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关键词船闸沉降观测
1工程概况
京杭运河解台二线船闸工程是我省利用世行贷款投资建设的交通重点工程,船闸位于徐州市贾汪区大吴镇,距市区约20km,处于京杭运河江苏段西线航道解台一线船闸北侧。
解台二线船闸与一线船闸平行布置,两闸中心线相距90m,船闸基本尺度230×23×5m,主要结构形式:闸首为钢筋混凝土底板、空箱边墩、头部环绕短廊道输水、钢结构人字闸门及提升式平板阀门、电气自动控制液压启闭机,闸室为钢筋混凝土透水底板、扶壁式钢筋混凝土闸墙,钢筋混凝土上、下游护坦,上下游主副导航墙、靠船墩及护岸为混凝土底板浆砌块石墙(墩)身。设计年通过能力为2500万吨。
2沉降观测目的和内容
沉降观测是船闸建设不可忽视的工作之一,通过沉降观测,可以监测建筑物的沉降变位情况,不但为今后的船闸底板内力计算提供数据,提高了准确性,而且能便于及时发现异常情况,采取措施,保证工程的安全运行。
由于解台二线船闸上、下闸首为整体坞式结构,我省船闸建设有关部门经过多年实践总结,目前普遍采用预留施工宽缝,将整块底板分成三块,待两侧边墩浇筑完成、回填土达到所要求的高程、地基沉降稳定后,再进行封铰,可有效地减小底板的内力或厚度;并能减少闸塘开挖后对地基的卸载及底板、闸墙边墩浇筑过程中因加载而产生的地基升降变化。通过定期进行沉降观测,可以掌握软基的固结过程,用来确定预留施工宽缝对内力的影响,同时为确定封铰时机和地下水位控制、加载速率提供依据。
沉降观测的主要内容是:通过布设控制网,按相关精度要求,根据施工分级加载实况,定期定点对坞室结构底板封铰前后每块底板和每节闸室墙在建设过程中的沉降情况进行观测,直至工程竣工验收,移交使用单位。
3沉降观测方案
3.1精度指标与观测仪器的选择
设计单位对主体工程上、下闸首及闸室坞式段施工宽缝封铰提出的要求,其中有一条为边墩的沉降速率(连续10天)每昼夜小于0.1mm。
如果按照限差为0.1mm来设计观测方案,高差中误差须满足0.05mm的要求,目前最先进的精密水准仪每km高差中误差只能满足0.7mm的要求,无法满足设计要求。经与设计部门商讨,变更为通过连续3个10天的观测,如果结果都不超过1mm,则认为满足设计要求。
根据设计要求和现行国家《工程测量规范》、《建筑物变形测量规程》及交通部《水运工程测量规范》中对沉降观测的各项规定,结合解台二线船闸工程具体的特点,我们选择变形测量的二级标准作为本项沉降观测工作的精度指标,详见表1。
沉降观测是船闸工程中精度较高的测量工作,仪器设备、布设路线、观测方法及人员素质等多方面都会影响观测数据的精度。在该测量工作中我们选择S1级瑞士LeicaNA2/GPM3精密水准仪,配合铟钢水准尺进行作业,省测绘局鉴定部门对仪器的各项指标进行了技术鉴定,在作业期间我们多次对仪器i角差进行检核,为观测工作提供了技术保证。
3.2观测路线的布设
3.2.1水准基点、工作基点的设置
水准基点由测区原有等级水准点(设计部门提供)BM(33.226m)、G2(32.652m)组成,该两点高程数据经多次联测检核,高差误差均小于1.0mm。且两水准基点均位于一线闸管理区较为偏僻地方,是一线闸施工期间(1958~1961年)设置的,点位稳定可靠。我们以观测条件较好的BM作为主基点,G2作为校核点。利用原一线船闸南侧(二线闸施工区外侧)闸墙一个沉降钉(A9)作为工作基点,与BM、G2形成一个闭合环,检测起始数据的正确性。
3.2.2观测点的布设
上、下闸首及闸室坞式段均在边墩底板及施工宽缝的两端各布设8个沉降钉计24个观测点;闸室14节扶壁段均在闸墙底板两端各布设4个沉降钉计56个观测点;沉降钉的制作采用40cmФ18螺纹钢顶端焊接镀铜半球圆帽加工而成,埋设时配以斜筋焊接在底板面层及竖向钢筋上,顶端突出砼表面1.5~2.0cm左右,以保证点位稳固。
由工作基点A9至观测点路线基本沿闸塘原状土上设置,中间转点全部埋设测桩,采用50~100cmФ20螺纹钢打入土层,表面浇筑20~30cm厚砼,进入闸塘边坡段,除转点采用同前设置外,测站架镜的位置也埋设30cm厚砼,以保证观测时仪器的稳定。
整个观测线路由BM、A9和14-2、12-4、10-2等11个观测点形成一个整体闭合环,全长1.32km,36测站,不在路线上的其他观测点,由其邻近观测点固定观测。
3.3观测方法及注意事项
本次沉降观测工作采用精密几何水准测量方法进行,观测过程中,各项偏差控制及内业数据处理按照国家《建筑物变形测量规程》中各项规定执行。
进行沉降观测过程中,须注意的几个问题:
(1)每次观测应遵守“四固定”原则,即:观测所用仪器及水准标尺固定;观测人员固定;观测路线固定;观测环境和条件基本相同。
(2)水准仪i角是一个变化值,每次作业前,对i角进行检查,若发现i角大于10秒,应及时进行检验校正。
(3)布设观测路线时,前后视距不超过40m,前后视距差不超过1.0m,以控制i角的误差影响,同时提高观测时的清晰度。
(4)观测时间及环境:不在日出前后1小时、中午时分进行观测,更不能在大风或有雾的情况下进行观测。
(5)为保证水准尺气泡稳定居中,自制一些简单的水准尺辅助标杆,以使扶尺员快速稳定地竖直标尺,提高观测效率。
3.4观测周期
船闸底板基础是分段施工的,为及时掌握加载后的初始观测值,在每节底板浇筑混凝土终凝后,即开始初始观测,因此不同底板上沉降观测点的初始观测日期是不一样的。
对于建筑物变形观测周期,有关测量规范、规程都没作统一规定,我们根据以往同类型船闸经验,结合本工程闸室墙采用龙门架支撑大模板一次到顶浇筑砼的施工方案,分析基础加载的情况,制定如下观测周期:施工初期20天,封铰前期至封铰期间10天,封铰后至观测点移测到闸室墙顶部30天。
船闸主体建筑物施工期间,如遇到特殊情况(回填土与地下水位发生较大变化,底板或墙体产生裂缝,沉降缝两侧出现较大不均匀沉降等),应立即进行逐日或几天一次的连续观测,及时提供观测数据,确保建筑物安全。
4沉降观测成果
从2000年5月至2002年1月,共完成40次沉降观测(2001年6月26日以后移测到闸室墙顶部观测),闭合环线的高差闭合差在-0.3~+1.5mm之间,满足二等水准测量精度要求。沉降观测成果数据见表2。
5结论和体会
(1)观测数据表明,本工程整个施工阶段基础的下沉量及回弹量的变化与施工顺序、地基上的加载大小、施工进度、地下水位情况等密切相关。
(2)沉降观测资料反映施工阶段的实际沉降量,难以与设计部门提供的理论预留沉降量相符,其主要原因是理论计算假设条件与上述施工条件变化出入较大,计算无法考虑施工期各种动态的影响因素,另外地质条件复杂。目前理论计算虽考虑土体的固结过程,把地基作为粘弹性模型进行计算,但由于计算参数随不同土质而不尽相同,难以正确选取,故只有通过现场观测,采用反分析法来确定计算参数,才能为设计提供有效的数据。
当水工建筑物修筑在地震烈度7°(含7°)以上区域时,应进行抗震计算,以保证工程的正常运行。为做好水工建筑物抗震设计,水利部先后两次编制《水工建筑物抗震设计规范》,即SDJ-78(试行)和SL203-97。
在执行规范SL203-97过程中,发现4.9.1地震主动动土压力计算公式中,对主动动土压力系数Ce取值的提法值得商榷。
2地震主动动土压力计算
《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97中给出的地震主动动土压力代表值计算公式为:
式中Fe——地震主动动土压力代表值
qo——土表面单位长度的荷重
Ψ1——挡土墙面与垂直面夹角
Ψ2——土表面和水平面夹角
H——土的高度
γ——土的重度的标准值
φ——土的内摩擦角
θe——地震系数角
δ——挡土墙面与土之间的摩擦角
ζ——计算系数,动力法计算地震作用效应时取1.0,拟静力法计算地震作用效应时一般取0.25,对钢筋混凝土结构取0.35并规定,公式中的Ce应取式(2)中按“+”、“-”号计算结果中的大值
3墙后填土为水平面时主动土压力系数应小于1
主动土压力按库伦理论计算,墙后填土是砂土,只有内摩擦角φ,没有凝聚力C(若考虑凝聚力C的影响,则通过加大内摩擦角的办法,即采用“等值内摩擦角φ0”将凝聚力C包括进去),因此主动土压力系数是与土的内摩擦角φ密切相关的。在墙后填土为水平面,砂性土内摩擦角φ为15°~50°时,主动土压力系数应小于1。
3.1地震主动动土压力系数Ce计算公式中的明显不合理
在SL203-97中4.9.1条地震主动动土压力公式中,主动土压力系数Ce值的大小关键在于,规范要求取“+”、“-”号计算结果中的大值。此种提法不妥,因为采用时,Ce值肯定会大于1。
(1)地震主动动土压力与静土压力计算不同,在于水工建筑物遭遇地震时主动动土压力要考虑地震系数角θe的影响,θe是随着地震烈度的大小而变化,其公式为:
式中ζ——计算系数,一般取0.25,对钢筋混凝土结构取0.35
αh——水平向设计地震加速度
αv——竖向设计地震加速度,应取2/3×ah
现将不同地震列度的θe值计算如表1,可供抗震设计时应用。
可见,当Ce取“-”号时得2.8891,数值不确切。
在进行抗震设计时,应将库伦公式中的土容重γ,土的内摩擦角φ和墙面与土之间的摩擦角δ,均按地震基本烈度对应的地震系数角θe,分别修正为λ/cosθe,φ-θe。
(2)取地震烈度7°,土的内摩擦角φ为22°,11°,其余Ψ1、Ψ2为零的情况下,分析对Ce值的影响。不同φ值的Ce值计算如表2。
可见,Ce在采用时,其结果毫无实用价值。
3.2动土压力与静土压力比值分析。
地震主动动土压力包括静土压力和动土压力,用两者比值分析地震动土压力系数Ce采用的正确性。
(1)利用公式分析
已知地震主动动土压力系数为0.4318,而静土压力系数
(2)利用SDJ-78(试行)中公式核算
按公式
式中Ce——地震动土压力系数,取4.0
Cz——综合影响系数,取1/4
kH——水平向地震系数,7°度地震时为0.1
φ——内摩擦角,22°
E——静土压力
动土压力与静土压力比值为4%。
(3)利用SL203-97中4.9.1公式的编制说明近似估算主动动土压力值和其比值。
经过对某工程实例计算后,动土压力与静土压力比值为5%。
4计算实例
现用某节制闸翼墙桩基整体稳定实例进行分析,地震主动动土压力经采用不同计算方法,其结果见表3。
已知条件:扶壁式档墙,墙长20m;墙底宽8.0m,墙后填土水平高度7.5m;填土等值内摩擦角22°;翼墙墙面与土之间外摩擦角为11°。墙后水深6.78m土饱和容重为18.2kn/m3,遇7°地震时取地震系数角为1.46°。
由表3可看出SL203-97与GB50286-98地震主动动土压力数值极其相近,但SL203-97动土压力仅占静土压力的2.8%。其原因在于SL203-97中4.9.1-1公式含有数值。
当墙后填土表面为水平,且墙面无外荷,墙面与垂直面夹角(Ψ或α)为零时,简化计算公式如下:
虑0.9833影响,计算结果为2486.5KN≈2487.3KN(GB50286-98),其动土压力与静土压力比值亦为4.6%。
另外再分析SL203-97中4.9.1-1公式,计算系数ζ取0.25和0.35对地震主动动土数值的影响,见表5。
当ζ为0.35时,地震角取2.05°,则Ce值为0.4397,,和当ζ为0.25时,地震角取1.46°,则Ce值为明计算系数区分0.25和0.35实际意义不明显。
5结语
(1)经过分析计算,在采用SL203-97中4.9.1公式进行抗震设计时,地震主动动土压力系数Ce应只取值计算,这和《堤防工程设计规范》GB50286-98、《港口工程技术规范》(1987年)、《水运工程建筑物抗震设计》JTJ201-84及《水工设计手册》第七卷挡土墙部分的规定相一致。
(2)在采用SL203-97中4.9.1公式时,计算系数不再区分0.25和0.35。
(3)建议SL203-97中4.9.1公式与《堤防工程设计规范》GB50286-98中当地震设防时主动动土压力库伦公式相统一。
参考文献:
(1)甘维义,甘城.《水工设计手册》[S].水利电力出版社,1982.
(2)冯国栋等.《土力学地基与基础》[M].中国工业出版社,1963.
(3)《水工建筑物抗震设计规范》SL203-97[S].水利电力出版社,1998.
(4)《水工建筑物抗震设计规范》SDJ10-78[S].水利电力出版社,1978.
