大跨度及高层结构技术研究概述.pdf

7 0 夯媳差 斜技 2 0 0 7 年 第5 期 大跨度及离层 结构技木研 究概述 林宏 ， 杨曦 ， 张勇 1 ． 中蓝建设工程局， 北京 1 0 0 0 8 0 ； 2 ． 中国矿业大学， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 0 ； 3 ． 煤炭工业济南设计研究院有限公司， 山东 济南2 5 0 0 3 1 摘要在继大规模的住宅建设以后， 以娱乐、 健身、 文化与会展为主的大跨度公共建筑的建设将成为下一轮建设的热点。 预计一批跨度超过2 0 0 m ， 功能综合、 绿色环保并达到高科技要求的大跨度公共建筑物将会出现在我国发达地区的大中城市。 关键词 大跨度空间结构 高层建筑 发展成就 发展趋势 1 大跨度及高层结构技术的发展现状 世界上先进国家近 1 0 余年来在大跨度空间结构方面得 到了日新月异的发展， 尤其是在欧美、 日本等世界上经济发 达国家， 建造了多个跨度达 2 0 0 m以上的超大跨度的空间结 构， 如 日 本 1 9 9 3 年建成的直径 2 2 0 m的福冈体育馆由三块可 旋转的扇形网壳组成一个可开合结构； 美 国亚特兰大 1 9 9 2 年建成的为 1 9 9 6年奥运会的佐治亚弯顶， 平面形状为准椭 圆， 长短轴分别为 2 4 1 m和 1 9 2 m， 采用张拉整体索膜弯顶结 构； 1 9 9 9 年底落成的直径 3 2 0 m英国伦敦千禧育顶， 1 2 根擎天 大柱与索膜构成； 日韩为 2 0 0 0 年世界杯足球赛建造的 2 0个 比赛场馆中绝大部分采用了索膜张拉结构， 并有数个场馆采 用了开合式结构。这些超大跨度结构的一个共同特点 跨度 越来越大， 自重越来越轻， 更多地采用新结构体系与轻质高 强材料及新技术； 设计计算包括非线性分析、 非线性稳定分 析、 抗震减震与风振分析， 并且施工安装更为快捷简便。设 计时首先考虑的是尽可能采用先进的结构体系， 在确保工程 安全性的前提下注重工程的实用性、 经济性， 且使建筑与结 构和谐统一， 而不是一味追求所谓的独特建筑外形。 随着国民经济持续快速发展， 上海及长三角地区、 广州 深圳及珠三角地区、 京津地区以及以重庆为代表的中西部地 区都大量出现各种复杂体型的建筑， 高层建筑的重点建设区 域由直辖市、 省会城市发展到地市县级城市， 我国高层建筑 的数量及建筑高度均在世界前列。高层建筑的设计和建造， 推动了我国高层建筑的研究及设计水平的提高， 建筑抗震 设计规范 G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 及 高层建筑混凝土结构技术规 程} J G J 3 2 0 0 的及时更新修订进一步促进了设计水平的 提高。许多先进的抗震、 抗风设计理念和隔振减振技术的应 用提升了高层及超高层结构的设计水平。 2 大跨度及高层结构技术的发展成就 2 ． 1 我 国大跨度 空间结构技术的发展成就 我国近十年来空间结构的研究与应用有了迅猛发展， 跨 度超过 1 0 0 m的建筑大量出现， 在材料的应用方面向轻质高 强发展， 大跨度网壳、 素杂交结构 、 索膜张拉结构与张弦梁成 为这一时期的主流。如天津体育馆采用了净跨直径为 1 0 8 m 的球面网壳； 长春体育馆， 平面形状为桃核形网壳 ， 外围尺寸 达 1 4 6 m1 9 1 ． 7 m； 上海 8 万人体育场， 其钢结构悬臂桁架跨 度最大达7 3 ． 5 m， 伞状膜结构的挑篷覆盖面积达 3 7 0 0 0 m ； 在 大型飞机维修库应用最多的是平板型网架。新建的航站楼 屋盖中采用较多的是相贯连接的平面曲线钢桁架。 在大型公共建筑方面， 空间钢结构也应用得较多， 从 1 9 9 8 年上海浦东机场航站楼成功建成跨度达 8 0 m的新型张 弦梁结构以来， 广卅I 与哈尔滨会展中心采用的张弦梁结构其 跨度分别达 1 2 6 m与 1 2 8 m。