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屋面钢管桁架结构支撑柱墩施工技术总结(效果图)
内容简介
本工程关键施工技术包括:1、椭圆形屋面钢管桁架结构支撑柱墩定位放线技术;2、钢结构柱墩抗剪键坑的预留设置;3、钢结构柱墩采用型钢临时支撑施工技术;4、钢结构柱墩二次灌浆施工控制技术。
  4.1柱墩定位放线
    本工程是由七个椭圆形单体组成的,每个椭圆形单体形成一个屋盖钢管桁架结构体系,而每一个钢结构体系是由多个柱墩支撑组合而成的。因此,组合柱墩的定位放线就尤为重要。
    1、由于组合柱墩形成椭圆形,柱墩内有纵向受力钢筋,因此,柱墩轴线不宜施测。由土建测量班组,采用极坐标法直接放出柱墩10cm控制线,土建施工队以此为准,弹出柱墩边线;钢结构施工队也以此为准,固定预埋螺栓。四个预埋螺栓使用角钢固定,形成一个固定架,在固定架上划线定位。
    2、抗剪键坑的定位:剪力键坑设置之前,预埋螺栓固定架以及柱墩模板已经支设完毕,可在角钢固定架上弹出剪力键坑的中心线,中心线通过拉十字交叉线即确定了剪力键坑的中心。
  ……
  4.2柱墩钢筋绑扎
  4.2.1柱墩纵向钢筋的控制
  1、在圆形柱墩下框架柱混凝土施工过程中,采用定位箍将纵筋固定。混凝土浇筑完成后及时调整到位,将纵筋绑扎规矩。
  4.3柱墩抗剪键坑的预留
  4.4柱墩混凝土的浇筑
  4.5柱墩抗剪键坑模板拆除
  4.6柱墩钢结构抗剪键的安装
  4.7柱墩临时支撑的设置
  4.8柱墩剪力键坑混凝土浇筑
  4.9柱墩临时支撑拆除
  ……
  14页,编制于2012年。
  

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筒仓钢结构锥壳屋面施工组织设计(钢结构吊装)
内容简介
直径40m 的现浇钢筋混凝土圆形筒仓,屋面钢结构主要包括:25.25m 平面钢结构锥壳屋面、37.10m 钢平台、40.710m 钢平台及库顶房。
   钢结构锥壳屋顶下锥口标高25.300m,直径40.00m;上锥口标高37.10m,直径12.800m。锥壳屋面是由18 根H650×300×14×16 斜屋面梁、钢梁之间圆管支撑和Z 形屋面檩条组成的结构体系,斜屋面梁下口与筒仓库壁预埋件栓焊连接,上口与37.10m 标高H850×400×16×28 钢环梁单面坡口焊接。垂直支撑及水平支撑采用圆钢管,屋面檩条采用Z 形钢,拉条采用圆钢。
   钢平台由平台钢支架及钢平台梁组成,钢支架采用钢管,柱间支撑采用槽钢,平台主梁采有焊接H 型钢,次梁采用工字钢,上铺6mm 厚花纹钢板。
  ……
   库顶房由钢柱、屋面梁组成,钢柱采用热轧H 型钢,屋面梁及垂直支撑采用工字钢,柱间支撑采用钢管,屋面檩条采用C 型钢,屋面采用压型钢板屋面。
   采用Q235B。手工焊材采用E43 型焊条,自动焊及半自动焊采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属强度相适应。普通螺栓连接采用C 级六角头螺栓,表面作镀锌处理。高强度螺栓采用10.9 级大六角头高强度螺栓。钢构件表面防腐除锈等级为Sa2.5 级,底漆为普通防锈漆两道,面漆为灰色醇酸面漆2 遍,漆膜总厚度125μm。焊缝质量等级:各种对接焊缝为二级,贴角焊缝为三级。
  ……
  25t 汽车吊 用Q5013 塔吊 50t 履带吊
  施工机具计划表
  钢结构锥壳屋面制作工艺
  ……
   约30页
  

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江苏某办公楼屋面高支模施工方案
内容简介
塔楼屋面结构为圆形锥顶结构,由两道框架圆梁、两道折梁、四个斜梁、一个实心圆锥顶及8个下部结构方柱组成,
   架圆梁顶面标高为13.350m,第二道框架圆梁顶面标高为14.658m,两道折梁交点即实心圆锥顶标高为15.285m。两道折梁截面尺寸为300mm×700mm,四个斜梁截面尺寸为为200mm×500mm,第一道框架圆梁截面尺寸为250mm×500m,圆直径为4770mm,第二道框架圆梁截面尺寸为200mm×500mm,圆直径为1500mm。
   塔楼左右两侧及后部均有结构,一侧有两层裙房,裙房一层标高为4.77m,靠近塔楼侧的屋面标高为10m,裙房屋面为斜屋面;塔楼另一侧为塔楼通道结构,一层标高为4.77m,二层标高为7.9m。
   塔楼屋面的支模系统与连接平台梁进行专项设计,以塔楼屋面计算高度为15.258m及地下室平台梁截面400mm×1850mm编制施工方案。
  (一)、实心锥顶模板支撑计算.14
  1.荷载的计算 14
  2.底模多层板验算 15
  3.板底50×100木方验算 16
  4.钢管小横杆验算 18
  5.钢管立杆稳定性验算 19
  (二)、梁模板支撑计算.20
  1.荷载的计算 20
  2.底模多层板验算 21
  3.板底50×100木方验算 22
  4.钢管小横杆验算 22
  5.梁侧大横杆验算...24
  6.钢管立杆稳定性验算 24
  7.梁侧板对拉螺栓验算.......24
  8.斜梁最不利因素下模板支撑验算...25
  (三)、400×1850梁模板支撑计算.27
  1.荷载的计算 27
  2.底模多层板验算 27
  3.板底50×100木方验算 28
  4.钢管小横杆验算 29
  5.梁侧大横杆验算.......30
  6.钢管立杆稳定性验算 30
  7.梁侧板对拉螺栓验算.........31
  1万余字。

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[广西]空间支撑拱+单层壳体钢结构航站楼U形屋盖结构施工图(2015.10)
内容简介
本资料为广西某航站楼的钢结构屋盖,其中心区屋盖钢结构体系为空间支撑拱+单层壳体,指廊屋盖钢结构体系为平面实腹拱+单层壳体,中心区支撑拱为空间曲线实腹钢结构拱,支撑拱横截面为梯形截面,屋盖壳体随屋面曲面,采用由横梁与环梁围成的矩形网格,环梁为矩形钢管,横梁截面为圆形钢管,环梁为光滑的曲线形箱型梁,壳体杆件连接均为采用刚接,与支撑拱连接的杆件为刚接,拱拉杆两端为铰接,6度设防。
   图纸包括:钢结构设计说明、屋盖结构整体平面图、结构杆件轴线立面图、结构空间轴测图、控制线平面定位图、支撑拱结构整体平面布置图、支撑拱结构平面布置图、与楼层拉结杆件布置图、拱脚平面布置图、屋盖杆件截面图、大样定位图、加劲肋布置图、屋盖横梁坐标定位点、屋盖环梁节点坐标、空侧拱脚节点大样图、钢连桥施工图、登机桥结构详图、雨棚轴网定位图、雨棚结构图等共94张图纸。

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极致的轻盈--悬索结构
来源:非解构
1、悬索结构的发展历程
 自石器时代人类就开始用藤条、树茎等作索的主要材料将高山、峡谷、河流连接起来。这些古时“不起眼”的藤条、树茎在力学上已经体现出现代悬索结构的受力特点。在房屋建筑上,悬索结构的早期雏形是中东地区的黑帐篷,因顶部覆盖物是用黑色山羊的毛编织而成名。
中东地区几何可变的黑帐篷及总图
    近现代时期,世界各个国家的悬索结构都有了突飞猛进的发展。小编就悬索结构在建筑上的应用进行了一个简要列举如下表:

2、悬索结构的概念及组成
   悬索结构顾名思义是指以柔性拉索或将拉索按照一定规律布置成索网来直接承受屋面荷载作用的结构,这些索或索网一般悬挂在支撑结构体系的边缘构件上。在竖向荷载作用下,索或索网均承受轴向拉力,并通过边缘构件或支撑结构将这些拉力传递到建筑物的基础上。悬索结构大多用于建筑工程及桥梁工程。
柔性拉索是用作承受轴向拉力,拉索可以由钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢,以及其他受拉性能良好的线材构成。
边缘构件则是用来锚固索网,起到承受索在支座处的拉力作用。边缘构件一般可选用圈梁、拱、桁架、钢架等劲性构件。
支撑结构则是用作承受边缘构件传来的压力和水平推力引起的弯矩。支撑结构一般可选用钢筋混凝土独立柱、框架、拱等结构形式。

3.悬索结构形式
按照悬索结构的空间结构特征可分为单层悬索结构、双层悬索结构、双向正交索网结构。
3.1 单层悬索结构
 单层悬索结构又可根据结构曲面形式分为单曲面单层悬索结构、双曲面单层悬索结构。
单曲面单层悬索结构是由许多的单根拉索平行构成的一种平行拉索体系,拉索两端的支点一般是等高程布设的,为排水和建筑造型也可按不等高布设。这种结构形式一般用于矩形平面的单跨建筑,亦可用于多跨建筑或非矩形平面的个别工程中。这种结构体系构造简单,排水方便,但屋面结构的稳定性不好,在不均匀荷载作用下会使悬索屋盖产生结构变形,同时抗风能力也不足。一般可通过在索间铺设预制钢筋混凝土板来增强稳定性。
单曲面单层悬索结构形式
双曲面单层悬索结构,常用于圆形平面的屋盖,其索按辐射状布置,整个屋面形成下凹的旋转曲面。各根索的外端固定于周边的钢筋混凝土圈梁上,内端固定于圆心附近的拉环上,在钢索拉力作用下外端受压,内端受拉。当圆心处允许设柱时,可形成伞形悬索结构。
(a)锅型屋盖
(b)伞形屋盖
双曲面单层悬索结构
1-承重索;2-中心环梁;3-外环圈梁
3.2 双层悬索结构
        双层悬索结构又可根据结构曲面形式分为单曲面双层悬索结构、双曲面双层悬索结构。
单曲面双层悬索结构是在平行拉索体系的基础上增设一层反向曲率的钢索组成的。对其结构形式而言下凹曲面为承重索,上凸曲面为稳定索,上下两层索间设有系杆。这些系杆可对上、下层索施加预应力,以增强双层悬索结构的刚度和稳定性。这种上、下层索及系杆组成的结构均位于同一竖向平面内,类似索梁或索桁架,故也可称为拉索桁架。
单曲面双层悬索结构形式
双曲面双层悬索结构是在双曲面单层悬索结构的基础上,增设了一层按辐射状布置的稳定索形成的。较单层悬索结构具有更高的刚度,抗震和抗风性能也得到进一步改善。这些稳定索在承重索的上部或下部均可布置,亦可是两层索相互交叉。中国北京工人体育馆直径94米的比赛大厅屋盖即采用了这种上凸形的双层辐射式悬索结构,形状如同平放的自行车车轮。
双曲面双层悬索结构形式
3.3 双向正交索网结构

由互相正交且曲率相反的两组索组成。下凹的一组为承重索,上凸的一组为稳定索,两组索形成负高斯曲率的曲面。对其中一组索施加预应力时,另一组索也同时获得预应力的效果。通过施加预应力,可使两组索在屋面荷载作用下始终贴紧,且获得良好的刚度。这种索网可用于椭圆平面、矩形平面、菱形平面或其他平面的屋盖。意大利米兰体育馆屋盖采用了圆形平面的马鞍形索网结构,直径140米,是世界上最大的索网结构。
双向正交索网结构形式

4.会展中心、体育馆应用实例
01
汉诺威会展中心26号展馆
      德国汉诺威会展中心建成时就以全球唯一一个跨度为36米的悬索结构展馆闻名于世。
汉诺威国际会展中心
会展中心最有特色的当属第26号展馆。该展馆曾被称作“2000年世博第一展”,展厅的外形是当时最先进的建造技术与最佳化环境可持续型能源利用相结合的产物,屋顶由间距5.5m的300mm×40mm的拉结钢筋悬挂在空中,支撑着木制屋面板。悬索横跨约55m,钢筋最小的抗拉强度为520n/mm2。拉结钢筋的荷载汇集到屋顶平面上的桁梁上。有着世界上最好的贸易展厅之一的美誉。
汉诺威会展中心26号展馆内外景图
屋面板中含有隔汽层、保温层和一层砂砾,以增加重量并由此抵抗吸力。木板用螺枪固定在绷紧的悬索上。附加的锚索被固定在绷紧的悬索和支柱中间,用以抵消动力效应。北端支柱的斜撑被打入桩牢牢地固定左地上。展厅采用了自然通风与机械通风相结合的供风形式,使得在空调能耗上的运作成本降低了50%。
机械及自然通风示意图
汽车入口区上空的斜撑构件被框架所代替为展厅大部分区域提供了足够高度。建筑内大部分空间应该允许充足的自然光进入但同时又能防止阳光直射,明亮但又不刺眼的光线是展厅类空间的必要元素。展馆内的自然采光来自于沿主要钢结构支架的大面积北窗,以及在合适的建筑部位采用透光格栅。折射光线的构件将日光经过展馆产生巨大的“反射”屋顶引入公共区域。
自然采光分析图
02
雷里体育馆
1953年美国北卡罗来纳州雷里体育馆建成,这座世界上第一个现代悬索屋盖,它是采用以两个斜放的抛物线拱作为边缘构件的鞍形“正交索网”结构,其平面尺寸为92m×97m。椭圆形场地由两个交叉拱支撑马鞍形交叉索系,索系锚头以预应力锚在拱圈上,拱脚间用拉杆相连,减少拱脚反力。交叉点部位的拱脚推力直接作用到基础,拱推力的水平分量通过两拱脚间设置拉杆平衡,拉杆采用预应力钢筋混凝土,可有效控制结构变形不易过大。
雷里体育馆外景图
雷里体育馆结构示意图
03
北京工人体育馆
北京工人体育馆按照自行车钢圈原理设计,圆形屋盖采用双层悬索结构主要包括边缘构件、内环、及悬索。
北京工人体育馆外景图
圆形双层悬索平剖图
边缘构件(即外环):内径为94米的钢筋混凝土外环,受轴心压力,布置在外廊支柱上,并用支柱插铁与外环连接,以增强外环的稳定性;内环钢筋纯为构造所用,为了便于施工,钢筋分布于四侧,中央保留空间以便进入环梁内进行钢筋绑扎和浇筑混凝土。
内环:即中央系环,在中心连接悬索用,呈圆筒形,由上下环及24根工字性组合断面的立柱组成;内环主要承受轴向拉力,因受力较大而采用两片钢板梁的断面,再加以加劲板加强。内环分八段在工厂制作后,再在现场铆接成整体,除拼接点因避免仰焊采用铆接外,其余均为焊接。
内环立面展开图
1
内环节点大柱
2
悬索:悬索沿径向辐射方向布置,分为上下二层,上索承受屋面荷载并稳定索,即在上索施加预应力,通过中央系将力传给下索,使上下索同时拉紧,以增强屋盖刚度;下索为主要承重索,将全部屋盖悬挂于空中。为了便于悬索在外环锚固剂避免过多地削弱外环断面,使上下索各错开一半。
04
代代木国立综合体育馆
东京代代木国立室内综合体育馆是为第18届奥运会修建的,这座场馆达到了材料、功能、结构、比例、乃至历史观的高度统一,曾被称为20世纪最美的建筑之一。体育馆采用高张力缆索为主题悬索屋顶结构,
代代木国立综合体育馆鸟瞰图
场馆主要由柔性拉索及其边缘构件所形成的承重结构来实现室内空间的巨大跨度。第一体育馆的屋面利用一对钢索在建筑两端的两根塔柱之间进行张拉以实现悬索桥状的主要结构,这两根主钢索在跨中以纺锤状展开。第二体育馆与第一体育馆在悬索结构的形式上稍有不同,其屋顶采用一根位于一侧观众席后通道处的独立混凝土高塔柱来实现旋转形悬挂。张拉构件通过这根主索,沿举起的混凝土基础外边缘以有秩序的间隔插入。
代代木国立综合体育馆立面图

代代木国立综合体育馆剖面图
05
石家庄国际展览中心
号称“全球第一无柱悬索”的石家庄国际会展中心最大的亮点在于各展厅内看不到一根内部支撑的柱子;7个标准展厅全部采用全球罕见双向悬索结构,展厅大跨度屋盖,主承重结构最大跨度105米,次承重结构最大跨度108米,是汉诺威会展中心悬索结构跨度的3倍。由此超过德国汉诺威成为全球最大采用双向悬索结构的会展中心。
石家庄国际会展中心外景图
中央大厅东西向沿轴线长约800m,南北向沿轴线长约100m,形状极不规则。主体结构地下采用钢筋混凝土结构;屋盖及竖向支撑体系为钢结构,其中屋盖竖向支撑体系由结构树和Y形柱两种结构形式组成,屋盖采用折板网架。竖向支撑体系与屋盖的连接方式采用整体焊接的方法。屋盖竖向支撑体系的柱距沿纵向为18m,沿横向在4.7~43m之间变化。屋盖网架依据建筑屋面走势设计,建筑顶标高在31~37m之间变化。
屋盖网架示意图

多功能厅的整体结构采用钢管混凝土柱---大跨度折板网架屋盖结构体系。屋盖网架由下部钢管混凝土柱支撑,内圈柱在柱顶及夹层标高处设置封闭圈桁架,以提高结构整体抗侧力性能。屋盖网架采用四角锥网架,屋盖网格平面基本尺寸为4.5m×4.5m。
多功能厅屋盖结构布置图
会议中心地上两层,其外观为一由不规则折面组成、由较大的内收与外挑的几何体组成,折面角度追求尖锐。屋脊线的布置呈与柱网无关联的不规则分布。楼层局部夹层楼面采用钢框架结构,内柱为矩形钢管混凝土柱,外围周圈的柱子为斜柱,采用圆形钢管柱;屋面采用折板网架结构。首层楼面及以下采用钢筋混凝土结构,基础采用钻孔灌注桩。
会议中心室内空间布置图
5.商业中庭索桁应用实例
悬索结构不单是在会展中心及体育场馆这种大型建筑物中应用广泛,应用在一些常见的公共建筑中的案例也是数不胜数。以下简举两个小编在日常生活学习中见到的采用单曲面双层悬索结构的商业中庭案例
阿布扎比某商业中庭屋面
上海外滩中心的中庭屋面
参考文献        
[1] 严慧.悬索结构的形式和设计选型[J].钢结构,1994(01):32-42.
[2] 陈颖.悬索结构特点及主要形式[J].广东广播电视大学学报,2002(02):79-82.
[3] Thomas Herzog.2000年德国汉诺威世博会26号展厅[J].城市环境设计,2016(03):20-29.
[4] 北京工人体育馆的结构设计和施工[J].建筑学报,1961(04):11-14.
[5] 王新,刘飞.技术与功能的合一——代代木国立综合体育馆[J].建筑与文化,2016(10):68-73.
[6] 李云,张同亿,张春俊,柴万先,王若南,贺晶.石家庄国际会展中心中央大厅结构设计[J].建筑结构,2013,43(03):21-25.
[7] 柳美玉,张同亿,张春俊,柴万先,王若南,贺晶.石家庄国际会展中心多功能厅结构设计[J].建筑结构,2013,43(03):33-35.
[8] 李炎,王泽,张同亿,张春俊,柴万先,王若南,贺晶.石家庄国际会展中心会议中心结构设计[J].建筑结构,2013,43(03):26-28.
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[江西]钢结构空间桁架体系体育场工程钢结构安装方案(技术标)
内容简介
体育中心工程体育场总建筑面积22105.29 ㎡。体育场建筑轮廓为圆形,直径213.2m,地上二层,观众坐席共15049 座,看台高度24.51m,结构高度42.6m。
   结构形式:罩棚为钢结构空间桁架体系(屋面采用钢管桁架支撑膜结构),看台及功能用房为钢筋混凝土结构。
   体育场罩棚为钢结构空间桁架体系,主要包括体育场四周环向布置的人字形柱、屋盖悬挑径向主桁架和环桁架。
  ……
  施工重点、难点:
  1、不同专业施工交叉,施工难度大
  2、结构受力复杂,连接形式多样
  3、屋盖安装难度大、精度要求高
  4、高空作业多、安全控制难
  5、焊接工程量大、要求高
  ……
  第三章 钢结构安装方案:
  1、现场拼装方案
  2、体育场钢结构安装
  3、支撑架的设计与搭设
  4、支撑架的卸载方案
  5、钢结构现场焊接
  第四章 钢结构测量方案
  第五章 工程质量保证措施
  第六章 施工进度计划及工期保证措施
  ……
  PDF格式,82页,编制于2015年。

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国内水平滑移跨度最大的钢结构
        重达1750吨的巨大钢屋架,被滑轨和承载平台稳稳托起,以每小时7米的速度向前滑移到位……由北京建工负责施工的唐山王滩煤场封闭项目在日前完成了所有滑移施工。至此,国内水平滑移跨度最大的煤棚初现雏形。
唐山王滩煤场封闭项目位于唐山市乐亭县境内,原为电厂的开放式储煤区,今年年初封闭工程正式开工。煤棚采用张弦拱桁架钢结构,最高处达54米,最大外延跨度达208.6米,建成后可储存煤炭约40万吨。
根据方案,煤棚的钢结构被分成9跨,其中有7跨在底部使用预应力,在地面分别拼装,每一跨拼装好后预留断面,使用3台200吨以上的吊车将每跨结构分段吊起在空中翻转到安装位置后吊装到指定位置进行最后拼装。
拼装完成后最大难题就是滑移整个屋顶。由于煤棚还处在使用状态,电厂专用的斗轮机每天要不停的挖取煤炭,也就是说要在不影响运煤的前提下给煤场套上一个壳子。
负责施工的北京建工机施公司采用整体滑移,每次滑移需要前进35米,耗费约5个小时。第一跨与第二跨拼接好后整体向前滑移到指定位置,第三跨与第二跨拼装完成后,再将前三跨整体向前推,以此类推,到第七跨时整体滑移重量达到1750吨。
为防止滑移中自重压偏箱梁,项目团队先浇筑60厘米厚的混凝土基础、再配以特制钢箱梁作为整个屋面的承载平台,同时每隔1.5米左右就搭设一根圆形钢管构成斜支撑体系,确保难题得到解决。
随着张弦拱桁架钢结构滑移到位,项目团队将继续发扬北京建工工匠精神,发挥绿色智慧全产业链优势,做好后续桁架次梁、索及膜屋面施工任务。工程预计今年9月底完成主体结构。
本文来源:北京建工
策划:北京建工公关宣传部
内容提供:北京建工机施公司
“向阳空间结构资讯” 对文字略作修改,并补充了大量图片。
来源:北京建工、向阳空间结构资讯,如有侵权请联系我们。
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广州市某大型综合购物广场钢结构工程施工组织设计
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第一章 概述 - 4 - 1.1 工程概况- 4 - 1.2 结构特点- 6 - 1.3 施工重难点分析及解决方案- 9 - 1.3.1 钢结构深化设计方面 - 9 - 1.3.2 加工制作方面 - 9 - 1.3.3 现场施工及管理协调 - 10 - 1.4 施工条件分析- 10 - 第二章 钢结构加工制作方案 - 12 - 2.1 加工制作分析- 12 - 2.1.1 钢结构构件分析. - 12 - 2.1.2 加工制作难重点. - 18 - 2.1.3 加工制作分段方案. - 22 - 2.2 钢管斜撑节点的加工制作- 22 - 2.3 箱型构件的加工制作- 29 - 2.4 H 型构件的加工- 32 - 2.5 运输方案.- 35 - 2.5.1 工程构件分类 - 35 - 2.5.2 包装形式 - 36 - 2.5.3 构件主要运输方式 - 37 - 2.5.4 成品保护措施 - 40 - 第三章 钢结构现场施工方案 - 42 - 3.1 钢结构施工总体思路- 42 - 3.1.1 钢结构施工内容 - 42 - 3.1.2 钢结构施工思路 - 42 - 3.1.3 施工总体流程图 - 43 -3.2 钢结构施工总平面图- 46 - 3.2.1 施工总平面图布置原则 - 46 - 3.2.2 施工总平面图 - 47 - 3.3 吊机的选择及布置- 48 - 3.3.1 吊机的选择 - 48 - 3.3.2 吊机的设置 - 50 - 3.4 钢结构吊装分段- 51 - 3.4.1 钢结构分段原则 - 51 - 3.4.2 分段重量统计 - 51 - 3.4.3 吊装工况分析 - 60 - 3.5 钢结构安装方法- 61 - 3.5.1 预埋件的安装 - 61 - 3.5.2 钢柱的安装 - 62 - 3.5.3 斜撑的安装 - 65 - 3.5.4 钢梁的安装 - 66 - 3.5.5 楼层压型钢板的安装 - 68 - 3.5.6 钢柱施工与核心筒施工搭接 - 70 - 3.6 钢结构高空测量- 71 - 3.6.1 安装过程中自重和收缩徐变变形分析及控制 - 71 - 3.6.2 钢结构测量仪器使用 - 73 - 3.6.3 测量时机的选择 - 74 - 3.6.4 平面控制网设计 - 74 - 3.6.5 高程控制网的建立 - 74 - 3.6.6 钢柱的测控 - 76 - 3.6.7 钢柱、梁的安装测量措施 - 76 - 第四章 钢结构高空焊接施工方案 - 79 - 4.1 高空焊接质量保证组织措施- 79 - 4.1.1 焊接流程 - 79 - 4.1.2 焊接人员的资格评定和要求 - 79 - 4.2 高空焊接质量保证技术措施- 81 - 4.2.1 现场焊接工艺评定 - 81 - 4.3 高空焊接施工安全措施- 83 - 4.4 钢结构工程特殊季节施工- 85 - 4.4.1 雨季施工管理措施 - 85 - 4.4.2 雨季施工设备保护措施 - 86 - 4.4.3 雨季施工安全措施 - 86 - 4.4.4 雨季施工措施 - 86 - 第五章 钢结构工程的建议.88 5.1 招标方案的建议88 5.1.1 由业主单位直接分包的招标方式.88 5.1.2 总承包单位分包的招标方式.90 5.1.3 对于招标方案的建议.91 5.2 节点优化建议91 5.3 楼层压型钢板的选择建议93 5.4 关于防火涂料的建议98 5.4.1 本工程防火涂装要求.98 5.4.2 本工程防火涂料推荐品牌及性能.98
内容简介
该工程建筑总高度302.7m,结构高度268.8m,地下五层,底板标高-20.34m,建筑面积29400 平方米。地上共63 层,总建筑面积117903 平方米,五层以上为标准层,层高4.2m,标准层内筒23m×23m ,外筒45m×45m,单层建筑面积2025 平方米。
  本工程为斜撑框架+混凝土核心筒结构体系。
  总用钢量8000 多吨。
  主体结构采用混合钢结构系统,外筒四周设置了9 层一跨的对角支撑,与外筒钢管柱形成了支撑筒体,不仅提供了竖向承载体系,同时也增加结构抗侧刚度,取代核心筒体,提供建筑的抗侧体系。
  1.内筒采用混凝土剪力墙楼层部分钢梁结构体系。
  从立面上看,在15 层、30 层、45 层处有加强层,层高为8.2m。核心筒剪力墙内设有箱型劲性钢梁,以提高核心筒楼层平面的刚度。截面尺寸为口152x127x6.4x6.4。
  ……
  2.结构的四个角柱和跨越9 层结构斜撑,作为最主要的受力结构。
  作为最主要受力结构的四根角柱和结构斜撑分别采用圆钢管和箱型钢管形式,斜撑构件与圆钢管柱通过相贯连接,并在钢管内增设加劲板,连接节点如下图3 所示。
  圆钢管柱的截面形式由地下室的Ф1800x30 到结构屋顶的Ф1000x12,构件截面几乎是以9 层为一段过度变化;斜撑箱型截面首层为口1200×600×70×70,顶层为口800×600×40×40,单段斜撑最重的有37.6t。
  ……
  4.主要受力钢柱采用钢管柱。
  本工程所有钢柱截面都是圆形截面,钢管柱都是由地下室层一直贯穿至顶层屋面钢架,钢管内浇注混凝土,钢管截面从地下负五层的Ф1800x30 变化到顶层的800x12,两钢管截面变化连接沿钢管长度直径范围内设置了剪力钉,以增加混凝土与钢管的粘结力。
  ……
  1.3.2 加工制作方面
  本工程构件的加工制作方面存在以下难重点项:
  1.钢材的采购——加工制作重点本工程有着钢材用量较大, 材质要求高( Q345B 、Q345GJC 、Q345GJC-Z25)、钢板厚度厚(最厚达70mm),钢材规格多(钢板6~70mm 计23 个规格、热轧H 型钢计13 种规格)等特点,板厚大等于40mm 钢板占工程总量近一半,且有Z 向性能要求的钢材占工程总量的35%。
  2.钢管柱斜撑节点的加工制作——具体构件制作难重点
  钢管柱斜撑节点构造复杂,钢管从下至上φ1800~800mm 不等,节点内部加劲板的纵横布置及加劲板在节点内部的大纵深(最大1370mm)、截面上小间距(最小约150mm),使节点在加工制作中存在着焊接可达性的制作难重点。同时,厚壁箱型牛腿(40~60mm)和节点劲板(40~60mm)与钢管(最薄壁厚12mm)的全熔透焊接不但焊接变形大,影响节点的制作精度,同时全熔透的焊接,较大的热输入量还容易产生薄壁钢管烧穿现象。因此牛腿、劲板与钢管的焊接也是钢管柱斜撑节点加工制作上的一个工艺难重点。
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武汉某火车站钢结构工程施工组织设计(跨度116m)
资料目录
目 录 第一章 工程概况................................................................................................................. 1 1.1 建筑概况...................................................................................................................... 1 1.2 钢结构工程概况.......................................................................................................... 2 1.3 钢结构形式.................................................................................................................. 4 1.3.1 主拱钢结构........................................................................................................... 4 1.3.2 主拱屋面桁架钢结构........................................................................................... 4 1.3.3 次拱结构............................................................................................................... 5 1.3.4 次拱屋面桁架钢结构........................................................................................... 5 1.3.5 铸钢件................................................................................................................... 6 1.3.6 电梯井架结构....................................................................................................... 6 1.3.7 夹层钢结构........................................................................................................... 7 1.3.8 典型连接节点示意图........................................................................................... 7 1.4 钢构件截面特征.......................................................................................................... 9 1.5 钢结构施工难点及相应的对策................................................................................ 10 第二章 施工部署和资源配置........................................................................................... 14 2.1 钢结构施工部组织机构............................................................................................ 14 2.2 工期总体计划与安排................................................................................................ 15 2.2.1 各阶段施工工期总体计划与安排..................................................................... 15 2.2.2 武汉站站房建筑施工进度计划横道图............................................................. 16 2.2.3 各阶段施工形象进度计划................................................................................. 17 2.3 主要机械设备、物资需用计划................................................................................ 21 2.3.1 钢结构施工主要机械设备计划......................................................................... 21 2.3.2 主要吊装设备基本参数..................................................................................... 23 2.4 主要作业队伍和劳动力安排.................................................................................... 27 2.5 钢结构现场施工平面规划........................................................................................ 28 2.5.1 钢结构施工平面布置原则................................................................................. 28 2.5.2 钢结构施工现场总体平面规划......................................................................... 29 2.5.3 钢构件堆场及现场拼装场地规划布置示意图................................................. 30 第三章 吊装方案的选定与总体概述............................................................................... 32 3.1 钢结构特点分析........................................................................................................ 32 3.2 吊装方案的选择........................................................................................................ 32 3.3 钢构件分段(加工、运输)计划............................................................................ 33 第四章 钢结构图纸深化设计........................................................................................... 37 4.1 钢结构深化设计特点、难点.................................................................................... 37 4.2 深化设计的组织结构................................................................................................ 37 4.3 深化设计的流程........................................................................................................ 38 4.4 钢结构深化设计内容................................................................................................ 39 4.4 深化设计图纸的主要内容........................................................................................ 40 4.5 钢结构深化设计拟采用的软件................................................................................ 42 4.6 确保深化设计质量的技术组织措施........................................................................ 42 第五章 钢结构制作与运输............................................................................................... 44 5.1 材料采购及保证措施................................................................................................ 44 5.2 材料的检验及质量保证措施.................................................................................... 44 5.3 钢结构加工................................................................................................................ 49 5.4 构件表面处理及涂装................................................................................................ 54 5.5 铸钢件制作工艺........................................................................................................ 54 5.6 包装与运输................................................................................................................ 54 第六章 钢结构现场拼装................................................................................................... 54 6.1 主次拱结构拼装........................................................................................................ 54 6.2 中间网壳钢结构拼装................................................................................................ 54 第七章 钢结构现场安装................................................................................................... 54 7.1 施工准备工作............................................................................................................ 54 7.1.1 技术准备............................................................................................................. 54 7.1.2 基准点交接与测放............................................................................................. 54 7.1.3 设备准备............................................................................................................. 54 7.1.4 钢构件的验收和堆放......................................................................................... 54 7.2 插入式桩脚及铸钢件的安装.................................................................................... 54 7.2.1 施工流程............................................................................................................. 54 7.2.1 施工方法............................................................................................................. 54 7.2.3 注意事项............................................................................................................. 54 7.3 夹层钢结构安装........................................................................................................ 54 7.3.1 夹层结构概述..................................................................................................... 54 7.3.2 夹层结构安装思路............................................................................................. 54 7.3.4 夹层钢结构安装流程......................................................................................... 54 7.4 主拱钢结构安装........................................................................................................ 54 7.4.1 主拱结构分段分节............................................................................................. 54 7.4.2 主拱结构吊装起重量分析................................................................................. 54 7.4.3 主拱钢结构施工流程......................................................................................... 54 7.4.4 主拱高空对接措施............................................................................................. 54 7.4.5 主拱吊装及临时固定措施................................................................................. 54 7.4.6 主拱胎架的拆除................................................................................................. 54 7.5 主拱屋面桁架的安装................................................................................................ 54 7.5.1 主拱屋面桁架结构分段分节............................................................................. 54 7.5.2 主拱屋面桁架安装胎架设计............................................................................. 54 7.5.3 主拱屋面桁架吊装流程..................................................................................... 54 7.6 中间网壳的安装....................................................................................................... 54 7.6.1 中间网壳结构吊装单元的划分......................................................................... 54 7.6.2 中间网壳结构吊装起重量分析......................................................................... 54 7.6.3 中间网壳结构胎架设计..................................................................................... 54 7.6.4 中间网壳结构施工胎架的滑移施工................................................................. 54 7.6.5 中间网壳结构吊装施工..................................................................................... 54 7.6.6 中间网壳结构施工工况验算............................................................................. 54 7.7 次拱及次拱屋面桁架结构的安装............................................................................ 54 7.7.1 次拱钢结构分段分节图..................................................................................... 54 7.7.3 次拱及次拱屋面桁架结构施工胎架的设计..................................................... 54 7.7.4 次拱及次拱屋面桁架结构吊装施工................................................................. 54 7.7.5 次拱及次拱屋面桁架结构吊装施工流程......................................................... 54 第八章 钢结构测量........................................................................................................... 54 8.1 测量内容.................................................................................................................... 54 8.2 测量的准备工作........................................................................................................ 54 8.3 测量总体控制程序.................................................................................................... 54 8.4 测量控制网建立........................................................................................................ 54 8.5 主拱结构安装测量技术............................................................................................ 54 8.6 拼装测量技术............................................................................................................ 54 8.7 网壳安装测量技术.................................................................................................... 54 8.8 其它构件安装测量技术............................................................................................ 54 8.9 安装误差消除措施.................................................................................................... 54 8.10 测量监测.................................................................................................................. 54 8.11 测量的注意事项...................................................................................................... 54 第九章 钢结构焊接........................................................................................................... 54 9.1 焊接概况.................................................................................................................... 54 9.2 焊工培训、焊工考试与交底.................................................................................... 54 9.3 焊接设备选择............................................................................................................ 54 9.4 现场焊接工艺评定.................................................................................................... 54 9.5 工况准备.................................................................................................................... 54 9.6 焊接工艺流程............................................................................................................ 54 9.7 焊接顺序.................................................................................................................... 54 9.8 焊接施工.................................................................................................................... 54 9.9 焊接防护棚................................................................................................................ 54 9.10 异种钢材对接焊(铸钢与Q345B 对接焊) ........................................................ 54 9.11 焊后处理.................................................................................................................. 54 9.12 焊后应力消除工艺.................................................................................................. 54 9.13 焊接质量检查与检测.............................................................................................. 54 9.14 焊接质量保证措施.................................................................................................. 54 9.15 焊接质量控制.......................................................................................................... 54 9.16 焊接注意事项.......................................................................................................... 54 第十章 高强螺栓施工、压型钢板及栓钉施工............................................................... 54 10.1 高强螺栓施工.......................................................................................................... 54 10.2 压型钢板及栓钉施工.............................................................................................. 54 第十一章 钢结构涂装、防火涂料施工........................................................................... 54 11.1 钢结构涂装.............................................................................................................. 54 11.2 防火涂料施工.......................................................................................................... 54 第十二章 质量管理及保证措施....................................................................................... 54 12.1 工程质量目标.......................................................................................................... 5412.2 质量管理体系.......................................................................................................... 54 12.3 质量管理制度.......................................................................................................... 54 12.4 钢结构质量控制程序.............................................................................................. 54 12.5 质量控制标准.......................................................................................................... 54 12.6 质量控制措施.......................................................................................................... 54 第十三章 工期保证措施................................................................................................... 54 13.1 组织保证.................................................................................................................. 54 13.2 管理保证.................................................................................................................. 54 13.3 资源保证.................................................................................................................. 54 13.4 技术保证.................................................................................................................. 54 13.5 资金保证.................................................................................................................. 54 13.6 其它保证.................................................................................................................. 54 13.7 工期发生延误的补救措施...................................................................................... 54 第十四章 安全、文明、环境保证措施........................................................................... 54 14.1 安全生产.................................................................................................................. 54 14.2 文明施工管理组织与目标...................................................................................... 54 14.3 环境保护措施.......................................................................................................... 54 第十五章 季节性施工保证措施....................................................................................... 54 15.1 雨季施工措施.......................................................................................................... 54 15.2 夏季施工措施.......................................................................................................... 54 15.3 冬季施工措施.......................................................................................................... 54 15.4 风季施工措施.......................................................................................................... 54 15.5 夜间施工措施.......................................................................................................... 54
内容简介
此钢结构工程施组要点突出,有大量详图。
  钢结构工程概况
  站房上部结构为钢结构,局部为钢管混凝土结构。上部钢结构包括主拱结构、主
  拱屋面桁架结构、中间网壳结构、次拱及次拱屋面桁架结构、夹层结构、电梯井架结构。
  售票厅、步道、站台板、高架旅客平台,以及扶梯、楼梯也为钢结构。
  主拱结构最大跨度为116m,次拱跨度为36m,截面为椭圆形和圆形变截面。拱结
  构上有树枝状V 形支撑,用来支撑整个屋面结构,V 形支撑截面为圆锥管。
  V 形支撑上方为网壳结构和桁架结构,结构高度约为1.0m~8.555m,跨度约为
  64.5m。夹层采用钢柱-实腹梁框架结构,楼板为压型钢板-混凝土结构组合楼板。
  ……
  焊接H 型钢焊接成型后,进行机械矫正,对翼板角变形进行矫正。
  在翼、腹板上标出中心线位置,并打上样冲,作为装配零件的基准。
  组装时,先取齐一端,划线装配各零部件,焊接矫正后再进行长度切割(梁必须
  预留铣削余量)。对于比较简单的构件可以先进行长度切割,然后再进行组装,但切
  割时必须根据构件的焊接情况,预留焊接收缩余量2-3mm。
  ……
  为242页PDF稿件
  编制于2007年11月