踏勘选线的目的是在地面上确定中心线位置。在选定渠道路线时,必须遵循“经济合理,安全可靠和灌溉面积大”的原则,因此在踏勘选线时要考虑如下几个问题:
①渠道要尽量短而直,力求避开障碍物,以减小工程量和水流损失。
②把渠道选择在地势较高的地带,以利达到扩大灌溉面积和自流灌溉的目的。
③渠道经过的地带土质要好,坡度要适宜,以防渠道运行出现严重的渗漏、冲刷和坍塌现象。
④填挖土石方量和渠道建筑物要少,以达到省工、省料和少占用耕地。
在踏勘选线时,拟建渠道地区如果有大比例尺地形图时,可以先在图上选定出几个路线方案,进行比较后,根据初步拟定的渠线位置,再到实地沿线做调查研究和收集有关资料,(地质、水文、材料来源、施工条件等),结合当地实际情况,最后确定渠道的起点、转折点和终点,并用大木桩在地面上标志这些点的位置。
2中线测量
当渠道的中心线在地面上确定以后,还要测出渠道的长度和转折角的大小。
渠道的长度可以用钢尺沿渠道中心线丈量。为了方便计算渠道长度和测量渠道纵横断面图,一般每隔100M(或50M)的地面上钉立一个小木桩(里程桩),如果里程桩之间地面坡度变化较大或有重要建筑物时(涵洞、跌水等),应增设木桩,称为加桩。
里程桩必须进行编号,渠道起点桩号可写成0+000,依次为0+100,…0+900,距起点1KM处可写成1+000,依次为1+100,…1+900,依此类推。加桩编号亦同,例如距起点桩5433M处的桩号可写成5+433,里程桩桩号一律朝向渠首。
在沿中线量距的同时,要在现场绘出路线草图,作为设计渠道的参考,不必那么细致,可以用一条直线表示,遇到渠道转弯处,用箭头指出转角方向,并写出转角度数。
在转折处,还要测设圆曲线,里程桩和加桩就应该设置在曲线上,并且按照曲线长度计算里程。
3纵断面水准测量与绘制
渠道纵断面水准测量,就是测定渠道中心线上各个里程桩和加桩的高程,最后绘出渠道纵断面图,为设计渠道提供资料。
为了保证渠道纵断面水准测量的精度,测量时应按《水利水电工程测量规范》的规定进行。如果渠道沿线国家等级的水准点不多,则要用四等水准测量增设一些水准点,增设的水准点应该沿渠道方向每隔1~2KM设置一个(即BM点),设置在渠道开挖线和堆土线以外不易破坏的地点。BM点设置以后,就可以用普通水准测量的方法测定里程桩和加桩的高程。
丘陵地区距离国家等级的水准点较远,也可以采用假设高程,一般在起点桩附近的固定建筑物或岩石上设置一个固定桩。以便往返闭合,并精确计算各里程桩和BM点的高程。
用各个里程桩和加桩的高程绘制的渠道中心线纵向地面变化的图称为纵断面图。渠道纵断面图是设计渠底高程线﹑堤顶高程线﹑计算填挖土石方量和拟定施工计划的主要资料。
在渠道纵断面水准测量时,各个里程桩和加桩测量所计算出来的高程是木桩桩顶高程。但是在绘制纵断面图时,不能用桩顶高程而应该用地面高程绘制。所以,在桩顶读数的同时还应加读桩底读数或把木桩高钉成统一高度。
绘制纵断面图:以里程桩和加桩高程作为纵坐标,用里程桩和加桩的里程作为横坐标,按比例绘制。因为,里程桩上的高程变化不大,里程桩的距离较长;所以,高程的比例尺可以放大一点,一般采用1:100,1:200,1:500等。横坐标距离的比例尺可缩小一点,可以采用,1:1000,1:2000,1:5000,1;10000等。
因为里程桩高程的数值比较大,但地面起伏变化较小,所以在图纸上编辑高程数值时,可以选择某一高程作为起始线,而不必从零开始。可根据水准测量记录中最底高程或设计最底高程定为起始高程。
绘制纵断面图的步骤如下:
①填写里程桩。
②填写各里程桩地面高程,并点图连接绘制,用实线;标明地面线。
③根据地面线定出设计坡降。并绘制在渠底坡度一栏。
④根据流量和设计坡降计算截面尺寸,根据坡降计算各里程桩的高程并填入渠底设计高程一栏,根据截面高度加安全超高和坡降计算各里程桩渠面设计高程并填入渠面设计高程一栏,绘制里程桩上各高程点,用虚线连接;并标明渠底设计线和渠面设计线。
⑤有了渠底设计线,就可以计算开挖深度和填方高度,把开挖深度和填方高度填入开挖深度和填方高度一栏,并在里程桩对应的位置上填写。
⑥最后把路线平面图一并绘制在最后一栏。
4渠道横断面的测绘
横断面测量的目的,就是在里程桩和加桩上测量出垂直于渠道中心线的横向地面坡度变化点的高程,并绘出横断面图。
横断面测量的宽度与渠道的大小和地形变化情况有关,一般要求在横断面图上能标出渠道的边桩位置或渠面能满足边坡的位置。
在横断面上地形变化较小的情况下,可采用水准仪,在横断面坡度变化点上设置测钎或小木桩,并用皮尺或测绳量取水平距离,水准仪测量高程。
如果横断面地面坡度变化较大,可以采用经纬仪或全站仪,把仪器安置在里程桩上,对中﹑整平后,瞄准前或后桩归零,旋转90度向两边施测。
将测算成果绘制横断面图,绘制横断面图的方法与纵断面图大至相同,只不过水平距离与高程的采用同一比例尺。
5土方计算
随着科学技术的迅猛发展,电脑应用非常广泛,绘图采用电脑绘制。将设计标准断面图放置在渠道横断面各里程桩的渠底高程线上,然后用面积查询可得出开挖面积和填方面积。
将相邻的两个里程桩的开挖面积或填方面积,用算术平均值乘以相邻的两个里程桩间的长度,即可得到该段土方开挖及回填方量。
在计算土方时,如果相邻两横断面中,一为挖方,而另一为填方,则中间必有一点既不挖也不填的零点。即地面线与渠底设计线的交点就是零点。如:在1+500是挖方,开挖深度是0.22m,1+527是填方,填方高度是0.83m。设:零点距1+500为x,则:距1+527为27-x根据相似比的原理:x:(27-x)=0.22:0.83,求得;x=5.66m,27-5.66=21.34m。
计算出零点到1+500的距离后,还应该到实地上确定零点的位置,并补测零点处的横断面,绘出横断面图以后,同样加绘设计断面,计算挖方和填方的面积,以便把1+500~1+527两桩间的土方分成1+500~1+505.66和1+505.66~1+527两部分计算。
最后绘制土方计算表,将所有计算结果填入表中。
摘要:渠道是常见而普遍水利工程,无论是以蓄、提、引的方式进行灌溉,还是排洪和排地面积水,都需要通过渠道才能发挥效益。文章踏勘选线、中线测量、纵横断面测量、土石方计算和边坡放样等方面对渠道测量进行阐述。
关键词:水工建筑物;渠道测量;工程量计算
1.1组织和整理工程技术资料,并对工程质量进行竣工预验收。
1.2要求监理对工程质量进行评估,并且要求监理提出工程质量评估报告。并在提交的工程竣工报告及工程竣工报验单上签署意见。
1.3参加由建设单位组织的竣工验收。
1.4在竣工验收会议上,汇报合同履约情况及工程质量情况。
1.5接受有关方面对现场所有资料的审查。
1.6在验收各方人员共同签署的竣工验收报告及竣工验收备案表上签字。
2、竣工验收阶段协助建设单位的工作
2.1就竣工验收的程序和内容向建设单位提出建议及咨询,协助建设单位制订竣工验收方案、确定验收组成员名单及竣工验收程序。
2.2协助取得城乡规划、公安消防、环保等部门的认可文件或准用文件。
2.3协助通知当地建设工程质量监督机构。
2.4协助组织竣工验收。
2.5记录、归纳建设、勘察、设计、施工、监理等参与各方的工程合同履约情况和执行法律、法规和标准等情况的汇总材料。
2.6协助审阅上述各参与方的工程档案资料。
2.7协助组织实地工程质量查验。
2.8协助建设单位对工程勘察、设计、施工、设备安装质量和管理环节等方面作出全面评价,协调各方意见,起草竣工验收意见。
2.9协助建设单位向当地建设行政主管部门报送竣工验收备案文件。
3、竣工验收程序
3.1竣工预验收:(1)当单位工程达到竣工验收条件时,承包单位应在自审、自查、自评工作完成后,填写工程竣工报验单,并将全部竣工验收资料(质量保证资料、评定资料、施工技术资料、施工管理资料、竣工图)报送项目监理部,申请竣工验收;(2)总现场工程师组织各专业现场工程师对竣工资料及各专业工程的质量情况进行全面检查,对检查出来的问题,应督促及时整改;(3)验收合格后,由总现场工程师签署工程竣工报验单,并要求监理单位向建设单位提出质量评估报告。
3.2竣工验收
我们施工单位参加,由建设单位组织的竣工验收。(1)建设单位、勘察单位、设计单位、施工单位、施工单位分别书面汇报工程建设项目质量状况、工程合同履约情况以及执行国家法律、法规和工程建设强制性标准情况。(2)检查工程建设参与各方提供的竣工资料。(3)检查工程实体质量。根据工程具体情况,对建筑工程的使用功能进行抽查检验。(4)对竣工验收情况进行汇总讨论,形成竣工验收意见,填写《建设工程竣工验收备案表》、《建设工程竣工验收报告》。
3.3竣工验收备案
建设工程竣工验收完毕以后,由建设单位负责,在15天范围内向备案部门办理竣工验收备案。
4、质量评估报告的主要内容
工程质量评估报告的主要内容有:
4.1工程概况:(1)建设地点。(2)建筑面积。(3)层数。(4)建筑使用功能。(5)结构形式(地基处理方案,基础及主体结构形式),抗震设防烈度,结构抗震等级。(6)建筑装饰特色。(7)水、暖、电、通风、空调等设备安装工程的特点。(8)建设单位、勘察单位、设计单位、施工单位和施工单位名称。
4.2项目监理机构组织
项目监理机构人员组织名单。注册现场工程师岗位证书编号。
4.3质量评估依据:(1)设计图纸;(2)施工承包合同;(3)工程建设标准强制性条文房屋建筑部分;(4)现行建筑安装工程质量检验评定标准;(5)施工验收规范;(6)国家、地方有关建设工程质量管理法规。
4.4工程质量概况:(1)概述工程建设情况,重点说明地基验槽、地基与基础验收、人工地基或桩基检测、主体验收、竣工初步验收等情况;(2)施工过程中有无质量事故及质量事故处理情况;(3)建筑沉降观测情况;(4)建筑主要使用功能情况;(5)设备调试、试运转情况。
4.5质量等级评定情况
每个分项工程完成后,现场工程师应在承包单位自评自核的基础上,通过讨论保证项目、基本项目、允许偏差项目核查,确认分项工程的质量等级。(1)单位工程的组成划分;(2)各分部工程质量等级的核定;(3)单位工程的综合评定。
4.6质量评估意见
对于达到竣工验收要求的工程,质量评估意见通常有以下内容:(1)完成工程设计和合同约定的各项内容;(2)工程资料完整有效;(3)完成的工程质量符合有关法律、法规和工程建设强制性标准,符合设计要求和合同要求;(4)质量等级优良或合格;(5)符合竣工验收备案要求;(6)同意竣工验收。
4.7项目总现场工程师及施工单位技术负责人签字盖章。
5、结束语
房屋建筑工程竣工验收是工程建设的最后一个程序,是全面检验工程建设是否符合设计要求的重要环节,是现场工程师的一项重要工作。尤其是在许多建设单位不熟悉竣工验收程序情况下,现场工程师必须明确自身职责,按《暂行规定》、《暂行办法》及《建设工程监理规范》中确定的内容和程序做好本职工作,并积极协助建设单位做好相应的工作。
关键词:建筑物防雷保护
随着现代社会的发展,建筑物的规模不断扩大,其内各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。
直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的两种形式。直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流;感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压,过电流形成的雷击。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)规定,建筑物的防雷区划分为LPZOA,LPZOB,LPZ1,LPZn+1等区(各区的具体含义本文不再赘述)。将需要保护的空间划分为不同的防雷分区,是为了规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置,从而决定位于该区域的电子设备采用何种电涌保护器在何处以何种方式实现与共同接地体等电位联结。
建筑物直击雷的保护区域为LPZOA区,其保护设计已为电气设计人员所熟知,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版),设计由避雷网(带),避雷针或混合组成的接闪器,立柱基础的钢筋网与钢屋架,屋面板钢筋等构成一个整体,避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体,将强大的雷电流入大地。建筑物感应雷的保护区域为LPZOB,LPZ1,LPZn+1区,即不可能直接遭受雷击区域;感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的,形成感应雷电压的机率很高,对建筑物内的电气设备,尤其低压电子设备威胁巨大,所以说对建筑物内部设备的防雷保护的重点是防止感应雷入侵。由感应雷产生的雷电过电压过电流主要有以下三个途径:(1)由供电电源线路入侵;高压电力线路遭直击雷袭击后,经过变压器耦合到各低压0.38KV/0.22KV线路传送到建筑物内各低压电气设备;另外低压线路也可能被直击雷击中或感应雷过电压。据测,低压线路上感应的雷电过电压平均可达10KV,完全可以击坏各种电气设备,尤其是电子信息设备。(2)由建筑物内计算机通信等信息线路入侵;可分为三种情况:①当地面突出物遭直击雷打击时,强雷电压将邻近土壤击穿,雷电流直接入侵到电缆外皮,进而击穿外皮,使高压入侵线路。②雷云对地面放电时,在线路上感应出上千伏的过电压,击坏与线路相连的电器设备,通过设备连线侵入通信线路。这种入侵沿通信线路传播,涉及面广,危害范围大。③若通过一条多芯电缆连接不同来源的导线或者多条电缆平行铺设时,当某一导线被雷电击中时,会在相邻的导线感应出过电压,击坏低压电子设备。(3)地电位反击电压通过接地体入侵;雷击时强大的雷电流经过引下线和接地体泄入大地,在接地体附近放射型的电位分布,若有连接电子设备的其他接地体靠近时,即产生高压地电位反击,入侵电压可高达数万伏。建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地,在附近空间产生强大的电磁场变化,会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压,因此建筑物避雷系统不但不能保护计算机,反而可能引入了雷电。计算机网络系统等设备的集成电路芯片耐压能力很弱,通常在100伏以下,因此必须建立多层次的计算机防雷系统,层层防护,确保计算机特别是计算机网络系统的安全。
由此可见,对建筑物内各电气设备进行防感应雷保护设计是必不可少的一项内容;设计的合理与否,对电气设备的安全使用与运行有着至关重要的作用。
