局部设计和精细设计

局部设计和精细设计（共7篇）

局部设计和精细设计 篇1

刚刚过去的世界住房日, 其主题是“城市和气候变化”, 它倡导生态和谐的居住理念, 这既是目前人类住区需求日益增大、环境日趋恶化情况下的重要警示, 也是住区和住宅设计的发展方向。反思当前的设计, 发现在很多细微之处, 对人的需要考虑不够, 对生活细节考虑不够, 对自然资源珍惜不够, 使得很多住区与大自然脱节, 与周边环境不相融合, 浪费大量的资源和财力。很多住户购买住宅的第一件事就是拆改住宅, 这一方面引发今后居住的安全隐患, 同时也浪费宝贵的资源, 进一步恶化环境, 也浪费了住户的精力、财力。

因此, 在住区和住宅设计中, 我们要进一步提倡人性化、精细化、可持续发展的设计, 使之更加符合生态要求, 符合人的生理和心理需求, 创造更加和谐的居住环境。笔者认为应在以下三个方面下功夫。

一是注重人的根本需求。要了解各地域、各层次、各年龄段人的居住行为和生活方式, 创造适宜的生活空间。如在住区设计中, 要考虑人们购物、出行等基本生活方式和交往、锻炼等个性化生活方式等需求, 既要考虑老人的需求, 也要考虑儿童的需求, 从而创造宜人的生活环境。在住宅的设计中, 也要考虑不同人群的需求, 尤其要注重在生活细节中考虑生活能力较弱人群的需求。

二是要注重设计与生活方式、生活用品的发展结合。当今社会经济发展非常迅速, 生活用品日新月异, 引发人们的生活方式也发生了巨大的变化。设计必须与这些变化结合, 而不能脱节。如家用电器的变化、厨房用品的变化, 使得传统的住宅设备管线设计、水电容量等设计都要发生变化, 如果仍然一成不变, 就将给住户带来生活中的不便与麻烦。又如目前人们对住宅的要求, 除了传统的起居、卧室、厨房、卫生间外, 还需要一些如书房、花房、画室、展室、健身房等特殊空间, 所以, 设计时应在总面积不增加的情况下, 多做一些可随时转化的空间, 供住户自由支配, 满足其个性化需求。

三是要注重引导大众的生态环保生活方式。设计师的一项重要使命是根据国情为大众设计一个符合使用要求的、适宜的生活环境, 设计一种更适宜的生活产品, 而不是一味求大、求全、求奢华。在设计中要注意引导建设者、消费者进入一种更为生态环保的生活方式。如在设计中要积极推荐节能、节水设施和建筑材料, 要精细对待每一平方米土地和建筑面积, 使其发挥应有的作用。生活用品领域的设计师也要尽量力求平实, 在符合人的基本需求前提下, 力求简洁, 力除奢华和大而不当。

人类只有一个地球, 珍惜资源, 就是珍惜我们的生活。精心的设计将使我们的生活更加可持续, 更加美好。

局部设计和精细设计 篇2

城市设计的成果主要包括城市设计研究报告和设计导则, 二者之间的关系类似城市规划说明书和文本。其中, 城市设计导则是城市设计实施的管理文件, 由城市设计研究报告结论部分的内容提炼转译而成, 是城市设计指导城市开发建设的核心内容。在当前快速城市建设的背景下, 城市设计已经不再是法定规划的附庸, 其直接、全面和灵活的特点在急迫的城市开发中更具备优势, 在城市建设中发挥着越来越重要的作用, 因此, 对城市设计导则编制的研究和探索符合当前的发展需求, 具有重要的实践意义。

一、局部城市设计的作用机制

中国学者根据设计范围提出了划分城市设计层次的四分法、三分法和二分法这三种方式, 其各层次分别与法定城市规划层级相对应。随着原有的城市分区规划不再作为法定规划, 以及2012年国务院发文取消对重要地块城市修建性详细规划的行政审批, 将城市设计分为总体和局部两个层次 (即二分法) , 并分别与法定规划中的城市总体规划和控制性详细规划相对应, 从实施上更具有可操作性。总体城市设计主要制订体现城市整体空间结构特征的宏观发展方向, 而局部城市设计则是总体城市设计的进一步深化和补充, 落实具体地段的城市空间控制策略。

局部城市设计创作一般分为城市设计研究和城市设计导则编制两个阶段。城市设计导则是在研究成果的基础上为城市规划管理提供依据的技术文件, 是城市设计的主要成果。[1]局部城市设计导则通过提出导控要求, 对城市具体项目的开发设计进行约束, 其作用途径一般有以下三种。

一是将导控要求融入控规, 即采取图1中的A-B-E-F-G-H-I路线。由于城市设计还未完全具备法定效力, 在当前的规划体制下, 这是最主要的实现途径。城市设计导则的核心内容将在控规编制过程中被提炼转化成控规的控制要求, 进行公示确定。土地出让时, 由规划管理行政工作人员从控规的要求中提炼地块的规划设计条件, 主要包括用地指标、建筑和空间控制以及开发要点等内容。设计师及开发商需要遵守这些规划设计条件, 从而影响实施阶段的建筑、景观和市政交通的设计和开发。通过上述过程, 局部城市设计导则完成了对城市环境的控制。将城市设计导则融入控规主要有三种情况:一是控规编制完成之后开展城市设计研究, 城市设计导则将作为控规修编的依据;二是控规与城市设计同时编制, 城市设计导则可直接纳入控规成果中;三是进行城市设计研究, 控规完全是导则转译的成果。这三种情况都需要导则与控规间高效的衔接, 确保城市设计导则的完整性是基本要求。

二是规划管理行政人员从局部城市设计导则中提炼规划设计条件, 即采取图1中的A-C-F-G-H-I路线。这需要城市规划行政主管部门对该城市设计导则的法律定位做出特殊说明, 明确其适用效力。通常这种作用途径具有一定的地区局限性, 主要适用于建设速度较快城市的重点区域。这种途径中, 城市设计导则在某种程度上替代了控规要求, 直接指导城市建设, 因此对城市设计导则的编制要求更高。

三是将局部城市设计导则的部分内容融入专项的设计通则中, 即采取图1中A-D-H-I路线。有些地区局部城市设计导则编制较为领先, 对部分导则的导控要求进行了专项深化, 最终以地区通则的形式进行引导控制, 如城市色彩、建筑风貌方面的专项城市设计指引。

二、局部城市设计导则应满足多元主体的使用需求

局部城市设计导则在中国起步比较晚, 在各个阶段的实施操作过程中出现过的问题主要有:其一, 导控的标准难以准确界定;[2,3]其二, 导则转译成控规要求的过程中容易出现城市设计意图理解上的偏差;[4]其三, 导控要求转译成规划设计条件不够精准;[5]其四, 使用主体对导则导控内容的不认同。[6,7]

多元化主体孤立参与城市设计项目是上述问题形成的主要原因。因此, 局部城市设计导则的编制应考虑多元化主体的需求以及多主体实施操作的平台和机制。

局部城市设计导则面向的使用主体主要包括三类 (图2) :一是实施开发阶段深化方案设计的建筑设计师、景观设计师、市政道路设计师等, 以导则作为后续设计的指引;二是城市开发项目的开发商;三是规划行政主管部门的管理者和公众。

1. 专业化的设计机构

导则对于设计师而言不仅仅是一种约束条件, 还应该是表达城市设计的思路和系统控制意图的一种途径, 从而引导设计师理解城市设计对片区的构想。另外, 导控要求在细节设计上应尽量少“越界”, 为设计师的创作留有适当的弹性空间。

