前言
中华人民共和国国家标准
洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准
Technical standard for buildings in flood
plains and flood detention areas
GB/T 50181-2018
主编部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2019年3月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部
公 告
2018年 第199号
住房城乡建设部关于发布国家标准
《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准》的公告
现批准《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准》为国家标准,编号为GB/T 50181-2018,自2019年3月1日起实施。原《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93同时废止。
本标准在住房城乡建设部门户网站公开,并由住房城乡建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2018年9月11日
前言
根据住房和城乡建设部《关于印发<2015年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2014]189号)的要求,标准编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订了本标准。
本标准的主要技术内容是:1.总则;2.术语和符号;3.基本规定;4.地基基础;5.砖、石砌体房屋;6.钢筋混凝土框架房屋;7.单层空旷房屋。
本标准修订的主要技术内容是:1.修改了适用范围;2.增加了洪泛区房屋抗水流荷载的设计计算方法与施工要求;3.增加了石砌体承重房屋在墙体厚度、抗洪柱和圈梁设置、抗洪构造措施等方面的规定与要求;4.增加了洪泛区在村镇段河流上游村口处设置导流墙以及导流墙结构和构造的规定与要求;5.增加了附录E洪水水流荷载计算方法;6.增加了洪泛区有檩屋盖构件连接规定与要求。
本标准由住房和城乡建设部负责管理,由中国建筑科学研究院有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送中国建筑科学研究院有限公司(地址:北京市朝阳区北三环东路30号,邮编:100013)。
本标准主编单位:中国建筑科学研究院有限公司
本标准参编单位:北京科技大学
中国水利水电科学研究院
大连理工大学
北京交通大学
中南大学
北京市房屋安全管理事务中心
北京市房地产科学技术研究所
本标准主要起草人员:于文 葛学礼 宋波 朱立新 李娜 肖诗云 韩冰 申世元 尹小波 杨威 冷涛
本标准主要审查人员:高小旺 胡亚林 郁银泉 朱峰 王昌兴 邓毅国 韩林海 杨波 李贵清 马东辉 杨铁荣
1总则
1.0.1 为贯彻预防为主方针,使洪泛区和蓄滞洪区建筑工程经抗洪设防后,减轻建筑的洪水破坏,减少人员伤亡和经济损失,制定本标准。
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1.0.1 我国幅员辽阔,气候差异大,年降雨量区域分布不均匀,几乎每年都有洪涝灾害发生,洪水灾害是我国主要自然灾害之一。洪水灾害不仅造成很大经济损失,也威胁到人民生命安全,影响社会安定和经济发展。因此,防洪减灾是关系国计民生的一件大事。
防御洪水应釆取工程与非工程相结合的综合性措施。在较大或特大洪水情况下,为确保重点,还应当按照“牺牲局部、保护全局”的原则,适时地釆取蓄洪、滞洪措施,尽量减少淹没损失。同时,要对作出牺牲地区的人民生命财产安全和恢复生活、生产等方面进行妥善的安排。
蓄滞洪区主要指河堤外洪水临时贮存的低洼地区及湖泊等,其中多数历史上就是江河洪水淹没和调蓄的场所,由于人口增长、蓄洪垦殖,逐渐开发利用成为蓄滞洪区。我国六大江河流域蓄滞洪区基本情况见表1。
蓄滞洪区是我国实行综合性防洪措施的重要组成部分,在历次防洪斗争中对保障广大地区的安全和国民经济建设发挥了十分重要的作用。规划的94处蓄滞洪区1950年~2004年运用情况见表2。
减轻蓄滞洪区由于蓄滞洪水所造成的损失要靠多方面的努力,其中包括蓄滞洪前期的人员与物资转移,各项工程设施的妥善处置,蓄滞洪期间人员的生活与医疗安排,退洪后的一系列善后工作和生活、生产的恢复等。
随着我国江河流域防洪标准的提高,平原洪水造成的人员伤亡相对减少,除了江河流域性大洪水的特殊年份外,一般年份,我国的洪涝灾害则主要表现为山洪灾害,即山区乡村的洪水灾害,我国山区洪水造成的人员伤亡和经济损失呈逐年增加趋势。为了减轻洪泛区建筑的洪水破坏,保障人员生命安全,减少经济损失,是本次修订增加洪泛区建筑抗洪设计的主要缘由。
本标准为洪泛区和蓄滞洪区建筑工程规划和避洪房屋及其他建(构)筑物的抗洪设计提供方法和依据,统一蓄滞洪区和洪泛区建筑工程技术要求,以期减轻洪水对建筑工程的破坏,并在洪水期间给人民提供必要的避洪场所,减少人员伤亡和经济损失,同时有利于蓄滞洪区蓄、滞洪计划的实施。
1.0.2 本标准适用于下列地区的砖、石砌体房屋,钢筋混凝土框架房屋和单层空旷房屋的建筑工程规划、设计和施工:
1 建筑设计水流速度不大于3.3m/s,建筑淹没水深不大于2.5m的洪泛区;
2 建筑设计水深不大于8m、平均风速不大于22.6m/s的蓄滞洪区。
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1.0.2 本标准适用于下列地区的砖、石砌体房屋,钢筋混凝土框架房屋和单层空旷房屋的建筑工程规划、设计和施工。
1 对于洪泛区,通过对几十条河流坡降调查,我国山区河流地形坡度一般在0.001~0.010之间,平均坡度为0.005。为了简化计算,将洪水期间村镇范围长度的河段视为明渠均匀流,明渠均匀流的坡度取0.001~0.010之间,由明渠均匀流计算公式(谢才公式)计算主流区的水流速度。
洪水时,当洪水水面宽取500m,主流区水深取3m,粗糙系数取0.03时,计算表明,坡度在0.001~0.010之间对应的河床主流区的水流速度在2.18m/s~6.88m/s之间(详见附录E)。
当河床坡度取平均值0.005,主流区水深取3m,粗糙系数取0.03时,水面宽度取500m和100m计算的主流区水流速度分别为4.86m/s和4.72m/s,相差0.14m/s(3%)。可见水面宽度对主流区的水流速度影响不大。
将洪泛区建筑设计水流速度3.3m/s和建筑淹没水深2.5m作为限值主要考虑下列因素:
1)由于水流层之间有黏滞效应,水流速度沿河床的竖向和水平向的分布是不同的,主流区流速大,河床边缘与水底处流速为0。研究表明,河床边缘附近水流速度大体为主流区流速的1/2~1/3。由于洪水时房屋大多处于河床边缘附近,水流速度取0.01坡度下主流区流速6.88m/s的近似1/2,即3.3m/s。
2)英国学者克劳森(Clausen)根据1864年发生在英国谢菲尔德的戴尔戴克水库(Dale Dyke Dam)溃坝事件的经验数据,提出了当水体流速小于2m/s,且水深与流速乘积小于3m2/s时,建筑只发生轻微损伤;当流速大于2m/s,水深与流速乘积小于7m2/s时,建筑发生部分损伤;当流速大于2m/s,且水深与流速乘积大于7m2/s时,建筑完全损坏。
美国陆军工程部队(United States Army Corps of Engineers)系统研究了洪水水深和流速与建筑损伤之间的关系,按水深将洪水淹没分为浅淹没(淹没水深小于0.9m)、中等淹没(淹没水深大于0.9m且小于1.8m)和深淹没(淹没水深大于1.8m),且认为在中等淹没和深淹没时,大部分建筑都会倒塌破坏;按流速将洪水分为慢速(流速小于1.5m/s)、中速(流速大于1.5m/s且小于3m/s)和高速(流速大于3m/s)洪水,且认为慢速洪水作用下,只考虑静水荷载作用,中速洪水作用下,可将动水荷载转换为等效静水荷载进行考虑,高速洪水作用下,则必须考虑动水荷载作用。
本标准建筑设计流速3.3m/s和建筑淹没水深2.5m的乘积为8.25m2/s,半透空式房屋通过釆取混凝土抗洪柱、圈梁、高强度砌筑砂浆以及开洞率要求等抗洪措施,计算表明可以达到预期的防御目标。
3)蓄滞洪区9级风(平均风速22.6m/s)的情况下,作用在房屋墙面上的波浪动水压力最大可达到10kN/m2。水流速度3.3m/s作用在房屋墙面上的水流压力也达到10kN/m2。为了方便房屋的设计与施工,两者取相同值。同时,洪泛区建筑淹没水深取2.5m,主要是考虑到有不少单层坡屋顶房屋,淹没水深超过屋檐后,屋盖的阻水影响快速增大,水流荷载对屋盖和房屋整体作用也随之快速增大,一般的抗洪措施将难以达到预期的防御目标。
因此,本标准确定洪泛区建筑设计水流速度不大于3.3m/s,建筑淹没水深不大于2.5m为限值。
2 据统计,蓄滞洪区的淹没水深绝大多数不超过7.5m,最深者可达8m,如洞庭湖地区和荆江分洪地区的少量地段。表3给出了黄河流域和淮河流域各蓄滞洪区的蓄滞洪淹没水深及其对应的面积。由表3可知,黄河流域蓄滞洪区面积2943平方公里,其中水深在2.5m以下的占42.4%,水深2.5m~7.5m者占57.6%;淮河流域蓄滞洪区面积2697.2平方公里,其中水深在2.5m以下者占44.5%,水深在2.5m~7.5m之间者占55.5%。据此,本标准确定建筑设计水深不大于8m、平均风速不大于22.6m/s(9级风的平均风速)的蓄滞洪区。
本条中的建筑系指可用于避洪的房屋建筑,主要涉及安全层以下浸泡于水中部分和波浪所及部分的抗洪设计;对于邻近水面的安全层,在设计标高和建筑构造方面也有一些规定。
1.0.3 按本标准进行抗洪设计的建筑,洪泛区建筑当处于建筑淹没水深、遭受设计流速水流荷载的作用时,蓄滞洪区建筑当处于建筑设计水深、遭受设计风浪荷载作用时,其防御目标是:
1 主体结构不受损坏;
2 半透空式房屋不需修理或稍加修理可继续使用;
3 透空式房屋需要修复可能损坏的围护墙体及其相关部件。
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1.0.3 本条提出了按本标准进行抗洪设计建筑的抗洪防御目标。
经抗洪设计与施工的建筑,无论是处于蓄滞洪区还是处在洪泛区,其主体结构和安全层都不能遭受损坏。①透空式房屋采用钢筋混凝土框架结构,采取弱连接的围护墙体在波浪或水流荷载作用下会自行垮塌,余下的是透空的钢筋混凝土框架,此时作用在框架梁、柱上的波浪或水流荷载很小,一般不会影响框架结构的安全。②半透空式房屋通过采取钢筋混凝土抗洪柱、圈梁、高强度砌筑砂浆以及开洞率要求等抗洪措施,对波浪或水流荷载进行抵抗与疏导相结合的建筑抗洪模式,计算表明可以达到预期的防御目标。对运用过的湖南省洞庭湖地区的常德市围堤湖垸、共双茶垸,益阳市民主垸现场调查表明,按国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93设计建造半透空式房屋,在蓄滞洪期间表现出良好的抗洪性能,没有发现较严重的破坏现象。
半透空式房屋不需修理或稍加修理可继续使用,稍加修理主要指半透空式房屋淹没部分的门窗以及室内外装饰层等可能遭受洪水或漂浮物撞击损坏,退洪后使用前需要进行简单修理。
透空式房屋需要修复可能损坏的围护墙体及其相关部件,主要指与主体结构釆取弱连接的围护墙体及其相关的门窗、室内外装饰层等。退洪后使用前需要进行较大规模的修理,若围护墙倒塌,需要重砌围护墙、安装门窗、室内外装饰层施工等。其维修的工作量较半透空式房屋要大很多。
1.0.4 洪泛区和蓄滞洪区建筑工程的规划、设计和施工,除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
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1.0.4 建筑抗洪设计是在正常设计基础上,针对洪泛区水流荷载或蓄滞洪区洪水风浪荷载的一种验算性和补充性设计。因此,按本标准设计建造的各类建筑,除应符合本标准的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语和符号
2.1 术语
2.1 术 语
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《中华人民共和国防洪法》第二十九条规定:
防洪区是指洪水泛滥可能淹及的地区,分为洪泛区、蓄滞洪区和防洪保护区。
洪泛区是指尚无工程设施保护的洪水泛滥所及的地区。
蓄滞洪区是指包括分洪口在内的河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区及湖泊等。
防洪保护区是指在防洪标准内受防洪工程设施保护的地区。
洪泛区、蓄滞洪区和防洪保护区的范围,在防洪规划或者防御洪水方案中划定,并报请省级以上人民政府按照国务院规定的权限批准后予以公告。
本章明确了洪泛区、蓄滞洪区和防洪保护区三者的含义和区别。本次修订使本标准包含了洪泛区建筑的抗洪设计,增加了洪泛区的相关术语,如河道主流区、孤立房屋、孤立墙体、导流墙等。
为了使洪泛区与蓄滞洪区的术语相协调,将国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93中的“抗浪柱”改为“抗洪柱”,以便于蓄滞洪区和洪泛区建筑抗洪统一要求。
2.1.1 洪泛区 flood plains
指尚无工程设施保护的洪水泛滥所及的地区。
2.1.2 蓄滞洪区 flood detention areas
指包括分洪口在内的河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区及湖泊等。
2.1.3 蓄滞洪设计水位 design water level of flood detention areas