目前,在感应雷的防护当中,电涌保护器的使用已日趋频繁;它能根据各种线路中出现的过电压,过电流及时作出反应,泄放线路的过电流,从而达到保护电气设备的目的。
根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.4条规定:电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并应符合以下两个附加要求:通过电涌时的最大钳压,有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。即电涌保护器的最大钳压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。
现在,我们根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定的各类防雷建筑物的雷击电流值进行电涌保护器的最大放电电流的选择。
一、一类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为200KA,波头10us;二次雷击电流幅值为50KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计);首次雷击:总配电间第根供电线缆雷电流分流值为200*50%/3/3=11.11KA;后续雷击;总配电间每根供电线缆雷电流分流值为50*50%/3/3=2.78KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即11.11KA*30%=3.3KA及2.78KA*30%=0.8KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为11.11*8=88.9KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为100KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU100型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
二、二类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为150KA,波头10us;二次雷击电流幅值为37.5KA,波头0.25us;根据图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为150*50%/3/3=8.33KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流的分流值为37.5*50%/3/3=2.08KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即8.33KA*30%=2.5KA及2.08KA*30%=0.6KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为8.33*8=66.6KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为65KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU65型。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
三、三类防雷建筑物
1、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)附录六规定,其首次雷击电流幅值为100KA,波头10us;二次雷击电流幅值为25KA,波头0.25us;根据附图1,全部雷电流i的50%按流入建筑物防雷装置的接地装置计,另外50%按1/3分配于线缆计;首次雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为100*50%/3/3=5.55KA;后续雷击:总配电间每根供电线缆雷电流分流值为25*50%/3/3=1.39KA;如果进线电缆已经进行屏蔽处理,其每根供电线缆雷电流的分流值将减低到原来的30%,即5.55KA*30%=1.7KA及1.39KA*30%=0.4KA,而在电涌保护器承受10/350us的雷电波能量相当于8/20us的雷电波能量的5~8倍,所以选择能承受8/20us波形电涌保护器的最大放电电流为5.55*8=44.4KA;即设计应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型,根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.7条规定,该级电涌保护器应在总配电间处安装,即在LPZOA,LPZOB与LPZ1区的交界处安装。
2、根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)第6.4.8,第6.4.9条规定,在分配电箱处,即在LPZ1与LPZ2区的交界处安装电涌保护器,其额定放电电流不宜小于5KA(8/20us),故此处应选用电涌保护器SPD的最大放电电流为40KA,额定放电电流为10KA;以法国SOULE公司产品为例,选用PU40型。
在供电线路中,电涌保护器的具体安装以较常用的TN-S系统,TN-C-S系统,TT系统为例,示意如下:
1)TN-S系统过电压保护方式
2)TN-C-S系统过电压保护方式
3)TT系统过电压保护方式
综上所述可见,在防雷保护设计中,总的防雷原则是采用三级保护:1、将绝大部分雷电流直接引入地下基础接地装置泄散;2、阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压;3、限制被保护设备上浪涌过电压幅值(过电压保护)。这三道防线,缺一不可,相互配合,各行其责。目前通常作法是以下三点:
1)建立联合共用接地系统,形成等电位防雷体系
将建筑物的基础钢筋(包括桩基、承台、底板、地梁等),梁柱钢筋,金属框架,建筑物防雷引下线等连接起来,形成闭合良好的法拉第笼式接地,将建筑物各部分的接地(包括交流工作地,安全保护地,直流工作地,防雷接地)与建筑物法拉第笼良好连接,从而避免各接地线之间存在电位差,以消除感应过电压产生。
2)电源系统防雷
以建筑物为一个供电单元,应在供电线路的各部位(防雷区交接处)逐级安装电涌保护器,以消除雷击过电压。
3)等电位联结系统
国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(局部修订条文)明确规定,各防雷区交接处,必须进行等电位联结;尤其建筑物内的计算机房等弱电机房,遭受直击雷的可能性比较小,所以在此处除采取电涌保护器进行感应雷防护外,还应采用等电位联结方式来进行防雷保护,本文不再叙述。
作为电气设计人员都非常清楚,建筑物的防雷保护设计是一项既简单又繁琐的内容,但对建筑物的安全使用,电气设备的正常运行有着至关重要的作用,所以还有待于各位电气设计人员作进一步的研究与探讨;同时必须严格按照国家规范,善为谋划,精心设计。本文仅此设计作了一点粗浅的探讨,所以文中不足之处,望同行不吝赐教。
参考文献
1、国家标准建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000年版)北京中国计划出版社2001
关键词:爆炸危險環境防雷設施相關原則和結論等電位聯結
1引言
隨著世界能源及化工工業的發展,電氣工程技術人員對爆炸危險環境的接觸越來越廣泛。由於爆炸危險環境的建築物遭受雷擊後,會引發大功率雷電放電,從而形成電火花引起爆炸,造成巨大的破壞和人身傷亡,這樣的例子不少。對這類建築物採取有效的防雷設施業已成為電氣工程技術人員的重要任務。這既是難點,也是重點。
2相關概念
2.1爆炸危險環境建築物的防雷劃分
《建築物防雷設計規範》GB50057-94根據建築物的重要性、使用性質以及發生雷電事故的可能性和後果把爆炸危險環境的建築物防雷分為兩類。如表1-1所示:
表1-1爆炸危險環境的建築物防雷分類
危險區域防雷等級
0區(10區)
1區
2區(11區)
第一類防雷建築物
是
電火花容易引起爆炸並造成巨大破壞和人身傷亡者
否
第二類防雷建築物
是
電火花不易引起爆炸或爆炸不致造成巨大破壞和人身傷亡者
是
另外,爆炸危險的露天鋼制封閉氣罐屬於第二類防雷建築物。那麼,上表中0區(10區)、1區和2區(11區)又是如何劃分的呢?
2.2爆炸危險環境的等級劃分
IEC79-10標準和我國的《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範》GB50058-92對爆炸氣體環境做了如下的闡述:
(一)在大氣條件下,易燃氣體、易燃液體的蒸汽或薄霧與空氣形成爆炸氣體混合物;
(二)閃點低於或等於環境溫度的可燃液體的蒸汽或薄霧與空氣形成爆炸氣體混合物;
(三)在物料操作溫度高於可燃液體閃點的情況下,可燃液體可能洩漏時,其蒸汽或薄霧與空氣形成爆炸氣體混合物。
上述爆炸氣體環境根據爆炸氣體混合物出現的頻繁程度和持續時間,按照下列規定進行等級分區:
(一)0區:連續出現或長期出現爆炸氣體混合物的環境,或者說存在著連續級釋放源的區域;
(二)1區:在正常運行時可能出現爆炸氣體混合物的環境,或者說存在著第一級釋放源的區域;
(三)2區:在正常運行時不可能出現爆炸氣體混合物的環境,即使出現也是短時間存在爆炸氣體混合物的環境,或者說存在著第二級釋放源的區域;
(四)當通風良好時,應降低爆炸危險區域等級;當通風不良時,應提高爆炸危險區域等級。
我國的《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規範》對爆炸粉塵環境做了如下的闡述:
在大氣條件下,爆炸粉塵、可燃性導電粉塵、可燃性非導電粉塵和可燃纖維與空氣形成爆炸氣體混合物。同樣根據爆炸粉塵混合物出現的頻繁程度和持續時間,按照下列規定進行等級分區:
(一)10區:連續出現或長期出現爆炸粉塵混合物的環境;
(二)11區:有時會將積留下來的粉塵揚起而偶然出現爆炸粉塵混合物的環境。
對上述這些爆炸危險環境的一、二類防雷建築物,其防雷設施應如何選擇和佈置呢?
3防雷設施的選擇和佈置
為簡便起見,本章節所列建築物均為爆炸危險環境建築物。另外,雷電的危害主要有三種:直擊雷、感應雷和雷電波入侵,本章節所闡述的建築物防雷設施針對前兩種,對於雷電波入侵所採取的措施請參見相關的技術文獻。
3.1接閃器
眾所周知,雷電放電有兩種,一種為雲間或雲內放電;另一種為雲對地放電,也就是常說的直擊雷。直擊雷放電主要由雷雲負、正先導電荷同地面高聳突出物的正、負先導電荷“中和”而形成,兩者之間的電位可高達數千萬伏甚至上億伏。地面的突出物越高,則產生上行先導需要的平均雷雲下電場E0越小,相對放電電流IL越小。
基於上述原由,如果爆炸危險環境建築物沒有防雷設施,則建築物以下部位易遭受雷擊:
為了保護爆炸危險環境建築物避免雷擊放電形成電火花引起爆炸,應設置接閃器,接閃器由下列一種或多種設施組合而成:
(一)獨立避雷針;
(二)架空避雷線或架空避雷網;
(三)直接裝在建築物上的避雷針、避雷帶或避雷網,且避雷網(帶)應沿易受雷擊的部位敷設。
避雷針、避雷帶、避雷網保護範圍計算有多種方法,一般來說,我們採用“滾球”計算法,其具體計算過程參見《建築物防雷設計規範》GB50057-94。
裝在建築物上的避雷網(帶)
當建築物太高或其他原因難以裝設獨立避雷針、架空避雷線、架空避雷網時可以採用這種措施並同建築物上的避雷針組成混合接閃器,避雷網格佈置尺寸如上。
佈置尺寸
≤10m×10m或12m×8m
相關備註
當排放物達不到爆炸濃工、長期點火燃燒、一排放就點火燃燒以及發生事故時才達到爆炸濃度的通風管、安全閥,接閃器保護範圍可僅保護到管帽,無管帽時可以保護到管口。否則,為了防止接閃器在0區或1區接閃以及感應雷在0區或1區放電,無管帽時,接閃器應保護到管口上方5m的半球體;有管帽時,保護範圍見表3-2
對裝有阻火器的排放爆炸氣體蒸氣或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等管道,1區、11區和2區爆炸危險環境的自然通風管
(一)金屬物體可不裝接閃器;
(二)在屋面接閃器保護範圍之外的非金屬物體應裝設接閃器,並和屋面防雷設施相聯。
其他同第一類防雷建築物
佈置接閃器時,應該採取表3-1所涉及的措施,使保護範圍更加全面、合理。
另外,當直擊雷擊中接閃器,且接閃器與被保護建築物、與被保護建築物附屬金屬物之間沒有等電位措施時,為防止接閃器產生高電位對這些物體發生反擊,還應使接閃器與這些物體之間保持一定的安全距離。表3-3中則列出了式3-2簡化以後應該在工程中採取的接閃器防雷電反擊距離。
3.2引下線
當雷電流經過接閃器引流後,將通過引下線進入大地“中和”。引下線佈置的合理,會大大降低雷電過電壓。在我國的《建築物防雷設計規範》中,引下線佈置應注意以下幾點。
對於一類防雷建築物:
(1)金屬屋面周邊每隔18~24m應採用引下線接地一次;(2)現場澆制的或由預製構件組成的鋼筋混凝土屋面,其鋼筋宜綁紮或焊接成閉合回路,周邊每隔18~24m應採用引下線接地一次;(3)建築物上有接閃器時,其周邊引下線間距不大於12m。
對於二類防雷建築物:
引下線不應少於2根,並應沿建築物四周均勻或對稱佈置,其間距不應大於18m。
對於一、二類防雷建築物,沒有採取等電位措施時,應滿足表3-3所列引下線的防雷電反擊距離。
實際上,要保證表3-3所列安全距離,還是有一定困難的。因此,對於裝有防雷設施的建築物,在防雷設施與其他設施及建築物內人員無法隔離的情況下,應採取等電位聯結。這一點也是在工程實際中經常採取的措施。引下線的製作及安裝參見相關國家標準圖集。
9D562等。
3.3防雷接地裝置
從圖3-2和式3-2可以看出,接地裝置的選擇和佈置可以大大影響建築物的防雷效果,對於獨立避雷針、架空避雷線或架空避雷網應有其獨立的防雷接地裝置,應滿足表3-3的安全距離要求。裝在建築物上的避雷針、避雷網(帶),其接地裝置可以與電氣設備接地、防雷電感應接地合併設置,取其中接地電阻的最小值,不合併時,須滿足表3-3的安全距離要求。接地裝置工頻接地電阻值選擇和計算應符合《電力裝置的接地設計規範》。
當金屬物或電氣線咱與防雷接地裝置汀連時,應滿足上述運算式1.相連或通過過電壓保護器相連時,應滿足上述運算式.
防雷接地裝置Se1
Sel≥0.4Ri
安全距離除滿足上述運算式外,還不應小於3m
Sel≥0.3KcRi
安全距離除滿足上述運算式外,還不應小於2m.
