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【關鍵詞】高層建筑;給水方式;管網疊壓;
中圖分類號: TU208 文獻標識碼: A
隨著整個社會的進步,人民群眾對生活品質的追求也越來越高,高層建筑越來越多,與人息息相關的給水問題很值得探討和重視。作為設計人員在與業主交流中,必須充分考慮客戶的意愿,結合當地自來水公司及管理部門的要求。筆者結合多年工程設計經驗,就有關高層住宅給排水系統設計中的一些問題做些思考。
1 高層建筑分區供水
對高層建筑來講,要保證整個建筑的正常安全可靠用水還需要二次供水,分區供水;也是區別高層供水系統和多層供水系統的主要特征;給水系統的豎向分區是指高層建筑的給水管網和供水設備根據高層建筑的實際需要,在豎直方向將建筑分區供水,各分區給水系統向本分區域供水。在高層建筑中不豎向分區帶來的問題是:
不利于節能;給水配件容易損壞;增加工作維護量;易造成回流污染;
2 高層建筑給水方式
高位水箱供水方式、蓄水箱+恒壓供水設備、管網疊壓給水是高層建筑中使用最廣泛的供水方式。在進行設計時需考慮工程具體情況和各種方案的優缺點等各方面的因素,對其進行比較選取最優方案。
2.1 高位水箱給水方式
可分為并列供水方式、串聯供水方式、減壓水箱供水方式、減壓閥供水方式。
2.1.1 高位水箱串聯供水方式:供水設備分區設置,根據設計要求,下一區水箱供水設備供水上一區,一級一級以此類推供水。該方法優點:使用的管道短,管材管件設備無需承受高壓,減少了投資成本;總體耗能少,運行費用經濟;缺點:供水可靠性差,一旦下層發生故障則其上面的所有樓層均不能正常用水,影響面大;維護管理不便;樓層水箱過大,樓層結構要求高;設置樓層中間供水設備,需要防震動、防噪音、防漏水設施。
2.1.2 高位水箱并列供水方式:在各分區獨立設水箱和供水設備,供水設備集中設置在建筑底層或地下室,分別向各區供水。優點是獨立的分區供水系統,干擾小,壓力穩定,供水安全可靠; 供水設備集中,往往在低層或地下室便于施工安裝;便于維護管理;供水效率高,運行經濟,符合客戶要求;并聯設計,水箱容積小,利于結構設計;缺點是一次性設備投資增加,原因:管線長,管件多,結構復雜,且承高壓;樓層設置水箱,占樓層面積,影響投資效益。
2.1.3 減壓水箱供水方式 :高層建筑的用水量由底層或地下室供水設備供水提升至屋頂總水箱,再送至各分區減壓水箱。其優點為供水設備集中且少,管道簡單,一次性投資少,利于維護和管理;設備用房小,樓層減壓水箱容積小,有利于樓層結構設計;其缺點為最高層設置總水箱并供水,對結構要求高,不利于抗震要求;各分區減壓水箱用水來自最高層總水箱,能源浪費嚴重;樓層設置水箱,占用面積,影響經濟效益;上層分區出現故障,下層分區都將不能正常用水,供水可靠性,不如并聯方式。
2.2蓄水箱+恒壓供水設備給水方式
