下水道也是上层建筑（共4篇）
下水道也是上层建筑 篇1
1 抗浮验算的表达方式
1.1 水压力和浮力水压力Pw和浮力SFW的表达方式分别为
Pw=rh (1)
SFW=ΣCwipwi (或ΣrAihi) (2)
式中, C为荷载效应系数, 下标w表示水压力, i表示物体的第i个面, r是水或液体自重, Ai, hi分别表示侵入水中物体的各水平面面积和深度。物体下表面的水压力向上作用取正号, 物体上表面的水压力向下作用取负号。由可知物体在水中的浮力表达式为:
SFW=rV (3)
1.2 抗浮验算基本表达式
建筑物和构筑物的抗浮力R的表达式可写为
R=ΣrGi/CGiGiK+ΣrQiCQi∮qiQiK (4)
式中G, Q, ∮分别代表建筑的恒载、活载、可变荷载准永久值系数;下标k代表标准值;rGi, rQi分别是恒载和活载的分项系数, 结构抗浮验算表达式为:
SFW≤R (5)
当不满足式 (5) 时可认为地下结构有上浮的可能。需增加抗浮荷载、抗拔桩、抗浮锚桩等措施协助抗浮。取抗拔桩或抗浮锚桩的抗拔力设计值为RZH, 则抗浮验算的表达式为:
SFW≤R+ΣRZHi (6)
1.3 局部抗浮问题
多高层建筑裙房的地下室、伸 (挑) 出主体建筑平面外的单层地下室、低层建筑的地下室都有可能存在抗浮问题。实际验算可将一栋建筑划分成若干单元, 若每个单元的验算都满足抗浮要求, 则建筑的整体抗浮也满足要求。实际工程中一般将这些单元视为至地下室顶板的封闭体, 用式 (2) 或式 (3) 计算浮力, 用式 (4) 计算抗浮力。单元抗浮力计算含上部结构作用于单元的荷载和单元上的荷载及自重两部分, 有的单元上只有后一部分抗浮力。
2 浮力和水位问题分析
2.1 浮力的有关问题
作用于地下室的浮力的变化, 取决于地下水位的变化。地下水位分常年水位、最低水位和最高水位三种。若参照其它荷载处理, 理论上可取常年水位为标准水位相对应的地下室的浮力和水压力为标准值, 取最高和最低水位与标准水位之间的浮力或水压力之差为正负超载, 最高和最低水位对应的浮力或水压力的设计值可以用标准值乘以分项系数表示。实际应用中存在两个问题;
(1) 用水压力标准值乘以正负分项系数所得的水压力设计值反算地下水位其结果可能出现高于地表面或低于与之有联系的附近水面的情况, 不符合水压力超载的实际情况。
(2) 建筑工程的地质勘察一般在方案阶段由设计单位提出技术要求, 施工图阶段使用, 所以难以获得这三个水位, 对于有建立地下水文观测网的地区也只能获得这三个水位的参考值, 在一些地质条件下, 周围新建设的地下建筑物或构筑物也可能使原建设场地的这三个水位发生变化, 尤其在南方丘陵地区及地下补水和排泄相对较快的沿海与沿江地带。
因此对于地下水位或水压力不能用标准值乘以分项系数确定设计值, 本文以设计, 水位解决这两个问题。设计水位的含义是:针对建筑工程的验算目的, 在有地下水的工程地质条件下, 地下水产生最不利荷载时所对应的最不利水位即最高水位和最低水位, 它们包含了浮力和水压力的正负超载, 等同于考虑分项系数后的水位设计值, 设计水位取值一般依据勘察报告并结合各地区工程经验确定。
2.2 不利荷载的抗浮抗浮验算
SFwmax=ΣCwiPwinmax (或ΣγAihimax, 或γVmax) (7)
最小抗浮力为:
Rmin=ΣγGiCGiGik (8)
则最不利荷载组合的抗浮验算式为:
SFwmax≤Rmin (9)
SFwmax-Rmin≤ΣRZHi (10)
2.3 有浮力作用的地下室底板验算
定义P为建筑荷载在基底的地基反力, G为地下室底板自重荷载, 验算地下室底板抗浮主要考虑了地下水承载优先的概念。当P≥Pwimax时, 因地下水承载优先减小了建筑荷载对地基的压力, 有地下水作用于地下室底板的地基反力与地下水压力对地下室底板的共同作用实际上等于P, 所以地下室底板的构件承载力按下式验算。
S=ΣCpip-ΣCgiG≤R (11)
算例1:图1是地下室底板一根简支梁的计算简图, 脚标P代表地基反力或地下水压力产生的荷载, 脚标G代表地下室底板自重产生的荷载, 验算简支梁跨中正截面承载力。简支梁跨中集中力的荷载效应系数为0.25L, 均布荷载的荷载效应系数0.125L2。
Pp作用下的荷载效应即弯矩为