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[江西]钢筋混凝土框架结构体育场结构设计论文
[摘 要] 以具体工程实例探讨体育场结构设计过程中常见的问题,如看台梁布置、底部钢筋混凝土框架如何与上部网架结
构结合等。
[关键词] 体育场;钢筋混凝土框架;网架
工程概况
该工程位于江西省南昌市,占地面积约合3. 69 万 m 2 ,看台座椅位置14 000个,一层为商铺,二层和三层为看台和部分功能用房。体育场外侧设置四部疏散楼梯。体育场的俯视图为直径 216. 8m的圆形,下部三层看台结构为钢筋混凝土框架结构,梁板均为混凝土结构; 屋面部分其结构形式为屋盖结构为空间异型钢网架体系,为轴对称布置,竖向沿平面方向有一个坡度,屋盖支撑在 V 字形钢管支柱,里侧支柱为混凝土框架支柱,沿支座周圈设置网格加强带,起到环梁的作用,增强结构整体性。节点采用焊接球节点和螺栓球节点,周圈挑出部分采用相贯焊节点,两个体系互为支撑,共同作用,形成稳定合理的结构整体。
体育场鸟瞰图
体育场模型
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张弦梁--演化、设计要点和案例
张弦梁,是由上弦的刚性构件(Beam)和高强度的张拉索/杆(String),再通过若干个撑杆(Strut)连接而组成的刚柔混合结构,利用形抗和预张力抵抗外部荷载,是一种高效的大跨度空间结构体系。
 
张弦梁的演化
张弦梁结构的原理可追溯到19世纪初的铸铁桥,以及后来出现的拉杆拱、King Post桁架、自锚上承式悬带桥等。
张弦梁结构的演化
对于张弦梁的演化有很多种说法。一种是系杆拱增加撑杆的“加法”演化。对于系杆拱,拱的侧推力被拉杆平衡。但是,当拱的矢高比较低时,拱的压缩、弦的伸长导致结构矢高不断减小,拱可能会突然失去形态而破坏。如果在拱和弦之间增加撑杆,则结构矢高几乎不变,承载力大大提高。
从系杆拱到张弦梁的演化
另一种说法是,鱼腹式桁架去掉斜腹杆的“减法”演化。下图是建造于1859年的皇家艾伯特桥,它采用了铁质鱼腹式桁架形式,每个桁架跨度达138.7米。
Royal Albert Bridge皇家艾伯特桥
鱼腹式桁架可以看作是拱(厚重的圆管)与缆索(铁质链片)的组合,互相抵消了水平力,形成自平衡式结构。如果将鱼腹式桁架的斜腹杆去掉,它与现在常见的张弦梁形式非常相似。
 
注:为了纪念工程师Brunel,
鱼腹式桁架又称为布鲁内尔桁架(Brunel truss)。
桥梁工程大师林同炎先生,在1972年设计了一座非同寻常的倒悬索桥—哥斯达黎加的里约科罗拉多大桥,桥梁主跨径108m。
里约科罗拉多大桥,1972,林同炎
里约科罗拉多大桥立面示意
整桥的竖向荷载由预应力悬索承担,桥面梁板结构既用于通车,又作为受压构件平衡悬索的水平力,也充分发挥了混凝土的抗压能力,一举两得。
湖南省淘金大桥,1989, 吴琦瑛
1979年国际薄壳与空间结构学会(IASS)的年会上,日本大学斋藤公男(Masao Saito)教授,明确提出了张弦梁(Beam String Structure,以下简称BSS)的结构概念,并研究了其基本受力特性和分析方法。从此,张弦梁开始在建筑结构领域得到应用。
酒田市纪念体育馆,1991,斋藤公男+结构计画
1998年,天津大学刘锡良教授在国内首先开展了对张弦梁的研究,当时取用了日语“张弦梁”的直译名称,沿用至今。
张弦梁结构体系简结、受力清晰、形式多样,充分发挥了刚柔两种材料的优势,具有很广泛的工程应用。
张弦梁的特征
1.自平衡的轴力结构
拱、穹顶等轴力结构虽然效率较高,但支座的水平推力过大,往往成为结构设计的难点。与此相比,BSS结构是自平衡的,减轻了下部结构和基础的负荷。
2.以预应力控制内力
与系杆拱、鱼腹桁架相比,BSS结构最主要的特征是,利用施加的预应力控制上弦受弯构件的弯矩分布,减小构件的截面。 
施加多大的预应力是最优的?这与BSS的形态、矢跨比、预应力偏心等因素有关。下文的算例中,取BSS的梁构件为桁架(高跨比1/60),张弦矢跨比约1/10。
梁的弯矩由三部分叠加:单独受弯时的弯矩、张弦引入预应力后产生的反向弯矩、预应力轴力偏心产生的弯矩,下图中桁架的弯矩以上下弦各自的轴力表示。
 BSS的内力控制
基于梁(桁架)正负弯矩M相等的原则,最佳预应力值约等于1.02WL(均布荷载x 跨度的1.02倍)。此时桁架弦杆的轴力,只相当于单独承载时的19%。注:文献1中另外一个双坡桁架梁的算例,最佳预应力值约等于1.20WL。
一般在方案阶段,也可按F=qL2/8f 来估算预应力(与上文的分析结果相近)。其中,q为结构自重,即预应力值大致抵消结构自重产生的弯矩。考虑到索的张拉时的伸长量,以及受动荷载作用时产生明显的变幅值应力,为确保索的抗疲劳,索的工作应力一般控制在 200~250 MPa。 
3.以预应力控制变形
BSS可通过张拉弦施加预应力消除重力荷载产生的挠度,不必起拱。与其它柔性结构类似,BSS在施加预应力时,梁向上拱起变形,结构形态不断变化。也就是说,结构的零状态(结构放样态)与初始状态(预应力施加完成后的状态)有比较大的差别。通常设计、制作、施工的全过程都以初始态的坐标作为基准值。
利用BSS的变形控制
张拉的方法一般分为“长度控制”和“张力控制”两种类型,需根据结构跨度、节点细部、施工误差的大小、工期、费用等因素综合判断。
由于索结构的非线性很明显,应用时必须加以注意初始位形、初始张力、容许变形量等问题。
BBS的施工方法:无支承式
此外,通过导入和微调张弦的预应力,利用变形控制功能,也有利于施工安装、吸收施工误差。 
4.附加荷载作用下的受力
BSS在结构造型阶段最重要的两个参数是:形状比和刚度比。
 
有学者研究发现,当α=10-3附近时张拉弦的效果显著。随着变小,κ<0.05时,BSS内力和变形急速增长。由此建议,简支BSS设计时,取κ=0.05~0.1且α=10-3~10-4的范围比较合理。
BBS内力和位移随刚度比变化
拱形结构对非对称荷载较为敏感,张弦梁同样如此。当拱梁刚度较小时,在非对称荷载作用下,张弦梁结构的变形和某些部位的应力甚至比全跨荷载作用下还要大。这种情况下需增加拱梁刚度以有效减小结构的变形及拱梁的应力。
 Kempinski Hotel 的张弦梁
此外,对于张弦梁结构的支座水平刚度、非对称荷载、反对称荷载作用、非线性分析、节点设计、施工张拉方式等问题,都比较复杂,需设计人员谨慎研究。
 
张弦梁结构的经典案例
法拉第理工馆,1978
法拉第理工馆是斋藤公男教授设计的第一个张弦梁结构。实验馆是单边约20米的正方形的建筑,屋顶为放射状轮幅形的张弦梁。
结构小模型示意

圆形屋顶等分为32份,张弦结构的上弦为H形钢梁,汇交于屋顶中心的压力环;下弦钢索汇交于下方的拉力环。压力环和拉力环通过竖杆连接,同时也构成了屋顶天窗和吊灯的支架。
 
前桥绿色穹顶,1990
前桥绿色穹顶平面呈长圆形,外观造型明快轻巧。建筑长轴168m、短轴122m,为了实现扁平状的穹顶,采用了BSS结构。屋盖结构对下部结构的水平推力小,使得建筑周边能设置很多大开口通道、门窗。整个3000吨重的屋顶,支承在周边的小钢柱上,由此得到轻盈、漂浮的感觉。
前桥绿色穹顶早期的方案比选
BSS的梁构件为桁架形式,张拉弦在屋盖中部汇集。短轴方向的张弦梁贯通,长轴方向的张弦梁通过中心环而连接、平衡。中心的拉力环同时作为照明灯具支架使用。
关于索内的最佳预张力值,以桁架梁和中心张拉环内的弯矩最小、数值均匀为目标。在径向的68根索端部都设置千斤顶,同步张拉。
前桥绿色穹顶的模型展示
 
浦安市体育馆,1995
日本浦安市体育馆以“翻滚的波浪”为建筑形象,覆盖了两个竞赛场。建筑物的跨度方向,是由空腹桁架构成的两跨连续BSS,跨度分别是66m和42m,共7榀张弦梁沿建筑宽度方向平行布置。外围共6根巨形圆柱,其上为高度为5m的V形支柱支承屋盖。
浦安市体育馆,1995
 
浦东国际机场T1航站楼,1999
浦东机场T1航站楼的建筑外形犹如振翅欲飞的海鸥,项目由法国建筑师安德鲁与华东建筑设计总院合作,于1996年开始设计。
大空间内深蓝色的金属吊顶遮盖住圆弧形的上弦,其下悬垂着一根根白色的腹杆,并以黑色的预应力钢索相串连,充分展现结构的力度。
浦东机场T1航站楼是国内第一次应用张弦梁的大型公共建筑工程。如下图所示,四种跨度的张弦梁,覆盖进站厅、办票厅、商场和登机廊四个大空间,自左向右(R1~R4)的跨度依次为49.3.m、82.6m、44.4m和54.3m。根据各跨结构的特点,设置了不同类型的预应力钢索来维持结构体系的稳定。
R1(左数第1跨)屋盖通过屋面上弦平面内的支撑系统,加强了屋面(类似于圆柱壳面)的面内刚度,全部抗侧刚度由低标高一侧的剪力墙提供,半开敞屋面受风掀的不利性则由跨中设置的抗风索解决。
R2、R3(中间2跨)屋盖,利用幕墙面内设置的钢拉索平衡了高端斜柱与低端的抗侧刚度差异,上弦箱形钢梁中灌注水泥砂浆配重抵抗风吸力,以保证下弦索不松弛。
R4(右数第1跨)屋盖为空间群索稳定体系,结构的侧向刚度和抗风吸全部由倒四棱锥形布置的斜拉群索承担,群索的设置给建筑内部空间带来新意。
索与撑杆连接的索球节点
张弦梁结构上下弦均为圆弧形,上弦构件箱形构件组合而成,竖向撑杆为325mm圆钢管,下弦拉索采用Ф5*241平行钢丝束。
浦东国际机场T2航站楼,2007
浦东国际机场T2航站楼由华东建筑设计总院原创设计,建筑造型与T1航站楼相呼应。主楼屋面横向217m呈连续的波浪形,一气呵成。
航站楼主楼屋面横向217米,跨越了三个混凝土结构单元。屋面钢结构采用三跨连续张弦梁结构形式,最大跨度为89m。
下图点开放大更清楚
Y形柱与连续张弦梁的结合,使得单个张弦梁的以较小的矢高实现了更大的跨度,有效地提升了室内大空间的净高。
连续梁在波谷处为单一箱型截面,波峰处分叉为二肢以配合梭形天窗的开设,并通过平行布置交于一点的腹杆与下弦钢拉杆形成梭形的张弦梁结构。Y形分叉钢柱的使用使张弦梁得以直接支承于柱顶
Y形柱间距18米,则柱顶分叉点间距9米,与间距9米的张弦梁一一对应,省去了托架梁的转换,受力更为直接。
张弦梁整体呈现优美的梭形
结构上,上弦连续钢梁为变截面的焊接箱形截面,从支座向跨中逐渐收小到400x800;下弦采用550级的高强度钢棒,截面直径100~130,以铸钢锚具与上弦及腹杆相连。
Y形柱和斜柱、横向连续张弦梁、柱顶纵向连续梁共同形成了屋盖结构体系,满足竖向和侧向的受力需求。
张弦梁整体张拉成型后,整体吊装
此外,我国的广州国际会议展览中心、哈尔滨国际会议中心、北京全国农业展览馆中心、国家体育馆等也先后采用了大跨度张弦梁结构。

限于篇幅,只简要列一些其它案例的图片。
钢结构屋盖的上弦杆为空间桁架
配以Y字形的撑杆的张弦梁
东京羽田机场T2航站楼
这里简单说明一下BSS平面外稳定的问题。对于上弦杆,通常是利用屋面水平支撑保证其稳定性。对于撑杆和下弦索杆,其平面外稳定性与上弦的曲率有关。
日本兵库县朝来市温水游泳馆
当上弦是平直梁时,类似上图“日本兵库县朝来市温水游泳馆”,下弦的索杆处于不稳定的状态(瞬时稳定),因此需要在撑杆两侧加斜向隅撑或稳定索。
而我们常见的上弦拱起的张弦梁,其撑杆和下弦索杆是处于非线性稳定的状态,撑杆两侧就不需要斜撑了。
斋藤公男教授,被认为是打开现代张弦结构世界大门的人,他的作品包括酒田市纪念体育馆、出云穹顶( IZUMO DOME)、下关市唐户市场等,相关介绍文章请戳“结构大师--斋藤公男”链接。 
张弦结构在桥梁中的应用,请见本次推送的第2篇文章“桥梁中张弦梁--上承式悬带桥”,来源“微桥梁”。

参考资料:
1.钢结构技术总览,日本钢结构协会著,陈以一,傅功义译
2.华东总院机场航站楼钢结构设计实践,周健
3.浦东国际机场T2航站楼钢屋盖设计研究, 汪大绥, 刘晴云, 周健
4.索结构体系、设计原理与施工控制,郭彦林, 田广宇著.
5.张弦结构体系,陈志华著,科学出版社
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广州“3•25”事故调查报告公布,包工头/总包/分包/监理/甲方统
来源:广州市安全生产监督管理局网还在拿
建筑管理
版权归原作者所有
2017年3月25日,广州市从化区在建的广州市第七资源热力电厂项目房屋面防腐板安装操作平台发生高处坍塌坠落事故,造成平台上作业人员9人死亡、2人受伤。
11月3日,广州市安全生产监督管理局公布了事故性质、原因及处理结果。认定,“3•25”较大坍塌事故是一起生产安全责任事故。
一、主要暴露出的问题:

(一)相关有资质企业允许不具备资质个人使用或租借本企业资质承揽工程,主体责任严重缺失。

该项目中,土建工程总承包单位市政集团允许不具备资质个人黎剑锋使用市政集团资质,以市政集团名义承揽土建总承包工程。专业分包单位电白集团将钢结构、机电安装、装饰装修专业分包资质出借给黎剑锋,市政实业违法将混凝土、钢筋、木工劳务分包资质出借给黎剑锋,黎剑锋用来向市政集团承包相关专业工程和劳务分包工程。
而黎剑锋承包钢结构安装工程后又转包给不具备资质个人曾利春。上述企业和个人一味追求经济利益,无视法律法规的有关规定,无视安全风险,出借资质、包上包问题严重,直接造成主体责任的缺失。
2015年9月,黎剑锋在建设单位总经理孟广伦处了解到第七资源热力电厂土建总承包工程项目将要实施招标后,在市政建筑分公司原总经理助理冯文辉介绍下,与市政集团协商,参与了投标工作。市政集团中标后,黎剑锋与市政建筑分公司总经理彭伟海商定,黎剑锋支付挂靠费使用市政集团资质承揽第七资源热力电厂土建总承包工程项目。
2016年1月,黎剑锋与市政实业劳务部经理商定,支付挂靠费使用市政实业资质承揽土建总承包工程劳务分包。
2016年4月,黎剑锋经电白集团副总经理黄伟健同意,支付挂靠费使用电白集团资质承揽土建总承包工程中的钢结构工程以及机电安装和装饰装修专业分包工程。

(二)现场施工安全、技术管理极其混乱。

市政建筑分公司、黎剑锋施工队、曾利春施工队未落实安全生产主体责任,违反法律法规有关规定,备案项目经理长期不在岗,专职安全管理人员配备不足,未对土建总承包工程中所有的危险性较大的分部分项工程编制专项施工方案,落实对现场高处作业区域防护措施严重不到位,私自搭设不符合规范的事发简易桁架操作平台,未为作业人员提供符合标准的个人劳动防护用品并指导其正确佩戴使用,现场施工安全、技术管理及其混乱。

(三)监理单位和建设单位履行职责不力,隐患排查整改落实严重不到位。

监理单位未按照《建设工程监理合同》约定派驻具备资格的总监理工程师全程在岗,也未按约定配备足够的项目监理部人员,而是指定了不具备资格人员代为从事总监理工程师工作,且项目监理部人员与合同约定不一致。
未立即下达整改通知或采取有效措施制止此项施工的进行,未严格督促施工单方落实隐患整改;在施工方不整改继续作业的情况下,未立即制止和向政府有关主管部门报告,放任了事故隐患的继续存在,进而导致事故的发生。

(四)监管制度不到位,基层监督员监管工作流于形式。

一些工作人员存在失职渎职行为,放任事故隐患存在,致使有关单位长期违法违规实施建设。
此外,调查组对有关单位和有关责任人提出了处理意见,包括各级政府官员、建设/设计/施工/监理/劳务/材料等单位责任人全部被予以刑罚或相关处罚。
二、调查报告中涉及建筑企业和个人的严厉处罚有:

(一)追究刑事责任人员17人

其中挂靠方8人,土建施工总分包单位6人,监理单位2人,建设单位1人。
1、个人施工队8人(挂靠方)
(1)曾利春,群众,土建总承包工程项目中钢结构安装工程实际承包方的主要负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(2)黄叶喜,群众,曾利春安排在钢结构安装工程的施工现场管理和后勤保障人员,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(3)杨培军,群众,曾利春安排在钢结构安装工程的施工班组长,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(4)李应宏,群众,曾利春安排在钢结构安装工程的后勤保障和技术人员,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(5)黎剑锋,群众,土建总承包工程项目实际承包人,因涉嫌刑事犯罪,2017年5月19日被市检察院批准逮捕。
(6)朱俊宇,中共党员,黎剑锋安排在土建总承包工程项目的行政负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕,建议所在党组织给予其开除党籍处分。
(7)杨建生,群众,黎剑锋安排在土建总承包工程项目的总工、技术负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(8)李培荣,群众,黎剑锋安排在土建总承包工程项目的副总工,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
2、土建工程总承包单位5人(被挂靠方)
(9)吴锐彬,中共党员,市政集团派驻土建总承包工程项目执行经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化市检察院批准逮捕,建议所在党组织给予其开除党籍处分。
(10)郑志鹏,共青团员,市政集团派驻土建总承包工程项目部安全员,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(11)彭伟海,中共党员,市政建筑分公司党支部书记、总经理、安全生产第一责任人,因涉嫌刑事犯罪,2017年6月20日被市检察院批准逮捕,建议所在党组织给予其开除党籍处分。
(12)冯文辉,群众,原市政建筑分公司总经理助理,因涉嫌刑事犯罪,2017年7月20日被市检察院批准逮捕。
(13)钟学斌,群众,市政建筑分公司市场拓展部经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年6月19日被市检察院批准逮捕。
3、土建工程专业分包单位1人(被挂靠方)
(14)黄伟健,群众,电白集团副总经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
4、监理单位2人
(15)晏有志,群众,广州市市政工程监理有限公司安排在土建总承包工程项目监理部的实际负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(16)曾亮,群众,广州市市政工程监理有限公司安排在土建总承包工程项目现场负责安全的专项监理工程师,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
5、建设单位1人
(17)孟广伦,群众,广州环投从化环保能源有限公司总经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年5月12日被市检察院批准逮捕。
6、事故调查组另建议司法机关对5名监管责任人员追究其刑事责任。