作為高層建筑供水的追常用方式,成為了主流,根據給水系統中用水量情況利用變頻給水設備來自動調整出流量并使供水設備具有較高工作效率。 變頻供水設備并列供水方式和變頻供水設備減壓閥供水方式兩種方式 ,后一種給水系統目前使用比較多的。其優勢在于不需高位水箱,不占建筑面積;供水設備使用變頻技術,且運行中處于較高工作效率,節能效果明顯,符合節能減排的要求;其缺陷是供水設備一次性投資大,但減壓閥供水方式投資少于并聯供水方式;供水設備型號多、數量多,設備維修復雜,對管理提出了更高的要求。對于需要持續供水的公共建筑,這種方式是最好的選擇,既有一定的儲水,供水壓力恒定,特別是酒店這種人員密集,用水量大的高層公共建筑最實用。經過多年的設計經驗比較,筆者認為高層建筑采用蓄水箱+恒壓供水設備給水方式是最為恰當的供水方式,因為高層建筑和以往的多層建筑有很大的差異,比如住宅,以前的多層建筑,人數少,影響范圍小,高層建筑人員密集,一旦停水影響面很寬,對于酒店等高層,超高層公共建筑就更不必說了。
2.3 管網疊壓給水方式
由于科技的進步和節能減排的要求,目前一些地區采用管網疊壓供水系統(無蓄水池),管網疊壓供水設備由智能型變頻控制柜、穩流罐、供水機組、儀表、閥門及管路等組成,其基本原理是:是供水設備在運行中,通過設備的控制方式、穩流罐與真空抑制器的共同作用,利用市政管網原有壓力,實現壓力差多少補多少的節能、無污染的供水方式。優勢在于無水箱、無蓄水池、全封閉無污染供水,無二次供水,清潔、衛生、環保,供水質量優;設施全封閉,全面杜絕了使用中跑、冒、漏、清洗等水源浪費現象,同時節約了定期清洗用水;充分利用市政管網壓力,實現壓力差多少補多少,供水設備揚程可適當降低,大大提高節能效果,一般達到50%;設備壽命延長,運行效率高,不做無用功;因為無蓄水池,結構簡單、占地面積大大減少,提高了建筑面積利用率;設備工廠化生產,產品質量有保證,安裝現場,安裝單位把自來水進水管和出水管直接與設備對接即可,設備安裝簡單、容易、建筑投資減少,同時加快了工期。
缺陷為主要是在極端情況下供水停止,使用中具有一定的局限性;在實際推廣中的阻力主要是無蓄水池,安全可靠性降低,除了停電會停水外,一旦市政管網停水,供水也將停止。在實際的應用中,業主應用管網疊壓技術往往會減小蓄水池容積,來提高供水的可靠性。目前已經有智能化一體供水系統,即縮小的水箱(替代蓄水池)容積和無負壓設備組成供水設備機組,小型化+智能化。
因此在給水排水《節能專篇》中對管網疊壓供水有專門規定:筆者認為這種供水方式有一定局限性,這種供水方式最大的好處是節能和避免二次污染,它的局限性在于,一旦市政停水,增壓部分也停水,這對大規模的高層住宅小區不適應,還有就是供水要求高的高層住宅,高層公共建筑和超高層建筑。
3 工程設計中對給排水設計的幾點體會
3.1 設計應緊緊跟上時代的步伐:節能減排已經成為國家的基本政策,給排水工程師應該與時俱進,學習新知識,密切關注科技變化和社會發展對設計管理工作的影響。
人們對生活品質的要求而帶來的用水習慣、用水環境的變化,給排水工程師要體現出敏銳的觀察力和專業素養。
3.2 建筑給排水工程師應對給排水部分的投資進行有效的控制:一個項目在作出投資決策后,投資控制的關鍵就在于設計。作為給排水工程師,應該充分認識設計對投資的影響,加強和業主人員溝通,根據現行法律、法規和相關設計規范對建筑物進行準確合理的定性分析,合理地確定設計標準;提高通過對設計技術管理來控制投資。
4 結束語
高層建筑給排水系統,與我們的日常生活息息相關。因而業主的給排水工程師,應本著安全、節能、經濟的原則,在工程實踐中努力創新,適應時代的需要,滿足人民群眾不斷提高生活工作品質要求。
參考文獻
[1]上海市建設和管理委員會.建筑給水排水設計規范[m].北京:中國計劃出版社,2003.8.