SPP=0.25LPp
荷载效应组合值为
S=0.25LPp+0.125L2qp-0.25LPG-0.125L2qG
将S和R代入式 (11) 即可求出该简支梁的跨中截面配筋。
当P≤Pwi (Pwimin≤Pwi≤Pwimax) 时, 需要抗拔桩或抗浮锚桩协助抗浮, 这时地下水浮力承担了建筑荷载对地基的压力, 还承担了抗拔桩或抗浮锚桩通过地下室底板传给地下水的抗力, 所以地下室底板的构件承载力按下式验算。
S=ΣCpiPwimax-ΣCGiG≤R (12)
当地下室的底板置于缝隙较少的基岩上时, 可取缝宽为计算跨度, 验算在水压力的作用下该裂缝处的底板承载力, 同时应验算缝边支座的混凝土和基岩结合面及基岩的抗拉强度, 并注意缝隙两边的岩面与垂直面的夹角宜小于30°。若基底的部分基岩被缝隙所围且可确定已成孤石, 则水压力作用在孤石表面, 不直接作用在板底。若孤石自重不满足该脱离体的抗浮条件且孤石很小时, 则取该缝外闭合圈的计算跨度验算底板承载力及支座抗拉强度, 需要时可在缝边植锚筋以承担支座底板与基岩间的拉力。基岩缝隙较多时按水压力直作用于底板下验算底板承载力是偏安全的, 浇注底时应先清除基岩面上的松动石片、裂缝杂物并灌缝使底板与基岩结合良好。
3 地基强度和承载力验算
水压力优先于地基反力作用于基础板底是水和地基这两种承载体之间的关系。取理想化的计算简图 (见图2) 说明;假定土单元为长方体。G1和G2代表两个土单元的自重, 它们之间有接面但很小。这里Ri为土单元之间垂直方向接触点的相互作用力。A1和A2分别代表两土单元各自顶面和底面面积。水的重度r=10kN/m3。根据土单元G1和G2的脱离体图, 在垂直方向的平衡条件有
A1h1+R2=R1+G1 (13)
A2 (h1+h2) +R3=G2+R2-A2h1 (14)
式中Aihi (i=1, 2) 代表土单元的体积和浮力。式 (13) , (14) 表明水压力参加承载工作, 通过移项整理可得出上部各土单元对下面土单元的作用力Ri都扣除了它们的浮力。如果假定G1代表基础, G2代表与基础底面接触的所有土单元, 则R2为地基反力。分析证明了地下水和地基这两种承载体的承载关系是地下水承载优先。地基承载力验算均可扣除地下水面以下的箱基和片筏基础的地下室及其它基础的浮力。体积小的独立和条形等基础其浮力很小, 扣除浮力作用对工程的实际影响不大。有地下水作用的箱形基础结构设计应注意以下三点;
(1) 地基承载力验算应满足
P-Pwmin≤fa (15)
Pmax-Pwmin≤1.2fa (16)
Pmax-Pwmin≥0 (17)
式中P为地基压力, fa为地基承载力特征值。
(2) 规范中, 单幢高层建筑的箱形基础底的偏心距e应满足;当恒载与活载组合时, e≤B/60;当恒载、活载与风载组合时, e≤B/30。其中B为箱形基础底板的长度或宽度。该规定属于结构整体稳定验算。因地下水作为不稳定的承载体且优先于地基承载, 故计算e时应扣除位于水位以下的基础部分的浮力。计算步骤为;计算基底以上的垂直荷载合力RN和基础浮力Swmax;计算谷荷载对箱形基础底形心处的合力矩M。则;
e=M/ (RN-Swmax) (18)
上式的分母减去了浮力使e加大后验算满足条件是偏安全的, RN和M的计算应与两组荷载对应。
(3) 在地震作用下基础底面与地基之间零压力区的面积不超过基底面积的25%也属于稳定验算, 同样应扣除浮力。
4 抗浮设计方案与具体措施
除箱形基础和内部无柱的地下构筑物外, 采用片筏基础的地下室的结构一般难以满足整体抗浮的刚度和强度要求, 故将地下室划分为若干结构单元进行抗浮验算是合理的, 抗浮设计需结合结构单元抗浮验算的结果选择或调整结构抗浮方案及措施。抗浮方案及措施有:
(1) 主体工程采用桩 (挖孔桩除外) 基础时, 单层地下室或裙房地下室可用桩协助抗浮, 因为受地下水变化的影响, 该桩可能抗拔也有可能承压。
(2) 主体工程采用天然地基时, 单层地下室或裙房地下室可采用加大恒载 (如覆土) 抗浮, 或将单层地下室和裙房及裙房地下室的结构处理成垂直荷载作用下的子框架结构支承于主体结构上, 由主体结构协助抗浮。后者需修正原设计对应于子框架的梁柱内力与配筋和主体结构中支承子框架的节点的梁柱端的内力和配筋, 修正的原则是取二次设计中承载力大的配筋和截面。主体结构离支承子框架节点较远的梁柱端内力受影响较小, 一般可以不必修正。