2. 项目开发机构与相关利益群体

在落实一些微观的城市设计内容 (如铺装、垃圾筒、树种等) 时, 一些项目的开发者实际上拥有更多的决定权, 城市设计导则需要引导其判断标准。另外, 与市场开发相关的激励或处罚措施是开发机构关注的重点内容。

3. 行政主管部门的管理者和公众

行政管理人员很多都不具备与城市设计相关的专业背景, 在使用导则过程中主要有三点要求:一是导控要求精简明确, 便于转译成《建设用地规划许可证》中的规划设计要求;二是导控内容全面, 以便于精简控制要求和做出自由裁量时之需;三是导控形式简单, 图文与指标应尽量简洁直观, 便于行政工作人员统一管理。而公众对于局部城市设计导则的要求主要是便于理解, 尽量能图文并茂。

三、局部城市设计导则编制建议

针对导则编制及实施操作实践中存在的问题, 一些学者提出三个方面建议:一是城市设计导则的控制内容要回归城市设计的本质—注重城市物质环境空间的塑造, 同时也要与城市建设联系起来, 符合市场规律;[3]二是城市设计导则内容应该形成统一的规范, 与法定规划密切联系, 成为设计方案与后期城市管理的一个纽带;[8]三是不仅要注重导则内容的科学, 其表达形式也非常重要。考虑多元使用主体的需求, 笔者认为局部城市设计导则的编制还应关注以下内容。

1. 加强与控规的联系, 规范导则格式

由于城市设计的法律定位还未明确, 在大多数情况下仍需要借助于控规才能发挥导控作用, 因此与控规有效对接是导则编制出发点。这就要求导则无论是导控内容还是表达方式尽量与控规类似, 同时强调导则编制格式的规范化, 以严谨的管理语言搭建导则的各个组成部分。

2. 分层级规管, 导控内容求精求简

通过研究各个城市的控规我们可以发现, 根据面积大小分单元层级导控, 不同层级导控的内容和方式都存在差异 (表1) 。城市设计导则同样需要这样, 因其不可能将城市设计研究的所有内容都纳入导则中, 应当结合方案和控规首先对城市设计内容进行梳理提炼, 之后进一步转化为城市设计导控要素, 进而对要素进行导控内容界定, 且内容应当尽量精炼简洁, 最后再依照方案设计要求对其进行分层分级安排。

3. 大方向控制、小方向指引, 导控要点“一张图”

局部城市设计导则应该由传统的描绘语言向规范化的管理语言转变, 而完整的管理语言内容通常包括绩效性指引要素和强制性控制要素。本文主张不对导则的导控要素种类进行分类, 而对其内容进行绩效和强制的划分, 即对导控要素中影响宏观方向的内容以强制控制为主、影响微观方向的内容以绩效指引为主, 比如关于街道界面, 对影响片区视线通廊方面的后退和街道墙进行强制控制, 而对其韵律感和形式仅作绩效性指引, 给开发阶段的详细设计留有更大的空间。这样既能准确把握城市空间框架, 又能在具体开发设计时考虑市场弹性。最后, 在落实导控要点时尽量图文并茂, 以“一张图”的形式表现出来, 便于多元主体使用。

4. 基于主体使用, 面向市场开发

考虑到服务主体的需求, 导则的表达方式要在各个层级上有所侧重, 城市政府更加在意的是一些具体的刚性控制要求, 以便于使用者理解。适应市场开发是局部城市设计导则与控规相比的重要优势, 因此导则还需要通过制定一些开发规则, 比如基于利益平衡的开发量奖励, 从而鼓励开发方关注公共利益, 引导有利于公众的开发行为发生。[9]

四、重庆水港配套功能区城市设计导则编制实践

重庆水港配套功能区位于重庆市江北区寸滩港渝宜高速公路以北地段, 占地面积2.0 km2。已完成的控规确定了片区的土地用地性质和建设规模。随着地段周边开发建设的逐步深入, 原控规方案已不能适应该片区发展建设需求, 需要在更大范围内开展城市设计研究, 以便对片区的功能构成、空间布局、交通组织、公共空间环境塑造、城市建筑风貌等提出新的控制要求, 因此开展了本次城市设计研究工作, 并将研究成果转译成城市设计导则。

本次编制的城市设计导则包括城市设计综述、城市设计总则、城市设计要素指引、城市设计系统图则、城市设计街区图则、实施建议和附录7个部分。导控内容和表达方式主要存在于城市设计总则、城市设计要素指引、城市设计系统图则和城市设计街区图则四个部分当中。

1. 总则

总则的导控内容分为导控目标和导控条款两部分。导控目标是城市设计意图的体现, 出于精简的原则和对项目特征的考虑, 本次导则将导控目标分为城市资源利用方面目标和设计理念方面目标两类。导控条款是与控规文本条例进行转译的关键, 是对导控目标的深化解释, 同时也是对导控目标落实的实施要求, 本次导则分别从土地使用、空间组织、建筑形式、场地策划四个方面做出要求。

2. 要素指引

要素指引是对控制要素的深入解释和补充说明, 是连接总则和图则之间的纽带, 以弹性控制为主, 具有一定的普适性。根据项目特点, 本次导则选取了15个城市设计要素进行导控, 内容主要集中在建筑细部、公共活动空间、服务设施三大方面。导则不提倡将控制要素生硬划分成强制性和指引性两类, 每个要素的控制内容应同时具有需强制遵守和建议采用的部分, 以全面导控城市空间建设。

要素指引的形式分为三部分:其一, 导控要素释义;其二, 导控原则, 表现一种控制弹性, 属于方向上的导控;其三, 导控内容, 对一些需要特别注意的细节内容进行说明, 属于导控作用的深化 (图3) 。

3. 系统图则

系统图则主要是城市设计中的系统控制内容, 结合城市设计方案, 编制本导则时考虑了交通组织、空间布局、绿化系统、城市色彩四部分内容, 表达上均采用“图式+文字”的方式。

交通组织主要包括车行交通和慢行交通两部分。由于地形较为复杂, 导则中适当增加了车行道路高程控制的说明, 而慢行网络是本次项目的重点 (图4) , 在交通组织的专项设计中也进行了重点控制。

空间组织方面主要针对方案的建筑布局方式和空间廊道提出控制要求 (图5) 。

绿化系统方面主要控制公共绿地、防护绿地、道路绿地等三项内容, 由于地块内防护绿地面积较大, 为了确保其能在城市生活中发挥一定的公共作用, 导则对防护绿地规划设计内容进行了导控 (图6) 。

城市色彩方面参照重庆《建筑立面装饰设计技术导则》, 将建筑色彩分成主色调、辅色调、点缀色三类进行控制, 并根据项目功能分区将地块分成多元色调控制区、浅灰色调控制区、前景色调控制区、环境色调控制区4个色调控制区, 以蒙赛尔色彩体系为基础进行选色范围控制 (图7) 。

4. 街区图则图则

本次导则将街区控制内容分成了土地利用、空间组织和建筑要求三个部分, 表达方式与控规图则相近, 采用指标表格、图示控制、文字描述的方式, 以“一张图”的形式来表述 (图8) 。

土地利用控制图将地块的编号、区位、周围道路高程点和混合建设功能的内容转化成了图示语言, 主要指标是对土地开发容量的控制要求, 针对地块的特点对后续城市建设提出优化建议。