關鍵詞:抗浮錨桿;設計;
中圖分類號: S611 文獻標識碼: A
引言
隨著國民經濟建設的迅猛發展,建筑物正逐漸向著“高、大、上”發展,這就造成了基礎埋置深度越來越深。由于受降雨等氣候因素影響,場地地下水在豐水期或建筑設計使用年限內往往會高于基礎埋置深度或地下室底板,所以抗浮問題越來越受到人們的重視。主要的抗浮工藝包括抗浮樁、抗浮錨桿等,由于抗浮錨桿成本低,施工便捷,所以目前抗浮設計選擇的工藝中絕大多數是抗浮錨桿。
由于目前針對抗浮錨桿的專項規范尚未正式出現,這就造成了抗浮錨桿的設計過程無規可依或者是亂用規范的現象層出不窮。目前抗浮錨桿設計中依據較多的規范是中國工程建設標準化協會的《巖土錨桿(索)技術規程》[1]和國標《建設邊坡工程技術規范》[2],但是針對這兩本規范,需要注意其中參數的應用問題,不能夠混用。
1 抗浮錨桿的設計問題討論
1.1不同規范中荷載分項系數取值問題
《巖土錨桿(索)技術規程》[1]中并未提及抗浮錨桿抗拔力設計值與標準值之間的分項系數,但是目前在抗浮錨桿的設計時1.3這個分項系數是被大多數專家學者所接受的。
關于這個分項系數筆者查了很多的規范及文獻,并未發現有此分項系數存在,只有在《給水排水工程構筑物結構設計規范》[3]中低5.2.2條和5.2.3條比較清楚的表述了對于抗浮結構的設計,地表水和地下水作用影視第一可變荷載,在進行結構構件的強度計算時,它的分項系數取為1.27,當計算整體抗浮的穩定性時,抵抗力只計入永久荷載,水浮力采用標準值乘以抗力系數Ks(取1.05),因此筆者猜測或許這個就是現在關于分項系數取1.3能被大多數人接受大原因。
但是關于設計值與標準值之間的安全系數在《全國民用建筑工程設計技術措施―結構(地基與基礎)》[4]一書中,將地下水荷載看做是最不利的永久荷載即水位一直處于最高水位,從而引用《建筑結構荷載規范》[5]中當永久荷載效應對結構不利時對由永久荷載效應控制的組合荷載分項系數應取1.35作為抗拔力設計值與標準值之間的安全系數進行考慮。
另外根據《建筑結構荷載規范》[5]中針對基本組合的分項系數的規定中也可將水浮力看做可變荷載,這樣的話就要應該選用1.4作為荷載分項系數。
而在《建設邊坡工程技術規范》[2]中并不需要將錨桿抗拔力設計值進行單獨提出,而是將錨固段長度計算時的安全系數K由《巖土錨桿(索)技術規程》[1](安全等級為一級的建筑)中的2.2變為了2.6,將設計安全系數增大以包含荷載分項系數。
由此可見在使用《巖土錨桿(索)技術規程》[1]進行抗浮錨桿設計時,現在的設計方案在選取抗浮力的分項系數中存在較大的爭議。
1.2兩本規范的不同點及混用的危害
兩本規范雖然現在都作為抗浮錨桿設計的依據在使用,但是兩本規范之間有很大的異同,規范不能夠混用,這也是很多設計人員會犯的錯誤。
首先在《巖土錨桿(索)技術規程》[1]中其錨桿桿體的截面面積和錨固段長度計算都是采用軸向拉力設計值計算,其抗拉安全系數和抗拔安全系數(安全等級為一級時)分別采用1.6(桿體材料HRB400、HRB335鋼筋)和2.2,而《建設邊坡工程技術規范》[2]中錨桿桿體的截面面積和錨固段長度計算都是采用軸向拉力標準值來計算,其抗拉安全系數和抗拔安全系數(安全等級為一級時)分別采用2.2和2.6。
其次在計算桿體截面積時《巖土錨桿(索)技術規程》[1]中采用的是鋼筋的抗拉標準值,而《建設邊坡工程技術規范》[2]中采用的是鋼筋抗拉強度設計值。
再次還要注意雖然在計算錨固段長度時兩本規范中雖然都有采用多根鋼筋時對界面粘結強度的降低系數,但是在《巖土錨桿(索)技術規程》[1]中還要注意錨固長度對粘結強度的影響系數,而《建設邊坡工程技術規范》[2]中并未提及錨固體長度的影響。
最后還有一點需要注意的,此兩本規范中土體與錨固體粘結強度標準值的取值存在差別,無論巖石還是土體,在取值時要對應勘察報告和不同的規范進行選取。