(二)其他单位及人员

事故调查组建议:
对12名企业人员和4名监管责任人员建议给予党纪政纪处分(行政撤职和撤销党内职务2人、行政撤职4人、降级1人、记大过4人、记过5人),其中进行党内严重警告8人;
对1名监管责任人员建议由纪律检查机关进行诫勉谈话;
对3名企业人员建议由企业根据内部管理规定处理;
对3名企业人员和1名监管责任人员建议作出书面检查;
对5家企业、6名人员的违法违规行为分别给予行政处罚。
附件:调查报告全文
广州市从化区广州市第七资源热力电厂项目“3•25”较大坍塌事故调查报告
2017年3月25日7时55分,广州市从化区鳌头镇潭口村在建的广州市第七资源热力电厂项目垃圾储坑厂房屋面防腐板安装操作平台发生高处坍塌坠落事故,造成平台上作业人员9人死亡、2人受伤,直接损失1065万元。
事故发生后,根据《中华人民共和国安全生产法》、《生产安全事故报告和调查处理条例》(国务院令第493号)和《广州市生产安全事故报告和调查处理规定》(穗府办〔2013〕5号)的有关规定,经市政府批复同意,成立了广州市从化区广州市第七资源热力电厂项目“3•25”较大坍塌事故调查组,由市安全监管局局长任组长,市安全监管局、市监察局领导任副组长,成员由市公安局、市监察局、市住建委、市国资委、市法制办、市总工会相关人员组成,并邀请市检察院派员参加。同时,调查组聘请工业与民用建筑、建筑施工、土木工程、化工机械等方面专业的5名专家参与技术原因调查工作。
事故调查组坚持“科学严谨、依法依规、实事求是、注重实效”的原则和“四不放过”原则,依据对事故现场的勘察、专家论证、事故当事人的问询取证和有关原始资料的调查分析,查明了事故发生经过、原因、人员伤亡和直接经济损失,认定了事故性质和责任,提出了对相关责任人员和责任单位的处理建议,分析了事故暴露的突出问题和教训,提出了加强和改进工作的措施建议。
一、事故基本情况
(一)项目基本情况。
1.项目名称和位置。
该项目名称为从化固体废弃物综合处理中心(广州市第七资源热力电厂)项目,地址为广州市从化区鳌头镇潭口村潭口垃圾填埋场南侧。以下简称该项目为“第七资源热力电厂项目”。
2.项目的性质和建设规模。
针对本项目是否属于电力建设工程问题,事故调查组展开调查。经调查,第七资源热力电厂项目由市发改委按照资源利用项目进行立项,项目建设用地规划为环卫用地,该项目土建总承包招标在市公共资源交易中心“房建市政”板块下进行,项目运营主管部门为市城管委,对项目建设施工许可的部门为从化区住建局。据此,该项目的建设工程应属于市政建设工程,非电力建设工程。
项目建成后垃圾处理能力达到1000吨/日(两台处理能力500吨/日的机械式排炉,配套两台12kw的汽轮发电机组;年焚烧生活垃圾36.5万吨,年发电量1.42亿千瓦时)。项目占地面积131153.333平方米,土建建筑面积为29928.17平方米,建设规模1.270803亿元,结构类型为框架剪力墙、钢结构。事发时,已完成工程总量的80%。
3.项目建设单位:广州环投从化环保能源有限公司。
广州环保投资集团有限公司[1](以下简称“广环投集团”)分别得到政府职能部门批复同意建设第七资源热力电厂项目后,委托下属全资子公司广州环投从化环保能源有限公司[2](下称“建设单位”)作为建设单位实施项目招标,负责项目的投资、建设和运营。建设单位主要人员架构有:董事长刘先荣、总经理孟广伦、总工程师肖锦龙、土建工程师李寅春等。
4.项目监理单位:广州市市政工程监理有限公司。
2015年4月22日,建设单位与广州市市政工程监理有限公司[3](下称“监理单位”)双方签订了《建设工程监理合同》[4],由监理单位提供项目及其相关配套工程的全过程监理服务。监理单位的主要人员架构有:董事长孙成、总经理戴飞、副总经理杜志强(分管工程部及各项目监理部),工程部负责人周伟强(各项目监理部安全生产监督责任人)。
5.项目建设阶段的行业监管部门。
建设单位于2016年1月7日向从化区住建局下属事业单位从化区建设工程质量安全监督站(下称“区质安站”)提交了项目建设阶段相关材料,经批准于2016年1月21日监督注册。项目建设过程的日常监督由区质安站负责实施。
6.项目相关总承包单位。
建设单位将项目的工程勘察设计、土建施工、电力安装工程施工分别发包,由4个单位承包。
一是工程勘察设计方面。建设单位于2014年9月30日,与广东省建筑设计研究院(下称“省建筑设计院”)和深圳地质建设工程公司(下称“深圳地质公司”)签订《工程勘察设计合同》[5],由深圳地质公司负责勘察,由省建筑设计院负责设计并制作设计施工图。
二是安装工程(电力)总承包方面。建设单位于2016年4月28日,与中国能源建设集团广东电力工程局有限公司(下称“广东电力工程局”)签订《安装工程施工总承包合同》[6],由广东电力工程局负责相关电力设施设备安装施工。
三是土建总承包工程方面。建设单位于2015年12月28日,与广州市建筑集团有限公司[7](下称“建筑集团”)下属企业集团,即土建工程中标单位广州市市政集团有限公司[8](以下简称“市政集团”)签订了《土建施工总承包工程施工合同》[9](合同盖市政集团的章),具体由市政集团下属单位广州市市政集团有限公司建筑分公司(下称“市政建筑分公司”)总经理彭伟海代表市政集团签订合同,承包范围包括主厂房及附属工程桩基础、垃圾贮坑、灰渣坑基坑支护及相关配套。实际上,市政集团允许不具备资质个人黎剑锋使用市政集团资质,以市政集团名义承揽土建总承包工程。同时,市政集团派出市政建筑分公司人员到项目开展土建总承包管理工作。市政集团主要人员架构有:董事长杨粤黔、总经理张广春,副总经理、总工程师安关峰(分管技术),副总经理何景彬(分管施工、安全管理)、经营部经理刘智强(负责投标、合同审查)等。
7.项目勘察设计情况。
深圳地质公司为项目勘察单位,于2014年12月出具了《广州从化固体废弃物综合处理中心岩土工程勘察报告》[10],该报告主要为地质条件勘察结论,不涉及本次事故发生部位。
省建筑设计院为项目设计单位,主要承担制订项目施工图设计和相关说明文件的工作。经组织专家审查相关图纸认定,未发现事发建筑结构设计图纸存在违反国家工程建设强制性标准的情况。
8.土建总承包工程分包情况。
一是市政集团对土建总承包工程中混凝土作业、钢筋作业、木工作业、杂工等施工的劳务部分实施劳务分包,与广州市市政实业有限公司[11](以下简称“市政实业”)于2016年1月10日签订了《广州市房屋建筑和市政基础设施工程劳务分包合同》[12]。
二是市政集团对土建总承包工程中消防工程实施专业分包,与广东建安消防机电工程有限公司[13](以下简称“建安公司”)于2016年4月21日,签订《消防工程专业施工合同》[14]。建安公司委托黎剑锋作为公司签约代表与市政集团签订该专业分包合同。该工程为黎剑锋控制工程款,由建安公司组织人员施工。
三是市政集团对土建总承包工程中机电安装、装饰装修工程实施专业分包,与广东电白建设集团有限公司[15](以下简称“电白集团”)于2016年4月15日签订《机电安装、装饰装修工程专业施工合同》[16]。该工程实际为黎剑锋使用电白集团资质承包并组织人员施工。
四是市政集团对土建总承包工程中的钢结构工程(以下简称“钢结构工程”)实施专业分包,于2016年4月14日与电白集团签订《钢结构工程专业施工合同》[17]。该工程实际为黎剑锋使用电白集团资质承包,再转包。
五是黎剑锋个人与曾利春个人(黎剑锋和曾利春均无相关资质)于2016年6月签订合同,将钢结构工程转包给曾利春。
9.黎剑锋承揽土建总承包及相关分包工程的经过。
2015年9月,黎剑锋在建设单位总经理孟广伦处了解到第七资源热力电厂土建总承包工程项目将要实施招标后,在市政建筑分公司原总经理助理冯文辉介绍下,与市政集团协商,参与了投标工作。市政集团中标后,黎剑锋与市政建筑分公司总经理彭伟海商定,黎剑锋支付挂靠费使用市政集团资质承揽第七资源热力电厂土建总承包工程项目。
2016年1月,黎剑锋与市政实业劳务部经理商定,支付挂靠费使用市政实业资质承揽土建总承包工程劳务分包。
2016年4月,黎剑锋经电白集团副总经理黄伟健同意,支付挂靠费使用电白集团资质承揽土建总承包工程中的钢结构工程以及机电安装和装饰装修专业分包工程。
10.土建总承包工程开工和工期要求。
土建总承包工程合同工期由2015年12月1日至2017年1月28日。黎剑锋施工队未能按合同工期于2017年1月28日完成。建设单位与监理单位于2017年2月14日组织召开了工地例会(058号)[18],将进度计划和工作时间节点进行了延期调整[19]。
(二)土建总承包工程中钢结构工程基本情况。
1.钢结构工程施工内容。
钢结构工程施工包括1#焚烧炉、2#焚烧炉车间的钢管格构柱、梁及φ325×10联系桁架、钢网架屋架,以及垃圾储坑顶部钢结构、钢网架屋面(板)、屋面防腐板安装等工程。
2.钢结构工程专项施工方案的制订和审核。
钢结构工程属于危险性较大分部分项工程,因此黎剑锋聘请的项目副总工李培荣于2016年7月3日组织编制提交了《钢结构工程专项施工方案》。该方案通过了建设单位组织的专家评审,经监理单位和建设单位确认同意实施。
但该钢结构工程专项施工方案针对的部位是1#焚烧炉、2#焚烧炉车间位置的距离地面高度52.7米的钢管格构柱、梁及φ325×10联系桁架、钢网架屋架,并未涉及垃圾储坑顶部钢结构、钢网架屋面和屋面防腐板部位的施工内容。
经技术专家核查所有项目相关的专项施工方案证实,事发屋面防腐板安装工程并无制订专项施工方案。
(三)事故发生部位施工工程基本情况。
1.事发部位相关工程。
事发部位施工工程主要为第七资源热力电厂钢结构工程中的垃圾储坑厂房钢结构屋面防腐板安装工程(以下简称“屋面防腐板安装工程”)。此外,还有少量人员在同一部位从事消防烟感设备安装工程。
2.事发部位工程现场管理相关单位。
(1)曾利春施工队。
曾利春是钢结构专业分包工程实际承包者,屋面防腐板安装工程属于钢结构专业分包工程内容之一。曾利春承包钢结构工程后,找来以前经常合作的黄叶喜、李应宏、杨培军、闫华彬从事钢结构工程相关管理工作:黄叶喜常驻施工现场从事管理工作;李应宏负责技术、采购和资料,是钢结构工程耗材购买人员、事发操作平台简易桁架的制作人;杨培军负责聘请和组织工人进场施工,是钢结构工程施工班班组长;闫华彬负责工程预算和作为代表与劳务分包人签订劳务分包合同。
(2)黎剑锋施工队。
黎剑锋施工队是土建总承包工程实际控制人。黎剑锋使用市政集团资质承包土建总承包工程后,聘请了朱俊宇、杨建生、李培荣、何红清会同市政建筑分公司在该项目的派驻人员一起开展施工现场管理,其中,朱俊宇担任项目行政主管,负责项目的后勤和相关费用核算工作;杨建生担任项目总工,负责项目生产和技术工作;李培荣担任项目副总工,负责编制管理工程资料和联系钢结构工程;何红清挂名安全员,但实际从事外围市政工程施工员工作。
(3)市政集团。
市政集团将土建总承包工程派出下属分公司市政建筑分公司人员具体实施,其相关负责人有:总经理彭伟海、副总经理苏穗东(分管技术、安全生产)、副总经理戴晓鹏(时任经营部经理)、原总经理助理冯文辉(已辞退)、市场拓展部经理钟学斌、工程和质安部经理尹志权、技术部副经理王雄旭。总承包合同报备的项目经理为姚启源,但实际派出吴锐彬、郑志鹏、程越、黄伟坚4人到项目与黎剑锋聘请的管理人员一起从事项目管理工作:其中吴锐彬为项目执行经理;郑志鹏为安全员;程越曾担任安全员,2017年2月被调离项目部;黄伟坚为资料员。
(4)电白集团。
电白集团作为钢结构专业分包工程合同签约承包单位,仅收取挂靠管理费,未按法律法规规定和施工合同约定建立项目安全管理机构和建立健全安全生产责任制,未组建项目管理机构,未派出专职安全员,未履行专业分包单位对施工现场的安全管理职责。电白集团董事长为陈庆良,负责洽谈挂靠合同事项人员为副总经理黄伟健。
(5)广州市市政工程监理有限公司。
广州市市政工程监理有限公司是项目监理单位。按照建设单位与监理单位签订合同约定,总监理工程师是贺利军,配备21名相关专业工程师。实际上,由于建设单位表示对贺利军业务水平不满意,监理单位副总经理杜志强临时要求贺利军将工作移交给晏有志,由晏有志实际行使总监理工程师职权,而且直到事故发生前一直未按合同约定在该项目配齐专业工程师。
(6)广州环投从化环保能源有限公司。
广州环投从化环保能源有限公司是该项目的建设单位。董事长刘先荣负责全面工作,由总经理孟广伦负责对发包项目安全生产进行协调管理,由总工程师肖锦龙分管工程部和技术工作,由李寅春负责主管工程部有关土建的工作。
(7)市政实业。
市政实业是土建劳务分包合同签约承包单位,与市政集团签订了劳务分包合同后,市政实业未承担任何劳务分包相关的工作,也未派出人员对施工现场进行管理。经查,事发部位并无相关劳务作业,垃圾储坑相关劳务作业于事故发生前已结束。
(8)建安公司。
建安公司是消防专业分包工程承包单位,与市政集团签订了消防工程专业分包合同,由黎剑锋作为建安公司签约代表签字,由建安公司组织人员施工。建安公司派出工程部工程师龙嘉年具体负责消防工程项目的管理工作。
3.施工位置。
发生高处坍塌坠落的事发操作平台位于垃圾储坑厂房屋面已安装完成的钢结构上,距垃圾储坑地面约45.5m,主要用于安装屋面防腐板,而消防工程烟感设备安装也借用该操作平台实施。屋面钢结构南北向长度约71.2m,东西向宽度约30m,共有13榀钢桁架(下称“屋面桁架”)。屋面桁架的跨度为东西向,平行布置,水平间距不均等。
4.施工内容。
屋面防腐板安装施工的主要内容为作业人员站在临时搭设的操作平台上安装屋面的防腐板,事发前已经完成第1列至第7列的屋面防腐板的安装。而该位置消防工程安装施工主要为安装烟感设备等警示装置。
5.施工时间。
据调查,操作平台于2017年3月13日首次搭建,平台作业面标高45.5米。3月16日,屋顶防腐板安装作业正式开始,直至事故发生前尚未完成。
6.事发操作平台的施工方式。
事发的屋面防腐板安装工程是垃圾储坑厂房顶部的钢结构工程施工内容之一,属于危险性较大分部分项工程,并未制订相关专项施工方案。
为确定施工方式,2017年3月初,曾利春施工队的曾利春、黄叶喜、杨培军、李应宏和闫华彬5人集中开会,决定制作简易钢桁架(下称“简易桁架”)和搭设事发操作平台;且为了降低成本,采取局部搭设方式,操作平台随作业位置移动搭设。简易桁架无设计图纸,李应宏在花都三华五金店加工厂购买材料后,在广州宏威钢结构有限公司的厂房内,指导其余4名同乡共同制作,然后由杨培军带领作业人员负责搭建。为适应不同间距的状况,李应宏决定将简易桁架做成活动式,在下弦杆相应位置开缺口,用扁钢代替缺口的方钢,便于拆除扁钢后就可直接搭放在屋面桁架下弦杆上。
(四)事发操作平台基本情况。
1.屋面防腐板安装事发操作平台作业面情况。
事故发生前,现场共有5个完整的、3个拆除或部分拆除的操作平台,以及40榀简易桁架。事故发生后尚有4个完整的操作平台,第8列的部分操作平台上集中堆放着一些竹排和简易桁架。
事发操作平台位于第8列最西侧部位,其尺寸约6.5m×7.0m。该平台顶上的屋面防腐板已安装完毕,第8列以后的屋面防腐板未安装。
2.操作平台构造。
单个操作平台由22-23片竹排和5榀简易桁架组成,各榀简易桁架之间无横向钢构件连系。单片竹排的大小约6800mm×260mm(长×宽),简易桁架长约7000mm,高约370mm。
部分竹排的头尾两端用铁丝与部分简易桁架绑扎铺设于简易桁架上,形成操作平台,搭放在屋面桁架上。搭放使用支座的形式有三种:固定半圆形鞍座、可移动半圆形鞍座和缺口支座。
3.操作平台的使用。
施工作业是从南往北推进,即从第1列向第12列的方向推进,逐列安装操作平台,然后安装屋面防腐板,操作平台周转使用。每列可布置4个独立的操作平台a、b、c、d,操作平台的宽度随屋面桁架水平间距变化,详见表1。
4.简易桁架的构造和使用。
简易桁架长约7000mm,高约370mm,由方钢管构成。上弦杆方钢管规格为40*40*2.0mm,下弦杆和直腹杆为30*30*2.0mm,斜腹杆为30*20*2.0mm。
为使简易桁架可以在不同跨度时均能使用,采用了主要特征为“两半圆四缺口”的可调节跨度的简易桁架:简易桁架的一端为固定的半圆形鞍座,另一端为可移动的半圆形鞍座或缺口支座。1、2、3、4号缺口用两片扁钢借助螺栓螺母与方钢管连接形成下弦杆,打开时形成缺口支座,即1号缺口打开作为支座对应4.0m的跨度;2号缺口打开(1号缺口闭合)适应4.5m的跨度;3号缺口打开(1、2号缺口闭合)适应5.0m的跨度;4号缺口打开(1、2、3号缺口闭合)适应6.0m的跨度;采用可移动鞍座(1、2、3、4号缺口闭合)适应6.5m的跨度。
1、2、3、4号缺口位置对应的桁架单元为梯形或矩形,每榀简易桁架存在4个梯形单元或矩形单元。
(五)事故发生前一段时期相关天气情况。
一是据从化区气象部门提供的气象记录数据显示,事故发生前一周垃圾储坑厂房所在潭口村周边普遍降过雨,事发当天凌晨有阵雨。
据距事发现场较近的民乐中学自动站(楼面)记录,3月19日的降雨量32.5mm,3月20日7.7mm,3月22日2.2mm,3月23日7.1mm。3月25日也即事发当天凌晨,受强冷空气的影响,从化区气温明显下降,并伴有阵雨。民乐中学自动站3月25日凌晨1时33分有降雨,7时34分有降雨,7时-8时的小时降雨量为0.1mm。
操作平台竹排存在吸水增重的情况,高处作业风险高。
二是根据地震部门提供的记录数据,事故发生当日无地质灾害情况。
(六)事故发生当日工作人员情况。
事故发生当日,按照工作安排准备前往高处操作平台作业的有两组作业人员,分别是屋面防腐板安装作业人员和消防安装工程作业人员。其中屋面防腐板安装作业人员有13名,分别是饶龙发、周凌峰、马永洪、张西超、王广升、倪启虎、李文贵、赵泽红、张兴建、杨位祥、宁加友、杨诚和马超;消防安装工程作业人员2名,分别是陈勇华、余宗桦,总共15名作业人员。事故发生时,由于杨诚和马超通过楼梯步行,并未到达作业地点,因此事发时高处操作平台附近仅有13名作业人员。
1.安全带使用情况。当日仅有陈勇华、余宗桦事先佩戴有安全带,其他人员均无事先佩戴安全带,有部分人员的安全带在前一天下班后放置于事发操作平台上,准备在上了平台后再行佩戴。
2.安全技术交底情况。屋面防腐板安装作业人员未见安全技术交底记录。
(七)事故发生经过。
2017年3月25日7时左右,饶龙发等15名作业人员前往工地,于7时20分左右到达垃圾储坑卸料平台,因下雨,作业人员在卸料平台避雨未进入作业场所。
7时45分左右停雨后,除了2名作业人员杨诚和马超通过楼梯步行前往作业地点外,饶龙发等13名作业人员乘坐施工项目人货梯提升至7层楼面,再从7层楼面陆续下落至事发操作平台。他们陆续下落操作平台的位置处于屋面板最低点,是该列屋面板所有下落点中距离施工区域操作平台最近最方便的地方,落差约1.3m,该事发操作平台上集中堆放了前一天从相邻列拆除的竹排。
建安公司作业人员陈勇华和余宗桦事先佩戴好了安全带,登上事发操作平台后,陈勇华将安全带扣在事发操作平台简易桁架上,余宗桦移动到另一块操作平台为陈勇华传递施工材料和工具;屋面防腐板安装作业的部分人员由于前一天下班时他们将安全带放在该操作平台上,未事先佩戴好安全带,他们在到达事发操作平台后再佩戴安全带,站位相对集中。
2017年3月25日7时55分,第1名作业人员余宗桦已经移动到另一块操作平台上正准备给陈勇华递送工具,第2名人员陈勇华在事发操作平台正准备接余宗桦递过来的工具,饶龙发等10名屋面防腐板安装作业人员正在进行作业准备工作,第13名人员宁加友正准备登上事发操作平台,此时事发操作平台发生失稳坍塌。
饶龙发等10名作业人员随平台一起坠落地面,另外3名作业人员宁加友、余宗桦和杨位祥未坠落:宁加友及时抱住上方屋面桁架东西走向的钢管未坠落;余宗桦未在事发操作平台故而未坠落;杨位祥在事发操作平台坍塌前发觉平台摇晃得厉害,及时采取自救措施,向位于平台下方的消防管跳去,因抱住消防管未坠落到地面,但因剧烈碰撞而受重伤。
坠落地面的10名作业人员中:饶龙发等9名作业人员当场死亡;陈勇华因事先佩戴了安全带,坠落过程中安全带卡在竹排上,落地前,因竹排垂直先着地,陈勇华吊在竹排上得到缓冲,落地后仅受轻伤。事故发生时,施工员、安全员、监理员均未在事故现场。
(八)事故发生后现场情况。
1.事发操作平台简易桁架变形情况。
事发操作平台的5榀简易桁架的变形量见表2,其中自编2#简易桁架的变形量最大,达到1110mm。见图2。
5榀简易桁架中最小变形量为650mm,平均变形量为820mm。鞍座内表面存在雨水痕迹和事发时刮蹭的痕迹。
2.事发操作平台荷载情况。
从平台上坠落的作业人员、物料、工具及其数量可知,该平台上的荷载为:
(1)50片竹排,经现场称量并考虑事故前吸收雨水增重的因素,每片竹排25kg~30 kg,50片重约1250kg~1500kg;
(2)11名工人,重约715kg;
(3)5榀简易桁架,重约225kg;
(4)3袋螺栓螺母垫片、可燃气体报警仪、信号线盒,重约100kg;
(5)冲击钻、电动工具7台,小计重15kg~20kg;
(6)手工焊焊条,重约20kg;
(7)其他辅助材料,重约100kg;
荷载合计,重约2425kg~2680kg。
3.事发操作平台坠落地点地面情况。
在事发操作平台垂直坠落下方的水泥防渗地面上,形成一个面积约为5.1m2的撞击损伤区域,它距西边侧墙2300mm~4000mm范围,长度3000mm。在撞击损伤区域内存在大小不等的21个撞击坑,撞击坑的深度20mm~80mm,最大长度约900mm。
坠落的人员中有7名作业人员坠落在单边长度小于3米的倒V形范围内,3袋物料的落点集中,坠落竹排的撞击坑痕迹呈近似直线形态分布,竹排大部分沿东西取向,4榀简易桁架坠地后大体上沿南北取向,且比较集中在靠近西侧垃圾储坑边缘。
4.事发操作平台坠落地点安全带情况。
坠落物中安全带有6套(其中有1套与施工材料一起装在编织袋里),其中5套完整,1套明显受力后断裂。另外,6套中双钩的1套,单钩的5套。
5.事发操作平台兜底和临边防护情况。
操作平台未见兜底安全网、生命绳,未见临边防护,操作平台周围未见安全及限载警示。
(九)事故造成人员伤亡和直接经济损失情况。
1.人员伤亡情况。
事故造成9人死亡,2人受伤(两名伤者均已治愈出院)。
2.直接经济损失情况。
事故调查组依据《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》(GB67211-1986),核定事故造成直接经济损失1065万元。其中人身伤亡后支出的费用948万元,善后处理费用12万元,财产损失价值5万元,其他损失100万元。
二、事故直接原因和事故性质
(一)事故直接原因。
经调查认定,本起事故的直接原因为:用于安装垃圾储坑屋面防腐板的操作平台存在整体稳定性差的结构缺陷;用于组成操作平台的简易桁架存在明显构造缺陷;事发操作平台上的荷载较大且载荷分布不均匀;在雨天环境、人员站位相对集中的情况下简易桁架发生了平面外屈曲失稳,位于45.5m高处的操作平台坍塌,而平台上人员要么未佩戴安全带,要么未正确使用安全带,人员连同物料发生高处坠落导致伤亡事故。
具体分析如下:
1.事发操作平台存在结构缺陷。
(1)作为操作平台重要支撑构件的各个简易桁架之间基本无横向连系,简易桁架上铺的竹排仅有部分首尾与简易桁架绑扎固定,对增加简易桁架间横向连系作用极为有限,各简易桁架独立受力承载,操作平台的整体性差,特别是侧向稳定性差。
(2)简易桁架上铺设的竹排柔性大,竖向刚度不足。当人员走动、搬运材料等振动荷载作用在竹排上面时,竹排振动弯曲对简易桁架产生侧向推力,容易造成简易桁架侧向失稳。
(3)当同一块操作平台的五榀简易桁架中有一榀发生较大变形或侧向失稳时,荷载重新分布,其余四榀的变形将随之增大或随之发生侧向失稳,产生“多米诺骨牌”现象,导致操作平台整体坍塌。
坠落的5榀简易桁架均呈平面外弯曲变形,变形方向一致,印证了上述判断。
2.简易桁架存在明显的构造缺陷。
(1)简易桁架下弦杆的4个缺口由于采用2片扁钢通过螺栓螺母连接,结构完整性差,不满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第2.1.25条[20]主管在节点处连续贯通的要求。
(2)简易桁架的上、下弦钢杆的壁厚为2mm,不满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第8.1.2条[21]壁厚不宜小于3mm的要求。
(3)简易桁架在缺口处未设斜腹杆,缺口闭合后形成梯形或矩形单元,此时缺口处桁架的上弦杆、下弦杆不是纯轴向受力,而是同时承受弯扭、剪切作用,造成桁架的承载能力严重削弱。
(4)简易桁架两端的半圆形鞍座未能与屋面桁架之间形成可靠连接,也未设锁紧或保险装置,一旦简易桁架产生大的变形,就容易从屋面桁架脱落。坠落的事发操作平台中的自编2#简易桁架缺失固定半圆形鞍座,更容易发生侧向失稳,事故中变形也最严重。
3.事发操作平台荷载较大且受力状况不利。
(1)事发操作平台上的荷载较大且载荷分布不均匀。事发前,从另一块平台拆除的竹排堆放在事发操作平台上,竹排因雨天吸水而增加了重量;屋面防腐板安装作业人员在登上平台后为了佩戴安全带集中在事发操作平台的局部位置;平台上还堆放有其它物料和工具。
(2)事发操作平台搭设需要使用简易桁架的跨度为6.5m,是事发简易桁架的最大使用跨度,受力要求最高;而且此时简易桁架4个缺口部位均用扁钢闭合代替方钢参与承载受力,受力薄弱点最多,处于最不利的受力状况。
4.事发操作平台安全警示标志和临边、兜底防护缺失。
经现场核查:一是45.5m高处位置的事发操作平台未设置相关安全警示标志,提醒作业人员小心高处坠落;二是事发操作平台没有设置相关的临边防护和兜底防护,现场未见兜底安全网和临边防护栏杆、扶梯,既无法防止施工物料的飞溅掉落,也无法防护人员失足坠落;三是事发操作平台未设置限载标识,提醒作业人员操作平台的最大荷载和限定允许作业人数,以防止超载情况发生。上述情况不符合《建设工程安全生产管理条例》第二十八条第一款[22]、《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-2016) 第3.0.4条[23]、第6.1.3条[24]、第6.1.4条[25]的有关规定。
5.事发操作平台生命绳缺失且作业人员未佩戴及未正确使用安全防护用品。
经现场核查和调查询问:一是事发操作平台未设置生命绳,高处作业现场没有稳固的位置可挂扣安全带;二是事故中有10人坠落至地面,但坠落现场仅发现六条安全带,而且五条是单钩安全带,作业人员安全带配备数量明显不足,且未按要求配备双钩安全带;三是屋面防腐板安装作业人员登上高处操作平台才佩戴安全带做法错误。上述情况不符合《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80-2016) 第3.0.5条[26]的有关规定。
(二)事故的性质。
经调查认定,广州市从化区广州市第七资源热力电厂项目“3•25”较大坍塌事故是一起生产安全责任事故。
三、事故应急救援处置情况
(一)事故信息接报及响应情况。
3月25日8时4分,市公安局110指挥中心接群众报告,立即通知120、119、安全监管部门到现场处置,同时调出1台指挥车、从化中队3台泡沫消防车、1台抢险救援车,33名指战员前往现场。
8时17分至9时,市政府值班室、市安全监管局分别向相关部门和领导报告事故发生情况;从化区公安分局、120急救车辆、119消防中队赶到事故现场实施抢救工作。
9时左右,从化区及时启动区生产安全事故应急预案,成立了事故救援现场指挥部,指挥救援工作。10时左右,从化区由区委主要领导任组长、区相关领导组成的工作小组,下设安全生产整治、医疗救护、家属安抚、事故调查、舆论引导五个工作组,确保责任明确,落实到人。11时左右,市委常委、常务副市长组织召开事故现场工作会议,成立事故应急处置领导小组,领导小组下设四个工作组,分别为事故处置协调组、事故善后处置组、事故舆情应对组、事故调查组。四个工作组按照分工,有序开展事故应急救援处置工作。
(二)事故现场应急救援处置情况。
在事故现场指挥部的统一领导和指挥下,现场救援处置主要开展了以下工作:
1.现场救援方面。8时48分,从化区消防中队(辖区中队)到达现场,发现受伤群众,消防官兵利用救援工具将受伤人员救出并移交120。
2.医疗保障方面。事故发生当天,“120”医疗急救指挥中心在接到急救电话后,第一时间调度救护车前往现场。自8时8分至8时37分,共派出4辆救护车、19名工作人员到达事故现场进行了抢救。迅速确认死伤人员,并将伤者送往南方医院附属第五医院抢救,进入ICU监护治疗。
(三)医疗救治和善后工作情况。
事故发生后,从化区政府、公安、消防、卫计等部门和企业迅速开展对伤员的抢救和对死者遗体的处理工作,同时马上组织力量对施工现场进行保护,防止次生事故的发生。
一是成立工作组明晰分工。成立了以从化区委副书记任组长的区一级事故善后处置工作领导小组。二是做好安抚接待工作。从化区按照“一对一”原则,每一名死伤者家属均有工作人员进行衔接跟进,妥善安排相关事宜。三是开展上门慰问。对死伤者家属逐一开展上门慰问,加强沟通。目前,伤者已出院,遇难者赔付已经完成。
通过对事故应急处置过程调查,还原应急救援的整个过程和对关键时间及工作节点分析,调查组认为:
事故发生后,政府应急值守到位,应急响应迅速,信息报送及时,现场处置科学,救援措施得当。救援结束后,积极开展卫生防疫、伤亡人员家属安抚和赔付等善后工作到位,实现了无衍生事故,无爆发疫情,无发生群体事件。
四、事发项目工程相关监管单位履行工作职责情况
此建设项目属于市政建设工程,按照监管职责,由从化区建设工程质量安全监督站(下称“区质安站”)对其进行安全监管。
区质安站是从化区住建局下属事业单位,站长为肖晚辉,分管第七资源热力电厂项目的副站长为陈柱高,由原副站长罗勇负责安排人员开展监督,具体为质安站内设机构监督一组负责该项目建设过程的监督工作,组员为孙友根、李英才等。
(1)2016年1月21日,区质安站收到第七资源热力电厂项目建设的报监材料后,为其办理了质量安全监督注册。
(2)2016年3月17日以来直至事故发生前,区质安站共对项目工地检查17次,发出整改(停工)通知书13份,其中停工通知书8份。
(3)区质安站历次发出整改停工通知后,未督促项目按期完成整改,也未确保项目真正实施停工。一是区质安站未组织对限期整改隐患及时进行复查:对区质安站2016年发出的要求限期整改的隐患,施工方统一于2016年12月才向区质安站提交隐患整改报告,区质安站无相关整改复查记录;二是区质安站对项目不落实停工指令情况未采取任何措施:按规定建设项目应及时完成整改并提交书面复工申请,由区质安站审核通过方可复工,经查第七资源热力电厂项目8次停工均无复工申请记录。
五、有关责任单位存在的主要问题
(一)事故企业或单位。
1.曾利春施工队。土建总承包工程中钢结构工程的实际承包人,违法承包钢结构工程[27];没有针对属于危险性较大的分部分项工程的屋面防腐板安装工程编制专项施工方案[28];没有设置符合要求的操作平台[29];未采取措施消除高处作业无生命绳、无兜底安全网等事故隐患[30],造成事故发生,对事故发生负有直接责任。
2.黎剑锋施工队。土建总承包工程项目实际控制人,未依法取得工程建设相关资质证书[31],与市政集团协商,违法参与了市政集团对于项目土建工程的投标工作,违法借用市政集团资质承包了土建总承包工程,承包土建总承包工程后,因市政集团无钢结构、机电安装、装饰装修等专业承包资质,又违法借用电白集团资质承包专业分包;在违法承包钢结构专业分包工程后,又分包给不具备相应资质条件的个人,以包代管,未对分包单位的安全生产工作统一协调、管理[32];放任屋面防腐板安装工程无专项施工方案施工[33];未及时组织消除高处作业无生命绳、无兜底安全网等事故隐患[34],造成事故发生,对事故发生负有主要责任。
3.广州市市政集团有限公司。项目土建总承包单位,允许不具备资质个人黎剑锋使用本企业的资质,以本企业的名义承揽土建总承包工程[35],将包括劳务分包工程、钢结构工程、机电安装、装饰装修专业工程都分包给黎剑锋挂靠的施工单位;派出下属分公司市政建筑分公司到土建项目的人员安全管理不力,未正确履行安全生产主体责任,未严格落实安全生产责任制[36];未严格落实项目经理责任制,安排备案项目经理到其它项目负责工作,致使备案项目经理无法到岗履行职责[37];未按规定为项目部配备足够的专职安全管理人员[38];在未申请取得施工许可证之前,提前开始施工[39];未组织编制屋面防腐板安装专项施工方案[40];未及时督促项目部消除高处作业无生命绳、无兜底安全网等事故隐患[41],造成事故发生,对事故发生负有重要责任。
4.广东电白建设集团有限公司。作为项目钢结构专业分包工程的承包单位,允许不具备资质的黎剑锋使用本企业的资质,以本企业的名义承揽工程[42];在工程施工实际中只收取管理费,未按照法律法规规定和施工合同约定设置项目管理机构,未派出项目管理人员,未履行项目安全生产管理职责[43],对事故发生负有重要责任。
5.广州市市政工程监理有限公司。作为监理单位,未按照《建设工程监理合同》约定配备足够的项目监理部人员,且项目监理部人员与合同约定不一致[44];未按照《建设工程监理合同》约定派驻贺利军全程担任项目的总监理工程师,而是于2015年12月7日后指定不具备资格的晏有志作为总监理工程师负责项目监理部的管理工作[45];对施工单位的违法违规施工行为,未及时有效制止和向主管部门报告[46];对事故发生负有重要责任。
6.广州环投从化环保能源有限公司。作为该项目的建设单位,在未申请取得施工许可证之前,提前要求开始施工[47];在向住建部门办理报建或报监手续时,未提供危险性较大分部分项工程清单[48];对于监理单位派出进场的监理人员不符合合同要求的问题把关不严,在要求监理单位更换总监理工程师后未对新担任总监理工程师人员资格进行审查,同时,对监理单位和总承包单位现场监督不力问题未进行有效督促整改,2017年3月21日,监理单位在例会上提出了钢结构高处作业关于安全兜底网、安全带、现场监督的问题,建设单位参会但未采取有效措施督促监理单位和总承包单位落实高处作业的防护措施[49];对事故发生负有重要责任。
7.广州市市政实业有限公司。项目劳务分包单位,允许不具备资质的黎剑锋使用本企业的资质,以本企业的名义承揽工程[50],对出借资质的违法行为负有责任。
8.广州市建筑集团有限公司。项目总承包上级单位,未严格落实安全生产责任制,对下属单位出借资质等违法经营业务行为失察[51];对下属单位安全生产监督检查以及执行安全生产法律法规督促不到位,对下属单位的违法行为负有管理责任。
9.广州市环保投资集团有限公司。项目建设上级单位,未严格落实安全生产责任制,对下属单位(即该项目的建设单位)未取得施工许可证提前施工,报建或报监时未提供危险性较大的分部分项工程清单等违法行为失察[52];对下属单位安全生产监督检查以及执行安全生产法律法规督促不到位,对下属单位的违法行为负有管理责任。
(二)从化区及从化区有关部门。
1.从化区党委、政府。落实安全生产责任制及监管制度不到位,支持、督促住建部门依法履行安全生产监督管理职责不到位,未及时发现、协调、解决住建部门安全生产监督工作存在的问题,对住建部门安全生产监督工作存在的问题失察失管。
2.从化区住建局。未全面落实对建筑行业安全生产监督职责,对重点建设项目监管不到位,对下属质安站的质量安全监督工作缺乏规范指导,监督检查不到位;对区质安站履行安全监管职责不到位失察。
3.从化区建设工程质量安全监督站。在本次事故前未正确履行职责,未依法依规采取监管措施督促事故单位消除生产安全事故隐患,监管执法不严,监管工作流于形式;存在工作人员收受施工单位礼品礼金、接受吃请等违反廉政纪律规定的行为。
六、对有关责任人员和单位的处理意见
根据事故原因调查和事故责任认定,依据有关法律法规和党纪政纪规定,对事故有关责任人员和责任单位提出处理意见:
一是刑事责任追究方面:
检察机关目前已批准对17名涉嫌犯罪的企业人员执行逮捕;事故调查组另建议司法机关对5名监管责任人员追究其刑事责任。
二是党纪政纪处分和问责建议方面:
事故调查组对18名企业人员和6名从化区党委政府及部门责任人员共24人提出了处理意见。
对12名企业人员和4名监管责任人员建议给予党纪政纪处分(行政撤职和撤销党内职务2人、行政撤职4人、降级1人、记大过4人、记过5人),其中进行党内严重警告8人;
对1名监管责任人员建议由纪律检查机关进行诫勉谈话;
对3名企业人员建议由企业根据内部管理规定处理;
对3名企业人员和1名监管责任人员建议作出书面检查。
三是行政处罚方面:
事故调查组建议对5家企业、6名人员的违法违规行为分别给予行政处罚。
四是其他方面:
事故调查组建议责成广州市建筑集团、广州市环保投资集团、从化区党委政府、从化区住建局作出深刻检查,同时建议对符合安全生产“一票否决”的单位和领导干部落实否决措施。
(一)事故相关单位(35人)。
1.司法机关追究刑事责任人员(17人)。
(1)曾利春,群众,土建总承包工程项目中钢结构安装工程实际承包方的主要负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(2)黄叶喜,群众,曾利春安排在钢结构安装工程的施工现场管理和后勤保障人员,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(3)杨培军,群众,曾利春安排在钢结构安装工程的施工班组长,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(4)李应宏,群众,曾利春安排在钢结构安装工程的后勤保障和技术人员,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(5)黎剑锋,群众,土建总承包工程项目实际承包人,因涉嫌刑事犯罪,2017年5月19日被市检察院批准逮捕。
(6)朱俊宇,中共党员,黎剑锋安排在土建总承包工程项目的行政负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕,建议所在党组织给予其开除党籍处分。
(7)杨建生,群众,黎剑锋安排在土建总承包工程项目的总工、技术负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(8)李培荣,群众,黎剑锋安排在土建总承包工程项目的副总工,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(9)吴锐彬,中共党员,市政集团派驻土建总承包工程项目执行经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化市检察院批准逮捕,建议所在党组织给予其开除党籍处分。
(10)郑志鹏,共青团员,市政集团派驻土建总承包工程项目部安全员,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(11)彭伟海,中共党员,市政建筑分公司党支部书记、总经理、安全生产第一责任人,因涉嫌刑事犯罪,2017年6月20日被市检察院批准逮捕,建议所在党组织给予其开除党籍处分。
(12)冯文辉,群众,原市政建筑分公司总经理助理,因涉嫌刑事犯罪,2017年7月20日被市检察院批准逮捕。
(13)钟学斌,群众,市政建筑分公司市场拓展部经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年6月19日被市检察院批准逮捕。
(14)黄伟健,群众,电白集团副总经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(15)晏有志,群众,广州市市政工程监理有限公司安排在土建总承包工程项目监理部的实际负责人,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(16)曾亮,群众,广州市市政工程监理有限公司安排在土建总承包工程项目现场负责安全的专项监理工程师,因涉嫌刑事犯罪,2017年4月28日被从化区人民检察院批准逮捕。
(17)孟广伦,群众,广州环投从化环保能源有限公司总经理,因涉嫌刑事犯罪,2017年5月12日被市检察院批准逮捕。
2.给予党纪政纪处分人员(12人)。
(18)苏穗东,中共党员,市政建筑分公司党支部纪律委员、宣传委员,市政建筑分公司副总经理,分管技术、安全生产管理工作,未组织研究和协调解决备案项目经理长期不在岗履行职责、项目专职安全员配备不足等问题,对施工现场安全和技术管理缺失等违法违规问题失察失管,未能及时督促项目部排查和消除事故隐患,对事故发生负有直接领导责任。建议给予其行政撤职、撤销党内职务处分。
(19)戴晓鹏,中共党员,市政建筑分公司副总经理,项目确定分包单位期间,时任经营部经理,未能依法履行岗位安全生产管理职责,对分包工程实际承包人资质审核把关不严。对事故发生负有重要管理责任。建议给予其行政降级、党内严重警告处分。
(20)尹志权,中共党员,市政建筑分公司工程和质安部经理,未能依法履行岗位安全生产管理职责,未督促工程项目落实安全生产责任制,未及时纠正备案项目经理长期不在岗履行职责、项目专职安全员配备不足等违法违规问题,未能及时组织排查和消除工程项目事故隐患,对事故发生负有直接管理责任。建议给予其行政撤职、党内严重警告处分。
(21)王雄旭,中共党员,市政建筑分公司技术部副经理,负责主持技术部全面工作,未能依法履行岗位安全生产管理职责,对施工过程缺失专项施工方案的违法违规问题失察。对事故的发生负有管理责任。建议给予其行政撤职、党内严重警告处分。
(22)张广春,中共党员,市政集团党委委员、总经理,未能依法履行岗位安全生产管理职责,对公司专业发包和合同评审审批把关不严,未发现和制止公司出借资质的行为,未能督促检查项目部及时消除事故隐患,对事故发生负有主要领导责任。建议给予其行政撤职、撤销党内职务处分。
(23)安关峰,中共党员,市政集团党委委员、副总经理、总工程师,分管市政集团技术管理与科技创新,未能依法履行岗位安全生产管理职责,对项目部现场施工专项方案缺失等违法违规问题失察失管,未有效督促项目部落实项目技术管理措施,对事故发生负有重要领导责任。建议给予其行政记大过、党内严重警告处分。
(24)何景彬,中共党员,市政集团党委委员、副总经理,分管施工生产、安全管理工作,未能依法履行岗位安全生产管理职责,对项目管理混乱等违法违规问题失察失管,未有效督促、检查项目部及时消除事故隐患,对事故发生负有重要领导责任。建议给予其行政记过、党内严重警告处分。
(25)刘智强,中共党员,市政集团经营部经理,负责公司投标、专业发包和合同评审等审查,对公司专业发包和合同评审的情况审查不严,未发现和制止公司出借资质的行为,对事故发生负有管理责任。建议给予其行政记大过、党内严重警告处分。
(26)肖锦龙,群众,广州环投从化环保能源有限公司总工程师,分管工程部和技术工作,负责土建工程项目管理和技术方案的审批工作,未按规定履行安全生产管理职责,未能及时发现和纠正施工单位违法挂靠、转包行为,未有效督促落实“3•21”监理例会上所提出的钢结构施工作业事故隐患整改,对事故发生负有领导责任。建议给予其行政撤职处分。
(27)刘玉贵,中共党员,建筑集团党委委员、副总经理,分管工程建设、安全生产、质量管理、培训教育、经营活动分析工作,未能依法履行岗位安全生产职责,对项目部承发包管理、施工技术与安全管理混乱等违法违规问题失察失管,对事故发生负有主要领导责任。建议给予其行政记过处分。
(28)杨粤黔,中共党员,建筑集团党委委员、副总经理,兼任市政集团法定代表人、党委书记、董事长,主持市政集团党委和董事会工作,未能依法履行岗位安全生产职责,对本单位承发包管理、施工技术与安全管理混乱等违法违规问题失察失管,对事故发生负有主要领导责任。建议给予其行政记大过、党内严重警告处分。
(29)周卫东,中共党员,广环投集团党委委员、副总经理,负责从化项目和集团安健环部等工作,对本单位安全生产督促检查不到位,未有效督促项目管理部履行职责,及时消除事故隐患,对事故的发生负有主要领导责任。建议给予其行政记过处分。
3.由企业根据企业管理规定处理人员(3人)。
(30)李寅春,群众,广州环投从化环保能源有限公司工程部土建工程师,负责主管工程部中有关土建的工作,对土建工程项目管理和技术文件审查工作,未按规定履行安全管理职责,未能及时发现和纠正施工单位违法挂靠、转包行为,未有效督促落实“3·21”监理例会上所提出的钢结构施工作业事故隐患整改,对事故发生负有管理责任。建议由所在单位与其解除劳动关系。
(31)杜志强,中共党员,广州市市政工程监理有限公司副总经理,分管工程部和项目经理部,明知晏有志不具有总监理工程师资格,仍然指定其为监理项目负责人,实际行使总监理工程师职权;对晏有志向其反映的高处作业事故隐患,未采取措施停止施工单位作业,对事故的发生负有管理责任。建议由所在单位与其解除劳动合同关系。
(32)周伟强,群众,广州市市政工程监理有限公司工程部副经理,各项目监理部安全生产监督责任人,对事发项目监理部管理不到位,未能督促项目监理部按法律法规规定和合同约定落实监理工作,对事故发生负有一定管理责任。建议由所在单位按企业内部管理规定予以处理。
4.作出书面检查人员(3人)。
(33)贺全龙,中共党员,时任建筑集团党委书记、董事长,履行安全生产岗位管理职责不到位,对下属单位市政集团工程项目承发包管理、施工技术与安全管理混乱等违法违规问题失察失管,对事故发生负有重要领导责任。建议责令其向市国资委作出书面检查。
(34)梁湖清,中共党员,建筑集团党委委员、总经理、安全生产第一责任人,主持生产经营管理全面工作,未依法履行安全生产岗位管理职责,对下属单位广州市市政集团有限公司承发包管理、施工技术与安全管理混乱等违法违规问题失管失察,对事故发生负有重要领导责任。建议责令其向市国资委作出书面检查。
(35)刘先荣,中共党员,广环投集团党委书记、董事长、安全生产第一责任人,兼任广州环投从化环保能源有限公司法定代表人,未依法履行岗位安全生产职责,对下属单位安全管理混乱,项目土建总承包违法挂靠等行为失察失管,未能督促检查项目管理部及时消除事故隐患,对事故发生负有重要领导责任。建议责令其向市国资委作出书面检查。
(二)从化区相关监管部门和单位(8人)。
从化区质量安全监督部门(司法机关追究刑事责任人员5人):
(36)肖晚辉,中共党员,从化区质安站站长,因涉嫌刑事犯罪,市检察院于2017年4月24日对其采取取保候审,建议司法机关追究其刑事责任。
(37)陈柱高,中共党员,从化区质安站副站长,因涉嫌刑事犯罪,从化区检察院于2017年4月24日对其采取取保候审,建议司法机关追究其刑事责任。
(38)罗勇,中共党员,从化区市政工程建设管理中心副主任,原从化区质安站副站长,因涉嫌刑事犯罪,市检察院于2017年6月26日对其采取取保候审,建议司法机关追究其刑事责任。
(39)孙友根,中共党员,从化区质安站太平和城区区域的监督员,因涉嫌刑事犯罪,从化区检察院于2017年4月25日对其采取取保候审,建议司法机关追究其刑事责任。
(40)李英才,中共党员,从化区质安站监督员,因涉嫌刑事犯罪,从化区检察院于2017年4月25日对其采取取保候审,建议司法机关追究其刑事责任。
从化区住建部门(给予党纪政纪处分3人):
(41)颜仲冬,中共党员,从化区住建局党组书记、局长,负责主持住建局全面工作。区住建局未全面落实对建筑行业安全生产监督职责,对下属质安站的质量安全监督工作缺乏规范指导,监督检查不到位;对区质安站履行安全监管职责不到位失察。颜仲冬作为住建局主要领导,对事故发生负有主要领导责任。建议给予其行政记过处分。
(42)汤建明,中共党员,从化区住建局党组成员、副局长,分管建筑行业管理以及代管村镇建设管理工作;分管质安站。区住建局未全面落实对建筑行业安全生产监督职责,对下属质安站的质量安全监督工作缺乏规范指导,监督检查不到位;对区质安站履行安全监管职责不到位失察。汤建明作为住建局副局长,对事故发生负有主要领导责任。建议给予其行政记大过的处分。
(43)何智敏,中共党员,从化区住建局建筑业监督管理科科长,负责建筑业监督管理科全面工作。区质安站有关监管人员未正确履行职责,未依法依规采取监管措施督促本次事故单位消除生产安全事故隐患,监管工作流于形式。建筑行业监管科负责监督执行房屋建筑及市政基础设施工程质量和安全文明施工管理的规章制度,对质安站管理、指导不到位。何智敏作为建筑行业监管科科长,对事故发生负有主要领导责任。建议给予其行政撤职、党内严重警告处分。
(三)地方党委、政府(3人)。
1.给予党纪政纪处分人员(1人)。
(44)迟军,中共党员,从化区副区长,分管交通、住建、水务、民防、中心镇、气象等。区住建部门未正确履行职责,落实安全生产责任制和监管制度不到位,未依法依规采取监管措施督促事故单位消除生产安全事故隐患,监管工作流于形式;支持、督促住建部门依法履行安全生产监督管理职责不到位,未及时发现、协调、解决住建部门安全生产监督工作存在的问题。迟军作为从化区分管住房和建设工作副区长,对事故发生负有主要领导责任。建议给予行政记过处分。
2.进行诫勉谈话人员(1人)。
(45)吴林波,中共党员,从化区区委常委、常务副区长,分管发改、统计、教育、政务、信访法制、安全生产和区府办工作。从化区党委、政府及相关监管部门落实安全生产责任制及监管制度不到位,支持、督促住建部门依法履行安全生产监督管理职责不到位,未及时发现、协调、解决住建部门安全生产监督工作存在的问题,对住建部门安全生产监督工作存在的问题失察失管。吴林波作为常务副区长,对事故发生负有重要领导责任。建议进行诫勉谈话。
3.作出书面检查人员(1人)。
(46)蔡澍,中共党员,从化区区委副书记、区长,负责区政府全面工作。从化区党委、政府及相关监管部门落实安全生产责任制及监管制度不到位,支持、督促住建部门依法履行安全生产监督管理职责不到位,未及时发现、协调、解决住建部门安全生产监督工作存在的问题,对住建部门安全生产监督工作存在的问题失察失管。蔡澍作为从化区区长,对事故发生负有重要领导责任。建议其向市委、市政府作出书面检查。
上述人员经司法机关查实不予追究其刑事责任的,建议由相关部门或单位依法追究其行政责任和党纪政纪责任。
(四)建议给予行政处罚的单位(5家单位)。
1.广州市市政集团有限公司。
依据《中华人民共和国安全生产法》第一百零九条第(二)项[53]的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚,并由市住建委按照施工企业诚信综合评价标准处理。
2.广东电白建设集团有限公司。
依据《中华人民共和国安全生产法》第一百零九条第(二)项的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚,并由市住建委按照施工企业诚信综合评价标准处理。
3.广州市市政工程监理有限公司。
依据《中华人民共和国安全生产法》第一百零九条第(二)项的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚,并由市住建委按照施工企业诚信综合评价标准处理。
4.广州环投从化环保能源有限公司。
依据《中华人民共和国安全生产法》第一百零九条第(二)项的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚。
5.广州市市政实业有限公司。
依据《建设工程质量管理条例》第六十一条[54]的规定,建议由市住建委依法给予其行政处罚,并按照施工企业诚信综合评价标准处理。
(五)建议给予行政处罚的个人(6人)
1.杨粤黔,中共党员,市政集团法定代表人、党委书记、董事长,依据《中华人民共和国安全生产法》第九十二条第(二)项[55]的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚。
2.陈庆良,中共党员,广东茂名市人大代表,广东电白建设集团有限公司董事长,依据《中华人民共和国安全生产法》第九十二条第(二)项的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚。
3.孙成,中共党员,广州市市政工程监理有限公司董事长,依据《中华人民共和国安全生产法》第九十二条第(二)项的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚。
4.刘先荣,中共党员,广州环投从化环保能源有限公司董事长、法定代表人,依据《中华人民共和国安全生产法》第九十二条第(二)项的规定,建议由市安全监管局依法给予其行政处罚。
5.姚启源,群众,市政建筑分公司在土建总承包项目备案的项目经理,依据《建设工程安全生产管理条例》第五十八条[56]的规定,建议由市住建委提请住房城乡建设部给予其吊销一级建造师注册证书。
6.何红清,群众,持安全员B证,黎剑锋安排在项目的施工员,建议由市住建委提请省住建厅吊销其安全员证。
(六)其他建议。
1.广州市建筑集团有限公司向广州市委、市政府作出深刻检查。
2.广州市环保投资集团有限公司向广州市委、市政府作出深刻检查。
3.从化区党委、政府向广州市委、市政府作出深刻检查。
4.从化区住建局向从化区党委、区政府作出深刻检查。
5.广州市人民政府及从化区人民政府落实相应的安全生产“一票否决”措施。
七、事故主要教训
本次事故主要暴露出以下几方面问题:
(一)相关有资质企业允许不具备资质个人使用或租借本企业资质承揽工程,主体责任严重缺失。
第七资源热力电厂项目中,市政集团允许不具备资质个人黎剑锋使用市政集团资质,以市政集团名义承揽土建总承包工程。电白集团将钢结构、机电安装、装饰装修专业分包资质出借给黎剑锋,市政实业违法将混凝土、钢筋、木工劳务分包资质出借给黎剑锋,黎剑锋用来向市政集团承包相关专业工程和劳务分包工程。而黎剑锋承包钢结构安装工程后又转包给不具备资质个人曾利春。上述企业和个人一味追求经济利益,无视法律法规的有关规定,无视安全风险,出借资质、包上包问题严重,直接造成主体责任的缺失。
(二)涉事企业和单位无视法律法规,现场施工安全、技术管理极其混乱。
市政建筑分公司、黎剑锋施工队、曾利春施工队未落实安全生产主体责任,违反法律法规有关规定,备案项目经理长期不在岗,专职安全管理人员配备不足,未对土建总承包工程中所有的危险性较大的分部分项工程编制专项施工方案,落实对现场高处作业区域防护措施严重不到位,私自搭设不符合规范的事发简易桁架操作平台,未为作业人员提供符合标准的个人劳动防护用品并指导其正确佩戴使用,现场施工安全、技术管理及其混乱。
(三)监理单位和建设单位履行职责不力,隐患排查整改落实严重不到位。
    监理单位未按照《建设工程监理合同》约定派驻具备资格的总监理工程师全程在岗,也未按约定配备足够的项目监理部人员,而是指定了不具备资格人员代为从事总监理工程师工作,且项目监理部人员与合同约定不一致。监理单位在发现曾利春施工队违规搭设事发简易桁架操作平台进行屋面防腐板安装施工且缺乏高处作业防护措施后,也未立即下达整改通知或采取有效措施制止此项施工的进行,仅仅组织“3•21”监理例会向建设单位和施工方代表反映。而监理单位和建设单位在“3•21”监理例会后,均未严格督促施工单方落实隐患整改,在施工方不整改继续作业的情况下,未立即制止和向政府有关主管部门报告,放任了事故隐患的继续存在,进而导致事故的发生。
(四)属地政府和属地监管部门落实责任制和监管制度不到位,基层监督员监管工作流于形式。
从化区党委、政府落实安全生产责任制和监管制度不到位,未及时发现、协调、解决住建部门安全生产监督工作存在的问题。从化区住建部门和辖区质量安全监督站对于本次土建总承包工程项目未经施工许可就开始施工作业问题、报建报监未提供危险性较大分部分项工程清单问题失察失管。区质安站未依法依规采取监管措施督促事故单位消除生产安全事故隐患,监管工作流于形式,曾多次发出整改通知书和停工整改指令,但并未有效督促该项目按要求实施整改和停工,且未对存在隐患单位作出任何行政处罚;一些工作人员存在失职渎职行为,放任事故隐患存在,致使有关单位长期违法违规实施建设。
八、事故防范措施建议
为全面贯彻习近平总书记重要指示批示精神,落实《中共中央 国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见》,坚持安全发展,坚守发展决不能以牺牲安全为代价这条不可逾越的红线,深刻吸取事故教训,着力强化企业安全生产主体责任,着力堵塞监督管理漏洞,着力解决不遵守法律法规的问题,提出以下建议:
(一)全面自查自纠,强化建设项目安全生产管理工作。
一是市建筑集团有限公司作为全市建筑行业最大的国有企业集团,要建立健全安全生产责任制,要把安全生产责任落到实处,要加强对下属施工企业的指导、管理,要督促本单位和其下所有建设项目切实贯彻落实安全生产管理制度,对于本企业和下属企业承发包管理、施工资质管理、施工技术与安全管理工作要采取切实有效措施进行规范。
二是市政集团、电白集团要落实对工程项目的安全生产管理职责,严禁对施工项目“以包代管”,严禁利用任何形式实施出借资质、违法分包等违法行为,要切实做好项目管理人员、作业人员、分包工程承包人资质、危险性较大分部分项工程专项施工方案、高处作业防护措施等内容的审查工作。
三广州市市政工程监理有限公司,要加强技术管理、安全管理、合同履约管理,要严格按照合同约定履行监理责任,按约定派驻总监理工程师,配备人数足够、符合资质条件的专业监理工程师;要严格履行现场监理职责,对于发现的隐患问题要向施工单位及时下发整改通知或暂时停工通知,督促施工单位迅速完成整改,如施工单位拒不整改或者拒不停工的,要及时向建设单位和主管部门报告。
四是广州环保投资集团、广州环投从化环保能源有限公司,要加强对建设项目相关企业的过程监督,协调、督促各参建单位,包括监理单位、施工总承包单位、施工专业分包单位、劳务分包单位依法履行各自的安全生产管理职责,不得以包代管,要督促检查监理单位依法履行监管职责,发现建设项目存在隐患问题要督促监理单位和施工方进行整改,对隐患拒不整改、拒不停工的情形,要进行严厉处罚并报告政府主管部门。
(二)深刻吸取事故教训,组织事故案例剖析。
由市安全监管局牵头组织全市各安全生产委员会成员单位、各企业集团,集中召开广州市从化区广州市第七资源热力电厂项目“3•25”较大坍塌事故案例分析会议,介绍本次事故发生经过,详细分析本次事故原因以及本次事故中暴露出的问题。各部门和单位要深刻吸取本次事故教训,认真对照事故单位在安全生产监督管理环节存在的漏洞和缺陷,查摆本行业领域生产经营建设过程中存在的问题和不足,严格督促本行业企业落实安全生产主体责任,全面提高本行业领域安全生产管理水平。
(三)健全落实安全生产责任制,确保监管责任到位。
从化区党委、政府和从化区住建部门要牢固树立安全发展理念,把安全生产工作摆在更加突出的位置,切实维护人民群众生命财产安全。要健全并落实“党政同责、一岗双责、齐抓共管、失职追责”的安全生产责任制:党委、政府要及时发现、协调、解决各负有安全生产监管职责的行业部门在安全生产工作中存在的问题;从化区住建部门和质量安全监督站,要强化对本行业企业的监督监察工作,及时采取监管监察措施督促本行业企业消除生产安全事故隐患;各负有安全生产监管职责的行业部门对国有企业在日常监管监察中发现的隐患问题和执行的行政处罚,要及时知会国资部门,由国资部门按国有企业业绩考核规定进行处置。国资部门要加强安全生产管理人员的配备,加大对国有企业违反安全生产法律法规有关规定的业绩考核力度。
(四)树立红线意识,严格督促落实企业主体责任。
由市住建委、市交委、市城管委、市水务局、广州供电局向本行业建设项目印发实施全面落实安全生产主体责任督导检查的工作实施方案。督促各建设项目有关单位(建设单位、监理单位、施工总承包单位、专业分包单位、劳务分包单位)牢固树立红线意识,必须遵守国家法律法规,尤其是要坚决贯彻执行安全生产、建筑有关法律法规的规定。
(五)加强建筑施工现场管理,严格技术安全管理。
市住建委和各区建设主管部门要强化建设项目报建或报监安全技术措施和派驻施工现场管理人员的审查审核工作,对现场作业人员和报备人员不一致的要严肃查处;要严查工程合同履约情况、施工项目配备负责人安全管理人员数量和资质情况、提交危险性较大分部分项工作清单情况,以及相关专项施工方案制订情况,保证施工现场安全生产管理体系、质量技术安全管理体系落实到位,严格执行专项施工方案、技术交底的编制、审批制度,现场施工人员不得随意降低技术标准,违章指挥作业。
(六)强化事故隐患排查整治,切实做到闭环管理。
市住建委、市交委、市城管委、市水务局、广州供电局要督促本行业建设项目有关单位认真汲取此次事故惨痛教训,加大风险管控和隐患排查治理,要建立完善的本单位生产安全事故隐患排查制度,全过程人员签字确认负责,实施全过程“留痕”记录并公示,要实现对隐患的发现、安全管理人员确认、实施整改、完成整改申请、整改效果核查验收、公示等环节的闭环管理,特别是要切实落实隐患整改的验收和公示,确保隐患整改效果并接受全单位的监督。
(七)加大建筑施工监管执法力度,严厉打击违法出借资质行为。
由市住建委牵头,市交通、水利、电力、燃气等行业主管部门配合,组织开展全市施工单位违法出借资质专项执法检查。
各部门要严格落实安全生产监管职责,督促各责任主体落实安全生产责任,对检查中发现的违法行为要立案查处,对发现的违法行为严格按照《建筑法》依法处罚,并纳入诚信体系进行监管,不能只检查不处罚,要严厉打击出借资质、违法转包分包行为,建立打击非法违法建筑施工行为专项行动工作长效机制,不断巩固专项行动成果,确保建筑安全生产监督检查工作取得实效。
(八)完善标准规范,严格高处作业安全培训。
建议市住建委牵头,建立和完善建筑工人高处作业标准规范,建立高处作业人员资格准入制度,高处作业人员必须接受高处作业安全培训,取得高处作业上岗资格后,方可进行高处作业;建筑施工企业要对高处作业人员资格进行严格审查,在作业前组织开展相关安全生产教育培训和技术交底,并对施工现场建筑工人持证上岗负监督管理责任。
广州市从化区广州市第七资源热力电厂项目
“3•25”较大坍塌事故调查组
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从柯布西耶到石上纯也,那些对细柱的极致追求
柯布西耶在《走向新建筑》中提出的 “新建筑五点”,对现代主义建筑具有深远影响。其中第一条便是“首层架空、以柱子支承” 。[ Support of ground-level pilotis, elevating the building from the earth and allowing the garden to be extended to the space beneath.]
▲ 萨伏伊别墅 (1928-1931) ,柯布西耶
1928年,柯布西耶设计了萨伏伊别墅[VillaSavoye],首层架空强化了白色混凝土柱的视觉效果。柱子比古典建筑的巨柱纤细很多。
 
