员怨愿猿 年 员圆 月创刊

本期 圆园24 年 8 月 1 日出版

穴月刊雪

编委主任院 张建勋

副 主 任院 高起荣 蔡雪峰 王宗成

林卫东 夏 坚 祁 皑

谢益人

编委委员院 渊以姓氏笔画为序冤

王 耀 宁茂权 李 川

肖 伟 苏友佺 张 蔚

张天宇 陈 群 陈仲光

林功丁 林洪钟 林锡安

林能影 周庆峰 郑锦民

赵士怀 柳德宝 高学珑

黄 琰 黄汉民 黄尚敏

黄春风 黄清和 黄冀卓

梁章旋 程宏伟 谢勇成

曾志攀 蔡永太 潘庆建

戴益华

主管单位院 福建省科学技术协会

主办单位院 福建省土木建筑学会

主 编院 张建勋

副主编院 蔡雪峰

出版单位院 叶福建建筑曳 编辑部

本期执行编辑院 朱晓慧 杨素平 黄新新

本期学术编辑院 庄金平

发行单位院 叶福建建筑曳 编辑部

地 址院 福州市鼓楼区通湖路 188 号

电 话院 园缘怨员原愿苑愿缘缘猿缘愿 15392051506 18105919152

邮 编院 猿缘园园园员

学会网址院 澡贼贼责押 辕 辕 www.fjtmjzxh.com

投稿网址院 www.fjjz.cbpt.cnki.net

耘原皂葬蚤造院 枣躁躁扎缘员愿岳员远猿援糟燥皂

印 刷院 福州华厦彩印有限公司

国内统一连续出版物号院 悦晕猿缘-员员圆园 辕 栽哉

国际标准连续出版物号院 陨杂杂晕员园园源-远员猿缘

国外总发行院

中国出版对外贸易总公司

渊北京 苑愿圆 信箱冤

广告经营许可证院

猿缘园园园园源园园源猿园

本期定价院 10援园园 元

杭州浦乐单元小学设计策略研究 李纯阳(1)

PPY智能立体车库在商务办公楼中的应用研究 周成才(6)

均和钹翠城幼儿园内部空间布局设计研究 郑娟娟(10)

野绿色冶发展理念下的装配式装修探究 陈景平(15)

考虑摩擦作用的柔性光伏支架风振响应分析 林 君(18)

某双塔高位弱连体结构设计研究 江永奇(22)

冻融循环作用后钢管混凝土柱参数分析 曾在平 张有伟(28)

预应力锚杆在龙岩某美食城抗浮设计中的应用研究 程子忠(33)

钢管模袋混凝土桩竖向承载性能试验研究 苏史周(37)

福建省桩基常见质量问题管控分析 廖胜贤(42)

桩锚结构在市政既有高边坡改建加固中的应用研究

孙林锋(45)

综合勘察技术在某公路隧道勘察中的应用研究 杜 永(50)

某输油管线滑坡形成机制及影响因素的数值模拟研究

张晓达(55)

圆园24窑08

总第 314 期

中 国 期 刊 网 窑 中 国 学 术 期 刊 光 盘 版

中 国 叶 中 文 科 技 期 刊 数 据 库 曳 入 编 刊 物

福 建 省 第 一尧 二 届 优 秀 科 技 期 刊

首 届 全 国 建 设 行 业 优 秀 期 刊 一 等 奖

福建省科协连续七届优秀科技期刊奖一等奖

一尧建筑设计与结构工程

二尧土力学与基础工程

原位测试技术在不均匀地基项目中的应用与质量控制研究

钟宏祯(59)

型钢倾斜桩在软土深基坑工程中的应用研究 俞 伟(63)

基于离散元模拟山地边坡变形失稳及注浆加固研究

刘 健(70)

多种地基处理技术在深厚软弱地基施工中的应用研究

郭佳铨(74)

基于软基加固的道路工程施工关键技术与沉降控制研究

吴建枰(79)

BIM+智慧工地在房屋建筑工程中的应用研究 张惠新(84)

既有混凝土框架结构加固关键施工技术实践探析

黄文鹏(88)

基于信息技术的高支模安全监测与安全评估实践探究

巫庆明(93)

超长悬挑结构外墙脚手架施工工艺与受力性能研究

黄周萍(98)

沥青混合料细观分形特征研究 范 萍(102)

混合高弹性模量聚丙烯纤维增强混凝土相关性能研究

周丽云(108)

福建省主要城市道路网密度特征分析 蔡新沧(112)

基于层次分析法的沥青面层施工质量评价体系分析

吴凯奇(119)

基于海绵城市设计理念的道路工程设计研究与实践

刘建平(124)

医院感染楼空调通风系统平疫结合设计探究

陈燕琴(129)

某项目水蓄冷空调系统设计及运行探析 高 伟(134)

福州某小区海绵城市设计中关于技术指标计算方法探究

王圣孔(140)

地铁车站给排水及消防设计实践与应用研究 朱华斌(145)

云怎躁蚤葬灶 粤则糟澡蚤贼藻糟贼怎则藻 驭 悦燥灶泽贼则怎糟贼蚤燥灶 目 次 圆园24 年 8 月 1 日 圆园24窑08

三尧建筑施工与建筑材料 五尧暖通与给排水工程

四尧市政工程

圆园24郾08

云怎躁蚤葬灶 粤则糟澡蚤贼藻糟贼怎则藻 驭 悦燥灶泽贼则怎糟贼蚤燥灶

Study on design strategy of Hangzhou Pule unit primary school LI Chunyang(1)

Research on the Application of PPY Intelligent Stereoscopic Garage in Business Office Buildings ZHOU Chengcai(6)

Research on the Interior Space Layout Design of Junhe Cymbal Cuicheng Kindergarten ZHENG Juanjuan(10)

Research on the prefabricated decoration under the concept of \"green\" development CHEN Jingping(15)

Research on wind induced vibration response of flexible photovoltaic support structure considering friction effect LIN Jun(18)

Research on the Design of a High-Rise Weakly Connected Twin-Tower Structure JIANG Yongqi(22)

Parametric Analysis of Concrete Filled Steel Tubular Columns Under Freeze-thaw Cycles ZENG Zaiping ZHANG Youwei(28)

Research on the application of prestressed anchor rod in anti floating design of a food city in Longyan CHENG Zizhong(33)

Research on Vertical Bearing Performance of Steel Pipe Bag Concrete Piles for the Baiyun Avenue Project in Tong爷an District

SU Shizhou(37)

Analysis of common quality problems of pile foundation in Fujian Province LIAO Shengxian (42)

Research on the Application of Pile Anchor Structure in the Reconstruction and Reinforcement of Existing High Slopes in Municipal

Engineering SUN Linfeng(45)

ApplicationResearch of Comprehensive Survey Technology in A Highway Tunnel Investigation DU Yong(50)

Numerical simulation study on the formation mechanism and influencing factors of landslides in oil pipelines of a certain oil depot

ZHANG Xiaoda(55)

Application and quality control research of in-situ testing technology in uneven foundation projects ZHONG Hongzhen(59)

Research on the application of steel inclined piles in soft soil deep foundation pit engineering YU Wei(63)

Study of slope instability and grouting consolidation LIU Jian(70)

Research on the application of various foundation treatment techniques in the construction of deep and weak foundations

GUO Jiaquan(74)

Research on Key Technologies and Settlement Control of Road Engineering Construction Based on Soft Foundation Reinforcement

WU Jianping(79)

Research on the application of BIM+ smart construction site in housing construction engineering ZHANG Huixin(84)

Analysis on the Key Construction Technology Practice for Strengthening Existing Concrete Frame Structures HUANG Wenpeng(88)

Researc on Safety monitoring and safety evaluation practice of high support mode based on information technology WU Qingming(93)

Research on Construction Technology and Stress Performance of Extra Long Suspended Structure External Wall Scaffolding

HUANG Zhouping(98)

Research on meso-fractal characteristics of asphalt mixtures FANN Ping(102)

Study of Reinforced Concrete Correlation Performance by Blended High Elastic Modulus Polypropylene Fibers ZHOU Liyun(108)

Analysis of Road Network Density Characteristics in Major Cities of Fujian Province CAI Xincang(112)

Analysis of evaluation system of asphalt surface construction quality based on analytic hierarchy process WU Kaiqi(119)

Research and Practice of Road Engineering Design Based on Sponge City Design Concept LIU Jianping(124)

Research on air conditioning and ventilation systems design in infectious disease hospitals combined with epidemic prevention and

control CHEN Yanqin(129)

Design and operation of water storage air conditioning system for a project GAO Wei(134)

Research on the calculation method of technical indicators in the sponge city design of a community in Fuzhou

WANG Shengkong(140)

Research on the Practice and Application of Water Supply and Drainage and Fire Protection Design in Subway Stations

ZHU Huabin(145)

2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

杭州浦乐单元小学设计策略研究

李纯阳

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 上海 200000)

摘 要:在杭州浦乐单元小学的设计项目中,设计深入挖掘了校园设计的新理念和创新元素。 在校园空间构成上,设

计者采用多义的组团与底层区域灵活的开发平台的空间布局,以适应高效的集中教学与创新教学活动的需求,并鼓励

学生之间的互动与交流。 立面设计上,则运用了现代材料和技术,以简洁、明快的设计形式,展现出学校的独特性和时

代感。 这些设计思路和创新元素的融合,不仅提升了校园的功能性和美观性,也为新时期的校园规划设计提供了新的

思路和方向,期望能够激发更多教育空间的创新与变革。

关键词: 教育建筑;场所;教学组团;立面细部;社会性

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0001 - 05

Study on design strategy of Hangzhou Pule unit primary school

LI Chunyang

(Tongji Architectural Design(Group) Co. ,Ltd. ,Shanghai 200000)

Abstract:In the design project of Hangzhou Pule Unit Primary School, the design dug deep into the new concept and innovative elements of

campus design. In terms of the campus space structure, The designers adopt the spatial layout of the polysemous group and the flexible development platform of the bottom area to adapt to the needs of efficient centralized teaching and innovative teaching activities, and encourage the interaction and communication between students. In the facade design, we use modern materials and technologies to express the

school's uniqueness and sense of The Times in a simple and bright design form. The integration of these design ideas and innovative elements not only improves the functionality and aesthetics of the campus, but also provides new ideas and directions for campus planning and

design in the new era, hoping to stimulate more innovation and change of educational space.

Keywords:Educational building; Place; Teaching group; Façade detail; Sociality

作者简介:李纯阳(1989. 4— ),男,工程师。

E-mail:11lcy@ tjad. cn

收稿日期:2023 - 07 - 21

0 引言

当今社会,教育建筑不仅仅是传授知识的场所,

更是孩子们成长和探索世界的重要空间。 随着教育

理念的不断革新和城市化进程的加速,教育建筑的功

能和形式均面临新的挑战和要求。 本文通过对杭州

浦乐单元小学项目的深入分析,探讨建筑师在城市语

境下,如何关注并解决校园设计中的关键问题,以及

如何通过策略性的设计方案,创造出既符合教育目标

又与城市环境相融合的新型校园空间。

文章详细分析了项目的设计背景、理念与生成、

多义的组团、交互的平台、场所与情景、开放与包容、

室内空间、外立面细部以及校园景观等方面,全面展

现了浦乐小学项目的设计特色和创新之处。

1 项目背景

2017 年,为了缓解日趋严峻的城市用地和学位

紧缺问题,杭州市滨江区启动了一批新城区配套教育

建筑的建设,业主明确提出了他们鼓励创新的意愿,

为这个项目提供了一次探索的契机。

未来的学校应成为每个学生全面发展的沃土,一

个多姿多彩、充满活力的学习社区。 学校环境的构

建,应当积极适应教育新趋势,主动推动教育的未来

化发展。 随着教育理念的革新,各校都在探索并实施

新的教学方法,几乎每一所学校都在根据自身的教育

理念和特色学科,设计独特的教学模式。 可以预见,

传统校园的空间布局,将随着教学模式和理念的演进

而发生相应的变化。 在本次校园设计中,不仅仅追求

建筑的功能满足,而是致力于创造一个真正属于孩子

们的迷你世界,一个自由开放、能够降低周边商业化

影响的自给自足的绿色生态校园,如图 1 ~ 图 2 所示。

· 2 · 福 建 建 筑 2024 年

图 1 总体鸟瞰图

图 2 校园主入口

项目为36 班的小学,总建筑面积约5. 2 万 m

2

,容

积率不大于 1. 0,地下室采用满堂开挖。

在此项目中,主要注重3 个方面的探索及创新:

(1)建筑设计灵感,来源于儿童启蒙教育中常见

的拼图游戏,旨在激发孩子们的想象力和创造力。

(2)提倡采用功能融合、适应未来教育需求的模

块化教学单元,以替代传统的线性串联布局,以促成

更灵活、更高效的教学活动。

(3)在教学空间的规划上,不再采用传统学校单

一和刻板的行列式布局,旨在校园内打造一个充满游

戏性、互动性和场景化的室内外空间,以满足儿童的

心理需求,促进他们的全面发展。

2 理念与生成

教学组团平面以拼图作为基本母题(图 3)。 3 个

教学组团呼应基地边界分散布置,曲折的形态围合形

成丰富的教学核心空间;体育馆及较高的行政楼布置

在入口处,形成鲜明的形象。 教学组团平面以儿童启

蒙教育中的拼图作为基本母题,曲折的形态围合形成

丰富的教学核心空间。 各教学组团和行政、体育馆以

平台及连廊相互联系,形成内向安静的围园,通廊、退

台、灰空间、楼梯台阶等设计元素,为小朋友提供了多

层次的自由活动空间。

图 3 设计理念

教学组团分为三个体量,组团内分别布置普通教

室、兴趣教室、备课办公、辅助功能等。 公共教室、图书馆

等功能布置在一层,与庭院形成活跃的首层活动空间。

体育馆行政楼布置于入口一侧,食堂布置于校园中部平

台下方,并利用各平台层和交通空间串联各体量。

3 多义的组团

当前,以“选课走班”以及“导师制”为主的方式,打

破传统教学以“行政班”为基础的管理的新型教学模式,

正在逐渐推广和实行中。 在本项目中,设计所采用的

“多义的组团”,正是适应这一教育改革需求而产生的

结果。

本设计将教学功能进行重组,行政班与主要功能

性教室形成高效率的学部组团。 公共性、展示和交流

性较强的教学功能则被提取出来,灵活布置于整个教

学区内,在自由流动的檐下灰空间里,结合自然庭院

的置入,形成如同微缩城市一般丰富自由的新校园图

景,如图 4 所示。

图 4 教学组团

每个教学单元都包含 4 个标准教室,2 个不同规模

的专用兴趣教室以及必要的教学辅助空间,如办公室

等。 兴趣教室与标准教室被设计在同一楼层或相邻的

建筑内,以便于师生在走班制教学中快速转换教室,从

而最大限度地减少课间移动的距离,如图 5 所示。

2024 年 08 期 总第 314 期 李纯阳·杭州浦乐单元小学设计策略研究 · 3 ·

图 5 教学组团分析

4 交互的平台

浦乐小学项目采用了一种多层交互的平台系统,平

台上分布着各种规模的盒体,包括教室、多功能厅、餐厅

等服务空间。 平台间的重叠和连接,激发了不同区域和

功能之间的交流互动。 校园的设计不应该是一次性完成

的,而是需要给未来留下充足的调整和发展余地。 这些

学习中心充分考虑了空间的通用性,可随着未来学校发

展进行功能上的调整,如图6 ~图7 所示。

图 6 活动平台与望向操场的看台

图 7 多级活动平台

主要的教学功能设置于上部,使建筑的底层得

以释放,在活动功能盒体之间形成了开放畅通的户

外场所,成为整个校园步行体系的网络。 大型而连

续的平台设计,呼应了城市的整体规模;而小型且分

散的盒体结构,则关注人的尺度。 两者有机结合,不

仅为建筑内部创造了宜人的空间环境,而且通过与

周边环境的和谐融合,形成了一个能够激发和促进

当地活动发生的场所。 其内部所涵盖的独处空间、

交通空间、休憩、活动的空间等多种复合多义的空间

类型,意在让学生们不仅成为建筑的使用者,也成为

体验者和表演者,因他们的活动和交流,才是校园内

最生动的焦点和景观[1]

。

5 场所与情景

莫里斯·梅洛 - 庞蒂在知觉现象学中提出,

“人们经由对空间的身体反思形成对存在意义的

理解。”

[2] 在本次设计中,设计者尝试以更符合儿

童心理的游戏性、互动性和场景化的空间,来取代

传统小学建筑中均质的空间体验,尽可能使各种

空间具备灵活性和多功能性,使多功能厅、餐厅、

图书馆、户外空间等各类空间均具备学生自主学

习使用的功能,为学生提供了充足的可选择自习

空间。 同时,在一定范围内打破 “ 铃声 - 教室” 的

传统教学方式,以适应从“教师讲授为中心” 向“ 学

生学习为中心”的转变。

通过精心设计不同大小的庭院和连续流畅的

空间布局,为学生创造了一个充满场景感的室内

外活动环境。 这些非正式的聚会场所和创新的学

习空间,促进了师生之间的交流、分享和思想碰

撞,使这些互动随时随地可能自然发生,成为学生

日常生活中发现和惊喜的场所。 校园中融入的曲

线元素,赋予了空间活力与生机。 丰富的色彩不

仅激发了孩子们的创造力和想象力,同时也起到

了为校园内不同功能区域提供视觉导航的作用,

如图 8 ~ 图 10 所示。

图 8 下沉庭院

· 4 · 福 建 建 筑 2024 年

图 9 组团间连廊

图 10 首层趣味活动空间

6 开放与包容

(1)安全便捷的地下接送流线

在一天多彩的学习后,家长们可以将汽车直接开到

地下接送区,或步行通过校外下沉广场到达。 小朋友可

通过校内地下庭院进入接送区完成接送,安全便捷。

(2)与社区共享

基地南侧设置有位于校园围墙外,可对外开放的

广场,便于校园安保管理。 广场西侧的地库出入口,

可兼作为社会车辆的出入口;广场东侧设有下沉庭

院,外来人员可由此通过安保管理后进入校园,实现

体育馆等公共功能与社会的共享,如图 11 所示。

图 11 地下接送流线及与社区共享流线

开放校园的边界设计,不仅反映了教育模式从传

统的“教”向现代的“学” 转变的趋势,而且为孩子们

提供了一个能够激发自我潜力的公共空间。 此外,这

种设计还打破了传统校园的封闭界限,成为与社区共

享资源、共同发展的桥梁。 展望未来,校园将不再是

一座孤立的建筑,而是成为与城市环境和谐共存、共

同成长的活力中心。

7 立面细部

本项目在统一的现代、简洁的建筑语境下,力求

通过材料和细部的变化,形成不同的立面表情。

行政楼为 40 m 的高层建筑,层间设置了轻薄的

挑板,结合与玻璃窗脱开一定距离的竖向跳色的彩色

装饰档,形成丰富活跃的立面效果。 风雨操场外侧则

以半透的折叠穿孔铝板进行包裹,在日景和夜景中,

分别呈现出差异化的半透效果,同时营造了室内柔和

的光照环境,如图 12 所示。

图 12 综合行政楼与体育馆

教学组团北侧立面,以铝格栅的角度,变换形成

渐变立面效果,同时也为教学组团走廊内形成生动有

趣的光影效果,如图 13 ~ 图 14 所示。

图 13 从走廊内部看装饰格栅

图 14 组团北侧装饰遮阳格栅外立面

2024 年 08 期 总第 314 期 李纯阳·杭州浦乐单元小学设计策略研究 · 5 ·

8 校园景观

本项目建筑形体较为复杂,形成的院落空间数量

多、面积小、形态各异。 因此,每个院落作为一个独立

节点,不宜过于复杂,尽量以简约、单纯的设计元素和

种植色彩呈现各具特色的空间体验,从整体上构成一

个丰富而有变化的景观氛围。

校园中的院落景观节点,从静到动,体现出了观

赏性、停留性、聚集性、观演性等不同类型不同特质的

空间特征。 其结合底层架空部位的学生流线,共同打

造一种游戏化、互动性的整体游玩体验。

其中,思园是建筑内部园林中主要的休息和停留

空间。 三级台阶兼座椅形成的略微下沉的庭院,强化

了围合感,四周座椅台阶与草坪间错出现搭配。 整个

庭院营造一种安静、简洁的氛围,如图 15 所示。

图 15 思园

憩园为面积较大的异形景观内院,被设置为观赏

性园林,在南侧沿外围轮廓线设置现浇水磨石花池兼

座椅。 花池高低起伏,部分位置设置木贴面段作为座

椅,如图 16 所示。

图 16 憩园

静园与升旗台相结合,以水洗豆石实铺区分园林

区域,内部用大小不一的圆形预制水磨石花池,形成

主要形态,如图 17 所示。

图 17 静园

校园利用建筑屋顶设置绿化实验田,种植各种蔬

菜,供小朋友进行植物认知。 实验田在图形上采用拼

图形状,中间和屋顶四周预留道路,实验田中分别种

植生菜、油菜等日常蔬菜,如图 18 所示。

图 18 屋顶农场

9 结语

浦乐单元小学的设计,巧妙地融合了多样化的功

能,打破了传统孤立教室的局限,打造了一个促进团

队合作学习的环境。 在校园中,自由流动的半室外空

间与自然庭院的巧妙结合,营造出一种类似微缩城市

的丰富而自由的校园氛围。

通过对教学空间和教学模式的深入探索,设计为

传统以效率为主导、缺乏童趣的校园空间带来了新的

生机和想象力,而且为像杭州这样的高密度城市中的

校园建设,提供了新的思考和探索方向。

图 片 来 源

图 1 ~ 图 2、图 4、图 6 ~ 图 10、图 12 ~ 图 18 摄影:尹明;其

余图片及资料为作者自绘。

参 考 文 献

[1] 曾群,文小琴,李纯阳. 长卷与焦点———苏州山峰双语学

校教学楼设计[J]. 建筑学报,2023(7):70 - 72.