2 兩本規范在工程中的對比應用
2.1 工程概況
成都佳成時資有限公司投資建設的佳年華廣場項目位于成都東客站附近,臨錦繡大道,交通便利。擬建項目規劃面積20542.31m2,規劃建筑面積146451.62m2,包括1~4號樓及純地下室部分。平面圖及需做抗浮設計的部位如圖所示。
對本工程中抗浮錨桿需承擔的水浮力標準值為72.5kPa的區域即A區分別依據《巖土錨桿(索)技術規程》[1]和《建設邊坡工程技術規范》[2]進行抗浮錨桿設計。首先明確地層、材料和工藝情況,錨桿錨固段全部位于中風化泥巖巖層內,勘察報告建議中風化泥巖與錨固體之間的粘結強度標準值為200kPa桿體鋼筋采用HRB400螺紋鋼,采用M30水泥漿進行注漿,鉆孔直徑為150mm。
2.2兩本規范計算A區錨桿桿體截面積
3.2.1A區抗浮錨桿抗浮力標準值為72.5kN/m2,則單根抗浮錨桿抗拔力標準值為:1.8×1.8×72.5=235kN, 分項系數值取1.35,則錨桿抗拔力設計值為:1.35×抗浮錨桿抗拔力標準值,取318kN。
依據《巖土錨桿(索)技術規程》[1](7.4.1式)進行A區抗浮錨桿設計計算:
式中:Kt錨桿桿體的抗拉安全系數,取1.6;
Nt錨桿的軸向拉力設計值,為318kN;
fyk鋼筋的抗拉強度標準值,HRB400熱軋鋼筋為400 MPa;
通過計算得: mm2
取325鋼筋。
A區抗浮錨桿抗浮力標準值為72.5kN/m2,則單根抗浮錨桿抗拔力標準值為:1.8×1.8×72.5=235kN。
3.2.2 依據《建筑邊坡工程技術規范》[2](8.2.1-1式)進行B區抗浮錨桿設計計算:
式中:Kb錨桿桿體的抗拉安全系數,取2.0;
Nak錨桿的軸向拉力標準值,為235kN;
fy鋼筋的抗拉強度設計值,HRB400熱軋鋼筋為360 MPa;
通過計算得:mm2
取325鋼筋。
2.3A區錨桿錨固長度計算
3.3.1A區依據《巖土錨桿(索)技術規程》[1]進行抗浮錨桿錨固長度的計算如下:
(《巖土錨桿(索)技術規程》7.5.1-1式)
(《巖土錨桿(索)技術規程》7.5.1-2式)
式中:La錨桿錨固段長度(m);
K錨桿錨固體的抗拔安全系數,取2.0;
Nt錨桿或單元錨桿的軸向拉力設計值,為318 kN;
fmg錨固段注漿體與地層間的粘結強度標準值(kPa),取200kPa;
fms錨固段注漿體與筋體間的粘結強度標準值(kPa),取2000 kPa;
D錨桿錨固段的鉆孔直徑(mm),取150.0 mm;
d鋼筋或鋼絞線的直徑,取25.0 mm;
界面粘結強度降低系數,取0.6;
錨固長度對粘結強度的影響系數,取1.0;
n鋼筋根數,為3;
通過計算得:La>6.75m。
3.3.2A區依據《建筑邊坡工程技術規范》[2]進行抗浮錨桿錨固長度的計算如下:
(《建筑邊坡工程技術規范》8.2.3式)
(《建筑邊坡工程技術規范》8.2.4式)
式中: la錨桿錨固段長度(m);
K錨桿錨固體的抗拔安全系數,取2.4;
Nak錨桿的軸向拉力標準值,為235kN;
Frbk錨固段注漿體與地層間的粘結強度標準值(kPa),取200kPa;
D錨桿錨固段的鉆孔直徑(mm),取150.0 mm;
d鋼筋或鋼絞線的直徑,取25.0 mm;
fb鋼筋與錨固砂漿間的粘結強度設計值取2.40;
n鋼筋根數,為3;
通過計算得:La6.00m
通過對比發現采用不同的規范計算出來的抗浮錨桿截面積和錨固段長度雖不盡相同,但是差距不大,由此可以看出采用不同的規范只要參數選擇與相應規范相對應,就能夠得出較為準確的設計數據,同時通過兩種設計計算方法的對比也可以驗算設計方案的合理性。
結論
本文得到的主要結論如下:
(1) 抗浮錨桿設計時,如果采用《巖土錨桿(索)技術規程》[1]作為依據,那么錨桿抗拔力荷載分項系數(安全系數)建議取1.35或1.40。