另外,防直擊雷的人工接地體距建築物出入口或人行道不應小於3m,小於3m時應採取下列措施之一:
(1)水平接地體局部深埋不應小於1m;
(2)水平接地體局部應包絕緣物,可採用50~80mm厚的瀝青層,其寬度應超過接地體2m;
(3)採用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設50~80mm厚的瀝青層,其寬度應超過接地體2m;在防雷接地裝置與電氣接地裝置共用或相連的情況下:當低壓電源線路採用全長電纜或架空線換電纜引入時,宜在電源線路引入的總配電箱處加裝過電壓保護器;當Y,Yn0型或D,yn11型接線的配電變壓器在本建築物內或附設於外牆處時,在高壓側和低壓側均應裝設避雷器。防雷接地裝置可採用環形接地裝置網,以降低各種感應過電壓。
另外,接至防雷接地裝置的各種形式接地,除並列管道外不得串聯接地。接地裝置的製作及安裝參見相關國家標準圖集,如86D563等。
3.4特殊建築物防雷
有爆炸危險的露天鋼制封閉氣罐,當其壁厚不小於4mm時,可不裝設接閃器,但應接地,且接地點不應少於兩處;兩接地點間距離不宜大於30m,衝擊接地電阻不應大於30m。放散管和呼吸閥應滿足表3-1的要求。
4相關原則和結論
在現實生活中,由於防雷設施選擇和佈置不當造成損失的例子很多,如1987年7月,日本茨縣取手市一幢三層樓頂上安裝的避雷針遭雷擊,雷電湧流不能及時通過引下線瀉入大地,形成局部電位抬高。室內電器設備全部損壞,如果該建築物為爆炸危險環境建築物,後果不堪設想。
可以看出,對爆炸危險環境建築物必須採取防雷設施,並且要做到安全可靠、技術先進、經濟合理。這同時也是對爆炸危險環境建築物採取防雷設施的原則。
通過對爆炸危險環境防雷設施的闡述並結合防雷設施選擇的原則,作者認為爆炸危險區域範圍的準確劃分或者說防雷等級的準確劃分是合理選擇爆炸危險環境防雷設施的重要出發點。否則,將會選擇無端複雜的防雷設施,人為地提高防雷難度和工程投資。
在規範允許的情況下,應多利用建築物自身佈置防雷設施,這樣大大可以降低實現表3-3所列安全距離的難度。
另外,從本文中還可以看出,等電位聯結是解決表3-3所列安全距離難度有效方法,在佈置防雷設施時,應該多想想等電位聯結的措施,這對降低防雷難度,提高防雷質量大有裨益。在工程實際中,還應因地制宜,就地取材,盡可能利用鋼制支柱做引下線,對孤立的氣體放空金屬管道,如果裝上阻火器,防雷採用管柱直接接地即可,而阻火器的安裝對工藝專業來講也是容易做到的。
作者對這類建築物的防雷也深感棘手,今天,認真考慮個中原由,爭取從中獲取點滴經驗,並借此機會和同行探討,懇請各位專家批評指正,心中將不勝感激。
參考文獻
1.解廣潤主編,電力系統過電壓,水利電力出版社,1985年6月;
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3.InternationalElectrotechnicalCommission,IEC79-10,IEC1024-1,IEC-TC81;
【关键词】大跨度钢结构;施工技术;特点;关键问题
中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:
随着经济和社会的发展,各种建筑理念也不断的更新,一些新型的建筑,如体育场馆、机场建筑、会展中心的大型建筑随之出现,这些大型的建筑物均使用大跨度、复杂的钢结构作为房屋建筑的结构,建筑的功能多样化要求以及美学功能的要求也逐年引发了施工技术的改革,这种改革不仅通流在施工手段上的更新,也是将钢构件的曲线滑移、制造技术、非对称整体施工技术、计算机动态控制技术等应用在工程建设的过程中,也逐渐推动建筑业向机械化、跨行业以及高科技的领域中迈进,施工企业要在竞争激烈的市场中取得一席之地,就需要对施工技术进行不断的创新和改革。1、大跨度钢结构施工的特点
由于大跨度建筑物的使用条件、用途以及其他条件对建筑造型等方面的要求具有一定的差异性,因此,就决定大跨度钢结构使用方案具有多样性,梁氏结构、球形网架结构、框架式结构以及悬挂-悬索结构组成大跨度建筑物的拱形结构以及不同的内部结构和外观结构。此外,大跨度的屋盖类型主要包括圆形平面、矩形平面、托球形平面以及椭圆形平面,从这一方面而言,大跨度建筑物的结构与普通的建筑物相比,极具个性化。同时,大跨度建筑物的结构主要是在自重的负荷下进行工作,因此,将大跨度建筑物的结构自重减小也是建筑设计中的重要任务,从这一方面来考虑的话,大跨度建筑物的机构都是使用高强度的钢材,同时,大跨度建筑物的腹杆体系以及外形决定于屋面形式、跨度大跨度建筑物主要使用吊天棚的结构,因此,大跨度(大于40到50m)的屋架按照其运输条件来分,并不符合轮廓尺寸要求,按照重量最优化的设计原则,大跨度建筑物的屋架高跨比一般保持在1/6到1/8,如果使用屋面材料的尺寸较小或者需要设置吊天棚的情况下,需要设置好较为复杂的再分式腹杆体系。
大跨度钢结构施工中需要注意的关键问题
钢结构临时支撑体系的安装
钢结构的临时支撑体系一般使用满堂式脚手架的方式,但是也有一部分大跨度工程由于施工条件的限制,满堂式脚手架的安装具有一定的困难,以体育馆类大跨度钢结构施工中大多使用两圈贝雷为支撑体系,使用这种支撑体系在满足工程施工要求时也可以实现施工空间的最大化,这就为后续预应力施工以及钢构件的安装提供了良好的条件,这有可以有效的解决满堂式脚手架施工过程中存在的问题。
分层分级的实施张拉方案
分层张拉次序的确定
分层张拉一般可以选择先张拉外层钢索再张拉内层钢索的方式进行,也可以根据实际的情况先张拉内层钢索再张拉外层钢索,由于大跨度建筑物结构中屋架的支撑点位于外层外边缘的结构梁板之上,那么钢结构中力传导的方向为屋架内层架构外层架构结构梁柱基础,并且结构中内层的支撑点也位于外层上弦钢梁的顶部,内层预应力施加也不会对大跨度建筑物的外层结构带来较大的影响,因此,在预应力施加的次序上,应该先保证钢架的外层得到刚度,即先张拉外层钢索,再张拉内层钢索。
分级张拉的确定
对于大跨度建筑物工程张拉控制力的分级,需要考虑到两个因素,即分级张拉对于大跨度建筑物钢屋架造型的影响以及预应力施加的误差值,同时,除了分级张拉确定外,还需要对建筑物工程的张拉进行分批确定,分批确定的原则就是确保每批钢索再张拉时张拉力必须使用对称布置的方式进行。
张拉影响程度之间的确定
为了更好的在理论上确定好内层钢索与外层钢索再张拉时两者之间的影响程度,一般需要使用ANSYS有限元软件对整个大跨度建筑物的钢结构施工过程进行模拟分析,使用该种软件对整个张拉过程的分层、分级和分批的计算分析,计算出外层钢索张拉以及内层钢索张拉过程中各个钢索之间的索力以及钢屋架起拱值等相关的理论数据,以便为后续的使用提供科学的理论参考。
施工监测系统的设定
施工监测系统是整个大跨度建筑物施工控制的基础,也是保证结构施工在施工过程中符合安全设计要求的重要方式之一,因此,从这个角度而言,在大跨度钢结构的施工过程中必须要建立好完善的施工监测系统,这也是大跨度钢结构施工的必然要求。一般情况下,大跨度钢结构施工监测的内容包括以下几方面:
位移(变形)的监测:对于位移(变形)的监测需要使用水准仪、测距仪、全站仪、经纬仪以及光电图像挠度仪对整个钢结构施工的各个关键性节点在不同工况位移下进行监测和控制。
应力的监测:由于大跨度建筑物施工的持续时间长,且现场情况十分复杂,其传感器一般也使用钢弦式的传感器,近些年来,随着技术的发展,光纤光栅传感器由于其抗干扰能力强、可靠性好、寿命长、适宜恶劣环境以及可实现远距离检测的优点,也被广泛的应用在大跨度钢结构的应力监测中。
温度的测量
在大跨度钢结构的施工过程中,温度的测量也是其中的重要内容,对于温度的测量方法较多,包括电阻温度计测量法、辐射测温法、热电偶测温法以及其他测量法,对于体积较小的大跨度建筑物温度的测量应该使用附着性好、体积小、精度高、稳定性好的测温组件进行测量。 3、结语
随着经济的发展以及国家对工程建设的支持,各种大跨度建筑物越来越多,由于工程施工的要求很高,大跨度的施工技术也面临着一些考验,本文根据大跨度钢结构的特点分析了大跨度钢结构施工的特点、问题等,提出了施工的方案以及检测技术的确定,希望可以在一定程度上促进大跨度钢结构施工技术的发展。
参考文献:
[1] 田自强.体育馆大跨度钢结构施工技术要点分析[期刊论文],信息系统工程,2011,05(20)
[2]崔晓强; 胡玉银; 李琰; 刘平.大跨度钢结构施工控制研究[期刊论文],第十一届空间结构学术会议论文集,2005,06(01)
关键词:高层建筑物,节能设计
在“能源危机”席卷世界的今天,能源消费正以惊人的速度增长。根据我国国情,节约能源已成为当前的一项迫切任务。据统计,1990年我国建筑耗能1.13亿t标准煤,占全国能源消费总量的11.5,至2000年将增至l.79亿t标准煤,所占比例将上升至13.l。高层建筑节能(包括结构构造、材料选型、设备系统、自动控制等)一直是我国节能工作的重要组成部分,它涉及从规划设计到使用管理的许多方面,高层节能建筑投人少、产出多,因此,重视和研究高层建筑物的节能设计问题已成为建筑节能的当务之急!