[2] 梅洛 - 庞蒂. 知觉现象学[M]. 北京:商务印书馆,2001.

2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

PPY 智能立体车库在商务办公楼中的应用研究

周成才

(福建一建集团有限公司 福建福州 350001)

摘 要:为分析 PPY 型智能立体车库在设计过程中需要注意的设计要点和事项,对杭州某银行的综合大楼地下室进行

研究。 在分析 PPY 型智能立体车库的基本构造和项目概况的基础上,对智能立体车库的特征和项目要求进行总结并

提出项目整体设计思路。 结合相关规范要求,对商务办公大楼智能地下车库的平面布置、防火分区、竖向设计和人防

设计四个关键环节,进行梳理和研究,提出注意事项。 通过对实际工程的设计实践的研究表明,PPY 型智能车库停车

效率高,正进正出使用便捷,自动化程度高,在建设条件允许的情况下,可有效解决停车位紧张的问题。

关键词: 智能立体车库; 商务办公;功能设计;防火设计

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0006 - 04

Research on the Application of PPY Intelligent Stereoscopic Garage in Business Office Buildings

ZHOU Chengcai

(Fujian No. 1 Construction Engineering Company,Fuzhou 350001)

Abstract:In order to analyze the design points and precautions that need to be paid attention to in the design process of PPY intelligent

three - dimensional garage,a study was conducted on the basement of a comprehensive building of a bank in Hangzhou. Based on the analysis of the basic structure and project overview of the PPY intelligent three - dimensional garage,the characteristics and project requirements

of the intelligent three - dimensional garage are summarized,and the overall design concept of the project is proposed. Based on relevant

regulatory requirements,research and review are conducted on the four key aspects of intelligent underground parking in commercial office

buildings,including layout,fire zoning,vertical design,and civil defense design,and precautions are proposed. Through the study of the design practice of the actual project,it has been shown that the PPY intelligent garage has high parking efficiency,convenient use of front in

and front out,high degree of automation,and can effectively solve the problem of parking space shortage when construction conditions permit.

Keywords:Intelligent three - dimensional garage; Business office; Functional design; Fire protection design

作者简介:周成才(1980. 02— ),男,高级工程师。

E-mail:15681246@ qq. com

收稿日期:2023 - 09 - 07

0 引言

随着社会经济的发展,社会行车车辆越来越多,

车位紧张问题日渐突出,传统的路边停车或者地下停

车场停车已经不能够很好地满足人们出行停车的需

求[1]

。 尤其在城市核心商务区,由于人流量众多,用

地紧张,交通需求高,往往出现出行停车困难和车位

紧张等问题[2]

。 立体车库是近十多年迅速发展的一

种新型停车设施,具有车位密度大、自动化效率高、安

全性好和运行费用低等特点[3]

,对于车位配建指标高

的商务办公大楼,具有较好的投资效益,适合在客流

量多的商务办公区进行配备和建设。 通过对立体车

库的投入,实现对地下空间的进一步利用,并通过引

入智能化设备,能有效降低现场管控的运行费用。 目

前,机械式停车库分为升降横移类、简易升降类、平面

移动类、巷道堆垛类、垂直升降类、垂直循环类、水平

循环类、多层循环类、AGV 类等 9 类[4]

。

本文基于某商务办公大楼的 PPY 型智能立体车

库的功能应用和设计实践,对设计总体思路进行总结

和方案梳理。 根据工程项目的实际情况进行设计,提

出 PPY 智能停车库设计的要点,为同类工程设计提

供一定的借鉴。

1 PPY 智能立体车库概述

PPY 智能立体车库,主要是通过搬运器或者载车

板,在同一个水平面上对移动汽车进行移动和搬运。

整体车库通过智能化转盘和设备,进行停靠车辆的移

动和存储。 智能型立体车库通过激光测距仪进行车

辆行走定位,在此基础上采用光通信无线信号传输。

立体车库的智能化管控,是通过变压变频驱动和微机

控制的方式,带动车辆整体进行移动,实现车辆管理

2024 年 08 期 总第 314 期 周成才·PPY 智能立体车库在商务办公楼中的应用研究 · 7 ·

的低振动、低噪音和高效率的运维[5]

。 PPY 智能停车

库采用封闭式结构,利用导轨实现停车机器人平面移

动,从而将车辆运送至空余停车位的停车设备;利用

车位间移动旋转,再由升降机配合,实现出车。 该设

备通过升降机的垂直升降和同一层搬运车台的平面

往复运动,将车辆自动移动到多层平面布置的停车

区域[6]

。 地下立体停车车库的剖面示意图如图 1

所示。

PPY 智能停车库多用于停车空间较为规则的项

目。 商务办公楼的柱网一般都是按照标准模数设置,

非常适合建设 PPY 智能停车库。 不同于普通地下车

库,PPY 智能停车库的设计,对平面和空间的布置要

求比较高,项目特性显著。 本文基于杭州某银行项目

的具体设计实践,进行设计关键点梳理与探究。

图 1 地下立体停车车库立面示意图

2 工程项目概况

本工程项目位于浙江省杭州市,项目总用地面积

9615 m

2

,总建筑面积 84 657 m

2

。 其中地上建筑面积

55 230 m

2

,地下建筑面积 29 427 m

2

,地上为商业办公

楼共 25 层。 地下为停车库及设备用房共 4 层,地下

一层 ~ 地下三层为非人防的普通地下室,地下四层为

平战结合的防空地下室,人防面积 3992 m

2

。 其平时

功能为停车库,临战转换为两个二等人员掩蔽部,设

防等级为核六级、常六级,项目全景图如图 2 所示。

图 2 项目全景图

3 设计的原则

在进行 PPY 智能车库设计之前,需要对车库整

体方案进行设计,明确项目设计总体思路和空间布局

形式。 结合项目实际结构形式,进行功能和布局设

计,而车辆停靠的便捷度,是后期运营时使用体验的

重要考量。 因此,在设计时应明确道路的行驶路径,

道路的整体设计应综合考虑在车辆智能化移动过程

中,不对现场主干道上的车辆和行人造成干扰。 同时

设计时,应在功能同步实现上,减少对辅助设备的投

入。 另外,智能立体车库的管理和功能实现,主要是

依赖传动装置进行车库不同区域的功能联动,将动力

从源头传递至项目的目标地,使车辆能够到达各处需

要管理的地点,从而实现车辆的循环。 但是,传统车

库的传动方案存在结构复杂、可靠性弱和载车板运动

效率低的特点,在设计时应引入电机驱动链条带动,

实现高效运行。 载车板设计时应考虑轨道圆弧转角

处的平顺性,避免载车板运行时发生倾斜和侧翻。

4 设计要求

4. 1 平面布置

本项目地下共 4 层,其中地下一层为车库、设备

用房及非机动车库,共设 31 辆小汽车停车位。 地下

一层设有 2 个通向地面一层的净宽 7. 0 m 双车道坡

道出入口,还设有下至地下二层一个净宽 5. 0 m 单车

道坡道和 1 个净宽 7. 0 m 双车道坡道。 地下二层为

普通停车库,可停放小汽车 99 辆,设有下至地下三层

一个净宽 5. 0 m 单车道坡道和 1 个净宽 7. 0 m 双车

道坡道。 地下三层可停放普通小汽车 52 辆,局部设

有夹层为 PPY 智能停车库,有 129 辆智能停车位。 地

下四层为平战结合的防空地下室,平时为 PPY 智能

停车库,可停放 150 辆智能停车位。

PPY 智能停车库的基本尺寸与停放车辆的大小、车

位布置形式相关,建筑设计应满足设备安装、运行、维修

的基本要求。 通常要求安装平移的轨道通道净宽不低于

5800 mm,停车位的纵向尺寸不小于 5200 mm,横向尺

寸不小于 2200 mm ,层高不小于 1900 mm。 上述尺寸

为常规有载车板情况尺寸,不同停车设备生产厂家因

设计不同,布置尺寸会有所变化。 PPY 智能停车库的

出入口,分为带回转盘的和不带回转盘两种形式。 带

回转盘的升降梯,可实现车辆在车库内部 180°掉头功

能,保证车辆正进正出,方便存取车。 停车库的出入

口示意图如图 3 所示。

· 8 · 福 建 建 筑 2024 年

图 3 PPY 停车库的出入口示意图

地下二层设有 4 个智能停车升降梯出入口,其中

1#、2 #升降梯不带回转盘,开间尺寸为 4600 mm ×

6400 mm,设置为智能停车库出口。 3#、4#升降梯为带

回转盘升降梯,设计为停车库入口,并在入口处附近

设有专属的 15 个等候车位。 地下三层新增设 1 个带

回转盘的 5#升降梯,作为智能停车库的入口,并在入

口附近设有 5 个候车停车位。 地下三层新增设的升

降梯,主要是为了开车下到地下三层普通停车库区的

车辆,在找不到普通停车位的情况下,可便捷进入

PPY 智能停车库,完成存车动作,不需要掉头绕回地

下二层。

4. 2 防火分区

根据《 汽车库、修车库、停车场设计防火规范》

(CB50067—2014)

[7]要求,普通地下车库防火分区建

筑面积最大为 2000 m

2

。 当车库中配备有相关自动灭

火的系统时,面积可相应增加至 4000 m

2

,具体要求如

表 1 所示。 如果地下室内有车道并且设计有机械式

汽车库,其防火分区允许的最大建筑面积,应在前面

的基础上降低 35% 。 由于本项目中设有自动灭火系

统,并且地下车库的类型含有普通车库和 PPY 智能

停车库两种,因此在设计车库防火分区时,分为两种

不同的情况进行设计。 其一种是普通地下车库,按每

个防火分区不大于 4000 m

2 划分;另一种是 PPY 智能

停车库。 《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》

(CB50067—2014)

[7] 对此类无人员停留的机械车库

防火合区的划分做了特别规定,如果需要停车的数量

超过 100 辆,应对停车场进行分隔,采用不含有门、窗

和洞口的防火墙,将停车场进行分隔,每个被分隔的

停车区域停车数量应不超过 100 辆。 如果采用耐火

极限不小于 1. 00 h 的不燃性楼板和防火隔墙将停车

场分隔成多个停车单元,如果每个停车单元内的停车

数量不大于 3 辆时,应分隔为停车数量不大于 300 辆

的区域。 另外,车库内应配备有火灾自动报警系统和

喷淋系统,为了快速对现场火情进行响应,自动喷淋

系统应选用快速响应的喷头。 室内消火栓应和排烟

设施应配备到位,排烟口的位置应设计在运输车辆的

通道顶部。

表 1 汽车库防火分区最大允许建筑面积 m

2

耐火等级 单层汽车库

多层汽车库、

半地下汽车库

地下汽车库、

高层汽车库

一、二级 3000 2500 2000

三级 1000 不允许 不允许

本项目均按以上要求进行设计。 地下三层局部

及地下四层的 PPY 智能停车库总停车数量为 279 辆,

小于 300 辆。 因此,地下三层和地下四层的 PPY 智能

停车库可合并为一个防火分区,普通车库每个防火分

区均设有两个及以上的安全出口。 PPY 智能停车库

为无人员停留的机械式汽车库,可不设置人员消防疏

散的安全出口。 由于总停车数量大于 100 辆,因此结

合人防战时专用楼梯,设置了两个供灭火救援的疏散

楼梯间。 1#和 2#地下室防火分区如图 4 所示。

图 4 1#和 2#防火分区示意图

4. 3 竖向设计

本项目地下室共 4 层,埋深为 19. 3 m,地下一层

非机动车库局部设有夹层。 考虑到地下一层变配电

房净高不低于 4. 2 m,同时地下一层布置了多个设备

用房,管线存在交叉部位也较多,因此,非机动车库部

分层高定为 5. 9 m,其余部分层高定为 5. 4 m。 地下

二层为普通车库,由于受到地下一层非机动车库局部

降板的影响,本层的层高需适当加高,定为 4. 2 m,以

满足风、水、电各种管道空间布置需求;地下三层局部

设有 PPY 智能停车库夹层,为控制层高节约造价,地

下三层的 PPY 智能停车库仅考虑停放小汽车,层高

定为 5. 5 m;地下四层 PPY 智能停车库设计为可停放

净高低于 2. 0 m 的 SUV 汽车,同时本层设有甲类核

六、常六的防空地下室,需考虑人防荷载对梁高的影

响,层高经测算定为 4. 2 m。

2024 年 08 期 总第 314 期 周成才·PPY 智能立体车库在商务办公楼中的应用研究 · 9 ·

PPY 智能停车库需利用导轨实现停车机器人平

面移动及垂直移动,因此地下四层及地下三层局部的

PPY 智能停车库内安装导轨的通道处均做了 350 mm

的降板处理,以满足设备的安装及运行需求。 地下室

剖面图如图 5 所示。

图 5 地下室剖面图(局部)

4. 4 人防设计

新建项目按要求,均需配建一定比例的防空地下

室。 由于防空地下室各个进出的孔口、管道、管线均

应做防护密闭处理,PPY 智能停车库搬运车辆的机器

人需要在车库内的平面和竖向上下层之间不停地来

回移动,如何在实现 PPY 智能停车库设备运行需求

的同时,满足防空地下室的防护密闭要求,一直为设

计中需要重点解决的问题。

本项目人防建筑面积 3992 m

2

,设置了 2 个二等

人员掩蔽部。 考虑到核心筒周边有楼、电梯井道,还

有众多的管井、孔洞,同时地下四层的车库内还设有

5 个智能车库升降梯井道,这些区域孔洞多,临战封

堵实施难度大,基本不适合作为防空地下室。 因此在

人防方案设计前期,优先考虑避开在这些区域布置人

防单元。 人防的口部用房通常选择布置在地下室边

角,为停车效率低的地方,每个人防单元均设有一个

战时主要出入口和两个次要出入口。 战时主要出入

口结合室外楼梯楼梯布置,战时进风口部结合主楼的

室内疏散楼梯布置。 具体人防单元布局如图 6 所示。

图 6 人防单元布局

PPY 智能停车库安装轨道的通道,净宽不应小于

5. 8 m,净高不低于 2. 8 m。 因此,在安装 PPY 轨道通

道处,人防临空墙设计采用一道防护密闭门封堵 + 临

战堆垒砂袋的封堵方式;人防门选用 GHSFM6030(6)

钢结构活门槛双扇防护密闭门,而洞口净宽 6. 0 m、

净高 3. 0 m,可很好地满足设备的空间需求。 同时,

要注意 PPY 搬运车辆的机器人平时运行时,因需要

不停来回移动进出防空地下室搬运车辆,人防门平时

状态下应保持固定敞开,确保人防门前预留出不小于

单扇门宽度 + 0. 5 m 的藏门空间,避免侵入限界,对

PPY 的设备运行产生影响。

5 结论

本文结合杭州某银行 PPY 智能立体车库在商务办

公楼中的实际设计经验进行分析,针对平面布置、防火分

区、竖向设计和人防设计四个关键环节进行设计关键点

的梳理,针对智能立体车库的设计重点和难度进行提炼

和研究,通过研究,得出以下几点结论:

(1) PPY 智能停车库停车效率高,自动化程度

高,在建设条件允许的情况下,可有效解决停车位紧

张的问题。

(2)在进行 PPY 型智能车库的功能设计时,应综

合考虑地下室防火分区建筑面积的规划,根据规范要

求进行合理停车单元划分。

(3)PPY 智能停车库的出入口,分为带回转盘的

和不带回转盘两种形式。 带回转盘的升降梯可实现

车辆在车库内部 180°掉头功能,保证车辆正进正出,

方便存取车。

参 考 文 献

[1] 王宇恺. 立体车库的现状及前景展望[J]. 计算机产品与

流通,2018(03):123 - 124.

[2] 吴龙飞,张旭,刘静. 智能立体充电车库设计分析[ J]. 机

械研究与应用,2021,34(03):152 - 154.

[3] 刘海. 垂直升降式立体车库机械传动系统的设计[ J]. 才

智,2012(16):61 - 62.

[4] 郭海英. 浅谈大型融合式人防工程综合体设计[ J]. 低碳

世界,2022,12(04):73 - 75.

[5] 刘小华. 带环箍层钢框架立体停车结构静力及动力性能

研究[D]. 长沙:湖南大学,2013.

[6] 中国建筑标准设计研究院组织编制. 国家建筑标准设计

图集. 机械式汽车库建筑构造[M]. 北京:中国计划出版

社,2008.

[7] 中华人民共和国公安部. 汽车库、修车库、停车场设计防

火规 范: CB50067—2014 [ M]. 北 京: 中 国 计 划 出 版

社,1998.

2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

均和钹翠城幼儿园内部空间布局设计研究

郑娟娟

(福建省骏元建筑设计有限公司 福建福州 350001)

摘 要:为深入探讨幼儿园内部空间布局设计的原则与理念,以均和钹翠城幼儿园为研究对象展开设计。 首先对主要

的设计原则与理念进行分析,在此基础上,以实际工程案例为依托,详细梳理设计策略,并着重对内部空间设计及功能

布局、色彩与环境的搭配、安全与无障碍设计进行研究,最后对现有项目的设计实践进行总结和反思。 研究表明,本设

计方案满足业主和规划用地的要求,在满足规范要求的基础上,实现了“以幼儿为中心”的设计思想。

关键词: 幼儿园;建筑设计;空间布局;色彩;安全

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 00010 - 05

Research on the Interior Space Layout Design of Junhe Cymbal Cuicheng Kindergarten

ZHENG Juanjuan

(Fujian Junyuan Architectural Design Co. ,Ltd,Fuzhou 350001)

Abstract:In order to deeply explore the principles and concepts of interior space layout design in kindergartens,Junhe Cymbal Cuicheng

Kindergarten is taken as the research object,and the design is carried out based on this. Firstly,the article analyzes the main design principles and concepts,and based on practical engineering cases,it elaborates on the design strategies in detail. It focuses on the study of internal

space design and functional layout,color and environment matching,safety and accessibility design,and finally summarizes and reflects on

the design practices of existing projects. Research has shown that this design scheme meets the requirements of the owner and the planned

land,and on the basis of meeting regulatory requirements,realizes the design concept of \" putting children at the center\".