空间组织图示控制内容包括红线范围、车行入口方向、人行入口方向、地面及立体步行通道、裙房和塔楼建筑后退及其建筑限高、裙房和塔楼建筑贴线控制位置、空间廊道、公共开放空间的形式及控制面积。其中, 将公共开放空间分成了广场、绿化和步行街三类。建筑控制是将图示控制中的建筑退线和贴线转译为文字语言。活动空间是对地块中空间安排的导控, 属于图示的进一步深化, 便于转化为控规图则的控制要求, 以及提炼成《建设用地规划许可证》中的规划设计条件或者作为附图。

建筑要求方面主要是针对地块建筑的基本形体、组合模式、屋顶形式、玻璃色彩、屋顶色彩、墙面色彩、外墙材质、建筑风格的导控, 简单图示出地块的建筑设计意向, 并对地块的建筑设计细节提出指引。

结语

多元使用主体是影响城市设计导则内容和表达方式的关键, 而满足各种不同使用主体的需求是解决城市设计控制不到位这一难题的突破口。因此, 在导控内容方面, 针对使用主体需求厘清城市设计要素需要导控、导则各个层级需要哪些导控要素、导控要素的强制控制内容有哪些、绩效指引内容又有哪些, 是导则编制的重点内容;在表达方式上, 则需要综合多种类型的图示、文字、表格甚至语音图像的方法, 来加强使用主体对城市设计导则导控要求的理解。总之, 随着城市设计复杂程度的提高, 对局部城市设计导则的内容和形式将会出现新的需求, 需要在长期实践探索过程中逐步完善。

参考文献

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[2]杨军, 恽爽.在“强制”与“引导”之间——城市设计导则实施创新模式初探[J].城市发展研究, 2012 (S) :114-117.

[3]戴冬晖, 金广君.城市设计导则的再认识[J].城市建筑, 2009 (5) :106-108.

[4]郑国栋, 赵毅.面向规划管理的城市设计导则编制方法研究[C]//中国城市规划学会.生态文明视角下的城乡规划——2008中国城市规划年会论文集.大连:大连出版社, 2008.

[5]叶伟华.深圳城市设计运作机制研究[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[6]陈雄涛, 安莹.天津滨海新区CBD城市设计评述[J].中国名城, 2011 (3) :67-72.

[7]杨国华, 王永强.规划管理视角下城市设计导则研究[J].城市发展研究, 2011 (11) :39-44.

[8]郁荟, 王科.规范城市设计导则编制成果的探索——以北京为例[C]//中国城市规划学会.规划创新——2010中国城市规划年会论文集.重庆:重庆出版社, 2010.

局部设计和精细设计 篇3

服装的结构设计是从服装款式设计到服装生产工艺的中间环节, 是实现服装款式设计思想的重要环节。

现如今, 户外运动已悄然融入到人们的生活中, 尤其在西方发达国家, 户外生活的普及使得户外运动成为人们休闲娱乐的一部分。于此同时, 户外运动产业随之兴起, 而户外服装则成为此产业中的主导力量之一。户外服装由于其特殊的功能要求, 使之在结构、材料和工艺上的要求也愈加严格。

二、主要户外运动服装的局部结构设计

户外运动服装主要有冲锋衣、羽绒服、快干衣等, 专业的户外运动服装如冲锋服等主要是针对登山、滑雪等高寒运动而言的。

1、冲锋衣的局部结构设计

(1) 全接缝压胶与外压胶设计。全接缝压胶多用于多功能冲锋服装, 从服装内侧对所有针线接缝部位压胶条, 使针眼位置不会发生雨水渗漏的现象;外压胶:从外侧对针线接缝位置压胶条, 使得针眼位置不会发生雨水渗漏现象。

(2) 防水拉链与腋下透气拉链设计。专业户外运动服口袋多采用防水拉链, 以保护口袋内物品;腋下透气拉链:运动过程中, 腋下易出汗, 打开腋下透气拉链可有效实现腋下空气流通。

(3) 内部辅助透气口袋设计。服装内侧口袋采用网眼布, 打开口袋时可以与腋下透气拉链配合形成立体透气系统。

(4) 弹力收腰设计。过抽绳收紧腰在户外运动中可使穿着者看上去更挺拔, 而且有效实现上身与下身分离, 方便背包。

(5) 可调节袖口设计。通过魔术贴调整袖口的大小, 在寒冷多风环境下可通过收紧袖口来抵挡外界寒风。

(6) 雪裙设计。在腰部扣紧雪裙时可有效防止风雪从下方侵入, 此类设计可采用脱卸设计, 不需要时可将雪裙卸下。

(7) 防风指套袖口设计。在袖口中加缝防风指套, 寒冷时可将指套套于虎口之间, 有效御寒。

(8) 耐磨拼料设计。在服装易磨损部位, 如腋下、手肘、臀部、膝盖等部位加缝耐磨拼料, 并增加强度, 以提高耐用性。

(9) 立体剪裁设计。立体剪裁多用于手肘、膝盖等部位, 即在这些部位按照关节弯曲程度做弯曲裁剪, 以方便运动弯曲。

(10) 风雪兜帽设计。风雪兜帽设计, 可有效抵挡风雪雨水从领部进入, 并为头部提供保护作用。

2、羽绒服的局部结构设计

羽绒服的结构主要指羽绒的充绒结构, 也就是面料包围羽绒而形成的一个个小空间, 主要分为立体盒状结构和双层夹片结构。

(1) 立体盒状结构设计。通过在里外料之间增加立衬的设计而形成一个盒状结构。优点是羽绒分布均匀, 缺点是制作工艺繁琐, 并且增加了重量。

(2) 双层夹片结构设计。直接将里外料缝合的设计而形成一个管状的空间。优点是整衣重量轻, 缺点是里外料直接缝合, 而缝合处羽绒分布较少, 容易被让风吹透。

3、快干衣的局部结构设计

(1) 复合式口袋设计。复合式口袋设计, 即将储物空间最大化的同时实现合理优化, 使穿着者在服装填充物品后不会显得累赘。

(2) 暗袋设计。由于购买者穿着快干衣很多时候会处于自助旅行或城市休闲旅行状态, 暗袋设计既安全又能增加储物空间。

(3) 腰带设计。活动腰带扣的设计, 可灵活调节腰围。

(4) 可卸式裤腿设计。长短裤两用的设计, 适合天气的忽冷忽热及涉水行程。

(5) 可调式裤腿设计。通过可调式裤腿设计, 既能调节裤腿的松紧, 又能有效增加裤管内的空气流通。

(6) 裤脚调节设计。通过魔术贴和橡筋调节, 可有效防止沙石、杂草等侵入鞋内或裤腿内。

三、功能与特殊设计应用

进行户外运动时, 时常会遇到变幻无常的天气, 因此尤其需要一款出色的户外服装来应对环境的变化, 这样的设计使户外服装既具备了服用性, 又赋予更好的户外装备功能。以Ruck Jack和Hustle Audio这两款冲锋衣为例, 展示更有创意的户外设计。

1、可当作背囊的户外服

2009年, Sven设计师设计了款很有创意的冲锋衣叫Ruck Jack。当天气较冷, 或湿气较重的时候, 可以遮挡风雨;而当天气炎热的时候, 可以把衣服折叠成一个背包, 把随身物品装到里面, 方便省力。

2、有音乐相伴的户外服

2009年, The North Face⑾推出了叫Hustle Audio的冲锋衣, 其左衣袖上安装了一个由操纵杆控制的音乐播放器。在冰冷的环境中就不用摘下手套调节音乐播放器了, 只需轻松操纵左臂上的按钮即可。

