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绿色建筑之所以强调室内环境,因为空调界的主流思想是想在内外部环境之间争取一个平衡的关系,而对内部环境,即对健康、舒适及建筑用户的生产效率,表现出不同的需求。
一、温度问题(ThermalProblem)
首先热舒适明显的影响着工作效率。
传统的空调系统能够维持室内温度,但是,近几年的研究表明,室内达到绝对舒适,容易引发出“空调病”问题,且消耗大量能源,增加氟里昂对臭氧层的破坏。
而绿色建筑要求除保证人体总体热平衡外,应注意身体个别位如头部和足部对温度的特殊要求,并善于应用自然能源。
另外,现在常采用的极大玻璃面建筑在夏季可能发生温室效应,而在冬季发生来自冷玻璃面的低温辐射效应。
因此,除了冬夏空调设计条件外,要分析当地气候及建筑内部负荷变化对室内环境舒适性的影响。
最好每个月每小时的变化对空调负荷及舒适性的影响。
二、日光照明、声问题(Daylighting、VoiceProblem)
不同的室内光环境直接影响到工作效率和室内气氛。
绿色建筑中引进无污染,光色好的日光作为光源是绿色光环境的一部分。
但舒适健康的光环境同时应包括易于观看,安全美观的亮度分布,眩光控制和照度均匀控制等,因此应根据不同的时间、地点调节强光从而不影响阳光的高品质。
另外,健康舒适的声环境有利于人体身心健康。
绿色声环境要求不损伤听力并尽量减少噪声源。
这样,设计时通常将产生噪音的设备单独布置在远离使用房间部位,并控制室外噪声级。
三、空气质量(AirQuality)
空气质量的好坏反映了满足人们对环境要求的程度。
通常影响空气质量的因素包括空气流动(AIRMOVEMENT)、空气的洁净程度等。
如果空气流动不够,人会感到不舒服,流动过快则会影响温度以及洁净度。
因此应根据不同的环境调节适当的新风量,控制空气的洁净度、流速使得空气质量达到较优状态。
同时对室内空气污染物的有效控制也是室内环境改善的主要途径之一。
影响室内空气品质的污染物有成千上万种。
绿色建筑认为不仅要使空气中的污染物浓度达到公认的有害浓度指标以下,并且要使处于室内的绝大多数人对室内空气品质指标表示满意。
建筑与室外环境的协调
绿色建筑创造的居住环境,既包括人工环境,也包括自然环境。
在进行绿色环境规划时,不仅重视创造景观,同时重视环境融和生态做到整体绿化。
即以整体的观点考虑持续化、自然化。
可持续的应用,除了建筑本身外还包括所需的周围自然环境,生活用水的有效(生态)利用,废水处理及还原,所在地的气候条件。
一、绿色环境的地域主义(Bio-Rigionalizm)
绿色建筑要考虑如何与所在地的气候特征、经济条件、文化传统观念互相配合,从而成为周围社区不可分离的整体部份。
绿色建筑作为一个次级系统依存于一定的地域范围内的自然环境,与绿色房地产都不能脱离生物环境的地域性而独立存在。
绿色建筑的实现与每一个地域的独特气候条件、自然资源、现存人类建筑、社会水平及文化环境有关。
二、自然通风
自然通风即利用自然能源或者不依靠传统空调设备系统而仍然能维持适宜的室内环境的方式。
自然通风最容易满足建筑绿化的要求,它一般都不用外来不可再生资源,而且常常能节省可观量的全年空调负荷而达到节能以及绿化的目的。
但要充分利用自然通风必须考虑建筑朝向,间距和布局。
例如南向是冬季太阳辐射量最多而夏季日照减少的方向,并且我国大部分地区夏季主导风向为东南向,所以从改善夏季自然通风房间热环境和减少冬季的房间采暖空调负荷来讲,南向是建筑物最好的选择。