新型索与膜的张拉结构我国已开 始起步， 如青岛颐中体育场、 安徽芜湖体育场、 郑州体育场与 秦皇岛奥体中心体育场等十来个索膜张拉结构建筑。除了 这些大跨度结构以外， 国内应用最多的还是普通平板型网架 结构， 在中小跨度体育馆， 特别在大柱网大面积单层工业厂 房及各种公共建筑中都应用了平板网架结构， 1 9 9 5 年竣工的 云南省玉溪卷烟厂单层厂房网架屋盖面积达 1 3 万 m 2 。 2 ． 2 我国高层建筑结构技术的发展成就 近几年， 我国已建成一批高度在 2 5 0 m以上的高层建筑， 其中正在兴建的上海环球金融中心， 地上 1 0 1 层， 地下 3层， 高4 9 2 m， 建成后将成为世界上最高的高层建筑之一。目前， 我国内地高层建筑的前 3名见表 1 。 表 1 国内高层建筑特征表 名称 地点 层数 高度 材料 金茂大厦 上海 1 0 1 4 2 0 M 地王大厦 深圳 8 4 3 2 5 M 中信大厦 广州 8 2 3 2 2 C 随着国民经济发展， 高层建筑除了要满足建筑使用功能 的要求， 越来越重视建筑个性化的体现， 主要表现为 1 大底盘、 多塔楼高层建筑； 2 各种类型转换层的高层建筑， 如北京中银大厦 钢结 构转换析架 、 深圳大学科技楼 型钢混凝土空腹转换析架 、 深圳福建兴业银行大厦 搭接柱转换 等； 3 带大悬挑及外挑的建筑 上海明天广场 ； 4 连体建筑及立面开洞建筑 上海证券大厦、 深圳大学 科技楼 ； 5 带加强层的高层建筑。 近几年， 高层建筑中钢结构及混合结构的应用越来越广 泛。国外高层、 超高层建筑以纯钢结构为主， 而我国高层、 超 高层建筑以钢 一混凝土的混合结构应用居多， 如上海环球金 维普资讯 2 0 0 7 年 第5 期 东瞧晨 斜技 7 1 融中心及金茂大厦均为钢筋混凝土核心筒 ， 外框为钢骨混凝 土及钢柱， 地王大厦为钢筋混凝土核心筒 外钢框架等。 为保证建筑结构的设计质量 ， 对于特殊的超过规范要求 的高层建筑 超限高层建筑 由政府部门组织专家成立审查 委员会进行专项审查 ， 在审查通过后方可实施。截止 目前， 已完成对上海环球金融中心 1 0 1 层、 4 9 2 m 、 大连国贸中心 7 8 层、 4 2 0 m 、 北京电视中心 4 1 层、 2 0 O re 、 北京新保利大厦 特殊体型 等一批复杂特殊工程的超限审查。 3 大跨度及高层结构技术的发 展趋势 3 ． 1 大跨度空间结构技术的发展趋势 在继大规模的住宅建设以后， 以娱乐、 健身、 文化与会展 为主的大跨度公共建筑的建设将成为下一轮建设的热点。 预计一批跨度超过 2 0 0 m， 功能综合、 绿色环保并达到高科技 要求的大跨度公共建筑物将会出现在我国发达地区的大中 城市。张拉整体、 膜结构、 杂交结构与开合式结构将成为未 来这一时期大跨度建筑发展的主体。 根据到2 0 2 0 年国内在大跨度发展方面的迫切需要， 必 须在一些空白与落后的技术方面迎头赶上。首先要从新型 结构材料的研发着手， 对大跨度结构的一些理论问题作深入 的研究 ， 探索具有独立知 识产权 的结构体 系 ， 创 造性地开展 新型大跨度结构工程的实践。 3 ． 2 我国高层结构技术的发展趋势 我国高层建筑的发展将分化为两种模式 1 对中心城 市的大型公共建筑和地方城市的地标建筑， 由于建筑功能多 样化的要求， 该类建筑的体形越来越多样化， 结构更加复杂； 2 g q 高层建筑的主体一高层住宅建筑， 结构 自重轻， 减少地 基的开挖量， 保护地下水， 实现环保和可持续发展。 对大型公共建筑及地标性建筑等复杂高层建筑， 在新的 结构抗震设计理论和方法方面 如基于性能的抗震设计思想 和基于位移的抗震设计方法 ， 在复杂结构、 特别不规则结构 的抗震性能、 抗震设计理论和方法方面， 在混合结构的抗震 性能、 抗震设计理论和方法方面， 取得有工程实用价值的研 究成果， 并形成设计标准。