(3) 抗浮锚桩协助抗浮。抗浮锚桩的结构设计方法基本上同锚杆, 适用范围比较大。常用于大空间、大面积的单层地下室或裙房地下室及地下构筑物抗浮, 当水压力较大时, 用分布抗浮锚桩无梁地下室底板的方案易于设计且比较经济。
(4) 地下罐体的抗浮设计应注意其基础或基墩在地下水的影响下可能受压也可能受拉, 要做两个方向受力的强度验算。
(5) 在必要时要做抗拨桩或抗浮锚桩的拨和压的双向受力验算, 承压验算宜考虑桩土协同工作, 桩主要起抗倾斜作用, 注意抗浮验算单元应与协助抗浮的方案吻合, 位于地下水位以下的室外抗浮覆土要扣除地下水的浮力, 悬挑出室外的地下室底板可以适当考虑上面覆土的内摩擦角按倒梯形截面计算抗浮力, 抗拔桩和抗浮锚尽量布置在柱、墙下或对称布置在柱下, 共同形成基础梁的支座, 可以使抗拔桩和抗浮锚桩的受力均匀。当基础梁的刚度较小时, 要避免跨中抗梁的内力计算, 因基础梁的竖向位移刚度从柱下至跨中各点不相同, 所以布置在基础梁跨中的抗拔桩和抗浮锚桩对基础梁跨中是新约束, 应注意计算简图的处理, 调整基础梁的配筋, 工程地质勘查应考虑协助抗浮的抗拔桩和抗浮锚桩的布置方案对桩长的影响。
5 小结
地下水浮力对地下室和地下构筑物结构设计施工的影响日显突出。地下水作为不可避免的承载体, 其浮力或水压力优先于地基反力作用在结构上, 给结构设计施工带来了不容忽视的影响。讨论与地下水有关的工程问题应先了解地下水的埋藏条件、存在状态及与土的关系, 设计中需注意几种水对结构的影响, 上层滞水 (大多是雨季地表积水) 主要对施工期间的抗浮产生影响, 潜水是考虑建筑工程抗浮、结构支撑于地基的抗倾稳定验算等的主要地下水, 承压水主要通过没封堵或没封堵好的勘探孔渗透压力水浮托地下室, 较容易被疏忽, 应注意建筑场地周围的地势和土层的走向。
摘要：本人结合建筑结构设计施工过程中地下水的有关问题提出几点解决方案与同行进行探讨。
关键词：水压力,浮力,地基承载力,抗浮,处理方法
下水道也是上层建筑 篇2
高层建筑基坑开挖时如果地下水位高于基坑深度, 将涉及降低地下水位以便于工程施工[1], 但降低地下水位过程中, 由于地下水的渗透和渗流作用会带出部分细粒土, 再加上降低地下水后土层的自重应力增加, 使土产生压缩变形, 因而会引起基坑周围地面的不均匀沉降[2,3]。许昌市作为我国严重缺水的城市之一其地表水匮乏, 而随着许昌市人口的增长、经济的快速发展、环境污染日益加剧、同时城市建设中建筑群的崛起给许昌市地下水资源带来严重的破坏。因此在这样的背景之下如何对高层建筑施工过程中所汲取的地下水做到绿色、环保、综合开发利用是一个值得探究的社会问题]。
1 许昌高层建筑基坑施工地下水后处理现状
为了解许昌市高层建筑基坑施工时地下水再利用情况, 深入许昌市多个高层建筑施工现场进行地下水后处理实地调查。调查的内容涉及到地下水位埋藏情况、基坑降水的方式、每日排水量以及地下水的后处理方式等。
为了更加直观表明高层建筑在不同施工阶段地下水汲取量情况, 将基坑开挖到基础完成阶段和基础完成到建筑封顶阶段两个时间段内地下水汲水量的情况绘制图1。从图1 可以看出两个阶段中对于地下水的汲取量最大的阶段是基坑开挖到基础完成这一阶段, 该阶段地下水汲水量是基础完成到建筑封顶这一阶段汲水量的10 倍左右。因此可以看出高层建筑基坑开挖地下水浪费最严重的时间段为基坑开挖始到基础完成止这一阶段, 也是控制地下水浪费的最佳阶段。
图2 给出了许昌市及周边在建高层建筑从基坑开挖到到建筑封顶期间内各个施工现场地下水总汲水量情况。通过该图分析可以看出其日均浪费地下水水量达1. 3 万m3, 以1 用水量计算, 所浪费的地下淡水资源可供1. 3 万人1 个月使用, 可以明确说明许昌市高层建筑基坑施工时地下水资源浪费的严重性。
2 高层建筑基坑开挖地下水后处理系统
根据考察的结果发现许昌市高层建筑基坑开挖过程中地下淡水资源浪费的严重性, 而针对这一问题如何采取相应的举措进行地下水资源保护或对汲取的地下水进行充分利用是一个严重的社会问题。如能有效解决这一问题, 对许昌市文明城市的发展和节能环保型城市的进步有重要的意义。
