高层建筑的防雷设计

高层建筑的防雷设计（精选12篇）

高层建筑的防雷设计 篇1

随着社会的发展, 高层建筑内的电子设备公越式来选越择多计, 对算防:雷和接地的要求也越来越高。如何才能切实做好高层建筑的防雷和接地设计, 本文通过提升机井塔这一典型工业高层建筑的设计实践。

1 高层建筑的防雷设计

1.1 防雷等级计算

确定一个高层建筑物的防雷等级, 需要参考当地的年雷击次数和建筑物受到雷击后的风险评估等重要数据。但在实际设计中, 设计人员由于怕麻烦而疏于计算, 只简单地按建筑物的重要性或建筑物的高度进行选择, 这样就容易将防雷等级提升或降低, 造成不合理的设计和不必要的浪费。

举例说明:本人设计的某提升机井塔, 长L=19m, 宽W=19m, 高W=90米, 当地的年平均雷暴日天数Td=8.00天/年, 校正系数k=2.00。

则年预计雷击次数按下列公式计算:

其中:

建筑物的雷击大地的年平均密度:

等效面积Ae为:2r (8) 0h (2hr

由于H<100M,

虽然该建筑物年预计雷击次数N达不到三类式防中雷:标r准x-, --考虑到提升机井塔含有大量重要电子设备, 根据国标hrG-B--50057-94 (2000年版) 将其划入第三类防雷保护建筑。

假如取年平均雷暴日天数Td为全国最高雷暴日数 (12h0.x8-) -, -继续用上述公式进行验算时, 其防雷等级则必须划为第一h类--防-避雷保护建筑。由此可见, 防雷等级计算的重要性。r0---

1.2 接闪器的设计防雷规范[1]特

装设在井塔的接闪器多采用网、带等屏蔽闪型器直。击因雷该保建护筑, 物如在井塔屋顶外沿和突出部位等易受雷击处设置明装避雷带, 组成小于等于20m×20m的人工避雷网;将屋面结构取钢rx筋=与1外92部避雷网焊接相连, 作为屏蔽和后备接闪器用用。一支高度为13m

避雷针则少用、慎用, 如果一定要用时也只用短针、多针保护, 以减少保护半径, 降低雷击概率。因此, 突出屋面的非金属物如航空障碍灯等, 通过安装短避雷针进网行, 保这护两, 处并接将短闪器针与屋面防雷装置连接成一体;突出屋面的金属架等金属物, 其保护是将其金属外壳与避雷带就近进行可靠的电气连接。

1.3 避雷针的选择和防雷保护区域的计算

虽然装设在井塔屋面四周的避雷带和避雷网可以保护建筑物, 但它们仍无法保护高出屋面5m的其它非金属物体, 故需装设一支或若干支短避雷针。

下面以一支避雷针选择为例, 用滚球法计算该避雷针的高度时, 避雷针长度h按下列公式选择计算:

式中:rx-避雷针在hx高度xx'的平面上的保护半径 (m) ;

hr-滚球半径径

hx-被保护物的高度 (m) ;

h-在避雷针的高度 (m)

r0-避雷针在地面上的保护半径 (m) ;

防雷规范[1]特别说明以大地为“地面”, 也可以是位于建筑物上的接地金属物或其它接闪器。因该建筑物屋面装设了与针地的导通高的度 (避m雷) ;网, 计算时则可将屋面做为参照“地面”。

取, 计算得出:h=107m或13m。故只须使用一支高度为13m的避雷针就能保护到高出屋面5m的所有非金属物体。

提升机井塔的屋顶又有突出房屋 (如图2) , 在屋顶B和19房2屋/2 A=1上3.均43装m设, h避r=雷60带m和, 避hx雷=5网m, , 这计两算处得接出闪:器h=在10断7m面上或的13m。故防雷保护范围, 则可按如下方法确定。

1) 以A、B为圆心, hr为半径作弧线相交于O点;

2) 以O为圆心、hr为半径作弧线AB, 弧线AB就是保护范围的上边线, 位于弧线AB下的物体均在保护范围内。

1.4 防侧击雷的设计

当建筑物高度超过其滚球半径hr时, 建筑物超出hr及以上部分应采取下列防侧击雷和等电位措施。高90m的井塔, 比其滚球半径60m要高, 故需做防侧击雷保护, 实践中采取以下措施防侧击雷:

1) 将建筑物内梁、柱、墙, 基础的主钢筋互相连接;

2) 将60m及以上部分, 墙上的栏杆, 金属门窗等比较大的金属物直接或者通过金属门窗埋铁与防雷引下接地装置相连;

3) 在建筑物标高60m的外墙上, 设置若干与引下线相连的接地端子板, 然后用扁钢相连组成防侧击雷的均压环。

1.5 引下线设计

为了安全起见, 同时设置了明引下线和暗引下线。专设的明引下线使用-40×4的镀锌扁钢, 数量不少于两根, 按间距小于20m沿建筑物四周设置;暗引下线则利用建筑物钢筋混凝土的2根不少于φ16的主钢筋 (最好靠近墙外侧的) , 数量按建筑物的跨度设置。

所有引下线从上至下焊接相连, 其上部与避雷带相连, 下部与接地体焊接相连。由于设置的引下线数量较多, 每根引下线通过的雷电流就小, 其感应范围就小, 对微电子设备影响就小, 有利于微电设备的保护和屏蔽。

1.6 内部防雷设计

井塔内部防雷采取的具体措施有:

1) 接地。由于已经将井塔内梁、柱、墙, 基础的主钢筋互相连接, 要保持防雷装置与各种金属物体和线路的安全距离几乎不可能, 此时只能将屋内各种金属物体及进出建筑物的各种金属管线, 进行严格的接地, 而且所有接地装置都必须共用, 并进行多处连接, 使防雷装置和邻近的金属物体电位相等或降低其间的电位差, 以防反击危险;

2) 过电压保护和屏蔽。在关键电气线路上均加装过电压保护器;电气线路采用钢管配线或采用铠装电缆及带有屏蔽层的电缆, 条件有限时将普通导线敷设在封闭的金属桥架内;

3) 井塔内的微电子设备和通信等线路的主干线尽量设在井塔中心部位, 从而远离雷电流泄流通道, 减小被感应电磁脉冲的干扰。

2 高层建筑的接地设计

2.1 土壤电阻率和接地电阻估算

1) 土壤电阻率是接地设计中最重要的关键数据, 一般以现场实测为准, 先测量出某区域的接地电阻, 再转化为土壤电阻率。接地电阻的测量方法可分为:

电压电流表法;比率计法;电桥法。土壤电阻率的计量单位有Ω.m, Ω.cm两种。外方提供给我们的提升机井塔周边土壤电阻率为37.6Ω.cm。这涉及单位转换, 37.6Ω.cm到底是37600Ω.m还是0.376Ω.m, 两者相差一万倍, 结果完全不同。当时我们想当然把37.6Ω.cm换算为37600Ω.m, 而且该区域为干旱地带, 断定应该属极高土壤电阻率区, 并考虑使用多种降低土壤电阻率的方法。后经过认真查阅相关资料后才证实, 37.6Ω.cm换算后应该是0.376Ω.m, 之所以电阻率很低是因为该区域含金属特别丰富的矿藏, 故接地设计相对变得容易;

2) 接地电阻估算。井塔的基础属箱形基础, 基础在地下-25m处, 基础的钢筋混凝土有2.5m厚, 钢筋非常密集, 设计采用基础作为自然接地体。接地电阻按下列简易公式式估算:

取S=19*2.5*4=190m2, p=0.376Ω.m, 计算得出:Rd=0.01Ω, 因此基础作为自然接地体的电阻很低, 已经可以满足各种接地需要。

另外, 因井塔基础施工需要使用很多钢筋混凝土护桩来围护, 将建筑物四周安装的护桩及锚杆环用镀锌扁钢连接构成了环形自然接地体, 可进一步降低接地电阻和跨步电压, 使接地系统变得更加安全可靠。

2.2 共用接地系统设计

独立的防雷保护接地电阻应≤10Ω, 独立的安全保护接地电阻应≤4Ω, 独立的交流工作接地电阻应≤4Ω, 独立的直流工作接地电阻应≤4Ω, 防静电接地电阻一般要求≤100Ω。

按照规范, 当工作接地要与建筑物的防雷接地系统分开时, 两个接地系统距离不宜小于20m, 否则会产生强烈的干扰。在实际工程中, 要将两个接地系统在电气上真正分开一般较难办到。因此, 井塔根据实际情况采用共用接地体来解决多系统接地的问题, 接地电阻要求≤4Ω。

利用井塔的基础和四周安装的护桩及锚杆环, 并用40mm×4mm镀锌扁钢将其连成一体, 作为统一接地体。统一接地体为接地电位基准点, 由此分别引出各种功能接地引线, 利用总等电位和辅助等电位的方式组成一个完整的统一接地系统。

具体做法是在配电室设置总等电位铜排, 该铜排一端通过构造柱上的接地端子板, 与统一接地体连接, 另一端通过不同的连接端子分别与交流工作接地系统中的中性线连接, 与需要做安全保护接地的各设备连接, 与防雷系统连接, 与需做直流接地的电子设备的绝缘铜芯接地线连接, 更详细的做法请参看国标图集。

3 结论

现代高层建筑物大量采用钢结构和钢筋混凝土结构, 这些建筑物的体积高大, 本身引雷能力强, 而且也具有较强的耐雷击能力, 设计者应把防雷各要素与建筑物的结构有机的结合起来, 利用结构钢筋构成协调的防雷结构, 以便更好的发挥出防雷电波侵入和防雷电电磁脉冲的功能。

同时, 高层建筑接地设计也非常重要, 接地保护方法措施到位, 不但是设备及人身安全的重要保证, 而且是整个供配电系统正常运转的重要条件。

摘要：本文以某提升机井塔的防雷和接地设计实践为例, 讨论了高层建筑防雷和接地设计的若干注意事项。

关键词：高层建筑,防雷等级,接地,土壤电阻率,共用接地系统

参考文献

[1]GB50057-94 (2000年版) .建筑物防雷设计规范.

[2]林维勇.基础接地及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 1988.

[3]曾永林.接地技术[M].北京:中国建筑工业出版社, 1979.