四、局部结构与材料应用

在服装设计中, 材料不同, 其效果也会不同。现代服装, 无纺布、塑料、金属等都可以作为服装材料。随着科技的进步, 新型服装材料还会不断被开发和应用。由此以来对服装材料的基本性能有以下三点:

1、机能性

(1) 柔软、舒适的包裹人体, 符合人体结构, 穿脱方便, 便于活动;

(2) 防暑, 防寒, 保暖, 护体;

(3) 卫生, 保健, 具有一定的吸湿性、透气性;

(4) 易洗涤, 整烫, 便于保管;

(5) 根据不同的用途, 有相应的机能性及物化指标。

2、审美性

服装要体现审美的意识, 给穿着者和观者以美的享受, 利于表现个性美。

3、工艺性

(1) 易裁剪、缝制、熨烫、整理, 包括弹性、收缩性, 图案、条格、绒毛等的方向性;

(2) 具备形态稳定性, 不易变形。

五、户外服装的发展趋势分析

如今, 越来越多的人们走出户外, 追求更健康、时尚、休闲、环保的生活方式, 中国也迎来了户外运动市场的快速发展期。旺盛的市场需求使得越来越多的国内外户外服装经销商和生产企业进驻并开拓国内市场。

户外服装发展前景好主要有两个原因:第一, 户外服装市场生产化, 人们生活的流动性较大。现在人们的普遍压力较大, 生活节奏较快, 所以人们向往自然, 渴望户外运动。因此, 户外市场满足了人们此方面的需求。第二, 户外服装产品开始融入时尚。为了满足户外爱好者对时尚对美感的需求, 户外服装在保证功能性的基础上, 也把时尚带入了户外。

六、结论

户外服装设计中的局部结构设计主要是应对功能需求, 同时也兼顾美感、舒适、方便等等要求。随着户外运动的普及, 人们对户外服装的要求也越来越高, 倒逼商家不断研制高科技高效能的产品来应对市场的需求, 而新型材料和更加合理的结构无疑成为户外服装总体改进的重要因素, 促使户外服装真正做到功能化、人性化、个性化和轻便化。

2010年温哥华冬奥会, 不断刷新的奥运会记录, 使人们更加关注户外运动。作为户外运动刚刚起步的中国市场, 相信不久的将来也会迎来一场户外服装发展的新高潮。

摘要：文章以户外服装为着手点, 以户外服装设计中的局部结构设计为对象展开研究。文章通过对户外服装的功能、结构和材料等几方面的论证, 阐释了户外服装的特殊结构主要源于应对环境和人体需求;文章深入探究了户外服装在功能、结构以及外观效果上的结合;文章紧扣户外服装的功能性和实用性, 进一步阐述了户外服装在应对极端环境时, 服装上的细小结构所产生的重大作用。由此得知, 户外服装上每一个局部结构的背后都有着独特的功能和设计。

关键词：户外服装,设计,功能,局部结构

参考文献

[1][英]索格.[英]阿黛尔.时装设计元素[M].中国纺织出版社, 2008.

[2]丛林.流行时尚配色图典[M].北京化学工业出版社, 2007.

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[4]徐伟德, 黄元庆.时尚设计·服装[M].广西美术出版社, 2005.

[5]王鸣.服装款式设计大全[M].辽宁科学技术出版社, 2002.

某采石工序局部通风除尘系统设计 篇4

1 对象与方法

1.1 对象

某采石场筛分工序主要对石头进行筛选, 生产过程中产生粉尘危害等。该厂为贯彻我国职业病防治法的方针政策, 保护劳动者的身体健康, 计划在筛分工序增设1套局部通风除尘系统, 以加强粉尘的治理。本研究以该套除尘设备为研究对象设计局部通风除尘系统。

1.2 方法

根据采石场筛分工序生产工艺流程中主要的产尘特点和粉尘性质等基础资料, 根据HJ2028-2013《电除尘工程通用技术规范》和《工业防尘手册》[3,4], 由工程通风设计人员设计局部通风除尘系统, 安装后测定其粉尘控制效果。

1.2.1 外部排风罩排风量计算

通过对采石场筛分工序粉尘发生源 (以下简称“尘源”) 、生产工艺设备和生产操作情况的实际观察和分析, 确定所采用排风罩罩型、罩口尺寸、数量和控制距离 (即罩口几何中心与尘源控制风速点的距离) , 并对车间的风速进行检测, 采用合适的公式计算单个外部排风罩排风量 (Q) , 据此计算除尘系统的总排 (送) 风量 (Q总) 。

1.2.2 通风管道设计

通风管道是将含尘气体通过管道输送到指定的处理装置, 其设计目的是根据各管段的排风量和选定的流速确定各管段的管道直径, 计算各管段的局部阻力 (Z) 和摩擦阻力 (Rma) , 保证系统内达到需求的分配风量, 并为风机选择和绘制施工图提供依据。 (1) 绘制通风除尘系统的系统图, 见图1。 (2) 选择合理的空气流速。依据《工业防尘手册》确定各管段的理论风速 (v0) (578页) [5], 由公式 (1) 计算出理论风速下确定的理论管道直径 (D0) , 根据理论管道直径选择合理的实际管道直径 (D) , 再用公式 (2) 反推实际风速 (v) 。 (3) 采用公式 (3) 计算Z; (4) 计算Rma。根据《工业防尘手册》中圆形通风管道单位长度Rma线算图[5], 只要已知流量、管道直径、流速和单位长度摩擦阻力4个参数中的任意2个, 即可利用该线算图求得其余2个参数[1]。该线算图是在大气压力P0=101.3×10-3Pa、空气温度T0=120℃、空气密度ρ0=1.204kg/m3、运动粘度V0=15.06×10-6m2/s、管壁糙度e=0.15×10-3m的圆形风管等条件下得出。当实际使用条件与上述条件不相符时, 采用公式 (4) 进行密度和粘度的修正, 采用公式 (5) 进行空气温度和大气压力的修正。 (5) 对并联管路进行阻力平衡。通风系统要求2个支管之间的阻力相差不超过15.0%, 除尘系统要求2个支管的阻力差不超过10.0%, 以保证各支管的风量达到设计要求。当并联支管的阻力差超过上述规定时, 可通过调整支管管道直径 (即改变支管的阻力) 以达到阻力平衡。本研究主要对图1中除尘器的A、B、C、D共4个节点的阻力平衡情况进行判断。调整后的管道直径采用公式 (6) 计算。为有效地达到阻力平衡, 在8个支管上各插进1个板进行调试, 以便调节阻力平衡。 (6) 采用公式 (7) 计算管道总阻力。

式中:D0-理论管道直径, m;Q0-管道流量, m3/s;π-圆周率, 取值3.14;v0-理论风速, m2/s。

式中:v-实际风速, m2/s;D-实际管道直径, m;Q0、π-定义同公式 (1) 。

式中:Z-局部阻力, Pa;ζ-局部阻力系数;μ-空气流速, m/s;ρ周围空气密度, kg/m3。

式中:Rma-实际单位长度摩擦阻力, Pa/m;Rm0-线算图上查得的单位长度摩擦阻力, Pa/m;ρa-实际空气密度, kg/m3;ρ0-线算图空气密度, 取1.204 kg/m3;Va-实际运动粘度, m2/s;V0-线算图运动粘度, 取15.06×10-6m2/s。