要想改变许昌市高层建筑基坑开挖导致地下水浪费现状, 首先应该引起市政府相关职能部门的重视, 之余根据许昌市城市发展的特点出台相关对策并在各个施工现场和施工单位之间进行有效的宣传地下淡水资源保护的意义。此外还要对不可避免进行地下水汲取的施工现场进行地下水再利用研究, 将汲取后的地下水进行多渠道、多方式、综合再利用, 使得地下水资源能得到绿色、环保以及有效的循环和再生。
本文根据许昌高层建筑基坑开挖汲取地下水造成淡水资源浪费这一现状, 提出了许昌高层建筑基坑开挖地下水后处理系统, 如图3 所示。从图3 可以看出, 高层建筑基坑开挖过程中地下水的处理可以通过集水明排、真空井点、喷射井点以及管井法等通过汲取地下水来降低基坑地下水位、克服流砂、稳定基坑边坡、防止基坑隆起以及加速土的固结。对于基坑开挖过程中所汲取的地下水可通过砂井进行地下水回灌, 亦可通过场地降水管线再经过一系列相关净化处理加以利用。从图3 可以看出对于高层建筑基坑开挖地下水的利用主要通过建筑场地内和建筑场地外进行, 而对于不适合应用的地下水可以通过市政管道排离建筑场地。
2. 1 建筑场地内基坑开挖地下水再利用
对于高层建筑基坑开挖地下水在建筑场地内可以通过多种方式加以利用, 但在没有进行应用之前应进行地下水水质分析并出具相应报告, 根据相应数据分析结果和利用方式进行相应的处理, 使之符合场地内加以利用的各种方式相应标准或者规程。如通过沉淀、生物处理、过滤、消毒等方法对汲取地下水进行处理, 使出水水质符合使用用途所要求的水质标准。建筑场地内基坑开挖地下水宜优先作为施工现场混凝土拌合用水和养护用水 ( 符合混凝土拌合用水标准JGJ63 - 2006) 以及建筑工人生活用水 ( 符合生活饮用水卫生标准GB5749 - 2006) 。在建筑场地内通过混凝土拌合用水和混凝土养护用水以及建筑工人生活用水可以对基坑开挖地下水加以利用, 做到就近取材, 节省大量水资源, 避免了地下水资源的浪费。
除上述方法之外, 在建筑场地内还可以将汲取的地下水用来冲洗施工现场的施工器具、锅炉采暖用水 ( 符合工业锅炉水质GB1576 -2001) 、建筑场地消防用水 ( 自动喷水灭火系统施工及验收规程GB50261 - 2005) 、建筑场地地面洒水、建筑场地公用厕所冲洗用水等。
2. 2 建筑场地外基坑开挖地下水再利用
除建筑场地内对高层建筑施工地下水进行再利用外, 在建筑场地外也可以采取很多措施进行地下水再利用, 如可利用汲取的地下水用作建筑场地周边乡镇农田水利灌溉来源, 见图4 - 1、许昌市内河水补给来源, 见图4 - 2、许昌市城市道路路面洒水来源, 见图4 - 3、市政绿化用水来源, 见图4 - 4、建筑工地附近居民生活用水等。通过建筑场地外地下水再利用渠道可以将地下水得到有效利用, 间接杜绝或减少许昌市高层建筑施工过程中地下水资源的浪费现状, 做到物尽所用。
3 相关问题探讨
文章提出了许昌高层建筑基坑开挖地下水后处理系统设想, 但是该系统的实际运行还会遇到很多问题。首先, 后处理系统执行难。由于该系统的实施需要投入一定的设备和相关技术, 涉及房地产开发商或施工单位经济利益, 因此在实施过程中会遇到很大困难。因此本系统的实施需要市政府职能部门, 如住建局、城市规划局、土地局、环保局的重视, 更需要这些政府职能部门加大干预力度, 对相关建设单位或开发单位出台可实施的相关法律、法规政策, 从根本上减少地下水资源的浪费。其次, 本系统提出的对高层建筑基坑开挖地下水再利用治标不治本。因此加快地下水绿色回收技术开发是解决许昌高层建筑基坑开挖地下水浪费问题的环保型对策, 亦是最该优先选用的地下水处理方法。
4 结语
本文首先对许昌高层建筑基坑开挖地下水浪费现状进行了调查分析, 分析结果表明许昌高层建筑基坑开挖过程中存在地下水严重浪费问题。针对存在问题的现状, 文章提出了许昌高层建筑基坑开挖地下水后处理系统系统, 对基坑开挖过程中所汲取的地下水进行建筑场地内和场地外利用, 拓宽高层建筑基坑施工时地下水再利用的途径和方法, 对系统实施过程中可能遇到的问题进行了简单的探讨。文中提出的后处理系统对许昌保护有限地下水资源起到借鉴和指导的作用。
参考文献
[1]荀涛.地下水回收再利用技术[J].工程质量, 技术原地, 2008, 1 (A) :33-36.
