复杂空间结构（共12篇）
复杂空间结构 篇1
一、前言
近年来, 随着国内劳动力成本的提高, 单元式幕墙与框架式幕墙之间的成本差距已经缩小, 而另一方面, 随着市场对建筑幕墙品质要求的不断提升, 单元式幕墙质量一致性好以及施工速度快的优点开始突出起来, 这些有利的因素开始推动单元式幕墙在高层、超高层建筑中逐渐普及。
单元式幕墙在工厂完成单元组件制作, 将面板安装在单元组件框上, 而单元组与主体结构的连接构件安装在单元组件内侧, 在吊装时单元组件与主体结构的连接在内侧操作。单元组件间靠相邻两单元组件相邻框对插组成。
不过, 单元式幕墙使用也有局限。其构造复杂, 不适合做多规格少批量的生产。所以一般都希望尽量能统一规格, 以形成一定的加工批量。另外单元式幕墙密封系统采用等压腔原理, 其比普通框架式的密封胶封闭工艺要复杂, 对单元板块互相插接后所形成的腔体也有严格的要求。这就要求立面造型尽量简单。所以一般情况下, 单元式幕墙适合用在立面规整、造型简单的建筑中, 而立面复杂的建筑则多使用框架式幕墙。
以往的高层和超高层建筑大都符合单元式幕墙的使用条件, 一般都是较大的体积和较为规整的立面。但人们总向往能够得到与众不同的东西, 所以像鸟巢、央视大楼这一类造型奇特的建筑便应运而生了。这对我们来说, 意味着市场正在形成一个新的需求, 有必要进行这一领域的技术探索和研究。
二、技术难点
在之前的许多项目中, 由于建筑表现的需要, 有时需要将一些扭曲的复杂空间曲面应用于建筑外表。这一类项目的幕墙构造也是采用平板材料来模拟空间曲面, 对于圆锥、圆球一类的规则空间曲面, 还可以采用一组梯形平面板块来模拟, 但对于不规则的复杂空间曲面则往往只能采用三角形的平面板块来模拟。
这种情况主要是因为复杂空间曲面很难划分出四点共面的四边形板块, 因而相邻四边形板块边缘就不能彼此完全重合, 从而无法形成有效密封。而三角形的板块不存在顶点不共面的问题, 可以保证相邻板块的边缘完全重合, 有效解决幕墙的密封构造问题, 所以广泛应用在复杂空间曲面的划分上。
但是, 三角形板块的应用障碍是视觉效果不好, 尤其是从室内观看的效果尤为突出, 一是三角形的斜边破坏视角的通透性, 二是由于倾斜的线条过多且会在视觉上显得比较杂乱, 所以在使用过程中, 其效果不如四边形板块好。
三、解决方案
国际上一些流行的做法, 大都采用对碰式的密封技术。这种方法是将单元板块侧面安装两圈空心胶条, 单元板块安装时板块对碰, 靠胶条的压缩变形实现密封。这种做法的好处是构造简单, 但缺点是密封不佳。由于胶条的尺寸与相邻两个单元板块的胶条无法对齐, 所以必须通过加大胶条的叠合面积来解决板块的错动问题。错动量越大, 胶条尺寸就越大, 否则会在错动的单元板块间会形成局部缝隙, 无法形成密封腔体。
对于水密性能要求很高, 加上板块之间的错动量较大的单元幕墙, 不适合采用传统的‘对碰密封’技术。如何对传统的‘对碰密封’技术加以改造呢?我们通过分析后, 采用了一个新的思路, 将用于碰接的密封部分和用于安装玻璃的框架部分分解成两部分, 即可解决这个问题。沿着这个思路, 我们需要做以下几个工作:
1. 密封组件和框架组件之间的连接及工艺
复杂空间曲面在划分四边形板块时, 单元板块规格会非常多, 但每种规格的数量很少, 甚至有的规格只有一块。考虑到加工生产所面对的困难和挑战, 必须在工艺设计上尽量降低生产和施工的工作量。
如图1, 在构造设计过程中, 采用了平面四边形的板块边框配合活动密封槽的构造。这样将拼接板块由空间四边形转化为平面梯形, 降低了加工难度。在密封槽的设计上, 采用固定密封槽 (与板块边框成为一体) 与活动密封槽搭配的设计。之所以不采用纯活动密封槽搭配的原因, 是活动密封槽与固定密封槽搭配方式可以比纯活动密封槽搭配减少一半的零件数量, 这对生产加工带来很大的好处。
活动密封槽与板块边框之间采用螺钉连接。由于活动密封槽在板块边框上安装固定时需要调整角度, 为方便调整安装角度, 在活动密封槽上开条形孔, 并设置防滑纹。这对于加工生产而言, 无需精确测量及加工, 以简化加工难度。
与板块边框加工不同的是, 活动密封槽的端头加工需要切空间角度。保证足够加工精度需要以降低生产效率为代价。但我们经过分析后认为, 密封槽的功能仅为构造幕墙的密封系统所用, 其本身并不外露, 因而在能保障接头密封的情况下可以放松接缝的拼接要求, 这样可以较大幅度地提高生产效率。当然, 为保证在降低接缝工艺标准的情况下仍然可以满足接头的密封要求, 我们在密封槽拼接接缝部位用EPDM发泡垫片来消除误差。EPDM发泡垫片因其耐老化性好, 现场处理比较容易, 同时减少加工厂打胶, 可以节省加工时间。
2. 保证对碰胶条严格对齐
单元式幕墙基本构造如图2, 从图中可看出, 等压腔达到防水的关键是密封条的对碰及密闭。因此确保对碰的胶条对齐是本次设计的一个重点, 这直接影响水密性能和气密性能是否能够满足设计要求。由于本项目板块均为空间定位, 因此板块之间不能维持横平竖直的对照关系, 所以单元板块安装时很难准确定位在理论的空间位置上。但单元板块一旦因为安装定位偏差, 就会造成密封槽的对碰胶条错位, 从而影响密封效果, 严重的还会导致密封系统失效。因此在设计采用了一个新的思路, 在活动密封槽之间加装定位角码, 通过其定位来消除误差, 确保本胶条中心线在同一位置, 从而使气密性和水密性能满足要求。我们在密封槽设计上采用了活动密封槽和固定密封槽搭配的方法, 并在固定密封槽内设置了导向定位器 (定位角码) 来确定活动密封槽的安装。在两个板块对碰的过程中, 导向定位器可以纠正板块之间的拼装偏差, 从而确保对碰胶条严格保持对齐。
三、结束语
随着社会的不断发展, 单元式幕墙应用越来越普遍, 在保证建筑师外立面效果和幕墙本身的性能前提下, 突破四边形板块用于复杂空间曲面的技术难题很有意义, 与现有技术相比, 我们的技术方案较好地解决了此类产品的密封问题, 从而使单元式幕墙在复杂空间曲面中得以应用。
复杂空间结构 篇2
复杂结构产品虚拟布局与装配集成系统
在原理方法研究的基础上,以飞行器仪器舱为应用背景,进行原型系统的开发,并给出部分运行实例,表明系统原理及其实现技术具有可行性和实用性.