高层建筑体形庞大,如容积率过高,相邻建筑互相遮挡、不通透,形成大面积阴影区,城市人居环境质量下降,市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外,近些年在某些城市建高层建筑已成风气,设计者往往贪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄,造成高能耗、低效益,影响常年使用,浪费巨大。
所谓高层建筑节能不仅是建筑本身的节能,且由城市的综合环境、气候条件、总体布局;建筑物的形体变化、朝向;外围护结构保温。隔热的性能;门窗质量等许多综合性因素构成,因此,高层建筑的节能首先应为设计者重视。
l 优化建筑位置朝向设计及体形设计
高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求,阳光有着巨大辐射能量,在寒冷地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析,地球每年接收的能量有60亿亿千瓦,这么大能量弃之可惜.从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器,阳光不仅对人的身体健康有着很大影响,对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理,合理的确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,因此,建筑的方位与节能有着直接关系。如,在北纬40度-45度地区,冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍,而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2.5倍,不同朝向,不同季节,建筑物所得到的太阳辐射热能量不同,热损失也不同,尤其是在冬至前后,由于太阳高度角低,房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。
合理的建筑体形能够减少高层建筑物与外界的热量交换,在其他条件相同时,体型系数(建筑物外围护面积与其所包围体积之比)越大,单位面积散热量也越大,对节能不利。因此,正确处理建筑形式多样化和节能的关系,是高层建筑设计中应当引起重视的问题。另外,高层建筑物的外形越简单,其外壳的表面积越小,热交换量亦越少。因此,高层建筑物的造型宜简洁、完整,尽量避免复杂的轮廓线。硕士论文,节能设计。。
2 优化围护结构墙体设计
2.1 外墙是围护结构的主体部分,高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋,前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重,因此,围护结构属于填充材料,为了减轻荷载,达到保温、隔热要求,采用轻质高效保温材料,目前在寒冷地区常用的墙体做法有:页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多,节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更为妥些。
2.2 高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板),岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年,多则上百年,材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体,笔者认为存在以下不足之处:
(1)抗震能力差,易松散,与结构构件结合不好,整体性能差。
(2)不能承受外部装修贴、挂荷载,如:贴石材,安装装饰构件等。
(3)不能承受有振动的凿、刨的装修,如:剁斧石面层、予留洞。槽易出现冷桥。
(4)墙表面易出现裂纹。除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌人,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节。据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%-13%,因此应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。
2.3 国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温,欧、美各国取得不少先进经验。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。
2.4受阳光照射的高层建筑物屋顶,表面温度比其他围护结构高得多,对室内温度影响很大,顶层住房冬冷夏热现象十分明显。对此,除必须考虑屋面隔热保温措施以外,还可从建筑设计角度考虑在顶屋设置通风隔热层或将顶层做为设备间等,形成2次隔热,减少屋面温度的影响;在炎热地区的屋面可通过蓄水(如屋顶游泳池)和屋面定时喷水系统使屋面显著降温。
3 影响建筑节能的其他因素
3.l 高层建筑外围护墙体耗能量较大,占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一,体形系数越大耗能越多,我们知道,相同的面积,圆的周长最短,这样使建筑外露面积较小。因此,基于能量损耗的考虑,高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。
3.2 高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。
在冬季,风力对建筑的热损失很大,增大冷空气的渗透量,使室内热损失加大。硕士论文,节能设计。。硕士论文,节能设计。。由于建筑某些部位处理不当,墙体内部易产生冷凝水。硕士论文,节能设计。。硕士论文,节能设计。。因此,建筑保温材料的选用,建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。硕士论文,节能设计。。
在高层建筑节能领域,我国与发达国家差距较大,根据我国的国情、国力,研究开发对高层建筑节能影响较大,节能投资较少的关键性技术应成为攻关的重点,在高层建筑设计实践中常会遇到高层建筑节能与高层建筑设计中各项因素,如城市规划要求、使用功能、建筑造型与立面要求的矛盾,因此在强化建筑师节能意识的同时,还必须依靠行政手段宣传普及我国的节能政策、法规,争取各有关方面的支持与共同努力,才有可能使高层建筑节能设计应用于实际,将成果转化为生产力。
【关键词】 测量技术 民用建筑 特点 应用 措施
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
1、引言
民用建筑多种多样,且在城市建筑中占有很大的比重。民用建筑主要包括学校、医院、以及民用住宅楼,这些建筑作用重大,对建筑质量的要求高,其外观要求也相对比较高。在民用建筑施工测量中,测量活动要求按照设计的要求进行。把需要建造的民用建筑的平面位置以及高程位置运用一定的测量仪器和方法进行测设,这是十分重要的工作。说测设的工作贯穿于整个施工工程之中,也是工程质量和工程进度的重要保证,有着重要的意义。当代的民用建筑的类型也是各不相同的,有低层建筑也有高层建筑,这些不同类型的建筑所要求的测量精度以及测设的方法是不同的,我们在测设的过程中不能够一概而论,而是要具体问题具体分析,结合所设计的建筑物的自身特点以及周边环境的特点,选择一种最合适最科学的测设方法。经济的高速发展,城市化进程的不断加快,当前越来越多的民用建筑物不仅仅从质量上有了更高的要求,而且外观造型方面也提出了更高的要求。所以在民用建筑的施工过程中,测量工作就显得更加的重要,我们所测量的数据是否科学合理,平面位置和高程位置是否准确无误,这些因素都直接影响着我国民用建筑的外观以及质量的好坏。
2、民用建筑施工测量的重要性
测量是施工得以正常进行的前提,民用建筑工程施工是一个系统化的工程,建筑施工测量关系到了整个施工过程,因此测量工作占据很重要的地位,其作用显而易见。其重要性主要表现在以下几点:
(1)能够保证定位的精度。建筑物的定位精度非常重要,直接影响整体的施工效果和工程质量。只有经过准确的测量定位,才能保证建筑物的施工精度,保证建筑物的质量。
(2)为施工提供准确的资料。在工程施工中需要很多资料,如:图纸资料、施工的范围、定位资料、放线资料、施工中应该注意的问题等等,这些资料都要准确无误,否则会导致质量问题,延误工期。而这些准确的资料只有通过测量才能得到,资料的准确无误是工程质量的一大重要保证,有着重要作用。
(3)竣工验收的测量。在工程竣工之后,还应该进行竣工测量,竣工材料报告者应该要以实际工程测量作为依据,保证拟定的内容要符合工程的标准,这样才能够有效的进行质量控制,保证民用建筑工程施工的高质量高效率进行。
3、我国民用建筑工程测量技术概述
3.1民用建筑工程施工测量的内容
在我国民用建筑工程施工中测量的工作内容主要包括以下几个方面:
(1)在民用建筑施工前要建立符合精度要求的施工控制网。
(2)在民用建筑施工时要不断地对建筑物进行定位的测量与记录。
在民用建筑施工过程中要合理确定测量机械设备的的安装位置。
(4)当民用建筑工程竣工之后要注重竣工后的一系列测量工作。
(5)在民用建筑施工的工程中要注意对附近的一些比较高的建筑物进行实时观测,以确保施工安全。
3.2对民用建筑工程施工测量的几点要求
对民用建筑工程施工的测量就是要求我们要按照工程的设计要求来对建筑物的平面位置和高程位置进行正确的标定,从而保证施工的正常进行。我们知道建筑施工是一个系统化的工程,它们是一个整体,而不是相互无关的几个部分,所以在具体的施工过程之中我们必须做好各个工序之间的衔接工作,这就要求我们在施工的工程之中不断的进行各工序的测量工作。对于建筑施工而言测量工作是前提与保障,测量工作对于建筑施工的质量和进度都有很大的影响,所以在民用建筑工程施工的过程中,必须要做好各工序、各分部分项工程的测量工作。首先应根据各工序、各分部分项工程的设计要求可以制定多个不同的测量方案,再根据各工序、各分部分项工程特点,选择确定最合适的测量方案,确保测量精度。
4、我国民用建筑工程施工测量的特点
4.1民用建筑工程施工测量的技术难度较大
我国民用建筑的形式多种多样,不同的民用建筑平面布局、结构形式和外观造型差异较大,特别是一些民用高层建筑, 施工测量时容易产生较大的误差,难以保证精度要求,因此民用建筑工程的施工测量技术难度较大。另外一方面,有一些民用建筑的外观比较奇特,施工环境和周围环境因素复杂,在施工过程中受施工环境和周围环境因素的影响较大,导致高空测量的控制网不太稳定,给测量工作带来了困难和不稳定的因素,严重影响测量的精度,再加之高层建筑楼层比较高对于一些测量设备的安装工作也带来了不方便,也增加了测量难度。因此,民用建筑工程施工测量的技术难度较大。
4.2 民用建筑施工测量对测量精度的要求较高
建筑的施工测量精度和建筑物的高度是有关系的,建筑高度越高其测量时越容易受到外界因素的影响,其测量的精度越难以保证。所以在对高层民用建筑进行施工测量时会很容易出现误差,我们需要做的是要努力克服不利的影响因素,把误差不断的缩小,并且控制在允许的精度范围之内。除此之外,一般而言在民用建筑施工时都会采用流水施工,这样是为了提高施工的速度,加快施工的进度。采取这种流动的施工方法对测量技术的要求更高,当然对精度的要求也会更高。
5、测量技术在民用建筑工程施工中的具体应用举例
5.1民用建筑物的定位工作
在建造民用建筑时,就是在规定的建筑区域内新增加一些建筑物,一般来说民用建筑的设计图纸都会很明确的标明新建筑物的具置、相对位置,以及和原有建筑物的关系。下面以下图所示进行分析说明。
如a图所示,我们可以采用延长线法来进行定位工作,图中A'B'是AB的平行线,我们可以在B'的位置安置经纬仪并且标出A'B'的延长线E'F',之后我们分别在E'和F'安置经纬仪,分别在E'和F'测设直角,就可以定出EG以及FH的位置。如b图所示,我们可以利用直角坐标法进行定位工作,定出图中A'B'的延长线,测量出S的值,测量出E'E的距离以及EF的距离,这样我们就可以确定出E和F的位置了。最后我们可以测设出G和H的位置。如c图所示,我们要建造的民用建筑物是平行于道路中心线的。通常测设该民用建筑的方法是先定出道路中心线的位置,然后用用经纬仪来测设道路中心线垂线,这样我们就可以定出建筑物的位置了。但是需要注意的是我们必须要将所测设建筑物的两条对角线的长度和设计的长度进行比较,要控制其差值不能超过两千分之一,如果一旦超过则需要测量员复查,以保证测设精度。
5.2民用建筑物的放线工作
我们一般是根据已经定位的基础线来确定民用建筑物的放线位置的,在这个过程中需要我们对各个建筑物的轴线交点进行比较详细的测量。之后我们可以利用交点桩的位置,画出基槽的边界位置。我们知道,在具体施工时,角桩以及中心桩都是要被挖去的,所以我们在挖槽工作开始之前,要把各个位置的轴线合理的延长,作为以后施工的依据。
5.3对民用建筑基础施工的测量工作
5.3.1民用建筑施工基槽开挖的测量工作
我们在基槽的开挖之前,必须注意基槽的标高以及相关的尺寸是否正确,并且要考虑合理放坡坡度和放坡距离,以防止发生坍塌事故,保证安全施工。首先设计好基槽的挖土宽度,然后根据设置的基础轴线放出我们要开挖的边线。其具体情况如下图所示:
在基槽开挖完毕,验槽合格并浇筑好基础垫层之后,我们可以利用控制桩或者中心钉的位置,用经纬仪将轴线投测到垫层上。
5.3.2注重基础墙标高的测量与控制工作
在砌筑基础墙时,可以在民用建筑物的各个转角处,用水准仪标出其标高,然后计算出所砌砖的具体高度。并且在基础墙的施工工程中不断对标高进行复核,保证基础墙标高位置的正确,从而做好基础墙标高的测量与控制工作。
6、当代测量新技术在我国民用建筑工程施工中的应用
改革开放以来我国经济不断发展,科学技术不断进步,有力的推动了我国测量技术的发展,在测量技术方面一些新的测量仪器和测量方法也不断出现,改变了传统的测量方式。其主要的新技术主要有以下的几个方面:
(1)新型测量仪器如全站仪等在民用建筑工程施工测量中的应用。
(2)当代先进的数字化自动测绘技术在民用建筑施工中的应用。
(3) GPS 技术在民用建筑工程施工中的应用。
(4)摄影测量技术在民用建筑工程施工中的应用。
(5) GIS 技术在民用建筑工程施工中的应用。
(6)当代数字成像测量技术在民用建筑工程施工的应用
7、提升民用建筑工程测量质量的办法
上述分析可知:地处城市繁华段的民用建筑,往往平面布局、结构形式和外观造型复杂,对测量工作的精度要求更高,施工更繁琐严谨,加之工程测量关系到建筑物的施工安全和运营安全,所以笔者认为在实践中还需要不断借助先进的设备和科学的技术方法,来提升工程测量的质量。
7.1提高计算机的利用。通常大型建筑由于结构复杂, 所以图纸绘制的难度大,施工测量的计算量大。尤其是对于复杂的大比例尺地形图和平面不规则建筑的施工放样与数据计算,使用传统的绘图技术和计算方法显然已不能满足工程的需要。因此提高计算机的应用,借助计算机绘图软件快速绘图或利用设定好的程序进行合理计算,受到广大业内人士的青睐,因为此法不但计算精确高效,绘图准确整洁,而且还能快速完成,大大缩短了施工周期,极大地提高了测量工作效率。
7.2利用测量新技术。对于精度要求高、结构复杂且施工条件复杂的建筑群,因受现场通视等条件影响,在布设控制点和控制点的使用受限制时,采用GPS 技术进行控制点的随机布设,施工时既可避免由于不通视所带来的困扰,又可免除控制点间联测等工作;而且GPS 技术每定一点时间不超过40min,点位精度可达到±3mm,一步定点既可确保点位精度,又可节省时间提高工作效率。当然测量新技术还有很多,比如数字化成图技术可以解决复杂建筑人工绘图的繁琐重复; GIS 技术完全实现了集数据采集存储、管理、分析、三维可视化显示与成果输出于一体的流程等等,不同的技术方法都有其自身的优势,个人觉得抓住优势占为己有才是最正确的做法。
8、结束语
伴随着我国经济的快速发展,国家大力加强城市及农村的基础建设。随着基础建设的大力推进,我国城市化进程越来越快,城市规模越来越大,这就直接导致城市土地资源紧张,更多的建设工程不断的向高空以及地下发展,这也是我国建筑工程日后发展的趋势。各种民用建筑业向着高层的趋势发展,这不仅仅是建筑质量具有很高的要求,而且要符合现代社会的潮流,建筑的外观造型也提出了更高的要求。可以说建筑测量的工作是贯穿于整个施工过程之中的,也是工程质量和工程进度的重要保证,有着重要的意义。当代的民用建筑的类型也是各不相同的,这些不同类型的建筑所要求的测量精度以及测设的方法是不同的,我们在测设的过程中不能够一概而论,而是要具体问题具体分析,结合所建筑物的自身特点以及周边环境的特点,选择一种最合适最科学的测设方法。不断的加强测量技术在民用建筑工程施工中的应用,使民用建筑工程施工更加科学合理。
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关键词:民用建筑;外保温材料;应用
Abstract: in recent years, with the development of society, the construction industry has been rapid development, energy saving, environmental protection, security has become an important issue for the design of the building, how to coordinate the development, utilization, environmental protection has become a pressing matter of the moment is the material stage under. Xinjiang area inland, away from the ocean, the climate is continental climate is dry, sunny, sunny, winter cold and summer heat, the temperature difference between day and night, the area to the building thermal insulation material and higher requirements. In this paper, taking Xinjiang as an example, the use of heat preservation material of civil buildings.
