山区建筑的结构设计

山区建筑的结构设计（共7篇）

山区建筑的结构设计 篇1

1 工程概况

某高中位于甲市平路河下段河下村西面, 拟建教学楼位于校园北中部, 共6栋, 依地势呈阶梯状分布。以2#教学楼为例, 平面图如图1楼房结构尺寸为:长 (25.2+62.7) m, 宽11.4m, 设计标高±0.000为695.30m, 室外地面高差变化大, 从-7.30m到-0.30m, 高差到7m之多。建筑设计时, 利用地势, 在 (6) ~ (10) 轴加设吊一层, 室内地面标高-4.50m, 而 (1) ~ (6) 轴室内标高±0.000, 这样建筑物就形某高中位于甲市平路河下段河下村西面, 拟建教学楼位于校园北中部, 共6栋, 依地势呈阶梯状分布。以2#教学楼为例, 平面图如图1.楼房结构尺寸为:长 (25.2+62.7) m, 宽11.4m, 设计标高±0.000为695.30m, 室外地面高差变化大, 从-7.30m到-0.30m, 高差到成一个错层, 为五层框架, 局部六层。

2 基础设计

山区地质情况复杂多变, 建筑地基不均匀, 设计基础时方案选择不合理或施工处理不当, 易造成地基的不均匀沉降, 主要表现在以下几个方面:

1) 山区的自然地面高差悬殊很大, 大量的平整场地工作往往使同一建筑物的部分基础置于挖方区, 而另一部分基础置于填方区, 而填土没有达到压实填土的质量控制要求。2) 下伏基岩层表面起伏较大, 由于基岩起伏, 上覆土层的厚度不同, 常常使建筑物一部分基础置于坚硬的基岩上, 另一部分基础置于土层上, 使建筑物基础产生不均匀沉降。3) 局部软弱土层。因此处理不当, 易产生基础不均匀沉降。

下面结合工程实例, 分析一下山区建筑基础方案的合理选型以及基础不均匀沉降的防治措施。2#教学楼工程地质情况见表1:

由地质条件知, 拟建教学楼的地形复杂, 地面高差起伏大, 设计时对几种不同的基础形式做了比较:

1) 采用桩基础, 让桩穿过杂填土层, 将基础支撑在坚硬岩石层上, 使建筑物的沉降差满足设计要求, 这种方法安全可靠。2) 采用天然地基。当地基上部土层的强度较高, 又具有一定厚度, 应合理确定基底的面积, 使基底应力趋于均匀, 建筑放在较好地基上, 确保各部位沉降均匀, 同时保证沉降量最大值满足规范要求。3) 换土。两种情况, 一是以硬换软, 一是以软换硬。目的都是为了获得整个建筑均匀沉降。若软地基少, 硬地基多, 可挖去软弱土层, 采用浆砌块石砌至基础底, 当软弱土层较厚时用碎石进行置换。

由地质报告知, 2#教学楼个别框架柱没有必要采用桩基, 能够采用天然地基。而大部分持力层顶标高距建筑设计地面标高达5~10m, 这种情况采用天然地基独立基础又很不合理。针对这种特殊的地质情况, 设计决定采用两种不同的基础形式。对于持力层距基底设计标高较浅的部分 (≤5.0m) , 采用天然地基柱下独立基础。持力层距基底设计标高较深的部分 (>5.0m) , 采用大直径人工挖孔灌注桩。

3 上部结构设计

山区建筑体型复杂, 特别是高度相差较大时应设沉降缝。沉降缝应从基础开始分开, 且有足够宽度。本工程采用钢筋混凝土框架结构, 抗震设防烈度为7度, 框架抗震等级为三级。

由教学楼平面图知, 由于地势的限制, 设计时仅在 (6) ~ (10) 轴设吊层, 这样就在 (6) 轴处形成错层, 对于这种局部存在吊层的建筑, 结构计算时, 应注意底层柱计算长度的正确选择。 (6) ~ (10) 轴吊层平面为第一标准层, 层高4.5m, (1) ~ (10) 轴一层平面为第二标准层, 层高3.9m, 这样存在一个 (1) ~ (6) 轴柱子的计算长度问题。如果不考虑错层, 按一般方法输入, 所有的柱子都在第一标准层生根, 那么由于±0.000上 (1) ~ (6) 轴无梁板, 柱子的计算长度就为 (4.5+3.9+1.5) m (1.5m为基础埋深) , 这样建模的话, SATWE计算出的柱子配筋就很大, 显然这样也不合实际, (1) ~ (6) 轴无吊层, 独立基础实际顶标高为-1.500。设计时, 可以采用两种方法建模。一种是按先前所说的在第一标准层上输入 (1) ~ (10) 轴的柱子, 在PKPM中修改底层柱的计算长度, 使之与实际相符, 这样计算出来的配筋就小很多。第二种方法是第一标准层仅输入 (6) ~ (10) 轴的梁柱平面, (1) ~ (6) 轴的柱子在第二标准层生根, 在PKPM参数“与基础相连的最大层号”的对话框中, 选第“2”层, 那么建出的模型就接近实际了, 即 (1) ~ (6) 轴底层柱计算长度为 (3.9+1.5) m, (6) ~ (10) 轴底层柱的计算长度为 (4.5+1.5) m。这样, SATWE计算出的柱配筋与按第一种方法计算出的结果接近, 也与实际相符。所以, 山区的错层建筑中, 正确选取柱子的计算长度, 不仅能使设计合理, 也会降低工程造价。

4 结语

山区地势起伏, 地面高差大, 建筑设计时应本着依山就势的原则, 利用地势高差, 设计成错层建筑。又由于山区地形复杂, 地基土软硬不一, 在设计时, 一幢建筑物可采用多种基础形式, 只要基础选型合理, 严格控制沉降变形, 不仅能保证建筑物的安全, 而且具有良好的经济效益。综合来说在上部结构设计时, 应合理选择设计参数, 优化计算模型, 这样既能使结构设计趋于安全, 又节约投资。

摘要：山区建筑由于地形条件复杂, 地形高差起伏大, 这就给建筑结构设计提出了许多新的要求。本文就某高中教学楼工程这个典型的山区建筑作下详细的阐述。

关键词：山区建筑,结构设计,不均匀沉降

参考文献

[1]吴胜发, 孙作玉.建筑物基础不均匀沉降的控制措施[J].山西建筑, 2005, .

[2]靳雪梅.减小地基不均匀沉降危害的措施[J].山西建筑, 2006.

浅谈山区建筑的结构设计 篇2

山区建筑由于地形条件复杂, 地形高差起伏大, 对结构设计提出了许多新的要求。一是山区建筑的基础选型很重要, 由于山区建筑地基的特殊性, 若处理不当极易产生不均匀沉降, 造成房屋的破坏;二是结构计算要选用合理的计算参数, 使模型更接近于实际。因此, 选择合理的基础形式, 充分利用山地的地质和地形条件, 使结构设计趋于合理安全, 并节省工程造价, 是结构设计的重点。本文结合阳泉示范高中教学楼工程对此进行探讨。

1 工程概况

阳泉示范高中位于阳泉市平路河下段河下村西面, 拟建教学楼位于校园北中部, 共6栋, 依地势呈阶梯状分布。以2号教学楼为例, 其平面图如图1所示。楼房结构尺寸为:长 (25.2+62.7) m, 宽11.4 m, 设计标高±0.000为695.30 m。室外地面高差变化大, 从-7.30 m到-0.30 m, 高差达7 m之多。在进行建筑设计时, 利用地势在⑥～⑩轴加设吊1层, 室内地面标高-4.50 m, 而①～⑥轴室内标高±0.000, 这样建筑物就形成了1个错层, 为5层框架, 局部6层。

2 基础设计

山区地质情况复杂多变, 建筑地基不均匀, 如果在设计基础时方案选择不合理或施工处理不当, 易造成地基的不均匀沉降。主要表现在以下几个方面:

(1) 山区的自然地面高差悬殊很大。大量的平整场地工作, 往往使同一建筑物的部分基础置于挖方区, 另一部分基础置于填方区, 而填土没有达到压实填土的质量控制要求。一部分基础置于河道上, 而另一部分基础则置于坚实土层上, 如果处理不当, 很容易使基础产生不均匀沉降。

(2) 下伏基岩层表面起伏较大。由于基岩起伏, 上覆土层的厚度不同, 常常使建筑物一部分基础置于坚硬的基岩上, 另一部分基础置于土层上, 使建筑物基础产生不均匀沉降。

(3) 土层复杂。山区地基由于土层在平面与竖向分布上有很大差异, 不但层次多, 而且各种土层的物理力学指标相差悬殊, 在平面上土层厚度变化也较大。

(4) 局部软弱土层。山区常遇到有古老池塘、河道、沟渠的淤泥软塑状黏性土层等局部软弱土层, 虽然面积不大, 对建筑的影响只是局部的, 但如果处理不当, 也易产生基础不均匀沉降。

以下结合工程实例, 对山区建筑基础方案的选型以及基础不均匀沉降的防治措施进行探讨。

2号教学楼的工程地质情况见表1。

H轴和F轴工程地质剖面图如图2、图3所示。

由地质条件可知, 拟建教学楼的地形复杂, 地面高差起伏大。在设计时, 对几种不同的基础形式进行了比较。

(1) 采用桩基础, 使桩穿过杂填土层, 将基础支撑在坚硬岩石层上, 以使建筑物的沉降差满足设计要求。这种方法可以节约人力和缩短工期, 是一种安全可靠的方案, 并且能同时取代或减少地基处理和开挖基坑的土方工程。

(2) 采用天然地基。当地基上部土层的强度较高, 又具有一定厚度时, 应合理确定基底的面积, 使基底应力趋于均匀, 建筑坐在较好的地基上, 确保各部位沉降均匀, 同时保证沉降量最大值满足规范要求。此时采用天然基础更为经济合理。

(3) 换土。分为两种情况, 一种是以硬换软, 另一种是以软换硬, 其目的均是为了使整个建筑均匀沉降。一般来讲, 在一个建筑场地内, 硬地基少、软地基多, 如个别石芽出露的地基, 当土层承载力特征值较大时, 可在石芽出露部分 (基础与岩石接触部位) 做褥垫, 即采用以软换硬的换土法。若软地基少、硬地基多, 可挖去软弱土层, 采用浆砌块石砌至基础底, 当软弱土层较厚时采用碎石进行置换, 即采用以硬换软的换土法。若软硬地基各半, 宜采用设沉降缝与局部换土相结合的方法。

由地质报告可知, 2号教学楼设计标高±0.000为695.30 m, 而岩石层局部绝对标高可达694.89 m, 个别框架柱没有必要采用桩基, 可以采用天然地基。而大部分持力层顶标高距建筑设计地面标高达5～10 m, 这种情况采用天然地基独立基础又很不合理。针对这种特殊的地质情况, 决定采用两种不同的基础形式。对于持力层距基底设计标高较浅的部分 (≤5.0 m) , 采用天然地基柱下独立基础;持力层距基底设计标高较深的部分 (>5.0 m) , 采用大直径人工挖孔灌注桩。按照规范的要求, 同一幢建筑物不宜采用两种不同的基础类型。由于该工程选用了不同的基础形式, 设计人员除了验算地基承载力之外, 还要验算不同基础形式的差异沉降, 使沉降控制在规范规定的建筑物地基变形允许值之内, 以保证两种不同基础的沉降协调, 共同工作。

3 上部结构设计

山区建筑体型复杂, 当高度相差较大时应设置沉降缝。沉降缝应从基础开始分开, 且有足够的宽度。该工程采用钢筋混凝土框架结构, 抗震设防烈度为7度, 框架抗震等级为3级。由于建筑物总长度为62.7 m, 按GB 50010—2002《混凝土结构设计规范》的规定, 钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距现浇框架为55 m, 该工程需设置伸缩缝。结合建筑图, ⑧～⑨轴之间为过街楼, 吊层中不存在挡土墙, 故将伸缩缝设在⑧～⑨轴之间, 以方便施工。

在山区建筑中, 柱长的正确选择不仅关系到造价问题, 而且关系到结构的安全问题。当底层柱的计算长度取值大于实际长度时, 底层柱的计算线刚度比实际小, 则计算的配筋比实际状态大;当底层柱的计算长度取值小于实际长度时, 底层柱的计算线刚度比实际大, 计算的配筋比实际状态小, 偏于不安全。所以, 在山区建筑的设计中应采取正确的方法, 使柱的计算长度与实际状态相符。既避免存在安全隐患, 又能降低工程的总造价。

由图1教学楼平面图可知, 由于地势的限制, 设计时仅在⑥～⑩轴设吊层, 这样就在⑥轴处形成错层。对于这种局部存在吊层的建筑, 在结构计算时, 应注意底层柱计算长度的正确选择。⑥～⑩轴吊层平面为第一标准层, 层高4.5 m, ①～⑩轴一层平面为第二标准层, 层高3.9 m, 这样就存在着一个①～⑥轴柱子的计算长度问题。如果不考虑错层, 按一般的方法输入, 所有的柱子都在第一标准层生根, 则由于±0.000上①～⑥轴无梁板, 柱子的计算长度为 (4.5+3.9+1.5) m (基础埋深为1.5 m) 。如果这样建模的话, SATWE计算出的柱子配筋就很大, 显然不符合实际。①～⑥轴无吊层, 独立基础实际顶标高为-1.500 m。

在设计时, 可以采用两种方法建模。一种是在第一标准层上输入①～⑩轴的柱子, 在PKPM中修改底层柱的计算长度, 使之与实际相符, 这样计算出来的配筋就小很多。第二种方法是在第一标准层仅输入⑥～⑩轴的梁柱平面, ①～⑥轴的柱子在第二标准层生根, 在PKPM参数“与基础相连的最大层号”的对话框中, 选第“2”层, 则建出的模型就接近于实际, 即①～⑥轴底层柱计算长度为 (3.9+1.5) m, ⑥～⑩轴底层柱的计算长度为 (4.5+1.5) m。这样, SATWE计算出的柱配筋与按第一种方法计算出的结果接近, 也与实际相符。所以, 在山区的错层建筑中, 正确选取柱子的计算长度, 不仅能使设计合理, 也会降低工程造价。

4 结语

该工程是山区建筑的一个典型实例, 在设计中应注意以下几点:

(1) 山区地势起伏, 地面高差大, 建筑设计时应本着依山就势的原则, 利用地势高差, 设计成错层建筑, 合理利用空间, 减少挖填土方量, 降低工程造价。

(2) 山区地形复杂, 地基土软硬不一, 在设计时, 一幢建筑物可考虑采用多种基础形式, 只要基础选型合理, 严格控制沉降变形, 不仅能保证建筑物的安全, 而且具有良好的经济效益。

(3) 在上部结构设计时, 应合理选择设计参数, 优化计算模型, 这样既能使结构设计趋于安全, 又节约投资。

参考文献

[1]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[2]GB 50011—2001, 建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50007—2002, 建筑地基基础设计规范[S].

[4]吴胜发, 孙作玉.建筑物基础不均匀沉降的控制措施[J].山西建筑, 2005, 31 (19) :61-62.

