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3 卷 首 语 EDITOR'S WORDS EDITOR'S WORDS 卷 首 语 去 小 区 物 业 办 事, 看 到 的 一 幕 很 让 人 感 慨, 写 下 来 等 苦 恼 的 时 候 拿 出 来 看 看, 可 以 再 鞭 策 一 下 自 己 一 位 业 主 和 他 的 家 人 们 到 物 业 交 涉 房 子 漏 雨 问 题, 我 看 到 的 时 候 这 位 带 着 眼 镜 本 来 应 该 还 算 斯 文 的 业 主 已 经 怒 不 可 遏, 嘴 里 大 声 嚷 嚷 着 你 不 管 是 吧?, 然 后 用 身 体 很 用 力 地 撞 面 前 的 桌 子 桌 子 上 的 显 示 屏 倒 了, 砸 在 物 业 人 员 的 胳 膊 上, 姑 娘 实 在 受 不 了 委 屈, 捂 着 脸 哭 了 起 来 刚 看 到 这 一 幕 时, 很 为 物 业 姑 娘 抱 不 平 : 凭 什 么 呀? 有 事 说 事, 这 是 干 什 么? 现 在 的 人 都 怎 么 了? 缺 乏 修 养 不 过 又 转 念 到 业 主 的 位 置 上 想 : 房 子 有 问 题 不 找 你 找 谁 呀? 我 没 交 物 业 费 吗? 已 经 和 你 们 说 过 不 止 一 次 了, 还 不 给 解 决, 装 修 和 家 电 损 坏 了 你 们 赔 吗? 只 是 挂 个 电 话, 告 诉 我 已 经 向 上 级 反 映 过 了, 上 级 说 也 没 办 法, 糊 弄 谁 呢? 一 副 公 事 公 办, 事 不 关 己 的 态 度, 看 着 就 让 人 生 气 马 上 又 替 物 业 姑 娘 感 觉 有 点 冤 : 这 活 没 法 干 了, 一 个 月 就 挣 这 几 个 钱, 还 得 平 白 无 故 的 受 人 窝 囊 气 领 导 都 说 暂 时 解 决 不 了, 我 有 什 么 办 法, 让 我 给 你 修 去 啊 我 要 是 没 给 你 想 办 法, 也 就 算 了, 我 能 做 的 都 做 了 啊, 太 欺 负 人 了 上 述 的 情 景 没 什 么 稀 奇 的, 相 信 各 位 也 不 止 一 次 看 到 或 经 历 过 类 似 的 情 况 但 这 一 幕 总 是 在 脑 海 里 回 荡, 挥 之 不 去, 让 我 联 想 到 PKPM 软 件 与 用 户 我 们 在 工 作 中 是 不 是 也 曾 给 自 己 找 出 过 无 数 个 理 由 来 辩 解 : PKPM 用 户 这 么 多, 哪 能 都 服 务 的 那 么 到 位? 人 编 的 软 件, 有 没 毛 病 的 吗? 根 本 就 不 是 软 件 自 身 的 问 题, 是 你 自 己 犯 的 错, 我 们 还 不 够 耐 心 吗? 这 几 年 我 们 PKPM 进 步 的 够 快 的 了, 你 们 还 想 怎 么 样? 这 事 跟 我 没 关 系 啊, 要 不 你 跟 我 们 领 导 反 映 反 映 我 们 没 挣 多 少 钱, 大 家 不 过 都 是 在 混 口 饭 吃, 您 老 就 多 担 待 吧 我 们 可 是 高 科 技 企 业, 素 质 都 挺 高 的, 您 可 不 能 无 理 取 闹 仔 细 想 想, 这 些 理 由 没 有 一 条 是 成 立 的 PKPM 软 件 是 干 嘛 的? 卖 完 了 软 件 就 是 应 该 给 用 户 服 务 好 的 用 户 会 长 期 对 一 个 自 高 自 大 的 品 牌 保 持 忠 诚 吗? 这 世 界 上 没 有 最 好, 只 有 每 一 天 尽 心 尽 力 做 到 更 好 我 们 所 做 到 的 离 用 户 的 要 求 还 有 很 大 的 差 距, 唯 有 竭 尽 全 力 才 对 得 起 那 么 多 的 期 许 甚 至 是 忍 耐 还 是 小 米 手 机 的 雷 军 说 的 特 别 对 : 顾 客 不 是 上 帝, 因 为 中 国 没 几 个 人 信 上 帝, 我 们 把 顾 客 当 朋 友 PKPM 应 该 有 更 多 的 用 户 朋 友, 并 且 应 该 在 朋 友 们 的 鞭 策 下 更 快 的 进 步 建 研 科 技 股 份 有 限 公 司 设 计 软 件 事 业 部 主 任 : 杨 志 勇 1

4 TECHNICAL ADVISOR EDITOR IN CHIEF EXECUTIVE EDITOR COMMISSIONER 顾 问 金 新 阳 主 编 杨 志 勇 执 行 编 辑 曲 盛 男 编 委 马 恩 成 朱 伟 朱 春 明 刘 岩 邱 顺 冬 邹 军 沈 文 都 沈 耀 军 张 永 炜 张 志 远 赵 志 安 姜 立 夏 绪 勇 顾 维 平 黄 立 新 黄 吉 锋 ( 按 姓 氏 笔 划 为 序 ) 26 EDITOR ADD ZIP TEL FAX 编 辑 PKPM 新 天 地 编 辑 部 邮 箱 [email protected] 地 址 北 京 市 北 三 环 东 路 30 号 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 主 楼 17 层 邮 编 电 话 传 真 投 稿 须 知 请 提 供 稿 件 的 电 子 文 档 以 及 稿 件 中 相 关 图 片 的 电 子 文 档 ( 涉 及 到 DWG 文 件, 请 提 DWG 文 件 ) 请 在 电 子 邮 件 的 主 题 中 注 明 投 稿 字 样 本 刊 图 文 版 权 所 有, 未 经 同 意 不 得 转 载 或 摘 编 发 现 装 订 错 误 或 缺 页, 请 将 杂 志 寄 回 本 刊 编 辑 部 即 可 得 到 调 换 29 快 来 挑 错 PKPM 新 天 地 广 大 读 者 朋 友, 我 们 的 传 统 挑 错 活 动 会 一 直 进 行 下 去, 欢 迎 大 家 指 正 凡 是 参 加 挑 错 活 动 的 读 者, 都 会 得 到 我 们 一 份 小 礼 品! 挑 错 专 用 信 箱 :[email protected] 2014 年 第 1 期 挑 错 名 单 : 邵 明 伟 付 小 林 徐 颖 强 秋 林 枫 叶 2014 年 第 1 期 以 上 5 位 读 者 将 收 到 PKPM 送 出 的 礼 物! 感 谢 大 家 对 我 们 的 支 持! 67 2

5 CONTENTS 目 录 1 卷 首 语 /EDITOR'S WORDS 杨 志 勇 工 程 师 手 记 /ENGINEER'S NOTES 关 于 含 少 量 剪 力 墙 的 框 架 结 构 和 含 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 的 设 计 思 路 探 讨 / 徐 盼 浅 谈 如 何 解 决 框 架 梁 柱 节 点 核 心 区 抗 剪 超 的 问 题 / 施 春 亮 半 地 下 室 结 构 设 计 简 析 / 李 灿 辉 建 筑 工 程 电 梯 结 构 设 计 要 点 / 欧 小 燕 二 道 防 线 设 计 中 的 刚 度 折 减 和 地 震 剪 力 调 整 / 赵 清 清 结 构 嵌 固 端 相 关 问 题 浅 析 / 冯 晓 敏 武 汉 公 交 信 息 中 心 基 础 方 案 分 析 / 谌 文 郑 敏 浅 议 锚 杆 静 压 桩 在 设 计 过 程 中 的 应 用 / 韦 正 平 单 层 混 凝 土 框 架 结 构 的 优 化 设 计 / 谢 胜 杰 结 构 软 件 应 用 /STRUCTURE SOFTWARE 42 PKPM 钢 结 构 设 计 软 件 应 用 ( 一 ) 桁 架 设 计 应 用 / 夏 绪 勇 更 上 一 层 楼 /HIGHER LEVEL 对 规 范 若 干 条 文 的 理 解 ( 续 二 )/ 胡 允 棒 中 美 规 范 风 荷 载 的 对 比 分 析 / 张 维 秀 王 为 张 元 琦 高 层 框 架 - 核 心 筒 结 构 抗 震 性 能 设 计 与 优 化 / 陈 辉 其 他 软 件 应 用 /OTHER SOFTWARE BIM 及 建 筑 CAD 软 件 中 几 何 内 核 应 用 研 究 / 郑 国 勤 于 贵 友 迟 小 羽 太 阳 能 热 水 系 统 与 高 层 住 宅 的 一 体 化 设 计 浅 析 / 朱 峰 磊 新 国 标 下 绿 色 建 筑 设 计 软 件 工 具 的 设 计 与 研 发 思 路 / 王 梦 林 结 合 建 筑 日 照 计 算 参 数 标 准 探 讨 日 照 软 件 的 选 择 / 王 会 一 刘 平 刘 立 旺 张 丹 PKPM 最 新 动 态 /LATEST NEWS 第 三 届 PKPM 全 国 合 作 伙 伴 会 议 圆 满 落 幕 PKPMv2.1 版 全 国 培 训 回 顾 知 识 堂 /EDITOR'S ANSWERS 3

6 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 关于含少量剪力墙的框架结构 和含少量框架的剪力墙结构的设计思路探讨 徐盼 / 长沙有色冶金设计研究院有限公司 1 引言 钢筋混凝土结构以其良好的抗震性能 成 高度不大 可通过设置少量剪力墙的办法提高 结构的抗震性能 在多遇地震作用下的纯框架 熟的施工技术 较强的经济性等优点在民用建 结构的弹性层间位移角不能满足规范 1/550 可 筑中占有相当大的比重 同时也是民用建筑结 通过布置少量剪力墙提高结构的侧向刚度等 构设计的重点问题 钢筋混凝土结构类型众多 对于少量剪力墙的框架结构 高层建筑混凝 且体系变化多端 相互之间既有联系又有所区 土结构技术规程 条只做了一般性规定 别 正确把握结构体系并采取相应的结构措施 对其中的剪力墙及框架设计未予以细化 对剪 是结构设计首先要解决的问题 结构倾覆力矩 力墙在这种结构形式中的作用未予以说明 导 的比值是判别结构体系的重要指标 一般情况 致结构设计及施工图审查时无章可循或对布置 下 可根据结构底层倾覆力矩的比值确定相应 少量剪力墙的框架结构提出按框架 - 剪力墙结 的结构体系 倾覆力矩的取值以规定水平力作 构设计的混乱局面 这成为布置少量剪力墙的 用下 以结构底部 复杂高层建筑结构或超限 框架结构在实际工程中难以广泛应用的主要原 建筑结构工程宜为底部加强部位 位置为准 ( 见 因 下面就设计过程中需明确的技术要点作具 下图 ) 体说明 2.1 结构形式 设置少量剪力墙并没有改变框架结构的结 构体系 带有少量剪力墙的框架结构属于一种 特殊的结构形式 但仍是框架结构 明确结构 体系的目的在于分清框架及剪力墙在结构中的 地位 其中框架式主体 是承受竖向荷载的主体 也是主要的抗侧力结构 2.2 房屋的最大适用高度 设置少量剪力墙的框架结构 其房屋的最 大使用高度可根据两类不同情况确定 1 在多遇地震作用下 当按纯框架结构计 算的弹性层间位移角不能满足规范 1/550 的要 求时 房屋的最大适用高度宜比纯框架结构适 2 关于少量剪力墙的框架结构 实际工程中 常遇到布置少量剪力墙的框 4 当降低 如降低 10% 2 在多地震作用下 当按纯框架计算的弹 架结构 例如 抗震缝两侧设置了防撞墙的框 性层间位移角能满足规范 1/550 要求时 房屋 架结构 必须采用单跨框架的多层建筑 房屋 的最大适用高度可按纯框架结构确定

7 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 2.3 房 屋 抗 震 等 级 的 确 定 框 架 的 抗 震 等 级 和 轴 压 比 限 制 按 纯 框 架 结 构 确 定 由 于 剪 力 墙 较 少, 不 是 主 要 的 抗 侧 力 结 构, 不 能 成 为 第 一 道 抗 震 防 线, 故 剪 力 墙 只 需 满 足 小 震 不 坏 的 要 求 剪 力 墙 的 抗 震 等 级 同 纯 框 架 结 构 中 框 架 的 抗 震 等 级, 抗 震 缝 的 宽 度 应 按 框 架 结 构 确 定 2.4 设 计 原 则 框 架 按 纯 框 架 结 构 ( 不 计 入 剪 力 墙 ) 和 按 框 架 与 剪 力 墙 协 同 工 作 ( 即 按 框 架 抗 震 墙 结 构 ) 分 别 计 算, 包 络 设 计 同 时, 应 特 别 强 调 验 算 纯 框 架 结 构 的 大 震 弹 塑 性 位 移, 以 确 保 结 构 小 震 不 坏, 大 震 不 倒 这 一 基 本 抗 震 性 能 目 标 的 实 现 3 关 于 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 3.1 结 构 形 式 设 置 少 量 框 架 柱 的 剪 力 墙 结 构, 其 结 构 体 系 没 有 变 化, 仍 属 于 剪 力 墙 结 构 3.2 房 屋 的 最 大 适 用 高 度 房 屋 适 用 的 最 大 高 度 可 偏 安 全 的 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 确 定 3.3 房 屋 的 抗 震 等 级 的 确 定 由 于 框 架 的 数 量 很 少, 起 不 到 一 道 防 线 的 作 用, 其 抗 侧 力 结 构 仍 属 于 剪 力 墙 结 构 因 此, 剪 力 墙 的 抗 震 等 级 按 剪 力 墙 结 构 确 定 框 架 柱 的 抗 震 等 级 可 不 低 于 剪 力 墙 或 按 框 架 抗 震 墙 结 构 中 的 框 架 确 定 ( 一 般 情 况 下, 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 中 的 框 架 确 定 的 抗 震 等 级 不 低 于 按 同 等 房 屋 高 度 确 定 的 纯 剪 力 墙 结 构 的 抗 震 等 级, 但 在 少 量 框 架 柱 的 剪 力 墙 结 构 中, 柱 的 数 量 少, 加 强 的 量 有 限 ) 房 屋 高 度 一 定 时, 剪 力 墙 结 构 的 抗 震 等 级 一 般 会 高 于 框 架 - 剪 力 墙 结 构, 因 此 有 人 担 心, 对 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 中 的 剪 力 墙 按 剪 力 墙 结 构 确 定 抗 震 等 级, 会 不 会 偏 于 不 安 全 其 实 这 种 担 心 是 没 有 必 要 的, 因 为, 判 定 是 否 属 于 框 架 - 剪 力 墙 结 构 的 关 键 就 是 要 看 两 道 防 线 是 否 能 实 现, 如 果 不 顾 工 程 的 实 际 情 况, 强 行 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 设 计, 不 仅 大 震 时 结 构 的 安 全 得 不 到 保 证, 同 时 也 会 造 成 结 构 设 计 的 浪 费 而 按 剪 力 墙 结 构 进 行 包 络 设 计, 考 虑 剪 力 墙 承 担 全 部 地 震 作 用, 对 框 架 柱 采 取 适 当 加 强 抗 震 措 施, 概 念 清 晰, 抗 震 性 能 目 标 明 确 且 结 构 的 经 济 好 3.4 设 计 原 则 设 计 分 析 分 以 下 两 步 1) 对 框 架 柱 按 特 殊 构 件 处 理, 不 考 虑 框 架 柱 的 抗 侧 作 用, 框 架 柱 只 承 担 竖 向 荷 载 ( 在 SATWE 程 序 中 可 将 柱 定 义 为 两 端 铰 接 柱 ) 剪 力 墙 设 计 时 按 纯 剪 力 墙 结 构 计 算 2) 按 框 架 - 剪 力 墙 结 构 计 算, 需 对 框 架 进 行 剪 力 调 整 按 上 述 两 步 计 算 的 较 不 利 值 对 剪 力 墙 和 框 架 柱 进 行 包 络 设 计 4 特 别 说 明 由 于 布 置 少 量 剪 力 墙 的 框 架 结 构 和 少 量 框 架 的 剪 力 墙 结 构 在 设 计 原 则 及 具 体 设 计 中 存 在 诸 多 不 确 定 因 素, 给 结 构 设 计 和 施 工 图 审 查 带 来 相 当 的 困 难, 结 构 设 计 中 应 尽 量 避 免 采 用, 尽 可 能 采 用 概 念 清 晰 便 于 操 作 且 抗 震 性 能 更 好 的 框 架 - 剪 力 墙 结 构 必 须 采 用 时, 应 提 前 与 施 工 审 查 单 位 沟 通, 以 利 于 设 计 顺 利 进 行, 避 免 返 工 5

8 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 浅谈如何解决 框架梁柱节点核心区抗剪超限的问题 施春亮 / 浙江美阳国际工程设计有限公司 1 问题提出 从抗震的基本原则 强柱弱梁 强剪弱弯 更强节点 可以知道框架梁柱节点的设计 是至关重要的 同时 高层建筑混凝土结构技术规程 条指出 抗震设计时 一 二 三 级框架的节点核心区应进行抗震验算 四级框架节点可不进行抗震验算 各抗震等级的框架节点均 应符合构造措施的要求 对于高烈度区 抗震等级越高 对结构的延性要求就越大 那么对于框 架梁柱节点的设计就越严格 在实际工程中 我们常常会遇到框架梁柱节点的截面超限的问题 特别是在高烈度区 如某 7 度区重点设防类结构 结构高度为 23.5m 抗震等级为二级 结构中一根柱出现节点截面抗剪超现象 如图 1 查看超配筋信息 图 2 可知节点域抗剪超限 图1 图2 6

9 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 2 规范对框架梁柱节点设计验算要求 依据是 混凝土规范 框架梁柱节点核心区的受剪截面应符合下列要求 公式 1 承载力抗震调整系数 取 0.85 正交梁对节点的约束影响系数 混凝土强度影响系数 混凝土抗压强度设计值 框架节点核心区的截面有效验算宽度 框架节点核心区的截面高度 从公式 1 中可以看出 要想满足公式 1 的要求 可以采取两个方法 即减小节点核心区的剪力 提高节点核心区的抗剪承载力 不等式后一项 也就是减小效应 提高抗力 3 通过减小效应来满足公式 1 混凝土规范 和 抗震设计规范 D.1.1 对节点核心区的剪力设计值提出要求 现对 混 凝土规范 和 两个公式进行分析 从 混凝土规范 公式 公式 3 可知在 不变的情况下 提高框架 梁的梁高能有效的减小节点核心区的剪力 但是从结构整体计算的结果来看 框架梁的提高势必会 提高柱子的抗侧刚度 也就增加了柱子的在水平力下的剪力 下面通过实例来分析一下 这两者之 间的关系 公式 2 公式 3 一框架柱节点两侧为 250mm 500mm 下同 的框架梁时 柱子的核心区剪力为 1101kN 将 两端的梁改为 时 柱子的核心区剪力为 1085kN 减小 1.4% 可见 增加框架梁的梁高能 减小核心区的剪力 但是效果有限 4 通过增大抗力来满足公式 1 通过公式 1 我们可以知道 可以通过提高混凝土强度等级 增加框架节点核心区的截面有效验 算宽度和框架节点核心区的截面高度来提高抗力 如果一个结构中大部分柱子出现节点核心区抗剪超可以通过提高混凝土等级来满足规范要求 这显然是合理而且比较经济的 但是如果一个结构个别一两个柱子出现节点核心区抗剪超的话 这 种方法就不是很合理了 没必要为了个别柱来提高整个结构的混凝土等级 7

10 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 的取值可按 抗震规范 附录 D 要求取值 参见表 1 梁宽大于等于柱宽的一半时 宽 所以应尽量使得梁宽为柱宽的一半 这样才能使 宽 1/4 的情况 表 1 等于柱 的取值较大 并尽量避免梁柱偏心距大于柱 的取值 梁与柱关系 的取值 梁与柱的中线重合 梁与柱的中线不重合且偏心距 的取值就是取框架节点核心区的截面高度 同时要注意 和剪力垂直的方向为 从分析 和 和 的方向取值问题 剪力方向的 的取值上可以看到 增加 和 都能提高抗力 但是问题和上面一样 提高 和 都会提高柱子的抗侧刚度 也就增加了柱子的在水平力下的剪力 下面通过实例来分析一下 这两者之间的关系 一框架柱为 时的 =1101kN FFC=1090 先把柱子改为 =1301kN FFC=1242 把柱子改为 =1138kN FFC=1148 采用 PKPM2010(6.30) 版本 SATWE 软件 得到该节点核心区计算结果对比 见表 2 表 2 节点核心区计算结果对比 柱截面 kn 与 比较增加 百分率 1.0% 18.2% 3.4% FFC kn 与 比较增加 百分率 1.0% 13.9% 5.3% 从表 2 中可以看出 增大某一方向的柱截面高度 则该方向的节点核心区的剪力增加很快 大 约为 20% 抗剪力增加 15% 剪力增长速度比抗剪力大 所以这种方法无效果 而增大垂直方向的 截面宽度时 剪力增大比较小 约为 3% 抗剪力增加 5% 剪力增长速度比抗剪力小 但是幅度相 差也并不是很大 从结果看 增加节点核心区剪力垂直方向的截面宽度能有效的提高抗剪承载力 5 结语 框架梁柱节点是框架正常工作的保证 同时也是框架在地震作用下的抗连续倒塌的要求 只有 更强的节点才能保证其有足够的延性要求 通过上面的分析 在模型中如果遇到节点核心区抗剪超 的问题 就能通过使用上一种或联合应用几种的方法加以解决 分别包括 增加框架梁的高度 提 高混凝土等级 增加框架梁的宽度 或框架梁水平加腋 增加节点核心区剪力垂直方向的柱宽度 等都能有效的解决核心区抗剪超限的问题 使之满足 更强节点 的原则 满足规范的要求 参考文献 [1] 中国建筑科学研究院. 混凝土结构设计规范 GB [DB/OL] [2] 住房和城乡建设部 国家质量监督检验检疫总局. 建筑抗震设计规范 GB [M]. 中国建筑工业 出版社 [3] 何然. 浅析框架梁 _ 柱节点域抗剪超限的原理及解决方法. 湖北工程学院 城市建设学院. 8

11 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 半地下室结构设计简析 李灿辉 / 昆明官房建筑设计有限公司 1 概况 半地下室是相对于全埋地下室而言的 可参考 建筑设计防火规范 第 条对半地下室的 定义 房间地面低于室外设计地面的平均高度大于该房间平均净高 1/3 且小于等于 1/2 者 在实际工程中为了拓展建筑空间 越来越多的建筑选择利用地下部分 有些地下室由于其特殊 建筑功能以及减少设备方面的投资 而采用自然采光以及自然通风 使得地下室中一部分埋在土中 一部分露出地面 通常在室外地面以上部分还会开窗 如图 1 所示 2 整体分析 在涉及到地下室的设计计算时 往往考虑是嵌固端的问题 通常的做法是希望上部结构在地下 室顶板嵌固 使得上部结构与地下室关系比较明确 有利于分别设计计算 根据 建筑抗震设计规范 第 条第 2 款或 高层建筑混凝土结构技术规程 第 条 地下室顶板作为上部结构嵌固部位时 地下一层与首层侧向刚度比 即剪切刚度之比 不宜小于 2 那是否侧向刚度比大于 2 的地下室的顶板就是上部结构的嵌固部位呢 答案是否定的 因为根据 建 筑抗震设计规范 第 条第 1 款或 高层建筑混凝土结构技术规程 第 条 地下室顶板 作为上部结构嵌固部位 对地下室顶板有若干项具体的要求 刚度比只是地下室顶板作为上部结构 嵌固部位的必要条件而非充分条件 而各规范正式条文中未写明一个最关键的要求 也是最根本的 前提 即 建筑抗震设计规范 第 条条文说明所提到的 这里所指地下室应为完整的地 下室 也就是说 地下室顶板作为上部结构嵌固部位 中的地下室必须是全埋地下室 至少大部 分应埋入土中 基于以上分析可知 无论半地下室顶板楼盖如何加强 半地下室的顶板都不能作为上部结构嵌 固部位 图1 9

12 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 图 2 模 型 1 梁 内 力 (X 向 地 震 ) 图 3 模 型 3 梁 内 力 (X 向 地 震 ) 图 4 模 型 1 梁 内 力 ( 恒 载 ) 本 文 所 讨 论 的, 是 当 半 地 下 室 上 部 结 构 仅 为 单 塔 的 情 况, 如 果 为 多 塔, 则 应 按 照 多 塔 大 底 盘 来 考 虑 3 结 构 设 计 建 议 对 于 半 地 下 室 的 结 构 设 计, 笔 者 以 上 部 为 框 架 结 构, 且 地 下 室 外 墙 为 钢 筋 混 凝 土 墙, 并 采 用 结 构 设 计 软 件 PKPM(v 1.3 版 ) 计 算 为 例, 提 出 以 下 几 点 建 议 3.1 上 部 建 筑 各 结 构 构 件 可 按 框 架 结 构 计 算, 且 采 用 两 个 模 型 包 络 计 算 模 型 1 将 整 体 ( 即 地 下 室 + 上 部 建 筑 ) 作 为 上 部 结 构 计 算, 即 地 下 室 层 数 填 为 0 模 型 2 将 上 部 建 筑 作 为 上 部 结 构 计 算, 而 地 下 室 作 为 地 下 室 计 算, 即 地 下 室 层 数 填 为 1 嵌 固 端 所 在 层 号 填 为 2, 土 层 水 平 抗 力 系 数 的 比 例 系 数 (M 值 ) 填 为 任 意 数 值 由 于 半 地 下 室 外 墙 为 钢 筋 混 凝 土 墙, 刚 度 很 大, 一 般 来 说 两 个 模 型 计 算 得 出 的 上 部 的 内 力 应 无 多 大 差 别 但 应 注 意, 首 层 柱 ( 即 地 下 室 上 一 层 ) 的 配 筋 应 采 用 模 型 2 的 计 算 结 果 3.2 地 下 室 顶 板 高 层 且 埋 深 较 大 时, 可 参 照 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 规 定 普 通 地 下 室 顶 板 厚 度 不 宜 小 于 160mm 多 层 则 可 按 照 一 般 楼 盖 设 计, 也 可 参 考 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 进 行 适 当 加 厚 3.3 地 下 室 顶 板 梁 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 实 配 梁 钢 筋 按 照 一 般 上 部 结 构 梁 设 计 即 可, 不 需 满 足 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 关 于 梁 的 要 求 3.4 地 下 室 竖 向 构 件 地 下 室 柱 应 采 用 包 络 设 计 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 与 模 型 2 包 络 但 采 用 模 型 2 计 算 时, 地 下 室 中 框 架 柱 及 与 钢 筋 混 凝 土 墙 相 连 接 的 端 柱 的 配 筋 取 值 仅 需 与 首 层 柱 的 配 筋 相 同, 地 下 室 中 框 架 柱 无 需 采 用 SATWE 计 算 结 果 ( 即 首 层 柱 实 配 钢 筋 放 大 1.1 后 的 结 果 ) 地 下 室 钢 筋 混 凝 土 墙 则 可 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 注 意 外 墙 还 应 根 据 土 压 力 计 算 配 筋, 且 宜 满 足 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 及 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 第 条 关 于 地 下 室 外 墙 的 要 求 钢 筋 混 凝 土 墙 转 角 或 连 接 处 无 端 柱 时 可 设 置 构 造 边 缘 构 件 ( 抗 震 等 级 同 上 部 框 架 结 构 的 抗 震 等 级 ) 地 下 室 部 分 中 框 架 柱 的 配 筋 还 宜 采 用 框 架 - 剪 力 墙 结 构 进 行 复 核, 即 模 型 1 中 结 构 体 系 定 义 为 框 剪 结 构 根 据 抗 震 设 计 应 有 多 道 防 线 的 原 则 以 及 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 1 款 或 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 第 1 款 的 规 定, 框 架 部 分 承 担 的 剪 力 值 不 应 小 于 结 构 底 部 总 剪 力 的 20% 和 框 架 部 分 各 楼 层 地 震 剪 力 中 最 大 值 1.5 倍 二 者 的 较 小 值 即 框 架 部 分 剪 力 V f =min{0.2v 0 ;1.5V fmax } 但 应 注 意 V fmax 只 应 取 地 下 室 层 的 框 架 部 分 的 地 震 剪 力, 即 SATWE 参 数 0.2/0.25V 0 调 整 分 段 数 填 为 1, 0.2/0.25V 0 调 整 起 始 层 号 及 终 止 层 号 均 填 为 1 4 应 注 意 的 问 题 1) 地 下 室 顶 板 地 下 室 顶 板 梁 及 地 下 室 柱 不 需 满 足 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 条 第 条 根 据 之 前 分 析, 半 地 下 室 顶 板 不 能 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位, 相 应 的 也 就 无 需 满 足 地 下 室 顶 板 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时 的 构 造 要 求 10

13 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 图 5 模 型 3 梁 内 力 ( 恒 载 ) 图 6 模 型 1 梁 计 算 配 筋 图 7 模 型 3 梁 计 算 配 筋 2) 上 部 结 构 中 首 层 柱 的 配 筋 应 采 用 模 型 2 的 计 算 结 果 因 为 地 下 室 层 的 刚 度 相 对 于 首 层 刚 度 较 大, 存 在 刚 度 突 变 的 问 题 应 对 首 层 柱 ( 尤 其 是 柱 底 ) 进 行 加 强 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条, 底 层 柱 下 端 截 面 组 合 的 弯 矩 设 计 值 应 乘 以 增 大 系 数, 而 模 型 1 中 底 层 柱 为 地 下 室 的 柱, 模 型 2 中 底 层 柱 为 首 层 的 柱 这 是 对 首 层 柱 从 抗 震 措 施 上 进 行 加 强 而 首 层 柱 的 下 端 箍 筋 加 密 区 应 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 1 款 2) 项 取 值, 即 取 柱 净 高 的 1/3 这 是 对 首 层 柱 底 从 抗 震 构 造 措 施 上 进 行 加 强 3) 地 下 室 顶 板 梁 应 采 用 模 型 1 的 计 算 结 果 因 为 模 型 2 中 只 要 将 半 地 下 室 部 分 定 义 为 地 下 室 即 地 下 室 层 数 填 为 1, 就 算 将 嵌 固 端 所 在 层 号 填 为 1, 即 嵌 固 端 取 为 基 础 顶,PKPM 仍 然 将 地 下 室 顶 板 的 梁 按 照 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 关 于 梁 的 要 求 进 行 计 算 配 筋 放 大 土 层 水 平 抗 力 系 数 的 比 例 系 数 (M 值 ) 取 值 对 模 型 2 计 算 结 果 也 无 影 响 增 加 模 型 3 除 将 嵌 固 端 所 在 层 号 填 为 1 以 外, 其 余 参 数 同 模 型 2 模 型 1 与 模 型 3 梁 内 力 及 计 算 配 筋 如 图 2-7 所 示 可 见 当 梁 内 力 ( 未 全 部 图 示 ) 基 本 相 同 时, 梁 计 算 配 筋 却 不 同, 模 型 3 梁 计 算 配 筋 约 为 模 型 1 梁 计 算 配 筋 的 1.3 倍 左 右, 与 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 关 于 梁 的 要 求 相 吻 合 且 从 配 筋 图 中 可 知 地 下 室 框 架 柱 同 样 也 是 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 关 于 柱 的 要 求 得 出 计 算 配 筋 所 以 不 可 采 用 模 型 2( 即 将 半 地 下 室 部 分 定 义 为 地 下 室 的 模 型 ) 计 算 半 地 下 室 顶 板 梁 配 筋 同 样 问 题 也 存 在 于 当 基 础 埋 深 较 深,0.000 标 高 室 内 地 坪 为 现 浇 楼 板, 需 采 用 两 个 模 型 进 [3] 行 包 络 设 计 时 针 对 此 类 问 题 建 议 PKPM 设 置 是 否 按 照 建 筑 抗 震 设 计 规 范 第 条 第 3 款 及 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 中 的 要 求 对 地 下 室 梁 柱 进 行 配 筋 的 选 项 5 结 语 半 地 下 室 结 构 设 计 应 不 同 于 全 埋 地 下 室 如 果 建 筑 以 及 场 地 条 件 允 许, 半 地 下 室 建 筑 宜 将 地 下 室 部 分 的 钢 筋 混 凝 土 挡 土 墙 与 结 构 主 体 脱 开, 则 上 例 中 的 半 地 下 室 工 程 主 体 可 按 纯 框 架 结 构 进 行 设 计 规 范 中 对 某 种 情 况 所 提 的 要 求 应 认 真 分 析 其 所 提 要 求 的 目 的 以 及 依 据 采 用 PKPM 对 结 构 进 行 计 算 分 析 时, 应 对 计 算 结 果 进 行 分 析, 必 要 时 还 应 进 行 对 比 计 算 分 析 在 结 构 设 计 工 作 中, 根 据 实 际 工 程 的 特 点, 灵 活 使 用 PKPM, 并 在 对 规 范 正 确 全 面 理 解 的 基 础 上, 对 结 构 中 的 某 个 部 位 或 者 某 个 构 件 进 行 包 络 设 计, 使 得 某 个 部 位 或 者 某 个 构 件 在 最 不 利 情 况 下 有 足 够 的 安 全 度 参 考 文 献 : [1] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB [S]. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [2] 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 JGJ3-2010[S]. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [3] 朱 炳 寅. 建 筑 结 构 设 计 问 答 及 分 析 [M]. 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [4] 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 PKPMCAD 工 程 部.SATWE S-3 多 层 及 高 层 建 筑 结 构 空 间 有 限 元 分 析 与 设 计 软 件 ( 墙 元 模 型 ) 用 户 手 册. [5] 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB [S]. 中 国 计 划 出 版 社. 11