另外,建筑高度对自然通风也有很大的影响,一般高层建筑对其自身的室内自然通风有利。
而在不同高度的房屋组合时,高低建筑错列布置有利于低层建筑的通风,处于高层建筑风景区内的低矮建筑受到高层背风区回旋涡流的作用,室内通风良好。
自然通风而且是环境绿化的重要手段,是引进比室温低的室外空气而给人凉爽感觉的一种节能的简易型空调。
绿色环境常用的送风方式是地板送风暖通空调方式(FloorSupplyHVACSystem)。
提高绿色建筑建设效率的途径
绿色建筑的建设不但要和环境融和,更要经济实惠,让投资人有适当的回收。
在这样的过程当中,最重要的是如何达到资源利用的最高效率。
各种资源效率中最重要的是能源效率。
能源效率越高,越能节省寿命周期费用,不但提高绿化效果,更能增加投资绿化建设的吸引力。
因此提高能源效率是进行绿色建筑建设的基本条件。
提高能源效率途径包括:
减少建筑寿命期限能量可以采用延长建筑及其设备的寿命;
使用耐用的建筑材料、设备产品;
另外在建筑设计及建造上考虑维修、保养等等。
具体措施包括:
宽余的建筑设计;
采用容易运行管理的机器及系统,便于维修及更新;
选用具有耐久性以及耐振性的材料;
适当的施工方法等。
置换通风解析
置换通风是一种有效的送风方式,它有很多优点:
节能,室内空气品质好等。
但是它也有很多不足:
它一般用来供冷风;
如果供热,送风温度有可能比室内空气温度低,这样的话还是供冷。
国外有的采取了置换加暖气片的做法,这在我们看来不可思议。
所以置换通风一般用来供冷。
一置换通风的原理
置换通风是基于以下原理送风的:
①送风为冷风,其密度比室内空气小。
②空气面(湖面)不断上升。
所谓的湖面就是送风(冷空气)与室内空气的接触面。
③冷空气上升过程不断吸热,造成了温度分层。
冷空气送入房间后,由于密度大,积压在房间底部,室内污染物在其积压作用下会不断上升,以此实现了置换通风。
另外,室内热源的散热对冷空气也有一定的影响,冷空气在其影响下会不断吸热,致使其密度变小,不断上升。
二通风效率通风效率
EV可以理解为稀释通风时,参与工作区内稀释污染物的风量与总风量之比,或是污染物排风浓度与工作区浓度之比。
因此EV也被称为排污效率。
当送入房间的空气与室内污染物混合均匀时,排风的污染物浓度等于工作区浓度时,EV=1.一般的混合通风的气流分布形式EV<
1.但是,如果清洁空气由下部直接送到房间时,排风浓度有可能大于工作区的浓度,因此EV有可能大于1.EV不仅与气流分布有关,还与污染物的分布有关。
如果污染源在排风口处,那么EV增大。
通风效率中浓度可以用温度代替,并称之为温度效率ET,或称为能量利用系数,表达式为
ET=(te-ts)÷
(t-ts)
式中te、t、ts分别为排风、工作区和送风的温度,oC.
三空气龄
空气质点的空气龄是指空气质点自进入房间到达室内某点所经历的时间。
四置换通风与地板送风的比较
地板送风与置换通风其实并不一定是一个概念,地板送风不一定就是置换通
这要取决于地板送风的温度和速度。
如果温度较高或者速度过于慢,这都不是置换通风。
因为温度过高,会使空气飘起来,不能把室内污染物挤压出去,这不是置换通风;
如果速度过大,送风与室内空气混合起来,这当然也不是置换通风。
五混合通风和置换通风混合通风指的是用送风冲淡室内有害物浓度,造成一个与排风状态接近的室内空气环境。
而置换通风是指用送风把有害物挤出室内,室内的空气环境和送风状态接近。
不过值得注意的是:
对于置换通风而言其下部工作区温差不能超过3oC.这个温差的计算方法是0.1米和1.1米处工作区温度的差值。
而且风速应该在0.5m/s左右,一般不能超过1m/s.
