發(fā)布時(shí)間：2023-06-13 16:21:16
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的大跨度結(jié)構(gòu)建筑工程實(shí)例樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：地下室頂板；GBF空心樓蓋；施工工藝
地下室結(jié)構(gòu)本身具有一定的復(fù)雜性，在對(duì)其進(jìn)行施工的過程中，施工人員需要注意的是問題比較多，不僅要保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，還需要對(duì)防水和滲水問題加強(qiáng)重視。接下來，筆者主要以具體的工程為例，對(duì)地下室頂板結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)進(jìn)行深入探討。
1 工程概況
某建筑工程主要是一種綜合體，房屋建筑的高度為100m，其中地上建筑層數(shù)為30層，地下為3層?？傮w的建筑面積為5.5萬m2，其中三層地下室的總體面積為1.3萬m2。地下三層結(jié)構(gòu)中，一層和二層主要為商場(chǎng)，建筑的高度為4.8m。地下結(jié)構(gòu)除了商場(chǎng)之外還有車庫。建筑工程樁主要是以鋼筋混凝土灌注樁為主。地上結(jié)構(gòu)主要以框架剪力墻結(jié)構(gòu)為主。本工程在應(yīng)用的過程中主要采用的是GBF高強(qiáng)薄壁空心管樓蓋，空心管處于樓板的中心位置，板體的厚度以及樓板的長(zhǎng)度分別為。另外，鋼筋結(jié)構(gòu)配置相對(duì)比較均勻。
2 GBF薄壁管空心樓蓋技術(shù)
2.1 GBF薄壁管空心樓蓋技術(shù)特征
對(duì)于地下室頂板工程來說，GBF薄壁管空心樓蓋的應(yīng)用主要是一種以空心樓和暗梁相組合的形式，其中暗梁的厚度需要和樓層相同，高度在不斷升高，結(jié)構(gòu)的自重隨之減少。如果預(yù)應(yīng)力較低就可以直接滿足大開間以及大跨度的整體要求。這樣不僅可以降低施工的成本，還可以提升建筑的公共性。
在具體的施工中，GBF管需要由專門的生產(chǎn)廠家來進(jìn)行供貨，但是在材料進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)之后，檢測(cè)人員需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)地檢測(cè)，保證樓板的跨度以及厚度等因素都符合GBF管的施工要求。通常情況下，管壁的厚度為25mm，直徑為250mm，跨度可以達(dá)到40m。由于這種類型的管材自身重量相對(duì)較輕，將其埋設(shè)在混凝土板的內(nèi)部，管和管之間就會(huì)形成各種不同類型的空隙，最終形成無梁結(jié)構(gòu)的空心樓蓋形式。
2.2 GBF薄壁管空心樓蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析
建筑物結(jié)構(gòu)本身的自重在明顯地降低，無論是橫向還是豎向的結(jié)構(gòu)成本都相對(duì)較低。其中大跨度、大空間的樓層建筑中都可以應(yīng)用到空心樓蓋結(jié)構(gòu)。不僅如此，對(duì)于底層建筑來說，無梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還需要進(jìn)一步改進(jìn)。從這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上看，應(yīng)用靈活，而且施工也比較便利。
2.2.2 結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)
這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)不是十分明顯，但是有些缺點(diǎn)如果不被重視必然會(huì)對(duì)建筑的整體質(zhì)量造成嚴(yán)重地影響。如果經(jīng)過長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，很容易對(duì)芯管造成一定的破壞，另外，芯管結(jié)構(gòu)很難進(jìn)行固定，而且管距離也不容易一直保持均勻直線的狀態(tài)。另外，在混凝土澆筑的過程中，芯管可能會(huì)出現(xiàn)上浮的現(xiàn)象，因此很有可能會(huì)帶動(dòng)板筋向上，這樣就會(huì)使得保護(hù)層的偏差過大。另外，芯管的上方和下方都很難進(jìn)行密實(shí)地振搗，很容易出現(xiàn)蜂窩以及孔洞的現(xiàn)象。
3 GBF空心樓蓋施工工藝要點(diǎn)
3.1 工藝流程
具體的工藝流程如下：施工人員首先進(jìn)行的是測(cè)量放線，然后對(duì)平板底模板進(jìn)行安裝，然后做好GBF芯管的放線工作。在放線結(jié)束之后，工作人員需要做好暗梁的綁扎工作，然后對(duì)水暖電等設(shè)備進(jìn)行安裝。在芯管就位之后，施工人員應(yīng)該對(duì)鋼筋以及板面進(jìn)行綁扎，然后進(jìn)行檢查驗(yàn)收。在一起工作準(zhǔn)備完畢之后，就可以進(jìn)行混凝土的澆筑工作。最后，施工人員應(yīng)該對(duì)混凝土工程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，然后拆除模板。
3.2 模板安裝工藝
模板工程的安裝意義重大，首先應(yīng)該搭設(shè)底模的支撐腳手架結(jié)構(gòu)，然后安裝木龍骨以及鋼管結(jié)構(gòu)。底板模板主要采用的是大模板形式。在這一施工環(huán)節(jié)中，工作人員要對(duì)模板的規(guī)范程度進(jìn)行控制。
模板應(yīng)根據(jù)樓蓋的總厚度、暗梁的寬度與平面布置作恒載取值，分別進(jìn)行承載力和穩(wěn)定性計(jì)算，按計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)模板、龍骨與支撐的布置，并考慮兼做薄壁管抗浮錨定要求。
3.3 綁扎鋼筋
模板驗(yàn)收合格后，開始綁扎暗梁鋼筋、底層板筋及薄壁管間肋鋼筋；薄壁管間肋中鋼筋網(wǎng)片應(yīng)點(diǎn)焊成型后再綁扎；將網(wǎng)片的下部與底層鋼筋綁扎固定，上部待GBF芯管安裝完畢后與上層鋼筋綁扎固定；暗梁及底層板筋在綁扎好后并進(jìn)行初驗(yàn)。
3.4 GBF薄壁管安裝
本工程使用的GBF 薄壁管是空心的并且密封的圓形管，所以在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，會(huì)因振動(dòng)棒的振動(dòng)和GBF 薄壁管本身的浮力而導(dǎo)致GBF 薄壁管帶動(dòng)鋼筋網(wǎng)片上浮?？垢航钍菃蝹€(gè)GBF薄壁管固定的關(guān)鍵，抗浮壓筋采用直徑10鋼筋，每根GBF 薄壁管設(shè)置兩道壓筋，壓筋要與馬凳筋焊接牢固，不允許漏焊。
4 關(guān)鍵施工技術(shù)措施
4.1 空心板的抗浮措施
必須對(duì)抗浮控制點(diǎn)進(jìn)行合理的布置，通常將控制點(diǎn)布置在肋處，可按矩形或者梅花型布置，每肋都設(shè)或者隔一個(gè)肋交錯(cuò)設(shè)置，保證每平方米范圍內(nèi)不少于一個(gè)點(diǎn)?？垢】刂泣c(diǎn)可定在肋梁中上鐵與分布筋相交點(diǎn)，也可以定在箍筋的上部或下部。GBF薄壁管的抗浮靠12#的鐵絲固定。固定抗浮控制點(diǎn)時(shí)，先將鐵絲一端在模板上從孔中往下穿出，與模板的支撐系統(tǒng)綁牢后將鐵絲端頭從孔中住上穿回來；當(dāng)安放好GBF 薄壁管、綁扎好GBF管頂上的定位箍和抗浮鋼筋后，就可將鐵絲的兩個(gè)端頭在抗浮控制點(diǎn)處擰緊。為了安裝抗浮控制點(diǎn)，需在肋梁部位的底模上打孔?；诜奖悴僮髋c及時(shí)清理打孔隨屑考慮，打孔工作應(yīng)當(dāng)在模板上普通鋼筋剛放好樣，肋梁部位已確定后及時(shí)進(jìn)行。
4.2 空心板的定位措施
在本工程施工中，施工重點(diǎn)與難點(diǎn)就是空心板的定位以及抗浮，其施工措施是否合理，對(duì)空心板結(jié)構(gòu)體系功能的實(shí)現(xiàn)具有直接的聯(lián)系。GBF薄壁管的定位是靠準(zhǔn)10U 型箍筋、GBF薄壁管限位鋼筋是靠馬鐙筋和架立鋼筋以及抗浮鋼筋來實(shí)現(xiàn)。限位鋼筋與架立鋼筋和抗浮鋼筋限制GBF 薄壁管的上下錯(cuò)動(dòng)，U 型箍筋限制GBF 薄壁管的左右錯(cuò)動(dòng)；靠四種鋼筋的摩擦力限制GBF 薄壁管的前后錯(cuò)動(dòng)。在安放GBF 薄壁管之前先按布置圖放好馬鐙筋再固定好架立鋼筋，放好GBF 薄壁管后再穿定位鋼筋和抗浮鋼筋，限位鋼筋定位要求準(zhǔn)確，一定要牢固綁扎或者點(diǎn)焊在抗浮鋼筋上，位置絕對(duì)不允許錯(cuò)動(dòng)。
結(jié)束語
由于近年來，在地下室頂板施工中，為了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的自重進(jìn)行減輕，增加地下室的實(shí)際凈高，降低成本，縮短工期，GPF高強(qiáng)薄壁管空心樓蓋技術(shù)被廣泛的運(yùn)用在地下室頂板施工中。本文主要根據(jù)工程實(shí)例闡述了地下室頂板采用GBF空心樓蓋施工技術(shù)控制要點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：建筑工程；預(yù)應(yīng)力技術(shù)；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TU198文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
當(dāng)今社會(huì)中，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,人們對(duì)于自身的生活質(zhì)量的要求也越來越高了，這就對(duì)于我們的建筑設(shè)計(jì)提出了更高的要求。這種要求的出現(xiàn)必然會(huì)引發(fā)我們對(duì)于新技術(shù)的探索以解決類似的問題，此時(shí)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)便出現(xiàn)在了我們的視線中，并且起到了非常重要的作用。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的形式也是多樣豐富的，常用的形式有：無梁平板結(jié)構(gòu)、有梁大板框架（或剪力墻）結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)和吊車梁以及特殊結(jié)構(gòu)如水池、筒倉(cāng)、大懸挑結(jié)構(gòu)等。
1 平板結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用
在國(guó)內(nèi)建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)的過程。傳統(tǒng)的普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系，需在柱間及隔墻下設(shè)置框架梁和次梁．這必然導(dǎo)致室內(nèi)明梁縱橫交錯(cuò)，降低了樓層的有效高度影響了室內(nèi)美觀和使用功能，裝修也較難處理；由于室內(nèi)明梁的存在隔墻布置的任意性受到限制，室內(nèi)功能的重新調(diào)整比較困難，而一棟建筑物在其50 年甚至 70 年使用期內(nèi)都不需對(duì)空間重新分隔和變換使用功能是很難想象的，特別是一般的商場(chǎng)建筑及辦公樓建筑。若設(shè)計(jì)中樓蓋體系采用普通鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)，以上問題則迎刃而解；工程若采用普通鋼筋混凝土無梁平板結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)隔墻較多。附加荷載較大，要使普通鋼筋混凝土平板的裂縫控制等級(jí)及撓度滿足規(guī)范要求，計(jì)算所需板厚較厚，同時(shí)普通鋼筋用量也較大，不經(jīng)濟(jì)。為了提高整個(gè)樓蓋的抗裂性能，減薄板厚，減輕結(jié)構(gòu)自重，提高其使用功能，采用近年來在大量工程中得以廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)構(gòu)技術(shù)，將整個(gè)樓蓋設(shè)計(jì)為后張部分預(yù)應(yīng)力技術(shù)無梁平板結(jié)構(gòu)是一個(gè)良好的選擇。
這種預(yù)應(yīng)力無梁平板，除在樓板周邊保留必要的邊梁和在局部少數(shù)有隔墻的地方及洞口邊緣保留梁之外，室內(nèi)明梁全部取消，僅在必要的地方設(shè)暗梁以改善樓板的受力性能，每單元整個(gè)室內(nèi)頂板為一整塊的平面。部分鋼骨柱中配置了型鋼,使得普通鋼筋、型鋼和預(yù)應(yīng)力波紋管在布筋過程中也會(huì)出現(xiàn)位置相互干擾, 因此梁柱節(jié)點(diǎn)處的布筋成為工程的難點(diǎn)。另外預(yù)應(yīng)力筋張拉端處的群錨錨具體積較大, 無法放置到柱中,只能采用外錨的形式,致使預(yù)應(yīng)力筋張拉后的混凝土封錨成為施工中的難點(diǎn)。某些預(yù)應(yīng)力梁為多跨連續(xù)梁,預(yù)應(yīng)力筋較長(zhǎng),預(yù)應(yīng)力筋在柱兩側(cè)需要搭接處理, 搭接處的預(yù)應(yīng)力筋布置也是預(yù)應(yīng)力梁施工中的難點(diǎn)。
2 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用
目前，隨著我國(guó)城市居住用地的日趨緊張，對(duì)于建筑工程的結(jié)構(gòu)和功能配置也提出了更高的要求，特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)的質(zhì)量驗(yàn)收設(shè)定了具體的標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)應(yīng)力筋是預(yù)應(yīng)力分項(xiàng)工程中最重要的原材料之一，預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)場(chǎng)時(shí)，要求廠家提品合格證外，還應(yīng)提供反映預(yù)應(yīng)力筋主要性能的出廠檢驗(yàn)報(bào)告，兩者也可合并提供，但主要項(xiàng)目、內(nèi)容應(yīng)基本齊全。我國(guó)高層建筑發(fā)展迅速，且多為多功能綜合性建筑，需要大柱網(wǎng)、大空間的公共設(shè)施在下部，從受力的角度講這是不合理的，解決這種矛盾的最常用方式就是設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。
隨著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的逐漸成熟，預(yù)應(yīng)力材料及施工費(fèi)不斷下降，即使用材料等強(qiáng)代換的概念從經(jīng)濟(jì)上來比較預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在許多情況下后者并不比前者經(jīng)濟(jì)。因此我國(guó)高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的情況越來越多。預(yù)應(yīng)力技術(shù)經(jīng)過了幾十年的工程實(shí)踐和不斷研究，已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)工程技術(shù)，在今后的發(fā)展中，還將日臻完善。工程實(shí)踐告訴我們，預(yù)應(yīng)力技術(shù)以種種優(yōu)勢(shì)，在某些建設(shè)領(lǐng)域有著強(qiáng)大的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力，甚至在其還未完全占領(lǐng)的領(lǐng)域仍然具有強(qiáng)大的發(fā)展力。另外，混凝土澆筑時(shí)要注意預(yù)留同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試件，以便張拉時(shí)以其強(qiáng)應(yīng)檢測(cè)值作為預(yù)應(yīng)力筋后張拉的依據(jù)。在澆完混凝土后要及時(shí)清理干凈錨墊板的面上的混凝土，以確保錨具能順利地安裝。
3 框架結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用
框架結(jié)構(gòu)建筑的柱子與柱子之間一般會(huì)設(shè)置數(shù)量不等的明梁，大板上布置隔墻的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)于平板結(jié)構(gòu)有很多相似之處，柱距比較大，由于省去了次梁，避免了室內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的次梁，內(nèi)景好，增加凈空，抗裂好，省材料省模板和拆模人工，施工快速等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力筋的垂直位置由固定架控制，預(yù)應(yīng)筋的水平位置應(yīng)保持順直。在就位固定后。泌水孔應(yīng)設(shè)置在波紋管最高點(diǎn)及兩端部。先在波紋管上方開一直徑20mm 的圓孔，在開口上用帶嘴的塑料壓板和海綿覆蓋，并用鐵絲固定在波紋管上，接頭周邊用膠帶封嚴(yán)，以防漏漿，在塑料壓板的嘴上接上直徑 25mm 的塑料管，向外延伸至梁面以上500mm,兼作泌水孔。若這種大板配合預(yù)應(yīng)力寬扁梁使用，則也能很大限度的減低層高或提升層凈高，如 9 米跨的預(yù)應(yīng)力寬扁梁可以做到450mm 高 ， 比 做 普 通 預(yù) 應(yīng) 力 梁 650mm 少200mm 高，比普通混凝土梁 800mm 少 350mm。由于結(jié)構(gòu)種還帶有明梁，結(jié)構(gòu)仍然屬于框架或剪力墻結(jié)構(gòu)，可以用于平板結(jié)構(gòu)所不太適宜的高層或抗震設(shè)防烈度比較大的地方。有梁大板結(jié)構(gòu)適合用于住宅和辦公樓，尤其是住宅，不設(shè)次梁，既避免了室內(nèi)難看的次梁景觀，也利于住戶自行隔斷房間以實(shí)現(xiàn)不同的功能，即使更換了新住戶，改造房子時(shí)仍然可以再次自行布置房間。長(zhǎng)沙市高 12- 16 層的亞華住宅小區(qū)和 l6層的湘名園住宅小區(qū)都是采用這種結(jié)構(gòu)形式的，住宅的使用功能得到了住戶的一致好評(píng)。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)體系仍然適合用于商場(chǎng)等公共建筑。
4 特種結(jié)構(gòu)及其他
除了上述的三種比較常見的應(yīng)用以外，還有一些其他的應(yīng)用方式。尤其是隨著公共事業(yè)的發(fā)展，各種特殊功能的構(gòu)筑物不斷出現(xiàn)，有些特殊構(gòu)筑物的使用功能及受力性能常常需要預(yù)應(yīng)力技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在這些特殊功能構(gòu)筑物中發(fā)揮了重要的作用。