经水行政主管部门批准的防洪规划所确定的蓄滞洪区运用水位。
2.1.4 建筑淹没水深 inundated depth of buildings
蓄滞洪设计水位与建筑室外地坪高程之差。
2.1.5 风增减水高 water level fluctuation caused by wind
建筑所在地风增减水位与蓄滞洪设计水位之差。
2.1.6 建筑设计水深 design depth of buildings
建筑淹没水深与风增减水高度之和。
2.1.7 建筑设计水流速度 design water flow velocity
用于计算作用在洪泛区建筑上水流荷载的水流流速。
2.1.8 蓄滞洪期间 flood-storage period
蓄滞洪区在每年汛期内可能用以蓄滞洪水的时段。
2.1.9 波浪要素 wave element
表示波浪形态和运动特征的物理量,一般指波高、波长、波浪周期和波向等。
2.1.10 安全层 security floor
避洪房屋中位于蓄滞洪设计水位或洪泛区淹没水深以上、在洪水期间作为人员避洪和重要物品堆放场所的楼层或屋盖。安全层可为单层或多层,最靠近静水面的那一层又称为近水面安全层。
2.1.11 透空式房屋 permeable buildings
无围护墙或在波浪作用下围护墙易垮掉的框架、排架房屋,波浪透过后,波高、波长、波浪周期基本不变;水流透过这类房屋后,流速基本不变。
2.1.12 半透空式房屋 half-permeable buildings
迎浪面、背浪面外墙及内墙上的门窗洞口,前后大体对齐且前后各道墙的开洞率大体相等,波浪或水流可部分通过的房屋。
2.1.13 孤立房屋 isolated buildings
与房屋迎浪面或迎流面前方半透空式房屋的间距大于2倍前方房屋迎浪面或迎流面水平尺寸的房屋。
2.1.14 孤立墙体 isolated wall
指两洞口之间的墙体,并且该墙体无与之相连接的垂直墙体;当有垂直墙体相连接时,称为非孤立墙体。
2.1.15 抗洪柱 anti-flood column
设置于砖、石砌体避洪房屋安全层以下的墙体内,与墙体共同承受波浪水平荷载或水流荷载的钢筋混凝土柱。
2.1.16 河道主流区 main flow region
非洪水期间河道两岸之间宽度内的区域。
2.1.17 导流墙 guide wall
在洪泛区村镇段河流上游的村口处设置的,能将洪水冲击水流疏导至河道主流区的墙段。
2.2 符号
2.2.1 作用和作用效应
CG——永久荷载效应系数;
CW——风荷载效应系数;
Cwa——波浪或水流荷载效应系数;
CS——安全层楼面可变荷载效应系数;
CL——安全层以下楼面可变荷载效应系数;
Cws——静水压力荷载效应系数;
CBC——救生船只系揽力荷载效应系数;
CBP——救生船只挤靠力荷载效应系数;
Fwk——水流荷载标准值;
Gk——永久荷载标准值;
Lsk——安全层楼面可变荷载标准值;
Lk——安全层以下楼面可变荷载标准值;
Qwa——波浪荷载;
Qwa·k——波浪荷载或水流荷载标准值;
Qws·k——静水压力标准值;
QBC·k、QBP·k——分别为救生船只系缆力和挤靠力标准值;
q——波浪分布荷载;
S——水流、波浪荷载作用效应的基本组合;
Wk——风荷载标准值。
2.2.2 材料性能和抗力
fV——墙体的抗剪强度设计值;
f——墙体的抗压强度设计值;
R——结构构件承载力设计值。
2.2.3 几何参数
a、b——杆件截面尺寸;
D——杆件截面直径;
d——建筑设计水深;
d0——蓄滞洪计算水深;
df——建筑淹没水深;
ds——风增减水高度;
hmax——波峰在静水面以上的高度;
hs——近水面安全层楼、屋盖板底面的设计高度;
H——计算波高;
Hm——平均波高;
lwa——波长;
lm·wa——平均波长;
lW——风区长度。
2.2.4 计算系数
Kw——水流阻力综合影响系数;
γG——永久荷载分项系数;
γW——风荷载分项系数;
γwa——波浪荷载或水流荷载分项系数;
γS、γL——分别为安全层楼面和安全层以下楼面可变荷载分项系数;
ψS、ψL——分别为安全层楼面和安全层以下楼面可变荷载组合值系数。
2.2.5 其他
T——波浪周期;
Tm——波浪平均周期;
TW——计算风速重现期;
Tl——蓄滞洪区两次运用间隔时间;
V——水流设计流速;
Vh、Vv——水质点的水平和竖向运动速度;
υ——主流区水流速度;
VW——计算风速;
γ——水的重度。
3基本规定
3.1 一般规定
3.1.1 建筑结构设计应根据建筑在洪水期间对抗洪减灾的重要性和结构破坏可能产生危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等后果的严重性,采用不同的抗洪安全等级。建筑抗洪安全等级应按表3.1.1确定。
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3.1.1 结构的安全等级系指在某种使用状态下使用功能的可靠度。就蓄滞洪区和洪泛区的避洪安全房屋来说,其可靠度是指洪水期间在设计风浪或设计水流荷载作用下,房屋结构完成预定抗洪功能的概率。
抗洪安全等级一级建筑是指那些关系到抗洪救灾全局的指挥机构或避洪人员众多的公共房屋建筑,以及其他重要厂房和设施,用于避洪救灾的学校、医院、档案馆及贵重材料库等。此类建筑在抗洪设计计算和结构抗洪构造方面要求严格,以保证在遇到设计洪水和风浪荷载作用时,在维持使用功能方面有较大的可靠度,如指挥、通信不中断,医院具备抢救危重病人的条件等。抗洪安全等级二级的建筑指一般性抗洪减灾建筑,洪水期间能维持一定的使用功能,如居民避洪房屋等,洪水期间人员能避洪、能堆放维持生活的必需品及重要财产。
对于导流墙和挡土墙,应防止洪水期间失稳倒塌。
3.1.2 蓄滞洪区建筑设计水深应符合国家对蓄滞洪区运用水位的有关规定;蓄滞洪区建筑抗洪设计和波浪荷载计算所依据的建筑设计水深,应取建筑淹没水深及与其相对应的风增水高之和。
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3.1.2 蓄滞洪区设计水位,应按省级及以上水行政主管部门审批或颁发的文件所规定的标准执行。
风沿蓄滞洪区某一方向吹过时,在背风岸水域,水位降低;在迎风岸水域,水位增高;从而形成稳定状态的水面线,即风增减水现象。这种现象将使位于迎风岸水域中的建筑加大淹没水深,同时增加波浪荷载,处在背风岸水域中的建筑,由于水深减小,风区长度短,风浪不大,有利于建筑抗洪。
因此,蓄滞洪区建筑抗洪设计和波浪荷载计算所依据的建筑设计水深,应计及风增水高的影响,建筑设计水深取建筑淹没水深及与其相对应位置处的风增水高两者之和。对处于背风岸水域中的建筑抗洪设计,由于对建筑抗洪有利,则不计及风减水的情况。
3.1.3 建筑结构类型和体系,应根据建筑抗洪安全等级、建筑设计水深、设计水流速度、洪水频度、地基、建筑材料等因素,经技术经济比较确定。
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3.1.3 建筑结构选型,可根据建筑抗洪安全等级、建筑设计水深、设计水流速度、洪水频度,在下列结构类型中选取:钢筋混凝土框架结构、底层钢筋混凝土框架的砖砌体结构、砖(石)砌体结构及其他耐水材料承重结构。
抗洪安全等级一级的建筑以釆用钢筋混凝土框架结构为主,框架结构宜设计为透空式房屋。在建筑设计水深不大于2.5m的地区,可选取底层为钢筋混凝土框架的砖砌体房屋,透空式房屋框架梁、柱与砖砌体应采用弱连接砌筑。当风浪不大且蓄滞洪区运用机遇不多,或水流速度较小时,也可采用砖砌体房屋,按半透空式房屋设计,半透空式房屋抗洪柱与砖砌体应嵌砌牢固。
抗洪安全等级二级的建筑,宜釆用砖、料石砌体结构,设计为半透空式房屋,不宜采用毛石承重墙体建筑作为避洪房屋;对于水深浪大、运用机遇较多的蓄滞洪区,宜选用钢筋混凝土框架结构房屋。
3.1.4 洪水荷载和其他荷载的组合应符合下列规定:
1 洪泛区建筑结构抗洪设计,应计算洪水水流荷载、风荷载、静水压力、浮托力及救生船只等产生的挤靠力等;
2 蓄滞洪区建筑结构抗洪设计,应计算蓄滞洪时洪水进入、停留和退岀阶段可能产生的波浪荷载、风荷载、静水压力、浮托力及救生船只等产生的挤靠力等;
3 对可能同时作用在建筑上的各种荷载,应按最不利情况的荷载效应组合;
4 对同一建筑的结构构件计算和整体验算,应按各自的最不利荷载情况分别进行组合。
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3.1.4 本条给出了应考虑的洪水荷载及荷载组合原则:
1 对于洪泛区,洪水从开始到退去只有两个阶段,由于洪泛区建筑淹没水深较浅,危险阶段主要在最高淹没水位阶段。
2 对于蓄滞洪区,应考虑洪水进入、停留和退出三个阶段可能产生的各种荷载以及各荷载不利组合的可能性。在三个阶段中,每个阶段都有遇大风的可能。一般而言,洪水停留阶段的水位最高,时间最长,遇大风的机会最多;但对水下楼板最不利的水位却不一定是最高水位。
计算表明,在蓄滞洪计算水深1~10m、风速10m/s~25m/s的范围内,不会产生破碎波;超出上述水深与风速范围所产生的破碎波,又不是波浪荷载的控制因素,不会造成严重威胁,因此,就蓄滞洪区的具体情况而言,在建筑抗洪设计中可不计破碎波的作用。
3 关于洪水作用与地震作用的组合。
蓄滞洪区的设计风浪按50年一遇计算。而灾害性的地震作用在基准期50年内发生的超越概率仅为10%,即475年一遇。因此,蓄滞洪期间大风天气与灾害性地震相遇的概率极小,故不考虑二者的组合。同理,洪泛区洪水历时短,也不考虑水流荷载与地震荷载二者的组合。
3.1.5 建筑结构设计应根据洪水期间结构材料、装饰材料物理和力学性能等变化,以及退洪后结构自重增加和地基承载力降低等不利情况确定,选择适宜的结构体系、基础形式和构造措施,在建筑受到水浸泡后,应保证其稳定性和使用功能。
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3.1.5 试验结果表明,浸泡于水中30d后烧结普通砖砌体的抗剪强度标准值下降15%。蓄滞洪期间,安全层以下的承重砖砌体浸泡于水中,加之由于水中结构自重减轻和波浪上托力的作用,结构竖向压力减小而导致砌体抗剪强度进一步降低,因此验算在风浪作用下结构整体抗剪强度和局部砌体的抗剪强度显得十分必要。同时,蓄滞洪期间房屋自重的减轻对其整体稳定性也带来不利影响。
退洪后,结构材料处于饱和状态,烧结普通砖砌体的吸水率平均为18%;室内其他物品由于吸取大量水分,重量也大大增加。因此,结构的实际重量将比蓄滞洪前增加许多,而地基承载力由于洪水浸泡,又比蓄滞洪前有所下降,故应验算退洪后地基在轴向荷载和偏心荷载作用下的承载力。
3.1.6 建筑抗洪设计除应按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003、《建筑地基基础设计规范》GB 50007、《建筑结构荷载规范》GB 50009、《混凝土结构设计规范》GB 50010等有关建筑结构标准进行设计外,尚应符合下列规定:
1 近水面安全层及以下各层砖砌承重墙体应釆用烧结普通砖水泥砂浆实心砌筑,砖强度等级不应小于MU10;
2 砖、石墙体的砌筑砂浆强度等级,近水面安全层及以下各层不应小于M10,近水面安全层以上各层不应小于M5;
3 严禁使用生土墙和空斗墙作为承重墙体。
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3.1.6 建筑抗洪设计是在正常设计基础上,针对蓄滞洪区洪水、风浪荷载或洪泛区水流荷载的一种验算性和补充性设计,所以除应按国家现行有关建筑结构设计标准进行设计外,还应符合抗洪规定。
生土材料遇水即软化。1991年夏,安徽省六安地区遭受洪水灾害,大量生土墙体房屋经水浸泡2h~4h后,即失去承载力而倒塌。因此,抗洪房屋的承重结构严禁使用生土材料砌筑。
砖砌空斗墙体抗剪承载能力仅有相同厚度实心墙体的1/2左右,抗剪能力差,且退洪后墙体内长期滞留水分,不宜作为抗洪房屋的承重墙体。
3.2 建筑工程规划
3.2.1 洪泛区和蓄滞洪区建筑工程规划的范围、规模、性质及防洪目标,应符合洪泛区和蓄滞洪区的管理规定。
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3.2.1 建筑工程规划作为总体规划的组成部分,是一个专业规划,其范围、规模、性质及防洪目标,应与当地总体规划一致,在建筑工程抗洪规划和抗洪设计方面提出具体规定和要求。
3.2.2 洪泛区建设用地,应符合洪泛区防洪规划规定,保障行洪功能;蓄滞洪区建设用地,应符合蓄滞洪区防洪规划规定,保障蓄滞洪功能;应合理利用土地。
3.2.3 建筑工程规划应根据洪泛区或蓄滞洪区安全建设与管理的要求、所在地理位置、规划面积、地形地貌、设计水深、设计流速、人口密度以及社会经济、工业发展等因素制订、修订。
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3.2.2、3.2.3 这两条指出洪泛区和蓄滞洪区制定建筑工程规划应考虑的主要因素以及在洪泛区和蓄滞洪区进行安全建设时,选择建设场地应遵循的原则。
3.2.4 建筑场地应选择距撤退道路较近、地势较高、较平坦、场地土质较好且易于排水的地段;蓄滞洪区建筑场地尚应避开蓄滞洪期间漂浮物易于集结的区域,严禁在分洪和退洪口门附近及主流区域规划建筑工程。
3.2.5 新建永久性公共建筑应具有避洪功能;既有的公共建筑及工业建筑,经鉴定满足抗洪设计要求时,可作为避洪建筑,并宜根据躲避洪水的人数增设集体避洪空间。
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3.2.5 在蓄滞洪区和洪泛区,除了各户有自己的避洪安全场所外,每个人口集中的片区或村镇还应建设一定比例的抗洪能力强的公共建筑,如机关、学校、医院、影剧院以及工业用房等,供指挥联络机构和必要的物资储备、医疗、救助等使用。在遇有超过设计标准的风浪或水流荷载,部分居民避洪房屋遭到破坏时,可供应急之用。