同为现代建筑大师的密斯,则提倡"Less is more" 的空间理念。“少”不是空白而是精简,他追求精致极简的结构。
▲ 巴塞罗那国际博览会德国馆(1929),密斯
巴塞罗那国际博览会德国馆是密斯的代表作之一,建筑本身轻灵通透,内外空间连续流通。柱子罕见地呈十字形断面。我们知道十字形的 “回转半径” 很小,从结构受力的角度讲,它无疑是一根“细柱”了。
▲ 十字形钢柱,巴塞罗那国际博览会德国馆
▲ 范斯沃斯住宅Farnsworth House(1946-1951),密斯,
 
▲ JohnsonWax Headquarters (1939), 赖特
约翰逊蜡制公司,蘑菇细柱与采光天窗的表现
 
柱子在建筑空间中应该如何表达?
前仆后继的建筑师不断地探索、尝试和创新。其中不乏一些案例,追求柱子的精致设计、极致纤细,为我们结构工程师带来了挑战。本文选择了几个经典案例做简要的分析,探讨“细柱”的几种实现方法。
 
    轻    
我们知道,细长柱在压力作用下会容易发生失稳。为了防止失稳,首先要减小柱子的轴压力,即减轻荷载。
妹岛和世+西泽立卫于2009 年设计的蛇形画廊(Serpentine Gallery),展区由细细的柱子支撑着蜿蜒连续的铝板,铝板反射树木、地面和天空的映像,与周围环境形成呼应。
▲2009年蛇形画廊: SANAA
画廊中细柱承受的荷载是非常小的,仅仅为轻质屋面(铝板)的自量,粗略估算只相当于普通混凝土楼面恒活荷载的3%~5%。
而且蛇形画廊属于临时建筑,其使用期间的遭遇大风和地震的概率很小,设计时几乎不考虑水平作用力,柱子不必承受过多的弯矩,因此它比普通建筑的柱纤细很多。
2008年威尼斯双年展的日本馆,建筑师石上纯也设计了一个玻璃盒子覆盖植物。从功能上看,它连临时建筑也不能算,更像是一个装置,有一种摇摇欲坠的感觉。在结构受力方面,水平力完全由玻璃面板来承受,极细的柱子仅支承屋面板的自重。
▲ 2008威尼斯双年展日本馆
建筑:石上纯也,   结构:佐藤淳 
 
    密    
另一个方法是加密柱子布置,进而减轻每根柱子所分担的轴压力。妹岛和世在早期的公园咖啡厅设计中,曾采用1.5米x1.5米左右的柱网来实现细柱。
但在大体量建筑中,加密柱子的方法不太常用,比较成功的案例有赫尔佐格和德梅隆设计的波尔多体育馆。
▲ 波尔多体育馆(2015),赫尔佐格和德梅隆
欧洲地震小,细柱设计更容易实现 
 
 分而治之 
常规的框架柱截面大,除了压杆稳定的因素以外,另一个原因是柱子需要承受弯矩。弯矩一部分由水平力(风和地震)引起,另一部分由与梁柱刚接节点的平衡弯矩引起。从这两点出发,减小柱子内的弯矩,是缩小柱子断面的有效手段。
冼足连结公寓 G-Flat
▲ 冼足连结公寓 G-Flat,2006
建筑:北山恒, 结构:金田胜德
冼足连结公寓 G-Flat实现“细柱”的方法是,将集合住宅的“剪力墙”布置在建筑平面的中央,相邻两个单元的剪力墙方向垂直交错布置,以抵抗各方向的水平力。
▲ 剪力墙垂直交错,细柱布置
剪力墙的抗侧刚度远大于钢柱,因此钢柱分担的地震力很小,几乎可按二力杆设计,截面尺寸可大幅减小。
金泽海之未来图书馆
金泽海图书馆被设计者称为“蛋糕盒子”,长宽高45m×45m×19m,共有3层。幕墙是有着6000个小圆孔的GRC板和阳光板,把柔和的自然光引入室内。
▲ 金泽海之未来图书馆(2011)
建筑:工藤和美+堀场弘, 结构:新谷真人
在幕墙中隐藏了网格状的钢结构,其受力特性类似于框架支撑体系,承担了建筑全部水平地震力。因而,图书馆内部的25根、高达12米的钢柱,仅需承受来自屋顶的重力。为了避免屋面梁传递给柱顶弯矩,柱顶采用铰接节点释放弯矩。
▲  25根高12米的无缝钢管柱
金泽21世纪美术馆
金泽21世纪美术馆是SANAA的代表作之一。圆形的平面,功能性房间布置在内部,而沿着周边则是透明的玻璃立面。以纯白细柱支承屋面,保证了公共空间的明亮和开敞。
▲  21 世纪金泽美术馆(2004), SANAA
普利兹克奖评委会主席洛德·帕伦博(Lord Palumbo)评价SANAA 时所说,“建筑风格纤细而有力,确定而柔韧,巧妙但不过分。”
从平面图上我们看到,在圆形内部空间密布了许多隔墙,墙体内置了较为粗壮的H形钢柱,间距3米(比较密),局部布置钢支撑。
▲  圆形建筑中部为钢框架支撑结构
这些隐藏在墙体内部的框架支撑承受了绝大部分的水平力和竖向力。而暴露在外部的钢柱只承受较小的竖向荷载(屋面自重),因而可以做到纤细异常。
▲  水平地震作用下钢支撑的轴力
直岛 海之车站
海之车站是一个建筑面积600平的轮渡站,屋面为1.6mm的压型钢板轻质屋盖,支承其重量的钢柱是直径85mm的钢管。显然,如此纤细的钢管无法抵抗海风和地震引起的水平力。
▲ 海之车站 Marine Station Naoshima
建筑:SANAA;结构:佐佐木睦郎
在车站开敞的空间中布置有8片纤薄的钢板墙,墙表面是镜面不锈钢。镜面映射周边景色,与环境融为一体,不容易被察觉到。
▲  不锈钢镜面钢板墙 
钢板墙组成:“2mm镜面无缝钢板”+”9mm钢板”
中间为角钢骨架,防止钢板屈曲
 
 预 应 力 
KAIT 工坊
石上纯也设计的神奈川工科大学KAIT工坊,令人印象最深的是细密的白色柱子,建筑轻盈得如隐匿一般。
▲  神奈川工科大学KAIT工坊,2008
建筑:石上纯也、结构:小西泰孝
KAIT工坊最初的构想是树林,没有墙的阻隔,305根柱像树一样错综密布在建筑中,编织成一个有密度、非均质的柔和空间。
▲  KAIT工坊设计概念图
▲  石上纯也在KAIT工坊
12年前,当石上纯也第一次提交自己的设计方案的时候,校方对这个初出茅庐的建筑师充满了质疑:
“这么薄的结构,真得能做到吗?”
“如果真得像你说得简单,为什么没有人做到过呢?”
“空间不实用,有些空间要更大些,有些空间要更小一点......”
建筑设计人员在草图上把空间可能性画出来,然后放入家具,探讨柱子与家具的关系。最终,空间因柱子的分布而生成,建筑被主要分为14个开放的区块,相互独立又融为一体。
▲  放入办公桌椅的空间
 
结构如何实现?
这一直是人们对KAIT工坊最感兴趣的话题。305根柱子当中只有42根是承受竖向荷载的受压柱(钢板62x90mm);其余的263根钢板柱,是施加了预拉力的吊柱(钢板厚度16~45mm,宽度96~160mm),用抵抗水平力。
吊柱的扁钢板朝向都不一样,既可以抵抗来自不同方向的水平力(风和地震),又使人们身在其中看到不同宽窄的柱子变化。
上图显示的为吊柱施加预应力原理,对钢梁预变形、在吊柱内施加预拉力,并控制结构承载后的最终形态。
▲  吊柱与立柱大样图
吊柱上下两端均为刚接,以最大程度地提供刚度;立柱下端与基础刚接,上端与钢梁铰接,以释放节点的弯矩作用。
2009年KAIT工坊项目获得日本建筑学会奖。那一年,石上纯也34岁,成为史上摘得该奖项最年轻的独立设计师。现在搜索神奈川工科大学或是这座大学所在的厚木市,映入眼帘的都是KAIT工坊,可见建筑的魅力非同寻常。
 
