》(GB/ T1591-94)又前進了一步,其性能指標優于國外同類產品。
2、鋼結構設計國產化 國家標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)等有關高層建筑最大高度和最大高寬比的規定,在一般情況下,應遵守規范的規定,否則應進行專項論證或試驗研究。建設部第111號令《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》和建質[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》,對加強高層建筑鋼結構設計質量控制意義重大,具有可操作性。
3、高層及超高層結構體系 對于高層建筑的劃分,建筑設計規范、建筑抗震設計規范、建筑防火設計規范沒有一個統一規定,一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑,建筑總高度超過100m為超高層建筑。
對于結構設計來講,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則,選擇相應的結構體系,一般分為六大類:框架結構體系、剪力墻結構體系、框架―剪力墻結構體系、框―筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。
三、建筑安裝的協調與配合
1、內部協調與配合 怎樣搞好內部協調與配合,實際上是一個怎樣處理好內部各專業之間的矛盾,以及各專業與總體要求之間的矛盾。首先,應從書面資料入手,對本專業圖紙、會審紀要、工藝標準、質量要求等加以熟悉,做到心中有數。其次,從技術方面講,搞好各專業協調配合,一定要把好熟悉圖紙、認真會審、內部會審、內部技術協調的關口,務必保持解決問題的渠道暢通無阻。再者,高層建筑樓高、層數多、場地窄、專業交叉施工密度大,與工業建筑、一般民用建筑相比,其作業面尤為狹窄,難以滿足在有限的作業面內各專業施工同步展開。
2 、外部協調與配合 外部協調與配合主要指土建單位、裝修單位的專業之間的協調配合。
就高層建筑整體而言,土建和安裝構成了軀干和內臟;裝修則是為其著裝打扮。根據高層建筑的特點,土建、裝修施工階段劃分為:①砼結構施工;②砌體建筑施工;③初級裝修施工;④二次裝修施工。
既然土建、裝修、安裝均作為高層建筑的有機組成部分,故其彼此間必然存在著密切的聯系,實際是相輔相成、缺一不可的關系。但作為一個獨立項目,又有各自的運行規律,只有掌握了這些規律,并了解其間的內在聯系,才能有理、有序、有效地搞好各項目之間的協調與配合。
對于安裝施工來講,從整體看,其成品可以說是依附于土建的半成品或成品之上,它們之間的交叉配合貫穿于整個施工過程,且配合密集處主要在“暗”處,如砼結構、砌體內管井等;而裝修與安裝施工的交叉配合,主要集中在“明”處,如墻面、天花板等。
3、前、后方協調與配合 前、后方協調與配合實際上是人、財、物、機各生產要素的優化組合問題。它對于各類建筑施工是一個帶有共性的問題,這個共性問題的關鍵所在是諸生產要素的優化組合決定權是在前方,還是在后方?是在項目上,還是在大本營里“項目法施工”運用動態管理原理很好地回答和解決了這個問題,使長期以來的前方與后方難以協調與配合的局面得到了根本轉變。
有共性必有個性。在高層建筑安裝施工中,諸生產要素的優化組合必須緊緊圍繞高層建筑安裝施工的各項特性來進行。為此,必須了解各專業施工形象進度計劃,以便及時、合理地調配人、財、物、機各生產要素。
【關鍵詞】多層框架結構;常見問題;結構措施
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A
一、前言
隨著經濟的不斷發展,人們的生活水平也不斷提高,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現更加多元化的發展趨勢。但是無論是在工業建筑還是民用建筑中,總會在多層框架結構設計中出現一定的問題,其設計雖然是較為基礎的,但是具有較大的作用,因此需要對結構設計過程中遇到的問題進行嚴格分析,能夠保證根據相關的規范進行科學合理的設計,對設計方案的可行性進行重復認證,不斷研究設計層面的安全性以及相應的質量,在最大程度上保證以后的設計中不再出現類似的問題。制定相應的解決措施也是相當必要的。
二、多層建筑框架結構設計中遇到的問題,以及相應的解決措施
1、基礎系梁的設置問題
如果存在較深的基礎埋置深度,可以采用基礎系梁將底層柱的計算長度減少。設計系梁時,要根據一層框架梁的設計標準進行,并且在系梁以下的部分,要采用短柱的方式進行處理。如果實際的工程條件與相關的規定相符合的話,就要對基礎系梁進行設置。可以沿著兩個主軸方向進行基礎系梁的構造,從而達到抗震的要求。可以根據連接柱中最大軸力設定值的10%,進行基礎系梁縱向受力鋼筋的設置。如果填充墻或者樓梯柱等負載有對基礎系梁產生一定的壓力,需要疊加計算來自所連接柱子的最大軸力設定值的10%。不斷增加基礎系梁的截面,能夠保證夠筋要求以及受力要求的滿足。
如果不設置基礎系梁,可以用素混凝土條形基礎進行墻的填充。在進行基礎拉梁的設置時,可以將其設置在框架柱間,在最大程度上保證素混凝土基礎能夠應用在框架柱間的墻體上。