山区建筑的结构设计 篇3

个旧市位于滇东高原南部山区, 区内地形起伏较大, 最高点海拔2740m, 最低点海拔150m, 相对高差达1590m, 山地面积占总面积的86%, 是一个典型的山区市。个旧市共有大小沟渠约750条, 灌溉着个旧市75%以上的耕地。每年的3～5月春耕播种时节我市的工农业用水量大量增加, 供需矛盾十分突出, 正常年份 (P=75%) 在这一段时段内缺水量在2500万m3以上。而沟渠沿途冲沟的溪流大部分却被排出引水沟渠之外, 每年在这一用水高峰时段的此类弃水量估计在600万m3以上。如何充分利用这一枯水期的弃水来为经济建设服务成为个旧市水利电力勘测设计队在沟渠改造设计时的一个重要的设计内容。

2 原渠道过冲沟建筑物简介

原来对渠道沿途过冲沟建筑物设计通常有三种方法:一是渡槽, 这是在过较大冲沟时采用;二是背水桥, 这是在过较小或季节性有水冲沟时采用;三是在引水渠道上开口, 将冲沟内的来水直接引入引水渠内。在建后的运用中这三种方法均存在一定的问题, 第一二种方法的问题主要表现在枯季来水被全部丢去, 不能充分利用枯季产水量, 加重了枯水季节水的供需矛盾;第三种方法的问题主要是在雨季冲沟内来水全部进入引水渠内, 不仅加重了引水渠在洪水季节的负担, 而且冲沟内在雨季的来水混浊且含有大量泥沙量和大量植物杂质, 造成引水渠内的水体浑浊、加大泥沙在渠道内的淤积、而冲入渠内的植物杂质在渠内流动会造成对渠道的损坏。

3 现实施的过冲沟建筑物的设计方法

近年来, 为缓解个旧市在枯水期 (大春灌溉期) 的缺水状况, 我水利勘测设计队在改造引水渠道时把沿途过冲沟建筑物设计作为重点来抓, 通过几年的实践和探索, 总结出了几种较为实用的过冲沟建筑物设计方法, 现分别简述如下:对在枯水期无来水的较大型或大型冲沟设计上采用渡槽的形式使渠道跨过冲沟。对在枯水期有来水的较大型或大型冲沟设计上同样采用渡槽的形式使渠道跨过冲沟, 但在冲沟边加设一小型引水沟将枯水期冲沟来水引入渠道内。其基本管理操作为在进入雨季时将小引水沟头封闭, 使冲内来水不能进入引水渠内;在枯水期将小引水沟头封闭物打开并封堵冲沟, 使冲内来水顺小引水沟进入引水渠内。对在枯水期无来水的较小型或小型冲沟设计上采用背水桥的形式使雨季冲内来水通过背水桥流出引水渠外。对在枯水期有来水的较小型或小型冲沟设计上采用背水桥并在背水桥面上开凿引水孔洞的形式使枯水期来水进入引水渠内。其背水桥上所开孔洞大小应根据枯水期冲内来水量确定, 并确保枯水期冲内来水大部分能进入引水渠内。其基本管理操作为在进入雨季时引水孔洞用盖板封堵, 使冲内来水顺背水桥流出引水渠外;在枯水期将引水孔洞打开, 使冲内来水能顺利流入引水渠内。

4 实施新的设计方法带来的效益

自2000年以来我市共改造引水渠道16条, 在改造过程中大部分过冲沟建筑物均采用了上述设计方法, 这些渠道在改造后的运行中给管理单位带来了很多方便和一定的效益, 管理单位普遍反应良好, 其主要表现在:引水渠枯季引水流量增加, 经济效益增大, 并在一定程度上缓解了枯水期我市的水量供需矛盾。由于将枯水期的冲沟来水大部分引入了引水渠内, 使枯季引水渠引水流量大量增加 (据不完全统计, 通过对这16条引水渠的过冲沟建筑物的改造, 我市每年在枯水期可增加供水量在80万m3以上) , 供水量增大不仅缓和了工农业用水的矛盾, 而且增加了管理单位的经济收入。

采用上述设计方法后管理单位运营成本有一定的减少。由于将雨季冲沟内的来水排出引水渠外, 也将雨季夹杂在冲沟水内的泥沙隔绝在引水渠外, 使引水渠内每年的泥沙沉积量减少65%以上, 仅此一项运行管理单位每年就可减少大量的清除渠道内淤泥劳动力, 并使引水渠内的引水水体浑浊天数减少一半以上, 这样就能大量节约管理单位的运营成本。

由于将雨季冲沟来水阻隔在引水渠外, 也将来自冲沟内的植物的树枝树杆及树叶野草等杂质阻隔在了引水渠之外, 这不仅保证了引水水质清洁, 减少了雨季巡沟人员打涝渠内植物杂质的次数及强度, 而且有效地避免了植物树杆等对渠道的损坏, 延长了沟体的使用寿命。

5 渠道改造后运行管理

由于新近改造后的渠道设置了冲沟来水的进水设施, 为保证渠道的正常运行, 此设施只能接纳枯水期的来水, 因此, 建后的运行管理就显得优其重要。运行管理单位必须建立严格的巡查管理制度, 并将责任落实到个人, 牢记冲沟建筑物运用管理程序, 以避免人为因素造成雨季冲沟来水损毁引水渠。

参考文献

山区建筑的结构设计 篇4

随着旅游业的快速发展, 景区的基础设施建设、地产项目开发如雨后春笋般涌现。而山区建筑本身有许多特殊及现实的情况, 如工程地质条件的多变和不确定性、公共建筑在黄金周大客流时的超负荷使用、建设单位及施工单位技术力量薄弱等, 由于滑坡引起的房屋倒塌事件也时有发生, 所以在地基基础设计时, 对潜在地质灾害必须引起重视。

建筑地基基础设计规范GB50007-2011的第6.1节规定:“山区 (包括丘陵地带) 地基的设计, 应对下列设计条件分析认定: (1) 建设场区内, 在自然条件下, 有无滑坡现象, 有无影响场地稳定性的断层、破碎带; (2) 在建设场地周围, 有无不稳定的边坡; (3) 施工工程中, 因挖方、填方、堆载或卸载等对山坡稳定性的影响; (4) 地基内岩石厚度及空间分布情况、基岩面的起伏情况、有无影响地基稳定性的临空面; (5) 建筑地基的不均匀性; (6) 岩溶、土洞的发育程度, 有无采空区; (7) 出现危岩崩塌、泥石流等不良地质现象的可能性; (8) 地面水、地下水对建筑地基和建设场区的影响。”虽然条文列举了八种情况, 但实际上可以归纳为如下两个方面的问题:一为地基稳定性问题;二为地基不均匀沉降问题。

(1) 第1条、2条、3条、7条为针对地基稳定性。

(2) 第4条、6条为同时针对地基稳定、地基不均匀沉降。

(3) 第5条为地基不均匀沉降。

(4) 第8条是地下水、地表水对建筑场地的影响, 可以是浮力、锈蚀、冲刷、沉降、渗流等间接作用, 影响比较广一点, 但最终体现在地基上仍然为地基失稳。

下面就结合一个实际工程的基础设计, 谈谈体会。

笔者于2013年初设计的一个工程, 位于湖北省神农架风景区内, 为漂流景点的设备功能用房、餐饮、休闲、特产商铺、医疗、员工宿舍等一系列建筑组成, 5个单体建筑, 共19 667 m2。抗震等级为四级, 地基基础的安全等级为二类。本文仅介绍最具代表性的起漂点的“游客接待中心功能用房和餐饮楼” (以下简称本工程) , 建筑总平面图, 如图所示;基础平面布置图, 如图2所示。

一、影响地基稳定的因素分析

(1) 北面基坑挖方形成的边坡稳定<1/Jx (1~7) 轴、 (1/J~K) x8、Kx (8~16) 轴>。场地覆盖层主要为素填土、残坡积碎石土、冲、洪积卵石层, 未发现断裂等不良地质构造, 但从用地规划建设看, 场地北面自然地面标高约为485.50 m, 需要开挖的基坑坑底标高为450.05 m, 高差为8.45 m, 且附近有公路通过, 在开挖回填等工程建设中, 存在产生地质灾害的条件, 主要表现在:人工边坡的崩塌、坍塌, 所以应对边坡进行支护处理。本工程采用设挡土墙的方式, 并且挡土墙设计可与建筑综合考虑, 其实质就是挡土墙即作为施工过程中的基坑支护结构, 也作为建筑完成后的地下室外墙。挡土墙计算需分别考虑建筑施工过程中及建筑使用过程中在土、地下水、室外停车堆载等荷载作用下挡土墙的内力、变形、裂缝。由于此处挡土墙兼做地下室外墙, 刚度大, 墙顶几乎无法位移, 进而可知北面地基在建筑完成后是稳定的。

