时间:2023-04-21 19:10:25
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇高层建筑论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。
一、高层建筑结构设计的特点
高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有:
(一)水平力是设计主要因素
在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。
(二)侧移成为控指标
与低层或多层建筑不同,结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。随着建筑高度的增加,水平荷载下结构的侧向变形迅速增大,与建筑高度H的4次方成正比(=qH4/8EI)。
另外,高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大,在设计中不仅要求结构具有足够的强度,还要求具有足够的抗推刚度,使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,否则会产生以下情况:
1.因侧移产生较大的附加内力,尤其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,当产生的附加内力值超过一定数值时,将会导致房屋侧塌。
2.使居住人员感到不适或惊慌。
3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏,使机电设备管道损坏,使电梯轨道变型造成不能正常运行。
4.使主体结构构件出现大裂缝,甚至损坏。
(三)抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒。
(四)减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。从地基承载力或桩基承载力考虑,如果在同样地基或桩基的情况下,减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施,可以多建层数,这在软弱土层有突出的经济效益。
地震效应与建筑的重量成正比,减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了,不仅作用于结构上的地震剪力大,还由于重心高地震作用倾覆力矩大,对竖向构件产生很大的附加轴力,从而造成附加弯矩更大。
(五)轴向变形不容忽视
采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中,框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力,中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时,此种轴向变形的差异将会达到较大的数值,其后果相当于连续梁中间支座沉陷,从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
(六)概念设计与理论计算同样重要
抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的,尽管分析手段不断提高,分析的原则不断完善,但由于地震作用的复杂性和不确定性,地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性,可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多,尤其是当结构进入弹塑性阶段之后,会出现构件局部开裂甚至破坏,这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明,在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。
二、高层建筑的结构体系
(一)高层建筑结构设计原则
1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合,做到安全适用、技术先进、经济合理,并积极采用新技术、新工艺和新材料。
2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造,择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案,并注意加强构造连接。在抗震设计中,应保证结构整体抗震性能,使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。
(二)高层建筑结构体系及适用范围
目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有:框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。
1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架,它是主要承重结构,各平面框架再由连系梁连系起来,即形成一个空间结构体系,它是高层建筑中常用的结构形式之一。
框架结构体系优点是:建筑平面布置灵活,能获得大空间,建筑立面也容易处理,结构自重轻,计算理论也比较成熟,在一定高度范围内造价较低。
框架结构的缺点是:框架结构本身柔性较大,抗侧力能力较差,在风荷载作用下会产生较大的水平位移,在地震荷载作用下,非结构构件破坏比较严重。
框架结构的适用范围:框架结构的合理层数一般是6到15层,最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间,平面布置灵活,可适合多种工艺与使用的要求,已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。
2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度,在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”,剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度,墙体同时也作为维护及房间分格构件。
剪力墙结构中,由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载,剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置,它刚度大,空间整体性好,用钢量省。历史地震中,剪力墙结构表现了良好的抗震性能,震害较少发生,而且程度也较轻微,在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点,而且可以使房间不露梁柱,整齐美观。
剪力墙结构墙体较多,不容易布置面积较大的房间,为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求,以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求,可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架,形成框支剪力墙结构。
在框支剪力墙中,底层柱的刚度小,形成上下刚度突变,在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形,因此,在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。
3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙,可以组成框架—剪力墙结构,这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度和较强的抗震能力,因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。
4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高,以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系,往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体,成为竖向悬臂箱形梁,加密柱子,以增强梁的刚度,也可以形成空间整体受力的框筒,由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有:
(1)框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒,由它受大部分水平力,周边布置大柱距的普通框架,这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构,目前南宁市的地王大厦也用这种结构。
(2)筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成,内筒为剪力墙薄壁筒,外筒为密柱(通常柱距不大于3米)组成的框筒。由于外柱很密,梁刚度很大,门密洞口面积小(一般不大于墙体面积50%),因而框筒工作不同于普通平面框架,而有很好的空间整体作用,类似一个多孔的竖向箱形梁,有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦(88层、420.5米)、广州中天广场大厦(80层、320米)都是采用筒中筒结构。
(3)成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体,每个筒体都比较小,这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。
(4)巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱(通常由电梯井或大面积实体柱组成)以及巨梁(每隔几层或十几个楼层设一道,梁截面一般占一至二层楼高度)组成一级巨型框架,承受主要水平力和竖向荷载,其余的楼面梁、柱组成二级结构,它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小,使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。
除以上介绍的几种结构体系外,还有其他一些结构形式,也可应用,如薄壳、悬索、膜结构、网架等,不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。
[参考文献]
[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范.
