通信建筑结构设计探讨

作者:崔永顺 冯建刚时间:2018-06-14 17:18:36  来源:  阅读次数:6次 ]

摘 要:对通信建筑结构专业设计应注意的问题进行总结,从机房活荷载标准值取值、通信建筑抗震设计、屋面通信铁塔以及结 构设计时应注意的工艺要求等方面,分析了通信建筑结构设计过程中出现的问题,并提出了针对性的解决措施,总结了其结构设 计中的注意事项,以供参考。

关键词:活荷载标准值;抗震设计;通信铁塔;工艺问题

   通信建筑是指专门为安装通信设备的生产性建筑、通信生 产配套的辅助生产性建筑及为通信生产提供支撑服务的支撑服 务性建筑。文章所指的通信建筑主要有两种,一种是专门用作 通信生产的通信机房楼,另一种是集通信生产、营业、办公等 多种功能于一体的通信综合楼。通信建筑由于其特殊的重要性 以及通信生产工艺的要求,其结构专业设计过程中具有不同于 一般公共建筑的一些特点。笔者作为通信设计院的结构工程师, 承担过大量通信建筑的结构设计工作,在此针对通信建筑结构 过程中需要注意的几个问题进行总结,以供探讨。

1 通信建筑的机房活荷载标准值取值

    通信机房楼和通信综合楼中的通信机房部分,其活荷载标 准值与一般民用建筑相比要大很多 ;同时在实际设计中为了便 于今后机房的设备能够灵活布置,规范和工艺要求除电力电池 室外同层按照活荷载标准值最大的部分取值,这样导致了其地 震作用的增大,同时对基础及地基的影响也大。 按照设计流程,机房的活荷载取值一般由工艺专业给结 构专业提资 ;同时由于机房设备是建筑建成后逐步布置的, 具有一定的不确定性,工艺专业的提资一般也是按照《通信 建筑工程设计规范》的要求提出。《通信建筑工程设计规范》 YD5003-2014 表 8.2.2 中,第 7 至 11 项的板面活荷载标准值不 按照按板、次梁和主梁分别取值 ;第 1 至 6 项按照板、次梁和 主梁分别取值,设计墙、柱、基础时楼面活荷载值采用主梁的 荷载值。在具体设计时,现有的结构计算软件一般不具有区别 对待板、次梁和主梁荷载值的功能,因此必须采用多个模型分 别计算板、次梁、主梁的受力。以现行的 PKPM 系列软件为例, 在进行结构整体计算和主梁、墙、柱以及基础计算时,板面活 荷载标准值应输入规范中主梁的荷载值,同时应注意计算地震 作用时活荷载的组合系数为 0.8 ;在进行板和次梁设计时应按 照板、次梁的要求重新调整模型中的板面活荷载标准值。通信 建筑结构设计过程中必须采用多个模型来解决结构计算问题, 摒弃一个模型解决所有问题的思维方式,不可统一按照板的活 荷载标准值统一计算整个结构,这样会使得整个建筑的荷载和 地震力过大,难以设计也增加了工程的不必要的结构造价。

2 通信建筑抗震设计

   相对于一般的公共建筑,通信建筑的抗震设计主要有三个 方面需要注意。

2.1 抗震设防分类

   通信建筑的抗震设防分类不但要满足国家标准《建筑抗震 设防分类标准 GB50223》的要求,同时也要满足通信行业标准 《通信建筑抗震设防分类标准 YD5054》的要求。国家标准和通 信行业标准的抗震设防分类要求基本一致,但行业标准的划分 更为具体。一般情况下,特殊设防类(甲类)的通信建筑非常 少,仅限于国际通信局、站的专用建筑,此类建筑普通设计人 员在设计生涯中很难接触到。而标准设防类(丙类)通信生产 用房指的是安装接入层通信设备的房屋,如基站机房、远端接 入机房、模块局等。除以上甲类和丙类的以外,通信建筑均应 按照重点设防类(乙类)执行。

2.2 结构形式的选择

   通信建筑应在满足工艺要求的前提下,根据抗震设防类别、 抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工 等因素,经技术、经济和使用条件综合比较确定结构体系。专门用作通信生产的通信机房楼为了便于设备的排布安装,一般 柱网较为规整,平面和里面都规则,很少出现三角形、圆形等 异形平面,这钟规则的平立面布置对于抗震非常有利。现在很 多的通信综合楼集通信生产、营业、办公等功能于一体,立面 造型很丰富,甚至有时候为了特殊造型需要而会出现平面和立 面均不规则的结构。对此类通信建筑,应注重概念设计,重视 结构的选型和平、立面布置的规则性,选用抗震和抗风性能好 且经济合理的结构体系,加强构造措施。在抗震设计中,应保 证结构的整体抗震性能,合理的刚度和承载力分布,采取多道 防线,使整个结构具有必要的承载能力、良好的变形能力和耗 能能力。一般多层通信建筑宜选用框架结构,必要时可选用框 架剪力墙结构体系 ;作为通信建筑这样的生命线工程,不应采 用结构冗余度低的单跨结构形式。