14 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 建筑工程电梯结构设计要点 欧小燕 / 深圳市库博建筑设计事务所有限公司 1 前言 在建筑物电梯设计过程中 结构设计人员经常会遇到一些问题 : 如因机房更改电梯型号 导致 基坑原设计深度不够 设备专业在结施图出图前期 在电梯井道周边的剪力墙上开大于 的洞口 可能导致相关剪力墙轴压比 稳定性 位移角等指标不过 因此需对竖向构件布置进行调 整 有些工程因机房层高限制 吊钩梁高度 400 导致吊钩锚入深度不满足相关规范要求 因建筑 方案效果要求 导致电梯机房及机房顶高度受到一定限制 造成冲顶高度不够 当电梯不下地下室 需设计悬挂基坑 设计时应考虑冲击荷载 否则可能造成安全隐患 机房楼面梁因荷载统计错误 在使用期间开裂等 通常电梯自重及载荷由钢绳传送到卷扬机卷筒上 然后通过顶层机房楼板将荷载传导到井道周 边梁柱上 最终通过竖向构件传递至基础 电梯轿厢通过车轮在导轨上运行 而导轨固定在井道周 边的隔墙上 每层的隔墙通过构造柱和圈梁加强其整体稳定性 因速度慢 摩擦力较小和电梯总重 力荷载不大 一般忽略电梯在运行途中传递给每层结构层的荷载 2 电梯结构设计常见问题及解决方案 2.1 基坑深度不够 当电梯运行超过正常速度一定比例后 安全钳首先起作用 当安全钳失效 电梯必须在一定的 缓冲距离内停下 否则会出安全事故 即基坑应有一定的深度 电梯基坑的深度跟电梯的速度和吨 位有关 速度越大 深度越深 吨位越大 深度也越深 通常基坑深度为 1300~1600mm 相同吨位 相同速度 不同型号的两种电梯基坑深度可能不同 因为加速度不同 刹车距离会不同 表 1 为上 海三菱 3 种不同型号电梯的相关参数 由表 1 可知基坑深度的影响因素 结构工程师通常根据甲方 和建筑专业指定的电梯基坑深度设计基坑 当土建工程完成到地面以上 甲方因为投资造价等原因 变更电梯品牌和型号时 一旦选定的电梯所需基坑深度比原设计深时 设计院尤其是结构工程师再 采取补救措施就非常被动 费时费力 因此结构设计人员应和建筑师及甲方充分沟通 多选择几种 不同类型的电梯 按最大的深度设计 某电梯基坑深度 1.5m 等施工到地上 3 4 层时 投资方因某种理由更换电梯型号 基坑深度 增加 0.4m 技术人员通过和总工 项目负责人商讨 将电梯最底层停靠高度抬高 0.4m 即在电梯 12

15 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 门口通过建筑做法设置 3 步台阶 使基坑相对电梯底部深度增加 0.4 m 该高差影响进出 使用功 能欠佳 由此可见 设计院相关设计人员在施工前期应综合考虑确定基坑深度 表 1 上海三菱电梯参数表 型号 载重 630 LEHY II ELENESSA MAXIEZ-CZ 1350 速度 基坑深度 冲顶高度不够 冲顶高度是指电梯在顶层平层时 电梯轿箱防护栏到井道顶板的垂直距离 此高度导致电梯顶 层高度较其他层高 电梯顶层通常为 m 住宅顶层高度为 3m 左右 办公楼高度为 3.6m 左右 因此机房层较屋顶抬高 m 同类型 不同速度 不同吨位的电梯所需的冲顶高度不尽相同 因此应选择多种类型的电梯 取最大的冲顶高度 设备专业对机房层高有要求 而方案确定建筑顶 高度后不易调整 所以冲顶高度如不够需调整 因此会影响机房层和机房顶层的标高和结构布置 一旦机房层施工完毕 更改后的电梯冲顶高度不够处理起来就很棘手 不得己可采取砸掉机房层及 机房顶层的做法 所以施工前应合理考虑冲顶高度 某工程位于庆阳市西峰区 地上三层集中商业 地下两层车库 地上三层层高分别为 m 首层结构标高 m 电梯井道顶板标高 14.7m> =13.2m 需设置梁上柱 将其顶起 结构布置见图 1 图 1 电梯机房层结构布置图 13

16 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 有 机 房 电 梯 的 机 房 通 常 设 在 井 道 的 顶 部 或 者 底 层, 造 价 较 低 ; 无 机 房 电 梯 无 需 单 独 设 置 机 房, 将 驱 动 主 机 放 置 在 井 道 顶 部 或 轿 厢 上, 控 制 柜 放 在 维 修 人 员 可 靠 近 的 地 方, 节 省 空 间, 便 于 建 筑 功 能 布 置, 但 提 升 速 度 有 限 载 重 量 较 小 及 相 对 造 价 较 高 该 工 程 电 梯 载 重 1000kg, 甲 方 综 合 考 虑, 权 衡 后 选 择 了 无 机 房 电 梯 载 重 量 1000kg 以 下 电 梯 顶 层 高 度 4.5m, 载 重 量 1000kg 以 上 顶 层 高 度 5m [1] 14.7-( )=5.75m>5m, 满 足 高 度 要 求 2.3 荷 载 统 计 应 准 确 有 些 工 程 地 下 室 无 商 业, 电 梯 无 需 在 地 下 室 停 靠, 因 此 需 要 将 基 坑 直 接 支 撑 在 梁 和 竖 向 构 件 上 对 基 坑 的 支 座 而 言, 不 仅 应 考 虑 基 坑 自 重, 而 且 应 考 虑 电 梯 突 然 停 止 的 竖 向 冲 击 荷 载, 按 建 筑 结 构 荷 载 规 范 [2] 可 取 电 梯 总 重 力 荷 载 的 4 ~ 6 倍, 在 PKPM 模 型 中 应 将 该 板 设 置 为 0 厚 板, 将 荷 载 导 算 至 周 边 的 构 件 上 上 述 工 程, 基 坑 尺 寸 为 mm 2, 因 建 筑 功 能 要 求, 建 筑 标 高 m, 结 构 标 高 , 基 坑 底 标 高 , 基 坑 深 度 h= =1.70m, 电 梯 速 度 1.0m/s, 首 层 结 构 布 置 图 和 电 梯 基 坑 详 图 见 图 2 恒 载 按 基 坑 侧 壁 和 底 板 自 重 为 G=( ) =58.0 kn, 考 虑 轿 箱 重 ( 当 无 资 料 时, 可 放 大 1.1 倍 ), 所 以 恒 载 标 准 值 可 取 (58+10) 1.1/2.22=15.7kN/m 2 高 速 电 梯 ( 额 定 速 度 不 小 于 2.5 m/s) 宜 上 限 值, 本 工 程 速 度 较 慢, 活 载 标 准 值 可 取 /2.2 2 =56.2kN/m 2 电 梯 机 房 按 建 筑 结 构 荷 载 规 范 [2] 取 7.0 kn/m 2, 对 电 梯 井 道 为 核 心 筒 的 情 形 是 合 适 的 当 电 梯 井 道 周 边 为 梁 时, 电 梯 设 备 产 生 的 反 力 以 集 中 力 的 形 式 作 用 在 楼 面 梁 上, 此 法 求 的 梁 内 力 比 机 房 层 按 板 四 边 导 荷 计 算 出 的 梁 内 力 大, 而 且 集 中 力 比 均 布 荷 载 产 生 的 效 应 对 梁 更 不 利 有 些 工 程 在 使 用 多 年 后, 支 撑 电 梯 设 备 的 钢 筋 混 凝 土 梁 出 现 了 开 裂, 而 机 房 层 楼 板 按 均 布 荷 载 7.0 kn/m 2 设 计, [3] 未 出 现 挠 度 过 大 和 明 显 裂 缝 问 题 文 献 建 议 当 电 梯 设 备 支 撑 梁 布 置 不 明 确 时, 将 支 反 力 分 别 作 用 在 四 边 的 梁 上, 求 得 相 应 的 内 力, 确 保 安 全 所 以 在 设 计 电 梯 机 房 时, 最 好 建 两 个 模 型, 分 别 用 于 设 计 梁 和 板 图 2 电 梯 结 构 布 置 和 基 坑 大 样 图 14

17 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 图 3 电梯结构布置图 电梯机房顶吊钩作用在吊钩梁上 厂家提供的资料显示集中力一般为 20 40kN 由于吊钩只 在安装和维修电梯时使用 且使用速度很慢 因此可适当将上述荷载乘以 1.1 的动力系数 在电梯设计过程中上述 3 类荷载容易遗忘或者输入错误 因此应引起重视 2.4 电梯井道上下尺寸应一致 对剪力墙结构或者框支剪力墙结构 电梯一般采用核心筒做法 电梯井道侧壁底部加强区通常 比标准层厚 变截面应设置在井道外侧 保证井道内侧尺寸上下一致 便于电梯公司安装 对于核 心筒临空变截面处 通常可采用建筑腰线等方法处理 保证建筑物外观的美观 当井道周边梁宽度 上下层不一致时 如按宽尺寸设计 导致浪费不合理 通常可采取局部构造做法 加宽井道部分 上述工程电梯一层与二层 三层梁截面宽度不同 通过加宽井道部分解决 见图 3 建筑图和电梯 资料供的轿箱尺寸均为最小尺寸 结构施工图上绝不允许小于该尺寸 如因设计疏忽或其他原因 导致井道上下尺寸非标准时 会一定幅度的增加电梯安装成本 因此 结构设计人员应仔细复合电 梯井道尺寸 保证电梯井道内尺寸一致 有些工程电梯井道电气专业要求开洞走桥架 暖通专业要求开洞预留风管等 洞口大小不一致 均应预留 不得后凿 对剪力墙中开大于 洞口 前期其他专业应提给结构 不然可能导 致模型试算时剪力墙轴压比和指标不能满足要求 从而需调整整个工程的结构布置 2.5 吊钩锚固长度不够 吊钩梁设置在机房屋面 电梯井道中央 用于安装和维修电梯 是验收的必要条件之一 通 15

18 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 常 吊 钩 梁 采 用 截 面, 吊 环 采 用 Φ22 钢 筋 吊 环 锚 入 深 度 30d, 即 30 22= , 不 满 足 要 求 建 筑 机 房 层 高 应 和 建 筑 设 计 人 员 及 设 备 设 计 人 员 共 同 确 定, 一 般 只 允 许 做 400 高 的 吊 钩 梁, 诸 多 结 构 设 计 人 员 常 这 样 处 理, 审 图 人 员 也 默 许 这 种 做 法, 建 成 投 入 使 用 的 工 程 无 一 例 出 过 安 全 质 量 问 题, 另 外,2010 版 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 [4] 已 将 原 规 范 中 该 强 制 性 条 文 更 改 为 一 般 条 文, 锚 固 深 度 实 际 工 程 无 法 满 足 该 条 文, 其 主 要 适 用 对 象 为 承 受 重 复 荷 载 的 构 件, 电 梯 吊 钩 使 用 频 率 很 低, 可 适 当 放 松 标 准 锚 入 深 度 不 够, 通 常 将 吊 钩 锚 至 梁 顶 部 后 水 平 弯 锚, 水 平 段 长 度 500mm, 见 图 4 通 过 两 侧 布 置 附 加 箍 筋 将 集 中 力 扩 散 承 载 力 验 算 取 一 个 吊 环 两 个 计 算 截 面, /4=49kN>20kN( 吊 重 不 超 过 2 吨 ) 满 足 要 求 图 4 吊 钩 大 样 图 3 结 语 在 建 筑 物 电 梯 结 构 设 计 中 应 懂 电 梯 运 行 原 理 和 荷 载 传 递 途 径, 才 能 准 确 无 误 统 计 荷 载, 包 括 面 荷 载 线 荷 载 和 集 中 荷 载 ; 熟 悉 基 坑 深 度 的 影 响 因 素 及 构 造 做 法 ; 掌 握 冲 顶 高 度 的 作 用 ; 熟 悉 机 房 层 结 构 布 置 及 优 化 ; 应 重 点 核 对 电 梯 井 道 的 平 面 尺 寸 及 竖 向 预 留 孔 洞, 只 有 这 样 结 构 专 业 才 能 确 保 电 梯 在 空 间 上 的 安 全 畅 通 运 行 因 此 在 电 梯 结 构 设 计 时, 应 有 的 放 矢, 将 问 题 消 化 在 图 纸 阶 段, 便 于 后 期 施 工, 否 则 补 救 麻 烦 代 价 较 大 影 响 不 好 一 旦 施 工 出 现 问 题, 设 计 院 各 专 业 甲 方 及 施 工 单 位 应 及 时 沟 通, 集 思 广 益, 便 于 完 美 解 决, 切 忌 个 别 设 计 人 员 抢 风 头, 不 可 跳 过 程 序, 否 则 无 助 于 工 程 质 量 或 事 故 的 解 决 16 参 考 文 献 : [1] 电 梯 自 动 扶 梯 自 动 人 行 道 [M]. 北 京 : 中 国 计 划 出 版 社. [2] 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB [S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. [3] 柳 青. 电 梯 机 房 楼 面 梁 荷 载 的 合 理 取 值 [J]. 建 筑 结 构,2006,3. [4] 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB [S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社.

19 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 二道防线设计中的刚度折减 和地震剪力调整 赵清清 / 建研科技股份有限公司设计软件事业部 1 前言 二道防线是抗震设计中的一个很重要的概念 结构在地震作用下 不可避免地要出现部分破坏 在这种情况下 让结构的部分抗侧立构件先破坏以消耗地震能量 这就是所谓的第一道防线 之后 再让另外的抗侧力构件 第二道防线 承担主要的地震作用 从而保证结构的安全 在抗震设计中 在很多场合都采用二道防线设计 比如框架 - 剪力墙结构中 剪力墙是第一道 防线 框架是第二道防线 剪力墙设计中连梁是第一道防线 剪力墙是第二道防线 底部框架抗震 墙砌体结构中 抗震墙是第一道防线 框架柱是第二道防线 怎样保证第一 第二道防线的协调工作 比如如何让第一道防线首先破坏 第二道防线有足够的安全储备等 需要人为地调整第一 第二道 防线的强弱或受力大小 对第一道防线 人为折减其刚度 考虑其首先破坏的情况下 刚度退化 同时 刚度折减后 分配到的地震剪力也会减少 或者对第二道防线 人为调整其地震剪力 相当 于增大设计荷载 保证其有更高的安全储备 遵循这两个思路 来看一下规范中二道防线的条文 2 剪力墙连梁刚度折减 抗规 抗震墙地震内力计算时 连梁的刚度可折减 折减系数不宜小于 0.50 计算位移时 连梁刚度不折减 高规 高层建筑结构地震作用效应计算时 可对剪力墙连梁刚度予以折减 折减系数不 宜小于 0.5 条文说明 高层建筑结构构件均采用弹性刚度参与整体分析 但抗震设计的框架 - 剪 力墙或剪力墙结构中的连梁刚度相对墙体较小 而承受的弯矩和剪力很大 配筋设计困难 因此 可考虑在不影响承受竖向荷载能力的前提下 允许其适当开裂 降低刚度 而把内力转移到墙体上 通常 设防烈度低时可少折减一些 6 7 度时取 0.7 设防烈度高时可多折减一些 8 9 度时可 17

20 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 取 0.5 折减系数不宜小于 0.5 以保证连梁承受竖向荷载的能力 本次修订进一步明确了仅在计 算地震作用效应时可以对连梁刚度进行折减 对如重力荷载 风荷载效应计算时不宜考虑连梁刚度 折减 有地震作用效应组合工况 均可按考虑连梁刚度折减后计算的地震作用效应参与组合 综合上述条文 可以得出一些结论 1 此处连梁泛指框架 - 剪力墙和剪力墙结构中的连梁 2 仅在计算地震作用效应时可以对连梁刚度进行折减 即连梁刚度折减是单工况 地震作用效应 下的调整 3 因为位移计算属于正常使用极限状态验算 工作状态是在弹性阶段 所以计算位移 时刚度不折减 3 底部框架抗震墙砌体中抗震墙刚度折减 抗规 底部框架 - 抗震墙砌体房屋中 底部框架的地震作用效应宜采用下列方法确定 框架柱承担的地震剪力设计值 可按各抗侧力构件有效侧向刚度比例分配确定 有效侧向刚度的取 值 框架不折减 混凝土墙或者配筋混凝土小砌块砌体墙折减 0.3 约束普通砖砌体或小砌块砌体 抗震墙折减 0.2 这里抗震墙是第一道防线 考虑其刚度折减 然后再按折减后的刚度分配楼层地 震剪力 4 框架 - 剪力墙中框架部分地震楼层剪力调整 高 规 抗 震 设 计 时 框 架 剪 力 墙 结 构 对 应 于 地 震 作 用 标 准 值 的 各 层 框 架 总 剪 力 应 符 合 下 列 规 定 当 满 足 时 框 架 总 剪 力 不 必 调 整 当 不 满 足 其 框 架 总 剪 力 按 照 调整 条文说明 框架剪力墙结构在水平地震作用下 框架部分计算所得的剪力一般都较小 按多道 防线的概念设计要求 墙体是第一道防线 在设防地震 罕遇地震下先于框架破坏 由于塑性内力 重分布 框架部分按侧向刚度分配的剪力会比多遇地震下加大 为了保证作为第二道防线的框架具 有一定的抗侧力能力 需要对框架承担的剪力予以适当的调整 5 筒体结构中框架部分的地震楼层剪力调整 高规 抗震设计时 筒体结构的框架部分按侧向刚度分配的楼层地震剪力标准值应符合 下列规定 1 框架部分的分配的地震剪力标准值的最大值不宜小于结构底部总地震剪力标准值的 10% 即要求 2 当框架部分分配的地震剪力标准值的最大值小于结构底部总地震剪力标准值的 10% 时 各 层框架部分承担的地震剪力标准值应增大到结构底部总地震剪力标准值的 15% 即当 时 取 3 当框架部分分配的地震剪力标准值的最大值不小于结构底部总地震剪力标准值的 10% 但 其框架部分分配的地震剪力标准值小于结构底部总地震剪力标准值的 20% 应按结构底部总地震 剪力标准值的 20% 和框架部分楼层地震剪力标准值最大值的 1.5 倍二者的较小者进行调整 即当 取 4 框 架 部 分 的 分 配 的 地 震 剪 力 标 准 值 大 于 结 构 底 部 总 地 震 剪 力 标 准 值 的 20% 时 即 当 不必调整 原规范条文描述稍显罗嗦 这里重新描述 条理非常清楚 18

21 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 6 部分框支剪力墙框支柱承担的地震剪力调整 高规 部分框支剪力墙结构框支柱承受的水平地震剪力标准值应按下列规定采用 1 每层框支柱的数目不多于 10 根时 当底部框支层为 1 2 层时 每根柱所受的剪力应至少 取基底剪力的 2% 当底部框支层为 3 层及 3 层以上时 每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3% 2 每层框支柱的数目多于 10 根时 当底部框支层为 1 2 层时 每层框支柱承受剪力之和 应取基底剪力的 20% 当框支层为 3 层及 3 层以上时 每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30% 7 混合结构框架所承担的地震剪力调整 高规 混合结构框架所承担的地震剪力应符合本规程 总结 在进行二道防线设计时 一个重要问题是如何保证这两道防线协调工作 可以对第一道防线进 行刚度折减来减少其分配到的内力 或者对第二道防线 调整其地震剪力 本文中的二 三采用的 是对第一道防线进行刚度折减的思路 四 五 六 七则采用调整第二道防线地震剪力的思路 下 表列出了调整的规范条文 无论哪种思路 其最终目的都是要让第一道防线首先遭遇破坏 并且 第二道防线具有足够的安全储备 结构类型 调整 各层框架剪力调整后 应同比例调整 框架 - 剪力墙中框架部 满足 时 框架总剪力不必调整 不满足时 每根框架柱和与之相连框架梁的剪力 分地震楼层剪力调整高规 及端部弯矩标准值 框架柱的轴力标 其框架总剪力按下式调整 准值可不予调整 时 取 筒体结构中框架部分的地 震楼层剪力高规 当 取 按本条第 2 款或第 3 款调整框架柱的 地震剪力后 框架柱端弯矩及与之相 连的框架梁端弯矩 剪力应进行相应 调整 不必调整 框支剪力墙框支柱承担的 地震剪力高规 高规 框支柱剪力调整后 应相应调整框支 柱的弯矩及柱端框架梁的剪力和弯矩 但框支梁的剪力 弯矩可不调整 框 支柱的轴力可不调整 混合结构框架所承担的地 震剪力高规 同 同 参考文献 [1] GB 建筑结构可靠度设计统一标准 [S] 北京 中国建筑工业出版社 [2] GB 建筑抗震设计规范 [S] 北京 中国建筑工业出版社 [3] JGJ 高层建筑混凝土结构技术规程 [S] 北京 中国建筑工业出版社

22 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 结构嵌固端相关问题浅析 冯晓敏 / 中国中元国际工程有限公司 结构设计中 我们经常会遇到有关 嵌固端 的一些问题 虽然规范里有明文的规定 但是在 实际操作过程中 设计者还是会遇到一些较难处理的问题 比如 结构嵌固部位的确定 框架 - 剪 力墙结构结构体系判定 弹性时程分析时 结构底部剪力中的 底部 位置的确定等 笔者结合工 作经验 就结构嵌固端相关问题作如下探讨 1 斯福结构嵌固端的定义 1) 计算嵌固端 即计算模型的嵌固端 力学嵌固端 刚度嵌固端等 是指除能承受轴力 弯矩 剪力外 X Y 方向水平位移及转角位移均为零的部位 2) 抗震嵌固端 指预期塑性铰出现部位或强度嵌固端 框架柱的 柱根箍筋加密区 剪力墙 的 底部加强区 就是可能出现塑性铰的部位 在抗震设计中 正确对待嵌固端的选取和处理问题 对保证结构体系的可靠性具有重要意义 2 结构嵌固部位的确定 2.1 规范要求 建筑抗震设计规范 条要求 刚度要求 1 地下室顶板应避免开设大洞口 地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构 相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构 其楼板厚度不宜小于 180mm 混凝土强度等级不 宜小于 C30 应采用双层双向配筋 且每层每个方向的配筋率不宜小于 结构地上一层的侧向刚度 不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的 0.5 倍 地下室周边宜 有与其顶板相连的抗震墙 20

23 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 3) 地 下 室 顶 板 对 应 于 地 上 框 架 柱 的 梁 柱 节 点 除 应 满 足 抗 震 计 算 要 求 外, 尚 应 符 合 下 列 规 定 之 一 1 地 下 一 层 柱 截 面 每 侧 纵 向 钢 筋 不 应 小 于 地 上 一 层 柱 对 应 纵 向 钢 筋 的 1.1 倍, 且 地 下 一 层 柱 上 端 和 节 点 左 右 梁 端 实 配 的 抗 震 受 弯 承 载 力 之 和 应 大 于 地 上 一 层 柱 下 端 实 配 的 抗 震 受 弯 承 载 力 的 1.3 倍 2 地 下 一 层 梁 刚 度 较 大 时, 柱 截 面 每 侧 的 纵 向 钢 筋 面 积 应 大 于 地 上 一 层 对 应 柱 每 侧 纵 向 钢 筋 面 积 的 1.1 倍 ; 同 时 梁 端 顶 面 和 底 面 的 纵 向 钢 筋 面 积 均 应 比 计 算 增 大 10% 以 上 4) 地 下 一 层 抗 震 墙 墙 肢 端 部 边 缘 构 件 纵 向 钢 筋 的 截 面 面 积, 不 应 少 于 地 上 一 层 对 应 墙 肢 端 部 边 缘 构 件 纵 向 钢 筋 的 截 面 面 积 建 筑 抗 震 设 计 规 范 条 条 文 说 明 要 求 ( 土 的 约 束 要 求 ): 这 里 所 指 地 下 室 应 为 完 整 的 地 下 室 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 第 条 要 求 ( 刚 度 要 求 ): 当 地 下 一 层 结 构 顶 板 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时, 地 下 一 层 的 结 构 侧 向 刚 度 大 于 或 等 于 相 连 的 上 部 结 构 底 层 侧 向 刚 度 的 1.5 倍 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 第 条 要 求 ( 刚 度 要 求 ): 高 层 建 筑 结 构 整 体 计 算 中, 当 地 下 室 顶 板 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时, 地 下 一 层 与 首 层 侧 向 刚 度 比 不 宜 小 于 嵌 固 部 位 的 确 定 1) 应 根 据 条 文 说 明 判 断 所 设 计 工 程 是 否 为 完 整 地 下 室 1 对 于 在 山 ( 坡 ) 地 建 筑 中 出 现 地 下 室 各 边 填 埋 深 度 差 异 较 大 时, 单 独 设 置 支 档 结 构 的 地 下 室 21

24 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 嵌 固 端 宜 下 移 2 对 于 建 筑 一 侧 整 个 边 长 均 为 下 沉 式 广 场 的 地 下 室 不 应 认 为 是 完 整 地 下 室 3 对 于 建 在 坡 地 上 的 高 层 建 筑, 裙 房 层 数 不 同, 两 侧 地 面 标 高 不 同 ( 图 1), 抗 震 设 计 时 结 构 侧 向 刚 度 不 对 称 左 塔 楼 宜 按 带 三 层 裙 房 考 虑, 且 应 满 足 嵌 固 条 件 如 果 左 塔 楼 裙 房 侧 向 刚 度 足 够 大, 可 作 为 右 塔 楼 裙 房 侧 限 因 此, 右 塔 楼 裙 房 可 视 为 地 下 室, 并 可 据 此 验 算 塔 楼 的 嵌 固 条 件 2) 判 断 嵌 固 层 的 整 体 性 地 下 室 顶 板 应 避 免 开 设 大 洞 口 常 有 建 筑 因 设 置 下 沉 式 广 场 商 场 自 动 步 梯 设 置 等 导 致 楼 板 开 大 洞, 对 楼 板 整 体 性 削 弱 太 多, 从 而 使 嵌 固 部 位 下 移 图 1 建 于 坡 地 上 的 高 层 建 筑 示 意 图 22 3) 判 断 侧 向 刚 度 是 否 满 足 规 范 要 求 1 嵌 固 端 在 地 下 室 顶 板 对 于 嵌 固 端 在 地 下 室 顶 板 时, 规 范 对 地 下 一 层 与 首 层 的 刚 度 比 要 求 并 不 完 全 一 致 由 于 建 筑 抗 震 设 计 规 范 疑 问 解 答 明 确 了 刚 度 比 可 以 取 有 效 数 字, 因 此 根 据 数 值 修 约 规 则 与 极 限 数 值 的 表 示 和 判 定 的 规 定, 高 规 刚 度 比 可 以 取 到 1.5, 抗 规 的 刚 度 比 可 以 取 到 0.54( 即 地 下 一 层 与 首 层 侧 向 刚 度 比 不 宜 小 于 1.85), 两 者 的 要 求 此 时 就 不 同 了 实 际 工 程 中 建 议 高 规 抗 规 从 严 取 值, 部 分 施 工 图 审 查 机 构 也 是 这 样 要 求 的, 如 果 想 按 高 规 取 值, 建 议 先 与 审 图 机 构 沟 通, 避 免 不 必 要 的 工 作 2 嵌 固 端 不 在 地 下 室 顶 板 地 下 室 平 面 没 有 很 大 突 变 不 增 加 很 多 混 凝 土 墙 的 情 况 下, 要 实 现 地 下 二 层 或 以 下 各 层 其 下 一 层 的 侧 向 刚 度 大 于 上 层 2 倍, 几 乎 是 不 可 能 的 当 地 下 室 顶 板 不 能 作 为 上 部 结 构 嵌 固 部 位 时, 对 于 多 层 地 下 室 结 构, 可 按 图 2 建 议 确 定 上 部 结 构 嵌 固 部 位 即 : 首 先 地 上 一 层 楼 层 剪 切 刚 度 应 小 于 地 下 一 层 楼 层 剪 切 刚 度, 然 后 依 次 验 算 地 下 二 层 及 以 下 各 层 对 上 部 结 构 首 层 的 剪 切 刚 度 比, 当 满 足 γ 2 时, 便 可 确 定 上 部 结 构 的 嵌 固 部 位 注 意 这 里 考 察 的 是 对 上 部 结 构 的 嵌 固 部 位, 因 此 是 对 上 部 结 构 首 层 的 刚 度 比, 而 不 是 地 下 二 层 ( 或 以 下 楼 层 ) 的 相 邻 上 一 层 总 之, 地 下 室 顶 板 作 为 上 部 结 构 的 嵌 固 部 位 时, 结 构 加 强 部 位 明 确, 地 下 室 结 构 的 加 强 部 位 高 度 较 小, 结 构 设 计 经 济 性 好 嵌 固 部 位 越 低, 总 加 强 范 围 越 大, 结 构 的 费 用 越 高

25 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 图2 4 配筋要求 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积 除应满足计算要求外 不应少于地上一层对应柱每侧纵筋 面积的 1.1 倍 其目的就是要保证塑性铰只能在上柱底部截面出现 但本规定以配筋控制柱截面实 际受弯承载力的办法 只适用于嵌固端上下柱截面不变的情况 通常情况下 地下室柱有条件加大 加大柱截面面积与加大配筋同样可以达到提高地下室柱截面实际受弯承载力的目的 因此要求地下 室柱的实际受弯承载力不应小于相应地上柱的 1.1 倍 概念更为清晰 也便于操作 3 与嵌固部位相关的几个问题 1 框架 - 剪力墙结构体系的判定 抗规 条 设置少量抗震墙的框架结构 在规定的水平力作用下 底层框架部分所承担 的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的 50% 时 其框架的抗震等级应按框架结构确定 抗震 墙的抗震等级可与其框架的抗震等级相同 此条下注 底层指计算嵌固端所在的层 对于嵌固端在地下一层顶板的结构 本条规定不存在异议 但是对于嵌固端在地下二层或其下 层顶板的结构根据嵌固端倾覆力矩判定结构体系就不妥当了 例如对于地下室平面和首层完全一致 的结构 首层外围框架柱到了地下就成为和地下室外墙一体的墙柱 此时地下某层框架部分承担的 地震倾覆力矩和结构总地震倾覆力矩的比值就不能真实反映结构的受力情况 因此对于框架 - 剪力 墙结构宜根据嵌固端所在层和首层的倾覆力矩值取不利情况判定结构体系 2 抗震墙的抗震构造 抗规 条规定 对于抗震墙结构 底层墙肢底截面的轴压比不大于表 规定的一 二 三级抗震墙及四级抗震墙 墙肢两端可设置构造边缘构件 此处 底层墙肢底截面 应指嵌固端处 截面 表 抗震墙设置构造边缘构件的最大轴压比 抗震等级或烈度 轴压比 一级 9 度 0.1 一级 7 8 度 0.2 二 三级

26 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 对 于 部 分 嵌 固 端 不 在 地 下 一 层 顶 板 的 结 构, 本 条 规 定 似 有 不 妥 某 剪 力 墙 工 程 地 下 四 层 地 上 十 八 层, 抗 震 等 级 为 二 级, 地 下 三 层 和 地 下 四 层 为 人 防 层, 嵌 固 端 在 基 础, 地 下 结 构 的 轴 压 比 均 小 于 抗 规 表 要 求, 但 是 首 层 轴 压 比 均 大 于 该 表 要 求, 是 否 应 在 一 至 三 层 设 置 约 束 边 缘 够 件, 存 在 争 议 底 层 建 筑 的 轴 压 比 作 为 判 别 是 否 设 置 约 束 边 缘 构 件 的 依 据, 是 建 立 在 墙 肢 底 部 加 强 部 位 高 度 范 围 内 截 面 不 变 ( 或 均 匀 变 化 ) 的 基 础 上 的, 也 就 是 在 底 部 加 强 部 位 高 度 范 围 内, 墙 肢 的 最 大 轴 压 比 数 值 应 出 现 在 墙 底 截 面 底 部 加 强 部 位 及 相 邻 上 一 层 的 剪 力 墙, 当 侧 向 刚 度 无 突 变 时, 墙 的 厚 度 不 宜 改 变 对 复 杂 工 程, 当 剪 力 墙 墙 底 截 面 的 轴 压 比 不 是 最 大 值 时, 应 以 底 部 加 强 部 位 高 度 范 围 内 墙 肢 的 最 大 轴 压 比 数 值 来 确 定 是 否 设 置 约 束 边 缘 构 件 3) 弹 性 时 程 分 析 时, 结 构 底 部 剪 力 的 调 整 抗 规 条 规 定 : 弹 性 时 程 分 析 时, 每 条 时 程 曲 线 计 算 所 得 结 构 底 部 剪 力 不 应 小 于 振 型 分 解 反 应 谱 法 计 算 结 果 的 65%, 多 条 时 程 曲 线 计 算 所 得 结 构 底 部 剪 力 的 平 均 值 不 应 小 于 振 型 分 解 反 应 谱 法 计 算 结 果 的 80% 实 际 工 程 中 的 底 部 剪 力 究 竟 是 基 底 剪 力 还 是 嵌 固 端 剪 力 呢? 某 复 杂 工 程, 需 要 用 弹 性 时 程 分 析 补 充 计 算 该 工 程 嵌 固 端 为 地 下 室 顶 板 计 算 结 果 为 首 层 总 剪 力 剪 力 不 满 足 计 算 要 求, 而 基 底 总 剪 力 满 足 计 算 要 求 设 计 者 认 为 此 时 结 构 已 经 满 足 规 范 要 求, 实 际 上 这 样 的 结 果 是 不 安 全 的 该 工 程 Y 向 时 程 分 析 结 果 如 下 表 楼 层 地 震 波 1 地 震 波 2 地 震 波 3 时 程 分 机 最 大 值 振 型 分 解 法 计 算 值 备 注 需 调 整 需 调 整 需 调 整 嵌 固 端 地 下 二 层 时 程 分 析 平 均 值 ( 基 础 ) 倍 振 型 分 解 法 底 部 剪 力 ( 基 础 ) 时 程 分 析 平 均 值 ( 嵌 固 端 ) 倍 振 型 分 解 法 底 部 剪 力 ( 基 础 ) 基 础 部 位 剪 力 满 足 规 范 要 求 基 础 部 位 剪 力 不 满 足 规 范 要 求 24

27 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 由上表可以看出 该工程基础底部剪力满足规范要求 是由于本工程地下两层为人防层 墙体 明显比首层要多 因此吸收的地震力也比首层大 从而导致底部两层的剪力要比首层大很多 因此 基底剪力能满足规范要求 但是嵌固端的剪力不满足规范要求 因此需要重新选取地震波另行计算 下表为重新选取了 3 号地震波的计算结果 楼层 地震波 1 地震波 2 地震波 3 NEW 需调整 需调整 需调整 时程分析平均值 基础 倍振型分解法底部剪力 嵌固端 时程分机最大值 振型分解法计算值 备注 嵌固端 嵌固端剪力满足规范要求 由此表可以看出 弹性时程分析时计算到嵌固端即可 无需再算嵌固端以下部位 这样的计算 结果最准确 参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] 建筑抗震设计规范 GB [S] 中国建筑工业出版社 2010 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ-2010 [S] 中国建筑工业出版社 2010 数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T [S] 中国标准出版社 2008 朱炳寅 建筑抗震设计规范应用与分析 GB [S] 中国建筑工业出版社 2011 王亚勇 戴国莹 建筑抗震设计规范疑问解答 [M] 中国建筑工业出版社 2006 王亚勇. 建筑抗震设计规范 GB 疑问解答 一 [M] 25

28 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 武汉公交信息中心基础方案分析 谌文 / 湖北建艺风工程设计有限公司 郑敏 / 武汉大学 1 工程概况 本工程位于武汉最为繁华的武广商圈 石乔口美食街 宝丰路商务圈三大商圈的黄金结合点 辐 射半径直达月湖桥和王家墩 CBD 是武汉城市中最具价值的核心区域 武汉公交信息中心是集主题 商业 甲级写字楼 酒店式公寓为一体的都市综合体 总建筑面积为 m2 本工程由 1 栋 25 层高层 高度 92.4m 1 栋 27 层高层 高度 99.2m 及大型地下车库等建筑物组成 地下车库共 3 层 层高分别为 m 拟建建筑物设计地坪标高为 25.20m 见题图 26

29 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 根据武汉华中岩土工程有限责任公司 2009 年 5 月提供的 武汉公共交通投资有限公司公共交 通信息中心项目岩土工程勘察报告书 基础拟选用如下方案 1 层数为 层的建筑物适宜采用钻孔灌注桩 以中风化泥岩作为桩端持力层 2 层数为 3 层的局部地下车库部分适宜采用钻孔灌注桩为抗拔桩 以中粗砂层作为桩端持力层 现根据勘察报告及以往工程经验 分别对 层高层和 3 层局部地下车库部分进行基础方 案比较 以期选出经济合理的基础方案 土层参数详见表 1 所示 表 1 土层参数表 天然地基 钻 冲 挖孔桩 指标名称 地层名称 抗剪强度 固快 承载力 压缩 特征值 模量 fak/kpa Es/MPa 人工填土① 天然 重度 (kn/m3) 凝聚力 C/kPa 内摩 擦角 Φ/ 预应力管桩 桩周土 桩端岩石 桩周土 桩端岩石 摩擦力 承载力 摩擦力 承载力 特征值 特征值 特征值 特征值 qsa/kpa qpa/kpa qsa/kpa qpa/kpa 淤泥质粉质粘土② 粉质粘土③ 粉质粘土夹粉土④ 粉砂夹淤泥质粉质 粘土⑤ 粉细砂⑤ 粉细砂⑤ 中粗砂⑥ 含卵石砾砂⑦ 强风化泥岩⑧ 中风化泥岩⑨ 1400 不可压缩 确定桩长 1) 根据勘察报告 ⑦层卵砾砂层的厚度不大 0.7~2.7m 不宜作为建筑物的持力层 ; ⑧层强 风化泥岩层厚度极薄 且风化程度不同 力学性质有一定的差异 也不宜作为建筑物的持力层 因 此桩基础的持力层选择为⑨层中风化泥岩层 2) 根 据 勘 察 报 告 该 建 筑 的 ±0.000 约 相 当 于 绝 对 标 高 m 自 然 地 面 约 在 22.99~23.82m 考虑 3 层地下室总层高为 m 承台厚度 2m 桩顶标高约在 m 27

30 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 28 3) 根 据 勘 察 报 告, 各 钻 孔 处 的 9 层 中 风 化 泥 岩 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 标 高 见 表 2 表 2 9 层 中 风 化 泥 岩 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 标 高 孔 号 9 层 中 风 化 泥 岩 顶 面 标 高 6 层 中 粗 砂 顶 面 标 高 ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK ZK 平 均 顶 面 标 高 则 : 1) 对 于 抗 压 计 算 的 钻 孔 灌 注 桩 (Φ900 桩 ), 桩 顶 至 持 力 层 9 层 中 风 化 泥 岩 顶 面 的 高 度 为 =41.21m, 考 虑 桩 端 进 入 持 力 层 1.0m, 则 平 均 桩 长 为 =42.21m 2) 对 于 抗 压 计 算 的 预 应 力 管 桩 (Φ600 桩 ), 桩 顶 至 持 力 层 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 的 高 度 为 =23.33m, 考 虑 桩 端 进 入 持 力 层 8.0m, 则 平 均 桩 长 为 =31.33m 3) 对 于 抗 拨 计 算 的 钻 孔 灌 注 桩 (Φ900 桩 ), 桩 顶 至 持 力 层 6 层 中 粗 砂 层 顶 面 的 高 度 为 =23.33m, 考 虑 桩 端 进 入 持 力 层 15m, 则 平 均 桩 长 为 =38.33m

31 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 3 计算单桩竖向承载力特征值 3.1 预应力管桩 管桩在静压沉桩的施工方式下无法进入中风化 取⑥层中粗砂层作为持力层 q pa=4300kpa 计 算单桩竖向承载力特征值如表 3 表 3 预应力管桩单桩竖向承载力特征值 桩身直径 /m 桩长 /m 单桩承载力特征值 /kn C80 桩身承载力特征值 /kn 0.5 PHC-A PHC-A 钻孔灌注桩 持力层为⑨层中风化泥岩 :q pa=1800kpa L =42m C40 表 4 钻孔灌注桩单桩竖向承载力特征值 桩身直径 /m 单桩承载力特征值 /kn C40 桩身承载力特征值 /kn 单桩混凝土用量 /m 注 以上所讲的桩长从地下室地面起算 29

32 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 4 基础方案比较 1 本工程场地中③粉质粘土 fa=100kpa 且顶面标高约为 m 正好位于地下室底板标高 范围 但经修正后地基承载力特征值仅有 230kPa 不能满足高层 27 15= 405kN/m2 的承载力要 求 采用天然基础不可行 如果采用桩筏基础 该土层能够承担的土反力也很有限 2 预应力管桩不能提供很高的承载力 用在荷载较大的高层建筑中势必造成桩基数量多 布 桩困难 承台造价高等问题 本工程建筑物总重为 t 大概需要 500 根 600 直径的管桩 也 就是说光管桩就要 元 /m=480 万 按照间距 3.5d 布置 桩承台方式布桩困难 须做 桩筏基础 筏板估算要至少也要 1m 厚 如果采用钻孔灌注桩 只需要 220 根 900 直径桩 大概需 要 元 /m3=580 万 基本只需 300 厚的构造防水板 承台的尺寸也较小 单纯从桩 的造价上来讲 预应力管桩比钻孔灌注桩的花费要低 预应力管桩为挤土桩 在较松厚的软土场地使用该桩型 很容易出现桩位偏移 桩身倾斜 断 桩等现象 汉口新华路与发展大道交汇处由武汉三金房地产开发的鑫城国际 31 层的高层住宅 该 项目由于类似的地质条件 采用管桩施工后 结果最后要多花 500 万处理断桩的问题 本工程是高 层公共建筑 柱网尺寸大 荷载肯定比住宅的要大不少 如果施工出现问题 返工桩的数量更多 造价会更高 管桩施工中实际控制接头一般为 2 个 不超过 3 个 考虑到该项目所需的桩长较长 若采用该 桩型在施工送桩上存在问题 武汉市目前使用的管桩单桩一般 13m 左右 也就是说试桩如果是 55m 的话 采用的管桩施工就会存在很多的问题 从而直接会影响基础安全和增加造价 从安全的角度来讲 预应力管桩的桩身抗剪和抗压能力跟钻孔灌注桩比起来显得太弱了 2009 年 6 月 27 日 5 时 30 分许 在上海市闵行区莲花南路罗阳路口 莲花河畔景苑 楼盘工地发生整 栋楼体倒覆事故 该 13 层住宅楼就是在软土地基上采用管桩 本工程 3 层地下车库部分由于地下水位比较高 计算得出单柱抗浮力至少要达到 5400kN 由于管桩截面偏小 600 直径的管桩仅能提供 800kN 的抗拔力 而 900 直径的钻孔灌注桩能提供 1350kN 的抗拔力 为了减少桩的数量节省造价 所以就必须采用大直径的钻孔灌注桩来抗拔 主楼和地下车库都采用钻孔桩基础 有利于施工方便 节约造价 下面比较各种基础形式在施工进度 受雨季影响及对环境影响等方面进行比较 见表 4 表 4 武汉公交基础施工状况比较表 施工速度 钻孔灌注桩 较快 只需投入较多人力即可 受天气影响 对环境影响 较大 雨季时 桩机进场和 噪音大 现场泥浆多 影响 施工时的桩机都会受到影响 环境 预应力管桩 较慢 由于存在挤土效应 较大 雨季时 桩机进场和 后期压桩速度会受很大影响 施工时的桩机都会受到影响 噪音较大 基本无震动 梁板式筏型基础 较快 但受图纸设计影响 很大 浇注底板垫层时 地 必须全部图纸完成 安审通 基土不的被雨水浸泡 否则 过后方可施工 应将浮土清除 基本无噪音 震动 经过上述分析比较 得出如下结论 该 25 层 27 层高层办公楼 应采用钻孔灌注桩基础 参考文献 [1] [2] [3] 30 中国建筑工业出版社编. 建筑地基基础设计规范 GB [S]. 中国建筑工业出版社 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑桩基技术规范 JGJ [S]. 中国建筑工业出版社 中国建筑科学研究院. 建筑抗震设计规范 GB [S]. 中国建筑工业出版社 2010.

33 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 浅议锚杆静压桩在设计过程中的应用 韦正平 / 南京柏海建筑设计有限公司 锚杆静压桩 即利用建 构 筑物自重 先在基础上开凿压桩孔 然后植筋锚杆 ( 也可开凿锚杆孔 ) 利用锚杆反力 通过反力架用千斤顶将预制桩段逐根压入基础下面土中 主要用于已建建筑物发生 不均匀沉降引起开裂或倾斜事故工程的加固处理 也可用于原建筑物加层建筑基础加固处理 如当 原建筑物地基和基础不满足上部荷载要求时 采用锚杆静压桩加固地基 基础设计 然而近年来有 的工程由于现场场地限制 施工过程中产生的偏位误差 施工工期以及经济合理性的要求 我们灵 活采用先预埋锚杆和预留压桩孔 在施工过程中同时进行锚杆静压桩施工 在满足工程安全使用要 求的同时 具有对周围环境无明显影响 不占用施工有效工期 设备投资低 能耗低 费用低等特点 下面笔者就设计过程中采用锚杆静压桩处理问题的工程类型作简要介绍 供商榷 1 处于老城区稠密居民区内的 位于杭州市南山路清波门处有一处老印刷厂区 该厂区废弃多年 当地政府决定将其改造旅游 四层餐饮或酒店项目 经勘查单位勘查 该地块地表以下有 3.0m 左右厚淤泥土层 地基承载力特 征值为 50.0kN/m2 如采用天然基础需满堂筏板基础 但该地段处于老城区稠密居民区内 进出巷 道狭窄 施工机械无法进场地 土石方外运全靠人工 且施工粉尘污染对周边西湖风景影响较大 如采用桩基础也同样存在机械无法进场地等问题 根据上部结构 (4 层 ) 初算结果 单柱轴力设计值 约 kN 之间 采用先预埋锚杆和预留压桩孔承台基础 即在主体施工到二层前柱下按 独立基础设计 待 2 层梁板混凝土浇筑完毕后停止主体施工 再将预制桩 ( 断面 mm) 段逐 根压入基础下面土中 最后用微膨胀混凝土封闭洞口 待洞口微膨胀混凝土达到设计强度后再进行 主体加荷载施工 设计时必须考虑开始 从基础施工到 2 层主体完工 按天然独立基础验算设计 然后锚杆静压桩施工过程由于预制桩段逐根压入施工 独立承台要考虑因锚杆静压桩施工附加偏心 31

34 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 距 验 算 设 计, 本 工 程 通 过 地 梁 并 在 地 梁 上 增 加 配 重 的 方 法 考 虑 ( 角 柱 处 需 重 点 复 核 配 重 及 偏 心 计 算 ); 施 工 过 程 中 加 强 沉 降 观 测, 最 终 主 体 完 工 按 桩 承 台 设 计 ( 单 桩 承 载 力 设 计 值 420kN), 并 进 行 承 台 抗 弯 抗 剪 和 抗 冲 切 验 算 以 及 考 虑 预 留 孔 洞 对 抗 冲 切 的 不 利 影 响 ( 即 冲 切 线 取 预 留 孔 洞 边, 见 图 1) 考 虑 到 施 工 时 减 少 地 梁 钢 筋 绑 扎 影 响,2 6 桩 承 台 斜 向 布 置 ( 见 图 2), 该 工 程 竣 工 已 10 年, 目 前 正 常 使 用, 没 有 反 馈 有 不 均 匀 沉 降 开 裂 信 息 图 1 图 2 2 场 地 基 坑 开 挖 后 发 现 桩 承 载 力 不 满 足 设 计 要 求 的 位 于 镇 江 市 谷 阳 路 与 纬 五 路 交 叉 处 有 一 工 程 由 5 栋 18 ~ 27 层 楼 组 成 地 下 室 连 成 一 体 的 建 筑 ( 见 图 3 4), 该 工 程 原 场 地 为 丘 陵 地 带, 地 下 水 位 较 深, 根 据 地 质 勘 探 单 位 提 供 的 岩 土 工 程 勘 察 报 告, 经 过 比 较 分 析, 确 认 采 用 人 工 挖 孔 扩 底 灌 注 桩 较 为 经 济 合 理, 桩 直 径 为 800mm, 桩 底 直 径 分 别 扩 为 1800mm 和 2200mm, 桩 长 约 为 15.0 ~ 22.0m, 混 凝 土 分 别 采 用 C35 和 C45, 单 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 ( 根 据 地 勘 报 告 参 数 估 算 ) 分 别 为 6560 和 8800kN; 桩 端 进 入 稳 定 全 风 化 闪 长 玢 岩 持 力 层 不 小 于 1.5m 因 该 工 程 地 基 基 础 设 计 等 级 为 甲 级, 桩 基 正 式 施 工 前 应 先 试 桩, 桩 孔 挖 至 孔 底 设 计 标 高 或 持 力 层 后, 请 通 知 甲 方 会 同 勘 察 设 计 监 理 公 司 及 有 关 质 检 人 员 共 同 鉴 定, 认 为 符 合 设 计 要 求 后 迅 速 扩 大 桩 头, 清 理 孔 底, 及 时 验 收, 随 即 浇 灌 封 底 混 凝 土, 封 底 混 凝 土 最 小 高 度 为 h+200(h 为 桩 扩 底 直 径 )mm; 且 桩 浇 注 混 凝 土 前 应 进 行 桩 端 持 力 层 检 验 ; 同 时 还 进 行 桩 底 下 3 倍 直 径 或 5.0m 深 度 范 围 内 有 无 空 洞 破 碎 带 软 弱 夹 层 等 不 良 地 质 检 测 等 措 施 但 在 桩 基 施 工 过 程 中 因 建 设 单 位 要 求 工 期 较 紧 以 及 大 家 认 为 人 工 挖 孔 扩 底 灌 注 桩 一 般 不 会 出 现 问 题 等 原 因, 施 工 前 未 先 试 桩, 在 孔 底 勘 验 时 也 不 够 细 致, 导 致 工 程 桩 施 工 完 毕 后 再 静 载 试 验 发 现 单 桩 承 载 力 特 征 值 只 有 和 kN 出 现 问 题 后, 检 测 单 位 同 时 进 行 了 现 场 桩 底 土 样 钻 孔 取 芯, 并 把 附 近 桩 底 钻 孔 取 芯 极 限 端 阻 力 标 准 值 相 同 (q pk =4000kPa) 的 取 值 样 本 拿 到 现 场 进 行 对 比, 大 家 一 致 认 为 原 地 勘 报 告 极 限 端 阻 力 标 准 值 取 值 明 显 偏 高 32

35 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 图3 图4 因桩静载试验承载力特征值与设计相差较大 经过计算必须进行补桩处理 但工地现场人员 设备和材料均已进场 不仅垫层全部做好 超过一半基础钢筋也绑扎完毕 补桩处理不仅考虑施工 工期 还要考虑施工人员窝工和设备闲置的损失 笔者采用先施工 并预留锚杆和压桩孔洞方案 待基础底板施工完毕 30d 后再通过反力架用千斤顶将预制桩段 ( 断面 mm 单桩承载力特 征值 320kN) 逐根压入基础下面土中 最后用微膨胀混凝土封闭洞口 实际施工过程中的确对工期 和施工单位窝工 返工影响较小 该方案也得到当地建设主管部门专家组认可后 再采用 PKPM 系 列软件 考虑上部结构刚度情况下的 筏板有限元计算 其中 2 4#(18 层 ) 楼保持基础原有的承台 梁 板尺寸不变 只需在部分承台边附近预留锚杆和压桩孔洞 并根据电算结果在局部配置附加钢 筋 减少了现场返工量 而 1# 楼 27 层 则需作较大调整 原先承台 - 梁 - 板结构形式改为承台 筏板结构形式 此处现场也仅做基础垫层施工 故返工量不大 (1# 楼附加锚杆孔见附图 5) 以上修 改设计图纸通过当地建筑施工图审查部门的审查 2012 年主体验收时反馈 1 5# 楼沉降均匀 其 中最大沉降量为 10mm 现在这些楼栋已竣工交付使用 最近工程回访了解没有发现房屋不均匀沉降 开裂现象 图5 33

36 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 3 场 地 基 坑 开 挖 后 发 现 因 塔 吊 基 础 先 施 工 引 起 桩 倾 斜 的 位 于 滁 州 市 清 流 中 路 与 菱 溪 路 交 叉 口 有 一 在 建 33 层 ( 地 下 1 层 ) 住 宅 楼 工 程, 基 础 采 用 直 径 500 预 制 管 桩 桩 筏 基 础, 桩 长 12.0 ~ 13.0m, 主 楼 范 围 筏 板 厚 1250mm, 四 周 地 下 室 为 柱 下 局 部 加 厚 筏 板 基 础, 板 厚 为 500mm( 局 部 加 厚 筏 板 1200mm) 桩 基 施 工 及 桩 静 载 试 验 均 满 足 设 计 要 求, 但 在 桩 基 验 收 时 发 现 该 工 程 东 北 角 局 部 有 八 根 桩 偏 位 较 大 (150 ~ 400mm 不 等 ), 现 场 相 关 单 位 认 为 是 桩 偏 位, 笔 者 到 现 场 发 现 该 工 程 北 面 偏 东 角 有 一 塔 吊 基 础 已 施 工 完 毕, 塔 吊 基 础 比 建 筑 物 桩 顶 深 约 2.0m 左 右, 且 此 处 桩 偏 位 均 向 北, 考 虑 到 桩 顶 以 下 有 2.0m 左 右 厚 软 土 层 ( 地 基 承 载 力 特 征 值 为 110.0kN/m 2 ), 确 定 该 处 桩 偏 位 极 有 可 能 是 塔 吊 基 础 先 施 工 时 开 挖 土 方 引 起 的 所 以 首 先 采 用 低 应 变 动 力 检 测 对 所 有 偏 桩 进 行 桩 身 质 量 检 测 后 发 现 所 有 偏 桩 桩 身 质 量 完 好 验 收 会 议 上 关 于 如 何 处 理 偏 桩 时, 有 人 员 认 为 用 缆 绳 把 偏 桩 拉 直 方 法, 并 说 很 多 工 程 都 是 这 样 处 理 的, 且 没 有 出 现 过 问 题, 也 有 的 工 程 未 处 理, 现 已 交 付 使 用 没 有 发 生 不 正 常 现 象 但 笔 者 认 为 用 缆 绳 把 偏 桩 拉 直 过 程 中 容 易 把 管 桩 拉 裂 或 拉 断, 且 施 工 过 程 中 管 桩 容 易 上 移 影 响 桩 竖 向 承 载 力 另 外 根 据 偏 位 斜 桩 实 际 受 力 ( 见 图 6), 其 中 筏 板 传 到 桩 顶 反 力 Ni 分 解 为 F 水 平 和 F 斜,F 斜 为 管 桩 轴 心 压 力,F 水 平 由 筏 板 与 土 摩 擦 力 和 地 下 室 外 墙 土 压 力 差 承 担, 即 Ni<F 斜 ; 说 明 斜 桩 承 受 竖 向 荷 载 减 少, 且 管 桩 弯 曲 部 位 受 力 也 较 为 复 杂, 如 不 处 理 有 可 能 给 工 程 留 下 安 全 隐 患, 且 在 出 现 问 题 后 再 加 固 会 更 棘 手 考 虑 场 地 基 坑 已 开 挖 完 毕 和 施 工 人 员 及 材 料 已 进 场, 笔 者 采 用 预 留 锚 杆 和 压 桩 孔 洞 方 案, 经 过 计 算 和 安 全 考 虑, 根 据 斜 桩 最 不 利 情 况 计 算, 斜 桩 竖 向 承 载 力 特 征 值 由 原 1900kN 改 为 1500kN 进 行 验 算 布 置 锚 杆 桩, 桩 筏 板 有 限 元 计 算 标 准 组 合 下 最 大 反 力 图 见 图 7, 待 主 体 施 工 到 3 ~ 4 层 时 再 通 过 反 力 架 用 千 斤 顶 将 预 制 桩 段 ( 断 面 mm, 单 桩 承 载 力 特 征 值 320kN) 逐 根 压 入 基 础 下 面 土 中, 最 后 用 C35 微 膨 胀 混 凝 土 封 闭 洞 口, 并 对 已 偏 位 的 管 桩 内 填 芯 混 凝 土 高 度 增 加 至 5.0m 该 加 固 方 案 减 少 工 期 和 施 工 单 位 窝 工 返 工 影 响 通 过 以 上 分 析 大 家 认 为 采 用 预 留 锚 杆 和 压 桩 孔 洞 方 案 安 全 经 济 合 理, 局 部 配 筋 修 改 图 见 图 8, 另 外 考 虑 塔 吊 基 础 下 有 四 根 直 径 500 管 桩 对 结 构 的 有 利 影 响, 修 改 图 增 加 主 楼 筏 板 与 塔 吊 基 础 交 接 大 样, 原 筏 板 根 据 考 虑 锚 杆 桩 桩 筏 板 有 限 元 计 算 结 果 调 整 增 加 附 加 配 筋 该 工 程 主 体 已 完 工, 从 现 场 反 馈 信 息 来 看, 该 工 程 沉 降 均 匀, 沉 降 量 在 8 ~ 12mm 范 围 内 4 结 语 根 据 上 述 工 程 案 例 情 况, 采 用 先 预 埋 锚 杆 和 预 留 压 桩 孔 锚 杆 承 台 基 础 有 时 的 确 达 到 事 半 功 倍 的 效 果 但 锚 杆 桩 因 其 单 节 桩 长 偏 短 等 原 因, 设 计 施 工 需 注 意 如 下 事 项 1) 与 普 通 桩 相 比, 由 于 场 地 高 度 等 限 制, 锚 杆 单 节 桩 长 较 短, 导 致 接 桩 数 量 较 多, 桩 垂 直 度 难 以 控 制, 桩 身 偏 心 距 较 多, 故 验 算 桩 身 强 度 与 普 通 桩 不 同, 需 根 据 桩 接 头 数 量 折 减, 具 体 数 据 根 据 桩 静 载 试 验 确 定, 如 没 有 相 关 数 据 笔 者 建 议 接 桩 数 量 超 过 3 节, 每 增 加 一 节 桩 身 强 度 折 减 系 数 减 少 0.10 ~ ) 因 设 备 液 压 管 路 因 素, 桩 承 载 力 取 值 不 宜 太 高, 否 则 容 易 导 致 液 压 系 统 爆 管 引 起 事 故, 且 爆 桩 后 补 桩 也 较 困 难 ( 条 件 许 可 的 预 留 备 用 孔 ), 如 没 有 静 载 条 件 的 单 桩 承 载 力 的 取 值 仅 根 据 地 勘 报 告 修 正 参 数 ( 即 根 据 桩 静 载 结 果 反 向 调 整 各 土 层 侧 阻 特 征 值 q sia 端 阻 特 征 值 q pa 的 参 数 ) 和 压 桩 力 确 定 且 建 筑 物 周 边 无 其 它 参 考 资 料 的, 笔 者 建 议 单 桩 承 载 力 估 算 偏 保 守 低 值 基 础 设 计 等 级 为 甲 乙 级 的 建 筑 不 应 全 部 采 用 锚 杆 静 压 桩, 如 设 计 部 分 锚 杆 静 压 桩 与 其 它 类 型 桩 组 合, 则 不 宜 考 虑 锚 杆 静 压 桩 承 担 水 平 荷 载 作 用 3) 淤 泥 或 淤 泥 质 土 层 较 厚 ( 特 别 在 紧 靠 基 础 垫 层 下 土 层 的 ) 的 地 段 慎 用 锚 杆 静 压 桩 如 采 用 应 避 开 桩 接 头 在 淤 泥 或 淤 泥 质 土 层 内, 因 为 此 段 桩 侧 向 稳 定 性 较 差, 如 桩 接 头 不 牢 固 有 可 能 桩 在 此 处 断 裂 错 开 而 影 响 建 筑 物 安 全 另 外 对 有 抗 震 设 防 要 求 的, 如 承 台 下 有 液 化 土 层 的 也 应 慎 用 锚 杆 静 压 桩 4) 采 用 锚 杆 静 压 桩 在 锚 杆 静 压 桩 施 工 时 要 特 别 注 意 安 全 这 里 安 全 包 括 设 备 和 建 筑 物 安 全, 设 备 安 全 要 求 施 工 前 认 真 检 查 电 气 设 备 管 路 和 油 压 表, 建 筑 物 安 全 要 求 配 置 重 量 必 须 大 于 设 备 压 力 值 1.3 倍, 且 应 考 虑 建 筑 基 础 偏 心 影 响, 并 在 施 工 时 必 须 同 时 进 行 精 确 的 沉 降 观 测, 发 现 问 题 立 即 34

37 工程师手记 ENGINEER'S NOTES 停止施工 待分析原因并采用相应的措施后再施工 同时工程竣工后也应进行至少增加半年左右的 沉降观测期 直至房屋沉降稳定为止 5 锚杆静压桩预留压桩孔位置应尽量选择应力 弯矩和剪力 较小处 并考虑预留压桩孔对 桩冲切验算的不利影响 同时加强预留压桩孔四周配筋 减少应力集中引起预留压桩孔角处混凝土 开裂 条件许可采用有限元软件对洞口处作详细分析 大家共同精心设计 精心施工 最大限度地 保证建筑物安全 图6 图7 图8 参考文献 [1] 建筑桩基技术规范 JGJ [S]. [2] 建筑地基基础设计规范 GB [S]. [3] 中国建筑科学研究院 PKPM 工程部. 独基 条基 钢筋混凝土地基梁桩基础和筏板基础设计软件 JCCAD 用户手册及技术条件 2010 [S]. [4] 全国民用建筑工程设计技术措施 2009 结构 地基与基础 部分 [M]. [5] 史佩栋. 实用桩基工程手册 [M]. 中国建筑工业出版社. [6] 周国钧岩土工程治理新技术 [M]. 中国建筑工业出版社. [7] 混凝土结构加固技术规范 (GB )[S]. 35

38 ENGINEER'S NOTES 工程师手记 单层混凝土框架结构的优化设计 谢胜杰 / 北京矿冶研究总院 现行 混凝土结构设计规范 GB50010 和现行 建筑抗震设计规范 GB50011 都是以众多的 多层建筑设计经验为基础进行编制的 当设计单层的建筑物时 该如何运用规范呢 尤其对于一些 工业建筑 往往单层的更多一些 如何经济合理的设计这些建筑物 是结构工程师不可忽视的问题 目前大部分设计院均采用中国建筑科学研究院编制的 PKPMCAD 系列软件进行结构设计 本文 以 PKPMCAD 为计算分析工具 从建筑特点 分析比较和应用 总结思考 3 个方面对单层混凝土 框架结构的优化设计进行介绍 1 建筑特点 单层混凝土框架结构主要有单层单跨框架和单层多跨框架 现行 建筑抗震设计规范 GB50011 第 条规定 甲 乙类建筑以及高度大于 24m 的丙类建筑 不应采用单跨框架结构 高度不大于 24m 的丙类建筑不宜采用单跨框架结构 而现行 构筑物抗震设计规范 GB50191 第 条规定 框排架结构中框架部分高度大于 24m 时 不宜采用单跨框架结构 因此 对于单层混凝土 框架建筑 高度不超过 24m 的构筑物 可以采用单跨框架结构 对于建筑物来说 应慎重采用单层 单跨框架结构形式 必须采用时 应加强构造 不论是单层建筑物还是构筑物 在具体设计计算时 都应该按照规则简单 受力明确的原则进 行布置 确保结构布置各主轴方向刚度接近 各主轴方向的弹性位移和弹塑性位移接近 必要时还 可进行罕遇地震作用下的弹塑性分析 图 1 为某复古建筑单层框架立面 图 1 某复古建筑单层框架 36

39 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 单 层 建 筑 具 有 建 筑 高 度 不 高, 即 便 是 高 大 单 层 厂 房 一 般 也 很 少 超 过 24m 更 多 的 单 层 混 凝 土 框 架 结 构 层 高 不 超 过 6m, 属 于 低 矮 房 屋 的 范 畴 单 层 混 凝 土 框 架 房 屋 在 工 业 建 筑 中 得 到 大 量 的 应 用, 尤 其 是 典 型 的 炸 药 库 类 建 筑, 大 部 分 工 房 都 采 用 单 层 混 凝 土 框 架 结 构 经 济 合 理 的 设 计 这 些 建 筑 物 ( 构 筑 物 ), 是 摆 在 工 业 建 筑 设 计 人 员 面 前 不 可 忽 视 的 问 题 2 分 析 比 较 和 应 用 以 下 对 8 度 抗 震 设 防 的 某 炸 药 工 房 建 立 单 层 框 架 结 构 的 两 个 计 算 分 析 模 型, 一 个 是 主 次 梁 分 析 模 型, 一 个 是 单 向 楼 盖 分 析 模 型 ( 对 比 模 型 ) 梁 板 柱 混 凝 土 强 度 等 级 均 采 用 C30; 钢 筋 强 度 等 级 均 采 用 HRB400 厂 方 净 高 要 求 不 低 于 3.2m, 室 内 外 高 差 0.2m 基 础 顶 标 高 -1.5m 屋 面 结 构 标 高 4.2m 通 过 对 两 个 模 型 的 分 析 和 对 比, 探 讨 优 化 设 计 的 方 式 和 方 法 2.1 主 次 梁 模 型 厂 方 横 向 柱 间 距 12m, 纵 向 柱 间 距 6.6m 3 厂 房 从 室 内 算 起 高 度 4.2m, 采 用 主 次 梁 结 构, 主 梁 mm, 框 架 柱 截 面 mm 用 PMCAD 建 立 模 型, 用 SpasCAD 进 行 空 间 分 析 计 算 图 2 为 软 件 生 成 的 空 间 模 型 图 2 软 件 生 成 的 空 间 模 型 SpasCAD 计 算 结 果 如 下 :( 为 便 于 进 行 对 比 分 析, 楼 板 均 采 用 弹 性 楼 板 6, 其 他 设 计 参 数 与 对 比 模 型 均 相 同 ) 前 3 个 振 型 的 周 期,T 1 =0.5679s;T 2 =0.5522s;T 3 =0.4306s; 地 震 工 况 EX (0.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/599; 地 震 工 况 EY (90.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/582; 结 构 构 件 自 重, 钢 筋 混 凝 土 梁 BEAM:76.23t; 钢 筋 混 凝 土 柱 COLUMN:18.24t; 通 过 查 看 6 号 框 架 柱 的 构 件 设 计 验 算 详 细 信 息 得 知 框 架 柱 的 设 计 和 配 筋 37

40 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 COLU=6 NODE=3 16L= B,H=400,400 NC,NG,NGH=30,3,3 IEFR=2 LOC=1 Un/Unmax=0.23/ 0.75 N= Icom=23 Cx=1.00 Cy=1.00 ASC=153. As/Asvs Ps(%) Ierr Igz Icom M/Q N BOT B-As H-As B-Asv/S H-Asv/S TOP B-As H-As B-Asv/S H-Asv/S Joint X: V=146.9 N=0.0 Asv=87.5 Ierr=0 Icom=23 Joint Y: V=224.7 N=0.0 Asv=87.5 Ierr=0 Icom=22 受 剪 承 载 力 VB=155.3kN VH=104.6 kn 图 3 为 计 算 的 配 筋 包 络 情 况 图 3 计 算 的 配 筋 包 络 情 况 从 配 筋 包 络 图 看, 主 梁 虽 然 截 面 大, 但 配 筋 也 相 对 较 多 周 边 框 架 梁 和 次 梁 配 筋 较 小, 没 有 充 分 发 挥 这 些 梁 的 作 用 由 于 主 次 梁 截 面 不 同, 现 浇 混 凝 土 结 构 所 需 要 的 施 工 模 板 和 模 板 支 撑 类 型 较 多 进 入 墙 梁 柱 施 工 图 菜 单, 得 到 实 配 钢 筋, 主 梁 跨 中 最 大 配 筋 率 1.56%; 支 座 最 大 配 筋 率 0.77%; 最 大 计 算 挠 度 26.1mm, 挠 跨 比 2.2/1000 < 1/300 框 架 柱 实 配 纵 向 钢 筋 配 筋 率 4.30% 图 4 为 梁 挠 度 图 图 4 梁 挠 度 图 38

41 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 2.2 单 向 楼 盖 模 型 ( 对 比 模 型 ) 若 建 筑 空 间 功 能 要 求 建 筑 物 某 部 位 的 柱 网 布 置 在 两 个 正 交 方 向 的 柱 距 相 差 非 常 悬 殊 时, 即 一 个 方 向 的 柱 间 距 要 求 很 大, 而 对 另 一 个 方 向 的 柱 距 则 无 任 何 的 规 定 和 限 制 在 这 种 情 况 下, 可 将 对 柱 距 无 建 筑 功 能 要 求 的 这 个 方 向 的 柱 距 加 密, 形 成 刚 度 很 大 的 边 支 承, 而 在 另 一 个 方 向 采 用 大 跨 度 的 预 应 力 混 凝 土 单 向 密 肋 楼 盖 ( 或 屋 盖 ) 是 比 较 经 济 和 有 效 的 [8] 本 工 程 由 于 跨 度 不 是 很 大, 两 个 方 向 柱 距 也 不 是 很 悬 殊, 框 架 柱 的 截 面 仍 然 采 用 mm, 主 次 梁 均 采 用 相 同 截 面 mm, 密 柱 方 向 的 梁 也 采 用 截 面 mm 并 且 布 置 成 单 向 楼 盖 结 构, 不 施 加 预 应 力 图 5 为 对 比 模 型 的 杆 件 空 间 布 置 图. 图 5 对 比 模 型 的 杆 件 空 间 布 置 图 单 向 楼 盖 利 用 间 距 2200mm 的 梁 组 成, 周 边 框 架 柱 之 间 采 用 截 面 相 同 或 稍 大 的 框 架 梁 围 成 同 样 运 用 SpasCAD 进 行 分 析 和 计 算 结 果 如 下 前 3 个 振 型 的 周 期,T 1 =0.5712s;T 2 =0.5550s;T 3 =0.4317s; 地 震 工 况 EX ( 0.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/578; 地 震 工 况 EY ( 90.0 度 ) 的 楼 层 最 大 位 移 角 1/597; 结 构 构 件 自 重, 钢 筋 混 凝 土 梁 BEAM:59.85t; 钢 筋 混 凝 土 柱 COLUMN:18.24t; 通 过 查 看 主 次 梁 模 型 对 应 的 框 架 柱 的 构 件 设 计 验 算 详 细 信 息 得 知 框 架 柱 的 设 计 和 配 筋 图 6 为 计 算 的 配 筋 包 络 情 况 图 6 配 筋 包 络 图 从 配 筋 包 络 图 看, 主 次 梁 配 筋 比 较 均 匀 周 边 框 架 梁 配 筋 也 和 横 向 主 梁 接 近, 充 分 发 挥 这 些 梁 的 作 用 由 于 主 次 梁 截 面 相 同, 现 浇 混 凝 土 结 构 所 需 要 的 施 工 模 板 和 模 板 支 撑 类 型 较 少, 便 于 施 工 39

42 ENGINEER'S NOTES 工 程 师 手 记 进 入 墙 梁 柱 施 工 图 菜 单, 得 到 实 配 钢 筋, 主 梁 跨 中 最 大 配 筋 率 1.65%; 支 座 最 大 配 筋 率 0.8%; 最 大 计 算 挠 度 30.3mm, 挠 跨 比 2.5/1000 < 1/300 框 架 柱 实 配 纵 向 钢 筋 配 筋 率 4.74%; 偏 大 图 7 为 梁 挠 度 图 图 7 梁 挠 度 图 2.3 结 果 分 析 从 分 析 比 较 结 果 看,( 单 向 楼 盖 ) 对 比 模 型 的 优 势 明 显 两 个 模 型 的 周 期 接 近, 位 移 比 也 相 差 无 几 框 架 梁 采 用 对 比 模 型 的 单 向 楼 盖 布 置 时, 梁 的 纵 向 配 筋 比 较 均 匀, 支 撑 12m 框 架 梁 的 边 支 承 梁 存 在 扭 矩 ; 主 次 梁 布 置 时, 主 梁 截 面 较 高, 配 筋 较 大, 但 次 梁 配 筋 较 小 两 个 模 型 的 框 架 柱 配 筋 相 当 当 屋 面 荷 载 比 较 均 匀 时, 单 向 楼 盖 的 截 面 高 跨 比 可 以 做 到 1/18 ~ 1/22 从 这 个 意 义 上 讲, 可 以 达 到 节 约 净 空 的 作 用 在 工 业 建 筑 物 或 构 筑 物 中, 设 备 需 要 的 净 空 往 往 是 很 苛 刻 的, 建 筑 物 的 层 高 多 由 净 空 决 定 ( 单 向 楼 盖 ) 对 比 模 型 相 对 主 次 梁 模 型 可 节 约 净 空 400mm 节 约 3.33t 混 凝 土 和 部 分 钢 筋 比 较 两 者 的 地 上 部 分 混 凝 土 用 量,( 单 向 楼 盖 ) 对 比 模 型 相 对 主 次 梁 模 型 可 节 约 混 凝 土 =19.71t, 折 合 7.58m 3 对 涉 外 工 程 中, 往 往 混 凝 土 的 成 本 也 较 高 可 以 节 约 一 部 分 成 本 另 外 由 于 层 高 得 到 降 低, 相 应 的 围 护 结 构 和 设 备 管 道 节 能 的 设 施 也 得 到 一 定 的 节 约 3 结 语 1) 单 向 楼 盖 结 构, 受 理 合 理 布 置 简 单 在 桥 梁 结 构 中 得 到 大 量 的 应 用 具 体 设 计 过 程 中, 作 为 边 支 承 的 纵 向 框 架 梁 的 合 理 设 计 至 关 重 要 一 是 要 求 边 支 承 框 架 应 具 有 较 大 的 整 体 刚 度, 避 免 在 地 震 和 风 荷 载 下 产 生 较 大 的 变 形, 以 保 证 单 向 密 肋 的 平 面 外 稳 定 二 是 为 控 制 单 向 密 肋 楼 盖 的 跨 中 弯 矩 和 挠 度 在 合 理 的 范 围 内, 要 求 作 为 边 支 承 的 框 架 梁 除 具 有 足 够 的 抗 弯 刚 度 外, 还 必 须 具 有 足 够 的 抗 扭 刚 度 抗 扭 刚 度 与 梁 短 边 的 三 次 方 成 正 比 [8] 2) 上 述 工 程 实 例 为 构 筑 物, 当 进 行 建 筑 物 设 计 时, 可 根 据 需 要 在 两 外 侧 12m 的 跨 中 各 增 加 一 根 框 架 柱 这 样 就 不 算 单 层 单 跨 框 架 结 构 了 3) 当 单 层 框 架 结 构 在 9 度 区 得 到 应 用 时, 需 注 意 以 下 几 点 1 纯 框 架 结 构 的 适 用 高 度 应 满 足 现 行 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 和 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 GB50191 的 有 关 规 定 2 可 先 进 行 试 算, 计 算 高 度 不 高 于 4.5m, 计 算 出 来 的 两 个 主 轴 方 向 周 期 如 果 均 在 0.3 ~ 0.4s 时, 位 移 一 般 可 以 满 足 现 行 规 范 的 要 求 40

43 工 程 师 手 记 ENGINEER'S NOTES 3 单 层 工 业 建 筑 又 存 在 局 部 平 台, 由 此 引 起 的 框 架 柱 的 剪 跨 比 大 于 1.5 时, 应 符 合 下 列 规 定 : 箍 筋 应 提 高 一 级 配 置, 一 级 时 应 适 当 提 高 箍 筋 配 置 柱 高 范 围 内 应 采 用 井 字 形 复 合 箍 ( 矩 形 箍 或 拉 筋 ), 应 至 少 每 隔 一 根 纵 向 钢 筋 有 一 根 拉 筋 柱 的 每 个 方 向 应 配 置 两 根 对 角 斜 筋 ; 对 角 斜 筋 的 直 径, 一 二 级 分 别 不 应 小 于 20 18mm, 三 四 级 不 应 小 于 16mm; 对 角 斜 筋 的 锚 固 长 度 不 应 小 于 受 拉 钢 筋 抗 震 锚 固 长 度 LaE 加 50mm 4 当 厂 房 高 度 较 高 时, 位 移 难 以 满 足 规 范 要 求 时 可 在 建 筑 物 ( 构 筑 物 ) 周 边 加 一 些 抗 震 墙 以 满 足 位 移 计 算 要 求 4) 在 进 行 基 础 设 计 时, 根 据 现 行 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011 第 条 有 关 规 定, 对 一 般 单 层 厂 房 和 单 层 空 旷 房 屋 ; 不 超 过 8 层 且 高 度 在 24m 以 下 的 一 般 民 用 框 架 和 框 架 抗 震 墙 房 屋 ; 基 础 荷 载 与 以 上 建 筑 相 当 的 多 层 框 架 厂 房 和 多 层 混 凝 土 抗 震 墙 房 屋 可 不 进 行 天 然 地 基 及 基 础 的 抗 震 承 载 力 验 算 前 提 是 地 基 主 要 受 力 层 范 围 内 不 存 在 地 基 承 载 力 特 征 值 小 于 80kPa(7 度 ) 100kPa(8 度 ) 120kPa(9 度 ) 的 软 弱 粘 性 土 层 按 机 械 工 业 部 的 行 业 标 准 机 械 工 业 厂 房 结 构 设 计 规 范 GB50906 对 于 有 吊 车 的 厂 房 结 构, 基 础 底 面 不 宜 出 现 零 应 力 区, 没 有 吊 车 作 用 的 厂 房 基 础 底 面 最 大 允 许 25% 的 零 应 力 区 比 例 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范 GB50191 第 条 规 定, 形 体 规 则 的 构 筑 物, 零 应 力 区 的 面 积 不 应 大 于 基 础 底 面 面 积 的 25% 在 设 计 单 层 混 凝 土 框 架 时, 可 以 通 过 调 整 此 参 数, 得 到 令 人 满 意 的 基 础 计 算 结 果 ( 图 9) 5)SPASCAD 采 用 了 真 实 空 间 结 构 模 型 输 入 的 方 法, 适 用 于 各 种 类 型 的 建 筑 结 构 的 建 模 在 计 算 过 程 中 软 件 调 用 PMSAP 计 算 模 块 对 于 比 较 复 杂 的 单 层 建 筑 物 和 构 筑 物 可 以 准 确 分 析 其 内 力 和 变 形, 并 按 规 范 要 求 给 出 设 计 结 果 图 8 对 角 斜 筋 配 置 示 意 图 图 9 基 础 计 算 结 果 参 考 文 献 : [1] 构 筑 物 抗 震 设 计 规 范.GB [S]. [2] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB [S]. [3] 机 械 工 业 厂 房 结 构 设 计 规 范 GB [S]. [4] 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB [S]. [5] PMCAD 结 构 平 面 CAD 软 件 [S].2012,2. [6] SPAS CAD 空 间 结 构 建 模 软 件 [S].2012,2. [7] PMSAP 复 多 高 层 建 筑 结 构 分 析 与 设 计 软 件.2012,2. [8] 高 立 人, 方 鄂 华, 钱 稼 茹. 高 层 建 筑 结 构 概 念 设 计 [M]. 中 国 计 划 出 版 社,2005,1. 41

44 STRUCTURE SOFTWARE 结构软件应用 PKPM 钢结构设计软件应用 一 桁架设计应用 夏绪勇 / 建研科技股份有限公司 PKPM 钢结构设计软件应用 系列文章 将陆续在 PKPM 新天地 中发表 系统地介 绍 PKPM 钢结构设计软件各个模块的应用 本 文主要介绍 PKPM 钢结构设计软件 STS 中桁架 设计软件应用与几项问题 1 桁架模块主要应用 STS 桁架模块的结构建模分析是基于二维 单榀方式 通过平面杆系有限元分析 按单向 受力来进行构件验算的 适合于钢屋架 托架 类结构的单独设计 见图 1 图 2 桁架排架柱整体建模分析 ((a)) 三角形钢屋架 桁架结构分析计算部分 没有截面限制 可以建立进去的截面形式都可以计算分析 施 工图设计部分对所使用的截面有要求 桁架 施工图 模块限制可以绘制的截面形式为 角 (b) 梯形钢屋架 钢 角钢组合截面 槽钢 槽钢组合截面 管 桁架施工图 模块适用于圆管或矩形管截面管 管直接相贯连做法的施工图设计 2 桁架支座杆的模拟 (c) 平行弦桁架 对于简支的屋架结构 单独计算屋架时 需要设立支座来模拟柱对屋架的支撑作用 对 于不同支座的设置方式 对于屋架的分析结果 影响较大 (d) 托架 设置方式 1 把支座直接设置在桁架下弦 节点位置 如图 3 (a) 所示 这种设置方式支 座对下弦两端点提供一个刚性约束 会完全约 束住下弦的变形 下弦内力分析结果 桁架的 (e) 连续桁架 图 1 桁架结构形式 屋架结构可以单独设计 也可以连带下面 厂房排架柱整体建模分析 见图 2 42 整体竖向变形都会严重偏小 这是一种不合理 的支座设置方式 设置方式 2 布置下端刚接上端铰接的小 短柱来模拟支座 如图 3 (b) 所示 这种设置 方式小短柱由于有一定的抗侧刚度 会对下弦

45 结构软件应用 STRUCTURE SOFTWARE 对铰接桁架在实际结构中受力状态分析 排除柱顶设置滑动支座情况 其他情况下 下 (a) 支座设置下弦 面的实际支撑柱是会对桁架提供一定的约束的 但约束刚度可能达不到支座设置方式 1 2 的约 束刚度 因此如果按支座设置方式 1 2 计算出 来的结果是偏于不安全的 而按方式 3 4 的计 (b) 带下端刚接小短柱支座 算 完全不考虑支座约束刚度 对桁架的计算 结果是偏于安全的 因此一般单独设计铰接桁 架 支座设置方式可以选用方式 3 方式 4 不 能选用方式 1 方式 2 也可以采用排架柱根据 (c) 两端铰接小短柱支座 其真实的截面 高度与桁架整体建模分析 这 样可以反映真实的排架柱对桁架的约束刚度 3 桁架铰接信息的设置 (d) 小短柱一侧带滑动支座 图 3 桁架支座设置方式 钢结构设计规范 GB 第 条要求 分析桁架杆件内力时 可将节 点视为铰接 对于用节点板连接的桁架 当杆 件为 H 形 箱形等刚度较大的截面 且在桁架 两端点提供一个弹性约束 而且随着支座小短 柱截面大小的调整 长度的变化 支座约束刚 度就会发生变化 桁架下弦内力分析结果 桁 架的整体竖向变形也都会随之发生变化 这也 是一种不合理的支座设置方式 设置方式 3 布置两端铰接的小短柱来模 拟支座 如图 3 (c) 所示 这种设置方式看似 整个结构是个机构 实际 STS 二维分析程序在 处理两端铰接杆时 赋予了非常小的抗弯刚度 10-6 级别 这样结构分析能够进行下去 而且支座杆对桁架只提供竖向约束 水平约束 完全释放 桁架下弦根据自身的受力自由得伸 缩 桁架下弦内力分析结果 桁架的整体竖向 变形也不会受支座杆的影响 这种支座设置方 式是合理的 设置方式 4 布置下端刚接上端铰接的小 短柱来模拟支座 在一侧小短柱顶设置滑动支 座 如图 3 (d) 所示 这种设置方式达到的效 果与设置方式 3 是一样的 支座杆对桁架只提 供竖向约束 水平约束完全释放 这种支座设 置方式也是合理的 表1 支座设置方式 下弦最大轴力 196 kn 356 kn 631 kn 631 kn 桁架最大挠度 33.9 mm 43.1 mm 57.9 mm 57.9 mm 平面内的杆件截面高度与其几何长度 节点中 心间的距离 之比大于 1/10 对弦杆 或大于 1/15 对腹杆 时 应考虑节点刚性所引起的 次弯矩 对于圆管或矩形管截面管管直接相贯连接 的管桁架 钢结构设计规范 GB 第 条要求 在满足下列情况下 分析桁 架杆件内力时可将节点视为铰接 1 符合各 类节点相应的几何参数的适用范围 2 在桁 架平面内杆件的节间厂独或杆件长度与截面高 度 或直径 之比不小于 12 主管 和 24 支 管 时 当桁架杆件满足上面两条可以视为铰接的 要求 可以忽略节点连接位置的次弯矩 即可 以按两端铰接来考虑 并不是说必须构件断开 并进行了连接 才可以设置为铰接 对于角钢 截面屋架 一般都可以视为铰接计算 而对于 弦杆为 H 形 箱形等大尺寸截面的托架或转换 桁架 能否视为铰接 需要根据截面高度与节 间长度的比值关系按上面规范 条来判断 节点刚接计算模型 对于不对称截面 如 角钢 剖分 T 型钢等 在弯矩作用下受压 侧的不同 会对构件强度 稳定计算结果带 来较大差异 因此对称结构两个坡面弦杆的 布置角度要注意修改 如图 4 示 使翼缘 在同一侧 否则分析内力对称 而构件验算 结果可能不对称 43

46 STRUCTURE SOFTWARE 结构软件应用 节点铰接计算模型 杆件只有轴力 杆件 布置角度 0 或 180 对构件的强度 稳定验算 结果没有影响 建模时可以不修改布置角度 程序在施工图处理时 会根据弦杆的位置 自 动选择一个合理的放置角度 下弦肢朝上 上 弦肢朝下 对于非支座腹杆程序采用节点距离 作为平面内 4 桁架杆件计算长度的确定 平面外计算长度可以按照规范 条 按屋面 根据 钢结构设计规范 GB 第 条要求 桁架弦杆平面内计算长度取节 点中心距离 平面外计算长度取弦杆侧向支撑 点之间的距离 屋面水平支撑点或与屋面水 平支撑点连接的系杆支撑点 支座斜腹杆和 支座竖腹杆平面内 平面外 斜平面计算长度 都取 为节点中心距离 其他腹杆平面内 计算长度取 0.8 平面外取 斜平面取 0.9 无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取 钢管结构除外 ( 见图 5) 当桁架弦杆侧向支撑点之间的距离为节间 长度的 2 倍 且两节间的弦杆轴心压力不相同 时 根据规范 弦杆的平面外计算长度应按下 式确定 但不应小于 计算长度 比规范规定略保守一些 桁架杆件的平面外计算长度程序默认为杆 件的几何长度 节点距离 需要设计人员自 行根据平面外支撑情况进行修改确认 桁架上 弦杆一般是要求设置上弦水平支撑 上弦杆的 水平支撑点的距离确定平面外计算长度 图 5 中的 对于重极工作制厂房 要求设置桁架 下弦水平支撑 轻 中级或没有吊车的厂房 可以不设置下弦水平支撑 当设置下弦水平支 撑时 下弦平面外计算长度可以按下弦水平支 撑支撑点之间的距离确定计算长度 如果没有 设置下弦水平支撑 上弦有水平支撑的情况下 可以按檐口 屋脊等位置设置的纵向垂直支撑 的位置作为支撑点确定下弦平面外计算长度 5 桁架杆件长细比控制 钢结构设计规范 GB 第 条要求 桁架受压杆允许长细比 150 第 条 要求一般建筑结构中桁架受拉杆允许长细比 350 有重级工作制吊车的厂房桁架受拉杆允许长细比 250 程序区分桁架杆件是拉杆或压杆的原则是 之 按上式确定的计算长度值在 间 要小于上面直接取侧向支撑点之间的距离 一组组合下为压力的情况 即视为压杆 所有 并且需要根据不同组合情况分别确定 采用 组合都为拉力的情况下构件才是拉杆 压杆程 程序设计时 实际不好操作 可以偏于安全的 序会自动按受压组合计算稳定 并按压杆控制 对弦杆平面外计算长度直接取侧向支撑点之间 长细比 拉杆只进行强度验算 并按拉杆控制 的距离 长细比 程序在自动确定平面内计算长度系数时 平 轻型屋面屋架结构 有可能会出现向上的 面内长度系数 -1 表示程序自动确定 对于 风吸力作用克服向下的恒荷载 组合 1.0 恒 两端铰接杆 默认取长度系数为 1.0 即节点距 +1.4 风 组合号 2 4 导致下弦受压 而在 离 对于节点刚接的桁架杆件 按钢结构规范 其他荷载工况下 下弦杆件都是受拉 程序在 线刚度比确定计算长度 需要把总信息参数中 自动控制长细比时 只要存在压力组合 就会 钢柱计算长度系数计算方法改为 无侧移 如 按受压杆来控制长细比 允许值 150 按照 图 6 否则会出现刚接弦杆长度系数为 * 号 钢结构设计规范 条注 5 受拉构件在永久 这是因为在有侧移的情况下 柱两端约束刚度 荷载与风荷载组合作用下受压时 其长细比不 都为 0 时 按线刚度比计算出的长度系数就为 宜超过 250 根据规范这条 设计人员可以 无穷大 无法确定 桁架内部刚度比较大 可 对仅风荷载参与组合下受压的桁架下弦杆自行 以按无侧移确定长度系数 一般桁架杆件的平 控制长细比在 250 即可 面内长度系数可以由程序自动确定 不用修改 44 对所有组合的轴力情况进行判断 只要存在某 跨度大于 60m 的桁架 根据规范 条

47 结构软件应用 STRUCTURE SOFTWARE 注 条注 6 其受压弦杆和端压杆的 容许长细比值宜取 100 其他受压腹杆可取 150 承受静力荷载或间接承受动力荷载 或 120 直 接承受动力荷载 其受拉弦杆和腹杆的 长细比不宜超过 300 承受静力荷载或间接承 受动力荷载 或 250 直接承受动力荷载 轻型屋面屋架结构 有可能会出现向上的 风吸力作用克服向下的恒荷载 组合 1.0 恒 +1.4 风 组合号 2 4 导致下弦受压 而在 图 4 节点刚接桁架不对称截面弦杆布置角度修改 其他荷载工况下 下弦杆件都是受拉 程序在 自动控制长细比时 只要存在压力组合 就会 按受压杆来控制长细比 允许值 150 按照 钢结构设计规范 条注 5 受拉构件在永久 荷载与风荷载组合作用下受压时 其长细比不 宜超过 250 根据规范这条 设计人员可以 对仅风荷载参与组合下受压的桁架下弦杆自行 控制长细比在 250 即可 对于角钢或角钢组合截面 在计算稳定时 程序会考虑按钢结构设计规范 条第 3 4 项考虑计及扭转效应的换算长细比计算 按钢 结构规范 条注 4 项要求 由容许长细比控 制截面的杆件 在计算长细比时 可不考虑扭 图 5 桁架上弦杆平面内 平面外计算长度 转效应 在计算输出的控制长细比为没有考 虑扭转效应的长细比 而输出的稳定验算应力 是按计及扭转效应的换算长细比查得的稳定系 数 对于单角钢 双角钢十字组合截面 程序 在确定长细比和稳定计算时 对于平面内默认 按最小回转半径面计算 实际为斜平面 平 面外按平行轴面计算 并且对于单角钢轴心受 压计算稳定时 默认考虑按单面连接情况处理 执行钢结构设计规范 条第 1 项的折减要求 这是根据钢结构设计规范 条注 2 要求 不 再考虑弯扭效应 图 6 计算长度系数计算方法 6 结语 本 文 系 统 介 绍 了 PKPM 钢 结 构 设 计 软 件 STS 中桁架设计软件应用 并对桁架支座杆模 拟 铰接信息的设置 计算长度确定 长细比 控制几项内容进行了铰详细的介绍 供工程设 计人员参考 45

48 HIGHER LEVEL 更上一层楼 对新规范若干条文的理解及其它 续二 胡允棒 / 四川省川建院工程咨询有限公司 ( 上接第 102 期 31 页 ) 十八 关于高层建筑高强混凝土 C65 柱的配箍率 高规 [1]6.4.7 条对高强混凝土 C65 梁顶面 底面纵向水平钢筋伸入墙肢的长度 抗震设计时不应小于 LaE 非抗震设计时不应 小于 La 且均不应小于 600mm 抗震设计时 沿连梁全长箍筋的构造应符合本规程第 条 没有规定要增大配箍特征值 而 抗规 B.0.3 强条 框架梁梁端箍筋加密区的箍筋构造要求 条及 混规 [3] 表 注 3 都规定要增大 非抗震设计时 沿连梁全长的箍筋直径不应小 配箍特征值 高层建筑是否也应执行此规定 于 6mm 间距不应大于 150mm 顶层连梁纵向 2012 年 2 月底成都市有关专家 笔者为十位专 水平钢筋伸入墙肢的长度范围内应配置箍筋 家之一 经过讨论后认为 高层建筑也应执行 箍筋间距不宜大于 150mm 直径应与该连梁的 此规定 因为 高规 [2]1.0.5 条规定 尚应 箍筋直径相同 符合国家现行有关标准的规定 2. 非抗震设计时 跨高比不大于 1.5 的连 梁难道可以不执行 混规 [3]8.5.1 条 强条 十九 关于连梁纵向钢筋的最小配筋率及 配筋构造要求 最小配筋率 ρmin=0.20 及 45ft/fy 的较大值 1. 高规 [2]7.1.3 条 跨高比小于 5 的 相应抗震等级框架梁 正 负筋配筋率为强条 连梁应按本章的有关规定设计 跨高比不小于 见 混规 [3] 条 1 款 的要求 笔者认 5 的连梁宜按框架梁设计 高规 [2] 为这条规定是有问题的 但 2012 年 2 月底成都 条 跨高比不大于 1.5 的连梁 非抗震设计时 市有关专家 笔者为十位专家之一 经过讨论 其纵向钢筋的最小配筋率可取为 0.2 抗震设 认为可按 高规 [2] 条执行 计时 其纵向钢筋的最小配筋率当跨高比 框架梁的要求采用 高规 [2] 条 连 要求 抗震设计时 当跨高比 1.5 时可以不按 3. 混 规 [3] 条 1 款 连 梁 沿 时为 0.20 及 45ft/fy 的较大值 笔者注 相当于三 上 下边缘单侧纵向钢筋的最小配筋率不应小 四级框架梁跨中的最小配筋率 见砼规 于 0.15 且配筋不宜少于 2A12 笔者认为 条 当跨高比 0.5 但 1.5 时为 0.25 及 55ft/ 这个最小配筋率 0.15 更不符合 砼规 [3]8.5.1 fy 的较大值 笔者注 相当于三 四级框架梁 条 强条 规定 是不恰当的 希望同行们发 支座的最小配筋率 当跨高比 1.5 时可按 表高见

49 更 上 一 层 楼 HIGHER LEVEL 4. 我 们 在 施 工 图 审 查 时 发 现 的 主 要 问 题 有 : 1) 跨 高 比 小 于 5 的 连 梁 编 为 KL, 按 KL 纵 向 钢 筋 的 锚 固 长 度 虽 然 符 合 LaE( 非 抗 震 设 计 时 La) 要 求, 但 有 可 能 不 符 合 高 规 [2] 条 1 款 均 不 应 小 于 600mm 的 要 求, 如 连 梁 混 凝 土 强 度 等 级 C30, 纵 向 钢 筋 C14, 三 级 LaE=38d=38 14=532 < 600mm, 一 二 级 LaE=41d=41 14=574 < 600mm; 位 于 顶 层 的 连 梁 编 为 KL, 则 其 纵 向 水 平 钢 筋 伸 入 墙 肢 的 长 度 范 围 内 无 需 配 置 箍 筋 了, 不 符 合 高 规 [2] 条 3 款 规 定 2) 连 梁 LL 高 hb 400mm 时 箍 筋 间 距 100/ /150, 不 符 合 箍 筋 全 长 加 密 的 规 定, 或 者 连 梁 LL 高 hb < 400mm 时 箍 筋 间 距 100, 如 连 梁 高 hb=350,@ 100 > hb/4=350/4=87.5, 不 符 合 规 定 如 在 设 计 质 量 抽 查 时, 发 现 连 梁 LL 箍 筋 间 距 不 符 合 高 规 条 2 款 规 定, 可 判 为 违 反 强 条 ( 连 梁 箍 筋 在 高 规 2002 年 版 [4] 第 条 2 款 就 是 强 条 ), 否 则 所 有 连 梁 LL 箍 筋 都 可 以 100/ /150 了 3) 一 级 或 特 一 级 连 梁 LL 箍 筋 直 径 为 8mm < 10mm 4) 连 梁 LL 配 筋 构 造 没 有 选 用 11G101-1 图 集 [5]74 75 页 相 关 大 样 5. 关 于 连 梁 腰 筋, 已 经 在 对 新 规 范 若 干 条 文 的 理 解 及 其 它 ( 续 一 ) [6]( 见 PKPM 新 天 地 2014 年 1 期 第 30 页 ) 进 行 过 讨 论, 笔 者 在 此 补 充 一 点 : 混 规 [3] 条 5 款 剪 力 墙 的 水 平 钢 筋 可 作 为 连 梁 的 纵 向 构 造 钢 筋 在 连 梁 范 围 内 贯 通 当 梁 的 腹 板 高 度 hw 不 小 于 450mm 时, 其 两 侧 面 沿 梁 高 范 围 设 置 的 纵 向 构 造 钢 筋 的 直 径 不 应 小 于 10mm, 间 距 不 应 大 于 200mm;, 该 条 规 定 与 高 规 [2] 条 4 款 连 梁 高 度 范 围 内 的 墙 肢 水 平 分 布 钢 筋 应 在 连 梁 内 拉 通 作 为 连 梁 的 腰 筋 连 梁 截 面 高 度 大 于 700mm 时, 其 两 侧 面 腰 筋 的 直 径 不 应 小 于 8mm( 高 规 2002 年 版 [4] 条 4 款 是 不 应 小 于 10mm, 强 条 ), 间 距 不 应 大 于 200mm; 是 有 不 同 的, 一 是 连 梁 截 面 高 度 条 件 不 同, 二 是 腰 筋 的 最 小 直 径 不 同, 笔 者 认 为 这 两 条 规 定 都 应 该 执 行 二 十 关 于 框 架 - 剪 力 墙 结 构 的 构 造 1. 抗 规 [1]6.5.1 条 : 框 架 - 抗 震 墙 结 构 的 抗 震 墙 厚 度 和 边 框 设 置, 应 符 合 下 列 规 定 : 抗 震 墙 的 厚 度 不 应 小 于 160mm 且 不 宜 小 于 层 高 或 无 支 长 度 的 1/20, 底 部 加 强 部 位 的 抗 震 墙 厚 度 不 应 小 于 200mm 且 不 宜 小 于 层 高 或 无 支 长 度 的 1/16; 有 端 柱 时, 墙 体 在 楼 盖 处 宜 设 置 暗 梁, 暗 梁 的 截 面 高 度 不 宜 小 于 墙 厚 和 400mm 的 47

50 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 较 大 值, 端 柱 截 面 宜 与 同 层 框 架 柱 相 同, 并 应 满 足 本 规 范 第 6.3 节 对 框 架 柱 的 要 求 ; 抗 震 墙 底 部 加 强 部 位 的 端 柱 和 紧 靠 抗 震 墙 洞 口 的 端 柱 宜 按 柱 箍 筋 加 密 区 的 要 求 沿 全 高 加 密 箍 筋 ; 条 : 抗 震 墙 的 竖 向 和 横 向 分 布 钢 筋, 配 筋 率 均 不 应 小 于 0.25%, 钢 筋 直 径 不 宜 小 于 10mm, 间 距 不 宜 大 于 300mm, 并 应 双 排 布 置, 双 排 分 布 钢 筋 间 应 设 置 拉 筋 2. 高 规 [2]8.2.1 条 : 框 架 - 剪 力 墙 结 构 板 柱 - 剪 力 墙 结 构 中, 剪 力 墙 的 竖 向 水 平 分 布 钢 筋 的 配 筋 率, 抗 震 设 计 时 均 不 应 小 于 0.25%, 非 抗 震 设 计 时 均 不 应 小 于 0.20%, 并 应 至 少 双 排 布 置 ; 各 排 分 布 钢 筋 之 间 应 设 置 拉 筋, 拉 筋 的 直 径 不 应 小 于 6mm 间 距 应 大 于 600mm ;8.2.2 条 : 带 边 框 剪 力 墙 的 构 造 应 符 合 下 列 规 定 : 抗 震 设 计 时, 一 二 级 剪 力 墙 的 底 部 加 强 部 位 ( 厚 度 ) 不 应 小 于 200mm, 其 他 情 况 不 应 小 于 160mm; 剪 力 墙 的 水 平 钢 筋 应 全 部 锚 入 边 框 柱 内, 锚 固 长 度 不 应 小 于 La( 非 抗 震 设 计 ) 或 LaE( 抗 震 设 计 ); 与 剪 力 墙 重 合 的 框 架 梁 可 保 留, 亦 可 做 成 宽 度 与 墙 厚 相 同 的 暗 梁, 暗 梁 截 面 高 度 可 取 墙 厚 的 2 倍 或 与 该 榀 框 架 梁 截 面 等 高, 暗 梁 的 配 筋 可 按 构 造 配 置 且 应 符 合 一 般 框 架 梁 相 应 抗 震 等 级 的 最 小 配 筋 要 求 ; 剪 力 墙 宜 按 工 字 形 截 面 设 计, 其 端 部 的 纵 向 受 力 钢 筋 应 配 置 在 边 框 柱 截 面 内 ; 边 框 柱 截 面 宜 与 该 榀 框 架 其 他 柱 的 截 面 相 同, 边 框 柱 应 符 合 本 规 程 第 6 章 有 关 框 架 柱 构 造 配 筋 规 定 ; 剪 力 墙 底 部 加 强 部 位 边 框 柱 的 箍 筋 宜 沿 全 高 加 密 ; 当 带 边 框 剪 力 墙 上 的 洞 口 紧 邻 边 框 柱 时, 边 框 柱 的 箍 筋 宜 沿 全 高 加 密 3. 上 述 抗 规 [1] 及 高 规 [2] 的 规 定 是 有 不 同 的, 一 是 剪 力 墙 的 厚 度 : 抗 规 [1]6.5.1 条 规 定, 底 部 加 强 部 位 的 抗 震 墙 厚 度 不 管 抗 震 等 级 是 几 级 ( 框 架 - 抗 震 墙 结 构 中 抗 震 墙 的 最 低 抗 震 等 级 是 三 级 ) 都 应 不 小 于 200mm, 非 底 部 加 强 部 位 的 抗 震 墙 不 应 小 于 160mm, 高 规 条 是 规 定 一 二 级 剪 力 墙 的 底 部 加 强 部 位 不 应 小 于 200mm, 三 级 的 底 部 加 强 部 位 不 应 小 于 160mm, 非 底 部 加 强 部 位 的 抗 震 墙 不 应 小 于 160mm; 二 是 剪 力 墙 的 钢 筋 直 径 : 抗 规 条 规 定 不 宜 小 于 10mm, 高 规 [2]8.2.2 条 没 有 规 定 ( 条 规 定 剪 力 墙 结 构 的 剪 力 墙 钢 筋 直 径 不 应 小 于 8mm); 三 是 暗 梁 的 截 面 高 度 : 抗 规 [1]6.5.1 条 规 定 暗 梁 的 截 面 高 度 不 宜 小 于 墙 厚 和 400mm 的 较 大 值, 高 规 [2]8.2.2 条 规 定 暗 梁 截 面 高 度 可 取 墙 厚 的 2 倍 或 与 该 榀 框 架 梁 截 面 等 高, 如 剪 力 墙 厚 250(300), 按 抗 规 [1] 暗 梁 截 面 高 度 可 取 400, 按 高 规 [2] 暗 梁 截 面 高 度 应 取 500(600); 四 是 暗 梁 的 配 筋 要 求 : 抗 规 条 没 有 规 定, 高 规 [2]8.2.2 条 规 定 暗 梁 配 筋 应 符 合 相 应 抗 震 等 级 的 最 小 配 筋 要 求 笔 者 认 为 应 按 两 本 规 范 的 较 高 要 求 执 行 混 规 [3] 对 框 架 - 剪 力 墙 结 构 没 有 规 定 4. 我 们 在 施 工 图 审 查 时 发 现 的 主 要 问 题 有 : 1) 框 架 - 剪 力 墙 结 构 的 剪 力 墙 没 有 完 整 的 边 框, 在 楼 面 标 高 处 没 有 暗 梁, 剪 力 墙 只 有 一 端 有 边 框 柱, 另 一 端 为 暗 柱, 不 符 合 规 范 要 求 2) 框 架 - 剪 力 墙 结 构 的 剪 力 墙 均 为 短 肢 墙, 或 者 只 设 置 几 片 刚 度 很 大 的 剪 力 墙 ( 墙 长 较 大 墙 厚 也 较 大 ), 虽 然 剪 力 墙 承 担 的 地 震 倾 覆 力 矩 也 满 足 50% 的 要 求, 但 剪 力 墙 的 布 置 不 符 合 高 规 [2]8.1.7 条 条 的 规 定, 不 妥 3) 边 框 柱 暗 梁 的 截 面 尺 寸 及 配 筋 未 按 抗 规 [1] 及 高 规 [2] 的 较 高 要 求 设 计 二 十 一 关 于 高 强 混 凝 土 ( C65) 特 一 级 框 架 柱 的 最 小 配 筋 率 高 规 [2] 条 规 定 : 特 一 级 框 架 柱 的 最 小 配 筋 率, 中 边 柱 1.4%, 角 柱 1.6%, 特 一 级 框 支 柱 1.6%; 而 高 规 [2] 表 注 3 混 规 [3] 表 注 3 及 抗 规 [1]B.0.3 条 3 款 均 规 定 对 高 强 混 凝 土 ( C65) 应 增 大 0.1% 成 都 市 组 织 专 家 经 过 讨 论 认 为 : 特 一 级 框 架 柱 最 小 配 筋 率 已 经 较 一 级 框 架 柱 增 加 较 多, 在 采 用 C65 混 凝 土 时, 最 小 配 筋 率 可 不 再 增 加 0.1% 二 十 二 关 于 钢 筋 的 级 别 1. 抗 规 [1]3.9.3 条 1 款 规 定 : 普 通 钢 筋 宜 优 先 采 用 延 性 韧 性 和 焊 接 性 较 好 的 钢 筋 ; 普 通 钢 筋 的 强 度 等 级, 纵 向 受 力 钢 筋 宜 选 用 符 合 抗 震 性 能 指 标 的 不 低 于 HRB400 级 的 热 轧 48

51 更 上 一 层 楼 HIGHER LEVEL 钢 筋, 也 可 采 用 符 合 抗 震 性 能 指 标 的 HRB335 级 热 轧 钢 筋 ; 箍 筋 宜 选 用 符 合 抗 震 性 能 指 标 的 不 低 于 HRB335 级 的 热 轧 钢 筋, 也 可 选 用 HPB300 级 热 轧 钢 筋 2. 抗 规 [1]3.9.2 条 2 款 2) 项 规 定 : 抗 震 等 级 为 一 二 三 级 的 框 架 和 斜 撑 构 件 ( 含 梯 段 ), 其 纵 向 受 力 钢 筋 采 用 普 通 钢 筋 时, 钢 筋 的 抗 拉 强 度 实 测 值 与 屈 服 强 度 实 测 值 的 比 值 不 应 小 于 1.25; 钢 筋 的 屈 服 强 度 实 测 值 与 屈 服 强 度 标 准 值 的 比 值 不 应 大 于 1.3. 且 钢 筋 在 最 大 拉 力 下 的 总 伸 长 率 实 测 值 不 应 小 于 9% 3. 混 规 [3]4.2.1 条 规 定 : 纵 向 受 力 普 通 钢 筋 宜 采 用 HRB400 HRB500 HRBF400 HRBF500 钢 筋, 也 可 采 用 HPB300 HRB335 HRBF335 RRB400 钢 筋 ; 梁 柱 纵 向 受 力 普 通 钢 筋 应 采 用 HRB400 HRB500 HRBF400 HRBF500 钢 筋 ; 箍 筋 宜 采 用 HRB400 HRBF400 HPB300 HRB500 HRBF500 钢 筋, 也 可 采 用 HRB335 HRBF335 钢 筋 4. 混 凝 土 结 构 工 程 施 工 规 范 [5]5.2.2 条 规 定 : 对 有 抗 震 设 防 要 求 的 结 构, 其 纵 向 受 力 钢 筋 的 性 能 应 满 足 设 计 要 求 ; 当 设 计 无 具 体 要 求 时, 对 按 一 二 三 级 抗 震 等 级 设 计 的 框 架 和 斜 撑 构 件 ( 含 梯 段 ) 中 的 纵 向 受 力 普 通 钢 筋 应 采 用 HRB335E HRB400E HRB500E HRBF335E HRBF400E HRBF500E 钢 筋, 其 强 度 和 最 大 力 下 总 伸 长 率 的 实 测 值, 应 符 合 下 列 规 定 : 钢 筋 的 抗 拉 强 度 实 测 值 与 屈 服 强 度 实 测 值 的 比 值 不 应 小 于 1.25, 钢 筋 的 屈 服 强 度 实 测 值 与 屈 服 强 度 标 准 值 的 比 值 不 应 大 于 1.30, 钢 筋 的 最 大 力 下 总 伸 长 率 不 应 小 于 9% 4. 冷 轧 带 肋 钢 筋 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 JGJ [7] 第 条 规 定 : 冷 轧 带 肋 钢 筋 可 用 于 楼 板 配 筋 墙 体 分 布 钢 筋 梁 柱 箍 筋 及 圈 梁 构 造 柱 配 筋, 但 不 得 用 于 有 抗 震 设 防 要 求 的 梁 柱 纵 向 受 力 钢 筋 及 板 柱 结 构 配 筋 5. 中 华 人 民 共 和 国 住 房 和 城 乡 建 设 部 中 华 人 民 共 和 国 工 业 和 信 息 化 部 于 2012 年 1 月 4 日 发 布 关 于 加 快 应 用 高 强 钢 筋 的 指 导 意 见 ( 建 标 [2012]1 号 )[8], 就 建 筑 工 程 中 加 快 应 用 400MPa 级 及 以 上 高 强 钢 筋 提 出 以 下 意 见 : 高 强 钢 筋 是 指 抗 拉 屈 服 强 度 达 到 400MPa 级 及 以 上 的 螺 纹 钢 筋, 具 有 强 度 高 综 合 性 能 优 的 特 点, 用 高 强 钢 筋 替 代 目 前 大 量 使 用 的 335MPa 级 螺 纹 钢 筋, 平 均 可 节 约 钢 材 12% 以 上 ; 高 强 钢 筋 作 为 节 材 节 能 环 保 产 品, 在 建 筑 工 程 中 大 力 推 广 应 用, 是 加 快 转 变 经 济 发 展 方 式 的 有 效 途 径, 是 建 设 资 源 节 约 型 环 境 友 好 型 社 会 的 重 要 举 措, 对 推 动 钢 铁 工 业 和 建 筑 业 结 构 调 整 转 型 升 级 具 有 重 大 意 义 ;2013 年 底, 在 建 筑 工 程 中 淘 汰 335MPa 级 螺 纹 钢 筋,2015 年 底, 高 强 钢 筋 的 产 量 占 螺 纹 钢 筋 总 产 量 的 80%, 在 建 筑 工 程 中 使 用 量 达 到 建 筑 用 钢 筋 总 量 的 65% 以 上, 在 应 用 400MPa 级 螺 纹 钢 筋 为 主 的 基 础 上, 对 大 型 高 层 建 筑 和 大 跨 度 公 共 建 筑, 优 先 采 用 500MPa 级 螺 纹 钢 筋, 逐 年 提 高 500MPa 级 螺 纹 钢 筋 的 生 产 和 使 用 ; 对 于 地 震 多 发 地 区, 重 点 应 用 高 强 屈 比 均 匀 伸 长 率 高 的 高 强 抗 震 钢 筋 6. 四 川 省 住 房 和 城 乡 建 设 厅 四 川 省 经 济 和 信 息 化 委 员 会 于 2012 年 9 月 14 日 发 布 关 于 加 快 应 用 高 强 钢 筋 的 实 施 意 见 ( 川 建 发 [2012]26 号 )[9] 规 定 : 建 筑 结 构 中 的 纵 向 受 力 钢 筋 要 优 先 采 用 400MPa 级 及 以 上 螺 纹 钢 筋, 其 中, 梁 柱 纵 向 受 力 钢 筋 应 采 用 400MPa 级 及 以 上 螺 纹 钢 筋, 梁 柱 箍 筋 推 广 采 用 400MPa 级 及 以 上 螺 纹 钢 筋, 积 极 推 广 采 用 500MPa 级 螺 纹 钢 筋,2013 年 底 起 四 川 省 在 建 筑 工 程 设 计 文 件 中 不 再 采 用 335MPa 级 螺 纹 钢 筋, 施 工 图 审 查 机 构 要 将 高 强 钢 筋 应 用 作 为 施 工 图 审 查 要 点, 严 格 把 关, 对 未 按 照 要 求 采 用 高 强 钢 筋 的 设 计 文 件 审 查 时 不 予 通 过 ( 笔 者 : 其 它 省 市 有 否 类 似 的 规 定?) 7. 综 合 以 上 规 定, 梁 柱 及 剪 力 墙 边 缘 构 件 的 纵 向 受 力 钢 筋 应 采 用 HRB400 HRB500 HRBF400 HRBF500 钢 筋, 箍 筋 应 采 用 HRB400 HRBF400 HRB500 HRBF500 或 HPB300 钢 筋 ; 楼 板 钢 筋 剪 力 墙 分 布 钢 筋 应 采 用 HRB400 HRB500 HRBF400 HRBF500 或 HPB300 钢 筋 8. 混 凝 土 结 构 工 程 施 工 规 范 [5] 在 2012 年 8 月 1 日 施 行 后, 四 川 省 一 些 县 ( 市 ) 的 建 筑 工 程 质 量 监 督 站 要 求 抗 震 设 计 的 工 程, 49

52 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 必 须 写 明 钢 筋 采 用 HRB335E HRB400E HRB500E 等 ( 凡 钢 筋 牌 号 带 E 的 钢 筋 即 为 抗 震 钢 筋, 见 抗 规 [1] 条 条 文 说 明 ), 否 则 工 程 不 予 验 收 笔 者 认 为 这 个 要 求 有 点 过 分 了, 只 要 在 结 构 设 计 总 说 明 中 写 上 抗 规 条 2 款 2) 项 ( 强 条 ) 关 于 钢 筋 抗 震 性 能 的 要 求, 钢 筋 牌 号 写 HRB335 HRB400 HRB500 等 应 是 可 以 的, 但 如 在 结 构 设 计 总 说 明 中 没 有 写 上 抗 规 [1]3.9.2 条 2 款 2) 项 ( 强 条 ) 关 于 钢 筋 抗 震 性 能 的 要 求, 我 们 在 施 工 图 审 查 时 是 不 予 通 过 的, 当 然 如 能 在 钢 筋 牌 号 上 带 E 那 就 更 好 了 9. 汶 川 地 震 时, 发 现 有 不 少 楼 梯 梯 段 纵 向 受 力 钢 筋 采 用 冷 轧 带 肋 钢 筋 而 遭 受 严 重 破 坏, 所 以 抗 规 2010 年 版 [1] 在 条 2 款 增 加 了 三 级 框 架 和 斜 撑 构 件 ( 含 梯 段 ) 纵 向 受 力 钢 筋 的 抗 震 性 能 规 定, 但 在 抗 规 2010 年 版 [1] 颁 发 (2010 年 12 月 1 日 施 行 ) 后, 仍 然 有 设 计 人 在 楼 梯 梯 段 纵 向 受 力 钢 筋 中 采 用 冷 轧 带 肋 钢 筋, 施 工 图 审 查 人 员 也 没 有 指 出 其 违 反 抗 规 2010 年 版 [1] 第 条 2 款 规 定 ( 强 条, 冷 轧 带 肋 钢 筋 在 最 大 拉 力 下 的 总 伸 长 率 实 测 值 肯 定 小 于 9%), 如 四 川 省 名 山 县 镇 4 层 框 架 结 构 办 公 楼 (2011 年 3 月 设 计 ) 的 楼 梯 在 2013 年 4.20 芦 山 地 震 时 遭 受 严 重 破 坏 ( 图 1) 图 1( 胡 允 棒 摄 ) 10. 在 2000 年 以 前 由 于 国 内 没 有 高 强 度 的 小 直 径 热 轧 钢 筋, 采 用 冷 轧 带 肋 钢 筋 是 有 意 义 的, 可 以 减 少 钢 筋 用 量, 笔 者 在 1995 年 设 计 的 1 个 工 程 的 楼 板 配 筋 采 用 冷 轧 带 肋 钢 筋 ( 小 型 作 坊 冷 轧, 需 加 工 费 约 每 吨 400 元 左 右 ), 冷 加 工 钢 筋 硬 脆, 呈 弧 状, 根 本 无 法 调 直, 楼 板 钢 筋 绑 扎 后 简 直 不 像 样 子, 但 施 工 单 位 仍 然 强 行 浇 注 混 凝 土 ( 笔 者 无 法 阻 止 ), 此 后 笔 者 再 没 有 采 用 过 冷 轧 带 肋 钢 筋 冷 轧 带 肋 钢 筋 是 热 轧 圆 盘 条 经 冷 轧 ( 二 次 加 工 ) 而 成 的 钢 筋, 需 耗 费 电 力 ( 能 源 ), 不 绿 色 不 环 保 现 在 已 经 有 HRB400 HRB500 小 直 径 钢 筋, 再 采 用 冷 轧 带 肋 钢 筋 就 不 大 恰 当 了 ( 我 们 在 施 工 图 审 查 时 仍 然 经 常 发 现 楼 板 配 筋 采 用 CRB550 级 冷 轧 带 肋 钢 筋 ) 11. 车 道 车 库 楼 板 等 由 于 承 受 振 动 ( 重 复 ) 荷 载, 不 应 采 用 冷 加 工 钢 筋 ( 如 冷 轧 带 肋 钢 筋 ) 我 们 在 施 工 图 审 查 时, 经 常 发 现 车 道 车 库 楼 板 配 筋 采 用 冷 轧 带 肋 钢 筋, 不 妥 参 考 文 献 : [1] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2010. [2] 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 JGJ 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2011. [3] 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 GB 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2011. [4] 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 JGJ 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2002. [5] 中 国 建 筑 标 准 设 计 研 究 院. 国 家 建 筑 标 准 设 计 图 集 11G 北 京 : 中 国 计 划 出 版 社,2011. [6] 胡 允 棒. 对 新 规 范 若 干 条 文 的 理 解 及 其 它 ( 续 一 )[J].PKPM 新 天 地,2014,(1): [7] 冷 轧 带 肋 钢 筋 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 JGJ 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2011. [8] 中 华 人 民 共 和 国 住 房 和 城 乡 建 设 部 中 华 人 民 共 和 国 工 业 和 信 息 化 部. 关 于 加 快 应 用 高 强 钢 筋 的 指 导 意 见 ( 建 标 [2012]1 号 ). 北 京 :2012. [9] 四 川 省 住 房 和 城 乡 建 设 厅 四 川 省 经 济 和 信 息 化 委 员 会. 关 于 加 快 应 用 高 强 钢 筋 的 实 施 意 见 ( 川 建 发 [2012]26 号 ). 成 都 :2012. [10] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2001. [11] 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB (2006 年 版 ). 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社. 50

53 更上一层楼 HIGHER LEVEL 中美规范风荷载的对比分析 张维秀 王为 张元琦 / 中国石油集团东北炼化工程公司 l 前言 随着蓝海战略的实施 各设计单位涉及的海外工程越来越多 因此常遇到中国和美国规范体系 差异导致的风荷载取值不同给工程设计带来的困扰 中美结构设计软件也同样是按照各自的规范编 制的 两者之间不能简单套用 本文从中美规范风荷载基本定义和计算公式出发 对中美规范的风 荷载计算进行比较 2 几个基本概念 2.1 平均时距 平均时距是指观测和统计风速资料时所规定的时间间隔 在同一地点 时距越小平均风速越 大 反之亦然 这是导致中国和美国规范基本风速不同的主要原因 中国规范中平均时距采用的是 10min 美国规范中平均时距为 3s 所以在同一地点 使用美国规范测得的风速要比使用中国规范 测得的风速要大得多 2.2 基本风速 中美规范确定基本风速都是根据大量的风速资料 按极值型概率分布结合规定的概率确定的 中国规范定义的基本风速为 根据当地气象台站历年来的最大风速记录 按基本风压的标准要求 将不同风速仪高度和时次时距的年最大风速 统一换算为离地 10m 高 空旷平坦地形 即地面粗糙 度为 B 自记 10min 平均年最大风速 (m/s) 根据以上风速数据 经统计分析确定重现期为 50 年 的最大风速 作为基本风速 51

54 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 美 国 规 范 定 义 的 基 本 风 速 为 : 距 地 33ft(10m) 高, 地 面 粗 糙 度 为 C 类 ( 相 当 中 国 B 类 ), Ⅱ 类 居 住 建 筑 50 年 超 越 概 率 为 7%( 重 现 期 为 700 年 ) 的 3s 阵 风 风 速 比 较 中 国 和 美 国 的 基 本 风 速 定 义 可 知, 基 本 风 速 定 义 中 涉 及 到 离 地 高 度 地 面 粗 糙 度 平 均 时 距 重 现 期 等 因 素 中 美 规 范 基 本 风 速 定 义 中 离 地 高 度 和 地 面 粗 糙 度 相 同, 而 平 均 时 距 和 重 现 期 不 同 2.3 基 本 风 压 由 基 本 风 速 和 空 气 密 度 按 贝 努 力 公 式 确 定 的 风 压 中 国 规 范 按 下 式 计 算 : 式 中 : (1) - 中 国 规 范 基 本 风 压 (kn/m 2 ); - 基 本 风 速, 中 国 规 范 规 定 的 50 年 重 现 期 内 10min 平 均 年 最 大 风 速 (m/s) 美 国 规 范 基 本 风 压 : 式 中 : (2) - 美 国 规 范 基 本 风 压 (kn/m 2 ); - 美 国 规 范 基 本 风 速 (m/s) 3 基 本 风 速 的 转 换 首 先 对 不 同 时 距 基 本 风 速 按 美 国 规 范 换 算 将 平 均 时 距 由 10min 换 算 为 3s 时 距, 按 美 国 规 范 第 C26 章 图 C t 秒 最 大 平 均 风 速 与 小 时 平 均 风 速 的 关 系 图 查 得 : / =1.525, 则 : = /1.525, 即 将 时 距 3s 的 风 速 换 算 成 1h 时 距 的 风 速 其 次, 由 10min 时 距 查 得 / =1.07, 从 而 =1.07 =0.70 即 同 一 地 点 实 测 风 速 资 料, 重 现 期 均 为 50 年 的 情 况 下, 按 10min 定 义 的 基 本 风 速 为 按 3s 定 义 的 获 得 的 基 本 风 速 的 70% 再 对 不 同 重 现 期 进 行 换 算 按 美 国 规 范 公 式 C26.5-2: 式 中 : T- 重 现 期 (a) 这 样 就 可 以 把 重 现 期 为 50 年 的 3s 基 本 风 速 换 算 为 美 国 规 范 规 定 的 重 现 期 为 700 年 的 3s 基 本 风 速 4 风 荷 载 计 算 中 国 规 范 作 用 于 结 构 表 面 的 风 荷 载 标 准 值 公 式 : (3) 式 中 : - 风 荷 载 标 准 值 ; - 离 地 高 度 z 处 的 风 振 系 数 ; - 体 型 系 数 ; - 高 度 变 化 系 数 对 主 要 抗 风 体 系, 美 国 规 范 设 计 风 压 : (4) 52

55 更上一层楼 HIGHER LEVEL 式中 : - 设计风压 (kn/m2) - 速度压力 ( 相当中国的 ) (kn/m2) - 离地高度 z 处的阵风影响系数 相当中国的 - 外压系数 根据美国规范 条规定 速度压力 计算公式 5 式中 : - 速度压力暴露系数 相当中国的 - 地形系数 为简化起见 本文不考虑山区地形 取 6 5 风荷载计算参数对比 5.1 地面粗糙度 根据中美规范对地面粗糙度类别的描述 两本规范地面粗糙度类别比较见表 1 据此得出两本 规范地面粗糙度类别的对应关系见表 2 表 1 地面粗糙度类别对应关系 类别 A B 中国规范 近海海面和海岛 海岸 湖岸及沙漠地区 田野 乡村 丛林 丘陵以及房屋比较稀疏的乡 镇和城市郊区 C 有密集建筑群的城市市区 D 有密集建筑群且房屋较高的城市市区 美国规范 已取消 城市及郊区 林木茂盛区 有密集单个家庭或多个居住房 屋障碍物 开放地形 有低矮的稀疏障碍物 不超过 9.1m, 包括平 坦乡村和草原 平坦无障碍物或水面 包括平坦沼泽地 盐碱地 未破裂 的冰面 表 2 地面粗糙度类别对应关系 GB ASCE/SEI 风振系数 A D B C C B D B 和阵风影响系数 G 中国规范采用平均风压乘以风振系数 来考虑结构在风荷载作用下动力响应的综合影响 按下 式计算 : 7 式中 : - 峰值因子 取 m 高度名义湍流强度 对 A B C D 地面粗糙度分别取 脉动风荷载的背景分量因子 按下式计算 : 8 - 系数 按规范表 取值 - 脉动风荷载的共振分量因子 按下式计算 : 9 53

56 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 - 第 1 阶 自 振 频 率, 按 美 国 规 范 计 算 : - 粗 糙 度 修 正 系 数, 对 A B C D 地 面 粗 糙 度 分 别 取 1.28,1.0,0.54,0.26; - 阻 尼 比, 对 钢 筋 混 凝 土 结 构, =0.05 ; - 总 高 度 (m); - 水 平 方 向 相 关 系 数 ; - 竖 直 方 向 相 关 系 数 ; 分 别 按 下 列 公 式 计 算 :,( ) (10),( ) (11) - 建 筑 物 高 度 z 处 的 第 1 阶 振 型 系 数, 根 据 建 筑 结 构 荷 载 规 范 附 录 G, 对 高 层 建 筑 见 表 3 表 3 高 层 建 筑 第 1 阶 振 型 系 数 Z/H 美 国 规 范 风 荷 载 表 达 方 式 采 用 的 也 是 这 种 表 达 方 式, 其 阵 风 影 响 系 数 G 也 是 考 虑 风 动 力 效 应 的 综 合 系 数 美 国 规 范 阵 风 影 响 系 数 由 26.9 节, 对 刚 性 结 构 可 采 用 简 化 方 法 或 完 整 方 法, 对 柔 性 结 构 采 用 完 整 方 法 a. 对 刚 性 结 构 阵 风 影 响 系 数 G 可 直 接 取 0.85, 也 可 按 下 列 完 整 方 法 计 算 : (12) (13) 背 景 响 应 : (14) 以 上 各 式 中 : - 等 效 高 度 处 的 涡 流 强 度 ; - 等 效 高 度 ( ); =0.6H Q- 背 景 响 应 影 响 系 数 ; B- 结 构 宽 度 ( ); H- 结 构 高 度 ( ); - 取 3.4; - 等 效 高 度 处 的 涡 流 积 分 尺 寸, 系 数 见 表 4 表 4 美 国 荷 载 规 范 的 地 形 常 数 地 面 粗 糙 度 B / / C / / D / /8.0 7 b. 对 柔 性 结 构 : R- 共 振 影 响 参 数, 按 下 列 公 式 计 算 : (16) (15) 54

57 更上一层楼 HIGHER LEVEL , 21, 22, 23 以上各式中 - 等效高度 处的平均风速 ( ); - 小时风速 (mi/h); - 阻尼比, 对钢筋混凝土结构 = 系数 见表 4 结构空间和时间的平均作用在计算风振系数的过程中发挥了重要作用 结构尺度越大 阵风的 冲击影响因其在空间上的总体作用减小 风振系数应越小 时距越长 阵风的影响在平均风压中的 反应越小 动力放大系数就应越大 因此美国规范的阵风影响系数小于中国规范的风振系数 [3,4] 另外 中国规范未考虑建筑物宽度的影响 美国规范考虑了宽度的影响 5.3 体型系数 和外压系数 中国规范对正方体建筑 面风墙体型系数 为 0.8 背风墙 为 -0.5 由美国规范表 外压 系数 见表 5 表 5 外压系数 表面 L/B 面风墙 所有值 所有值 背风墙 侧墙 5.4 高度变化系数 和速压暴露系数 中国规范 条文说明, 对 B 类,z<10m 时取 z =10m 速压暴露系数 见美国规范表 或按下式计算 24 式中当 Z<15ft 时 取 Z=15ft 地形常数 α Zg 见表 5 6 其他规定 美国规范最小风荷载取值为 0.77kN/m2 分项系数为 1.0 主要抗风体系风向系数取 0.85 中国 规范最小风荷载取值为 0.3kN/m2 分项系数为 算例 7.1 建筑物尺寸 B L H= m 层数 n=10, 中国规范基本风速为 25m/s 海拔高度 0m 地面粗糙度类别为 B 类 按中国标准和美国标准分别计算风荷载 55

58 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 中 国 规 范 基 本 风 压 由 式 (1): 风 荷 载 标 准 值 由 式 (3): 共 振 分 量 因 子 : 相 关 系 数 : 背 景 分 量 因 子 : 风 振 系 数 : 中 国 规 范 风 荷 载 计 算 结 果 见 表 6 表 6 中 美 规 范 风 荷 载 计 算 结 果 Z/H 中 国 规 范 标 准 值 中 国 规 范 设 计 值 美 国 规 范 设 计 值 美 国 规 范 考 虑 风 向 系 数 后 的 设 计 值 0.85P 美 国 规 范 与 中 国 规 范 比 值 0.85P/ ( )

59 更 上 一 层 楼 HIGHER LEVEL 美 国 规 范 重 现 期 为 50 年 3s 基 本 风 速 : 重 现 期 为 700 年 3s 基 本 风 速 : 等 效 英 里 时 速 : (z 取 大 于 等 于 15ft) 速 度 压 力 : 为 柔 性 结 构 等 效 高 度 : 处 的 平 均 风 速 : 处 的 积 分 涡 流 尺 寸 : 处 的 涡 流 强 度 : 共 振 响 应 系 数 : 57

60 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 设 计 风 压 : 美 国 计 算 结 果 见 表 6 美 国 规 范 风 荷 载 与 中 国 规 范 风 荷 载 沿 高 度 比 值 为 , 下 部 美 国 规 范 风 荷 载 大 于 中 国 规 范 风 荷 载, 上 部 基 本 相 同 7.2 建 筑 物 尺 寸 B L H= m, 层 数 n=20, 中 国 规 范 基 本 风 速 为 25m/s, 海 拔 高 度 0m, 地 面 粗 糙 度 类 别 为 B 类, 按 中 国 标 准 和 美 国 标 准 分 别 计 算 风 荷 载 中 国 规 范 自 振 频 率 : 共 振 分 量 因 子 : 相 关 系 数 : 背 景 分 量 因 子 : 风 振 系 数 : 中 国 规 范 风 荷 载 计 算 结 果 见 表 7 表 7 中 美 规 范 风 荷 载 计 算 结 果 Z/H 中 国 规 范 标 准 值 中 国 规 范 设 计 值 美 国 规 范 设 计 值 美 国 规 范 考 虑 风 向 系 数 后 的 设 计 值 0.85P 美 国 规 范 与 中 国 规 范 比 值 0.85P/( )

61 更 上 一 层 楼 HIGHER LEVEL 美 国 规 范 自 振 频 率 : 为 柔 性 结 构 等 效 高 度 : 处 的 平 均 风 速 : 处 的 积 分 涡 流 尺 寸 : 处 的 涡 流 强 度 : 共 振 响 应 系 数 : 设 计 风 压 : 美 国 规 范 风 荷 载 计 算 结 果 见 表 7 美 国 规 范 风 荷 载 与 中 国 规 范 风 荷 载 沿 高 度 比 值 为 , 下 部 美 国 规 范 风 荷 载 大 于 中 国 规 范 风 荷 载, 上 部 基 本 相 同 59

62 HIGHER LEVEL 更上一层楼 8 结论 1 中美规范对基本风速重现期和平均时距的规定不同 在同一地点美国规范获得的基本风速 远大于中国规范基本风速 2 中美规范地面粗糙度类别划分标准类似 中国 A B C D 类分别对应美国规范 D C B B 类 3 风荷载受很多因素影响 所以中国和美国的风荷载不可能完全准确的进行相互转换 4 中国规范平均时距为 10min 美国规范平均时距为 3s 中国规范风振系数比美国规范风振 系数大 5 美国规范最小风荷载取值比中国规范大 6 中国规范对建筑物同一个面上的不同部位分布相同 美国规范边缘部位比中部大 建筑物 越长 背风面中部荷载越小 7 就风荷载沿高度分布而言 建筑物下部美国规范算得的风荷载比中国规范算得的风荷载大 建筑物上部美国规范算得的风荷载与中国规范算得的风荷载基本相同 参考文献 [1] 中国建筑科学研究院.GB 建筑结构荷载规范 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社 [2] ASCE/SEI 7-10 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[S].Structural Engineering Institute [3] 刘刚. 中国与美国规范风荷载计算分析比较 [J]. 钢结构 (12). [4] 金铎 陈瑞金. 中美结构设计规范风荷载计算比较 [J]. 石油化工设计 (4). 60

63 更上一层楼 HIGHER LEVEL 高层框架 核心筒结构抗震性能设计与优化 陈辉 / 上海凯创建筑科技有限公司 1 引言 随着建筑风格的新颖化以及人们需求的多样化 高层建筑的体型与功能也日趋复杂和多样化 其中 框架 - 核心筒结构能发挥框架和筒体两种结构体系的优点 协同工作抵抗地震作用以充分发 挥两道抗震防线的作用 而成为高层建筑常用的一种结构形式 本文即结合某高层框架 - 核心筒结构工程实例 详细论述该结构的抗震设计及优化过程 2 工程概况 本工程为商用住宅楼 塔楼屋面高度为 m 共 64 层 无地下室 工程结构设计基准期为 50 年 安全等级为二级 抗震设防烈度为 7 度 0.10g 场地土特征 周期为 0.45s 场地类别为Ⅲ类 设计地震分组为第一组 抗震设防类别对核心筒为乙类 对外周 框架为丙类 2.1 结构体系 本工程采用型钢混凝土框架 - 钢筋混凝土筒体结构 侧向力由各楼板传到核心筒和外围框架 由核心筒承受主要侧向力 作为第一道抗震防线 外围框架承担次要抗侧力 二者形成了双重抗侧 力体系 以便保证结构在大震下的安全 a. 结构三维立面图 b. 结构平面布置图图 图 1 结构分布图 61

64 HIGHER LEVEL 更上一层楼 2.2 结构平面布置 其标准层平面图和结构立面图见图 1 所示 结构的平面布置相对比较规则 核心筒贯通建筑物 全高 核心筒高度 m, 最小宽度为 22.2m, 高宽比为 不满足 高层建筑混凝土结构技术 规程 JGJ [1]( 简称 高规 ) 条规定 7 度区框架 - 核心筒最大高宽比为 7 的要求 高宽比的大小对整体结构抗侧刚度的影响很大 因此针对本工程的特殊建筑要求 1 36 层核心筒 外框架柱采用十字形劲性型钢混凝土柱来增加抗侧力构件的刚度 满足规范的刚重比要求 混凝土强度等级 核心筒内外墙的截面厚度及框架柱尺寸见表 1 2 表 1 混凝土强度等级一览表 楼层 标高 /m 板 梁 墙 柱 1 15F C40 C40 C60 C F C40 C40 C50 C F C40 C40 C40 C40 表 2 核心筒及框架柱截面尺寸一览表 楼层 标高 /m 核心筒外墙 /mm 外框架柱 (mm) 1 7F F F F F F F F F F 结构设计初步分析 采用 PKPM 系列软件之 SATWE V2.1 版 对上述结构进行多遇地震作用下的设计计算 主要 计算参数取值情况列于表 3 中 表 3 结构主要计算参数取值 基本风压 KN/m 剪力墙抗震等级 特一级 阻尼比 5% 框架抗震等级 一级 最大地震影响系数 偶然偏心 考虑 场地特征周期 /s 0.45 设防地震分组 第一组 设防烈度 g 场地类别 III 类 双向地震 考虑 连梁刚度折减系数 0.6 初步分析的主要技术指标结果见表 4 所示 依据 高规 规定 周期比限值为 0.85 位移角不 宜大于 1/500 本层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于 0.9 B 级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的 层间层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的 75% 可以看出除了侧向刚度比不满足规 62

65 更上一层楼 HIGHER LEVEL 范要求外 其他各项主要整体指标均满足规范要求 除此之外 部分连梁出现超筋 部分楼层外框 架柱出现轴压比超限情况 相应问题的解决措施详见下一节介绍 表 4 初步分析结构主要分析结果 周期 /s Tt= ( 扭转 ),T1= (** 向平动 ) 周期比 最大层间位移角 双向地震 最大层间位移角 风荷载 最大楼层位移比 位移比 最大层间位移比 最小刚度比 层间受剪承载力之比 X向 1/890 Y向 1/773 X向 1/1823 Y向 1/1317 EX 1.07 EY 1.07 EX 1.06 EY Ratx = X 向最小值 Raty = Y 向最小值 针对一些问题的解决措施 4.1 连梁超限的问题 连梁对于框架 - 核心筒结构尤为重要 它不仅起到连接墙肢的作用 在抗震过程中很好地发挥 了核心筒剪力墙的延性 起到了第一道防线的重要作用 所以解决连梁超筋或剪压比不满足的问题 至关重要 目前常用的解决连梁超限的方法主要有以下几种 1 遵循 强墙弱梁 的延性设计与良好耗能性能统一的原则 采用多连梁设计方法 即采用 挤塑板填缝处理 在 PKPM 中布置时即采用多缝连梁模拟 以弱化连梁刚度 合理化连梁配筋 同 时也能保证不降低连梁的耗能能力及结构整体刚度 2 通过在连梁上布置交叉斜筋或对角暗撑解决连梁超筋问题 3 对于部分剪压比不满足要求的连梁 可以在连梁内加设型钢 该工程局部楼层出现了连梁超筋现象 采用连梁设缝 布置交叉斜筋等措施已经得到解决 4.2 抗侧刚度不满足要求的问题 结构由于相邻楼层层高突变 竖向构件截面突变以及竖向构件不连续布置等原因造成竖向刚度 突变与不规则时 往往会造成结构的抗侧力体系中侧向刚度明显偏小的楼层部位形成 软弱层 现象 易引起楼层产生应力与变形的集中与放大 对抗震不利 严重时可能造成竖向构件塑性铰的产生和 发育 导致结构弹塑性行为的集中 进而引发结构局部或整体的不稳定或倒塌 为了改善结构楼层刚度突变幅度 常用的调整楼层刚度的方法有以下几种 1 改变剪力墙厚度 2 改变混凝土标号 3 改变框架柱截面尺寸 4 改变框架梁截面 5 改变连梁截面 6 在层高突变层增加斜杆支撑 63

66 HIGHER LEVEL 更上一层楼 有研究表明 [3] 前 4 种方法对减小结构楼层刚度突变的效果有限 而调整连梁截面和增加支撑 对减小结构楼层刚度突变效果比较明显 因此针对本工程侧向刚度突变问题 采用在突变楼层 即 结构第 8 层 增加斜杆支撑 见图 2 所示 图 2 增加支撑的第 8 层结构布置图 4.3 外框柱轴压比超限问题 根据 高规 条 型钢混凝土柱的轴压比限值为 0.70 对于剪跨比小于 2 的柱 其轴压 比限值为 0.65 针对本工程中局部楼层轴压比超限的外框柱采用增大柱截面尺寸或加大钢骨截面尺 寸等措施来解决柱轴压比超限问题 5 结构超限分析 1 高度超限 高规 第 条规定 型钢混凝土框架 - 钢筋混凝土核心筒结构使用的最大 高度为 190m 本工程高度为 m 结构高度超限 2 竖向不规则超限 由于结构使用功能的需要 第 8 层的层高 8.9m 明显大于相邻楼层层 高 (4.2m) 第 8 层的侧向刚度小于其上一层侧向刚度的 0.9 倍 结构属于竖向不规则超限 3 楼板开洞面积出现大于该层楼层面积的 30% 造成了结构平面不规则超限 针对以上超限情况 根据所在地的设防烈度 场地条件 抗震设防类别 结构的特殊性等各项 因素对结构进行基于性能的抗震设计 确定结构抗震性能目标为 C 具体要求详见表 5.1 经过模型 优化调整 结构基本能达到预期的抗震性能目标 表 5 抗震性能目标 C 的具体要求 64 地震动水准 多遇地震 设防地震 罕遇地震 地震加速度时程最大值 / cs m 水平地震影响系数最大值 层间位移角限值 1/500-1/100 剪力墙 满足弹性设计要求 正截面承载力满足不屈服 斜截面满足弹性设计 允许部分进入屈服 订单 受剪截面剪压比满足高规 条规定 框架柱 满足弹性设计要求 正截面承载力满足不屈服 斜截面满足弹性设计 允许屈服 但控制变形 剪力墙连梁 满足弹性设计要求 允许屈服 但要控制剪压比 允许连梁进入屈服 出现弯 曲塑性铰

67 更上一层楼 HIGHER LEVEL 6 结构弹性计算分析 多遇地震弹性计算采用了中国建筑科学研究院研发的 SATWE( 版 ) 和 PMSAP( 版 ) 表 6 给出了两种软件的计算结果 表 6 结构主要分析结果 计算程序 SATWE PMSAP 建筑总质量 /t 周期 /s T (Y 向平动 ) T X 向平动 T 扭转 T (Y 向平动 ) T X 向平动 T 扭转 周期比 T3/T T3/T 最小刚度比 X 向 最大层间位移角 双向地震 最大层间位移角 100 年一遇风荷载 最大楼层位移比 偶然偏心 位移比 最大层间位移比 偶然偏心 X向 Y 向 X 向 Y 向 / F X向 1/927(46F) Y向 1/ 811(46F) Y向 1/837 47F X向 1/1903(45F) X向 1/1978(44F) Y向 1/1375(45F) Y向 1/1458(44F) X向 1.08(4F) X向 1.079(4F) Y向 1.08(4F) Y向 1.003(4F) X向 1.07(4F) X向 1.068(4F) Y向 1.07(4F) Y向 F 从表 6 可以看出 PMSAP 与 SATWE 两个软件的计算结果比较接近 第一振型以平动为主 结 构的扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比小于 0.85 最大楼层位移比和最大层 间位移比都小于 1.2 满足 高规 条规定 结构在风荷载作用下的位移角远小于地震作用下 的位移角 在考虑双向地震作用下的位移角最大值为 1/811 小于 高规 条的限值 1/500 满 足规范要求 由于塔楼的高度远超 100m 按 高规 条规定 需按建筑场地类别和设计地震分组选取 实际地震记录和人工模拟加速度时程曲线 补充弹性时程分析计算 针对本工程选择了 3 条用户自 定义的地震波对结构进行弹性时程分析 基底剪力的计算结果见表 7 所示 每条时程曲线计算所得结构底部剪力大于振型分解反应谱法计算结果的 65% 且 3 条波的基底 剪力平均值大于振型分解反应谱计算结果的 80% 所选的地震波满足规范要求 此外 3 条地震波楼层剪力的平均值除顶部 8 层外 其他层都小于振型分解反应谱计算结果 顶部 8 层的楼层剪力比按振型分解反应谱法求的剪力大 也进一步说明了反应谱法对高振型下的高 柔结构顶部鞭梢效应估计不足 有必要进行弹性时程分析对高柔结构补充计算 设计中需要将顶部 8 层的结构层剪力乘以一个经验放大倍数进行配筋计算 表 7 基底剪力计算结果 X向 Y向 基底剪力 /kn 时程剪力 /CQC 剪力 基底剪力 /kn 时程剪力 /CQC 剪力 User % % User % % User % % 平均值 % % CQC

68 HIGHER LEVEL 更 上 一 层 楼 7 罕 遇 地 震 下 弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 根 据 建 筑 抗 震 设 计 规 范 [2] (2010 年 版 ) 规 定 对 于 8 度 Ⅲ Ⅳ 类 场 地 和 9 度 区 高 大 的 单 层 钢 筋 混 凝 土 柱 厂 房 的 横 向 排 架 7 ~ 9 度 区 楼 层 屈 服 强 度 系 数 小 于 0.5 的 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 和 框 排 架 结 构 高 度 大 于 150m 的 结 构 甲 类 建 筑 和 9 度 时 乙 类 建 筑 中 的 钢 筋 混 凝 土 结 构 和 钢 结 构 采 用 隔 震 和 消 能 减 震 设 计 的 结 构, 需 要 进 行 弹 塑 性 变 形 验 算 所 以 针 对 本 工 程, 采 用 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 研 发 的 EPDA 软 件 进 行 弹 塑 性 动 力 分 析 分 析 时 输 入 两 组 实 际 地 震 波 和 一 组 人 工 波, 采 用 双 向 地 震 输 入, 主 方 向 地 震 峰 值 加 速 度 为 220cm/s -2, 主 次 方 向 加 速 度 峰 值 比 为 1:0.85, 钢 材 本 构 采 用 双 折 线 模 型, 混 凝 土 本 构 采 用 三 线 性 模 型 通 过 观 察 结 构 塑 性 发 展 的 时 程 动 画, 发 现 结 构 在 大 震 下 的 塑 性 损 伤 顺 序 为 : 核 心 筒 连 梁 及 外 围 框 架 梁 核 心 筒 连 梁 与 连 梁 相 连 的 核 心 筒 剪 力 墙 边 缘 加 强 层 斜 撑, 外 框 架 基 本 没 有 出 现 塑 性 损 伤 结 构 达 到 最 大 位 移 角 时 45 ~ 47 层 之 间 较 多 墙 体 出 现 裂 缝, 同 时 结 构 顶 部 几 层 也 出 现 裂 缝, 这 些 都 是 结 构 的 薄 弱 部 位, 设 计 时 需 适 当 提 高 剪 力 墙 的 边 缘 构 件 配 筋 率 和 竖 向 分 布 筋 配 筋 率, 以 提 高 其 抗 拉 抗 压 承 载 能 力 8 结 论 与 建 议 本 文 结 合 某 超 高 层 框 架 - 核 心 筒 结 构 的 工 程 实 例 和 相 关 抗 震 设 计 规 范, 从 结 构 初 步 分 析 问 题 解 决 措 施 结 构 抗 震 性 能 目 标 确 定 弹 性 反 应 谱 分 析 以 及 弹 性 和 弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 等 方 面 详 细 论 述 了 超 高 层 框 架 - 核 心 筒 的 设 计 过 程 研 究 分 析 结 论 如 下 1) 可 采 用 设 置 多 连 梁, 即 采 用 挤 塑 板 填 缝 处 理 连 梁, 或 者 通 过 在 连 梁 上 布 置 交 叉 斜 筋 或 对 角 暗 撑 解 决 连 梁 超 筋 问 题 可 采 用 连 梁 内 加 设 型 钢 解 决 连 梁 剪 压 比 不 满 足 要 求 的 问 题 2) 对 于 结 构 存 在 侧 向 刚 度 突 变 的 情 况, 调 整 连 梁 截 面 和 增 加 支 撑 对 减 小 结 构 楼 层 刚 度 突 变 效 果 比 较 明 显 3) 反 应 谱 法 有 其 局 限 性, 尤 其 对 于 高 柔 结 构, 不 能 反 映 结 构 在 大 震 下 的 抗 震 性 能, 需 要 对 结 构 进 行 动 力 时 程 分 析, 对 于 结 构 薄 弱 部 位, 设 计 时 应 提 高 抗 震 措 施 参 考 文 献 : [1] 中 华 人 民 共 和 国 建 设 部.JGJ 高 层 建 筑 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 [S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2011. [2] 中 华 人 民 共 和 国 建 设 部.GB 建 筑 抗 震 设 计 规 范 [S]. 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2011. [3] 许 崇 伟, 黄 勤 勇. 层 高 突 变 对 高 层 建 筑 楼 层 刚 度 的 影 响 及 其 对 策 [J]. 建 筑 科 学,2006,8. [4] 孙. 框 架 _ 核 心 筒 结 构 设 计 分 析 探 讨 [J]. 工 业 建 设 与 设 计,2011,4. [5] 高 立 人, 方 鄂 华, 钱 稼 茹. 高 层 建 筑 结 构 概 念 设 计 [M]. 北 京 : 中 国 计 划 出 版 社,2005. [6] 吕 西 林. 超 限 高 层 建 筑 工 程 抗 震 设 计 指 南 [M]. 第 2 版. 上 海 : 同 济 大 学 出 版 社,

69 其他软件应用 OTHER SOFTWARE BIM 及建筑 CAD 软件中几何内核应用研究 郑国勤 于贵友 迟小羽 / 建研科技股份有限公司设计软件事业部 1 概述 计算机辅助设计 Computer Aided Design 和计算机辅助工程 Computer Aided Engineering 领域至今已经过了数十年的发展 从最开始的简单造型表达如贝塞尔曲线 到后来的参数化建模和 三维实体加工技术 再到最近非常流行的直接建模 PLM BIM 等技术和概念 底层的数据表达处 理 几何描述 交互手段这些核心技术点上的创新一直为推动 CAD 行业发展提供源源不断的动力 从 CAD 行业发展之初至今 无论是在工业领域还是在建筑领域 都是以辅助设计 生产 施工等工作 并在这些环节中提高生产率为主要目的 尤其是在设计和加工流程等环节 都需要 对工作所涉及的实物进行详细的表达 描述和运算 CAD CAE 软件将原来用图纸进行的工作 逐步转换到计算机上进行自动化的设计 加工 生产 而这个过程中 CAD 类软件本身也经历了 由二维到三维的转变 尤其是在 20 世纪 70 年代至 80 年代期间 一系列基于三维的几何内核 如 Romulus Parasolid ACIS 的产生以及一些基于参数化造型设计的设计软件 如 Solidworks Pro/E CATIA 的推出 奠定了近二三十年 CAD 软件行业的基本形态和工作方式 这些几何内核 Geometry Kernel 最重要的功能是进行复杂模型的几何造型 因此它们同时也被称为几何造型器 Geometry Modeler 本文即主要研究和分析在 CAD 软件领域中 尤其是建筑和 BIM 软件中三维几何内核的应用以 及这些应用所带来的生产力提高及对整个 CAD 行业发展的推动 2 CAD CAE 软件为何严重依赖几何内核 众所周知 任何工业产品 无论是建筑还是机械零件在加工生产出来之前都需要使用图纸进行 设计 表达和描述 而设计师 工程师和工人们通过阅读这些二维图纸 并根据规则将其翻译成为 三维实体的描述进行加工生产 计算机很难直接对二维的图纸和表达进行直接生产加工 从上世纪 67

70 OTHER SOFTWARE 其 他 软 件 应 用 年 代 开 始, 随 着 计 算 机 运 算 能 力 的 提 升, 通 过 计 算 机 内 部 的 数 据 结 构 描 述 和 表 达 现 实 世 界 中 三 维 部 件 三 维 实 体, 并 由 这 些 数 据 表 达 和 描 述 驱 动 数 控 加 工 设 备 ( 如 数 控 机 床 ) 进 行 全 自 动 化 的 实 物 加 工 和 生 产 才 成 为 了 可 能 也 正 是 在 70 年 代 末 80 年 代 初, 以 英 国 剑 桥 为 中 心 的 一 些 科 研 人 员 们 先 后 推 出 了 Parasolid 和 ACIS 这 两 个 现 今 使 用 最 为 普 遍 的 几 何 内 核 而 现 今 我 们 熟 悉 的 机 械 及 建 筑 类 的 CAD CAE 软 件 的 底 层 几 何 描 述, 几 乎 都 是 基 于 这 两 款 几 何 内 核 之 上 从 名 称 不 难 看 出,Parasolid 之 命 名 就 有 参 数 化 (Parametric) 设 计 及 实 体 (Solid) 建 模 的 意 义 从 80 年 代 后 期 开 始, 建 筑 类 CAD 软 件 也 紧 随 着 机 械 CAD 软 件 行 业 之 后 开 始 应 用 三 维 几 何 造 型 内 核 以 辅 助 建 筑 的 参 数 化 造 型 设 计 以 及 部 件 的 生 产 和 加 工 等 工 作 虽 然 与 全 自 动 加 工 生 产 没 有 机 械 行 业 那 么 紧 密, 但 几 何 造 型 内 核 仍 能 在 很 多 方 面 给 予 建 筑 领 域 CAD 软 件 在 设 计 和 表 达 描 述 上 很 大 的 提 升 和 帮 助 可 以 说 没 有 三 维 几 何 内 核, 就 没 有 最 近 30 年 的 工 业 化 生 产 现 在 人 们 日 常 生 活 中 使 用 的 产 品, 小 到 手 表 圆 珠 笔 手 机, 大 到 汽 车 飞 机 体 育 场 核 电 站, 都 离 不 开 CAD CAE 类 软 件, 而 绝 大 部 分 CAD CAE 软 件 背 后 的 三 维 几 何 表 达 都 无 一 例 外 的 依 靠 着 三 维 几 何 内 核 毫 不 夸 张 地 说, 人 类 今 天 的 生 活 严 重 依 赖 着 CAD 软 件 中 的 几 何 内 核 几 何 内 核 是 所 有 CAD CAE 软 件 的 最 核 心 技 术 之 一 3 国 内 外 主 流 CAD 软 件 几 何 内 核 应 用 情 况 如 前 所 述, 现 在 工 业 领 域 的 CAD CAE 软 件 几 乎 无 一 例 外 的 使 用 几 何 内 核 作 为 三 维 的 设 计 表 达 运 算 工 具 而 现 在 的 几 何 内 核 主 要 分 为 3 大 产 品 他 们 分 别 是 达 索 系 统 (Dassault System) 旗 下 的 ACIS 西 门 子 工 业 仿 真 (Siemens PLM) 旗 下 的 Parasolid 以 及 Matra Datavision 旗 下 的 开 源 内 核 OpenCASCADE 其 中 Parasolid 和 ACIS 是 性 能 优 秀 且 使 用 广 泛 的 商 业 内 核, 而 OpenCASCADE 虽 然 性 能 稍 逊, 但 是 由 于 其 开 源 和 免 费, 也 拥 有 众 多 的 用 户 1) Parasolid 由 于 开 发 较 早 (1986 年 始 ), 且 性 能 最 快 ( 大 部 分 数 据 结 构 使 用 C 代 码 编 写 ), 同 时 又 在 后 来 被 UG Siemens PLM 等 大 集 团 收 购, 其 拥 有 众 多 大 型 CAD 软 件 作 为 用 户, 如 Solidworks Autodesk Inventor UG Solid Edge NemetschekVectorWorks Bentley MicroStation Tekla ANSYS 等, 这 些 企 业 都 是 规 模 较 大, 年 软 件 销 售 额 在 2 亿 美 元 以 上 的 企 业 2) ACIS 推 出 略 晚 于 Parasolid, 由 几 乎 相 同 的 初 创 团 队 进 行 开 发, 并 进 行 了 面 向 对 象 的 封 装, 虽 然 其 在 速 度 和 效 率 上 有 所 不 及, 但 是 功 能 性 易 用 性 和 售 后 支 持 在 其 2003 年 被 达 索 系 统 收 购 之 后 都 有 了 很 大 提 升 现 今 众 多 主 流 的 CAD 软 件 也 在 使 用 ACIS 作 为 几 何 内 核, 如 AutoDesk AutoCAD DassaultCatia Pro/E Solid Modeler TurboCAD 达 索 Abaques Ansys Fluent Intergraph 系 列 产 品 等 3) OpenCASCADE 在 1999 年 开 源, 虽 然 其 在 布 尔 运 算 的 速 度 和 稳 定 性 上 明 显 逊 于 前 两 款 商 业 几 何 内 核, 但 仍 拥 有 众 多 使 用 者, 如 4M InteliCAD Smamtech Midas Civil( 后 改 用 ACIS) AnyWorks FreeCAD 等 类 似 于 年 代 的 机 械 加 工 业 CAD 软 件 的 三 维 化 和 参 数 化 造 型 化, 最 近 几 年, 随 着 建 筑 行 业 对 工 程 规 模 质 量 等 方 面 的 需 求 越 来 越 高, 精 确 的 三 维 几 何 造 型 三 维 表 达 三 维 部 件 加 工 已 经 越 来 越 多 的 应 用 在 众 多 建 筑 工 程 之 中, 而 BIM 的 概 念 也 类 似 于 当 年 制 造 业 中 PLM(Product Lifecycle Management) 概 念 的 推 广 和 普 及, 慢 慢 地 在 建 筑 行 业 被 人 们 所 接 受 和 熟 悉 如 今 建 筑 领 域 知 名 的 大 型 CAD 软 件, 都 无 一 例 外 的 使 用 了 几 何 内 核 据 称,Autodesk 公 司 由 于 在 2001 年 前 后 永 久 买 断 了 ACIS 的 代 码 使 用 权, 其 产 品 AutoCAD 以 68

71 其 他 软 件 应 用 OTHER SOFTWARE 及 后 来 收 购 的 Revit 都 使 用 ACIS 作 为 几 何 内 核, 可 以 高 效 地 进 行 三 维 几 何 形 体 的 参 数 化 建 模 和 编 辑, 并 能 导 出 拥 有 拓 扑 信 息 和 体 数 据 的.sat.sab 体 模 型 文 件 和.dwg 系 列 体 模 型 文 件 Bentley 的 Microstation 一 直 以 来 都 使 用 Parasolid 作 为 几 何 内 核, 并 在 此 基 础 上 支 持 各 种 三 维 建 模 编 辑 运 算 和 操 作 Nemetschek 的 Vectorworks 产 品 通 过 使 用 Parasolid 作 为 几 何 内 核, 提 高 了 三 维 表 达 能 力 和 运 算 速 度 Dassault 的 CATIA 软 件 也 是 基 于 ACIS 几 何 内 核 的 产 品, 由 于 其 积 累 了 大 量 大 型 工 业 项 目 和 产 品 的 设 计 经 验 ( 如 大 飞 机 核 电 站 等 ), 最 近 CATIA 也 进 入 了 建 筑 BIM 市 场, 并 参 与 了 鸟 巢 银 河 soho 上 海 中 心 等 一 系 列 项 目 这 些 复 杂 形 体 的 设 计 建 模 与 加 工 建 设, 都 离 不 开 其 使 用 的 ACIS 内 核 特 别 地, 在 结 构 及 仿 真 领 域, 通 用 仿 真 软 件 ANSYS 和 钢 结 构 软 件 Tekla 都 使 用 Parasolid 作 为 几 何 内 核 表 达 和 运 算 工 具, 这 样 不 仅 能 够 很 容 易 地 导 入 其 他 CAD 软 件 设 计 的 含 有 三 维 实 体 信 息 的 模 型 进 行 运 算, 在 本 软 件 进 行 仿 真 模 拟 运 算 之 后 的 结 果 也 可 以 直 接 输 出 进 行 制 造 和 加 工 在 建 筑 部 件 越 来 越 多 地 工 厂 化 加 工 和 生 产 的 未 来, 这 个 能 力 几 乎 是 BIM 或 建 筑 类 CAD 软 件 所 必 需 的 能 力 与 国 际 上 主 流 的 建 筑 类 CAD 和 BIM 软 件 深 度 使 用 几 何 内 核 形 成 鲜 明 对 比 的 是, 国 内 同 行 业 的 企 业 们 还 处 在 相 对 初 级 的 阶 段 除 了 主 要 面 向 机 械 制 造 领 域 的 CAXA 使 用 了 Parasolid 和 ACIS 双 内 核 之 外, 几 何 内 核 的 使 用 在 国 内 则 主 要 停 留 在 科 研 和 一 些 项 目 层 面, 很 少 有 国 内 CAD 类 软 件 直 接 使 用 三 维 几 何 内 核 如 一 些 厂 商 的 产 品 主 要 定 位 是 出 平 面 施 工 图 ; 以 工 程 预 算 和 造 价 为 主 要 产 品 的 企 业, 其 造 价 和 算 量 软 件 产 品 也 是 基 于 二 维 图 纸 信 息 ; 另 有 代 表 性 的 中 等 规 模 CAD 软 件 公 司 更 是 直 接 把 自 己 的 软 件 产 品 做 在 AutoCAD 或 者 Revit 平 台 之 上, 没 有 打 算 独 立 开 发 自 己 的 CAD 软 件 体 系 从 现 在 的 市 场 和 技 术 情 况 分 析, 国 内 一 些 机 械 制 造 领 域 CAD 厂 商 在 开 发 和 使 用 几 何 内 核, 而 建 筑 领 域 CAD 厂 商 仍 然 需 要 一 段 时 间 来 适 应 建 筑 类 CAD 软 件 的 BIM 化 和 三 维 化 4 建 筑 类 CAD 软 件, 尤 其 BIM 系 统 对 几 何 内 核 的 应 用 的 特 殊 需 求 BIM 的 概 念 是 最 近 几 年 建 筑 行 业 及 CAD 软 件 行 业 提 出 的 最 重 要 的 概 念, 其 影 响 力 和 重 要 程 度 不 亚 于 二 十 余 年 前 甩 开 绘 图 板 的 无 纸 化 设 计 之 于 建 筑 和 设 计 行 业, 被 称 为 又 一 次 建 筑 设 计 行 业 的 革 命 由 于 其 所 代 表 的 技 术 先 进 性 和 能 够 提 供 巨 大 的 便 利 和 生 产 力 革 命, BIM 是 未 来 十 年 内 建 筑 行 业 和 CAD 软 件 行 业 唯 一 可 以 用 革 命 二 字 形 容, 且 最 具 商 业 价 值 的 方 向 和 增 长 点 最 近 十 年 建 筑 领 域 最 为 火 热 的 概 念 即 BIM, 通 过 BIM 功 能 的 实 现, 在 整 个 建 筑 的 规 划 设 计 施 工 建 设 使 用 维 护 的 整 个 过 程 中, 各 种 数 据 信 息 数 据 流 和 状 态 等, 能 够 被 有 效 的 组 织 传 达 和 管 理 起 来 而 作 为 建 筑 BIM 应 用 中 最 重 要 的 几 个 专 业 领 域, 如 建 筑 设 计 结 构 设 备 MEP 等, 都 能 从 对 几 何 内 核 的 应 用 中 得 到 极 大 的 能 力 提 升 和 效 率 提 升 以 下 我 们 会 一 一 阐 明 建 筑 复 杂 曲 面 建 模 需 求 & 建 筑 复 杂 场 景 模 型 需 求 69

72 OTHER SOFTWARE 其 他 软 件 应 用 1) 建 筑 设 计 专 业 对 几 何 内 核 的 需 求 建 筑 专 业, 尤 其 是 建 筑 设 计 师 需 要 对 建 筑 的 外 形 和 基 本 结 构 进 行 建 模, 高 精 度 几 何 模 型 和 复 杂 的 曲 面 建 模 和 曲 面 表 示 都 是 建 筑 行 业 所 需 要 的 同 时 建 筑 行 业 对 几 何 模 型 的 规 模 需 求 较 大, 很 多 建 筑 设 计 的 细 节 都 需 要 能 够 显 示 出 来, 可 视 化 的 三 维 交 互 编 辑 对 建 筑 设 计 师 设 计 满 意 的 建 筑 是 有 很 大 的 帮 助 的 以 上 的 一 些 实 际 应 用 需 要 BIM 产 品 的 图 形 平 台 有 很 强 的 几 何 建 模 能 力 ( 复 杂 曲 面 建 模 ) 和 大 规 模 复 杂 场 景 运 算 显 示 能 力 同 时, 建 筑 行 业 在 进 行 建 模 的 过 程 中 需 要 涉 及 到 大 量 的 几 何 布 尔 求 交 运 算, 如 在 墙 上 打 孔 安 装 窗 户 等 类 似 的 建 模 和 编 辑 过 程 中, 需 要 正 确 的 布 尔 运 算 同 时, 如 果 设 计 到 在 圆 弧 或 者 复 杂 曲 面 上 的 模 型 编 辑, 对 运 算 的 效 率 和 正 确 性 都 有 很 大 的 要 求 现 在 很 多 建 筑 专 业 此 类 功 能 开 发 时, 底 层 函 数 是 由 专 业 人 员 写 的, 算 法 的 深 度 广 度 有 局 限 性, 如 果 能 使 用 商 业 几 何 内 核, 直 接 调 用 其 API, 能 大 大 提 高 BIM 产 品 的 开 发 效 率 和 开 发 出 软 件 产 品 的 功 能 和 稳 定 性 近 几 年 为 提 高 设 计 效 率 而 来 的 族 库 (Family) 也 能 够 对 建 筑 设 计 专 业 提 升 工 作 效 率 提 供 非 常 大 的 帮 助 而 族 库 概 念 是 建 立 在 参 数 化 造 型 设 计 和 三 维 几 何 内 核 应 用 的 前 提 之 上 的 2) 设 备 专 业 ( 水 暖 电 MEP) 对 几 何 内 核 的 需 求 BIM 概 念 的 作 用 在 建 筑 后 期 的 运 营 维 护 阶 段 会 更 凸 显 出 来, 运 营 阶 段 对 设 备 专 业 的 设 备 管 理 将 会 占 很 大 比 例, 所 以 设 备 专 业 模 型 信 息 的 建 立 表 达 描 述 就 变 得 很 重 要 各 设 备 专 业 需 要 大 量 的 三 维 模 型 图 库 以 解 放 设 计 师, 毕 竟 建 筑 设 备 工 程 师 们 不 是 设 备 厂 商 的 设 计 师, 直 接 调 用 这 些 图 库 或 者 模 型 库, 省 去 不 必 要 的 建 模 工 作, 能 够 大 量 节 省 工 作 量 和 劳 动 量, 为 BIM 软 件 用 户 提 供 更 高 的 工 作 效 率 现 在 流 行 的 建 筑 行 业 族 库, 主 要 使 用 参 数 化 模 型 描 述, 即 通 过 一 个 基 础 模 型 和 对 此 基 础 模 型 的 一 系 列 参 数 化 编 辑, 能 够 生 成 一 系 列 的 模 型 组 件 这 样, 平 台 软 件 内 不 需 要 存 储 大 量 的 几 何 建 模 结 果, 同 时 又 能 让 设 计 师 用 最 短 的 时 间 获 得 他 们 想 要 的 部 件 模 型 而 对 于 族 库 的 应 用, 需 要 三 维 底 层 几 何 描 述 有 强 大 的 参 数 化 模 型 描 述 和 建 模 能 力, 以 及 正 确 高 效 的 布 尔 运 算 能 力 70 设 备 模 型 库 设 备 具 体 模 型 需 要 参 数 化 表 达 以 减 少 数 据 量 和 系 统 负 担 并 提 高 造 型 表 达 能 力 同 时, 在 进 行 设 备 布 局 和 建 筑 设 备 设 计 的 时 候, 尤 其 是 MEP 专 业 中, 会 涉 及 到 布 局 和 管 线 走 线 等 工 作 从 技 术 角 度 上 需 要 使 用 几 何 模 型 的 碰 撞 检 测 和 一 定 的 路 径 规 划 来 处 理 此 类 问 题 这 也 是 几 何 内 核 与 其 配 套 的 约 束 求 解 器 的 主 要 功 能 之 一

73 其他软件应用 OTHER SOFTWARE 管道碰撞模拟 5 结构平台对曲面造型 曲面网架构造的需求 作为对于建筑建造和安全最为重要的领域 结构计算是 BIM 中非常重要 但又非常难于整合 实现的一个专业性极强的工作 尤其是结构计算在有限元网格划分和模型计算的时候有一套自身独 特的优化规律和规则 也正是由于这些特殊性 导致至今为止的 BIM 系统都不能把结构计算性能 做到最极致 作为结构领域知名软件之一 MIDAS 在模型数据模型读取和转换上购买了 Dassault Spatial 的 InterOP 产品 可以处理和转换各种国际上处理的结构计算文件格式 同时 其几何内核使用了 OpenCASCADE 进行三维几何建模描述工作 后改用 ACIS 能够进行一定的曲面造型 建造曲 面网架 并进行布尔运算 相应地 钢结构的 Tekla 使用了 Parasolid 作为几何内核 未来平台需要有一定的曲面造型能力 才能构造曲面网架 并进行曲面网架的构建运算等 同 时对更为复杂的建筑进行结构模拟和运算 同时 对于比较复杂的结构模型 BIM 产品需要足够的几何曲面造型能力和表达能力 才能生 成真正符合复杂建筑物结构的结构模型 而这对几何内核的性能提出了较高的要求 71

74 OTHER SOFTWARE 其 他 软 件 应 用 6 BIM 中 通 用 数 据 平 台 对 几 何 内 核 的 需 求 同 一 套 BIM 系 统 之 下, 数 据 平 台 需 要 在 各 个 专 业 之 间 传 输 数 据, 并 进 行 统 一 的 管 理, 需 要 统 一 的 几 何 表 达 和 描 述 格 式 同 时, 由 于 BIM 产 品 系 统 平 台 开 放 性 的 需 求, 需 要 未 来 在 用 户 处 ( 主 要 是 各 个 设 计 单 位 ) 需 要 能 够 读 入 各 厂 商 软 件 格 式 的 设 计 数 据, 如 SAT DGN DWG JT IGES CATIA(V5/V6) X_T STEP 等, 而 这 些 格 式 的 文 件 中 有 可 能 含 有 复 杂 曲 面 建 模 的 和 CSG 体 表 达 的 数 据 等 为 能 够 读 取 和 处 理 这 些 国 际 上 通 用 的 CAD 标 准 文 件,BIM 产 品 需 要 有 足 够 的 几 何 描 述 表 达 能 力 读 取 和 处 理 B-rep 几 何 表 达 的 文 件, 并 需 要 让 经 过 其 处 理 的 结 果 能 够 存 储 成 为 这 些 国 际 上 主 要 流 形 文 件 格 式, 以 便 在 各 种 用 户 处 达 到 很 好 地 兼 容 性 只 有 拥 有 几 何 内 核 作 为 三 维 描 述 处 理 和 运 算 的 基 础, 能 够 兼 容 各 种 三 维 数 据 格 式,BIM 系 统 才 不 是 一 个 孤 立 的 封 闭 系 统, 便 于 用 户 的 使 用 扩 展 以 及 与 各 种 行 业 标 准 软 件 兼 容 通 过 以 上 几 点 分 析 不 难 看 出, 未 来 的 BIM 系 统 对 于 建 筑 领 域 各 个 专 业 的 应 用 都 需 要 通 过 几 何 内 核 的 支 持 才 能 实 现 同 时,BIM 所 需 要 的 可 视 化 协 调 性 优 化 性 模 拟 性 可 出 图 性 这 5 大 基 本 特 征, 其 中 除 了 模 拟 性 和 可 出 图 性 在 之 前 数 十 年 的 CAD 行 业 软 件 中 有 大 量 的 积 累 ( 也 是 前 一 代 无 纸 化 革 命 的 成 果 ) 其 它 如 可 视 化 协 调 性 优 化 性 是 BIM 技 术 革 命 的 主 要 新 技 术 点 大 都 需 要 依 赖 于 三 维 几 何 内 核 才 能 够 实 现 同 时, 作 为 与 机 械 制 造 业 区 别 最 大 的 一 点,BIM 系 统 需 要 处 理 大 规 模 海 量 的 模 型 数 据, 对 于 大 型 建 筑 或 规 划 建 筑 群, 往 往 需 要 在 一 个 场 景 中 同 时 处 理 几 十 万 甚 至 是 上 百 万 数 量 级 别 的 构 件 而 这 种 量 级 的 数 据 处 理 和 表 达, 对 几 何 内 核 提 出 了 很 高 的 要 求, 需 要 其 拥 有 诸 如 LOD(Level of Detail) 数 据 简 化 大 规 模 数 据 存 储 调 度 等 一 系 列 技 术 作 为 支 撑 我 们 也 不 难 看 出 最 近 几 年, 原 本 作 为 制 造 业 领 域 的 CAD 软 件 CATIA, 由 于 其 在 飞 机 制 造 核 电 站 及 水 利 设 施 设 计 等 方 面 拥 有 良 好 的 技 术 积 累, 在 进 入 建 筑 领 域 后 取 得 了 一 系 列 大 型 项 目 的 成 功 几 何 内 核 的 应 用 已 经 成 了 BIM 的 一 个 必 要 需 求 7 结 论 不 难 看 出, 虽 然 大 部 分 CAD CAE 软 件 的 实 际 使 用 者 的 设 计 师 和 工 程 师 并 没 有 关 注, 但 实 际 上, 现 今 任 何 一 款 成 功 的 商 业 CAD CAE 软 件, 都 离 不 开 几 何 内 核 的 应 用 和 支 持 无 论 是 使 用 Parasolid ACIS 或 OpenCASCADE 作 为 三 维 几 何 内 核 和 造 型 器, 使 用 三 维 几 何 内 核 已 经 成 为 CAD 软 件 成 功 的 必 备 条 件 未 来 若 干 年 必 将 继 续 蓬 勃 发 展 的 BIM, 也 因 其 自 身 对 于 三 维 图 形 显 示 协 调 模 拟 等 方 面 的 技 术 需 求, 将 会 更 加 依 赖 以 几 何 内 核 为 代 表 的 核 心 技 术 无 论 是 自 主 开 发 还 是 通 过 购 买 商 业 授 权 库, 都 需 要 大 量 持 久 的 人 员 和 工 作 投 入, 才 能 做 好 BIM 软 件 底 层 基 础, 支 撑 起 上 层 的 应 用 作 为 CAD 软 件 行 业 未 来 的 主 要 的 市 场 增 长 点,BIM 类 软 件 开 发 的 各 个 厂 商 必 将 投 入 大 量 人 力 物 力, 以 求 在 几 何 造 型 和 处 理 层 面 做 好 自 己 的 产 品 72 参 考 文 献 : [1] ACIS 内 核 和 parasolid 内 核 的 来 龙 去 脉 与 比 较. [2] D-Cubed DCM Overview. [3] Parasolid and D-Cubed for AEC software White Paper.

75 其他软件应用 OTHER SOFTWARE 太阳能热水系统 与高层住宅的一体化设计浅析 朱峰磊 / 建研科技股份有限公司设计软件事业部 当前太阳能等可再生能源在我国的应用越 来越多 特别是太阳能光热技术日趋成熟 国 家和地方相关政策法规和技术规程也不断出台 业主与业主 业主与物业之间的矛盾 房屋结 构层的破坏以及影响城市景观 2 太阳能热水系统设计需采用技术可靠 太阳能热水系统成为了业界研究的热点之一 经济合理的工程方案 当前太阳能热水系统的 随着住宅建设的快速发展 我国每年建成的城 设计方案均是由太阳能厂商完成 与建筑的结 镇住宅面积极大 其中以高层住宅居多 因此 合度太少 更加偏重系统本身的优劣 应根据 太阳能热水系统与高层住宅一体化设计成为一 工程的具体环境条件 热水需求 建设单位的 项新的研究内容引, 起了太阳能生产企业 设 要求以及所选用设备的性能 制定出最适合于 计人员及建设单位的关注和重视 本文结合实 该工程的方案 在这个过程中 应综合考虑地 际案例分析 对如何制定出合理 经济的太阳 区资源条件 住宅类型 居民的经济承受能力 能与高层住宅一体化设计方案提出了建议 1 太阳能与建筑一体化设计概述 太阳能热水系统与建筑一体化设计 就是 将太阳能热水系统所包含集热器 储热水箱 辅助加热设备以及集热循环泵 管路等 与建 筑充分结合并实现整体外观的和谐统一 具体 需包括以下几方面的内容 建筑平面布局 建筑外观 热水用量与使用工 况 集热器形式与性能 系统配置 运行方式 安装方法 接口形式与尺寸 安全性 维修及 经济技术分析等综合性因素 近年来 太阳能热水提出了云集热的新概 念 云集热 是一个集成化的综合理念 它 包含了太阳能热水项目的规划 设计 施工 投入使用多个阶段 是建筑一体化理念的延伸 1 太阳能热水系统的设计必须与施工图 和发展 云集热 提出太阳能产品要成为建 同步 在住宅建筑中 采用太阳能热水系统 筑的一部分 要成为建筑立面美学的一部分 包括从策划定位 施工图设计到安装设计与施 同时不会对建筑造成任何负面的影响 云集 工 验收评价的整个过程 在建筑 结构 给排水 热 提出太阳能应用的均衡化 共享化 无忧化 电气等专业参与下 使太阳能热水系统符合住 云集热 集中分散式太阳能热水系统 是以单 宅工程的设计要求 解决长期以来 太阳能热 元或楼为单位 每个系统的集热器集中布置在 水系统都是在建筑落成之后才安装 造成很多 屋顶 每户配置一个可承压使用带辅助加热的 73

76 OTHER SOFTWARE 其 他 软 件 应 用 烟 台 北 马 路 费 县 鑫 和 家 园 烟 台 海 洋 御 景 园 户 内 换 热 水 箱 屋 顶 太 阳 能 集 热 器 采 集 的 热 量 通 过 管 路 中 的 传 热 工 质 进 入 各 户, 与 分 散 在 各 户 的 换 热 水 箱, 加 热 户 内 水 箱 中 的 水 阴 雨 天 可 启 动 电 加 热 产 生 热 水 2 太 阳 能 热 水 与 高 层 住 宅 一 体 化 设 计 的 要 点 太 阳 能 热 水 与 高 层 住 宅 一 体 化 设 计 是 指 : 将 太 阳 能 热 水 器 与 高 层 住 宅 建 筑 充 分 结 合, 在 规 划 设 计 阶 段, 就 将 太 阳 能 利 用 方 式 和 集 热 器 布 置 位 置 纳 入 设 计 之 中, 使 之 成 为 建 筑 的 一 个 有 机 组 成 部 分, 统 一 设 计 施 工 调 试 验 收 我 国 在 高 层 住 宅 中 使 用 太 阳 能 热 水 建 筑 一 体 化 设 计 还 处 于 初 步 试 点 阶 段, 使 太 阳 能 的 利 用 与 建 筑 融 为 一 体, 既 不 影 响 建 筑 造 型 的 美 观, 又 能 满 足 居 民 的 热 水 需 求, 使 高 层 住 宅 的 每 一 户 均 可 以 享 受 到 节 能 环 保 的 实 惠, 是 当 前 太 阳 能 热 水 系 统 与 高 层 住 宅 一 体 化 设 计 的 必 要 途 径 目 前 太 阳 能 热 水 与 高 层 住 宅 一 体 化 设 计 存 在 的 主 要 问 题 有 : 安 装 杂 乱 破 坏 美 观 防 水 及 安 全 隐 患 受 遮 挡 光 等 等 问 题 其 主 要 原 因 在 于 : 建 筑 设 计 单 位 与 太 阳 能 企 业 在 沟 通 上 存 在 矛 盾 建 筑 设 计 单 位 认 为 太 阳 能 热 水 系 统 不 能 适 应 建 筑 设 计 的 需 要, 从 外 观 上 无 法 实 现 太 阳 能 热 水 系 统 与 建 筑 立 面 的 良 好 结 合, 无 法 有 效 地 使 太 阳 能 集 热 器 成 为 住 宅 建 筑 的 一 部 分, 实 现 两 者 在 颜 色, 造 型 质 感 上 的 协 调 与 统 一 而 太 阳 能 企 业 则 认 为 设 计 单 位 在 设 计 时 没 有 考 虑 预 留 太 阳 能 系 统 位 置, 因 此 在 施 工 时 没 有 妥 善 解 决 太 阳 能 集 热 器 的 摆 放 和 安 装 问 题, 因 此 无 法 确 保 建 筑 物 的 承 重 防 水 等 功 能 不 受 太 阳 能 热 水 系 统 的 影 响 此 外, 由 于 前 期 缺 少 有 效 沟 通, 对 于 太 阳 能 系 统 未 及 时 考 虑 热 水 管 路 的 长 度, 导 致 存 在 分 区 供 水 或 管 线 过 长 等 问 题 综 上 所 述, 对 于 高 层 住 宅 太 阳 能 系 统 的 设 计, 应 将 太 阳 能 热 水 系 统 结 合 高 层 住 宅 的 建 筑 构 件 设 计 综 合 考 虑, 实 现 外 观 上 建 筑 构 件 管 路 布 局 维 护 管 理 等 多 方 面 的 一 体 化 设 计 2.1 与 外 墙 一 体 化 设 计 对 于 建 筑 来 说, 外 墙 是 与 太 阳 光 接 触 面 积 最 大 的 外 表 面, 如 果 利 用 外 墙 作 为 太 阳 能 热 水 的 集 热 部 件, 可 以 提 高 太 阳 能 热 水 系 统 的 集 热 效 率 为 了 合 理 的 利 用 墙 面 集 热, 在 实 践 中 研 究 发 明 了 各 种 墙 体 构 造 和 材 料, 如 集 热 蓄 热 墙 透 明 绝 热 材 料 以 及 附 加 于 墙 面 的 集 热 器 等 但 是 由 于 其 材 料 和 技 术 方 面 的 问 题, 均 未 能 达 到 大 面 积 的 普 及, 还 处 于 实 验 和 验 证 阶 段 在 实 际 的 建 筑 设 计 中, 可 以 利 用 南 向 的 窗 间 墙 作 为 有 效 的 太 阳 能 集 热 部 位, 将 其 与 太 阳 能 系 统 的 集 热 器 一 体 化 设 计, 既 能 保 证 墙 体 自 身 的 保 温 隔 热 性 能, 又 能 在 建 筑 立 面 上 形 成 一 定 的 韵 律, 成 为 良 好 的 美 学 元 素 2.2 与 屋 面 的 一 体 化 设 计 建 筑 屋 面 作 为 太 阳 能 热 水 器 的 集 热 部 位 有 其 特 定 的 优 势, 如 不 影 响 建 筑 立 面 美 观 日 照 充 足 不 受 建 筑 朝 向 的 影 响 不 易 遮 挡 等, 可 以 充 分 的 吸 收 太 阳 光 的 辐 射, 而 且 集 热 器 还 可 以 替 代 保 温 隔 热 层 遮 挡 屋 面 但 此 种 方 式 多 见 于 多 层 或 者 低 层 建 筑 中, 高 层 建 筑 由 于 管 线 较 长, 热 损 失 大, 低 层 住 户 无 法 正 常 使 用 ; 住 户 上 屋 顶 检 查 和 维 修 较 困 难 ; 各 种 管 线 暴 露 在 外 杂 乱 无 章 等, 不 适 宜 在 高 层 住 宅 中 广 泛 使 用 2.3 与 建 筑 阳 台 的 一 体 化 设 计 相 比 于 高 层 建 筑 的 屋 面 安 装 太 阳 能 集 热 器 设 计, 在 阳 台 上 安 装 集 热 设 备 具 有 便 于 检 修, 连 接 管 道 短 的 优 点, 分 户 安 装 分 户 使 用, 将 储 热 水 箱 置 于 阳 台 上, 集 热 器 依 附 于 阳 台 栏 板 外, 成 为 建 筑 立 面 的 构 造 元 素 之 一 然 而 受 到 高 层 建 筑 日 照 遮 挡 及 自 身 热 效 率 转 换 较 低 等 因 素 影 响, 且 对 建 筑 立 面 形 式 影 响 较 大, 在 实 际 使 用 中 反 映 问 题 较 多 故 在 设 计 中, 需 满 足 既 能 有 效 的 使 用 太 阳 能, 又 不 影 响 阳 台 的 正 常 使 用 和 建 筑 的 外 观 整 洁 的 要 求 74

77 其 他 软 件 应 用 OTHER SOFTWARE 2.4 与 空 调 栏 板 的 一 体 化 设 计 在 高 层 住 宅 的 设 计 中, 为 了 达 到 整 体 外 观 的 和 谐 统 一, 需 要 在 方 案 设 计 的 过 程 中 将 空 调 的 室 外 机 放 置 位 置 统 一 考 虑, 并 作 为 立 面 表 现 的 构 成 要 素, 将 太 阳 能 热 水 系 统 的 集 热 装 置 结 合 空 调 机 位 的 百 叶 统 一 设 计, 将 储 热 水 箱 放 置 与 空 调 室 外 机 一 并 处 理, 从 而 达 到 太 阳 能 热 水 系 统 与 高 层 住 宅 建 筑 的 一 体 化 设 计 3 武 汉 高 层 住 宅 太 阳 能 热 水 一 体 化 实 例 解 析 本 文 取 武 汉 市 18 层 高 层 住 宅 实 例 进 行 太 阳 能 热 水 一 体 化 分 析, 工 程 户 型 主 要 以 两 室 两 厅 及 三 室 两 厅 为 主 太 阳 能 热 水 系 统 指 标 为 :1 户 均 人 数 3 人 ;2 户 均 集 热 面 积 2.4m 2 ;3 储 热 水 箱 100L 武 汉 市 地 处 中 低 纬 度, 属 亚 热 带 季 风 气 候, 四 季 分 明, 光 照 充 足, 热 富 水 丰, 雨 热 同 季, 夏 热 冬 冷 全 年 平 均 实 际 日 照 时 数 1923 ~ 2085h 项 目 分 析 采 用 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 研 发 的 Solar 太 阳 能 热 水 建 筑 一 体 化 软 件 进 行 模 拟 计 算, 分 析 其 系 统 全 年 太 阳 能 保 证 率 及 用 水 舒 适 度 在 设 计 中 主 要 采 用 以 下 措 施 来 实 现 太 阳 能 热 水 与 高 层 住 宅 的 一 体 化 设 计 要 求 : (1) 在 户 型 设 计 上, 每 户 的 主 要 卧 室 及 起 居 室 均 为 南 向, 极 力 避 免 建 筑 户 型 之 间 的 相 互 遮 挡, 保 证 太 阳 能 利 用 的 均 等 性, 为 每 户 安 装 太 阳 能 热 水 系 统 创 造 条 件 (2) 采 用 分 离 式 太 阳 能 热 水 系 统 设 计, 置 于 阳 台 栏 板, 集 热 器 为 全 玻 璃 真 空 管 式 集 热 器, 储 热 水 箱 按 设 计 要 求 采 用 100L 圆 柱 形 水 箱 为 保 证 冬 天 及 阴 雨 天 气 热 水 需 求, 采 用 辅 助 电 加 热 器, 满 足 住 户 一 年 四 季 的 使 用 要 求 (3) 集 热 器 与 建 筑 立 面 整 合 设 计, 既 满 足 建 筑 美 观 的 要 求, 又 不 影 响 房 屋 结 构 太 阳 能 全 玻 璃 真 空 管 式 集 热 器 在 建 筑 的 立 面 上 与 阳 台 栏 板 形 成 统 一 的 建 筑 构 件, 美 观 大 方, 是 建 筑 一 体 化 设 计 良 好 结 合 经 分 析 结 果 表 明, 本 项 目 太 阳 能 热 水 器 年 产 热 MJ, 有 效 产 热 MJ, 太 阳 能 保 证 率 达 45.21%, 可 以 满 足 高 层 居 民 正 常 的 热 水 需 求 4 结 语 通 过 上 述 研 究 和 实 例 分 析, 可 以 得 出 高 层 住 宅 建 筑 中, 实 现 太 阳 能 热 水 系 统 的 一 体 化 设 计 需 要 注 意 以 下 关 键 点 : 了 解 太 阳 能 热 水 系 统 的 组 成 和 各 部 分 的 要 求, 研 究 太 阳 能 集 热 器 装 置 在 建 筑 的 可 能 位 置, 使 其 有 机 统 一, 作 为 建 筑 的 构 件 与 建 筑 融 为 一 体 集 热 器 是 收 集 太 阳 能 的 核 心 元 件, 其 安 装 应 避 免 其 他 建 筑 树 木 及 建 筑 自 身 太 阳 光 线 遮 挡, 影 响 其 集 热 效 率 此 外, 同 时 要 求 建 筑 师 在 规 划 设 计 施 工 过 程 当 中 参 与 之 外, 还 需 要 太 阳 能 生 产 企 业 加 以 配 合 另 外 国 家 还 需 更 进 一 步 出 台 相 关 法 律 法 规 引 导 和 管 理 太 阳 能 热 水 与 高 层 住 宅 一 体 化 设 计 在 Solar 软 件 中 的 应 用 75

78 OTHER SOFTWARE 其他软件应用 新国标下绿色建筑设计软件工具的 设计与研发思路 王梦林 / 建研科技股份有限公司设计软件事业部 1 绿色建筑软件研发现状 1.1 我国节能 绿色建筑软件的发展现状 我国的建筑节能工作自上世纪 80 年代起 先后经过节能率 30% 50% 到目前 65% 部分地 区 70% 的多次调整 现已处于全面发展的稳定时期 十五 十一五 期间 随着地方性节 能目标 节能规划的出台 以 PKPM 等品牌为主导的节能软件的普及应用在指导设计师完成节能设 计工作 提高节能计算效率方面起到了决定性作用 这一阶段新增节能建筑面积成倍递增 设计阶 段城镇新建建筑节能标准的执行率从 2005 年的 53% 上升到 2009 年的 99% 节能软件市场用户数 量同比递增 截至 2013 年底 全国节能软件用户数量已超过 6000 家 图 1 图 1 建筑节能软件发展趋势 我国绿色建筑的发展趋势与节能建筑的发展趋势十分相近 随着 绿色建筑行动方案 的出台 重庆 北京等地已将一星级绿色建筑作为新建民用建筑的必要条件 截至 2013 年底 全国绿色建 筑评价项目已达到 1000 个 图 2 图 2 绿色建筑软件发展趋势 76

79 其他软件应用 OTHER SOFTWARE 这意味着设计师必须快速建立绿色建筑设计能力 然而由于绿色建筑项目具有参与方众多 信 息量大 多专业 跨领域 涉及软件数量多等特点 相对于传统的软件产品 BIM 技术与现有软 件的结合才能真正提高绿色建筑设计效率 推动绿色建筑的大力发展 1.2 新国标下绿色建筑软件的研发现状 目前我国市场上存在多款绿色建筑软件产品 其中 国外软件以专业环境模拟类软件为主 此 类软件计算内核相对成熟 模型信息化程度较高 在计算 信息转换提取等方面有很大优势 但国 外团队的研发背景 使其产品在设计习惯 标准结合度上与我国国情相差较远 国内软件研发方面 虽然在标准结合度上有明显优势 但 BIM 化程度整体较低 加之现有软件产品操作习惯不一致 导致国产绿色建筑软件产品计算能力差 信息交换能力较弱 重复建模问题无法真正解决 无法真 正实现协同设计 导致了设计评价流程长 效率低等问题未能彻底解决 绿色建筑新国标的出台 将提出大量评价指标要求 原有国产软件模型化程度低 计算能力差等问题将更为突出 因此 新 国标下绿色建筑设计软件工具的设计与研发是一项紧迫而重要的工作 表 1 常见绿色建筑软件汇总表 软件类别 功能要求 国内 / 国外 软件名称 国内 绿色建筑设计评价软件 根据 绿色建筑评价标准 GB50378 完成设计 评价 PKPM 绿色建筑方案软件 PKPM 绿色建筑设计软件 国外 暂无 国内 PKPM 光环境模拟分析软件 Daylight 斯维尔采光分析软件 DALI2014 国外 Ecotect Radiance VELUX DaySIM 国内 PKPM 风环境模拟分析软件 斯维尔室外通风软件 OVEN 国外 Stream Phoenics Fluent 国内 暂无 国外 Soundplan Cadna/A 国内 PKPM 能耗模拟分析软件 DeST 国外 Energyplus DOE-2 国内 PKPM 三维日照分析软件 Sunlight 斯维尔日照分析 软件 Sun 天正日照分析软 件 众智日照分析软件 国外 Ecotect 建筑采光模拟分析 室内外风环境模拟 专业模拟软件 声环境模拟分析 能耗模拟分析 日照模拟分析 77

80 OTHER SOFTWARE 其他软件应用 2 绿色建筑设计软件研发思路 2.1 绿色建筑设计软件架构 根据我国绿色建筑设计软件的现状分析 绿色建筑设计软件应具备以下功能 1 建立与建筑区域相关联的数学模型 绿色建筑评价中 一些关键指标的计算 如人均用地指标 公共绿地面积等 以及一些模拟工作 风环境模拟 热岛模拟等 需要对建筑群体进行模拟 而 以往的专项分析软件仅针对建筑单体的模拟计算工作 因此 在新版国标的学习和量化工程中 需 整理出与建筑区域有关的数据 并在绿色建筑设计软件中建立相关数学模型 软件应实现对区域数 据的自动提取和二次计算 2 实现建筑模型与具体条文评价的关联性 绿色建筑设计软件将实现大部分数据的数字化 并实现与评价条文的联动 避免绝大部分数据需要用户手工填写的繁琐工作 图 3 新国标下绿建软件设计流程图 78