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。
笔者在实习期有幸参加了一栋高层基础的施工。广州市、天河区、禺东西路某企业一栋33层住宅楼,地下室共有三层,主要用于人防、停车,设备于一体的地下室,长75.7米宽46—38米不等宽的异形平面,基础混凝土采用筏板形设计方案,板的施工厚度为2.0米,总混凝土量为5876.69m3,基础中间设有一条1.2m的后浇带,强度设计为C40的S6级抗渗混凝土基础。
一、施工前的准备
为了确保施工进度和施工质量,施工前我们在现场进行了认真的调查和对施工方案反复的进行了讨论,并做出了充分大量的准备工作。如对市区内可能产生的道路堵塞、可能造成的停电、停水、及现场设备出现故障等均相应地做好了应急的准备工作。我们对泵送混凝土搅拌站选用方面我们选用了市区一家最有实力、且一家公司分别有两个不同方向运送混凝土的搅拌站,如果出现东面断道就从西面供给,西面断道就从东面供给的方式,确保混凝土能满足施工的需求。在用电方面先用了两路电源并备用一台360千瓦/时发电机确保施工用电万无一失。在用水方面我们除了准备自来水之外,还利用市政2米的排水管道设闸堵水以防停水时无法降温而影响混凝土的施工质量。对现场的各种设备都相应地做了应急准备。
二、施工方案的选定
(一)为了保证相邻住房的安全,我们选定以西向东推进的施工方案。
(二)由于施工场地比较宽敞,充分发挥优势,泵站选用HP—800自动配料机2台,现场采用HBT—60混凝土输送泵三台,管径直125mm2,同时还采用一台12m3/h的汽车混凝土输送泵,专用来做小体积混凝土的补救及找平。
(三)采用38台6m3/台混凝土运输车。
(四)人员采用四班不间隔连续作战的的施工方法,确保施工进度,每班交接班需提前半小时。
(五)为了防止由于混凝土自身产生的高温而烧坏混凝土的现象,我们采用双排直径为50mm的钢管通水降温的方法,(左右间隔1米,上下1米且交叉布置)取得了良好的效果。
三、保证混凝土出厂质量的措施
(一)选择高质量的水泥
我们选用“珠江牌”625R硅酸盐水泥。
(二)混凝土出厂前的技术处理
为了减少水泥的水化热,降低混凝土自身的温度,在满足设计和混凝土保证用泵输送的前提下,将625R硅酸盐水泥控制在450kg/m3。
(三)适当参加一定的添加剂,控制水灰比
根据设计要求,混凝土中掺和水泥用量4%的复合液,它具有防水、膨胀、缓凝而一体,溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性,使用水减少20%左右,水灰比一般能够控制在0.55以下,初凝可延长4小时左右,对大混凝土施工的质量提供了有利的保证。
(四)对骨料的控制
选用70—40mm连续配碎石,细度模数2.8—3.0的中砂,砂石的含泥量控制在1%以内,并不能混有其他有机杂质和使用海砂。(五)混凝土的施工配合比
根据设计强度和泵送混凝土对坍塌度的要求,经试验确定采用:625R硅酸盐水泥,其水∶水泥∶砂∶碎石∶复合剂=0、25∶1∶1、82∶2、5∶0、04。
(六)加强技术管理确保施工质量
加强原材料的检验试验工作,分工由监理单位安排人员跟班检查,并对每批原材料都做详细的记录。
(七)采用确实可行的施工工艺
浇灌混凝土同采用三班人员交叉流水作业的形式,分层次地采用跑道式的施工路线,一层一层向前推进,每层保证振动器跟上施工步伐,在施工最后一层混凝土时除了采用平板振动器外,还采取长4米的园条形振动器做一次压平处理,事后人工压浆收尾。
(八)混凝土的保养
为了防止在大体积混凝土施工时由于产生的高温而烧坏混凝土,影响混凝土的施工质量,我们采用了循环水系统降温的办法,保证进入口水温在C25度以下,出口水温在C58—C68度以内,在水温超过C70时我们采用加快循环水量的办法,并在混凝土上部采用麻袋湿水保养的办法,在施工过程中做到了一丝不苟,其结果是工夫不负有心人,仅仅在30小时内元满地完成了5876.69m3混凝土的施工任务。
四、谈几点体会
(一)施工前的准备和施工时可能出现问题,采取相应的应急措施,是非常必要的,给施工增加了保证力量。
(二)采用内外降温的养护措施有效地控制了混凝土的升温,大大缩短养护周期,对大体积混凝土的施工时的采用尤其重要。
1高层建筑转换层的应用与发展现状
中国目前的钢筋混凝土高层建筑一般在二十至五十层之间,其中尤以二十至三十五层居多。中国国内己建成的这个高度范围内的高层建筑占全部高层钢筋混凝土建筑的80%左右,可见这个高度范围内的高层建筑是与中国城市的经济发展和需求水平相适应的,因而应用最多。在建筑功能的要求上,高层建筑中很少是功能单一的住宅、写字楼或宾馆,高层钢筋混凝土建筑多是地下部分是停车场,地上1-7层左右为商场、娱乐场所等,上部小开间的使用部分可以设置住宅、宾馆、或办公室。有统计表明,高层建筑中有转换层结构的占80%左右。带转换层的高层建筑转换层部分,由于梁、柱或板的尺寸较大,所以从模板的支撑系统,钢筋的绑扎、钢析架的安装或预应力的张拉顺序,大体积混凝土的浇注等方面在施工技术要求上都有极为严格的限制。在某种程度上可以说,转换层施工是高层建筑的“瓶颈”,如果说一幢高层建筑在支撑系统选择,钢筋绑扎,混凝土浇注,预应力张拉,机械设备的选择等方面做到方案科学,现场施工组织合理,定会带来良好的经济效益和社会效益。