作 者：张刚 侯强 石运国 Zhang Gang Hou Qiang Shi Yunguo 作者单位：中国工程物理研究院结构力学研究所刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(z1)分类号：V2关键词：复杂结构产品 布局与装配 虚拟设计 集成系统
复杂空间结构 篇3
摘要：本文以某工程为实例，针对钢筋混凝土坡屋面施工的复杂性，从结构建模分析、结构构造设计以及坡屋面混凝土施工等几方面分别详细阐述了复杂坡屋面钢筋混凝土结构施工技术，以期指导实践，保证复杂钢筋混凝土坡屋面施工质量。
关键词：混凝土坡屋面；结构；施工技术；质量控制
经济的飞速发展，生活水平的提高，使人民对居住环境的要求也越来越高，因此造型优美的别墅建筑也如春笋般地出现了，甚至普通住宅楼也由方盒子变成了斜坡屋面。钢筋混凝土坡屋顶工艺在当今社会多层住宅建筑中得到广泛运用，由于其构造的特殊性，其工期、质量、成本都要高于整楼结构工程中其他结构层，在具体的施工中主要表现在施工工艺上的规范操作和控制。但是由于坡面屋不如平屋顶施工方便简单，其质量效果也常不尽人意，质量问题时有发生。
1 结构建模分析
1.1 坡屋面结构概况
本工程为两层局部带闷顶层混凝土框架结构，屋面为多个造型坡屋面拼接而成。结构设计时，建模分析采用PKPM软件PMCAD及STAWE模块。
1.2 结构建模方式比较
目前，结构设计中利用STAWE模块对有平屋面的坡屋面的建模主要有三种方式：
（1）按一个标准层建模，整个标准层层高按坡屋面层高取，从坡屋面最高点开始往下建模，采用的是简化荷载的方法，把上层斜屋面进行简化，仅作为荷载作用在平屋面层，整个屋面简化为一个标准层。
（2）将平屋面与坡屋面作为两个独立层，把上层斜屋面取为层高的2/3简化为平屋面进行建模，把屋面梁作为楼层水平梁输入，分别把平屋面和上层斜屋面建为两个水平楼层。
（3）仍将平屋面与坡屋面作为两个独立层，其中通过设置“梁两端标高”及"改上节点高”来布置斜梁，以便更为真实的模拟上层斜屋面的实际受力。PKPM软件2010新规范版本已经可以在结构分析时考虑屋面斜板对结构整体刚度的贡献，并自动将坡屋面的斜板定义为弹性膜进行分析。
1.3 坡屋面模型输入
本工程在PMCAD模块中里输入斜梁的方式基本采用上节点高这个命令来实现，平面上的一个节点可以分为上节点和下节点，分别为相对于本层标高的上面和下面的高度，两者的高差就是层高，一般把屋脊处最高点设置为本层层高。坡屋面下的其他节点的上节点高一般都为负值。设置上节点高好处在于如果结构构件两点都被调整，这样可以使与此结构构件上相连接的其他构件。
1.4 结构计算分析
本工程坡屋面较为复杂，存在多个不同标高的坡屋面层，且STAWE模块对坡屋面层的计算分析仍存在一定的局限性，因此在实际工程设计建模中，按实际标高组装多个标准层分析计算后，坡屋面层的层指标出现失真，多个楼层最大层间位移与平均层间位移及楼层最大水平位移与平均水平位移比值大于1.5，此外，由于局部平屋面层与坡屋面顶点之间高度较小，按两标准层建模时，会造成该层由于层高过矮而刚度过大。经多位结构工程师分析讨论后，采取归并相近标高坡屋面层，对局部小坡屋面简化建模的措施。在结构设计中，用这种局部简化法建模查看坡屋面层的层指标，用实际模型计算输出结构各层配筋结果。
2 结构构造设计
2.1 坡屋面板构造
设计处理坡屋面的受力与平屋面有着本质区别，设计时不能仅仅依靠软件分析进行配筋设计，而应在受力分析的基础上进行人工调整配筋。在坡屋面的配筋设计中，由于坡屋面板的空间作用和平面内外的综合受力，坡屋面板配置钢筋不仅仅要考虑板平面的抗弯，而且要考虑其轴向受力。因此，坡屋面板应双层双向通长配筋，并适当加密钢筋间距。
2.2 坡屋面脊梁构造分析
屋脊梁是坡屋面板的支承点。由于纵向梁两侧的屋面板与纵向梁都呈一定夹角。因此，纵向梁的计算不应考虑两侧屋面板对其抗弯贡献。并且，由于屋面板起着事实上轴向传荷的作用，应按抗拉要求将屋面板钢筋锚固在屋脊纵向梁内。在配筋设计上，屋脊梁除受弯矩外还受轴向压力，但软件计算配筋时没有考虑轴向压力，计算偏于不安全，同时屋脊梁的楼板翼缘作用有限，不应按T形梁计算配筋，而应按矩形梁考虑，因此，此类梁应重新进行手算校核。
2.3 坡屋面悬挑端优化
坡屋面设计应在满足建筑功能和造型设计的同时，应根据建筑条件和要求选择合理的结构形式，优化结构设计，如本工程坡屋面平层悬挑长度较大，结构设计时，在充分考慮建筑造型的基础上，改原方案中挑板受力为挑梁受力，在平层框架梁处加设垂挑暗梁及封口暗梁，原方案中200厚挑板设计为100厚普通楼板，在提高结构整体受力性能的同时又尽可能减少了造价。
2.4 从方便施工角度深化结构制图
由于本工程屋面为多个坡屋面不同角度相拼，平坡相接，各区域标高各不相同，变化较多，异形梁也多，部分梁板截面尺寸及钢筋下料尺寸仅根据平面图纸很难保证其精确定位。故在结构制图时，从方便施工角度出发，绘制多角度不同区域详细的剖面定位图，以（图1）为例，图中详细标注了梁标高，坡角，与柱位置关系，配筋与细部索引等。在本工程结构施工中，类似的剖面定位图及大样详图多达二十余张，极大方便了施工班组的放样定位及钢筋下料，受到建设监理等各方好评。
图1 局部坡屋面梁定图
3 坡屋面混凝土施工质量控制
3.1 模板安装的控制
模板工程的质量直接影响混凝土的质量，从而影响屋面防水的效果，施工中必须保证模板位置准确、支撑牢固、接缝严密、没有变形。因坡屋面设计坡度小于30°，按有梁板的施工方法安装单层底面模板后进行浇捣，支撑体系选用搭拆灵活、通用性强的Φ48×3.6扣件式钢管满堂支撑架，梁板模板采用18MM厚木胶合板，对模板支撑体系采用不小于80mm×80mm方木和U型顶托向钢管支撑有效传递竖向施工荷载。
屋面模板施工前通过Aut0CAD软件自身的测量尺寸的功能，精确的测量出施工中所需的各种细部尺寸，再根据设计图纸确定的尺寸进行现场放样。放样时应将图纸上混凝土的成型标高换算成各分段模板的标高，换算时应注意各分段混凝土的厚度、坡度及该段模板的搁置顺序，对于特殊部位应放大样。在施工中先定出屋脊线上梁两端标高，铺设梁底模，由梁高定出梁两侧侧模板标高，并以此为控制线结合软件测量结果定出各坡屋面板的实际走向及坡度。
在模板支撑系统搭设时，由于支撑系统要承受斜屋面传来的横向推力，因此参照省厅模板图集增加斜撑和水平横杆，与承重架体连成整体，以防止坡屋面混凝土浇筑时产生的水平作用力将支撑系统破坏而导致混凝土屋面板变形。在搭设中，立杆对接连接，立杆步距按不超过1.5m控制，架体沿纵、横向全高全长从两端开始每隔四排立杆应设置一道剪刀撑。每道剪刀撑宽度不应小于4跨，且不应小于6m，斜杆与地面倾角应在45度～60度之间，剪刀撑斜杆与立杆或水平杆的每个相交处应采用旋转扣件固定。
支架搭设完毕后，组织项目部各个部门以及邀请建设单位现场代表认真反复了检查板下木楞与支架立杆连接是否稳定、牢固，根据给定的标高线，认真调节校正木枋顶托及木楔块高度。底模铺设完毕后，用靠尺、塞尺和水平仪检查平整度与楼板底标高，并进行校正。浇筑砼前检查支撑是否可靠，扣件是否松动。
复杂空间结构 篇4
关键词：复杂空间钢结构,施工全过程,仿真分析,工况组合
该科学中心主楼建筑面积114 519.00 m2 (含地下室13 720.4 m2) 。主体建筑平面分为A, B, C, D, E, F, G七个区, 其中A, B区结构为一个整体, 仅为图示方便划分为两个区, C, D, E, F, G各区均为独立的结构体系, A, B区上部的钢屋盖为图示方便列为H区。AB区为公共部分;C, D, E, F区为展厅区;G区为影视区。该科学中心展厅区为超大型空间钢结构, 结构复杂, 施工难度大, 因而有必要对其施工过程进行仿真分析, 以确保施工阶段结构的稳定与安全。目前国内外在桥梁以及高层建筑的施工仿真分析领域作了许多颇有成效的工作[1,2,3], 但在复杂钢结构仿真分析领域内的研究还比较欠缺, 而在大型复杂空间钢结构的建设中, 由于结构形式复杂, 施工过程中的力学问题, 如形成整体结构前的稳定性问题、局部结构的倾覆问题成为了必须解决的关键性问题[4], 这也从一个方面说明了对其施工仿真分析的重要性。由于各展厅区空间结构类似, 本文在进行施工仿真分析时, 将以其中结构体量较大的E区为例进行。
1 施工模拟基本计算原理及方法
1.1 计算模型
1) 采用了空间杆单元Beam188;2) 不考虑详细节点状况;3) 不考虑焊接残余应力;4) 所考虑的荷载包括钢结构杆件和节点自重以及施工荷载。大量的实践表明, 在计算形如展厅区这种大型复杂结构时, 忽略某些次要因素, 可以满足工程精度的要求。根据以上原则建立的计算模型见图1。
1.2 施工仿真方法及原理
在施工仿真中有两种常用的方法, 一种是“静态法”, 一种是“动态法”[5]。按“静态法”分析与实际施工情况有本质的区别。因此在模拟施工过程分析时, 即使没有出现大变形, 也必须考虑按“动态法”分析。1) 从所参照的力学方法来分析。动态法是根据施工力学方法, 按施工过程进行模拟, 后一个施工工况的分析是在前一个阶段的受力特性的基础上进行的, 即在当前工况分析时考虑前面已经完成结构的应力和变形, 结构特性参数逐层变化, 刚度逐层形成, 整个模拟过程是一个动态过程。2) 从加载的过程来分析。为了说明的方便, 将实际结构等效为一、三层的框架结构。当施工第一层时, 重力作用 (含施工荷载) 会使首层结构产生变形。当施工第二层时, 二层结构柱浇筑在已经变形的首层结构上, 这样首层荷载不会给二层结构产生效应, 而二层荷载则对本层和首层共同产生效应, 以上各层依次类推。
2 工况分析与模拟
本文根据实际施工流程将本工程分为8个重要阶段进行模拟, 具体的工况模拟见表1。
3 计算结果及分析
3.1 各阶段应力及变形情况
表2是不同荷载工况下结构的最不利挠度值及拉压应力最大值。
3.2 随工况改变的关键点应力变化情况
由于结构复杂, 最大值出现的点并非固定点。本文选择了一些关键点进行研究, 其主要集中在大跨度桁架梁中间, 二层柱下端部位, 这些部位在不同工况下, 始终处于较高的应力水平, 基本能反映出结构应力随荷载工况的变化趋势 (见图2～图5) 。
3.3 结果分析
1) 最大挠度在楼板安装后 (即从工况4到工况5) 将产生一个很大的增长, 工况5的最大挠度为工况4的7.0倍, 这是一个施工的关键阶段。2) 该结构在施工过程中最大施工荷载作用下, 最大挠度仅为58.4 mm, 最大挠度和跨度的比值仅为1/616, 满足施工状态下的挠度要求。3) 从工况4到工况5, 最大应力增长了近1倍。另外, 由工况7到工况8, 即结构由加屋面钢架到加屋面荷载这一阶段, 工况8的最大拉应力为工况7的1.2倍, 最大压应力为工况7的2.18倍, 应力大幅度增长, 由于钢结构在大压应力的情况下, 可能出现失稳现象, 所以第8阶段也是一个关键阶段, 同样应特别注意这一阶段挠度和应力的变化。4) 由图2可知, 关键点1随着工况的变化, 应力并未出现线性的增长或者减少, 而是出现了应力的起伏变化, 说明在复杂空间钢结构中, 应力的传递相当的复杂和不确定, 这一点更说明了进行仿真分析的重要性。关键点2, 3, 4也具有类似的受力特点。
4 结语
1) “动态法”能够反映施工过程中的时间效应, 更加贴近施工实际。由本文可以看出, 对于复杂钢结构的施工仿真模拟采用“动态法”划分为若干关键施工阶段分析是可行的。2) 通过施工仿真分析, 可以得出结构在施工过程中的重要阶段, 也即就是应力或挠度突变的阶段, 如本施工仿真分析中的第4阶段至第5阶段, 可以为在施工过程加强这一阶段的监控提供科学的依据。3) 鉴于复杂钢结构体量大, 空间传力体系复杂的特点, 通过施工仿真分析, 可以得出应力在施工过程中的变化趋势, 为复杂钢结构的设计及对复杂钢结构空间传力体系的研究提供了有效的参考。4) 由以上分析还可以看出对复杂钢结构的施工仿真分析可以反映结构在施工过程中的动态效应, 将其受力状态的动态变化呈现出来, 弥补了设计过程中的不足, 为其施工过程中的安全进行提供了可靠的保障。
参考文献
[1]李瑞礼, 曹志远.高层建筑结构施工力学分析[J].计算力学学报, 1999 (5) :46-47.