除了规定新建的公共建筑必须具备抗洪救灾能力外,现有的公共建筑及工业建筑,经鉴定符合抗洪规定或经适当改造符合抗洪规定时,可用于躲避洪水,以减少新建避洪建筑,节约资金和用地。
3.2.6 避洪场所可根据淹没水深、人口密度、蓄滞洪概率等条件,通过经济技术比较,选用避洪房屋、安全区、安全台和避水台等。不得破坏当地已有的高岗、高地、旧堤等临时避洪场所。安全区、安全台和避水台的设计,应符合现行国家标准《蓄滞洪区设计规范》GB 50773的规定。
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3.2.6 避洪场所,可根据洪水淹没深度、洪水频度、地形地貌等条件以及习惯避洪做法,因地制宜地选用避洪房屋、安全区、安全台和避水台等多种形式。
洪泛区或蓄滞洪区,应有计划地指导农民修建避洪房屋,供洪水期间人员避洪和堆放重要财产及生活必需品。
现行国家标准《蓄滞洪区设计规范》GB 50773对安全区、安全台和避水台的设计有详细的规定,故本标准此次修订删除了安全区、安全台和避水台的设计内容。
3.2.7 房屋外形、相邻间距的布置,应根据水流、波浪的作用和救生船只通行等因素,进行综合比较确定。
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3.2.7 房屋走向布置宜与主要水流、风浪的方向一致,避免水流、风浪直接正面袭击。房屋前后间距不宜过小,以利于水流和救生船只通过,减轻水流与波浪荷载作用。
3.2.8 蓄滞洪区村镇上风向宜种植防风浪林带;洪泛区在不影响行洪的前提下,建筑群体中宜种植高杆树木。
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3.2.8 根据蓄滞洪区和洪泛区的调查经验,蓄滞洪区村镇上风向种植防风浪林带,能有效地起到削弱风浪和阻挡漂浮物的作用,防风浪林带高度和宽度取决于蓄滞洪水深和风浪的大小。洪泛区在不影响行洪的条件下,宜在建筑群体中种植高杆树木,紧急情况下可用于应急避洪。房前屋后的高杆树木可布置成井字形或品字形,供搭架子临时就近避洪和防风浪。
3.2.9 安全层设置应遵循平时使用与避洪运用相结合的原则,安全层的人均设计面积应根据洪水期长短和当地经济情况确定。
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3.2.9 安全层系指高度在蓄滞洪设计水位以上,在洪水期间供避洪用的楼层或屋盖。避洪安全层可为单层,亦可为多层。
按本标准设计的企事业单位职工宿舍楼,蓄滞洪设计水位以上的楼层,平时作为居住层,洪水期间可作为安全层使用。
农户相互组合起来建造的避洪房屋,通常把顶层(屋盖)作为专供抗洪避水用的安全层。
作为在洪水期间人员避难及堆放重要物品的场所,安全层的人均设计面积应视洪水期间长短、当地经济情况而定。
3.2.10 供电、供水、通信等系统的关键部位或设施,医院、粮库等生命线系统以及中小学校、幼儿园、养老院等弱势群体建筑,应设置在避洪安全地带或场所;并应保障生命线系统在洪水期间正常运转和使用。
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3.2.10 供水系统的关键设施或部位主要指水厂,供电系统的关键设施或部位主要指变电站,通信系统的关键设施或部位主要指微波机、交换机、计算机等电子电器设备,水厂、变电站和通信设备造价高,水淹后将报废,经济损失大,灾后回复难度大、时间长。医院、粮库等生命线系统不能淹水,应设置在避洪安全场所。这些生命线系统应保证在洪水期间正常运转和使用。
中小学、幼儿园、养老院等弱势群体没有自救、互救或逃生能力,也应设置在避洪安全场所。避洪安全场所泛指安全区、安全台、避洪建筑等。
3.2.11 集体避洪场所应设置饮用水、照明、通信、广播电视、医疗、卫生防疫等设施。
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3.2.11 在洪水期间,应根据集体避洪场所的规模和需要,设置照明、通信、医疗、卫生防疫、粪便处理等设施;同时应设有饮用水的供应设施,如自来水、人工压杆水井或其他能使水过滤消毒的设施。有供水管网的地区,自来水应引到避洪建筑的安全层。
3.2.12 洪泛区河道两侧的村镇,为防止洪水水流直接冲击到房屋,应在村镇段河流上游的村头处设置导流墙,将水流疏导至河流的主流区。
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3.2.12 房屋洪水灾害表明,遭受山洪直接冲击的房屋基本处于倒塌破坏。试验显示,洪水在房屋墙面上的冲击荷载可达到16kN/m2,一般房屋不能承受这样大的冲击荷载。调查表明,位于洪泛区河道两侧的村镇,当洪水水流能直接冲击到房屋时,在村镇段河流上游的村口处设置导流墙(图1),将水流疏导至河流的主流区,是保护房屋免受洪水冲击破坏的有效措施。
《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准[附条文说明]》GB/T 50181-20183.3 建筑设计
3.3.1 建筑体型应简单规则,单体建筑的长宽比不宜大于3。
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3.3.1 在满足使用要求的前提下,建筑体型应力求简单。简单的建筑体型有利于减小波浪或水流荷载作用、减轻地基不均匀沉降,同时便于结构处理,有利于房屋抗洪。
蓄滞洪区的设计波浪长度一般不超过40m,为减轻风浪对建筑的作用,建筑长度不宜超过0.9倍波长。长宽比的限制是为了提高房屋沿长度方向的整体刚度,以抗御风浪作用。
3.3.2 室内地面高出室外地面不应小于0.45m。在洪水含泥沙量大的村镇地区,室内地面设计标高可根据情况适当抬高,清淤后的室内地面不应低于室外地面。
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3.3.2 洪水退去之后需要清淤,首先是室内地面。对于一般乡镇,特别是广大农村的道路、庭院和土地,洪水退后遗留下来的一层泥砂,难以一一清除。经过几次洪水后,将使室外地面逐渐抬高,而清淤后的室内地面,相对来说则逐渐降低。
为避免上述情况的岀现,对于洪水中泥砂含量多的地区,可根据洪水机遇的多少及一次洪水带来的泥砂淤积量,确定在房屋使用寿命期间可能产生的泥砂淤积厚度,以作为室内地面或房屋底层标高的设计依据,该条是针对不进行室外清淤的广大村镇而设的。
3.3.3 蓄滞洪区近水面安全层楼、屋盖板底面的设计高度,可根据波峰在静水面以上的高度、风增水高和建筑淹没水深确定,并应符合下列规定:
1 波峰在静水面以上的高度(图3.3.3)可根据计算波高和建筑设计水深确定,计算波高和建筑设计水深的取值应按本标准附录A确定;
2 近水面安全层楼、屋盖板底面的设计高度应按下列公式验算:
hs≥df+ds+hmax+0.5 (3.3.3-1)
ds+hmax+0.5≥1.0 (3.3.3-2)
式中:hs——近水面安全层楼、屋盖板底面设计高度(m);
df——建筑淹没水深(m);
ds——风增减水高度(m);
hmax——波峰在静水面以上的高度(m)。
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3.3.3 蓄滞洪区近水面安全层楼面高度的确定原则是,既要避开波浪的上托与下冲荷载,又不过高,以达到安全、经济的设计目标。式(3.3.3-1)、式(3.3.3-2)中的0.5m为近水面安全层楼板底面在波峰面以上的安全超高。
在迎风岸水域,风增水使水位提高。在确定近水面安全层楼板高度时,风增水高的影响不可忽略。
位于背风岸水域中的建筑,风减水降低淹没深度,减小水面与水下近水面楼板之间距。这虽将产生波浪加重对水下近水面楼板破坏作用的不利影响,但由于背风岸水域浪高相对较小,可不考虑波浪对水下近水面楼板作用的不利影响。
波浪荷载强度在设计水位处最大,水下楼面的设计高度应尽可能远离设计水位,以减轻波浪下冲力和上托力的作用。蓄滞洪水位确定后,可通过变动室内地面和楼层高度的方法来调整水下楼板标高,使之符合本条第2款的规定。
3.3.4 蓄滞洪区水下楼板抗洪设计应符合下列规定:
1 水下楼板距室外地坪高度与建筑设计水深之差不宜小于计算波高的1/2,计算波高可按本标准附录A确定;
2 当不能满足本条第1款的规定或实际运行的蓄滞洪水位不确定时,应根据波浪上托力与下冲力对楼板的作用进行设计,波浪对楼板的上托力与下冲力可按本标准附录B确定。
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3.3.4 静水面附近的波浪下冲力和上托力很大,往往使按常规设计的楼板难以承受。
蓄滞洪实际运用水位不定,达不到蓄滞洪设计水位或不能通过其他方法,例如变动室内地面标高和调整楼层高度等,使水下楼板标高符合本条第1款的规定时,则应采取结构构造措施。
在我国南方,有些蓄滞洪区的钢筋混凝土框架避洪房屋,其围护墙和楼板采取了易为洪水波浪破坏的构造措施。当蓄滞洪水时,在小于设计风浪荷载的作用下,房屋水下部分即成为便于风浪透过的空框架,保证了房屋主体结构安全和安全楼层的使用功能。仿此,对处于静水面附近的楼板,可采取局部活动式的做法,在蓄滞洪期间借助波浪力形成楼板孔洞,以减轻波浪对楼板的破坏作用。
局部活动式楼板,是在楼板内设置一部分与其支承构件及相邻板之间连接构造相对薄弱的预制板。这部分预制板在波浪作用达到预计的最大值之前,即被波浪上托力冲离原位,形成楼板孔洞,使部分波浪透过,从而避免波浪对楼板造成结构性的破坏。
此外,安全层以下作为悬臂板的阳台板和雨篷板,在波浪竖向分量作用下,将产生较大的弯矩,这不仅对悬臂板本身,而且对与之连接的承重结构,特别是承重墙体都将构成威胁。因此,应釆取适当措施,如活动式阳台板、活动式雨篷板或减小板的悬挑长度等来减轻波浪破坏作用。
图2为局部活动式楼板(图2a)和活动式阳台板、雨篷板(图2b)的做法示意。图中支撑部分与活动板部分之间应设置隔离材料,以便于在波浪作用下二者易于脱离;b为洞口之间墙体宽度。
3.3.5 用作人员避洪的房屋,应设置通至近水面安全层的室外安全楼梯,并应符合下列规定:
1 抗洪安全等级一级的房屋,安全楼梯宽度不应小于1.2m;
2 抗洪安全等级二级的房屋,可采用简易室外安全楼梯或钢爬梯;
3 避洪房屋应考虑船只的停靠作用,停靠船只排水量不宜大于3t;
4 在室外楼梯处宜设置两个系缆栓柱,每个系缆栓柱的系缆力可按4kN计算,挤靠力不宜大于4kN/m;
5 当设有防止船只撞击的保护措施时,可不考虑船只的撞击作用。
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3.3.5 该条规定蓄滞洪区和洪泛区的避洪房屋都应设置室外楼梯。洪水期间,室内楼梯已无法使用,需要使用室外楼梯出入安全楼层或供救生船只停靠。室外楼梯宽度由使用该楼梯的人数确定。
1 抗洪安全等级一级的房屋多用于抗洪减灾起关键作用的公共建筑或集体避洪建筑等,建筑内人员多,流动频繁,故规定安全楼梯宽度不应小于1.2m。
2 抗洪安全等级二级的房屋,大多为一般性的民宅,人员较少,可采用简易室外安全楼梯或钢爬梯。
3 洪水期间,避洪房屋常需船只用以救生和运送物资,在室外楼梯设计时应考虑风浪天气船只停靠产生的各种作用。要求排水量不大于3t的船只停靠避洪建筑。
4 船只停靠室外楼梯的作用有两种,一种为船只通过系船缆作用的系缆力,另一种为船只直接作用产生的挤靠力和撞击力,这些作用随船只体形和吨位的增加而增大。
经粗略计算可知,对于排水量不大于3t的船只,宜在室外楼梯处设置两个系船缆柱,每个缆柱的系缆力可按4kN计算,挤靠力不超过4kN/m。
5 撞击力指船只在停靠时对建筑的撞击作用。排水量不大于3t的船只,可通过设置船只防撞击保护层及在停靠时通过操作的方法减小或避免撞击力,或使撞击力大大低于挤靠力。
3.3.6 建筑门窗洞口设计应利于洪水水流或波浪的通过,并应符合安全层以下墙体开洞率的规定。
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3.3.6 建筑设计时,应尽可能使房屋前后墙的门窗洞口大体对齐,有利于洪水水流或波浪较快地通过,使室内外水压尽快平衡以减少静水压力和波浪、水流荷载对建筑的作用效应。符合安全层以下墙体开洞率的规定,是为了使建筑所受洪水水流荷载或波浪荷载控制在合理范围内。
3.3.7 有供水管网时,供水管应延伸至安全层;无供水管网时,应采取其他供水措施。
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3.3.7 洪水期间,流经地面的水中有粪便、死亡腐败的动物尸体等,导致水体被细菌、病毒等微生物污染,不能饮用。对有供水管网的地区,自来水管可引到避洪建筑的安全层;无供水管网的地区,可釆用船只运送等措施。
3.3.8 近水面安全层宜设有防止蛇、鼠及其他害虫上爬的设施,避洪房屋上应设置避雷装置。
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3.3.8 洪水期间,蛇、鼠等各种小动物为活命会爬向安全楼层,危及避洪人员安全,在近水面安全层设置防止小动物上爬的设施完全有必要。
3.4 结构计算
3.4.1 蓄滞洪区与洪泛区建筑的抗洪设计,应对洪水期间的结构承载力和结构整体稳定性以及退洪后的地基承载力进行验算,并应符合下列规定:
1 蓄滞洪区结构验算时,应在房屋的两个主轴方向分别计算与该方向对应的风浪作用;结构整体验算时,各方向的风浪作用,应全部由该方向的抗侧力构件承担;
2 洪泛区结构验算时,应沿与房屋的迎流面垂直方向计算与该方向对应的水流作用;结构整体验算时,迎流面方向水流荷载应全部由该方向的抗侧力构件承担。
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3.4.1 本条针对蓄滞洪区和洪泛区建筑抗洪设计,提出了应对洪水期间的结构承载力和结构整体稳定性以及退洪后的地基承载力进行验算的规定。