 工程师的创新 
除了以上介绍的几种常规方法,工程师也探索出新的方法,例如,利用预应力技术提高柱子的稳定承载力、利用结构体系大变形的非线性刚度等。
▲  重庆龙兴景观大门
建筑:纬图景观、结构:袁鑫
上图的景观大门结构中,柱高最大约10米,最细柱仅60mm。屋面的曲面造型使得钢柱高度不同,结构师正是利用了柱子长度不一的特点,依靠结构大变形后的非线性抗侧刚度抵抗水平力。
▲  曲面造型屋面的钢梁
加大屋面钢梁的抗弯刚度
有利于发挥长短柱的非线性刚度(大变形)
限于篇幅,还有一些有意思的细柱建筑,仅附上图片了建筑名称,供大家欣赏。 
▲  HouseNA, 藤本壮介
▲  LayeredS-house, Saitama
楼梯作为结构承载的主要构件
建筑四角为极细的钢柱
▲  Artinstitute of chicago,2009
建筑设计:Renzo Piano;结构设计:Arup
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正推广的7种新施工工艺,很多施工单位都有参考意义
1、抹灰工程激光贴饼施工工艺
第1 步:楼层清理。
第2 步:地面200 线校核弹设,十字交叉点需清晰可见。
第3 步:红色三角标记。
第4 步:架设激光扫平仪,使投射在楼面上的激十字线中的直线与控制线重合或平行。
第5 步:灰饼点位的确定,根据抹灰厚度,从200 控制线回返,确定灰饼厚度,采用钢卷尺来量取激光十字线中的直线与控制线重合或平行各灰饼端面到该作为基准面的激光面的距离,使各贴固好的灰饼端面到该作为基准面的激光面的距离保持一致即成。
2、屋面防水综合做法
(1) 屋面女儿墙节点做法
1) 女儿墙压顶形成向内不小于5%的排水坡度,其内侧下端做成鹰嘴或滴水槽。
2) 女儿墙泛水处增设附加层,附加层平面和立面宽度不小于250mm,泛水立面卷材防水必须满粘。
3) 金属压条必须压紧防水卷材,固定钉间距500‐800mm。
4) 基层与突出屋面结构的交接处和基层的转角处,均应做成圆弧形,且整齐平顺。
5) 涂膜防水层在女儿墙应涂刷至压顶下,收头处用防水涂料多遍涂刷。
第1步:女儿墙根部圆弧处理
注意:女儿墙必须设置高300mm 导墙。圆弧半径大于5cm、且整齐平顺。
第2步:喷冷底子油
注意:涂刷均匀,无漏涂、透底。
第3步:阴阳角加强处理
注意:阴阳角附加层必须按方案要求形状裁剪,分步施工。
第4步:女儿墙泛水注意:女儿墙泛水附加
注意:女儿墙泛水附加层平面与里面宽度各不小于250mm。
第5步:女儿墙防水施工
注意:女儿墙立面防水必须满粘。
第6步:女儿墙防水金属压条、金属盖板施工
注意:金属压条必须压紧防水卷材,固定钉间距500-800mm,用密封膏封严。
(2) 水落口节点做法
1) 雨水口周围直径500mm 范围内做不小于5%的找坡.
2) 水落口杯的材质及安装应满足设计要求,与承重结构安装牢固并保证水落口上杯口设置在屋面或排水沟最低处。
3) 水落口杯与基层接触处应留宽20mm、深20mm 凹槽,并嵌填密封材料。
4) 防水附加层贴入雨水口内不应小于50mm, 雨水口应采用防水涂膜厚2‐3mm。
(3) 屋面防水材料搭接宽度要求
1) 相邻两幅卷材短边搭接缝应错开,且不得小于500mm。
2) 上下层卷材长边搭接缝应错开,且不得小于幅宽的1/3。
(4) 穿屋面管道上方走道做法
1) 穿越屋面管道部位设置走道,美观大方、使用方便。
2) 基座防水细部做法精细,高度一致,防锈处理要到位。
3、内墙免刷乳漆刮腻子施工工艺
品牌防水防霉腻子粉,性能特点,与普通腻子粉相比,本品具有绿色环保,白度高,耐水性能优异,粘结强度高,施工方便,省工省材料等特点。
▲(1)止水螺杆墙面垫块挖起,螺杆割除,螺杆洞和墙面采用1:2.5防水砂浆修补;
▲(2)墙面基层处理,模板拼缝采用手把式砂轮机打磨;
▲(3)阴阳角护角采用纸砂护角条,第一遍腻子干后批第二遍;
▲(4)用1200#砂纸打磨墙面,最后批腻子压光。
4、对拉螺栓孔防水封堵做法
(1)地下室外墙,用气焊将止水螺栓割除,外用1:1 防水砂浆抹平。待砂浆干燥后,用聚氨酯涂膜防水刷在对拉螺栓孔处,为方便验收防止漏刷分3 种不同颜色涂刷,形状直径为150mm。
(2)地上楼层,将螺栓套管用电锤钻出,清理干净后采用无机发泡灌实,其它做法同地下室对拉螺栓孔封堵一致。
5、后浇带支撑系统
后浇带支撑系统应单独设置(图示中黄色部分);
支架设计时还需注意:
1)模板支架的高宽比不宜大于3;当高宽比大于 3 时,应增设稳定性措施,并应进行支架的抗倾覆验算。步距不应大于 1.8m;顶层步距应适当减小,且不应大于 1.5m。
2)立杆上应每步设置双向水平杆,水平杆应与立杆扣接。
3)立杆底部应设置垫板。
4)可调托座距顶部水平杆的高度不应大于 500mm,可调托座螺杆外径不应小于 36mm,插入深度不应小于180mm。
5)在立杆底部的水平方向上应按纵下横上的次序设置扫地杆。
6)相邻钢管接头不能在同一步之内,相互错开应大于500mm。
在后浇带支撑体系与楼板支撑体系间临时增设一道水平杆,连接后浇带与楼板支撑体系,两端局后浇带边缘长度均不小于三跨,待楼板支撑体系拆除时将临时水平杆拆除。
6、机电预留、预埋
结构施工阶段机电安装工程的预留预埋作业十分重要,预留预埋位置是否精确、工艺是否合理直接影响着在建项目以后的功能性(如防水性能优劣)、适用性(各线盒位置是否方便)乃至安全性(防雷接地是否有效)。
(1) 结构预留孔洞
所有预留孔洞均采用预制周转模板进行留置。墙体、楼板处方形(如风管、桥架)结构留洞采用定型木模,内部进行内撑固定,外侧附加纵横向加强筋进行固定;圆形留洞采用镀锌钢管制作,焊接钢筋提手,涂刷防锈漆。所有模板与混凝土接触面涂刷脱模剂三遍。
(2) 强、弱电预留预埋
现浇混凝土楼板内配管应在底层钢筋绑扎完后,上层钢筋绑扎前进行,墙体配管应配合墙体钢筋绑扎同时进行。预留洞需配合钢筋绑扎进行。电管的预留预埋宜采用工厂预制铁制灯头盒、开关盒、接线盒。预制大样图和现场安装如下图:
预埋管、盒,防止位置偏移,在预埋管或盒用四根附加筋箍起来,再与主筋绑扎牢固。限位筋与主筋用粗铁丝绑扎,不允许电焊主筋。
7、二次结构预制混凝土块
预制门窗过梁
门窗洞口边配砖预制块
预制顶砖三角砖
空调孔预制块
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做建筑的你需要学习结构吗?干货较多,请收藏细品!
结构的表现策略
回顾建筑史,就会发现建筑的结构一直都有着表达自身的悠久传统。随着结构技术难题不断被攻破,以科学合理的结构去支撑建筑物已不是难题,发掘结构技术的美学价值变得更加具有挑战性。随着建筑师们利用结构进行表现的意识和能力的不断增强,他们逐渐将目光投向更加大胆以及更加令人兴奋的结构可能性上,使结构更加主动并且更加充满创造性地与建筑相融合,由建筑的功能需求上升为美学的表达媒介。为实现特定的建筑效果而利用结构进行表现的方式有很多种,本文列举了14种具有代表性的策略。
力的图示
将结构形态按力学图形进行设计,以保证各构件都能最有效合理地受力,使其既真实地反映了力,又具有形态上的美,是结构表现最基本的策略。
在结构表现的先驱者、瑞士工程师罗伯特·马亚尔(Robert Maillart)设计的一系列作品中,基亚索仓库(ChiassoWarehouse Shed,1924)的屋架就以钢筋混凝土结构描绘出了简支梁弯矩图的曲线形态(图1)。
萨尔基那桥(Salginatobel Bridge,1930)利用包络弯矩图形的混凝土板创造出连接两岸道路的充满动感的曲线
阿尔沃桥(Arve Bridge,1937)则以钢筋混凝土塑造了对应剪力变化的X形弹性板支柱,其屹立的姿势有如古希腊的神。
意大利结构工程师奈尔维(Pier Luigi Nervi)诸多作品中的结构构件都极其优雅地表现了荷载的分解和传导,盖蒂羊毛厂(Gatti Wool Factory,1953)的混凝土楼板底部那些具有雕刻特质的肋梁极具视觉冲击力
它们与静载的等应力线是相对应的,为了建造方便,采用了在钢丝网水泥模板中填入钢筋混凝土的做法,同时肯定也考虑了美观的要求。相似的例子是意大利博科尼大学图书馆的礼堂(Aula magna,biblioteca Università Bocconi,1962)和英国剑桥的斯伦贝格扩建大楼(Schlumberger extension building,1992)的肋梁楼板。
法国建筑师爱德华·阿尔伯特(Édouard Albert)设计的巴黎第六大学Jussieu校区(Pierre and Marie Curie University,Campus deJussieu,1965)教学楼,底层以圆截面的钢柱架空,醒目的箱型钢曲梁清晰地对应了简支梁的弯矩变化。尼古拉斯·格里姆肖(Nicholas Grimshaw)与结构工程师安东尼·亨特(Anthony Hunt)设计的滑铁卢国际车站
(Waterloo International railway station,1993),其令人印象深刻的屋架由37榀三铰索桁架拱并列而成,中间的铰点偏于一侧,非对称的跨度为室内高架铁轨的铺设提供了可能,两段索桁架拱分正反两向安置,以形成内外张力空间的对比,受压和受拉构件都是弯曲的,这种被称为“香蕉形”的结构形态与弯矩图相互对应,彼此诠释着对方,无论在室内还是室外,结构形式都一目了然
纪念性
20世纪中期,现代主义建筑进入了一个以裸露的钢筋混凝土为主要材料的结构表现主义时期。通常的做法是将建筑整体形态塑造成饱满有力的巨大体量和棱角鲜明的造型,并赋予一些特定的结构构件以超出常规数倍的尺寸,使建筑物的体量感和重量感以一种直率、坦白乃至夸张的方式呈现出来,体现出强烈的英雄式(heroic)的纪念性。许多粗野主义(Brutalism)建筑可归为此类。
马绍尔·布劳耶(Marcel Breuer)与奈尔维设计的明尼苏达圣约翰大学(St.John's University in Collegeville)奥奎恩图书馆(Alcuin Library,1964),使用了十分粗犷的钢筋混凝土V形支撑(图5)。
相似的例子是布劳耶设计的法国拉戈代(La Gaude)IBM研究中心(IBM Research Center,1961)以及奈尔维设计的巴西利亚意大利大使馆(Italian Embassy,1976)。
美国建筑师威廉·佩雷拉(William Pereira)设计的加州大学圣地亚哥分校(UCSD)盖泽尔图书馆(Geisel Library,1970),为了减少结构构件所占的空间,增加图书馆的室内面积和通透性,并降低造价和维护费用,使用了置于外部的预应力混凝土结构,也造就了其独特的外形与粗野的结构表现。
拉与压的对比
近代以来,随着力学理论的进步和高强度结构材料(主要是钢材)的出现,在结构中同时使用受拉构件与受压构件能够带来结构效率的显著提高,因而应用得越来越频繁。同时,强大的受压构件(塔、柱、桅杆)与纤细的受拉构件(钢杆、钢索)在尺度和应力之间的巨大反差,强烈地刺激着人们的神经。因此,这种结构表现能够产生一种符合时代精神的新鲜的愉悦感。那些巨型人工结构——大跨度的悬索桥和斜拉桥,都凭借坚实的桥塔与纤细的拉索之间的对比,在紧张中呈现着令人痴谜的魅力。
日本建筑师池原义郎(YoshiroIkehara)与结构学教授斋藤公男(Masao Saitoh)合作完成下关唐戸市場(Karato fishery Market,2001)(图12),其屋面一方面由于荷载大而需要较大的厚度,另一方面又不能影响屋上花园向远处观瞻的效果,梁高必须尽可能的小。同时根据结构对盐害的耐久性以及屋顶花园的功能性要求,决定采用由预制混凝土板-钢索张弦梁和斜拉索组成的复合结构,形成了一个跨度44.8m的巨大无柱空间,2.57m高的张弦梁宛如连接在屋面的吊索一样,给人以悬吊结构的印象。设计者“想将‘力的传递’以及‘通常看不见的材料’视觉化。所以在此结构中,尽可能利用预制板的形状把预制的张紧索材作为张弦梁的弦暴露出来(图13),使预制混凝土的强壮(重量感、高耐久性的视觉效果)与弦材、索材的纤细形成鲜明的对比。通过立体的屋面板以及张紧的拉索,给人以紧张感,可以体现出在此劳动的人们的心情”。
动态
解构主义(Deconstructivism)建筑中有许多以动态为特点。在维特拉消防站(Vitra Fire Station)(图14),扎哈·哈迪德(Zaha Hadid)希望这个建筑的功能与结构融合在一起,内部空间与外部空间也融合在一起,于是清水混凝土成为了最终的选择。入口处是显眼的钢筋混凝土雨棚板,长约12m,悬挑约5m,向上倾斜突出锐利的尖角,是“一个警戒的结构”,表现出“动势的凝结”。错落的钢柱、倾斜的墙体和尖锐的交角打破了常见的平衡观念,反映出消防站所具有的潜在动势,单纯的材质和裂解的结构也表现出了一种另类的轻盈,但建筑结构本应具有坚固性和稳定性并没有被故意抹杀。
西班牙建筑工程师圣地亚哥·卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)以一种“能动的建筑”(kineticarchitecture)改变了人们对建筑的意象,他赞赏运动,认为运动就是美。他从身体的特技动作与舞蹈者克服重力的姿势中获得了丰富的灵感,捕捉形变,并将之归入到一个流动的世界中去,但他又能以出色的智慧将这种运动的形态与逻辑的建构方式融合起来,创造出诗意的建筑。运动,无论是直白的还是暗示的,都重新定义、重新构筑和重新激活了结构形态,最后形成永久伫立的结构构件和建筑形制的典范。这种力与运动的对比体现在他设计的一系列桥梁,以及旋转大厦(Turning Torso,2005)(图15)和高速铁路车站(Medio Padana TAV Station,2013)等一系列建筑中。在代表作品密尔沃基艺术博物馆新馆(Quadracci Pavilionof Milwaukee Art Museum,2001)(图16),顶部是一对仿佛能使建筑腾空而起的巨大白色遮光翼,它们会随着光线的变化而开合。
对于这种表现方式而言,若片面地追求外在形象而弃结构性能于不顾的话,则会有矫揉造作或文过饰非的嫌疑。
不稳定
看似违反重力原则的不稳定状态也日益成为当今时代人们的追求之一。常见的一种方式是将普通的稳定形态倒置,变成上大下小的结构;另一种方式是将普通的稳定形态倾斜。这两种方式都依赖于现代结构优越的悬挑能力。
法国艺术家、建筑师克劳德·帕朗(ClaudeParent)在杜什别墅(Villa Drusch,1963)中,将钢筋混凝土的结构框架与地面呈45°角倾斜(图17),并在其中安置了一个玻璃盒子作为起居空间,活泼的形态充分体现了他的“斜建筑理论”(theory of oblique architecture)。
在波尔多住宅(Maisonà Bordeaux,1998)这个设计中,雷姆•库哈斯(RemKoolhaas)提出了一个不寻常的要求:他想让这栋别墅“飞翔”。然而重力无处不在,结构在这种情况下显然是一种阻碍,它是达到这一目的的敌人。常用的以支柱从下方托起建筑物的方式可以很直接地达成目的,但却被认为是不思进取的态度。结构工程师塞西尔·巴尔蒙德(Cecil Balmond)采用了不同寻常的做法:混凝土墙体支撑着荷载并绕过不同的窗洞传递着压力,筒状的方盒子横跨于空中并悬挑而出,偏移的支撑使得其构成看起来就像盒子要被发射入空中(图18)。“整个实体被从传统、以重力为重心的约束中解放出来,它好似能给自己施加力量。将支撑移至平面之外,就形成一个维度的解放。在立面上反转支撑方式,一个上,一个下,则又加上了二度的解放。这两个移动共同作用,使整个实体拥有其自身的动力——其强势给人以不断增加的感觉。从某一个角度看上去,它十分可畏,就像一颗指向外沿的导弹。从另一角度看,它又像一个身陷囹圄的怪兽。无论从何处看,这一构成都是成功的。它充满戏剧性,粗犷,同时令人振奋。”
漂浮
使一个实体升起并漂浮于空中并非新的问题,人们总是希望建筑能够变得更轻盈,形成重力仿佛消失了的样子。在柯布西耶以萨伏伊别墅(VillaSavoye,1931)为代表的系列作品中,厚重的混凝土体块与纤弱的底层支柱之间形成了强烈的对比。拉图雷特修道院(Convent Sainte-Marie de La Tourette,1960)通过将外柱内缩数米的方式实现了楼体的“漂浮”,除了礼拜堂,其余的体量都“轻轻地”搭在山坡上。
在巴塞罗那德国馆(Barcelona Pavilion,1929),密斯·凡·德·罗(Ludwig Mies van der Rohe)用不承重的隔墙和一种近乎自由浮动式的屋顶建成一种完全开放式的结构,一种他所谓的能够“实现自然、人与建筑的高度统一”的结构,体现出一种轻盈的漂浮。在范斯沃斯住宅(Farnsworth House,1951),密斯利用了钢的焊接性能,将楼板架设在几根纤细的外柱间而不是柱头上,给人以柱子贴在楼板上或楼板独立于柱子的印象,造成一种楼板由柱间向外侧悬浮着的错觉。台阶和平台亦然。
巴西建筑师保罗·门德斯·达·洛查(Paulo Mendesda Rocha)以擅长重力而轻巧的建筑著称。1970年大阪世博会的巴西馆(Brazil's pavilion at Expo '70)“有一个混凝土和玻璃制成的露天平台,轻盈腾空于地面之上(图21)。设计没有按照传统的方式在下面放上支柱,而是要求改变项目地点的地形,在三个点与建筑物接触,并起到支撑作用。除非近看,所使用的支柱看起来只是两个表面的连接点,但实际上,这个结构相当复杂,可以应对日本频繁发生的地震,除了正常的垂直荷载以外,还可以经受水平方向的各种力。唯一看上去像是传统的支柱结构具有高度的象征意义的,由两个互相交叉的拱形结构组成,赋予巴西馆唯一的垂直特征。”
对于那些结构艺术家而言,轻巧的结构更是他们一贯及共同的追求。德国建筑工程师弗莱·奥托(Frei Otto)设计的张拉结构构造简单、重量轻且形式优美,开敞的空间与周围环境流线过渡,能呈现出几乎漂浮的状态,参观者身在其中却没有任何束缚感,一直被认为是完美建筑技术的标志。瑞士建筑工程师海恩茨•伊斯勒(Heinz Isler)建造的混凝土壳体纤薄而优雅,它们采用反曲率的办法保持稳定,边缘没有边梁,呈现出如纸或布一般的轻盈感,仿佛能够在完全自然的状态中漂浮一样。例如戴廷根高速公路服务站(Deitingen Service Station,1968)。
如今,钢和钢筋混凝土结构优越的跨越能力和悬挑能力,使人们对漂浮的追求变得越来越容易实现,加之审美观念的变化,建筑形式也普遍具有由稳重而渐趋轻巧的倾向。但事实上,建筑物总是很重的,它们从来不是真的轻,人们只是喜欢这种事物的双重性:视觉上的轻盈与真实的重量之间的对立。
令人惊奇
能够令人惊奇并产生新鲜感的结构现在变得更受欢迎。主要的操作方法就是将结构变得不寻常,例如混淆结构构件与非结构构件的差别,或者将一部分结构构件予以表现而隐匿另一部分重要的结构构件,最终使结构的传力路径变得不那么明朗。
瑞士建筑师克里斯蒂安・克雷兹(Christian Kerez,1962~)追求一种“不确定的确定性”(Uncertain Certainty),试图从“单纯”的结构中创造出动人的空间。在他与结构工程师约瑟夫·施瓦茨(Joseph Schwartz,1957~)合作的劳琴巴赫学校(Leutschenbach School,2009),悬挑的混凝土楼板将建筑划分为六个清晰的结构层,其中二三四层的教学区和顶层的体育馆分别由两圈独立的桁架支撑,在外观上清晰地表现出来,但令人无比困惑的是整个建筑仿佛坐落在被压扁了的底层空间上,而顶层的大空间又漂浮在结构从立面“消失”了的第五层之上,这完全不符合结构逻辑,上下完全不对位的外部结构形态更是加剧了这种矛盾(图25)。
只有通过仔细的观察才能发现其中的奥秘:底层是依靠内部的6个三角支柱负担起整个建筑重量,支撑着上部2道主要的纵向桁架以及与之相连的4道周边桁架,它们的高度均为三层。第五层结构是将不对称的2道横向桁架退缩入内部空间,支撑着顶部体育馆的4道桁架。
在这个建筑中,建筑师以不可阅读的结构形式,打破了人们根据外露结构构件推断整个结构体系的常规逻辑,从而使整个建筑呈现出一种神秘的冲突感,而外部表现与内部结构的反差,更是令人们感受到一种莫名的刺激。
在接近结构极限的地方使用一些小“花样”,即利用精妙的手法将真实的力学关系掩盖起来,令其以出乎意料的方式呈现,是一种特殊的结构表现方式。这对建筑师与结构工程师的水准有相当高的要求,因为建筑师必须对选择的结构形式所能达成的视觉和空间效果拥有准确的理解和把握,而结构工程师必须具备清晰的力学意识和创新能力,非常规的结构体系也会给计算和建造带来相当大的麻烦。如果处理不当就不能得到预期的效果,或者会呈现出一种玩世不恭的轻浮感,甚至产生安全方面的隐患。
装饰性
结构并非只能作为建筑的实用性构件而存在,它也可以作为装饰性构件。将结构作为装饰性构件而加以表现的方式可以大致分为以下三种:
结构既表现出装饰性,又表现出力学特性;
结构表现出装饰性,而不明显表现其力学特性;
结构表现为装饰性元素,但在力学上并不是必需的。
在一些最优秀的作品中,结构的力学表现与装饰性往往是统一的,早期结构大师们创造的那些结构艺术作品大都如此。在建筑师手中,结构的装饰性往往表现得更强烈一些。弗兰克•劳埃德•赖特(Frank Lloyd Wright)就将当时在工业建筑中广泛使用的、受力性能卓越的无梁楼盖结构发展为造型活泼的蘑菇状柱结构,并在之后受到了众多建筑师的模仿和致敬,例如詹姆斯·斯特林(James Stirling)设计的施图加特新国家艺术馆(Neue Staatsgalerie,1984)画廊以及伊东丰雄(Ito Toyo)设计的国立台湾大学社会科学院(College of Social Sciences,NTU,2013)阅览厅。这是第一种情况,亦是最理想的状况。
在大多数建筑师眼中,形式是第一位的,结构的力学逻辑虽然得到表现,但它们都服从于形式,隐藏于形式之中。IzquierdoLehmann Arquitectos建筑事务所设计的泉水大厦(Edificio Manantiales,1999)采用了不对称的平面布置,使用的是钢筋混凝土框架梁柱+偏置核心筒结构,为了抵抗地震运动引起的扭转变形,又要避免使用粗大笨重的抗震结构,于是引入了一个渐变的外框柱+斜撑体系,将反映了应力集中程度的结构构件转化为活泼的外立面装饰构件。
赫尔佐格与德梅隆建筑事务所(Herzog & de Meuron Architekten)设计的东京青山普拉达旗舰店(Prada BoutiqueAoyama,2003),在基础中采用了氯丁橡胶支座进行隔震,以保证立面上挂满菱形玻璃的钢结构外框构件具有纤细的尺寸,并与水平楼板和管状转换间一起组成一个能够抵御地震的刚性笼状结构。同时,钢结构对外部呈现为黑色而在内部被漆成白色,以尽量减少其对光线和视线的阻碍,这样就使结构得到了最大限度的消解。无论白天还是夜晚,整座建筑都如水晶般晶莹剔透,像一个三维的展示橱窗。
这两个较成功的实例属于第二种情况。
严格意义上属于第三种情况的是那些将结构完全作为附属装饰物的建筑,它们可以说是违反了结构的基本伦理,既造成了浪费,又形成了虚假的表现。
在高技派建筑师和卡拉特拉瓦等人的许多作品中,结构的装饰作用显得较为突出。一个较为极致的例子是理查德·罗杰斯(Richard Rogers)和伦佐•皮亚诺(Renzo Piano)与Arup的结构工程师特德·哈珀德(Sir Edmund Happold)和彼得·莱斯(Peter Rice,1935~1992)合作设计的巴黎乔治·蓬皮杜文化艺术中心(Centre Georges Pompidou,1977)。整个建筑物由两排28根间距为48m的圆形充水铸钢管柱支承,2.4m高的华伦式(Warren)桁架大梁相互平行,跨越了45m的空间,以铰链销为轴固定在精心制作的“戈贝尔”(Gerberette)铸钢牛腿内端,外侧以竖向系杆提供的反力加以平衡。铰接的轻质钢拉杆组成交叉支撑,以增强结构刚度——此法早在1851年建造的水晶宫中就已采用。所有的结构要素:梁、柱、牛腿、接头和拉杆,都不加遮掩地暴露在立面上(图29)。
实际上,如果将桁架大梁直接连接到柱上,则柱所受的力要比上述布置小25%,因此,这种结构布置并非真正具有结构技术上的意义,而是为了结构构件的可视化表现。这是介于第一种与第三种之间的情况,其做法是否合理存在一定争议。
对历史和文脉的回应
现代建筑的结构设计能从历史当中获得重要的启发,这其中包括对建造技术的学习借鉴,也包括对建筑形式与文化艺术形式的回应。
在关注历史与古典精神的现代建筑师中,路易斯·康(Louis Kahn)是重要的一位。他认为可以在历史中找到纪念性建筑的出发点,并且通过新技术来赋予它们现代性。他还特别提到了纪念性建筑所需要的“精神品质”首先应该到哥特建筑的“结构骨架”和罗马的穹顶、拱顶和拱券这些已经在“建筑史上留下了深刻烙印”的形式中去寻找。在耶鲁大学艺术画廊(Yale University Art Gallery,1953),顶棚的处理在设计概念中是非常重要的,康重新提出了毫不隐瞒结构承重作用的古老概念,使顶棚上连续的三角形拱肋以一种类似于罗马拱顶的方式暗示了下面的空间变化,同时以这样有秩序的方式暴露并解决了结构和设备的问题,成功地把建筑变得和他在罗马看到的一样基本和永恒。
米兰的维拉斯卡大厦(TorreVelasca,1958)矗立在历史街区中心,20根极其醒目的钢筋混凝土异形柱沿着建筑物的外表面向上延伸,由竖直而向外倾斜再竖直,支撑着顶部6层扩大楼体的悬臂楼板,在外观上与附近的米兰大教堂(Milan Cathedral)上无数装饰性的哥特式尖塔遥相呼应。
槇文彦(Fumihiko Maki)与结构工程师木村俊彦(Toshihiko Kimura)设计的藤沢市秋葉台文化体育館(AkibadaiCulture and Gymnastic Hall,1984),主厅的屋盖支承在两道平行的巨型钢桁架拱上,屋面覆盖着不锈钢薄板,其形式显然并非源自最简单高效的原则,但却极佳地将建筑与结构融为一体,传递了一个强烈的象征意义,让人想起古代日本武士的头盔(图31)。
即使是以表现高技术与新理念为重的高技派建筑师们也并未忽略对历史的尊重。诺曼·福斯特就擅长将看似对立的传统与现代结合起来形成互补的状态。东京世纪大厦(Century Tower,1991)是其事务所设计的第一栋地震区的建筑物。对于抗震建筑物来讲,最常用的结构形式是门式框架,因为这样可以使梁(而不是柱子)超限变形而形成塑性铰,从而消耗地震能量,避免建筑物倒塌。而如果想获得开敞的楼面布置和大面积窗口,就需要更加粗大的梁和柱,这将是既不经济又非常难看的。鉴于此,进行结构设计的Arup的工程师们构思了新颖的结构减震体系——选用一种跨越两层层高和整个建筑物宽度的巨型箱型截面偏心支撑框架(EBFs)。框架的大小与形状主要取决于延性连梁的长度:短的连梁易遭受剪切破坏;而长的连梁却易遭受弯曲破坏,最后选择了9m的最适宜的连梁长度。这个结构尺度也符合建筑师们对外立面的构想——它暗示着日本书法毛笔字的一笔一划(图33)。
对宗教和情感的召唤
宗教历史上大多数最重要的教堂都代表着当时结构技术的最高成就。在近现代,在结构中表现宗教精神的建筑仍不乏其例,例如安东尼奥·高迪(Antoni Gaudi)设计圣家族大教堂(Sagrada Família,1922)和西班牙建筑工程师菲利克斯·坎德拉(Félix Candela)设计的圣安东尼教堂(Iglesia de San Antonio de las Huertas,1956)等等。丹下健三(Kenzo Tange)与结构工程师坪井善勝(Yoshikatsu Tsuboi)设计的东京圣·玛利亚教堂(Saint.Mary’sCathedral,1964)和彼得罗·贝鲁奇(Pietro Belluschi)与奈尔维设计的旧金山圣母升天大教堂(Cathedral of Saint Mary of the Assumption,1971)具有相似的结构——它们的屋顶都是由八片双曲抛物面壳体向上升起,并在中央形成一个十字形的光带,完美地融合了传统的天主教信仰与现代结构技术。
伊朗裔美国建筑师法里波茨·萨巴(Fariborz Sahba)设计并主持建造的新德里莲花教堂(Bahá'í House of Worship/Lotus Temple,1986)平面为九边形,外部由三层共27片花瓣状的混凝土壳体围合,并覆以白色的大理石面层,内部是一个带拱肋的混凝土穹顶,整个建筑形态仿佛一个半开的莲花,象征着和平与安宁(图35)。
去除了多余装饰的现代混凝土结构在此处高度还原了传统宗教建筑的空间和细部特征,旨在创造一个没有仪式、没有教派、不分肤色的纯净宗教空间。这些宗教建筑都以大尺度的结构体表现出一种与生俱来的崇高神性。
德国GMP建筑事务所(Gerkan,Marg and Partners)设计的汉诺威世博会基督厅(Christ Pavilion,2000)使用了钢、混凝土、玻璃及大理石等材料,结构全部由简单明快的十字形构架组成(图36)。
曼哈特·冯·格康(Meinhard von Gerkan,1935~)借鉴了许多哥特式建筑原型:向上的支撑、结构元素的纤薄、墙壁连续性的瓦解,并将它们重新阐释,转化为现代建筑语言。基督厅一方面具有物质和科技世界的象征:九根细长的十字形钢柱支撑着屋顶,清晰的结构和严格的承重体系都可以被看作是理性的表达;另一方面,其光线效果又把建筑变成了一个明亮的结构,成为一种超越物质和科技世界,深入到精神世界的高贵象征。
在德国舒尔茨建筑事务所(AxelSchultes Architects)设计的柏林鲍姆舒伦维格火葬场(KrematoriumBerlin-Baumschulenweg,1999),29根巨大而光滑的混凝土圆柱零散地分布在吊唁大厅中,仿佛飘荡着的亡魂,光线出人意料从柱头与屋顶交汇处的环形空洞中进入。在这里,通常的荷载传递方式被改变,结构的尺度也必然不是出自力学上的必须,而是为了调节氛围,这使得整个空间呈现出一种深沉的纪念性(图37)。
相似的例子是由日本建筑师古森弘一(Koichi Furumori)设计的明圆寺纳骨堂(Myoenji Columbarium,2014)。
在丹尼尔•里伯斯金(DanielLibeskind)设计的柏林犹太人博物馆(Jewish Museum Berlin,1999),截面大小与形状各异的混凝土构件以不同角度倾斜着,凌乱地穿插在通往上层展厅的狭窄楼梯井上部,似乎在极其困难地维系着建筑的两个部分(图38)。
尽管也在一定程度上起到了支撑外墙的作用,但这些令人感觉不安的结构构件主要还是扮演着承载了许多象征性含意的角色,包括德国犹太人所经历过的错位和恐惧,以及为重获自由所作的艰辛努力。
对自然物的模拟
人类最早就是从对自然结构的模拟当中了解到结构原理并掌握了结构技术的,近代以来,这一进程更是得到了长足的发展。亚马逊河上的巨型维多利亚睡莲(Victoria amazonica)有着径向交叉肋加强的膜结构,它强烈地吸引着许多建筑师,他们对如此美丽而坚实的枝状肋条能在下面支承直径大于1.5m的睡莲叶子有着浓厚的兴趣——其中也包括帕克斯顿(Joseph Paxton)。水晶宫的钢-玻璃结构就在此启示下诞生。
在吉奥·庞蒂(Giò Ponti)与奈尔维设计的皮瑞利大厦(Pirelli Tower,1960),结构所依据的强度原则也是从大自然推演得来的,它是以一棵大树为蓝本,作为主要竖向承重结构的四根巨柱自下而上不断地变得越来越细。联合国教科文组织总部会议厅的折板是最有特色的结构之一,对此,奈尔维研究了贝壳、昆虫和花托的波形表面,他似乎可以将大自然中那些秋毫之末的奇妙的完美都按结构上、美观上同样的特质转移到自己的作品中来。
卡拉特拉瓦在早期的多伦多艾伦·兰伯特广场(AllenLambert Galleria,1992)中已开始使用“树”作为结构表现的意象。里斯本东方车站(Oriente Station,1998)站台钢结构顶棚的构件截面都是I形,具有哥特风味的白色主拱肋向顶端逐渐弯曲并变细,圆滑的肋拱加腋节点与锐缘而纤薄的截面使人联想起棕榈叶,整个顶棚远远望去宛如一片棕榈树林,在厚重的混凝土拱形结构底座的映衬下,显得轻巧而异常精美(图39)。
卡拉特拉瓦还经常使用结构形态来再现人体(anthropomorph)和动物(zoomorph)的形象。在维伦高级中学(Wohlen High School,1988),入口雨棚的肋梁从圆形截面的主拱圈挑出,恰似肋骨与脊柱的关系(图40)。
图书馆屋顶则由4个各边不等高的双曲面混凝土壳向中心汇集于一点,支撑在一根梭形钢柱上,覆盖着一个两层高的空间,自然光沿着边缘的缝隙洒入,卡拉特拉瓦将这个屋顶想象为一本翻开的软皮书,或者飞鸟伸展的双翼。在圣•埃克苏佩里火车站大厅(Gare de Saint-Exupéry,1994),一个脊柱般的的钢拱桁架跨越了整个建筑,拱推力通过拟兽形的扶壁传给基础,屋顶强劲的两翼从拱架中悬挑出来,又仿佛鸟或蝴蝶在飞翔(图41)。
特内里费礼堂(Auditorio de Tenerife“Adán Martín”,2003)的各部分会让人联想到骨骼、翅膀和喙,而其总体印象则是一只栖息在海边的巨鸟(图42)。
GMP建筑事务所与施莱希&贝格曼事务所(Schlaich Bergermann)合作设计的施图加特机场3号航站楼(Stuttgart Airport Terminal 1,1991),屋顶以18簇独特的树形结构(dendritic structure)为竖向支撑,将荷载从48个井格梁节点按48-12-4-1的方式分四级汇聚,经由逐级变粗的管状分支构件向下传递至基础(图43、图44)。其结构在避免弯曲应力的同时实现了大跨度,效率很高而又富于表现力,成为这个航空建筑独有的特点。
透明性
早在建设哥特式大教堂的年代,对石造结构的极限追求就已经开始令建筑师们对透明性的想法深深着迷了。近代以来,新兴的钢铁和玻璃等材料所引发的对建筑透明性的向往也一直都没有停止过,其发轫之作正是水晶宫:“水晶宫由网格构件组成,它产生了平行与斜交的透视线,随后消失在透明的光雾之中。”自此,透明性成了近现代建筑的一个重要议题和典型特征。
争取最大限度的透明性——亦即争取最多的自然光——意味着尽量减少结构构件的投影面积,常用的办法是将结构构件做得尽可能纤细,或者将结构体做成某些特定形式。依赖于先进的玻璃制造技术、金属加工技术和高超的结构技术,现今的建筑已经能够在确保安全的前提下,使用大面积的玻璃幕墙,同时又不会因林立的钢支撑和钢索丧失其透明性。
菲利普·约翰逊(Philip Johnson)设计的水晶教堂(Crystal Cathedral,1981)将超过10 000片银色镀膜玻璃用硅酮胶粘贴在一个巨大的立体网架上,形成了一个几乎完全透明的结构,网架特别采用了单向的下弦布置以尽量减少交叉杆件对光线的阻碍(图48)。
对光线与透明感的处理是让·努维尔(JeanNouvel)的作品中不断涌现的主题。在阿拉伯世界研究中心(Institut du Monde Arabe,1987),狭窄的西立面上使用了水平的弗伦第尔桁架,使视线在转角处得到通透,弯曲的外弦提供了一种半透明的柔和感。南立面则以格构式大梁——而非实心箱型梁或I形钢梁——为支撑,杆件的通透性与复杂性进一步衬托出了外表面玻璃幕墙的透明性与华丽感。精致的组合结构构件与追求的建筑效果在此保持了高度的一致。贝聿铭(Ieoh Ming Pei)与结构工程师罗格·尼科莱(Roger Nicolet)等设计的卢浮宫玻璃金字塔(Pyramide du Louvre,1989),其复杂的结构体系使用了6 000根杆件和超过21 000个节点。尽管从一些角度上观察,数量庞大的杆件和节点显得比较零乱,但因为其采用了高透明度的玻璃和精巧的不锈钢构件,所以在为博物馆的地下空间提供宝贵光线的同时,还以最小限度的体量感和最大限度的透明性表现了对卢浮宫历史建筑的高度尊重(图49)。
莱比锡国际展览中心玻璃大厅(LeipzigInternational Exhibition Center Glass Hall,1996)的拱顶结构完全为自承重,外部设置了10道间隔约25m的桁架拱以增加风雪荷载作用下的刚度,用爪件固定的无框玻璃使这个巨大的室内空间显得虚无缥缈(图50)。
这座世界上最大的玻璃大厅代表了20世纪末玻璃与钢结构所能达到的技术水平。
理查德·罗杰斯建筑事务所(RRP)设计的波尔多法院(Palais de justice de Bordeaux,1998)中,拱和张弦梁的组合、纤细的柱子、斜拉杆和屋顶桁架共同组织成一个轻盈的屋盖,使内部空间得以全面解放。而玻璃的大量使用让建筑内外视线贯通,既能融入包括对面巨大的哥特式教堂和一段中世纪城墙在内的历史环境,又以整体的透明感营造出公众对当地司法系统的正面认知。
除了重量和刚度方面的差别,较晚出现的透明膜材有着与玻璃类似的效果。但轻型的膜结构使其所能达到的视觉透明性与结构清晰性更胜一筹。早期的著名实例是由建筑师冈特·贝尼施(Günter Behnisch)与弗莱·奥托设计的慕尼黑奥运会主体育场屋顶(Roof for Olympic Stadium,1972)(图51)。
近年出现的ETFE膜则带来了更多的可能性。还存在一类特例,比如由弗莱·奥托与哈珀德公司(BuroHappold Engineering)合作设计的慕尼黑动物园大型鸟舍(Aviaryat Hellabrunn Zoo,1982)。由于建筑师的方案构想是“一个像云朵似的建筑物”,因此在能承受雪荷载的同时,其内部的结构障碍物应尽可能地少,并且外围结构要允许小鸟和风自由穿过。建筑师与结构工程师不断交流和沟通彼此的想法并同步进行优化,采用了与该动物园别处某些兽笼相同的波纹不锈钢网,建成了一个能同时满足建筑和结构强制要求条件的网状结构(图52)。
勒·柯布西耶曾经强调:“建筑历史就是一部为了光而奋斗的历史。”但数个世纪以来,光与重力引起的障碍之间的战斗难解难分,结构技术就在这种推动力下不断前行。从罗马万神庙到圣索菲亚大教堂,从哥特式教堂到亨利·拉布鲁斯特(Henri Labrouste)设计的法国国家图书馆(Bibliothèque Nationale de France,1868),高超的结构技术一直都和光存在着不解之缘。
在结构艺术家的作品中,结构与建筑一体化的曲面更是为光线的入射及反射提供了无穷无尽的变化。在坎德拉设计的圣莫妮卡教堂(Capilla de Saint Monica,1955),12片弯曲薄壳将屋顶的重量全部汇聚于祭坛后部一根倾斜的圆柱上,光线从薄壳之间的狭缝中均匀洒落,使整个教堂笼罩在一片宁静祥和的氛围中(图53)。
路易斯·康在其一生中有两个强烈的愿望:其一,展现古代文化的结构原形,其二,巧妙地运用各种各样的光。源自对美术学院教育内容的继承,康将对结构真理和光线的关注这两个兴趣融入到了他设计的所有的建筑中。在特伦顿浴室(Trenton Bath House,1955)这样一个尺度比较小而且不用担心眩光的情况下,康能够把结构和光线按照房间创造的要求结合起来,让木质的金字塔屋顶由混凝土承重墙支撑,光线通过结构流进房间。从那时候起,他一直在研究能够用于更大尺度的、更复杂的建筑中的系统。特殊的解决办法在埃克赛特学院图书馆(Phillips Exeter Academy Library,1972)是利用十字交叉的大梁形成相互贯穿的漫射光线,在耶鲁英国艺术中心(Yale Center for British Art,1974)是向下收缩的井格梁及透光的表皮。
丹下健三与坪井善勝主持设计的国立代代木室内综合竞技场(National Gymnasiums for Tokyo Olympics,1964)是为1964年在东京召开的第18届奥运会而建。其中第一体育馆在平面上呈两个相对错位的“巴”(Tomoe)形,使用了跨度为126m×120m的“半刚性”悬索结构,即在纵向两座27.5m高的塔柱间张拉两根外径33cm的主悬索,两端斜拉锚至地面。在主索与外缘的钢筋混凝土环梁间用工字钢相连形成屋盖,工字钢腹板间贯通钢索。屋面由4.5cm厚的钢板贯通而成。第二体育馆在直径65m的圆形平面中只设一根35.8m高的独立柱,主索为直径40.6cm的钢管,从柱顶盘旋至地面,主索与看台外缘之间用型钢桁架向心布置。屋面由3.2cm厚的钢板焊接而成。这组建筑按相同的原则建成,采用了最先进的结构技术,结构的张力也得到了充分表现,在整体形态上又与传统的木结构大屋顶颇为神似,最大限度地争取到了材料、功能、结构与历史观的高度统一,是丹下健三结构表现主义时期的颠峰之作(图55)。
这座建筑主要使用了:2.纪念性3.拉与压的对比9.对历史和文脉的回应,这三种结构表现策略。
路易斯·康在与结构工程师奥古斯特·考曼丹特(August Komendant)设计的金贝尔美术馆(Kimbell ArtMuseum,1972)中将他钟爱的光与拱形使用到了极致。金贝尔美术馆由三列16个精巧的后张预应力混凝土长筒壳组成,每个筒壳单元均为长30.6m,宽7m,高6m,之间以较低的通道分隔。筒壳并不是僵化地模仿半圆形的罗马拱,而是利用了稍平缓的摆线(cycloid) 拱,并且受力方式由短向转为了长向,在角部由四根混凝土柱支撑(图56)。
结构体系通过各单元之间的间隙、与隔墙的脱离以及外墙立面提示出来,这种表达一直延续到室内,形成了一连串的由结构和光共同界定的空间。展览空间中除了日光之外没有别的光源,光从每个筒壳的顶部进入一条通长的狭缝,一部分通过穿孔的铝制扩散器进入室内,剩下的一部分被反射为银色,并沿着抛光的清水混凝土顶面倾泻而下(图57)。
筒壳与端部的隔墙留有一道从上到下渐宽的空隙,清晰地显露了屋顶的结构特征,还引入了额外的自然光线。金贝尔美术馆是康对光的献礼,它简单素朴却又华丽高雅,阳光穿过混凝土结构,在空间中弥漫,暗淡的混凝土在光底下活了起来,参观者和绘画在结构和自然光的笼罩中交会。这座建筑主要使用了:2.纪念性,3.对历史和文脉的回应,14.光,这三种结构表现策略。
结语
结构不应该只是隐匿于建筑中的“哑巴”,它能够也应该对建筑之美有所表达。然而今天大多数人们在日常生活中对于结构的体验可以说是乏善可陈,因为在大部分建筑中,结构设计都没有得到足够的重视,结构仅仅发挥了承重的功能,而其在建筑功能、造型、空间和美学表达中所具有的作用与价值未能得到充分的认识和挖掘。这样形成的后果要么是建筑设计被结构所束缚,很难进行创造性的表达;要么是结构体系简单平白,结构构件单调乏味,构造和节点粗糙,导致许多建筑物的结构都从外部被不透明的面板或玻璃幕墙围护起来,从内部被悬挂着的天花板遮蔽,或是被隐藏在其它构件内以至于无法分辨;甚至产生结构完全虚假的情况,失去了建筑本应拥有的质朴、纯真的美。幸运的是,除了那些平庸、粗鄙的设计,在现代建筑中还存在着许多结构对建筑表现具有积极作用的实例。在这些例子中,高超的结构技术和巧妙的结构设想常常成为激发和推动建筑创作的源泉。
结构依其试图达到的建筑效果而有多种可供选择的表现策略。在同一组建筑中,这些效果有时是统一的,有时又是矛盾的,最优秀的结构设计能将看似完全对立的特性相互协调并融合在建筑中,又能将隐藏在受力构件间的紧张感以令人赞叹的方式表现出来,仿佛一场在建筑表现力与结构合理性之间取得微妙平衡的精彩的杂技表演。利用结构将建筑设计理念积极、合理、清晰、优雅地表达出来并非是一件容易的事情,需要建筑师对结构概念的深刻理解、与结构工程师的密切合作,以及对现实强大的把握能力。对结构工程师而言,根据建筑的需要进行设计,应对挑战,创造出前所未见而又富于魅力的结构体,则正是他们最值得自豪的地方。
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从柯布西耶到石上纯也,那些对细柱的极致追求
柯布西耶在《走向新建筑》中提出的 “新建筑五点”,对现代主义建筑具有深远影响。其中第一条便是“首层架空、以柱子支承” 。[ Support of ground-level pilotis, elevating the building from the earth and allowing the garden to be extended to the space beneath.]
▲ 萨伏伊别墅 (1928-1931) ,柯布西耶
1928年,柯布西耶设计了萨伏伊别墅[VillaSavoye],首层架空强化了白色混凝土柱的视觉效果。柱子比古典建筑的巨柱纤细很多。
 
同为现代建筑大师的密斯,则提倡"Less is more" 的空间理念。“少”不是空白而是精简,他追求精致极简的结构。
▲ 巴塞罗那国际博览会德国馆(1929),密斯
巴塞罗那国际博览会德国馆是密斯的代表作之一,建筑本身轻灵通透,内外空间连续流通。柱子罕见地呈十字形断面。我们知道十字形的 “回转半径” 很小,从结构受力的角度讲,它无疑是一根“细柱”了。
▲ 十字形钢柱,巴塞罗那国际博览会德国馆
▲ 范斯沃斯住宅Farnsworth House(1946-1951),密斯,
 
▲ JohnsonWax Headquarters (1939), 赖特
约翰逊蜡制公司,蘑菇细柱与采光天窗的表现
 
柱子在建筑空间中应该如何表达?
前仆后继的建筑师不断地探索、尝试和创新。其中不乏一些案例,追求柱子的精致设计、极致纤细,为我们结构工程师带来了挑战。本文选择了几个经典案例做简要的分析,探讨“细柱”的几种实现方法。
 