Keywords: civil construction; insulation material; application
中图分类号:TU551文献标识码:A文章编号:
近年来,随着社会经济的发展,人们的生活水平得到了迅速的提高,对于建筑物的各种要求也越来越高,节能、环保、安全已经成为建筑物设计中的重要问题,如何协调、开发、利用环保材料已经成为现阶段下的当务之急。其中,民用建筑外保温材料的应用也成为建筑专家研究的重点问题之一,新疆地区深居内陆、远离海洋,气候为干燥的大陆性气候,晴天多、日照强,冬寒夏热,昼夜温差大,对于外保温材料的要求也较高。下面就根据新疆地区民用建筑的现状对外保温材料的应用问题进行深入的探讨。
1、民用建筑外保温材料的特征
根据墙体保温层的位置来看,保温层包括内保温层、外保温层、自保温层、夹芯墙保温层以及复合保温层。受到建筑物结构的影响,自保温层、夹芯墙保温层和复合保温层均会在使用中受到各种因素的影响。外保温层与内保温层相比而言,技术更加合理,具有十分优越的性能,使用同种性能、同种规格和同种尺寸的保温材料时,外墙保温的性能比内墙保温性能更加优越。因此,外墙保温不仅仅适宜用在新型的民用建筑工程之中,也适合用在建筑的节能改造过程中,具有技术性能好、适应范围广的特征。此外,外保温材料是包在墙体结构的外侧,即可以起到保护作用,也能够减少建筑物结构的热桥,延长建筑物的寿命,也可以增加建筑物的空间,提高居民居住的舒适度。因此,外墙保温技术已经成为民用建筑中使用最广泛的一种节能保温技术,适宜用在改建、新建和扩建的民用建筑工程之中。
2、民用建筑物外墙保温材料与技术
2.1 民用建筑物外墙保温材料
外墙保温材料就是建筑物外层按照各种方式复合在一起,对建筑物外墙起到保温和隔热作用的装饰材料。按照其燃烧性能来分,建筑物保温材料可以分为A级和B级两种,其中,A级材料包括泡沫玻璃、岩棉、泡沫混凝土、加气混凝土、发泡陶瓷、发泡水泥、膨胀玻化微珠保温板和浆料等等。B级材料则主要指胶粉聚苯颗粒保温材料、硬泡聚氨基酯材料、酸性酚醛树脂等等。对于新疆地区民用建筑物外墙而言,其对于保温隔热的性能要求更高,因此,大多选择聚氨酯(PU)、聚苯板(EPS)、挤塑板(XPS)这三种有机材料,其主要优点是保温隔热性能好,质地轻便,但是也有着可燃和不防火的缺点。
2.2 民用建筑物外墙保温技术
民用建筑外墙保温技术共有五种,即机械固定聚苯板钢丝网架外墙保温系统、胶粉聚苯颗粒保温浆料外墙保温系统、膨胀聚苯板现浇混凝土外墙保温系统、膨胀聚苯板薄拌灰外墙保温系统以及膨胀聚苯板钢丝网架现浇混凝土外墙保温系统。就目前来看,这几种技术在我国民用建筑工程之中已经得到了非常广泛的应用,也成为外墙保温的主流技术。这五种技术在面层防开裂、使用寿命、系统防水性能等方面各有千秋。
3、民用建筑外墙保温材料的应用问题
3.1 聚苯乙烯塑料泡沫
聚苯乙烯塑料泡沫的使用范围十分广泛,其应用范围占到整个外墙保温材料使用的80%左右,发展速度很快,究其根本原因,是由于聚苯乙烯泡沫塑料的保温隔热性能好、导热系数小、价格低廉、有完善的施工标准、施工技术成熟等,但是该种材料容易燃烧、防火性能较差,也有一些毒性。
3.2 无机保温材料
无机保温材料包括膨胀珍珠岩、岩棉、玻化微珠、泡沫玻璃等材料,该种材料有着很好的防火性能,但是导热系数也较高,节能和保温的效果较差,在严寒地区,难以保证建筑物的节能效果,更加难以满足国家规定的65%的节能标准。
3.3 岩棉制品
岩棉属于典型的A级材料,可以同时满足节能环保和防火要求,但是在实际的使用过程中还存在一些问题,由于岩棉属于矿物棉,资源有限,因此,难以满足我国众多建筑物节能和防火的需求。同时,岩棉的价格较高,与市场上的其它材料相比,价格甚至高出数倍,市场的接受能力也相对较差,加上岩棉内含有致癌物质,在生产的过程中也需要进行纤维化炼制,炼制的过程中会产生大量的废弃物和废水,属于一种高污染、高能耗的产业,因此,其使用也受到了一定的限制。
4、结语
新疆地区建筑物对于保温材料的要求较高,根据以上因素的分析,一般以聚苯乙烯塑料泡沫类材料的使用为主,在具体的施工过程中,必须要做好防火工作,制定好严格的法律法规,保证外墙保温工程的安全性,此外,还要积极的利用先进科学技术,研发新型材料,开发适宜新疆地区使用的新型环保、安全和节能的保温材料。同时,还要对建筑物实行防火隔离,在保证建筑物保温性能的同时,加强建筑物的防火性能。
参考文献:
[1]范平安.民用建筑外保温材料应用问题探讨[期刊论文].消防科学与技术,2012,05(15)
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关键词:沉井垫木,刃脚,流砂,触变泥浆,井点降水
市政管网工程常常需要穿越各类障碍物,如道路、河流、建筑物和构筑物等,对此我们常使用地下顶管的方式以避免大开挖,
地下顶管工程由工作井、接收井、管道顶进三部分组成。工作井和接收井主要有以钢筋砼为主体的沉井、以水泥搅拌桩内插H型钢为结构的SMW工法井、钢板桩或拉森钢板桩井等,但对于深度比较大的顶管工程,常采用沉井,因为它结构稳定坚固。
2009年12月28日,随着挖掘机有力地挖下第一铲土,昆山市第二饮用水源(长江引水)工程顺利开工了,总投资19.8亿元,是昆山市历史上单项投资额最大的一项基础设施建设工程,其中顶管工程约20KM,,工作井主要为沉井。目前顶管工程已结束。沉井施工中常常会遇到以下问题:
一:沉井制作
1.井壁裂缝
原因分析:
1)沉井垫木设置不当或布置不均匀或间距过大,导致沉井早期受力不均,产生弯曲应力。
2)沉井垫木未对称拔除,导致井壁内部产生拉应力而出现裂纹。毕业论文,流砂。
3)模板拆除过早,混凝土强度不满足拔除垫木条件而出现裂纹。
4)沉井支设在软弱不均匀土层上或其它不良地基,混凝土浇筑后地基不均匀沉降而产生裂缝。
5)沉井井壁与内隔墙荷载相差太大,沉降不均,产生了较大的附加弯矩和剪应力造成裂缝,而洞口处截面削弱,强度较低,内力相对集中,所以洞口附近易出现裂纹。
预防措施:
1)刃脚处垫木设置应当合适,使地基受力均匀。垫木间距应计算求得,跨中与支点的拉应力应当相等。
2)沉井垫木应分区、分组、对称、同步拔除,模板拆除时沉井井壁强度应达到设计强度的80%以上。
3)遇到软弱不均匀土层应做砂垫层或采取其它措施保证受力均匀,荷载应在承载力范围之内。
4)沉井井壁与内隔墙支模应使地基受力基本均匀,沉井洞口四周要布置加强筋。
处理措施:
1)较细的表面裂缝可通过涂抹几遍环氧胶泥或人工抹水泥砂浆的方法来修补。
2)大于0.5mm的裂缝应根据可灌程度采取灌水泥浆或化学浆液的方法修补,或者采用灌浆和表面封闭相结合的方法。
3)如果裂缝很大,可能影响沉井结构带来安全隐患,则应该采取其它结构增强措施,或者直接返工。
2.井身歪斜
原因分析:
1)沉井一次下沉的高度太大,重心太高,容易产生倾斜。
2)沉井地基软弱或不均匀,制作前未处理地基,沉井下沉时产生了不均匀沉降。
3)沉井制作时刃脚与井壁不垂直,致使刃脚失去正确的导向功能。
预防措施:
1)沉井一次下沉高度控制在12米以内,以保持重心稳定。
2)沉井制作前先平整场地,遇到不良土质及时处理。毕业论文,流砂。
3)严格控制钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑的质量,保证井壁光滑垂直,各环节偏差控制在规范范围内。
处理措施:
1)对刃脚高的地方多挖土以加快下沉,刃脚低的地方少挖或不挖土以减缓下沉速度,等井壁垂直后均匀挖土。毕业论文,流砂。
二:沉井下沉
1.下沉太慢
原因分析:
1)井壁表面过于粗糙,井壁与土之间的摩擦力太大。
2)沉井自重不够,不能很好地克服井壁与土体之间的摩擦力以及刃脚的迎面阻力。
3)下沉过程中遇到大的障碍物,致使下沉受阻。
4)正常下沉中因故停止时间过长,侧压力加大致使沉井无法正常下沉。
预防措施:
1)严格控制支模和混凝土浇筑质量,保证沉井井壁光滑度。
2)严格按图施工,井的实际尺寸,配筋,混凝土的用量当与设计图纸相符,严禁偷工减料。
3)对于下沉系数不大的沉井,应连续开挖、连续下沉,中间间歇时间不应过长。
4)在井壁上预埋射水管,下沉缓慢时向管水以减少井壁和土层之间的摩擦力。
5)向井壁周围空隙中填充触变泥浆,并采取防止泥浆流失的措施,以减小井壁与土层之间的摩擦力。
处理措施:
1)采用高压水枪向井壁四周射水以帮助下沉。
2)如条件允许,适当降水,减小沉井自身浮力,借以加重下沉。
3)检查刃脚四周,看是否有坚硬物在刃脚下,若有,则及时清除。
4)在沉井顶部安放大型铁块或其它重物,加大沉井下沉重力。
2.下沉太快
原因分析:
1)长时间抽水使得井壁与土层间摩擦力减弱,沉井下沉速度加快。
2)遇到软弱土层,地基承载力很弱,使沉井下沉速度大于挖土速度。毕业论文,流砂。
3)沉井外部土体出现液化,削弱沉井与土体的摩擦力。毕业论文,流砂。
预防措施:
1)停止降水,加大沉井自身浮力,以减缓沉井下沉速度。
2)改变挖土方式,刃脚一米范围内不要挖土,以加大土体对刃脚的阻力。
3)向井壁和土体空隙处填充粗糙材料或将空隙处夯实,以加大下沉阻力。
处理措施:
1)立刻用坚硬粗糙物填充井壁与土体之间的空隙,并马上夯实。
2)若井外侧出现土体液化,及时用沙填充夯实。
3)向井内回填干土,加大沉井下沉阻力。
3.下沉遇流砂
原因分析:
1)井内挖土过深,井壁外侧土从刃脚下方涌入井内。
2)井内排水后,外侧水压差加大,外侧土在水压作用下进入井内。
3)挖土深度超过地下水位0.5米以上。
预防措施:
1)采用排水法下沉,水头宜控制在1.5-2米。
2)避免掏挖刃脚处土方,防止外面流砂涌入井内。
3)穿越流砂层前做好充分准备,加快穿越速度,必要时在井体上部加荷载下沉。
处理措施:
1)遇到流砂时,向刃脚处填充石子,削弱水压力同时增加土压力。
2)改用深井降水或喷射井点降水,避免井内流淤,深井降水应布置在井外。
3)采用不排水法下沉,保持井内水位,阻止外侧流砂涌入井内。毕业论文,流砂。
4.邻近建筑物倾斜或出现裂缝
原因分析:
1)沉井距离建筑物太近,未采取加固或隔离措施。
2)降水下沉时建筑物基础下土体因水份流失而结构发生变化,使建筑基础遭到破化。
3)下沉过程中刃脚处掏空太多,外侧大量土方或流砂进入井内,外侧土体出现空洞,建筑物出现裂缝或倾斜。
预防措施:
1)在沉井和建筑物之间打灌注桩或搅拌桩或压密注浆,以加固土体并隔离沉井与建筑物。
2)在沉井和建筑物之间设回灌井,以减少土体水份流失。
3)遇到粉砂层采用井点降水,控制水头差,避免出现流砂。
4)避免掏空刃脚处土方,尽量切土下沉,防止外侧土体结构破化。
5)向井壁外侧空隙处及时灌沙,并加水密实,使土体不被扰动。
处理措施:
及时妥善处理相关事宜,尽量不要停止沉井下沉。
如因外面流砂涌入井内,则改排水下沉为不排水下沉。
参考文献:1)《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008
2)《岩土工程勘察规范》GB50021-2001
3)《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
【关键词】建筑结构,加固技术,发展趋势、分析探讨
中图分类号: U457+.3 文献标识码: A 文章编号:
一、前言
对既有建筑物进行加固是未来建筑行业的热点,搞好加固技术的研究开发及应用,确保加固质量可靠显得尤为重要。近几年来随着科技发展,出现了新的加固材料和加固方法,并且这些技术具有明显的优势,得到了广泛的应用,但并不能说明,新方法新技术就可以取代传统的方法。在发展新技术的同时,应做好各种加固方法的优势互补,各种加固材料的取长补短,做好加固技术的开发,为建筑物加固提供切实可靠的技术支持。因此,加强对建筑结构的加固技术研究,有着十分客观的经济意义和社会意义。
二、建筑结构常见的加固方法探讨
为了使建筑结构更加稳固,建筑结构的使用更加安全可靠,对存在问题的老化建筑结构采用适当的加固技术进行加固是非常必要的。混凝土建筑是当今社会建筑领域最为普遍的建筑类型,在施工过程中受多种因素的制约与影响,很容易产生各种质量问题。在进行施工或者是使用过程中,很多情况下,由于施工不规范,建筑老化,自然灾害的侵蚀等多种因素,使得建筑出现开裂松弛的现象,不仅缩短了建筑物的使用寿命,更严重威胁着建筑物的使用安全,因此,必须加强对建筑物的加固。目前我国建筑领域存在的加固技术有很多,但加固技术在实施的过程中要根据建筑结构的具体情况与建筑结构问题的严重程度而具体问题具体分析,针对不同的建筑采用不同的加固技术,制定适合建筑结构的最佳加固方案,提高建筑工程的质量。