[2]刘冠亚, 李达欣.带转换层的超高层建筑的施工模拟分析[J].浙江建筑, 2004 (8) :30-31.
[3]简政, 校红波, 刘兴运.某特大桥三维有限元施工仿真分析[J].西北水利发电, 2005 (9) :20.
[4]鲍广鉴, 曾强, 陈柏全.复杂空间钢结构施工过程的计算机仿真分析[J].施工技术, 2005 (10) :97-98.
复杂空间结构 篇5
一、复杂结构隐喻审美的普遍性
复杂结构隐喻是日常生活中普遍存在的语言形式，世界万物存在千差万别，但它们之间又具有某种相似的特征，这为复杂结构隐喻的运用和产生提供了客观条件。传统的二元结构隐喻是在两个不同质的事物之间找到某种相似之处，以具体事物解释抽象事物，以简单对象解释复杂对象，如“Love is a journey”。复杂结构隐喻作为普遍的语言认知现象，不仅仅是修辞的技巧，还是一种审美文化现象，有其独特的审美意义与价值。胡壮麟就指出：“人的认知能力在许多情况下是通过隐喻化来建立学科之间的联系，最终认识整个世界的。隐喻已不仅仅是语言的装饰，它是含有显著意义的认知表达。” 复杂结构隐喻的审美来自世界的普遍性，通过借助思维想象激发认知过程中更多的意象图式，并结合人们在现实生活中的体验，进而获得审美和语义传递的双重效果。
康德认为审美认知必定产生愉快情绪，使用隐喻可以形象生动地表达人们的话语意义，使听者更容易理解说话者的意图，并且在交流的过程中获得话语的美感。复杂结构隐喻的认识功能在于揭示不同事物间某一抽象的共同特征或共同规律，例如在“Dreams arethe wings of mankind”这一隐喻中，其实际就指出了梦想对人类的作用好比翅膀对飞鸟的作用，进而突出梦想的重要性，也更加形象地展现出梦想对于人类生存和发展的意义。复杂结构隐喻在使语言具有一定修辞色彩的同时，还增添了语言表达的无限美感，使语言具有审美的内在规定性。常见的“Money is the root ofall evil”“Language is the mirror of mind” 等复杂结构隐喻能够满足人们对外部世界的表达需求，使语言的修辞表达更符合语用需要，从而使这类隐喻有广泛的可接受性。可以看出，复杂结构隐喻的语义成分都来自最普通的生活事物，其建立的隐喻链接不仅仅是一种语言和修辞样式，更是一种对外部世界普遍关系的认知审美建构过程。
二、复杂结构隐喻审美的创造性
隐喻将两种属于不同范畴类别的事物相提并论，从而形成语义上的映射关联，这是隐喻创新性的一个重要特征。随着认知与审美能力的发展，人们的认知审美不仅仅停留在对两个事物之间相似性的认识，而且逐渐扩展到对多个事物之间关系相似性的认识。复杂结构隐喻不仅记录两个事物之间的相似点，更多是表现事物关系的相似性。简单地说，复杂结构隐喻是通过一对事物之间的关系来表达另一对事物之间的关系，如“Parks are the lungs of city”这句隐喻实际是用肺部对于身体的作用关系来说明公园对于城市的作用关系。复杂结构隐喻具有创造性，能够在不同事物之间发现共同的关联，从整体上把握不同事物之间的关系相似性。人们通过想象和联想在不同事物之间构建一个认知网络，从而借助一组事物关系来理解另一组事物关系，为人类认识世界不断提供新的视角。复杂结构隐喻是获得认知审美的重要形式来源，是一种认知参与下的美的创造活动，它的认知美学价值在于通过认知域之间的语义关系体映射更为生动形象地刻画事物关系，阐明某个道理并引起人们丰富的想象，给人以美的享受。
语言表达的创造过程就是一个认知上的审美发现行为，复杂结构隐喻能够充分调动人们审美的能动性。复杂结构隐喻的功能主要体现在认知和修辞两个方面，认知功能主要在于它能够表达新概念和复杂概念;修辞功能表现它能在通过创造的搭配，以新奇的语言表达方式获得修辞和审美效果。隐喻的意义就在于将两个没有直接联系的事物建立认知关联，复杂结构隐喻通过语言表达形式的创新，满足了人们对认知审美的心理需求，使修辞表达能够冲破传统的窠臼。认知心理学告诉我们，语言表达的创新不仅能够形成更加强烈的信息刺激，而且能够借助已有事物来加深对新事物的理解。当我们说 “Money is the root of allevil”这句隐喻的时候，就创造性地建立了金钱和罪恶之间的关系，也很好地说明了金钱的两面性。复杂结构隐喻通过多个语义项的并置，让多个语义项之间建立认知映射关系，极大地增加了此类隐喻的新奇性和表达力，能够更好地调动人们的语言审美能力。
复杂结构隐喻首先在形式上突破了传统二元结构隐喻的构造模式，能够给人以更加新奇的语言表达，体现了人们对已有修辞表达的认知审美创新。认知语言学的研究表明，人们倾向于对熟知且新颖的语言表达留下深刻印象。与传统的二元结构隐喻相比，复杂结构隐喻能充分发挥其在认知美学中的优势，以结构复杂的创造性来表达话语意义，从而给人耳目一新的感觉，进而产生较好的言语交际效果。从认知审美的角度来看，复杂结构隐喻能够通过描述一种在语义表面上不正常或意外的事情以引起言语对象的惊奇，使言语对象重新调整原有的认知图式，将言语对象固有的概念模式打破进行重新组合，进而创造新的概念模式。因此可见，复杂结构隐喻能为我们看待事物提供新视角，赋予日常生活事物以新的意义，这一新概念模式的创造过程中实现了认知审美的目的，将隐喻从话语作用提升到审美功能。
三、复杂结构隐喻审美的互动性
从总体上说，复杂结构隐喻现象带有明显的审美互动意义，它以一种特殊的表现方式将言说者的审美体验传递给听话人，进而表达人们的审美观念。隐喻在一定程度上帮助构建了人类的理解和思维，实际言语交际中复杂结构隐喻认知审美是一个较为复杂的过程，往往要经过多次与反复碰撞。于海涛指出：“言语理解是一个接受刺激———语义激活———语义互参的过程，语义互参就是范畴网络中节点与节点之间进行激活与被激活以及反馈与被反馈激活的过程。”复杂结构隐喻理解过程中的审美就是这种语义不断相互激活与反馈的认知建构过程，从而赋予听者调动生活经验感受进行想象和体悟，逐渐领会出其中的话语意义和审美魅力。可见，复杂结构隐喻能够用简单语义项构成丰富的信息整体，在完成言语交流的语用任务之外，还能够调动听话者的想象力，让言语交流处在一个动态的认知互动建构中。
当我们在说“Language is the mirror of mind”隐喻时，言说者想要表达语言在人类思维活动中的重要性，并且想让听话人能够理解话语表达的意义。面对这种情境，采用传统的二元结构隐喻 “Language ismirror”难以直接传递言说者的本意，也无法让听话人启动认知审美过程。因此，使用复杂结构隐喻的句法形式能够很好地完成这一目的，当“mind”加入时，就能够调动听话人已有的认知图式，很快地联想到语言对于思维的作用就好比镜子对于人，我们只有借助语言才能看清思维的运行，正如我们只有借助镜子才能看到自己的面容。这使得言说者和听话者之间形成一种互动关系，言说者的意义能够较好地被听话人理解，说话人的审美体验也能够很好地在不同主体间进行传递。复杂结构隐喻在言语者之间建构了共同的理解基础，因而容易引起人们的认知共鸣，产生语言交际的互动审美效果。
四、结语
复杂空间结构 篇6
预应力结构概述
构件是组成建筑工程主体结构的最主要部分。在建筑工程设计与施工方案的计划中，不单单需要考虑到混凝土模块自身重量对构件的影响，同时还要考虑到钢筋结构所产生的拉应力对结构构件的影响。因此，在具体施工中，为了确保结构的安全性，工作人员常常会在混凝土结构中增加一定的压力，通过这种方式，使混凝土构件的使用寿命得到提高，同时促进结构整体稳定性与耐久性水平的提高。而在这一过程当中，所施加的预应力构件即本文研究的预应力结构。特别是在结构复杂的建筑物中，预应力的合理设计对优化结构性能意义重大。
工程概况
某歌舞剧院是XX市地标性建筑的，工程建筑面积为5.0万m?，建筑高度为46.2m，建筑结构方面地下层数为4层，地上层数为10层，为了满足建筑功能需求，平面布局涉及到了舞台，音乐厅，后台，以及多功能厅等多个部分，附属结构较多。
由于本建筑物属于公共建筑，因此在结构设计中对布置方案以及尺寸设计有非常严格的要求。考虑到本建筑结构较为复杂，结构系统中应用了包括剪力墙、梁板、直柱、以及曲柱在内相互组成的多个超静定结构体系。同时，该建筑物各个部分使用功能的实现对结构空间有严格要求，以大厅为例，该分区对空间高度要求较高，预应力梁体跨度极限值可达到25.0m，设计荷载水平高。
预应力设计优化流程分析
首先，根据本空间构造特点，引入ANSYS软件建立计算模型，有限元计算中可表明，对于侧墙薄壁墙肢体上端弯矩作用力而言，也对预应力设计产生直接影响。因此，控制截面分别选择为梁体跨中截面部分、梁端截面部分、以及侧墙薄壁墙肢部分。从墙肢上段受抗弯强度限制的角度上来看，可以形成如下约束方程：
①；