    轻    
我们知道,细长柱在压力作用下会容易发生失稳。为了防止失稳,首先要减小柱子的轴压力,即减轻荷载。
妹岛和世+西泽立卫于2009 年设计的蛇形画廊(Serpentine Gallery),展区由细细的柱子支撑着蜿蜒连续的铝板,铝板反射树木、地面和天空的映像,与周围环境形成呼应。
▲2009年蛇形画廊: SANAA
画廊中细柱承受的荷载是非常小的,仅仅为轻质屋面(铝板)的自量,粗略估算只相当于普通混凝土楼面恒活荷载的3%~5%。
而且蛇形画廊属于临时建筑,其使用期间的遭遇大风和地震的概率很小,设计时几乎不考虑水平作用力,柱子不必承受过多的弯矩,因此它比普通建筑的柱纤细很多。
2008年威尼斯双年展的日本馆,建筑师石上纯也设计了一个玻璃盒子覆盖植物。从功能上看,它连临时建筑也不能算,更像是一个装置,有一种摇摇欲坠的感觉。在结构受力方面,水平力完全由玻璃面板来承受,极细的柱子仅支承屋面板的自重。
▲ 2008威尼斯双年展日本馆
建筑:石上纯也,   结构:佐藤淳 
 
    密    
另一个方法是加密柱子布置,进而减轻每根柱子所分担的轴压力。妹岛和世在早期的公园咖啡厅设计中,曾采用1.5米x1.5米左右的柱网来实现细柱。
但在大体量建筑中,加密柱子的方法不太常用,比较成功的案例有赫尔佐格和德梅隆设计的波尔多体育馆。
▲ 波尔多体育馆(2015),赫尔佐格和德梅隆
欧洲地震小,细柱设计更容易实现 
 
 分而治之 
常规的框架柱截面大,除了压杆稳定的因素以外,另一个原因是柱子需要承受弯矩。弯矩一部分由水平力(风和地震)引起,另一部分由与梁柱刚接节点的平衡弯矩引起。从这两点出发,减小柱子内的弯矩,是缩小柱子断面的有效手段。
冼足连结公寓 G-Flat
▲ 冼足连结公寓 G-Flat,2006
建筑:北山恒, 结构:金田胜德
冼足连结公寓 G-Flat实现“细柱”的方法是,将集合住宅的“剪力墙”布置在建筑平面的中央,相邻两个单元的剪力墙方向垂直交错布置,以抵抗各方向的水平力。
▲ 剪力墙垂直交错,细柱布置
剪力墙的抗侧刚度远大于钢柱,因此钢柱分担的地震力很小,几乎可按二力杆设计,截面尺寸可大幅减小。
金泽海之未来图书馆
金泽海图书馆被设计者称为“蛋糕盒子”,长宽高45m×45m×19m,共有3层。幕墙是有着6000个小圆孔的GRC板和阳光板,把柔和的自然光引入室内。
▲ 金泽海之未来图书馆(2011)
建筑:工藤和美+堀场弘, 结构:新谷真人
在幕墙中隐藏了网格状的钢结构,其受力特性类似于框架支撑体系,承担了建筑全部水平地震力。因而,图书馆内部的25根、高达12米的钢柱,仅需承受来自屋顶的重力。为了避免屋面梁传递给柱顶弯矩,柱顶采用铰接节点释放弯矩。
▲  25根高12米的无缝钢管柱
金泽21世纪美术馆
金泽21世纪美术馆是SANAA的代表作之一。圆形的平面,功能性房间布置在内部,而沿着周边则是透明的玻璃立面。以纯白细柱支承屋面,保证了公共空间的明亮和开敞。
▲  21 世纪金泽美术馆(2004), SANAA
普利兹克奖评委会主席洛德·帕伦博(Lord Palumbo)评价SANAA 时所说,“建筑风格纤细而有力,确定而柔韧,巧妙但不过分。”
从平面图上我们看到,在圆形内部空间密布了许多隔墙,墙体内置了较为粗壮的H形钢柱,间距3米(比较密),局部布置钢支撑。
▲  圆形建筑中部为钢框架支撑结构
这些隐藏在墙体内部的框架支撑承受了绝大部分的水平力和竖向力。而暴露在外部的钢柱只承受较小的竖向荷载(屋面自重),因而可以做到纤细异常。
▲  水平地震作用下钢支撑的轴力
直岛 海之车站
海之车站是一个建筑面积600平的轮渡站,屋面为1.6mm的压型钢板轻质屋盖,支承其重量的钢柱是直径85mm的钢管。显然,如此纤细的钢管无法抵抗海风和地震引起的水平力。
▲ 海之车站 Marine Station Naoshima
建筑:SANAA;结构:佐佐木睦郎
在车站开敞的空间中布置有8片纤薄的钢板墙,墙表面是镜面不锈钢。镜面映射周边景色,与环境融为一体,不容易被察觉到。
▲  不锈钢镜面钢板墙 
钢板墙组成:“2mm镜面无缝钢板”+”9mm钢板”
中间为角钢骨架,防止钢板屈曲
 
 预 应 力 
KAIT 工坊
石上纯也设计的神奈川工科大学KAIT工坊,令人印象最深的是细密的白色柱子,建筑轻盈得如隐匿一般。
▲  神奈川工科大学KAIT工坊,2008
建筑:石上纯也、结构:小西泰孝
KAIT工坊最初的构想是树林,没有墙的阻隔,305根柱像树一样错综密布在建筑中,编织成一个有密度、非均质的柔和空间。
▲  KAIT工坊设计概念图
▲  石上纯也在KAIT工坊
12年前,当石上纯也第一次提交自己的设计方案的时候,校方对这个初出茅庐的建筑师充满了质疑:
“这么薄的结构,真得能做到吗?”
“如果真得像你说得简单,为什么没有人做到过呢?”
“空间不实用,有些空间要更大些,有些空间要更小一点......”
建筑设计人员在草图上把空间可能性画出来,然后放入家具,探讨柱子与家具的关系。最终,空间因柱子的分布而生成,建筑被主要分为14个开放的区块,相互独立又融为一体。
▲  放入办公桌椅的空间
 
结构如何实现?
这一直是人们对KAIT工坊最感兴趣的话题。305根柱子当中只有42根是承受竖向荷载的受压柱(钢板62x90mm);其余的263根钢板柱,是施加了预拉力的吊柱(钢板厚度16~45mm,宽度96~160mm),用抵抗水平力。
吊柱的扁钢板朝向都不一样,既可以抵抗来自不同方向的水平力(风和地震),又使人们身在其中看到不同宽窄的柱子变化。
上图显示的为吊柱施加预应力原理,对钢梁预变形、在吊柱内施加预拉力,并控制结构承载后的最终形态。
▲  吊柱与立柱大样图
吊柱上下两端均为刚接,以最大程度地提供刚度;立柱下端与基础刚接,上端与钢梁铰接,以释放节点的弯矩作用。
2009年KAIT工坊项目获得日本建筑学会奖。那一年,石上纯也34岁,成为史上摘得该奖项最年轻的独立设计师。现在搜索神奈川工科大学或是这座大学所在的厚木市,映入眼帘的都是KAIT工坊,可见建筑的魅力非同寻常。
 
 工程师的创新 
除了以上介绍的几种常规方法,工程师也探索出新的方法,例如,利用预应力技术提高柱子的稳定承载力、利用结构体系大变形的非线性刚度等。
▲  重庆龙兴景观大门
建筑:纬图景观、结构:袁鑫
上图的景观大门结构中,柱高最大约10米,最细柱仅60mm。屋面的曲面造型使得钢柱高度不同,结构师正是利用了柱子长度不一的特点,依靠结构大变形后的非线性抗侧刚度抵抗水平力。
▲  曲面造型屋面的钢梁
加大屋面钢梁的抗弯刚度
有利于发挥长短柱的非线性刚度(大变形)
限于篇幅,还有一些有意思的细柱建筑,仅附上图片了建筑名称,供大家欣赏。 
▲  HouseNA, 藤本壮介
▲  LayeredS-house, Saitama
楼梯作为结构承载的主要构件
建筑四角为极细的钢柱
▲  Artinstitute of chicago,2009
建筑设计:Renzo Piano;结构设计:Arup
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关键词: 钢结构术语
最全的钢结构术语(中英文对照)——收藏备用