六射流射流
一般有以下几种:
①(动量)射流:
射流出流的动量为原动力(例如风速等)。
②(浮力)羽流:
它是以浮力为原动力。
③浮射流:
以浮力和出流动量为原动力。
例如:
电站冷却水出流,其中的冷却水既有浮力又有动量;
置换通风口出流。
七阿基米德数足够大才能形成置换通风
式中:
=-Te
是指送风温度;
Te是指室内温度;
是指喷口的半高度;
是指送风速度。
结构平衡的条件
一、力的基本性质
(1)力的作用效果
促使或限制物体运动状态的改变,称力的运动效果;
促使物体发生变形或破坏,称力的变形效果。
(2)力的三要素
力的大小、力的方向和力的作用点的位置称力的三要素。
(3)作用与反作用原理
力是物体之间的作用,其作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,沿同一作用线相互作用于两个物体。
(4)力的合成与分解
作用在物体上的两个力用一个力来代替称力的合成。
力可以用线段表示,线段长短表示力的大小,起点表示作用点,箭头表示力的作用方向。
力的合成可用平行四边形法则。
利用平行四边形法则也可将一个力分解为两个力。
但是力的合成只有一个结果,而力的分解会有多种结果。
(5)约束与约束反力
工程结构是由很多杆件组成的一个整体,其中每一个杆件的运动都要受到相联杆件、节点或支座的限制或称约束。
约束杆件对被约束杆件的反作用力,称约束反力。
二、平面力系的平衡条件及其应用
(一)物体的平衡状态
物体相对于地球处于静止状态和等速直线运动状态,力学上把这两种状态都称为平衡状态。
(二)平衡条件
物体在许多力的共同作用下处于平衡状态时,这些力(称为力系)之间必须满足一定的条件,这个条件称为力系的平衡条件。
1.二力的平衡条件:
作用于同一物体上的两个力大小相等,方向相反,作用线相重台,这就是二力的平衡条件。
2.平面汇交力系的平衡条件:
一个物体上的作用力系,作用线都在同一平面内,且汇交于一点,这种力系称为平面汇交力系。
平面汇交力系的平衡条件是,EX=O和EY=O.
3.一般平面力系的平衡条件还要加上力矩的平行,所以平面力系的平衡条件是∑x=0,∑Y=O和∑M=0.
(三)利用平衡条件求未知力
一个物体,重量为w,通过两条绳索AC和BC吊着,计算A
C.BC拉力的步骤为;
首先取隔离体,作出隔离体受力图;
然后再列平衡方程,∑X=o,∑Y=o,求未知力。
见辅导用书10页。
(四)静定桁架的内力计算
1.桁架的计算简图,先进行如下假设。
(1)桁架的节点是铰接;
(2)每个杆件的轴线是直线,井通过铰的中心;
(3)荷载及支座反力都作用在节点上。
2.用节点法计算桁架轴力:
先用静定平衡方程式求支座反力,再截取节点,为隔离体作为平衡对象,求杆件的未知力。
二力杆:
力作用于杆件的的两端并沿杆件的轴线,称轴力。
轴力分拉力和压力两种。
只有轴力的杆称二力杆。
3.用截面法计算桁架轴力:
截面法是求桁架杆件内力的另一种方法,首先,求支座反力,然后在桁架中作一截面,截断三个杆件,出现三个未知力,可利Ex=0,EY=0,Em=0,求出未知力。
(五)用截面法计算单跨静定梁的内力
杆件结构可以分为静定结构和超静定结构两类。
可以用静力平衡条件确定全部反力和内力的结构叫静定结构。
衬砌及防水的施工要求
1.《地下工程防水技术规范》(GB50108)规定:
地下工程防水的设计和施工应遵循“防、排、截、堵相结合,刚柔相济,因地制宜,综合治理”的原则。