3.4.2 结构设计应釆用以概率理论为基础的极限状态方法,并应符合下列规定:
1 对于承载力极限状态,应釆用荷载效应基本组合设计,并应釆用下式验算:
γ0S≤R (3.4.2-1)
式中:γ0——建筑重要性系数,对抗洪安全等级为一级、二级的建筑,可分别取l.1、1.0;
S——荷载效应基本组合设计值;
R——结构构件承载力设计值,应按国家现行有关建筑结构设计标准确定;近水面安全层以下砖、石砌体的受剪承载力设计值,尚应乘以折减系数0.8。
2 荷载效应基本组合设计值应按下式计算:
S=γGCGGk+γWCWWk+γwaCwaQwa·k+γSCSψSLsk+γLCLψLLk+0.84(CwsQws·k+CBCQBC·k+CBPQBP·k) (3.4.2-2)
式中:γG——永久荷载分项系数;当荷载效应对结构有利时,宜取1.0;当荷载效应对结构不利时,宜取1.2;
γW——风荷载分项系数,宜取1.4;
γwa——波浪荷载或水流荷载分项系数,宜取1.4;
γS、γL——分别为安全层楼面和安全层以下楼面可变荷载分项系数,宜取1.4;当楼面可变荷载标准值不 小于4kN/m2时,其分项系数可取1.3;
Gk——永久荷载标准值,洪水期间,其静水面以下部分应减去浮力作用;退洪后,取饱和重度,砖砌体的饱和重度可按21kN/m3计算;
Wk——风荷载标准值,应按本标准附录A波浪计算风速确定,且只作用在静水面以上的结构部分;
Lsk一一安全层楼面可变荷载标准值,应按洪水期间需要转移到安全层的实际荷载确定,但不宜超过5kN/m2;
Lk——安全层以下楼面可变荷载标准值,应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009釆用;
Qwa·k——波浪荷载或水流荷载标准值,半透空式房屋波浪荷载可按本标准附录C确定,透空式房屋波浪荷载可按本标准附录D确定,水流荷载可按本标准附录E确定;
Qws·k——静水压力标准值;
QBC·k、QBP·k——分别为救生船只系缆力和挤靠力标准值,可按本标准第3.3.5条确定;
CG——永久荷载效应系数;
CW——风荷载效应系数;
Cwa——波浪或水流荷载效应系数;洪泛区应计算迎流方向水流荷载效应;蓄滞洪区应计算波浪在水平和竖向两个方向上产生的正负效应合成及其相位关系;
CS——安全层楼面可变荷载效应系数;
CL——安全层以下楼面可变荷载效应系数;
Cws——静水压力荷载效应系数;
CBC——救生船只系揽力荷载效应系数;
CBP——救生船只挤靠力荷载效应系数;
ψL——安全层以下楼面可变荷载组合值系数,宜取0.1;
ψS——安全层楼面可变荷载组合值系数,宜取0.7。
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3.4.2 公式γ0S≤R及其各项的表达形式同现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068,此式既可用来计算整个结构,也可计算结构构件。
荷载效应系数表示结构或构件的内力(变形)值与产生该内力(变形)值的荷载的比值。
荷载效应组合的设计值系可能同时使计算部位产生效应的某些荷载组合作用的结果,同时根据各荷载的性质(永久的、可变的、偶然的)和可能组合的情况,在组合时分别乘以分项系数γ和组合系数ψ。例如在洪水期间楼板荷载效应来自楼板永久荷载Gk、楼面可变荷载(Lk或Lsk)和波浪荷载Qwa,k,而与风载无关。这样在计算楼板荷载效应组合的设计值S时,不考虑风荷载。
砖砌体的受剪承载力设计值用于水下时乘以折减系数0.8、砖砌体的饱和重度取值21kN/m3,系根据由水泥混合砂浆砌筑的烧结普通砖砌体抗剪试验资料统计而来。国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93编制期间,编制组对水泥混合砂浆砌筑的烧结普通砖砌体进行了长期浸泡试验,浸泡的最长时间达到30多天,对不同浸泡天数的砌体进行抗剪强度剪切试验。试验结果表明,随着浸泡天数的增大,砖砌体的抗剪强度呈线性下降趋势,浸泡30d的抗剪强度下降到未浸泡的85%左右,且趋于稳定,折减系数取0.8是偏于安全的。
“R——结构构件承载力设计值,应按国家现行有关建筑结构设计标准”,是指本标准中某种结构类型的结构设计,其结构构件承载力设计值R应按相应结构类型的国家现行设计标准确定。如本标准的砖、石砌体结构房屋,其结构构件承载力设计值R应按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003确定,等等。由于涉及多种结构类型,本条不可能全部列出。本标准与其他标准的关系可参见条文说明第1.0.4条。
关于楼板荷载,据现行国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068,办公楼、住宅、商店等民用建筑楼板活荷载一般分为持久性活荷载LiT和临时性活荷载LrT两类,前者是经常存在的,如家具等产生的荷载;后者是短暂出现的,如人员临时汇聚的荷载,二者的比值接近于1。蓄滞洪区在蓄滞洪期间,水下部分楼层中的人员已撤离,余下的家具等,其材料比重大多小于1,故楼面活荷载基本不存在了。本条取组合值系数ψL=0.1是偏于安全的。安全层楼面及退洪后安全层以下楼面可变荷载组合值系数取值0.7,系根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》50009确定的。该值在国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93中根据国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ 9-87取0.6。
荷载效应根据可能出现的各种情况,取不利组合进行结构验算。
安全层楼面可变荷载标准值的确定,取决于各地实际情况,如避洪安全层人均面积、洪水期间长短、当地经济发达情况及抗洪救灾组织的能力等。本条给定的可变荷载上限5kN/m2,如按人均面积2m2安全楼层计,则相当于每人占有10kN的活荷载;紧急情况下,每平方米站立7人,也不会超过5kN;此外,5kN/m2也是现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009中,民用建筑楼面均布活荷载给定的标准值中一般书库、档案库、储藏室所釆用的数值。
永久荷载标准值,其静水面以下部分,在蓄滞洪期间应减去浮力作用,退洪后按饱和重度计算。
蓄滞洪区在进行波浪荷载验算时,静水面以上部分所受的风荷载,不是现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009中规定的风,而是计算波浪荷载所用的风,波浪与风相伴生。波浪与风两种荷载,一个作用在水下和波浪所及的水面以上结构部分,一个作用在水面以上结构部分,都是由一种外因所产生。因此,都应算作第一个可变荷载,按规定不必乘以可变荷载组合值系数。
洪水期间进水的建筑,室内外静水压力多处于平衡状态,在结构抗洪验算时,可不考虑静水压力的影响;而对于洪水期间不允许进水的建筑,则应计算静水压力对结构的作用。
静水压力、船只系缆力和挤靠力都属可变荷载,按规定,在一般情况下,其分项系数取1.4;至于荷载组合值系数,当有风荷载参与组合时取0.6。式(3.4.2-2)中上述三个可变荷载的分项系数0.84,即为0.6与1.4之积。
3.4.3 结构在洪水期间的倾覆、漂浮、滑移等整体稳定性应按式(3.4.3)验算,永久荷载标准值应包括基础自重和基础上的土重,在验算结构抗漂浮时,不计入风荷载的影响。
0.9CGGk-1.4CWWk-1.4CwaQwa·k+0.6γSCSLsk+0.9CepFep≥0 (3.4.3)
式中:γS——安全层楼面可变荷载分项系数,应按各地洪水期间可变荷载的实际情况确定,且不应大于0.9;
Fep——基础侧向被动土圧力(kN/m2),应按饱和土计算;
Cep——基础侧向被动土压力效应系数。
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3.4.3 当结构作为刚体验算其整体稳定性时,应考虑基础(包括基础上的土重)部分的自重、侧向地基土对基础的抗力。另外,荷载效应系数C也随着计算内容(抗倾覆、抗滑移、抗漂浮)的不同而变化。
结构自重和楼面可变荷载是对结构整体稳定的有利因素。按规定,当验算傾覆和滑移时,对抗倾覆和抗滑移有利的永久荷载,其分项系数取0.9;照此,侧向地基土对基础的抗力分项系数亦取0.9。至于安全层楼面可变荷载,如上所述,受到安全层人均面积多少、洪水期间长短及当地抗洪救灾组织能力等诸多因素的影响;考虑到洪水期间安全层的使用,还可能出现许多对结构整体稳定不利的情况,如实际可变荷载达不到设计值,避水人员和物资部分撤离或全部撤离等。因此,各地应根据安全层在洪水期间的实际使用情况,确定楼面可变荷载分项系数。可变荷载组合值系数,当有风荷载参与组合时,按规定取值0.6。水下楼面可变荷载,由于材料比重大多小于1,其对结构整体稳定的影响可不予考虑,据此,可得到本条式(3.4.3)中的各系数值。
3.4.4 蓄滞洪区波浪要素、风区长度和主风向、计算风速、计算水深、计算波高和风增水高应根据环境条件,由实测资料统计确定;当无实测资料时,可按本标准附录A确定。
3.4.5 半透空式房屋的波浪荷载或水流荷载可按下列规定计算:
1 墙面上的压强分布可按半透空式房屋的开洞墙体波浪荷载或水流荷载计算方法确定;
2 半透空式房屋波浪荷载或水流荷载,对于杆件的承载力验算,可按杆件迎浪面或迎流面实际面积乘以相应的波浪压强或水流压强计算;
3 对于房屋整体承载力或稳定性验算,宜按承受波浪荷载或水流荷载的室外墙体毛面积乘以相应的压强分布计算。
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3.4.5 在计算波浪荷载(本标准附录C)或水流荷载(本标准附录E)时,一部分房屋可视为透空式,如与主体结构釆用弱连接的围护墙垮塌后的框(排)架结构等。蓄滞洪区的波浪在通过这类结构后,其波高、波长和波周期基本不变,洪泛区水流的流速变化不大;另一部分房屋如砖砌体房屋、与主体结构采用嵌固砌筑的框(排)架结构房屋等,当门窗洞口合理布置(洞口适当加大并前后基本对齐),能使部分波浪或水流穿过时,可视为半透空式房屋。对于半透空式房屋,前进中的波浪或水流遇到房屋墙体后,一部分从窗间墙上反射回来,另一部分穿过门窗洞口进入房内。据按本标准附录C初步估算,当墙体开孔率为0.3~0.4时,波浪穿过三道墙体洞口透过房屋后,作用在结构物上的压力强度减少80%~90%。也就是说,穿过房屋的那部分波浪的能量已大部消耗在室内的几道墙体上。当然,在各道墙体上波浪作用的时间是有前后的。
鉴于上述情况,对于半透空式房屋的波浪荷载(本标准附录C)或水流荷载(本标准附录E)的计算,首先按半透空式房屋的开洞墙体波浪荷载或水流荷载计算方法确定墙面上的压力分布;然后,对于窗间墙这样的局部墙体构件,可直接按其迎浪面或迎流面面积乘以相应的波浪压强或水流压强计算波浪荷载或水流荷载。对于房屋整体,考虑到波浪荷载水平分量或水流荷载已基本全部作用在室内外的各墙体上,故可按波浪压强分布或水流压强分布乘以房屋受波浪作用或水流作用部分的外墙毛面积(不扣除门窗洞口面积),近似求得房屋整体承受的波浪荷载或水流荷载。
3.4.6 半透空式房屋的波浪荷载,可按本标准附录C计算;透空式房屋的波浪荷载,可按本标准附录D计算。
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3.4.6 本条所引用的本标准附录C系参照国内外有关规定制定的,半透空式房屋波浪荷载计算方法中关于透浪、反射表达式及试验结果系引自国内有关单位的研究成果。
本条所引用的本标准附录D,透空式房屋波浪荷载计算方法,主要参照现行行业标准《港口与航道水文规范》JTS 145和苏联建筑技术标准《波浪、冰凌和船舶对水工建筑的荷载与作用》编写的。
3.4.7 洪泛区房屋的水流荷载,可按本标准附录E计算。
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3.4.7 为了了解山洪对山区乡村房屋的作用机理,掌握水头冲击和水流力等对房屋的作用强度,以提出设计计算方法。本标准编制组在水工试验室的波流槽中,对山区乡村房屋模型做了水头冲击和水流力作用的试验研究工作。
试验结论:在稳定流速作用下,模型沿水流方向所受总合力随着开洞率的增大而减小。因此,在设计和建造山区乡村房屋时应考虑墙体的开洞率,以降低所受到的水流荷载作用。
本标准附录E给出了不同开洞率房屋在水流作用下水流荷载的计算方法。水流荷载计算方法中的重要参数,即水流阻力综合影响系数Kw是由放置在波流槽中的房屋模型试验数据,通过归纳、推导得出,并在参考现行行业标准《港口工程荷载规范》JTS 144-1相应的取值下确定的。
3.4.8 蓄滞洪区作用在楼板、阳台板、雨篷板等水平板上的波浪荷载,可按本标准附录B计算。当计算风速不大于22.6m/s时,下列情况可不验算水平板波浪荷载:
1 符合本标准第3.3.3条第2款规定的板底面设计高度的安全层楼、屋盖板;
2 符合本标准第3.3.4条第1款规定的半透空式房屋的水下楼板。
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3.4.8 本条所引用的本标准附录B,水平板波浪荷载计算方法中关于波浪上托力计算方法系参照国内有关资料制定的。
当安全层楼、屋盖板底面高度符合本标准第3.3.3条第2款规定的设计高度时,波浪达不到水面以上安全层楼板底面高度,不必考虑波浪荷载对安全层楼板的作用。
当水下楼板的位置符合本标准第3.3.4条第1款的条件时,水下楼板不会露出水面,大大削弱了波浪下冲力的冲击作用。