2高层建筑板式转换层的设计技术
转换板设置位置,是人们关心的板式转换框支剪力墙结构抗震性能的重要问题之一。随着人们对梁式转换框支剪力墙结构在转换层位置设置较高时,转换层对结构抗震性能不利的认识,从而提出了转换层位置较高的框支剪力墙的抗震设计概念,并且限制转换层下大空间结构的层数。然而,板式转换结构随着转换层位置的提高,结构是否也表现出同样的动力特性及反应,也是值得讨论的。本文结合厦门安宝大厦工程,采用三种模型来计算和分析板式转换结构转换层位置对结构抗震性能的影响。计算模型中,转换层、标准层结构布置如图1所示。图中黑色填充区域为转换层下部框支柱和落地剪力墙;实线部位为转换板上布置的剪力墙。转换板厚2200mm;落地剪力墙厚度为400mm;框支柱截面为1200mm×1200mm和1000mm×1000mm两种;标准层x向剪力墙厚为250mm,y向剪力墙厚为200mm。转换板所在的上、下楼层的层高分别为2.2m、3.6m(净高,不含转换板厚),结构总高度为98.70m。三种模型分别为:
Hst0——无转换层结构,以原工程转换板上部结构为基础,增加结构标准层,使其高度与原结构相同;
Hst3——转换板设置在第3层顶,并将原工程x向井筒开洞,转换层上、下结构等效侧向刚度比γex=0.7046,γey=0.8971。
Hst6——转换板设置在第6层顶,将模型Hst3的第1层复制增加三层,使其高度与原结构相同,同时,其转换层上、下结构等效侧向刚度比也与模型Hst3接近。结构计算分析采用ANSYS软件。
图板式转换最大的优点是可以在转换层以上随意布置结构型式和轴网,特别适用于建筑物上下部轴网错位复杂甚至互不正交的情况。但转换板传力路径不清晰,受力状态复杂,结构分析计算繁冗。由于抗剪和抗冲切的需要,转换板厚一般在2M以上,这一方面造成转换层质量和刚度的突变,在地震作用时结构反应增大,转换层上下相邻层更成为结构薄弱层,不利于建筑物抗震;另一方面由于自重和地震作用的增加,下部竖向构件的荷载明显增大,设计难度大。研究表明,转换厚板的内力和位移分布严重不均,最大值与最小值间相差可达几十倍。从整体上看,板式转换的力学性能和经济指标均较差,在实际工程中应慎用。当上下轴网变化但仍正交时,可采用正交主次转换梁的结构型式来实现转换。3板式转换层施工方案决策问题和模型的确立
3.1板式转换层施工方案决策问题
最常用模板支撑方式有上面谈到的三种方法,①落地支撑法②叠合梁原理法③吊模法。那么对于一个含有转换层的施工项目而言,如何选用更优的施工方案,如何安全可靠、质量优良、工期准时、技术方便、简单可行、工程造价成本又比较低的情况下完成转换层结构的施工,是项目承建者的所追求的目标,所以在遇到此类问题时,经常存在如何决策方案才比较科学的问题。由于方案的优劣是一个相对的概念,并且施工方案的选择还受很多外部因素的影响。对于转换层施工来说,如果转换层所在位置较低,距离基础在四层以内的话,落地支撑法将是最为理想的选择;对于大于四层以上的情况,以上三种施工方法哪个方案最优,决策者如何进行决策。
3.2转换层施工方案决策模型的建立
层次分析法(AnalyticHierarchyProcess,简称AHP法)是美国运筹学家沙旦(T.L.Saaty)于上世纪70年代提出的,是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。特别是将决策者的经验判断给予量化,对目标(因素)结构复杂且缺乏必要数据情况下更为实用,所以近几年来此法在我国工程实践的方案决策中得到了广泛应用。层次分析法的基本内容是:首先根据问题的性质和要求,提出一个总的目标;然后将问题按层次分解,对同一层次内的诸因素通过两两比较的方法确定出相对于上一层目标各自的权系数。这样层层分析下去,直到最后一层,即可给出所有因素(或方案)相对于总目标而言按重要性(或偏好)程度的一个排序。
4高层建筑板式转换层的施工要点
由于板式转换层结构的上述特点,在确定转换层结构施工方案时应考虑下列几个方面的问题:①转换层的自重和施工荷载往往非常大,应选择合理的模板支撑方案,并进行模板支撑体系的设计。②对大体积转换层,混凝土施工时应考虑采取减小混凝土水化热的措施,防止新浇混凝土的温度裂缝。③转换层的跨度和承受的荷载很大,其配筋较多,而且钢筋骨架的高度较高,施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于钢筋的布置。④对预应力混凝土转换层,由于其跨度和承受的荷载都很大,预应力钢筋数量大,因此,要合理选择预应力的张拉技术以防止张拉阶段预拉区开裂或反拱过大。⑤设置模板支撑系统后,转换结构施工阶段的受力状态与使用阶段是不同的,应对转换梁(或转换厚度)及其下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算。