1、嵌入式加固法。是一种通过粘结材料将加固材料嵌入加固构件表面预先凿好的槽中,使之与加固构件形成整体,从而改善结构性能的加固方法。与传统的加固方法相比,嵌入式加固法除具有粘贴FRP材料加固法具有的优点外,还具有FRP材料与原结构粘结性能较好、可以防止火灾对FRP材料的破坏、可以有效地进行负弯矩加固、可以充分利用FRP材料得到强度、能有效提高结构构件的极限承载力等优点。可见纤维筋嵌入式加固法是一种非常好的加固方法,此加固法在国外已成为纤维材料加固技术研究的热点,已经运用于桥梁、混凝土结构、砌体结构、木结构的加固中,且加固效果良好,但在国内较少运用于实际工程,且研究也较少。
2、置换混凝土加固法。当钢筋混凝土的建筑发生强度弱化,或者梁,柱等构件受到腐蚀,火灾,雨水,风吹,日晒等多方面的侵蚀,建筑结构的耐久性大幅度降低,混凝土出现斑驳,开裂时候,可以使用置换混凝土加固法。要做好支顶措施,保证原有构件的安全稳定,也使得混凝土的置换工作处于卸荷的状态进行,增强加固效果,增强构件的负载承重能力。同时,要对原有的混凝土采取科学方法剔除,并做好清理工作。这种方式可以大规模操作,但是,原有的混凝土剔除难度大,很容易对建筑物原有构件造成损坏。施工时候一定要仔细,严格执行各种操作标准。同时,可以采用一些先进机械设备,提高施工的效率。
3、预应力加固法。预应力加固方法是通过外加预应力钢拉杆对钢筋混凝土建筑施工达到加固目的的方法,在施工过程中,不断增加预应力迫使钢拉杆和其他的型钢撑杆受到压力,对原有建筑物结构的预应力产生影响甚至是改变,从而大幅度的降低了原有建筑物的应力水平。可以很好的消除应力应变滞后的难题。这种加固方法同时拥有加固功能,卸载功能,改变应力结构分布的功能,可以应用于大规模,大跨度的大型钢筋混凝土建筑加固施工,这种方法虽然增加了施加预应力的机械设备,但是,这种加固方法加固效果稳定,且总体成本相对较低,具有很大的优势。
4、外包钢加固法。在对一些老化或者还是既有建筑进行加固时候,外包钢加固方法是其中重要的方法之一。通过将建筑物的构件外部四角或者是两个角包上型钢,达到加固的目的。这种方法工作量很小,操作简单,而且加固的效果相对很稳定,因此,是一种广泛应用的常规加固方法。在这种加固方法施工时候,要保证原有的建筑物构件的截面尺寸不能变大。
5、绕丝加固法。在使用绕丝加固法对钢筋混凝土建筑物实施加固时候,一般都通过将退火钢丝缠到将要加固的建筑物构件上,使得原建筑物构架的混凝土被约束,使得建筑物的极限承载力和建筑物的延性得到提高。这是一种补强加固的施工方法,其最主要的目的是要提高建筑物构件的位移延性。使用绕丝加固法对建筑物构件实施加固之后,自重会比较小,构件的尺寸和相关的截面没有太明显的变化,对施工的环境要求也不高,但是,这种方法有着最大的缺陷,那就是通过施工后,加固的效果不太明显,尤其是矩形截面的钢筋混凝土的构件承载力难以得到显著的提高。
三、建筑结构加固技术的发展趋势展望
1、纤维复合材料加固法
纤维复合材料加固法显著地显现出其优势,得到了广泛的实际应用。尤其是粘贴纤维加固法较成熟,应用也比预应力纤维加固法及嵌入式纤维加固法广泛。根据研究现状,这三种纤维加固方法有待解决的共同问题主要有以下几方面:纤维材料加固构件的长期受力性能的深入研究; 纤维材料对节点加固性能的研究;用纤维加固的结构在较高温度下强度严重退化,如何改进加固材料性能和加固构件的防火耐温措施是有待研究的课题; 加强非碳纤维材料加固构件的试验及理论研究;如何简化施工工艺,加强质量保证,降低工程造价是一件十分紧迫的事情。
2、钢丝网复合砂浆加固法
从用钢丝网复合砂浆加固钢筋混凝土结构, 虽然已有多年的研究历史,但在土木工程中的应用仍处于开创性研究阶段,国内在这方面的研究更属刚起步。但用无机复合砂浆(或水泥砂浆)粘贴钢丝网加固钢筋混凝土构件的方法,比起用有机胶做粘结剂的方法有其独有的优势,其应用前景较好。
四、结束语
近些年来,我国的建筑行业取得了辉煌的发展成果,建筑施工体系不断完善,工程质量管理系统不断成熟,施工工艺不断得到更新,在此过程中,对一些老化的建筑结构进行加固也逐渐成为了建筑整体施工过程中的一个重要环节,为保障居民是切身利益,维护社会稳定注入了强大的动力,因此,加强对建筑结构加固技术的研究和探讨,不仅仅是促进整个建筑行业进步的需要,也是促进施工工艺革新的客观需求,更是新时期下,坚持以人为本,建设社会主义和谐社会的重要举措。
参考文献:
[1] 范文亮,李杰,- 改造加固后建筑结构的可靠度分析方法研究[会议论文] 2009 - 既有建筑综合改造关键技术研究与示范项目交流会
[2] 张鑫,李安起,赵考重- 建筑结构鉴定与加固改造技术的进展[会议论文] 2010 - 第全国结构工程学术会议
[3] 朱怀亮,梁思辉,罗仁安,多重连接加固建筑结构的动力特性检测与识别[会议论文] 2010 - 第全国结构工程学术会议
[4]崔士起,张田德,成勃,裴兆贞,碳纤维在建筑结构加固改造工程中的应用研究 [会议论文] 2009 - 中国建筑学会工程质量检测学术会议
关键词:建筑物,倾斜,原因,预防措施,纠偏方法
一、引言
一般建筑物的建设需要经历建筑地基勘察,地基土持力层的选择、基础形式的设计、工程的施工、后期使用观测几个阶段。理论上分析,只要建筑物的建设过程严格按照国家的各种规范并且结合本地的实际情况进行承载力计算与地基变形计算[1],所建成的建筑物就是安全可行,符合预期设计要求的。然而由于众多因素,在建造过程中或使用期间发生事故的建筑物为数不少,其中以建筑物的倾斜为最多。
二、建筑物倾斜的表现形式
建筑物倾斜是指建筑物在外力或地基土不均匀沉降时发生歪斜的现象,一般有局部倾斜与整体倾斜两种表现形式。局部倾斜是指建筑物局部沉降量较大发生倾斜,此时会在建筑物的主体结构中产生拉张应力,一般会使建筑物中产生裂缝,根据裂缝的形式与方向可以判断建筑物的内部的应力轨迹。如下图所示[2]。
整体倾斜的表现一般比较明显,通过肉眼一般会比较清晰的观察到。论文大全。比如加拿大特朗斯康谷仓的整体倾倒事故、意大利的比萨斜塔、中国的虎丘塔的倾斜等,其外在表现为向某一个方向的倾斜。另外,倾斜不明显的,通过测量仪器进行精确测量或粗略的通过室内的放置在原本水平物体表面上的圆形物体的滚动进行定性判断。
建筑物在倾斜时有时会发生转动,此时在建筑物主体结构中会产生剪应力,墙体出现羽状的裂缝。
三、建筑物倾斜的原因探讨
1、地基土的特性
1.1、地基非均质。按照我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),岩土勘察孔的设置为每隔30m布置一个,当每两个勘察孔之间区段有不明地质情况时应当设置补勘孔进行补勘。然而,现实中一些尺度小于30m的坚硬与软弱结构面、塘、沟谷有时不能被勘察到,从而使基础坐落在其上,当建筑物建成投入使用时,很容易使结构产生较大的内力,导致建筑物发生倾斜或破坏。
1.2、黄土地基局部湿陷、软土地基地基土不均匀、冻土地基有热源、地基土局部有可液化土层以及膨胀土地基局部膨胀或收缩等特殊地基土由于其特殊的工程地质性质,当勘察不全面或地基处理不当的时候,也会造成建筑物的倾斜。
2、结构设计不合理
2.1、荷载偏心。荷载偏心是造成建筑物倾斜的一个重要原因。对于一些大型厂房内部有吊车,或荷载分布不均匀,如果没有按照偏心荷载进行计算,或者计算不当,亦或后期使用时给予结构太大的偏心荷载情况下,建筑物可能发生倾斜。
2.2、结构不对称。在现在的结构设计中,人们往往为了美学要求而将建筑物设计成非对称结构,从而导致地基中荷载分布极度不均匀,在基础形式设计不当,或后期使用不当的情况下很容易使基础发生不均匀沉降,导致建筑物倾斜。另外对于装有电梯、设有大型烟囱的建筑物也属于结构不对称之列。论文大全。
2.3、结构有外在偏心作用。对于一些季风性比较强的地区,较高层建筑物或长度比较长的建筑物都容易受到偏心风荷载的作用,可能导致基础发生倾斜。另外,如果相邻建筑物的对地基的作用过大,也会使已建的建筑物发生倾斜。
3、基础与地基土以及结构的不匹配。
基础是将上部结构荷载传递到地基土中的结构,它是上部结构与地基的联系部分。如果基础的形式未能与上层结构及地基土的性质相适应,就会导致建筑物建成后不能满足预期要求,可能发生倾斜等事故。
4、工程施工的错误或偷工减料。
工程的施工由施工方完成,工程中遇到问题需要向设计方、勘察方进行沟通,并接受监理方的监督与审查。如果施工方在遇到问题时不及时与设计方或勘察方进行沟通,独自解决,就容易形成错误的方案,导致工程事故。如果监理方与施工方串通,为了谋取利益,对工程建设进行偷工减料,更给工程的安全埋下了一颗定时炸弹。
四、建筑物倾斜的预防措施
想要预防建筑物发生倾斜,使建筑物能够按照预期设计进行工作,就需从导致其倾斜的原因入手,设计合理的结构形式,使结构尽量美学对称,使荷载分布尽可能均匀,并给结构设计沉降缝、圈梁等防止不均匀沉降对结构造成破坏的结构。
勘察方严格按照国家规范进行建筑地基勘察,认真查阅工程地区资料,对一些有疑议地段进行补勘,为建筑物的设计提供科学、准确、详实的地质资料。
设计方根据勘察方提交的资料并结合本地工程地质与水文地质条件设计合理的基础形式。论文大全。设计应充分考虑地下水的影响,特殊土的影响以及相邻荷载,偏心荷载等的影响。
施工方应严格按照设计施工,当施工工程中遇到问题时,施工方应该及时与设计方或勘察方取得联系,进行商议,确定科学合理的解决方案。
监理方应恪尽职守,对施工过程进行监督。
如此,可保证工程在非偶然情况下出现工程问题。严防建筑物发生倾斜事故。然而,在诸多其他因素的作用下,建筑物发生倾斜的事故时而有之。一般当建筑物的沉降量过大而未进行纠偏、加固措施时往往会酿成事故,所以当观测到建筑物发生微小的倾斜量时就应对其进行纠偏、加固措施,此时不仅经济而且工程量小,且安全性较大。
五、建筑物倾斜的常用纠偏方法
1、迫降法:
迫降法就是采取某种措施迫使沉降量较小的一侧下降,消除或减少与另一侧的沉降差,从而达到纠偏的目的。
1.1、浸水纠偏法:该法适用于低含水量而湿陷性有较强的黄土地基,是利用湿陷性黄土遇水湿陷的特性,针对建造在湿陷性黄土地基上的建筑物发生倾斜的情况,给沉降量较小的一侧按计算水量浸水,使浸水侧下沉,达到纠偏的目的[3]。
1.2、掏土纠偏法:该法适用于软土或砂土地基,是在沉降量小的一侧挖土,使该侧沉降量加大,从而达到与沉降量大的一层保持平衡的一种方法[4],著名的比萨斜塔的加固就是应用了此法。
1.3、降水纠偏法:降水纠偏法是适用于地下水位距离基础底部较近的建筑物纠偏。是在沉降量较小的一侧挖抽水井进行降水。降水纠偏法是根据太沙基的一维固结理论,降低了地基中的孔隙水压力,加速了抽水一侧地基的固结沉降所致。
2、顶升、抬升法:
顶升纠偏是在沉降量大的一侧用千斤顶等器具顶升墙体或基础,使其升高,再采取地基加固措施使顶升部分稳定,从而达到纠偏的目的。加拿大特朗斯康谷仓的纠偏就是采用此法,在其基础下设置了70多个支承于深16m基岩上的混凝土墩,使用了388只500KN的千斤顶,逐渐将倾斜的筒仓纠正;抬升法是在沉降量较大的一侧具有膨胀作用或挤密作用的浆液,对沉降量较大的一侧起到抬升的作用[5]。
3、综合纠偏:
综合纠偏其实是迫降法与顶升、抬升法的组合。主要方法有浸水加压法与顶桩陶土法[5]。
值得注意的是,建筑物的纠偏并不是一件简单的事。建筑物的纠偏首先因该明确建筑物区域的具体的工程地质与水文地质条件,然后采取合适的纠偏措施。纠偏时要先进行纠偏量的计算,确定浸水量、降水量、掏土量、加压量等,然后要对纠偏的安全性进行反复论证,在纠偏过程中一定要谨慎工作,防止发生工程事故或安全事故,最后对纠偏的建筑物一定要进行加固处理和后期的使用的沉降观测,看是否达到纠偏目的。
六、结语
建筑物的倾斜的原因归根结底是由于地基的不均匀沉降引起的,而导致地基发生不均匀沉降的原因是多方面的。
建筑物结构的设计没有艺术上的特殊要求时,应该以实用为主要目的,尽量使结构简单,荷载均匀。
建筑物的建设期间内需要勘察、设计、施工、监理四大部门分工协作,共同完成。严防建筑物的倾斜,当建筑物有倾斜的趋势时,及时进行纠偏与地基加固,
参考文献:
[1]《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)。
[2]任文杰,等。基础工程。北京:中国建材工业出版社。2007(31)。
[3] 王珊。地基处理新技术及其工程实倒实用手册。哈尔滨:黑龙江人民出版社,2007。
[4] 刘亚连,梁志松。建筑物倾斜原因分析和纠偏措施探讨。四川建筑科学研究。2002(3)。
[5] 林彤。地基处理。武汉:中国地质大学出版社。2007(222)。
关键词:维修方法;经济评价;全寿命周期成本分析;价值工程; 增量效益评价法;
1、研究背景