Keywords:Kindergarten; Architectural design; Spatial layout; Color; Safety

作者简介:郑娟娟(1989. 02— ),女,工程师。

E-mail:287906657@ qq. com

收稿日期:2023 - 08 - 30

0 引言

随着我国城市建设的进一步推进,我国城市化人

口也在进一步扩展,截止到 2020 年末,我国的常住人

口城镇化率已经达到 60% 以上[1]

。 城镇化规模扩展

的同时,也带来了就业和儿童教育问题,如何解决土

地资源与教育资源协调发展,成为当下城镇化需要重

点解决的问题[2]

。 幼儿园作为城市中儿童学前教育

的场所,通常作为商品住宅项目的附属,被放置在红

线不利位置,在交通便利性上存在欠缺[3]

。 在现有土

地资源紧缺的情况下,如何最大化协调土地资源与教

育资源二者的统一[4]尤为重要。 此外,幼儿园建筑的

内部空间布局设计是建筑设计的重要部分,不仅直接

影响到幼儿的健康成长,还能够促进孩子们的社交技

能、认知能力和情感的发展。 为此,本文从幼儿园内

部空间布局设计出发,为儿童创造一个优质的学习与

成长环境。

本文结合幼儿园内部空间布局设计的原则与理

念,以均和钹翠城幼儿园为工程背景,结合实际案例

分析幼儿园内部空间布局设计的实践策略,为同类工

程设计提供借鉴参考。

1 幼儿园内部空间的设计原则与理念

1. 1 功能性原则

功能性原则是幼儿园建筑空间布局设计的核心,

其通过对各类用房进行合理的组合,以满足幼儿园教

育的功能要求,创造幼儿园建筑特有的个性。 幼儿园

建筑的房间组合,应综合考虑幼儿园的规模与标准、

地区差异等各种因素布置。 其中,幼儿生活用房是幼

儿园建筑的主要组成部分,每个区域都应根据其特定

功能进行设计。 此外,空间布局还应考虑提高空间利

2024 年 08 期 总第 314 期 郑娟娟·均和钹翠城幼儿园内部空间布局设计研究 ·11·

用效率,通过灵活的隔断和可移动家具,实现空间的

多功能性和适应性。

1. 2 安全性原则

安全性原则是贯穿幼儿园建筑初期设计到后期

投入使用的重要原则。 设计时,应考虑幼儿的生理与

心理特点,避免可能的危险因素。 如墙角、窗台、暖气

罩等,应做圆角处理,楼梯除设成人扶手外,应在梯段

两侧增设幼儿扶手。 空间布局应尽可能功能分区明

确,流线清晰,便于监督和管理,确保孩子们在任何时

候都能在管理者视线范围内。

1. 3 刺激性原则

刺激性原则,主要强调在空间布局中融入丰富的

感官刺激,以激发幼儿的好奇心和探索欲。 在室内空

间设计上,通过使用不同材质、形状和色彩等元素,如

触感不同的地板、色彩鲜艳的墙面和多样化的装饰,

增强建筑空间的活泼性,以促进幼儿主动学习和认知

发展。

1. 4 可持续性原则

可持续性原则犹如孩子的成长发育,在幼儿园建

筑设计及使用过程中可进行功能更新与迭代,为建筑

后期功能升级与改造提供可能性。 首先,可以通过采

用模块化设计、灵活的空间布局以及选择耐用且易于

维护的材料和设施,使建筑能够随时间的推移和教育

需求的变化而持续化服务。 其次,在建筑设计中,对

建筑材料和设施的选择,应考虑建筑节能与绿色建筑

设计,从而延长建筑的有效使用年限。 例如,可变的

空间布局可以适应不同年龄段幼儿的活动,而多功能

家具则可以减少资源浪费。

1. 5 以幼儿为中心的理念

以幼儿为中心的理念,是幼儿园建筑设计的核心

思想,在空间布局设计中应明显区别于成人。 考虑幼

儿的生理、心理特点,尊重孩子的兴趣和需求,促进孩

子的身心发展。 例如,设计时应考虑幼儿的尺度特

点,从空间形态到防护栏杆等细节都考虑到这些是为

幼儿使用的,促进幼儿的空间归属感和责任感。

2 案例分析

2. 1 项目概况

本项目为均和铂翠城一期 - A 地块 12 #楼幼儿

园,位于福建福州滨海新城壶江路南侧,漳江支路东

侧,东 站 南 路 西 北 侧。 幼 儿 园 总 规 划 用 地 面 积

5040. 69 m

2

, 总 建 筑 面 积 4901. 92 m

2

, 占 地 面 积

1616. 42 m

2

,建筑总高度(消防高度)12. 75 m。 幼儿

园共设置 12 个班,地上 3 层,结构类型为框架结构,

为多层公共建筑,设计耐火等级为二级,效果图如图

1 所示。

图 1 幼儿园效果图

2. 2 设计优化策略

2. 2. 1 空间布局策略

在规划幼儿园内部空间时,充分考虑幼儿的日常

活动流程,合理划分教学区、活动区、休息区等,确保

每个区域都能满足特定的功能需求。 例如,教学区应

设计为便于教师指导和幼儿集中注意力的空间;活动

区则应宽敞,便于幼儿自由活动和探索;休息区则应

安静舒适,有助于幼儿放松和休息。

功能区域之间的划分应考虑动静分区及视觉隔

离,避免活动区的噪音干扰到教学区,同时兼顾到休

息区的安静。 此外,应设置清晰的导向标识,帮助幼

儿和教师快速识别各个区域。

空间布局应结合幼儿的生理特征和活动范围设

计,确保桌椅等设施的尺寸适合幼儿使用,同时移除

可能造成物理障碍的物品,如大型家具、突出的装饰

物或不必要的隔断,确保幼儿能够安全自由地移动。

通道设计应宽敞,避免狭窄的走廊和拥挤的转

角,确保紧急情况下的快速疏散。 同时,通道应直接

连接各个功能区域,减少不必要的迂回,提高空间使

用效率。

采用模块化和多功能的家具设计,如可折叠的桌

椅、可移动的隔断,以适应不同的教学活动和幼儿活

动需求。 这样的设计,不仅提高了空间的灵活性,也

便于教师根据活动内容,快速地调整空间布局。

不断根据实际使用情况和幼儿发展需求调整空

间布局。 社会的进步,同样影响着孩子的生活乐趣和

习性的变化,因此对建筑空间的需求也相应在变化。

2. 2. 2 色彩与装饰的运用策略

色彩是人类感受事物最直接的表现形式,也是幼

·12· 福 建 建 筑 2024 年

儿认识世界的情感与生活的语言。 在设计后期配合

中,幼儿园在内部空间设计色彩的选择,应以柔和、温

暖的色调为主,从而使幼儿适应坏境的变化,避免对

幼儿的视觉和情绪产生负面影响。 其次,根据功能区

域的特点选择色彩,如教学区可使用蓝色或绿色等有

助于集中注意力的颜色,活动区可使用红色或黄色等

激发活力的颜色。

在室内设计时,通过精心设计的装饰,幼儿园的

内部空间可以变成一个既美观又功能齐全的环境,为

孩子们提供一个有利身心发展的场所。 装饰可以包

含教育性,如子母表、数字、形状等的展示,有助于孩

子们在日常生活中学习基本知识和激发创造力。 并

且,通过多样的装饰,可以培养孩子们对美的认知与

欣赏,发展其自身的审美观念。

色彩与装饰的合理利用,能使幼儿园的建筑空间

变得更温馨、舒适,同时增加空间的趣味性和教育性。

2. 2. 3 安全与卫生保障策略

为确保室内空气质量,在设计时,应充分考虑现

有的室内布局能够满足定期通风换气的需求。 设计

时,应使用空气净化器等设备,减少室内空气污染。

在材料的选择上,应选择环保和无污染的建筑材

料以及装饰材料,如无甲醛的板材、水性涂料等,减少

对幼儿健康的潜在风险。 另设计时,应秉持着安全管

理的理念和思维,设置必要的安全防护设施,如防护

栏、安全门、防滑地面等,预防幼儿跌倒、碰撞等意外

事故发生。

3 关键设计节点应用

3. 1 内部空间布局设计

均和铂翠城 A12#楼幼儿园作为商品住宅项目的

配套,其用地设置于地块 AB 地块之间的东湖支路

上,出入口独立设置,并直接对外开放使用。 在设计

过程中,考虑幼儿园需满足冬至日 3 h 日照标准,幼

儿园活动场地需满足一半以上的场地位于标准日照

线以外等规范要求,还要满足建设单位开发需求,最

终决定幼儿园平面造型呈“[” 型布置,增加了建筑

光线的接触面,避免了周边道路对幼儿园活动的

干扰。

幼儿园内部空间布局,是与儿童生活和教学切实

相关的场所,其布局的合理性直接与儿童的成长和教

学体验息息相关。 幼儿园建筑的房间组成,主要为幼

儿生活用房、服务用房及供应用房三大部分。 幼儿生

活用房是建筑的主要组成部分,设置于“[” 型南北

横向位置,保证了幼儿活动单元都能获得最佳日照、

采光及通风。 服务用房及供应用房集中设置于“[”

型竖向位置,便于最有效开展保教工作,同时又能满

足其对外联系的功能,如图 2 所示。 在垂直空间分布

上,为考虑上下通行的便捷性以及内外空间的紧密

度,建筑一层主要分布保健室、晨检、门卫收发等服务

用房、厨房、发电机房、配电间等供应用房,以及每层

各 4 间活动单元。 二层规划为教师办公区和职工食

堂,三层主要是教具制作室、教师办公室、幼儿公共活

动用房。

图 2 幼儿园一层平面图

3. 2 活动单元平面设计

均和铂翠城幼儿园为全日制幼儿园,考虑用地的

局限性及设计最优化,幼儿生活用房采取以每班各用

房自成一体的活动单元式,如图 3 所示。 活动单元是

幼儿园的基本组成单元,主要包含活动室、卧室、卫生

间和衣帽间。 其平面形式呈矩形,布局规整,且长宽

比不宜大于 2∶ 1。 活动单元位于走廊的南侧,并且从

规范和消防疏散的要求考虑,各活动单元均设置两个

间距不小于 5 m 的安全疏散口。 活动单元总面积在

115 m

2 以上,符合规范中对活动室和寝室合用时最小

使用面积应大于 105 m

2 的规定。

由于活动单元右下角的空间比较方正,为了方便

儿童活动与学习,活动室采用圆形围坐的方式布设,

2024 年 08 期 总第 314 期 郑娟娟·均和钹翠城幼儿园内部空间布局设计研究 ·13·

增强了空间的趣味性和互动性。 活动室圆形布置 20

张活动椅,教师电脑和办公桌位于圆形正前方。 圆形

直径为 4500 mm,为了方便教师对幼儿行为的观察,

教师距离最近幼儿的观察角度按大于 30°设置。 寝室

容纳人数以 30 人为基数,为提高幼儿睡眠和上下床

的安全性,床具形式采用单层布置。 单层床具布置需

要占用更多的空间,为了节约空间,在男女卫生间的

盥洗室进行合并。 衣帽间一方面作为儿童储物空间,

一方面作为活动室内外的过渡空间,紧邻一侧疏散门

设置。 同时,为了方便洗漱,右侧毗邻卫生间。

图 3 活动单元平面布置图

3. 3 服务用房设计

服务用房主要分为两部分:①对外联系的服务用

房:包含传达室、接待室、隔离室和晨检室等;②对内

协调的服务用房:教师办公室、医务保健室和教具制

作室等。 对外联系的服务用房设置于大厅左侧,如图

4 所示。 而第二种服务用房,由于其功能职能主要是

对内的管理和服务,因此设置于第二、三层。

3. 4 供应用房设计

供应用房主要是用于辅助幼儿园运营提供基础

服务的功能区域,包含厨房、教工食堂、发电机房、配

电间、消防控制室等。 厨房设置在幼儿园通勤能够达

到的地方,并且与幼儿活动单元保持适当的距离,厨

房布置图如图 5 所示。 为考虑食品安全存放的功能

需求,将主食和副食分开存放,并配备必要的加工间

和冷藏室、消毒间。 食堂位于厨房上方,为了取餐和

送餐方便,在食堂入口处设置专门的食梯和备餐间,

以减少不同功能流线交叉干扰。

图 4 对外联系的服务用房

图 5 厨房布置图

·14· 福 建 建 筑 2024 年

3. 5 色彩与环境的搭配

丰富的色彩设计,可以充分激发儿童的创造活力

和学习动力。 在设计时,充分考虑幼儿的心理特点和

审美要求,进行色彩的搭配与选择。 为加强对幼儿身

心健康的关照,在本设计中,通过对不同功能用房墙

体进行色彩及质感的区分,以帮助孩子更快熟悉环

境。 在活动单元空间设计里,运用色彩装饰,增加空

间的识别度,例如二装配合中强调不同班级的门扇颜

色不一。 在交通走廊上,按儿童的星际路线设置彩带

装饰,增加建筑功能导向性及童趣。

3. 6 安全与无障碍设计

幼儿园的安全问题,是幼儿园和家长们重点关注

的问题,应采用环保和无污染的建筑材料进行装修,

选用无甲醛的板材和水性涂料等,避免对儿童健康产

生不良的影响。 并且,必要的安全防护措施需要进行

定性设计,像防护栏杆、安全门和防滑地面等,在满足

规范要求的基础,仍需要以儿童健康和生活为导向进

行设计,减少儿童跌倒和碰撞等带来的事故影响。 应

采用专门的安全设计措施,如防护设施、圆角处理等

进行处理。 此外,应特别注意幼儿园建筑设计的消防

安全,结合《建筑设计防火规范》 (GB50016)、《建筑

防火通用规范》 ( GB55037 ) 和 《 无障碍设计规范》

(GB50763)等相关国家标准进行设计及设置适当的

安全措施,保障幼儿在各种活动中的安全。

此外,学校的光环境也是与儿童安全健康息息相

关的内容,在投入使用时,应合理选择灯具。 本项目

教室灯具均采用护眼的 LED 灯,LED 护眼灯相比于

传统的灯具,照明灯所产生的热量较少,可减少空间

教室的温度升高和空调的负荷。 另外,LED 护眼灯的

材料更加环保和无毒,可做到无频闪、不炫目和无紫

外线,适合儿童的生活和教学使用。

4 设计总结与反思

通过对实际案例的分析发现合理的空间布局设

计,对幼儿的成长和发展具有积极影响。 在空间规划

与功能分区方面,应注重功能的合理性和灵活性;在

家具与设施的选择与布置上,要考虑幼儿的身心特点

和安全需求;色彩与装饰的运用则应体现教育性和趣

味性;同时,安全与卫生问题也不容忽视。

另外,幼儿在幼儿园中的活动主要包括上课,活

动、餐饮和休息等。 大部分幼儿的活动均在室内进

行,因此在进行幼儿园设计时,应充分整理好室内活

动空间与室内流动空间的协调设计。 设计时应以满

足幼儿活动的需求为设计目的,例如充分利用幼儿园

的屋顶,通过屋顶设计幼儿活动的场所,充分利用空

间,合理进行空间布局。 另外,在设计时,也应进行合

理的光环境设计,在节能环保的基础上,引入对儿童

身心健康无影响的产品。

5 结论

(1)幼儿园设计应紧紧围绕儿童学习与生活的

便利性,充分考虑儿童生活的安全以及智力的启发与

发展。 在此基础上,充分结合儿童的兴趣与需求,通

过设计,引发儿童对校园的归属与认同。

(2)在设计时,充分利用现有的空间,合理进行

空间搭配,同时进行合理的光环境设计。 在节能环保

的基础上,引入对儿童身心健康无影响的产品。

(3)本项目的幼儿园设计方案满足业主和使用

场地的要求,在满足规范要求的基础上,实现以“幼儿

为中心”的设计思想。

参 考 文 献

[1] 刘凌菁. 高密度住宅区配套幼儿成长空间的设计探

究———以深圳华富村幼儿园设计为例[ J]. 福建建筑,

2023(03):39 - 42,63.

[2] 范毅. 我国城镇化发展趋势和新特征[ J]. 中国发展观

察,2020(Z5):61 - 63,54.

[3] 卢爽. 基于儿童友好型幼儿园室内空间设计研究[D].

西安:西安建筑科技大学,2023.

[4] 黎志涛. 幼儿园建筑设计[M]. 北京:中国建筑工业出版

社,2006.

2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

“绿色”发展理念下的装配式装修探究

陈景平

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

摘 要:与传统装修相比,装配式装修能够更快捷地推进项目的落地时间、减少建筑垃圾,提高装修的品质。 其不仅能

够响应国家所倡导的“绿色”发展理念,也能在保证质量的前提下,较好地满足甲方的使用需求。 为此,从环保、成效和

质量控制等方面,对室内设计工程的装配式装修进行探讨,通过分析装配式装修各方面所产生的实质性成果,结合实

际案例验证其优势。

关键词: 装配式装修;绿色;成效

中图分类号:TU2 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0015 - 03

Research on the prefabricated decoration under the concept of \"green\" development

CHEN Jingping

(Fujian architectural design and Research Institute Co. ,Ltd. ,Fuzhou 350001)

Abstract:Compared with traditional decoration,prefabricated decoration can more quickly promote the landing time of the project,reduce

construction waste,and improve the quality of decoration,which can not only respond to the \" green\" development concept advocated by the

state,but also meet the needs of Party A under the premise of ensuring quality. This paper discusses the prefabricated decoration of interior

design engineering from the aspects of environmental protection,effectiveness and quality control,and verifies its advantages by analyzing

the substantive results produced in all aspects of prefabricated decoration.

