极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统设计与实现

发表时间:2016/9/18   来源:《工程建设标准化》2016年7月总第212期   作者:刘军
[导读] 在极端降雨条件下,城市高层建筑给水排水的承载负荷较大,需要进行给水排水系统的优化设计。

(湖南新府房地产开发有限公司,湖南,长沙,410600)
Design and implementation of water supply and drainage system for urban high rise building under extreme rainfall
Liu Jun
(The new government of Hunan Real Estate Development Company Limited, ChangSha 410600, China)
 
        【摘  要】在极端降雨条件下,城市高层建筑给水排水的承载负荷较大,需要进行给水排水系统的优化设计,提高城市高层建筑的排水能力,采用柱孔扩张应力平衡分析方法进行极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统设计,进行城市高层建筑排水的应变场分布规律特征分析,以某施工项目为例,进行给水排水系统的工程设计与应用研究。分析表明,采用该给水排水系统设计方法,能有效提高极端降雨条件下城市高层建筑的排水流量,提高排水能力。
        【关键词】极端降雨条件;城市高层建筑;给水排水系统

        【Abstract】In extreme rainfall conditions urban high-rise building water supply and drainage of the bearing load is bigger, the need for optimal design of water supply and drainage system, improve urban high-rise building drainage capacity by cylindrical cavity expansion should force balance analysis method urban high-rise building water supply and drainage system design in the condition of extreme rainfall, city high-rise building drainage of the strain field distribution characteristics analysis is performed, taking a construction project as an example, engineering design and application of water supply and drainage system. The analysis shows that the design method of the water supply and drainage system can effectively improve the drainage capacity of urban high-rise buildings under extreme rainfall conditions and improve the drainage capacity.
        【Keywords】extreme rainfall conditions; urban high-rise building; water supply and drainage system

        引言
        随着城市建设不断发展,城市高层建筑不断增多,对城市高层建筑的给水排水系统设计是保障高层建筑中取水、处理、输送和排放的重要工程,关系到人民群众的生活品质乃至生命安全。特别是在降雨量较大的南方城市,在极端降雨条件下,给城市高层建筑给水排水系统设计带来极大考量,通过对城市高层建筑给水排水系统的优化设计[1],对四通八达的城市水网实现水的有效利用和排放,研究极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的设计方法,是城市建设规划的重要课题,相关的给水排水系统设计方法研究受到人们的重视。城市高层建筑的给水排水工程是对雨水、生活污水、自来水等进行取水、处理、输送、再处理、然后排放的过程,给水排水系统的优化设计能缓解城市高层建筑对大流量降水的排水压力,对缓解城市内涝具有重要意义,相关的系统设计方法受到人们的极大重视[2,3]。
        1.给水排水系统的总体设计及模型构建
        为实现对极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的优化,首先进行给水排水系统的总体设计,选择的排水管道铺设模型主要分为蜂窝状栅格结构和Grid四边网格结构,如图1所示。
 
                 图1 排水管道的铺设模型
        采用蜂窝状栅格和Grid四边网格结构进行极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的管道设计,选择一个圆中空夹层构件,分布在高层建筑中,以某大型工程为例,在建筑结构中自密实混凝土开挖(坚石)42.96立方米,在杆系有限元中,通过人工挖孔及入墙铺管方式对管道的铺设长度增至42.96米,预埋筋制安0.554T,钢筋笼制安12.14T,C30混凝土现浇98立方米,钢模板支模323.6平方米,搭设拦网钢筋420平方米,钢筋制安(Ф8)3.3T,拦石钢筋网拦石桩51根,钻孔灌浆(Ф50)76.5米,锚钉钢筋安(Ф32)0.28T型材料,构建城市高层建筑给水排水系统,得到给水排水系统的总体设计模型如图2所示。
 
图2 极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的总体设计模型
        2.高层建筑排水的应变场分布规律特征分析
        在上述进行极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统总体设计的基础上,采用柱孔扩张应力平衡分析方法进行高层建筑排水的应变场分布规律特征分析,假设高层建筑排水系统的单元排水管道应力向量为 ,截面层次上的过水流量向量为 ,结合刚度法和柔度法进行排水系统的应力场分析,表达式定义为:
         

        上式变量分别表示的是排水管道内的截面内力与切线刚度,采用柱孔扩张应力平衡分析方法得到排水管道定段每个单元的抗拉强度,在递变屈服强度梯度变化条件下,得到高层建筑的给水排水系统的集中力和分布力模型,描述为:
   

        通过递变屈服强度梯度蜂窝计算,提高在极端降雨条件下城市高层建筑给水排水的吞吐量。根据上述分析,得到极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的应变场分布规律模型如图3所示。
 
图3 极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的应变场分布规律模型
        3.实验测试分析
        为验证本文设计的极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统的性能,进行实验分析,给出排水节点单元分布模型如图4所示。
 
图4 高层建筑排水管道的节点分布单元模型
        以某施工项目为例,进行给水排水系统的工程设计与应用研究,分析极端降雨条件下城市高层建筑的排水排量,得到结果如图5所示。从图可见,采用本文方法提高极端降雨条件下城市高层建筑的排水流量,提高了排水能力。
 
图5 给水排水系统的排量测试
        4.结束语
        为提高城市高层建筑的排水能力,采用柱孔扩张应力平衡分析方法进行极端降雨条件下城市高层建筑给水排水系统设计,进行城市高层建筑排水的应变场分布规律特征分析,以某施工项目为例,进行给水排水系统的工程设计与应用研究。分析表明,采用该给水排水系统设计方法,能有效提高极端降雨条件下城市高层建筑的排水流量,提高排水能力,具有较好的应用价值。
参考文献:
[1]金煌辉.小型风洞设计制作及稳定段研究[J].科技传播,2012,10(2):99-102.
[2]刘春,赵洪波,白世伟.土工格栅在治理软土路基沉降问题中的研究[J].岩土力学,2004,24(6):1070-1073.
[3]栾茂田,肖成志,杨庆,等.土工格栅蠕变特性的试验研究及黏弹性本构模型[J].岩土力学,2005,26(2):187-192.
作者简介:
刘军(1978-),男(汉族),湖南岳阳人,大专,工程师,主要研究领域为建筑给水排水工程。
 

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