电信建筑结构设计的几点建议

admin

0、前言
　　电信建筑的结构设计，一般都是钢筋砼的梁板体系，人们对此已经非常熟悉，似乎没有什么可以再完善的地方了，其实不然，笔者认为还有一些值得考虑而且只需举手之劳的做法，可以收到挖掘结构潜力或者达到节约的效果。以下就7个方面的问题提出建议，供从事建筑结构设计的同行参考。
1、楼面均布活荷载应分三次输入电算程序
　　电信建筑楼面均布活荷载，应分三次输入电算程序进行计算，然后对三次电算结果进行选择，选取符合设计规范的结果用于工程设计，以避免楼面活荷载选用过大而带来的浪费。
　　一般的民用建筑，楼面均布活荷载，在规范中只列出1个值，例如办公楼，只列出活荷载标准值2.0 kN/m?。至于活荷载在传递过程中的折减，在规范中已有明确的折减系数，这些折减系数也反映在电算过程中。因此，电算时只要将活荷载2.0 kN/m?输入程序中，电算的结果就是所需要的正确结果，所以民用建筑的结构，只要一次电算就能完成。
　　电信建筑这种公共建筑，虽属民用建筑范畴，但机房的楼面等效均布活荷载，却是按工业建筑楼面活荷载的计算方法得来的。它的特点是没有民用建筑楼面活荷载的折减系数，活荷载在传递过程中的折减，是以楼面均布活荷载在板、次梁、主梁的不同标准值中直接表达出来的。例如《电信专用房屋设计规范》（YD 5003-94）（下称《电信建筑设计规范》）中表6.2.2.2所示，以序号1的电力室（有不间断电源开间）、阀控式密封电池室（48 V电池组四层双列摆放GM-3045）为例，楼面均布活荷载有3个标准值，即板16.0 kN/m?，次梁13.0 kN/m?，主梁10.0 kN/m?。这就是说，计算板、次梁、主梁时所用的楼面活荷载是不一样的，不能只用一个板的楼面活荷载16.0 kN/m?一算到底。但一般的民用建筑的结构电算程序一次只能输入一个活荷载，因此，正确的做法应该是分三次输入楼面活荷载值。在本例中，第一次输入16.0 kN/m?，只取结构电算结果中板的有关数据，作为楼板的设计依据，此次电算的次梁和主梁的结果，由于偏大，一律不要。第二次输入13.0 kN/m?，只取结构电算结果中次梁的有关数据作为次梁的设计依据，其余板和主梁的电算结果，对于板来说不够安全，对于主梁仍偏大，因此两者都不要。同理，第三次输入10.0 kN/m?，只取结构电算结果中主梁、柱（墙）、基础的有关数据作为主梁、柱（墙）、基础的设计依据，而此次电算的板和次梁的结果都偏小，不能取用。
　　经过以上将不同的楼面活荷载分三次输入电算程序后，对板、次梁、主梁所选取的结果才是符合规范要求的。
　　长期以来，电信建筑楼面活荷载是由电信工艺设计人员以“土建要求”的方式提供给土建设计人员的，往往是一个机房只提供一个数值，这样做对于民用建筑的楼面活荷载来说是可行的，但对于电信建筑来说就不够了。其后果是土建设计人员只好将这一个数据从楼板至基础一传到底而不折减，造成工程设计的浪费。今后如果仍然由电信工艺设计人员向土建设计人员提供楼面活荷载值的话，为了避免工作中的失误，建议电信工艺设计人员与土建设计人员一起，共同对工程中机房的名称，按照《电信建筑设计规范》中表6.2.2.2核对，把机房名称搞准确后，然后按表6.2.2.2确定楼面活荷载值和电算工作。
2、楼板跨度宜选择在2.5～4.0m之间
　　楼板跨度要选稍大一些的，这样，电信建筑楼面等效均布活荷载就能增加安全储备，更好地满足通信设备不断更新换代的需要，同样，也能更好地满足机房改造和装修的需要。