高层建筑的防雷设计 篇2

2现阶段我国建筑抗震设计存在的问题

2．1在建筑抗震设计科学的理论指导相对比较缺乏

现阶段尽管我国已经加大了对地质地震的研究，但是对造成地震的原因，地震的预测以及地震的防治方面的研究还不够深入，导致我国无法准确的预测地震并且做出科学的防范，因此在我国的建筑抗震设计上就缺乏相对科学的理论指导，导致建筑抗震设计出现不合理的现象［1］。

2．2没有立足于实际情况进行建筑抗震设计

现阶段在我国的建筑具体的抗震设计中，很多时候都是以固定的参数进行建筑抗震设计，而没有结合实际的情况，这种完全依靠计算来进行的抗震设计难免会存在一些误差，导致建筑抗震设计无法很好的发挥出抗震作用。例如，在我国现阶段的地震研究中，会对地震的降级系数进行统一规定成2.81，这样就会给很小的地震赋予固定的统计意义。然而在实际的情况中，相对比较小的地震更多的会运用于实际的结构设计中，而建筑结构中变形的检验以及横截面的具体承载能力是要根据实际的情况来进行设计的。在建筑设计中如果只是依靠统一的计算设计，没有深入的考虑到建筑结构的层次以及顺序，很难使建筑抗震结构发挥出重要的意义。

3建筑设计在建筑抗震设计中需要注意的重点问题

3．1建筑的平面设计

建筑的平面设计是建筑设计中一个很重点的设计部分，建筑平面设计的好坏会直接影响着建筑的整体功能，同时建筑的平面设计还和建筑抗震设计之间有着非常紧密的联系，要想在建筑抗震设计中充分的运用到建筑的平面设计，首先要充分的注意到建筑的结构质量均衡分布的问题，需要保证建筑结构的对称性，只有保证了建筑结构的对称性，才能有效的避免建筑出现一些扭转的现象。因此，在进行墙体设计工作时，一定要保持结构的均匀性和对称性，对抗震墙进行设计时需要与建筑抗震结构进行相互结合，对于一些刚度非常大的电梯和楼层都需要设置在建筑的中心位置，这样才可以有效的避免建筑结构出现扭曲的现象。总之，在进行建筑结构平面设计时需要充分考虑到结构抗侧力构建的重要性，使建筑的抗震设计与建筑结构的使用功能紧密联合，从而设计出既安全同时又可以满足人们需求的建筑结构［2］。

3．2建筑的纵向结构设计

建筑的纵向结构设计主要是指对建筑的结构质量，建筑的刚度以及建筑物沿的高度设计。在建筑进行纵向设计时，需要尽可能的让建筑的刚度同建筑物沿设计形成相对比较靠近的系数，同时剪力墙结构一定要布局均匀，确保剪力墙结构可以沿建筑纵向一直延续到建筑底部，中间不可以形成中断，或者剪力墙无法连接到建筑底部。另外，在纵向结构的设计中，还需要极力避免在建筑楼层设计中，各个楼层出现刚度不均匀的情况，从而有效的避免建筑扭转情况的发生［3］。

3．3建筑的整体设计

建筑的整体设计主要是指建筑的立体空间以及建筑的`平面的设计，在进行建筑整体设计时，需要保持建筑的空间和建筑的平面在整体形状是具有简洁性和规则性。建筑设计的平面形状一般可以选用方形，矩形或者圆形设计，因为像方形，矩形以及圆形这种形状设计可以有效的提高建筑结构的抗震性［4］。另外，在进行建筑的整体设计时，还需要避免出现凹凸形状的设计，因为这种形状会限制建筑的抗震性设计，同时还会使建筑很容易出现扭曲的现象，因此在进行建筑设计时需要充分考虑到，将建筑的抗震设计与建筑的艺术设计以及建筑所需具备的功能有效的结合，从而设计出优秀的建筑。例如，南昌的绿地紫峰大厦高为268米，该大厦是核心筒结构框架，对该大厦进行抗震设计时，建筑东西里面有内凹设计，它的内凹部分的荷载是由结构柱支撑在跨悬臂转换墙上。该建筑进行抗震设计时就充分的考虑到建筑的功能需求，同时进行该建筑的设计时还进行了反谱计算［5］。

3．4屋顶建筑的抗震设计需要注意的问题

在进行超高层或者是高层建筑的设计时，整个建筑设计中一个非常重要的环节就是屋顶建筑的抗震设计。就目前建筑抗震设计情况来看，很多的建筑设设计在屋顶设计上海存在着一些缺陷，例如，建筑设计的屋顶设计相对比较重或者屋顶设计过高，不论是屋顶设计较重还是屋顶设计过高都会使屋顶建筑很容易形成变形，使建筑的抗震性能减弱，尤其对屋顶下的建筑造成巨大的损害。再比如，有些建筑的屋顶之下的中心和屋顶建筑的中心完全不在同一条直线上，这就会导致受力不均，一旦发生地震，就会使建筑发生非常剧烈的扭转现象，抗震效果非常不明显。因此，在进行建筑的屋顶设计时，需要严格的控制建筑屋顶的高度，一定不能过高。还需要选用强度较高，刚度均匀并且质地较轻的材料，同时要保持屋顶之下的建筑同屋顶的重心形成同一条直线，从而有效提高建筑的抗震性。

4结语

综上所述，现阶段伴随着国家的不断发展，建筑行业也在不断的发展，在建筑行业发展的过程中一定要充分的意识到建筑抗震设计的重要性，在建筑抗震设计中有效的融入建筑设计的一些理念，从而有效的提高建筑的抗震性，从而促进建筑行业的可持续发展。

参考文献

［1］盖希君．浅析建筑设计在建筑抗震设计中的作用［J］．科技创新与应用，(13):196．

［2］代应君．试论建筑设计在建筑抗震设计中的作用［J］．门窗，2013(08):203，206．

［3］程新波．建筑设计在建筑抗震设计中的重要作用［J］．中国高新技术企业，(21):33－34．

［4］朱会海．建筑设计在建筑抗震设计中的作用［J］．居业，(01):30，32．

高层建筑的防雷设计 篇3

【关键词】高层建筑；综合防雷；配电系统；工程设计

前言：近年来，我国的建筑物发展的越来越快，由于高层建筑容易产生更强烈的上行先导，将雷电引向本身，所以高层建筑比多层建筑易受雷击，再加上信息化电气设备的使用，对高层建筑配电系统安全可靠及雷电防护都增加了难度，由此可见，高层建筑配电系统与综合防雷工程设计的研究具有很重要的现实意义。

一、高层配电系统安全可靠性设计

当前，在低压配电系统中，进行保护接零和过流保护装置设置时，未能按照要求进行，导致无法有效的防止漏电，而在传统低压供电系统中，更多的是保护过载和短路，以便于保证用电设备及供电线路的正常运行，然而在这样的保护中，人身的安全并未受到真正的保护，而且消防安全级别也比较低。因此，在进行配电系统的可靠性设计时，首先考虑的因素就是人身安全。第一，应选择正确漏电保护器。第二，实施等电位联结，在高层建筑中，设置着很多金属管道，对这些管道要实行等电位联结，这样才能保证建筑中的电位呈现出均衡状态，避免低压触电事故的发生。同时，在发生单相接地故障时，等电位聯结并不能防止电击危害，还需要设置自动切断故障电源的保护装置。当电源采用TN系统时，从建筑物总配电箱起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路宜采用TN-S系统。

二、综合防雷工程的设计

1.接闪器

在高层建筑的屋面一般采用φ12mm或-4×25mm镀锌钢材沿屋面檐口外表面敷设接闪带，同时将高层建筑物上部（二类上部占高度20%并超过45m，三类上部占高度20%并超过60m）各表面上的尖物、墙角、边缘、设备以及显著突出物，应装设接闪装置保护，并在该部位布置接闪器，同时还可利用该部位金属框架作为接闪器，另根据建筑物防雷等级和屋面大小敷设相应尺寸的接闪网格。屋面露天金属物均应与接闪装置连接。若采用金属屋面做接闪器，应考虑到金属屋面遭雷击所产生的金属熔化物是否对下面的人员造成伤害，及是否会造成火灾。

2.引下线

传统引下线均采用钢筋混疑土内主筋或钢结构，并按照防雷类别要求的间距沿外墙均匀、对称敷设，不宜在建筑物中间敷设。同时高层建筑由于引下线长，雷电流的电感应压降很大，需按建筑物防雷类别在规定高度和间距设置均压环，将各条引下线在不同高度处平衡电感应压降。另引下线的数量多少直接影响雷电流分流效果，减小对微电子设备的影响，同时也利于屏蔽效果。

3.接地

高层建筑物地防雷，最终是将雷电“泄放”到大地中，因此，设计中必须要十分重视接地设计。一般来说，接地设计主要包括三个部分，一是建筑物接地，二是配电系统及强电设备接地，三是计算机等弱电系统的接地，在进行三个部分的设计时，一定要保证接地配置的合理性，只有这样才能有效的发挥防雷的作用。

4.地网

接地装置优先利用建筑物基础地梁内的主筋作为接地体。同时把建筑物内的工作接地，保护接地和防雷接地等连接在一起，形成共同接地体，接地电阻应小于1欧姆。当有些电子信息系统或配电系统需要单独一个地网，设计时应考虑发生反击的问题，故两个地网应保持足够的间距，一般间距应在3米以上。对接地电阻要求较高，且又在土壤电阻高的地区。可采用加装接地体、换土、降阻剂等方式。在强弱电井内应从基础总等电位各引一条-4×40mm扁铁至各楼层电井内，以作接地干线。

5.均压

雷击发生之后，暂态电流会有固定的路径，经过路径时，暂态电位会相应的升高，这时，路径与周围的金属物体之间所具备的暂态电位就不再相同，当二者之间差增大到绝缘耐受强度无法承受时，就会产生击穿放电，从而导致电子设备受到损坏，同时，电磁脉冲产生，电子设备无法再正常的运行。为了避免这个问题的发生，需要在设计中，将建筑物内各金属构件、管道、电气及信号装置等进行等电位联结，从而避免暂态电位差的产生。

6.屏蔽

提高高层建筑的自然屏蔽能力，充分利用建筑物的钢筋混凝土形成笼式避雷网，通过引下线数量的增加加速雷电流的分流，降低磁场的集中程度，同时要注重外露的金属门窗与均压环的相互连接，提高建筑物的自然屏蔽能力。最后，利用钢柱或者立柱内的钢筋作为防雷引下线，同时将建筑物中的钢筋、金属框架等进行连接，形成闭合良好的法拉第拢。线路屏蔽主要采用穿金属管或金属线槽布线。穿线的金属管和线槽应与各楼层的等电位连接板和接地母线联结，强肉电井内的金属管和线槽应与接地干线联结。

7.等电位连接

等电位是防止建筑物内产生反击电压和接触电压的重要措施，具体做法是通过导线将处在需要防雷空间内的防雷装置、金属构架、金属装置、外来金属管道、电气及信号装置等连接起来，使其各部位电位差近似为零，这样既可以保证建筑物内不会发生反击和危及人生安全的接触电压，又能起到防雷电电磁脉冲干扰作用。

8.防雷电波侵入

雷电波侵入主要是通过电源线路、金属管道引入的，雷电波侵入的防护措施主要包括：将进出建筑物的所有金属管道在进出处与建筑物接地网等电位联结。其次，做好建筑内电气、电子设备的防雷防护措施。本文主要讨论电源系统的防雷保护措施，当采用Yyn0型或Dyn11型接线的配电变压器在大楼内，应在变压器高压侧装设避雷器。通过对变压器的保护，一方面能够提高建筑物内电子设备供电的可靠性，另一方面能够防止雷电过电压波通过变压器传播到建筑物内的电源系统。在低压侧，总配电柜处安装第一级电源避雷器。各楼层供配电箱内安装第二级电源避雷器，信息机房等重要设备的电源配电箱内安装第三级电源避雷器。

结论

综上所述，高层建筑以其易受雷击，智能化系统错综复杂，内部空间电磁环境要求严格，在设计施工中应综合考虑配电系统和综合防雷工程合理有效，防止和减少相应事故的发生，真正提高配电系统及综合防雷工程可靠性和安全性，使人们的生命财产得到良好的保证。

参考文献

[1]林维勇等.《建筑物防雷设计规范》2010版，中国计划出版社.2011

[2]万士忠.高层建筑配电系统的设计与施工[J].门窗，2014，（03）：215.