(2) 由于設計依據不同,參數選取差異較大,地勘報告參數提取及抗浮錨桿設計時應明確采用哪種規范進行。
(3) 采用不同規范進行設計時要注意參數的選取要與之相對應,同時可以采用另一種計算方法驗算設計的合理性。
參考文獻:
[1] 《巖土錨桿(索)技術規程》[S]
[2] 《建設邊坡工程技術規范》[S]
[3] 《給水排水工程構筑物結構設計規范》[S]
關鍵詞:智能建筑;設計;思考
中圖分類號:F4文獻標識碼:A
智能建筑是指利用集成方法,將智能型計算機技術、通信技術、信息技術與建筑藝術有機結合,通過對設備的自動監控,對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建筑的優化組合,獲得投資合理,適合信息社會需要,并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建筑物。智能建筑的興起,生動地反映了信息技術的發展是何等迅速,信息技術的應用是多么廣泛,并深刻反映了信息社會發展對智能建筑的需求。建筑發展到智能建筑,是一個質的飛躍,建筑的含義一下子拓寬了,建筑設計的任務加重了許多。一方面智能建筑設計的研究需要系統化,整體化的框架體系,智能建筑的設計需要智能化設計人員與建筑、暖通、電氣(強電)、給排水、結構等各工種設計人員的密切配合。建筑智能化設計是建筑技術與信息技術相結合的產物,它向人們提供了一個高效、舒適、便利、安全的工作、學習、生活環境。一系列高新技術的發展,正在改變人們的工作和生活模式,先進設備體系已經進入人們的生活,迫使建筑環境與這種變化相匹配。建筑智能化設計與建筑師的關系是十分密切的,智能化系統進入建筑物,改變了傳統建筑設計的一些做法;另一方面智能建筑設計需要更多操作性、實踐性方面的指導。
一、智能建筑與一般建筑相比而具有的優越性
1、自動調節功能。智能建筑對溫度、濕度、照度均加以自動調節,甚至控制色彩、背景噪聲與味道,創造了安全、健康、舒適宜人的辦公環境,從而能大大提高工作效率。
2、節能。現在的房屋,其空調與照明系統的能耗很大,約占總能耗的70%,而智能建筑通過其“智慧”,盡可能地利用自然光和大氣冷量(或熱量)來調節室內環境,以最大限度地降低能源消耗。可按事先確定的程序,區分“工作”與“非工作”時間,據國外常規計算,智能建筑可比常規建筑節能30%以上。
3、能滿足多種用戶對不同環境功能的要求。老式建筑是根據事先給定的功能要求,完成其建筑與結構設計。智能建筑要求其建筑結構設計除支持3A功能的實現外,必須是開放式、大跨度框架結構,允許用戶迅速而方便地改變建筑物的使用功能或重新規劃建筑平面。
4、在智能建筑中,用戶通過國際直撥電話、可視電話、電子郵件、聲音郵件、電視會議、信息檢索與統計分析等多種手段,可及時獲得全球性最新信息和資料。通過國際計算機通信網絡,可隨時與世界各地的企業或機構進行各種業務工作。空前的高速度,大大有利于決策和競爭。總之,電子計算機與智能建筑在當今商品經濟與信息社會中給人們帶來了空前的效率和巨大的經濟效益,使之充滿活力,方興未艾。
二、智能建筑設計應注意的問題
1、有關智能建筑設計規程、規范還不健全與完善。1992年我國第一部有關建筑智能化的規范《民用建筑電氣設計規范》JCJ/T16-92問世。它對建筑智能化三大部分BA、OA、CA有較完整、全面的規定和要求。1997年10月,我國建設行政主管部門建設部了我國智能建筑領域的第一個法規即建設部建設(1997)290號文《建筑智能化系統工程設計管理暫行規定》,它對智能建筑領域起到了巨大的推動和指導作用。智能建筑的設計在它的指導下,在不完善中摸索前進,到2000年7月《智能建筑設計標準》GB/T50314-2000出臺,宣告我國智能建筑設計初步邁進了規范化時代。2006年12月29日,建設部了批準《智能建筑設計標準》(GB/T50314-2006)為國家標準的公告,并自2007年7月1日起實施。筆者認為,這個標準仍然是不完備的,還有許多不完善之處,還有不少有待于進一步探討和細化的問題。