2.《地铁设计规范》(GB50157)规定:
地下铁道隧道工程的防水设计,应根据工程地质、水文地质、地震烈度、结构特点、施工方法和使用要求等因素进行,并应遵循“以防为主,刚柔结合,多道防线,因地制宜,综合治理”的原则,采取与其相适应的防水措施。
当结构处于贫水稳定地层,同时位于地下潜水位以上时,在确保安全的条件下,可考虑限排。
3.施工期间的防水措施主要是排和堵两类。
4.含水的松散破碎地层应采用降低地下水位的排水方案,不宜采用集中宣泄排水的方法。
当采用降水方案不能满足要求时,应在开挖前进行帷幕预注浆,加固地层等堵水处理。
5.衬砌背后排水及止水系统的施工应符合下列要求:
(1)在衬砌背后设置排水肓管(沟)或暗沟和在隧底设置中心排水盲沟时,应根据隧道的渗漏水情况,配合衬砌一次施工。
施工中应防止衬砌混凝土或压浆浆液侵入盲沟内堵塞水路,盲管(沟)或暗沟应有足够的数量和过水能力的断面,组成完整有效的排水系统并应符合,设计要求。
(2)衬砌背后可采用注浆或喷涂防水层等方法止水。
施工前应根据工程地质和水文地质条件,通过试验作出设计,并在施工过程中修正各项参数。
(3)复合式衬砌防水层施工应优先选用无钉铺设,如图1K413033所示。
防水层施工时喷射混凝土表面应平顺,不得留有锚杆头或钢筋断头,表面漏水应及时引排,防水层接头应擦净。
防水层可在拱部和边墙按环状铺设,开挖和衬砌作业不得损坏防水层,铺设防水层地段距开挖面不应小于爆破安全距离,防水层纵横向铺设长度应根据开挖方法和设计断面确定。
衬砌施工缝和沉降缝的止水带不得有割伤、破裂,固定应牢固,防止偏移,提高止水带部位混凝土浇筑的质量。
常见建筑结构体系及其应用
一、混合结构体系
混合结构房屋一般是指楼盖和屋盖采用钢筋混凝土或钢、木结构,而墙、柱和基础采用砌体结构建造的房屋。
大多用在住宅、办公楼、教学楼建筑中。
因为砌体的抗压强度高而抗拉强度很低,所以住宅建筑最适合采用混合结构。
一般在6层以下,混合结构不宜建造大空间的房屋。
混合结构根据承重墙所在的位置,划分为纵墙承重和横墙承重两种方案。
纵墙承重方案的特点是楼板支承于粱上,梁把荷载传递给纵墙,横墙的设置主要是为了满足房屋刚度和整体性的要求。
其优点是房屋的开间大,使用灵活。
横墙承重方案的主要特点是楼板直接支承在横墙上,横墙是主要承重墙。
其优点是房屋的横向刚度大,整体性好,但平面使用灵活性差。
二、框架结构体系
框架结构是利用梁、柱组成的纵、横两个方案的框架形成的结构体系。
它同时承受竖向荷载和水平荷载。
其主要优点是建筑平面布置灵活,可形成较大的建筑空间,建筑立面处理也比较方便;
主要缺点是侧向刚度较小,当层数较多时,会产生过大的侧移,易引起非结构性构件(如隔墙、装饰等)破坏,而影响使用。
在非地震区,框架结构一般不超过15层。
框架结构的内力分析通常是用计算机进行精确分析。
常用的手工近似法是:
竖向荷载作用下用分层计算法;
水平荷载作用下用反弯点法。
风荷载和地震力可简化成节点上的水平集中力进行分析。
框架结构梁、柱节点的连接构造直接影响结构安全、经济及施工的方便。
因此,对梁、柱节点的混凝土强度等级,梁、柱纵向钢筋伸人节点内的长度,粱、柱节点区域的钢筋的间距等,都应符合规范的构造规定。
三、剪力墙体系
剪力墙体系是利用建筑物的墙体(内墙和外墙)做成剪力墙来抵抗水平力。
剪力墙一般为钢筋混凝土墙,厚度不小于140mm.剪力墙的间距一般为3~8m,适用于小开间的住宅和旅馆等。