(2) 南面架空层前靠河段的已建挡土墙在新建建筑基础加载下的稳定。南面临河的挡土墙为已建的老挡土墙, 挡墙高度约6~7 m, 由于拟建物非常靠近挡土墙, 施工加荷载后, 挡土墙极易发生变形。如果挡土墙发生变形, 必然会引起挡土墙后的建筑地基土产生变形, 滑移。经现场踏勘老挡墙是无法承受新建建筑施工加载的。针对本工程的岩土工程地质条件及特点, 从安全、经济的角度, 结合该地区同类工程经验, 由于左侧挡墙高度较小, 重建与加固造价差异不大, 拟采用重建的方案 (如图3) ;右侧挡墙高度较大, 若进行拆除, 不仅会扰动后部土体, 且造价较高, 故采用加大挡墙截面的加固方案 (如图4) 。无论是重建还是加固, 完成后的挡土墙需要满足如下要求:1) 挡土墙的变形引起的建筑地基变形应在允许范围内。2) 挡土墙的设置应能满足建筑基础埋深的要求, 本建筑基础埋深分别为1.20 m、1.54 m。

(3) 南面临河, 河道为地表水体, 主要受大气降水补给, 平均流量为40.11 m2, 平均径流深500 mm, 平均坡降为10%, 场地与河水位具有一定的水力联系, 枯水季节, 地下水补给河水, 丰水季节, 河水补给地下水。河水对场地地基的稳定性影响表现为如下两方面:

漂流的闸门正好位于桥下方位置, 也就是建筑中部位置 (如图1示) , 漂流期间河道蓄水放水, 导致建筑地基在饱和与非饱和之间交替循环, 又因为持力层为 (2) 碎石土层, 碎石主要成分为泥质粉砂岩碎块, 粒径10~20 mm, 含量约50~60%, 排列十分混乱, 绝大部分不接触, 局部含少量0.5~1.0 m块石, 充填物为粘性土, 整体呈松散状。那么在水的渗流作用下必然会导致地基土的流失。基础下地基土的流失, 首先会引起地基的下沉, 由于渗流作用的方向性和重复规律性, 基础应是南面先下沉, 南面下沉多, 成不均匀沉降, 当沉降值从量变达到质变时, 基础地基在重力下滑分量作用下, 从而产生滑移倾覆, 地基失稳。

河道水流对河道底部的冲刷, 会导致河道土石流失, 进而导致挡土墙的埋深变浅, 挡土墙抗滑移、抗倾覆失稳。挡土墙的失稳必然导致新建建筑地基的失稳。

以上两个方面的稳定性分析都是可以通过临界条件计算控制的, 第一点, 可计算南面下沉后重力下滑分量下筏板基础的抗滑移和整个建筑的抗倾覆。第二点可计算挡土墙的临界抗滑移、抗倾覆埋深。但由于水力的渗流和冲刷是一个不可计算的的变量, 其引起的土质流失也就无法具体计算。对以上两个问题分别采取如下措施, 关于渗流, 期望是不要发生, 本工程采取挡土墙半围堰的方式, 在建筑东面、西面做垂直于河道的挡土墙, 和南面挡土墙相连形成U型围堰, 尽量把水流挡在主体建筑地基之外。关于冲刷, 由于不可避免, 期望是在使用期限内冲刷作用不会影响到挡土墙的稳定, 本工程采用加大挡土墙埋置深度的方式, 预留被冲刷土层厚度冗余度, 参考附近工程经验, 埋深不小于2.5 m。

二、影响地基不均匀沉降的因素分析

(1) 地面高差悬殊很大。大量的平整场地工作往往使同一建筑物的部分基础置于挖方区, 而另一部分基础置于填方区, 如果处理不当, 很容易使地基产生不均匀沉降。

本工程中, 地面北面标高为458.67 m, 南面标高450.23, 高差8.44 m, 而作为持力层的 (2) 碎石土层的顶标高北面为456.87 m, 南面为444.13 m, 高差为12.74 m, 基础垫层底标高为450.05 m, 所以北面需要挖方, 而南面基础则在填方去上 (如图2) 。

(2) 基岩起伏变化较大。由于基岩起伏, 上覆土层的厚度不同, 常常使建筑物一部分基础置于坚硬的基岩上, 另一部分基础置于土层上, 使建筑物地基产生不均匀沉降。

本工程虽无基岩, 但现场开挖基坑揭露, 在北面挖方区有大量孤石存在, 作用等同于基岩, 且情况复杂, 排列零乱, 大小高低不一, 高出、持平、略底于基坑底标高三种情况均存在。

以上两种情况均采用了换土方式处理不均沉降, 但不同的是:一种是以软换硬, 一种是以硬换软, 其目的都是为了获得整个建筑物的均匀沉降。一般来讲, 在一个建筑场地内, 软地基少, 硬地基多, 宜采用以硬换软的换土法。若硬地基少, 软地基多, 则采用以软换硬的换土法 (又叫褥垫层) 。若软硬地基各一半, 宜采用设置沉降缝与局部换土相结合的方法。

三、基础整体性设计

(1) 材料:混凝土强度等级首选C25, 其次C20或C30, 山区为非商品混凝土而由现场搅拌, 而且搅拌的材料石头、砂、水等均就地取材, 成品的混凝土的强度等级不稳定, 设计时应与建设方沟通确认。钢筋强度等级可按城市建筑选择。

(2) 虽然场地的稳定性和不均匀沉降都是地基土的特征, 但地基和基础是相互作用的, 所以对这种存在稳定性和不均匀沉降隐患的地基基础设计, 基础还应注重整体性设计, 同时传力力求简单明确。

由于建筑功能需求, 本工程在 (1~4) x (A~C) 轴线基础筏板下沉高差达5.85 m。而对于一个单体建筑的筏板基础, 此处将出现应力集中, 并且由于竖向墙体的受力状态和筏板基础是不同的, 所以此处的设计力求基础刚度、整体行强, 同时内力要有足够的富余储备。竖向墙体内力计算同时考虑自然土的侧压力和上部基础底压力220 k Pa (实际有限元分析为80 k Pa, 富余) 。构造措施方面, 墙体和下筏板均加厚为600 mm, 竖墙上下端均加腋, 在-7.5 m出设置框架梁。

本工程单从承载力上分析, 采用独立基础加基础梁即可, 而最终选择筏板基础是从两个方面考虑, 首先筏板在调节不均匀沉降和延迟地基失稳方面的能力远优于独立基础, 筏板的刚度大, 变形小。同时筏板整体性强, 不会出现局部失稳而导致重力荷载二阶效应。其次现在旅游黄金周的客流都非常大, 可以预计建筑极可能出现满负荷运作 (人员使用荷载、设备荷载) , 设计要有超前意识, 取筏板基础就是要保证地基足够的应力储备。

本工程最初的基础设计方案为钻孔灌注桩基础加承台连系梁, 由于桩端进入稳定的卵石层, 且可控制桩端标高位于同一水平标高, 那么将从根本上消除场地的稳定性和不均匀沉降问题。承台连系梁除承受底层墙体荷载外, 将各承台相连, 增加了整个基础整体性, 并且传力简单明确。但由于当地施工条件、施工技术以及工期限制, 最终未选择桩基方案。

四、结语

山区建筑的结构设计 篇5

关键词：建筑业,农民工,现状,管理

0 引言

贫困山区经济发展缓慢, 而近年来建筑业迅猛发展。一些农村的农民工撇家舍业、背井离乡纷纷涌入建筑大潮中, 为建筑行业贡献着自己的力量。但是由于建筑业农民工人力资源管理体系的不完善, 农民工的权益屡次遭到侵害, 因此, 摆在政府、企业和所有农民工面前的一个迫切问题就是建立有效的建筑业农民工人力资源管理体系。