式中:Rma、Rm0-定义和单位同公式 (5) ;Kt-温度修正系数;Kb-大气压力修正系数;Kt、Kb由《工业防尘手册》温度和大气压力的修正曲线查得。

式中:D’-调整后的管道直径, m;D-原设计管道直径, m;△P-原设计的支管阻力, Pa;△P’-为阻力平衡要求达到的支管阻力, Pa。

式中:PS-管道总阻力, Pa;△Pi-相应编号的管道阻力, Pa。

1.2.3 风机选型

采用公式 (8) 、 (9) 分别计算风机的风量和风压, 据此选择适合型号的风机。

式中:Qf-风机的风量, m3/h;Q总-除尘系统的总排 (送) 风量, m3/h;K1-风管漏风附加系数, 取值1.10;K2-除尘器或净化设备的漏风附加系数, 取值1.05;Qr-袋式除尘器的反吹风量, 取值0 m3/h。

式中:Pf-风机的风压, Pa;PS-管道总阻力, Pa;H电-电除尘器工作阻力, 根据所设计除尘器阻力选300.0 Pa;K3-风机的实际风压附加系统的管道附加系数, 取值1.10。

1.2.4 除尘器选型

结合项目设计实际选择除尘器类型, 根据HJ 2028-2013《电除尘工程通用技术规范》设计有关技术参数, 再选择适合的除尘器。

1.2.5 工作场所空气中粉尘水平测定

安装该局部通风除尘系统后, 根据GBZ 192.1-2007《工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度》[5], 检测采石场筛分工序工作场所空气中总粉尘时间加权平均浓度 (CTWA) , 依据GBZ 2.1-2007《工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素》进行评价[6]。

2 结果

2.1 基本情况

该采石场的石头是石灰石, 年产量10万m3。检测其粉尘的游离二氧化硅浓度为6.8%。筛分工序产生粉尘危害, 筛分过程机械自动化, 工人作业方式巡检。

2.2 外部排风罩排风量设计结果

根据采石场筛分工序尘源情况和生产工艺过程, 由于筛分下料存在动力, 粉尘飞扬较高, 因此采用设在尘源上部的上吸式外部排风罩。在不影响生产操作的前提下, 设计排风罩的罩口尺寸为1.6 m×1.6 m (则A=2.56m2) , 罩口边缘加设法兰边框, 以提高排风效果;根据通风除尘需要, 该除尘系统设8个排风罩;根据尽可能使外部排风罩的罩口靠近污染源或扬尘点, 以使整个污染源或所有的扬尘点都处于必要的风速范围之内的原则, 取x=1.1 m;根据现场实测数据, 取vx=0.4 m/s。根据实际情况, 采用公式 (10) 计算得出Q=18 509 m3/h;8个排风罩的Q总=18 509×8=148 072 m3/h。

式中:Q-单个外部排风罩排风量, m2/h;K-按矩形罩口长宽比值n=1.000确定的系数, 取0.083[1];x-控制距离, m;A-排风罩罩口面积, m2;vx-尘源控制风速, m/s。

注:*为阻力平衡, 不需要调整设计方案。

2.3 通风管道设计结果

根据公式 (1) ~ (6) 计算通风管道阻力和除尘器节点平衡的结果见表1、表2。根据公式 (7) 和表1中的有关△P的数据计算得出PS=841.4 Pa。

2.4 风机选型结果

根据公式 (8) 、 (9) 计算得出:Qf=171 023 m3/h, Pf=1 255.5 Pa。结合厂区气象条件, 选择普通中压风机, 型号为4-79。适合范围:全压为176.0~2 695.0 Pa, 风量为990.0~406 000.0 m3/h, 功率为1.1~250.0 k W。

2.5 除尘器选型

结合本局部通风除尘系统设计的实际情况, 选用电除尘器。从达到总除尘效率为99.90%出发, 根据HJ 2028-2013《电除尘工程通用技术规范》, 主要设计参数见表3。结合工作场所粉尘条件和除尘器的主要技术参数, 选用WDJ 47-3/1型WDJ型卧式电除尘器设备, 其处理风量为186 000 m3/h[6], 能够满足本局部通风除尘系统Q总=148 072 m3/h的设计要求。

2.6 除尘器选型

设置了局部通风除尘系统后, 测得采石场筛分岗位空气的粉尘浓度CTWA为6.2 mg/m3, 低于国家职业接触限值8.0 mg/m3。

3 讨论

采用设置通风除尘系统、改进生产工艺、湿式作业、密闭和加强管理等综合粉尘防治措施是控制工作场所空气中粉尘水平的重要方法[7,8], 是预防尘肺病发生的重要措施。本课题组针对采石场筛分工序的粉尘防治实际, 对其新增的局部通风除尘系统进行设计。结合其生产工艺特点, 将尘源加以密闭并设置局部通风, 以有效控制生产性粉尘的扩散, 使工作场所空气中粉尘水平下降到国家职业卫生限值以下, 是预防尘肺病的重要措施。本课题组在充分调查研究的基础上, 对采石场筛分工序生产工艺特点和粉尘性质等基础资料, 由工程通风设计人员以外部排风罩、通风管、风机选型和除尘器的选择为重点, 设计局部通风除尘系统。除尘器一般分为机械除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器和电除尘器4类。其中电除尘器在捕集工业粉尘方面具有除尘效率高、可处理烟气流量大且耐高温和腐蚀、气流压力损失小、可处理较小粒径粉尘、总体能耗低、运行维护费用低等优点[9,10,11], 因此, 本研究选用电除尘器作为局部通风除尘系统的除尘器。安装局部通风除尘系统后, 采石场筛分工序空气中粉尘水平符合国家职业卫生限值要求, 说明本局部通风除尘系统对粉尘的控制效果良好。

摘要：目的 对某采石场筛分工序的局部通风除尘系统进行设计, 使工作场所空气中粉尘水平达到国家职业接触限值的要求。方法 根据某采石场筛分岗位工艺特点及粉尘性质等基础资料, 由工程通风设计人员以外部排风罩、通风管、风机选型和除尘器的选择为重点, 设计局部通风除尘系统, 安装后测定其粉尘控制效果。结果 外部排风罩采用罩口尺寸为1.6 m×1.6 m的带法兰边框的上吸式排风罩, 控制距离为1.1 m。除尘系统的总排 (送) 风量为148 072 m3/h;风机的风量和风压分别为171 023 m3/h和1 255.5 Pa;据此选择型号为4-79的普通中压风机和处理风量为186 000 m3/h的WDJ47-3/1型WDJ型卧式电除尘器设备作为局部通风除尘系统。局部通风除尘系统安装实施后, 筛分岗位空气中粉尘时间加权平均浓度为6.2 mg/m3, 低于国家职业接触限值8.0 mg/m3。结论所设计的局部通风除尘系统达到设计要求。

关键词：粉尘,通风除尘系统

参考文献

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[3]中华人民共和国国家环境保护部.HJ 2028-2013电除尘工程通用技术规范[S].北京:中国环境科学出版社, 2013.

[4]中国劳动保护科学技术学会, 工业防尘专业委员会.工业防尘手册[M].北京:劳动人事出版社, 1989:566-1328.

[5]中华人民共和国卫生部.GBZ 192.1-2007工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度[S].北京:人民卫生出版社, 2008.

[6]中华人民共和国卫生部.GBZ 2.1-2007工作场所有害因素职业接触限值第1部分:化学有害因素[S].北京:人民卫生出版社, 2008.

[7]苌翠粉, 姚晓玲, 杨会玲, 等.粉尘及其危害因素和预防措施分析[J].临床合理用药杂志, 2013, 6 (25) :144.

[8]Ghorbani Shahna F, Bahrami A, Farasati F.Application of local exhaust ventilation system and integrated collectors for control of air pollutants in mining company[J].Ind Health, 2012, 50 (5) :450-457.