Keywords:Prefabricated decoration; Green; Results

作者简介:陈景平(1989. 08— ),男,工程师。

E-mail:493330631@ qq. com

收稿日期:2023 - 08 - 19

0 引言

自“十三五” 规划发布以来,我国大力提倡“绿

色”发展。 国务院办公厅 2016 年发布《关于大力发展

装配式建筑的指导意见》,提出了相关发展建议,并明

确 2025 年前重点区域装配式建筑占比达到 50% 的目

标[1]

。 为减少施工成本、提高施工效率、改善工程质

量、促进经济可持续发展,2020 年发布的《关于加快

新型建筑工业化发展的若干意见》中,也提出了若干

意见。 装配式装修改变了传统的装修方式,在节能环

保方面更加符合绿色建筑的相关要求。 随着时代的

发展,行业的改革势在必行,装配式装修发展无疑具

有重要意义。

1 装配式装修的发展现状

1. 1 装配式装修的标准体系建立情况

与发达国家相比,我国仍处于探索的初级阶段,发

展程度相对较低。 为了符合国家发展战略的要求,实现

可持续发展的目标,应运而生的装配式、工业化施工和信

息化管理模式的相关标准编制,被提上日程。 虽然国家

已经出台了多项政策,并提供了相关指导意见,明确了装

配式装修的概念,但我国现行的装配式标准仍在完善中,

尚未形成全面的标准。 当前,具备统筹性和针对性的相

关标准,还在进一步探索之中。

1. 2 装配式装修发展中的阻碍

我国机械化及工业化起步较晚,相比发达国家,

仍然存在差距,虽近年来发展迅速,但在相关质量标

准的控制、安装技术和检测手段方面,仍然有待加强。

用户的认可,需要通过一定数量已落地案例积累作为

基础。 对于装配式的运用, 发达国家已经超过了

60% ,而我国则不足 10% ,装配式装修的认可度较低,

优势难以充分发挥[2]

。

在具备进行大规模工业化生产条件的初期,需要

巨大的资金投入。 同时,工业化产品的增值税税率较

高,加之市场推广普及率低,消费者对于装配式装修

的概念和优势了解不足,普遍持谨慎态度。 开发商对

未来收益也存在顾虑,认为投入的性价比较低。 各个

环节的相互制约,导致装配式发展的阻力重重。

2 装配式装修与传统装修的对比

2. 1 装配式装修的环境保护价值

相比于传统装修,装配式装修是传统装修的升级

版。 它是整合传统装修的作业特点进行优化,利用科

技发展的力量进行多方面的改革。 例如将现场加工

操作转移到工厂生产将无组织施工改为标准化流程

工作等。 我国每年建筑垃圾产生的量达到了城市垃

圾总量的 30% ~ 40% 。 装配式装修有效地减少了施

工现场湿作业及材料加工,利用工业化生产的可控

·16· 福 建 建 筑 2024 年

性、集中性因素,从源头减少建筑垃圾的产生,减少粉

尘污染,减少噪声污染,提高了资源利用率[3]

。 以墙

面装饰为例,隔墙材料采用轻钢龙骨隔墙,减少墙面

找平工序及楼面荷载,装饰面层采用金属覆膜板或者

碳晶板等工厂加工生产的模块化环保材料,至现场直

接安装上墙。 在工厂的初期生产,提高了材料的利用

率,降低粉尘等建筑废弃物的污染。 在中期现场施工

阶段,与传统施工方法相比,装配式材料减少了现场

的建筑废弃物、污染源和工作量。 在后期阶段,如果

需要改变隔间,材料损坏或者装修效果不满意,装配

式材料可以快速拆卸和更换。 传统的装修方法,拆除

后通常会产生大量垃圾,很难实现材料的再次利用,

而装配式装修材料则可以实现较高的再次利用率。

例如轻钢龙骨拆除后,能达到 80% 的再次利用率,从

而极大减少了环境污染,节约了成本。

2. 2 装配式装修的优势

传统装修方式需要根据相关的施工工序,依次进

行施工,每一道工序都需要一定时间去实施才能继续

下一道工序。 此外,装修材料需要在现场即时加工,

不利于高效和省时地推进项目落地。 在装修过程中,

还需要考虑机械设备产生的噪音问题,节假日或者休

息时间无法进行会产生噪音的作业,从而增加了装修

的时间成本。

而装配式装修,是先将部品部件在工厂内生产

制造,然后运至现场直接安装的装修模式。 这种方

式可以与其他工序同步进行,在提升生产效率的同

时,缩短施工周期,减少因工艺良莠不齐引起的施工

质量问题和返工现象。 现场大量采用模块化部件安

装,可以极大降低作业人员用工需求和劳动强度,同

时实现施工现场的标准化[4]

。 在质量控制方面,标

准化生产的产品在出厂前必须经过检验,只有符合

国家认证标准的产品才可以在市场上流通,从而有

效保证了质量。

3 在装修工程项目中装配式材料的实践

3. 1 项目概况

闽投营运中心投资集团办公楼装修工程作为设计

施工一体化项目,主要设计及装修范围为一层、三层、六

层、十八至二十八层,总装修面积 14 309. 76 m

2

。 本项目

于2023 年4 月1 日开始施工图设计及装配式拆分设计

工作,4 月14 日取得施工许可证,正式开始施工工作,8

月1 日通过竣工验收。 120 d 左右完成施工图设计、图

审、装修施工及竣工验收工作,高质高效地完成了合同约

定工作,取得了显著的经济效益和社会效益,受到业主的

高度评价。 装配式装修技术的应用功不可没。

3. 2 主要采取的措施及装配式装修成效

3. 2. 1 工作重点

本工程采用立体交叉及异节奏流水施工。 施工

的主要作业有天棚、楼地面和墙面装饰工程,各主要

的作业组基本同时进行施工,项目推进的关键点在于

控制各工种之间的施工交叉点及施工节奏。 通过合

理安排,使施工过程有张有弛,秩序井然,确保各工种

能够按进度计划完成各自的分项工程。

在装饰施工的过程中,合理安排施工时间,高效

且优质地组织生产工作,尽可能将噪音降至最低,降

低粉尘污染。 此外,严格采取成品保护措施,以防止

二次污染及损坏发生。

3. 2. 2 装配式施工质量控制要点

(1)本项目中,优先采用绿色环保材料,并且装

配式部品部件所使用的材料品种、规格、质量、燃烧性

能和有害物质限量,应满足国家现行相关标准的规定

和符合设计要求。

(2)所用材料应具备出厂合格证、相应的检测报

告和质量保证书。

(3)优先应用新技术、新工艺、新材料及新设备。

(4)为确保工程物资符合规定要求,所有物资在

进场后,首先接受检验或试验。 只有证明合格后,方

可投入使用。

(5)材料在到达现场后,材料员清点材料,并填

写料具验收单,核对送货单内容与采购合同的内容是

否相符。 如有不符,则通知采购负责人,及时与材料

供应商联系协商解决。

3. 2. 3 装配化装修成效

(1)提高效率:部品部件工厂预制,与传统施工工艺

对比,经核算,功效提升了一倍以上。 从取得施工许可证

开始装修,至通过竣工验收,3 个半月完成 14 309. 76 m

2

的装修项目,有力地保证了工期,确保交付。

(2)提高质量:干法作业,标准化施工,避免了装

修通病,提高工艺精度。

(3)减少人工:摆脱对传统工艺的依赖。 本项目

的预制墙板及装饰板等由专业厂家技术工人安装,经

核算,比传统装修减少 25% 的人工成本。

(4)降低成本:本项目大量采用预制及定制部品

部件,在设计深化阶段就选用厂家规格板;施工阶段

集中采购,减少损耗率。 此部分成本降低约 6% 。

(5)绿色环保:现场湿作业少,无污染无垃圾无噪声。

(6)减少投诉:产品优良,质量保证率高。

(7)便于维修:可拆卸,易于检修和更换。

3. 3 装配式装修材料的运用

3. 3. 1 改性石膏空心板隔墙的运用

本工程水吧区及用水房间、强电间、弱电间墙体均

采用改性石膏空心板,安装简便。 安装工人 2 人一组,

每人每天可安装 40 m

2

,安装速度为传统砌筑的 3 ~ 4

倍。 墙板的两边设计有榫槽结构,在板与板之间的接

缝处用瓷砖胶进行粘结,墙板与主体结构的梁、板和柱

之间通过采用镀锌“L”型角码连接。 墙板在工厂采用

2024 年 08 期 总第 314 期 陈景平·“绿色”发展理念下的装配式装修探究 ·17·

数控机床切割而成,安装后墙面平整度非常好,不需要

再进行砂浆粉刷找平,可直接进行腻子施工。 整个过

程均为干法施工,对工地的安全文明施工有良好的促

进作用,减少了大量的建筑垃圾。

3. 3. 2 成品玻璃隔断的运用

本工程成品隔断均为 100 mm 厚灰色铝合金边框,

双层6 mm 厚中空钢化玻璃隔断(高度 2700 mm),成品

隔断位置的吊顶至建筑结构梁板底空间采用轻钢龙

骨非石棉纤维,增强硅钙板内隔墙封堵。 成品玻璃隔

断不仅为核心筒结构的建筑物增加通透性,对楼板荷

载小,与轻钢龙骨隔墙结合减少湿作业,提高了施工

的速度(图 1)。 后期如果隔间有需要调整,轻钢龙骨

隔墙也更加易于改造。

图 1 成品玻璃隔断现场照片

3. 3. 3 U 型玻璃的运用

各楼层接待台背景墙采用 U 型玻璃装饰,有着独特

的魅力装饰效果。 U 型玻璃根据现场吊顶高度在部工厂

预制加工,采用专用配套卡扣安装,所有尺寸均现场加工

完成打包运输至项目现场进行组装,可拆除重复循环使

用,并且能节约大量的轻金属型材,如图2 所示。

图 2 U 型玻璃背景墙现场照片

3. 3. 4 陶铝吸音板的运用

主要会议室均采用 15 mm 厚陶铝吸音板,采用厂

家配套的铝合金挂件及专用铝合金龙骨安装,不仅有

良好的吸音性能和降噪效果,还有良好的环保性能,

材料易于清洁和维护。 作为无机材料制品,其有较好

的防火性能,零甲醛及不含任何重金属以及放射物,

如图 3 所示。

图 3 会议室陶铝吸音板墙面现场照片

3. 3. 5 金属覆膜板的运用

走道墙面装饰采用 0. 8 mm 厚钢板,背覆 12 mm

厚铝瓦楞板的金属覆膜板,零甲醛;采用专用配件安

装。 有多种肌理的选择及良好的性能,在开展其他施

工工序的时候,可以同步在工厂进行生产,重量轻、易

于安装及更换。 模块化的施工,带来了很大的便利。

3. 3. 6 碳晶板的运用

员工餐厅及接待室采用成品 8 mm 厚碳晶板,并

用专业配件及胶粘剂固定,分块缝处采用配套成品不

锈钢嵌条衔接。 丰富的表面花色,可以满足不同的装

饰风格。 相对于传统木饰面,其定制周期更短,一般

在 3 ~ 7 天,属于扣板式结构,模块化安装,只要墙面

平整度够,即可直接上墙安装,如图 4 所示。

图 4 员工餐厅碳晶板墙面现场照片

4 结语

作为一种新型的装修方式,装配式装修以其节能

环保、施工效率高和提高资源利用的优点,推动了设

计形式、施工模式和生产模式的革新;有助于减轻传

统装修模式引发的环境污染、噪声污染及资源浪费问

题,契合国家提倡的“绿色”理念。

装配式装修模式在加快生产进度、提高施工质

量、降低施工成本、推动劳动力转型升级和提高资源

利用率等方面,都展现出了显著优势。 此外,标准化、

产业化和工业化的装修形式,是实现绿色化的一种途

径,有助于推动我国节能环保事业的发展。

参 考 文 献

[1] 国办发〔2016〕71 号. 国务院办公厅关于大力发展装配

式建筑的指导意见[Z]. 2016.

[2] 徐雨濛. 我国装配式建筑的可持续性发展研究[D]. 武

汉:武汉工程大学,2015:18 - 19.

[3] 蒋伟. 装配式装修墙面的多样化设计研究[D]. 贵州:贵

州师范大学,2023.

[4] 许兆丰. 装配式建筑绿色评价体系研究[D]. 唐山:华北

理工大学,2020:14 - 15.

2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

考虑摩擦作用的柔性光伏支架风振响应分析

林 君1,2

(1. 福建省建筑科学研究院有限责任公司 福建福州 350108; 2. 福建省绿色建筑技术重点实验室 福建福州 350108)

摘 要:在风荷载作用下,柔性光伏支架易产生较大的变形和振动,应特点关注风振响应。 因此,在 SAP2000 中,对三

跨大跨度柔性光伏支架进行有限元建模,采用 Davenport 风速功率谱生成的风荷载时程作为荷载输入,分析柔性光伏

支架在风荷载时程作用下的结构响应,并与静力风荷载作用下的结构响应进行对比。 同时,考虑索与中部支架之间的

摩擦作用,考察不同摩擦系数下结构的风振响应,探究摩擦力对柔性光伏支架风振响应的影响。 结果表明,与静力分

析相比,柔性光伏支架动力时程分析位移放大系数和索力放大系数分别为 1. 64 和 1. 63;索与中部支架之间的摩擦作

用能够增强结构整体耗能能力,有助于减小柔性光伏支架的风振响应;不同工况下的等效风振系数取值相差较大。 因

此在对柔性光伏支架进行静力分析时,应综合考虑实际情况,对风振系数进行合理取值。

关键词: 风压时程;柔性光伏支架;摩擦;风振响应;时程分析

中图分类号:TU3 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0018 - 04

Research on wind induced vibration response of flexible photovoltaic support

structure considering friction effect

LIN Jun

1,2

(1. Fujian Academy of Building Research Co. ,Ltd,Fuzhou 350108;

2. Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology,Fuzhou 350108)

Abstract:The flexible photovoltaic support structure may lead to significant displacement and vibration due to the wind load,so the wind -

induced vibration response should be focused. The finite element model of three large span flexible photovoltaic support structure was modeled in SAP2000,and the wind load time history generated by the Davenport wind speed power spectrum was adopted as input load. The responses of the flexible photovoltaic support structure was obtained and compared with the responses under static wind load. Then,the friction

between the cable and the middle bracket was considered,and the wind - induced vibration responses under different friction coefficients

and the influence of friction on the wind - induced vibration responses of flexible photovoltaic brackets were investigated. The results indicated that the displacement and cable force amplification coefficient are 1. 64 and 1. 63,respectively,in dynamic time history analysis. The

friction between the cable and the middle bracket can increase the energy dissipation capacity of the structure,which help to reduce the

wind - induced vibration responses of the flexible photovoltaic bracket. The equivalent wind load amplification coefficient values varied

greatly under different working conditions,so it is necessary to comprehensively consider the actual situation and choose a reasonable value

for the wind load amplification coefficient when conducting static analysis of flexible photovoltaic support structure.

Keywords:Wind pressure time history; Flexible photovoltaic support structure; Friction; Wind induced vibration response; Time

history analysis

基金项目:福建省社会发展引导性(重点)项目(2022Y0047)。

作者简介:林君(1985— ),男,高级工程师。

E-mail:150335678@ qq. com

收稿日期:2023 - 10 - 22

0 引言

光伏发电作为可再生能源,是我国能源结构改革

和实现的重要方向,对我国实现“碳达峰” 和“碳中

和”目标有着重要的意义。 国际可再生能源署预测,

在全球 2050 年实现净零碳排放的情景下,全球光伏

装机需达 182 亿千瓦。 可见,光伏产业具有巨大的市

场需求和发展空间[1]

。

传统的光伏支架存在用钢量较大、造价较高、地

形适应性较差等不利因素[2]

。 随着技术的发展和市

场需求的迸发,柔性光伏支架应运而生,柔性光伏支

架结构具有跨度大、土地利用效率高、布置方式灵活、

用钢量少、造价低等优点[3 - 4]

。 相比于传统的光伏支

架,柔性光伏支架具有更广泛的应用范围,比如污水

厂、货物堆场、复杂山地和荒坡等复杂地形等;同时,

通过设计可以实现渔光互补和农光互补,具有非常广

阔的应用前景[5 - 6]

。

柔性光伏支架体系由主索(预应力索)、两侧支

架、中部支撑支架组成,光伏板用连接件固定于预应

力索上,通过在预应力索中施加预应力,使索产生刚

度。 由于柔性光伏支架体系跨度一般较大,整体刚度

较弱,在风荷载作用下,易产生较大的变形和振动,因

此,风荷载是柔性光伏支架的控制荷载。 正确模拟风

荷载作用,对于保证柔性光伏支架结构安全,至关重

要[7]

。 目前,用于模拟风荷载时程的方法主要有:线

性滤波法、谐波叠加法、逆 Fourier 变换法等[8]

。 本文

2024 年 08 期 总第 314 期 林 君·考虑摩擦作用的柔性光伏支架风振响应分析 ·19·

采 用 随 机 滤 波 法 中 的 自 回 归 模 型 模 拟 风 速 时

程[9 - 10]

,风速谱采用我国规范所使用的 Davenport 风

速功率谱[11 - 12]

。

在实际工程中,柔性光伏支架体系中,预应力索

与中部支撑支架之间采用滑轮支座或 U 型卡扣等形

式,保证主索沿索长方向可以自由滑动。 在进行模拟

分析时,现有研究通常不考虑索与中部支撑支架之间

的摩擦作用,通过释放索长方向的自由度来实现索的

自由滑动[7,13 - 14]

;索与中部支撑支架之间的摩擦作用

对于柔性光伏支架在风荷载作用下的响应影响,未见

学者进行研究。

本文将以三跨大跨度柔性光伏支架为例,探究柔

性光伏支架在风荷载时程作用下的风振响应情况,同

时研究索与中部支撑支架之间的摩擦作用对柔性光

伏支架风振响应的影响。

1 均布荷载作用下索的响应

柔性光伏支架索自重和光伏组件,可以近似为均

布荷载 q0 ,索跨度为 l,弹性模量为 E,索截面面积为

A;假定索在重力荷载(索自重和光伏组件)作用下跨

中垂度为 f

0 ,索的张力为 T0 ,索长为 s0 。 在风荷载工

况下,索承受重力荷载和风荷载,假定此时均布荷载

为 q,跨中垂度为 f,索的张力为 T,索长为 s。 则索的

跨中垂度计算公式及索长公式如下:

f =

ql

2

8T

(1)

s = l(1 +

8f

2

3l

2

) (2)

由式(1) 可知,当荷载与跨度一定时,跨中垂度

与张力成反比。 因此,在工程中为了控制跨中垂度,

则要增大索力。

由胡克定律 ΔS =

ΔT

EA

l 可知:

s - s0 =

T - T0

EA

l (3)

将式(2)代入式(3),可得索内力为:

T - T0 =

EAl

2

24

(

q

2

T

2

-

q

2

0

T

2

0

) (4)

式(4) 为三次非线性方程,需要采用迭代方法

计算。

2 风荷载时程模拟

本文采用时程分析法,对结构进行风荷载动力分

析,因此首先要进行风荷载时程的模拟。 根据统计分

析可知,风速 vw 为平稳高斯随机过程,它分成平均风

速 v 和零均值脉动风速 v(t)两部分。 脉动风功率谱

采用《建筑结构荷载规范》 (GB50009—2012) 中采用

的 Davenport 风速功率谱,其功率谱密度函数为

nSv(n)

v

2

=

4x

2

(1 + x

2

)

4 / 3

(5)

x = 1200

n

v10

(6)

v

2

= K v

2

10 (7)

式中,n 为脉动风频率;Sv ( n)为风速功率谱密度

函数;x 为中间参数;v10为 10 m 高处风速;K 为地面粗

糙度系数,A、B、C 和 D 类地面粗糙度 K 值分别为

0. 0019、0. 00215、0. 00464 和 0. 1291

[12]

。

本文采用线性滤波法中的自回归模型进行风速时

程的模拟。 考虑当地基本风压为 w0 =0. 70 kN/ m

2

,地面

粗糙度为 B 类。 图 1(a)为脉动风速 v(t)的模拟时程

曲线,图 1( b)为模拟风谱与 Davenport 谱的对比图,

可以看出模拟风谱与目标功率谱吻合良好。

(a)时程曲线

(b)模拟风谱与 Davenport 谱对比

图 1 脉动风速时程曲线和风谱

风是由于空气流动形成的,在风的运动过程中产

生风压。 由流体力学可知,平均风速 v 产生的风压为

1

2

ρv

2

,风速 vw 产生的风压为:

w =

1

2

ρv

2

w =

1

2

ρ(v + v(t))

2

(8)

式中,ρ = 1. 25 kg / m

3 为空气密度,从而可以得

到风荷载时程曲线(图 2) 。 从图 2 中可以看出,风

荷载时程在平均风荷载上下震荡,风荷载最大值为

1. 26 kN/ m

2

。

图 2 风荷载时程曲线

·20· 福 建 建 筑 2024 年

3 柔性光伏支架风振响应分析

某三跨大跨度柔性光伏支架跨度分别为 20 m、

50 m、30 m,光伏板采用横向单排布置,设计时光伏板

放置于高位索和低位索之间形成倾角,倾角为 12°,高

位索和低位索的索间距为 1. 4 m。 预应力主索采用

ϕ17. 8 无粘结钢绞线,屈服强度为 1860 MPa,钢绞线

有效截面积为 15. 59 mm,施加初始预应力 50 kN。

用 SAP2000 对柔性光伏支架结构进行模拟与分

析,由于柔性光伏支架在受荷时变形较大,需考虑大

变形效应,因此在 SAP2000 中进行分析时,需考虑结

构的几何非线性(P - Delta 和大位移)。 图 3 为柔性

光伏支架结构模型示意图,通过建立导荷板,在板上

施加压力荷载。 索与中部支架(即支座 2 与支座 3)