1 贫困山区建筑业农民工现状

由于围场县是位于河北省北部的一个不发达小城镇, 农民人均纯收入1800元, 全县37个乡镇, 312个行政村, 共有人口51.93万人, 其中农业人口43.6万人, 非农业人口8.31万人, 总户数15.5万户, 农业户数12.3万户, 农村劳动力22.89万人, 农村劳动力转移人数0.87万人。这里比较贫困, 农民生活水平很低, 他们希望通过自己在城市的打拼增加自己的收入, 改善家人的生活条件, 并且他们中的大多数人有着吃苦耐劳、任劳任怨、安分守己等优良传统, 他们的这些特质决定了他们可以承担一些城市劳动力不能够或者不愿意承担的一些工作, 比如:基建工程、重体力、设摊开店等一些脏、累、苦和危险的工作。

现阶段来自建筑业大省和一些经济不发达地区的农民工是我国建筑业从业人员的主要来源, 他们的年龄多在18岁至50岁之间, 并且有超过60%的人是30岁左右的年轻人;超过60%农民工只有初中以下的文化程度。正因如此, 他们的自我保护意识很差, 其合法权益也很容易受到侵害。

2 贫困山区农务市场存在的问题

(1) 农民工文化水平低、教育素质差, 只能从事简单的重体力劳动, 不能适应现代化大体积集成化建筑模式; (2) 农民工法律意识淡薄, 不懂得使用法律武器来保护自己, 进入工地不签施工合同; (3) 施工队伍良莠不齐, 甚至三无施工队也有, 二包、三包及小包工头携款潜逃, 严重侵害农民工的合法权益; (4) 一些“包工头”随意用工, 管理混乱, 违法转嫁经营风险, 各部门推诿扯皮, 视农民工的利益于不顾, 主观上助长了拖欠农民工工资的氛围; (5) 农民工队伍庞大松散, 无序流动, 个别农民工利用国家不允许拖欠农民工工资这一法律胡搅, 给行业管理带来困难; (6) 工资水平低和拖欠农民工工资现象严重; (7) 工作环境恶劣, 农民工权益得不到很好的保障。

3 加强建筑业农民工管理的必要性

(1) 加强建筑农民工的管理是现代化大生产的要求。要想实现现代化的大生产, 要求必须加强对农民工的培训和开发工作, 使他们拥有足够的技能满足社会的需要。 (2) 加强建筑业农民工的管理是迎接新技术革命挑战的需要。只有通过科学的人力资源管理, 不断的提升农民工的各方面素质, 建筑企业才能紧跟科技的发展步伐, 使自己立于不败之地。 (3) 加强建筑业农民工的管理是提高劳动生产率和经济效益的重要手段。企业要想提升自己的竞争实力, 提高劳动生产率和经济效益是必然条件, 而加强对建筑业农民工的管理是最有效的达到该目的的手段。 (4) 加强建筑业农民工的管理可以提高凝聚力。如果能对农民工采取有效的管理措施, 使企业的文化理念根植于农民工的心里, 企业的凝聚力和向心力一定会得到加强。

4 强化建筑业农民工管理的对策思考

从政府角度出发, 完善并严格执行建筑农民工工资制度。 (1) 有关部门应该建立完善的建筑企业工资支付信息网络和工资支付信用制度, 对建筑企业工资支付情况实施有效监控。 (2) 加大对违法行为的处罚力度。现阶段一些建筑企业知法犯法的现象不断发生, 就是因为对违法行为的处罚力度不够, 要想真正的强化建筑业农民工管理, 必须加强对违法行为的处罚力度。 (3) 试行“日薪制”。现阶段大部分的建筑企业实行的都是“季薪”“半年薪”, 甚至是“年薪”, 很容易造成拖欠工资, 如果能够采取“日薪制”, 就能够有效的避免这一情况的发生, 还能够更有效的激励农民工提高工作效率。 (4) 优化执法环境。具体应做到:1) 明确政府各级部门职责, 杜绝行政“不作为”。2) 为了保证农民工的合法权益, 在发生争议时应实行举证责任倒置制度。

从建筑企业角度出发, 做好农民工的培训工作。 (1) 合理安排培训内容。合理安排培训内容主要是需要考虑以下两方面, 一是在确定培训内容的时候需要考虑到工程进度和工程项目对生产技术的要求, 二是在设计课程体系的时候需要考虑到建筑农民工的特点。 (2) 完善培训软硬件设施。一般来说, 农民工培训学校的硬件设施都比较差, 这在一定程度上会影响农民工的学习效果, 建筑企业应该完善软硬件设施。 (3) 加强培训师资队伍建设。通常农民工培训学校的老师都是建筑企业的一些专业技术管理人员、技能水平比较高的工长等, 为了加强培训师资队伍的建设, 也应该适度的邀请一些相关行政管理部门的负责人来为农民工授课。 (4) 培训方式灵活多样。因为建筑农民工培训是典型的“工学结合”形式, 所以它的培训方式应该是灵活多样的, 比如给农民工指派“师傅”, 现场指导农民工的操作技能;还可鼓励农民工自学成才, 学习相关的技能、知识等。

从建筑业农民工角度出发提高职业技能。建筑农民工应通过各种途径, 一是积极参加职业技术培训。针对自己的工种和兴趣, 参加一些有利于自身的职业技术培训, 使自身的理论知识和实践操作有机的结合在一起, 更加的胜任自己的工作。二是加强文化学习。任何的工作都离不开文化素质的支持, 建筑农民工由于文化水平低更是如此。因此建筑行业的农民工更要充分利用各种学习机会和学习途径, 加强对文化的学习, 积极的参加各种为农民工特地举办的文化学校和培训班。如果是有一些条件的农民工, 还可以选择继续深造, 来提高自己的学历。三是遵守公德、法规。遵守公德、法规是每一个公民都应该去履行的义务, 而建筑农民工要想获得社会的尊重, 这也是必然条件。农民工一般都会有“小农意识”, 这种思想一定要想办法克服, 自觉的遵守社会公德, 并且在日常的生活中注意对法律法规知识的积累, 把遵守各项法律法规的思想根深蒂固在自己的心里, 如果自身的合法权益受到侵犯, 自己有能力选择合法的维权渠道, 从而合理的、健康的、更有力的推动我国建筑业经济的发展。

参考文献

[1]王会东.浅谈建筑业农民工人力资源管理[J].中国新技术新产品, 2008-09-25.

[2]郝幸田.农民工的特点、现状及设想[J].企业文明, 2007-04-15.

[3]夏菁.建筑施工企业新生代农民工职业生涯规划初探[J].企业导报, 2011-04-15.