(1) 大懸挑結(jié)構(gòu)，體育建筑在各大中城市興起，體育建筑的形式多樣，風(fēng)格各異，使預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用豐富多彩。如南京為承辦第三屆城運(yùn)會(huì)興建的四座體育館，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位都是采用預(yù)應(yīng)力技術(shù); 江蘇省的儀征化纖體育場(chǎng)、無錫市體育場(chǎng)、南京師范學(xué)院體育場(chǎng)的觀眾席都采用了大懸挑的預(yù)應(yīng)力混凝土雨蓬。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，許多雨蓬采用鋼結(jié)構(gòu)，可以獲得更大跨度，但是造價(jià)和維修費(fèi)用都比較高，所以在適當(dāng)跨度內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)還是有很大的優(yōu)勢(shì)。(2) 儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)，一般地，儲(chǔ)罐與筒倉(cāng)對(duì)抗裂要求比較高，預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于這種結(jié)構(gòu)主要利用預(yù)應(yīng)力主動(dòng)軸力來抵抗混凝土拉應(yīng)力來提高抗裂性能; 尤其是圓筒結(jié)構(gòu)，環(huán)壁的混凝土只受環(huán)向軸力作用，正是預(yù)應(yīng)力最適合的結(jié)構(gòu)形式。繞絲后張預(yù)應(yīng)力混凝土水池在國(guó)內(nèi)應(yīng)用了幾十年，主要采用預(yù)壓應(yīng)力來抵消由于水對(duì)筒壁產(chǎn)生環(huán)向拉應(yīng)力。這樣用高強(qiáng)鋼材提高了抗裂性能就可以在同等抗裂條件下減小截面尺寸，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。(3) 其他，各種用途的塔式結(jié)構(gòu)如電視塔、通信塔、燈塔及各種水塔中，預(yù)應(yīng)力技術(shù)同樣得到了廣泛應(yīng)用。還有預(yù)應(yīng)力技術(shù)基礎(chǔ)也不少見，主要形式是預(yù)應(yīng)力條基、箱基和筏基。此外，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)、疊合結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力的技術(shù)也在不斷成熟中，工程實(shí)例也越來越多。
結(jié)語
綜上所述，預(yù)應(yīng)力技術(shù)是建造大跨度、高層結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用的核心技術(shù)之一, 采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)的建筑具有節(jié)約建筑材料、增大結(jié)構(gòu)跨度、減少結(jié)構(gòu)自重、增強(qiáng)使用功能、提高綜合效益等優(yōu)點(diǎn),值得在國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)中推廣。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土； 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；解決措施；
中圖分類號(hào)： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
當(dāng)前我國(guó)建筑行業(yè)得到飛速發(fā)展，高層結(jié)構(gòu)的建筑群不斷涌現(xiàn)，使得高層建筑的設(shè)計(jì)理念、施工技術(shù)以及建筑材料都發(fā)生了重大的變化。作為現(xiàn)代建筑普遍采用的結(jié)構(gòu)形式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度大、穩(wěn)定性高、耐久性強(qiáng)以及抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，使其在現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。要滿足高層建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際需求，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。因此，探討鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，了解設(shè)計(jì)過程中遇到的難點(diǎn)和重點(diǎn)，并采取科學(xué)合理的手段來完善和提高鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以此提高鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
一、 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)的發(fā)展
高層建筑的發(fā)展歷程：高層建筑的發(fā)展歷史悠久，最早出現(xiàn)應(yīng)該是古埃及的金子塔和我國(guó)古代寺塔建筑等，至今已有幾千年的歷史。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于高層建筑的研究也越來越深入，高層建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)也越來越完善，真正意義上的高層建筑最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末的美國(guó)芝加哥，采用框架式結(jié)構(gòu)建造的11層保險(xiǎn)商務(wù)大樓，被人們稱作是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從此拉開了現(xiàn)代高層建筑的序幕。
二、鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不同于一般的中層及以下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這兩者有本質(zhì)的區(qū)別，高層建筑結(jié)構(gòu)自身水平的荷載因素在設(shè)計(jì)中占主導(dǎo)地位，因此，在對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中，注意的地方非常多，對(duì)技術(shù)水平要求也高，隨著建筑高度的增加，水平作用力使得建筑結(jié)構(gòu)的好壞和建筑材料的用量都存在很大的不同。
三、 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足建筑工程實(shí)際效果和使用功能的同時(shí)，還需具備良好的質(zhì)量保障，這也是建筑結(jié)構(gòu)最重要的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，人們提出了“概念設(shè)計(jì)”的理論，其實(shí)建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的一種設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過程中，選擇優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對(duì)建筑整體抗震非常有利。對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各個(gè)延性構(gòu)件，要進(jìn)行具體的分析。并采取相應(yīng)的解決措施，避免一些薄弱層出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)也說明其重要性。結(jié)構(gòu)工程師在工程設(shè)計(jì)過程中必須按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并掌握結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的相關(guān)原則，從宏觀上避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤或者計(jì)算失誤的情況，保證工程的本質(zhì)安全。
四、 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見的問題分析
以下通過實(shí)例來分析和探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的問題。某市一大型超市位于該市東城黃河路南側(cè)。該建筑地下一層，地上 17 層。建筑長(zhǎng)度 102.4m，寬度為 53.6m，高度為 76.65m，1～3 層高度為 4.5 m，四層及四層以上層高 4.2 m，地下室層高 4.2m，房屋主樓最大跨度 14m，抗震縫以上裙房最大跨度為 20 m。該建筑工程主樓結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，抗震裙房為框架結(jié)構(gòu)。主樓采用樁筏基礎(chǔ)，樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁?？拐鹂p以上裙房采用柱下獨(dú)立樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，主樓上部結(jié)構(gòu)的嵌固端為地下室底板頂部。針對(duì)該建筑工程實(shí)際情況，分析和研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，進(jìn)而提高和完善該建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。
4.1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
確定剪力墻結(jié)構(gòu)加強(qiáng)部位的墻體厚度。在進(jìn)行高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，剪力墻的底部加強(qiáng)部位要確定其墻體厚度，采用約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件等措施來起到加強(qiáng)抗震的效果。這樣能夠避免薄弱處進(jìn)行剪切時(shí)造成損壞，還能提高整體建筑抗震性能。針對(duì)這一問題，應(yīng)嚴(yán)格按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計(jì)。墻體厚度要按照規(guī)范規(guī)定取值，同時(shí)要根據(jù)建筑工程實(shí)際情況和抗震等級(jí)來確定墻體厚度。確保剪力墻底部加強(qiáng)部位抗震時(shí)不屈服，保證其安全穩(wěn)定。
4.2 地基設(shè)計(jì)問題
地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅由于該階段設(shè)計(jì)過程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素。因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。
目前，廣東應(yīng)用預(yù)應(yīng)力管樁作為鋼筋混凝土高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的樓層高度已達(dá)到 40 層。凡是采用預(yù)應(yīng)力管樁作為高層建筑地基設(shè)計(jì)的地區(qū)，其地基出現(xiàn)質(zhì)量問題及事故的發(fā)生率明顯降低。采用預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)能夠提高樁基質(zhì)量，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：第一，預(yù)應(yīng)力管樁樁身混凝土強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)選用范圍廣、成樁質(zhì)量可靠，對(duì)持力層起伏變化較大的地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)、單樁承載力造價(jià)低；第二，管樁運(yùn)輸?shù)跹b方便，接樁便捷、成樁長(zhǎng)度不受施工機(jī)械的限制，樁身耐擊，穿透力強(qiáng)，是高層建筑工程中施工速度快、工效高、質(zhì)量可靠、性價(jià)比高的樁型。地基設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，重視細(xì)節(jié)部分的規(guī)范設(shè)計(jì)。同時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況具體問題具體分析，所有樁基均應(yīng)進(jìn)行承載力和樁身強(qiáng)度計(jì)算。樁基應(yīng)選用中、低壓縮性土層作樁端持力層。樁基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)考慮樁、土、承臺(tái)的共同工作。因此，在地基設(shè)計(jì)過程中，不僅要參考國(guó)家設(shè)立的地基設(shè)計(jì)規(guī)范章程，也要按照巖土工程勘察報(bào)告所提的地質(zhì)條件，選擇合理的樁型。
五、 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析問題
5.1高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，針對(duì)案例中采用的結(jié)構(gòu)體系，可以采用樓板整體平面內(nèi)無限剛假定模型進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算過程中要根據(jù)建筑工程實(shí)際情況靈活應(yīng)用，主體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院 CAD 工程部 PKPM(多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有效元分析與設(shè)計(jì)軟件 SATWE)。其中整體分析采用 STAWE 高層版,JCCAD 計(jì)算軟件，主樓整體分析計(jì)算為多余地震下的彈性計(jì)算。
5.2采用振型分解反應(yīng)譜法，高層建筑整體計(jì)算的嵌固部位為地下室頂板?？拐鹪O(shè)計(jì)是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際情況，按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》來確定該工程項(xiàng)目的抗震等級(jí)。然后根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)要求，對(duì)相應(yīng)的抗震等級(jí)進(jìn)行評(píng)估和計(jì)算，確定抗震效果滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
5.3非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。在高層建筑中,往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容,尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大,因此,必須嚴(yán)格按照規(guī)范中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。
六、結(jié)語
鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代建筑行業(yè)的主要結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)勢(shì)推動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展，提高了建筑行業(yè)的整體質(zhì)量。在進(jìn)行鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要保證高層建筑的使用功能和外觀效果，還應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)安全質(zhì)量的問題，這也是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。通過本文了解到了鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中常見的問題，并對(duì)其問題進(jìn)行討論和分析，從中分析出高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注重選型設(shè)計(jì)、地基設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)計(jì)算三個(gè)方面的內(nèi)容。因此，在以后的鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮這三個(gè)方面的制約因素，并在實(shí)際工程中將各項(xiàng)工作落實(shí)到位，從而進(jìn)一步提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞 場(chǎng)地管線，場(chǎng)地管線建設(shè)型式，規(guī)劃設(shè)計(jì)原則，管線布置，設(shè)備用房
中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
A design method of integrated area infrastructure based on implement of terminal function
Linfeng Xie
（Architecture and Engineering College ， Institution of Kunming Technology， Kunming ， 650031）
Abstract This article explains a design method of area infrastructure， which is conducted from the developing style of integrated area infrastructure， join the base rules of functional device field and the different architecture styles， and it is the realization of terminal function. The special device rooms are the key items which are combined the functional device field with the architecture field， so it should be considered more clearly. After the above all， it is got the design method of integrated area infrastructure. Some cases ，in which the method and rules were used ， have been given in the last part of this article.
Key words area infrastructure ， engineering style of area infrastructure ， area planning rules， line displacing ， terminal function
一 概述
一項(xiàng)建筑工程，與建筑物本體相呼應(yīng)的一個(gè)必不可少的部分是該建筑工程范圍內(nèi)的場(chǎng)地管線。場(chǎng)地管線實(shí)現(xiàn)了由建筑紅線范圍外向建筑紅線范圍內(nèi)引入相應(yīng)電力、通信、燃?xì)?、給排水、熱力等城市市政功能管線的任務(wù)。在室外管線設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)其設(shè)計(jì)、布局有概況性的、原則性的描述[[] 城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范，GB 50289-98，1998 ]，[[] 民用建筑設(shè)計(jì)通則，GB 50352-2005，2005]。
為了滿足投資開發(fā)強(qiáng)度的要求和實(shí)現(xiàn)更多的主體建筑特殊結(jié)構(gòu)的需要，建筑工程建設(shè)越來越多的采用大基底大地下空間的方式，以期提供主體建筑更好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)這也是滿足現(xiàn)行建設(shè)規(guī)范中對(duì)建筑項(xiàng)目配套人民防空工程要求的具體體現(xiàn)。這就出現(xiàn)了建筑工程中地下室綜合管線和室外綜合管線交織在一起的更多工程實(shí)例。場(chǎng)地管線的設(shè)計(jì)好壞，直接對(duì)建筑設(shè)備工程的初期設(shè)備投資、建成投運(yùn)后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和未來的升級(jí)改造產(chǎn)生影響。
另一方面，由于場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)除了涉及建筑、結(jié)構(gòu)及各設(shè)備專業(yè)的設(shè)計(jì)外，還更多的包括了相關(guān)專業(yè)管線施工和安裝工藝的技術(shù)選擇。通常的設(shè)計(jì)中往往只從設(shè)計(jì)規(guī)范出發(fā)，對(duì)安裝和施工的考慮有所缺失，加之在設(shè)計(jì)圖紙表達(dá)中不是完全的把施工和安裝工藝的要求固定下來，因此場(chǎng)地管線工程在現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)試中存在不少的工程變更。在管線現(xiàn)場(chǎng)施工和安裝工藝的選擇上，一般也由設(shè)計(jì)之后的施工單位予以選擇和實(shí)施。
更進(jìn)一步，各設(shè)備專業(yè)的室內(nèi)外規(guī)劃設(shè)計(jì)，不僅包括了建筑范圍內(nèi)各設(shè)備專業(yè)遠(yuǎn)景年份需求量的估計(jì)和預(yù)測(cè)，現(xiàn)有各專業(yè)市政規(guī)劃口的規(guī)劃設(shè)計(jì)條件，以及與之相配套的各子系統(tǒng)的型式和主要設(shè)備選型，各設(shè)備專業(yè)局、站的設(shè)計(jì)，還包含各設(shè)備專業(yè)管線的設(shè)計(jì)。各設(shè)備專業(yè)的管線設(shè)計(jì)可以說是各設(shè)備專業(yè)根據(jù)各專業(yè)規(guī)劃要求和條件所做出的路徑選擇的一種體現(xiàn)。
綜合以上三個(gè)方面的論述，建筑工程的場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)需要從各設(shè)備專業(yè)的室內(nèi)外規(guī)劃出發(fā)，在考慮主體建筑具體功能要求的前提下，輔以各管線施工和安裝的工藝選擇及其實(shí)施，來組織該建筑工程的場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)。
二 場(chǎng)地分類和各設(shè)備專業(yè)的規(guī)劃
在場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)中，一開始納入設(shè)計(jì)考慮范圍內(nèi)的就是場(chǎng)地條件。因?yàn)楸疚闹饕懻摰氖窃O(shè)備專業(yè)的場(chǎng)地管線，為與建筑設(shè)計(jì)不重復(fù)，這里將場(chǎng)地按工程地址條件和各設(shè)備專業(yè)現(xiàn)有的市政條件，將其進(jìn)行分類。本文中，場(chǎng)地條件可以分為以下幾類：普通室外、山地、城市規(guī)劃區(qū)、地下室、人民防空工程。注意，規(guī)范中要求的針對(duì)7度以上地震區(qū)、多年凍土區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)、濕陷性黃土地區(qū)及膨脹土地區(qū)等的特殊技術(shù)措施不在本文討論范圍之內(nèi)。不同的場(chǎng)地條件，對(duì)場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)的影響主要有以下幾個(gè)方面：①敷設(shè)方式，②管線管溝，③管線構(gòu)筑物，④管線水平和豎向的布置，⑤管線的起訖位置。具體的相互關(guān)系如下表所示。
表1 不同場(chǎng)地條件對(duì)場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)的影響對(duì)應(yīng)表
場(chǎng)地分類 功能描述 場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)
敷設(shè)方式 管線管溝 管線構(gòu)筑物 管線水平和豎向布置 管線的起訖位置
山地 地勢(shì)起伏縱橫，有溝谷，有峰臺(tái) 架空、管溝、輔橋 桿塔、管溝、橋梁 檢查井、分支井、轉(zhuǎn)換井 離建筑物的水平排序，由近及遠(yuǎn)宜為：通信、電力、燃?xì)狻崃?、給水、雨水、污水；各類管線的垂直埋設(shè)順序宜為：通信、熱力、電力、燃?xì)?、給水、雨水、污水[[][4] 城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 50180-1993，1993] 起點(diǎn)：遠(yuǎn)端的市政接入點(diǎn)
終點(diǎn)：場(chǎng)地內(nèi)的設(shè)備用房
普通室外 覆土足夠，地質(zhì)條件良好 架空、直埋、穿管埋地、包封埋地、管溝、管線隧道 桿塔、套管、包封材料、管溝 檢查井、分支井、轉(zhuǎn)換井 起點(diǎn)：遠(yuǎn)端的市政接入點(diǎn)
終點(diǎn)：場(chǎng)地內(nèi)的設(shè)備用房或管線進(jìn)線間
城市規(guī)劃區(qū) 地塊四周已建設(shè)好城市主次干道 架空、直埋、穿管埋地、包封埋地、管溝、 套管、包封材料 檢查井、分支井 起點(diǎn)：周邊城市道路的分支井
終點(diǎn)：場(chǎng)地內(nèi)的設(shè)備用房
地下室 全地下工程 管吊、橋架 支吊架、管線 管井、綜合設(shè)備用房 沿車行道和主要通道方向布置；從梁下起各類管線排線順序宜為：消防、給水、熱力、電力、通信、通風(fēng)空調(diào) 起點(diǎn)：地下室外墻或管線進(jìn)線間
終點(diǎn)：設(shè)備用房
人民防空工程 全地下工程，有抗爆、隔離要求 管吊、橋架、抗爆預(yù)埋 支吊架、管線、預(yù)埋管件 管井、綜合設(shè)備用房 起點(diǎn)：防爆波電纜井
終點(diǎn)：設(shè)備用房
在場(chǎng)地設(shè)計(jì)中，管線的綜合平面布置還應(yīng)符合下述規(guī)則：①各管線沿建筑物、道路兩側(cè)敷設(shè)，在必要時(shí)穿越道路，但應(yīng)盡量漸少穿越園區(qū)主要道路的工程量。②建筑物至道路間依次敷設(shè)電話及電信管道、電力電纜管道、燃?xì)夤艿?、給水管道、雨水管道、污水管道。相互間距以1.5～2米為宜，最低不宜小于1.0米，以滿足管線與其他管線的建構(gòu)筑物貼臨時(shí)的尺寸要求。③當(dāng)建筑群之間設(shè)有獨(dú)立的共用建筑物變配電站時(shí)，應(yīng)為該建筑群敷設(shè)一組室外電力電纜管道。當(dāng)建筑群之間設(shè)中水站，應(yīng)選擇在管線水平敷設(shè)的低點(diǎn)匯集。④在電信管線、電力管線路徑上設(shè)置檢查井（包括90度轉(zhuǎn)角井、轉(zhuǎn)角井、T型井、四通井等），檢查井之間的間距不應(yīng)超過50米；在供水管線、燃?xì)夤芫€適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置閥門井（包括90度轉(zhuǎn)角井、轉(zhuǎn)角井、三通井、四通井等）；在排水管線路徑上應(yīng)按區(qū)域排水功能要求設(shè)置合適的集水井、分水井、跌水井。⑤在室外高差變化較大的區(qū)域，宜采用明溝排水，明溝排水宜與場(chǎng)地道路合建。⑥各管線建構(gòu)筑物宜采用混凝土結(jié)構(gòu)以提高設(shè)施的耐久性，電信和電力管線在穿越道路時(shí)宜采用混凝土包封方式，減少采用磚砌檢查井。⑦在預(yù)算約束范圍內(nèi)，管線管材宜采用新材料和新工藝。⑧在管線敷設(shè)深度上，宜按下述表述設(shè)計(jì)：電信管線0.5～0.8米；0.4kV管線0.5米；10kV電力管線0.7～1.0米；燃?xì)夤芫€1.5米；主干給水管線1.8米；雨水管線2.2米；排水管線2.4米。⑨場(chǎng)地內(nèi)各管線施工及敷設(shè)宜與場(chǎng)地道路施工同期進(jìn)行；進(jìn)出建筑及建筑群部分宜與建筑基礎(chǔ)（地下部分）施工配合施工。
三 各設(shè)備專業(yè)的設(shè)備用房布置
在含有地下室的高層、超高層建筑設(shè)計(jì)（這是建筑設(shè)計(jì)中比較復(fù)雜的型式之一）中，地下室的平面布置圖和地上核心筒的平面布置圖是建筑設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一環(huán)，它也關(guān)系到設(shè)備專業(yè)的總平面布置以及與室外綜合管線想互銜接和協(xié)調(diào)統(tǒng)一?；旧?，設(shè)備專業(yè)的末端功能房間布置遵循的設(shè)計(jì)規(guī)律為：定功能定系統(tǒng)型式定設(shè)備定通道定管線走向定豎井位置定設(shè)備用房位置定地下室的平面布置圖和地上核心筒的平面布置圖。這一過程是一個(gè)可能出現(xiàn)反復(fù)修改的過程，而且需要設(shè)備專業(yè)會(huì)同建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)處理好建筑布局，以滿足使用要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)核算尺寸參數(shù)的要求。
在確定各功能系統(tǒng)的型式時(shí)，需要按功能對(duì)建筑區(qū)劃進(jìn)行合理的分區(qū)和規(guī)劃。建筑區(qū)劃的劃分，垂直部分以豎井及層數(shù)為主要的分隔標(biāo)準(zhǔn)；水平部分以防火分區(qū)及功能間隔為主要的分隔標(biāo)準(zhǔn)；垂直部分重點(diǎn)在規(guī)模分隔和容量分配上，標(biāo)準(zhǔn)層的分系統(tǒng)布置宜重復(fù)且規(guī)整；水平部分以平衡干線的全部容量及規(guī)模，各分支線所供規(guī)模宜均衡布置。
在確定豎井過程中：先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層平面圖，結(jié)合通道、核心筒的布局及尺寸，以及各層核心筒及管道布置需要，確定各核心筒中豎井的位置和布局。核心筒豎井位置宜與電梯井道貼臨或?qū)ΨQ，以便于結(jié)構(gòu)計(jì)算；豎井樓板預(yù)留孔洞大小應(yīng)及時(shí)提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)，以對(duì)豎井位置處的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)做及時(shí)加強(qiáng)；豎井房間布局應(yīng)滿足設(shè)備安裝和維護(hù)的要求，通道寬度不宜小于0.8米。
設(shè)備專業(yè)中電氣、給水、通風(fēng)空調(diào)專業(yè)都需要將管線干線布置在各類負(fù)荷的中心位置，這樣在干線傳輸過程中總損耗少，干線和支線的總長(zhǎng)度也較少。然而，現(xiàn)實(shí)的狀況確常常出線垂直干線方面能布置在負(fù)荷中心，轉(zhuǎn)接入地下室后由于建筑功能布局的需要而將設(shè)備用房調(diào)整到非負(fù)荷中心位置。這常常是由于地下室中心位置加以利用，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上中心位置可以做成跨度較大的框架結(jié)構(gòu)而便于使用。而這樣就把設(shè)備用房分隔到空間中。另一方面，通風(fēng)空調(diào)專業(yè)因?yàn)樾枰紤]直接與室外環(huán)境進(jìn)行空氣交換過程的送風(fēng)、排風(fēng)位置，需要直通室外的空間或者緊鄰建筑外部設(shè)置。
以風(fēng)管位置為主，風(fēng)管布置簡(jiǎn)潔明了，不重復(fù)多余；電氣、給水管線在風(fēng)管干線兩側(cè)按干線交匯和水平綜合管線技術(shù)進(jìn)行避讓，電氣、給水管線的各垂直干線與水平干線交點(diǎn)應(yīng)相互錯(cuò)位，其路徑走向基本一致，這樣便于施工和后期的管線校驗(yàn)、維護(hù)；管線在樓板及梁底安裝時(shí)應(yīng)滿足以下條件：當(dāng)有主次梁時(shí)管線布放應(yīng)與梁平行且同一跨距之間不同管線的配重應(yīng)與該跨的幾何對(duì)稱中心對(duì)稱且基本平衡，當(dāng)管線穿越主梁時(shí)宜與主梁垂直，當(dāng)有斜梁宜與該梁垂直跨越；管線在設(shè)備用房方面，要滿足不同設(shè)備用房貼臨的管線要求和相關(guān)管線穿越的要求，非該功能房間主用途的管線宜暗敷于樓板內(nèi)或布放在該功能房間中不重要的位置。
各功能設(shè)備間的布置除要滿足民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，其布置的尚應(yīng)符合相關(guān)專業(yè)規(guī)范的要求，包括：電信機(jī)房、數(shù)據(jù)中心、安防與監(jiān)控中心、中水處理站、鍋爐房、水泵房、進(jìn)排風(fēng)機(jī)房、變配電站、開關(guān)站。功能房間的布置，在工程實(shí)際中多采用建設(shè)單位、土建設(shè)計(jì)單位、專業(yè)深化單位三方協(xié)同設(shè)計(jì)為主。建設(shè)單位提需求和成本控制目標(biāo)；專業(yè)深化單位提具體布置方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)；土建設(shè)計(jì)單位對(duì)專業(yè)深化單位設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和設(shè)備專業(yè)復(fù)核。同時(shí)，各功能設(shè)備間的設(shè)計(jì)還需通過相關(guān)行業(yè)行政主管部門的審查及審核。
四 管線綜合布置
管線敷設(shè)時(shí)，管線之間遇到矛盾時(shí)，應(yīng)遵循的處理原則是：①臨時(shí)管線避讓永久管線；②小管線避讓大管線；③壓力管線避讓重力自流管線；④可彎曲管線避讓不可彎曲管線。[[] 城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 50180-1993，1993]同時(shí)管線綜合時(shí)，還應(yīng)滿足一定的限定標(biāo)準(zhǔn)：①標(biāo)高限制，應(yīng)定義垂直方向上滿足的高度限制，使空間高度滿足建筑及精裝修的要求。②預(yù)埋位置的尺寸及數(shù)量限制：在剪力墻、梁中預(yù)埋管線套管、預(yù)留橋架孔洞時(shí)，所占梁、墻截面積不宜多于其中的1/3且應(yīng)居中布置，同時(shí)不應(yīng)打斷結(jié)構(gòu)主筋或主承力構(gòu)件，穿梁時(shí)截面積接近1/3時(shí)應(yīng)校核鋼筋混凝土的應(yīng)力耐受情況并做加強(qiáng)設(shè)計(jì)或采取轉(zhuǎn)接套管方案；在臨空墻、防爆破隔墻預(yù)埋管線時(shí)，應(yīng)采取防爆波封堵措施，同時(shí)同一位置處的預(yù)埋管線數(shù)應(yīng)不小于4～6根且應(yīng)分2～3排敷設(shè)；在板中預(yù)埋管線套管、預(yù)留橋架孔洞時(shí)，應(yīng)避開板中水平剪應(yīng)力集中的區(qū)域，板內(nèi)預(yù)留孔洞大小應(yīng)根據(jù)板的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行校核，并根據(jù)情況采取加強(qiáng)措施。③管線敷設(shè)路徑宜選擇便于維護(hù)的方向，有通道可達(dá)；在緊密及狹小空間，宜在管線敷設(shè)斷面內(nèi)預(yù)留空間，作為今后管道檢修時(shí)的通道，不宜使管線占滿全部空間，在精裝修吊頂中預(yù)留檢修孔；吊頂內(nèi)空間尺寸較大的情況應(yīng)設(shè)馬道和護(hù)欄，并可通達(dá)各管線主要節(jié)點(diǎn)位置。④屋面及室外地下室頂板部分，管線穿越時(shí)宜采取管井方式，不應(yīng)單獨(dú)穿越；管井底部應(yīng)與屋面及地下室頂板采取一致的防水措施，并在根部做散水，同時(shí)管井應(yīng)加設(shè)頂帽；管井與屋面雨水匯集點(diǎn)宜分別設(shè)置，屋面雨水口數(shù)量應(yīng)盡可能少布；對(duì)大跨度的屋面雨水匯集系統(tǒng)應(yīng)考慮橫管的敷設(shè)問題，使橫管轉(zhuǎn)接方便。
對(duì)電氣管線部分，需根據(jù)防火需要采取相應(yīng)的防火措施，包括防火分隔、防火套管和防火包覆材料；對(duì)排風(fēng)管道部分宜采取減震、降噪措施；對(duì)空調(diào)、熱水管道部分應(yīng)采取保溫措施。當(dāng)條件允許時(shí)，對(duì)各管線可采取綜合管溝或綜合吊架敷設(shè)方式，以節(jié)約空間。
在采用BIM方式對(duì)各種管線進(jìn)行建模設(shè)計(jì)時(shí)，除對(duì)管線管道本身和管線設(shè)備進(jìn)行建模，還應(yīng)對(duì)管線的安裝與維護(hù)尺寸、管線設(shè)備的操作空間進(jìn)行約束和建模；在對(duì)管線進(jìn)行碰撞校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)管線尺寸邊界、安裝尺寸邊界、操作空間邊界、維護(hù)空間邊界進(jìn)行校驗(yàn)；為對(duì)不同方案做經(jīng)濟(jì)比較，應(yīng)對(duì)管線設(shè)備的價(jià)格和型號(hào)做設(shè)定，對(duì)施工人工費(fèi)率、輔助材料費(fèi)率、措施費(fèi)和規(guī)費(fèi)等可統(tǒng)一設(shè)置。
五 設(shè)計(jì)實(shí)例
上述原則和措施，實(shí)際應(yīng)用在K城雨花片區(qū)5號(hào)地塊修建性詳細(xì)規(guī)劃綜合管線和Q市住宅項(xiàng)目電氣系統(tǒng)和場(chǎng)地綜合管線設(shè)計(jì)中，使建筑工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)的完整性和適應(yīng)性得到了提高，并順利通過了審圖和施工。在K城LX科技城、K城FC酒店項(xiàng)目的施工指導(dǎo)中，應(yīng)用了上述原則，對(duì)場(chǎng)地綜合管線建設(shè)相應(yīng)階段的技術(shù)措施、施工指導(dǎo)提出了修正意見并付諸實(shí)施，對(duì)各自項(xiàng)目的正常推進(jìn)起到了相應(yīng)的作用。
六 結(jié)論
本文在介紹現(xiàn)有場(chǎng)地管線建設(shè)型式的基礎(chǔ)上，從末端功能的實(shí)現(xiàn)上出發(fā)，結(jié)合各設(shè)備專業(yè)的主要規(guī)劃設(shè)計(jì)原則和管線布置原則，依據(jù)不同的建筑型式構(gòu)建起相關(guān)的場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)方法和措施。其中設(shè)備用房的布置不僅涉及到各功能設(shè)備專業(yè)，也是涉及到建筑專業(yè)，其功能布局選擇需要仔細(xì)推敲。根據(jù)上述幾個(gè)方面的討論，最終得到一種基于末端功能實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)地管線設(shè)計(jì)方法。文中附列了基于該方法的幾個(gè)設(shè)計(jì)和管理實(shí)例。
參考文獻(xiàn)：
[] 城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范，GB 50289-98，1998
[] 民用建筑設(shè)計(jì)通則，GB 50352-2005，2005
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);問題;對(duì)策
0.前言
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們對(duì)建筑物功能要求改變,人們對(duì)建筑工程產(chǎn)品的要求也日益增高，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)的、全面的工作,在設(shè)計(jì)中存在的問題是多種多樣的,作為設(shè)計(jì)來講，需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底,靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。我們要始終把提高設(shè)計(jì)質(zhì)量作為終身奮斗的目標(biāo)。本文就建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題進(jìn)行初步探討，并進(jìn)一步提出解決問題的有效對(duì)策。
1.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題
1.1剪力墻砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
剪力墻結(jié)構(gòu),上部為多層砌體結(jié)構(gòu)的房屋。該類房屋多見于沿街的旅館、住宅、辦公樓,底層為商店,餐廳、郵局等空間房屋,上部為小開間的多層砌體結(jié)構(gòu)。這類建筑是解決底層需要一種比較經(jīng)濟(jì)的空間房屋的結(jié)構(gòu)形式。部分設(shè)計(jì)者為追求單一的建筑立面造型來增加使用面積,將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上,各層設(shè)計(jì)有挑梁,但實(shí)際結(jié)構(gòu)的底層挑梁承載普遍出現(xiàn)裂縫,該類挑梁的設(shè)計(jì)與出現(xiàn)裂縫在臨街砌體結(jié)構(gòu)房屋中比較常見。
1.2樓板變形程度計(jì)算不準(zhǔn)確
一些設(shè)計(jì)在缺乏基本的結(jié)構(gòu)觀念或結(jié)構(gòu)布置缺乏必要措施時(shí),采用樓板變形的計(jì)算程序。盡管程序的編程在數(shù)學(xué)力學(xué)模型上是成立的甚至是準(zhǔn)確無誤的,但在確定樓板變形程度上卻很難做到準(zhǔn)確。作為計(jì)算的大前提都無法“準(zhǔn)確”,就不可能指望其結(jié)果會(huì)“正確”了。據(jù)此進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)肯定存在著結(jié)構(gòu)不安全成分或者結(jié)構(gòu)某些部位或構(gòu)件安全儲(chǔ)備過大等現(xiàn)象。
1.3屋面梁配筋少
結(jié)構(gòu)建模時(shí), 設(shè)計(jì)人員圖方便,屋面梁直接拷貝下層梁的尺寸。由于屋面梁荷載較小,計(jì)算結(jié)果配筋不多,這樣屋面梁在溫度變化、混凝土收縮和受力等作用下因配筋率過低而裂縫寬度較大。
2.解決建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的有效對(duì)策
2.1箱、筏基礎(chǔ)底板的挑板
從結(jié)構(gòu)角度來講,如果能出挑板,能調(diào)勻邊跨底板鋼筋,特別是當(dāng)?shù)装邃摻钔ㄩL(zhǎng)布置時(shí),不會(huì)因邊跨鋼筋而加大整個(gè)底板的通長(zhǎng)筋,較為節(jié)約;出挑板后,能降低基底附加應(yīng)力,當(dāng)基礎(chǔ)形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時(shí),加挑板就可能采用天然地基;能降低整體沉降,當(dāng)荷載偏心時(shí),在特定部位設(shè)挑板,還可調(diào)整沉降差和整體傾斜;窗井部位可以認(rèn)為是挑板上砌墻,不宜再出長(zhǎng)挑板。雖然在計(jì)算時(shí)此處板并不應(yīng)按挑板計(jì)算。當(dāng)然,此問題也并不是絕對(duì)的,當(dāng)有數(shù)層地下室,窗井橫隔墻較密,且橫隔墻能與內(nèi)部墻體連通時(shí),可靈活考慮;當(dāng)?shù)叵滤惠^高,出基礎(chǔ)挑板,有利于解決抗浮問題;從建筑角度講,取消挑板,可方便柔性防水做法。
2.2梁、板的跨度計(jì)算
一般的手冊(cè)或教科書上所講的計(jì)算跨度,如凈跨的1.1倍等,這些規(guī)定和概念僅適用于常規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),而在應(yīng)用的寬扁梁中卻是不適用的。梁板結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單點(diǎn)講,可認(rèn)為是在梁的中心線上有一剛性支座,取消梁的概念,將梁板統(tǒng)一認(rèn)為是一變截面板。在扁梁結(jié)構(gòu)中,梁高比板厚大不了多少時(shí),應(yīng)將計(jì)算長(zhǎng)度取至梁中心,選梁中心處的彎距和梁厚,及梁邊彎距和板厚配筋,取二者大值配筋。(借用臺(tái)階式獨(dú)立基礎(chǔ)變截面處的概念)柱子也可認(rèn)為是超大截面梁,所以梁配筋時(shí)應(yīng)取柱邊彎距。削峰是正常的,不削峰才時(shí)有問題的。
2.3沉降計(jì)算
基坑開挖時(shí),摩擦角范圍內(nèi)的坑邊的基底土受到約束,不反彈,坑中心的地基土反彈,回彈以彈性為主,回彈部分被人工清除。當(dāng)基礎(chǔ)較小,坑底受到很大約束,回彈可以忽略,在計(jì)算沉降時(shí),應(yīng)按基底附加應(yīng)力計(jì)算。當(dāng)基坑很大時(shí),相對(duì)受到較小約束,如箱基,計(jì)算沉降時(shí)應(yīng)按基底壓力計(jì)算,被坑邊土約束的部分可以作為安全儲(chǔ)備,這也是計(jì)算沉降大于實(shí)際沉降的原因之一。
2.4主梁有次梁處加附加筋
一般應(yīng)優(yōu)先加箍筋,附加箍筋可認(rèn)為是:主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺,在次梁兩側(cè)補(bǔ)上,像板上洞口附加筋。附加筋一般要有,但也不是絕對(duì)的。規(guī)范中說的比較清楚,位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載,應(yīng)全部由附加橫向鋼筋承擔(dān)。也就是說,位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應(yīng)加附加筋。但梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載可根據(jù)具體情況而定。當(dāng)主次梁截面相差不大,次梁荷載較大時(shí),應(yīng)加附加筋。當(dāng)主梁高度很高,次梁截面很小、荷載很小時(shí),如快接近板上附加暗梁,主梁可不加附加筋。還有當(dāng)主次梁截面均很大,如工藝要求形成的主次深梁,而荷載相對(duì)不大,主梁也可不加附加筋。總的原則,當(dāng)主梁上次梁開裂后,從次梁的受壓區(qū)頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產(chǎn)生的剪力時(shí),主梁可不加附加筋。梁上集中力,產(chǎn)生的剪力在整個(gè)梁范圍內(nèi)是一樣,所以抗剪滿足,集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對(duì)主梁截面、荷載較小時(shí),也可滿足。
2.5設(shè)計(jì)剛性樓面
為了使程序的計(jì)算結(jié)果基本上反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀況而不至于出現(xiàn)根本性的誤差,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能將樓層設(shè)計(jì)成剛性樓面。要做到這一點(diǎn),首先應(yīng)在建筑設(shè)計(jì)甚至方案階段就避免采用樓面有變形的平面比如樓層大開洞、外伸翼塊太長(zhǎng)、塊體之間成“縮頸”連接、凹槽缺口太深等。其次要從結(jié)構(gòu)布置和配筋構(gòu)造上給予保證, 對(duì)于使用功能確實(shí)必需的,或者建筑效果十分優(yōu)越的建筑設(shè)計(jì),如果其平面無法完全符合剛性樓板的假定,那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以通過增設(shè)連系梁板、洞口邊加設(shè)暗梁邊梁、提高連系梁板或暗梁邊梁的配筋量、采用斜向配筋或雙層配筋形式等方法,盡量滿足剛性樓板的基本假設(shè),或者彌補(bǔ)由于不是絕對(duì)的剛性樓板假定而產(chǎn)生的計(jì)算“誤差”。
2.6承重墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一般房屋為矩形平面,其橫向剛度遠(yuǎn)小于縱向剛度, 因此有足夠數(shù)量的橫墻,是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的主要途徑。由震害可知,墻體多為剪切破壞,因此,為了提高橫墻的抗震能力,必須提高其抗剪強(qiáng)度。主要措施是提高材料的強(qiáng)度等級(jí),增加橫墻上的軸壓力。為此,應(yīng)盡量使橫墻成為承重和隔斷合二為一的墻體。當(dāng)房間較大時(shí),設(shè)有沿進(jìn)深方向的梁支承于縱墻上,使縱墻承重。樓板沿縱向擱置, 故形成橫墻承重,橫墻間距不入,一般可滿足抗震要求,同時(shí)縱墻也因軸壓力的存在而提高了抗剪能力。另一方案是縱墻承重與橫墻承重沿豎向交替布置,這種方案實(shí)際應(yīng)用不多?；旌铣兄亟Y(jié)構(gòu)體系由兩種結(jié)構(gòu)材料彈性模量和動(dòng)力性能相差很大的兩種結(jié)構(gòu)體系組成,因而不是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)形式。但因其能滿足建筑使用要求,提供較大的使用空間,且結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、方便施工,應(yīng)用較多?？傊?選擇哪種砌體結(jié)構(gòu)是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)從抗震的概念設(shè)計(jì)出發(fā),綜合建筑使用功能、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和施工等方面進(jìn)行選擇。
3.結(jié)束語
綜上所述,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程的重要組成部分,是建筑安全應(yīng)用的基礎(chǔ)。因此,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要從基本的構(gòu)件算起, ,深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義,并密切配合其他專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工作中應(yīng)事無巨細(xì),善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，精益求精，只有這樣才能做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。
【參考文獻(xiàn)】
【關(guān)鍵詞】高層建筑 結(jié)構(gòu)選型 結(jié)構(gòu)材料
中圖分類號(hào)：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
在上個(gè)世紀(jì)七十年代，中國(guó)的高層住宅建筑，隨著城市建設(shè)的發(fā)展已使土地資源的使用日益廣泛，高層建筑的也越來越多的崛起，如何選擇高層建筑結(jié)構(gòu)類型，是人們關(guān)心的一個(gè)重要問題。不恰當(dāng)?shù)倪x型結(jié)構(gòu)帶來的危害也是巨大的，傳統(tǒng)的選型方法在今天已經(jīng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，已經(jīng)跟不上現(xiàn)代的選型規(guī)律發(fā)展，因此，我們需要進(jìn)一步明確選項(xiàng)的結(jié)構(gòu)特征及其影響因素，全面認(rèn)識(shí)高層建筑結(jié)構(gòu)選型的需要。
高層建筑結(jié)構(gòu)選型的重要性
1.高層建筑密切關(guān)系到城市的發(fā)展
由于城市化的急劇上升，城市生活、生產(chǎn)、土地是越來越緊張，因此減輕土地供應(yīng)不足，提高土地利用率，改善城市的社會(huì)能力吸收和綜合效益，緩解城市住房短缺的問題成為建設(shè)城市發(fā)展的一個(gè)方向，同時(shí)生活條件的改善，使得高層建筑的大小，高度，復(fù)雜性和施工速度逐漸加快。
2.高層建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜性提高
隨著經(jīng)濟(jì)國(guó)際化與城市建設(shè)現(xiàn)代化步伐的加快,人類財(cái)富與各類社會(huì)活動(dòng)等逐漸向城市的聚集,城市人口素質(zhì)與生活質(zhì)量的持續(xù)提高,城市社會(huì)對(duì)高層建筑的形象、功能、技術(shù)性能等方面的要求正經(jīng)歷著深刻的變化。主要表現(xiàn)為:其一,人們對(duì)現(xiàn)代高層建筑全壽命使用功能的要求更加全面、綜合與復(fù)雜,并要求其具有一定的復(fù)合性、動(dòng)態(tài)性及適當(dāng)?shù)某瑫r(shí)代性與開放性;其二,城市面貌、規(guī)劃與周圍環(huán)境等對(duì)高層建筑的美學(xué)形象特征要求更高更現(xiàn)代,高層建筑已被賦予了成為業(yè)主、城市和時(shí)代標(biāo)志與象征的重要內(nèi)容,其美學(xué)價(jià)值與廣告效應(yīng)也將成為城市的重要文化財(cái)富;其三,對(duì)技術(shù)性能的要求已超越了強(qiáng)度剛度等傳統(tǒng)性能,向更能體現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)存在的本質(zhì)目的及其受荷特性的更全面、更客觀、更人性化的整體組合性能要求轉(zhuǎn)化,即向包括結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、剛度、動(dòng)力特性、防災(zāi)減災(zāi)、能量耗散、可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等性能在內(nèi)的需求轉(zhuǎn)化等。克服脫離工程實(shí)際需求,或單純片面地以結(jié)構(gòu)布置、分析計(jì)算、構(gòu)件設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施來代替結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)對(duì)整體性能的規(guī)劃、評(píng)價(jià)與調(diào)控,或以主觀經(jīng)驗(yàn)來解決對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)型式的科學(xué)規(guī)劃問題,或不顧整體性能,片面追求短期經(jīng)濟(jì)利益而忽視長(zhǎng)期社會(huì)效益和環(huán)境效益等方面的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)習(xí)慣、思想和方法,適應(yīng)前述新的需求,構(gòu)建新的結(jié)構(gòu)選型方法已日漸必要。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)選型的主要內(nèi)容與要求
1.根據(jù)建筑物所處的場(chǎng)地來確定建筑物的抗震要求，明確建筑物的抗震設(shè)防分類，場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度以及場(chǎng)地土類別，當(dāng)然，場(chǎng)地選擇要遠(yuǎn)離土質(zhì)液化以及會(huì)產(chǎn)生地基土不均勻沉降等災(zāi)害的地段。
2.由建筑高度和體型來合理選擇結(jié)構(gòu)體型，盡可能在建筑方案設(shè)計(jì)中提前介入，使建筑物的平面與立面形式簡(jiǎn)單、規(guī)則，盡量避免偏心問題的產(chǎn)生，尤其注意抗側(cè)力構(gòu)件剛度與質(zhì)量分布在同層平面內(nèi)應(yīng)盡可能的對(duì)稱，相鄰層剛度與質(zhì)量變化盡量緩和。
3.采用的結(jié)構(gòu)體型要求盡可能的經(jīng)濟(jì)合理。
4.在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要考慮施工過程的簡(jiǎn)便可行。
三、選型影響因素
高層建筑選型是工程項(xiàng)目的重要環(huán)節(jié)，由于其規(guī)模龐大，投資額大，功能要求多，所以其選型受多種因素的影響。
1.所處環(huán)境影響選型結(jié)構(gòu)
進(jìn)行高層建筑物選型，首先調(diào)查其所在環(huán)境的因素，高層建筑所在位置的環(huán)境資料是進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型的基本資料，并且所處的環(huán)境決定了建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、豎向承重結(jié)構(gòu)和水平承重結(jié)構(gòu)。高層建筑結(jié)構(gòu)選型中，要考慮融合周邊環(huán)境與建筑外形空間藝術(shù)的和諧，來設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)體系外部的部分。掌握高層建筑所處區(qū)域的情況，再融合專家的設(shè)計(jì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)以及工程實(shí)例發(fā)揮合理的想象，進(jìn)行高層建筑選型設(shè)計(jì)。
2.建筑功能要求會(huì)影響高層建筑的選型
高層建筑更能充分體現(xiàn)建筑的功能實(shí)現(xiàn)，因此建筑功能要求是高層建筑選型設(shè)計(jì)的首要考慮因素。任何建筑都要與客觀空間和地質(zhì)環(huán)境相匹配，高層建筑更是要符合土地資源高效開發(fā)利用的要求。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的各類結(jié)構(gòu)體系的最大適合高度，以及對(duì)使用功能的要求，可以大體確定高層建筑的規(guī)模、高度和功能空間的分配。在高層建筑結(jié)構(gòu)選型時(shí)要考慮提高建筑空間的利用效率，并且節(jié)省維護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用，降低建筑物的總成本，這就要求所選擇的結(jié)構(gòu)式剖面要與建筑物使用的空間相適應(yīng)。
3.結(jié)構(gòu)材料對(duì)結(jié)構(gòu)選型的影響
結(jié)構(gòu)材料在近年來的建筑中應(yīng)用越來越多，結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用加速了建筑結(jié)構(gòu)形式的變革，同時(shí)也給高層建筑結(jié)構(gòu)選型帶來了顯著的影響。高層建筑的發(fā)展源于19世紀(jì)后期鋼鐵結(jié)構(gòu)作為承重結(jié)構(gòu)材料。20世紀(jì)中期以來，新型的結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)，輕質(zhì)高強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料在高層建筑中被廣泛應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)材料的出現(xiàn)為高層建筑的發(fā)展提供了有利條件。在高層建筑結(jié)構(gòu)選型時(shí)，可以密切結(jié)合結(jié)構(gòu)材料的選用，結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)新高層建筑結(jié)構(gòu)形式。
4.工程施工技術(shù)對(duì)選型的影響
隨著科技的發(fā)展，新的施工機(jī)械和施工技術(shù)在建筑工程中也廣泛應(yīng)用，這使得高層建筑以及大跨度建筑的各種結(jié)構(gòu)形式都能夠?qū)崿F(xiàn)。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)、樁基施工、大體積混凝土澆筑、深層降水等施工技術(shù)都進(jìn)行了逐步改善，組合模板、大模板、爬升模板和滑升模板工
藝逐漸趨于成熟，這些技術(shù)的進(jìn)步保證了先進(jìn)的建筑結(jié)構(gòu)形式的實(shí)現(xiàn)。
5.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的影響
隨著創(chuàng)新理論的延伸，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論也取得了顯著的進(jìn)步，為高層建筑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和問題優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。在新的結(jié)構(gòu)理論研究中，重點(diǎn)研究了抗震設(shè)計(jì)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)外形的影響。由于高層建筑受所在區(qū)域地質(zhì)條件和地震運(yùn)動(dòng)隨機(jī)性的影響，會(huì)產(chǎn)生不同程度的損壞，會(huì)給結(jié)構(gòu)選型帶來困難。針對(duì)上述問題結(jié)合我國(guó)對(duì)地震規(guī)律的認(rèn)識(shí)程度和經(jīng)濟(jì)條件，結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)提出了三個(gè)水準(zhǔn)(小震不壞，中震可修，大震不倒)和兩個(gè)階段(承載力計(jì)算和構(gòu)造措設(shè)計(jì)階段、彈塑性變形驗(yàn)算階段)作為建筑抗震設(shè)計(jì)的總思路。
四、結(jié)語
近年來，隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)選型已成為國(guó)內(nèi)外相當(dāng)一部分專家和學(xué)者研究的重要內(nèi)容，在理論研究和方法應(yīng)用上尚未充分。綜上所述，結(jié)構(gòu)選型受多種因素的影響，是一個(gè)復(fù)雜的綜合的決策過程，包含了多項(xiàng)不確定性。這就要求高層建筑結(jié)構(gòu)選型要重視結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新與智能化，最終構(gòu)建集成的智能形式高層建筑設(shè)計(jì)。廣泛結(jié)合基礎(chǔ)學(xué)科以及今年信息技術(shù)，高層建筑結(jié)構(gòu)選型可以綜合利用模糊推理、概率推理和證據(jù)推理，即基于信息融合技術(shù)的多源信息融合推理方法；基于事例推理(CBR)和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(ANN)有機(jī)結(jié)合的方法;綜合考慮結(jié)構(gòu)、建筑、美學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等諸多依據(jù)的結(jié)構(gòu)選型智能決策系統(tǒng)等方法。一個(gè)由方法集成、系統(tǒng)集成、知識(shí)集成構(gòu)建的具有能動(dòng)創(chuàng)新的智能分析、設(shè)計(jì)和決策綜合系統(tǒng)，是未來高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢(shì)，保證高層建筑工廠發(fā)展的科學(xué)性和持續(xù)性。
【參考文獻(xiàn)】
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鋼結(jié)構(gòu)課程具有內(nèi)容豐富、涉及面廣、構(gòu)造形式復(fù)雜、與工程實(shí)際聯(lián)系密切、工程應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。學(xué)生要學(xué)好這門課，必須具有扎實(shí)的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí);同時(shí)還要了解鋼結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)范。在大多數(shù)院校鋼結(jié)構(gòu)課程只有50～60課時(shí)，有些院校的課時(shí)更少，筆者所在學(xué)校的鋼結(jié)構(gòu)課程只有40學(xué)時(shí)，部分院校甚至將鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)置成專業(yè)選修課，而混凝土結(jié)構(gòu)課程一般都有80學(xué)時(shí)以上，而且基本上都是專業(yè)必修課程，這從一個(gè)側(cè)面反映了目前中國(guó)高等院校在土木工程專業(yè)教學(xué)中仍是“重混凝土，輕鋼結(jié)構(gòu)”。這種課程設(shè)置，促使學(xué)生把大量的精力用在學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)上，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程投入的學(xué)習(xí)時(shí)間和精力就較少。筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中感到，鋼結(jié)構(gòu)課程是學(xué)生反映較難掌握的一門課程。該門課程的公式、圖表、規(guī)范條文較多，具有很強(qiáng)的綜合性、技術(shù)性和應(yīng)用性。既有理論推導(dǎo)，又有實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)又與相關(guān)規(guī)范和工程實(shí)際聯(lián)系密切。要學(xué)好鋼結(jié)構(gòu)課程要求學(xué)生要有良好的力學(xué)基礎(chǔ)，并掌握一定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的理論知識(shí)。目前學(xué)生接觸的大多數(shù)建筑物都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以他們對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有比較直觀的感性認(rèn)識(shí)，而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑比較陌生［2］。雖然在鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中安排有參觀實(shí)習(xí)，但一般參觀實(shí)習(xí)的課時(shí)非常有限，這就使學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的認(rèn)識(shí)非常膚淺。因此，學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣和接受程度都不如混凝土結(jié)構(gòu)知識(shí)。如果學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)中沒有打好一定的力學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的基本問題沒有理解透徹，學(xué)生在學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)課時(shí)就會(huì)感覺非常吃力，所以很多學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)這門課非常難;教師也覺得這門課不好教，因?yàn)檫@門課的內(nèi)容以及公式計(jì)算圖表都較多，課時(shí)又少，要很好地完成教學(xué)任務(wù)，難度確實(shí)不小。鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀已經(jīng)無法適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，相關(guān)專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生的鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)和技能也無法滿足社會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，所以，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行教學(xué)改革勢(shì)在必行。
二、教學(xué)內(nèi)容的改革
由于鋼結(jié)構(gòu)課程課時(shí)較少，教學(xué)內(nèi)容較多，涉及面廣，因此，教學(xué)中要精簡(jiǎn)內(nèi)容，突出重、難點(diǎn)知識(shí)，并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行講解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí);同時(shí)，適當(dāng)補(bǔ)充教材中沒有的“新”知識(shí)和學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)信息，以拓展學(xué)生視野?？偠灾?，教學(xué)內(nèi)容要遵循“少”、“寬”、“新”的原則。
1．“少”的原則
“少”就是要求精簡(jiǎn)、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)知識(shí)，講透難點(diǎn)知識(shí)，避免教學(xué)資源的浪費(fèi)。如介紹鋼結(jié)構(gòu)的材料性能、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法時(shí)，因?yàn)橥聊竟こ滩牧虾弯摻罨炷琳n程中已涉及鋼材的基本力學(xué)性能和各種因素對(duì)鋼材主要性能影響的問題，所以這部分內(nèi)容可不講或少講。對(duì)鋼材的疲勞破壞性能、抗沖擊性能則可適當(dāng)結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)講授，特別是對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服條件，正確選用鋼材，防止鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞的設(shè)計(jì)要求等內(nèi)容應(yīng)重點(diǎn)講解［3］。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中有關(guān)結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度的概念、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的、荷載的分類及兩種極限狀態(tài)等內(nèi)容，可以簡(jiǎn)單回顧的方式講授，因?yàn)檫@些內(nèi)容在混凝土結(jié)構(gòu)課程中已有涉及。
2．“寬”的原則
精減鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，并不是一味地減少教學(xué)內(nèi)容，有些內(nèi)容要減，有些內(nèi)容則要“加”?！凹印钡膬?nèi)容主要是為拓寬教學(xué)內(nèi)容的適應(yīng)面。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)課程教學(xué)的一項(xiàng)基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合能力，所以這就要求教師在安排教學(xué)內(nèi)容時(shí)應(yīng)注意拓寬知識(shí)面，適當(dāng)補(bǔ)充教材上沒有的教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)實(shí)際工作的適應(yīng)性。比如鋼結(jié)構(gòu)與混凝土組成的混合結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)等內(nèi)容教材涉及較少，而其工程實(shí)用性又較強(qiáng)，所以應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充工程結(jié)構(gòu)方面的教學(xué)內(nèi)容。
3．“新”的原則
“新”是指教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)本學(xué)科科學(xué)研究和工藝、技術(shù)改進(jìn)的新信息和最新成果，充分反映學(xué)科前沿的動(dòng)態(tài)，注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在鋼結(jié)構(gòu)課程講授過程中，可簡(jiǎn)單介紹一些現(xiàn)代設(shè)計(jì)新方法和新技術(shù)。如:鋼壓彎構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法等。
三、教學(xué)方法的改革
1．啟發(fā)式和討論式教學(xué)法
為了避免“灌輸式”的教學(xué)，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去聽課，這樣的教學(xué)效果會(huì)大大好于滿堂“灌輸式”的教學(xué)。教師提出問題后，先讓學(xué)生自己思考、分析并提出解決問題的辦法。對(duì)學(xué)生不能分析、解決的問題，可組織學(xué)生討論，教師再進(jìn)行必要的啟發(fā)和指導(dǎo)。比如在講梁的整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的影響因素時(shí)，教師可先提出問題，引導(dǎo)學(xué)生從梁整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的公式出發(fā)，利用已掌握的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的知識(shí)進(jìn)行分析。在學(xué)生分析問題的過程中教師可進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生:荷載作用位置也是影響梁整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的因素。通過啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自己思考，最終得出相關(guān)的結(jié)論。學(xué)生是教學(xué)的主體，只有調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性，才能真正達(dá)到教學(xué)目的。
2．對(duì)比式教學(xué)法
一般而言，混凝土課程是先修的專業(yè)課，教師在教授鋼結(jié)構(gòu)課程時(shí)，可以對(duì)比這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，比較兩種結(jié)構(gòu)所用材料的區(qū)別，加強(qiáng)學(xué)科或知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，并突出鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)的重點(diǎn)。比如教師在講鋼梁設(shè)計(jì)時(shí)可對(duì)鋼簡(jiǎn)支梁和鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁作一對(duì)比，鋼筋混凝土的簡(jiǎn)支梁和鋼簡(jiǎn)支梁，由于是兩種不同材料制成的梁，所以這兩種梁的破壞特點(diǎn)是不同的，梁和柱連接的做法也不同。對(duì)鋼筋混凝土梁來說，混凝土是抗壓強(qiáng)度較高而抗拉強(qiáng)度非常低的材料，混凝土的簡(jiǎn)支梁在彎矩和剪力的作用下，構(gòu)件在剪跨段將會(huì)出現(xiàn)過大的斜裂縫，出現(xiàn)斜截面破壞。為防止構(gòu)件發(fā)生這種破壞，一般應(yīng)在梁中配置腹筋(箍筋、彎起鋼筋)。但是對(duì)鋼梁來說，由于鋼材是抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都較高的材料，梁腹板通常具有足夠的強(qiáng)度，但在腹板過薄的情況下可能出現(xiàn)梁腹板沿斜向被壓屈。為防止這種梁腹板被壓曲而導(dǎo)致的梁腹板局部失穩(wěn)，一般要按照一定的構(gòu)造要求，設(shè)置橫向加勁肋，防止梁腹板的局部失穩(wěn)［3］。在學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的軸心受力構(gòu)件這部分內(nèi)容時(shí)，可以比較混凝土結(jié)構(gòu)的軸心受壓柱與軸心受壓的鋼柱滿足承載能力極限狀態(tài)的條件的不同。混凝土結(jié)構(gòu)的軸壓柱一般是因?yàn)椴牧系膹?qiáng)度達(dá)到極限強(qiáng)度而破壞的，強(qiáng)度條件決定柱的承載力;而鋼結(jié)構(gòu)中只有極短的柱或被孔洞削弱過多的柱因強(qiáng)度喪失承載力，一般來說，鋼柱的承載力往往是由穩(wěn)定條件決定的。通過這種對(duì)比式的教學(xué)，能進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在對(duì)比中，引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題，認(rèn)真思考，找出出現(xiàn)問題的原因。
3．工程案例分析教學(xué)法
將典型工程實(shí)例作為教學(xué)案例，啟發(fā)學(xué)生思考，活躍課堂氣氛，加強(qiáng)師生間的交流互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。利用工程案例教學(xué)，能更好地將理論知識(shí)與工程設(shè)計(jì)規(guī)范相結(jié)合，避免傳統(tǒng)教學(xué)中講計(jì)算多、分析少、說理性差、脫離實(shí)際工程的傾向。特別是對(duì)工程破壞事故的分析，可培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程思維和運(yùn)用工程方法的習(xí)慣。比如在講各種因素對(duì)鋼材性能的影響時(shí)，可結(jié)合某工程事故進(jìn)行分析。如1954年11月，英國(guó)制造的32000t油船———世界協(xié)和號(hào)，在海浪達(dá)4．5～6m高的大海中航行時(shí)船底斷裂。讓學(xué)生先自行分析發(fā)生這一事故的原因，再說明導(dǎo)致事故發(fā)生的原因:船的大部分板件未滿足沖擊韌性要求。再如講結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題和屋架設(shè)計(jì)時(shí)，均可引入河北某廠鍛造車間23榀輕鋼大跨度屋架垮塌事故進(jìn)行分析。此事故主要原因是屋架選型不對(duì)，屋架上弦斜梁未滿足整體穩(wěn)定的要求。在講焊縫質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，可列舉2010年鄂爾多斯那達(dá)幕會(huì)場(chǎng)坍塌事故進(jìn)行分析。結(jié)合工程事故分析，一方面能加深學(xué)生對(duì)所講問題的理解和記憶，另一方面能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富和生動(dòng)，避免了教師純理論的說教。同時(shí)學(xué)生也可以從典型的工程事故中，逐漸增強(qiáng)工程意識(shí)以及安全和責(zé)任意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和職業(yè)修養(yǎng)。
4．現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法
鋼結(jié)構(gòu)課程是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，由于學(xué)生接觸鋼結(jié)構(gòu)建筑物的機(jī)會(huì)較少，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制作和構(gòu)件連接的了解十分有限。如果學(xué)生沒有很好的空間想象能力，很難把圖紙所表達(dá)的意思和實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)建筑物對(duì)應(yīng)起來，很難理解設(shè)計(jì)圖紙上所表示的鋼結(jié)構(gòu)的具體連接、制作方法等問題。因此，在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中要增加現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的課時(shí)，使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)了解鋼結(jié)構(gòu)建筑物，增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高教學(xué)效果。所謂現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)就是將課堂搬到工地、工廠，是教學(xué)內(nèi)容最貼近工程實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)［4］。如梁、柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、鋼結(jié)構(gòu)制造加工工藝、屋蓋結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，教師在課堂上講這些內(nèi)容時(shí)非常費(fèi)力，因?yàn)閮H通過語言描述和圖紙講解，學(xué)生并不能完全了解其具體做法，教學(xué)效果不理想。要使這些抽象的知識(shí)變得直觀化，就必須通過現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，將平面的印象空間化，才能達(dá)到事半功倍的效果。
5．抓重點(diǎn)，圍繞課程內(nèi)容“主線”進(jìn)行講解
由于鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容多，涉及面廣，在教學(xué)中更應(yīng)該抓住課程重點(diǎn)，突出核心內(nèi)容。鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)是在分析鋼結(jié)構(gòu)材料性能的基礎(chǔ)上，通過了解和掌握鋼結(jié)構(gòu)連接的計(jì)算和構(gòu)造要求，學(xué)習(xí)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，最后再學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)。教學(xué)中，教師要給學(xué)生首先介紹這一學(xué)習(xí)“主線”，讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)的層次和各部分知識(shí)的先后關(guān)聯(lián)，這是學(xué)好鋼結(jié)構(gòu)課程的關(guān)鍵。穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，所以在講解構(gòu)件設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容時(shí)要圍繞穩(wěn)定的概念，對(duì)穩(wěn)定的影響因素及穩(wěn)定的計(jì)算和保證穩(wěn)定的構(gòu)造措施等作重點(diǎn)講解。在構(gòu)件設(shè)計(jì)中要把握“強(qiáng)度—?jiǎng)偠取w穩(wěn)定—局部穩(wěn)定”這條主線［5］。鋼結(jié)構(gòu)的連接問題也是鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，在講解這部分內(nèi)容時(shí)，要重點(diǎn)講解連接的計(jì)算及連接的構(gòu)造要求等［6］。在教學(xué)中給學(xué)生講清楚連接計(jì)算的思路，比如在講解焊縫連接計(jì)算時(shí)，要讓學(xué)生搞清楚連接計(jì)算的思路，先找出焊縫截面作為研究對(duì)象，將各個(gè)力平移到焊縫截面的形心位置，再進(jìn)行受力分析，分析各個(gè)力單獨(dú)作用下焊縫截面的應(yīng)力，再通過應(yīng)力的分析找出危險(xiǎn)截面，再對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。這樣學(xué)生在進(jìn)行連接計(jì)算分析時(shí)，就能非常容易地掌握有關(guān)焊縫連接計(jì)算的問題［6］。教師只有在課堂上真正抓住重點(diǎn)內(nèi)容，圍繞課程內(nèi)容主線講解，才能在課堂教學(xué)中有的放矢，達(dá)到理想的教學(xué)效果。
6．采用多維立體化的教學(xué)手段
針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中普遍存在的內(nèi)容復(fù)雜、信息量少、平面講解不易被學(xué)生真正理解的現(xiàn)象，教學(xué)中可以利用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)。為了進(jìn)一步提高教學(xué)效果，教師需要制作高水平的多媒體課件，構(gòu)建實(shí)物、模型、錄像、多媒體課件等多位一體的教學(xué)平臺(tái)。通過多媒體教學(xué)中的動(dòng)畫、視頻，幫助學(xué)生更好地了解和掌握相關(guān)知識(shí)和內(nèi)容。同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在介紹抗剪普通螺栓連接的幾種破壞形式時(shí)，教師可以通過動(dòng)畫演示，使學(xué)生了解各種破壞發(fā)生的條件、破壞的類型。在講解軸心壓柱的整體穩(wěn)定和梁的整體穩(wěn)定時(shí)，通過動(dòng)畫演示，讓學(xué)生更加直觀地掌握軸心受壓柱的幾種屈曲形態(tài)和梁的側(cè)向彎扭失穩(wěn)的形態(tài)。動(dòng)畫的演示會(huì)取得一般傳統(tǒng)教學(xué)達(dá)不到的教學(xué)效果。同時(shí)，教師在備課時(shí)還可以收集有關(guān)建筑鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)的錄像資料，以及國(guó)內(nèi)外有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的圖像資料，作為備課的教學(xué)素材，將科技含量高的建筑鋼結(jié)構(gòu)最新工程技術(shù)成果及有價(jià)值的教學(xué)材料及時(shí)引入課堂，拓展學(xué)生的知識(shí)面，增加課堂理論教學(xué)材料的綜合性和豐富性，滿足學(xué)生對(duì)建筑科學(xué)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的愛好和興趣。
四、結(jié)語
“水立方”概述
1、國(guó)家游泳中心背景介紹
為了舉辦2008年北京奧運(yùn)會(huì)，北京市政府在城市北側(cè)征地約1135ha，作為舉辦奧運(yùn)會(huì)的核心區(qū)域，并將其命名為“奧林匹克”公園。其中森林公園680ha，中心區(qū)(四環(huán)路以北)291ha，其余為現(xiàn)狀國(guó)家奧林匹克體育中心用地及其它用地。
奧林匹克中心區(qū)包括體育設(shè)施、文化設(shè)施、會(huì)議設(shè)施、商業(yè)服務(wù)設(shè)施和奧運(yùn)村等。國(guó)家游泳中心位于奧林匹克公園中心區(qū)的南部，規(guī)劃用地約6.95ha，主體建筑緊鄰城市中軸線，并與國(guó)家體育場(chǎng)相對(duì)于中軸線均衡布置。
國(guó)家游泳中心的總建筑面積賽時(shí)將近80000m2。奧運(yùn)會(huì)時(shí)用于游泳、跳水、花樣游泳和水球決賽，賽后將成為多功能的大型水上運(yùn)動(dòng)中心，既可舉辦大型的國(guó)際國(guó)內(nèi)水上比賽，又能為公眾提供水上娛樂、運(yùn)動(dòng)、休閑和健身服務(wù)等，國(guó)家游泳中心內(nèi)具有永久座椅4000個(gè)，奧運(yùn)期間座椅總數(shù)為13000個(gè)。中心內(nèi)包括游泳池、跳水池、熱身池、嬉水樂園、餐飲、電影院，娛樂、私人俱樂部等。
2、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)介紹
中建國(guó)家游泳中心設(shè)計(jì)聯(lián)合體共由4家單位組成。中國(guó)建筑工程總公司為牽頭單位，負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)工作的協(xié)調(diào)以及與外界的溝通和聯(lián)絡(luò)。同時(shí)，中國(guó)建筑工程總公司對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作承擔(dān)主要的責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目的中方設(shè)計(jì)人為中建國(guó)家深圳設(shè)計(jì)顧問有限公司。此公司是一家國(guó)內(nèi)新興的設(shè)計(jì)單位，其先進(jìn)的管理理念和優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員使得這家公司在這幾年發(fā)展非常迅速。
本項(xiàng)目的外方設(shè)計(jì)人為澳大利亞PTW公司和ARUP公司。其中PTW公司具有豐富的奧運(yùn)會(huì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，曾經(jīng)參與過悉尼奧運(yùn)會(huì)游泳館、雅典奧運(yùn)會(huì)游泳館和其它奧運(yùn)工程的設(shè)計(jì)工作。公司中具有多名奧運(yùn)會(huì)運(yùn)營(yíng)和規(guī)劃專家。ARUP公司為世界知名的工程設(shè)計(jì)公司，它的業(yè)績(jī)遍及全世界做過很多民用工程和體育設(shè)施。在中國(guó)內(nèi)地也非?；钴S，參與了包括中央電視臺(tái)新址、國(guó)貿(mào)三期和國(guó)家體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)工作。
3、項(xiàng)目特點(diǎn)
本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)將建筑理念和結(jié)構(gòu)形式完美地結(jié)合在了一起，達(dá)到了精神與物質(zhì)的統(tǒng)一。同時(shí)，在保證擁有世界級(jí)的功能設(shè)計(jì)的同時(shí)，又將中國(guó)的傳統(tǒng)文化和建筑藝術(shù)作為設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想。它的立面和屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，看似復(fù)雜，但是原理卻非常簡(jiǎn)單，施工有很強(qiáng)的可實(shí)施性。設(shè)計(jì)將奧運(yùn)會(huì)的使用和賽后利用緊密結(jié)合在一起，在保證比賽的同時(shí)，盡力實(shí)現(xiàn)贏利化的運(yùn)營(yíng)，減少運(yùn)營(yíng)中的投入。
在設(shè)計(jì)中我們盡量將高新技術(shù)融入到場(chǎng)館當(dāng)中，保證運(yùn)動(dòng)員能夠最大限度發(fā)揮水平，爭(zhēng)取創(chuàng)造更好的成績(jī)。同時(shí)，緊密與環(huán)境保護(hù)和節(jié)能設(shè)計(jì)相結(jié)合，積極響應(yīng)“綠色奧運(yùn)”的理念。所有的設(shè)計(jì)都保證了國(guó)家游泳中心成為世界上最好的水上運(yùn)動(dòng)設(shè)施。
建筑設(shè)計(jì)
“簡(jiǎn)潔純凈的體形謙虛地與宏偉的主場(chǎng)對(duì)話，不同氣質(zhì)的對(duì)比使各自的靈性得到的共生，令人感到相得益彰。作為一個(gè)摹寫水的建筑，紛繁自由的結(jié)構(gòu)形式，源自對(duì)規(guī)則體系巧妙而簡(jiǎn)單的變異，卻演繹出人與水之間的萬般快樂。椰樹、沙灘、人造海浪……將奧林匹克的競(jìng)技場(chǎng)升華為世人心目中永遠(yuǎn)的水上樂園?！?/p>
我們這樣表述著“水立方”，是希望透過不多的文字告訴人們，這一設(shè)計(jì)的三個(gè)重要命題：奧運(yùn)公園的群體關(guān)系、結(jié)構(gòu)與外觀如何產(chǎn)生以及功能和運(yùn)營(yíng)的安排帶給建筑的不同意義。
1、關(guān)于“水”與“方”
赫爾佐格的主體育場(chǎng)，如同評(píng)委所謂“推動(dòng)性的、革命性的發(fā)展”的評(píng)語一樣，我們看到的是對(duì)體育建筑語言模式的重構(gòu)，雄偉、新奇、單純、完整、明確、強(qiáng)烈是我們對(duì)它的解讀。游泳中心與之同處于一組群體關(guān)系中，構(gòu)建一種饒有趣味的和諧并非易事。面對(duì)空間上一個(gè)無可爭(zhēng)辯的控制者，任何分庭抗禮的努力都會(huì)成為無聊的舉動(dòng)，各自為政、孤芳自賞也會(huì)因缺少相互間內(nèi)在的張力，而使環(huán)境變得無趣。要做的就是在主場(chǎng)已經(jīng)確定的條件下，找到一種共生的關(guān)系。所謂劍走偏鋒，我們?cè)谂c主場(chǎng)完全不同的審美取向上做了一種極端的努力，產(chǎn)生一個(gè)純凈得無以復(fù)加的正方形，用一種近乎毫無表情的平靜表達(dá)對(duì)主場(chǎng)的禮讓與尊重。同時(shí)，尊重并不意味著臣服，一個(gè)高級(jí)的共生關(guān)系應(yīng)該可以彰顯各自不同的特征。沒有人希望看到一副木訥的嘴臉，而是期待平靜后面的驚異與靈動(dòng)。尤如文靜嫻淑的東方女性，時(shí)而也會(huì)呈現(xiàn)出睿智、活潑和熱情。游泳館是關(guān)于水的建筑，無論出于與主場(chǎng)氣質(zhì)上的對(duì)比的目的，還是對(duì)建筑的功能演繹，我們都希望摹寫出關(guān)于人與水之間的種種快樂：流動(dòng)、多變、不確定、寧靜、奔涌、潮起潮落……凡此種種。
最終，我們選擇了一種自由的結(jié)構(gòu)和氣泡的外墻，希望任何一個(gè)普通人，穿透平靜的第一印象，看到漫天的水泡，伴隨著驚喜得到一種仿佛置身在水中的快意。這樣平靜的外表與內(nèi)在的浪漫，如同在形體上與主場(chǎng)的對(duì)應(yīng)一樣，體現(xiàn)的是事物中矛盾雙方的平衡，也即陰陽相濟(jì)的關(guān)系。
方形是中國(guó)古代城市建筑最基本的形態(tài)，在方的形制之中體現(xiàn)了中國(guó)文化中以綱常倫理為代表的社會(huì)生活規(guī)則。生存空間和生活資源相對(duì)匱乏的中國(guó)社會(huì)，需要嚴(yán)格的社會(huì)規(guī)則下的生存。對(duì)規(guī)則的尊重是提升人的社會(huì)層次的唯一途徑。這不免有些負(fù)面的成分，但規(guī)則并不限制智慧的光芒。中國(guó)歷史上經(jīng)典的文化成果及千古傳頌的人物，無不是這種規(guī)則與靈性的復(fù)合體，一個(gè)尊重現(xiàn)實(shí)規(guī)則而又靈光四射的事物，必然是易于被人接受的。
我們選擇一個(gè)方形，同樣認(rèn)為“方”是對(duì)既有事物最好的尊重，而且可以與其內(nèi)在的浪漫產(chǎn)生更強(qiáng)烈的對(duì)比，從而激發(fā)出更多的趣味。“方”的選擇是一種極湍的努力，單獨(dú)接觸它并不見得很快被人接受，但面對(duì)眾多競(jìng)賽方案的權(quán)衡比較，面對(duì)與主場(chǎng)間難以協(xié)調(diào)的關(guān)系，一種極端的努力往往會(huì)成為最容易接受的事實(shí)。這讓我們想起貝氏的盧浮宮金字塔，同樣面臨需要協(xié)調(diào)的環(huán)境，外觀上的極端無為，反而成為其存在的依據(jù)。這是一種東方式的思維，一種尋找事物間均衡關(guān)系的努力。面對(duì)主場(chǎng)我們希望得到的均衡就是“我的平靜是因?yàn)槟愕臒崃遗c新奇，我的靈動(dòng)是因?yàn)槟愕膲衙琅c坦然”。
2、結(jié)構(gòu)與表皮
內(nèi)在的浪漫是靠自由的結(jié)構(gòu)形式和ETFE氣泡的外表營(yíng)造的。這是一種消解了建筑固有的幾何關(guān)系的自然觀感，但它仍然是有嚴(yán)格邏輯的。Arup的工程師精彩地實(shí)現(xiàn)了規(guī)則與自由問的對(duì)應(yīng)關(guān)系，非常契合整個(gè)建筑的思維方式。
規(guī)則是建筑被人接受而且易于建造的保證，自由是我們盼望的結(jié)果。把一個(gè)基本單元體作為一個(gè)幾何單元，在空間中相互拼合，以每個(gè)邊線作為鋼桿件，形成空間鋼框架體系，這就是結(jié)構(gòu)體系的基本規(guī)則。設(shè)想如果這種體系沒有邊界，它將是一種統(tǒng)一單元無限重復(fù)的空間格構(gòu)框架。我們將這種格構(gòu)框架在空間上設(shè)定一個(gè)角度，然后用建筑所要求的各個(gè)界面去切割，由于角度的作用，每一個(gè)作為結(jié)構(gòu)幾何單元的十二面體與界面相切的位置不同，會(huì)呈現(xiàn)不同形狀的切面。所以我們?cè)谕饬⒚嫔媳愕玫搅艘环N自然狀態(tài)的若干多邊形組成的圖案。每一個(gè)多邊形上覆蓋一個(gè)ETFE氣泡，這就是“水泡”的外觀?？梢钥吹竭@一結(jié)構(gòu)體系一直是在理性與規(guī)則中操作，僅在形成結(jié)果的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，使之呈現(xiàn)了一個(gè)自然狀態(tài)。值得說明的是，前面提到的切割面與格構(gòu)框架間的角度，這一角度與幾何單元間存在一定的關(guān)系，可以使得外觀的自由圖案以一定范圍做“四方連續(xù)”的重復(fù)，這可以更好地為實(shí)施帶來方便，但這種重復(fù)被控制在不易察覺的程度上。我們認(rèn)為這一結(jié)構(gòu)解決方案，使代表著建筑內(nèi)在邏輯體系的“構(gòu)”沒有被“解”掉，而是在一個(gè)紛繁自由的外觀下得到了強(qiáng)化和尊重，這種努力使“水立方”真正成為建筑而不是雕塑。因?yàn)榈袼苁且揽克囆g(shù)家的智慧之手確定每一細(xì)節(jié)，別人是難以參與的，而這一設(shè)計(jì)設(shè)定的是一個(gè)程序，任何人遵循這一程序輸入相同的原始條件都會(huì)得到同樣的結(jié)果，這無疑使之具備相當(dāng)好的工程意義。
ETFE是近年國(guó)際上漸漸流行的材料，格雷姆肖、赫爾佐格等大師都有用它建成的作品。它的外觀特性用在這一設(shè)計(jì)中非常恰當(dāng)。這是一種叫做“聚四氟乙烯”的超穩(wěn)定有機(jī)物薄膜，中間充氣形成氣枕，邊界固定在鋁合金邊框上形成一個(gè)個(gè)扇頁，再將邊框固定在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。其節(jié)點(diǎn)與施II藝與一般的玻璃天窗大同小異。這種材料與家用不粘鍋內(nèi)的“特富龍”屬同族物質(zhì)，表面附著力極小，對(duì)灰塵、污水的自潔性能大大優(yōu)于玻璃，在北京的特殊氣候下，無疑是現(xiàn)有材料中最好的透明半透明的材料。
結(jié)構(gòu)形式和材料將在后面的章節(jié)中做詳細(xì)介紹。
3、功能和運(yùn)營(yíng)
現(xiàn)代奧運(yùn)會(huì)已超越純競(jìng)技體育的意義而成為世界性的大聚會(huì)，是社會(huì)、文化、科技的綜合展示場(chǎng)。對(duì)中國(guó)對(duì)北京更有深刻的精神意義?；谶@種考慮，在滿足比賽需要以后，我們不但安排了大量賽后運(yùn)營(yíng)的活動(dòng)內(nèi)容，還賦予它更多的場(chǎng)所意義。賽后運(yùn)營(yíng)的主體是人造沖浪海灘，圍繞它還有種類繁多的水上娛樂、健身、培訓(xùn)等設(shè)施，建成后是北京最大型、最全面的市民水上游樂中心。賽場(chǎng)北側(cè)的臨時(shí)座椅拆除后，形成獨(dú)立的高級(jí)水上健身會(huì)所，南側(cè)的臨時(shí)座椅拆除后，形成連接?xùn)|側(cè)主場(chǎng)軸線與西側(cè)商業(yè)區(qū)的室內(nèi)步行街。步行街一邊有若干餐飲、酒吧、商場(chǎng)、電影院等設(shè)施；一邊是椰林掩映下的沖浪沙灘。它將是奧運(yùn)公園一帶頗具特色的城市空間。
4、景觀設(shè)計(jì)和文物保護(hù)
景觀設(shè)計(jì)中的圓形水池寓意方塊落在水面濺出的水花，水滴四濺，滴水蕩出漣漪，形成NSC的自然景觀。這些“水滴”形成場(chǎng)地上與水相關(guān)的景觀小品，如水池(有選擇地種以植物)、雕塑、噴泉等。正如中國(guó)古城池被河水環(huán)繞一樣，四周以線性水池與陸地分開，僅以橋在建筑入口處相連。
國(guó)家游泳中心為北頂寺提供了一個(gè)多變的背景，我們的設(shè)計(jì)將兩者緊密聯(lián)系，而不是互相對(duì)立。在國(guó)家游泳中心南側(cè)的開放空間之中，通過精心設(shè)計(jì)的景觀將北頂娘娘廟和國(guó)家游泳中心集合起來，自然而然地完成了天然景觀與建筑藝術(shù)的轉(zhuǎn)換，也標(biāo)示著這個(gè)城市從歷史走向現(xiàn)代的過程。我們正在興建一座奧林匹克綠色城市，國(guó)家游泳中心就在它的最前面。
國(guó)家游泳中心延續(xù)了奧林匹克公園的總體規(guī)劃思想，引導(dǎo)了一個(gè)方型建筑的序列，使得它北側(cè)的建筑能夠根據(jù)它所定義的形狀向下延伸。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
國(guó)家游泳中心的結(jié)構(gòu)體系基于三維空間的最有效分割模型。此結(jié)構(gòu)模型自然界中普遍存在，例如細(xì)胞組織單元的基本排列形式、水晶的礦物結(jié)構(gòu)，以及肥皂沫的天然構(gòu)造。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈感來源于Kelvin的“泡沫”理論，將水泡的結(jié)構(gòu)放大到建筑結(jié)構(gòu)的尺度。這樣的結(jié)構(gòu)形式至今還僅存于自然界，尚未被用于建筑結(jié)構(gòu)模型。這種獨(dú)特設(shè)計(jì)帶來的特殊視覺效果和空間感受給人一種神秘的美感。
1、空間結(jié)構(gòu)的由來
19世紀(jì)末期，Load Kelvin提出了如下問題：“如果我們將三維空間細(xì)分為若干個(gè)小部分，每個(gè)部分體積相等但要保證接觸表面積最小，這些細(xì)小的部分應(yīng)該是什么形狀7”
在過去的100年中，許多人都對(duì)這個(gè)數(shù)學(xué)難題提出了不同的解決方案，但是都不是非常完美。到了1993年，兩個(gè)愛爾蘭教授Weaire和Phelan提出了新的解決方案，即由兩個(gè)不同的單元體構(gòu)成，其中一個(gè)為14面體(2個(gè)面為六邊形，12個(gè)面為五邊形)，另一個(gè)為12面體(所有面均為五邊形)
Weaire－Phelan模型一直延用至今，它是三維空間最理想的組成結(jié)構(gòu)。我們就用它作為國(guó)際游泳中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本模型。
2、空間結(jié)構(gòu)的形成
盡管它呈現(xiàn)出復(fù)雜性及有機(jī)的形式，但實(shí)際上它具有很高的重復(fù)性。此結(jié)構(gòu)中只存在3種不同的面，4個(gè)不同的邊，3種不同的角點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)。所以國(guó)家游泳中心可用高度重復(fù)性的空間鋼結(jié)構(gòu)桁架來進(jìn)行安裝。這個(gè)結(jié)構(gòu)是基于世界上對(duì)數(shù)學(xué)結(jié)論最有挑戰(zhàn)性的答案，同時(shí)也是自然界里最普遍存在的形式，也就是人文、技術(shù)及綠色結(jié)合的答案。
以下是對(duì)國(guó)家游泳中心空間結(jié)構(gòu)形成過程的描述，為簡(jiǎn)單起見，形成過程用二維平面來代表三維空間。
第一步是構(gòu)造一個(gè)空間鋼桁架的單個(gè)單元。
這個(gè)單個(gè)單元可在兩個(gè)方向上重復(fù)以形成大面積的空間鋼桁架結(jié)構(gòu)。
為了創(chuàng)造一個(gè)大小不一的圖案，可把已形成的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一下。在這個(gè)示范中，我們旋轉(zhuǎn)了45度角。在三維空間中，這個(gè)形成的立方體是在兩個(gè)軸線上旋轉(zhuǎn)的。也就是，橫向旋轉(zhuǎn)一次，縱向旋轉(zhuǎn)一次。
旋轉(zhuǎn)完畢后，用“磨具切割機(jī)”按照最終的屋頂輪廓把形狀切出來。
最后一步是把切出來的空間鋼結(jié)構(gòu)桁架清理一下。把屋頂及墻體周邊不需要的桿件清理掉。最后就形成了一個(gè)不僅具有高重復(fù)性而且具有高效率的空間鋼結(jié)構(gòu)桁架。
3、空間結(jié)構(gòu)的幾何分析
前面已經(jīng)提到，這種結(jié)構(gòu)看似復(fù)雜，但是具有非常高的重復(fù)性。我們對(duì)這個(gè)空間結(jié)構(gòu)桁架不同桿件的長(zhǎng)度作了個(gè)歸類。這個(gè)歸類包括了30度轉(zhuǎn)角及45度轉(zhuǎn)角的這兩種幾何形式。以便讀者有更直觀的認(rèn)識(shí)。
(1)30度角幾何形式
①表面層：表面層是指屋頂?shù)纳蠈蛹跋聦?，墻體的內(nèi)層及外層。該表面層形成了空間鋼結(jié)構(gòu)桁架體系的主要受力桿件。圖7是30度轉(zhuǎn)角的屋頂平面幾何示意?？梢钥闯鲆粋€(gè)與水平方向成30度角的重復(fù)性圖案。為了得出重復(fù)性的高低情況，我們對(duì)實(shí)際桿件的長(zhǎng)度作了個(gè)分析。表面層桿件長(zhǎng)度變化較大。
②內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的桿件情況，我們也做了相
同的研究，可以看出與外表層類似的圖案，但沿30度角的圖案比外表層的更清晰。重復(fù)的單元體也清晰可見。
總結(jié)桿件長(zhǎng)度的分析可以看出，內(nèi)部桿件的長(zhǎng)度有很高的重復(fù)率，在占有總桿件71％的內(nèi)部桿件中，只有4種不同的桿件長(zhǎng)度。這些桿件代表了空間鋼結(jié)構(gòu)桁架體系的內(nèi)部桿件并形成一部分基本單元的重復(fù)性。
剩余的29％的桿件，具有74種不同的桿件長(zhǎng)度。這些桿件將外表面層及內(nèi)部典型單元體連接起來。
總結(jié)起來，內(nèi)部桿件重復(fù)性高。空間鋼結(jié)構(gòu)桁架桿件及其連接可用重復(fù)性的模式來加工制作。然后可以非常有限的節(jié)點(diǎn)形式采用焊接或螺栓連接。
(2)45度角幾何形式
①面層結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)的重復(fù)性在沿45度角的方向是清晰可見的。可以看出97％的桿件只有9種不同的長(zhǎng)度，剩余的3％的桿件擁有9種不同的長(zhǎng)度。比30度的情況具有更大的重復(fù)性。這種增加的重復(fù)性減少了建筑外觀的隨機(jī)性。