一般在30m高度范围内都适用。
剪力墙结构的优点是侧向刚度大,水平荷载作用下侧移小;
缺点是剪力墙的间距小,结构建筑平面布置不灵活,不适用于大空间的公共建筑,另外结构自重也较大。
因为剪力墙既承受垂直荷载,也承受水平荷载,对高层建筑主要荷载为水平荷载,墙体既受剪又受弯,所以称剪力墙。
剪力墙按受力特点又分为两种:
(1)整体墙和小开口整体墙:
没有门窗洞口及洞口较小可以忽略其影响的墙称为整体墙。
(2)双肢剪力墙和多肢剪力墙:
开一排较大洞口的剪力墙叫双肢剪力墙。
开多排较大洞口的剪力墙叫多肢剪力墙。
由于洞口开得较大,截面的整体性已经破坏,通常用计算机进行剪力墙的分析,精密度较高。
剪力墙成片状(高度远远大于厚度),两端配置较粗钢筋并配箍筋形成暗柱,并应配置腹部分布钢筋。
暗柱的竖筋和腹部的竖向分布筋共同抵抗弯矩。
水平分布筋抵抗剪力。
当剪力墙的厚度大于140mm时应采用双排钢筋,分布筋的间距不
应大于300mm,直径不应小于8mm.
连梁的配筋非常重要,纵向钢筋除满足配筋量外还要有足够的锚固长度。
箍筋除满足配筋量以外,还有加密的要求。
四、框架一剪力墙结构
框架一剪力墙结构是在框架结构中设置适当剪力墙的结构。
它具有框架结构平面布置灵活,有较大空间的优点,又具有侧向刚度较大的优点。
框架一剪力墙结构中,剪力墙主要承受水平荷载,竖向荷载主要由框架承担。
框架一剪力墙结构一般宜用于10~20层的建筑。
横向剪力墙宜均匀对称布置在建筑物端部附近、平面形状变化处。
纵向剪力墙宜布置在房屋两端附近。
在水平荷载的作用下,剪力墙好比固定于基础上的悬臂梁,其变形为弯曲型变形,框架为剪切型变形。
框架与剪力墙通过楼盖联系在一起,并通过楼盖的水平刚度使两者具有共同的变形。
在一般情况下,整个建筑的全部剪力墙至少承受80%的水平荷载,全部框架至少承担20%的水平荷载。
五、筒体结构
在高层建筑中,特别是超高层建筑中,水平荷载愈来愈大,起着控制作用。
简体结构便是抵抗水平荷载最有效的结构体系。
它的受力特点是,整个建筑犹如一个固定于基础上的封闭空心的筒式悬臂梁来抵抗水平力,简体结构可分为框架核心筒结构、筒中筒和多筒结构等。
框筒为密排柱和窗下裙梁组成,亦可视为开窗洞的筒体。
内筒一般由电梯间、楼梯间组成。
内筒与外筒由楼盖连接成整体,共同抵抗水平荷载及竖向荷载。
这种结构体系适用于30至50层的房屋。
多筒结构是将多个筒组合在一起,使结构具有更大的抵抗水平荷载的能力。
美国芝加哥西尔斯大楼就是9个筒结合在一起的多筒结构。
该建筑总高为442m,为钢结构。
六、桁架结构体系
桁架是由杆件组成的结构体系。
在进行内力分析时,节点一般假定为铰节点,当荷载作用在节点上时,杆件只有轴向力,其材料的强度可得到充分发挥。
桁架结构的优点是可利用截面较小的杆件组成截面较大的构件。
单层厂房的屋架常选用桁架结构。
屋架的弦杆外形和腹杆布置对屋架内力变化规律起决定性作用。
同样高跨比的屋架,当上下弦成三角形时,弦杆内力最大,当上弦节点在拱形线上时,弦杆内力最小。
屋架的高跨比一般为1/6至1/8较为合理。
一般屋架为平面结构,平面外刚度非常弱。
在制作运输安装过程中,大跨屋架必需进行吊装验算。
桁架结构在其他结构体系中也得到采用。
如拱式结构单层刚架结构等体系中,当断面较大时,亦可用桁架的形式。
七、网架结构
网架是由许多杆架按照一定规律组成的网状结构。
它改变了平面桁架的受力状态,是高次超静定的空间结构。