山区建筑的结构设计 篇6

秦巴山区泛指秦岭和巴山山区, 位于我国西部北方寒冷地区与南方炎热地区之间, 这一区域内多为山地, 其自然及气候环境, 有别于我国西部其他地区, 无论在气候、地理还是文化等方面都有着自己独特的特点, 对该区域内山地农村传统民居形态的形成有很大的影响。

该区域传统民居在营建的过程中积累了许多被动式气候适应性生态建筑经验, 通过对其建筑模式研究分析, 有利于引导该地区民居设计、建造向着生态、绿色的方向发展。

1 秦巴山区农村传统民居特征

秦巴山区位于过渡地区, 气候特征是夏热冬冷。夏季由于昼夜温差小, 静风率高, 空气中水蒸气含量过多, 夏季湿热;冬夏季节空气相对湿度大, 多在80%左右, 极不舒适。该区域热工分区属于夏热冬冷地区——非采暖区。

1.1 秦巴山区传统民居常见宅院特征

秦巴山区农村聚落传统民居宅院一般由场院、住房和附属用房三大部分构成, 常见院落多在住房之前, 多为前场式院落 (如图1-1所示) 。院落一般整体上为开敞或半开敞式围合方式, 没有围墙, 以山体地形为界。畜牧养殖圈和厕所等附属用房一般设在房后或房屋山墙侧面, 与主体房屋保持一段距离, 不影响日常的生活起居。

这种宅院设置方式不仅和地势有关, 还和潮湿的气候有关。秦巴山区夏季闷热, 住宅庭院开敞, 可以使空气流通更为顺畅, 通风良好, 视野开阔。且该区域山区多雨, 庭院开敞也有利于排水。村民以此作为日常生活起居、邻里的交往活动场所。既满足生产生活需求, 又提供了相对较为良好的室外居住环境。

1.2 秦巴山区传统民居常见建筑布局形式

1) “一”字形民居 (图1-1)

山地农村由于场地限制, 传统民居“一”字形民居布局占有相当大的数量, 这种形式民居平面是最基本也是最常见的类型, 空间形体较为紧凑, 占地较少, 尤其在山区乡间, 组织灵活, 易于建造。通常为三阔开间, 满足“一明两暗”的形制, 中间为堂屋 (明间) , 两侧套间为卧室、灶房、储藏间等功能, 还可扩至五阔开间甚至更多。堂屋前设立柱, 扩展为通长的檐廊, 形成室内外过渡的灰空间。檐廊一般宽一至二步架, 既可以遮阳挡雨, 平时又可以兼做休息、会客、吃饭、晾晒的功能。收获季节, 居民常把玉米等作物晾晒于檐廊下, 为房舍增添了不少色彩和农家风味。屋顶为双坡悬山顶, 前后坡长不等。堂前坡短檐高, 堂后坡长檐底。这可以加大房屋的进深, 增加室内使用面积。

2) “L”形或“T”形民居 (图1-2)

由两个互相垂直的矩形组成“L”形曲尺型或“T”字形民居布局平面也较为常见, 又称“尺子拐”或“丁字形”。即在“一”字形平面一侧加与之垂直的的厢房 (二至三间) 。通常将主要的生活起居用房置于朝向较好或视野开阔的正房位置, 将附属的厨房、其他用房设置在垂直方向。正房与偏房整体形成一个半围合的外部院落场地。

1-1丨“一”字形传统民居

1-2丨“T”字形传统民居

1-3丨“U”字形传统民居

厢房与正房转角交接的地方, 常作为灶房空间使用, 称为“抹角”或“磨角”, 也叫偏房或耳房。该处空间处理方法多样, 平面及屋顶可与正房屋顶统一, 也可以随偏房保持一致, 或自成一体成为偏厦形式。正房、厢房的屋顶一般均为双坡悬山屋顶, 常做成长短坡, 增加室内使用面积。

3) “U”形民居 (图1-3)

在“L”字形平面基础上, 在正房的另一侧增加一组厢房的组合, 为一正两厢形制, 呈“U”字型民居, 又称“三合头”、“撮箕口”。由于当地风俗的影响, 三合院布局大门多向南开, 少向西开。

房屋对院落空间已经有了明显的限定, 有较为明显的空间围合感。根据地形条件的不同, 两侧厢房的长短及间数一般会有所不同, 形成不对称的建筑形态。正房通常位于地势较高的台地上面, 厢房与正房在同一室外标高的台基上, 院落标高低于台基, 呈下沉式。厢房还可以标高低于正房, 在两侧抹角房外檐处设踏步与正房相联系。屋顶一般也均为双坡悬山屋顶。

1.3 秦巴山区传统民居建筑结构及构造

秦巴山区, 夏季闷热, 冬季湿冷, 气温日差较小, 年降水量大, 日照偏少, 这些是该地区主要气候特征。由于山地乡村传统民居没有空调设备, 在这样的气候环境下, 保温隔热的围护材料结构形式及构造方式成了营造建筑时很重要的考虑因素。秦巴山区生土、木材资源丰富, 所以传统山地乡村民居建筑建构方式主要以土木结构居多。传统生土建构的民居, 最显著的特点就是生土围护材料能调节湿度, 在室内空气比较潮湿的时候, 它可以有效地吸收空气中的水分;在室内空气比较干燥的时候, 它又可以增加空气湿度。生土的这种“呼吸作用”, 可以在室内形成一个良好的温湿度环境, 同时又对室外温度有良好的衰减和延迟作用。其他结构体系如基础、屋顶、门窗等做法, 也考虑在顺应当地的自然环境、气候因素等条件下, 因地制宜选材, 这不仅节约了建造成本, 而且使传统乡村民居具有了浓郁的地方乡土气息, 表现了强烈的地域适应性。常见该区域山区传统民居建筑结构及构造做法如下:

2-1丨增加遮阳和自然通风

2-2丨增强围护结构蓄热能力

1) 基础

秦巴山区山地众多, 河川纵横, 多产山石、卵石, 取用方便。但石材重量较大, 开采、加工、搬运都不容易, 故常用于耐磨、防潮的构造部位, 如基础、墙基、勒脚、柱础、台阶等部位。砌筑基础的石头一般选择形状规则的石材, 一层一层的铺砌。在转角的位置是基础的重点, 需要挑选比较方正的大石块, 以保证房屋基础的牢固和稳定。砌筑的方法以较大的石块儿排在基础的两侧, 而中间则填以小块儿的石料, 尽量使表面平整。

2) 外墙

秦巴山区房屋以生土墙体居多, 采用传统的版筑或土坯砖工艺, 选用当地的泥土, 夯筑或砌筑300-500厚的墙体, 表面采用简单的白灰处理;墙下高出室外地坪20-30cm处, 在易受潮的地方也有做到50cm-60cm处, 为防止墙体受潮破坏, 用砖或规则石块砌筑勒脚。墙体受力形式为两类:一类仅做围护结构, 屋顶的重量由墙内木构架承担, 形成所谓“墙倒屋不塌”的木框架承重体系。另一类较为多见, 屋面梁及檩条直接架设在夯土墙体上, 夯土墙体直接承受屋顶的重量。

3) 屋顶

秦巴山区民居一般双坡悬山屋顶, 前坡短后坡长, 单层挂瓦屋面。有的地区在屋架与瓦片之间敷设草泥、黄泥层, 有较好的保温效果, 屋面用料较粗大;有的地区则在椽架上直接铺设小青瓦即冷摊瓦屋面, 这样的构造使得屋面轻巧, 透气性好, 屋面用料较细, 但屋面的保温性能较差。坡屋顶屋檐一般伸出墙体1米左右, 防止墙体被雨水淋湿。屋顶下室内部分, 常做二层阁楼处理, 作为日常储物使用。

4) 门窗

门窗一般均采用当地木材制作, 但由于生土墙体的受力性能, 一般门窗洞口开口均较小。

秦巴山区农村传统民居建筑材料遵循就地取材原则, 选取当地木、石、土等材料进行民居建构, 建筑结构与构造方式也与这些建构材料较好的适应。传统民居建筑立面以灰黄为主, 木构明晰, 瓦色青黛, 与苍茫的山地环境有机融合在一起。

2 秦巴山区农村传统民居适应当地气候的绿色建筑模式

2.1 秦巴山区气候适应性分析

2-3丨综合使用被动措施

气候适应性是绿色建筑设计的重要因素, 是对气候和自然环境的顺应, 合理对气候因素进行分析, 才能进一步确定房屋建造方式是否适应气候条件的要求。

本文以秦巴山区汉中市气象资料为例, 用Ecotect Analysis程序进行适合当地气候的被动式建筑措施分析。分析图中横轴表示12个月及全年, 纵轴表示舒适度百分比。分析结果深蓝色表示原来的室内舒适度, 湖蓝色表示增加被动式设计策略后提高的室内舒适度。从气象资料分析结果可以看出, 对该区域民居建筑室内热舒适性能够有提高的被动生态气候策略如下:

1) 增加遮阳和自然通风

通过引导室内外空气流通来达到室内空气净化、降温除湿的效果。如图2-1所示, 对于改善该地区夏季室内潮湿的效果非常明显, 全年室内舒适度约能提高15%左右。

2) 增强围护结构蓄热能力

增强围护结构蓄热能力, 可以使室内温度变化更为平稳, 从图2-2可以发现, 如果合理采用, 全年室内舒适度约能提高12%-13%左右。

3) 被动式太阳能采暖

秦巴山区大多属于我国光气候V类区, 日照条件较差, 冬季采用被动式太阳能太阳取暖, 对于春、秋季节室内舒适度的改善有一定效果, 但整体效果很不明显, 全年室内舒适度约能提高3%左右。

4) 综合使用被动措施

综合采用上述三种措施的叠加利用, 全年室内舒适度有显著的提高, 约可以提高20%左右, 如图2-3所示。但从图中可以看到, 对于12月、1月、2月全年最冷的三个月, 仅靠采取被动措施, 还不能达到室内舒适度要求, 还需要室内进行辅助采暖来满足舒适度要求, 这不表明被动式建造措施是无用的, 而是通过这些措施可以使辅助采暖消耗降低。

通过上述分析可以知道, 该地区建筑气候设计所面临的主要问题是冬季保温采暖。冬季主要通过2、3项策略结合辅助采暖, 夏季主要通过1、2项策略, 来满足气候适应性要求, 从而达到节能生态的目的。

2.2 秦巴山区农村传统民居适应气候的被动式绿色建造模式分析

秦巴山区农村传统民居长期以来历经时间的演变, 逐渐形成了其适应气候的特有的被动式建筑形式、围护结构和用能方式, 在创造了相对舒适的室内环境的同时, 还基本保证了周围自然环境的优越性。对于我国西部欠发达山区, 由于交通不便, 建筑物资相对紧缺, 低投入、低消耗、低污染的节约型绿色民居建筑模式是未来的必然趋势。因此充分发掘借鉴传统山地农村民居所蕴含的适应气候的被动式绿色建筑策略模式, 对于引导该地区民居设计、建造向着生态、绿色的方向发展是十分有利的。

根据2.1节秦巴山区的气候适应性分析结果, 结合实地调研成果, 秦巴山区农村传统民居有如下适应气候的被动式绿色建筑模式:

1) 民居布局对地形地势的适应

秦巴山区山地较多, 平地较少, 传统民居布局一般顺应山势的走向线性布置, 或沿坡地等高线布置。民居的组合形式较为自由, 建筑的布局顺地势有不同的标高和高度变化, 以尽量减小民居院落对自然环境的影响。

2) 建筑形体紧凑

山地农村由于场地限制, 传统民居“一”字型前场院落建筑布局占有很大的数量, 这种形式民居平面简单基本, 空间形体较为紧凑, 占地较少, 尤其在山区乡间, 组织灵活, 易于建造。

3) 遮阳措施

传统民居房屋檐口出挑深远, 入口墙面一侧多设檐廊, 不但防止降水侵蚀房屋墙体, 还可避免夏季阳光直射到民居墙体上面, 造成墙体过多吸收太阳辐射热。

4) 屋顶热缓冲区

传统民居二层阁楼空间多为储藏空置空间, 是一层使用空间的良好的热缓冲空间。夏季通过二层阁楼门窗洞口开启, 利用热压和风压作用加速空气流通, 从而带走大部分进入房屋的辐射热, 避免一层空间顶棚过热;冬季门窗洞口关闭, 减少空气流动, 较少了室内热量流失, 提高了一层居室的保温性能。

5) 围护结构蓄热能力强

传统民居生土墙体厚重, 墙体具有较好的隔热蓄热能力, 可以使室内温度变化更为平稳, 冬暖夏凉。夏季白天可以吸收过多热量, 减缓室内温度的升高, 夜间通过室内通风将热量散失出去, 来保证室内温度的适宜;冬季可以白天获得太阳能, 将热量储存在墙体中, 到室内温度低时, 释放出来, 减少对辅助热源的需要。

6) 建造方式生态环保

传统民居建筑材料使用符合绿色循环原则, 建造民居时从自然界中获取这些产自于当地的石材、生土、木材等天然材料, 使用后的木材和石料可以更新再利用, 木材、夯土粉碎后还可撒入土中, 进入自然的生态循环系统, 而不会如现代的建筑垃圾会对自然环境带来很多的负面影响;同时传统民居建筑材料在制造使用时除耗费人工外, 材料的输入输出均不会像现代建筑材料那样在制造、运输、使用过程中耗费大量能量, 对自然环境造成破坏, 避免能源的潜在浪费。

3 结语

秦巴山区农村传统民居, 在营建过程中积累了许多适应气候的被动式绿色建筑模式经验, 自觉地运用了当地的材料和技术, 它不仅保留了地域文化, 而且也具有较好的低能耗的室内热工环境。但是由于其存在室内光环境、通风环境较差, 建筑空间不满足现有使用功能, 传统建造技术的遗失等诸多问题, 传统民居的形式与做法正逐渐衰落, 被简陋的现代砖混、钢筋混凝土民居所替代。现代山地农村民居仅仅是对城市建筑的简单模仿, 在破坏自然环境的同时, 消耗着大量资源和能量, 所以研究传统民居和自然环境物我共生的建筑方式是必要的和迫切的。只有通过发掘借鉴传统山地农村民居所蕴含的适应气候的被动式绿色建筑策略及模式, 在新民居的设计创作中, 才能充分合理利用当地的自然资源, 适应当地的自然环境, 做出适合当地环境特色宜居的生态民居设计方案, 为今后秦巴山区农村民居建设提供指导。

参考文献

[1]韦娜, 刘加平, 高源.陕南山地乡村生态民居设计实践.陕西关中村落生态化策略研究.四川建筑科学研究[J], 2012.6

山区风机基础的设计比选 篇7

本风电场位于四川省凉山州, 采用单机容量为1. 5 MW的风力发电机组。风机轮毂高度70 m, 塔架重129. 913 t, 机舱重56. 75 t, 转轮重31. 175 t。风机基础安全等级二级; 地基基础设计级别2 级; 抗震设防类别为丙类。

2 地质条件

根据地勘报告, 本工程抗震设防烈度8 度, 设计基本地震加速度0. 20 g。场地类别为Ⅰ1类。地下水埋深较深, 不考虑对地基基础的影响。

某机位钻孔揭露, 基底以下地层为上覆第四系残坡积碎石土 ( Q4el + dl) 及下伏侏罗系中统新村组 ( J2x) 粉砂岩、泥岩。依次为: ( 2 - 2) 碎块石: 密实; ( 6 - 1) 泥岩: 强风化; ( 7 - 1) 粉砂岩:强风化; ( 7 - 2) 粉砂岩: 中风化。本钻孔全孔不漏水。综合判定岩体完整度程度分类为破碎; 强风化泥岩属于极软岩, 强风化粉砂岩属于软岩, 中风化粉砂岩属于较软岩; 岩体基本质量等级分类为Ⅴ类。

3基础形式

在风电场设计中, 风机基础设计是其中最重要的工程, 它是风机是否安全运行的必要条件, 同时也是控制工程造价的重要手段。普通圆形扩展式基础应用广泛。在普通基础引进预应力锚索, 均布于基础底板外周, 改成了预应力锚索基础。环形基础将普通基础底部中心设置一段空心部分, 减小了与地基接触面, 增大压强以缓解基底脱开。输电线路中的铁塔基础, 特点也是高耸结构, 存在较大的抗拔抗弯, 经常做成抗拔桩基础; 所以也考虑利用输电铁塔基础设计规范进行桩基础设计。