(1)混凝土工程。在进行大跨度超高度转换梁及转换厚板的混凝土施工时,应采取措施防止新浇混凝土产生温度裂缝。目前实际工程中采取的措施有:
①根据混凝土的配合比和预计的施工气候及现场条件,采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序(3DTFEP),对大跨度超高度转换梁及转换厚板整个过程中的温度状况进行模拟计算,掌握混凝土在浇筑后一个月内的各部分温度的变化规律,为大跨度超高度转换梁及转换厚板的施工提供科学的预测分析和依据。
②大体积混凝土转换结构施工时,应采取措施控制混凝土内部与混凝土表面温度差小于15℃,实际工程中可采用下列方法:a.蓄热保温法,即常规保温方法。混凝土的养护要把握两个关键,即在升温阶段以保湿为主,在降温阶段以保温为主。b.内降外保法,即在大体积混凝土内部循环埋管通水冷却降温,使大体积混凝土水化热温升降低,减少混凝土内部与混凝土表面的温差,然后在大体积混凝土转换结构的表面及其底面采取保湿措施。c.蓄水养护法,即在混凝土初凝后先洒水养护2h,随后进行蓄水养护,蓄水高度一般为100mm。
③浇筑厚大的转换层结构混凝土时,为防止混凝土内外温差过大和提高混凝土抗拉强度,在选用水泥方面可采取下列措施:a.优先选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥。b.掺用沸石粉代替部分水泥,降低水泥用量,使水化热相应降低。c.掺入减水剂,减少水泥用量,使混凝土缓凝,推迟水化热峰值的出现,使升温延长,降低水化热峰值,使混凝土的表面温度梯度减少。
④浇筑厚大的转换层结构混凝土时,为防止混凝土内外温差过大和提高混凝土抗拉强度,在施工方法上可采取下列措施:a.采取先施工转换结构周围结构或墙体,防止混凝土表面散热过快,内外温差过大。b.变冬季施工的不利因素为有利因素,减低混凝土的入模温度。在夏季高温气候施工时,采用冰水搅拌,以减低混凝土的入模温度。c.采用分层次施工,每层厚300mm~500mm,连续浇筑,并在每一层混凝土初凝之前,将后一层混凝土浇筑完毕。D.采用叠合梁原理,将转换结构按叠合构件施工,可缓解大体积混凝土水化热高,温度应力过大,对控制裂缝发展有利。
(2)钢筋工程。转换梁的含钢量大,主筋长,布置密,在梁柱节点区钢筋“相聚”。因此,正确地翻样和下料,合理安排好钢筋就位次序是钢筋施工的关键。
①钢筋翻样前必须弄清设计意图,审核、熟悉设计文件及有关说明,掌关规定。翻样时考虑好钢筋之间的穿插避让关系,确定制作尺寸和绑扎次序。
②一般转换层结构主筋接头全部采用闪光对焊或锥螺纹接头连接、冷挤压套筒连接;对于两端做弯头的钢筋,采用可调伸螺纹接头解决钢筋旋转的困难。
③当转换梁高度或转换板厚度较大时,应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于操作。
参考文献
[1]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
1.1深基坑支护
深基坑支护的目的是要确保地下结构的施工安全,并为基坑的周边环境提供安全保障,从而在深基坑的侧壁和周围环境中,通过支档和加固等手段,对其进行保护。目前,我国的高层建筑在深基坑支护施工中,发生事故的频率比较高。由于此施工中需要较多的施工人员参与,所以一旦发生事故,就会导致施工群体伤亡,造成严重的后果。而出现这种情况的根本原因,在于施工单位没有对施工过程进行严格的控制,且没有采取相应的防控措施消除安全隐患。
1.2大体积混凝土施工
大体积砼是高层建筑施工中比较常见的,其在温度控制方面的难度较大,且防裂问题一直是困扰技术人员的难题。大体积砼对施工技术的要求比较高,需要用到大量的混凝土,不仅结构厚实,且水泥水化热也比较大,在结构物体受到温差变化的影响时,其很容易出现变形。由于大体积砼需要在地下对钢筋混凝土结构实施现浇工艺,所以其施工条件相对比较复杂。此外,大体积的混凝土对平面尺寸的要求比较高,如果平面尺寸没有控制好,使得尺寸过大,温度力在约束作用下也会变大。如果不能对温度进行有效的控制,当温度引力超出混凝土能承受的拉力范围时,就会出现裂缝。
1.3垂直运输
随着建筑高度的增加,在对混凝土进行垂直运输时,其难度必然会加大。而高层建筑所使用的混凝土类型是多种多样的,不同的混凝土对运输高度的要求也不一样。如果混凝土的颗粒比较小,其所需的垂直运输高度就比较高;如果混凝土的颗粒比较大,则其对运输高度的要求就更低。
2技术创新
2.1生态技术