[9]Kim HJ, Han B, Kim YJ, et al.Integration of a nonmetallic electrostatic precipitator and a wet scrubber for improved removal of particles and corrosive gas cleaning in semiconductor manufacturing industries[J].J Air Waste Manag Assoc, 2012, 62 (8) :905-915.

[10]翁杰.电除尘器除尘效率的影响因素分析[J].水泥技术, 2013 (3) :102-104.

矿井局部通风监控系统的设计 篇5

关键词：矿井,局部通风,监控,远程控制,PLC,OPC

0 引言

陕西省韩沟煤矿井下的掘进工作面多而分散, 通风安全事故时有发生, 但往往因无法第一时间了解情况而得不到及时的处理, 较严重地影响了正常生产。因此, 根据韩沟煤矿的实际情况, 笔者设计了一套局部通风监控系统, 以便实时监测各巷道的环境温度、通风量、风速、瓦斯浓度、通风机电压、电流等参数和故障信息, 以及实时控制掘进面通风设备。

1 系统构成

整个系统由地面集控中心、以太网交换机、隔爆型光端机、智能电磁启动器、各类传感器及局部通风机等组成, 为三层网络结构, 如图1所示。

地面集控中心用于实时监测各通风设备的工作状态参数, 对监测数据进行分析、存储、显示、打印、传输等, 并根据分析结果控制通风设备的运行, 是整个监控系统的核心。其中上位机采用WINCC实时显示掘进面瓦斯浓度分布、风量、风速等数据信息。以太网交换机、光纤分线盒、隔爆型光端机用于数据通信。智能电磁启动器即为智能通风控制子站, 由2套互为备用的PLC组成, 用于采集掘进面各传感器数据, 将监测数据上传至地面集控中心, 并根据地面集控中心发来的指令控制各通风设备的运行。整个监测系统最前沿的终端设备, 包括各类模拟量传感器、开关量传感器及局部通风机等, 用于监测掘进工作面的环境信息及各局部通风机的工作参数并执行控制指令。

2 系统设计与通信

2.1 硬件设计

本系统选用S7-200 系列PLC。在系统设计中, 首先需要解决PLC与WINCC的通信硬件问题。

计算机端硬件:通信处理器CP1613 和APC系列UPS电源。

PLC端硬件:CPU224XP CN 、6GK7 243-1EX00-0XE0型通信模块CP243-1、 CN6ES7221-1EF22-0XA0型数字量输入模块EM221和6ES7 231-OHC22-0XA0型模拟量模块EM231。

通信硬件:光路连接模块OSM, KTG5矿用本安型光端机, GP 2×2 [A型]工业以太网 FC TP 标准电缆。

硬件系统如图2所示, 其中CP1613为工业以太网卡。

2.2 WINCC与S7-200 PLC通信

本系统采用OPC技术设置服务器实现PLC与WINCC的通信。OPC技术规范了接口函数, 客户能以统一的方式去访问各种形式的数据源, 保证了软件的透明性。WINCC与S7-200 PLC通信实现步骤如下:

(1) 下位机设置

在Micro/WIN 的Ethernet Wizards中设置S7-200以太网通信参数。首先进行硬件的组态, 修改CP243-1的参数, 增加一个以太网络并设定MAC地址、IP 地址以及子网掩码, 然后将组态好的配置下载到PLC中。

设置完以太网通信向导后, 需在STEP7中 (即SERVER) 编写如下通信程序 (LBD语言) :

LD SM0.0

CALL ETH0_CTRL:SBR1, V2030.0, VW2031, VW2033

(2) 调试OPC软件

此软件调试步骤如图3所示。

(3) 建立WINCC通信与组态

启动WINCC, 新建一个WINCC项目, “在变量管理器”中选择添加通信驱动程序 (OPC. CHN) ;在OPC Groups (OPCHN Unit #1) 协议中新建一个驱动程序连接并组态逻辑连接参数;在连接中加入外部变量 (即过程变量) 并设置变量, 也可直接进入OPC Groups (OPCHN Unit #1) 中的OPC条目管理器, 导入S7-200变量参数。

3 结语

该矿井局部通风监控系统目前已在韩沟煤矿投入使用。运行结果表明, 该系统能够实时显示井下局部通风状态, 使工作人员能够及时地发现和处理故障, 提高了工作效率, 取得了良好经济效益。目前, 该系统正准备在其它矿井推广使用。

参考文献

[1]胡学林.可编程控制器教程[M].北京:电子工业出版社, 2003.

[2]蔡行健.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003.

风窗局部调节程序的设计与开发 篇6

矿井通风网络是个动态系统。风窗调节开口面积变小, 阻力增大, 会使通过风窗所流经路线上各分支的风量减小, 其他分支的风量增加;反之, 开口面积变大, 阻力减小, 流经路线上各分支的风量变大, 其他分支风量减少。增大和减小的幅度取决于风窗的局部阻力以及该分支距离该调节风窗分支的远近[1]。

1 程序结构设计

风窗局部调节程序的结构包括风窗的基本参数、风量更新、风网解算、结果显示4个模块。对风窗基本参数的操作包括对记录的添加、修改和查询;将数据保存在数据库中, 对风窗的基本参数进行管理;当风窗调节之后, 获取所在巷道风量调节后的风速值, 计算并更新风网解算数据库中固定风量分支的基础数据;调用风网解算程序, 统计调节前后各分支风量的变化情况等。

2 数据库设计

风窗调节子系统的前台操作界面是用VB6.0编程语言开发的, 后台数据库采用了SQL Server 2000商业数据库软件, 并利用ADO技术进行两者数据的连接。调节程序所涉及到的数据库有风量调节数据库 (RTAD) 和风网解算数据库 (lanepara) , 共涉及到4个表。

2.1 风窗参数表

风窗参数表中记录了矿井中已设风窗的基本信息。选取了9个基本参数:“风窗所在巷道名称”参数, 用于区分风窗所在巷道的位置;“分支号”“始节点号”和“末节点号”3个参数, 用于连接风网解算数据库;“巷道断面积”参数, 用以计算巷道风量值;“最大可调节面积”“已调面积”和“调节时间”3个参数, 作为调节风窗的相关参数。由于在风网解算过程中数据库有可能存在部分巷道名称重复的情况, 但数据库又要求每条记录具有唯一性, 所以有附加了“添加序号”参数, 即将“id”字段作为添加序号, 当巷道名称出现重复时借助此字段加以区分。在添加风窗基本参数的过程中, 为防止人为输入有误, 保证其唯一性, 此字段值依据数据记录自动显示并添加在窗体对应的文本框中。各参数的字段名、数据类型以及数据长度的设置见表1。

2.2 风窗调节前后结果比较表

风窗调节前后比较表中共有8个字段, 其中“风窗所在巷道名称”“分支号”“始节点号”和“末节点号”4个参数的功能同表1中相同字段, 用于前台操作界面与数据库的连接以及数据库中各个表之间的连接。“调节前的各巷道风量”和“调节后的各巷道风量”2个参数, 记录了风窗调节前后各巷道解算的风量值, “调节前后风量之差”和“调节百分比”2个参数, 分别记录各巷道调节前后的风量之差及变化率的统计值。各参数的字段名、数据类型以及数据长度的具体设置见表2。

2.3 风网分支参数表

风网分支参数表是风网解算数据库中的表, 用以存放风网解算程序需要的基础数据, 包括巷道名称、分支号、始节点号、末节点号、风阻值、断面积、自然风压、固定风量、原始风速等共9个参数, 具体字段设置见表3。