2.3 计算地震作用时活荷载的组合系数为

    0.8 一般设计中的结构计算均采用软件进行,由于一般民用建 筑除藏书库和档案库外结构计算地震作用时活荷载的组合系数 为 0.5,现行主流软件中的此项默认值一般为 0.5,因此在使用 软件进行结构计算时应注意调整。

3 通信建筑屋面通信铁塔的考虑

   作为通信建筑,楼顶安装的通信铁塔也是作为通信建筑 区别于其他建筑的明显标志。楼顶通信铁塔的一般选取楼房 的四个框架柱作为塔基。按照《通信建筑工程设计规范》YD/ T5003-2014 的要求,屋顶设有微波铁塔、移动通信铁塔的多、 高层通信建筑,在结构计算中应考虑铁塔与建筑结构的共同作 用,并采取必要措施保证建筑结构的安全使用。应使钢塔的自 振周期避开主体结构的前三阶自振周期并综合考虑铁塔与主体 结构共同工作时的地震响应。有些机房楼层数不多,楼顶加设 的通信铁塔高度多在 20m 以上,在大风天气时出现在楼内的 工作人员明显感觉到楼的晃动,出现恐慌感,有些建筑物的填 充墙也会因此产生裂缝。对这些情况在结构设计时应充分引起 重视并采取可靠措施。 按照目前我国设计资质管理规定,通信建筑的设计由具备 建筑设计资质的单位完成,而通信铁塔的设计由具备通信行业 通信铁塔专项设计资质的单位完成 ;即使在以通信设计为主的 综合类设计院,建筑和通信铁塔设计亦是分为不同的部门 ;这种状况就注定了通信楼和屋顶的铁塔设计必须建筑结构专业和 铁塔设计专业配合完成。 具体设计过程中,结构专业先对整体结构进行计算,给铁 塔专业提资,内容为主体结构的前三阶自振周期和作为铁塔基 础的四个框架柱的柱中心距(不是轴线距离);铁塔专业进行 铁塔设计计算后向结构专业提资,然后结构专业进行重新核算。 由于现行主流结构计算软件尚不能对楼房和楼顶铁塔的共同作 用进行协同计算,因此楼顶铁塔作为非结构构件,其地震作用 的考虑应着重于概念设计,以构造措施为主,按工程经验对其 进行简化处理。

4 通信建筑结构设计时应注意的其它工艺问题

   通信工艺对结构专业的其它要求,一般是后期设备安装要 求和前期的孔洞预留两个方面。 (1)通信机房不可采用现浇或预制钢筋混凝土空心楼板, 应采用现浇钢筋混凝土实心楼板且厚度不应小于 100mm,一 般有条件时板厚可按不小于 120mm 设计。本要求要求主要是 考虑通信设备与楼板连接需用螺栓固定,采用现浇空心楼盖对 螺栓嵌固能力差,不利于设备抗震 ;另外,固定设备的螺栓较 长,如楼板太薄则螺栓易穿透楼板,因此现浇板不宜太薄。 (2)楼板上线洞应按工艺实际需要设置,不可随意开设 ; 地下进线室通往测量室的上线洞不应设为通长孔洞。应考虑楼 板开洞对楼板刚性的影响,并对洞边进行加强。本要求是因为 通信建筑会设置局部连续或通长孔洞,如地下电(光)缆进线 室通往测量室的孔洞,对楼板的刚度削弱较多。结构设计时尽 可能保留梁和楼板,并充分考虑孔洞对楼板平面内刚度的削弱, 在计算中考虑其对平面内变形的影响。此时楼板应按弹性楼板 进行分析,并采取构造加强措施。

参考文献 :

[1] 中华人民共和国通信行业标准.YD/T5003-2014,通信建筑工程设 计规范[S].北京:北京邮电大学出版社,2014.

[2] 中华人民共和国通信行业标准.YD5054-2010,信建筑抗震设防分 类标准[S].北京:北京邮电大学出版社,2010.

[3] 中华人民共和国国家标准.GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010.

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