建筑领域作为我国国民经济的支柱产业之一,在很长一段时期是保证经济和社会高速发展的首要条件。在过去的几十年间,随着使用年限的不断增加,建筑物逐渐进入维修加固阶段,导致了各地区工程事故的频繁发生,这就促进了维修加固行业的兴起和发展。而且随着旧有建筑规模的不断增大和步入中期使用年限,建设重点已经逐渐由建筑设计和施工转向在役建筑物的维修、加固和改造等方面,且发展越来越快,已逐渐成为建筑业重要的组成部分。
2、研究手段
对在役建筑物的维修决策过程可以作为一个工程项目进行经济评价,经济评价的目的在于有效合理地利用有限资源,最大限度地提高投资效益,使决策具有有效性、科学性和准确性,任何工程项目的科学决策是保证项目成功的关键。经济评价是投资项目可行性研究的重要组成部分,经济评价分析报告是投资者决策投资的重要依据。选择客观、恰当的项目经济评价方法对正确的进行投资决策起着关键性的作用。
(1)制定维修改造项目的实施方案
在对维修改造项目进行现场调查后,可以根据实际情况制定实施方案(不改造、改造、维修、增加面积的加固等),并运用数学工具对方案进行评价,确定可行方案及最优方案。
(2)对各方案进行财务评价,确定可行的方案。
采用财务评价方法,保留可行的方案,剔除不可行方案。对维修改造方案的经济评价采用增量效益评价法,选用增量净年值ΔNAV作为评价指标,ΔNAV>0的方案为可行方案。
(3)对维修改造项目的功能进行评价,并计算其功能系数
分析影响维修改造项目功能评价值的主要因素,用层次分析法计算功能的权重,对各方案分别采用模糊综合评判的方法,得到各方案的功能评价值,根据公式计算各个方案的功能系数。
(4)计算各方案的成本系数
由于各备选方案的寿命期不同,可选用年成本()作为各方案的成本分析指标,成本在计算时一般包括建设成本和使用成本,为两者之和。
在本文中,建设成本为维修改造方案的实施成本(维修改造成本)和预计停产损失(针对工业建筑而言),计算时应按年平均分摊的成本。考虑资金的时间价值计算公式:
式中 -第个实施方案的维修改造成本和预计停产损失之和,(万元);
-依据第个方案实施后建筑物的剩余寿命(年);
-基准收益率,本文取=10%。
对于工业建筑物来说,维修改造方案年使用成本为设备的年运营费用与厂房维护费用之和减去改造后预期增量收益。对于普通民用建筑物来说,则没有生产设备的运营费用这一项。在这里要注意的是,由于年使用成本不是等值的,应该计算整个寿命期内各年费用之和,然后再计算出各方案的等额年金作为年使用成本。计算公式:
式中 -方案计算期内第年;
-设备年运营费;
-建筑物年维护费用;
-预期年增加收益;
-复利支付现值系数;
-等额支付系列资金恢复系数。
计算各方案的年成本为:,再由式公式计算各方案的成本系数。
(5)计算各方案的价值系数
由以上计算出的和,由价值系数计算公式,计算出各方案的价值系数。
(6)确定维修改造方案中的最优方案。
由计算出的各实施方案的价值系数判定最优方案,即选择价值系数比较大的方案为最优方案。
3、方案评价过程中有关参数的确定
(1)各方案成本的确定
运用增量效益评价法对维修改造方案作出可行性判断,然后再利用价值工程原理进行维修改造各方案之间的比较优选。对于维修改造方案而言,评价的是各方案追加的投资所产生的经济效益与功能提高水平,因此都具有相同的原有资产。为了便于计算,本文不对成本做详细的划分,只是按使用年限做了分摊。
(2)对于民用建筑剩余寿命的计算
对于一般的民用建筑物的剩余寿命的计算,可以按下式计算。
式中 -民用建筑物的损坏系数,一般取值1.4;
-房屋的折旧率,即房屋耐用寿命的倒数,随结构类型的不同而取值。钢筋混凝土建筑物的耐用寿命一般为50~100年,故取=0.02-0.01;砖混结构的多层住宅耐用寿命为50~80年,故取=0.02-0.0125。
4.通过增量效益评价法的结论对建筑物维修方法进行经济评价
(1)通过计算维修改造项目投入的费用和产出的效益,进行多方案比较,对维修改造项目的财务可行性和经济合理性分析论证,以此为建筑物维修决策提供科学可靠的依据。
(2)通过分析维修改造项目的一般性与特殊性,确定维修改造项目的经济评价应采用"有无对比"原理,并且一般情况下采用增量效益评价法就能够满足经济评价的要求。对维修改造项目各方案进行技术经济分析,估算维修改造项目所用的投资及可能带来的收益,计算财务评价指标,对各方案的直接经济效益进行对比评价,由此确定项目的可行方案。
(3)在财务可行性分析的基础上,考虑了功能与费用之间的关系,利用价值工程法将功能与费用、技术与经济结合在一起进行经济评价,实现以较少的投资获得较大的功能,更合理实用,可操作性比较强。
(4)依据全寿命周期成本分析技术的特点和价值工程技术的特点,将全寿命周期成本分析理论应用于价值工程中,两种技术的有机结合,是寻求最佳方案的理想选择。
(5)对维修改造项目进行经济评价时,全寿命周期成本为维修改造成本和维护成本。进行功能分析时,以建筑物的综合功能为目标,综合考虑经济性能、社会性能、环境性能、安全性能和耐久性能的功能,从而使价值工程分析过程更加完善,更具有说服力。
(6)在进行功能分析过程中,运用层次分析法确定功能权重,运用模糊数学原理建立功能分析的综合评判模型,确定各方案的功能系数。这两种方法与价值工程相结合,不仅较好的反映了功能的模糊性,而且使功能评价的结果更有实用性。
本文的功能评价虽然是从建筑物的综合功能进行了评价,但考虑因素仍有欠缺,如没有将规模的大小及投资效果系数作为功能的一部分来进行分析,在以后的工作中,尽可能的考虑不同角度的影响因素来评价项目的功能,从而使评价方法更加完善。
参 考 文 献
[1] 郎雪昌,建筑物维修决策理论研究及其应用[D].同济大学工程硕士学位论文,2007.
关键词:玻璃幕墙;防雷设计;措施
一、前言
上世纪80年代,玻璃幕墙进入我国建筑行业,很快就以其亮丽的外观和非常好的光线透射性,受到建筑师的热烈欢迎和喜爱。作为一种美观新颖的建筑墙体,玻璃幕墙在建筑设计中得到了飞速发展,在工程建筑尤其是高层建筑中得到广泛采用。各色绚丽的玻璃幕墙建筑,成为了现代建筑派的主要表现特征,为城市文化注入了新的活力,更给城市增添了一道道亮丽的风景线,是现代高层建筑时代的显著特征。然而玻璃幕墙存在的问题也不容忽视,包括防火、光污染和防雷击等,其中防雷问题的影响最严重。
二、雷电对玻璃幕墙的危害性
玻璃幕墙通常都是大面积采用,作为脆性材料,一旦遭遇雷击破裂成碎片,势必成为极大的安全威胁。高层建筑玻璃幕墙,通常离放电云层比较近,导致地表的电场分布产生畸变,其电场强度远大于一般建筑物,容易导致雷电发展条件的发生,加之高层建筑距云层较近,所以易遭受雷击。同时,高层建筑玻璃幕墙在对高层建筑物进行围护后,建筑物的防雷装置被玻璃幕墙所屏蔽,导致很难防止直接的雷击,容易造成对玻璃幕墙的直接雷击。玻璃幕墙其自身金属材质因为雷电效应,导致静电感应作用的发生,当电场形成时,幕墙的金属体很容易积聚和雷云极性相反的感应电荷,数量很大,雷云瞬间发生放电之后,电场突然消失,而幕墙的金属体感应电荷,却无法以相应的速度流散,这就会造成高达万伏以上的对地电位产生,形成静电感应电压,造成危害。
高层建筑玻璃幕墙的防雷应与一般的建筑物的防雷有异曲同工之处,普通建筑物的防雷装置有三部分,分别为:接闪器,引下线和接地装置。接闪器:根据被保护物体的不同,接闪器形状不同,主要有避雷针、避雷网、避雷带,其主要作用是直击雷起到接闪功能。在60年代,英国人提出雷击距离理论--滚球法,依据雷电闪击距离为基础用来确定接闪器的保护作用,当雷击被导达到接闪器放电距离以前,其闪击点有一定的范围要求,被保护的建筑物的接闪器有若干个上行先导,最后在容易放电击穿的路径上形成主放电,接闪器正好设置在被保护的闪电击点概率较高的点。引下线对接闪器的接闪的雷电起导流作用。接地装置主要的作用是消耗雷电产生的能量。
三、玻璃幕墙防雷设计方案
本文中以某建筑玻璃幕墙建设工程为例,具体分析其防雷设计。此工程中该建筑所处的地理位置属于雷电多发地,建筑楼内摆放有大量电子仪器设备,建筑楼长为105.6米,宽为21米,建筑面积大约1.6万平米,建筑结构采用钢筋混凝土框架――剪力墙的结构。三个主要立面都将使用玻璃幕墙,而幕墙总面积有6500平方米。玻璃幕墙在最高檐口处的高度是36.5米。
1.雷电防护的基本措施
一般情况下,建筑物防雷系统,就是由避雷针、避雷网或避雷带组成的接闪器,主体结构的柱、板钢筋或者外接引下线所组成的引下装置,和利用承台、底板钢筋等基础自然接地体或者人工接地体,形成一个接地装置合成,整个建筑呈现出法拉第笼状态,把雷电流引入到地面。
此大楼处于雷电的多发地区,而且雷电流的强度比较大,而大楼摆放很多电子仪器设备,如遭破坏,将导致无法挽回的损失,需加强防范雷电措施。
2.玻璃幕墙防雷设计的具体措施
幕墙顶部女儿墙的盖板,作用相当于引雷作用的接闪器。用镀锌圆钢沿着女儿墙的周圈进行安装,并且和防雷引下线相焊接。而在盖板内侧,则安装40ram×4ram×4ram镀锌角钢,每块铝板上都安装两段角钢,其中每段长300毫米,两段之间则用中12镀锌圆钢焊接连通,同时,用中12镀锌圆钢一端和女儿墙顶l2镀锌圆钢进行焊接,另外一端则和角钢焊接。每段角钢与铝板之间,可用四个M6×20mm不锈钢自攻螺丝压接,注意在角钢和铝板之间加垫1毫米厚不锈钢垫片,然后加上不锈钢平垫和弹簧垫。所有的竖向主龙骨的连接处,都使用40mm×4mm铝合金所制成的可伸缩的欧姆弯做压接,在连接处上下分别使用两个M8不锈钢压接穿螺栓,注意:可动的一端应避开插芯,然后加上不锈钢平垫以及弹簧垫。对于均压环的楼层,在所有竖向主龙骨与横向龙骨的连接处,通过40mm×4ram铝合金两端,分别使用两个M6不锈钢压接穿螺栓,并且加不锈钢平垫和弹簧垫。而充当防雷引下线的柱子内的对角纵向钢筋上下则采用焊接连接,使其上下相互贯通。焊接则采用双面焊接,焊缝长度大于2Od,d为钢筋直径。每三层框架梁内的两根主钢筋焊接,绕建筑物成均压环,然后将其和所有的引下线钢筋焊接。焊接使用双面焊接,焊缝长度大于2Od。
每楼层处,充当防雷引下线的柱子外皮处,应当预先埋下一根40×4镀锌扁钢,并和柱内防雷引下线钢筋焊接,焊接的长度为200mm。双面施焊,为了保持玻璃幕墙竖向铝合金主龙骨接地贯通,用40mmx4ram镀锌扁钢一端和均压环相焊接,焊接长度应当是其宽度的2倍,并且做三面施焊,另一端则用两个M8不锈钢对穿螺栓与竖向主龙骨进行压接,为了防止镀锌扁钢与铝合金的电化学腐蚀,可在其间加垫l毫米厚不锈钢垫片,并且加不锈钢平垫和弹簧垫。
用作防雷引下线的柱子内的贯通主筋与基础钢筋焊接进行连接,焊接使用双面焊接,焊缝长度大于20d,并且将与贯通主筋连接的基础钢筋与之相交的基础钢筋点焊进行连接。
四、防雷设计中应注意的事项
在玻璃幕墙的防雷过程中应注意以下三点:
一是,充分利用建筑物的接闪器、引下线、接地装置。
二是,将均压环层的幕墙横竖向龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物防雷网联通。
三是,将首层的幕墙的横竖龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物的防雷网联通。
通过以上,玻璃幕墙在遭受雷击的过程中,由于其玻璃幕墙的防雷与建筑物防雷联成一体,则玻璃幕墙将能获得的电能,通过建筑物的接地系统迅速地输送到地下,从而达到保护建筑物和玻璃幕墙免遭雷电的破坏。
高层玻璃幕墙的顶部为了美观,一般都采用铝板,铝板是入地较好的导体,它沿建筑物顶部分布,其电场强度很大,雷电就很容易被吸引过来,受雷击最大的部位,铝板则是很好的接闪器,可以接受雷电流,将固定铝板的主横担与建筑物避雷系统联成一体,这样就可以安全的将雷电流导入大地。高层建筑的玻璃幕墙顶部的接闪器可以有效地防雷直击,但不能防止侧雷击,在玻璃幕墙防侧雷时,其要根据建筑物防雷等级来确定其作法:一类防雷30米,二类防雷在45米,三类防雷在60米,综合建筑物的防雷等级在30米、45米或60米以上的高层玻璃部位,每层设一个均压环,并将建筑物防雷网及玻璃幕墙防雷系统联通,形成一个电气通路,为了防止球形雷,将玻璃幕墙首层的横竖龙骨联结成一个电气通路,并与建筑物的接地网联成一体。
五、结语
在玻璃幕墙设计和安装时,采取上述措施后,雷电发生时,不管是发生可能性极小的侧击雷直接击中玻璃幕墙产生的雷电流,还是因为静电感应聚集的大量电荷,两者都可以得到快速而有效的释放引导,从而对建筑物实现保护效果。
参考文献:
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[3]王军 建筑防雷施工浅析 [期刊论文] 《浙江建筑》 2006
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