在①式中，将工作荷载基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将基本力作用下墙肢上端的弯矩作用力定义为，将侧墙薄壁墙肢上端所能够承受的最大弯矩作用力定义为。
结构加载分别考虑三种廣义基本力以及工作荷载作用力对结构的影响，分别定义为（工作荷载作用力），取值为124.5kN/m，（广义基本作用力），取值为1000.0kN，（广义基本作用力），取值为100.0kN·m，（广义基本作用力），取值为10.0kN/m。
在此基础之上，根据梁体结构几何参数以及设计参数的取值情况，同时分析梁体结构在三个控制断面状态下经过优化得到的数据值引入式①当中，即能够得到该模型所对应的约束条件方程。
结束语
对于复杂性的建筑结构来说，在设计方案与设计功能要求的诸多限制下，对预应力配筋设计有非常严格的要求，常规的设计简化方法无法对问题进行有效解决，达到满意的设计效果。但通过后张预应力设计的方式，能够起到合理调整预应力水平的目的，使复杂建筑结构的设计目标更加明确，在优化设计中与有限元计算相互结合，使最终得到的预应力设计方案更加的有效与可靠。本文即围绕复杂建筑结构预应力设计的优化思路进行分析，望引起重视。
某复杂高层结构超限分析要点 篇7
关键词：高层结构,超限,性能目标,措施
1 工程概况
本工程位于长治市, 府后西街南侧, 西一环路西侧。地下3层, 为2层车库、1层设备层;地上28层, 均为复式住宅。建筑总高为86.4 m, 长约28.8 m, 宽约19.5 m。由于建筑使用功能要求, 每单元户内均为两层复式, 户内有中空及相互错层。本工程结构形式采用剪力墙结构。其复式平面图见图1。
2 结构设计及主要超限情况
2.1 主要设计参数
1) 结构设计使用年限为50年。
结构重要性系数γ0=1.0。
2) 自然条件。
a.基本风压为0.5 k N/m2 (重现期50年) ;风荷载体型系数1.3。
b.基本雪压为0.35 k N/m2 (重现期50年) 。
c.抗震设防烈度为7度 (0.10g) , 设计地震分组为第二组, 特征周期0.55 s (Ⅲ类场地) , 地面粗糙度类别为B类。
2.2 主要超限内容
1) 本工程为高层错层结构, 建筑高度86.4 m (>80 m) , 属于错层抗震墙结构高度超限。
2) 本工程楼层面积为520.79 m2, 楼板开洞面积为285.89 m2, 大于楼层面积的35%, 属于楼板开洞超限, 结构平面特别不规则。
3) 竖向规则性。
楼层质量分布不均匀, 有些楼层质量比大于1.5;且存在部分楼层侧向刚度比不满足规范要求, 结构竖向不规则。
2.3 抗震性能目标
结构抗震性能见表1。
3 结构弹性计算分析
本工程采用SATWE和PMSAP进行结构的整体对比分析, 并采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算分析, 结果如下:
1) SATWE和PMSAP结构自振周期对比 (选取前6个振型) 见表2。
2) SATWE和PMSAP分析其他参数对比见表3。
3) 按《高规》要求选用的地震波按7度地震Ⅲ类场地多遇地震进行弹性时程补充分析, 结果见表4。
规范谱与地震波谱对比图见图2。
分析结论表明设计中采用CQC法进行结构设计是偏于安全的。
4) 小结。
两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算, 结果表明:地震反应、楼层剪力、楼层倾覆弯矩、层间位移角、扭转位移比、层抗侧刚度等计算结果基本吻合, 结构动力特性基本一致, 可以认为结果是可信的。
弹性时程分析与规范CQC法分析对比表明:设计中采用CQC法是偏于安全的。
4 结构的静力弹塑性分析
中震屈服验算:
1) 分析参数取值。
a.荷载分析系数取为1.0。
b.不考虑风荷载作用。
c.地震作用调整系数取为1.0。
d.构件的抗震等级取为四级。
e.混凝土强度和钢材强度均取标准值。
2) 验算结果。
在设防烈度地震作用下 (αmax=0.23) , 剪力墙仍为弹性阶段, 部分连梁出现抗弯屈服, 符合本工程的抗震性能目标, 可以满足“中震可修”的抗震设防要求。
3) 楼板应力分析。
为有效传递结构内力, 结构楼板应有足够的刚度和承载力。本工程楼板采用弹性假定, 在中震地震力作用下, 验算结果表明:开洞层楼盖在X, Y向地震作用下, 楼板应力大部分都不大, 只有个别在剪力墙洞口附近应力较集中, 最大为3.0 MPa, 其余大部分楼板应力小于2.0 MPa小于混凝土抗拉强度标准值 (C35为2.20 MPa) ;地上3层以上楼层最大应力为1.58 MPa (第16计算层) , 小于混凝土抗拉强度标准值 (C30为2.01 MPa) 。结构能确保中震作用下楼板弹性工作。
大震作用分析:
1) 分析软件。
本工程弹塑性静力分析采用Midas Building程序。
2) 分析参数及控制。
a.侧向荷载采用振型荷载。
b.Pushover工况采用重力+振型1 (X向) 和重力+振型1 (Y向) 。
c.分析控制:荷载模式采用位移控制。
d.分析骨架曲线为三折线型, 根据应变和基准应变的比值设置了纤维应变等级, 应变等级分为5个等级。其中, 屈服时对应的应变等级为3级 (即比值为1) , 1, 2, 4, 5等级代表的比值分别为0.6, 0.8, 2, 4。
e.分析过程中, 附加阻尼比均为零。
3) 分析讨论。
Pushover分析主要从结构性能点、层间位移角、塑性铰的分布出现过程以及剪力墙延性屈服状态等几方面对结构在大震下的性能表现进行宏观评价。结果如下:
a.通过Pushover分析得到结构能力曲线, 与需求谱曲线比较, 能够找到性能点 (X向22步, Y向37步) , 从整体上满足设定的大震需求性能目标。
b.大震下, 能力曲线与需求曲线的交点 (即性能点) 所对应的结构有效周期分别为X向2.72 s, Y向2.63 s;最大层间位移角为1/266 (X向) , 1/262 (Y向) , 均小于规范规定的弹塑性层间位移角1/120的限值要求, 结构反应满足大震下的抗倒塌性能目标。
c.框架梁及连梁破坏形态分析:根据X, Y向地震力Pushover过程分析知:X向第五步仅0.8%进入屈服状态, 性能点状态下有20.9%进入屈服状态, Y向第十步6.3%进入屈服状态, 性能点状态下有23.6%进入屈服状态, 而且未进入屈服的其他梁也大部分进入塑性阶段, 由此可知随地震力的增加, 框架梁及连梁出现预期损伤, 起到了耗能的作用。
d.剪力墙破坏形态分析: (以X向地震力方向为例说明) 在罕遇地震的性能点计算步, 以构件的应变等级为参照分析, 剪力墙混凝土在构件Z, XZ两方向分量上应变等级仅XZ有0.3%处应变等级3以上, 且均表现为连梁上的破坏, 在Z向 (轴向) 应变等级3以上比例为0, 99.9%以上为应变等级2以下;以构件的延性系数比值为参照分析, 在性能点计算步, 混凝土在X, Z, XZ分量剪力墙变形延性系数均小于1;剪力墙钢筋Z方向分量变形延性系数小于1, X方向分量变形延性系数小于1的占99.3%, 1~3占0.6%, 大于3的占0.1%, 且钢筋较大变形部位均发生在剪力墙的连梁上。综上所述, 在罕遇地震作用下剪力墙保持了不屈服的工作状态, 没有出现轴压破坏及剪切破坏, 结构实现了大震下对结构的性能目标的要求。
4) 剪力墙受剪截面验算。
根据罕遇地震性能点计算步骤下墙体剪力计算值为参照, 以首层剪力最大的墙体为例, 该墙体承担的地震剪力为11 934 k N, 平均剪应力为4.74 MPa, 而C50混凝土的fck=32.4 MPa, 即剪应力水平为0.146fck, 小于0.15fck;逐个考察其他剪力墙的剪应力水平也具有相同结论, 因此剪力墙的受剪截面尺寸验算均可满足不屈服的要求。实现了性能目标中在设防烈度或预估罕遇地震作用下, 竖向构件受剪截面的要求。
X向、Y向静力弹塑性工况性能点见图3, 图4。
5 结语
1) 本工程采用两个不同力学模型的空间分析程序SATWE和PMSAP进行对比分析, 互相校核, 确保模型分析与实际相吻合, 确保计算的真实性;采用MIDAS三维非线性结构分析软件进行了结构在罕遇地震作用下的弹塑性静力分析。
2) 针对本工程抗震性能目标进行了多遇地震、中震、罕遇地震分析, 对每一个目标逐一对照, 最终实现结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”的目标。
3) 根据分析结果, 就工程特点对局部薄弱部位采取抗震加强构造措施, 本工程措施为:楼板开大洞处, 弹性板分析, 板厚加强 (150 mm) 、采用双层双向配筋;局部“Z”字形边缘构件抗震等级提高一级, 加强配筋率;错层剪力墙抗震等级提高一级, 墙厚及配筋率增强。
参考文献
[1]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].