[2]赵明华.土力学与基础工程[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2014.
下水道也是上层建筑 篇3
空调系统在现代社会中有着广泛的应用。目前, 使用较为广泛的空调系统主要有蒸汽压缩式和吸收式制冷, 核心原理是利用制冷剂的相变吸热达到制冷目的, 以消耗电能或热能位代价, 其能耗约占建筑能耗的80%[1]; 在一些经济发达国家 ( 如美国、日本等) , 由于空调的大量使用, 空调所耗能量约占总消耗能量的30%[2]; 由于能耗大, 广大农村地区的住宅几乎未采用空调, 室内温度高, 影响了人们的生活品质; 城市别墅建筑的发展, 对于小型冷水机组的需求也越来越大, 对降低能耗提出了更高要求; 而且, 作为制冷装置所用制冷剂的氟利昂对环境也有较大危害, 造成臭氧层破坏, 各国已经制定了淘汰氟利昂的时间表。因此寻求一种高效、节能、环保的空调工作介质已成为必然的趋势。
地下水具有水温恒定、温度低、成本低廉等特点, 在地下水供量充足的地区可以广泛应用于各类建筑空调[3]。地下水作为一种常用的天然冷源, 在我国部分地区用地下水喷淋空气具有一定的降温效果[4]。根据地区和季节的不同, 地下水温度有一定的变化, 但相对变化较小。在不同地域不同季节, 地下水温度范围一般恒定在10 ~ 25℃[3]。不同区域地下恒温层井水温度也不尽相同。就我国而言, 东北部地区深水井井水水温约为4℃; 中部地区约为12℃; 南部地区约为12 ~ 14℃; 华北地区约为15 ~ 19℃; 华东地区约为18 ~ 20℃; 中南地区约为20 ~ 22℃[5]。地下水温较夏季室外气温普遍要低, 因此利用地下水作为空调冷源具有实际可行性。在英国伦敦, 用地下水进行空调已经有多项实例工程[4]。
1 地下水空调系统组成
地下水空调是利用低温地下水, 经水泵将其提高压力后供入室内风机盘管内, 同时风机将室内热空气吸入蒸发器中, 二者发生热量交换, 低温水经换热器吸收热空气的热量, 被吸去热量的热空气温度降低, 并由风口吹入室内, 吸热后的水温升高, 经由管道回灌到原水层。地下水空调系统原理图如图1所示。
为提高空调效果, 将部分地下水引至房顶, 对房顶进行喷淋, 以降低房顶温度 ( 见图2) 。对房顶进行喷淋, 从2个方面达到降低房顶表面温度的作用:
1) 由于喷淋水雾水滴对太阳光的折射作用, 降低了太阳对房顶的辐射;
2) 水雾在房顶形成水膜, 水膜的蒸发又达到降低房顶表面温度的效果。
2 地下水空调系统的节能效果分析
某一民用住宅建筑面积为300m2, 共2层, 房顶面积为175m2, 6个房间, 各18m2, 2个厅, 各50m2, 夏季环境温度38℃, 房顶温度按35℃计, 初步计算, 该建筑夏季热负荷约为50k W, 采用地下水作为空调系统冷媒。屋顶雾化喷嘴单位喷水量按4L /h计算, 每个喷嘴覆盖面积为3m2, 共需要58个。查当地水温资料, 地下水温度为12 ~ 17℃ , 室内温度取26℃。
室内风机盘管的换热量Q为:
式中: Q—需要制冷量, k W;
m—冷媒水流量, kg / s;
cp—水的比热容, k J/ ( kg·℃) ;
Δtm—冷媒水进出口温度差, ℃。
取Δtm= 3℃ , 经计算得: m = 3. 97 kg / s。
喷雾器所需水量0. 06kg /s, 总水量为4. 03kg /s。
为保证冷媒水循环, 选择一扬程为40m的水泵, 水泵功率P为:
式中: P—水泵功率, k W;
h—扬程, m ;
η—水泵效率, 取η = 0. 8。
代入数据, 得: P = 1. 95k W。6个房间内各安装1台风机盘管, 2个厅内各安装2台风机盘管, 对应选择风机盘管10台, 每台风机功率0. 2k W, 合计2k W。