2.4 风网解算结果表

风网解算数据库结果表给出了各巷道的解算结果, 包括巷道名称、分支号、始节点号、末节点号、风阻值、解算风量、解算风压、断面积、风速等9个参数, 各个字段具体设置见表4。

3 程序设计

程序由基本参数、风量更新、风网解算、结果显示4个模块组成。程序运行后首先弹出的主界面为启动窗体。启动窗体上使用了Status Bar控件的状态栏, 实时地显示当前的日期和时间。主界面上有4个主菜单, 分别为“文件”“基本参数”“风窗调节”和“风机调节”。4个模块的功能主要由“基本参数”和“风窗调节”的2个菜单实现。程序中涉及到的矿井风网解算及风窗的基础数据由煤矿负责提供。

3.1 基本参数管理模块

风窗的主要功能是通过改变窗口开口面积的大小而改变所在巷道风阻值, 达到调节局部风量目的的, 因此, 风窗的参数处于经常变化中, 这就需要实时地对其进行修改。点击“基本参数风窗参数修改”命令后, 程序首先弹出巷道名称输入提示框, 把输入的巷道名称作为查询条件, 从数据库中查找需修改的风窗参数。若输入的巷道名称在数据库中存在着重复情况, 程序将从数据库中查找出所有与该名称相同的巷道风窗, 并以表格形式显示出来, 用户可结合其他特征参数选择并进行修改。风窗修改最多的参数一般是已调面积和调节时间, 所以在程序中设计了1个较简单的窗体, 用于修改这2个参数。修改窗体见图1。

风窗的查询功能可对其参数进行选择性地查询。需要查询哪些参数, 只要勾选其前面的复选框即可, 然后被选中的参数就会在列表框List Box中罗列出来。“全部选中”命令是为了方便查询所有参数时设置的。这种情况下不需要逐个选择, 点中此按钮后9个参数就会全被选中。“全部不选”命令与“全部选中”命令正好相反, 点击此按钮后所有参数不被选中 (其中“添加序号”和“巷道名称”是必选参数, 因为需要它保证每条记录的唯一性) 。

当所需查询的参数选择完毕后, 点击“显示表格”命令按钮, 将会出现图2的窗体。表格中显示的参数就是依照风窗参数查询条件选择的风窗参数。其中“单条记录”和“多条记录”命令分别可查询单个风窗参数记录和所有风窗参数记录, 图中表格显示出的是点击“全部记录”按钮后从数据库中读出的全部记录。“删除”命令可以在选择了单个风窗记录后将其删除, 而“全部删除”命令则可以将所有记录删除。由于其删除之后的不可恢复性, 所以此命令按钮执行前, 程序会多次提示, 防止误操作。

3.2 风量更新模块

当风窗调节后, 由于风阻值的变化, 其所在巷道的风量随之发生变化。巷道的风速值, 既可在现场用风速测量仪表测量, 也可通过监测监控系统中的风速传感器获取。当现场测量时, 将测得的风速值直接输入到对应的文本框中, 采用风速传感器时通过监测监控系统传输数据, 数据一般保存在监测数据库中, 系统可从监测数据库中将风速值直接读入到文本框中。

根据输入巷道的始节点号与末节点号2个查询限制条件, 点击“查询”命令按钮后, 可从数据库中读取巷道断面面积和原始风量值, 并显示在对应文本框中。点击“计算”命令按钮后, 风速值与断面面积相乘, 得出调节后的风量 (见图3) 。点击“更新”命令按钮后, 将直接改变该风窗所在巷道 (固定风量分支) 在数据库中的风量值。

3.3 风网解算模块

被调用的风网解算程序是个已生成后缀名为“.exe”的可执行程序。当数据库中固定风量分支的风量值更新以后, 点击主界面上的“风窗调节风网解算”命令, 通过VB编程语言中的Shell函数调用风网解算程序。从数据库中读取解算需要的风网基本参数、风机参数、分支参数后, 即可进行风网解算 (见图4) 。

3.4 结果显示模块

风窗调节后, 由于改变了所在巷道的风阻值, 该巷道及其相关联巷道的风量必然要发生较大变化, 同时也会对其他巷道有或大或小的影响。风窗调节后调用风网解算程序解算出各巷道的风量值, 并计算风窗调节前后的风量差值以及调节变化率, 并且按照调节变化率的大小进行降序排列 (利用Select语句中的“order by change desc”进行排序) , 一目了然地给出该风窗调节后对各条巷道的风量影响 (见图5) 。

4 结语

利用VB编程语言和SQL Server 2000数据库技术对矿井已存风窗的基本参数进行管理, 实现了方便地进行添加、修改、查询和删除记录的功能, 并可以读取风窗调节前后的各条巷道的风量值, 实时地统计出调节前后各巷道风量差值及变化率, 供技术人员参考。

摘要：用VB6.0编程语言和SQL Sever2000数据库开发了风窗局部调节程序的4个模块, 实现了对矿井已存风窗基本参数的管理。指出, 利用VB中的Shell函数调用风网解算的程序和使用其开发的前台界面, 直接操作风网数据库中固定风量分支的基础数据, 读取风窗调节前后各条巷道的风量值, 做到实时统计调节前后各巷道风量的差值及变化率。

关键词：风窗,数据库,程序设计,风网解算

参考文献

局部设计和精细设计 篇7

上海市浦东新区临港地区一住宅小区, 小区内包含7栋剪力墙结构高层、13栋异形柱框架- 剪力墙结构的多层和框架结构的地下室。

从初步设计到施工图设计, 本工程在建筑功能、结构计算、基础设计和选型、钢筋配置、节点构造等方面通过精细化设计, 尽量在减小用钢量、用混凝土量、改善建筑使用功能、增加施工便利方面做了许多工作。

2 地下室桩基和顶板结构选型

本工程中的13栋多层均落于一个大底盘地下室上, 该地下室面积较大, 选择合理的桩型和结构布置形式对工程总体的造价影响较大。

由于该地下室顶板作为上部多层单体的嵌固部位, 根据《建筑抗震设计规范》第6.1.14条, 地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构, 因多栋单体分散落于地下室上, 因此整个地下室顶板均须采用梁板结构。但究竟采用十字梁、艹字梁、井字梁还是单向梁的次梁布置方案, 我们又针对性地进行了用钢量、用混凝土量比较。由于该车库的主要柱网为8.1m×5.4~6.3m左右, 经过计算比较, 采用沿8.1m方向布一道单向次梁方案最为经济合理, 短跨的主梁作为主要受力梁, 由于跨度小, 梁高也不会影响车库净高。

由于上海地区的抗浮水位一般取室外地坪下0.5m, 车库的桩大多数为抗压兼抗拔桩, 如何选择桩型最为经济合理呢?因为车库柱网比较均匀, 选择一个典型尺寸的柱网的柱底力来分析比较。在抗压工况下的柱底力为1200~1300k N, 抗拔工况下柱底力为-550~-600k N。经过计算和比较, 确定了采用直径350的方桩、桩长21m, 此时桩的抗压承载力为1400k N, 抗拔承载力为320k N, 抗压和抗拔工况所需的桩数接近, 并可充分发挥桩的承载能力。

3 结构计算

在结构计算时, 有几个问题如能进行精细化分析, 可达到优化结构设计、降低构件配筋量的目标。

在输入梁上的填充墙荷载时, 如果贪图方便按满墙荷载输入时, 则会造成荷载偏大。如果墙体线荷载中已考虑了粉刷、灰缝时, 输入的填充墙荷载, 可按实际情况, 扣除门窗洞后再折算成线荷载输入, 这既可以减小直接受荷的某些构件的配筋, 也可减小全楼荷载, 减小地震力。

