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城市地下空间的分层规划及混凝土构件耐火性能工程硕士研究

日期:2020年08月05日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:336
论文价格:150元 论文编号:lw202007242333587648 论文字数:51255 所属栏目:工程硕士论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇工程硕士论文,本文城市从地下空间开发过程中两个方面进行研究。基于地下空间的分层规划研究,通过调研国内二线及二线以上 49 个城市出台的涉及地下分层的文件,进行归纳梳理,综合考虑目前经济发展及经济的前瞻性需求:将一线、新一线、二线城市的浅层、中层和深层进行划分。并结合国内已建成设施案例、相关规范及各类设施的自身特点,研究多种地下设施适宜建深度。结合专家打分法和层次分析法,得到地下设施开发过程中的权重排序。基于地下空间钢筋混凝土构件耐火性能研究,应用 ABAQUS 有限元分析软件建立了钢筋混凝土梁、板、柱的计算模型,在标准升温曲线下梁、板、柱进行了温度场分析,对不同保护层厚度的钢筋混凝梁、板、柱耐火性能进行了数值模拟。


第 1 章  绪论


1.1 城市地下空间分层规划的研究

1.1.1 研究背景

(1)城市人口快速增长、人口膨胀

如图 1-1 所示,近三十年来,我国人口从 11 亿增长到 14 亿,人口呈不断上升的趋势。另一方面,在人口总量不断增长的同时城市人口的也在不断增长,近三十年我国的城镇人口从 2.95 亿上升到 6.45 亿,增长了一倍多,比例由 1989 年的 26.21%到 2017 年的 59.58%。随着经济社会的发展,城市化是一个国家经济发展的必然结果。城市工作岗位吸引了大量农村劳动力,农村人口不断往经济相对发达的地区聚集,使得大城市规模更加庞大,新兴城市不断兴起。城市化的一个重要体现就是城市人口的比例越来越大。城市人口快速增长、人口膨胀是我们面临的一大问题。

图 1-1 人口背景

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1.2  城市地下混凝土构件耐火性能研究

1.2.1  研究背景

随着城市化进程的加快,城市开发强度越来越高,大量地上建筑拔地而起。地面空间日益紧张的情况之下,由向高处要空间到地上地下空间的同时利用已成为主流趋势,现在地上和地下建筑的最主要利用的形式就是钢筋混凝土结构。我国建筑火灾的发生频率越来越大,火灾对人民财产安全带来损失的同时也在危急着人民的生命安全[17]。地下空间不同于地上空间,一旦发生火灾扑救难度要大于地面空间,会带来更严重的后果。

多起国内地下建筑的火灾案例应当引起我们的重视。1988 年,江西南昌福山地下贸易中心发生火灾,出动 18 辆消防车和 150 消防战士历经 16 小时才将火灾扑灭,造成多数商家被烧,经济损失较大。2000 年,洛阳东都商厦由于在地下一层非法施工造成特大火灾,死亡人数多达 309 人。2011 年,山西太原一车库发生火灾,火势随着风力造成近万平方米的地下车库受损,扑救难度大且造成了巨大财产损失。2016 年,虹桥机场一号航站楼(T1)  地下一层保温材料燃烧造成工程施工现场发生火灾,带来严重后果。 

1.2.2  研究意义

一方面,地下空间从管理、防控角度减少火灾发生的频率。另一方面,一旦地下空间发生火灾,要保证地下空间结构的安全性,以免发生建筑结构的构件破坏,造成地下空间的二次事故,带来更大的生命、财产损失。

本文钢筋混凝土梁、板、柱均选自某地铁咽喉区实际工程,该工程为地铁咽喉区和物业开发结合在一起的综合体建筑,咽喉区作为列车到发、机车走行、调车和车辆取送作业的重要区域,其构件的安全对列车作业安全与效率尤为重要。地铁咽喉区属于市政交通公用设施,区别于一般工业建筑中的厂房与仓库,《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)中并未明确这类综合体建筑的建造防火要求,缺乏可直接适用的相关防火设计规范。咽喉区的钢筋混凝土梁、板、柱为整个项目的受力构件,需要考虑当发生火灾时,受力构件保证耐火安全性,保证咽喉区及其上盖物业开发项目的整体性结构的安全。因此,需对咽喉区的柱、梁、板受力构件进行耐火性能模拟计算,以保证火灾整个项目的结构耐火安全性。

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第 2 章  城市地下空间层次划分及设施竖向利用


2.1  引言

我国对地下空间的开发利用起步相对较晚,从建国初期至二十世纪末,除了从 1969年起北京地铁等几条地铁线路的建成,城市地下空间的主要形式仍为人防工程。但是除了人防工程外,从整体上看,我国城市地下空间的利用状态大部分都是无秩序、无规则的。一方面是经济水平低,技术水平低,对地下空间的利用缺乏重视,但是城市地下空间的利用却日渐兴起。另一方面关于地下空间的相关法律法规、国家标准、管理规定的不健全及缺乏开发前必要的规划,严重阻碍了我国地下空间的开发利用。迄今为止,我国关于地下空间开发方面努力做了很多研究性工作,出台了很多相关规范性文件,对国家层面的法律法规进行梳理,详见表 2-1。