综合以上分析计算, 地下水空调系统总功率为3. 95k W。
同样面积的建筑, 采用普通空调冷水机组, 一般制冷系数为3, 对应50k W制冷量, 机组需功率16. 7k W。若选用普通家用空调, 6台房间空调器和2台柜式空调器总耗电量为15. 4k W。可见, 采用地下水作为空调冷媒, 节能效果明显, 最大达74% 。不同形式空调系统能耗比较如表1所示。
k W
注: 制冷系数取 3。
3 存在问题及解决措施
3. 1关于降温效果问题
由于地下水的温度高于国家标准规定的冷水机组冷媒水温度 ( 7℃) , 因此风机盘管的送风温度较高, 降温慢, 因此在风机盘管的选择时应以当地地下水的水温作为参考, 适当增大换热面积和换风量, 以强化风机盘管的换热。
3. 2 地下水水质问题
由于地下水含有砂石、泥土、亚铁离子, 其极易被氧化生成氢氧化铁沉淀, 造成管线阻塞, 也可能出现由于地下水中微生物滋生而形成的生物膜导致的管壁腐蚀、回灌能力减弱等问题。
1) 对于水中杂质较少的地下水, 使用过程中在水泵进水端安装1个过滤器以去除水中所含的有害杂质, 如泥沙、微生物、有关离子等, 或采用全封闭式的地下水循环系统, 在抽水井和回灌井间铺设一组水管, 回灌水通过水管流回抽水井, 在水流动过程中将热量传给泥土层; 并适当增大抽水井与回灌井之间的距离。
2) 对于水中杂质较多的地区, 除以上方法外, 还应当在地下水进入系统前进行预先处理, 增设沉淀池以分离水中杂质, 并定期向系统内投放化学除污剂, 防止管道结垢。
3. 3 除湿问题
常见的空调冷水机组可以将冷水温度降至7℃ , 低于常态下空气的露点从而达到去湿的目的。利用地下水空调由于进水温度高, 去湿效果差, 造成房间内相对湿度大。为解决此问题可在房间内增加小功率去湿设备, 以提高空调的使用效果。
4 地下水空调与其他节能措施的综合利用
在安装地下水空调的基础上, 结合各地区特点, 可以在此系统的基础上进行适当补充, 辅以其他节能设备, 可以更好地达到节约能源、保护环境的目的。
例如在太阳能较丰富、日照时间长、地下水资源相对较匮乏的地区, 为了防止由于地下水喷淋系统造成的地下水蒸发破坏当地地理结构, 可以将屋顶的喷淋系统替换为太阳能电池板, 充分利用太阳能, 减少电力消耗, 同时在屋顶形成一隔热层, 以降低屋顶的表面温度。
5 结语
随着经济的发展和人民生活水平的提高, 各地小型建筑的空气调节市场越来越大, 各种恒温建筑对能源需求更高。在能源紧张的今天, 充分利用地下水温度恒定, 温度低, 成本低廉的特点, 将其作为空调冷媒水, 对降低能耗、减少温室气体排放有重要的现实意义。实践应用及计算分析结果表明: 地下水空调系统节能明显, 尤其对小型独立建筑有更好的适用性。
摘要：针对夏季空调能耗高的问题, 提出了一种利用地下水作为冷媒的建筑空调方案, 直接利用地下水作为冷媒, 冷媒水在室内风机盘管中与室内空气进行热量交换, 降低室内温度, 结合房顶喷淋降低房顶表面温度, 以减小热负荷;通过工程实例的计算分析可以看出:与传统空调冷水机组相比, 地下水空调系统节能效果达74%, 系统简单, 维护方便。
关键词：小型建筑,地下水,空调,节能
参考文献
[1]谢吉平.南方农村夏季以地下水为冷源的空调模式研究[D].衡阳:南华大学, 2013.
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[3]龙恩深.冷热源工程[M].重庆:重庆大学出版社, 2008.
[4]Ampofo F, Maidment G G, Missenden J F.Review of groundw ater cooling systems in London[J].Applied Thermal Engineering, 2006, (26) :2055-2062.