之间通过钢套筒相连,索在此处可以进行滑动,索与

中部支架之间的摩擦系数为 μ。 在分析体系模态时,

不考虑索与中部支架的摩擦力(即 μ = 0),在模型中

释放支座 2 和支座 3 处的 Y 向平动自由度,只考虑光

伏板和索的自重。 模态分析结果如表 1 所示。 第一

阶模态周期为 1. 36s,自振模态示意图如图 4 所示。

图 3 柔性光伏支架结构模型示意图

图 4 第 1 阶自振模态

表 1 模态计算结果

模态 周期/ s 频率/ Hz

模态质量参与系数

UX UY UZ

1 1. 36 0. 73 0. 0133 0. 0002 0. 2585

2 1. 29 0. 78 0. 0395 0. 0000 0. 0001

3 0. 90 1. 11 0. 0236 0. 0017 0. 3118

4 0. 89 1. 13 0. 0009 0. 0000 0. 0022

5 0. 79 1. 26 0. 0000 0. 0014 0. 0001

6 0. 77 1. 30 0. 0004 0. 0001 0. 0000

7 0. 73 1. 37 0. 2348 0. 0000 0. 0168

8 0. 63 1. 60 0. 0225 0. 0009 0. 1267

9 0. 62 1. 62 0. 0000 0. 0004 0. 0748

10 0. 53 1. 88 0. 0021 0. 0000 0. 0020

在风荷载时程(图 2)作用下,不考虑摩擦(μ = 0)

和考虑摩擦(μ = 0. 02)情况下,柔性光伏支架索变形

和索力时程如图 5 所示,可以看出采用动力时程分析

得到的索位移和受力峰值,均要大于静力风荷载作用

下的响应。 当不考虑摩擦时,静力风荷载作用下的位

移和索力分别为 - 1. 49 m 和 112. 88 kN,动力时程分析

得到的位移和索力峰值分别为 - 2. 45 m 和 184. 52 kN,

位移放大系数和索力放大系数分别为 1. 64 和 1. 63。

当考虑索与中部支架的摩擦(μ = 0. 02)时,与不考虑

摩擦的工况相比,索的位移和受力峰值均有所下降,

位移峰值由 - 2. 45 m 下降到 - 2. 28 m,索力峰值由

184. 52 kN 下降到 167. 27 kN。

(a)位移

(b)索力

图 5 不考虑摩擦和考虑摩擦(μ = 0. 02)情况下的

结构响应时程曲线

索过大变形和振动,是导致光伏组件隐裂、损坏

的重要因素,因此本文采用响应峰值和标准差(σ)来

表征结构响应。 表 2 列举了不同摩擦系数工况下结

构响应(位移和索力) 的峰值和标准差,从中可以看

出随着摩擦系数的增大,位移、索力的峰值和标准差

均随之减小,即摩擦力有助于减小柔性光伏支架在风

荷载作用下的风振响应。

表 2 不考虑摩擦和考虑摩擦情况下的结构响应

响应

指标

不考虑

摩擦

考虑摩擦

μ = 0. 02 μ = 0. 05 μ = 0. 10 μ = 0. 20

位移

/ m

峰值 2. 45 2. 28 2. 27 2. 22 2. 17

均方根 0. 35 0. 29 0. 28 0. 27 0. 25

索力

/ kN

峰值 184. 52 167. 27 166. 39 165. 19 163. 84

均方根 17. 35 14. 41 14. 22 13. 72 13. 08

图 6 是不同程度静力风荷载作用下的索位移和索

力。 随着静力风荷载的增加,位移和索力均随之非线

性增加。 当时程分析与静力分析的位移峰值相等时,

(μ =0)和(μ =0. 20)工况的等效风荷载分别为 2. 92w0

和 2. 07wp,即位移等效的风振系数取值为 2. 92 和

2. 07;当时程分析与静力分析的索力相等时,(μ = 0)和

(μ = 0. 20) 工 况 的 等 效 风 荷 载 分 别 为 2. 19w0 和

2024 年 08 期 总第 314 期 林 君·考虑摩擦作用的柔性光伏支架风振响应分析 ·21·

1. 72w0 ,即索力等效的风振系数取值为 2. 19 和 1. 72。

时程分析响应结果与静力分析结果相差较大,且不同

摩擦系数、不同响应(位移和索力)的等效风振系数取

值相差较大,因此在对柔性光伏支架进行静力分析时,

应综合考虑实际情况,对风振系数进行合理取值。

图 7 为支座 2 处不同摩擦系数下的摩擦力 - 位

移曲线。 可以看出,在风荷载时程作用下,支座 2 处

的摩擦作用参与耗能,增强了柔性光伏支架结构的整

体耗能能力。 工况 ( μ = 0. 02 )、 ( μ = 0. 05 )、 ( μ =

0. 10)和(μ = 0. 20)的摩擦力峰值,分别为 0. 79 kN、

1. 94 kN、3. 86 kN 和 7. 51 kN。 现有中间支架在设计

时,往往未考虑摩擦力的作用,当摩擦系数较大时,摩

擦力可能会对中间支架的安全造成影响。 因此在分

析时,应考虑摩擦力对中部支架的不利影响。

(a)位移 (b)索力

图 6 不同程度静力风荷载作用下的结构响应

图 7 不同摩擦系数下的摩擦力 - 位移曲线

4 结论

(1)利用 Davenport 风速功率谱生成风速时程,生

成的风速时程谱与目标功率谱吻合良好;根据生成的

风速时程得到风荷载,作为有限元模拟的荷载。

(2)分析柔性光伏支架在风荷载时程下的结构

风振响应,并与静力风荷载作用下的结构响应进行对

比。 与静力分析相比,柔性光伏支架动力时程分析位

移放大系数和索力放大系数,分别为 1. 64 和 1. 63。

(3)考虑索与中部支架之间的摩擦作用,考察不同

摩擦系数下结构的风振响应。 随着摩擦系数的增大,

结构风振响应随之减小,因此在进行柔性光伏支架设

计和施工时,适当保留索与中部支架之间的摩擦作用,

有助于减小索的风振响应。 有摩擦工况(μ = 0. 02)与

无摩擦工况(μ =0)相比,柔性光伏支架的索位移和索

力峰值均有所下降,位移峰值由 - 2. 45 m 下降到

-2. 28 m,索力峰值由 184. 52 kN 下降到 167. 27 kN。

(4)当时程分析与静力分析位移响应相等时,(μ

= 0)和(μ = 0. 20)工况的位移等效风振系数取值分

别为 2. 92 和 2. 07;当时程分析与静力分析索力相等

时,(μ = 0)和(μ = 0. 20)工况索力等效的风振系数取

值为 2. 19 和 1. 72。 在采用静力分析进行柔性光伏支

架设计时,应对风振系数进行合理取值。

(5)当索与中部支架之间的摩擦作用较大时,在

分析时应考虑摩擦力对中部支架的不利影响。

参 考 文 献

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2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

某双塔高位弱连体结构设计研究

江永奇

(福州市建筑设计院有限责任公司 福建福州 350001)

摘 要:连体结构受力较复杂,连接形式的选择及连接节点的设计尤为重要,其是结构设计的重点和难点。 对某双塔高

位连体结构进行分析,研究表明,采用可滑动弱连接型式更适合本工程。 连接体采用双层钢桁架结构,选用铅芯隔震橡

胶支座与塔楼进行连接。 计算分析表明,双塔可满足大震不倒,高位弱连接体可达到大震下不掉落的抗震设防目标。

关键词: 双塔;高位弱连接;动力弹塑性;铅芯隔震橡胶支座

中图分类号:TU3 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0022 - 06

Research on the Design of a High - Rise Weakly Connected Twin - Tower Structure

JIANG Yongqi

(Fuzhou Architectural Design Institute Co. Ltd, Fuzhou 350001)

Abstract:The stress of the connected structure is complex,so the selection of connection form and the design of connection joint are particularly important,which are the key and difficult points of structural design. This article concentrate on a twin - tower high - rise connected

structure,which indicates that the sliding weak connection is preferable. Double - layer steel trusses is adopted,lead rubber bearing with

core is used for the connecting structure. Dynamic elastic - plastic analysis under the rare earthquake action is used,the twin towers can

withstand and the high - rise weak connecting structure can not fell off the towers by the analysis.

Keywords:Twin - tower; High - rise weakly connection; Dynamic elastic - plastic analysis; Lead rubber bearing with core

作者简介:江永奇(1981. 10— ),男,高级工程师。

E-mail:359570462@ qq. com

收稿日期:2023 - 09 - 31

0 引言

高位连体建筑因其外形独特,且能为高空通行提

供便利,亦可获得视野开阔的观光及休闲空间,深受

建筑师及建设投资方的欢迎。

连接体与主体结构连接方式,主要有刚接连接和

弱连接两种方式[1]

。 刚接连接的多塔结构刚度大,可

以承受较大的荷载,后期维护简单,但连接体需要协

调被连接塔楼的水平及竖向变形,使得其受力复杂,

节点连接困难。 通过合理设计的弱连接多塔结构,连

接体通过铰接或滑动连接释放转动或水平位移,以减

小其自身及塔楼的内力,有效降低结构的震害。 但连

接体的支座需要适应被连接塔楼的变形,支座位移的

设计相对复杂,连接处的接缝及支座需定期检查及维

护,维护成本相对较高。

连接体的连接方式多种多样,十分灵活。 需要针

对具体工程进行分析比较,或刚接、或铰接或滑动

连接。

本文结合具体的工程实践,从连接方式选择,连

接体对塔楼的影响,连接体的受力分析,塔楼及连接

体的抗震性能等方面进行论述,提出解决方案,以期

能为类似工程设计提供参考。

1 工程概况

本工程由 1#、2#两幢塔楼、3#连体裙房及 10 ~ 12

层连接体组成,主要功能为办公,设 2 层地下室。 其

中 1#楼 13 层,高 59. 35 m,2#楼 10 层,高 47. 35 m,3#

裙房 4 层,高 22. 80 m。 1#、2#楼之间,自 10 层楼面至

12 层楼面(标高自 41. 50 m ~ 50. 40 m)设置两层高连

接体,连接体跨度 22. 60 m,底层高约 4. 60 m,上层高

约 4. 0 m,建筑效果图如图 1 所示。

图 1 建筑效果图

2024 年 08 期 总第 314 期 江永奇·某双塔高位弱连体结构设计研究 ·23·

经技术经济分析对比后,连接体与两塔楼选用铅

芯隔震橡胶支座弱连接,连接体采用钢桁架结构。

42. 55 m 标高楼面、46. 40 m 标高屋面采用钢筋桁架

组合楼板,50. 35 m 标高为构架层,设置水平桁架,钢

桁架上、中、下弦截面采用焊接 H 型钢 BH600 × 300 ×

20 × 30,腹杆采用方钢管 200 × 10。 3#裙房与 1#、2#

塔楼之间采用设缝处理,建筑剖面如图 2 所示。

图 2 建筑剖面图

工程抗震设防类别为丙类, 设防烈度为 7 度

(0. 10 g),场地类别为Ⅲ类,设计地震分组为第三

组[2]

。 基本风压为 0. 7 kN/ m

2

(50 年一遇),场地粗

糙度类别为 B 类。

本工程地基基础设计等级为甲级,采用静压预应

力高强混凝土管桩,桩型选用 PHC500 - AB - 125,桩

端持力层为第⑥层卵石,单桩竖向抗压承载力特征值

为 2000 kN,单桩竖向抗拔承载力特征值为 550 kN。

2 连接体高位连接形式分析

2. 1 弱连接与刚接方案比较

典型楼层平面图如图 3 ~ 图 5 所示,1 ~ 5 层楼面

为连体裙房,10 ~ 12 层局部设连接体连接两塔楼。

结合建筑平面布置,结构体系考虑两种方案进行比

选:方案一为裙房及连接体与塔楼刚接;方案二为连

接体与塔楼弱连接,裙房与塔楼之间断缝。

弱连接常有铰接和滑动连接两种。 考虑连接体

与塔楼连接位置较高,且连接体宽度较窄,若采用铰

接连接,连接体会起到协调两塔楼变形的作用,连接

体楼层平面内的刚度较弱,因协调塔楼变形,会使连

接体杆件内力急剧增大,同时铰接连接处节点设计难

度较大。 滑动连接可释放连接体支座弯矩及位移,连

接体对两塔楼的变形协调作用大为减小。 为使连接

体对塔楼的影响降低到最小程度,连接体支座按滑动

考虑。 方案一:二塔楼均采用钢筋混凝土框架 - 剪力

墙结构,裙房采用钢筋混凝土框架结构,连接体采用钢

桁架结构。 方案一为刚接单塔模型,方案二为弱连接

的 3 塔模型,1 塔为 1#塔楼,2 塔为 3#裙房,3 塔为 2#塔

楼,3 塔之间切缝处理,YJK 软件计算模型如图 6 所示。

图 3 三层建筑平面图

图 4 七层建筑平面图

图 5 十层建筑平面图

图 6 方案二 YJK 模型

经计算,结构主要性能指标如表 1 所示,方案一

刚接模型整体模型前 3 阶振型皆为整体振型,水平向

层间位移比在连接体所在楼层,出现突变且不满足规

范[4]要求,如图 7 所示。

·24· 福 建 建 筑 2024 年

表 1 结构主要性能对比

指标 方案一(刚接方案) 方案二(弱连接方案)

结构自振周期

T1 = 2. 0236s

(Y 向)

T1 = 1. 8962s

(X 向)

T1 = 1. 7104s

(扭转)

T1 = 2. 2245s

(X 向 1 塔)

T1 = 2. 0674s

(Y 向 1 塔)

T1 = 1. 7977s

(扭转 1 塔)

剪重比 2. 945% (X 向) 2. 454% (Y 向) 2. 955% (X 向 3 塔和) 2. 737% (Y 向 3 塔和)

地震作用下最大层间位移角 1 / 1051(X 向 5 层) 1 / 925(Y 向 5 层) 1 / 892(X 向 1 塔 10 层) 1 / 870(Y 向 1 塔 9 层)

风荷载作用下最大层间位移角 1 / 4002(X 向 6 层) 1 / 1156(Y 向 6 层) 1 / 1860(X 向 1 塔 5 层) 1 / 1234(Y 向 1 塔 11 层)

从方案二弱连接方案整体指标,可以看出,前 3

阶振型皆为 1 塔振型,2 塔第一周期显著低于 1 塔,各

塔楼在地震作用下动力响应较为独立,层间位移比较

小。 各塔整体水平向层间位移比均在规范[4] 限值范

围内。

图 7 方案一、二地震作用下层间位移比

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术

要点》(建质〔2015〕67 号文)要求,对方案一、方案二

进行结构规则性判断,均存在多项不规则项[3]

。 方案

一结构不规则类型如表 2 所示,属于特别不规则超限

高层建筑;方案二存在扭转不规则、构件间断 ( 连

体)

[4]两项不规则项,属于一般不规则高层建筑。

表 2 方案一结构不规则类型

不规则项 超限情况

扭转不规则 规定水平力作用下扭转位移比超过限值

楼板不连续 两塔间 2 层,6 ~ 9 层楼板全开洞

构件间断 6 ~ 9 层于连接体下竖向构件中断

局部不规则 2 ~ 3 层裙房存在 8 根穿层柱

从技术上分析,方案一为超限高层建筑,需要对

连接体及塔楼进行针对性加强,且要适当提高整体抗

震性能,技术处理上相对复杂。 方案二各塔楼相对独

立,连接体采用弱连接,对连接体的支座及塔楼相关

构件进行加强,塔楼按正常结构进行抗震设计即可。

经济性分析,方案一需要对整个建筑进行适当加

强,方案二仅需对连接体及相关联的结构构件进行加

强。 工程策划上,方案一需要进行抗震专项审查,设

计周期更长。

2. 2 弱连接体对塔楼的影响分析

为考察弱连接体对塔楼的影响,采用带连接体模

型(模型一,连接体与塔楼采用滑动铰接连接)与不带

连接体模型(模型二,连接体按节点荷载加载到两塔支

座节点上)进行小震弹性分析,比较两模型的整体计算

参数,以研究弱连接体对整体结构的影响大小。

计算结果如表 3 所示,由计算结果可以看出,模

型一、二 Y 向地震作用接近,相差 0. 4% ,影响可忽

略;模型二 X 向地震作用较模型一大 2. 4% ,可以看

出,连接体对结构整体刚度及地震作用影响极小,可

忽略不计。

表 3 模型一、二地震作用指标

不规则项 模型一 模型二

结构总重(t) 76 047. 7 76 085. 5

X 向地震剪力(kN)

地面 1 层底

14 057. 14 14 392. 64

X 向振型参与质量系数(% ) 97. 2 95. 94

Y 向地震剪力(kN)

地面 1 层底

13 335. 78 13 395. 14

Y 向振型参与质量系数(% ) 96. 40 95. 11

2. 3 连接方案选择

从技术、经济性、工程策划等方面进行分析比较,

可以得出,本工程采用的弱连接方案更优。 采用滑动

连接与塔楼进行弱连接的连接体,对双塔结构整体刚

度及地震作用影响极小。 本工程选用两端滑动连接

的弱连接双塔结构方案。

3 连接体设计

3. 1 连接体结构体系

本工程连接体跨度约 23 m,跨度适中。 建筑外

立面为整体封闭形式,结构选择空间双层钢桁架跨

越。 从竖向承重看,双层连接体刚度足够且较富余;

水平力传递考虑,沿连接体纵向水平力,通过连接体

纵向刚度及支座抗剪刚度传递至两侧塔楼,垂直连接

体水平风荷载及地震作用的传递。一、二层楼面均为

钢筋桁架组合楼板(板厚 120 mm),其面内刚度较大,

构架层设置水平桁架增加平面内刚度,各层均设置支

座,各层水平力均可直接由楼层面内传递至各支座

2024 年 08 期 总第 314 期 江永奇·某双塔高位弱连体结构设计研究 ·25·

(共设置 12 个可滑动支座),形成良好的传力体系,结

构布置及计算模型如图 8 所示。

图 8 YJK 桁架布置模型

3. 2 连接体滑动支座设计

经多方面对比,本工程选择铅芯隔震橡胶支座,

其主要由上硫化钢板、橡胶体、中间隔板、下硫化钢板

和铅芯组成。 这种结构不仅具有较大的竖向承载能

力,而且能承受较大的水平剪切位移,同时水平方向

具有较好的自复位功能。 铅芯在地震作用下,主要起

耗能的作用,减小连接体的地震反应。 铅芯隔震橡胶

支座可以很好适应本工程需求,本工程选用行业标准

LRB700 - 5 - 0. 392 型号产品,参数如表 4 所示;铅芯

橡胶支座水平向力学模型采用双线性模型[5]