[2]JGJ 3-2010 (备案号J186-2010) , 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]吴国勤, 傅学怡, 李建伟, 等.合肥华润中心超限结构设计要点[J].建筑结构, 2013, 43 (5) :5-10.
复杂高层建筑整体结构抗震分析 篇8
1 高层建筑在地震时主要的破坏点
首先是地基:部分场地具有较厚的软弱冲击土层, 此时高层建筑地基破坏了明显增高。由于地基土液化造成地基出现不均匀沉降, 最终导致建筑上部结构损害甚至整体倾斜。高层建筑位置若处于不利或危险地段, 会由于地基破坏而导致房屋整体结构破坏。一旦建筑结构基本周期和场地的自振周期趋于相同, 则会由于共振效应导致破坏程度加重。其次是结构体系:高层建筑一般采用框架或框架-抗震墙结构, 若高层建筑采用抗震墙结构, 其破坏的程度较轻;若采用底框结构, 其刚度柔弱的底层则会受到严重的破坏;若采用框架结构, 建筑底层若为敞开式的框架间, 且未砌砖墙, 其底层也会受到严重破坏;若采用钢筋混凝土柱、板的结构体系, 由于楼板的冲切或由于楼层发生较大侧移, 导致柱脚破坏, 各层的楼板会发生坠落甚至重叠在地面上。
再次是刚度分布:若建筑物结构以矩形平面布置, 电梯井等抗侧力构件在布置过程中一旦存在偏心, 则会由于扭转振动导致地震灾害加重;若采用L形、三角形等不对称的平面建筑结构, 也会由于地震影响产生扭转振动最终导致灾害加重。然后是构件形式:在高层建筑的结构构架中, 一旦发生地震, 高层建筑的梁、板以及柱破坏程度会最大, 而钢筋混凝土柱由于对地震的抵抗能力较强, 因此虽然也会存在破坏的情况, 但是相比于其它结构而言, 会相对较好一些。最后是房屋的形体, 加入高层建筑的平面机构并非是规则的几何体, 如T、L、Y等形状的房屋, 其在发生地震时, 受到的破坏力是最大的, 换句话说, 高层建筑的平面形心与建筑的整体中心偏移越大, 其在地震发生之时所受到的破坏力会越大。
2 高层建筑整体结构抗震的设计方法
(1) 合理的选择高层建筑的建设场地。要想能够保证搞成建筑建设后再地震中的安全性, 首先就需要对高层建筑的建设地址严谨的选择, 一般情况下, 高层建筑的地质选择是在地质层建筑的场地进行的, 然后要能够合乎高层建筑在建设过程汇总的构建, 最后要能够保证所选的地点在地震发生时能够有效的减少地震能力的输入, 更好的减少地震对高层建筑的破坏, 从而能够有效的增加高层建筑的安全性以及对社会经济的保证性。
(2) 增加高层建筑在设计中的延展性。据相关的研究表明, 建筑的延展性能够很大程度的提高建筑在地震来临之时的安全性, 所以, 在高层建筑的设计之时就增加建筑的延展性能够很大程度的增加高层建筑对使用人员的安全性能, 近年来, 相关的设计人员对高层建筑中的延展性越加的重视, 不仅将阻尼器很好的应用在高层建筑的抗震设计之中, 还将阻尼器更好的应用在建筑的材料之中, 巧妙的减少了地震对高层建筑的破坏。
(3) 做好抗震结构设计。对于我国的建筑行业的设计而言, 高层建筑的设计主要有三种结构体系, 其一是框—筒的结构体系, 其二是筒中筒的机构体系, 其三是框架—支撑的结构体系, 这三种结构不仅在我国的应用较为广泛, 在世界各国都有所应用。随着高层建筑设计的不断发展, 现阶段的高层建筑主要是以柔克刚以及刚柔并济的方式进行设计吗, 这样就能够很好的保证地震释放出的冲击力能够得到很好的减弱。
(4) 合理的选择高层建筑的建设用料。高层建筑所选用的建筑材料使用性能要能够远高于普通建筑所应用的建筑建材, 而我国钢材的创造以及加工能力是在世界上都名列前茅的, 故而, 在高层建筑建材的使用中, 钢材的应用较为广泛, 在钢材的选择方面, 首先要能够对高层建筑的钢材参数有一个很好的了解, 其次要能够对钢材的抗震性能进行一个良好的测试, 最后在钢材的应用上不能够仅仅考虑材料的承载力, 还需要对材料的延展性进行一个测试, 以此来更好的保证高层建筑在建设后的安全性能。
(5) 增加抗震防线。高层建筑在建设的过程中要设置多个抗震防线, 这样就能够保证高层建筑的第一道防线破坏后, 高层建筑依然具有一定的安全性能, 能够保证其中使用人员的安全性能, 一般情况下, 高层建筑的第一道防线是剪力墙, 是一种抗侧力构建, 第二层以及第三层的防线主要是起到抵抗地震作用力以及防治高层建筑物倒塌的作用的, 因此, 要想能够准确的保证高层建筑在地震时期的安全性能, 最重要的是多增加几条高层建筑的抗震防线。
(6) 做好高层建筑的加固设计工作。高层建筑的加固工作主要需要注意以下几点, 其一是能够采用一些具有高抗震性能的构建来代替原有的构件, 其二是能高否对高层建筑的承载能力以及刚度进行一个科学的规划, 其三, 是能够通过其它的设计来减少地震对高层建筑的直接破坏;此外, 还需要对高层建筑的形变程度进行一个严格的控制, 要采用一些针对性较强的措施来减少高层建筑在地震时期所产生的形变, 据实践表明, 在地震时期, 高层建筑所移动的角度是十分具有参考价值的, 所以, 在高层建筑建设时期要能够采用一些针对性较强的措施来保证其建设的质量, 以及建设的安全。
3 结束语
随着我国经济的发展以及科学技术的提高, 我国的城市化进程得到了进一步的深化, 我国的建筑发展也得到了逐步的提升, 尤其是高层建筑的发展, 更得得到了迅猛的发展, 而如今, 高层建筑几乎成为了城市的主要标志之一, 但是, 随着建筑的发展, 以及近年来的地震经济损失, 相关的人员发现, 高层建筑所造成的社会经济损失几乎是建筑种类之中最高的, 因此, 要想能够进一步的推动建筑行业的发展, 其首先要做的, 就是对高层建筑的整体抗震设计进行优化, 以此来更好的减少在灾难发生时对社会经济的影响, 以及更好的增加建筑在使用过程中的安全性能。
摘要：自从在十九世纪八十年代的第一座高层建筑建设成功后, 我国的高层建筑就在不断的开发以及创造中, 不仅在高度上进行突破, 在使用材料上也逐渐的更加成熟化以及多样化, 由于高层建筑的自身性质, 使其在建设结束后对地层的震动感受要比一般的建筑要严重的多, 因此, 在于多地震的区域, 高层建筑所造成的经济损失要远远的高于一般的建筑, 为了能够让高层建筑的损失降到最低, 能够更好的保证高层建筑的质量以及建筑的安全性, 就要对高层建筑的整体结构以及抗震性能进行分析。本文主要对高层建筑在地震时主要的破坏点进行研究, 对高层建筑整体结构抗震的设计方法进行探析。
关键词：高层建筑,整体,抗震结构,措施分析
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大型复杂建筑结构的发展动向 篇9
随着社会的进步和科技的发展,建筑物呈现规模大型化、功能复杂化、造型和建筑技术多样化的特点,超高层和超大跨度建筑成为代表国家建筑科学技术发展水平的重要标志。特别是最近几年,高层建筑进入了快速发展的阶段,除上海、深圳、广州等沿海城市外,内地的大、中城市的高层建筑也在迅速发展。高层建筑结构的平面、立面布置趋于复杂化,结构抗震设计理论和方法研究取得新进展,减震控制技术得到进一步应用,高层建筑的整体性能和质量得到进一步提升。本文以工程实践为背景,介绍了高层建筑的结构体系及特点,特别是结构设计、施工方案的创新技术及其难点,供参考。
1 高层建筑的结构体系及特点
1.1 高层建筑的结构体系
高层建筑的结构体系包括:框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框筒和筒体(包括筒中筒与成束筒)结构、巨型结构及悬挑结构。超高层建筑结构体系包括:框架-筒体结构、筒中筒结构、框架-支撑体系。
1.2 特点
(1)结构高度不断增加。业主或开发商通过高度(体量)显示实力,建筑高度成为其追求的目标,各地的建筑高度不断增加。
(2)体现个性、追求新颖。结构的复杂程度和不规则程度为国内外前所未有,给结构设计带来极大的挑战。平面形状有:矩形、方形、八角形、多边形、扇形、圆形、棱形、弧形、Y形、L形等;立面形状有:各类型转换、外挑与内收、大底盘多塔楼、连体建筑、立面开大洞等。
(3)国外的高层、超高层建筑以纯钢结构为主,我国的高层建筑以框-剪、剪力墙等钢筋混凝土结构为主,超高层建筑以钢-混凝土的组合结构居多,也有的采用钢筋混凝土结构。例如采用钢-混凝土组合结构的有:上海环球金融中心,RC核心筒+外伸桁架和巨型(型钢)柱,101层,高度492 m,7度抗震设防;金茂大厦,RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱,88层,高度420 m,7度抗震设防;大连国贸中心,RC核心筒+方钢管混凝土柱,78层,高度341 m,7度抗震设防;北京国际贸易中心三期塔楼,筒中筒结构,外部为型钢混凝土框筒,内部为型钢混凝土巨型柱与斜撑及钢梁组成的筒体,73层,高度316.6 m,8度抗震设防。