波浪作用于楼板的上托力平均压强qm可用本标准附录B式(B.0.1)表示。由表B.0.1可知,当水下楼板底面距静水面的高度为1/2波高,即△h/H=-0.5时,km=0.2,即作用在楼板的波浪上托力最大压强仅相当于静水面处的20%。
对于半透空式房屋,作用在楼板上的上托力平均压强qms,按本标准附录C第C.0.1条和附录D第D.0.1条可近似写为:
qms=ktqm(1)
式中:kt——透浪系数,当墙体开孔率为0.3左右时,kt约为0.63。
由此可算出在9级风作用下波浪平均上托力平均压强:
qm=0.75×0.63×0.2×23=2.17(kN/m2)(2)
考虑到窗过梁及其上部墙体对波浪的阻挡作用,波浪由窗洞口进入房间后的扩散作用,波浪上托力实际值还将小于上述计算值,小于楼板自重,故不必考虑波浪上托力对楼板的影响。
3.4.9 蓄滞洪区确定波浪荷载标准值采用的计算参数应符合下列规定:
1 波高应取1%累积频率波高,可按本标准附录A确定;
2 波长应取平均波长,可按本标准附录A确定;
3 水深应取建筑设计水深,并按本标准第3.1.2条确定,其中风增水高应按本标准附录A确定。
3.4.10 蓄滞洪区抗洪安全等级为一、二级的避洪房屋群体,当前后排房屋沿波浪行进方向布置,且距离不大于2倍前排房屋垂直于波浪行进方向的投影长度时,后排房屋的波浪荷载可乘以折减系数0.85。
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3.4.10 蓄滞洪区建筑群体按本条规定合理布置时,能有效地削减风浪。抗洪安全等级规定为一、二级的避洪房屋,是经过抗洪设计的,在设计风浪荷载作用下不会倒塌,才能对其下风向房屋产生削减风浪的作用。“后排房屋的波浪荷载可乘以折减系数0.85”的规定,是综合考虑了洪水灾区受波浪荷载作用的房屋调査研究及波浪对群柱的近距作用效应等因素而制定的。
国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93“当水域平面图中某计算点上风向有建筑或防风浪林带,能有效地削减波浪时,波浪荷载标准值可乘以折减系数0.8”的规定有些不确切,没有规定防风林带与其下风向房屋的距离、防风林带露出水面的高度等要求,因此此次修订删除了防风林带。
国家标准《蓄滞洪区建筑工程技术规范》GB 50181-93规定值为0.8,此次修订调整为0.85,偏于安全。
3.5 室外楼梯和导流墙构造措施
3.5.1 室外楼梯设计应符合下列规定:
1 抗洪安全等级一级的砖、石砌体房屋的室外楼梯应设置独立的柱和边梁,钢筋混凝土房屋的室外楼梯应与主体结构有可靠连接;
2 当釆用悬挑式楼梯时应进行波浪荷载验算。
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3.5.1 建设在某蓄滞洪区内的抗洪实验楼在5级风浪作用下,嵌固于砖砌体内的悬挑式室外楼梯即受到中等程度以上的破坏,在楼梯的嵌固端产生弯曲变形裂缝,各阶段踏步之间产生剪切变形裂缝。由此看来,悬挑式楼梯在风浪作用下的可靠程度较差,特别在支承楼梯的墙体遭到破坏时,问题将更加严重。
3.5.2 洪泛区导流墙构造应符合下列规定:
1 导流墙的地基和基础应符合本标准第4章的规定,导流墙地面以上的高度不宜小于1.5m;
2 导流墙可采用砖、石砌筑,砖墙厚不宜小于0.85m,毛石墙厚不宜小于1m,砌筑砂浆强度等级不应低于M10;
3 导流墙背水面应设置扶墙垛,扶墙垛的间距不宜大于5m,扶墙垛应与导流墙同时咬槎砌筑;
4 石砌导流墙应釆用坐浆砌法,不得采用干砌甩浆法砌筑;
5 毛石导流墙应设置拉结石(图3.5.2),拉结石应均匀分布,交错布置;同皮内拉结石的中距不应大于l.5m;竖向间隔2皮;拉结石的长度宜与墙厚相等,也可用2块拉结石内外搭接,搭接长度不应小于350mm,且其中一块的长度不应小于墙厚的2/3;
6 导流墙应采用M10及以上水泥砂浆抹面。
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3.5.2 本条对洪泛区导流墙构造提出了具体规定。
1 导流墙是抗水流冲击的墙段,需要有较好的地基和基础。导流墙地面以上的高度不宜小于1.5m,主要是考虑当洪水下泄速度较快时,不至于漫过墙顶而对受保护的房屋产生冲击破坏;同时导流墙太高将提高造价。
2 规定了砌筑导流墙的材料和砌筑砂浆强度等级,导流墙的厚度是根据现场调查情况确定的。
3 导流墙背水面应设置扶墙垛,不设扶墙垛时,导流墙易在根部受弯破坏,扶墙垛也起到抗剪作用。
4 无论是料石还是毛石,石砌导流墙都应采用坐浆砌法,不得采用干砌甩浆或墙芯填土等方法砌筑,要确保导流墙的砌筑质量。
5 由于毛石不规整、大小不一,一般需采用双轨或多轨砌筑,故需要设置拉结石来加强毛石导流墙的整体性。
6 导流墙应采用M10水泥砂浆抹面,主要考虑其耐久性,防止洪水裹挟的石块、漂浮的木料等对导流墙的撞击破坏。
4地基基础
4.1 一般规定
4.1.1 场地勘察应根据建筑抗洪安全等级、建筑场地工程地质条件的复杂程度和当地建筑经验等因素确定。应查明场地与地基的稳定性、持力层和下卧层的特征及其分布情况、地下水条件等,为地基设计提供所需的岩土参数。
4.1.2 对于抗洪安全等级为一级的建筑,勘察工作尚应包括下列内容:
1 查明土层的渗透性、地下水位变化幅度及规律;
2 查明洪水位上升后,地基承载力、压缩性指标的变化;
3 对细砂、粉砂、粉土层,应评价产生潜蚀、流砂、涌土的可能性;
4 对软质岩石、强风化岩石、残积土、崩解性岩土、膨胀性岩土及盐渍岩土,应评价由于洪水浸泡所产生的软化、湿陷、胀缩及化学或机械潜蚀等有害作用的可能性;
5 对地基位于冻土地区的黏性土,应评价由于地下水位上升造成基础拱裂、道路翻浆等状况的可能性;
6 判定环境水对建筑材料的腐蚀性。
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4.1.1、4.1.2 这两条是针对蓄滞洪区和洪泛区这一特殊条件下地质勘查时应注意的事项。第4.1.1条规定的是一般情况。第4.1.2条规定了对于抗洪安全等级为一级的建筑应做的工作,特别强调在水稳性较差或特殊性的地基土(岩)上应注意的问题。
4.1.3 岩土的分类和土性指标应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007确定,地基承载力特征值可根据勘察结果结合当地经验确定。
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4.1.3 本条规定了岩土分类和确定土性指标的依据为现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007。地基承载力特征值可根据勘察结果结合当地经验确定。
4.1.4 在同一房屋单元内,各基础的形式和埋置深度宜相近。对于多层砖砌体房屋和空旷房屋,宜釆用基础梁,并应在平面内连成封闭系统。钢筋混凝土框架结构下的独立基础,宜沿两个主轴方向设置基础系梁。
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4.1.4 本条规定了基础布置的原则,除了承载力应予以保证外,着重于防止建筑的不均匀沉降以避免结构开裂。
4.1.5 基坑开挖后必须进行施工验槽,无勘察资料时应钎探,当下卧层有软弱土层或有异常现象时,应做补充钻探并进行处理。
4.2 设计要点
4.2.1 基础方案应根据场地工程地质和水文地质条件、结构类型、材料来源和施工条件等,经技术经济比较确定。
4.2.2 基础埋置深度,应根据下列因素确定:
1 建筑的类型和用途,基础的形式和构造;
2 作用在地基上的荷载大小与性质;
3 工程地质和水文地质条件;
4 相邻建筑的基础埋深;
5 地基土冻胀和融陷的影响;
6 洪水期间建筑基础可能遭受冲刷的深度。
4.2.3 当基础位于季节性冻土上时,最小埋置深度应大于实测冻结深度。土的冻结深度和冻胀性均较大的地基,宜釆用独立基础、桩基础、冻层下有扩大板或扩底短桩的自锚式基础。当采用条基时,宜设置非冻胀性垫层,必要时可在基础侧面回填粗砂、中砂、炉渣等非冻胀性散粒材料或采取其他有效措施。
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4.2.1~4.2.3 这三条规定了基础方案选择和确定基础埋置深度的原则,除一般规定以外,特别加上一款考虑洪水作用时防止基础被冲刷、淘空的规定。
对位于冻土上的基础埋深,如按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007,则允许残留部分冻土层厚度。此处考虑到蓄滞洪区和洪泛区有可能地下水位大幅度上升而使冻胀加剧的因素,不采用这一规定。而是提出“最小埋置深度应大于实测冻结深度”的规定,并且推荐了在冻土中使用效果较好的基础形式和防止或减少冻害的措施。
4.2.4 基础底面积除应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007确定外,尚应按下列两种情况的最不利组合验算:
1 洪水期间,应考虑上部结构受波浪荷载、水流荷载、风荷载等水平荷载的影响传到基础;在洪水位以下的结构与土的自重,宜按浮重度计;
2 退洪后,在淹没水位以下的结构自重,宜按饱和重度计;土的自重按浮重度计;室外土的自重按实际情况确定;
3 退洪后,地下室应按满水和无水情况进行验算;
4 湿陷性黄土地区,应考虑地基湿陷对建筑物产生的危害。
4.2.5 在确定基础底面积时,基底压力应符合下列规定:
1 在轴心荷载作用下:
Pk≤fa (4.2.5-1)
式中:Pk——基础底面处的平均压力标准值(kPa),应由计算确定;
fa——修正后的地基承载力特征值(kPa),按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007计算确定;
2 在波浪荷载、风荷载或水流荷载以及其他偏心荷载等不利组合下:
Pkmax≤1.2f (4.2.5-2)
式中:Pkmax一一基础底面边缘最大压力标准值(kPa)。
4.2.6 地基基础稳定性的验算,应根据洪水期间和退洪后的两种情况计算。
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4.2.4~4.2.6 地基基础的设计包括荷载组合及相应分项系数的规定,地基承载力、变形和稳定分析所采用的指标和计算方法等,都应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的规定进行。这里需要指出的是,考虑洪水时水平荷载的作用和退洪时残留的高地下水位对于地基承载力的影响:水平荷载的存在使得地基竖向承载力降低;地下水位的增高使土层中表观凝聚力(来自毛细压力或弱的胶结力)丧失,有效重度减小,更降低了地基承载力。此时上部结构的自重在淹没水深以下按饱和重度考虑而加大,地基按有效重度计以去掉基底下作用着的浮托力影响。
在透水性较好的土层中,或节理发育的岩石地基中,浮托力可按阿基米德原理计算;但在透水性很差的黏性土层中,浮托力作用并没有一个确定的值。实测资料表明,黏性土中结构物受到的浮托力小于静水柱高度。为简化,此处并不区分出这类情况。
4.2.7 对于支挡结构物,当所支挡的土体为粉砂、粉土或黏性土时,应根据其排水条件及退洪时挡墙后残留的静水压力对支挡结构物的作用,验算支挡结构物的稳定性。
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4.2.7 挡土墙的工程事故有些是产生在下雨之后,由于墙后排水不良,水压力大幅度增高导致挡墙破坏。因此要考虑水压力的影响。对于边坡稳定,同样要考虑这一点。
在地下水位以下的全部水压力作用在支挡结构物上,此时,土压力按浮重度计算,将土压力和水压力分别计算后相加。当墙内外的水位差大时,还应考虑渗流力的作用,这使主动土压力稍微增加而另一侧被动土压力显著降低,以考虑对支挡结构物稳定的不利影响。
4.2.8 砖、石砌体基础应釆用水泥砂浆砌筑,砌体强度等级不宜低于MU10,水泥砂浆强度等级不宜低于M10,台阶宽高比的允许值不宜小于1:1.5。
《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准[附条文说明]》GB/T 50181-20184.3 地基处理
4.3.1 当利用填土作为建筑的地基时,必须分层压实或夯实。压实系数、控制含水量应符合表4.3.1-1的规定。压实填土的承载力标准值应根据试验确定;当无试验数据时,可按表4.3.1-2确定。
4.3.2 压实填土的最大干密度宜采用击实试验确定。当压实填土为碎石或卵石时,最大干密度可取2.2t/m3~2.3t/m3。
4.3.3 当利用压实填土作地基时,不得使用淤泥、淤泥质土、耕土、冻土、膨胀性土和有机物含量大于8%的土作填料。当采用粗颗粒土作填料时,应选用级配良好的材料。
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4.3.1~4.3.3 这三条规定了作为房屋建筑地基的压实填土使用条件、范围和填土压实工程中应考虑的因素等。对压实填土所用材料和密实度、含水量等做了规定。
4.3.4 填土基土的处理,应符合下列规定:
1 应清除树根、淤泥、杂物及积水等,坑穴应分层回填夯实;
2 当填土基底为耕植土或松土时,应将基底碾压密实;
3 遇有水田、沟渠或池塘等,应根据实际情况,采用排水疏干、挖除淤泥或抛填块石、砂砾、矿渣等处理方法;
4 当地面坡度不大于10%且土质为非淤泥质土时,可不清除基底上的草皮,但应割除长草;当山坡坡度为10%~20%时,应清除基底上的草皮;当坡度大于20%时,应将基底挖成阶梯形,阶宽不应小于1m。
4.3.5 位于斜坡地段或软弱土层上的压实填土地基,必须验算其稳定性,对不满足稳定要求的,应采取防止填土滑动的措施。
4.3.6 压实填土地基应采取地面排水措施。当填土堵塞原地表水流或地下潜水时,应根据地形和汇水量,做好排水工程。位于填土区的上、下水道,应釆取防渗、防漏措施。