★ 强度 strength
   构件截面材料或连接抵抗破坏的能力。强度计算是防止结构构件或连接因材料强度被超过而破坏的计算。
★ 承载能力 load-carrying capacity
  结构或构件不会因强度、稳定或疲劳等因素破坏所能承受的最大内力;或塑性分析形成破坏机构时的最大内力;或达到不适应于继续承载的变形时的内力。
★ 脆断 brittle fracture
   一般指钢结构在拉应力状态下没有出现警示性的塑性变形而突然发生的脆性断裂。
★ 强度标准值 characteristic value of strength
   国家标准规定的钢材屈服点(屈服强度)或抗拉强度。
★ 强度设计值 design value of strength
   钢材或连接的强度标准值除以相应抗力分项系数后的数值。
★ 一阶弹性分析 first order elastic analysis
   不考虑结构二阶变形对内力产生的影响,根据未变形的结构建立平衡条件,按弹性阶段分析结构内力及位移。
★ 阶弹性分析 second order elastic analysis
   考虑结构二阶变形对内力产生的影响,根据位移后的结构建立平衡条件,按弹性阶段分析结构内力及位移。
★ 屈曲 buckling
  杆件或板件在轴心压力、弯矩、剪力单独或共同作用下突然发生与原受力状态不符的较大变形而失去稳定。
★ 腹板屈曲后强度 post-buckling strength of web plate
   腹板屈曲后尚能继续保持承受荷载的能力。
★ 通用高厚 normalizde web slenderness
   参数,其值等于钢材受弯、受剪或受压屈服强度除以相应的腹板抗弯、抗剪或局部承压弹性屈曲应力之商的平方根。
★ 整体稳定 overall stability
   在外荷载作用一下,对整个结构或构件能否发生屈曲或失稳的评估。
★ 有效宽度。effective width
  在进行截面强度和稳定性计算时,假定板件有效的那一部分宽度。
★ 有效宽度系数 effective width factor
  板件有效宽度与板件实际宽度的比值。
★ 算长度 effective length
   构件在其有效约束点间的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受荷载情况的系数而得的等效长度,用以计算构件的长细比。计算焊缝连接强度时采用的焊缝长度。
★ 长细比、slenderness ratio
  构件计算长度与构件截面回转半径的比值。
★ 换算长细比 equivalent slenderness ratio
   在轴心受压构件的整体稳定计算中,按临界力相等的原则,将格构式构件换算为实腹构件进行计算时所对应的长细比或将弯扭与扭转失稳换算为弯曲失稳时采用的长细比。
★ 支撑力  nodal bracing force
   为减小受压构件(或构件的受压翼缘)的自由长度所设置的侧向支承处,在被支撑构件〔或构件受压翼缘)的屈曲方向,所需施加上该构件(或构件受压翼缘)截面剪心的侧向力。
★ 无支撑纯框架 unbraced frame
  依靠构件及节点连接的抗弯能力,抵抗侧向荷载的框架。
★ 强支撑框架 frame braced with strong bracing system
  在支撑框架中,支撑结构(支撑析架、剪力墙、电梯井等)抗侧移刚度较大,可将该框架视为无侧移的框架。
★ 弱支撑框架 frame braced with weak bracing system
  在支撑框架中,支撑结构抗侧移刚度较弱,不能将该框架视为无侧移的框架。
★ 摇摆柱 leaning column
  枢架内两端为铰接不能抵抗侧向荷载的柱。
★ 柱腹板节点域 panel zone of column web
   框架梁柱的刚接节点处,柱腹板在梁高度范围内的区域。
★ 球形钢支座 spherical steel bearing
   使结构在支座处可以沿任意方向转动的钢球面作为传力的铰接支座或可移动支座。
★ 橡胶支座 couposite rubber and steel support
   满足支座位移要求的橡胶和薄钢板等复合材料制品作为传递支座反力的支座。
★ 主管 chord member
   钢管结构构件中,在节点处连续贯通的管件,如桁架中的弦杆。
★ 支管 bracing member
  钢管结构中,在节点处断开并与主管相连的管件,如桁架中与主管相连的腹杆。
★ 隙节点  gap joint
  两支管的趾部离开一定距离的管节点。
★ 搭接节点  overlap joint
   在钢管节点处,两支管相互搭接的节点。
★ 平面管节点  uniplanar joint
   支管与主管在同一平面内相互连接的节点。
★ 空间管节点  multiplanar joint
   在不同平面内的支管与主管相接而形成的管节点。
★ 组合构件  built-up member
   由一块以上的钢板(或型钢)相互连接组成的构件,如工字形截面或箱形截面组合梁或柱。
★ 钢与混凝土组合梁   composite steel and concrete beam
  由混凝土翼板与钢梁通过抗剪连接件组合而成能整体受力的梁。
A
acceptable quality 合格质量
acceptance lot 验收批量
aciera 钢材
admixture 外加剂
against slip coefficient between friction surface of high-strength bolted connection
高强度螺栓摩擦面抗滑移系数
aggregate 骨料
air content 含气量
air-dried timber 气干材
allowable ratio of height to sectional thickness of masonry wall or column
砌体墙、柱容许高厚比
allowable slenderness ratio of steel member 钢构件容许长细比
allowable slenderness ratio of timber compression member 受压木构件容许长细比
allowable stress range of fatigue 疲劳容许应力幅
allowable ultimate tensile strain of reinforcement 钢筋拉应变限值
allowable value of crack width 裂缝宽度容许值
allowable value of deflection of structural member 构件挠度容许值
allowable value of deflection of timber bending member 受弯木构件挠度容许值
allowable value of deformation of steel member 钢构件变形容许值
allowable value of deformation of structural member 构件变形容许值
allowable value of drift angle of earthquake resistant structure
抗震结构层间位移角限值
amplified coefficient of eccentricity 偏心距增大系数
anchorage 锚具
anchorage length of steel bar 钢筋锚固长度
approval analysis during construction stage 施工阶段验算
arch 拱
arch with tie rod 拉捍拱
arch-shaped roof truss 拱形屋架
area of shear plane 剪面面积
area of transformed section 换算截面面积
aseismic design 建筑抗震设计
assembled monolithic concrete structure 装配整体式混凝土结构
automatic welding 自动焊接
auxiliary steel bar 架立钢筋
B
backfilling plate 垫板
balanced depth of compression zone 界限受压区高度
balanced eccentricity 界限偏心距
bar splice 钢筋接头
bark pocket 夹皮
batten plate 缀板
beam 次梁
bearing plane of notch 齿承压面
bearing plate 支承板
bearing stiffener 支承加劲肋
bent-up steel bar 弯起钢筋
block 砌块
block masonry 砌块砌体
block masonry structure 砌块砌体结构
blow hole 气孔
board 板材
bolt 螺栓
bolted connection (钢结构螺栓连接
bolted joint (木结构螺栓连接
bolted steel structure 螺栓连接钢结构
bonded prestressed concrete structure 有粘结预应力混凝土结构
bow 顺弯
brake member 制动构件
breadth of wall between windows 窗间墙宽度
brick masonry 砖砌体
brick masonry column 砖砌体柱
brick masonry structure 砖砌体结构
brick masonry wall 砖砌体墙
broad-leaved wood 阔叶树材
building structural materials 建筑结构材料
building structural unit 建筑结构单元
building structure 建筑结构
built-up steel column 格构式钢柱
bundled tube structure 成束筒结构
burn-through 烧穿
butt connection 对接
butt joint 对接
butt weld 对接焊缝
C
calculating area of compression member 受压构件计算面积
calculating overturning point 计算倾覆点
calculation of load-carrying capacity of member 构件承载能力计算
camber of structural member 结构构件起拱
cantilever beam 挑梁
cap of reinforced concrete column 钢筋混凝土柱帽
carbonation of concrete 混凝土碳化
cast-in-situ concrete slab column structure 现浇板柱结构
cast-in-situ concrete structure 现浇混凝土结构
cavitation 孔洞
cavity wall 空斗墙
cement 水泥
cement content 水泥含量
cement mortar 水泥砂浆
characteriseic value of live load on floor or roof 楼面、屋面活荷载标准值
characteristi cvalue o fwindload 风荷载标准值
characteristic value of concrete compressive strength 混凝土轴心抗压强度标准值
characteristic value of concrete tensile strength 混凝土轴心抗拉标准值
characteristic value of cubic concrete compressive strength
混凝土立方体抗压强度标准值
characteristic value of earthquake action 地震作用标准值
characteristic value of horizontal crane load 吊车水平荷载标准值
characteristic value of masonry strength 砌体强度标准值
characteristic value of permanent action 永久作用标准值
characteristic value of snowload 雪荷载标准值
characteristic value of strength of steel 钢材强度标准值
characteristic value of strength of steel bar 钢筋强度标准值
characteristic value of uniformly distributed live load 均布活标载标准值
characteristic value of variable action 可变作用标准值
characteristic value of vertical crane load 吊车竖向荷载标准值
charaeteristic value of material strength 材料强度标准值
checking section of log structural member, 原木构件计算截面
chimney 烟囱  
circular double-layer suspended cable 圆形双层悬索
circular single-layer suspended cable 圆形单层悬索
circumferential weld 环形焊缝
classfication for earthquake-resistance of buildings 建筑结构抗震设防类别
clear height 净高
clincher 扒钉
coefficient of equivalent bending moment of eccentrically loaded steel memher (beam-column 钢压弯构件等效弯矩系数
cold bend inspection of steelbar 冷弯试验
cold drawn bar 冷拉钢筋
cold drawn wire 冷拉钢丝
cold-formed thin-walled sectionsteel 冷弯薄壁型钢
cold-formed thin-walled steel structure 冷弯薄壁型钢结构
cold-rolled deformed bar 冷轧带肋钢筋
column bracing 柱间支撑
combination value of live load on floor or roof 楼面、屋面活荷载组合值
compaction 密实度
compliance control 合格控制
composite brick masonry member 组合砖砌体构件
composite floor system 组合楼盖
composite floor with profiled steel sheet 压型钢板楼板
composite mortar 混合砂浆
composite roof truss 组合屋架
compostle member 组合构件
compound stirrup 复合箍筋
compression member with large eccentricity 大偏心受压构件
compression member with small eccentricity 小偏心受压构件
compressive strength at an angle with slope of grain 斜纹承压强度
compressive strength perpendicular to grain 横纹承压强度
concentration of plastic deformation 塑性变形集中
conceptual earthquake-resistant design 建筑抗震概念设计
concrete 混凝土
concrete column 混凝土柱
concrete consistence 混凝土稠度
concrete floded-plate structure 混凝土折板结构
concrete foundation 混凝土基础
concrete mix ratio 混凝土配合比
concrete wall 混凝土墙
concrete-filled steel tubular member 钢管混凝土构件
conifer 针叶树材
coniferous wood 针叶树材
connecting plate 连接板
connection 连接
connections of steel structure 钢结构连接
connections of timber structure 木结构连接
consistency of mortar 砂浆稠度
constant cross-section column 等截面柱
construction and examination concentrated load 施工和检修集中荷载
continuous weld 连续焊缝
core area of section 截面核芯面积
core tube supported structure 核心筒悬挂结构
corrosion of steel bar 钢筋锈蚀
coupled wall 连肢墙
coupler 连接器
coupling wall-beam 连梁
coupling wall-column... 墙肢
coursing degree of mortar 砂浆分层度
cover plate 盖板
covered electrode 焊条
crack 裂缝
crack resistance 抗裂度
crack width 裂缝宽度
crane girder 吊车梁
crane load 吊车荷载
creep of concrete 混凝土徐变
crook 横弯
cross beam 井字梁
cup 翘弯
curved support 弧形支座
cylindrical brick arch 砖筒拱
D
decay 腐朽
decay prevention of timber structure 木结构防腐
defect in timber 木材缺陷
deformation analysis 变形验算
degree of gravity vertical for structure or structural member 结构构件垂直度
degree of gravity vertical forwall surface 墙面垂直度
degree of plainness for structural memer 构件平整度
degree of plainness for wall surface 墙面平整度
depth of compression zone 受压区高度
depth of neutral axis 中和轴高度
depth of notch 齿深
design of building structures 建筑结构设计
design value of earthquake-resistant strength of materials 材料抗震强度设计值
design value of load-carrying capacity of members 构件承载能力设计值
designations 0f steel 钢材牌号
designvalue of material strength 材料强度设计值
destructive test 破损试验
detailing reintorcement 构造配筋
detailing requirements 构造要求
diamonding 菱形变形
diaphragm 横隔板
dimensional errors 尺寸偏差
distribution factor of snow pressure 屋面积雪分布系数
dogspike 扒钉
yield strength (yield point of steel 钢材(钢筋屈服强度(屈服点)
Carry out drilling operation in accordance with the drilling program. 按钻井程序进行钻井作业.
Prepared bell nipple. 准备”喇叭口”短节.
Make up 2 joints of drill pipe. 接两根钻杆.
Break out this connection. 卸开该接头.
Run hole opener to sea bed. 下扩眼器到海底
Mix gel fluid for drilling conductor hole. 为钻导管井眼配制高粘度泥浆.
Make up bottom hole assembly. 组合下部钻具
Check and reset crown-saver on every tour. 每个班都要检查并重新调整天车防碰装置.
Number stands on trip out and trip in. 起下钻时给立柱编号.
Pick up BHA and run to seafloor. 将下部钻具下到海底.
Pick up stands. 接立柱
Don’t drill faster than 15 minutes for 1 stand. 钻进速度别超过15分钟1根立柱
Drop TOTCO. 投(陶特)测斜仪
Fish TOTCO with overshot. 用打捞筒捞起测斜仪
Resume drilling to T.D. 继续钻进到总深
Circulate 15 minutes.循环15分钟
Run in hole. 下钻
Put out of hole. 起钻
Make an inventory of all ring gaskets. 开一个所有垫圈的清单
Use spinning tong. 使用气动扳手
Operate the air winch. 操作气动绞车
Lay down 57 joints of 5” drill pipe. 甩57根钻杆
Pick up drill stem test tool. 提起钻杆测试工具
Circulate mud for 2 hours. 循环泥浆2小时
Move string during circulation. 在循环时注意活动钻具
Circulate hole clean. 循环清洗井眼
Circulate bottoms up. 循环泥浆几周
Fill up every 5 stands. 每5柱灌泥浆一次
Check mud weight every 15 minutes. 每15分钟检查泥浆比重
Reverse out excess cement. 反循环替出多余的泥浆
Change/replace old mud by new mud. 用新的泥浆替换出旧的泥浆
Stop drilling. 停止钻进
Drilling ahead. 钻进
Pull out of hole bit. 起出钻头
Change bit. 换钻头
Run the wear bushing. 下抗磨补心
The bit thread type is regular pin. 钻头丝扣是正规公扣
What’s the make-up torque? 上扣扭矩要多大?
Run in 9” collars. 下9”钻铤
The cathead can’t give enough torque. 猫头力量不够
Connect crossover sub. 接上配合接头
The tong angle is too small. 大钳的角度太小了
Stop circulating. 停止循环泥浆
Break out the stand. 卸立柱
Set the single into the mousehole. 把这个单根放进鼠洞
Can we break out the pipe with rotary table? 可用转盘卸扣吗?
No! Break it out with tong. 不行! 要用大钳卸扣
Spin it out with the air spanner. 用气动扳手卸扣
Put the pipe wiper on the string. 装上钻杆刮泥器
Don’t set this stand back. 这根钻杆不要放在钻杆盒上
Make up the lift sub. 接好提升短节
Secure the safety clamp. 上紧安全卡瓦
The bit is nearing the shoe. 钻头快到套管鞋了
Slow down the running speed. 放慢下放速度
This is the undergauged interval. 这是缩径井段
This is the drilling program. 这是钻井设计书
How much weight on bit is required? 要加多少钻压?
Keep the rotary speed at 120---140 RPM. 转速保持120---140转/分
Keep the flow rate at 3000 LPM. 保持排量3000升/分
The pump pressure is too high. 泵压太高了
Don’t ream the hole too fast. 划眼不要太快
Notice the rotary torque. 注意转盘扭矩的变化
The penetration rate is getting slower. 钻速变慢了
The bit is nearly worn out. 钻头快磨光了
Stop drilling at 2000 meters. 钻至2000米停钻
Circulate for one hour. 循环一个小时
The pump pressure has increased. 泵压升高了
One nozzle may be plugged. 可能有一个水眼(或: 喷嘴)堵了
What is the hook load? 悬重多少?
What’s the pick-up weight? 上提重量是多少?
What’s the lowering weight? 下放重量是多少?
Run in HWDP. 下加重钻杆
A stabilizer is needed here. 这里需要一个扶正器
This is a flexible sub. 这是挠性接头
This is the BHA log. 这是下部钻具组合记录
Record all outside and inside diameters. 记录好所有(入井工具的)内外径
We need a short drill collar. 需要一根短钻铤
Pull the cat line. 拉猫头
Operate the break lever. 操作(或:扶)刹把
Stop the pumps. 停泵
Make a wiper trip. 通井
Retrieve wear bushing. 取出抗磨补心
Bleed off pressure. (释)放压(力)
Keep 5 wraps on the drum. 滚筒上留5圈
Set slips. 座上卡瓦
If tight hole, repeat wiper trip. 如果井眼紧, 重复划眼
Setback bottom hole assembly. 将下部钻具立于钻杆盒内
Make sure all alarms are on. 确保所有的警报信号都开着
Lay down TDS spinner. 拆下顶部驱动的旋扣器
Run in hole bit #15 to bottom. 用15号钻头下钻到井底
Run in hole to casing shoe. 下钻至套管鞋
Pick up same bit and BHA. 装上同样的钻头和钻具组合
Lay down 5” HW drill pipe. 甩5”加重钻杆
Move string every 2 hours. 每2小时活动钻具一次
Keep area around shaker clean. 保持振动筛区域干净
Control trip gas. 控制起下钻气
Ream if needed. 如必要时进行划眼
Select the best penetration rate. 选择最佳钻进速度
Fix the traveling assembly. 固定游动系统
100. Check power tongs and spinning rope are on drill floor. 检查动力钳和尾绳是否在钻台
What’s the weight on bit? 钻压是多少?
What is the BHA of this well? 这口井的下部钻具如何组合?
Drill out cement. 钻穿水泥
Latch the elevator. 扣吊卡
Unlatch the elevator. 开吊卡
Set the slips. 放卡瓦
Adjust the crown-o-matic (crown saver). 调整防碰天车
Lock the hook pin. 锁紧大钩销子
Check OD of stabilizer. 检查扶正器的外径
Perform leak off test. 进行地层破裂(或:渗漏)测试
Connect kill and choke line. 接上压井和放喷管线
Reverse out the drill pipe. 反循环清洗钻杆
Make a short trip. 进行短途起下钻
Change the cutters. 换割刀
Slug the pipe. 灌重泥浆
Drill the stand down. 钻完立柱
Start/run the shale shaker. 开振动筛
Start the desanders. 开除砂器
Start the desilters. 开除泥器
Change it with a 40 mesh screen. 换成40目筛布
Shut it off. 关掉
Pull it to the cat ramp. 把它拉到坡道上去
Make a fast connection. 接单根要快
Don’t dump the mud into the sea. 不要把泥浆排放到海里
Disconnect it with a chain tong. 用链钳卸开
Put a thread protector. 加一个(丝扣)护箍
Can we use the power slips? 可以使用动力卡瓦吗?
Casing and Cementing 下套管与固井
Run in hole to bottom for wiper trip. 下钻通井
This is the casing program. 这是套管程序
Prepare for running casing. 准备下套管
Make everything ready for running 7”casing. 做好下7”套管的准备
Make cementing job. 固井
Displace cementing with mud pump. 用泥浆泵替泥浆
Set cement plug from 2940 to 2790m. 在2940到2790米井段打水泥塞
Pick up cementing head. 接水泥头
Cement samples are hard. 水泥样已凝固
Pump in 3 cubic meters of spacer. 注3方隔离液
Pump down the plug. 泵压(胶)塞
Wait on cement. 候凝
The guide shoe will be connected. 接引鞋
Connect the floor collar. 接浮箍
Connect the air line to the casing stabbing board. 接好套管扶正台的气管线
Run casing with the 350T slip elevator. 用350吨卡瓦式吊卡下套管
Clean and dry 20” casing threads with rags. 清洁并擦干20”套管丝扣
Where is the rabbit for drifting the casing? 套管通径规在哪里?
Rig Move, Anchoring and Positioning 拖航, 抛锚, 定位
What is our position now? 我们现在船位在哪里?
What’s the moving speed now? (What’s the towering speed?) 拖航速度是多少?
The speed is about 4 knots. 船速是4节左右
Which one is the main tug? 主拖是哪条船?
The main tug is Nanhai 205. 主拖是南海205
Which one is the chase boat? 护航船是哪一条?
How much is the horse power? 有多大马力?
She has 6000 HP. 有6000马力
Move the rig off location 50 feet. 将平台移开50英尺
We are ready to drop the anchor. 我们已经做好抛锚的准备了
Secure all the movable equipment. 固定好各种活动的设备
Preload. (自升式)压载
Ballast. (半潜式)压载
Put the preload water into the tank. 向压载舱灌压压载水
We need 5500 tons of preload water. 需要5500吨压载水
Shall we preload right now? 马上开始压载吗?
Drain the water off. 放水
The rig is overloaded. 平台已超载
Jack up (jack down) the rig. 升(降)船
The draft is 3.5 meters. 船体吃水3.5米
The jetting pressure is 100psi. 冲桩压力是100psi
Penetrate the legs. 插桩
How much penetration do we have? 入泥多深了?
No.1 and No.2 legs indicate 10 meters. 1,2号桩腿插入10米
Fix the upper and lower wedges. 固定上下楔块
Pay out the anchor line. 放出锚缆绳
Skid the derrick. 移开井架
The rig is short of potable water now. 平台缺乏饮用水
Drop No.2 and No.3 anchors. 抛2号和3号锚
Why has the main engine stopped? 主机为什么停?
Unleash the drilling tools. 卸开钻具
Tighten up. 绷紧(或:上紧)一点
Turn on the cooling water for the windlasses. 开锚机刹车冷却水
Retrieve the No.1 to No.8 anchors. 起1到8号锚
Check the paint marks at the anchor winches. 检查锚机上的油漆记号
Prepare for a location move. 准备好移井位
Commence anchor handling. 开始起锚(或抛锚)
Secure all equipment stored on deck. 固定好所有存放在甲板上的设备
Carry out stability and load calculations. 做稳性和载荷计算
Pass pendant line, shackle and buoy to anchor handling vessel. 将起抛锚短索, 卸扣和浮标吊起给起锚船
Lower the windward anchor to seafloor. 抛上风锚到海底
Pick up the leeward anchor first. 先起下风锚
Take anchor chaser (or chaser) back to rig. 将捞/抛锚环送回平台
Hook up towing lines to tug boat. 将拖缆连接到拖轮
Sound fog signal for two seconds every twenty seconds. 发大雾信号, 每20秒钟响两秒
Fishing 打捞
The bit cutters have been lost in the hole. 牙轮落井
Run in the reverse-circulation basket. 下反循环打捞篮
There is a lot of junk in the hole. 井下有很多落物
The fish is 235.46 meters long. 落鱼长度235.46米
The fish top is at 2478.34 meters. 鱼顶位置2478.34米
Coring 取芯
Stop drilling for coring. 停钻准备取芯
Make up core bit. 接取芯钻头
A-60 fire door   A-60级防火门
abrasive    (喷砂用的)磨料
abrasive paper  砂纸
AC generator  交流发电机
AC motor 交流电动机
accelerated corrosion testing 加速腐蚀试验
acceptance criteria   合格准则
access hole (for welding)=cope hole  焊接工艺孔
acetylene gas    乙炔
acid electrode  酸性焊条
acid proof cement   防酸水泥
additive  添加剂
AFC (approved for construction)  建造批准
agitator   搅拌器
air blower   鼓风机
air compressor   空压机
air drive pump  气动泵
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解答《混凝土结构设计规范》55个常规问题
解答《混凝土结构设计规范》55个常规问题
人们对混凝土结构设计规范存在很多疑惑,这里《混凝土结构设计规范》55个常规问题,帮您一一解答:
1.从技术术语的角度分清什么是“框架”什么是“框架结构”。
答:框架:框架结构、框架-剪力墙结构、框架-筒体结构中的框架部分。 框架结构:仅仅由框架组成的结构。  框架结构——由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构(《高层建筑结构分析与设计》P44) 框架结构——由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构。
2.《高层建筑混凝土结构技术规程》为什么要对框架结构的最大高度做出限制?
答:框架结构在25层以下是经济的,超过25层的框架其侧向相对较柔,需要根据水平位移的控制而不经济的加大构件尺寸。(《高层建筑结构分析与设计》P44) 框架结构构件接截面尺寸较小,结构的抗侧刚度较小,水平位移大,在地震作用下容易由于大变形而引起非结构结构的破坏。因此其建造高度受到限制。(《混凝土结构下册》P175)。  从整截面墙→整体小开口墙→壁式框架→普通框架,水平抗侧刚度会削弱到只有原来的整截面墙的百分之几。因此剪力墙结构的位移限制条件较容易满足,而框架结构往往是位移限制条件起控制作用。
3.《高层建筑混凝土结构技术规程》为什么对多高层建筑结构的相对层间位移(层间水平位移与层高之比)做出限制?如果某个框架结构不满足这一控制条件,请说出在不加剪力墙的情况下哪些措施可以提高框架结构的抗侧向力刚度。
答:任何构件或结构为保证其正常工作,都必须满足强度、刚度和稳定的要求。随着简直物高度的增加,对结构抗侧刚度的要求也随之提高。因为侧向位移过大,会引起主体结构的开裂甚至破坏,导致简直装修与隔墙的损坏,造成电梯运行困难,还会使居住者感觉不良。另一方面,水平位移过大,竖向荷载将产生显著的附加弯矩(即P-△效应),使结构内力增大。(《混凝土结构下册》P172) 增加柱子截面积,设支撑,合理的布置结构体系,增加水平构件刚度。
4.框架-剪力墙,框架-核心筒,剪力墙结构,筒中筒结构的含义。
答:框架-剪力墙结构:由框架和剪力墙共同作为承重结构。 框架-核心筒结构:由中央薄壁筒与外围的一般框架组成的高层建筑结构。  剪力墙结构:利用建筑物的外墙和永久性隔墙承重的结构。 筒中筒结构:由中央薄壁筒与外围框筒组成的高层建筑结构。(《混凝土结构下册》P177)。
5.请说出剪力墙结构的优缺点。你认为采用剪力墙结构能实现每户居室自由设计的要求吗?
答:因为剪力墙的抗侧刚度较大,剪力墙结构体系在水平力作用下的侧移量很小,结构的整体性好,抗震能力强,可以建造较高的建筑物。但剪力墙的布置受到建筑开间和楼板跨度的限制。墙与墙之间的间距较小,难于满足布置大空间等使用要求。(《混凝土结构下册》P177) 我认为可以通过加大墙与墙之间的距离的办法来实现自由户型设计。 我认为采用剪力墙结构不易实现每户居室自由设计的要求。
6.框架-剪力墙结构中的剪力墙必须在两端与框架柱整体浇在一起吗?如果浇在一起,请画出两根框架柱和他们之间的剪力墙的水平剖面及柱和剪力墙的配筋构造示意图。
答:抗震墙的周边应设置梁(或暗梁)和端柱组成的边框;端柱截面宜与同层框架柱相同。(《抗震规范》P61 6.5.1,<混凝土规范>; p195,11.7.17)
试验表明,剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力,与截面纵向钢筋的配筋、端部边缘构件范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置,以及截面形状、截面轴压比大小等因素有关,而墙肢的轴压比则是更重要的影响因素。当轴压比较小时,即使在墙端部不设约束边缘构件,剪力墙也具有较好的延性和耗能能力;而当轴压比超过一定值时,不设约束边缘构件的剪力墙,其延性和耗能能力降低。为了保证剪力墙地步塑性铰区的严刑性能以及耗能能力,规定了一、二级抗震等级下,当剪力墙底部可能出现塑性铰的区域内轴压比较大时,应通过约束边缘构件为墙肢两端混凝土提供适度约束。(《混凝土规范》P336) 图见《抗震规范》P58。
7.筒中筒结构中的“外框筒”的结构特点,受力特点是什么?
答:外框筒由柱距为2.0~3.0m的密排柱和宽梁组成。筒中筒结构中,剪力墙内筒截面面积较大,它承受大部分的水平剪力,外框筒柱承受的剪力很小;而水平力产生的倾覆力矩,则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总弯矩来平衡,剪力墙和外框筒柱承受的剪力很小。另外,外框筒在水平力作用下,不仅平行于水平力作用方向上的框架(称为腹板框架)起作用,而且垂直于水平力作用方向上的框架(称为翼缘框架)也共同受力。薄壁筒在水平力作用下接近于薄壁杆件,产生整体弯曲和扭转。但是,外框筒虽然整体受力但与理想筒体的受力有明显的差别。
理想筒体在水平力作用下,截面保持平面腹板应力直线分布,翼缘应力相等,而外框筒则不再保持平截面变形,腹板框架柱的轴力是曲线分布的,翼缘框架柱的轴力也不是均匀分布的:靠近角柱的柱子轴力大,远离角柱的柱子轴力小。这种应力不再保持直线规律的现象即剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象,所以外框筒不能简单地按平截面假定进行内力计算。(《多层与高层混凝土建筑结构设计》第489页)。
8.什么是“转换层”。请用简单传力模型说明转换层改变竖向力的传递途径和水平力的传递途径是什么含义?在发挥这类作用时,转换层本身有什么受力特点?
答:为了实现上部布置小空间,下部布置大空间,上部布置刚度大的剪力墙,下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置,就必须在结构转换的楼层设置转换层。(《高层建筑结构实用设计方法》P375) 将竖向荷载向下传递;传递水平荷载,当上下部承受水平力的结构构件不一致时,中间的转换层可以解决复杂的受力情况。可以想象成水平放置的剪力墙或深梁。
转换层楼板要完成上下层剪力的重分配,自身在平面内受力很大,楼板有显著变形。楼板变形的结果是,下部框支柱的位移增大,从而框支柱的剪力增大。而不能直接使用按楼板刚度无限大的假定的计算结果。
9.请说明转换层常用结构形式。请说出转换层平面尺度与结构高度的大致比例。
答:内部要形成大空间,包括结构类型转变和轴线转变,可以采用梁式、桁架式、箱形和板式转换层。框筒要在底层形成大入口,可以有多种转换层形式:转换梁、转换桁架、转换墙、间接转换拱、台柱转换拱。(《高层建筑结构实用设计方法》P378)。
10.请说明框架-核心筒的优点。请参照工程实例给出一个框架-核心筒结构的大致平面布置,并说明
①核心筒的平面与整个框架-核心筒结构的平面尺度大致是什么关系。
②这类结构核心筒外围框架柱的平面布置应考虑什么问题。为什么工程界也将这类核心筒外围的框架称为“稀柱框架”。
答:框筒结构适用于钢或钢筋混凝土建造,高度曾达40—100层。这种框架的重复模式引出装配式钢结构以及在混凝土结构中可以应用快速移动式成套模板,形成快速施工。框筒结构是现代高层结构体现最重大的发展之一,它具有一个有效的、易于施工的结构,可建造出最高的建筑。从建筑风格来讲,框筒结构的外形清晰明快。(《高层建筑结构分析与设计》P52)  ①45%~50%  ②由于框架-核心筒结构只保留了剪力墙内筒,外筒作为一般框架,不要求起空间筒体作用,因此其平面形状较为自由,灵活多样。(《多层与高层混凝土建筑结构设计》第504页) 宜采用简单平面形状,首先考虑有双对称轴向的圆形、正方形、矩形和正多边形,其次为正三角形平面等。内筒宜局中,矩形平面长宽比不宜大于2。
11.近来在高层建筑框架中常采用“宽扁梁”方案,请问这主要出于什么样的考虑?这种做法不会影响结构的抗水平力刚度吗?如果影响,那又应在设计中如何考虑和处理?
答:为了降低楼层高度,或便于通风管道的通过,必要时可以设计成宽度比较大的扁梁,此时应根据荷载及跨度情况,满足梁的挠度限值,扁梁高度可取(《多层与高层混凝土建筑结构设计》p263)另外在延性框架要求强柱弱梁,强剪弱弯的情况下,不宜采用加大梁高度的做法,常常采用截面高度比较小的扁梁。(你们自己看用不用这条)为了增加楼层的净高,常将柱间大梁作成扁梁,以减小梁的高度。扁梁是宽度大于或等于梁高的梁。扁梁的高跨比也不宜小于1/20。高层建筑的转换层梁的荷重比很大,又要争取转换层相邻下层的层高,故常作成扁梁。(《高层建筑概念设计》p89) 有影响。因为框架在水平荷载作用下的水平位移是由构件变形的三种模式引起的,包括梁的弯曲变形、柱的弯曲变形以及柱的轴向变形。层间水平位移也是由这三种变形引起的位移分量组成,高层框架结构的构件典型尺寸一般具有这样的比例关系,既梁的弯曲变形是引起位移的主要因素,而柱的弯曲变形次之,(《高层建筑结构分析与设计》P186~196) 扁梁设计时你不仅需考虑纵向,你还需考虑横向,当然这要根据你的支撑情况而定。另据参加宽扁梁实验的朋友叙述,宽扁梁纵筋还是尽量穿过柱子,手册规定必须不少于75%纵筋穿柱,其实另外25%不穿柱的钢筋起到的作用很小。(本答案90%是错的)。
12.什么是带“加强层的高层建筑结构”?“加强层”常采用什么结构方案?为什么“加强层”能提高结构的抗侧刚度?在钢筋混凝土高层建筑中设置加强层要特别注意什么问题?
答:带刚臂超高层核心筒框架结构体系。
加强层宜布置有外伸刚性梁,桁架或空腹桁架,有时还在楼层布置环梁或桁架。  层数很多,高度很大的建筑结构中,不可避免要遇到两个问题:结构在水平作用下水平位移过大,作为主要受力构件的中心剪力墙或筒体承受的弯矩过大,一般高层结构体系,其位移类似悬臂梁,随高度增大,外荷载产生的倾覆力矩大部分由中央核心剪力墙或筒体承受,设计遇到很大困难。在顶部布置水平伸臂后,由于刚性伸臂使外伸产生轴向拉力和压力。它们组成一个力偶平衡了一部分外荷载所产生的倾覆力矩,从而减少了核心内墙承受的力矩,也大大减少了侧移。
由于刚臂的作用加大了部分框架柱的轴压比,对抗震不利。
13.用下面的一个框架-剪力墙结构的平面示意图说明该结构的每一层楼层为什么都要起“膈板作用”(既水平方向的传力作用)。如果要对楼板在其平面内的受力状况进行验算,应采用什么计算简图?
答:  在侧向力的作用下,框架和剪力墙协同工作,共同抵抗侧向力。剪力墙的侧向位移曲线为弯曲型,框架的侧向位移曲线为剪切型。而由于各层楼板或连梁的作用框架和剪力墙在各楼层处必须有共同的侧向位移。在底部,框架的变形受到剪力墙的制约,在顶部,剪力墙受到框架的扶持。因此每一层楼层都起水平方向的传力作用。我认为应该使用模型来分析。
14. 什么是“型钢混凝土”(劲性钢筋混凝土或型钢钢筋混凝土),什么是“钢管混凝土”?以型钢混凝土柱为例,,说明它的受力为什么比普通钢筋混凝土好.请画出一个典型的型钢混凝土柱剖面.说明钢管混凝土柱中钢管和混凝土柱的受力特点.如果是大偏心受压柱,钢管混凝土还有没有优点?请丛刊物种找出一种你认为可能比较合理的钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱的节点的做法.
答:型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢,也配有少量构造钢筋及少量受力钢筋. 在钢管中充填混凝土的结构称为钢管混凝土结构。
型钢混凝土:  一方面混凝土包裹型钢,在构件达到承载力前型钢很少发生局部屈曲。另一方面型钢对核心混凝土起约束作用。同时因为整体型钢比钢筋混凝土中分散的钢筋刚度大得多,所以型钢混凝土构件比钢筋混凝土构件的刚度明显提高。型钢混凝土有很好的延性及很大的耗能能力。
钢管混凝土结构的受力性能的优越性主要表现在合理地利用钢管对混凝土的的紧箍力。这种紧箍力改变了混凝土柱的受力状态,将单向受压改变为三向受压,混凝土抗压强度大大提高。  在低应力阶段,基本上与普通钢筋混凝土受压构件类似,即钢管与混凝土共同分担纵向压力。随着纵向压力的增加,混凝土横向变形大于钢管横向变形(都自由的情况下),而这是不可能的。因此混凝土对钢管产生径向压力。钢管在径向压力的作用下,产生了环向压力。  对于单根钢管混凝土,较为适用于轴心受压或以轴向压力为主的构件与杆件,这样能较为充分发挥混凝土三向受压下强度大大提高的优越性。对于弯矩较大的构件,一方面混凝土受压面积又较小,所以优点不是很突出。另外一方面,由于截面中受拉区的存在。金箍力作用将大为削弱。而且紧箍力的计算也变得十分复杂。此外,截面相等的情况下,圆形截面惯性矩小,从力学特征上来说,不适合承弯。  几种梁柱节点形式。
15.试以剪力墙结构中的一片横墙剪力墙为例,说明在水平荷载作用下,剪力墙每一层的层间位移中哪一部分称为”有害位移”,哪一部分称为”无害位移”.
答:本层的弯曲变形和剪切变形所产生的位移为有害位移,下层的位移对上层产生的附加位移是无害位移。  弯曲型的剪力墙结构,对于剪力墙的整体变形采用普通梁的平截面假定。由此可知,第I层剪力墙的层间委蛇角包含自身变形角和下层的位移角两部分。后者和本层受力无关,称为无害位移角,前者和本层受力有关,称为有害位移角。
16.请说明单层厂房钢筋混凝土或预应力混凝土屋架的比较合理的结构形式。这种屋架能按简单的铰接桁架进行内力分析吗?如果不完全行,又要补充什么验算内容?
答:可以按照铰接桁架来计算轴力(即进行内力分析),但是上弦要按照连续梁在支座不均匀沉降情况下计算弯矩。
17.为什么说支撑系统是保证单层厂房结构整体刚度和稳定性的关键措施。你知道可能需要哪些部位设置沿哪个方向的平面支撑。支撑本身一般采用什么样的结构形式?
答:(1)在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中,支撑虽然不是主要的承重构件,但却是联系各种主要结构构件并把它们构成整体的重要的组成部分。可以把有些水平荷载传递到主要承重构件。屋架的横向刚度很小,容易连续倒塌,故设置支撑。
(2)屋盖的上下弦水平支撑,应布置在屋架(屋面梁)上下弦平面内以及天窗架上弦平面内。  屋盖的垂直支撑应布置在屋架(屋面梁)间和天窗架(包括挡风板立柱)之间。 系杆设置在屋架上下弦及天窗上弦平面内。  屋架上弦水平支撑布置在每个伸缩缝区段端部。对于采用钢筋混凝土屋面梁的屋盖系统,当采用檩条时,应在梁的上翼缘平面内设置横向水平支撑。支撑应布置在伸缩缝区段两端的第一个或第二个柱距内。当屋盖上的天窗通过伸缩缝时,则应在伸缩缝的两侧天窗下面的柱距内设置上弦横向水平支撑。  对于采用钢筋混凝土拱形及梯形屋架的屋盖系统,应在每一个伸缩缝区段端部的第一或第二个柱距内设置上弦横向水平支撑。当厂房设置天窗时,可根据屋架上弦杆件的稳定条件,在天窗范围内沿厂房纵向设置连系杆。
18.请从材料的加、卸载应力—应变关系说明什么是非弹性,什么是“弹性”?什么是“非线性”,什么是“线性”?就这个意义来说,混凝土受压时具有什么特性?为什么?
答:(非)弹性是指在应力作用下产生的某一应变,在应力撤除后(不)能够完全恢复的性能。 (非)线性是指在应力作用下的ζ—ε曲线按比例呈线性增加称为线性。  就这个意义上说,混凝土受压时具有非线性和非弹性的特征。
19.请从材料受力角度理解什么是“弹性模量”。混凝土的设计弹性模量是如何测定的?规范给出的弹性模量公式包没包含可靠性因素。不同强度等级混凝土Ec有无差别,差别大吗?
答:混凝土的弹性模量是指根据混凝土棱柱体标准试件,用标准试验方法所得到的规定压应力值与其对应的压应变值的比较。即单位压应变所对应的应力值。(《建筑结构设计术语和符号标准》30页3.4.5条) 采用柱体试件,取应力上限为0.5fc重复加载10次时应力应变曲线接近直线,该直线的斜率取为混凝土的弹性模量
根据规范P240(4.1.5)上的公式,由于是混凝土立方体抗压强度标准值相对应的,而标准值已考虑了可靠度,故弹性模量也考虑了可靠度。
不同强度等级混凝土的EC弹性模量有差别。从C15-C80从2.2-3.8×104N/mm2。变化较大。
20.说明从较低强度混凝土(例如C20)到高强混凝土(例如C100)的应力—应变特征及其区别。
答:强度越高其应力的峰值点越高,但对应的应变差距不大。强度越高越接近弹性材料。强度由低到高:EC由小到大,非线性由重到轻,下降段由平缓到陡,上升段由陡到平缓,破坏应变减小。C90以上,原则上没有下降段。(笔记)
21.以硅酸盐水泥做成的混凝土为例,说明水泥水化后的细观结构特征。这种特征对混凝土的受力性能有什么影响。
答:水泥水化后,在水泥颗粒表面形成水化物膜。内部水泥颗粒继续水化,然后向外喷出管状触须。触须相互交错。致使颗粒间的空隙减小,包有凝胶体的水泥颗粒相互接触,结晶体和凝胶体互相贯穿形成结晶网状结构。固相颗粒之间的空隙减小,结构逐渐紧密。使水泥浆体完全失去可塑性,达到能够担负一定荷载的强度。进入硬化期后,水化速度减慢,水化物随时间的增长而逐渐增加,扩散到毛细孔中,使使结构更趋致密,强度相应提高。(我感觉后部分和讲课内容不合拍) 因此混凝土抗压能力强而抗拉能力弱。
22.试说明在混凝土单轴受压时,其中微裂缝的发展趋势。到应力—应变曲线的哪个部位时(中低强度混凝土),裂缝才在轴压试块表面成为可见的。
答:混凝土在承受荷载或外应力以前,内部就已经存在少量分散的微裂缝。当混凝土内微观拉应力较大时,首先在粗骨料的界面出现微裂缝,称界面粘结裂缝。开始受力后知道极限荷载(ζmax),混凝土的微裂缝逐渐增多和扩展可以分作3个阶段:
(1)微裂缝相对稳定期(ζ/ζmax<0.3—0.5) 这时混凝土的压应力较小,虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而沿界面略有发展,也有些微裂缝和间隙因受压而有些闭和,对混凝土的宏观变形性能无明显变化。
(2)稳定裂缝发展期(ζ/ζmax<0.75—0.9) 混凝土的应力增大后,原有的粗骨料界面裂缝逐渐延伸和增宽,其它骨料界面又出现新的粘接裂缝。一些界面裂缝的伸展,逐渐地进入水泥砂浆,或者水泥砂浆中原有缝隙处的应力集力将砂浆拉断,产生少量微裂缝。这一阶段,混凝土内微裂缝发展较多,变形增长较大。但是,当荷载不再增大,微裂缝的发展亦将停滞,裂缝形态保持基本稳定。
(3)不稳定裂缝发展期(ζ/ζmax>0.75—0.9) 混凝土在更高的应力作用下,粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸,大量的进入水泥砂浆:水泥沙浆中的已有裂缝也加快发展,并和相邻的粗骨料界面裂缝相连。这些裂缝逐个连通,构成大致平行于应力方向的连续裂缝,或称纵向劈裂裂缝。若混凝土中部分粗骨料的强度较低,或有节理和缺陷,也可能在高应力下发生骨料劈裂。这一阶段的应力增量不大,而裂缝发展迅速,变形增长大。即使应力维持常值,裂缝仍将继续发展,不能再保持稳定状态。纵向的通缝将试件分隔成数个小柱体,承载力下降而导致混凝土的最终破坏。
其破坏机理可以概括为:首先是水泥沙浆沿粗骨料的界面和砂浆内部形成微裂缝;应力增大后这些微裂缝逐渐地延伸和扩展,并连通成为宏观裂缝;砂浆的损伤不断积累,切断了和骨料的联系,混凝土的整体性遭受破坏而逐渐丧失承载力。 (轴压) 试件刚开始加载时应力较小(ζ<0.4fc)。继续加大应力,混凝土的塑性变形和微裂缝稍有发展。  当试件应力达ζ=(0.8—0.9)fc时,应变为(0.65—0.86)εp,混凝土内部微裂缝有较大开展,但试件表面尚无肉眼可见裂缝。此后,混凝土内出现非稳定裂缝。
应力应变曲线进入下降段不久,当应变ε=(1-1.35)εp和应力ζ=(1—0.9)fc时,试件中部的表面出现第一条可见裂缝。此裂缝细而短,平行与于受力方向。
继续增大应变,试件上相继出现多条不连续的纵向短裂缝,混凝土的承载力迅速下降。混凝土内骨料和砂浆的界面粘结裂缝以及砂浆内的裂缝不断地延伸扩展和相连。沿最薄弱的面形成宏观斜裂缝,并逐渐地贯通全截面。此时,试件的应变约为ε=(2—3)εp,混凝土的残余强度为(0.4—0.6)fc。  再增大试件应变,此斜裂缝在正应力和剪应力的挤压和搓碾下不断发展加宽,成为一破损带,而试件其它部位上的裂缝一般不再发展。
23.请再从混凝土的细观结构——微裂缝发育——应力应变关系归纳一下混凝土非线性、非弹性特征的来源及表现特征。
答:主要来源于内部裂缝的发展的凝胶体的流动  细观结构:结构混凝土在承受荷载前,内部就已经存在少量的微裂缝,主要位于粗骨料和砂浆的接触面上,并且硬结的水泥还有一定的流动性。
微裂缝的发育:在混凝土压应力较小时粗骨料表面的微裂缝尖端因应力集中而沿周界略有发展,同时,有些裂缝因受压而闭合,卸载后大部分变形能恢复,故混凝土宏观变形性能无明显变化,应力应变关系近似线弹性;继续加大荷载,粗骨料表面裂缝逐渐延伸和增宽,并产生新的粘结裂缝,一些裂缝向砂浆深入,若停止加载裂缝不会继续延伸,此时混凝土由于裂缝的发展抗压刚度降低,同时由于裂缝不可恢复,故表现出非线性非弹性性质;再加大荷载,裂缝继续向砂浆里面深入以至形成沿荷载方向的贯穿裂缝将混凝土分成一些小柱而破坏,此时的裂缝使混凝土试块刚度急剧下降,并且裂缝是不可恢复和不稳定的,故混凝土非线性非弹性表现的更明显。(过镇海P9~12)  27.请说明混凝土受拉应力——应变曲线的特征,受拉应力——应变曲线有下降段吗?为什么? 解:试件开始加载后,当应力(A点)时,混凝土的变形约按比例增大。此后混凝土出少量塑性变形稍快,曲线微凸。当平均应变时,曲线的切线水平,得抗拉强度。随后,试件的承载力很快下降,形成一陡峭的尖峰(C点)。肉眼观察到试件表面的裂缝时,曲线以进入下降段(E点),平均应变约。裂缝为横向,细而短,缝宽约为0.04~0.08mm。此时的试件残余应力约为(0.2~0.3)。此后,裂缝迅速延伸和发展,荷载慢慢下降,曲线渐趋平缓。  受拉应力应变曲线有下降段。试件破坏时是砂浆逐步退出工作,剩余部分的应力增大,但名义应力减小,故有下降段;下降段的测出要求实验装置有足够大的刚度。
24.请说明HRB235级、HRB335级、HRB400级、消除应力钢丝和热处理钢筋的应力——应变特征有什么差别?
答: 前三种钢筋有明显的线弹性段和屈服平台,三种钢筋屈服点依次增大,屈服段依次减短,极限延伸率较大; 后两种没有明显屈服平台,达到极限强度后曲线稍有下降,极限延伸率较小。
25.请一定弄清楚在普通钢筋混凝土结构中为什么不能直接用强度过高的钢筋(例如标准强度超过550MPa的钢筋)作为普通钢筋。
答:  因为混凝土达到强度极限时的延伸率为0.002,当钢筋强度超过400MPa后,混凝土强度达到极限强度时钢筋没有屈服,不能充分利用钢筋的强度;否则混凝土强度下降,构件承载力下降。
26.热轧钢筋的强度标准值和消除应力钢丝的强度值分别按哪个强度指标确定的,为什么?
答:  热扎钢筋的强度标准值是根据屈服强度确定,用fyk表示。预应力钢铰丝、钢丝、和热处理钢筋的强度标准值是根据极限抗拉强度确定的,用fptk表示(规范p19)。
27.什么是钢筋的极限延伸率,什么是钢筋的均匀延伸率,为什么钢筋(钢丝)的材性控制指标要从原来使用前者改为现在使用后者 。
答: 极限延伸率是指钢筋试件拉伸实验破坏时伸长量与原试件长度的比值;钢筋的均匀延伸率是指混凝土构件两裂缝间的钢筋的平均伸长量与原长的比值。
28.什么冷轧带肋钢筋?它的性能有什么优点?有什么缺点?
答: 冷轧带肋钢筋是将热轧钢筋在常温下通过轧制机轧制而成.优点:冷轧带肋钢筋比原钢筋强度增大,节省钢材.缺点:塑性性能降低。
29.为什么此次修订规范优先推荐采用HRB400级(新三级)钢筋?它的最大优势是什么?与使用HRB335级钢筋相比,在使用HRRB400级钢筋时应注意是什么问题?
答: 优先采用是为了节省钢材.其最大优势是省钢材,方便施工;与HRB335相比要注意验算裂缝宽度,规范规定最小配筋率减少0.1%。
30.规范对预应力钢筋(钢丝)推荐的主导品种是什么?为什么在预应力结构中取用强度高的预应力筋更有利?
答: 主导钢筋是高强的预应力钢绞线,钢丝.预应力钢筋强度越高预应力相对损失越少,另外强度越高配筋相对减少,预应力损失减少,同时预加应力越大,抗裂度加大
31.混凝土和钢筋标准强度的统计含义是什么?
答:混凝土标准强度: 以边长为150mm立方体在20°C的温度和相对湿度在90%以上的潮湿空气中养护28天,依照标准方法测得的具有95%保证率的抗压强度。
钢筋标准强度:混凝土设计规范中采用国标规定的废品率限制作为钢筋的强度标准值,为97.73%。
32.影响钢筋混凝土和预应力混凝土结构耐久性的因素有那些?
答:保护层厚度,裂缝,材料性能有关。内部因素:混凝土强度,密实性,水泥用量,水灰比,氯离子及碱含量,外加剂用量,保护层厚度。外部因素:温度,湿度,CO2含量,侵蚀性介质,空气流动性。
33.什么是混凝土的碳化?为什么碳化深度与钢筋全面锈蚀有直接关系?
答:大气中的CO2或其它酸性气体,将使混凝土中性化而降低其碱度,这就是混凝土的碳化; 因为混凝土的高碱性环境使得钢筋免于被酸性物质腐蚀,当混凝土碳化前锋达到钢筋表面后,钢筋开始锈蚀,此后钢筋锈蚀不断加剧,直到全面锈蚀。
34.混凝土构件的保护层厚度是按什么原则确定的?为什么板、墙、壳类构件的保护层厚度可以比梁柱类构件取得小?
答:保证混凝土与钢筋的共同工作和耐久性的要求来确定的。处于一般室内环境中的构件,受力钢筋的混凝土保护层最小厚度主要按结构构造或耐火性的要求确定。处于露天或室内高湿度环境中的构件,结构的使用寿命基本上取决于保护层完全碳化所需的时间。总之受力钢筋的混凝土保护层的最小厚度应根据不同等级混凝土在设计基准期内碳化深度来确定。
对于梁柱等构件,因棱角部分的混凝土双向碳化,且易产生沿钢筋的纵向裂缝,而板、壳是单向碳化,故保护层厚度要比梁柱的小。
35.请说明钢筋混凝土结构构件和预应力混凝土结构构件的裂缝控制等级,这些等级与耐久性有什么关系?
答:见《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)表3.4.5。
36.请说明当裂缝面与钢筋垂直相交时,与裂缝相交处钢筋的锈蚀是如何发展的?裂缝宽度与这一锈蚀过程有什么关系?
答:钢筋首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀”,继而渐渐形成“环蚀”,同时向裂缝两边扩展形成锈蚀面,使钢筋截面削弱。钢筋锈蚀严重时,体积膨胀,导致沿钢筋长度出现纵向裂缝,并使保护层剥落,习称“暴筋”,从而截面承载力降低,最终将使结构破坏或失效。
裂缝宽度越大,水和酸性气体更易进入裂缝,与钢筋表面接触面积更大,更易锈蚀。
37.请说明碳化深度达到钢筋表面所引起的锈蚀与裂缝处钢筋锈蚀的发育特征有什么区别?
答:保护层失效引起的钢筋锈蚀是全面锈蚀,钢筋膨胀引起的裂缝一旦发生,是沿钢筋全长的。而裂缝引起的钢筋锈蚀是局部发展的。从裂缝处逐渐向两边发展。
38.碳化深度达到钢筋表面后,钢筋要锈蚀还需要水和氧气,请问水和氧是如何到达钢筋表面的?由此我们可以得到哪些改善耐久性的启发?
答:水和氧气是通过混凝土保护层的孔隙和裂缝进入的。
改善方法:提高混凝土的密实性,控制裂缝宽度或不开裂,在钢筋表面涂防护层.
39.当保护层的厚度因耐久性的需要而超过35~40mm时,应在保护层中采取什么措施以减少保护层混凝土崩落的可能性?
答:通常是在混凝土保护层中离构件表面一定距离处全面增配由细钢筋制成的构造钢筋网片。
40.一个轴心受压的混凝土圆柱,当其周边受有径向水平均布压应力时,轴心受压的应力-应变曲线会发生什么样的变化?
答:曲线峰部抬高,变得平缓和丰满(径向压应力约束了混凝土的横向膨胀,阻滞纵向裂缝的出现和开展,在提高其极限强度的同时,塑性变形也有了很大的发展)。均匀压应力越大,峰值越大,峰值点越靠后,峰值后的曲线越平缓。
41.矩形箍筋对混凝土的约束作用与圆形箍筋或螺旋形箍筋有什么实质性区别?复合矩形箍筋对核心混凝土的约束作用为什么又要比单个矩形箍筋好?箍筋间距对这种约束的好坏有影响吗?纵筋的根数和直径对这种约束有影响吗?为什么?在设计中考虑这种影响吗?
答:圆形箍筋和螺旋形箍筋对混凝土产生的作用是均匀分布的径向压应力。而矩形箍筋却有所不同,矩形箍筋柱在轴压力的作用下,核心混凝土的膨胀变形使箍筋的直线段产生水平弯曲。因为箍筋直线段的抗弯刚度很小,因此直线段对核心混凝土的反作用力也很小。
另一方面,箍筋的转角部刚度大,变形小,两个垂直方向上的拉力合成对核心混凝土对角线方向的强力约束。故核心混凝土承受的是沿对角线方向的集中压应力和沿箍筋方向分布的很小的横向力。
复合箍筋的中间肢能加强箍筋直线段对核心混凝土的约束作用,因此复合箍筋对混凝土的约束作用比单个箍筋要好。箍筋的间距越小,对混凝土的约束作用越好。
纵筋能把箍筋的一部分约束力传递给箍筋上下方的混凝土,因此能加强对箍筋之间的混凝土的约束力,并且纵筋的根数越多直径越大这种作用越明显。但总体来说它的影响还是比较小,因此设计中一般不考虑(个人意见,有待斟酌)。
42.由轴心受压构件经验得出的箍筋约束效果能直接用于偏心受压区混凝土吗?有没有什么办法能验证直接应用的合理性?
答:经验证明用轴心受压的结果模拟偏心受压下的应力-应变关系误差是不大的,故由轴心受压构件经验得出的箍筋约束效果能直接用于偏心受压区混凝土。
43.在一根受弯的梁中,当尚未出现弯曲裂缝时,纵向钢筋的表面有粘接应力吗?什么是“粘接应力”,粘接应力的大小与各正截面中的作用剪力大小有关吗?如有,为什么?
答:有。因为任何一段钢筋的应力差都由其表面的纵向剪应力所平衡,而此剪应力即周围混凝土所提供的粘接应力。钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力,混凝土收缩,将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力,钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力以及因钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、角钢而产生的锚固力全称为粘接应力。
44.试说明一根带肋钢筋在受力逐步增大的过程中其粘接-滑移的基本规律,并说明其中的各个关键点和与这些关键点对应的物理现象,其中应着重说明:后藤幸正发现的肋前角向斜外向发展的裂缝;肋前混凝土局部压碎区;局压区的形成对钢筋劈裂力的形成起什么作应,劈裂力如何作应给钢筋周围的混凝土,其后果是什么?为什么说锚固段周围的配箍对锚固能力有重要作用?
答:1拉力较小,钢筋与混凝土间的化学粘接没有破坏;
2拉力增大,出现后藤裂缝;
3拉力继续增大,肋前混凝土局部压碎;
4拉力再增大,曲线坡度减小,后藤裂缝继续扩展,件劈效应更加明显。在没有箍筋的情况下,将形成通长的劈裂裂缝导致粘接破坏;
5若有箍筋约束,则劈裂裂缝不能充分发展,这时钢筋肋纹间的混凝土将全部被压碎,在肋纹的外表面形成一粗糙的破坏面,钢筋与混凝土间的粘接应力逐渐减小。
钢筋被拔出。
肋前的混凝土压碎成粉末的时候,尖劈效应更加明显,如果保护层太薄且没有箍筋保护,则会产生劈裂裂缝。因为箍筋可以限制辟裂裂缝开展,有效提高粘接应力。
45.说明带90度弯折的锚固端的受力机理,水平直段的长度对弯弧及尾段的受力有影响吗?带90度弯折锚固端的总锚长为什么不需要满足直线锚固长度的要求?其水平段过短会形成什么样的失效方式?试举例说明什么地方要用到这种锚固形式?
答:带90度弯折的锚固端的粘接力由三部分提供:一是直段与混凝土之间的粘接力;二是弯钩处因“缆索效应”而产生的拉力;三是弯折段与混凝土之间的粘接力。因为“缆索效应”加强了钢筋与混凝土之间粘接能力,所以带90度弯折的钢筋的总锚长取0.7倍的直线锚长。如果水平段过小将会形成拉脱型锚固失效。这种锚固形式主要应用在梁和边柱的接点和错层处的梁柱接点。
46.钢筋受拉锚固长度是用什么样的试验确定的?它与哪些主要因素有关(参看混凝土规范)?为什么它与混凝土保护层厚度不小于钢筋直径的规定有关?受拉锚固长度考虑了可靠度问题吗?用什么思路考虑的?
答:混凝土规范规定的纵向受拉钢筋的最小锚固长度是根据拔出试件试验结果的统计分析给出的。它与混凝土强度等级、钢筋的强度、钢筋的直径、混凝土保护层的厚度等有关。因规范在确定锚固长度所做的试验取偏心至边缘的距离为d(钢筋直径),故规定保护层厚度不得小于d。受拉锚固长度是考虑了可靠度的,具体体现在钢筋的外形系数α内,α是经对各类钢筋进行系统粘接锚固试验及可靠度分析得出的。
47.什么是钢筋的机械连接接头?你知道哪几种机械连接接头?
答:钢筋的机械连接是通过连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用将一根钢筋中的力传至另一根钢筋的连接方法;机械连接接头有带肋钢管套筒挤压连接,钢筋锥螺纹连接。
48.钢筋搭接接头是如何传力的?为什么搭接长度比锚固长度要长些?为什么同一连接区段内搭接钢筋占总受拉钢筋面积的百分比越高,规范规定的搭接长度越大?
答:1)钢筋的搭接接头传力方式:位于两根搭接钢筋之间的混凝土受到肋的斜向挤压作用,有如一斜压杆,通过钢筋与混凝土之间的粘结力来逐步传递; 2)因为搭接区段内除了粘接应力外还有其他外力作用使钢筋受拉,而钢筋锚固段内只有粘接应力存在,不存在其他外力;3)因为搭接取段内搭接钢筋占受拉钢筋面积的百分率越高,是因为搭接接头受力后,相互搭接的两根钢筋将产生相对滑移,且搭接接头长度越小,滑移越大。为了使接头充分受力的同时,刚度不致过差,就需要相应增大搭接长度。
49.什么是“同一连接区段”搭接接头“同一连接区段”如何定义(参考《混凝土结构设计规范》及条文说明)
答:钢筋绑扎搭接接头连接区段的长度为1.3倍搭接长度,凡搭接接头中点位于该连接区段长度内的搭接接头均属于同一连接区段。(搭接钢筋接头中心距不大于1.3倍搭接接头长度,或搭接钢筋端部距离不大于0.3倍搭接接头长度时,均属位于同一连接区段的搭接接头)
50.请对比一下机械连接接头、焊接接头和搭接接头各自的优缺点。
答:机械连接节省钢材,施工方便。机械连接在保护层设定时应该注意套筒的影响。锥螺纹的加工要求很精细,但现在国内很难保证。在冷扎螺纹的时候会使接头处产生残余应力,回火可以降低残余应力,但成本就会上升。
焊接连接可以达到较好的连接效果,节省钢材。但由于施工水平的限制,很难保证质量搭接废钢。
51.为什么搭接接头区要加密箍筋?为什么受压搭接接头两个端头的外面还要增设两个间距较小的构造箍筋。
答:搭接的传力方式是通过搭接的钢筋与混凝土之间的粘接力将一根钢筋的力传给另外一根钢筋。位于两根钢筋之间的混凝土受到肋的挤压作用,肋对混凝土的斜向挤压力的径向分力同样使外围混凝土产生横向拉力。故搭接区段外围混凝土受到两根钢筋所产生的劈裂力。为了防止纵向劈裂,提高粘接强度,在搭接范围内,须将箍筋加密。
受压搭接接头两端头外面增设两个间距较小的构造箍筋是为了防止钢筋端头因存在压力而导致的局部挤压裂缝。(《混凝土规范》297页9.4.5条)
52.请以单筋矩形截面为例重点说明受拉配筋率的大小、受压配筋率的大小对混凝土受压区高度有什么影响?同时利用平截面假定说明:1)和对受拉钢筋恰好屈服时受压边混凝土达到的压应变有什么影响?(即对屈服曲率的影响) 2)和对受压边缘达到极限压应变时的截面曲率(极限曲率)有什么影响?
答:受拉配筋率大,受压区越高;受压配筋率越大受压区高度越小。受压边缘达到极限压应变时截面曲率越小,否则越大。
53.请说明大偏压截面和小偏心受压截面破坏状态的控制特征的主要区别。
答:大偏压截面破坏始自受拉区钢筋屈服,最后受压区混凝土被压碎;小偏压截面破坏时受压区混凝土被压碎,另一侧钢筋没有受拉屈服,可能是受拉或受压。
54.请说明大偏心受拉截面和小偏心受拉截面破坏状态的控制特征的主要区别。
答:大偏心受拉破坏时,截面一侧混凝土受压破坏,另一侧钢筋受拉屈服;小偏拉破坏时,全截面混凝土被拉段,两侧钢筋都受拉,靠近拉力的一侧钢筋屈服,另一侧钢筋没有屈服。
55.什么是模型柱,或者说两端等偏心距偏心压杆?在这个压杆上,偏心距增大系数或者美国弯矩增大系数表示的是什么关系?
答:在研究和建立钢筋混凝土偏心受压柱的偏心距增大系数表达式的时候,世界各国最初所用的基本构件形式都是两端铰支的便感偏心距压杆,也称标准柱。表示的是标准柱柱高中点截面考虑柱子挠曲后的偏心距与未考虑柱子挠曲的偏心距的比值。
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柱,纤细之极
柯布西耶在《走向新建筑》中提出的 “新建筑五点”,对现代主义建筑具有深远影响。其中第一条便是“首层架空、以柱子支承” 。[ Support of ground-level pilotis, elevating the building from the earth and allowing the garden to be extended to the space beneath.]
▲ 萨伏伊别墅 (1928-1931) ,柯布西耶
1928年,柯布西耶设计了萨伏伊别墅[VillaSavoye],首层架空强化了白色混凝土柱的视觉效果。柱子比古典建筑的巨柱纤细很多。
 