1.3 高层建筑结构设计与研究动向
近几年,我国新修订的设计规范、规程主要有:GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》、JGJ 3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》。其中既吸收了近几年国内外工程经验和研究成果,也吸收了震害的经验教训,同时借鉴参考了国外的相关规程、规范,基本上可适应我国绝大部分高层建筑结构的设计需要,为保障结构设计安全发挥了积极的作用。
1.3.1 结构设计
国外设计公司或顾问公司进入我国建筑设计市场。通过与境外的交流,国内已有一批熟悉国内外规范、与国际接轨的一流设计人员。相继完成了对上海环球金融中心、中央电视台、北京国贸三期、大连国贸中心等一批复杂工程、特殊工程的超限审查。
1.3.2 研究动向
(1)静力分析计算。采用有限元模型进行三维空间分析计算,国内开发的计算程序(SATWE等)及国外分析程序(如ETABS、SAP2000、MIDAS等)并用,特殊工程采用多个计算程序进行对比。弹性计算分析时,考虑因素更加全面;对体型不规则结构考虑双向地震作用;对竖向地震作用较敏感的结构部位(如连体结构、大悬臂结构等),补充进行竖向地震输入的弹性时程分析,考虑竖向地震为主的组合。
(2)弹塑性分析计算。体型特殊的结构以PUSH-OVER静力弹塑性分析计算为主,确定结构薄弱部位,不再局限于“小震不坏、中震可修、大震不倒”,对重要结构必要时可高于上述原则,可按基于性能设计的要求确定结构方案。如中震时关键部位构件不屈服,或大震时对某些构件按极限承载力进行内力复核等。
(3)总结国内外的震害情况,结合振动台试验及模型静力试验,并利用各种计算机分析软件进行计算分析工作,完成了关于转换层、加强层、体型收进、连体结构等复杂高层建筑结构的研究与应用。
(4)对混合结构的研究。通过整体模型模拟静力试验、振动台试验,研究增强剪力墙的抗剪性能和提高延性的措施。多采用1∶20～1∶40的微粒混凝土模型,研究结构的抗震性能、破坏形态,找出结构在地震作用下的薄弱部位。除整体模型振动台试验外,也进行了大量的大比例静力试验、特殊梁及柱节点研究、钢管混凝土节点研究、搭接柱静力性能试验、特殊构件(如巨型柱)的构件滞回特性研究等。
(5)减震控制技术研究及应用有一定进展。隔震技术已较为成熟,主要用于高烈度区(9度区)多层建筑,如北京某地铁枢纽建筑采用了此项技术;高层建筑的连廊端部支撑消能减震技术进行了一定研究,但应用较少。
(6)对体型复杂的建筑进行风洞试验,测出建筑物的风压分布、邻近建筑物对其产生的影响等。
2 从北京奥运场馆看大跨结构发展动向
2.1 国家体育场
2008北京奥运主会场——国家体育场建筑体形上像鸟巢,新颖独特,可容纳8万人。其平面为椭圆形,长轴340 m,短轴292 m,屋盖中间设185.3 m×127.5 m开口。整体承重结构由一系列门式刚架绕着内环旋转而成。这种结构布置形成一种三维空间承重体系。每一榀刚架由高12 m的屋盖桁架和三角形桁架柱组成,均采用加肋薄壁箱形截面。为了形成鸟巢效果,主桁架上弦上设有交叉的次要构件,也采用箱形截面。总用钢量优化至4.2万t。其创新点包括:
(1)结构中存在大量空间扭曲(二次扭)构件,在设计中采用了航空、汽车制造工业中应用的三维连续CATIA软件,以解决复杂建筑的空间建模问题。
(2)首次在桁架柱内柱中采用高性能、强度级别最高的国产Q 460钢材(舞阳钢厂生产),厚度达110 mm,同时解决了超厚度板的焊接问题,对钢材的各种要求均大大超过国内外现有规范。
(3)在设计中首次提出并采用下风振系数的概念。
(4)首次采用大型多面体铸钢节点连接,多达13根杆件,以实现内柱菱形截面到矩形截面的转换。
(5)焊接薄壁箱形截面桁架节点、桁架柱复杂节点及异型柱脚设计方法研究。
(6)超大(25 m×20 m)、超重(360 t)及超高(68 m)构件的翻身和成功吊装。
(7)提出大跨度结构温度场计算方法,确定使用期间的最大温差和合拢时的最佳温度(19 ℃±4 ℃)。
(8)钢结构卸载的最后变形量为271 mm,与设计理论值286 mm接近,满足设计要求。
2.2 国家游泳中心
国家游泳中心建筑体形简单,为170 m×170 m×29 m方盒子状,屋盖厚7 m,墙厚5.4 m,可容纳1.7万人。其外墙及屋面的填充单元是由十二面体和十四面体组合而成的异型网格或称WP多面体(Weaire-phelan),然后再按一定角度斜切成水泡状网格。既有上弦,也有下弦,中间为腹杆。网格内外均铺设透明的ETFE充气膜膜枕,赋以整个建筑以晶莹剔透的外表,这种结构又称之为“水立方”(Water Cube)。杆件采用传统的方钢管(上下弦)及圆钢管(腹杆),节点大多为我国普遍采用的常规和异型焊接空心球节点。其技术创新点包括:
(1)在建筑结构中采用WP多面体网格,达到水泡效果,堪称一大创新。
(2)网格杆件采用圆钢管及方钢管,由于除了受轴力作用外还有弯矩及扭矩存在,端部需加强,与此相接的节点采用常规和异型焊接球节点,杆件和节点都有新的计算方法,为国内外首创。其计算公式已列入我国正在修订的空间网格规程。
(3)网格填充的两层气枕采用使用寿命长达30年、透光度高、不自燃、自洁性好的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜材。ETFE膜面有许多镀点,能起到折射阳光及保温作用。
2.3 国家体育馆
国家体育馆在建筑空间上划分为两个大厅,即比赛大厅和训练大厅。比赛大厅空间平面尺寸为114 m×144.5 m,柱顶高度分别为35 m、43 m、30 m,训练大厅空间平面尺寸为51 m×63 m,柱顶高度分别为30 m、22.3 m。屋盖结构采用新型空间结构双向张弦桁架体系,下部结构为框架抗震墙结构与型钢混凝土框架-钢支撑相结合的混合型结构体系。
张弦桁架上弦及腹杆采用圆钢管焊接空心球节点,下弦采用矩形管铸钢节点。张弦索纵向8根单索在上,横向14根双索在下,强度1 670 MPa,撑杆上端与桁架下弦相连为万向球铰,下端与索相连为夹板带滚轴节点,索端为铸钢节点。施工方法为构件散件出厂,纵向桁架横向累积滑移(中间设1道滑道,端部为拼装架),最后分级分步做横纵向索张拉,由于相互影响,一般需超张拉以抵消应力损失。该工程用钢2 037 t,耗钢量86 kg/m2。为了保证国家体育馆的运营质量和安全,运用多达83台监测仪器实时对屋盖实行永久性监控。国家体育馆的主要创新点在于屋盖采用了双向张弦桁架超大跨度新型空间结构。
3 结语
复杂钢结构分解预装定位技术 篇10
关键词：复杂钢结构,分块预装,空间定位
1 概述
嘉峪关气象塔高95 m,位于甘肃省嘉峪关市东湖风景区内,其混凝土筒体塔楼外,环绕着海豚造型的钢结构网壳。网壳以24根竖杆为结构主体,每根竖杆由35段无缝钢管杆件对口焊接而成。竖杆之间对径焊接横杆和斜杆,构成网状的海豚造型,如图1所示。
钢结构网壳采用了2 731根直径18 cm～24 cm的钢管,其空间结构非常复杂。安装工作存在高空作业量大、定位要求高、技术复杂的问题。为了减少高空作业,提高工作效率,网壳安装施工是在综合考虑施工条件的基础上,将网壳钢结构体拆分成若干个组件,在分块预装后,再吊到高空进行焊接。
2 吊装组件设定
将钢结构网壳拆分为若干个吊装组件时,要考虑吊车起重能力、组装场地大小、组装困难程度、高空吊装是否方便等诸多因素。具体分析,必须遵循以下原则:1)吊装组件的重量必须小于吊机的起重能力。组件过重,吊机无法安全吊起;如果组件过轻,又会增加高空的作业量,所以组件划分时,首先要考虑组件的重量。2)组件的拼装是在地面铺设钢板的安装平台上完成的,现场的安装平台相当简陋。因此在满足重量要求的基础上,组件的几何尺寸必须要适应拼装平台大小。3)为使组件空中吊装时不会受到施工脚手架等障碍物阻挡,还需要通过精确精算,确保吊装组件能顺利通过空中施工平台空隙,这也是划分吊装组件几何尺寸必须要顾及的问题。4)吊装组件定位完成后,其上端必须要临时固定,所以组件的竖立高度设置,必须要考虑空中固定的方便。
3 吊装组件的分块预装数据处理
钢结构壳网的定位设计值是网壳竖杆、横杆、斜杆钢管中心线在各交点的三维坐标。要在地面上完成吊装组件的拼装,首要问题是将这些交点的三维坐标转换为拼装工作平台上的相对坐标。
经过反复论证、试验,利用在CAD系统中对图形进行整体变换,以不改变其相对空间关系为基本原理,设计出一套AutoCAD图形操作程序,使问题获得圆满解决。相对于求解坐标参数实现坐标转换,图形操作方法显著优点是:方便灵活、无误差、可靠性高、作业效率高。具体操作步骤以较为简单的网壳主体吊装组件为例,具体阐述如下:
1)在CAD系统中,将吊装组件上各交点以XOY坐标平面展绘在计算机屏幕上,以组件竖杆底部一端交点为基点,以组件底部左右两端交点连线为基线,将全部交点做第一次旋转,把基线绕Z轴旋转到与X轴平行的位置。2)提取第一次旋转后吊装组件交点坐标数据文件,将文件中的Y,Z坐标相互换位,从而将各交点以ZOX坐标平面上展绘在CAD图形操作界面上。将各交点以直线连接,得到竖立的吊装组件朝下旋转90°后,水平放置在拼装平台上的投影图。水平投影图反映了吊装组件中各交点第一次旋转后在水平面上的相互关系,如图2所示。3)将第一次旋转后的交点坐标数据文件中X,Z相互换位,从而将各交点以ZOY坐标平面展绘到CAD图形操作界面上。同样将各交点以直线连接,得到吊装组件在拼装平台竖直面上的投影图。竖直投影图反映了组件中各交点在拼装平台竖直高度方向上的相互关系。4)一次旋转后吊装组件两端高差可能较大,这会使得拼装工作操作不便。为此可在竖直投影图中,以拼装组件一立杆底端交点为基点,将同一立杆顶端交点旋转到与底端水平的位置,使吊装组件两端等高。提取第二次旋转后的坐标文件,对X,Y做相互换位处理,重新投影到ZOX面上,得到二次旋转后吊装组件在拼装平台水平面上的水平投影图。5)在拼装平台旁设立观测点,以任意假设坐标测绘拼装平台的范围和观测站与拼装平台间的障碍物。6)在CAD图形操作界面上,将吊装组件二次旋转后水平投影图平移到拼装平台范围内,确定放置位置,使观测站与要定位的组件交点间无障碍物影响通视。7)从CAD系统水平投影图中量取观测站到各个交点的距离和方位角等放样数据。8)坐标数据文件中的Y坐标(位于数据格式中高程位置)表示各交点在竖直于拼装平台方向的几何关系,根据焊接方便的角度,确定了最低点相对于拼装平台的高程后,就可确定各交点的高程值。
4 吊装组件拼装定位桩设置
定位控制桩的构造如图3所示。设置方法是根据放样数据确定组件各交点在安装平台上的水平位置,然后在平台上铅直竖立槽钢立柱,槽钢的一个棱角对准交点在钢平台上的投影点,并用角钢支撑将槽钢立柱焊牢。
槽钢立柱设立后,需要测定吊装组件交点高度,实际作业时采用钢尺沿平面放样点位铅直向上丈量。由于安装平台并不水平,所以需要对各立柱底部进行高差测定,通过测得的相对高差确定“地平改正数”,使丈量确定交点高度时,有一个统一的起点。考虑到吊装组件焊接是全方位的,为兼顾高低点焊接操作方便,需要设定最低点高度,即对所有交点高程值统一加一个“高程常数”。即:实际交点高度=各交点相对于最低交点的高差+地平改正数+高程常数。高程点标定出来以后,在对应的槽钢立柱上焊接水平槽钢横杆,作为放置吊装组件竖杆的支架。
5吊装组件拼装
1)立杆放于首尾两点支架上,加钢垫支撑使其固定,可以绕首尾连线旋转而不能移动,如图4所示。以首尾连线AB为旋转轴,将竖杆转到大致位置,利用垂球得到各交点在工作平台上的投影点。在拼装平台上检验竖杆中间各交点投影点到首尾交点投影点连线ab的水平距离d,若等于水平投影图上的数值,则竖杆位置正确;否则要旋转竖杆使d等于设计值。竖杆处于正确位置后将其固定,如果杆件比较长,中间悬空部分需要打硬支撑以免杆件塌落变形。2)依次定位其余竖杆,以同样的方法将杆件置于正确位置后,用钢尺量取相邻竖杆对应交点的空间距离用于检查。如果杆件有微小误差也可以作微调,将误差缩小到规定范围之内,最后再检查首尾位置是否还正确。所有竖杆放好后,焊接横杆和斜杆即可完成吊装组件拼装。
6结语
嘉峪关市气象塔海豚状钢结构网壳的安装定位工作,存在技术复杂、精度要求高、无可借鉴资料、风险大的问题。安装工作采用的是将网壳拆分为适当大小的吊装组件,分块预装后整体吊装的作业方案,减少了高空作业,提高工作效率,降低了安装的风险性。这一技术的成功应用,解决了工程实践中的关键性难题,保证了工程的顺利进行,为今后的类似工程提供了宝贵的经验。
参考文献
[1]CJJ 8-99,城市测量规范[S].
[2]孔祥元,梅是义.控制测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2002.
[3]李玉宝,曹智翔.大比例尺数值化测图技术[M].成都:西南交通大学出版社,2006.
复杂空间结构 篇11
【关键词】干河泵站；地下洞室；施工技术；经济对比分析
1、工程概况
牛栏江——滇池补水工程是治理滇池水环境污染以及远期兼顾昆明、曲靖城市供水跨邻近流域的一项引水工程。工程位于云南省曲靖市的沾益县、会泽县及昆明市的寻甸县、嵩明县和盘龙区境内，由水源工程、取水（提水泵站）工程和输水工程组成。
2、岩溶区跨越施工技术
通过对强岩溶区水电站大型地下厂房洞室群施工经验，岩溶跨越技术主要有以下8种：绕道通行；拱桥跨越；防护穿越；栈桥跨越；垫渣跨越；置换跨越；避让跨越；强堵穿越。
2.1绕道通行
采用“绕道通行”跨越处理，一方面可保证主体工程的施工，另一方面可同步进行溶洞处理，由下游侧开辟新的施工通道绕行，形成新的施工通道，后续开挖与溶洞处理同步多工作面同时施工的局面，减少了溶洞处理占据的直线工期，解决了隧洞开挖施工的工期问题 。
2.2拱桥跨越及防护穿越
对发育于洞室顶部的溶洞或上下层洞室之间贯穿的溶洞，溶洞内充填物较少，则可采取钢支撑防护棚或对下层洞室进行钢筋混凝土衬砌先行穿越溶洞的技术，待开挖施工完成后，适时进行清理回填，使溶洞处理不影响主体洞室施工工期。
2.3栈桥跨越、垫渣跨越及置换跨越
洞室在开挖过程中遇到规模大、充填物多、清理工程量大的溶洞时，溶洞清理范围较大、处理跨时长，采取对洞室底板范围的溶洞充填物清理后进行混凝土置换回填，先提供施工通道进行洞室施工，溶洞其他部位与洞室同步进行处理。
2.4避让跨越
避让跨越是以超前地质预报为基础，提前探知岩溶区的分布情况，在征得设计同意的条件下，对隧洞轴线进行适当调整，以避开即将出现的影响工程施工的溶洞。
2.5强堵穿越
强堵穿越技术，一般适用于溶洞发育于洞顶且规模大，不断有充填物坠落，人员在其下部施工极不安全的情况，一般封堵完成后短时间即可开挖穿过溶洞，进行洞室正常施工。以上施工技术，适用于渗水较小或无渗水的地下岩溶区，在干河泵站地下洞室群岩溶区施工中得到了广泛应用，确保了施工期安全，极大的提高了生产效率。
3、岩溶系统施工加固技术
岩溶区地下洞室围岩处于富水环境时，许多小型隐伏溶洞的存在，导致渗流场作用不但具有力学效应，同时在施工开挖和最初运行阶段，由于渗流场从非稳定状态向稳定状态的调整，还会整体上造成围岩宏观物理力学指标降低，即渗流软化效应。渗流软化作用使得岩溶地下洞室施工期和运行期围岩整体安全稳定成为工程建设的关键问题之一。在岩溶区实际工程开挖过程中，地下洞室区域的大量的岩溶空洞，应进行灌浆回填，提高围岩质量。在这样一种不利于施工围岩稳定安全的条件下，对岩溶空洞区及围岩软弱处应及时采取灌浆回填措施，以避免围岩较差部位对地下洞室施工开挖造成影响。岩溶系统管道的加固处理至关重要，其直接影响到洞室的稳定和工程的运行安全。岩溶系统施工加固处理技术有以下4种：置换回填、灌浆加固、深层锚固、拱桥加固。
3.1置换回填。主要应用于引水发电系统大大小小的洞室与岩溶贯穿的部位，其中主厂房、调压室顶拱及边墙区域溶洞的回填处理使用居多。3.2灌浆加固。洞室群四周的深埋岩溶不宜进行追挖清理置换处理，采用灌浆加固处理。针对类似部位的处理首先采用钻孔取芯分析、CT扫描补勘准确确定岩溶分布的位置范围，然后制定相应的技术措施，最后实施加强灌浆处理。一般选用钻孔压水冲洗，高压灌浆进行加强处理。3.3深层锚固。在洞室周边15～20m范围进行C25混凝土回填后，对于回填混凝土体与洞室周边形成不利稳定交角的或悬挂式回填混凝土体，则在径向增设长锚杆、锚筋桩或预应力锚索等深层锚固措施进行加固。3.4拱桥加固。对一些与洞室贯穿范围较大、而上方又有结构建筑物（如岩锚梁）的溶洞，采取岩溶跨越技术章节中所述的“拱桥”方式对溶洞进行加固，保证围岩稳定，满足结构受力要求。
4、干河泵站富水区暗河涌水施工技术
牛栏江-滇池补水工程泵站工程引水隧洞全长3249.5m，开挖断面直径4.8m，衬砌后断面直径4m，引水隧洞全断面开挖至2+483.5桩号时遇地下暗河，暗河水量约2m3/s，造成引水2#施工支洞及已完成开挖施工的引水隧洞主洞2+483.5～2+018洞段淹没，受地下暗河涌水的影响，上述洞段停工时间长达16个月，致使引水隧洞1+380～2+868洞段的开挖支护及混凝土衬砌施工工期滞后约4个月。引水隧洞2+483.5～2+464段穿地下暗河处理成为引水隧洞能否按期完工的关键。成功实现涌水分流后，干河泵站引水隧洞上游侧的混凝土衬砌施工得到了迅速恢复，接下来面对的就是暗河涌水的封堵，其具体封堵处理流程如下：