4.3.7 压实填土在压实过程中,必须分层检验其干密度和含水量。质量检验点每100m2~500m2不应少于1个。
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4.3.4~4.3.7 压实填土与基底的紧密结合是确保这类土方工程安全运用的一个重要方面。对位于斜坡上或软弱土层上的压实填土是否稳定也是确保安全的另一个重要方面。条文中规定了验算的必要性,计算方法可参照有关标准。
把好质量检验关、做好排水工程,是对建筑安全使用的不可少的保证。
4.3.8 当自然地面高程符合建筑设计规定,但地基内有厚度不大于0.5m的淤泥或泥炭土等局部软土时,应挖除,并用碎石或石渣等回填夯实;当软土厚度大于0.5m且分布范围较小时,可设置钢筋混凝土梁、板等跨越;当软弱土层厚度不大于0.5m并且处于稍湿状态时,可釆用原土表面夯压处理或选择合适的材料换填处理;对于埋藏深度不大于0.5m的软弱土层也可采用换填、重锤夯实、砂桩、碎石桩、灰土桩等处理方法。
4.3.9 垫层材料可采用级配良好的砂石、有机质含量不超过5%的素土、体积配合比为2:8或3:7的灰土以及质地坚硬、性能稳定、无侵蚀性的工业废渣等。垫层的设计可按现行行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ 79的相关规定确定。
4.3.10 当地表需要处理的松散土层为碎石土、砂土、粉土、低饱和的黏性土、素填土和杂填土等时,可釆用强夯法。对于饱和度较高的黏性土等地基,如有工程经验或试验资料证明采用强夯法有加固效果的也可采用强夯法。
4.3.11 当地基软土层厚度大于1.0m,难以挖除或挖除不经济时,可采用透水材料排水,加速排水固结和扩散应力。透水材料可采用砂砾、土工织物或两者结合使用。待预压基本稳定后再进行基础施工。
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4.3.8~4.3.11 这里规定了几种行之有效的简易地基处理方法和适用范围。对于一般中小型建筑,这些方法设备简单,费用较省,易于采用。
5砖、石砌体房屋
5.1 一般规定
5.1.1 本章宜用于烧结普通砖、料石或平毛石实心砌体承重房屋的抗洪设计,砖和料石承重墙厚度不应小于0.24m,平毛石承重墙厚度不应小于0.30m。
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5.1.1 本章规定了承重砌体材料只能釆用烧结普通砖、料石和平毛石,其他如空心砖、砌块等均不在此列。
平毛石:形状不规则,但有两个平面大致平行,且该两平面的尺寸远大于另一个方向尺寸的块石。
计算表明,当承重砖墙的厚度小于240mm时,即使提高砂浆强度等级,也难以承受较大的波浪荷载或水流荷载的作用。要求平毛石承重墙厚度不应小于300mm,是由于平毛石的块材大小不一、不规整,砌筑墙体的整体性较差。
5.1.2 砖、石砌体房屋的结构体系应符合下列规定:
1 宜优先釆用纵横墙共同承重方案;
2 承重横墙的布置宜均匀对称;
3 安全层以下各层楼板不应采用木楼板。
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5.1.2 本条是对本标准第3章的补充。
1 由于承重墙体的抗剪、抗弯能力均较非承重墙体高,且波浪荷载或水流荷载的作用方向对房屋来说是任意的,故要求砖砌体房屋尽可能采用纵横墙共同承重的刚性方案。刚性方案应符合现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003的规定。
2 纵横墙的布置均匀对称,同一轴线上的窗间墙等宽均匀,可使各墙段受力基本均匀,减轻扭转效应,避免薄弱部位的破坏。
3 木楼板刚度小,楼板平面内传递水平荷载能力差,在水环境下易产生吸水膨胀、翘曲等现象,不能保持楼板的应有功能。
5.1.3 近水面安全层以下承重横墙间距应符合表5.1.3的规定。
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5.1.3 波浪荷载作用于纵墙上,通过楼板传递给横墙,这不但要求横墙有足够的承载力,同时也要求楼板必须有足够的传递荷载的水平刚度。本条规定是为了保证楼板有足够的传递水平波浪荷载或水流荷载的刚度。
5.1.4 安全层以下房屋的局部墙体高度宜符合表5.1.4的规定。
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5.1.4 计算表明,当窗台以下、过梁以上的墙体超过表5.1.4规定时,在波浪荷载或水流荷载作用下易沿水平缝首先破坏,故设此限值。
5.1.5 砖、石砌体房屋的墙体开洞应符合下列规定:
1 安全层以下外墙的开洞率不宜小于0.32,洞口大小及分布宜均匀;内纵墙与外纵墙的开洞率宜相近;孤立房屋从两端算起的第一道内横墙与山墙的开洞率宜相近;
2 洪泛区平行于水流方向的墙体,蓄滞洪区平行于波浪前进方向的墙体,开洞应符合正常使用要求,且开洞宽度不宜过大。
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5.1.5 开洞率为洞口面积与墙体毛面积之比。波浪荷载或水流荷载对墙体的作用与开洞率有直接关系。开洞率越大,墙体所受波浪或水流压强越小,房屋所受到的波浪或水流总荷载也越小;反之亦然。研究表明,当墙体的开洞率过小(如小于0.32)时,作用于墙体上的波浪荷载或水流荷载也将随之增大,墙体的受弯和受剪承载力难以满足,抗洪柱的截面及配筋将增大,房屋造价也将提高。因此,墙体的开洞率宜在0.32~0.40之间。
洞口大小及分布均匀,房屋承受波浪或水流作用也均匀,可减轻房屋的扭转效应。
内纵墙的开洞率宜与外墙的开洞率大致相同,主要考虑在波浪或水流通过房屋时,使波浪或水流的能量尽可能少地作用在墙体上,这样不仅有利于房屋的局部构件,也有利于房屋整体的抗波浪性能。
波浪作用于开洞山墙进入室内后,尽管其强度有很大的衰减(在开洞率为0.32情况下波浪压强约减小36%),但仍将危及第一道内横墙的安全,因此要求孤立房屋的第一道内横墙仍开设洞口。非孤立房屋,如群体成排布置的房屋左右相距很近,除了一排两端房屋的外端山墙和第一道内横墙需要开洞外,该排中其他房屋横墙则不需开洞。
洪泛区平行于水流方向的墙体,蓄滞洪区平行于波向线方向的墙体,应按正常使用要求开洞,且开洞宽度不宜过大,满足使用要求即可。这是因为:一是水流力对平行于水流方向,波浪对平行于波向线方向的墙体不作用或作用很小;二是开洞宽度过大将影响该墙体的抗剪承载能力。
5.1.6 砖、石砌体结构应采用钢筋混凝土抗洪柱、圈梁、钢筋混凝土现浇带或配筋砂浆带、配筋砌体等抗洪构造措施。
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5.1.6 砖、石砌体是一种脆性材料,釆用抗洪柱、圈梁、配筋砂浆带、配筋砌体墙等约束措施,一方面可提高砌体强度,同时在砌体裂缝后不致塌落。
5.2 计算要点
5.2.1 蓄滞洪区砖、石砌体房屋的波浪荷载可按本标准附录C计算;洪泛区砖、石砌体房屋的水流荷载可按本标准附录E计算。
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5.2.1 砖砌体房屋的承载体系为砖砌墙体,承重墙体在波浪荷载作用下应保持原有功能。由于墙体有一定比例的开洞率,属半透空式房屋,因此,可按本标准附录C的方法计算作用于砖、石砌体房屋上的波浪压强和总波浪力;可按本标准附录E的方法计算作用于砖、石砌体房屋上的水流荷载。
5.2.2 洪泛区在水流荷载作用下的墙体承载力验算应符合下列规定:
1 受剪承载力验算的截面,可取迎流面受水流荷载面积较大或竖向压应力较小的墙段;
2 受弯承载力验算的截面,可取迎流面受水流荷载面积大的墙段。
5.2.3 蓄滞洪区在波浪水平荷载作用下的墙体承载力验算应符合下列规定:
1 受剪承载力验算的截面,可取垂直于波峰线且承受波浪水平荷载面积较大或竖向压应力较小的墙段;验算截面的竖向压应力应包括波浪荷载所产生的竖向效应;
2 受弯承载力验算的截面,可取平行于波峰线且承受波浪荷载大或受波浪作用面积大的墙段。
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5.2.2、5.2.3 砖砌体房屋应按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003进行墙体的受剪、受弯承载力验算。
1 根据一般经验,只需对纵横墙的不利墙段进行受剪承载力验算,不利墙段包括:①承担波浪水平荷载较大的墙段;②竖向压应力较小的墙段;③局部截面较小的墙段。
砌体的抗剪能力与验算截面处的竖向压应力有直接关系。水环境下,影响墙体压力的因素除了房屋自重、水的浮力以外,蓄滞洪区还有波浪竖向荷载对房屋水平构件(主要是楼板)的上托力。对蓄滞洪区考虑到:①房屋沿纵、横两个方向均由多道开洞墙体构成,波浪通过两道以上开洞墙体后,其波浪要素将发生很大变化,难以精确计算作用于楼板各处的上托力;②通常情况下,楼板是不能承受负弯矩作用的,当波浪上托力超过楼板自重时,楼板可能产生破坏。因此,在进行墙体受剪承载力验算和房屋整体抗倾覆验算时,波浪对楼板上托力的值可取楼板的自重(即楼板自重和上托力同时不予考虑)。
2 安全层以下,当各层窗间墙宽度相同时,可只取静水位层的墙体进行受弯承载力验算。
5.2.4 墙体截面受剪承载力可按本标准附录F验算;各墙体承担的剪力设计值可按其等效刚度的比例分配。
5.2.5 当计算水深不超过2.5m,且不开洞承重横墙间距符合表5.2.5规定时,可不验算横墙受剪承载力。
5.2.6 抗洪安全等级为一、二级房屋的下列部位墙体,沿齿缝受弯承载力可按本标准附录F验算。
1 非孤立的洞口间墙体;
2 中部设置抗洪柱的孤立墙体;
3 房屋四角外边缘至门窗洞边的墙体。
5.2.7 洪泛区内砖、石砌体房屋的墙体开洞率符合本标准第5.1.5条规定,同时符合表5.2.7规定时,可不验算沿齿缝受弯承载力。
5.2.8 蓄滞洪区内砖、石砌体房屋的墙体开洞率符合本标准第5.1.5条规定,同时符合表5.2.8规定时,可不验算沿齿缝受弯承载力。
5.2.9 抗洪柱可按下端嵌固,上端在楼、屋盖处简支的连续梁设计;在波浪或水流荷载作用下应验算孤立墙体平面外受弯承载力。
5.2.10 洪泛区符合本标准第5.1.5条规定且安全层以下层高不大于3.6m、厚度不小于0.24m、宽度不大于1.5m的孤立墙体,抗洪柱符合下列规定时,可不验算平面外受弯承载力。
1 抗洪柱截面尺寸不应小于240mm×240mm,混凝土强度等级不宜低于C25;
2 抗洪柱纵向配筋应符合表5.2.10的规定。
5.2.11 蓄滞洪区符合本标准第5.1.5条规定且安全层以下层高不大于3.6m、厚度不小于0.24m、宽度不大于1.5m的孤立墙体,当抗洪柱符合下列规定时,可不验算平面外受弯承载力。
1 抗洪柱截面尺寸不应小于240mm×240mm,混凝土强度等级不宜低于C25;
2 抗洪柱纵向钢筋应符合表5.2.11的规定。
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5.2.5、5.2.7、5.2.8、5.2.10、5.2.11 为了设计上的方便,这些条文中给出了特定条件下的设计信息,这些信息可使符合条文规定的房屋的设计工作大大简化。当设计不符合上述条文规定时,设计人员应根据计算来确定这5条中所规定的内容。
5.3 构造措施
5.3.1 安全层以下承重孤立墙体的中部必须设置钢筋混凝土抗洪柱;抗洪安全等级为一级的多层房屋,尚应在外墙四角、横墙间距大于7.2m的房间内外墙交接处、楼梯间横墙与外墙交接处、山墙与内纵墙交接处设置抗洪柱。
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5.3.1 孤立墙体指两洞口之间的墙体,并且该墙体无与之相连接的垂直墙体;当有垂直墙体相连接时,称为非孤立墙体。孤立墙体的中部(即墙体宽度的1/2处)设置抗洪柱是为了确保墙体不首先沿水平通缝弯曲破坏。规定设置在墙宽的1/2处是为了使抗洪柱两侧墙体受载对称。
抗洪柱按其所设置的部位和承受的作用可分为两种,为了表述方便,本标准统称为抗洪柱:
一种是位于孤立墙体的中部,这种抗洪柱主要承受水平荷载,即水流荷载或波浪荷载,属于受弯构件,其纵向配筋需要根据其承受水流或波浪荷载的大小由计算确定;也可按本标准第5.2.10条或本标准第5.2.11条进行配筋。
另一种是位于非孤立墙体中,即位于纵横墙交接处,这种抗洪柱的作用与现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003、《建筑抗震设计规范》GB 50011等标准中构造柱的作用相同,其纵向配筋和箍筋按构造配筋即可。
抗洪安全等级为一级的多层房屋,是蓄滞洪期间用于人员集体避难的重要建筑。在外墙四角、大房间内外墙交接处、楼梯间横墙与外墙交接处、山墙与内纵墙交接处设置抗洪柱,是为了提高这级房屋的变形能力。
5.3.2 抗洪柱的设置和构造应符合下列规定:
1 设置抗洪柱的墙体应先砌墙后浇柱;抗洪柱与墙体连接处宜砌成马牙槎,并应沿墙高每隔500mm设置2根直径为6mm的水平钢筋和直径为4mm、间距不大于100mm的分布短筋点焊组成的拉结网片或直径为4mm点焊钢筋网片,每边伸入墙内不小于1m或伸至门窗洞边;
2 抗洪柱可不单独设置基础,但应伸入室外地面以下不小于500mm或锚入墙体基础圈梁内;
3 抗洪柱顶端应伸至近水面安全层楼板或以上,并应与各层的圈梁或楼板有可靠的连接。
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5.3.2 抗洪柱的主要功能是将作用于孤立墙体上的波浪荷载或水流荷载有效地传递给楼板,达到保证孤立墙体安全的目的。抗洪柱不必单独设置基础,顶端可只伸到安全层楼板处,并与各层圈梁或楼板有可靠的连接。
先砌墙后浇柱,可使墙、柱结合牢固;马牙槎可使柱外露,便于检查柱的施工质量。