同为现代建筑大师的密斯,则提倡"Less is more" 的空间理念。“少”不是空白而是精简,他追求精致极简的结构。
▲ 巴塞罗那国际博览会德国馆(1929),密斯
巴塞罗那国际博览会德国馆是密斯的代表作之一,建筑本身轻灵通透,内外空间连续流通。柱子罕见地呈十字形断面。我们知道十字形的 “回转半径” 很小,从结构受力的角度讲,它无疑是一根“细柱”了。
▲ 十字形钢柱,巴塞罗那国际博览会德国馆

▲ 范斯沃斯住宅Farnsworth House(1946-1951),密斯,
 
▲ JohnsonWax Headquarters (1939), 赖特
约翰逊蜡制公司,蘑菇细柱与采光天窗的表现
 
柱子在建筑空间中应该如何表达?
前仆后继的建筑师不断地探索、尝试和创新。其中不乏一些案例,追求柱子的精致设计、极致纤细,为我们结构工程师带来了挑战。本文选择了几个经典案例做简要的分析,探讨“细柱”的几种实现方法。
 
    轻    
我们知道,细长柱在压力作用下会容易发生失稳。为了防止失稳,首先要减小柱子的轴压力,即减轻荷载。

妹岛和世+西泽立卫于2009 年设计的蛇形画廊(Serpentine Gallery),展区由细细的柱子支撑着蜿蜒连续的铝板,铝板反射树木、地面和天空的映像,与周围环境形成呼应。
▲2009年蛇形画廊: SANAA
画廊中细柱承受的荷载是非常小的,仅仅为轻质屋面(铝板)的自量,粗略估算只相当于普通混凝土楼面恒活荷载的3%~5%。
而且蛇形画廊属于临时建筑,其使用期间的遭遇大风和地震的概率很小,设计时几乎不考虑水平作用力,柱子不必承受过多的弯矩,因此它比普通建筑的柱纤细很多。

2008年威尼斯双年展的日本馆,建筑师石上纯也设计了一个玻璃盒子覆盖植物。从功能上看,它连临时建筑也不能算,更像是一个装置,有一种摇摇欲坠的感觉。在结构受力方面,水平力完全由玻璃面板来承受,极细的柱子仅支承屋面板的自重。
▲ 2008威尼斯双年展日本馆
建筑:石上纯也,   结构:佐藤淳 
 
    密    
另一个方法是加密柱子布置,进而减轻每根柱子所分担的轴压力。妹岛和世在早期的公园咖啡厅设计中,曾采用1.5米x1.5米左右的柱网来实现细柱。
但在大体量建筑中,加密柱子的方法不太常用,比较成功的案例有赫尔佐格和德梅隆设计的波尔多体育馆。
▲ 波尔多体育馆(2015),赫尔佐格和德梅隆

欧洲地震小,细柱设计更容易实现 
 
 分而治之 

常规的框架柱截面大,除了压杆稳定的因素以外,另一个原因是柱子需要承受弯矩。弯矩一部分由水平力(风和地震)引起,另一部分由与梁柱刚接节点的平衡弯矩引起。从这两点出发,减小柱子内的弯矩,是缩小柱子断面的有效手段。

冼足连结公寓 G-Flat
▲ 冼足连结公寓 G-Flat,2006
建筑:北山恒, 结构:金田胜德
冼足连结公寓 G-Flat实现“细柱”的方法是,将集合住宅的“剪力墙”布置在建筑平面的中央,相邻两个单元的剪力墙方向垂直交错布置,以抵抗各方向的水平力。
▲ 剪力墙垂直交错,细柱布置
剪力墙的抗侧刚度远大于钢柱,因此钢柱分担的地震力很小,几乎可按二力杆设计,截面尺寸可大幅减小。

金泽海之未来图书馆
金泽海图书馆被设计者称为“蛋糕盒子”,长宽高45m×45m×19m,共有3层。幕墙是有着6000个小圆孔的GRC板和阳光板,把柔和的自然光引入室内。
▲ 金泽海之未来图书馆(2011)
建筑:工藤和美+堀场弘, 结构:新谷真人
在幕墙中隐藏了网格状的钢结构,其受力特性类似于框架支撑体系,承担了建筑全部水平地震力。因而,图书馆内部的25根、高达12米的钢柱,仅需承受来自屋顶的重力。为了避免屋面梁传递给柱顶弯矩,柱顶采用铰接节点释放弯矩。
▲  25根高12米的无缝钢管柱

金泽21世纪美术馆
金泽21世纪美术馆是SANAA的代表作之一。圆形的平面,功能性房间布置在内部,而沿着周边则是透明的玻璃立面。以纯白细柱支承屋面,保证了公共空间的明亮和开敞。
▲  21 世纪金泽美术馆(2004), SANAA

普利兹克奖评委会主席洛德·帕伦博(Lord Palumbo)评价SANAA 时所说,“建筑风格纤细而有力,确定而柔韧,巧妙但不过分。”
从平面图上我们看到,在圆形内部空间密布了许多隔墙,墙体内置了较为粗壮的H形钢柱,间距3米(比较密),局部布置钢支撑。
▲  圆形建筑中部为钢框架支撑结构

这些隐藏在墙体内部的框架支撑承受了绝大部分的水平力和竖向力。而暴露在外部的钢柱只承受较小的竖向荷载(屋面自重),因而可以做到纤细异常。
▲  水平地震作用下钢支撑的轴力

直岛 海之车站

海之车站是一个建筑面积600平的轮渡站,屋面为1.6mm的压型钢板轻质屋盖,支承其重量的钢柱是直径85mm的钢管。显然,如此纤细的钢管无法抵抗海风和地震引起的水平力。

▲ 海之车站 Marine Station Naoshima
建筑:SANAA;结构:佐佐木睦郎

在车站开敞的空间中布置有8片纤薄的钢板墙,墙表面是镜面不锈钢。镜面映射周边景色,与环境融为一体,不容易被察觉到。
▲  不锈钢镜面钢板墙 

钢板墙组成:“2mm镜面无缝钢板”+”9mm钢板”
中间为角钢骨架,防止钢板屈曲
 
 预 应 力 

KAIT 工坊
石上纯也设计的神奈川工科大学KAIT工坊,令人印象最深的是细密的白色柱子,建筑轻盈得如隐匿一般。
▲  神奈川工科大学KAIT工坊,2008
建筑:石上纯也、结构:小西泰孝
KAIT工坊最初的构想是树林,没有墙的阻隔,305根柱像树一样错综密布在建筑中,编织成一个有密度、非均质的柔和空间。
▲  KAIT工坊设计概念图

▲  石上纯也在KAIT工坊
12年前,当石上纯也第一次提交自己的设计方案的时候,校方对这个初出茅庐的建筑师充满了质疑:
“这么薄的结构,真得能做到吗?”
“如果真得像你说得简单,为什么没有人做到过呢?”
“空间不实用,有些空间要更大些,有些空间要更小一点......”

建筑设计人员在草图上把空间可能性画出来,然后放入家具,探讨柱子与家具的关系。最终,空间因柱子的分布而生成,建筑被主要分为14个开放的区块,相互独立又融为一体。
▲  放入办公桌椅的空间
 
结构如何实现?
这一直是人们对KAIT工坊最感兴趣的话题。305根柱子当中只有42根是承受竖向荷载的受压柱(钢板62x90mm);其余的263根钢板柱,是施加了预拉力的吊柱(钢板厚度16~45mm,宽度96~160mm),用抵抗水平力。
吊柱的扁钢板朝向都不一样,既可以抵抗来自不同方向的水平力(风和地震),又使人们身在其中看到不同宽窄的柱子变化。
上图显示的为吊柱施加预应力原理,对钢梁预变形、在吊柱内施加预拉力,并控制结构承载后的最终形态。
▲  吊柱与立柱大样图
吊柱上下两端均为刚接,以最大程度地提供刚度;立柱下端与基础刚接,上端与钢梁铰接,以释放节点的弯矩作用。

2009年KAIT工坊项目获得日本建筑学会奖。那一年,石上纯也34岁,成为史上摘得该奖项最年轻的独立设计师。现在搜索神奈川工科大学或是这座大学所在的厚木市,映入眼帘的都是KAIT工坊,可见建筑的魅力非同寻常。
 
 工程师的创新 
除了以上介绍的几种常规方法,工程师也探索出新的方法,例如,利用预应力技术提高柱子的稳定承载力、利用结构体系大变形的非线性刚度等。
▲  重庆龙兴景观大门
建筑:纬图景观、结构:袁鑫
上图的景观大门结构中,柱高最大约10米,最细柱仅60mm。屋面的曲面造型使得钢柱高度不同,结构师正是利用了柱子长度不一的特点,依靠结构大变形后的非线性抗侧刚度抵抗水平力。
▲  曲面造型屋面的钢梁
加大屋面钢梁的抗弯刚度
有利于发挥长短柱的非线性刚度(大变形)
限于篇幅,还有一些有意思的细柱建筑,仅附上图片了建筑名称,供大家欣赏。 
▲  HouseNA, 藤本壮介

▲  LayeredS-house, Saitama
楼梯作为结构承载的主要构件
建筑四角为极细的钢柱

▲  Artinstitute of chicago,2009
建筑设计:Renzo Piano;结构设计:Arup
参考资料:
1. 结构.空间.界面的整合设计及表现,戴航,张冰著
2. 建筑结构创新工学,日本建筑学会著,郭屹民等译

相关延伸阅读(链接)
摇摆的柱子
雨棚笔记
工程巡礼—劳力士学习中心
海那边的结构工程师——日本考察拾遗
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结构设计规范中常规问题30问,先收藏再回答!
1.  从技术术语的角度分清什么是“框架”什么是“框架结构”。 
答:框架:框架结构、框架-剪力墙结构、框架-筒体结构中的框架部分。 框架结构:仅仅由框架组成的结构。 框架结构——由梁和柱以刚接或铰接相连接成承重体系的房屋建筑结构(《高层建筑结构分析与设计》P44) 框架结构——由梁和柱以刚接或铰接相连接而构成承重体系的结构。
2.《高层建筑混凝土结构技术规程》为什么要对框架结构的最大高度做出限制?
 答:框架结构在25层以下是经济的,超过25层的框架其侧向相对较柔,需要根据水平位移的控制而不经济的加大构件尺寸。(《高层建筑结构分析与设计》P44) 框架结构构件接截面尺寸较小,结构的抗侧刚度较小,水平位移大,在地震作用下容易由于大变形而引起非结构结构的破坏。因此其建造高度受到限制。(《混凝土结构下册》P175)。 从整截面墙→整体小开口墙→壁式框架→普通框架,水平抗侧刚度会削弱到只有原来的整截面墙的百分之几。因此剪力墙结构的位移限制条件较容易满足,而框架结构往往是位移限制条件起控制作用。
3.《高层建筑混凝土结构技术规程》为什么对多高层建筑结构的相对层间位移(层间水平位移与层高之比)做出限制?如果某个框架结构不满足这一控制条件,请说出在不加剪力墙的情况下哪些措施可以提高框架结构的抗侧向力刚度。 
答:任何构件或结构为保证其正常工作,都必须满足强度、刚度和稳定的要求。随着简直物高度的增加,对结构抗侧刚度的要求也随之提高。因为侧向位移过大,会引起主体结构的开裂甚至破坏,导致简直装修与隔墙的损坏,造成电梯运行困难,还会使居住者感觉不良。另一方面,水平位移过大,竖向荷载将产生显著的附加弯矩(即P-△效应),使结构内力增大。(《混凝土结构下册》P172) 增加柱子截面积,设支撑,合理的布置结构体系,增加水平构件刚度 
4.框架-剪力墙,框架-核心筒,剪力墙结构,筒中筒结构的含义。 
答:框架-剪力墙结构:由框架和剪力墙共同作为承重结构。 框架-核心筒结构:由中央薄壁筒与外围的一般框架组成的高层建筑结构。 剪力墙结构:利用建筑物的外墙和永久性隔墙承重的结构。 筒中筒结构:由中央薄壁筒与外围框筒组成的高层建筑结构。(《混凝土结构下册》P177) 
5.请说出剪力墙结构的优缺点。你认为采用剪力墙结构能实现每户居室自由设计的要求吗?
答:因为剪力墙的抗侧刚度较大,剪力墙结构体系在水平力作用下的侧移量很小,结构的整体性好,抗震能力强,可以建造较高的建筑物。但剪力墙的布置受到建筑开间和楼板跨度的限制。墙与墙之间的间距较小,难于满足布置大空间等使用要求。(《混凝土结构下册》P177) 我认为可以通过加大墙与墙之间的距离的办法来实现自由户型设计。 我认为采用剪力墙结构不易实现每户居室自由设计的要求。 
6.框架-剪力墙结构中的剪力墙必须在两端与框架柱整体浇在一起吗?如果浇在一起,请画出两根框架柱和他们之间的剪力墙的水平剖面及柱和剪力墙的配筋构造示意图。 
答:抗震墙的周边应设置梁(或暗梁)和端柱组成的边框;端柱截面宜与同层框架柱相同。(《抗震规范》P61 6.5.1,<混凝土规范>; p195,11.7.17)。
试验表明,剪力墙在周期反复荷载作用下的塑性变形能力,与截面纵向钢筋的配筋、端部边缘构件范围、端部边缘构件内纵向钢筋及箍筋的配置,以及截面形状、截面轴压比大小等因素有关,而墙肢的轴压比则是更重要的影响因素。当轴压比较小时,即使在墙端部不设约束边缘构件,剪力墙也具有较好的延性和耗能能力;而当轴压比超过一定值时,不设约束边缘构件的剪力墙,其延性和耗能能力降低。为了保证剪力墙地步塑性铰区的严刑性能以及耗能能力,规定了一、二级抗震等级下,当剪力墙底部可能出现塑性铰的区域内轴压比较大时,应通过约束边缘构件为墙肢两端混凝土提供适度约束。(《混凝土规范》P336) 图见《抗震规范》P58 

7.筒中筒结构中的“外框筒”的结构特点,受力特点是什么? 
答:外框筒由柱距为2.0~3.0m的密排柱和宽梁组成。筒中筒结构中,剪力墙内筒截面面积较大,它承受大部分的水平剪力,外框筒柱承受的剪力很小;而水平力产生的倾覆力矩,则绝大部分由框筒柱的轴向力所形成的总弯矩来平衡,剪力墙和外框筒柱承受的剪力很小。另外,外框筒在水平力作用下,不仅平行于水平力作用方向上的框架(称为腹板框架)起作用,而且垂直于水平力作用方向上的框架(称为翼缘框架)也共同受力。薄壁筒在水平力作用下接近于薄壁杆件,产生整体弯曲和扭转。但是,外框筒虽然整体受力但与理想筒体的受力有明显的差别。理想筒体在水平力作用下,截面保持平面腹板应力直线分布,翼缘应力相等,而外框筒则不再保持平截面变形,腹板框架柱的轴力是曲线分布的,翼缘框架柱的轴力也不是均匀分布的:靠近角柱的柱子轴力大,远离角柱的柱子轴力小。这种应力不再保持直线规律的现象即剪力滞后。由于存在这种剪力滞后现象,所以外框筒不能简单地按平截面假定进行内力计算。(《多层与高层混凝土建筑结构设计》第489页) 

8.什么是“转换层”。请用简单传力模型说明转换层改变竖向力的传递途径和水平力的传递途径是什么含义?在发挥这类作用时,转换层本身有什么受力特点? 
答:为了实现上部布置小空间,下部布置大空间,上部布置刚度大的剪力墙,下部布置刚度小的框架柱。为了实现这种结构布置,就必须在结构转换的楼层设置转换层。(《高层建筑结构实用设计方法》P375) 将竖向荷载向下传递;传递水平荷载,当上下部承受水平力的结构构件不一致时,中间的转换层可以解决复杂的受力情况。可以想象成水平放置的剪力墙或深梁。 
转换层楼板要完成上下层剪力的重分配,自身在平面内受力很大,楼板有显著变形。楼板变形的结果是,下部框支柱的位移增大,从而框支柱的剪力增大。而不能直接使用按楼板刚度无限大的假定的计算结果。
9.请说明转换层常用结构形式。请说出转换层平面尺度与结构高度的大致比例。 
答:内部要形成大空间,包括结构类型转变和轴线转变,可以采用梁式、桁架式、箱形和板式转换层。框筒要在底层形成大入口,可以有多种转换层形式:转换梁、转换桁架、转换墙、间接转换拱、台柱转换拱。(《高层建筑结构实用设计方法》P378) 
10.请说明框架-核心筒的优点。请参照工程实例给出一个框架-核心筒结构的大致平面布置,并说明①核心筒的平面与整个框架-核心筒结构的平面尺度大致是什么关系。②这类结构核心筒外围框架柱的平面布置应考虑什么问题。为什么工程界也将这类核心筒外围的框架称为“稀柱框架”。 
答:框筒结构适用于钢或钢筋混凝土建造,高度曾达40—100层。这种框架的重复模式引出装配式钢结构以及在混凝土结构中可以应用快速移动式成套模板,形成快速施工。框筒结构是现代高层结构体现最重大的发展之一,它具有一个有效的、易于施工的结构,可建造出最高的建筑。从建筑风格来讲,框筒结构的外形清晰明快。(《高层建筑结构分析与设计》P52) ①45%~50% ②由于框架-核心筒结构只保留了剪力墙内筒,外筒作为一般框架,不要求起空间筒体作用,因此其平面形状较为自由,灵活多样。(《多层与高层混凝土建筑结构设计》第504页) 宜采用简单平面形状,首先考虑有双对称轴向的圆形、正方形、矩形和正多边形,其次为正三角形平面等。内筒宜局中,矩形平面长宽比不宜大于2。 
11.近来在高层建筑框架中常采用“宽扁梁”方案,请问这主要出于什么样的考虑?这种做法不会影响结构的抗水平力刚度吗?如果影响,那又应在设计中如何考虑和处理? 
答:为了降低楼层高度,或便于通风管道的通过,必要时可以设计成宽度比较大的扁梁,此时应根据荷载及跨度情况,满足梁的挠度限值,扁梁高度可取(《多层与高层混凝土建筑结构设计》p263)另外在延性框架要求强柱弱梁,强剪弱弯的情况下,不宜采用加大梁高度的做法,常常采用截面高度比较小的扁梁。(你们自己看用不用这条)为了增加楼层的净高,常将柱间大梁作成扁梁,以减小梁的高度。扁梁是宽度大于或等于梁高的梁。扁梁的高跨比也不宜小于1/20。高层建筑的转换层梁的荷重比很大,又要争取转换层相邻下层的层高,故常作成扁梁。(《高层建筑概念设计》p89) 有影响。因为框架在水平荷载作用下的水平位移是由构件变形的三种模式引起的,包括梁的弯曲变形、柱的弯曲变形以及柱的轴向变形。层间水平位移也是由这三种变形引起的位移分量组成,高层框架结构的构件典型尺寸一般具有这样的比例关系,既梁的弯曲变形是引起位移的主要因素,而柱的弯曲变形次之,(《高层建筑结构分析与设计》P186~196) 扁梁设计时你不仅需考虑纵向,你还需考虑横向,当然这要根据你的支撑情况而定。另据参加宽扁梁实验的朋友叙述,宽扁梁纵筋还是尽量穿过柱子,手册规定必须不少于75%纵筋穿柱,其实另外25%不穿柱的钢筋起到的作用很小。(本答案90%是错的) 
12.什么是带“加强层的高层建筑结构”?“加强层”常采用什么结构方案?为什么“加强层”能提高结构的抗侧刚度?在钢筋混凝土高层建筑中设置加强层要特别注意什么问题?
答:带刚臂超高层核心筒框架结构体系。 加强层宜布置有外伸刚性梁,桁架或空腹桁架,有时还在楼层布置环梁或桁架。 层数很多,高度很大的建筑结构中,不可避免要遇到两个问题:结构在水平作用下水平位移过大,作为主要受力构件的中心剪力墙或筒体承受的弯矩过大,一般高层结构体系,其位移类似悬臂梁,随高度增大,外荷载产生的倾覆力矩大部分由中央核心剪力墙或筒体承受,设计遇到很大困难。在顶部布置水平伸臂后,由于刚性伸臂使外伸产生轴向拉力和压力。它们组成一个力偶平衡了一部分外荷载所产生的倾覆力矩,从而减少了核心内墙承受的力矩,也大大减少了侧移。 由于刚臂的作用加大了部分框架柱的轴压比,对抗震不利。 
13.用下面的一个框架-剪力墙结构的平面示意图说明该结构的每一层楼层为什么都要起“膈板作用”(既水平方向的传力作用)。如果要对楼板在其平面内的受力状况进行验算,应采用什么计算简图?
 答: 在侧向力的作用下,框架和剪力墙协同工作,共同抵抗侧向力。剪力墙的侧向位移曲线为弯曲型,框架的侧向位移曲线为剪切型。而由于各层楼板或连梁的作用框架和剪力墙在各楼层处必须有共同的侧向位移。在底部,框架的变形受到剪力墙的制约,在顶部,剪力墙受到框架的扶持。因此每一层楼层都起水平方向的传力作用。我认为应该使用模型来分析。 
14. 什么是“型钢混凝土”(劲性钢筋混凝土或型钢钢筋混凝土),什么是“钢管混凝土”?以型钢混凝土柱为例,,说明它的受力为什么比普通钢筋混凝土好.请画出一个典型的型钢混凝土柱剖面.说明钢管混凝土柱中钢管和混凝土柱的受力特点.如果是大偏心受压柱,钢管混凝土还有没有优点?请丛刊物种找出一种你认为可能比较合理的钢管混凝土柱与钢筋混凝土柱的节点的做法.
答:型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢,也配有少量构造钢筋及少量受力钢筋. 在钢管中充填混凝土的结构称为钢管混凝土结构。 
型钢混凝土: 一方面混凝土包裹型钢,在构件达到承载力前型钢很少发生局部屈曲。另一方面型钢对核心混凝土起约束作用。同时因为整体型钢比钢筋混凝土中分散的钢筋刚度大得多,所以型钢混凝土构件比钢筋混凝土构件的刚度明显提高。型钢混凝土有很好的延性及很大的耗能能力。 
钢管混凝土结构的受力性能的优越性主要表现在合理地利用钢管对混凝土的的紧箍力。这种紧箍力改变了混凝土柱的受力状态,将单向受压改变为三向受压,混凝土抗压强度大大提高。 在低应力阶段,基本上与普通钢筋混凝土受压构件类似,即钢管与混凝土共同分担纵向压力。随着纵向压力的增加,混凝土横向变形大于钢管横向变形(都自由的情况下),而这是不可能的。因此混凝土对钢管产生径向压力。钢管在径向压力的作用下,产生了环向压力。 对于单根钢管混凝土,较为适用于轴心受压或以轴向压力为主的构件与杆件,这样能较为充分发挥混凝土三向受压下强度大大提高的优越性。对于弯矩较大的构件,一方面混凝土受压面积又较小,所以优点不是很突出。另外一方面,由于截面中受拉区的存在。金箍力作用将大为削弱。而且紧箍力的计算也变得十分复杂。此外,截面相等的情况下,圆形截面惯性矩小,从力学特征上来说,不适合承弯。 几种梁柱节点形式 
15.试以剪力墙结构中的一片横墙剪力墙为例,说明在水平荷载作用下,剪力墙每一层的层间位移中哪一部分称为”有害位移”,哪一部分称为”无害位移”.
答:本层的弯曲变形和剪切变形所产生的位移为有害位移,下层的位移对上层产生的附加位移是无害位移。 弯曲型的剪力墙结构,对于剪力墙的整体变形采用普通梁的平截面假定。由此可知,第I层剪力墙的层间委蛇角包含自身变形角和下层的位移角两部分。后者和本层受力无关,称为无害位移角,前者和本层受力有关,称为有害位移角。
16.请说明单层厂房钢筋混凝土或预应力混凝土屋架的比较合理的结构形式。这种屋架能按简单的铰接桁架进行内力分析吗?如果不完全行,又要补充什么验算内容? 
答:可以按照铰接桁架来计算轴力(即进行内力分析),但是上弦要按照连续梁在支座不均匀沉降情况下计算弯矩。
17.为什么说支撑系统是保证单层厂房结构整体刚度和稳定性的关键措施。你知道可能需要哪些部位设置沿哪个方向的平面支撑。支撑本身一般采用什么样的结构形式?
答:(1)在装配式钢筋混凝土单层厂房结构中,支撑虽然不是主要的承重构件,但却是联系各种主要结构构件并把它们构成整体的重要的组成部分。可以把有些水平荷载传递到主要承重构件。屋架的横向刚度很小,容易连续倒塌,故设置支撑。 
(2)屋盖的上下弦水平支撑,应布置在屋架(屋面梁)上下弦平面内以及天窗架上弦平面内。 屋盖的垂直支撑应布置在屋架(屋面梁)间和天窗架(包括挡风板立柱)之间。 系杆设置在屋架上下弦及天窗上弦平面内。 屋架上弦水平支撑布置在每个伸缩缝区段端部。对于采用钢筋混凝土屋面梁的屋盖系统,当采用檩条时,应在梁的上翼缘平面内设置横向水平支撑。支撑应布置在伸缩缝区段两端的第一个或第二个柱距内。当屋盖上的天窗通过伸缩缝时,则应在伸缩缝的两侧天窗下面的柱距内设置上弦横向水平支撑。 对于采用钢筋混凝土拱形及梯形屋架的屋盖系统,应在每一个伸缩缝区段端部的第一或第二个柱距内设置上弦横向水平支撑。当厂房设置天窗时,可根据屋架上弦杆件的稳定条件,在天窗范围内沿厂房纵向设置连系杆。 
18.请从材料的加、卸载应力—应变关系说明什么是非弹性,什么是“弹性”?什么是“非线性”,什么是“线性”?就这个意义来说,混凝土受压时具有什么特性?为什么?
答:(非)弹性是指在应力作用下产生的某一应变,在应力撤除后(不)能够完全恢复的性能。 (非)线性是指在应力作用下的ζ—ε曲线按比例呈线性增加称为线性。 就这个意义上说,混凝土受压时具有非线性和非弹性的特征。 
19.请从材料受力角度理解什么是“弹性模量”。混凝土的设计弹性模量是如何测定的?规范给出的弹性模量公式包没包含可靠性因素。不同强度等级混凝土Ec有无差别,差别大吗?
答:混凝土的弹性模量是指根据混凝土棱柱体标准试件,用标准试验方法所得到的规定压应力值与其对应的压应变值的比较。即单位压应变所对应的应力值。(《建筑结构设计术语和符号标准》30页3.4.5条) 采用柱体试件,取应力上限为0.5fc重复加载10次时应力应变曲线接近直线,该直线的斜率取为混凝土的弹性模量 根据规范P240(4.1.5)上的公式,由于是混凝土立方体抗压强度标准值相对应的,而标准值已考虑了可靠度,故弹性模量也考虑了可靠度。不同强度等级混凝土的EC弹性模量有差别。从C15-C80从2.2-3.8×104N/mm2。变化较大。
20.说明从较低强度混凝土(例如C20)到高强混凝土(例如C100)的应力—应变特征及其区别。 
答:强度越高其应力的峰值点越高,但对应的应变差距不大。强度越高越接近弹性材料。强度由低到高:EC由小到大,非线性由重到轻,下降段由平缓到陡,上升段由陡到平缓,破坏应变减小。C90以上,原则上没有下降段。(笔记) 
21.以硅酸盐水泥做成的混凝土为例,说明水泥水化后的细观结构特征。这种特征对混凝土的受力性能有什么影响。
答:水泥水化后,在水泥颗粒表面形成水化物膜。内部水泥颗粒继续水化,然后向外喷出管状触须。触须相互交错。致使颗粒间的空隙减小,包有凝胶体的水泥颗粒相互接触,结晶体和凝胶体互相贯穿形成结晶网状结构。固相颗粒之间的空隙减小,结构逐渐紧密。使水泥浆体完全失去可塑性,达到能够担负一定荷载的强度。进入硬化期后,水化速度减慢,水化物随时间的增长而逐渐增加,扩散到毛细孔中,使使结构更趋致密,强度相应提高。(我感觉后部分和讲课内容不合拍) 因此混凝土抗压能力强而抗拉能力弱。 
22.试说明在混凝土单轴受压时,其中微裂缝的发展趋势。到应力—应变曲线的哪个部位时(中低强度混凝土),裂缝才在轴压试块表面成为可见的。
答:混凝土在承受荷载或外应力以前,内部就已经存在少量分散的微裂缝。当混凝土内微观拉应力较大时,首先在粗骨料的界面出现微裂缝,称界面粘结裂缝。开始受力后知道极限荷载(ζmax),混凝土的微裂缝逐渐增多和扩展可以分作3个阶段: 
(1)微裂缝相对稳定期(ζ/ζmax<0.3—0.5) 这时混凝土的压应力较小,虽然有些微裂缝的尖端因应力集中而沿界面略有发展,也有些微裂缝和间隙因受压而有些闭和,对混凝土的宏观变形性能无明显变化。 
(2)稳定裂缝发展期(ζ/ζmax<0.75—0.9) 混凝土的应力增大后,原有的粗骨料界面裂缝逐渐延伸和增宽,其它骨料界面又出现新的粘接裂缝。一些界面裂缝的伸展,逐渐地进入水泥砂浆,或者水泥砂浆中原有缝隙处的应力集力将砂浆拉断,产生少量微裂缝。这一阶段,混凝土内微裂缝发展较多,变形增长较大。但是,当荷载不再增大,微裂缝的发展亦将停滞,裂缝形态保持基本稳定。
(3)不稳定裂缝发展期(ζ/ζmax>0.75—0.9) 混凝土在更高的应力作用下,粗骨料的界面裂缝突然加宽和延伸,大量的进入水泥砂浆:水泥沙浆中的已有裂缝也加快发展,并和相邻的粗骨料界面裂缝相连。这些裂缝逐个连通,构成大致平行于应力方向的连续裂缝,或称纵向劈裂裂缝。若混凝土中部分粗骨料的强度较低,或有节理和缺陷,也可能在高应力下发生骨料劈裂。这一阶段的应力增量不大,而裂缝发展迅速,变形增长大。即使应力维持常值,裂缝仍将继续发展,不能再保持稳定状态。纵向的通缝将试件分隔成数个小柱体,承载力下降而导致混凝土的最终破坏。 
其破坏机理可以概括为:首先是水泥沙浆沿粗骨料的界面和砂浆内部形成微裂缝;应力增大后这些微裂缝逐渐地延伸和扩展,并连通成为宏观裂缝;砂浆的损伤不断积累,切断了和骨料的联系,混凝土的整体性遭受破坏而逐渐丧失承载力。 (轴压) 试件刚开始加载时应力较小(ζ<0.4fc)。继续加大应力,混凝土的塑性变形和微裂缝稍有发展。 当试件应力达ζ=(0.8—0.9)fc时,应变为(0.65—0.86)εp,混凝土内部微裂缝有较大开展,但试件表面尚无肉眼可见裂缝。此后,混凝土内出现非稳定裂缝。 
应力应变曲线进入下降段不久,当应变ε=(1-1.35)εp和应力ζ=(1—0.9)fc时,试件中部的表面出现第一条可见裂缝。此裂缝细而短,平行与于受力方向。 
继续增大应变,试件上相继出现多条不连续的纵向短裂缝,混凝土的承载力迅速下降。混凝土内骨料和砂浆的界面粘结裂缝以及砂浆内的裂缝不断地延伸扩展和相连。沿最薄弱的面形成宏观斜裂缝,并逐渐地贯通全截面。此时,试件的应变约为ε=(2—3)εp,混凝土的残余强度为(0.4—0.6)fc。 再增大试件应变,此斜裂缝在正应力和剪应力的挤压和搓碾下不断发展加宽,成为一破损带,而试件其它部位上的裂缝一般不再发展。
23.请再从混凝土的细观结构——微裂缝发育——应力应变关系归纳一下混凝土非线性、非弹性特征的来源及表现特征。
答:主要来源于内部裂缝的发展的凝胶体的流动 细观结构:结构混凝土在承受荷载前,内部就已经存在少量的微裂缝,主要位于粗骨料和砂浆的接触面上,并且硬结的水泥还有一定的流动性。 
微裂缝的发育:在混凝土压应力较小时粗骨料表面的微裂缝尖端因应力集中而沿周界略有发展,同时,有些裂缝因受压而闭合,卸载后大部分变形能恢复,故混凝土宏观变形性能无明显变化,应力应变关系近似线弹性;继续加大荷载,粗骨料表面裂缝逐渐延伸和增宽,并产生新的粘结裂缝,一些裂缝向砂浆深入,若停止加载裂缝不会继续延伸,此时混凝土由于裂缝的发展抗压刚度降低,同时由于裂缝不可恢复,故表现出非线性非弹性性质;再加大荷载,裂缝继续向砂浆里面深入以至形成沿荷载方向的贯穿裂缝将混凝土分成一些小柱而破坏,此时的裂缝使混凝土试块刚度急剧下降,并且裂缝是不可恢复和不稳定的,故混凝土非线性非弹性表现的更明显。(过镇海P9~12) 27.请说明混凝土受拉应力——应变曲线的特征,受拉应力——应变曲线有下降段吗?为什么? 解:试件开始加载后,当应力(A点)时,混凝土的变形约按比例增大。此后混凝土出少量塑性变形稍快,曲线微凸。当平均应变时,曲线的切线水平,得抗拉强度。随后,试件的承载力很快下降,形成一陡峭的尖峰(C点)。肉眼观察到试件表面的裂缝时,曲线以进入下降段(E点),平均应变约。裂缝为横向,细而短,缝宽约为0.04~0.08mm。此时的试件残余应力约为(0.2~0.3)。此后,裂缝迅速延伸和发展,荷载慢慢下降,曲线渐趋平缓。 受拉应力应变曲线有下降段。试件破坏时是砂浆逐步退出工作,剩余部分的应力增大,但名义应力减小,故有下降段;下降段的测出要求实验装置有足够大的刚度。 
24.请说明HRB235级、HRB335级、HRB400级、消除应力钢丝和热处理钢筋的应力——应变特征有什么差别?
答: 前三种钢筋有明显的线弹性段和屈服平台,三种钢筋屈服点依次增大,屈服段依次减短,极限延伸率较大; 后两种没有明显屈服平台,达到极限强度后曲线稍有下降,极限延伸率较小。 
25.请一定弄清楚在普通钢筋混凝土结构中为什么不能直接用强度过高的钢筋(例如标准强度超过550MPa的钢筋)作为普通钢筋。
答: 因为混凝土达到强度极限时的延伸率为0.002,当钢筋强度超过400MPa后,混凝土强度达到极限强度时钢筋没有屈服,不能充分利用钢筋的强度;否则混凝土强度下降,构件承载力下降。 
26.热轧钢筋的强度标准值和消除应力钢丝的强度值分别按哪个强度指标确定的,为什么?
答: 热扎钢筋的强度标准值是根据屈服强度确定,用fyk表示。预应力钢铰丝、钢丝、和热处理钢筋的强度标准值是根据极限抗拉强度确定的,用fptk表示(规范p19)。
27.什么是钢筋的极限延伸率,什么是钢筋的均匀延伸率,为什么钢筋(钢丝)的材性控制指标要从原来使用前者改为现在使用后者 。
答: 极限延伸率是指钢筋试件拉伸实验破坏时伸长量与原试件长度的比值;钢筋的均匀延伸率是指混凝土构件两裂缝间的钢筋的平均伸长量与原长的比值。
28.什么冷轧带肋钢筋?它的性能有什么优点?有什么缺点?
答: 冷轧带肋钢筋是将热轧钢筋在常温下通过轧制机轧制而成.优点:冷轧带肋钢筋比原钢筋强度增大,节省钢材.缺点:塑性性能降低. 
29.为什么此次修订规范优先推荐采用HRB400级(新三级)钢筋?它的最大优势是什么?与使用HRB335级钢筋相比,在使用HRRB400级钢筋时应注意是什么问题?
答: 优先采用是为了节省钢材.其最大优势是省钢材,方便施工;与HRB335相比要注意验算裂缝宽度,规范规定最小配筋率减少0.1%。
30.规范对预应力钢筋(钢丝)推荐的主导品种是什么?为什么在预应力结构中取用强度高的预应力筋更有利?
答: 主导钢筋是高强的预应力钢绞线,钢丝.预应力钢筋强度越高预应力相对损失越少,另外强度越高配筋相对减少,预应力损失减少,同时预加应力越大,抗裂度加大。
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