随着建筑工程规模的扩大、数量的增加,其消耗的能量、排放的污染物质也越来越多。因此,在未来的建筑施工中,应该融入绿色环保节能的理念,采用生态化的施工技术,提升建筑的节能环保性。同时,在对高层建筑进行设计规划时,要尽量降低其对环境的影响,在对环境加以利用的同时,对其进行保护。所以,在高层建筑的设计中,要多采用生态技术,并对其进行创新,以实现高层建筑室内室外的有效衔接。当室外的环境发生变化时,能够将变化情况反馈到室内环境中,室内环境则做出相应的调整,以确保室内的各项环境指标都符合标准,通过对太阳能、风能等的利用,有效降低高层建筑施工中的能源消耗。
2.2仿真技术
仿真技术是利用计算机,建立起高层建筑的实际模型和虚拟模型,对高层建筑内的实际运动过程进行模拟。通过仿真模型的全面分析,能够有效缩短决策的时间,并提高决策的正确性,从而提高资金的利用率,缩短施工周期,降低施工中的人力和物力成本。对高层建筑的施工过程进行仿真模拟,需要根据离散事件建立相应的模型,并对模型中的建筑施工、结构施工、装饰施工等进行全面的分析。在基础工程施工中,仿真系统能够对其中的土方、初支、大体积施工等进行分析;在结构工程施工中,仿真系统的主要功能是,对施工方案和管理等进行模拟。同时,通过计算机技术的作用,在对高层建筑结构进行仿真模拟时,还能为实际的施工提供理论和力学依据,从而帮助施工单位制订更加科学合理的施工方案。
2.3卫星定位技术
目前,卫星定位技术已经开始在相关领域使用,比如,在对土木工程进行勘察设计时,就可利用卫星定位技术来进行,且在其施工过程中,也可借助卫星定位技术的作用,此项技术在土木工程施工中的应用频率是最高的。随着技术的不断发展,卫生定位技术不仅在理论上日趋完善,且其需要的设备技术含量也越来越高,因此,将此技术应用于高层建筑施工中,应该是顺理成章的。将卫星定位技术应用于高层建筑施工中,不仅能减少施工测量的次数,提高测量的准确性,还能将测量结果进行精准的传输。同时,对测量数据的处理和分析,是利用计算机来完成的,这就能有效避免人工计算中的错误。此外,在高层建筑中设置观测的基准点,目的是要确定具体的起算点和方向。采用卫星定位技术,在对施工楼层的控制网基准点进行选择时,不会受到其他因素的干扰。而对于高层建筑可能出现的日照变形或者振动变形等,卫星定位技术也能进行准确的测定。
3结语
综上所述,为满足社会发展的各种需要,高层建筑工程不断涌现,而高层建筑的施工难度,比普通建筑的施工难度大很多倍,其在施工中出现问题的可能性也越大。因此,在对高层建筑进行施工时,需要通过生态技术、仿真技术、卫星定位技术等,降低高层建筑施工对环境造成的污染程度,并提高其施工的安全性,改善施工质量。
作者:谭毅杰 单位:华东建筑设计研究总院大连分公司
参考文献:
相应的评价矩阵。最后对权重和评价结果合成运算,得出评价的结果。具体步骤如下:
1.1确定影响因素的因素集U确立待评价的目标指标U,各评价指标为子集u。
1.2确立评价标准集V和隶属度矩阵R结合确定的评价指标和评价集,按照一定的评价标准对各个指标进行评定,可得出各个单指标的评价矩阵,其中各子集表示对上一目标层的隶属度。
1.3对各指标进行重要程度的赋值文中是用层次分析法确定权重的,它的基本思路是将各评价指标按照属性和关系分组,形成递阶结构,然后按照一定的标度经过两两比较确定出相对之下的重要程度,继
而构成了判断矩阵,然后确定权重。对比两两指标,根据比较结果确定相应的判断矩阵。比较方法用9标度法。
1.4模糊合成运算根据所得的权重矩阵Q和评价矩阵R,将其进行合成运算得出模糊矩阵H。即:H=Q*R
2实例分析
以邯郸地区某高层住宅建筑施工企业为例,该企业承办的住宅项目占地43,000平方米。设计项目高度为90米的5栋高层。历经2个月的实地调查和咨询,收集大量相关资料,分析研究出影响其安全施工的
主要因素。安全要素可以分成四种:安全管理组织,安全技术管理,安全管理制度,施工现场安全各个因素下面又分了具体的分项。
①安全管理组织包括了安全生产组织、安全教育和岗位培训考核取证。
②安全技术管理包括了机械设备作业技术、用电和防火技术、防尘防毒技术、特种和专项技术及安全技术交底。
③安全管理制度包括了劳保品使用制度、检验验收交接制度、安全生产责任制、安全资金保障制度、应急救援制度安全事故报告处理制度。
④施工现场安全包括施工现场安全达标、资质和资格管理、保险、安全标志。由此可知,目标层邯郸市某高层建筑施工企业施工安全设为Z,在其下方的安全管理组织,安全技术管理,安全管理制度,施
工现场安全分别为一级指标,用Y来表示,二级指标用y表示。由资料显示对施工安全评价一般设定为5个标准等级,分为安全,基本安全,一般,危险,很危险。表示为V={v1,v2,v3,v4,v5},其中v1
代表安全等级,v2代表基本安全等级,v3代表一般等级,v4代表危险等级,v5代表很危险等级。根据主要负责人、技术人员、领域专家进行调查问卷,根据评价结果得出了各因素的评价矩阵。依据所选
用的层次分析方法对个指标进行了权重的赋值,并且通过C.I.的计算其一致性达标,符合一致性要求。
3结论
以高层建筑为研究对象,针对目前日益增多的工程施工事故,找出影响施工安全的主要原因,并结合层析分析法和模糊综合评价法对其进行了定性和定量分析。最后通过利用所建立的综合评价模糊对具