第一步，将暗河与引水洞相交口扩挖为3.5m×2m，以便安装阀门，阀门安装后不侵占引水隧洞混凝土衬砌尺寸。同时，在暗河水面线以上洞壁环向布置插筋，插筋为25mm，插L=2m入岩1.7m，间排距1.5m，外露部份待导流钢管安装完成后与之焊接，做为导流钢管锚固点。第二步，导流钢管安装，导流钢管采用内径600mm，壁厚4mm钢管，单边导流钢管长7.5m，在钢管出口安装阀门。单节钢管长1.5m，各管节采用法兰连接。钢管底部暗河水面线30cm，钢管分节运至安装工作面，就位后进行对接，加固。为监测暗河水压力，在阀门上游侧加装了一个压力表，压力表量程为0.6MPa，通过一根10mm钢管接引至引水洞，便于观测读数。第三步，砌筑临时挡水墙，导流钢管安装完成后，在钢管内外两侧端头分别砌筑临时挡水墙。首先将内装C30混凝土的编织袋抛投于暗河底部，使水位上升，直至导流钢管1/3断面过流，停止抛投，开始在编袋上砌筑挡水墙，首先砌筑内侧挡水墙，挡水墙由两道间隔30cm的24砖墙组成，两道砖墙之间的空间采用M30砂浆充填，内侧挡水墙将导流钢管与暗河溶洞之间的空间填满。内侧挡水墙砌筑完成后，进行外侧挡水墙，砌筑工艺与内侧挡水墙相同。但在挡水墙上部预留回填混凝土输送口及回填灌浆管口。
挡水墙砌筑完成24h后，开始对两道挡水墙之间的空间进行混凝土回填，回填混凝土等级为C30/38，混凝土采用泵送入仓。混凝土回填完成24h后，进行回填灌浆。第四步，进行关阀闭水，阀门按1/3行程、2/3行程、全关3个步骤实施。前个行程完成后间隔10min进行下个行程。同时观测压力表读数，阀门全关后，压力表读数稳定在0.35MPa，小于封堵混凝土失稳水压力。最后，迅速组织进行结构混凝土衬砌施工。
5.1直接经济效益分析
采用富水岩溶区施工关键技术，岩溶发育富水区地下水处理的“报、避、排、堵”，进行超前地质预报，控制爆破，地下暗河出口封堵采用“钢管引流、超前预固结灌浆、混凝土分期封堵、闸阀封水”提高围岩力学参数，降低围岩的软化效应，提高了施工效率，保证施工过程中围岩稳定的施工方法对经济效益主要体现在以下几点：
1、管理费节余
采取地下水处理措施和未采取措施的对比分析
引水洞采用施工关键技术后对比分析
采用控制涌水技术处理方法后对比分析
2、灌浆费用结余
3、不良地质坍塌损失及恢复工作面费用节余
4、爆破成本节余
5、窝工费用，抽水费用节约
综上所述，采用富水岩溶区施工关键技术后施工直接成本为11.61+18.27+105+225+131.41+50+525=1066.29万元。
结语：采取富水岩溶区施工关键技术后，为施工安全及施工进度做出了重大贡献，避免了重大安全事故的发生，降低了风险，加快了施工进度，不仅大大降低了直接成本，社会正面效益也大大增加，产生的间接经济效益远远超过富水岩溶环境复杂地下结构施工所增加投入的有限资金。值得类似工程借鉴。
作者简介
复杂空间结构 篇12
复杂地质地质条件突出的特点就是不确定性, 尤其是在对复杂结构井的施工中其不确定性更加的明显, 复杂的结构井也即是指出了常规的直井外的所有的较为复杂的井结构, 如水平向井、定向井、移位较大的井、分支井等。其不确定性由以下几个方面决定:
1.1 地质条件的影响
复杂的地质条件对复杂结构井的影响是最大的, 因为复杂结构井与特殊工艺井成井都需要以地质结构为基础, 如果在地层厚度、油气结构、底界面位置、地层缺失、地层分层深度位置等方面都会影响复杂结构井的施工, 着不确定因素可以导致某个层不能进行探测确定其地质情况, 只能依靠液体套管维持待定井段的施工。如果情况严重还会因为目的层、标志层的深度不能明确探知而影响预先设计井的深度、靶位等带来困难, 更严重的还会因为施工位置的地质结构而影响井壁稳定性。
1.2 井下设备控制的不确定性
在钻井的过程中, 导向钻井工程控制与优化目标会在实际的施工中产生不确定性, 而导致其难以实现。主要的因素是钻头的动力学与钻柱的动力学研究与控制还不够完善, 在实际的应用中不能代表普遍性, 尤其是旋转导向工具和BHA都有不确定性, 所以在实际的成孔中运行很难兼顾井孔的轨迹、速度、安全、效率等多方面问题。
1.3 结构井刨面与轨迹之间的不确定
在是实际的施工中还会出现漂移问题, 或者不容易改变井孔位置的复杂地质结构, 但是因为不能在事前定向出现倾斜的位置和井孔的位置而增加了施工的难度。在施工经常出现多次调整井身轨迹的情况, 给结构井与施工都带来了安全隐患。
1.4 井下复杂的情况对给施工带来不确定性
常规直井利用的是传统的诊断与预测方式可以通过地面录井或者泥浆的情况对施工进展进行分析, 但是因为地面采集的数据不能及时反映井下的情况, 在实际的使用中往往会出现滞后或者错误判断, 面对复杂结构井这种方法显然不能完全适应其施工。
2 复杂地质条件下复杂结构井与特殊工艺井施工技术
2.1 裸眼施工技术
这是一种简单的水平向井的施工方式。利用技术套管放置到预计的水平位置顶部, 向其注入水泥固井封隔。随后利用小一级的钻头进行水平钻进, 直至设计长度, 施工完毕。裸眼成井的主要应用地质形态为碳酸岩等坚硬不易坍塌地质条件下, 特别是存在垂直裂缝的地层。
2.2 割缝衬管施工技术
此种措施先利用割缝的衬管悬挂在技术套管上, 用悬挂封隔器对其进行外部封隔。割缝衬管需要扶正, 保证其在井眼的中心。割缝衬管技术主要适用在不能用套管射孔的工程中, 同时裸眼施工还会引起塌方。此种施工技术方式简单, 有效的抑制塌方, 同时将水平井端进行分割形成使之容易施工, 此技术多用与水平井。
2.3 射孔施工技术
固井射孔技术是一种被认可的施工技术, 包括套管固井射孔技术与尾管固井射孔施工。套管射孔是技术可以避开夹层水、顶层水、气顶等, 可以支持分段射孔、试油、注采等进行增产措施。在一些油田中热采水平井和先期防砂的水平井多采用此类技术完成施工, 通常全井采用的是直径为177.8m m的套管, 热采水平井采用提拉预应力的方式固井, 水泥材料返到井口的尾管固井射孔, 以此完成施工有利于提高固井质量与保护生产层, 在水平段施工中采用与油气层相互配伍的钻井液, 利用近似平衡钻井或者欠平衡钻井技术降低对油层的污染, 保证其生产稳定。
另外, 此项技术可以降低施工成井的成本, 提高项目进行的经济效益, 因此水平井中采用此方法的居多, 此时利用直径为244.5mm套管与139.7mm尾管施工成井, 在水平井固井射孔的施工中, 应保证固井的质量才能达到技术目标。为了提高固井的效果, 可以利用一些措施进行质量提高, 如:使用添加剂对水泥浆的性质进行改变, 分级注入水泥, 紊流与塞流代替, 采用封隔器, 活动管柱, 加装套管扶正装置提高其位置稳定性, 利用尾管固井等技术。
通常的水平井多利用负压射孔, 对地质松散胶结差的地质结构通常采用近似平衡压力射孔, 高压地层和地层压力不确定的时候则采用正压射孔, 向水平井射孔方向利用油管传送射孔枪和液压引爆。这样就实现了油管内憋压射孔、可以将一筛管接到射孔枪上, 全井憋压射孔完成后不需要移动管柱测压或者生产。
2.4 管外封隔器技术
此项技术施工是依靠管外的封隔器对成井进行分割, 投产后按照层段进行后期施工或者生产控制。对注水开发的油田而言是十分重要的技术措施, 我国西北的油田在水平井施工中多采用此类技术。
2.5 填充成井设计
在总结实践经验的基础上, 水平井内不论是利用裸眼井下砾石填充或者套管井下砾石填充, 其工艺都比较复杂, 目前还有一种在矿场上进行时间的技术, 裸眼水平井预先填充砾石绕丝筛管施工技术, 其筛管结构和性能与垂直井相似, 但是使用中应采用扶正器进行辅助, 以方便让筛管在水平位置居中, 在某些油田中的复杂结构井施工中获得了较好的效果。
3 结束语
复杂地质条件下进行复杂结构井和特殊工艺井施工时, 其不确定的因素来自与多个方面, 这些因素决定了在成井的过程中对其产生负面影响。所以在实际的施工中, 应利用相应的技术措施在施工中尽量克服负面影响, 并利用技术优化来提高施工的效果。
摘要：在常规的钻井技术之外, 都统称为复杂结构井。其应用主要是为了适应油田的采收率。但是在结构复杂的地质条件下, 地质结构的不确定、设备操控不确定性、结构不确定性、意外情况等, 使得复杂结构井与特殊工艺井完井工艺越发复杂与困难。所以在实际的施工中利用多种技术组合和创新才能提高完井的质量, 并提高其对提高采收率的帮助。
关键词：复杂地质,不确定因素,复杂结构井,完井技术
参考文献
[1]温克珩, 赵总彦.复杂地质条件下复杂结构井成井的关键技术及管理对策[J].石油技术, 2008, (02) .[1]温克珩, 赵总彦.复杂地质条件下复杂结构井成井的关键技术及管理对策[J].石油技术, 2008, (02) .
[2]曹佩浩.复杂地质条件下穿层钻井与成井技术研究[J].科技传播, 2011, (02) .[2]曹佩浩.复杂地质条件下穿层钻井与成井技术研究[J].科技传播, 2011, (02) .