由于抗震设计与研究非常重要， 在抗震试验研究方面， 应结合国内新建的大型振动台设备， 进一步探索试验研究手段， 提高试验研究水平； 计算分析方 面， 分析手段应进一步提高， 在弹塑性分析计算方面， 取得突 破性的进展。此外由于对建筑使用性能要求的提高， 人们对 工作和居住环境的舒适性要求越来越高， 因此对抗风设计理 念和隔振减振技术的研究和应用将更加重视。 对大型公共建筑及地标性建筑等复杂高层建筑的建造 技术的需求， 将带动大型总承包企业设计、 施工和集成等综 合能力的提高， 培养出国际一流的特级总承包企业， 同时带 动一批技术精湛的专业承包企业的良性发展， 对复杂高层建 筑建造过程的模拟和测控技术的研究和应用将取得进～步 成果。 对高层住宅建筑， 开发并应用多种耐久、 环保、 节能、 安 全、 实用的墙体和结构体系， 使城镇住宅达到小康的标准， 同 时应趋向于标准化、 模数化， 用标准优化的建筑单元组合形 成不同的结构平面布置， 力争实现高层住宅的标准化、 预制 化、 工厂化生产， 提高节能、 节材水平， 向住宅建筑的环保和 舒适化目标努力。 作者简介林宏 1 9 8 7一 ， 女， 1 9 8 7年毕业于河北煤炭建 筑工程学院工民建专业， 工学学 士， 现在中国化工集团公司 中蓝建设工程局工作， 高级工程师， 从事工程管理工作。 上接第6 9页 用新工艺， 新方法， 如聚氨脂快速堵孔， 手动 封孔器封孔， 一级套管预埋返浆管， 钻孔重复注浆等。 第三期， 重点封堵 一1 5 0 m水平 3 4 0 0采区及 一1 5 0 m西主 巷等巷道， 揭露一灰含水层淋水点， 针对通过一灰， 4层煤底 中砂岩等导水通道， 由于边界煤柱大， 不会直接危及矿井安 全， 只是增加漏水量， 安排在最后期封堵， 共施工 l 3孔， 钻探 5 7 0 m， 注入水泥 1 3 0 t ， 对淋水起到了有效的封堵作用。 通过帷幕截流治理， 截止 2 0 0 6年 1 0月 1 5日， 对 一1 5 0 水平 2个泵房排水量对 比分析 ， 平阴矿出水量达到最大值 7 9 9 m 3 ／ h 。累计动态减水 3 3 0 0 ／ h ， 至 1 1 月 4日边界过水降 水为 1 8 7 m 3 ／ h 。 效果最为明显有 1 8 4 0 1上出V 1 淋水最大内 1 4 7 n ／ h ， 减小到当前的2 5 ／ h ； 2 8 4 0 0东翼泄水巷总水量内最大时 为6 7 2 m 3 ／ h ， 减小到4 1 2 n 1 3 ／ h ； 3 一1 5 0 m西副巷 B 断层处 巷道集中出水点是 6 0 n 1 3 ／ h 。又完全被封堵； 4 一1 5 0大巷 沿途的底板及巷道西部渗水总量达到 4 3 0 r n 3 ／ h ， 经帷幕截流 后减小为当前的3 0 m ／ h ； 5 一1 5 0西大巷与 断层相交处 淋水量达 3 5 ／ h ， 当前淋水量不定 5 m 3 ／ h 左右； 6 一2 3 0泵 房每天排水量总体呈下降趋势。 白庄煤矿经历四个月的井下堵水， 在边界线长度 1 7 0 0 m 的范围内， 对六个主要过水岩层及五条断层破碎带进行了有 效的加固， 确保 了矿井安全， 自1 1月 4日全部工程已告结 束， 转人生产的防治水管理。 3 结论 1 通过动态帷幕截流工程解放 一1 5 0 m水平可采储量 3 9 3 ． 2万 t ， 按 1 ． 4的地质系数算， 可采出原煤 2 8 0 ． 9万 t 。创 造工业产值 1 1 ． 9 亿元， 每年排水电费可节约 8 9 5 万元。 2 若不实施帷幕截流， 平阴矿的出水除灌满采空区以 外， 将会泄入白庄矿， 白庄矿每年将承担 3 0 0 0 m 3 ／ h以上排水 负担 ， 仅排水电费每年将多达 4 2 8 0万元。 作者简介赵树华 1 9 6 1 一 男， 大学文化， 采矿高级工程 师， 现任肥城矿业集团白庄煤矿白庄矿矿长。 维普资讯