下水道也是上层建筑 篇4
一、工程概况
(一) 工程简介
该大型车库为地下一层建筑, 于2007年开工修建, 屋面混凝土浇筑完之后, 由于冬季气候寒冷, 于同年11月下旬暂停施工。停工时, 将尚未浇筑混凝土的后浇带和车库大门封闭以保温。2008年4月准备复工时, 发现在该地下室轴线的2分区屋面中部有明显的隆起, 中部与周边的高度相差近500mm, 并有不断增加的趋势。通过进一步的检查发现, 该区地下室的柱、梁、墙大部分存在严重开裂现象, 造成结构构件损伤。
(二) 场地条件及相关荷载取值
场地的标准冻深为1.730m, 设计地下水位标高为-1.200m。地下车库屋面使用活荷载3.5k N/㎡, 屋面的覆土厚度0.9m。
二、现场调查
(一) 裂缝
梁:屋盖框架梁和次梁沿梁长均出现了竖向走势的裂缝, 局部也出现了一些斜裂缝。在端部靠近周边墙体的梁端裂缝宽度相对较大。
板:大量不规则裂缝出现在屋面板上, 绝大部分的此类裂缝并未贯穿至板底面;底板的局部区域出现少量裂缝, 并且渗出了少量地下水。通过现场勘查可以发现, 在车库底板上的厚回填层、车库的顶板上的厚绿化土层和地面均未完全施工。
柱:框架柱上的裂缝主要位于柱脚和柱顶两个部位, 而框架柱的中段却是基本完好的, 裂缝宽度总体来说较梁裂缝大。在靠近车库中部的框架柱裂缝数量较少, 宽度较窄;在靠近车库的周边区域, 裂缝宽度较大。
墙:E轴线上3—8轴段防火墙墙体东西两端出现大量裂缝, 从中段开始裂缝数量逐渐减少, 裂缝宽度也渐渐减小至无。此处的裂缝均为斜向走势, 靠近3轴线处裂缝为西高东低, 8轴线处裂缝为东高西低。3×E柱顶严重开裂, 柱纵筋弯曲, 已完全破坏。
在1—10轴与A—M轴所围矩形范围内, 屋面结构中部隆起变形是所有变形中最大的, 周边梁柱较中部的开裂明显严重, 裂缝分布和破坏程度都是呈现中心对称分布。
(二) 屋盖变形
采用全站仪测量投影到顶板板面上的地下车库的柱中心线的高程。结果表明:地下室屋面板中部高程最高、周边高程最低。由此可知, 其高程变化规律与屋面板相同。
三、原因分析
针对该工程场地进行分析可知, 由于地理环境的原因, 该地区冬夏温差大、位于冻融地区, 地下水位较高;另外, 该车库结构的平面尺寸比较大, 因此十分容易受到温度和混凝土收缩等因素的影响。根据检查人员的初步分析可得出, 场地温度变化、土冻涨、地下水浮力、混凝土收缩的影响等均可能是引发事故的罪魁祸首。
(一) 排除冻涨、温度及混凝土收缩的影响
首先, 可以排除场地土冻涨的影响。虽然该建筑场地位于冻土地带, 并且地下水位较高, 具备了建筑基础冻胀的条件, 但是该建筑物的基础位于地面以下7m, 并且在之前暂停施工时已经对建筑物做了较好的保温措施, 而且现场勘查的过程中也未曾发现车库地面存在明显的冻融破坏迹象, 与其相邻的其他周边建筑也未发现冻融灾害现象。因此可以将场地土冻胀的影响排除。
其次, 排除温度变化、混凝土收缩的影响。轴线2分区平面尺寸较大, 因此存在着温度变化、混凝土收缩引发结构变形的可能, 通过现场对柱裂缝的分布规律的勘察来看, 其裂缝的分布规律与温度变化、混凝土收缩所产生的裂缝分布有着类似之处。但是, 与其进行同步施工的轴线1分区的纵向尺寸长达158m, 这两个区域均是在同样的工程条件下施工的, 轴线1分区却未发现明显的结构变形和损伤。同时, 当施工人员发现屋盖变形最大时, 当时的气温与结束施工时的温度基本无变化。
(二) 地下水浮力的影响
1. 场地条件
场地的地下水位较高, 自然地下水位在-1.20m处。该地下车库底板垫层底部标高远远低于地下水位的标高, 其标高为-6.10m。如果设计或施工中忽略了对地下水浮力所产生的作用的估计, 或者估计不足导致处理不当, 就十分有可能会对车库结构造成影响。
2. 设计和施工组织
该地下车库主要采用的柱下独立基础, 其车库底板采用了刚性防水底板, 经测量, 该车库底板包括垫层在内总厚度达到500mm, 这种情况类似于形成一筏板基础, 地下水的作用对这一结构形式的影响十分大。因此施工过程中, 在场地周边需设排水沟和集水井。集水井抽水至12月下旬, 地下水结冰之后, 停止排水。
3. 屋面结构变形原因分析