2、判斷并處理框架結構的薄弱層
所謂的薄弱層是指,在巨大的地震作用下,有些部位發生了較大的彈塑性位移,其承載力要能夠滿足一定的抗震承載力要求。這種情況一般是在地政強度為7度以下的地區才能發生。
在判斷薄弱層的過程中,主要是應用三種方法。分別是個人指定、計算判定、強制認定。在一些軟件里,比如PKPM、SATWE軟件,需要結合技術人員的專業知識以及相關的規范規定,對薄弱層進行直接指定,這種方式稱作個人制定。軟件在計算過程中,當結構的抗側移剛度出現不規則現象,某層的抗側移剛度比相鄰上一層的70%小,或比其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%小,或是樓層承載力發生突變,軟件將自動指定該層為薄弱層,此為計算判定。而所謂的強制判定是指,存在不連續的豎向抗側力構件時,無論存在何種情況的剛度以及樓層承載力,需要將該層判定為薄弱層,該方式通過一定的標準,進行強制的判定。
如果出現薄弱層,將會對抗震效果有很大的影響。因此在建筑過程中,要盡一切可能避免薄弱層的出現。所采取的最基本也是最直接的方法是對該層的抗側移剛度進行適當的加大,并在一定程度上加大該層的柱截面以及梁截面。如果存在合適的條件,需要將該層的高度進行改變,并將基礎埋置的深度減少,這樣可以在很大程度上防止薄弱層的出現。但是,也會出現完全避免不了的情況,這種情況下, 要對結構進行嚴格的計算,能夠充分遵守相關的規范規定,針對實際的工程情況,對結構樓層的屈服強度深度進行鹽酸,并且保證彈塑性變形得到一定的驗算,對于那些不符合要求的,需要對結構布置進行及時的調整。
3、樓板開大洞結構計算時應該注意的問題
樓板開洞的結構比較普通,如果開洞面積大于該層樓面面積的30%,就屬于
平面不規則,計算時必須進行處理。以PKPM 軟件為例,TAT 和SATWE 分別采用了兩種方式處理。TAT 軟件中,無樓板的節點被定義為彈性節點,該節點。即梁柱交點,不受剛性樓板假定的限制,其平動自由度獨立。SATWE 軟件中,所有樓板被定義為彈性膜,軟件真實計算樓板的平面內剛度,對樓板的片面外剛度則忽略處理。當某層洞口面積為樓層面積的30%以上時,應當把全樓所有樓板都定義為彈性膜,或者也可以不考慮樓板的剛度,把該層洞口邊緣節點定義為彈性節點,當屋面是鋼結構網架時,應當輸入板厚,將其定義為彈性膜,真實計算樓板的平面內剛度,這樣和實際比較相符。
4、框架梁柱偏心問題
在實際的建筑工程中,為了保證其施工要求達到建筑專業的要求,需要在最大程度上保證外墻與柱邊有一定的平整性,不然框架將會出現梁柱偏心的問題。對于這個問題可以采取兩個措施進行解決。一是設挑耳,二是與柱偏心。對于設挑耳的方法,其能夠充分保證框架梁對齊框架柱的中心,并且對梁以及柱的受力有一定的促進作用,這種情況往往會導致填充墻的構造柱下部和上部縱筋難以錨固。但是如果選擇與柱偏心的方法,地震作用下容易引起梁柱節點核芯區受剪面積嚴重不足,柱易產生扭轉效應。所以,針對外框架梁,建議采用設挑耳解決外填充墻偏心。
5、短柱問題
框架結構中,所謂短柱,其柱凈高與柱截面高度比不大于4,或者剪跨比不
大于2。地震作用容易導致短柱的脆性破壞。短柱的受剪承載力和變形能力,嚴重不足,容易引發建筑物嚴重破壞,設計時需要盡可能避免短柱。短柱的形成成因主要有兩個:一是,樓梯間的半休息平臺或者結構局部錯層,導致兩個框架梁間的框架柱凈高比較小;二是,填充墻的設置不正確,造成某層的框架柱的兩側中一部分沒有填充墻,另部分有填充墻,而沒有填充墻的那側,柱凈高與柱截面之比通常不大于4,從而形成短柱。可以通過增加柱的抗剪承載力、改善變形能力,來處理短柱。通常情況下,使用復合箍筋,箍筋沿全高加密,可以保證短柱的縱向鋼筋形成對稱布置。
6、使用平法圖集時應當注意的問題
應用圖集時應當注意以下幾個問題。一是框架柱,若用剖面列表法來表示配筋,應當注意每一層的樓面標高以下的箍筋加密區的長度,必須是框架梁高和規范要求的箍筋加密區長度之和,規范要求的加密區長度在1/6 柱凈高、柱截面高度、500mm 三個數值中取較大值。由于PKPM 軟件出圖的時候,加密區長度并沒有把梁高包含在內,容易造成施工錯誤,導致箍筋加密區的高度不夠。二是一層建筑地面,在澆筑主體結構澆筑結束之后才開始施工,若一層地面是剛性地面,根據相關規定,柱箍筋應當在剛性地面上下各500mm 范圍內進行加密,而這一點容易被忽視,設計圖紙中最好對此有明確交待。
三、結語
在建筑結構設計中,多層建筑框架結構設計是較為重要的,實際的設計內容是針對梁柱板等基本單元進行應力組合。因此在設計過程中,需要應用各種力學的原理,因此會出現各種各樣的問題,本文只是提出相比較為突出的問題。我們在設計過程中,要充分遵守我國相關的技術規范,能夠對多層建筑框架結構設計的問題進行科學、有效的處理,建立良好的建筑結構體系,在最大程度上保證結構的設計質量。
參考文獻
[1]郭新偉淺談多層框架結構設計中存在的問題《大科技•科技天地》2011 年第19 期
[2]薛永軍關于多層建筑框架結構設計的幾個問題探析《城市建設理論研究》2012 年第21 期
[3]李世永多層框架房屋結構設計中應注意的幾個問題探討《科技傳播》2012 年第24 期項目編號:城科字2011 第67 號