　　《电信建筑设计规范》规定的电信建筑楼面均布活荷载值，列在该规范的表6.2.2.2中，工程设计时，电信机房楼面均布活荷载值应按此表采用，这一点是肯定的。但是，在该规范的附录A的表A中，又列出了电信建筑楼面等效均布活荷载，两者之间的关系是：表A是原始资料，由于内容过于复杂，使用时有困难，要求将表A进行简化和综合，因此，最后在该规范正文中出现了表6.2.2.2。很明显，表A只具有参考价值，而表6.2.2.2才是规范规定的、应该采用的数值。
　　从《建筑结构荷载规范》（GB 5009-2001）的附录C“工业建筑楼面活荷载”所列的表C.0.1～表C.0.6中可以看出：板的楼面均布活荷载，普遍存在着随板跨的增大而逐步降低的趋势，在《电信建筑设计规范》的附录A的表A中，也有同样的反映。例如，该表中序号2的安装阀控式密封蓄电池（48 V电池组四层双列摆放GM-3045）的蓄电池室，板的楼面有三个等效均布活荷载值。当板跨为1.9～2.4 m时，为16.0 kN/m?；当板跨为2.5～2.9 m时，为14.0 kN/m?；当板跨大于或等于3.0 m时，为13.0 kN/m?。但是，这种蓄电池室的楼面均布活荷载在《电信建筑设计规范》表6.2.2.2序号1中已确定为16.0 kN/m?，工程设计时必须按此执行，可是，板的跨度土建设计人员可以自主选择，土建设计时，将板跨选在2.5～2.9 m时，板的楼面活荷载与16.0 kN/m?相比就有2.0 kN/m?的储备，而选用板跨大于或等于3.0 m时，则有3.0 kN/m?的潜力，因此，笔者建议将电信机房的楼板跨度选择在2.5～4.0 m之间，这就增强了机房楼面对不断出现的设备更新换代的适应能力。板跨不要太小的原则，也适用于一般的民用建筑。
3、建议楼板选用双向板
　　《建筑结构荷载规范》附录B，在楼面等效均布活荷载的确定方法上，详细地介绍了按单跨简支的单向板确定等效均布活荷载的方法。在该规范附录C“工业建筑楼面活荷载”中列出的各种工业建筑楼面活荷载表里，注明了这些荷载适用于单向支承的现浇楼板，但对双向板的等效均布活荷载，有关条文只作了原则性的规定，即双向板的等效均布活荷载，可按单向板相同的原则，按四边简支板的绝对最大弯矩等值来确定。在《电信建筑设计规范》表6.2.2.2中所列电信建筑楼面均布活荷载值，也只适用于按单向板配筋的现浇板，但同时又说明按双向板配筋的现浇板亦可参照使用。
　　总之，到目前为止，笔者还没有见到具体的用双向板方法确定的工业建筑楼面活荷载值。虽然多数“工业建筑楼面活荷载”表，只表态适用于单向板，对双向板却只字不提（假如该表用于双向板会带来不安全的后果，则表中必须说明这一点），因此，实际上这就默认了可以用于双向板。实际工作中，用单向板方法确定的楼面活荷载，也可用在双向板上。
　　但是，在楼面活荷载传递过程中，单向板只向一个方向传递，而双向板则向两个方向传递，因此，在相同荷载、相同板跨的情况下，它们产生的等效均布活荷载是不一样的，其结果是单向板的要大于双向板的。所以用单向板确定的楼面活荷载值，对于双向板来说，就有较大的富余，尤其是当双向板成为正方形时就更为显著。因此，笔者建议尽量选用长边与短边之比为1的正方形双向板，这样能为楼板增加较多的承载力。
4、选用双向框架有利于降低房屋层高和节能
　　既然楼板选用双向板，则次梁势必是双向井字梁，次梁将楼面荷载传至两个方向的框架梁上，这样做与单向框架相比，具有以下优点：
　　a）双向框架与单向框架相比，能将结构上的力比较均匀地分布在2个不同方向的框架梁上，有利于平时的结构受力和抗震。