81 其他软件应用 OTHER SOFTWARE 3 归纳整理在不同星级目标下可行的技术路线 配套措施以及增量成本 针对新国标的评价 体系 整理出所有技术措施的属性 包括增量成本 区域适用性 对目标星级的贡献程度 完成目 标星级是否必须做此项措施 对施工的影响程度 采用条件 与其他技术措施的配套使用情况等 在此基础上 针对新国标对不同星级的分数要求 整理出不同地区 不同类型建筑 不同增量成本 下的技术路线组合方案 3 绿色建筑设计软件研发实例 3.1 绿色建筑设计软件的数据接口 1 与上游软件的数据衔接 PKPM 绿色建筑设计软件主要采用了 PBECA 节能软件的建模平台 即绿色建筑设计软件可以读取 2D/3D 的 CAD 文件 节能软件的 bdl 格式 同时可以读取 Revit2012 及以上版本的数据模型 以及天正 5.0 以上版本 此外 为方便读取建筑群体建筑 软件建模平台 增加了群体建筑拼装功能 可以建立或读取群体建筑 bdls 格式模型 表 2 绿色建筑设计软件与上游软件的数据格式 表现形式 上游衔接软件 支持的数据格式 2D CAD 版本 dwg CAD 版本 dxf Revit 版本 brc 天正 5.0 以上版本 dwg PKPM 节能系列软件 bdl PKPM 能耗模拟软件 bdls 3D 2 与中游模拟软件的衔接 由于绿色建筑评价过程中涉及到各类建筑性能模拟工作 为保证 绿色建筑设计软件与常用模拟软件之间可以完成数据的导出和结果的导入 软件开发了与常见环境 模拟软件 如能耗模拟软件 PBES 风环境及热岛模拟软件 Stream 等的专项接口 同时为了方便与 其他模拟类软件的衔接 软件同时开发了绿色建筑专用的模拟数据格式 gbxml 用以与其他常用模 拟类软件如 Ecotect Designbuild 之间进行数据传递 表 3 绿色建筑设计软件与中游软件的数据格式 软件类型 中游衔接软件 支持的数据格式 能耗模拟 PBES Bdls 风环境模拟 Stream Stl 采光模拟软件 TAS Daylighting gbxml 日照软件 Sunlight GLD 太阳能热水 Solar Bdl 其他常见模拟软件 Ecotect Designbuild 等 gbxml 3 与下游评审机构的衔接 绿色建筑评价的最终结果需要报到相应的地方或国家评审机构进 行评审 因此软件结果的反馈并不只是针对设计单位 地产商 还有评审机构的专家 为了实现绿 色建筑设计软件与评审机构之间的数据传递 绿色建筑设计软件将数据信息以文档 图片的形式进 行储存 并汇总到对应的文件夹 同时将资料向绿色建筑申报系统进行上传 3.2 区域数学模型与计算 通过建立区域数学模型与条文评价间的关联 软件可以自动进行与区域模型 单体模型相关的 79

82 OTHER SOFTWARE 其 他 软 件 应 用 指 标 计 算, 包 括 高 强 度 钢 用 量 比 例 计 算 可 再 循 环 材 料 使 用 比 例 计 算 装 饰 性 构 件 造 价 比 例 计 算 非 传 统 水 源 利 用 率 计 算 室 内 背 景 噪 声 计 算 建 筑 构 件 隔 声 性 能 计 算 节 水 率 计 算 人 均 用 地 指 标 计 算 窗 地 面 积 比 例 计 算 等 ( 见 图 4) 图 4 区 域 模 型 与 计 算 工 具 集 此 外, 在 与 条 文 进 行 联 动 后, 软 件 可 对 计 算 结 果 进 行 自 动 地 对 标 如 图 5, 可 再 循 环 材 料 用 量 比 例 计 算 工 具 可 分 析 和 统 计 可 循 环 材 料 和 不 可 循 环 材 料 的 用 量, 进 行 计 算, 并 与 标 准 不 同 分 值 的 比 例 要 求 进 行 判 定, 统 计 出 最 终 的 得 分 情 况 图 5 可 再 循 环 材 料 用 量 比 例 计 算 工 具 4 小 结 综 上, 在 绿 色 建 筑 新 国 标 的 要 求 下, 基 于 区 域 数 学 模 型 技 术 的 绿 色 建 筑 设 计 软 件 表 达 更 直 观 更 符 合 设 计 师 的 设 计 过 程 和 习 惯 如 果 我 国 的 绿 色 建 筑 软 件 产 品 能 在 结 合 标 准 的 基 础 上 提 高 数 据 接 口 能 力 增 强 与 专 项 模 拟 软 件 的 衔 接 能 力, 同 时 提 供 各 专 业 的 绿 色 建 筑 技 术 路 线 方 案, 将 能 有 效 的 节 省 设 计 师 的 设 计 时 间, 为 实 现 城 市 建 设 的 可 持 续 发 展 提 供 强 有 力 的 技 术 支 撑 80 参 考 文 献 : [1] 中 华 人 民 共 和 国 建 设 部, 绿 色 建 筑 评 价 标 准, 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社, [2] 住 房 和 城 乡 建 设 部 科 技 发 展 促 进 中 心, 绿 色 建 筑 评 价 技 术 指 南, 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社,2006. [3] 张 雷, 姜 立 等. 基 于 BIM 技 术 的 绿 色 建 筑 预 评 估 系 统 研 究. 土 木 建 筑 工 程 信 息 技 术,2011,3(1). [4] Autodesk, 通 过 Autodesk Ecotect Analysis 2010 实 现 可 持 续 设 计,Autodesk.

83 其他软件应用 OTHER SOFTWARE 结合 建筑日照计算参数标准 探讨日照软件的选择 王会一 刘平 刘立旺 张丹 / 中国建筑科学研究院 PKPM 设计软件事业部 1 前言 近年来 随着国内商品住宅的发展 城市住宅用地日趋紧张 高层住宅不断涌现 某些地区甚 至出现了超高层住宅 人们对居住环境的要求不断提高 尤其是日照采光权的纠纷问题 成为目前 民事诉讼的一个热点问题 各个地方都在不断出台有关日照分析的技术规程 国内日照分析软件在 建筑日照分析中迅速推广 得到了广泛的应用 目前国内专门针对日照分析的软件有 8 家之多 图 1 如何选择一款适用当地情况的日照软件 软件的选择标准是什么 这是摆在很多规划和建筑设计人员面前的一个棘手问题 建筑日照计算参数标准 GB/T 自 2014 年 8 月 1 日起实施 该标准除了明确计算 参数要求外 还针对性地涉及到和日照相关的多方面内容 比如数据要求 建模要求 计算方法和 计算结果误差的条文 建筑日照计算参数标准 还专门提到了日照软件的使用要求 本文将结合 新国标的要求 从下面几个方面探讨日照软件的选择 图 1 国内日照软件 81

84 OTHER SOFTWARE 其他软件应用 2 国家级检测机构的检测 参照 建筑日照计算参数标准 报批稿条 文 建筑日照计算所采用的软件必须经过 软件产品质量检测单位的测试 并通过国家级 检测机构的检测 目前国内知名的日照软件如 目前国家现行标准规范中没有明确的日照 建模的条文要求 各个地方标准规程对日照建 模要求又不尽相同 如转角窗的处理 阳台自 身遮挡的处理 地形和立交桥是否建模等 在日照分析工作中 各地日照分析模型的 PKPM Sunlight 天正 众智和清华等日照软件 精细程度差异很大 有的只是建立简单的拉伸 都送往国家质量监督检验中心采光照明质检部 体块使用平面等时线等方式进行日照分析计算 进行实验检测 在多个现行地方标准中 也明 如图 3 上图所示 有的地方建模细节考虑丰富 确说明 日照软件除了要通过住建部相关验收 日照模型和建筑实际模型非常接近 日照分析 外 须通过国家级检测机构的实验检测 模型非常复杂如图 3 下图所示 PKPM Sunlight 率先通过了国检中心的实验 检测机构 并作为国检中心在日常工作中唯一 指定使用的日照分析工作软件 ( 图 2) 图 2 国检中心检验报告 3 建模要求 日照分析的一个显著特点是用于日照分析 的模型全部为三维模型 设计人员必须基于建 筑总图 建筑平面 立面施工图纸生成用于日 照分析的三维模型才能够进行日照分析计算 目前建筑单体设计越来越复杂 建筑平面 立 面 屋顶等造型越来越丰富 如果需要进行窗 82 图 3 建筑日照分析模型 日照表分析 模型还需要布置用于窗分析的窗 建筑是否要考虑自身遮挡 在很多地方执 在整个日照分析周期中 日照三维建模占有很 行并不一致 参照 建筑日照计算参数标准 大一部分的工作量 日照建模有两个重要的问题 首先 日照 报批稿 条文 遮挡建筑的阳台 檐口 女 儿墙 屋顶等造成遮挡的部分均应建模 被遮 建模如何整体控制分析模型精细程度 在不影 挡建筑的上述部分如需分析自身遮挡或对其他 响分析结果精度的前提下如何合理简化 尽量 建筑造成遮挡 也应建模 条文解释中说明确 减轻前期三维建模的工作量 其次 哪些对象 实不遮挡其他建筑的部分可以忽略 如建筑南 要考虑建模参与 如围墙和地形是否要建模 侧的一部分阳台等可以不建模 被遮挡建筑的 造成自遮挡的阳台隔板等是否要建模等问题 情况则比较复杂 一种情况是该建筑的女儿墙

85 其他软件应用 OTHER SOFTWARE 北侧阳台 屋顶等明显不产生自身遮挡 则不 筑日照计算参数标准 中条文要求不宜大于 需要建模 另一种情况是产生了自身遮挡 为 1min 高于很多地方标准的要求 对软件的计 算速度提出很高的要求 一般来说计算中时间 了分析造成遮挡的综合原因就应当建模 参照 建筑日照计算参数标准 报批稿 建模 间隔越小 软件计算速度越慢 以日照计算中 数据应完整指的是所建模型要包括日照计算中 最为耗时的平面等时线 真实阴影范围分析为 涉及到的各个建筑以及对日照产生不可忽略影 例 一次计算可能需要几十分钟甚至更长的时 响的建筑部位及附属物等 可以看出满足 建 间才能完成 筑日照计算参数标准 要求 日照模型的精细 PKPM Sunlight 率先采用内部核心加速算 程度将不断提高 日照软件本身必须具有复杂 法 采用 GPU 和并行计算等计算方式 将百万 精细建模的能力 而不能仅仅停留在拉伸体方 级采样点计算控制在一分钟内完成 成为国内 案阶段的建模 目前计算速度最快的日照分析软件 大大缩短 建筑日照计算参数标准 报批稿明确指 出 构成遮挡的地形指的是山体 挡土墙等 了日照单次计算时间 显著缩短了日照整体分 析周期 图 5 在山地地区 基地周边包括小区内的地形都应 该考虑遮挡影响 如图 4 所示 目前国内日照 部分地区是要考虑地形的影响的 如大连地区 部分地区还没有考虑基地内外地形的遮挡影响 图5 平面等时线分析 图 4 周边地形建模 综上所述 一款日照分析软件必须具有很 强的三维建模能力 除了参数化建模手段外 也要具有方式完成地形 立交桥等复杂形式的 特殊三维实体建模 满足日照分析软件不断提 高的日照分析建模要求 4 计算速度和计算能力 图6 复杂建筑日照分析模型 目前国内建筑单体类型从平面到立面越来 日照计算参数对日照分析结果影响很大 越复杂 在日照整体分析模型中参与分析的面 不同的日照计算参数设置 会造成不同的计算 片数量越来越多 给现有很多日照软件的计算 分析结果 这也是 建筑日照计算参数标准 带来很大的困难 如图 6 所示 该分析模型参 中条文重点明确说明的部分 日照计算时采样 与遮挡计算的几何面片数达到几十万级别 有 的时间间隔是影响计算误差的重要因素 建 些日照软件根本无法完成此类复杂度的分析计 83

86 OTHER SOFTWARE 其他软件应用 算 PKPM Sunlight 借助内部的分区优化算法 可以轻易完成此类复杂规模的群体日照分析计算功能 对于解决复杂日照分析模型的计算具有重要的意义 5 分析结果的展示 PKPM Sunlight 除了自身很强的三维建模能力 在国内业界领先的计算速度和复杂体量的计算 能力外 还有很强的三维展示能力 借助于完全自主知识产权的三维中文图形平台 PKPM3D 日照 软件除了可以很好的展示三维分析模型外 还可以输出效果逼真的三维日照阴影渲染图和三维日照 仿真动画 具有很强的后期三维表现力 图 7 图 7 仿真日照阴影渲染图 参考文献 [1] 中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部. [2] 三维日照分析软件 SUNLIGHT 操作指南与实例 [M]. 中国建筑工业出版社, [3] 建筑设计资料集 [M]. 北京 中国建筑工业出版社 [4] 姜立. 建筑日照分析原理与计算方法的研究 [J]. 土木建筑工程信息技术, 2009,2(2): [5] 建筑日照计算参数标准 报批稿. [6] 济南市日照分析技术规程. [7] 杭州市建筑工程日照分析技术管理规则. [8] 烟台市建设项目日照分析管理暂行规定. [9] 王会一. 三维日照分析系统仿真与虚拟现实表现 [C]. 第二届工程建设计算机应用创新论坛 [10] 王会一. 日照软件复杂建模和大体量计算创新性应用研究 [J]. 土木建筑工程信息技术,2013,(6). 84

87 最新动态 LATEST NEWS 第三届 PKPM 全国合作伙伴大会圆满落幕 2014 年 5 月 8 日 第三届 PKPM 全国合作伙伴大会 登陆湖南张家界 中国建筑科学研究 院建研科技股份有限公司 以下简称建研科技 以及来自全国的 16 家合作伙伴齐聚一堂 共谋发展 此次会议 建研科技与各合作伙伴分享了未来的发展愿景 阐述了 2014 年的渠道政策 合作模式 市场趋向等利好消息 赢得了合作伙伴的一致支持 无惧挑战 全新蜕变 作为中国建筑设计行业旗帜性的建筑软件品牌 PKPM 承载着几代建筑人的设计梦想 建研科 技股份有限公司是我国建筑行业最早的软件研发单位之一 始终走在我国建筑业信息化科技引领的 最前端 带领 PKPM 软件涵盖到规划 设计 施工 绿色建筑与节能 BIM 等领域 确立了其在 业界的领先地位 在促进 PKPM 更快 更好发展的过程中 PKPM 人也深入思考着 改变着 建研 科技股份有限公司设计软件事业部的营销总监邱顺冬回顾了 2013 年度与广大代理商的合作工作 感谢了大家对 PKPM V2.1 版的大力支持 渠道管理部经理毛勇则就 2014 年合作伙伴管理规定做了 详解 围绕 PKPM 的变革来分析了 PKPM 在 2014 年可能出现的变化 并以 如何站在变革之巅 如何引领变革 为题 为各位合作伙伴指明了销售方向 他希望各位合作伙伴将销售工作做得更具 体扎实 切实做好 2014 年系列产品推广会议的各项准备工作及实际运作 注重销售团队的培养与 销售人员的培训工作 为日后的深入发展打下坚实的基础 85

88 LATEST NEWS 最新动态 建研科技股份有限公司副总裁金新阳 设 计软件事业部主任杨志勇也分别进行了致辞 对各省合作伙伴与 PKPM 长久的合作表示感 谢 并对今后的合作进行鼓励 金新阳副总裁 以本次大会主题中的 合作 和 伙伴 展开 探讨 深入解析了双方的合作关系 并为事业 部和合作伙伴的共同发展指明了道路 杨主 任也以 价值 高效 为主题 展望了 PKPM 金新阳 杨志勇 建研科技股份有限公司副总裁 设计软件事业部主任 人美好的未来 全体与会人员深受鼓舞 广泛协作 渠道为王 PKPM 拥有完善而强大的全国协作体系 此次参会的 16 家合作伙伴分别来自 15 个省或 直辖市 双方已经建立了深入而稳定的合作关 系 在取得软件大面积推广应用的同时 也给 合作伙伴带来了相应的回报 市场上取得的成 功 维系了老朋友 也带来了新朋友 会上 中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司 向昆明深绿节能科技有限公司颁发了新合作 邱顺冬 设计软件事业部营销总监 毛 勇 渠道管理部经理 伙伴授权铜牌 授权为云南省 PKPM 绿色建 筑系列软件的代理 同时 来自湖北 湖南 河南三省的代理商与云南省的结构系列软件 代理商被评为了 2013 年优秀合作伙伴 技术不断创新 服务赢得未来 抓住行业契机 从客户资源整合到从平 台 产品和服务上满足用户 是一个产品真 正意义上的升级 会上 渠道管理部经理毛 勇 绿色建筑产品经理张永炜 渠道管理部 销售经理刘嫦利 北京直销部经理王莹分别 王 莹 北京直销部经理 张永炜 发言 对渠道销售 团队管理 绿色建筑系 绿色建筑产品经理 列软件的介绍及如何与用户建立合作关系等 方面作了详细报告 PKPM 全国合作伙伴大会已经在各地成功 举办了三届 为合作伙伴提供了相互沟通 交 流优秀经验的平台 解答了合作伙伴在发展中 遇到的问题 极大促进了合作伙伴的发展积极 性 为 2014 年渠道销售提升能力及有效发展 率先提供了有效保证 无论是建研科技 还是 各个代理商 都是 PKPM 多年来风雨同舟的 朋友 是建筑工程 CAD 集成系统所取得成就 86 任治浍 刘嫦利 优秀合作伙伴代表 渠道管理部销售经理 的缔造者 有了众多伙伴的支持 PKPM 在前 进的道路上 将迎来更美好的未来

89 最 新 动 态 LATEST NEWS 2014 年 5 月 9 日 张 家 界 武 陵 源 景 获 得 2013 年 最 优 秀 的 合 作 伙 伴 颁 发 新 合 作 伙 伴 授 权 铜 牌 会 议 现 场 87

90 LATEST NEWS 最新动态 3 月 11 日 - 大连会议 3 月 11 日 - 大连会议 3 月 13 日 - 邯郸会议 PKPM V2.1 版全国培训回顾 4 月 16 日 - 太原会议 4 月 16 日 - 太原会议 4 月 22 日 - 沈阳会议 中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司设计软件事业部经过近两年的需求积累 精心打造 最终于 2013 年 10 月 8 日在全国范围内隆重推出 PKPM2010 新规范版本设计软件 V2.1 版 标志着 PKPM 建筑工程 CAD 集成系统进入新的设计时代 为回馈广大用户对 PKPM 的支持 解答用户在软件应用过程中对 V2.1 版软件的诸多新功能存 在的问题 由中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司设计软件事业部主办 各省合作伙伴承办 的 PKPM V2.1 版全国培训与技术交流 已全面展开 公司设计软件事业部北京直销部于 2014 年 3 4 月分别在大连 邯郸 包头 天津 太原 沈阳成功举办 6 场 PKPM2010 新规范版本设计软 件 V2.1 版地方专场培训会 截止到 4 月 30 日 公司设计软件事业部渠道管理部也已经完成了浙江 山东 河南 四川 重庆 新疆 吉林 黑龙江 湖南 陕西 9 省 1 市的 V2.1 版软件巡讲培训会议 直销部 地方专场培训会 为了配合 PKPM2010 新规范版本软件 V2.1 版在全国各地区的推广 北京直销部于 3 4 月分别 在大连 邯郸 包头 天津 太原 沈阳成功举办了 6 场地方专场培训会 各区域负责人对所辖区 域进行了深入的市场分析及用户使用调查 并根据不同地区的使用问题 特别定制培训会内容 例如 太原会议的 钢结构和基础的专题讲解 包头会议的 以上部结构和基础常见问题的工程实例分 析为主的全新 PKPM PAAD 模块以及 STWJ 模块的介绍 天津会议的 JCCAD 工程应用操作及 参数讲解与 JCCAD 常见问题解答 沈阳会议的 SATWE 与 JCCAD 在工程应用中常见问题及解 决方法 等 建研科技直销部通过会场外设置体验区及咨询区 填写会议调查问卷等形式更深入了 解到用户实际工程中遇到的问题与使用需求 及时反馈用户建议 更好地完善软件功能 培训会每 88

91 最新动态 LATEST NEWS 3 月 18 日 - 包头会议 3 月 18 日 - 包头会议 3 月 18 日 - 包头会议 4 月 22 日 - 沈阳会议 3 月 12 日 -SAUSAGE 会议北京专场 3 月 12 日 -SAUSAGE 会议北京专场 场参会人数都保持在 200~300 人 实际参会率均达 85% 左右 参会人员反应良好 都给予了讲师 和课程安排一定的肯定 认为该培训会极大程度上方便广大用户全面了解软件的功能和改进要点 目前 国内对于大型复杂结构的弹塑性分析需要海量计算手段 而国内现有软件难以满足要求 国外的通用分析软件费用又极其高昂 所以动力弹塑性分析软件 PKPM-SAUSAGE 的研发 很大程 度上解决了如何利用先进的计算机软件进行大型复杂结构的弹塑性分析 如何进行地震选波 如何 判断计算结果是否合理 如何解决数据量大 计算时间长以及计算结果不收敛等诸多问题 3 月 12 日 北京直销部在中国建筑科学研究院报告厅成功举办了 复杂超限结构弹塑性分析研讨会陆续在全国 范围内开展巡讲活动 北京专场 会上 建筑结构荷载规范 的主编金新阳研究员就超高层建筑 风荷载与抗风设计进行详细解析 广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会审查专家李盛 勇先生就 300m 以上超高层结构设计与控制问题进行交流 同时邀请了广州大学工程抗震研究中心 李志山教授以及中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司设计软件事业部总工程师黄吉锋博士分 别对结构动力弹塑性分析软件及其工程实例进行介绍并就建筑结构分析中的几个问题进行讨论 会 议当天座无虚席 汇集了北京各大中型设计院的总工和业内人士参加 充分体现了北京地区用户对 本次会议的关注和喜爱 通过本次会议 让工程师们很大程度上深入了解复杂超限结构分析方法 轻松利用 PKPM-SAUSAGE 将复杂超限结构分析成为现实 4 月中旬 建研科技直销部在中国建筑科学研究院成功举办了第一期北京上机培训班 提供有 针对性的 V2.1 新版软件上机指导和操作练习 由技术人员集中进行相关内容讲解 并且在时间充 足的情况下进行答疑和练习 更直接地与研发及技术人员进行交流 不仅提高了服务质量 也为客 户提供了一次深入学习的机会 89

92 LATEST NEWS 最新动态 渠道管理部 9 省 1 市 培训会火热进行中 第 1 站 浙江 杭州 3 月 20 日 由 PKPM 浙江省代理杭州新宏基软件开发有限 公司承办 PKPM2010 新规范版本设计软件 V2.1 技术研讨会浙 江专场 在杭州成功举办 共有 110 余家单位报名 近 500 余人 参加 培训首站的圆满成功 也为全国巡讲开了一个好头 第 2 站 山东 济南 3 月 27~28 日 山东 106 家设计院 规划院和审图中心等单位的共 计 360 余位设计师在济南参加了 PKPM V2.1 版本结构软件的培训会议 培训中 各位专家结合新规范为用户从上部结构 基础 JCCAD 等 内容进行详细的讲解演示 参训学员认真记录并与专家积极探讨 专家 对用户提出的问题一一解答 结合软件为广大用户工作中遇到的实际问 题提供了良好的解决途径与方法 培训结束后 用户对于本次培训的组 织以及内容给予了高度的评价 也对新版本的软件给予了充分的肯定 第 3 站 河南 郑州 4 月 2 日 PKPM V2.1 版本结构软件的培训会议在郑州市如 期举行 900 人的会场座无虚席 来自河南省 300 多家设计单位 的结构设计人员汇聚一堂 对中国建筑科学研究院设计软件事业 部的 PKPM 专家的授课满怀期待 本次培训班 由设计软件事业 部基础室主任朱春明研究员和呼叫中心刘孝国工程师分别对上部 结构和基础部分在最新 V2.1 软件使用过程中的问题做了详细讲 解 通过本次培训 用户对在实际工程使用过程中的问题都得到 了正确的认识 为今后提高设计效率奠定了扎实的基础 第 4 站 四川 成都 4 月 9~10 日 PKPM2010 新规范 V2.1 软件技术交流会成都站在该 市教育宾馆成功举办 来自西藏 四川省各地市州的 230 余家单位 530 余结构设计人员参加了这次为期两天的技术讲座 建研科技股份有限公 司 PKPM 设计软件事业部呼叫中心的讲师刘孝国 黄翠香 刘华等 以 大量的工程实例深入浅出的解析 V2.1 版软件新功能以及工程应用中的常 见问题和解决方法 给广大用户现场解答了大量问题 第 5 站 新疆 乌鲁木齐 4 月 10~11 日 PKPM2010 新规范 V2.1 版软件新疆培训 班 在新疆乌鲁木齐市顺利召开 与会代表达 220 人 涉及全省 100 多家设计院 建研科技股份有限公司肖丽工程师就上部结构 SATWE PMSAP 模块中新规范设计中参数合理选取 常见问题 等做了精彩的讲解 杜斌工程师对大家在 JCCAD 模块在工程应 用中常见问题作了耐心的解答 90

93 最新动态 LATEST NEWS 第 6 站 重庆 4 月 11 日 由重庆浩软科技有限公司承办的 PKPM2010 新 规范 V2.1 版软件技术交流会在重庆隆重举行 设计软件事业部 刘孝国 黄翠香 刘华 3 位工程师在会上结合实例工程就设计过 程中结构常见问题作了精彩的讲解 第 7 站 吉林 长春 4 月 16 日 新规范 V2.1 版技术交流会吉林专场会议上 建研科 技股份有限公司设计软件事业部副主任张志远 设计软件事业部参与 SATWE EPDA 等模块的研发工作的肖川博士向大家讲解了 SATWE PMSAP 在结构分析与设计中的应用研讨 并在课间详细的解答用户的 提问 来自吉林省内的各院总工 院长 结构室主任等近百人参加此 次会议 大家一致认为此次交流会举办得非常及时 使大家加深了对 新规范的理解 对新软件的了解 这对今后新规范版本软件的实际工 程应用将有很大的帮助 第 8 站 黑龙江 哈尔滨 4 月 18 日 PKPM 结构技术研讨会在哈尔滨市隆重举办 PKPM 资深专家张志远工程师和肖川博士对 V2.1 版结合新规范 新工程中的问题 给广大用户提供了更专业 更高效 更全面 的解答 张志远工程师对 JCCAD 部分疑难问题的讲解和解答 肖川博士充满激情地讲解了上部结构等各院设计师和总工们比 较关注和感兴趣的部分 设计师们还就新规范和工程中遇到的 问题与专家们进行了热烈的交流 第 9 站 湖南 长沙 4 月 25 日 PKPM2010 新规范 v2.1 版软件技术应用培训在长沙市 隆重开幕 与会嘉宾 500 人左右 涵盖了 280 多家设计单位 软件事业 部的刘孝国 王曦 段方舟等授课老师对上部结构软件 SATWE 基础 结构软件 JCCAD 钢结构软件 STS 在重要参数选取 计算结果正确判 断等方面作了详细的讲解 会后还解答了用户在工程设计 规范理解 软件应用方面的疑难问题 第 10 站 陕西 西安 4 月 28~29 日 PKPM2010 新规范 V2.1 版软件培训西安专 场在西安体育学院隆重举行 本次会议主要针对新规范结合实 例部分 新规范中参数的合理选取部分 基础部分 钢结构部分 对常见问题进行详细的剖析 现场的五百多位工程师积极互动 答疑 现场气氛活跃 参会人员积极热情 并在会议结束后与 各位讲解老师讨论分析 91

94 EDITOR'S ANSWERS 知 识 堂 PKPM 新 天 地 知 识 堂 92

95 知 识 堂 EDITOR'S ANSWERS 93

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102 设 计 软 件 事 业 部 呼 叫 中 心 DESIGN SOFTWARE DEPARTMENT 全 方 位 服 务 体 系 用 智 慧 建 设, 用 真 心 服 务 服 务 接 触 方 式 服 务 业 务 模 块 培 训 方 式 服 务 网 站 BBS 论 坛 提 供 电 话 咨 询 邮 件 咨 询 现 场 培 训 网 络 服 务 等 多 种 互 动 支 持 通 过 学 习 提 升 日 常 保 障 升 级 服 务, 为 用 户 提 供 持 续 的 进 阶 支 持 提 供 量 身 定 制 的 适 合 不 同 级 别 用 户 的 网 络 培 训 课 堂 官 网 可 为 用 户 提 供 最 新 版 本 软 件 下 载 软 件 用 户 手 册 下 载 常 见 问 题 解 答 ( 知 识 堂 ) 等 服 务 借 助 在 线 交 流 社 区 平 台, 用 户 可 以 轻 松 获 得 相 关 技 术 支 持 工 程 师 的 及 时 响 应

103 全 国 销 售 网 络 直 属 部 门 全 国 北 京 总 部 建 研 科 技 股 份 有 限 公 司 北 京 市 北 三 环 东 路 30 号 主 楼 17 层 T : F : 北 京 天 津 河 北 辽 宁 山 西 内 蒙 古 北 京 直 销 部 建 研 科 技 股 份 有 限 公 司 北 京 市 北 三 环 东 路 30 号 主 楼 17 层 T : 上 海 江 苏 上 海 直 销 部 上 海 凯 创 建 筑 科 技 有 限 公 司 上 海 市 打 浦 路 88 号 海 丽 大 厦 19 层 T : 转 201 广 东 福 建 江 西 海 南 深 圳 直 销 部 深 圳 建 研 建 筑 科 技 有 限 公 司 深 圳 市 福 田 区 红 岭 中 路 南 国 大 厦 二 栋 12 层 F 座 T : 家 合 作 伙 伴 黑 龙 江 吉 林 哈 尔 滨 东 丹 科 技 发 展 有 限 责 任 公 司 哈 尔 滨 市 南 岗 区 嵩 山 路 31 号 意 龙 写 字 楼 506 室 T/F : 河 南 郑 州 建 研 软 件 有 限 公 司 郑 州 市 金 水 路 102 号 223 室 ( 老 建 设 厅 二 楼 ) T/F : 陕 西 宁 夏 西 安 建 博 软 件 科 技 有 限 公 司 西 安 市 龙 首 北 路 西 段 7 号 航 天 新 都 708 室 T/F : 贵 州 贵 阳 建 科 源 科 技 有 限 公 司 贵 阳 市 青 山 路 99 号 半 山 北 区 国 际 城 T/F : 湖 北 武 汉 安 厦 建 工 软 件 有 限 公 司 湖 北 省 武 汉 市 武 昌 中 南 路 14 号 发 展 大 厦 七 楼 ( 湖 北 省 建 设 厅 旁 ) T/F : 广 西 南 宁 德 艺 建 院 建 筑 科 技 有 限 公 司 广 西 南 宁 市 民 族 大 道 82 号 嘉 和 南 湖 之 都 12 楼 1209 室 T/F : 山 东 山 东 建 苑 工 程 设 计 软 件 有 限 公 司 山 东 省 济 南 市 山 大 路 47 号 数 码 港 大 厦 C 座 601 室 T/F : 四 川 西 藏 四 川 建 华 科 技 有 限 公 司 四 川 省 成 都 市 府 城 大 道 399 号 天 府 新 谷 8 号 楼 2 单 元 10 楼 5 号 T/F : 甘 肃 青 海 甘 肃 江 河 信 息 科 技 有 限 公 司 兰 州 市 东 岗 西 路 226 西 北 电 脑 广 场 四 楼 407 T/F : 新 疆 乌 鲁 木 齐 市 新 市 区 鸿 浍 电 脑 软 件 经 销 部 乌 鲁 木 齐 市 阿 勒 泰 路 2 号 嘉 和 园 小 区 嘉 和 会 所 312 室 T/F : 重 庆 重 庆 浩 软 科 技 有 限 公 司 重 庆 石 桥 铺 科 园 一 路 2 号 大 西 洋 国 际 T/F : 湖 南 长 沙 建 科 软 件 技 术 有 限 公 司 湖 南 省 长 沙 市 芙 蓉 中 路 定 王 大 厦 1819 室 T/F : 安 徽 ( 结 构 系 列 软 件 ) 安 徽 创 新 科 技 发 展 有 限 责 任 公 司 合 肥 市 金 寨 路 118 号 丝 绸 大 厦 611 室 T/F : 浙 江 ( 结 构 系 列 软 件 ) 杭 州 新 宏 基 软 件 开 发 有 限 公 司 杭 州 市 文 二 路 195 号 文 欣 大 厦 702 室 T/F : 云 南 ( 结 构 系 列 软 件 ) 昆 明 科 毅 科 技 有 限 公 司 云 南 省 昆 明 市 五 华 区 普 吉 路 花 香 四 季 3 栋 2804 室 T/F : 云 南 ( 绿 色 建 筑 系 列 软 件 ) 昆 明 深 绿 节 能 科 技 有 限 公 司 云 南 省 昆 明 市 五 华 区 假 日 城 市 小 区 11 栋 2 单 元 2803 室 T/F :

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