二、提高建筑施工质量的措施
1、图纸设计要把好关:一个建筑项目工程的成败在于图纸的设计。一个项目工程整体质量的好坏就是在于图纸的设计。因此,施工单位在施工之前必须要找好的设计师对施工地点周围地质进行勘察,然后再进行图纸的设计,并且在设计的时候一定要计划好施工的经费,以免出现经费不足的情况。2、选择好的施工单位:施工队伍的素质是影响工程质量的关键。一个好的施工队伍才能静下心来完成一项施工任务。一个项目工程在审批之后,肯定会经过招标的过程,在这个过程中,一定要认真听每一个施工单位的技术力量、设备、资金情况等这些硬件措施,然后在对这些队伍提出一些问题,从而得到他们软件措施等一些情况,通过这些来选取好的施工队伍,建造出好的高层建筑。3、签订施工合同:在选取好施工单位以后,一定要与施工单位进行合同的拟定,将甲、乙双方的一些法律问题明文提出,合同的内容一定要严谨、条款详尽、责任划分明确、手续也要完全合理以免到时候出现一些资金无法到账,建筑出现问题的一些情况。合同签订之后,一定要到相关部门进行公证以得到法律的保护。4、时刻监督工程的质量:建筑施工时,相关的建筑监督部门一定要提高监督力度,加大执法的透明度,使工程质量能够有很大的保证,在建成之后,居民和工作人员能够放心的在里面生活和工作。
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%。
2结构体系
由于现场山体开挖坡度陡峭,坡体加固处理不能满足建筑物支承和荷载传递的需要,使得结构基础和支承柱不能落在山体边坡上,且由于建筑逐渐缩进,会导致楼层质心与刚心逐渐缩进、抗侧力构件不连续、结构自身抗倾覆及倒塌能力极弱等不利因素。针对这种体型特别复杂的特殊复杂高层结构,必须将变化异常的体型及设计限制条件转化为有序和可行的结构体系,才能确保工程的可靠性和安全性。通过现场对山坡坡顶、坡底的详细勘察,坡底具有良好的中风化石灰岩持力层,具备承担塔楼产生的竖向荷载和水平荷载的能力,而坡顶结构的受力点必须远离边坡的边缘,以降低塔楼荷载对边坡稳定性可能产生的影响,在水平方向设计与岩石咬合的抗剪键以抵抗推力,并确保其在多遇地震到罕遇地震作用下的安全性。具备以上条件之后,再通过适当的结构传力形式,将塔楼产生的竖向荷载和水平荷载有效地传递到坡顶和坡底,结构传力途径示意见图5,图5中G1,G2均为重力。由图5可以看出,上部结构的重量和水平荷载一方面通过转换梁传递至坡顶支座基础,另一方面通过转换柱及端部剪力墙和斜墙传递至坡底基础,竖向荷载对坡顶产生的内推水平荷载对边坡稳定有利。依据上述设想,建立具有框架和剪力墙双重体系,并由支撑斜柱、斜墙和转换梁联系的特殊结构形式,塔楼结构模型。
3斜墙及斜墙处楼板处理
本项目结构依山而建,在①~⑤轴,瑏瑩~瑐瑣轴之间布置斜墙,斜墙一方面传递从上部转换梁传来的竖向荷载,另一方面承担X向地震作用和风荷载作用,端部斜墙布置与竖向荷载传递路径示意如图7所示,斜墙倾斜角度约60°~80°。7层处由于直墙和斜墙的折角可使该层楼板承担一定的拉力。结构分析表明,在竖向荷载标准组合作用下,仅靠此处楼板本身承担拉力时楼板拉应力较大,初步设计时在此处楼板下部设置交叉斜撑分担楼板拉应力,保证楼板在竖向荷载作用下不产生过大的拉力,进行交叉斜撑分析设计时偏保守地采用楼板开裂的刚度以尽可能分担更多的拉力。
4主要结构构件
剪力墙采用混凝土材料,其厚度在底部最大为1000mm,个别剪力墙由于底部局部剪力较大,在内部配置了钢板或型钢,形成钢板剪力墙或钢骨剪力墙。上部结构的剪力墙厚度由1000mm减小至700mm(端墙)和600mm(中部墙),剪力墙的混凝土强度等级为C50。由于结构变形和承载力较大,需要适当增加柱子的刚度和承载能力,因此,靠近边坡一侧的框架柱主要为型钢混凝土柱。柱截面尺寸介于1000×1000~1500×1500之间。远离边坡一侧的框架柱一般为普通混凝土柱。而对于在传力体系中起关键作用的斜柱则全部采用1200(1800)×3000的型钢混凝土矩形柱(含钢率6%)。转换梁的跨度约为30m,截面高度为3000mm,为型钢混凝土梁(含钢率5%~6%),以保证转换梁具有足够的刚度和承载能力。建筑两端跨度36m的楼板采用大跨度钢蜂窝梁板结构(图8),将结构和机电空间结合在一起,从而获得较好的使用空间。其他部分楼层结构采用普通混凝土梁板体系,并对整体楼板进行应力分析和设计,为保证楼板具有足够的平面内刚度、保证水平力的转递以及满足大跨区域使用的舒适度设计要求,将部分楼板的厚度增大至200mm。
5性能化抗震设计