[3]唐永兴.高层建筑配电系统的安全可靠性研究[J].科技创新与应用，2012，（17）：213.

高层建筑电气设计中的防雷技术 篇4

1 高层建筑的特点及对防雷的要求

高层建筑具有很多特点, 其中典型的有以下几点:

首先, 功能齐全。现代高层建筑不仅仅具有居住的功能, 还具有娱乐、办公等功能;其次, 配套设备齐全, 因为高层建筑的功能比较多, 因此需要的配套设备也非常多, 比如制冷机房、消防水泵房等;再次, 人员十分密集, 因为高层建筑集多功能于一身, 因此是人口聚集地, 人口流动性以及密集程度都很高;第四, 装修标准要高于普通建筑, 整体工程造价也比较高;第五, 高层建筑中有很多贵重的物品, 尤其是高层写字楼建筑, 办公设备都比较贵重, 因此必须加强安保, 以此保证物品不被盗。

正是由于高层建筑自身具有上述独特的特点, 因此设计人员在电气设计中应用防雷技术时, 应该满足如下要求:首先, 必须保证建筑物在雷雨天气中也能够安然无恙。因为高层建筑建设花费的成本比较高, 人员又十分集中, 如果建筑物发生任何安全事故, 将会危及到人员的安全, 因此设计人员在设置防雷装置时, 安全、可靠是第一满足要素, 这样当建筑遭受雷击时, 也不会造成严重损失。其次, 简单、方便施工。高层建筑几乎都是应用钢筋混凝土结构, 或者直接是钢结构, 设计人员完全可以将建筑物自身存在的金属物看作是防雷装置的某一部位, 这样节约成本的同时, 也能够兼顾安全可靠, 同时由于防雷装置结构得以简化, 便于施工人员进行施工。

2 高层建筑电气设计中防雷技术

2.1 防直击雷

防直击雷是高层建筑主要的防雷措施, 主要用接闪器、引下线和接地装置组成。

2.1.1 接闪器。

接闪器通常利用不小于Φ10镀锌圆钢沿建筑物屋面周边明装敷设接闪带, 形成不大于10m*10m或12m*8m接闪网, 并在建筑物阳角设置、最高位置设置接闪杆, 达到引雷目的, 避免雷击中建筑物其他部分, 保护建筑物安全。

2.1.2 引下线。引下线利用混凝土柱内二根不小于Φ10钢筋可靠连接或建筑钢柱 (钢结构建筑) 作为引下线, 间距不大于18m。

2.1.3 接地装置。

接地装置为利用基础底梁及基础底板轴线上的梁及基础底板轴线上的上下两层主筋中的两根通长焊接做接地网。

接闪器接闪雷电流后, 通过接闪网分流至各引下线, 引下线迅速将电流引至接地装置, 泄放电流至大地, 完成整个防雷泄流过程, 避免建筑物遭受雷直击。

2.2 防侧击雷

防击雷在高层建筑中是常见的一种常见防雷措施, 通常把建筑物外墙金属门窗、空调外机、金属构架等金属物可靠连接起来形成均压环, 并与引下线组成立体网状结构, 侧击雷击中建筑外表面时, 雷电流通过建筑外外表面网状防雷装置, 引流至地下, 阻止雷电从侧面进入直接建筑物内部, 避免遭受雷击;同时由于这种结构形成法拉第笼结构, 起了屏蔽作用, 使建筑物内部设备避免差生感应雷电流, 保护设备安全。

2.3 等电位联结

等电位联结是建筑物辅助的一种防雷措施。金属导体等电位联结后, 各金属体电位相对平衡, 人体接触金属物, 避免遭受电击;尤其淋浴卫生间, 人体在淋浴时, 电阻下降得很快, 如果存在电位差, 人体容易遭受电击。在建筑物中, 变配电房、消防监控机房、弱电机房、电井、淋浴间设置等电位联结。

2.4 防过电压

建筑引入线路、金属管道等容易将室外的感应雷电流直接引入室内, 造成设备产生比额定电压高的短暂过压状态, 如果超过设备耐压值, 设备将会被击穿, 造成设备损坏。为了避免这种情况发生, 一般在线路进线位置设避雷器或浪涌保护器 (SPD) , 在高阻旁路下, 阻隔高电压进入设备内部, 损坏设备。

2.5 综合防雷系统

现代建筑和供电、电视、电话、网络、消防等电气的管线息息相关, 在进行防雷设计时必须把这些因素考虑在内。为了保证建筑物在各种雷击情况下安全运行, 我们应设计综合防雷系统。综合防雷系统包括:防雷与接地系统, 等电位联结, 设备过电压保护, 雷电预警系统。首先, 建筑物必须设置有效的防雷及接地系统, 有良好的导通及疏散雷电流能力, 接地电阻必须满足不大于1欧姆, 以实现雷电流迅速泄放;其次, 建筑物内需等电位联结, 尽量避免雷电反击, 保证人身安全;最后, 要防止由于雷电流引起的过电压, 保证设备安全运行, 通常我们需加装避雷器, 在高阻状态下, 暂时与室外线路隔离, 保护设备全。在建筑物对防雷设施要求比较高, 我们可以设置防雷预警系统。防雷预警系统大大提高防雷雷击的预测能力, 从而保证人员及某些设备提早撤离雷电区, 保证人员及设备安全。因此, 在建筑物中, 综合防雷系统相当重要, 环环紧扣, 每一个环节都需按规范要求设计和安装, 使建筑物更可靠运行。

结束语

综上所述, 可知对于高层建筑来说, 防雷技术在电气设计中有效应用是一个难度比较大的问题, 因为雷击对建筑物所造成的影响, 并不是某一防雷技术的应用即可完全消除, 因此电气设计人员必须对产生雷击的可能性进行评估, 要完全掌握雷击产生的要素, 再结合当地区域气候情况, 综合设计防雷系统, 这样才能产生比较好的效果。

参考文献

[1]张弘.浅谈建筑电气设计的节能措施[J].科技创新导报, 2011 (12) .

[2]张瑞娟.现代建筑电气设计中防雷的新重点分析[J].商品与质量, 2011 (S4) .

[3]穆景光.也谈民用建筑电气消防设计[J].智能建筑电气技术, 2011 (4) .

[4]孙源.高层建筑电气设计中防雷技术[J].江西建材, 2011 (4) .

高层建筑的结构优化设计研究 篇5

林知泉

（北京中华建规划设计研究院有限公司福州公司)摘 要：

高层建筑项 目投资大，建设周期长，对其进行优化设计能够有效的减少投资金，但是，由于设计变量、约束条件、计 算量过于庞大的原因，高层建筑的结构优化设计并未有效的展开。分析了高层建筑结构和工程优化设计理论的发展趋势，研究了高层建筑结构优化设计中存在的问题，并探讨了利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计的可行性。关键词 ：高层建筑；结构设计 ；优化设计

高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的 需要而发展起来的，是城市和工商业发展的结果，而 建筑技术的进步，轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的应用，又为高层建筑的发 展提供了物质和技术基础。

（一）高层建筑结构的发展趋势

第一，钢筋混凝土材料重新得到重视。20世纪 9O年代以来，美国、日本等原来从高层钢结构起步 的国家开始大力发展钢筋混凝土结构。与钢结构相 比，钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高温、耐火、维护方便等优点。

此外，即使是在美、日等钢铁工业发达的国家，钢筋 混凝土造价还是低于钢结构。特别是 20～40层区 间的住宅，多采用钢筋混凝土框架或框架一剪力墙 结构。我国的高层建筑中，绝大部分为钢筋混凝土 现浇结构，只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强 混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成 熟，而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材 料技术的不断发展，也为钢筋混凝土材料的重新崛 起提供了条件。

第二，组合结构的高层建筑发展迅速。采用组 合结构可建造比混凝土结构更高的建筑，不但具有 优异的静、动力工作性能，而且能大量节约钢材、降 低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下，可 以取代钢筋混凝土结构和钢结构，科技含量也较高，对环境污染也较少，已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中，并以迅猛的势头进入了桥梁

工程和高层与超高层建筑中。在强震国家 日本，组 合结构高层建筑发展迅速，钢筋混凝土组合柱应用 广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态，能提高承载力，从而可节约钢材。而香港的中国银行采 用巨形组合柱的建筑设计方法，获得了十分可观的 经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工 技术上的改进，组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。

第三，新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。筒体结构出现于 2O世纪 6O 年代，它的问世对高层建筑的发展有重要影响。根 据筒体的不同组成方式，分为框筒体系、筒中筒体系 和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是 它的空间受力性能。无论哪一种筒体，在水平力作 用下都可以看成固定于基础上的箱形

悬臂构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并 具有很好的抗扭刚度。因此，该种体系广泛应用于 多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而 2O世纪 8O年代发展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架)、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广 泛 的应用。

第四，智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生，在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各 自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合，以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷 高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统：设备管理 自动化系统、通讯网络系统、办公 自动化系统，并以此应用现代 4C技术构成智能建筑结构与系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。

（二）工程优化设计理论的发展

第一，工程设计软科学的发展。实际上，人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素；软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的，不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析，具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应的一种手段，是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中，更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作，这些工作具有软科学的特点。所以，工程设计应该是硬科学和软科学的结合，这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期，有许多重大的问题需要进行科学的决策，包括工程项目的可行性论证、工程项 目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作，其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。

第二，工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项 目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后，就需要考虑工程建设的总体布局及规划，这也是一个重大的决策，直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项 目的功能时，可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。价值工程是一门软科学，依靠集体智慧有组织地研究系统的功能，揭示系统中的必要功能与总成本间的最佳匹配。价值工程的基本观点是对产品及其各个组成部分进行功能分析，在很多情况下，这样做都是很有好处的，因为人类制造任何产品，实际上是为了使用该产品的功能，例如，兴建电视塔、水塔等高耸构筑物是为了求得一个工作高度，兴建房屋是为了提供一个工作、生活和娱乐的空间，兴建桥梁是为了求得一个跨越的媒介，兴建雕塑是为了美学享受或某种纪念。在进行工程项目的总体规划时，从功能出发，可以开拓视野，减少习惯的束缚。

第三，工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化，只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时，各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化，才能真正收到优化的效果。近些年，在解决抗灾结构优化设计方法的实用化问题上，研究者以设防烈度，d作为优化参数，并且比较容易和切实地将结构造价 c(，d)和损

失期望(，d)表为结构设计方案(，d)的函数，原因在于

现行规范将抗灾结构的失效简化为单失效模式，并地震烈度度量结构抗力和地震的作用，这就使结 的优化得到了极大的简化。此外，现行规范得 以 理地提出了三级失效准则。结合这两个举措，就 成了国内外所共识的“小震不坏，中震可修，大震 倒”的设计原则。

第四，工程项 目全寿命优化的发展。以往的优 设计理论针对的都是具体的结构，而在工程实际中，一般都是整个工程大系统的优化设计问题，其由 多子系统或者结构组成，具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点，故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道，需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素，在各个阶段的优化中都应该以工程项 目的全局作为优化对象，而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。这是一个从工程项目可行性开始，直至工程设施报废全过程的优化体系，优化 目标不仅包括近期的投资和效益，还包括长远的经济和社会效益，后者包括服役期间使用单位企事业运营的直接经济效益的期望值和遇到灾害时工程失效带来的损失的期望值。