2、智能建筑綜合布線系統問題。首先是線路如何走的問題,線路的走向分水平和垂直兩個方向,水平方向的走線通常是利用地面和天花板。垂直方向的走線通常都布置在每層的設備小間中,相當于以往的弱電豎井,但智能建筑的設備小間由于要布置綜合布線跳線架和相關網絡設備,面積應比以往的豎小間面積大些,而且在設計時還應在每個層面上留一定的剩余空間,以備未來之需。綜合這些因素,每層設備小間面積應在8m2左右為宜。設備小間的線纜都是由主機房引出的,作為智能建筑神經中樞的主機房,除了布置程控交換設備外,還要布置主配線架、光纖配線架等設備。因此,該空間的面積應比普通建筑中的電話機房大些,綜合考慮這些設備的尺寸,我認為主機房面積100~120m2為宜。對于網絡的拓撲結構,我建議采用星型連接,這種拓撲結構使得網絡的擴展以及節點的移動都非常容易。
3、屋頂的設計問題。建筑物屋頂是直接平面敞開的接觸大自然的空間,智能建筑的屋頂會被布置上大量的設備,所以設計師在進行設計時,除要考慮屋頂美觀綠化以外,還可以布置吸取太陽能和風能以采集熱能、收集降水等等,充分吸收和利用自然界提供的一切能量和物質,同時也要設計防止自然力量侵襲的預防設施,還要考慮到設備運轉時產生的震動、噪音、電磁場等因素,電纜穿過屋面以后如何防止漏水,電線基座的防水、防風及防震的問題。
4、節能設計問題。智能建筑的節能設計應該從建筑設計之初就充分考慮,各專業密切合作,動用一切可能的手段達到節能的目的。智能建筑的節能若做不好,用來供應能量的花費就會增高,這會使得建筑的可持續發展性大打折扣;反之,節能設計做好了,智能建筑的運營成本就會降低,持續發展性也可以得到提高。
5、智能消防系統應成為智能建筑的重要組成部分。智能建筑是采用先進的電子信息技術對建筑設備進行自動監控、對信息資源進行有效管理和對用戶提供信息服務的新型建筑。智能建筑管理系統由樓宇自動化系統(BAS)、通信自動化系統(CAS)、辦公自動化系統(OAS)、計算機網絡系統(CNS)、綜合布線系統(SCS)等構成。其中,樓宇自動化系統主要包括機電設備自動化系統、消防自動化系統、安全防范系統等。消防自動化系統(FAS)是樓宇自動化系統的重要組成部分,是智能建筑中一個重要子系統,為火警預報、火災撲救、保障人身和財產安全起到了不可替代的作用,尤其是智能住宅方面,則表現為網絡技術應用和控制方式的變化:建筑電氣接口標準化、設備控制智能化、系統功能集成化。可以預計,隨著計算機、自動控制、通信技術的不斷發展及關鍵技術的突破,消防自動化系統必將朝著集成化、智能化、協調化方向發展。
6、智能建筑設計應遵循科學合理的步驟。智能建筑設計應從中國國情、甲方利益、設計和施工角度出發,建議采取以下步驟:(1)甲方需求(性價比)和外部條件調研,確定智能化系統功能、實施步驟。由甲方牽頭,委托智能化專家委員會,甲方所能接受價格,配備智能化系統功能和實施步驟,以此為依據,寫出標書。(2)由系統集成商拿出智能化設計方案,對智能化系統進行深化設計;由甲方組織,設計院和系統集成商協商;由設計院將智能系統設計到設計藍圖中去,設計院設計出智能化系統;由設計院和系統集成商共同審核簽章,智能化設計方面責任由系統集成商承擔。(3)由甲方組織,系統集成商和監理單位協商,培訓監理單位,對智能化系統進行監理。(4)由智能化專家委員會進行中期檢查,重點保證智能化工程科技含量落實和工程質量達標。
總之,我國的智能建筑充滿著希望,也面臨嚴峻挑戰,需要不斷地學習,不斷地研究,共同探討智能建筑的發展道路。
(作者單位:河南省鎮平縣建設局)
主要參考文獻: