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关键词:住宅建筑;结构设计;SATWE软件;抗震性能
中图分类号: TU2 文献标识码: A 文章编号:
随着我国社会经济建设的快速发展,城市化进程不断加快,城镇人口日益增加,致使城市住房建设用地较为紧张,超高层住宅建筑的建设也日益增加。目前,超高层住宅建筑内部结构设计方面的变化愈加明显,许多新兴的结构设计方案逐渐被超高层住宅建筑工程所采用。同时住宅建筑结构类型与使用功能越来越复杂,结构体系日趋多样化,对住宅建筑结构设计工作的要求也不断提高。在超高层建筑建设过程中,部分建筑的结构设计环节并不是十分合理,加上工程设计人员容易出现一些概念性的错误,给建筑的质量安全和使用带来了一定的安全隐患。因此,如何提高超高层住宅建筑结构设计水平,就成为了工程设计人员面临的一项难题。
1 工程概况
某高层住宅建筑面积为29000.4m2,地下1层,地上43层,大屋面高度138.02m。本工程结构体系采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构,120m<高度<150m,属于B级高度建筑,楼盖为现浇钢筋砼梁板体系。
建筑抗震设防类别为标准设防类(丙类),结构安全等级为二级,设计使用年限为50年。所在地区的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第二组,场地类别为Ⅲ类,场地特征周期为0.55s,地震影响系数最大值采用0.08,上部结构阻尼比0.05。建筑类别调整后用于抗震验算的烈度为7度,用于确定抗震等级的烈度为7度,剪力墙抗震等级为一级。
2 基础设计
本工程的基础设计等级为甲级,主楼基础采用冲钻孔灌注桩,桩身混凝土强度等级为C35,桩直径为1100mm,单桩竖向承载力特征值为8000kN;桩端持力层中风化凝灰岩(11)层,桩身全断面进入持力层≥1100mm,桩长约50m。桩基全面施工前应进行试打桩及静载试验工作,以确定桩基施工的控制条件和桩竖向抗压承载力特征值。
承台按抗冲切、剪切计算厚度为2700mm,承台面标高为-5.200,基础埋置深度为7.7m(从室外地面起算)。
3 上部结构设计
3.1 超限情况的认定
参照建设部建质[2006]220号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一“超限高层建筑工程主要范围的参照简表”,结合本工程实际逐条判别,将存在超限的情况汇总如下。
(1)附表一,房屋高度方面
设防烈度为7度,剪力墙结构,总高度138.05m>[120m],超限。
(2)同时具有附表二所列三项及三项以上不规则的高层建筑(因篇幅所限,本文不再详细列出)。
第一项.扭转不规则:考虑偶然偏心的扭转位移比>1.2但<1.3,虽然本条超限,但仅此一项。所以本工程不属于附表二所列的超限高层。
(3)具有附表三某一项不规则的高层建筑工程。根据SATWE计算结果分析、判别,本工程亦不属于表三所列的超限高层。
综上所述,本工程只属于高度超限的超高层建筑。
3.2 上部结构计算分析及结构设计
本工程为剪力墙结构,120m<高度<150m,属于B级高度建筑,按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)(以下简称高规)5.1.13条规定:
(1)应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算。
(2)应采用弹性时程分析法进行整体补充计算。
根据《高规》要求,本工程采用的时程分析计算程序为PKPM系列的SATWE软件,并采用PMSAP软件进行对比分析。
本工程属于纯剪结构,作为抗侧力构件的剪力墙,选用正确的结构分析程序尤为重要。SATWE对剪力墙采用墙元模型来分析其受力状态,这种模型的计算精度比薄壁柱单元高,所以我省大多数工程的结构计算都选用SATWE程序。实际上就有限元理论目前的发展水平来看,用壳元来模拟剪力墙的受力状态是比较切合实际的,因为壳元和剪力墙一样,既有平面内刚度,又有平面外刚度。实际工程中的剪力墙几何尺寸、洞口大小及其空间位置等都有较大的随意性。为了降低剪力墙的几何描述和壳元单元划分的难度,SATWE借鉴了SAP84的墙元概念,在四节点等参平面壳元的基础上,采用静力凝聚原理构造了一种通用墙元,减少了部分剪力墙因墙元细分而增加的内部自由度和数据处理量,虽然提高了分析效率,却影响了剪力墙的分析精度。此外,从理论上讲,如果对楼板采用平面板元或壳元来模拟其真实的受力状态和刚度,对结构整体计算分析比较精确,但是这样处理会增加许多计算工作。在实际工程结构分析中,多采用“楼板平面内无限刚”假定,以达到减少自由度,简化结构分析的目的,这对于某些工程可能导致较大的计算误差。SATWE对于楼板采用了以下几种假定:(1)楼板平面内无限刚;(2)楼板分块平面内无限刚;(3)楼板分块平面内无限刚,并带有弹性连接板;(4)楼板为弹性连接板。对弹性楼板实际上是以PMCAD前处理数据中的一个房间的楼板作为一个超单元,内部自由度被凝聚了,计算结果具有一定的近似性,某种程度上影响了分析精度。根据高规要求,本工程应采用两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算,由于PMSAP对剪力墙和楼板都采用了比较精确的有限元分析,单元模型更接近结构的真实受力状态,虽然数据处理量大大增加,但其分析精度却比SATWE高。用PMSAP软件对SATWE程序的计算结果进行分析、校核,是比较可信的。
SATWE和PMSAP两个程序均采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算,弹性时程分析法计算结果作为振型分解反应谱法的补充。
程分析主要结果汇总如下:
表1 结构模态信息
表2 地震荷载(反应谱法)和风荷载下计算得到的结构最大响应
多遇地震时弹性时程分析所取的地面运动加速度时程的最大值为35cm/s2。针对报告中提供的实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线,根据08版抗震规范要求,本工程选择了两条天然波和一条人工波。这三条波的时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的65%,且三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值亦大于振型分解反应谱法(以下简称CQC)计算结果的80%。由此可见本工程选择的地震波是满足规范及设计要求的。
SATWE和PMSAP时程分析的楼层剪力曲线如(图1、图2)所示。
图1 SATWE时程分析楼层剪力图
图2 PMSAP时程分析楼层剪力图
比较上图振型分解反应谱法(CQC)计算的楼层剪力曲线图,在大部分楼层基本能包络时程分析曲线,仅电算34层以上CQC法计算楼层剪力略小于时程分析的结果。由此可见振型分解反应谱法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。设计中仍以振型分解反应谱法计算结果为主,并将34层以上部分指定为薄弱层,该部分楼层地震剪力予以放大。这一方案也得到了本工程超限高层审查与会专家的认可。
比较PMSAP和SATWE计算出的基底剪力非常接近,其余参数如周期、结构的总质量、地震荷载和风荷载下计算得到的结构最大响应位移、地震下的剪重比等都比较接近,说明用这两个程序做计算分析是可以互相校核的。
3 抗震性能设计
本工程综合考虑设防烈度,场地条件,房屋高度,不规则的部位和程度等因素,本工程只属于高度超限的超高层建筑,且高度只超过A级而未超过B级,故将本工程预期抗震性能目标定位在“D”级,即为小震下满足性能水准1的要求,中震满足性能水准4的要求,大震下满足性能水准5的要求。
普通的高层结构抗震设计基于小振弹性设计,对于本超高层结构作为主要承重构件的剪力墙,尤其是底部加强区需要提高其抗震承载能力。根据抗震概念设计“强柱弱梁、强剪弱弯”的要求,剪力墙也需要有更高的抗震安全储备,所以本工程剪力墙底部加强区采用中震设计。具体措施如下:
(1)根据安评报告中震设计的地震影响系数最大值采用0.23,不考虑与抗震等级有关的内力增大系数(即剪力墙抗震等级定为四级),不计入风荷载的组合效应。
(2)抗剪验算按中震弹性设计,考虑重力荷载与地震作用组合的分项系数,材料强度取设计值,考虑抗震承载力调整系数。计算结果作为剪力墙底部加强区水平筋的配筋依据。
(3)抗弯验算按中震不屈服设计,不考虑重力荷载与地震作用组合的分项系数,材料强度取标准值,不考虑抗震承载力调整系数。计算结果作为剪力墙底部加强区约束边缘构件竖向钢筋的配筋依据。
本工程通过对关键构件剪力墙底部加强区进行中震设计,即抗弯承载力按中震不屈服复核,抗剪承载力按中震弹性复核,结构能满足性能水准1、4的要求,预估结构在大震作用下能满足性能水准5的要求。各性能水准目标具体描述如下:
性能水准1:结构在遭受多遇地震后完好,无损伤,一般不需修理即可继续使用,人们不会因结构损伤造成伤害,可安全出入和使用。
性能水准4:遭受设防烈度地震后结构的重要部位构件轻微损坏,出现轻微裂缝,其他部位普通构件及耗能构件发生中等损害。
性能水准5:结构在预估的罕遇地震下发生比较严重的损坏,耗能构件及部分普通构件损坏比较严重,关键构件中等损坏,有明显裂缝,结构需要排险大修。
4 结论
通过工程实例分析超高层住宅建筑结构设计工作,可以得出以下几点结论:①PMSAP和SATWE计算结果的比较表明了SATWE计算结果进行结构设计是基本可靠的;②采用合理的方法对部分楼层剪力进行了调整,能够有效确保工程抗震分析安全、可靠;③对剪力墙底部加强区采用中震设计,能够满足住宅建筑的抗震需要。
参考文献
关键词:超高层建筑 结构设计 基础设计
一、超高层建筑定义
1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上,专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。
第一类高层建筑:9-16层(高度到50米);
第二类高层建筑:17-25层(高度到75米);
第三类高层建筑:26-40层(最高到100米);
超高层建筑:40层以上(高度100米以上)。
在我国,民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定:
1 住宅建筑按层数分类:一层至三层为低层住宅,四层至六层为多层住宅,七层至九层为中高层住宅,十层及十层以上为高层住宅;
2 除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑,大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑);
3 建筑高度大于等于1OOm的民用建筑为超高层建筑。
二、超高层建筑的结构设计特点
超高层的结构体系选择与低层、多层的建筑相比,超高层建筑的结构设计显得十分重要。不同的建筑结构体系选择可以对建筑的楼层数目、平面布置、施工技术要求、各种管道的布置及投资多少等产生最为直接的影响。
(一)超高层的建筑结构设计的特点
1.水平力的主要因素
楼房的自重与楼面的载荷在竖向放人构件中所产生的弯矩与轴力大小仅仅是与楼房的高度一次方形成正比,但是水平载荷对与建筑所产生的倾覆力矩以及轴力的大小则是与楼房的高度二次方形成正比。因此在超高层的建筑设计中,水平力是设计主要因素,风荷载大部分情况成了水平力主导作用。
2.轴向变形的因素
由于楼房的自重而产生的轴向压应力会导致楼房的中柱产生出较大轴向变形,会直接导致连续梁的中间支座处负弯矩值直接减小,从而导致跨中正弯矩值与端支座的负弯矩值增大。
3.侧移做为控制指标
超高层的建筑结构侧移随着高度增加会迅速的增大(侧移量和楼层之间高度四次方是正比关系),所以控制结构侧移是超高层建筑结构设计的关键指标。
4.抗震设计的要求更高
超高层的建筑属于重点设防,抗震措施须按相应的规范要求加强。
(二)造型设计
建筑造型现代、简洁。主楼在进深方向上分解为三部分,通过实、虚、实的组合使楼体形体感增强,同时建筑元素以竖向线条为母题,使楼体感觉更为挺拔。裙房延续主楼的竖向线条,与主楼在建筑语汇上统一。
三、总体结构设计
(一)结构选型
在实际工程中多采用钢筋混凝土框架一核心筒结构,虽然其结构承载能力和抗变形能力比筒中筒结构差,但避免了结构竖向抗侧力构件的转换。由于很多情况结构侧向位移难满足限值要求,可利用建筑避难层,设置钢筋混凝土桁架的结构加强层。结构加强层是一把双刃剑,虽然可提高结构抗侧移刚度,也使得结构竖向刚度突变,所以结构加强层及相邻层按《高规》要求进行了加强处理。
(二)超限措施
在工程结构平面形状宜规则、刚度和承载力分布宜均匀,竖向体型也宜规则和均匀、结构抗侧力构件宜上下连续贯通。
由于结构高度超限、而且首层层高较高,超限应对措施把首层及下部若干层的结构抗侧力构件作为加强的重点:下部多层框架柱采用钢管混凝土组合柱,底部几层根据要求核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱,首层抗震等级提高一级。钢管混凝土柱有着卓越的承载能力和变形能力,但其防腐和防火材料不仅造价较高还有时效性,需考虑今后的维修保养,钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱可弥补这方面的缺陷。核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱,以解决由于首层层高较大,使得剪力墙端部应力集中的问题,并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力。
四、钢管混凝土组合柱的梁柱节点
在工程中往往仅在框架柱中采用钢管混凝土,而框架梁则采用普通钢筋混凝土,钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁的连接节点成为工程中难点之一。目前常用的连接节点有:钢牛腿法、双梁法、环梁法、钢管开大洞后补强法及纯钢筋混凝土节点法等。现介绍在钢管上开穿钢筋小孔的连接节点,为连接节点的设计提供多一种选择。
(一)钢管开小孔的连接节点构造。钢管上开穿钢筋小孔的连接节点做法要点如下:
1.钢管开小孔:小孔直径D=钢筋直径+10mm,小孔水平间距:3×D,小孔垂直间距=2×D;
2.钢管水平加强环:梁顶面和梁底面各设置一道,环板宽度:钢管混凝土柱时,取0.10倍钢管直径、钢管混凝土叠合柱时,取65~100mm;环板厚度=0.5t且≥16mm(t为钢管壁厚);
3.钢管竖向短加劲肋:紧贴水平加强环,肋宽=环板宽一15mm,肋厚=环厚,长度为200mm,布置在梁开孔部位的两侧和中间;
4.梁钢筋尽量采用直径较大的HRB400级钢筋,以减少钢管开孔数量。在钢管混凝土叠合柱时,部分梁钢筋可以在钢筋混凝土柱区域穿过。
(二)钢管开小孔连接节点的优点
1.钢管开小孔后对钢管截面削弱不大,梁钢筋穿过小孔后剩余的缝隙很小,钢管对管芯混凝土的约束力基本没减少,不影响钢管混凝土柱的承载能力和变形能力。
2.梁钢筋直接穿过钢管后,梁可以可靠的传递内力,梁长范围内的刚度保持不变,结构受力分析与实际相同。
3.在设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后,钢管在节点区是连续的,节点的刚性不受影响,满足“强节点弱构件”的要求。
4.现场施工较方便,即使圆弧形梁钢筋也可顺利穿过;
5.节点补强所用材料比钢牛腿法和钢管开大洞法减少很多,造价较低。
五、剪力墙平面外对梁端嵌固作用分析
框架一核心筒结构,部分框架粱要支撑在剪力墙平面外方向。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素:墙平面外对粱端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙元平面外刚度分析功能,但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度,当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大情况时,计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用,使得梁端负弯矩计算值要大于实际值。
六、核心筒外墙的连梁设计
核心筒外墙的连粱纵筋计算超筋是非常普遍的情况。《高规》规定,跨高比小于5时按连梁考虑,连梁属于深弯粱和深粱的范畴,其正截面承载力计算时,已不符合平截面假定,不能按杆系考虑。《高规》对连梁设计的具体要求是“强墙弱梁”和“强剪弱弯”,但实际施工中还要取决于设计者的理解和经验。工程核心筒外墙的连梁按《高规》要求进行设计,除连梁均配置了交叉暗撑外,对非底部加强部位剪力墙的边缘构件也进行了加强处理,以满足“多道抗震防线’和“强墙弱梁”的要求。
七、结束语
超高层建筑物合理的结构设计至关重要。在达到高层建筑结构的安全性及经济性。重视概念设计,确定合理的结构方案,采取有针对性的技术措施,应保证结构分析计算准确性和设计指标的合理性,重视中震和大震下的结构安全性能。
参考文献:
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2008
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
《高层民用建筑钢结构结构技术规程》JGJ99-98
《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)
关键词:住宅;给排水;设计;施工;质量;要点
前言
随着人民物质生活的逐步改善和提高,建筑界新材料和新工艺的普遍使用,人们对住宅的功能和品质要求越来越高,强调个性化、高档化和功能化的居住小区越来越多出现在我们面前。住宅的给排水系统是住宅的重要组成部分,是人们生活必不可少的功能体系,居民住宅给排水质量是住宅功能和品质的重要组成。住宅给排水的设计和施工对住宅建设、日后使用、维护有重要的影响。影响住宅给排水质量的因素有很多,本文根据住宅给排水施工的实际经验的基础上,提出按照经常出现问题的设计和施工步骤,既:给排水管材的选用、水表的安装、水管的敷设方式和用水器具的设置,将住宅给排水系统的设计和施工划分为如下几个主要要点
1 居民住宅给排水管材选用的要点
1.1 居民住宅给排水管材选用要有经济性
由于居民收入的差异,居民住宅给排水管材选用也应该存在着不同,中高档的住宅可选用铝塑复合管或PP—R管或镀锌钢塑管作为给排水管材。中低档居民住宅可选用卫生级硬聚氯乙烯管作给排水管材,以降低工程和房屋造价。
1.2 居民住宅给排水管材选用要有安全性
禁止使用冷镀锌钢管用于室内给水管道,可根据当地的实际情况逐步推广应用铝塑复合管、交联聚乙烯管、三型无规共聚聚丙烯管等新型管材,保证居民住宅给排水管材的安全性。
1.3 给排水管材选用应参考连接方式
由于建筑科技的发展,给排水施工出现了很多新工艺和新材料,在居民住宅给排水管材选择中要综合考虑到管材之间连接的方式和各种管材的兼容性,将各种管材通过科学合理地连接成为一个性能良好的给排水体系。
1.4 居民住宅给排水管材选用要有技术性
居民住宅给排水管材选用要从技术上进行思考,对管材的温度、压力和性能做以通盘考虑,选出功能适合设计的管材。
2 居民住宅给排水水表的设置要点
2.1 多层单元式住宅水表的设置
多层单元式住宅水表的设置一般在室外水表箱内,分户水管沿室内管井或建筑外墙引入户内,相应水表集中在外墙的水表箱内,建议给水管道入户后加设一个控制阀门,以便于住宅户内的管道维修。
2.2 高层及超高层住宅水表的设置
对于高层及超高层住宅或建筑外立面有特殊要求的住宅,给水立管及水表间均设在楼梯间或走道外,由水表间至各户的给水横干管敷设在楼板下面。
2.3 高标准住宅小区住宅水表的设置
对于高标准住宅小区,一般采用自动计量系统。智能抄表系统是通过在水表上加装辅助装置,用导线将用水量信号传输至户外的信号收集器完成的。
3 居民住宅给排水管的敷设要点
3.1 居民住宅给水管的敷设要点
目前,新建住宅用水点位置分布较散,给水干管入户后可即接入分水器,分水器暗设于入户除隐蔽角落或厨房,卫生间墙体内,设置可曲挠橡胶接头,低层部分设置减压装置降低末端压力。
3.2 居民住宅排水管的设计要点
日常生活中,经常出现上下层住户因排水管道漏水而导致的各种纠纷、影响邻里关系。要根据安全、经济、环境等因素综合考虑,合理选择排水管。在居民住宅的设计中可以考虑厨房内可不设地漏,避免地漏施工处渗漏和地漏反味。在住宅室内地面以下敷设的排水管最小管径宜为DN75,方便使用和维修。对于楼房合粪便污水的底层排出横管,使用DN125为最小管径,能极大地减少管道的堵塞机会。选用UPVC芯层发泡排水管重量轻又具有隔热隔音的效果,特别适合于建筑排水,可显著地降低流水噪音,提高排水能力。
4 居民住宅给排水用水器具的设计要点
4.1 预留安装热水供应的接口
家用热水器一般有燃气、电、太阳能等三种,燃气热水器和电热水器一般安装在厨房或卫生间内,在建筑给排水设计时应预留出热水器的安装位置和冷热水管道的接口;太阳能热水器一般安装在屋顶上,冷热水管道可敷设在管道井内。
4.2 选用新型用水设备
首先,采用陶瓷片密封水嘴,感应式或延时自闭式水嘴。其次,采用节水型冲洗水箱、卫生洁具和配件。其三,水质保障设备的应用,推荐给排水系统中安装除氟、除铁、除锰设备。最后,推荐选用多种防二次污染的消毒设备,如臭氧、二氧化氯、次氯酸钠及紫外线等处理设备。
5 居民住宅给排水其他问题
5.1 地漏水封深度的控制
目前,建设及施工单位为了降低造价使用市场上价格低廉的地漏,这种地漏水封一般不大于3厘米,满足不了水封深度要求。另外,居民装修房子时选用装修市场上的不锈钢地漏替代原来的塑料地漏,外表虽光亮美观,内部水封同样很浅。当排水时,地漏的水封由于正压或负压被破坏,臭气进入室内,建议设计施工时采用高水封或新型防返溢地漏。
5.2 坐便器排水口位置选择
由于坐便器的型号规格较多,各型号座便器对下排水口的位置要求也不尽相同,设计施工中应选择合理的位置以便适应多数居民的要求,施工图纸应有各种卫生洁具的定位尺寸。
6 结语
给排水系统是居民住宅重要的基础设施,是人们生活比必不可少功能性设备。随着人民需要的不断提高住宅给排水系统呈现出差异化、灵活化和多功能化的趋向。可以说,给排水系统的设计和施工不但影响到居民住宅的建筑质量,而且影响着人们生活的质量,因此,要加强对居民住宅给排水设计和施工的管理,本文在常见的几个方面对居民住宅给排水问题进行了简单的探讨,希望大家在此基础上进一步思考和实践,找出实现居民住宅给排水系统多功能化和实用化的新办法。
参考文献
[1] 曹辉.关于住宅建筑给排水设计的思考[J].建筑设计管理.2009,07.
[2] 唐艳勤,吴大群.浅谈高层建筑给排水系统[J].科技风.2010,07.
关键词:建设设计;理念
一 工程概况
本项目位于成都成华区东二环内,双林北支路以北、新鸿路以南、二环路以西,项目为住宅及商业配套设施。规划建设用地面积19134.47,建设规模116545.15。
项目总体地势较为平坦,属传统老城核心区域。交通出行方便,生活配套成熟,但区域大环境陈旧,商业品质不高,发展缓慢。地块呈L型,位置整体较深。西北面和东面私密性较好,西侧与南侧临路,展示面及商业价值较高。项目周边市政,教育,医疗,购物,餐饮配套均十分成熟,是项目重要的优势资源。本案整体规模偏小,无自然景观资源,适宜开发中高端或中端首置、首改类产品。
二 规划设计理念
该项目的创作思路是将商业的价值提升到最大化,同时打造高端品质的住宅小区,使得该用地发挥它的最优价值,同时美化城市空间环境。在用地南区,商业沿西侧和南侧布置,在商业部分引入商业街,从小龙桥街和南侧待建规划道路引入人流,提升商业街人气;同时着手商业的空间形态,营造一个内部商业广场,并通过下沉空间将人流引入地下超市,并且在商业广场东侧营造一个带形商业街,并通过连廊来组织内部的交通流线,使得商业部分形态丰富,富有活力。而在用地的南侧和北侧分别是两栋两拼超高层住宅,它们之间是一个开阔的中庭庭院。同时在住宅的西侧的商业部分上方设计了loft公寓,这样无论是在天际轮廓还是总体布局上都能彼此呼应,相对独立,有能发挥出各自功能特色。西侧设住宅小区主要出入口,这样住宅小区人流和商业人流也避免交叉;住宅塔楼以南北向为主,创造良好的日照通风条件,在南北侧住宅之间是大而宽敞的中庭景观空间,而大部分户型享有这样良好的中央园景。建筑高度错落有序,丰富空间层次,美化城市环境和天际线。
三 建筑设计
(一)总体布局:
该项目的创作思路是将商业的价值提升到最大化,同时打造住宅小区的高端品质,使得该用地发挥它的最优价值,同时美化城市空间环境。
在南区的商业空间设计推敲上,商业定位为邻里中心,注重商业空间的外向性及空间内向性。全面考虑商业丰富的业态,功能齐全包揽衣,食,住,行,学,娱乐,健身等,将创意的loft空间,风情商业休闲街集于一体的城市社区型标志性街区型商业综合项目。从商业的空间形态着手,在商业区引入商业街,在小龙桥街和南侧待建规划道路引入人流,将人流引入商业街的内部,在商业区内打造内部商业广场,并且并通过下沉空间将人流引入地下超市,同时在商业广场东侧营造一个带形商业街,这条带形商业街由连廊组织内部的交通流线,使得商业部分形态丰富,富有活力。在这个过程中,由外部商业道路到内部中心广场再到带形商业街以及下沉商业空间,形成了富有空间节奏变化的多元商业空间氛围。
在住宅小区的设计上,着重打造住宅小区品质,要使得小区环境优美,典雅尊贵,形象气质端庄稳重,宜人宜居;同时注重户型的精心设计推敲;注重住宅小区的私密性以及与北区商业部分的相对独立。在住宅的总体布局上L形的用地北侧和南部商业上方分别布置两栋两拼的超高层住宅,而在住宅之间是宽阔开敞的中庭庭院园林空间使住宅的大部分户型都有面向中庭园林空间的良好朝向,使得它们都能享受很好的朝向;另外也充分利用用地东北角的规划绿地,使朝东方向上借得良好的视野。同时,周边住宅和幼儿园的围合使得小区内部拥有一个私密的中庭,营造良好的宜家宜居氛围。在住宅的入口,分别位于小龙桥街与用地临界的最上方,巧妙的使得住宅小区和商业区人流互不交叉,并打造了一个大气独立的小区景观大道,提升了这个楼盘的形象品质。
在loft公寓的设计推敲上,loft与住宅及商业之间的关系相互紧密而富有条理,同时整体空间形态布局富有节奏,相互和谐。整体城市空间形态上疏密有致,开合有序;在空间尺度节奏上,至高的住宅树立挺拔的城市空间形象,公寓的尺度稍跌,最后是尺度宜人,便于人群亲近的商业空间,整体空间尺度上形成高下相盈的节奏势态。loft公寓的入口设在商业街内,使得loft公寓的人流带活内部商业街区,为商业区提供一个基础的商业人流。
(二)单体设计:
住宅建筑:包括四种户型产品(60,70,80,115 ),总户数为948户,户型比例约为35%:30%:30%:5%,满足业主和市场的需要。为超高层建筑,约120米。
B户型(60)为两房,一梯六户以及一梯七户,单层层高2.95m,共四栋分别于基地南北两侧布置,总户数384户。
C户型(70)紧凑三房,一梯六户以及一梯七户,单层层高2.95m,共四栋,分别于基地南北两侧布置,总户数263户。
D户型(80)舒适三房,一梯六户以及一梯七户,单层层高2.95m,共四栋,分别于基地南北两侧布置,总户数263户。
E户型(115 )舒适四房,一梯六户,单层层高2.95m,共一栋,位于基地西北角,总户数38户。
Loft公寓建筑:户型套内面积将近30,单层层高5.4m,共一栋,位于用地的西南角,四―十五层,下面三层商业,建筑高度约79.8米。
商业建筑:二―三层,层高为,一层6m,二,三层4.5m,位于用地南侧及西侧,少量北侧,建筑高度为10.5m及15m。
(三)立面设计
建筑的立面整体风格为欧式Art Deco风格,住宅部分以雅黄色调为主,主体强调垂直线条,整体沉稳大气,高贵典雅。通过对线脚的处理和立面三段式的划分,使建筑庄重挺拔,营造高端的居住品质,在loft及商业的处理上,融合现代建筑的大面积玻璃幕墙,整体上带来Art Deco建筑与住宅欧式风格的变奏。商业部分的立面设计方案二,以雅黄色调为主,同时调和橘色材质,让商业变得活泼而具有活力,并且这种简约现代风格略带Art Deco气质,在风格与住宅及loft的风格协调一致,从而带给欧式建筑带来新的活力。
关键词:超高层建筑;给水系统;设计
中图分类号: TU208 文献标识码: A
一、超高层建筑给水系统重要性分析
给水设计是超高层建筑设计中的一个重要环节,主要作用是为用户提供水源通道,通过一定的加压设施使水源管道中的水具有一定的压力,满足整个建筑的用水需求。除了生活用水外,还有一个重要的作用就是为消火栓系统与自动喷水灭火系统等提供水源,一旦发生意外火灾将会提供水源保障。由于超高层建筑其建筑高度大,功能复杂,在给水系统的设计过程中往往存在着:分区多,管路复杂,管道系统受压过高,系统联动控制复杂,水泵运行过程中管道易出现超压现象,严重时甚至会出现管道破裂现象等一系列问题,特别是管道超压问题一直是设计人员谈论的热点。
二、工程概况
超高层建筑是指建筑高度大于100m的民用建筑。超高层民用建筑按其功能分为超高层公共建筑和超高层居住建筑,在实际工程设计中采用不同的给水形式。GB 50045-95 高层民用建筑设计防火规范2005版6.1.3条中规定;建筑高度大于100m的公共建筑要设避难层,超高层的避难层一般均作为机电专业的设备层。本文涉及的工程为超高层公共建筑。总建筑面积为48470.85m2。建筑高度为129.95m。地下2层,地上32层,地下1层局部为设备用房,其余为复式汽车库;地上层为大办公室;4层为职工餐厅,5层、18层为避难层。该建筑为一类超高层建筑,耐火等级为一级,结构形式为框架剪力墙结构。
三、给水方式选择
选择给水方式是高层建筑给水系统设计的关键,直接关系到给水系统的使用和工程造价,对于超高层建筑,城市给水管网的水压一般满足不了高区部分的用水压力要求,绝大多数采用分区给水的方式,即低区部分由城市给水管网供水,高区部分由水泵加压供水。
本工程建筑高度超过100m,如仍采用并联给水方式,其管网承压过大,存在安全隐患,故本工程采用串联分区供水的方式,即在避难层设生活转输水箱和转输水泵来实现串联分区供水。供水水源为城市自来水,水压约0.40MPa。在本楼的地下2层设置生活水箱和生活转输水泵,在18层避难层设置生活转输水箱和生活加压泵供各分区生活用水。生活给水系统的水质应符合 GB 5749-2006生活饮用水卫生标准的要求。
四、给水系统竖向分区
根据本工程建筑高度,在进行给水系统设计时,首先要考虑的就是竖向分区问题,并根据不同性质的用水区域,进行给水加压系统分别设置的考虑,主要考虑以下几个因素:(1)供水泵组所负担的层数受给水器具的承压能力限制。(2)由于楼层超过100m,管道较长,压力较大,保证供水的安全和稳定极其重要,宜采用高位水箱的供水方式,可避免在低区设置扬程高的水泵和水压过高的压水管。(3)设变频供水泵组,可以使高峰流量和低谷流量之差减小,水泵在高效区运行时段就越长,对节能有利。