（三）高层建筑结构优化设计中存在的问题

目前，结构优化的应用远远落后于理论进展，特别是高层建筑土木建筑结构的优化设计应用还不普遍。其主要原因有 ：

第一，只重视结构尺寸的优化，即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明，形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果，因此，也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为，结构设计只要结构方案和布置合理，上部结构又有 比较成熟的计算机软件进行分析计算，构件截面只要通过计算结果满足规范即可，认为上部结构相对下部结构，即地基基础部分，特别是软土地基的意义不大，因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。

第二，优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂，存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点，多种因素 甚至不确定性因素使得 目标函数在建立后只能得到 相对最优解。而且，目前尚没有实用的高层建筑优 化分析软件，而应用现有的各种计算机分析软件进 行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果 的，因此，无论是机时，还是设计进度，都较难允许实 施这种优化方法。很多高层建筑设计项目，结构方案和布置还是比较合理的，其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸，但是计算分析后还存在某些薄弱环节，为了改善这种受力状况，增大构件截面却未能得到明显改善，反而增加了材料耗量。第三，离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的，因此，传统的优化方法，如各种梯度算法、对偶算法等解析算法

均无法胜任。而且，由于问题的规模较大，随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。

（四）高层建筑结构优化设计的方法

对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法，首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量，这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量

有关的约束条件，在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量，材料耗量决定于构件的截面尺寸大小，截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此，目标函数很难用明确的数学解析式来表达，不能用数学上求极小值的方法，也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决，即给目标函数中变量以已知值，经过试算使其满足一定的约束条件，求得其目标值，并找出使 目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向，以达到目标函数的最优值。因此，可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的，是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力，此时材料的强度得到充分利用，构件截面面积将是最小，故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下，按照满应力准则的要求，修改构件的截面尺寸，使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束，则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。

利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤：首先，要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸，并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库；其次，要对结构构件进行力学分析，算出各工况下结构的位移力，并对结构构件进行承载力计算；再次，要根据计算结果，对构件截面尺寸进行调整，在满足位移条件的前提下，尽量充分发挥构件材料的性能，即按规范计算使其接近满应力状态，但截面选择应在指定的数据库中进行，并统计截面需修改的个数；然后，根据修改截面的数量、性质，由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算，即返回到第二步计算，如此循环反复，直到满足要求为止；最后，输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。按以上步骤，可编制完整的高层建筑结构优化分析软件，但在软件研制中，如何尽量减少内存、加快运算速度，需做大量工作，才能使之达到较为实用的程度。当前，在无成熟的优化分析软件的情况下，应用现有的 高层建筑结构分析软件，采用人工分析调整构件的截面尺寸，进行反复运算，也可达到优化效果，但费工费时，较难满足设计进度要求，而且对设计人员的素质要求较高，需要有较高的分析判别能力，当结构布置较复杂时，不仅工作量大，而且有时甚至无法将优化工作进行下去，因此，人工方法只是 目前一个暂时性 的过渡办法。

参 考 文 献：

[1] 沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006．

[2]周坚．高层建筑结构力学 [M]．北京：机械工业出版社。2006．

[3]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．

[4]吕西林．超限高层建筑工程抗震设计指南[M]．上海：同济大 学出版社，2005．

[5] 姜忻良．高层建筑结构与抗震[M]．北京：中央广播电视大学 出版社。2004．

[6] 彭 伟．高层建筑结构设计原理[M]．成都 ：西南交通大学出 版社，2004．

[7]王全凤．高层建筑结构优化、动力和稳定的实用计算[M]．

建筑设计中的节能建筑设计 篇6

摘要：我国的建筑节能有着巨大的发展潜力，只有不断对建筑节能设计方法进行探讨和分析，通过总结在设计中应从规划、设计、构造、园林绿化等方面充分合理地利用当地的自然资源，以达到寻求人与建筑、环境与经济之间的最佳结合，从而提高建筑的整体节能环保效益。本文从建筑设计节能的定义出发，介绍了建筑设计节能的基本原则，提出了建筑设计节能的主要措施。

关键词：建筑节能；建筑设计；节能措施

随着我国经济快速增长，各项建设在取得巨大成就的同时，能源的短缺已经不断凸显出来。节约能源与环境保护成为一个世界性的问题。在建筑住领域中从可持续发展的战略出发，使建筑尽可能少地消耗不可再生资源，降低对外界环境的污染及破坏，并为使用者提供健康、舒适与自然和谐的工作及生活空间就成为设计节能建筑的目标。

一、建筑设计节能的定义

建筑设计的节能就是通过合理的利用资源，做到与自然的和谐利用，在原有自然地理条件的前提下，通过合理的规划，采用新的节能技术，新的节能材料，新的节能规划理念，达到节省电力、燃气、水力类消耗性资源，将环境中的能量与建筑物进行良好的结合所实现的节能措施。

二、建筑设计节能的基本原则

1.规划中的节能。从建筑群的整个初始规划当中，合理的利用自然光的能量，能达到在冬天取暖季能量减耗的目的。将空气自然流通的风作为夏季的降温来源，控制在一定的风速，使整个建筑群的空调、风扇等常用的降温类电器类的电能消耗有明显的降低。对于建筑的间距、户型、采光朝向，降低不必要的能量需求，如冬天的寒风导致的热量损失，夏季阳光过强由需要额外支出的降温电能损耗。

2.建筑物本身的节能。对建筑物的外形，内部构造，房间的尺寸和窗户的朝向进行科学合理的设计，降低房间与外部环境的能量交换，降低损耗系数，从而在采暖和降温两个主要的能耗点上实现节能的目的。

三、建筑设计节能的主要措施

1.墙体和门窗的节能措施。一直以来，出于实際的情况和历史的习惯，建筑的外墙体都是采用实心砖作为主要的建筑材料。不但消耗了大量的烧砖能源，而且由于其材料基础性能无法实现保温的功能。而空心砖不能节约烧制过程的煤炭损耗，还可以凭借其中间容纳空气等特性。在保证整个建筑的承载要求的前提下，尤其是我国南部地区，楼层在六层以下的建筑，可以大量采用。对于处于低纬度热带地区的建筑，在表面的漆颜色上可以根据实际情况选择浅颜色的涂料，以减少太阳的直射，能够有效地降低太阳热量带来的房间温度过快的升高。门窗，尤其是其中的玻璃组件是房间内部与外部能量交换重要的通道。按照有关研究机构和实践应用统计，单层的窗户通道损耗占到了整个房间夏冬两季损耗的一半左右。因此，要将窗户作为节能的重点进行设计加以分析研究。首先，要合理的设计门窗的朝向，尤其是大户型的门窗。根据玻璃的特性，控制玻璃的使用量和面积，推广双层玻璃的使用。由于这种双层玻璃中间是真空的，可以有效的抵御太阳的直射和屋内热量的向外传导。窗户不但可以在冬日将太阳的能量进入室内，还可以利用玻璃本身的特性，形成温室效应，有效地保存能量。对于热带地区的建筑，在窗户的玻璃选择上，要选择低透射率的玻璃体材料，而对于高海拔的寒冷地区，如青海、西藏地区，则可以在建筑物的中部开设专门的大面积天窗，这样就可以明显的减少由于取暖而对煤炭类能源的消耗。按照实际的情况看，单单通过大面积天窗就能让室温长时间保持在 15 度左右。而在窗户的细节处理上，可以加设百叶窗，通过百叶窗的缝隙控制，能够简便有效地控制阳光的入射量，成为名符其实的绿色空调。而在需要供暖的季节，窗户也是室内温度散热的主要途径。因为在窗户的外框使用上，最好使用导热系数低的木质框架，如果因为需要保证结构强度，那么可以使得现在已经得到很好应用的塑钢框架窗。这种高分子材料制成的窗户，不易变形，而导热系数低，既能避免室内温度的过度传出，也能在夏季减少太阳光与外部空气热量向屋内的传导。

2.建筑群的整体节能规划设计。现在的民用建筑进宅都相对较短，这种设计在夏季容易受到太阳的直射，容易积聚热而且保持热量长时间不散失，这在炎热的南方是极为不利的。对于这类建筑群，可以增加建筑的进深，可以有效地享受太阳光的进射量。而进深又可以减少建筑物对于土地的使用量，也是种变相的能源节约。在这个方面，我国的传统建筑做得非常出色，现代的设计师应该向传统的设计学习。朝向可以让建筑有更好的阳光射入，保证整个内部良好的通风。通常建筑都是朝向东或者朝向南，以满足风水学说的保证向阳性。根据对于人一生所处地点的统计数字表明，人一生的半数时间是在建筑里面活动。在民用住宅类建筑设计时，分清功能区的朝向、面积和结构的规划。将静区与动区进行合理的分配，做出一个参考比例的数字统计。对夏热冬暖地区，居住建筑平面布置，必须保证使整个建筑内各个房间不同方位的房间在所有的时间段内都能够有流畅的气流通过。其中用于人居住的卧室、起居室应为进风房间。而产生油烟和不良气体的厨房和卫生间应为排风房间，将不利的气体及时排出屋内，形成有利于夏季凉爽的穿堂风。这种采用生态设计手段创造环境微气候的思想，是节能设计的重要手段。

3.建筑表面的节能措施。在阳光的照射面积值上，房顶的受照射面积是其他位置的二倍以上。现有的屋顶女儿墙只能起到抵挡大风的作用，其结果是空气的流通性能过低，形成了一个密闭的空气层。由于空气上下对流的影响，导致在太阳直射的夏季，建筑内的温度会出现大幅度升高的情况，致使这类建筑内的降温能力居高不下。对于此类建筑，可以从屋顶的节能材料使用入手。现在使用效果好的，如珍珠板，聚苯板，加气水泥块等。为了进一步提高节能的效果，在屋顶的隔水层下设有低含水率的材料，避免隔热层因为雨水膨胀而出现隔热效果降低的情况发生。对于高层大面积的建筑屋顶，还可以建设绿化层进一步提高隔热效果。夏热冬暖地区加强室内通风与提高窗的气密性是辩证统一的关系。在炎热季节使用空调的建筑.如果窗的气密性不佳.将会造成能量大量流失。窗扇与玻璃之间应采用橡塑弹性压条。扇与框之间采用浓密的有弹性的尼龙毛条或弹性密封条。

4.建筑本身的能量产生。新风负荷一般占建筑物总负荷的 30%～40%。变新风量所需的供冷量比固定的最小新风量所需的供冷量少 20%左右。新风量如果能够从最小新风量到全新风变化，在春秋季可节约近 60%的能耗。通过全热式换热器将空调房间排风与新风进行热、湿交换，利用空调房间排风的降温除湿，可实现空调系统的余热回收。地板辐射、天花板辐射、垂直板辐射是辐射型采暖的主要方式。可避免吹风感，同时可使用高温冷源和低温热源，大大提高热泵的效率。在有低温废热、地下水等低品味可再生冷热源的情况下，这种末端方式可直接使用这些冷热源，省去常规冷热源。热电联产基础上增加制冷设备，形成热电冷联产系统。制冷设备主要是吸收式制冷机，其制冷所用热量由热电联产系统供热量提供。与直接使用天然气锅炉供热、天然气制准予机制冷、发电厂供电相比，上述方式一次能源消耗可降低10%～30%，同时还减少了建筑内部输电过程的线路损耗。