,如图 9

所示,屈服力 Qd = 90 kN。

支座位移的准确计算,对支座设计至关重要,对

带连接体塔楼采用 YJK 软件进行多遇地震下反应谱

及弹性时程分析(5 条天然波及 2 条人工波),铅芯橡

胶支座按两点约束方式建模,并输入相关力学参数,

分析结果如表 5 所示。 X 向为沿连接体纵向方向,Y

向为垂直连接体方向,反应谱作用下位移为单向地震

作用位移,时程分析位移值为 7 条波弹性时程分析结

果的平均值。 弹性时程分析位移量大于反应谱作用

下位移,两向最大位移量为 19. 9 mm。

表 4 LRB700 - 5 - 0. 392 产品相关参数

类别 有效直径 D 橡胶总厚度 竖向刚度 Kv

单位 mm mm kN/ mm

参数 700 143 2800

类别 水平 100% Keq 屈服前刚度 Ku 屈服后刚度 Kd

单位 kN/ mm kN/ mm kN/ mm

参数 1. 66 13. 30 1. 02

图 9 铅芯橡胶支座水平向计算模型

表 5 典型支座各点在多遇地震作用下的剪切变形 mm

反应谱 1 3 5 7 9 11

X 向 8. 3 9. 9 12. 4 9. 2 5. 8 2. 1

Y 向 7. 3 8. 8 11. 1 8. 8 10. 9 13. 5

时程分析 1 3 5 7 9 11

X 向 18. 6 19. 2 19. 9 11. 0 9. 7 9. 0

Y 向 10. 9 5. 6 13. 5 9. 6 7. 6 10. 0

为掌握铅芯橡胶支座在罕遇地震作用下变形情

况,采用3 条地震波(2 条天然波及1 条人工波)对双塔

结构进行罕遇地震作用下动力弹塑性分析,得到各支

座点多条波激励的位移量包络值如表 6 所示,支座最

大位移量为 109. 7 mm。 同时,对铅芯橡胶支座在罕遇

地震作用下的工作性能进行考察,提取典型支座节点在

各地震波作用下的构件滞回曲线,如图10 所示。 滞回曲

线饱满,说明铅芯橡胶支座能较好地发挥耗能的作用。

表 6 支座各点在罕遇地震作用下的位移 mm

支座编号 1 2 3 4 5 6

X 向 109. 0 106. 2 103. 1 109. 7 53. 2 57. 1

Y 向 20. 9 19. 3 76. 7 72. 4 32. 2 28. 2

支座编号 7 8 9 10 11 12

X 向 106. 3 107. 7 62. 7 57. 1 60. 5 66. 4

Y 向 35. 7 33. 6 14. 8 18. 4 53. 6 48. 7

1 号支座在人工波 Artwave - RH1TG065 激励下响应

1 号支座在天然波 Chi - chi,Taiwan_No1221(Tg = 0. 65)激励下响应

图 10 典型支座节点在地震波激励下响应曲线

基于上述分析,本工程支座设计位移量取为

300 mm,不超过 0. 55D( 橡胶层外径 700 mm) 及

400% 橡胶层厚度[2]

。 目前本工程连接体已安装完

毕,设计节点及现场照片如图 11 ~ 图 12 所示。

·26· 福 建 建 筑 2024 年

图 11 支座节点及现场安装照片(竖向防坠落)

图 12 支座平面与塔楼关系(水平防坠落)

图 13 楼板第一阶竖向振动模态

3. 3 连接体楼板舒适度分析

本工程连接体跨度较大,为保证使用过程的安全

舒适,需要控制连接体楼板的竖向震动加速度。 根据

《建筑楼盖结构振动舒适度技术标准》

[6] 要求,连接

体按办公区域要求进行舒适度验算,采用 midas gen

软件进行楼板舒适度分析,对连接体进行特征值分

析。 第 6 阶模态为楼板第一阶竖向振动模态,如图 13

所示,特征周期为 0. 2976 s,自振频率为 3. 336 Hz,频

率满足规范要求不小于 3 Hz。 根据楼板的使用功能,

考虑单人行走激励(激励函数详标准公式 5. 2. 1)作用

于楼板竖向振型响应最大点。 楼板在荷载激励下时程

反应如图14 所示,楼板竖向振动加速度为0. 048 m/ s

2

,

小于规范限值[4,6]

0. 05 m/ s

2

,满足要求。

图 14 楼板竖向振动加速度时程曲线

3. 4 连接体安装及现场监测

通过施工组织分析,考虑运输、现场条件、吊装设

备能力等因素,本工程连廊采用分块运输,单件构件

长度控制在 12 m 以内。 通过现场地面拼接的方式,

先安装底层单榀桁架,如图 15 所示,然后吊装桁架间

次梁,使桁架保持空间稳定,依次吊装其余构件。 并

在吊装安装的过程中,对连廊的应力和变形进行监

测,确保工程吊装安全。

图 15 底层第一榀桁架安装

按设计要求,连廊自吊装安装至竣工验收过程

中,连廊荷载状态变化的情况下,需要对连廊的关键

位置进行位移及应力监测。 目前,连廊处于钢结构及

混凝土楼板浇筑完成阶段。 已完成对连廊安装完成

时刻及楼板浇筑完成时刻的监测(图 16),对现场监

测数据与连廊理论计算数据进行整理分析,楼板浇捣

前后数据如图 17 所示,可以看出监测、计算数据较吻

合,连廊受力状态与设计相符。

2024 年 08 期 总第 314 期 江永奇·某双塔高位弱连体结构设计研究 ·27·

图 16 监测、分析点位图

图 17 监测、计算数据比较

4 双塔结构罕遇地震作用下计算分析

本工程采用 YJK 软件,进行罕遇地震作用下动力

弹塑性分析,墙板采用分层壳元模型,梁柱杆件采用

纤维束模型,分析结构在大震下的变形及结构构件损

伤情况,地震波选取同第 3. 2 节。 结构在多波包络工

况下,弹塑性层间位移如图 18 所示。

图 18 多波包络工况下弹塑性层间位移

X 向最大:1 塔 1 / 169(6 层),2 塔 1 / 241(4 层),

Y 向最大:1 塔 1 / 92(16 层构架层,框架结构),1 / 210

(9 层),2 塔 1 / 255(6 层),满足抗震规范[2] 的限值要

求,即双塔结构可满足” 大震不倒” 的要求。 由构件

损伤模型(图 19)可以看出,部分竖向构件底层出现

中度损伤,其它层轻微或无损伤;支撑连接体部分的

4 根框架柱损伤情况良好,全高范围除底部有轻微 -

中度损伤外,基本无损伤。 设计过程中,对该部分的

竖向构件进行针对性加强,提高抗震等级,箍筋全高

加密,确保其安全可靠。

图 19 多波包络工况下竖向构件损伤情况

5 结语

本文对某双塔高位连体结构设计中的若干问题

进行分析研究,形成如下结论,供类似工程设计参考。

(1)连接体高位连接形式选择,本工程比较刚接

连接与滑动连接两种情况,从技术及经济等方面分

析,高位连接体采用滑动弱连接方式更优。

(2)为考察弱连接体对双塔的影响,采用带连廊

和不带连廊双塔模型进行计算分析,结果表明,弱连

接体对双塔的影响极小,可忽略不计。

(3)连接体采用双层钢桁架结构,重点分析支座

位移,预留足够的位移空间,确保罕遇地震下连接体

不坠落,并进行楼板舒适度验算,确保连接体使用的

舒适性。 同时,对连廊的吊装及应力应变监测情况进

行论述。

(4)对双塔结构进行动力弹塑性分析,结果表明,

双塔结构可满足大震不倒的要求,结构损伤情况良好。

参 考 文 献

[1] 徐培福. 复杂高层建筑结构设计[M]. 北京:中国建筑工

业出版社,2011.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计规

范:GB50011—2010 [ S ]. 北 京: 中 国 建 筑 工 业 出 版

社,2010.

[3] 徐毅. 某超限高层连体办公楼结构设计探析[J]. 福建建

筑,2021(08):59 - 67.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 高层建筑混凝土结

构技术规程:JGJ 3—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版

社,2010.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑隔震橡胶支

座:JG/ T 18—2018 [ S ]. 北 京: 中 国 质 检 出 版 社 ( 速

印),2018.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑楼盖结构振动

舒适度技术标准:JGJ/ T 441—2019[ S]. 北京:中国质检

出版社(速印),2018.

2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

冻融循环作用后钢管混凝土柱参数分析

曾在平 1,2 张有伟1

(1. 甘肃建筑职业技术学院 甘肃兰州 730050; 2. 兰州理工大学土木工程学院 甘肃兰州 730050)

摘 要:采用验证的有限元模型,考虑钢管径厚比、混凝土强度、钢管屈服强度、冻融循环次数等参数变化,对冻融循环

作用后圆钢管混凝土短柱力学性能指标,进行单一因素,多因素耦合参数分析。 从中提出冻融循环作用后,考虑多因

素耦合承载能力折减系数计算公式,耦合效应折减系数拟合公式计算结果与试验结果吻合较好,为北方寒冷地区钢管

混凝土结构剩余承载力评估提供理论支撑。

关键词: 冻融循环;钢管混凝土;参数分析;多因素耦合

中图分类号:TU3 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0028 - 05

Parametric Analysis of Concrete Filled Steel Tubular Columns Under Freeze - thaw Cycles

ZENG Zaiping

1,2 ZHANG Youwei

1

(1. Gansu Vocational College of Architecture,Lanzhou 730050;

2. School of Civil Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050)

Abstract:This paper employs a validated finite element model to investigate the influence of various parameters,including the diameter -

thickness ratio of the steel tube,concrete strength,yield strength of the steel pipe,and number of freeze - thaw cycles,on the mechanical

properties of circular steel tube concrete short columns. Through single - factor and multi - factor coupled parameter analyses,we examine

the interplay of these factors on the mechanical performance index of the short columns. A formula for calculating the discount factor of load

capacity considering multi - factor coupling after freezing and thawing cycles is proposed,and the results of the formula for fitting the discount factor of coupling effect are in good agreement with the experimental results,which provides theoretical support for the assessment of

the residual load capacity of concrete filled steel tubular columns in the northern cold region.

Keywords:Freeze - thaw cycle; Steel pipe concrete; Parametric analysis; Multifactor coupling

基金项目:2023 年甘肃省高校青年博士支持项目(项目编号:2023QB -104);

甘肃省住房和城乡建设厅2024 年建设科技项目(项目编号:JK2024 -34)。

作者简介:曾在平(1983— ),男,副教授。

E-mail:364269694@ qq. com

收稿日期:2023 - 08 - 22

0 引言

在一些特定的工程领域,如在桥梁、港口码头工程

领域,钢管混凝土因其优异的力学性能,获得了业界的

青睐。 在这些领域,钢管混凝土结构大多直接暴露在

自然环境下,遭受各种恶劣气候侵蚀。 随着使用年限

的增长,引发了多起因钢管混凝土受冻破坏的工程事

故。 结构因耐久性不足而产生的问题,逐渐暴露在公

众的视线中[1]

。 为提高结构耐久性,彭桂瀚[2] 对方套

圆中空夹层不锈钢混凝土短柱力学性能进行研究,提

出了相应承载力简化公式。 罗慧苓[3]开展了哑铃形钢

管海砂混凝土短柱轴压试验,探讨了国内规程计算相

应短柱的适用性,提出了相应承载力计算公式。 王佩

琼等[4] 通过河北潘家冻融作用纵向开裂事故,分析了

结口蓄能电厂变电站钢管混凝土立柱受力开裂的机

理。 迄今,国内外学者对钢管混凝土在腐蚀环境下,钢

管的混凝土梁、短柱的力学性能开展了大量的研究,取

得了丰硕的成果[5 - 6]

。 王坚等[7]为研究冻融后圆钢管

混凝土短柱的力学性能,考虑冻融次数变化,设计了 5

根短柱进行轴压试验,对荷载位移曲线、破坏模式、荷

载应变曲线进行分析。 试验结果表明:短柱轴压承载

能力随着冻融次数的增加,先减小后增大,冻融 100 次

最小;冻融对短柱轴压的破坏模式影响较大。 短柱经

过冻融后,破坏模式由端部褶皱与弯曲,转变为中间褶

皱与弯曲。 沈小盛等[8] 开展了冻融后,钢管混凝土短

柱的轴压试验,考虑了混凝土强度、径厚比、冻融次数

等参数变化对其性能的影响。 试验结果表明:冻融后

轴压承载能力随径厚比的减小而增大,初始刚度随混

凝土强度增加而增大,最后提出考虑冻融循环次数、钢

管壁厚、套箍约束系数修正的轴压承载力公式。

以上文献主要集中在分析冻融、锈蚀环境下钢管

混凝土短柱破坏模式和承载能力的影响,提出了相应

的承载能力公式,但并未考虑冻融与多因素耦合作用

对钢管混凝土短柱承载力的影响。 本文开展冻融循

环作用后,圆钢管混凝土短柱力学性能指标进行单一

因素,多因素耦合参数分析,为遭受冻融侵蚀钢管混

凝土结构剩余承载力评估提供理论支撑。

2024 年 08 期 总第 314 期 曾在平,张有伟·冻融循环作用后钢管混凝土柱参数分析 ·29·

1 有限元模型验证

1. 1 模型参数取值

有限元分析方法,为深入分析复杂工况下钢管混

凝土的受力机理,提供了一种有效途径。 本文采用

Abaqus 有限元软件现有的塑性损伤模型,膨胀角 ψ =

38° ~ 46°。 套箍系数取 Kc = 0. 65。 流动势偏心角 e =

0. 1,初始屈服应力的比值

f

b

f

c

= 1. 16, 粘滞系数取

0. 0005。 混凝土本构采用韩林海[9] 提出的钢管混凝

土构件中的核心混凝土本构模型,和钢管材料本构采

用五段式二次塑流模型,来表示钢材的 σ - ε 关系曲

线[10]

。 考虑界面相互作用,对冻融循环作用后钢管

混凝土及钢管约束混凝土轴压短柱进行数值模拟。

1. 2 钢管与混凝土相互作用

为了更真实模拟钢管与混凝土的接触界面,本文

对 Abaqus 进行二次开发。 在钢管与混凝土对应网格

节点间批量设置连接器,界面切向将本文构建的界面

粘结滑移本构模型植入到 Abaqus 中。 在接触面法线

方向,采用软件自带“摩尔 - 库伦” 模型中的“硬接

触”,接触状态由钢管内表面与核心混凝土面间间距

来判断。 当间距为零时,接触压力随着钢管与混凝土

的受力不同而变化;当间距大于零时,钢管内表面和

核心混凝土面发生分离,法向接触应力为零[11]

。

1. 3 模型验证

根据钢管混凝土及钢管约束混凝土轴压试验短

柱参数,建立有限元模型,将有限元计算结果与文献

[12]试验结果进行比较。 试验加载初始阶段,因存在

加载板与试件接触不紧密,试验荷载 - 位移曲线偏向

位移轴一侧,整体上数值模拟荷载 - 位移吻合较好,

变化趋势一致,部分短柱对比曲线如图 1 所示。 验证

采用本文提出的界面粘结滑移本构模型, 具有有

效性。

2 冻融循环作用后钢管混凝土短柱参数分析

2. 1 冻融循环作用后钢管混凝土短柱影响因素

利用验证的有限元模型,考虑钢管径厚比、混凝

土强度、钢管屈服强度、冻融循环次数等参数变化,对

冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱力学性能指标进

行参数分析。 试件参数设计如表 1 所示。

(a)NA - 30 - 0 短柱 (b)NA - 30 - 50 短柱

(c)NA - 30 - 100 短柱 (d)NA - 80 - 0 短柱

图 1 短柱荷载位移曲线

表 1 试件设计参数

样本编号

D

/ mm

L

/ mm

t

s

/ mm

f

c

/ MPa

f

y

/ MPa

ξ

Nf

/ 次

Nue,Nf

/ kN

Nuc,Nf

/ kN

Nuc,Nf

Nue,Nf

NA - 30 - 0 - t5 98 300 5 29. 6 310 3. 0 0 924 842 0. 91

NA - 30 - 100 - t5 98 300 5 29. 6 310 3. 0 100 917 830 0. 91

NA - 30 - 200 - t5 98 300 5 29. 6 310 3. 0 200 903 820 0. 91

NA - 30 - 300 - t5 98 300 5 29. 6 310 3. 0 300 883 800 0. 91

NA - 30 - 0 - t3 98 300 3 29. 6 310 1. 68 0 648 632 0. 98

NA - 30 - 100 - t3 98 300 3 29. 6 310 1. 68 100 645 630 0. 98

NA - 30 - 200 - t3 98 300 3 29. 6 310 1. 68 200 633 617 0. 97

NA - 30 - 300 - t3 98 300 3 29. 6 310 1. 68 300 617 593 0. 96

NA - 30 - 0 - t2 98 300 2 29. 6 310 1. 08 0 513 503 0. 98

NA - 30 - 100 - t2 98 300 2 29. 6 310 1. 08 100 504 488 0. 97

NA - 30 - 200 - t2 98 300 2 29. 6 310 1. 08 200 496 474 0. 96

NA - 30 - 300 - t2 98 300 2 29. 6 310 1. 08 300 476 451 0. 95

NA - 30 - 0 - t1. 2 98 300 1. 2 29. 6 310 0. 66 0 406 412 1. 01

NA - 30 - 100 - t1. 2 98 300 1. 2 29. 6 310 0. 66 100 395 400 1. 01

NA - 30 - 200 - t1. 2 98 300 1. 2 29. 6 310 0. 66 200 379 389 1. 03

NA - 30 - 300 - t1. 2 98 300 1. 2 29. 6 310 0. 66 300 362 368 1. 02

NA - 50 - 0 - t0. 54 98 300 2 41 310 0. 20 0 438 425 0. 97

NA - 50 - 0 - t0. 54 98 300 2 41 310 0. 20 100 408 401 0. 98

NA - 50 - 0 - t0. 54 98 300 2 41 310 0. 20 200 384 381 0. 99

·30· 福 建 建 筑 2024 年

续表

样本编号

D

/ mm

L

/ mm

t

s

/ mm

f

c

/ MPa

f

y

/ MPa

ξ

Nf

/ 次

Nue,Nf

/ kN

Nuc,Nf

/ kN

Nuc,Nf

Nue,Nf

NA - 50 - 0 - t0. 54 98 300 2 41 310 0. 20 300 355 345 0. 97

NA - 50 - 0 - t2 98 300 2 41 310 0. 78 0 610 606 0. 99

NA - 50 - 100 - t2 98 300 2 41 310 0. 78 100 595 591 0. 99

NA - 50 - 200 - t2 98 300 2 41 310 0. 78 200 579 560 0. 97

NA - 50 - 300 - t2 98 300 2 41 310 0. 78 300 562 543 0. 97

NA - 60 - 0 - t2 98 300 2 51 310 0. 64 0 655 623 0. 95

NA - 60 - 100 - t2 98 300 2 51 310 0. 64 100 629 608 0. 97

NA - 60 - 200 - t2 98 300 2 51 310 0. 64 200 615 600 0. 98

NA - 60 - 300 - t2 98 300 2 51 310 0. 64 300 601 589 0. 98

NA - 80 - 0 - t2 98 300 2 68. 9 310 0. 48 0 775 755 0. 97

NA - 80 - 100 - t2 98 300 2 68. 9 310 0. 48 100 754 738 0. 97

NA - 80 - 200 - t2 98 300 2 68. 9 310 0. 48 200 738 730 0. 98

NA - 80 - 300 - t2 98 300 2 68. 9 310 0. 48 300 721 710 0. 97

NA - 50 - 0 - Q235 98 300 2 41 235 0. 60 0 512 501 0. 98

NA - 50 - 100 - Q235 98 300 2 41 235 0. 60 100 498 486 0. 98

NA - 50 - 200 - Q235 98 300 2 41 235 0. 60 200 482 465 0. 96

NA - 50 - 300 - Q235 98 300 2 41 235 0. 60 300 461 462 1. 00

NA - 50 - 0 - Q345 98 300 2 41 345 0. 88 0 698 688 0. 98

NA - 50 - 100 - Q345 98 300 2 41 345 0. 88 100 668 652 0. 98

NA - 50 - 200 - Q345 98 300 2 41 345 0. 88 200 639 625 0. 98

NA - 50 - 300 - Q345 98 300 2 41 345 0. 88 300 612 607 0. 98

NA - 50 - 0 - Q420 98 300 2 41 420 1. 07 0 727 751 1. 03

NA - 50 - 100 - Q420 98 300 2 41 420 1. 07 100 711 745 1. 05

NA - 50 - 200 - Q420 98 300 2 41 420 1. 07 200 699 727 1. 04

NA - 50 - 300 - Q420 98 300 2 41 420 1. 07 300 685 696 1. 02

NA - 50 - 0 - Q460 98 300 2 41 460 1. 17 0 794 774 0. 97

NA - 50 - 100 - Q460 98 300 2 41 460 1. 17 100 788 768 0. 97

NA - 50 - 200 - Q460 98 300 2 41 460 1. 17 200 765 754 0. 98

NA - 50 - 300 - Q460 98 300 2 41 460 1. 17 300 748 728 0. 97

平均值:0. 97 方差 0. 001

注:试件编号 NA - 30 - 0 - t5(Q235),字母“NA”代表钢管混凝土短柱,数字“30”代表混凝土强度等级为 C30,数字“0”代表冻融循环 0 次,t5 代