设置墙体间、墙柱间的拉结钢筋,主要是为了加强这些关键部位的连接,改善墙体的抗波浪或抗水流性能。实践表明,不釆用钢筋网片,只采用2根钢筋拉结时,由于钢筋与墙体的握裹性能差,往往钢筋被拔出破坏。
5.3.3 抗洪柱箍筋直径和间距宜符合下列规定:
1 当纵向配筋为4根直径18mm、20mm或22mm的钢筋时,箍筋直径宜为8mm,箍筋间距不宜大于150mm;
2 当纵向配筋为4根直径14mm或16mm的钢筋时,箍筋直径宜为6mm,箍筋间距不宜大于200mm;
3 在柱的上下端各500mm范围内箍筋间距不宜大于100mm。
5.3.4 内外墙交接处必须咬槎砌筑;当内外墙交接处未设置抗洪柱时,对抗洪安全等级为一、二级的房屋,应沿墙高每隔500mm设置2根直径为6mm的水平钢筋和直径为4mm的分布短筋点焊组成的拉结网片或直径为4mm的点焊钢筋网片,每边伸入墙内不宜小于1m或伸至门窗洞边。
5.3.5 安全层以下后砌非承重墙体应沿墙高每隔500mm设置2根直径为6mm的钢筋和直径为4mm的分布短筋点焊组成的拉结网片或直径为4mm的点焊钢筋网片与承重墙或柱拉结,并伸入后砌非承重墙内不宜小于1m。后砌非承重墙体顶部应与楼板或梁拉结。
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5.3.4、5.3.5 为了提高房屋墙体的整体性,对内外墙交接处未设置抗洪柱、安全层以下后砌非承重墙体,应沿墙高每隔500mm设置2根直径为6mm的钢筋和直径为4mm的分布短筋点焊组成的拉结网片或直径为4mm的点焊钢筋网片与承重墙或柱拉结。
5.3.6 近水面安全层及其以下各层装配式钢筋混凝土楼板处的外墙、内纵墙、内横墙应设置钢筋混凝土圈梁。
5.3.7 钢筋混凝土圈梁构造应符合下列规定:
1 圈梁应闭合;圈梁宜与楼板或屋面板设在同一标高处或紧靠板底,洪泛区单层坡屋盖房屋应设置在下弦标高处;
2 圈梁的截面高度不应小于120mm,混凝土强度等级不宜低于C25;
3 蓄滞洪区当计算风速不大于17.2m/s时,圈梁纵向最小配筋可釆用4根直径为10mm的钢筋,箍筋间距不宜大于200mm;当计算风速大于17.2m/s且不超过22.6m/s时,圈梁纵向最小配筋可采用4根直径为12mm的钢筋,箍筋间距不宜大于150mm;
4 洪泛区圈梁纵向最小配筋可釆用4根直径为10mm的钢筋,箍筋间距不宜大于200mm。
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5.3.6、5.3.7 圈梁能提高房屋的整体性,特别是对于装配式楼(屋)盖的砖、石砌体房屋。圈梁与抗洪柱有效的连接可对墙体起到约束作用,是房屋在洪水环境下维持其功能的主要措施之一。
5.3.8 抗洪安全等级为一、二级的建筑,应在安全层以下的下列部位设置钢筋混凝土现浇带或配筋砂浆带:
1 窗台标高处;
2 当内纵墙和房屋两端算起的第一道内横墙门洞上部墙体高度大于本标准表5.1.4的规定且不超过1.00m时,过梁上表面标高处。
5.3.9 钢筋混凝土现浇带或配筋砂浆带的截面厚度可釆用60mm,宽度宜与墙厚相同;钢筋混凝土现浇带混凝土强度等级不宜低于C25,配筋砂浆带砂浆强度等级不宜低于M10,纵向钢筋不宜小于2根直径为12mm的钢筋,分布钢筋间距不宜大于200mm;并应锚入抗洪柱或与其相垂直的墙体。
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5.3.8、5.3.9 窗台以下及洞口四角墙体在波浪作用下易首先破坏以至危及其他部位的安全。因此第5.3.8条规定在窗台标高处设置钢筋混凝土现浇带(以下简称现浇带)或配筋砂浆带(以下简称砂浆带)。
现浇带或砂浆带的主要作用是减小墙体位于楼板处的弯矩,改善洞口四角的受力性能。现浇带或砂浆带不需周边闭合,但需与抗洪柱或与之相垂直的墙体用钢筋锚固。位于窗台处的现浇带或砂浆带可代替窗台板,但位于洞口上方的现浇带或砂浆带不能代替过梁。
5.3.10 近水面安全层及其以下的门窗洞口应采用钢筋混凝土过梁,过梁搁置长度不应小于240mm。
5.3.11 当墙体的开洞率不符合本标准第5.1.5条的规定时,可在局部釆用轻质材料砌筑,且其砂浆强度等级不宜大于M0.4,使洪水时易于开洞或洪水期间易于自动垮塌露出洞口。
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5.3.11 一般情况下,不满足墙体开洞率的主要原因是开洞位置与使用要求有矛盾。因此,根据一些蓄滞洪区的经验,本条提出开洞位置的墙体可采用轻质材料、低强度等级砂浆砌筑。这种措施也称为局部薄弱构造措施。局部薄弱构造措施实属一种“弃卒保车”之策,是为了保证房屋主体结构安全采取的一种措施。要求局部薄弱构造在非洪水期间不影响使用要求,洪水时易于人为拆除或能很快垮掉,以保证墙体所应有的开洞率。因此规定薄弱构造宜采用轻质材料,以免自垮时损坏其他构件,又规定薄弱构造的粘结材料经水浸泡后容易松散脱落。
局部薄弱构造措施的形式在本标准中未做统一规定,但根据一些蓄滞洪区和洪泛区的建房经验,介绍如下几种形式:
1 当外墙未设门窗时,可采用图3(a)的薄弱构造;
2 当内墙开洞率小于外墙开洞率时,可采用图3(b)的薄弱构造。
5.3.12 洪泛区有檩屋盖构件连接应符合下列规定:
1 釆用钢屋架、钢檩条的有檩屋盖,檩条宜采用螺栓与屋架连接;
2 釆用钢屋架、木檩条的有檩屋盖,对接檩条在对接处宜采用木夹板螺栓连接,木檩条与钢屋架宜釆用螺栓或铁件连接;
3 釆用木屋架、木檩条的有檩屋盖,对接檩条在对接处宜釆用木夹板螺栓连接,木檩条与木屋架宜采用铁件、扒钉或钢丝连接;
4 应在房屋两端开间与中部隔开间屋架的跨中设置竖向剪刀撑,并应在屋架跨中的下弦高度处设置纵向水平系杆,竖向剪刀撑上端与脊檩、下端与纵向水平系杆应釆用铁件牢固连接;
5 屋架两端应与墙顶圈梁中的预埋件牢固连接;
6 屋架檀条与墙体应牢固连接。
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5.3.12 墙体上端支撑于屋盖,屋盖各构件之间的牢固连接,对提高屋盖系统的整体性和水平刚度,使墙体平面外稳定具有重要意义。
5.3.13 蓄滞洪区屋檐高度低于本标准第3.3.3条第2款关于安全层楼板底面标高规定的有檩屋盖房屋,其屋面构造与支撑布置宜符合本标准第7章的有关规定。
5.3.14 近水面安全层及以下当平毛石墙体采用双轨砌筑时,应沿墙高每隔200mm~300mm设置一层拉结石,拉结石的长度应与墙厚相同。
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5.3.14 平毛石的规整性较料石差,往往不能满足单轨砌筑,双规砌筑导致墙体的整体性较差,因此,需要沿墙高每隔200mm~300mm设置一层拉结石,拉结石的长度应与墙厚相等。
5.3.15 石砌墙体应釆用坐浆砌法,不得采用干砌甩浆的砌筑方法。
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5.3.15 有些地区的石砌墙体采用干砌甩浆的砌筑方法,这种砌筑方法导致墙体石料之间没有粘结砂浆,墙体整体性差,抗波浪或抗水流的能力差,因此规定应采用坐浆砌法,不得采用干砌甩浆的砌筑方法。
6钢筋混凝土框架房屋
6.1 —般规定
6.1.1 钢筋混凝土框架房屋宜按透空式房屋设计。
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6.1.1 钢筋混凝土房屋,蓄滞洪区可根据计算风速和蓄滞洪区运用频率,洪泛区可根据水流速度,按透空式进行设计。
透空式房屋的设计思想是,房屋水下部分的围护墙和楼板,主要是靠近静水面的围护墙和楼板,在波浪荷载或水流荷载达到设计值之前即脱离主体结构,达到减轻波浪或水流荷载作用、保障安全楼层使用功能的目标。这种设计方案的特点是,在给定风浪或水流条件下,主体结构所承受的波浪荷载小,但围护墙要倒塌、部分室内财产要遭受损失,退洪后需要重新砌筑围护墙、安装门窗、进行内外装修等。因此,透空式房屋适于在风浪大、蓄滞洪机遇较少的蓄滞洪区采用。
6.1.2 房屋平面内抗侧力构件的布置宜均匀对称。
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6.1.2 由于要求洞口大小及分布均匀,故房屋平面内抗侧力构件的布置也应均匀对称,以减轻房屋的扭转效应。
6.1.3 抗洪安全等级一、二级建筑的混凝土强度等级不应低于C30。
6.1.4 透空式房屋的填充墙应采用轻质材料、低强度等级砂浆砌筑,墙体与框架柱宜采用弱连接,使填充墙在洪水作用下能够自行垮塌,形成透空。当采用非轻质材料时,应计入退洪后垮塌墙体重量对楼板的作用。
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6.1.4 本条目的在于减小退洪后墙体材料对楼板所增加的荷载。对于非轻质墙体,洪水期间墙体、室内物品等含水率处于饱和状态,重量增大,应考虑退洪后垮塌墙体的重量与分布对楼板产生的不利影响。
6.1.5 当按半透空式房屋设计时,安全层以下墙体的开洞率、开洞位置、墙与柱的连接、洞口的构造措施等,宜符合本标准第5章的有关规定。
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6.1.5 钢筋混凝土框架房屋也可以按半透空式房屋设计,此时安全层以下墙体的开洞率、开洞位置、墙与柱的连接、洞口上下的现浇带等构造措施,可按本标准第5章的有关规定执行。
《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准[附条文说明]》GB/T 50181-20186.2 计算要点
6.2.1 在波浪或水流荷载作用下的钢筋混凝土框架房屋,其承载力和变形的验算应符合下列规定:
1 当砌体填充墙不作为抗侧力构件时,波浪或水流荷载全部由框架承担;
2 当砌体填充墙作为抗侧力构件时,应按半透空式房屋设计计算,波浪或水流荷载由框架和填充墙共同承担;框架与填充墙之间的协同作用计算方法可按本标准附录G采用。
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6.2.1 当砖砌体与框架梁、柱连接紧密时,可以考虑砖砌体抗侧力的影响,此时墙体也承受一定的侧向力。
波浪水平荷载、水流荷载和水平地震作用,对于建筑是不同类型的外加作用。波浪或水流作用为外加面力,其大小与房屋迎浪面墙体面积成正比,地震作用为房屋所受的加速度,其值与房屋质量和动力特性有关。虽然洪水与地震作用性质不同,但对于建筑都是以水平向的作用为主。
当框架中的砌体填充墙充当抗侧力构件时,波浪或水流荷载由框架和填充墙共同承担。框架与填充墙二者协同工作抗御波浪或水流荷载的情况,与二者协同工作抗御地震作用类似。因此,本标准附录G采用了国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ 11-89附录三的计算方法。
6.2.2 安全层以下钢筋混凝土构件裂缝宽度,可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010有关规定进行验算;最大裂缝宽度允许值可按室内高湿度环境确定。
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6.2.2 裂缝大小对水中的钢筋混凝土构件正常工作有影响,但房屋处于水中的时段与其使用寿命相比是短暂的,故最大裂缝宽度允许值不采用水中规定值,而采用室内高湿度环境下的规定值。
6.2.3 按半透空式房屋设计的框架填充墙结构,在波浪或水流荷载作用下的墙体受弯承载力可按本标准附录F验算。
6.2.4 蓄滞洪区当风速不大于22.6m/s、洪泛区当水流速度不大于3.3m/s时,钢筋混凝土房屋沿边长大于8m的方向可不进行整体抗倾覆验算。
6.3 构造措施
6.3.1 框架梁、柱截面尺寸宜符合下列规定:
1 梁截面的宽度不宜小于200mm;
2 梁截面高度与宽度的比值不宜大于4;
3 梁净跨与截面高度之比值不宜小于4;
4 柱净高与矩形截面高度或与圆柱直径之比不宜小于4。
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6.3.1 波浪和地震都具有反复作用的特点,而且以水平分量为主。因此,房屋的抗波浪或抗水流作用设计方法,可吸取和继承抗震设计的经验。按本条规定设计的钢筋混凝土构件,可避免形成短梁、短柱,和在波浪或水流荷载作用下梁、柱的剪切破坏先于弯曲破坏的可能。
本条参照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关条文制定。
6.3.2 梁端箍筋加密范围及加密区箍筋配置宜符合下列规定:
1 加密区长度采用梁高的1.5倍和500mm二者中的较大值;
2 箍筋最大间距采用1/4梁高、8倍纵向钢筋直径和150mm三者中的最小值;
3 箍筋最小直径为8mm,肢距不大于250mm。
6.3.3 柱端箍筋加密范围宜符合下列规定:
1 柱端宜取矩形截面高度或圆柱直径、1/6柱净高和500mm三者中的最大值;
2 底层柱宜取刚性地面上下各500mm。
6.3.4 柱加密区和框架节点核芯区的箍筋配置宜符合下列规定:
1 箍筋最大间距宜釆用8倍纵向钢筋直径和150mm二者中的较小值;角柱的箍筋间距不宜大于100mm;
2 箍筋最小直径宜釆用8mm;当柱截面尺寸不大于400mm时,箍筋直径不应小于6mm;
3 箍筋肢距不宜大于250mm,且每隔一根纵向钢筋在两个方向有箍筋约束。
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6.3.2~6.3.4 在波浪或水流荷载作用下,框架节点附近的梁、柱端部易首先破坏。加密箍筋可起到约束混凝土,增加杆件变形能力,延缓框架破坏的作用。