我国是个资源消耗的大国，需要做好节能减排工作。建筑企业作为我国行业中的重要一极，每年兴建大量的商用和民用建筑。如果在这些建筑当中，使用大量的节能技术，那么每年节约下来的各种能源是十分可观的。因此，我们需要在建筑设计中竖立“节能”的观念，设计出大量高品质的节能型建筑物。

参考文献：

[1]郭玉峰.新时代建筑设计节能浅析[J].中国城市经济，2011，（02）。

[2]富松.建筑设计中的节能建筑设计的思考[J].门窗，2013，（07）。

[3]黎艳红.浅析房屋建筑设计节能技术[J].城市建设理论研究，2011，（01）。

高层建筑的防雷设计 篇7

1 防雷设计要点

工程上防雷常用构造见图1和图2。

(1) 防直击雷: (1) 接闪器采用避雷针、避雷带 (网) , 或两者混合的方式, 还宜利用建筑物的金属屋面作为接闪器, 但应符合规范要求。 (2) 引下线应优先利用建筑物钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋, 还宜利用建筑物的消防梯、钢柱、金属烟囱等作为引下线。 (3) 接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时, 应将地梁内钢筋连成环形接地装置;没有钢筋混凝土地梁时, 可在建筑物周边无钢筋的闭合条形混凝土基础内, 用-40×4镀锌扁钢直接敷设在槽坑外沿, 形成环形接地。当将变压器和柴油发电机的中性点工作接地、电气保护接地和弱电系统工作接地等共用接地装置时, 接地电阻值应不大于1Ω。

(2) 防侧击雷: (1) 钢构架和钢筋混凝土的钢筋应互相连接。 (2) 应利用钢柱或钢筋混凝土柱内钢筋作为防雷装置引下线。 (3) 应将30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置相连。 (4) 竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端应与防雷装置连接。 (5) 没有组合柱和圈梁的建筑物, 应每隔3层在外墙内敷设一圈Φ12的镀锌圆钢做均压环, 有组合柱和圈梁时, 利用圈梁的钢筋做均压环。将建筑物的各种竖向金属管道每隔3层与均压环连接1次。均压环应与防雷装置引下线连接。

(3) 防雷电感应和雷电波侵入: (1) 建筑物内的设备外壳、管道、构架等主要金属物, 应就近接到防雷接地装置或电气设备的保护接地装置上。 (2) 平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮的长金属物, 其净距小于100mm时应采用金属线跨接, 跨接点的间距不应大于30m;交叉净距小于100mm时, 其交叉处亦应跨接。

(4) 防雷电波入侵: (1) 低压线路宜全线采用电缆直接埋地引入, 在入户端将电缆金属外皮或保护钢管接到防雷接地装置上;若为架空线应换接50m电缆进户, 线缆换接处应装设避雷器, 若采用架空线引入时, 引入处应装设避雷器。 (2) 架空和埋地的金属管道, 应在进出建筑物处与防雷接地装置相连。

2 工程实例分析

2.1 设计及构造要点

某住宅小区, 总建筑面积10万m2, 最高层数15层, 最高建筑高度48m。本工程防雷与接地系统主要包括:利用基础底板做接地极, 室外地面-1m敷设-40×4的环形均压带, 利用结构钢筋做避雷引下线, 屋面敷设Φ12镀锌圆钢和-25×4镀锌扁钢作为避雷带。接地系统要求总接地电阻小于1Ω。屋面采用小于20m×20m或25m×16m的避雷网保护, 将建筑物外圈的金属栏杆和金属门窗等较大的金属物体与防雷装置连接。整个防雷接地系统形成一个法拉第笼, 能有效防止雷电与户外无线电波等对建筑和建筑内设备的影响和干扰。采取防雷电波侵入措施, 凡进入建筑物的各种线路及管道, 包括水管、强电线路穿管、弱电线路穿管等, 尽可能全线埋地引入, 并在入户处将电缆金属外皮、钢管、金属管道等与总等电位接地端子联结。整个电源采用TN-S系统供电, 屋顶所有不带电的设备外壳均用2根以上连接线 (Φ12镀锌圆钢) 与屋顶避雷装置连接, 电梯轨道等从建筑物底一直到顶的金属物体除底端应与总等电位接地端子联结, 机房内电机机座等金属不带电部分均应接地, 连接线采用Φ12镀锌圆钢暗敷。敷设的长金属管道、长构架、电缆金属外皮净距小于100mm时, 按规范要求进行跨接。

在该楼防雷设计方案中, 选用通流量大、抗风强度强、安装方便、经济适用等优点的LGZ3040-1A/C型组合形避雷针辅助避雷带 (网) 保护。

该小区中心机房的防雷设计, 根据GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范规定按C级设置防雷装置, 与大楼基础共用接地。同时采取防感应雷及防雷电波侵入措施, 以及防雷电干扰的屏蔽措施。设总等电位联结、局部等电位联结, 安装相匹配的SPD保护装置。

2.2 施工要求

2.2.1 材料要求:

镀锌扁钢、圆钢、铜排等规格应符合规范要求, 镀锌良好, 材质本身不得有裂纹、褶皱等, 各种型材全部由正规厂家进货并有产品合格证和检测报告。

2.2.2 施工工艺要求:

镀锌扁钢、圆钢连接均采用焊接, 要求圆钢双面焊接, 焊接长度不小于6D, 扁钢三面焊接, 焊接长度大于扁钢宽度的2倍, 焊缝平整、饱满, 无夹渣、咬肉现象, 在混凝土结构外的各焊点应涂沥青漆两道以避免腐蚀, 屋面避雷带应涂银粉漆两道。铜排采用两个M8镀锌螺丝连接, 搭接长度大于铜排宽度的2倍。

2.2.3 主要施工方法及注意事项:

(1) 接地装置。本工程采用TN-S系统, 要求从低压配电柜引出的N (工作零线) 与PE (保护零线) 完全分开。所有配电箱、柜内均分设N线与PE线母排。本工程中所有电气设备的金属外壳、配线钢管、电缆桥架、电气设备的构件、支架、金属线盒、电缆铠装等均须与PE线可靠联结, 以确保安全。沿竖井利用-50×6铜排敷设各专用接地干线。总配电安装通流量大于100kA的SPD保护装置。

(2) 引下线与均压环。按设计要求, 本工程从地面30m起每隔3层利用圈梁主筋做均压环, 并与楼板内钢筋及柱内避雷引下线多点焊接。所有外墙金属门窗、幕墙铝框、金属构件、管道等均应与均压环作可靠焊接, 利用Φ12镀锌圆钢与均压环焊接连通, 一侧预留在窗洞旁, 以便门窗栏杆等安装时就近焊接连通, 幕墙铝框的接地将结构施工时的预埋钢板与接地系统焊接连通。

(3) 避雷带。在屋顶女儿墙上采用Φ10镀锌圆钢明敷避雷带与避雷引下线焊接, 屋面用水泥墩或支架敷设-25×4镀锌扁钢作避雷带, 屋面上所有的金属管道、构架、设备金属外壳利用Φ12镀锌圆钢与避雷带作就近联结。

(4) 等电位联结。通过进线配电箱近旁的总等电位联结端子板与进线配电箱的PE (PEN) 母排、进出入建筑物的金属水管、煤气管道、弱电设备、SPD接地等作等电位联结。做法按等电位联结安装图集02D501-2安装。

结束语

建筑防雷系统在设计、施工时必须加强管理、加强监督, 导线连接应除掉材料表面的保护膜, 不同金属材料连接应采取防电化腐蚀的措施, 防止因为防雷系统的不合理导致意外事故的发生, 特别对容易造成火灾事故损失重大或人员伤亡的建筑物及高层建筑物, 防雷系统必须符合设计规范及各项施工要求。

参考文献

[1]GB50057-94.建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2001.

高层建筑的防雷设计 篇8

一、绿色建筑的意义及应用原则

当前,我国在发展经济的同时开始注重环境保护工作,由国家政府提出了可持续发展战略,尽可能地实现人与自然、社会与环境协调发展。所以绿色建筑成为新时代环保理念所催生出的以不破坏环境为前提的一种新兴的概念,全程以环保为主,采用一系列的绿色技术来施工操作,充分体现人与自然和谐相处的理念。其优点在于能够将保护环境,资源的回收利用以及人们对建筑物舒适度的追求完美结合起来,是一种更为人性化的建筑方式,符合时代的主题以及现代社会的要求。特别是近几年开始大力宣传绿色建设,节能环保思想,国家也根据当前我国的环境保护工作颁布了相关的法律法规。

节能是绿色建筑设计的本质要求,同时也是我们所追求的价值体现,当然,在满足人们对房屋的基本需求后,绿色环保更能够提升建筑物的价值。在绿色建筑设计时,也要充分依照系统性原则,保证绿色环保的前提是质量必须过关,安全问题是最重要的。环境与建筑的影响是相互的,在不损坏环境的前提下也要考虑环境是否会对建筑产生不良影响。

二、绿色建筑设计在民用高层建筑设计中的应用优势

相比传统的建筑设计,绿色建筑设计在高层建筑的设计过程中不仅能够调节好自然和人的关系,同时还能够节省大量的资源。在进行绿色建筑设计的过程中,设计人员必须把整个建筑工程作为一个整体,然后尽可能地全面掌握建筑工程中的每个部分,并对其特点进行分析,通过自我调节功能对废水等污染物进行净化,并实现对温度、湿度等的调节,同时还可以实现资源的合理化运用,减少资源浪费现象的发生。人们在高层建筑中工作、生活,往往通过人工的方式实现通风,这不仅会浪费人的精力,同时还不能节省能源,人们也感受不到来自自然的阳光和风,给人们的身体造成损害,在高层建筑设计中引入绿色建筑设计理念,不仅能够节省资源还可以感受到真正的自然气息。

三、绿色建筑设计在高层民用建筑设计中的应用

1.科学选址

建筑的地址选择是非常重要的,是设计的关键环节,对于高层建筑来说,在追求房屋舒适度的同时将绿色元素添加进去。规划设计之前,必须要对周遭环境进行仔细地考察,充分了解周围的绿化程度,分析其对建筑物的能耗影响。同时,根据当地气候的影响来选出最佳位置,尽可能的使建筑的能耗降到最低。最后,就是根据环境和实际情况来决定建筑的目标高度以及方位朝向,将能源利用率提到最高。

2.建筑节能

众所周知,空气中悬浮物的含量与楼层的高低有着直接的关系,对于处在空气质量差的楼层的居民来说,无疑是很困惑的,所以可以采用以下方法来改善:房屋的向阳设计不仅是人们对于舒适度的追求,更是对资源的充分利用。太阳能的应用现在已经非常广泛了,建筑多角度向阳的设计可以有效的节约能源,但是设计时要考虑必要的高低差距和楼盘间距,可以考虑设计不同的户型格局以使房间得到不同时长的阳光照射来满足不同的客户需求。相对的,通风情况的好坏也是影响建筑质量的另一重要因素,在设计阶段,要考虑当地的风向,对风能也要充分利用,结合风向与格局结构设计科学合理的楼间距,在保证通风条件良好的前提下追求夏季风量大而冬季风量小。选址节能图见下:

3.绿色建筑设计在高层建筑设计层面上的应用

(1)应用在高层建筑的朝向设计上。高层建筑的朝向直接关系到人们能够接受到的阳光、流动风量等方面,所以必须做好朝向设计。在进行绿色建筑设计的过程中,设计人员必须对所在区域的方向、太阳辐射度、经纬度等情况进行调查,并结合调查资料的结果来确定建筑物的朝向设计方案。

(2)高层建筑的形状和平面的设计布置。当前出现了很多形状各异的高层建筑,给人们不一样的视觉感受。在进行高层建筑形状设计的过程中,设计人员必须考虑到建筑物的整体散热比,因为建筑物外表面积越大,散热就越快。因此,设计人员在对建筑物外型设计的时候,应该结合建筑物的整体构造以及用途进行全方位考虑。此外,还可以通过建立空中庭院的方式来保证通风。

(3)合理的设计高层建筑周围的绿化。高层建筑的绿化工作是人与自然和谐发展的重要体现。通过合理的绿化设计不仅能够愉悦身心,同时还能够对所在区域的空气进行净化。对高层建筑规划设计见上面规划设计节能流程图。

4.绿色建筑设计在高层建筑围护结构墙上的应用

(1)高层建筑的外墙起到围护结构的作用,是维护结构基础的主要部位。围护结构和砖石结构的外墙是不同的,砖石结构的外墙主要是混凝土结构和剪力墙结构。但是高层建筑的外墙结构是填充材料的。所以设计师可以把绿色建筑设计应用到高层建筑的外墙结构设计中,使用较轻的、保温效果好的材料。

(2)高层建筑的围墙外侧不要选用较轻的保温材料,例如,泡沫板和岩棉板等。一般来说,高层建筑的使用寿命比较长,质地轻的材料会降低墙体的抗震能力,也不能进行外挂或者是动作比较大的装修,墙体还容易出现裂缝。所以,在进行设计的时候一定要结合工程的实际情况,选择最合适的保温材料,对建筑的结构进行合理的设计,不要出现冷桥的现象。

5.绿色建筑设计在高层建筑结构上的应用

(1)高层建筑的外墙耗能占整体耗能的1/4,所以对于高层建筑的外墙设计来说,主要就是尽量缩小外墙的面积。结合数学的知识和建筑学理论,高层建筑的外形最好是圆形或者是椭圆形,这样可以有效的缩小建筑外部的面积,而且建筑的外形也不会太复杂,真正的达到节能环保的目的。

(2)由于高层建筑的楼层比较高,所以受到风力的影响比较大,会给建筑物造成损耗,尤其是在冬季气温比较低的地区,风力太大的话会带走建筑物表面的热能。所以高层建筑的通风设计和自然环境的设计一定要结合当地的地理位置和气候状况,对建筑物进行合理的、科学的、环保的设计。

(3)建筑物窗户的绿色设计对高层建筑来说也很重要。因为玻璃窗具有传热大的特点,会对人体产生冷辐射,还会对室内的温度产生较大的影响,在一定程度上降低室内的舒适程度。

四、结语

高层建筑的防雷设计 篇9

从现有资料的分析中我们可以知道, 民用低压天然气燃具前压力可以在2000Pa左右波动, 通常只要燃具额定压力处于0.75~1.5倍范围内, 可以认为是满足高层建筑要求的, 但是如果超过了这一范围, 燃具热效率就会降低, 出现噪声, 同时燃烧也不稳定, 甚至出现回火、脱火等一系列问题。附加压力叠加可能会使一些用户燃气灶前压力超过允许压力范围, 这对燃气管道设计及运行非常不利。

1.1 附加压力的计算

在计算附加压力之前, 首先应详细分析附加压力特征。正因为受到附加压力的影响, 如果附加压力值超过一定值, 燃具前压力会就会高出额定压力1.5倍, 由此可见, 附加压力和燃具前压力间存在直接关系。如果假设P1为引入燃气管压力, 在最不利于安装燃气管道的条件下, 附加阻力涉及到了管道主管阻力、管道支管阻力等方面内容, 可以利用下式来表示:

式 (1) 中, △H为附加压力, 如果P2=3×103Pa时, h是197m。197m是一个标准值, 建筑高度一旦超过197m, 灶前压力在附加压力的影响下将会高于燃气燃烧器的最高限额。由此可见, 安装燃气管道的过程中, 一定要利用相应措施降低附加压力的负面影响。

1.2 附加压力影响的消除对策

如果建筑的高度比较适中, 其附加压力通常是比较小的, 这种情况下应该设置分段阀门的方式, 以减小由附加压力带来的影响。如果建筑物非常高, 要想避免附加压力带来的负面影响, 可以在燃气表前面设置低压调压器, 或者在设计工作中将底层和高层供气系统分离开, 以此来满足不同高度楼层用户对燃气的需求。此外, 超高层建筑用户要想消除附加压力, 在利用燃气表之前应该利用调压或者中压进户等方式, 还要注意将低压调压器设置在燃气表前, 保证前压力处于2000Pa左右的位置。

2 建筑沉降分析及对策

2.1 建筑物下沉补偿

通常从整体上来看, 高层建筑都比较庞大, 其基础承受的静动荷载也比较大, 因此, 高层建筑某个层面上很有可能会造成整体沉降, 通常高层建筑在竣工以后的三年, 建筑的沉降会非常快, 通常沉降的范围在5~10cm之间。燃气管道在高层建筑沉降作用下会受到破坏, 建筑物整体均发生了沉降, 而燃气管道是静止不动的, 同时外埋地也是静止不动的, 这种情况下管道引入位置会产生阻止建筑整体下沉的力。随着建筑物的不断沉降, 在抗力作用下燃气引入管受到也在逐渐增加, 待沉降量达到了一定数值, 管道就会出现形变, 严重时甚至会发生断裂, 最后出现燃气管道泄漏问题, 燃气供应过程中就会出现安全事故。

从上述描述中可知, 对于燃气管道的安全来说, 高层建筑沉降会带来极为不利的影响, 在高层建筑燃气管道设计工作中, 应该对多方面因素进行综合考虑, 同时结合高层建筑的实际情况, 对燃气管道工艺设计进行调整, 从而促进更为优化设计的实现。还有一种方式, 就是将伸缩补偿管 (金属软管) 安装在引入管的相应位置上, 这种安装方式可以抵消由于高层建筑沉降带来的的不利影响, 因为伸缩补偿管可以吸收一部分抗力, 因此在建筑沉降过程中可以通过这种方式可以对燃气管道断裂及破坏等问题的发生进行有效阻止。与此同时, 金属软管引入以后, 波纹管随着外力的变化会随之发生挠变, 从而减少燃气引入管位置受到应力的影响, 这样一来建筑物沉降力度补偿就可以得到实现, 利用这种方式实现对燃气管道的保护。金属波纹管补偿量较大, 同时金属波纹管在应用时还具有抗震、耐腐蚀等特点, 具有较好的耐温性和密封性, 使用时间也比较长, 因此当前已经在很多行业中得到了比较广泛的应用。

2.2 立管变形补偿

通常情况下, 高层建筑燃气管道的立管都比较长, 燃气管道正式投运以后, 在环境温度变化的作用下, 管道会产生应力, 此外, 燃气管道自身重量也会对管道造成不利影响, 在燃气管道自身重量的压迫下, 管道会出现下沉现象, 进而沿着轴向的方向发生形变。钢管是当前很多高层建筑燃气管道都会采用的材料, 利用下式可以将其变形量计算出来:

式 (2) 中, L、L分别表示燃气管道变形量和立管长度, t为管道运行的最大温差。对立管应力补偿进行设计时, 首先应按照预先设计好的数值, 将立管最大变形量计算出来, 然后在立管上设置波纹管, 展开分段设置, 这种情况下波纹管就会随着立管形变而出现伸缩的现象, 通过这种方式来抵消立管温差应力。其次, 在立管底部设置支撑墩, 通过对支撑墩的设置减少由于温度差异带来的形变。最后, 设置挠变管道补偿装置, 这样一来, 由于建筑震动对管道带来的不利影响就可以大大减少。

3 高层建筑燃气管道安全分析

众所周知, 燃气是具有一定危险性的, 在外界因素的影响下, 高层建筑中燃气管道很容易会出现气体泄漏问题, 特别是在我国大城市中, 这些地方人口密集, 一旦出现燃气管道爆炸, 其造成的后果是无法想象的。面对这种情况, 在设计工作中必须严格按照标准进行, 在施工过程中必须严格按照相关规范进行。与此同时, 注意采取一定的防范措施, 比方说燃气引入室内时, 应快速切断阀门, 这样就可以对燃气供应进行有效控制;再比方说在燃气管道上何值自动切断阀或者快速切断阀门等等。

4 结束语

总之, 在设计高层建筑燃气管道的过程中, 应该对压力、安全、气源及环境等多方面因素进行综合考虑, 并将各方面利弊权衡好, 最后对可行性方案进行确定。在设计燃气管道的过程中, 必须注意设计工作与建筑主体设计之间的紧密联系, 注意二者要同时展开施工, 这样才能达到预期的设计效果, 从而充分保证燃气管道设计的科学性与合理性。

摘要：通常高层建筑都同时具有居住、娱乐、办公及商务等功能, 其内部结构也比较复杂, 对消防、安全等要求非常高, 燃气管道设计也是其中非常关键的一部分, 如果设计不细致或者考虑不周全, 很有可能会造成非常严重的后果。因此有必要加强高层建筑物中燃气管道安全性设计。基于此, 文章从不同角度针对燃气管道设计中的常见性问题及解决措施进行了分析和研究, 供大家参考。

关键词：高层建筑,管道燃气设计,安全设计

参考文献

[1]赵国利.高层建筑燃气管道的设计问题分析及解决方法的讨论[J].黑龙江科技信息, 2009, (20) :60.

[2]袁英, 高强生, 魏纳.城市高层建筑天然气管道设计相关问题研究[J].石油化工安全环保技术, 2010, (5) :24-26+18.

[3]张晨.城市高层建筑天然气管道设计存在的问题与解决措施[J].科技传播, 2012, (22) :33-34.