网架结构可分为平板网架和曲面网架两种。
平板网架采用较多,其优点是:
空间受力体系,杆件主要承受轴向力,受力合理,节约材料(如上海体育馆,直径110m,用钢量仅49kg/平方米),整体性能好,刚度大,抗震性能好。
杆件类型较少,适于工业化生产。
平板网架可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。
角锥体系受力更为合理,刚度更大。
网架的高度主要取决于跨度,网架尺寸应与网架高度配合决定,腹杆的角度以45度为宜。
八、拱式结构
拱是一种有推力的结构,它的主要内力是轴向压力。
由于拱式结构受力合理,在建筑和桥梁中被广泛应用。
它适用于体育馆、展览馆等建筑中。
巴黎国家工业与技术展览中心,跨度206m,拱式结构,是当今世界有名的大跨度建筑。
拱的类型
按照结构的组成和支承方式,拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。
工程中,后两种拱采用较多。
拱是一种有推力的结构,
解决这个问题非常重要,通常可采用下列措施:
1)推力由拉杆承受;
2)推力由两侧框架承受。
九、悬索结构
悬索结构,是比较理想的大跨度结构形式之一,在桥梁中被广泛应用。
目前,悬索屋盖结构的跨度已达160m,主要用于体育馆、展览馆中。
悬索结构的主要承重构件是受拉的钢索,钢索是用高强度钢绞线或钢丝绳制成。
1)悬索结构的受力特点
悬索结构包括三部分:
索网、边缘构件和下部支承结构。
索非常柔软,其抗弯刚度忽略不计。
索的形状随荷载性质而变。
索是中心受拉构件,既无弯矩也无剪力。
水平反力为H,方向是向外的。
索的拉力取决于跨中的垂度,,垂度越小拉力越大。
索的垂度一般为跨度的1/30.索的合理轴线形状随荷载的作用方式而变化。
2)悬索的类型及实例
悬索结构可分为单曲面与双曲面两类。
单曲拉索体系构造简单,屋面稳定性差。
双曲拉索体系,它由承重索和稳定索组成。
支承结构可以有很多种,如框架、拱等。
北京工人体育馆,为圆形悬索结构,可容纳15000名观众。
比赛大厅直径94m,周围为四层框架结构,宽7.5m,主要为附属用房及休息廊。
十、壁空间结构
薄壁空间结构,也称壳体结构。
它的厚度比其他尺寸(如跨度)小得多,所以称薄壁。
它属于空间受力结构,主要承受曲面内的轴向压力,弯矩很小。
它的受力比较合理,材料强度能得到充分利用。
薄壳常用于大跨度的屋盖结构,如展览馆、俱乐部、飞机库等。
薄壳结构多采用现浇钢筋混凝土,费模板、费工时。
薄壁空间结构的曲面形式很多。
这里讲两种,筒壳和双曲壳。
筒壳一般由壳板、边粱和横隔三部分组成。
筒壳的空间工作是由这三部分结构协同完成的。
它的跨度在30m以内是有利的。
当跨度再大时,宜采用双曲薄壳。
双曲壳特别适用于大空间大跨度的建筑。
双曲壳又分为圆顶壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳。
目前园顶的直径已达200多米。
圆顶结构可用在大型公共建筑中,如天文馆、展览馆的屋盖。
圆顶结构由壳面、支座环组成。
通过支座环支于垂直构件上。
壳面主要承受压力,支座环承受拉力。
北京天文馆顶盖为半球形圆顶,直径25m,壳面厚6cm,结构自重每平方米约200公斤。
双曲扁壳是双曲抛物面的一种形式,它由壳板和竖直的边缘构件(横隔构件)组成。
因为扁壳的矢高比底面尺寸小得多,大约为1/5,所以叫扁壳。
例如北京火车站大厅