考虑到坡地高层建筑抗震设计的复杂性和本结构的特点,采用传统的抗震设计指标难以对结构体系的真实表现做出评价,因此在抗震审查确认将本工程总体定性为特殊类型的高层建筑后,采用性能化抗震设计思想和方法进行结构设计是本项目的必然之选。根据本工程的超限情况和结构特点,以及场地条件、社会效益、结构的功能和构件重要性,并考虑经济因素,结合概念设计中的“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的基本概念,将本工程结构总体的抗震性能目标定为C级。结构关键构件为转换柱、转换梁、支承大跨梁的端部剪力墙以及受拉楼板处加强的面内支撑构件;耗能构件为框架梁、连梁;普通竖向构件为剪力墙、框架柱。根据设计条件及要求,为保证此建筑的安全性,实际抗震设计的设防烈度采用较当地提高一度的标准进行设计,抗震措施按照乙类建筑的要求加强,具体性能化抗震设计目标[3]见表1。
6结构分析
由于结构的特殊性,计算模型基本按实际情况考虑,采用ETABS建立模型(图9)进行弹性分析,同时利用MIDAS建立模型检验分析结果。其中,剪力墙采用壳单元模拟,部分楼层局部楼板因承受了较大的面内荷载,采用壳单元来模拟楼板的面内应力变化情况。
6.1自振周期本工程采用ETABS和MIDAS两种软件进行弹性分析,塔楼的前6阶周期和振型如表2所示,第1扭转周期T3与第1平动周期T1的比值为0.74(按ETABS计算结果),满足高规[3]要求。
6.2楼层剪力和倾覆力矩分配表3为按ETABS模型计算得到的小震作用下及风荷载作用下基底总剪力和基底总倾覆力矩。图10~12分别为地震作用下剪力、倾覆力矩及剪重比沿楼层的分布。小震作用下产生的基底总剪力与基底总倾覆力矩为风荷载作用下的4倍以上,是主要的水平荷载。
6.3最大层间位移角楼层的最大层间位移角如表4所示,由表可知,无论在风荷载作用下还是地震作用下,最大层间位移角均远小于规范限值1/800。究其原因,一方面是因为外荷载较小,结构响应小;另一方面为塔楼抗侧力构件截面尺寸由轴压比、整体稳定性和承载力图12地震作用下剪重比沿楼层分布图控制,不宜进一步减小。
7罕遇地震作用下的非线性地震反应分析与抗震性能评价
为达到在罕遇地震作用下防倒塌的抗震设计目标,采用以抗震性能为基准的设计思想和以位移为基准的抗震设计方法。非线性分析采用LS-DYNA软件进行,依据表1所设定的抗震性能目标,采用七条地震波计算结构在地震作用下的非线性响应,阻尼比为0.05,其目标谱采用规范反应谱,Tg取值按照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)[4](简称抗规)要求增加0.05s。根据本项目基底嵌固于地面和8,9层转换梁嵌固于60m高的山坡顶端的特点,参考抗规关于山地建筑水平地震影响系数放大的规定,研究山体地震波传递特点后,本次计算需在基底和8,9层转换部位施加多点激励。输入X向为主的地震波后,七条地震波计算的层间位移角最大值为1/149,平均层间位移角为1/211,见图13,满足抗规1/100的层间位移角限值的要求。输入Y向为主的地震波后,七条地震波计算的层间位移角最大值为1/100,平均层间位移角为1/117,见图14,满足抗规1/100的层间位移角限值的要求。根据罕遇地震作用下的分析结果,作为关键构件的端墙和斜墙,在大震作用下混凝土受拉开裂轻微,混凝土受压以及钢筋受拉基本都保持在弹性范围内;其他剪力墙钢筋虽有屈服,但都远小于钢筋的极限拉应变;转换梁和斜柱基本都保持在弹性范围内,仅转换梁局部出现塑性铰,且塑性铰开展轻微,能够满足性能目标的要求;框架柱处于弹性状态的居多,部分出现塑性铰,但都能满足部分中度损坏的性能目标的要求;作为耗能构件的框架梁和连梁,在大震作用下塑性铰开展充分,且仍然能满足性能目标的要求,起到很好的耗能作用,符合抗震设计概念,通过对塑性耗能的统计,连梁、框架梁的塑性耗能约占到总塑性耗能的70%~80%。综上所述,罕遇地震作用下结构整体及各构件的抗震性能满足抗震性能目标要求,结构能够满足“大震不倒”的要求。
8山地建筑地震作用的研究
8.1山地建筑的地震作用放大系数根据抗规第4.1.8条,本项目的山坡场地条件符合条文的规定,局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数λ为[4]:λ=1+ξα(1)式中:ξ为附加调整系数,与建筑场地距离突出台地边缘的距离L1与相对高差H的比值有关;α为局部突出地形的地震动参数的增大幅度,与突出地形的高度H、岩质和非岩质地层以及建筑场地距离突出台地边缘的侧向平均坡降角度有关。计算表明,本场地地震影响系数的放大系数λ=1.6。可见抗规的计算公式本身已考虑了突出台地形的高差、坡降角度以及场地突出台地边缘的相对距离、岩质和非岩质情况对于地震影响系数的影响。因此公式本身对于台地建筑的地震作用估算是适合的。但是,本项目的特殊性在于本建筑同时支承于坡顶和坡底,因此对于此类复杂建筑坡顶部的地震激励除了至少满足抗规的要求外,尚应估算山坡本身的动力特性对于地震波传递和上部结构的影响。