②內(nèi)部結(jié)構(gòu)：30度角所生成的空間框架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有很高的重復(fù)性，70％的桿件只有4種不同的長(zhǎng)度。45度結(jié)構(gòu)的重復(fù)性更高，90％的桿件具有4種不同的長(zhǎng)度。
總的來說，由于結(jié)構(gòu)是由簡(jiǎn)單的單元體組合而成，所以它具有很高的重復(fù)性。對(duì)于結(jié)構(gòu)的施工還是相當(dāng)可行的，只要將一些具有相似長(zhǎng)度的桿件焊接或用螺栓連接在變化不多的節(jié)點(diǎn)上即可。
4、空間結(jié)構(gòu)的受力分析
我們采用了Strand7有限元分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析并用其它幾個(gè)軟件對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核，并對(duì)桿件的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。此過程可以確定空間框架中桿件的優(yōu)化截面面積，以保證達(dá)到結(jié)構(gòu)的最小重量。
我們根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)全部屋面和部分屋面桿件的應(yīng)力進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)荷載考慮了靜載、風(fēng)載和雪載的組合方式。我們發(fā)現(xiàn)所有應(yīng)力均在允許范圍之內(nèi)。上頂面的最大應(yīng)力為大約270n／mm2。
5、空間結(jié)構(gòu)的撓度分析
我們對(duì)在靜載、活荷載、風(fēng)載和雪載的情況下的結(jié)構(gòu)撓度進(jìn)行了分析。最大靜荷載撓度為245mm。按照最大跨度115m考慮，最大撓度比為1／470，在允許的范圍之內(nèi)。最大的活荷載撓度為105mm，撓度比為1／1000。靜載加活載的撓度比1／319。
最大的雪載撓度為150mm，撓度比為1／766。靜載加雪載的撓度為395mm，撓度比為大約1／300這也在允許范圍以內(nèi)。最大側(cè)向風(fēng)載撓度為115mm，撓度和高度的比值為1／300，非常安全。
總的來說，由單元體組成的空間框架結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度，其撓度值在允許范圍以內(nèi)。
靜載撓度最大的垂直撓度=245mm。
“水立方”的外貿(mào)材料
ETFE在膜結(jié)構(gòu)領(lǐng)域已有十幾年的應(yīng)用歷史。由于這種膜材具有卓越的性能，使得它幾乎能適應(yīng)一切從開放式、半開放式直到完全封閉式的、需要“透明”的場(chǎng)合。本項(xiàng)目將此種材料用于外墻材料，是一種大膽、新奇的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)不僅大大降低了屋頂和外墻的重量，而且充分體現(xiàn)了綠色和科技的主體。ETFE為現(xiàn)代建筑提供了一個(gè)創(chuàng)新的解決方案，它的成本合理、質(zhì)量輕、熱學(xué)性能兩高、具有很強(qiáng)的透光性、能夠廣泛地應(yīng)用于傳統(tǒng)材料，如玻璃制品所不能應(yīng)用的地方。
1、ETFE材料介紹
四氟乙烯(ETFE)是建筑產(chǎn)業(yè)中一種相對(duì)較新的材料。ETFE的英文名稱為Ethylene Tetra Fluoro Ethylene，是一種乙烯和四氟乙烯的共聚物。它是經(jīng)過改進(jìn)了的一種粉式聚合樹脂，跟PTFE(也叫做特富龍)屬于同一家族。用于建筑中的ETFE通常是通過擠壓形成很薄的薄片生產(chǎn)出來，這種薄片較多用于建筑的雙、多層充氣膜結(jié)構(gòu)中。單片膜的跨度與其載荷有關(guān)，一般為2m～5m。最大的ETFE膜結(jié)構(gòu)可伸展達(dá)50m。ETFE薄膜能夠制成任何尺寸和形狀，滿足大跨度的要求，節(jié)省了中間支撐結(jié)構(gòu)。這就使得設(shè)計(jì)者能夠把覆層跟結(jié)構(gòu)相結(jié)合，創(chuàng)造出極為輕質(zhì)、簡(jiǎn)潔和高雅的結(jié)構(gòu)。
2、ETFE材料的性能
與塑料的不同的是：塑料是聚氯乙烯，強(qiáng)度和耐久性都很差。ETFE是氟的聚合物，它是非常穩(wěn)定的物質(zhì)。例如氟的另外一種聚合物特富龍，用于不粘鍋內(nèi)的材料，可抗高熱、酸堿等腐蝕。這種材料壽命超過20年。由于組成這種膜材的分子是自然界中最穩(wěn)定的有機(jī)物之一，故由ETFE為膜材的膜結(jié)構(gòu)一般受環(huán)境影響極小。
對(duì)于此種材料廠家的保質(zhì)期為10年，廠家提出的壽命是30年。但這并不意味著30年后必須要進(jìn)行更換，可能在30年后會(huì)有局部的更新。
ETFE膜材料的透光率約為90％。ETFE膜的可選色為白色，此種情況的透光率為70％。對(duì)于雙層(層間為空氣)ETFE結(jié)構(gòu)，K值約為3.5，對(duì)于同樣的三層結(jié)構(gòu)，K值約為1.8。
3、ETFE材料的防火性能
ETFE是一種阻燃性且自熄性材料。熔點(diǎn)在275℃左右。當(dāng)材料接近它的熔化溫度時(shí)(大約275℃)，它就會(huì)軟化。葉片內(nèi)部氣壓作用使得ETFE超過它的延展界限，這樣在表面形成孔洞。這就有效地讓熱空氣或底下的火排出去。因?yàn)镋TFE材料很薄很輕，所以分離的碎片往往是被熱空氣向上帶走而非掉到地面上。當(dāng)有明火時(shí)，ETFE將會(huì)燃燒，但很快就會(huì)熄滅。ETFE的這種自我通風(fēng)的特性有效防止了過熱的空氣在體系下面聚集，因此防止了過熱的空氣導(dǎo)致的可燃材料的自燃。
此外，由于這種材料的平均厚度僅為0.2mm，單位重量極輕，故如果發(fā)生火災(zāi)，其造成的損害也是極小的。ETFE在離開火源后會(huì)自動(dòng)熄滅。一個(gè)2000m2ETFE膜結(jié)構(gòu)建筑，其所用的ETFE膜材總體積大約只有0.8m3?？紤]到材料的特性，煙花雖有造成微小損傷的可能性，但對(duì)整個(gè)建筑不造成任何威脅。
4、ETFE的設(shè)計(jì)原理
ETFE薄膜氣枕的設(shè)計(jì)原理并不很新。首先應(yīng)用于覆蓋結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例是在1970年東京世界博覽會(huì)上。從那時(shí)起由聚酯制成的薄膜開始應(yīng)用的到空間框架上。
在實(shí)際應(yīng)用中要采用兩層或者更多層的薄膜，在邊緣夾在一起形成可以充氣的枕頭形狀。薄膜邊緣夾具的形式經(jīng)常會(huì)有變化，但是通常是由安裝在下部鋼或木結(jié)構(gòu)或者是懸索結(jié)構(gòu)上的特制的鋁質(zhì)邊界型材構(gòu)成。
體系內(nèi)的氣壓使得上下兩層薄膜形成了曲線。一般來說，根據(jù)體系形狀和大小，內(nèi)部空氣的壓力在200～750Pa之間進(jìn)行調(diào)整。體系外面的荷載通過內(nèi)部的空氣壓力傳到整個(gè)體系。若內(nèi)部壓力降低或?qū)嶋H荷載超過了充氣壓力，那么荷載將由懸鏈線直接承受。
5、ETFE的充氣系統(tǒng)
與ETFE葉片相配套的充氣系統(tǒng)將保持葉片內(nèi)部壓力的恒定。充氣系統(tǒng)包括烘干機(jī)、鼓風(fēng)設(shè)備(泵)、溫度和濕度自控裝置(它里面的過濾器可以防止?jié)駳夂突覊m進(jìn)入葉片內(nèi))、壓力傳感器等。充氣系統(tǒng)可以和傳感器相連，使得氣
墊內(nèi)的壓力可以根據(jù)外部荷載的壓力變化而進(jìn)行調(diào)整。
氣泵一般安置在ETFE氣墊附近，由于他們很小，可非常容易地安置在不引人注目的角落里。其他設(shè)備則可統(tǒng)一安排在中心控制室內(nèi)。
空氣由經(jīng)過濾和調(diào)節(jié)溫濕度后經(jīng)壓縮機(jī)輸入主管，再由支管輸入氣墊內(nèi)。考慮到體系內(nèi)會(huì)存在滲漏，充氣系統(tǒng)必須連續(xù)運(yùn)行以保持葉片內(nèi)部壓力的恒定。當(dāng)充氣系統(tǒng)不運(yùn)行的時(shí)候(例如維護(hù)或停電)，連接氣墊的管線中的單向閥門將起作用，以防止內(nèi)部的氣壓損失。
6、ETFE薄膜的自潔性
ETFE本身為自潔性材料，摩擦系數(shù)非常小，表面很光滑，加上曲線形的形狀，灰塵很難附著。即使有少量的附著發(fā)生，也會(huì)在干燥后被風(fēng)等自然力非常容易地清除掉。由于它是氟的聚合物，很難與空氣中的其它化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。對(duì)于屋頂，一般情況下，每4或5年清洗一次即可。清洗時(shí)可用清水及軟布，一般不需清洗玻璃幕墻時(shí)所用的不利于環(huán)保的化學(xué)藥劑。對(duì)于立面，可設(shè)計(jì)一些與結(jié)構(gòu)相結(jié)合的可上人裝置，如梯子等，以便需要時(shí)上人清洗。就經(jīng)驗(yàn)而言，立面所需的清洗非常少。在氣墊相連接的附件處，應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)合適的角度以保證排水的暢通，避免塵土的堆積，并注意對(duì)附件系統(tǒng)進(jìn)行定期清潔和保養(yǎng)。
其它新技術(shù)的應(yīng)用
國(guó)家游泳中心的設(shè)計(jì)應(yīng)用了大量的新技術(shù)。這些技術(shù)有些在中國(guó)的建筑業(yè)中，甚至是世界的建筑業(yè)中還從沒有用過。這些新技術(shù)的目的是最大限度地提高運(yùn)動(dòng)員的比賽水平，提高觀眾在現(xiàn)場(chǎng)參觀比賽時(shí)的感受，同時(shí)為國(guó)家游泳中心的運(yùn)營(yíng)提供最大的便利。由于設(shè)計(jì)中體現(xiàn)的新技術(shù)較多，在此文中僅列出其中比較有特色的一部分。
1、外墻投影效果
由于外墻的特殊材料，它可以像電影屏幕一樣在夜間通過光照在其上面產(chǎn)生可移動(dòng)的動(dòng)畫，產(chǎn)生夢(mèng)幻般的效果。這種圖像可以是預(yù)先錄制好的主體電影，也可以是國(guó)家游泳中心戲水樂園內(nèi)人們嬉戲時(shí)的影像。通過在外墻上反映動(dòng)畫，可以為室外的人群提供一種休閑娛樂方式，同時(shí)為國(guó)家游泳中心的運(yùn)營(yíng)吸引到更多的顧客。為了實(shí)現(xiàn)此種技術(shù)，要在室外布置一套復(fù)雜的計(jì)算機(jī)控制照明系統(tǒng)。
2、三維立體球形顯示屏
此種技術(shù)的最初出發(fā)點(diǎn)是為了輔助那些到現(xiàn)場(chǎng)觀看跳水比賽的觀眾更好地欣賞比賽。對(duì)于電視觀眾，可以欣賞到跳水比賽的慢動(dòng)作重放。但是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的觀眾，整個(gè)跳水過程將在瞬間完成，在還沒有完全看清楚的情況下，運(yùn)動(dòng)員的整個(gè)動(dòng)作就已經(jīng)完成。
為了解決這個(gè)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)中提供的解決方案是在奧林匹克游泳大廳的中央上方安裝三維立體球形顯示屏，在跳水比賽中裁判員進(jìn)行評(píng)判時(shí)為觀眾進(jìn)行慢動(dòng)作重放。此顯示屏具有以下特性
①屏幕將允許所有觀眾能夠看到跳水運(yùn)動(dòng)員的增強(qiáng)的比賽圖像。
②屏幕的理想高度為10m，在寬度和形狀上滿足視覺要求。
③圖像將在水霧中產(chǎn)生。水霧可以是自行產(chǎn)生的，也可以是在一個(gè)透明的容器里。
④在不使用時(shí)，屏幕應(yīng)該是不可見的。
重放的圖像應(yīng)該是三維的經(jīng)過放大的圖像，觀眾在觀看時(shí)不需要視覺輔助設(shè)施。
目前此種技術(shù)還不成熟，在3～4年內(nèi)應(yīng)該能夠發(fā)展到我們需要的水平。
3、運(yùn)動(dòng)員輔助系統(tǒng)
(1)進(jìn)程提示線
在比賽過程中，由于和領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員之間的距離以及中間其它運(yùn)動(dòng)員的阻擋，在泳道中的運(yùn)動(dòng)員很難判斷自己與領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員之間的差距。我們的設(shè)計(jì)設(shè)置了一條垂直于運(yùn)動(dòng)員前進(jìn)方向的通長(zhǎng)提示線，標(biāo)出領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員和后面其它運(yùn)動(dòng)員的相對(duì)位置。指示線將由聚焦在水面上方的激光構(gòu)成。激光的強(qiáng)度不會(huì)對(duì)任何運(yùn)動(dòng)員、觀眾和比賽官員造成威脅。通過安裝在游泳池上方的攝像機(jī)和專用的圖像識(shí)別軟件，可以定位出領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員頭部的位置。在領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員前面沒有激光束，所以領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員可以明確知道自己處于領(lǐng)先位置。其他運(yùn)動(dòng)員可以非常精確的知道自己和領(lǐng)先運(yùn)動(dòng)員的相對(duì)位置，但是領(lǐng)先的運(yùn)動(dòng)員并不知道自己和后面運(yùn)動(dòng)員之間的差距，因此運(yùn)動(dòng)員之間將展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，比賽的結(jié)果也有可能更加接近。
(2)出發(fā)方式的改進(jìn)
運(yùn)動(dòng)員有時(shí)預(yù)測(cè)發(fā)令槍的時(shí)間錯(cuò)誤而容易造成搶跳，使得比賽重新開始或者取消比賽成績(jī)。而發(fā)令槍響的時(shí)間由比賽官員控制，并不總能保持一致。因此運(yùn)動(dòng)員不能精確判斷出何時(shí)發(fā)令槍會(huì)響。我們的設(shè)計(jì)是在比賽開始以前，一條通線沿著泳道朝著運(yùn)動(dòng)員的方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)距離池壁5m的地方比賽開始。通過此種方式，運(yùn)動(dòng)員可以精確判斷出比賽開始時(shí)間，以減少不必要的搶跳，并盡量縮短反應(yīng)時(shí)間。
(3)接力比賽交接過程的改進(jìn)
在接力比賽中，運(yùn)動(dòng)員在交接時(shí)總是會(huì)損失一些時(shí)間，也就是說，在前一個(gè)運(yùn)動(dòng)員觸線后和后一個(gè)運(yùn)動(dòng)員跳入水中存在間隙。我們提供的解決方案是，在水中的選手完成最后一個(gè)腿部動(dòng)作的瞬間，下一棒選手正前方的泳道將出現(xiàn)指示。
(4)終點(diǎn)觸線方式的改進(jìn)
在比賽接近終點(diǎn)的時(shí)候，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員接觸到感應(yīng)板的時(shí)候，可能他的一次劃水動(dòng)作沒有完成。因此在接觸到感應(yīng)板的前一時(shí)刻，由于運(yùn)動(dòng)員害怕?lián)p傷自己的手臂，動(dòng)作將會(huì)有所收斂，所以手臂并不處于劃水的最高速度。為了提高運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)，應(yīng)該讓運(yùn)動(dòng)員的手臂以最快的速度劃過終點(diǎn)。我們的解決方案是，運(yùn)動(dòng)員的手臂劃過的是一道光柱，而不再是感應(yīng)板。當(dāng)手臂劃過光柱時(shí)，激發(fā)記時(shí)器。光柱垂直于水面，與另一側(cè)池岸的距離正好是50m。在光柱的后面是空的區(qū)域，允許運(yùn)動(dòng)員的手臂劃過而不會(huì)受到傷害。
4、無線電頻率識(shí)別芯片(RFID)
此裝置目前已經(jīng)有所應(yīng)用，我們期待它的性能在2008年以前會(huì)大大提高。工作原理是每個(gè)裝置都具有不同的頻率，和中央傳感器保持聯(lián)系，因此中央傳感器可以對(duì)佩帶此芯片的不同顧客進(jìn)行身份識(shí)別。此系統(tǒng)為無線使用，如果將此芯片安裝在防水和防撞擊的材料中并制成可以佩帶在手腕上的形式，使用者可以在國(guó)家游泳中心內(nèi)的任何環(huán)境中使用。根據(jù)需要，芯片可以調(diào)節(jié)到不同的傳感范圍。
無線電頻率識(shí)別芯片的智能化越來越高，現(xiàn)在可以攜帶越來越多的信息。芯片可以當(dāng)成電子貨幣并被充值。這在游泳中心的運(yùn)營(yíng)中顯得非常重要。原因主要有以下幾個(gè)方面；
①顧客不用攜帶現(xiàn)金。
②跟蹤消費(fèi)者的活動(dòng)信息，為運(yùn)營(yíng)提供指導(dǎo)意義。
③指示消費(fèi)者的消費(fèi)行為。
④對(duì)游泳人員進(jìn)行安全監(jiān)控。
5、其它新技術(shù)的應(yīng)用
其它的新技術(shù)包括以下一些方面
①盡量減少水的使用(90％可循環(huán))，主要措施包括使用高效過濾系統(tǒng)、中水系統(tǒng)和雨水收集系統(tǒng)。
②沒有熱量損失的設(shè)計(jì)：透明的薄膜起到了溫室的效果，太陽能被盡量吸收，并為游泳池和周圍地區(qū)提供熱量。
③盡量采用自然照明和自然通風(fēng)，減少對(duì)人工系統(tǒng)的依賴。
④采用與建筑物相結(jié)合的光電系統(tǒng)以節(jié)省能源。
⑤利用地下水進(jìn)行制冷和加熱。
⑥語言輔助系統(tǒng)觀眾可以選擇自己需要的語言廣播。
⑦交通指示系統(tǒng)對(duì)人流的走向提供指示。