根据设计资料, 按普通基础、锚索基础、环形基础、桩基础四种基础形式进行了研究分析, 计算结果满足相关规范要求。基础设计结果如下: 普通基础埋深- 3. 0 m, 直径18. 2 m。锚索基础埋深- 2. 5 m, 直径13. 0 m, 基础外缘设置一圈预应力锚索, 共24 根, 每根设计抗拔力1 060 k N。环形基础埋深- 3. 0m, 直径16. 6 m, 中空区圆直径10. 6 m。普通基础埋深- 3. 0m, 直径18. 2 m。只有桩基础为7. 5 m × 7. 5 m × 3 m的方形承台, 下为4 根直径1. 5 m、桩长18 m的挖孔桩。

4 基础形式的经济性比较

根据绘制施工图, 统计工程量并计算每种类型风机基础的造价, 见表1。

将各形式基础的造价分成土石方、混凝土、钢筋、预应力锚索、其他共五个部分, 见图1。比较发现, 影响造价的最主要因素是钢筋混凝土, 土石方和其他部分占比例较小。锚索基础虽然把土石方、钢筋、混凝土造价有效降低了, 但却增加了预应力锚索部分这一个大数字, 从成本角度看是严重得不偿失。

环形基础、桩基础很微弱地实现了降低成本。

混凝土工程量中, 普通基础的最多。与其相比, 锚索基础减少了35. 6% ; 环形基础减少了6. 1% ; 桩基础减少了34. 6% 。

钢筋钢材的工程量中, 与普通基础相比, 锚索基础增加了4. 8% ; 环形基础减少了2. 7% ; 桩基础减少了6. 7% 。此项统计中的钢材, 不仅包含了钢筋的量为35. 5 t, 还包含了锚索基础中预应力锚索相关的钢垫板、钢管、钢绞线等的量为6. 73 t。如果只是按钢筋单价偏高地取, 预应力锚索部分的造价也就5. 4 万元; 但预应力锚索部分的造价实际是27. 86 万元。

锚索基础中预应力锚索的价格敏感性较高。假定单根锚索造价降到7 000 元, 再辅助以工程岩体分级为较坚硬及以上、完整及以上的适宜岩石地基条件, 其开挖单价还将上涨预计超过60 元/方时, 锚索基础可实现经济性优于普通基础。

5 基础形式的技术性比较

5. 1 普通基础

普通基础最大的优点是设计经验成熟、施工方便。即使是在海拔超过3 200 m的山区, 施工单位仍然愿意采用普通基础。

普通基础的设计计算要点在脱开面积比计算, 之后按构造挑高比、构造配筋率基本能一次试算成功各个计算项目。各个计算项目余量丰富, 极大地方便了设计师快速设计出图。只有在松散土地基条件下, 重点关注沉降倾斜率能不满足规范要求。

根据本风电场施工过程反馈情况, 山地风机基础施工最大问题是混凝土方量大带来的浇筑时间过长引发问题。山地天气变化快、昼夜温差较大, 风电场道路条件差、易结冰, 导致混凝土在拌合、输送、浇筑过程中易出问题, 严重时导致中断浇筑, 带来工程安全隐患。遇到坚硬及以上、完整及以上岩石时, 还会因为开挖量大和挖不动而产生工期问题和设备磨损问题, 还有山地条件带来的钢筋、混凝土、水的运输成本上涨问题。普通基础对拌合站容量要求高, 对道路运输能力要求高, 在山地条件时难以满足。普通基础的总体工程量大、弃土最多、不环保。普通基础还有一个缺点, 钢筋强度、混凝土强度、地基强度利用率低, 反而显得无关紧要了。

5. 2 锚索基础

锚索基础对地勘资料的深度、准确度的要求高, 因为需要根据地基承载力来确定预张力的大小。普通基础的设计计算要点在脱开面积比、抗弯截面设计。除了要调整基础直径外, 还要调整截面高度和配筋, 因为裂缝是控制因素。虽然基底反力大大增加, 但在岩石的高弹性模量下, 沉降、倾斜都易满足, 其余计算项目也易满足。基础承台和锚索都要做疲劳设计。

锚索基础有效地减少了钢筋混凝土工程量。锚索基础由于引入了预应力锚索, 施工难度急剧增加。当前锚索钢绞线在桥梁、边坡中使用最多, 其余建筑行业使用机会很少。即使是水电行业中边坡做得多的施工单位, 也要仔细按设计规定的正确施工顺序来施工锚索基础。应该先做锚索基本试验, 以确定方案可行。岩体破碎处会给压力灌浆带来变数, 进而影响风机上部结构安全。需要准确地锁定在设计预张力, 预应力过高和过低都有问题。锚索基础在投入运行后, 还需要检测维护, 相应还得增加成本。总之, 锚索基础对施工技术水平要求很高, 锚索成本占比很大。

5. 3 环形基础

普通基础的设计计算要点在脱开面积比、底面的抗弯截面设计和裂缝。

环形基础对工程量的减少没有起到预期效果。在烟囱基础设计中, 环形基础的优化非常明显。两者进行比较, 发现烟囱的自重荷载很大, 改成环形后, 基底压应力范围的增加明显;其次, 烟囱基础的外圆、内圆直径更大, 由于圆环的抗弯模量与直径的三次方呈相关, 可以使基础在面积有效减少的情况下保持抗弯模量小幅度的减少。随着技术进步, 当风机单机容量扩大到3 MW、5 MW甚至更高时, 环形基础的有益效果可能会更明显。

环形基础的难点在于中空区域的可靠实现。当前考虑有几种方案: (1) 采用聚苯乙烯板铺满足中空区域。选取的聚苯板强度与上部混凝土自重压强一致, 使聚苯板能在浇筑阶段承受住上部自重力。再继续增加荷载时聚苯板能刚好压坏。 (2) 采用钢模板会带来成本问题。还可以考虑先浇薄环部分再浇以上部分。 (3) 采用充气膜结构。 (4) 采用某种临时机动结构。混凝土硬化后令机动结构坍塌形成中空区域。

5. 4 桩基础

桩基础的设计计算要点在承台的配筋计算、抗冲、抗剪验算; 桩的抗拔、配筋计算。

已有公开资料中, 采用风电规范设计的桩基础, 承台直径大、桩数多。工程经验表明, 在淤泥软基、湿陷黄土中采用桩基础是合适的, 目前没有在高山上做桩基础。本桩基础计算是采用输电结构规范———《架空输电线路基础设计技术规定》, 无疲劳验算、水平刚度计算, 值得进一步完善计算。本桩基础只用了四根桩直径为1. 5 m的大桩, 还需要对此计算结果进一步作复核。

本实例中, 桩基础的工程量相对最少。根据桩基础图, 由于承台尺寸偏小为7. 5 × 7. 5 m, 而基础环直径为4. 2 m, 基础环的埋设会有较多的与钢筋、桩头的碰撞问题。钻孔的施工方式还值得探讨: 如采用机械成孔, 在山区道路的大型设备运输会有困难, 由于各风机机位之间有一定距离, 设备需要来回跑和不能连续作业, 造成设备使用成本增加的问题; 如采用人工挖孔, 工期完全无法满足进度。

6 结语

1) 经对比, 预应力锚索基础最贵, 环形基础与桩基础最经济, 普通基础居中。环形基础与桩基础的经济性很微弱。

2) 普通基础作为应用最多的风机基础, 从施工方便、施工工期角度看还是很有道理的, 虽然略显浪费, 它还是最实用的、广泛接受的基础形式。工程设计往往时间紧张, 仍然建议优先选择普通基础, 既方便设计又方便施工。

3) 当预应力锚索的施工工艺普及大众化后, 成本能有较大下降, 预应力锚索基础应用于大容量的风机基础将会有实际使用价值。

4) 在风电行业内, 桩基础应用于淤泥软基、湿陷性黄土地基已经受到认可。采用输电规范设计的桩基础, 工程量有较大减少。但在山区进行桩基施工有设备机具难就位、闲置时间长、使用成本增加的问题。

参考文献

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[4]DL/T 5219-2005架空送电线路基础设计技术规定[S].北京:中国电力出版社.

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