8.2场地的地质条件拟建场地东南侧正进行边坡开挖,边坡主要为岩质边坡,岩坡向西北倾斜,边坡总高度约为60m。西北侧为刚建成的道路,西南、东北两侧为空地,总体地形如图15所示,剖面及现场分别见图3,4。坡底的持力层为中风化石灰岩﹐岩层距离地面约0.5~2.5m﹐覆盖层主要由中硬~软弱土构成,总体上属Ⅱ类中软场地土;坡顶的持力层也为中风化石灰岩﹐岩层距离地面约0.0~1.30m﹐覆盖层主要由耕土构成﹐总体上属Ⅱ类软场地土。本项目坡顶采用竖向支座(竖向受力桩)和水平支座(抗推力桩)分离的形式,如图5所示,根据设计要求,覆盖层需要整体铲除,因此坡顶的地震激励是直接通过基岩传递的。
8.3山坡对于地震作用的影响分析
8.3.1坡顶地震动作用估算根据场地的地质条件,对山坡进行简化的二维和三维有限元模拟分析。结果表明,岩质山坡的基本周期在0.1s左右,而拟建场地勘察期间考虑覆盖层的场地微震测试成果建议整个场区的卓越周期可采用0.158s,可见岩质山坡本身的弹性刚度非常大,从地震波的传递和反应谱规律看,本项目山坡为短周期时(卓越周期0.1~0.16s),坡底和坡顶的相位差极小,即位移差对结构的影响不大,但是相应的加速度放大效应却很显著。图16,17分别为采用二维有限元模拟分析山坡时得出的坡顶和坡底加速度及位移时程曲线(人工波2)比较。图16坡顶和坡底加速度时程曲线(人工波2)由图16,17可见,坡顶的地震加速度峰值较坡底的放大较多,但坡顶、坡底的位移时程则基本一致。因此进行时程补充地震分析时,坡顶和坡底需输入相应的地震波进行多点激励计算,以评估结构的地震响应。
8.3.2山坡动力特性的影响结构分析表明,山坡本身的动力特性对于结构的地震响应有较大的影响,而山坡的动力特性与其自身在各水准地震作用下进入塑性的程度有关。由于贵阳市属于6度区,一般在罕遇地震作用下,岩石山坡的刚度退化很小。因此,研究了岩质山坡基本周期在0.10~0.20s之间时对于本项目的设计影响,图18为人工波作用下且山坡基本周期为0.2s时,结构各部位的拟加速度反应谱。图18结构各部位的拟加速度谱(人工波2)由图18可见,当山坡的基本周期在0.2s以内时,山坡具有足够大的刚度,可避免山坡与结构的基本振型重叠,即避免山坡与结构发生共振现象而令地震作用显著放大。由此可知,现有的结构设计基本可以实现极端情况下山坡和建筑各自都可以较为独立,相互干扰效应很小。
8.3.3山坡动力特性的进一步研究为进一步探讨山坡动力特性对建筑的影响,以本项目的模型为例,假设山体为土质,即假设山体的刚度大大减小,则可预见,由于土质山体本身的基本周期较长,山体和结构有可能发生共振效应,图19为调整山体材料为土质后,假定卓越周期为0.3s时的结构各部位的地震响应。由图19可见:1)由于山坡下部结构的低阶振型都是短周期的情况,因此下部结构与山坡发生了明显的共振现象,引起整体结构包括上部结构地震图19结构各部位的拟加速度谱(假设土质山坡)加速度谱值的显著增大;2)上部结构本身的基本振动规律受山坡的影响程度不如下部结构;3)整体结构的地震响应显著增大。以上探讨研究表明,山坡的地质情况和动力特性对于边坡建筑的地震响应影响很大,进行详细勘察和合理的分析评估很有必要。
2构建用电安全防范系统
高层建筑应当设置用电安全防范系统,对建筑本体的用电安全进行监控,并防范安全事故的发生和扩大。目前通常采用构建电气火灾监控系统的方法,对配电线路剩余电流和电缆温升进行监控,从而迅速判断供配电系统是存在用电安全问题,是高层建筑防范用电安全事故的有效措施。监控系统的导线选择、线缆敷设、电源及接地等,都应与消防系统的配置要求相同。同时,还需要根据功能分区、风险系数来合理设置系统的监测点,并与火灾自动报警系统相协调,对建筑用电安全进行实时监控和防范。
3高层建筑防雷措施
3.1高层建筑的防雷接地策略
高层建筑的防雷系统包括内部防雷接地与外部防雷接地,外部防雷接地有接闪器、引下线、均压环、避雷带、接地网等,内部防雷接地有笼式避雷网、专用接地装置等。高层建筑的防雷接地网,是水平方向由钢筋绑扎或焊接形成的网格,如同一块独立的平板,在该平板上附加一定长度的竖向钢筋接地体用以改变接地网电容。接地网的埋设并不是越深越好,应当根据地质情况设计埋深。引下线起到将避雷带与自然接地体连接起来构成雷电流通路的作用,在高层建筑中通常利用柱或剪力强的主筋做为引下线,逐层串联至屋顶避雷线。避雷带由避雷线和支持卡子组成,设置于建筑物易受雷击的女儿墙等部位,起到引雷效应,通过引下线将雷电流引向接地网最终传输至大地,防止建筑体遭受雷击。除了外部防雷措施外,还需要构建内部防雷措施。
3.2侧击雷的防范措施和等电位联结
侧击雷危害主要来自于窗框架、栏杆、建筑表面装饰物等部位,侧击雷一般不需要专门设置接闪器来防范,可以将窗框架、栏杆、表面装饰物接到建筑钢构架或钢筋主体上接地,或利用均压环就近与防雷装置接地。由于高层建筑的施工往往电气预埋、门窗、幕墙等并非同一队伍施工,在交接和施工配合上需要注意,以免留下盲点,通常情况下是从圈梁主筋引出圆钢或扁钢,与接地端子搭焊连接。等电位连接,就是用连接导线或过电压保护器,将一定空间内的防雷装置、金属装置、导体物、电气电讯装置等连接起来,以使建筑物地面、墙板、金属管、线路等处于同一电位,避免在建筑物内部产生雷电反击及危险的接触电压。