本项目中的高层住宅经过测算, 地上部分中剪力墙的用钢量占比50%~60%, 因此可见, 合理地布置剪力墙显得尤为重要。在结构单元的周边布置墙, 效率最高, 对控制层间位移角作用明显, 单元中间除了楼电梯间位置外, 其他位置对整体影响较小, 只需满足梁板的划分搁置, 不必多布。

本项目中的剪力墙抗震等级均为三级。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.14条规定, 不设约束边缘构件的最大轴压比为0.3。布置剪力墙时, 一般按略大于8倍墙厚 (8倍墙厚+100mm) 来确定墙肢的长度, 经过计算, 查看底层剪力墙轴压比, 发现有部分墙肢轴压比略大于限值0.3, 此时可通过稍许加长这些墙肢的长度来控制, 使其轴压比小于0.3, 这时这些墙肢仅需设置构造边缘构件即可。众所周知, 构造边缘构件的配筋量远比约束边缘构件的小, 通过稍许加长墙肢而控制轴压比从而起到减少边缘构件配筋的方法是经济可行的。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.2.2条对于短肢剪力墙的规定, 短肢剪力墙的抗震等级不再提高, 但其轴压比控制得更严, 特别是一字形短肢剪力墙。按三级剪力墙来看, 普通剪力墙的轴压比限制值是0.6, 一字形短肢剪力墙的轴压比限值是0.45, 对于受荷面积大的墙肢, 轴压比就不易控制了。所以在方案阶段布置剪力墙时, 尽量与建筑协商避免布置一字形短肢墙, 可布置一般的短肢墙。

高层单体的嵌固端均设置于地下室底板, 地下地上无须满足刚度比要求, 地下室无须增设墙体, 地下室顶板仅需满足160mm厚, 没有0.25% 配筋率要求。

关于地下室抗震等级的问题。本工程的大底盘地下室上有13栋异形柱框架- 剪力墙结构的多层单体。根据《建筑抗震设计规范》第6.1.3条, 当地下室顶板作为上部各单元的嵌固部位时, 地下一层的抗震等级应与上部结构相同, 而无上部结构的地下室部分可以根据实际情况采用三级或四级抗震。因此该地下室与上部单体相关范围内的框架按上部结构的三级抗震取值, 而其他部分框架可在规范允许下降低要求按四级抗震考虑。

4 建筑功能

(1) 一般建筑外轮廓上的剪力墙对结构的整体指标影响较大, 对控制层间位移角、位移比、扭转周期比的作用很大。但对于一些面积较小的餐厅, 餐厅与北阳台之间的小墙肢 (如已有其他的转角墙时) 建议不设置, 这样可考虑后期打通餐厅和北阳台一起使用, (图1) 。

这就是本着满足结构计算的前提下尽量考虑建筑功能的可改造性, 从使用上来考虑优化结构布置。

(2) 建筑在卫生间、储藏室、厨房等位置经常布置半砖墙, 此时结构在这些墙体位置布置次梁时, 次梁的宽度难免要比隔墙宽, 一般来说次梁宽出墙体的部分要往次要房间内偏, 这样可保证主要房间墙面顶棚的完整性。

(3) 住宅门厅、电梯厅等位置, 考虑到装修问题, 业主一般希望内部不要有次梁穿过, 如不可避免时, 也尽量减小次梁的高度, 保证这些公共部位吊顶后仍有较大的净空高度。

(4) 按精装修设计的户型, 业主也会考虑内部空间有一个统一的吊顶高度, 所以结构布置梁时, 要注意在一个完整的建筑空间内不要出现个别特别高的梁而影响到吊顶高度。

以上几点, 就是通过结构精细化设计, 优化了建筑功能或者给后期使用带来了便利, 从而提升建筑的品质。

5 钢筋配置

(1) 高层住宅布置多个相同的标准层, 如按最大楼层配筋值给梁配筋显然是偏于安全和浪费的, 应根据层数和各层之间配筋变化对这些梁区分配筋。具体设计时, 可以对连梁和框架梁在标准层平面上进行编号, 然后列出连梁表、框梁表, 每根梁分别根据各自的配筋变化规律, 按楼层进行配筋。

(2) 梁承受集中荷载处需配置附加横向钢筋, 但一般情况下, 大多数梁仅需配置附加箍筋即可。吊筋的设置应根据实际需要布置, 不可盲目多设, 造成浪费。

(3) 剪力墙结构中跨高比大于的5的连梁, 按框架梁设计配筋, 可减少箍筋量。

(4) 梁端为铰接的次梁, 梁面筋可采用架立筋, 直径不大于12mm。

(5) 剪力墙边缘构件配筋按平法图集11G101-1中, 边缘构件中的内箍筋和约束边缘构件非阴影区可设置箍筋或拉筋两种形式, 设置拉筋是减少用钢量的合理选择。剪力墙约束边缘构件计算箍筋体积配箍率时可按高规第7.2.15条, 计入水平分布钢筋, 计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%。

(6) 剪力墙墙身的竖向分布钢筋, 一般为构造要求, 满足规范规定的最小配筋率即可, 不必放大。

(7) 地下室外墙配筋一般抗裂控制, 外侧墙底的配筋量最大。一般可通过在外侧底部1/3~1/2高度范围内附加钢筋方式解决, 不必全高配置底部所需的配筋量。

(8) 带E钢筋被称为抗震钢筋, 由于有一些延性指标要求, 价格略高于普通钢筋。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》第5.2.2条对有抗震设防要求的结构, 其纵向受力钢筋的强度应满足设计要求;当设计无具体要求时, 对一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件 (含梯级) 中的纵向受力钢筋应采用带E钢筋。由于规范条文的规定比较笼统, 施工单位具体操作时如区分不清时会扩大带E钢筋的选用范围, 这时可在设计说明中明确需要采用的部位, 例如框架梁、柱 (除四级外) 及楼梯梯段中的纵向钢筋均需采用带E钢筋;哪些部分无须采用带E钢筋, 例如基础部分构件、剪力墙、楼板及次梁的钢筋均不需采用带E钢筋。

6 节点构造

本工程的卫生间采用同层排水设计, 结构降板300mm左右。降板区可采用折板方案, 可省去卫生间与盥洗间填充墙下方的次梁 (图2) 。

墙身节点详图由于建筑线条效果所需尺寸较大, 但是结构受力较小的构件 (例如建筑需要厚度较大的挑板) 中的配筋率可按《混凝土结构设计规范》第8.5.3条:对结构中次要的钢筋混凝土受弯构件, 当构造所需的截面高度远大于承载力的需求时, 其纵向受拉钢筋的配筋率可按公式计算后定, 构件的配筋率均可减小。

7 结束语

综上所述, 结构精细化设计, 就是对于大家都能做的项目认真推敲、仔细分析、注重细节、优化设计, 做到人能我优。在满足结构计算和规范要求的前提下, 尽可能地降低结构造价、优化建筑功能和提升建筑品质。

摘要：结构设计中, 可从设计原则、计算参数、结构材料、荷载作用、结构体系、结构布置、构件设计和节点构造等涉及结构系统的各方面, 进行合理的分析和优化, 以达到降低结构成本、提升建筑功能及结构安全性, 同时降低施工难度的目的。本文结合上海市浦东新区临港地区的一个住宅小区项目, 就如何通过结构精细化设计来实现结构优化设计目标进行了探讨。

关键词：建筑结构设计,精细化,优化

参考文献

[1]GB50010-2010, 混凝土结构设计规范[S].

[2]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].