　　b）以单向的横向框架为例，楼面的绝大部分荷载由次梁传至横向框架上，由于荷载大，所以框架梁的高度就高，从而影响房屋的层高。而采用双向框架后，由于楼面荷载向纵横2个框架传递，虽然传到纵向框架的荷载增加了，但不足以影响层高，而传到横向框架上的荷载就比单向横向框架时要小，这就为降低梁高创造了条件。层高降低了，建筑物的空间变小了，节约了工程的投资，也降低了房屋的能耗。
5、电信建筑楼板厚度不宜小于100～110 mm
　　现浇楼板的最小厚度，砼设计规范及设计手册都有规定。例如，单向板，当为民用建筑楼板时为60 mm，当为工业建筑楼板时为70 mm，而双向板则不得小于80 mm等。有时由于板的跨度不大，经计算板厚70或80 mm也就可以了，于是就选板厚为70或80 mm，这样做就可能带来麻烦。笔者曾经碰到过在砼楼板施工时，由于电气暗管交叉后露出了板的表面，施工单位要求设计单位处理的尴尬情况，其原因就是楼板厚度太薄。
　　现在电信建筑的智能化管理程度越来越高，建筑电气专业在现浇楼板内埋设很多机电暗管，而且这些暗管还避免不了要交叉。根据有关规定，暗管外径不得大于板厚的1/3，管壁至板上下边缘的净距应不小于25 mm。现以单向板为例，外径25 mm的暗管，只交叉一次，板厚就要100 mm，双向板则要110 mm。因此，建议电信建筑现浇楼板的板厚不小于100-110 mm。如果暗管直径更大，交叉不止一次，则板厚100-110 mm就不够了。此时，应与电气专业协商，妥善处理管线交叉与管径大小问题。
6、避免选用悬臂平板
　　雨蓬阳台等悬臂构件，在设计上按平板来设计不存在什么问题，问题是砼施工时，配在悬臂平板上部直径不粗的受力筋，在砼工人的踩踏下很容易倒塌或位置下降，从而使平板的有效高度降低，给这种构件带来安全问题。所以，笔者建议避免选用悬臂平板，尽量改用设置挑梁的梁板结构。有关手册规定：悬挑构件的常用跨度小于或等于1.5 m时，可用悬挑平板；当跨度大于1.5 m时，宜做挑梁，也反映了这一要求。设置的挑梁虽然仍是悬挑构件，受力筋也配在梁的上部，但由于受力筋直径粗，不易踩弯，以及梁箍筋的支撑，即使砼施工时砼工人踩在上面，梁主筋也不会移位，所以悬挑梁的施工质量比平板要可靠得多。从精心设计确保质量的角度看，即使两种做法都可用，也应趋利避害。在悬挑板跨度小于1.5 m时，也应尽量选用带挑梁的梁板结构来代替悬挑平板结构。
7、做好屋面保温、隔热和绿化工作
　　在通常情况下，采取加强屋面保温、隔热和绿化等措施，目的是为了建筑物顶层室内的温度能达到设计的要求，这些都是建筑学专业和暖通专业的工作，好像与结构专业关系不大，事实上这也是结构专业的事。
　　做好屋面保温工作，就能使冬天时顶层室内的温度提高，从而减少屋面结构在水平方向的收缩。当屋面有良好隔热层和绿化时，就能减少夏天太阳光对屋面结构的辐射热，从而减少屋面结构在水平方向的伸长。减少结构构件由于热胀冷缩引起的温度内力，就可减少许多温度裂缝。我们经常在砖混结构房屋的顶层，看见墙体上有不少水平或斜向的温度裂缝，这些裂缝很长，宽度也不小，它们都是由于屋面水平构件（梁板）伸缩时出现了推力或拉力，从而引起承重墙体产生内力，这些内力超过了承重墙体的强度后产生的。在平时，由于屋顶传来的荷载不大，又是垂直的荷载，所以墙体还能平安无事，但一旦发生地震，在水平地震作用（力）下，墙体安全就难以保证了。因此，结构专业也应支持做好屋面保温、隔热和绿化工作。
　　为了减轻屋面的重量，无疑应使用性能好而质量轻的保温隔热材料。在绿化方面，于屋面上建造诸如葡萄架之类的水平支架，建议选用夏天枝叶繁茂而冬天落叶的藤蔓植物。这种爬在支架上的植物，夏天能遮挡住大量的日光，冬天落叶后又能透进部分阳光到屋面上，这样既美化了环境，又做到了节能，同时减少了屋顶构件的水平变形，使建筑物顶层墙体的安全有了较多的保证。