表钢管壁厚 5mm;Q235 代表钢管为 Q235 钢。

2. 1. 1 钢管径厚比

分析径厚比 D/ t 为 19. 6 ( t = 5 mm)、32. 6 ( t =

3 mm)、49(t = 2 mm)、81. 6(t = 1. 2 mm),圆钢管混凝

土短柱遭受不同冻融循环作用后,极限承载能力的变

化规律。 为便于分析,对各短柱极限承载力进行无量

纲化,对遭受相同冻融循环作用,不同壁厚短柱极限

承载力,分别除以最小的钢管壁厚为 1. 2mm 短柱的

极限承载力进行无量纲化,即为承载比 Γ = NuNf

,t

i

/

NuNf

,t1. 2

(式中:NuNf

,t

i为钢管壁厚为 t

i 短柱遭受 Nf 次冻

融循环作用后极限承载力, NuNf

,t1. 2 为钢管壁厚 为

1. 2 mm的短柱遭受 Nf 次冻融循环作用后,极限承载

力),无量纲化钢管混凝土短柱承载比随径厚比变化,

规律如图 2 所示。 研究发现:钢管混凝土短柱遭受不

同冻融循环作用后,随着径厚比增大,承载比逐渐减

小。 曲线随着冻融循环次数增加,有变陡趋势,说明

外钢管越薄,冻融循环作用对短柱的劣化越严重,较

厚外钢管对核心混凝土起到保护作用。

对遭受冻融循环作用后,钢管混凝土短柱承载比

与径厚比进行回归拟合,如图 3 所示,承载比 - 径厚

比回归拟合方程为:

Γ = 4. 10326e

( - 0. 04796D/ t)

+ 0. 92374 (1)

图 2 NA 承载比 - 径厚比变化曲线

图 3 拟合 NA 承载比 - 径厚比曲线

2024 年 08 期 总第 314 期 曾在平,张有伟·冻融循环作用后钢管混凝土柱参数分析 ·31·

2. 1. 2 混凝土强度

选取钢管壁厚为 2 mm,混凝土强度为 C30、C50、

C60、C80,分析钢管混凝土短柱在未冻融,遭受冻融

循环 100 次、200 次、300 次后,极限承载力的变化规

律,试件设计参数如表 1 所示。 为便于分析,对各短

柱极限承载力进行无量纲化,将遭受相同冻融循环作

用下,不同强度等级短柱极限承载力,除以混凝土强

度为 C30 短柱的极限承载力进行无量纲化,即为承载

比 Γ = NuNf

,ci

/ NuNf

,c3 (式中:NuNf

,ci为不同混凝土强度等

级短柱遭受 Nf 次冻融循环作用后极限承载力,i 为不

同强度等级混凝土代号,分别取值5、6、8,代表核心混

凝土为 C50、C60、C80 的短柱,NuNf

,c3为混凝土强度为

C30 短柱遭受 Nf 次冻融循环作用后的极限承载力)。

无量纲化钢管混凝土短柱承载比随混凝土强度变化规

律,如图 4 所示。 研究发现:(1)钢管混凝土短柱遭受

不同冻融循环作用,承载比变化规律相似,承载能力随

着混凝土强度增加而增大。 (2)随着冻融循环次数的

增加,钢管混凝土短柱承载比减小,核心混凝土强度较

低(C30)的钢管混凝土短柱遭受冻融循环 300 次后,相

对降低幅度减小。 这与文献[13]研究结论:冻融循环

作用对低强度等级混凝土劣化更严重,观点不一致,说

明冻融环境作用对钢管混凝土结构和混凝土结构的力

学性能的影响,因套箍约束存在一定的差异,核心混凝

土强度等级为 C30 的钢管混凝土短柱,因混凝土强度

低套箍系数较大,套箍约束作用对混凝土强度的提高,

弥补了冻融对短柱承载力的劣化。

图 4 承载比随混凝土强度变化规律

2. 1. 3 钢管屈服强度

对钢管壁厚 2 mm,混凝土强度为 C50,分别匹配

235 MPa、345 MPa、420 MPa、460 MPa 强度等级钢材

的钢管混凝土短柱进行参数分析,进一步考察冻融循

环作用后,钢管材料强度对钢管混凝土短柱力学性能

的影响。 为分析方便,对各短柱极限承载能力进行无

量纲化。 在遭受相同冻融循环次数,对不同强度钢管

约束混凝土短柱极限承载力,除以钢管强度为 Q235

短柱的极限承载力进行无量纲化,即为承载比 Γ =

NuNf

,Qi

/ NuNf

,Q235 (式中:NuNf

,Qi为不同钢管强度短柱遭受

Nf 次冻融循环作用后极限承载力,NuNf

,Q235 为钢管强

度为 Q235 短柱遭受相同 Nf 次冻融循环作用后极限

承载力)。 无量纲化钢管混凝土短柱承载比随钢管材

料强度变化规律如图 5 所示。 承载能力随着钢管材

料强度的增加而增大,冻融循环次数增加,短柱承载

力随着钢管强度的增加增幅增大。

图 5 承载比随钢材强度变化规律

2. 1. 4 冻融循环次数

基于钢管壁厚为 2 mm,核心混凝土强度分别为

C30、C50、C60、C80 的钢管混凝土短柱,分析遭受不

同冻融循环作用后,短柱承载力的变化规律。 对各短

柱极限承载能力进行无量纲化, 获得承载比 Γ =

Nu,Nf

/ Nu,0 (式中:Nu,Nf

为遭受不同冻融循环作用后短

柱极限承载力,Nu,0为相同材料强度未遭受冻融循环

作用短柱极限承载力),无量纲化钢管混凝土短柱承

载力,随冻融循环次数变化规律如图 6 所示。 研究表

明:随着冻融循环次数的增加,短柱承载能力逐渐减

小。 混凝土强度等级较低短柱,因较大套箍约束对核

心混凝土承载力的增长,弥补了冻融作用对承载力的

劣化。 强度等级为 C30 短柱承载力随着冻融循环次

数的增加,承载力衰减曲线相对较平缓。

图 6 冻融钢管混凝土短柱承载力影响

·32· 福 建 建 筑 2024 年

2. 2 冻融循环作用后考虑多因素耦合承载能力折减

系数 ψ2

上一节分析了单一因素对钢管混凝土短柱极限

承载能力的影响,发现不同因素与冻融循环作用存在

耦合效应。 本文考虑径厚比、套箍约束系数、混凝土

强度、冻融循环作用因素耦合效应,提出了冻融循环

作用后,钢管混凝土短柱承载能力的耦合效应折减系

数 ψ2 = (

D

t

,f

c,ξ,Nf) (耦合效应折减系数 ψ2 表示短

柱遭受不同冻融循环次数作用后极限承载力与未冻

融短柱极限承载能力的比值),为了便于分析,对混凝

土强度(

f

c

100

)、冻融循环次数(

Nf

300

)进行无量纲化后,

利用 Wolfram Mathematica 9. 0 软件,对多因素耦合进

行回归拟合分析,拟合公式为:

ψ2 = (

D

t

,f

c,ξ,Nf ) = 0. 998876 × cos(1. 59877 × 10

- 3

D

t

- 0. 12088

f

c

100

- 0. 030213ξ + 0. 386218

Nf

300

) (2)

公式适用范围:0 < f

c < 100MPa,0. 1 < ξ < 3. 0,15

<

D

t

< 200,0 < Nf < 300。

对短柱试验样本遭受不同冻融循环次数后,耦合

效应折减系数拟合公式计算结果,与试验结果计算折

减系数进行对比分析,对比结果如图 7 所示,两者吻

合较好。

图 7 耦合折减系数拟合对比

3 结论

(1)钢管混凝土短柱遭受不同冻融循环作用后,

承载能力随着径厚比增大而减小;随着钢管材料强度

的增加而增大。 随着混凝土强度增加而增大,随着冻

融循环次数的增加,短柱承载能力逐渐减小。 混凝土

强度等级较低,短柱因较大套箍约束对核心混凝土承

载力的增长弥补了冻融作用对承载力的劣化,强度等

级为 C30,短柱承载力随着冻融循环次数的增加,承

载力衰减曲线相对较平缓。

(2)考虑径厚比、套箍约束系数、混凝土强度、冻

融循环作用因素耦合效应,提出了冻融循环作用后钢

管混凝土短柱承载能力的耦合效应折减系数,计算结

果与试验结果进行比较,吻合较好,为遭受冻融侵蚀

钢管混凝土结构剩余承载力评估提供理论支撑。

参 考 文 献

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2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

预应力锚杆在龙岩某美食城抗浮设计中的应用研究

程子忠

(福州市建设工程施工图审查中心有限公司 福建福州 350001)

摘 要:为了研究预应力锚杆在设计阶段的关键设计参数,以龙岩某美食城抗浮设计项目为案例进行研究和分析。 在

介绍了几种抗浮方法和应用案例的基础上,对预应力锚杆抗浮设计的方案进行设计。 结合相关的规范要求,对预应力

锚杆荷载特征值、锚固体长度、锚杆筋体截面面积和注浆体承压面积等进行公式验算,根据验算结果进行梳理锚杆的

构造特点和施工工艺。 研究表明,通过不同参数影响分析,本项目抗浮锚杆设计符合规范规定的要求,满足锚杆甲级

抗浮的要求。

关键词: 抗浮设计;预应力锚杆;计算分析;施工工艺

中图分类号:TU4 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0033 - 04

Research on the application of prestressed anchor rod in anti floating design of a food city in Longyan

CHENG Zizhong

(Fuzhou Construction Engineering Construction Drawing Review Center Co. ,Ltd,Fuzhou 350001)

Abstract:In order to study the key design parameters of prestressed anchor rods during the design phase,a case study and analysis were

conducted on the anti floating design project of a food city in Longyan. Based on the introduction of several anti floating methods and application cases,a design scheme for the anti floating of prestressed anchor rods is proposed. Based on relevant regulatory requirements,formula

verification is carried out on the load characteristic values of prestressed anchor rods,anchor body length,cross - sectional area of anchor

rod reinforcement,and pressure bearing area of grouting body. Based on the verification results,the structural characteristics and construction technology of anchor rods are sorted out. Research has shown that through analysis of the influence of different parameters,the design of

the anti floating anchor rod in this project meets the requirements of the specifications and satisfies the Class A anti floating requirements of

the anchor rod.

Keywords:Anti floating design; Prestressed anchor rod; Computational analysis; Construction technology

作者简介:程子忠(1983. 05— ),男,高级工程师。

E-mail:66351429@ qq. com

收稿日期:2023 - 09 - 21

0 引言

随着我国国民经济的快速发展,国家各项基础建

设也在高速发展,整体的建筑体量正在不断增多[1]

。

并且随着建筑形式的增多,高层和超高层的建筑数量

也在逐年增多,这也对建筑的地下空间开发和利用提

出了更多的要求[2]

。 如何通过合理的地下结构设计,

在为建筑提供足够承载能力的同时,也满足在施工年

限内由于地下水对建筑产生的浮力作用,合理有效的

抗浮设计是建筑物正常发挥使用功能的基础保障,对

工程建设的经济性和保持地下结构的安全具有较大

的影响[3]

。 在对地下室结构进行抗浮锚杆布置时,应

做好相应的受力计算,通过对锚杆抗浮力的计算,充

分发挥锚杆的抗浮能力,保障工程项目的安全[4]

。

因此,本文基于龙岩某美食城项目的地下室锚固

抗浮项目进行相应的计算和方案梳理,通过对关键节

点的锚杆布置,达到满足抗浮和提高安全性的同时,

为同类工程设计提供一定的借鉴。

1 主要抗浮设计方法

地下水位较高时会对建筑结构产生的浮力,对水

浮力工况进行控制是地下室底板结构设计时需要关

注的重点环节,为了抵抗地下水产生的浮力作用,在

进行工程项目设计时,通常采用压重抗浮法、排水限

压法、泄水降压法和锚固抗浮法对地下水产生的浮力

进行平衡。

压重抗浮法主要是通过对建筑结构施加重量来

抵抗和平衡地下水浮力的方法,主要是通过在地下室

顶板增加回填土厚度或者加厚混凝土层来抵消浮力

的一种方法,另外也可以在地下室底板增加厚度使之

与地下水位浮力平衡。 压重抗浮法在施工实现上较

为简单,但此方法适用于抗浮力与浮力相差较小的工

程,此外增加的混凝土层也会对建筑空间和使用功能

产生影响。 过大的建筑荷载也会对建筑物地基承载

力产生影响,该方法适用范围相对局限。

排水限压法和泄水降压法主要是建立排水系统

或者泄水系统对地下水进行排出或者抽取以减少地

下水位的浮力,并且在抗浮过程中建立地下水位和水

压力的监测,充分了解施工不同环节的地下浮力变化

情况。 该方法可以较短的时间上使地下水位的浮力

·34· 福 建 建 筑 2024 年

降低,减少浮力对工程项目的危害,并且需要额外投

入的费用较少。 但是建筑建成后在使用阶段适用性

不高,长期降压成本较高。

锚固抗浮法主要是通过在地下室与土体之间设

置一定数量的抗浮锚杆在抵消建筑物因地下水位产

生的浮力作用。 当锚杆与土体之间的摩擦力大于水

压浮力时,锚杆能够很好地对建筑物起到抗浮作用。

锚固抗浮法的适用性较高,能够满足大部分工程项目

的抗浮要求,并且锚固抗浮法施工简便,地下室底板

受力均匀,具有较大的应用前景。 但是由于针对抗浮

锚杆设计的规范较多,不同的规范对计算的系数取值

不尽相同,应根据工程项目实际情况进行合理选择。

2 项目概况

2. 1 工程概况

本工程项目位于福建省龙岩市长汀县大同镇红

星村,客家首府客家菜美食文化创意基地建设项目。

本项目用地性质为商业服务设施用地 - 餐饮用地(美

食城),建设内容为一栋 5 层商业及二层地下室;用地

面积 10 412 m

2

,地上建筑面积 16 476. 81 m

2

,地下建

筑面积 12 050. 93 m

2

,总建筑面积 28 527. 74 m

2

,容积

率 1. 6,绿地率 30% 。 工程技术经济指标如表 1 所

示,项目全景如图 1 所示。

图 1 项目全景图

地下部分为机动车停车库(平战结合战时人防工

程)、非机动车停车库、设备用房等。一层为商业、商

业门厅、客家菜展示馆、宴会厅门厅、变配电所、消防

控制室、卫生间等,二层为商业、卫生间等,三层为商

业、餐厅、厨房、卫生间等,四层为商业、包间、宴会厅、

卫生间等,五层为包间、宴会厅、卫生间等。

表 1 工程技术经济指标表

项目名称 层数

建筑规划高度

(m)

建筑消防高度

(m)

计容建筑面积

(m

2

)

不计容建筑面积

(m

2

)

建筑面积

(m

2

)

客家首府客家菜美食文化创意基地 5F / - 2F 23. 8 23. 9 16482. 07 0 16476. 81

地下室 - 2F 0 12050. 93 12050. 93

合计 16482. 07 12050. 93 28527. 74

2. 2 地质情况

拟建场地位于长汀县汀州镇汀州大道旁,场地属

冲洪积地貌单元。 地势较平缓,地形开阔,勘探期间

孔口高程介于 313. 05 m ~ 315. 74 m,高差约 2. 70 m。

场地四周较开阔。 根据钻探揭露的地层情况,场区地

基土自上而下分为 9 层,分别为人工成因(Q

ml

4 )的①

素填土,冲洪积成因的(Q

dl

)②卵石、③细砂、④含角

砾粉质黏土、⑤含卵石粉质黏土,下伏基岩为二叠系

下统栖霞组风化基岩(P1q )⑥破碎灰岩及④中风化灰

岩, 侏罗系下统梨山组(J1

l)⑦砂土状强风化泥质粉

砂岩及⑨碎块状强风化泥质粉砂岩。

2. 3 地下水条件

拟建场地地下水主要赋存于第四系土层中的孔

隙潜水及下部灰岩层中的岩溶裂隙水。 孔隙潜水:主

要赋存于②卵石及③细砂层中,属强透水层,大气降

水及地表水为其主要补给来源,补给范围大。 潜水稳

定水位埋深为 0. 10 m ~ 4. 27 m,标高 306. 18 m ~

306. 97 m。 径流方向自西北向东南方向。 地下水年

变化幅度在 2. 0 m ~ 3. 0 m,近 3 ~ 5 年最高水位约

308. 3 m,历史最高水位 309. 0 m。 岩溶裂隙水主要赋

存于⑥破碎灰岩及⑦中风化灰岩的岩溶裂隙中,具承

压性,透水强,强富水,受岩溶通道控制。

2. 4 设计标准

(1) 结 构 安 全 级 别 为 一 级, 设 计 使 用 年 限 为

50 年。

(2)地下室采用框架结构,抗震等级为四级。

(3)抗浮设计等级为甲级。

(4)地下室防水等级为二级。

2. 5 设计方案

抗浮设计时地下水位区勘察报告建议值,即绝对

高程为 309. 0 m。 地下室底板施工时,必须采取措施

确保地下水位位于底板板底以下 0. 5 m。 地下室底

板和顶板的后浇带封闭后,在顶板覆土未完成之前及

主楼封顶及砖墙砌筑之前,需对地下水位进行观测,

并采用有效降水措施,位于底板板底以下 0. 5 m。 根

据本项目的地质情况、水文情况和建筑抗浮等级的要

2024 年 08 期 总第 314 期 程子忠·预应力锚杆在龙岩某美食城抗浮设计中的应用研究 ·35·

求,本项目采用抗浮锚杆结合工程桩和上部结构自重

共同抵抗地下水的浮托力。 本文围绕抗浮锚杆的设

计技术和施工要求展开研究。 抗浮锚杆平面布置图

如图 2 所示。

图 2 抗浮锚杆平面布置图

3 设计及构造

3. 1 预应力抗浮锚杆设计计算

(1)荷载特征值

根据《建筑工程抗浮技术标准》 (JGJ476—2019)

6. 4. 1 条对抗浮稳定性的计算,如公式(1) 所示。 其

中选取面积大小为 5. 2 m × 6. 6 m 作为标准柱网结构

进行计算。

Kf = ∑W

A∑Ff

(1)

由上述公式计算得 KfA∑Ff - ∑Wj = 542 kN。 为

计算每根锚杆的抗浮承载力计算,在 5. 2 m × 6. 6 m

柱网内对试算区域沿着 6. 6 m 柱网方向,按等间距

2. 2 m 均匀布置抗浮锚杆。 通过计算可知每一根的

锚固应能够承担的荷载标准值为 275 kN。 为了预留

一定的富余承载力,锚杆的抗拔承载力特征值取为

300 kN。

(2)锚固体长度

根据项目特性进行锚固体长度的计算,根据《建

筑工程抗浮技术标准》 ( JGJ476—2019) 7. 5. 4 - 1 条

对锚杆锚固体长度的计算,具体的计算公式如式(2)

所示。

l

a≥

KNt

επdf

rbk

(2)

采用的预应力钢绞线直径 d 取 15. 2mm

2

,f

rbk根据

地勘报告取值,由于本项目地层相对较复杂,以软岩

的计算为例,f

rbk取 400 kPa 进行计算,计算取得 l

a =

3. 87 m,为了保持锚固体能够有足够的承载力,锚固

体锚固长度取值为 4 m。 对其他断面的土层进行计

算,最终得出结论如下:

若锚杆全断面均位于卵石层,则锚杆长度≥18. 0 m,

若未钻至破碎灰岩层时,则应保证进入“ 碎块状强

风化泥质粉砂岩”不小于 4. 0 m,同时锚杆长度不小

于 10 m,可停钻。 若锚杆位于“含角砾粉质黏土”较

厚层时,钻进超 16 m 时,则应保保证进入破碎灰岩

层≥3. 0 m 时,其余情况则应保证进入破碎灰岩层

≥4. 0 m 时可停钻任何情况下,锚固体长度均不得

小于 4. 0 m。

(3)锚杆筋体截面面积

根据项目特性进行锚杆筋体截面面积计算,根据

《建筑工程抗浮技术标准》 ( JGJ476—2019)7. 5. 6 条

对锚杆筋体截面面积进行计算,具体的计算公式如式

(3)所示。

As≥

KtNt

f

y

(3)

通过计算,As计算结果为 400. 36 m

2

,取 3Φ

s

15. 2

面积为 420 mm

2

。

(4)注浆体承压面积

根据项目特性进行锚杆注浆体承压面积计算,根

据《 岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》

(GB50086—2015)4. 6. 15 条对注浆体承压面积进行

计算,具体的计算公式如式(4)所示。

Nd≤1. 35 Ap

Am

Ap

( )

0. 5

ηf

c (4)

另外根据该规范 4. 6. 17 中对预应力锚杆锚固段

注浆体强度的要求,本项目属于岩体,最终取固结体

抗压强度等级为 M30。

(5)张拉控制应力

根据项目特性进行张拉控制应力计算,根据《岩土

锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》 (GB50086—

2015)4. 6. 9 条对张拉控制应力进行计算,具体的计算

公式如式(5)所示。

σcon≤0. 55f

ptk (5)

经过计算张拉控制应力 1020 MPa。

3. 2 锚杆构造

本项目设计采用预应力钢绞线锚杆进行固定,

如图 3 所示。 在钢绞线锚杆前段设置导向锥,隔离

架为保持锚杆整体成型,在长度方向每隔一定距离

布置。 在隔离架中间布置紧箍环,保持钢绞线整体

成束,锚杆的长度根据所处的位置确定,预应力钢绞

线,Φ

s

15. 2,(GB / T5224—2003)有粘结高强低松弛钢

绞线 f

ptk = 1860 MPa,张拉控制应力 σcon = 0. 70, f

ptk =

1302 MPa,弹性模量 Es = 1. 95 × 10

5 MPa。 每米的理

论重量约为 1. 101 kg / m,公称直径 15. 2 mm,公称面

积 140 mm

2

。

·36· 福 建 建 筑 2024 年

图 3 抗浮锚杆剖面图

4 施工工艺介绍

本抗浮锚杆工程施工工艺流程为:钻机钻孔→清

孔返渣→锚索制作及防腐蚀处理→下放锚索→锚杆灌

浆成锚固体→二次劈裂注浆→接金属波纹管→基础垫

层施工→础垫层及波纹管外侧防水处璨淝浆→基础筏

板钢筋绑扎→锚垫板安装→封锚坑模板安装→浇筑筏

板混凝土→养护→锚索张拉锚固→锚杆上部自由段灌

浆→封锚坑内防水处理→封锚坑混凝土浇筑。

(1)套管选用和外侧的防水处理

套管选用 Φ60 金属波纹管,其具备一定的弹性,

在预应力的张拉过程中不易损坏,且金属波纹管内外

壁凹凸不平,灌浆后管内不易渗水,管外与柔性防水

涂膜也能粘结牢固。 施工基础垫层时,将波纹管安装

好,随垫层一同浇筑,保证波纹管锚入垫层的深度不

小于 20 cm。 施工筏板防水层时,首先做波纹管根部

的防水处理,先做一遍防水附加层,然后将筏板防水

层上返至波纹管上不小于 10 cm。

(2)基础筏板的混凝土浇筑质量

由于波纹管的强度较低,钢筋绑扎过程中要注意对

锚杆套管的保护,避免碰撞套管,以免造成套管防水层损

坏,钢筋绑扎完成后,安排施工人员对波纹管进行逐个检

查,如发现套管撕裂或者套管根部的防水被破坏,应及时

修补或更换波纹管。 波纹管和其内的钢绞线固定在筏板

钢筋和加强网片上,然后套入锚垫板。

(3)锚杆的张拉和注浆

进行锚杆套管内的注浆工作,灌浆材料采用普通

硅酸盐42. 5 水泥,水灰比小于0. 45,流动度为200 mm。

为保证注浆密实,防止地下水由金属波纹管内往上渗

透,在水泥浆中掺入 10% 的 UEA 膨胀剂和 2. 5% 的高

性能外加剂,使得灌浆液抗压强度不低于 30 MPa。 注

浆使用专用工具进行,注浆时派专人进行旁站检查。

当注浆材料自排气口溢出时,说明套管内注浆已满。

(4)锚杆坑混凝土浇筑

锚杆坑的防水处理完成后,坑内浇筑 C35,抗渗

等级为 P8 的微膨胀混凝土,混凝土浇筑至于筏板混

凝土上平标高平齐处。

5 设计中注意事项

(1)《建筑工程抗浮技术标准》 ( JGJ476—2019)

中将抗浮安全系数与抗浮工程设计等级二者相互直

接挂钩,根据规范要求,当规定的设计等级为甲级的

工程,其抗浮工程的设计等级也应为甲级。 在进行抗

浮设计时,应切实关注新标准的变化。 另外在对一般

的整体大底盘项目的地基基础等级设计时,也需要更

谨慎注意。

(2)在设计过程中应结合和重点考虑“预防为

主,阻抗结合”的设计思想,在设计方案上应以实用耐

久和确认安全为主要的控制指标。 设计中也应做好

资料的保留和工程的迭代。

(3)在进行锚杆荷载计算时,也可以利用有限元

等分析软件对锚杆承载力和受力过程中的应力变化

情况进行分析,为最终方案论证提供佐证材料。

6 结论

本文结合对龙岩某美食城项目的甲级抗浮设计

要求进行设计的实践研究,针对主要几种抗浮方法进

行对比和介绍,对锚杆抗浮法进行研究,得出以下几

点结论:

(1)通过设计阶段的计算,分析不同参数影响,

本项目抗浮锚杆设计符合规范规定的要求,满足锚杆

甲级抗浮的要求。

(2)锚杆能够很好地对建筑物起到抗浮作用,锚

固抗浮法的适用性较高,能够满足大部分工程项目的

抗浮要求,并且锚固抗浮法施工简便,地下室底板受

力均匀,具有较大的应用前景。

(3)在抗浮设计完成后,为加强对抗浮效果的跟

踪,施工过程中应做好质量验收和质量管控等工作。

参 考 文 献

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2024 年第 08 期

总第 314 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 08·2024

Vol·314

钢管模袋混凝土桩竖向承载性能试验研究

苏史周

(厦门市建设工程质量安全管理协会 福建厦门 361004)

摘 要:为揭示钢管膜袋桩在杂填土、淤泥质土、粉质黏土等软弱地层中应用的效果和其竖向承载性能影响因素和规律,

本文依托同安区白云大道工程西洋溪中桥临边支护工程,通过在现场抽取 4 根钢管模袋混凝土桩作为试验桩,桩身埋设

应变片,实测不同荷载下的沉降值,建立数值模型得到 Q - S 曲线、桩身轴力、桩侧摩阻力,数字模型结果与实测结果进行

对比,找出提高钢管模袋混凝土桩竖向承载性能的影响规律因素和规律,给类似工程采用钢管膜袋桩支护提供参考。

关键词: 软弱地层;钢管模袋混凝土桩;承载性能;试验研究

中图分类号:TU47 文献标识码:A 文章编号:1004 - 6135(2024)08 - 0037 - 05

Research on Vertical Bearing Performance of Steel Pipe Bag Concrete Piles

for the Baiyun Avenue Project in Tong'an District

SU Shizhou

(Xiamen Construction Engineering Quality and Safety Management Association,Xiamen 361004)

Abstract:In order to reveal the application effect of steel tube membrane bag piles in soft soil layers such as miscellaneous fill, silty soil,

and silty clay, as well as the influencing factors and laws of their vertical bearing performance, this paper relies on the edge support project

of Xiyangxi Middle Bridge on Baiyun Avenue in Tong'an District. Four steel tube membrane bag concrete piles were selected as test piles on

site, and strain gauges were embedded in the pile body to measure the settlement values under different loads. A numerical model was established to obtain the Q - S curve, pile axial force, and pile side friction resistance. The numerical model results were compared with the

measured results to identify the influencing factors and laws that improve the vertical bearing performance of steel tube membrane bag concrete piles, providing reference for similar projects to adopt steel tube membrane bag pile support.

Keywords:Weak strata; Steel pipe bag concrete piles; Numerical modeling analysis; Bearing performance; Laws

作者简介:苏史周(1976. 10— ),男,工程师。

E-mail:80173787@ qq. com

收稿日期:2023 - 07 - 30

0 引言

福建省地处我国东南沿海,在各类基础设施工程

施工中,经常遇到杂填土、淤泥质土、粉质黏土等软弱

地层。 为解决毗邻建筑物施工无法采用大型机械设

备施工的技术难题,可以采用钢管模袋混凝土桩进行

临边支护。 钢管模袋混凝土桩桩径仅有钻孔灌注桩

的 1 / 2 ~ 2 / 3,其竖向承载性能是否能够满足设计要

求,以及影响竖向荷载性能的主要因素,需要进一步

深入研究。

1 工程概况

同安区白云大道工程位于厦门市同安区北部、

五显片区中部。 其西起白云大道与同南公路交叉

口,经东山村,然后采用隧道穿越大轮山,经新安村

和东市村北侧、竹仔林和岭下村南侧,在东溪处采用

中桥跨越,经西洋村和垵炉村南侧,终点与规划同安

东路相交,路线总长度 4. 103 km。 其中大轮山隧道

长约 643 m,为小净距、分离式隧道;西洋溪中桥桥

长 65. 08 m,跨径布置为 3 × 20m;YK0 + 399. 415 跨

线桥全长 66 m,跨径布置为 2 × 30 m。

西洋溪中桥所在地层为软弱地层,采用钢管模

袋混凝土桩进行临边支护,钢管模袋混凝土桩的桩

径 500 mm,桩身 12000 mm,桩距 1200 mm;桩顶采

用 400 mm × 400 mm 的钢筋混凝土冠梁进行联结;

桩中间采用 300 mm × 300 mm 的腰梁进行联结;桩后

用直径为 50 mm 的锚固桩锚固,如图 1 所示。

1. 钢管模袋混凝土桩;2. 锚固桩;3. 冠梁;4. 腰梁

图 1 钢管模袋混凝土桩布置平面示意图

2 地质情况

根据钻探揭示资料,场地表层为人工填土,上部

主要为第四系全新统海积成因淤泥、淤泥质土,中部

为第四系全新统海陆交互相冲海积成因粉质粘土、淤

泥质土及粉砂层,下部为第四系残积层,下伏岩体为

·38· 福 建 建 筑 2024 年

燕山晚期侵入花岗岩( ξγ

3(1)c

5 ) 及其风化层。 场地岩

土层自上而下为:

(1)素填土(风化土)①:分布广泛,主要分布于

防洪堤内侧场地表层,一般层厚 1. 00 m ~ 3. 40 m,局

部层厚 4. 10 m ~ 6. 80 m。

(2)淤泥②:分布广泛,厚度变化大,为场地内主

要软弱土。 顶板埋深 0. 00 m ~ 12. 70 m,顶板标高

- 8. 46 m ~ 4. 25 m,层厚 0. 60 m ~ 24. 00 m。

(3) 粉质粘土③:分布较广泛,揭示于 CZK4 ~

CZK8 及 18 - 2 等 35 个钻孔。 顶板埋深 16. 00 m ~

24. 20 m,顶板标高 - 21. 50 m ~ - 12. 04 m,层厚

1. 20 m ~ 9. 50 m。

(4)砂土状强风化花岗岩④:分布广泛,顶板埋深

1. 00 m ~50. 30 m,顶板标高 -45. 83 m ~ -19. 24 m,层

厚 0. 50 m ~ 9. 70 m。

3 现场试验方法与成果

3. 1 现场试验方案

现场试验采用桩径 ϕ500 mm 的钢管模袋混凝土

桩,其中钢管为 ϕ219 mm,桩长 12 m。 钢管模袋混凝

土桩沿深度大约每间隔 1. 0 m,左右两侧均布置应变

片,如图 2 所示。

图 2 应变片布置

钢管模袋混凝土桩竖向荷载试验共在施工现场选

择了连续的 4 根钢管模袋混凝土试验桩,桩身预埋了

应变片,静载试验从小到大逐级增加荷载。 第一级荷

载为100 kN,第二级为150 kN,第三级为200 kN,每级

递增 50 kN,一直到地基土破坏,取前一级的竖向荷载

作为极限承载力。

3. 1. 1 Q - S 曲线

现场 4 个桩位(ZK1 ~ ZK4)在加载过程的桩顶沉

降情况如表 1 ~ 表 3 所示,并据此制作竖向荷载 Q - S

曲线图,如图 3 所示。

表 1 ZK1 桩荷载 - 沉降表

序号 荷载(kN)

历时(min) 沉降(mm)

本级 累计 本级 累计

1 100 120 120 1. 58 1. 58

2 150 120 240 1. 31 2. 89

3 200 120 360 1. 26 4. 15

4 250 120 480 1. 21 5. 36

5 300 210 690 1. 65 7. 01

6 350 360 1050 2. 63 9. 64

7 400 30 1080 31. 54 41. 18

表 2 ZK2 桩荷载 - 沉降表

序号 荷载(kN)

历时(min) 沉降(mm)

本级 累计 本级 累计

1 100 120 120 - 0. 12 - 0. 12

2 150 120 240 0. 25 0. 13

3 200 120 360 0. 4 0. 53

4 250 300 660 1. 51 2. 04

5 300 1170 1830 21. 76 23. 80

6 350 45 1875 16. 38 40. 18

表 3 ZK3 桩荷载 - 沉降表

序号 荷载(kN)

历时(min) 沉降(mm)

本级 累计 本级 累计

1 100 390 390 21. 89 21. 89

2 150 300 690 12. 85 34. 74

3 200 5 695 5. 38 40. 12

表 4 ZK4 桩荷载 - 沉降表

序号 荷载(kN)

历时(min) 沉降(mm)

本级 累计 本级 累计

1 100 120 120 1. 01 1. 01

2 150 150 270 1. 03 2. 04

3 200 150 420 1. 26 3. 3

4 250 180 600 1. 6 4. 9

5 300 480 1080 5. 97 10. 87

6 350 1650 2730 29. 25 40. 12

图 3 竖向荷载 Q - S 曲线

图 3 表明,ZK1 钢管模袋混凝土桩的极限竖向承

载力为 350 kN,最大位移为 9. 64 mm;ZK2 钢管模袋

混凝土桩的极限竖向承载力为 300 kN,最大位移为

2024 年 08 期 总第 314 期 苏史周·钢管模袋混凝土桩竖向承载性能试验研究 ·39·

23. 80 mm; ZK3 钢管模袋桩的极限竖向承载力为

150kN,最大位移为 34. 74 mm;ZK4 钢管模袋桩的极

限竖向承载力为 300 kN,最大位移为 10. 87 mm。

3. 1. 2 桩身轴力分布

图 4 表明,ZK1 桩与晋安河 J17 的轴力曲线类

似,桩身轴力在受到竖向荷载时,其应力随深度变化

规律如表 5 所示。 当竖向荷载从 100 kN 增加到

350 kN时,钢管模袋桩在淤泥区域(3 m ~ 12 m)桩身

轴力曲线趋势下降明显。 在深度 12 m 处,桩身轴力

基本为零,说明侧摩阻力承担了大部分荷载。图 4 ZK1 竖向荷载桩身轴力 - 深度曲线

表 5 ZK1 钢管膜袋桩现场静载试验应变数据表

应变片

(10

- 6

)

压力(kN)

院楼 ZK1 钢管桩静载试验(应变片平均数据)

加载时间

(h)

1 2 3 4 5 6(损坏) 7 8 9 10 11 12

100 2 - 112 - 138 - 119 - 235 - 139 — - 143 - 192 - 481 - 100 - 242 - 255

150 2 - 156 - 227 - 151 - 1718 - 204 — - 140 - 211 - 176 - 75 - 326 - 312

200 2 - 115 - 189 - 72 - 2313 - 147 — - 117 - 178 - 211 - 145 - 464 - 504

250 2 - 128 - 46 - 156 - 314 - 26 — - 76 - 78 - 852 - 117 - 150 - 340

300 2 - 229 - 68 - 228 - 954 - 96 — - 114 - 214 - 10 - 170 - 26 - 60

350 2 - 116 - 289 - 48 - 870 - 142 — - 127 - 38 - 151 - 21 - 319 - 110

3. 2 数值分析模型

西洋溪第一层杂填土(0 ~ 3 m),第二层淤泥质土

(3 m ~20 m),第三层粉质黏土(20 m 以上),钢管模袋

桩竖向荷载试验晋安河现场 4 根现场桩,静载试验从

小到大逐级增加荷载。 第一级的荷载为 100 kN,第二

级为150 kN,第三级为200 kN,每级递增50 kN,一直到

地基土破坏,取前一级的竖向荷载作为极限承载力。

3. 2. 1 Q - S 曲线

图 5 数值拟合 Q - S 曲线

如图 5 所示,数值模拟桩和 4 根桩荷载 - 沉降

曲线吻合,且编号 ZK1 ~ ZK4 的桩加载初期位移随

荷载的增加,大致呈线性相关关系,其破坏特点明

显,属于“陡降型” 破坏,其拐点位置所对应的荷载

值,为单桩极限竖向承载力,所以,ZK1 桩最终竖向

承载力为 350 kN,沉降量为 9. 64 mm;ZK2 桩最终竖

向承载力为 250 kN,沉降量为 2. 04 mm,ZK4 桩最终

承载力为 300 kN,沉降量为 10. 87 mm。 而 ZK3 加载

到 200 kN,沉降量为 40 mm,桩体沉降过大,说明此桩

很可能本身有缺陷。

3. 2. 2 桩身轴力

根据公式计算,钢管混凝土组合弹性模量及轴

力,当桩顶荷载较小时(加载至 100 kN),可以认为桩

处于弹性变形阶段,此时力作用在桩身产生的变形较

小,轴力沿桩身衰减的速率也较小;当桩顶荷载逐渐

增大时(加荷 200 kN 以上),桩处于弹塑性变形或塑

性变形阶段,桩体产生的变形逐渐增大,轴力沿桩身

衰减的速率也增大;当桩顶荷载足够大时,桩周土体

已破坏,桩体产生的变形和变形速率也进一步增大。

上部和下部土层侧摩阻力的发挥,是一个异步的过

程。一般情况下,上部土层的侧摩阻力先于下部土层

发挥作用;随着荷载增大,上部土层的侧摩阻力逐渐

趋于稳定,而下部土层的侧摩阻力还远未发挥完全。

在同一土层中,随着荷载的增加,平均侧摩阻力也相

应增大,但增加的幅度也有所差别。 在荷载较小时,

桩端处的平均侧摩阻力较小;随着荷载的增大,桩端

处的平均侧摩阻力逐渐发挥出来,且其值在荷载增加

不多时会急剧增大。

图 6 表明,ZK1 桩身轴力受到竖向荷载时,应力

随深度变化规律,在淤泥区域(3 m ~ 12 m)桩身轴力

曲线趋势下降明显。 因为钢管模袋桩加速淤泥固结,

桩 - 土之间产生相对位移激活了摩擦效应。 且桩底