分析到这里, 引发该起事故产生的原因也逐渐明朗, 就是地下水浮力的作用。
首先, 经过调查人员的计算分析, 在自然地下水位标高状态下, 如果没有对车库底板上的厚回填土层和车库顶板上的厚绿化土层进行施工, 那么该地下室的自重是根本无法抵抗地下水的浮力的。之前设计人员并没有足够重视这一点, 所以没有明确施工阶段具体应该采取的抗浮措施。
该工程在停工前, 通过基坑开挖排水, 直接有效地降低了地下水位的标高, 无意中避免了地下水浮力作用对建筑结构的各种不利影响, 因此尚未产生开裂和隆起现象。2008年12月由于地下水结冰而停止施工和排水, 但到来年春天冰雪融化, 地下水位也再次回升, 然而此时尚未复工, 也没有及时安排重新排水。伴随着地下水位的不断升高, 车库底板所承受的地下水浮力已经大大超过了车库结构自重, 因此导致该车库底板上升, 从而带动车库屋面发生隆起和变形。与此同时, 由于车库周边的挡土墙也受到很大的土体约束力, 导致其向上的变形受到了很大的约束, 因此屋面的变形不是整体的向上平移, 而是中部隆起, 周边挡墙几乎变形。
由于轴线1分区为一矩形布置, 短边尺寸还不到轴线2分区的一半, 仅为29.7m。而对于1分区这种情况, 在浮力的作用下, 其隆起变形的幅度主要是由短向尺寸控制的, 因此轴线1分区与轴线2分区相比, 没有出现明显的结构损伤和隆起变形。
4. 构件裂缝原因
通过计算分析表明各柱的竖向变形不一致, 该情况使得框架梁的两端出现相对竖向位移, 导致柱、梁内产生内力, 并最终导致框架梁、柱开裂。与此同时, 观察竖向变形的平面分布可知, 越靠近周边地区, 竖向变形的梯度就越来越大, 换言之就是相邻柱的相对竖向位移越来越大, 这就导致周边梁柱开裂明显。除此之外, 结构构件的开裂大大降低了构件的刚度, 刚度的降低就会导致结构抵抗变形能力的降低, 两者彼此促进, 从而致使结构出现严重的开裂、变形, 甚至破坏。
综上所述, 地下水浮力的作用是造成车库屋面结构变形的主要原因, 而导致粱、柱、墙等建筑结构构件出现严重开裂的原因主要是在浮力的作用下, 周边挡墙在上移的过程中受到土体等的约束, 因此造成各柱 (墙) 向上的变形各不相同。
明确事故原因之后, 施工人员立即展开了排水措施。6月15日, 当实际地下水位降至-2.50—3.50m左右时, 效果非常明显, 端部竖向位移基本不变, 中部最大相对位移降至350mm。
四、调查结论
(一) 当地下建筑的自重无法承受地下水浮力时, 在浮力作用下地下建筑会产生向上隆起变形或者是整体移动的趋势, 而周边挡墙在上移的趋势中受到土体约束, 会导致各柱、墙竖向变形出现差别, 产生相对的竖向位移, 由此导致结构构件在弯矩、剪力作用下开裂。
(二) 在计算分析建筑模型的时候要充分考虑到周边挡墙所受到的实际约束, 不能简单地认为结构只是整体上移, 否则将无法准确预见到建筑结构可能遭受的结构损伤。如果是四边约束的矩形平面结构, 其整体结构损伤主要受短边长度控制。同时, 如果周边相对竖向变形较大, 那么周边结构构件的损伤会更为严重。
(三) 如果受到较大地下水浮力的作用, 那么当结构接近其设计极限承载能力时, 其刚度就会发生非常大的折减, 仅相当于其未折减弹性刚度的几分之一甚至十几分之一, 这对确定浮力引起的结构变形将产生极大影响。
五、对减小地下水浮力对工程结构影响的建议
首先, 地下水位相应的水浮力、修正后的地基承载力特征值时应当严格参照场地的勘察报告所提供的“常年水位”。倘若经过减负后此时的基础地面压力值比修正后的基础地面压力值以及修正后的地基承载力特征值都小, 那么就可认为地基持力层可以满足地基承载力的要求。
第二, 如果地下水位在基础地面标高与当地常年最高水位之间变动, 那么就可认为建筑所要求的常年稳定的地下水位已经达到满足。此时会产生为常数的一定的沉降附加应力, 地下水位的下降不会影响到地基变形。
第三, 如果要计算基础底板强度, 那么地基反力加上地下水浮力然后减去基础自重即是基层净反力。
第四, 当验算地基变形时, 荷载效应应采用准永久组合;当进行地基承载力的计算时, 荷载效应应采用标准组合;进行基础承载力计算时, 荷载效应应采用基本组合。
六、结语