高层建筑的防雷设计 篇10

造成资源十分严重的浪费, 且行为屡见不鲜。从目前得到的有关数据分析统计, 我国90%以上的建筑都属于高能耗建筑, 更有甚者为超高能耗建筑。我们不得不承认, 现如今建筑业已经成为我国耗能大户之一, 浪费了大量的能源物资。仅从建筑的正常运转来说, 建筑供暖设施、照明设施以及供水设施等都会消耗大量的资源。因此, 为了响应国家关于节能的号召, 就应该在建筑设计中融入相应的措施来达到节能减排的目的, 只有这样才能够更好地促进建筑业设计水平的提高, 从而降低资源的消耗量。在国际全球化的今天, 只有充分体现节能设计的建筑才能够更好地节约成本, 提高其企业的竞争力。因此, 在高层建筑设计中采用节能措施具有十分重要的现实意义。

2 高层建筑节能设计中出现的问题

2.1 观念落后, 无节能意识

当今, 在全国各地都存在一个普遍的现象, 那就是建筑设计师在设计图纸时根本就没有想过, 甚至是没有意识到, 要将节能的概念加入建筑设计中。但是, 究其深层次的原因, 最主要的就是开发商的限制。开发商只考虑高端、大气、美观等等外在的因素, 很少考虑建筑的耗能状况。开发商追求的是利益最大化, 这就大大地限制了建筑设计师的发挥, 导致他们在设计时能够节约的材料都会被规避, 更不用说前期投入巨大、回报时间过长的节能设计了。就是在这样的大环境下, 我国的建筑设计师无法兼顾节能减排的任务。

2.2 材料劣质, 建筑工艺滞后

高楼大厦是城市化的产物, 因此最早都是出现在国际化的大都市。高楼大厦在我国的历史短暂, 建筑工艺的核心技术掌握较晚。另外, 据相关数据, 我国节能建材的相关企业不多, 且一些生产厂家的设备落后, 生产的产品材料也会出现劣质材料。我们的材料和建筑工艺整体上落后于发达国家。现阶段, 建筑工艺已经成为制约我国高层建筑的关键, 也是我国高层建筑节能设计的阻碍因子。

2.3 监管不力

建筑业一直是我国的支柱产业之一, 是我国国民经济的重要组成之一。但是一些地方政府单纯地追求GDP, 无视生态环境, 无节制地卖地建高楼大厦直接导致建筑业对资源的浪费。虽然各级政府都有相关的监督部门, 更有相关的法律法规, 但是一些官员只考虑他们在位期间的政绩, “唯GDP”论才是他们的方法论, 这就更加使得在建造高楼大厦时不会考虑节能设计。

3 高层建筑中节能减排的有效途径

3.1 立足实际, 紧抓技术研发

当前我国应充分学习借鉴国外成功企业的经验, 也可以派人到国外去学习新型节能建筑技术, 以及加紧研制新型节能材料。企业研发部门要以市场为导向, 特别是要保证保温与隔热技术的研发。我们在生产以及研发节能材料时, 要充分考虑到气密性、水密性、隔热性以及保温性等等问题, 只有把这些因素都考虑进去, 我们才能真正将节能应用到建筑设计中去。

3.2 加强相关法律法规的监管力度

正是由于相关部门不重视国家颁布的法律法规, 才使得相关法律法规没有得到真正的落实。因此, 我们必须加强建筑节能相关方面法律法规的监督建设, 通过全民的监督参与, 我们才能更好地推进建筑节能设计的理念。在这样的背景下, 相关单位和企业推广节能材料才能更加地顺利, 民众也会更加容易接受。

3.3 总体规划, 科学设计

高层建筑在设计时应该要充分考虑到光照角度、风向、太阳辐射能等等相关因素, 因此我们在高层建筑节能设计的基础上, 首先应充分考虑高层建筑的地址, 其次是考虑微风的影响。其中最重要的就是要重视自然风, 自然风是十分有用的资源, 我们可以根据气候特征、所处位置充分利用热压、风压和机械辅助实现自然通风, 在这样的条件下我们可以满足春秋季节通风的需要。这样不仅能够节约因开空调而产生的电费, 还能营造一个更加舒适、清新的生活和工作环境。

3.4 建筑材料回收利用

每次修建高楼大厦时, 我们在买材料时都会按照计划多买一些, 这样才不会因为材料等问题耽误工期。因此, 在竣工之时, 总会出现材料的剩余。部分用过的材料、不存在安全隐患的材料都可以对其进行回收再利用, 这样也是可以达到节能减排的目的的。

4 结语

从以上我们可以很容易地看出, 高层建筑节能设计是充分按照胡锦涛总书记提出的可持续发展战略以及现在国家正如火如荼进行的国家“十二五”节能专项规划目标而开展的重要举措之一。在现在越来越体现“以人为本”的企业文化之中, 我们在高层建筑中充分考虑将节能设计融入其中, 其好处是不言而喻的。比如, 首先能降低建筑耗能, 特别是减少高楼大厦修建中及正常运行时所消耗的自然资源, 避免资源浪费, 同时还有一个巨大的好处就是为企业员工提供了一个更加舒适安逸的生活和工作环境。高楼建设节能设计是利用科学产生效益, 节约成本, 从而实现企业经济效益和社会效益的双丰收。

摘要：环保低碳生活现在已经逐渐成为高频词汇。高层建筑应本着节能减排来进行建筑设计。本文从节能减排建筑设计的重要意义出发, 对高层建筑中节能设计出现的问题进行分析, 提出做好节能减排设计的几点意见。

关键词：应用研究,高层建筑,节能设计

参考文献

[1]郭学民.建筑设计中的建筑节能措施分析[J].中国新科技新产品, 2013 (09) :54—54.

高层建筑的防雷设计 篇11

关键词：强化;建筑设计;创新

1、引语

建筑学是一门覆盖了文化、艺术、社会等各方面功能的学科，因此，它被西方学者奉为艺术之母。建筑没计对整个建筑的使用功能起到决定性作用。在现代建筑设计中，除了体现建筑基本的使用功能外，还应具备欣赏性.科技性.环保性等特点，以满足人民生活水平日益提高的需要。许多的优秀建筑设计都源于创新。

2、现代建筑设计与传统建筑设计的区别

我们的国家有着五千多年的文明历史，建筑艺术更是我们传统文化宝库中的瑰宝。在我国，传统的建筑设计偏重于技术，而现代建筑设计则面向功能化，环保化，科技化等多方面发展，将经济环境.社会环境.自然环境等多方面因素综合考虑，既重视设计的内容也注重设计过程的管理，所以建筑不但要满足现代人的要求，还要有利于子孙后代的持续发展，也就是要创造条件，使人与自然协调，科技与人文共同进步。为此，建筑设计师要有一个整体的观念，要视建筑设计为一个系统的工程，从整体中把握，满足人在使用和功能上的要求，为人类创造一个最适宜工作和生活的环境。

在传统的设计中，大多是按照原有的经验操作，模仿已有的建筑模式进行效仿。而现代建筑设计则是要求预测未来的发展前景和分析人们的心理.生存需求及创造性的发挥相互结合，并贯穿开发的全过程，从市场需求到可行性进行研究，从具体施工到工艺修改等等多方面的工作。

3、建筑设计创新的涵义

与传统的设计思维相比，建筑设计的创新思维更加强调创新方法的应用和首创性。它主要包括以下几个方面：

3.1建筑功能创新

建筑功能是一个非常复杂的概念。它包含着设计必须考虑的所有因素，不仅是实用的.技术的，经济的因素，而且也包含心理的。感情的.美学的和精神的因素，它形成一个不断变化的有机的整体，功能的内部构成和复杂程序，以及通过感性，感觉和精神对它作出的实际解释.是随时代和地区的不同而变化的，它可以说是建筑中起决定性作用的因索，是社会生活方式的最持久的反映，建筑的功能随着社会生产力的不断发展和人类物质文化生产水平的不断提高而日益复杂。因而人们对建筑功能创新的要求也越来越高，这在客观上促进了建筑的发展和新建筑类型的产生.建筑功能创新足指人们在设计和使用建筑的过程中。为了使建筑满足人们的各种需要.而应用新途径和新方法的活动及其结果。以下为建筑创新设计概念图。

3.2建筑技术创新

建筑技术创新是人們在建造和使用建筑的过程中所应用的新手段和新方法的活动及其结果，建筑技术创新对建筑设计创新的影响是显而易见的，人类利用不断创新的建筑技术，创造出形态各异的建筑作品，任何一个建筑作品都不能离开建筑技术而单独存在，一个技术上完善的作品，有可能在艺术上效果甚差，但是，无论是古代还是现代，却没有一个美学观点上公认的杰作，建筑而技术上却不是一个优秀作品的，总之，建筑在形态和功能上的创新离不开有效的技术创新的支持.现有建筑技术条件与所提供的可能性决定着建筑设计创新的走势与趋向。建筑技术的创新受到社会经济与文化领域方面的影响。

3.3建筑形态创新

建筑实体形态创新叉包含建筑实体形体创新与建筑实体态势创新，建筑空间形态创新包含建筑空问形体创新与建筑空间态势创新，此外，数量，方位。动静，光线及时空等条件。都是影响辨别建筑形态创新的重要条件因素，现代建筑形态创新更强调以人为本，引入更多的自然元素。

4、现代建筑设计的创新策略

4.1建筑设计与城市发展相结合

现代化建筑不是孤立存在的，建筑的外部环境及场所也对建筑设计构思产生积极影响，甚至包括空间因素、建筑形式等难以具体、形象体现的丰富的美学形式要素。其本质就是将建筑形态设计与环境形态相结合，体现建筑内在统一与和谐的逻辑规律。因此，现代建筑设计应尊重环境的多样性与整体性，将建筑与城市发展相结合，并融为一体，创造整体艺术形象。这既是现代建筑新美学观念的重要体现，也是现代建筑设计对环境文理与城市文脉的充分尊重与认同。

4.2建筑设计应充分体现人文精神

现代建筑设计趋向于人们对美的认知和对美的映照与转换。因此，建筑中的艺术形象应具有强烈的冲击力与视觉表达能力，这样会引起人们对美感的共鸣。在市政建设发展迅速的新建筑中，既包含公众精神、首创精神，又具备人文精神，这些精神就是建筑的灵魂，承载着人们对新城市、新建筑的美的追求。

建筑的人文趋向是人们心中归属感与认知感的聚焦，体现了现代人文精神的追求价值与象征意义，也是与人们自豪感相结合的全新美学意向，它们均通过城市现代化建筑反映出来。在现代建筑的设计过程中，尊重环境的多样性、整体性，是影响设计整体艺术形象与现代新美学建筑观念的重要因素。同时，也能反映建筑设计艺术的特点。

4.3现代建筑的智能发展趋向

现代建筑的智能化就是将智能型计算机、智能保安、多媒体现代通信、环境监控等技术与建筑艺术相融合。此外，通过自动化监控设备，还可将信息资源及对使用者的信息服务情况与建筑优化组合，让建筑使用者的投资物有所值，既符合信息社会的需要，又能拥有舒适、灵活、高效、便利、安全的建筑空间。随着时代的不断发展，人们对工作环境及居住环境的要求也在不断提高，智能建筑的设计充分体现了这一发展趋势。在建筑中，人们能够获得现代化的办公条件与通讯手段，其中温度、照度、湿度等可以自动调节，并通过利用自然界的冷、热、光、大气等自动调节室内环境，最大限度地减少能源的消耗，以创造人性化的生活环境。

4.4应用数字化技术

数字化技术不仅适用于信息存储与处理，而且是现代社会知识经济发展的基础。随着计算机网络技术的发展与科技的进步，建筑技术越来越趋向于人类发展的需要，并在逐步实现人们对生活、工作的各种梦想与蓝图。人们可以足不出户实现在家中购物、休闲、学习、工作等。这种模式打破了传统的团体、集群式的合作形式，通过网络连接，实现独立、自由的工作方式，将办公分散在家居中。数字化的住宅除了给人们的学习、工作带来自由外，还有效地节省了城市的办公建筑占地面积，减少了环境污染，避免了交通阻塞。这一概念的应用受到诸多工作者的欢迎，加之建筑噪声等抗干扰处理的创新设计，数字化技术已成为现代建筑的必然需要。