表 2-1 地下空间相关法规政策

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2.2  城市地下空间层次划分

关于地下空间的分层规划研究,首先要研究的是地下空间层次划分。在地下空间的空间层次划分方面,国内许多城市相继出台了一些地方性的法律法规,并无明确统一的条文进行划分。在不同城市中,地下空间的分层情况不同,合理的划分浅层、中层和深层空间是非常必要的。城市等级划分的依据主要是依据《2019 中国城市商业魅力排行榜》[38],共包含 4 个一线城市,15 个新一线城市和 30 个二线城市,详见表 2-2。由于三线及以下城市的地下空间利用率较低,关于地下空间利用的官方文件也想对较少,所以仅对二线及二线以上城市出台的涉及地下分层的比较权威文件归纳梳理,并将其涉及文件用表 2-3  整理。

个2-2中国城市分级名单

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第 3 章  地下设施开发重要度评估 ................................ 34

3.1  引言 ........................ 34

3.2  层次分析法确定指标权重的原理 ........................... 34

第 4 章  地下混凝土构件火灾下材料的性能参数 .................... 47

4.1 引言 ............................... 47

4.2 钢筋的性能参数 ................................. 47

第 5 章  地下混凝土构件耐火性能分析 ............................... 59

5.1  引言 ................................ 59

5.2  地下混凝土梁耐火性能分析 ...................... 59


第 5 章  地下混凝土构件耐火性能分析


5.1  引言

民用建筑的耐火等级可分为一、二、三、四级,除规范另有规定外,《建筑设计防火规范》(GB 50016-2018)要求不同耐火等级建筑相应构件的燃烧性能和耐火极限不应低于表 5-1 的规定。

表 5-1  不同耐火等级建筑相应构件的燃烧性能和耐火极限/h

本文钢筋混凝土梁、板、柱均选自某地铁咽喉区实际工程,该工程为地铁咽喉区和物业开发结合在一起的综合体建筑,咽喉区作为列车到发、机车走行、调车和车辆取送作业的重要区域,其构件的安全对列车作业安全与效率尤为重要。地铁咽喉区属于市政交通公用设施,区别于一般工业建筑中的厂房与仓库,《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)中并未明确这类综合体建筑的建造防火要求,缺乏可直接适用的相关防火设计规范。咽喉区的钢筋混凝土梁、板、柱为整个项目的受力构件,需要考虑当发生火灾时,受力构件保证耐火安全性,保证咽喉区及其上盖物业开发项目的整体性结构的安全。因此,需对咽喉区的柱、梁、板受力构件进行耐火性能模拟计算,以保证火灾整个项目的结构耐火安全性。在建筑防火措施中,合理保护层厚度选择是重要的防火措施,本项目的最终目的是研究保护层厚度对钢筋混凝土梁、板、柱的影响并确定其合理保护层厚度。

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结论与展望

本文城市从地下空间开发过程中两个方面进行研究。基于地下空间的分层规划研究,通过调研国内二线及二线以上 49 个城市出台的涉及地下分层的文件,进行归纳梳理,综合考虑目前经济发展及经济的前瞻性需求:将一线、新一线、二线城市的浅层、中层和深层进行划分。并结合国内已建成设施案例、相关规范及各类设施的自身特点,研究多种地下设施适宜建深度。结合专家打分法和层次分析法,得到地下设施开发过程中的权重排序。基于地下空间钢筋混凝土构件耐火性能研究,应用 ABAQUS 有限元分析软件建立了钢筋混凝土梁、板、柱的计算模型,在标准升温曲线下梁、板、柱进行了温度场分析,对不同保护层厚度的钢筋混凝梁、板、柱耐火性能进行了数值模拟。

创新:

(1)本文在对国内二线及二线以上 49 个城市进行调研基础上提出按城市类型对地下空间层次划分的标准,并进一步提出 7 大类地下设施的适宜开发深度。

(2)本文将层次分析法结合专家打分法用于地下空间设施的重要度评估中,建立了多种地下设施重要度评估的分析模型,提出了在城市综合效益最佳角度下的多地下设施的权重排序,得到多种地下设施权重,为解决地下设施竖向开发冲突提供依据。

(3)对《建筑设计防火规范》中未明确防火要求地铁咽喉区地下混凝土梁、板、柱进行抗火计算。梁耐火计算时,拟合高温条件下梁的相对挠度散点图,得到了保护层与相对挠度之间的关系。柱耐火计算时,利用分级加载的方式,得到快速判别柱安全研究方法和柱的合理保护层厚度。相关研究内容和方法可为地下工程钢筋混凝土构件的耐火设计提供参考。

参考文献(略)

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