该工程生活给水系统重力供水部分采用上行下给枝状供水管网,加压供水部分采用下行上给枝状供水管网,根据建设单位要求引入管设总水表计量,办公楼每层均设置水表计量。该工程采用串联分区供水,给水系统竖向分为六个区,分别为市政1区、重力1区、重力2区、加压1区、加压2区、加压3区六个区。
-2层~4层为市政1区,由城市管网直接供水,充分利用市政压力。地上10层~14层为重力1区,由18层避难层转输水箱重力供给;5层~9层为重力2区,由18层避难层转输水箱重力减压供给,减压阀组设于10层管井内;15层~20层为加压1区,由18层避难层转输水箱和加压1区恒压变频调速供水设备供水;21层~26层为加压2区,由18层避难层转输水箱和加压2区恒压变频调速供水设备供水;27层~32层为加压3区,由18层避难层转输水箱和加压3区恒压变频调速供水设备供水。
五、转输水箱
超高层建筑采用的垂直串联供水方式,常常需要在中间设备层或避难层设置转输水箱,设计转输水箱时需要确定水箱容积,水箱容积根据转输水箱所起的作用的不同,计算方式也有区别。
该工程地下2层设置生活水箱和生活转输水泵,生活转输水泵采用变频泵组转输水量来补充避难层转输水箱水量的不足,按《建筑给水排水设计规范》3.7.3生活水箱的有效容积按建筑物最高日用水量的25%计算:办公楼每层120人,每人每班40L/d,使用时间:8 h,小时变化系数:1.5,最高日生活用水量为144m3/d,最大时生活用水量为27m3/h。生活水箱有效容积v=120×28×0.040×25% =33.6m3。按《建筑给水排水设计规范》3.8.3中当建筑物采用高位水箱调节给水系统时,生活转输水泵的最大出水量不应小于最大小时出水量。转输水泵的流量:120×28×40×1.5/8=7 L/s。在18层避难层设转输水箱,设转输水箱的作用在于:1)调节初级泵与次级泵之间的流量差,防止初级泵的频繁启动;2)阻止次级泵停泵时,管网压力回传。按《建筑给水排水设计规范》3.7.5.1条中由水泵联动提升进水的水箱(即转输水箱)生活用水调节容积,不宜小于最大用水时水量的50%,且3.7.8中生活用水转输水箱的调节容积取转输水泵5min~10min的流量。在本工程设计中,因建筑物避难层面积有限,不仅要设生活转输水箱而且要设消防转输水箱,故转输水箱的容积应按重力供水区(即地上5层~14层)最大小时水量的50%和5min~10min的加压区水泵(15层~32层)设计流量之和且不小于半小时最大小时用水量。因本工程三个加压区的水泵流量均为3.34L/s,故生活转输水箱容积V=10×120×0.040×0.5/8+3.34×10×60×3/1000=3+6=9m3。
根据《城镇给水排水技术规程》生活转输水箱均采用不锈钢水箱,水箱必须定期清洗消毒,每半年不得少于一次。水箱采用紫外线消毒仪进行消毒。除了转输水箱重力供水的楼层外,其余楼层被分为三个区,每个区均设一套恒压变频调速供水设备,以满足本区的水量和水压的要求,所设泵组的流量应按所供区域的设计秒流量选泵,泵组在额定转速的工作点应位于水泵高效区的末端。转输供水泵由转输水箱水位控制启停,各水箱设 2 个水位控制,低水位时起泵、高水位时停泵。低位水箱超低水位时,转输水泵停止运行并报警。因本工程避难层要求暖专业提供采暖,故不考虑给水设备的防冻问题。
结束语
综上所述,超高层建筑给水系统设计工作的最终目的,是使得超高层建筑给水系统设计达到既节水又节能,同时必须将给水系统分区设计完善的基本要求,这在超高层建筑给水系统设计中是一项至关重要的工作,与建筑住户的体验以及生活密切相关。同时,超高层建筑给水系统必须进行合理的竖向分区,使水压保持在一定的范围。因此,建筑工程的设计人员应充分遵循超高层建筑的设计规范,在建筑节能设计中,通过借鉴现有的成功工程经验,并积极引入有利于安全性、可靠性的新技术,提升我国建筑行业的整体技术与节能、安全水平,保证超高层建筑的用水质量。
参考文献
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[2]胡树花,杨柳. 高层建筑外墙消防给水系统的设计模式[J]. 消防技术与产品信息,2014,03:30-32.