4.5实现生态可持续发展

随着生态可持续发展概念的提出，现代建筑也开始趋向于生态建筑发展的方向。生态建筑作为一个宏观概念，涉及到新材料的应用、新能源的开发、新技术的进步等多个方面，它不仅限于建筑本身，而且关系到社会的整体生态环境状况。同时也可将生态建筑当作一个技术集成体，很多技术问题，如能源优化、中水利用、污水处理、太阳能利用等，这些并不属于建筑专业，但需要建筑师与其他专业工程师的共同配合。从技术方案的角度来讲，除需要满足合理规划选址的要求外，还应尽量降低能源消耗，提高资源循环利用率。利用太阳能、风能等减少环境污染，也是现代生态建筑需采取的技术策略。因此，在现代建筑设计中，应注重对节能与耗能资源的比较，加大对生态建设的关注，主要有材料的综合运用、传统技术的革新与新技术的支持等方面。

5、结束语

高层建筑的防雷设计 篇12

随着经济的发展, 越来越多的高层建筑在城镇中出现。高层建筑的发展给设计师提出了很多新的要求, 而高层建筑基础作为高层建筑结构设计的一个非常重要的部分, 在进行地基基础设计时除了考虑本身的强度和刚度外, 还应考虑上部结构体系、地理环境条件、施工条件及周边环境因素, 才能设计出既安全又经济的基础形式。

1 筏型基础

随着城市的发展, 高层建筑的地下室一般都被用作地下车库的使用空间。所以设计人员往往倾向于采用筏型基础, 而不愿意选择纵横内隔墙较多的箱型基础。筏型基础又可分为梁板式筏基和平板式筏基。

1.1 计算方法

计算筏板基础时, 常用的方法有“倒楼盖”法、静定法 (截面法) 、弹性地基梁板方法和有限元分析方法。“倒楼盖”法和静定法都是一种简化计算方法。按“倒楼盖”法进行基础设计时, 要求地基土比较均匀、筏板基础的刚度较大、上部结构刚度较大、柱轴力及柱距相差不大、荷载分布比较均匀;按静定法计算的要求与“倒楼盖”法大部分相同, 只是静定法适用于上部结构刚度较小、柱轴力及柱距相差较大的情况。用上述两种方法计算的缺点是不能考虑基础的整体作用, 也无法计算挠曲变形, “倒楼盖”法夸大上部结构刚度的影响, 静定法则完全忽略了上部结构刚度的影响。当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。近年来, 随着计算软件的进步, 上部结构、基础和地基共同作用分析法在筏板基础内力计算中得到广泛运用, 该分析法基础按弹性地基上板考虑, 地基模型一般采用文克尔地基、弹性半空间地基和压缩层地基等地基模型, 常用数值分析方法为有限元法、有限差分法等, 其中有限元法较为常用。

1.2 两种筏型基础的优缺点及其适用范围

(1) 梁板式筏基的优点是混凝土用量要比平板式筏基少, 结构刚度大, 而基础梁板之间的空间可得以采用排水措施;梁板式筏基的缺点是基础刚度变化不均匀, 地基反力不均匀, 所需的基础截面高度比相应的平板式筏基大, 梁的钢筋用量多。如图1所示。

(2) 平板式筏基的优点是基础的截面高度小, 具有较大的整体刚度, 其内力与弯曲变形的整体挠曲率都比较小, 节省挖方和降水的工作量、施工进度快;平板式筏基的缺点是混凝土用量比梁板式筏基大。常用的基础形式有三种, 如图2所示。

(3) 适用范围。梁板式筏基一般只适用于柱网比较规则、柱下荷载比较均匀的框架结构, 以及对防水需要做架空地面或排水集坑布置得比较多的工程;平板式筏基适用于柱网比较复杂的结构。

2 桩筏复合基础

2.1 桩筏复合基础的设计理论

《建筑地基基础设计规范》第8.5.14条规定, 桩基设计时, 应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。相关规范对桩筏复合基础的计算方法并未做出统一规定, 采用的计算方法也不尽相同, 多根据当地情况和经验确定, 大致有以下两种计算方法。

方法1:假定整个建筑物和重量全部由桩传到地基中去, 而承台板只起连接桩顶和传递上部荷载的构造作用。在群桩布置中使桩的受力均匀, 桩群形心与上部结构传给基础的荷载重心尽量重合。当群桩数量较多时, 采用了“外密内疏”的内桩方法, 即适当减少群桩中部的桩数而增加外围桩数。应该说, 这种方法主要以桩受力为主, 这种情况下, 没有考虑承台板基础的支承力, 将会增加桩的数量, 造成浪费;

方法2:发挥桩土的共同承载作用, 利用天然地基的承载力, 采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担, 使桩的数量及筏板厚度得以减少。

建筑物的沉降一般分为沉降量和沉降差。减沉设计是控制沉降而设置桩基的方法。也即是在设计时由基础的沉降控制值来确定桩数和桩长。减沉设计概念主要应用于软土地基上多层或小高层建筑的基础设计中, 桩在基础中除承担部分荷载外主要起减少和控制沉降的作用, 桩可视为减少沉降的措施, 或作为减少沉降的构件来使用。同时, 承台或筏板也能分担部分荷载, 与按桩承担全部荷载设计的桩基相比, 根据不同的容许沉降量要求, 用桩量有可能减少, 桩的长度也可能减短, 因而可达到降低工程造价的效果。

2.2 减沉设计的内容

(1) 桩长及桩身断面选择。

选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层, 桩端置于相对较好的持力层。在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力:选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配, 以充分发挥桩身材料的承载能力。

(2) 承台埋深及其地面尺寸的初步确定。

首先按外荷载, 全部由承台承担时其极限承载力仍有一定安全储备的原则, 先初步确定承台的埋深及其底面尺寸, 然后确定减沉设计的用桩量, 再验算承台的初步尺寸, 并给予调整。

(3) 不同用桩数量时桩基沉降计算。

根据初定的承台埋深及其底面尺寸, 原定若干种不同的用桩数量方案, 分别计算相应的沉降量, 从而得到沉降s与桩数n的关系曲线图, 减少沉降桩基础的桩距一般应大于6 d, 桩的分布与建筑物竖向荷载相对应。

2.3 减沉设计的基本原则

(1) 设计用桩数量可以根据沉降控制条件, 即允许沉降量计算确定。根据沉降s与桩数n关系曲线, 按建筑物容许沉降量确定桩基实际所需的用桩数量。在用桩数量确定后, 再按已经选定的桩数和初步确定的承台埋深及底面尺寸计算其极限荷载, 验算安全系数或调整承台埋深及底面尺寸, 以确保合理的安全度。减沉桩基础桩距较常规桩筏基础布桩要大, 一般至少大于4倍～6倍桩径, 故其介于天然地基浅基础与桩基础之间。

(2) 基础总安全度不能降低, 应按桩、土和承台共同作用的实际状态来验算。因而减沉桩基础也称之为控制变形疏桩基础。对于减沉桩筏基础的沉降计算则应结合当地经验考虑桩土共同作用。

(3) 为保证桩、土、和承台共同工作, 应采用摩擦型桩, 使桩基产生可以容许的沉降, 承台不致脱空, 在桩基沉降过程中充分发挥桩端持力层的抗力。在上部土层为松软土质、次固结土以及承载力太低土组成时, 桩与桩间土共同作用得不到保证时, 就不能考虑桩与桩间土共同作用, 而应该按现行桩基设计。

在共同工作分析中要重视的问题是如何根据共同工作分析的成果优化设计, 而优化设计的关键乃是尽量减小沉降差, 从而降低筏板内力和上部结构次应力, 减小筏板厚度和配筋, 提高桩筏基础的可靠性。为此, 提出变刚度调平设计的概念和方法。这也是发展控制变形设计的一个重要内容。

3 变刚度调平设计

3.1 变刚度调平设计的内容

对无限大地基上的局部区域, 其沉降应与该区域的荷载成正比, 而与其刚度成反比。地基局部区域沉降较大, 是该处荷载较大而刚度较小所致。削减该处的荷载或增大该处的刚度就可以减少该处的沉降。

高层建筑桩筏基础的荷载分布是由上部结构确定的。而上部结构由于受到功能的限制, 一般很难进行调整。只能调整基础的刚度, 对于桩筏基础, 可通过变化板厚、设置肋梁, 缩小墙距等调整基础刚度分布。但费用往往很高, 因此减少某处的沉降或进行调平设计主要是针对筏底布桩与筏底地基土。调整地基桩土刚度分布不仅可行而且调平效果显著, 是变刚度调平设计的中心内容。

变刚度调平设计考虑上部结构形式、荷载和分层分布以及相互作用效应, 通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承刚度分布, 以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法。如图3所示。

3.2 变刚度调平设计的步骤

(1) 根据设计资料, 按上部结构的性质、荷载分布情况、地质条件、基础埋置深度等进行初始布桩并确定板厚。

(2) 对上部结构、桩筏基础与地基共同作用进行分析, 绘制基础沉降图形。

(3) 对基础沉降图形进行分析, 按“强化主体, 弱化裙房”的原则进行设计。当天然地基总体沉降不大而局部沉降过大时, 根据具体条件, 对主体沉降过大部分采用局部加强处理。如采用筏底布桩或复合地基, 在桩基沉降较小部位, 应抽掉一部分桩;或视土层情况适当缩短桩长或减小桩径。对沉降较大的部位, 应适当加密布桩或视土层情况, 适当增加桩径桩长, 重新形成刚度体系。是改变桩的平面布置、桩数、桩长、桩径以改变桩土刚度, 还是采用复合地基改变筏底地基土和桩—土界面的性质, 选择的标准只能是根据技术可行性与经济合理性。一般来讲, 对桩筏基础, 桩在基础中占主导地位, 改变基桩的参数效果显著。如图4所示。

(4) 进行共同工作迭代计算, 直至沉降差减到最小。在此过程中, 可根据沉降图形, 判断主裙楼间是否设置后浇带或沉降缝, 是否需对基础板厚和构造进行调整等。显然, 调平设计的关键在于合理地计算桩筏基础的沉降分布与沉降差。

3.3 变刚度调平设计的优点

减小核心筒冲切力, 降低承台整体弯矩;优化承台设计, 降低造价;减小地基差异变形, 降低上部结构刚度次应力, 提高耐久性;合理发挥桩、土、承台共同作用。

过去人们一直认为:与承载力计算相比, 沉降计算更困难且更不可靠。其实, 如果采用恰当的数学模型、最大相互作用间距等, 利用简化分析方法足以达到工程目的。调平设计的沉降分析比减沉设计的要求更高。不过, 随着计算软件的发展, 现在很多沉降分析计算程序都可以做到。

4 结 语

桩筏复合基础的优化设计考虑上部结构、桩、土和承台的共同作用, 通过变刚度调平设计, 达到减小沉降差, 降低工程造价的目的。

摘要：本文论述了沉降控制为原则的减沉设计与变刚度调平设计, 改变了传统桩基设计概念, 结合桩基与天然地基的优点, 对高层建筑基础进行优化设计。

关键词：高层建筑,基础设计,概念设计

参考文献

[1]GB50007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].

[2]DBJ15-31-2003, 建筑地基基础设计规范 (广东省标准) [S].

[3]GBJGJ3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].