实践表明,箍筋对混凝土的约束作用与含箍量、箍筋形式、箍肢间距等因素有关。一般情况下,箍筋含量高的杆件延性好;箍筋直径和间距相同时,箍肢间距愈小,则其对混凝土的约束作用愈大。
为使框架梁、柱的纵向钢筋有可靠的锚固,框架梁柱节点核芯区混凝土要具有良好的约束条件,其最小配箍量不应低于柱端的实际配箍量。
此三条系参照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011有关条文制定。
6.3.5 半透空式房屋安全层以下框架抗侧力砖砌体填充墙应符合下列规定:
1 施工时应先砌墙,后浇梁、柱;柱与墙体连接处应砌成马牙槎;墙厚不应小于240mm,砌筑砂浆强度等级不应低于M10;
2 应沿墙高每隔500mm设置2根直径6mm的水平钢筋和直径4mm、间距不大于100mm的分布短筋点焊组成的拉结网片,或直径4mm的点焊钢筋网片,拉结网片应与柱和墙体拉结,拉结网片每边伸入填充墙内的长度不宜小于1m或伸至门窗洞边。
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6.3.5 在施工顺序上先砌墙后浇梁、柱,以及在框架与填充墙之间设置钢筋拉结网片,目的在于保证砖填充墙与框架柱之间有可靠拉结和框架与填充墙二者的共同作用。
6.3.6 近水面安全层以下混凝土结构的环境类别为二类b,其受力钢筋的混凝土保护层最小厚度应符合表6.3.6的规定。
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6.3.6 高湿度环境下保护层的厚度应比正常情况大。本条系参照现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010有关条文制定。
7单层空旷房屋
7.1 一般规定
7.1.1 单层空旷房屋可包括俱乐部、礼堂和食堂等空旷公共建筑。
7.1.2 俱乐部、礼堂等公共建筑及附属房屋应具有集体避洪功能,附属房屋的设计要求和构造措施应根据结构类型按本标准第5章、第6章执行。
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7.1.1、7.1.2 通常情况下,单层空旷房屋是一组由不同结构类型组合而成的建筑,包含有单层的观众厅和多层的前后厅、两侧附属用房及无侧厅的食堂等。
观众厅与前后厅之间、观众厅与两侧厅之间一般不设伸缩缝,因此,根据本标准第3章的规定,布置要对称,并按本章釆取措施,使整组建筑形成相互支持和有良好联系的整体结构体系。
新建俱乐部、礼堂等公共建筑的附属房屋也应满足集体避洪的要求,其设计要求和构造措施应根据其结构类型按本标准第5章或第6章有关规定执行。
7.1.3 单层空旷房屋的结构布置应符合下列规定:
1 当两侧有附属房屋时,附属房屋的总高不宜低于大厅檐口高度;
2 当两侧无附属房屋时,大厅的柱应采用钢筋混凝土柱,混凝土强度等级不应低于C30;
3 不得采用无端屋架的山墙承重结构。
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7.1.3 附属房屋的总高一般不宜低于大厅屋檐高度,否则在波浪或水流荷载作用下,高出附属房屋的大厅部分可能遭受严重破坏。
大厅的房屋高、跨度大,对抗洪极为不利,因此,要求釆用钢筋混凝土柱。同时,附属房屋选型、屋盖形式、构造措施以及非承重隔墙的合理设置,将有利于提高大厅的抗洪能力。
如果釆用无端屋架的山墙承重方案,一旦山墙在波浪或水流荷载作用下倒塌,将会导致由山墙支撑的部分屋盖塌落,这有可能将其他部分屋盖拖曳塌落,甚至使整个房屋倒塌。
7.1.4 蓄滞洪区空旷房屋屋架下弦高度低于本标准第3.3.3条第2款关于近水面安全层楼板底面高度时,宜采用有檩体系的轻型屋盖。
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7.1.4 蓄滞洪区考虑到蓄滞洪时风浪的影响,单层空旷房屋尽可能建在地势较高处,使房屋下弦高度不小于本标准第3.3.3条关于近水面安全层楼板底面高度的规定,以避免在波浪力作用下因屋盖系统的破坏而引起整个大厅的破坏。
7.1.5 蓄滞洪区空旷房屋大厅不宜设置悬挑结构。
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7.1.5 蓄滞洪区当大厅设置的悬挑结构位于波浪影响范围内时,在波浪竖向荷载作用下通常会遭到严重破坏。
7.1.6 单层空旷房屋的围护墙宜采用嵌砌,按半透空式房屋设计。墙体开洞率、开洞位置、墙与柱的连接、洞口的构造措施等,应符合本标准第5章的有关规定。
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7.1.6 单层空旷房屋的围护墙宜采用嵌砌式,按半透空式设计。此时墙体的开洞率、开洞位置、墙与柱的连接、洞口上下的现浇带等构造措施,可按本标准第5章的有关规定执行。
7.1.7 单层空旷房屋的山墙应设置钢筋混凝土柱和梁,混凝土强度等级不应低于C30。
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7.1.7 单层空旷房屋的山墙一般较高大,且很少开洞,山墙很难承受波浪或水流荷载的冲击,本条对山墙必须设置钢筋混凝土柱和梁作了规定。
7.2 计算要点
7.2.1 单层空旷房屋可划分为前厅、后厅、大厅和侧房等若干独立单元,根据其结构类型按本标准有关章节的规定进行抗洪验算,但应考虑各独立单元结构之间的相互影响。
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7.2.1 单层空旷房屋的平面和体型均较复杂,尚难以进行整体计算分析,为了简化,可将整个房屋划分为若干部分,分别进行计算,然后根据连接情况考虑荷载的局部影响。
单层空旷房屋的横向抗洪分析时,根据附属房屋的结构类型及与大厅的连接方式,可选用排架、框排架计算简图。
7.2.2 两侧无附属房屋的大厅,可取一个典型开间验算,并应符合下列规定:
1 当围护墙与柱脱开或在波浪荷载、水流荷载作用下墙体能自行垮掉时,蓄滞洪区波浪荷载可按本标准附录D采用透空式房屋计算确定,洪泛区水流荷载可按本标准附录E计算;
2 当围护墙与柱、圈梁等有牢固连接,且墙体的开洞率符合本标准第5章有关规定时,蓄滞洪区波浪荷载可按本标准附录C采用半透空式房屋计算确定,洪泛区水流荷载可按本标准附录E计算。
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7.2.2 两侧无附属房屋的大厅,可根据围护墙与主体结构的连接情况,选用透空式或半透空式计算模式,然后将房屋的总波浪荷载分配到排架柱,釆用平面排架简化方法计算。
7.2.3 大厅两侧的附属房屋,计算方法应根据结构类型和透空方式,按本标准第5章或第6章选取。
7.2.4 单层空旷房屋山墙的柱和梁应验算平面外抗波浪荷载或抗水流荷载。
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7.2.4 根据宏观调查、山墙抗波浪力计算分析及使用要求,本条规定对单层空旷房屋山墙的柱和梁应进行出平面抗洪验算。
7.3 构造措施
7.3.1 空旷房屋应设置完整的支撑体系,屋架与柱顶、支撑与主体结构之间应牢固连接。
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7.3.1 支撑系统对于空旷房屋极为重要。支撑系统不完善,往往导致屋盖系统失稳,在洪水期间发生房屋倒塌性的灾害。因此,在结构布置上要求保证空旷房屋支撑系统的完整性和整体稳定性。
7.3.2 有檩屋盖构件的连接及支撑布置应符合下列规定:
1 洪泛区有檩屋盖檩条与檩条、檩条与屋架、屋架与墙顶圈梁的连接、竖向剪刀撑的设置,应符合本标准第5.3.12条的规定;
2 蓄滞洪区当屋架下弦高度小于本标准第3.3.3条第2款规定的近水面安全层楼、屋盖板底面高度时,在波浪荷载作用下檩条上的槽瓦、瓦楞铁、石棉瓦等应与檩条脱离;
3 蓄滞洪区当采用木屋盖时,木望板应稀铺;
4 有檩屋盖的支撑布置宜符合表7.3.2的规定。
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7.3.2 本条所指的有檩屋盖,主要是波形瓦(包括石棉瓦及槽瓦)屋面。这类屋盖只要设置完整的支撑体系,檩条间以及檩条与屋架间有牢固的拉结,且保证在波浪作用下屋面瓦与檩条脱离,一般均具有一定的抗洪能力。若屋面与檩条的连接过于牢固,当波浪高度超过屋架下弦时,由于波浪力对屋面的冲击作用,将会对檩条、屋架产生较大的破坏,甚至引起整个屋盖系统严重破坏。
7.3.3 大厅钢筋混凝土柱的箍筋加密区,箍筋间距不应大于100mm,加密区范围应符合下列规定:
1 柱头应取柱顶以下500mm并不应小于柱截面长边尺寸;
2 变截面柱应取变截面处上、下各300mm;
3 柱根应取下柱柱底至室内地坪以上500mm。
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7.3.3 柱在变形受约束的部位容易出现破坏,增加箍筋加密区,以提高其承载能力。
7.3.4 舞台口应符合下列规定:
1 舞台口两侧及横墙两端应设置钢筋混凝土柱;
2 舞台口横墙应设置钢筋混凝土卧梁,其截面高度不宜小于180mm,并应与屋盖构件有可靠连接;
3 舞台口大梁上不应设置承重墙体。
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7.3.4 舞台口两侧墙体为一端自由的高大悬墙,其上搁置的大梁亦为悬梁,很不稳定,受力复杂。因此,舞台口墙要加强与大厅屋盖体系的拉结,用钢筋混凝土柱和水平圈梁、卧梁来加强舞台口横墙的整体性和稳定性。
7.3.5 大厅的围护墙应符合下列规定:
1 当采用透空式房屋时,围护墙与柱和圈梁应采用弱连接,或沿墙与柱、圈梁间可设置隔离层,但应保证在正常使用状态下围护墙的稳定性;
2 当采用半透空式房屋时,围护墙、山墙的开洞率和墙体与柱、圈梁的拉结应符合本标准第5章和第6章的有关规定。
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7.3.5 当按透空式房屋进行设计时,大厅柱的截面和配筋无法承受墙体传来的波浪荷载或水流荷载。因此,应使墙体在波浪或水流荷载作用下能自行垮掉。
当按半透空式房屋进行设计时,应使填充墙体与柱和梁有牢固的连接,但墙体的开洞率应符合本标准第5章的有关规定。
7.3.6 围护墙现浇钢筋混凝土圈梁的设置应符合下列规定:
1 大厅柱或墙顶标高处应设置圈梁,圈梁与柱或屋架应牢固拉结;圈梁与柱连接的锚拉钢筋不宜少于4根直径12mm,且锚固长度不宜小于35倍钢筋直径;
2 半透空式房屋沿墙高每隔3m左右增设圈梁一道;
3 圈梁的截面宽度应与墙厚相同,高度不应小于180mm;配筋不宜少于4根直径14mm,箍筋间距不宜大于200mm;
4 对软弱或不均匀地基应增设基础圈梁。
7.3.7 大厅与附属房屋不设缝时,在同一标高处应设置封闭圈梁并在交接处连通,墙体交接处沿墙高每隔500mm应设置2根直径6mm的水平钢筋和直径4mm的分布短筋点焊组成的拉结网片或直径4mm的点焊钢筋网片,且每边伸入墙内不宜小于1m。
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7.3.6、7.3.7 增设多道圈梁主要是加强房屋的整体性和稳定性。
大厅与周围房屋间不设伸缩缝时,交接处受力较大,所以要加强相互间的连接,以增强房屋的整体性。
7.3.8 山墙应沿屋面设置钢筋混凝土卧梁,并应与屋盖构件锚固。
7.3.9 山墙的钢筋混凝土柱,其截面与配筋不宜小于排架柱;间距不宜大于4m,并应通到山墙的顶端与卧梁连接。
7.3.10 山墙沿墙高每隔3m左右应设置钢筋混凝土梁,梁与大厅圈梁应连成封闭形式;梁的截面高度不应小于240mm,纵向配筋应按计算确定;箍筋直径不宜小于8mm,间距不宜大于100mm。
7.3.11 当半透空式房屋山墙开洞与使用要求有矛盾时,洞口位置宜采用薄弱构造措施。
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7.3.8~7.3.11 山墙是空旷房屋的薄弱部位之一,且开洞少,在波浪或水流荷载的作用下容易外倾、局部倒塌、甚至全部倒塌。为提高山墙的承载能力和稳定性,在山墙必须设置抗波浪或抗水流的钢筋混凝土柱、梁和卧梁,并加强锚拉措施。
由于使用上的要求,山墙一般不开洞或开洞很少,这对山墙抗洪极为不利,因此应按本标准第5章有关规定,设置洞口或采用薄弱构造措施。
《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准[附条文说明]》GB/T 50181-2018 附录A蓄滞洪区波浪要素
A.0.1 蓄滞洪区波浪要素应根据当地的环境条件,由实测资料统计确定;当无实测资料时,可按下列公式计算确定:
1 平均波高
式中:Hm——平均波高(m);
VW——计算风速(m/s);
lW——风区长度(m);
d0——蓄滞洪计算水深(m);
g——重力加速度(m/s2)。
2 波浪平均周期
式中:Tm——波浪平均周期(s)。
3 平均波长lm,wa可根据已知的波浪平均周期Tm及蓄滞洪计算水深d0按表A.0.1查取。
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A.0.1 蓄滞洪区的波浪要素(由波高、波长和波浪周期组成)应根据当地环境条件由实测资料确定。当地无波浪要素实测资料时,在选定波浪要素计算方法后,可根据蓄滞洪区的风区长度、计算风速和蓄滞洪计算水深,通过计算确定。
1)波浪要素计算方法的选定
据统计,波浪要素的计算方法有80余种,这些方法有的适于内陆水域,有的适于海洋,有的可用于任意水深,有的只适于深水。100多年来,随着时间推移和波浪研究工作的不断深入,上述方法中有相当一部分已逐渐被淘汰。
为选取适用于蓄滞洪区波浪要素的计算方法,对宿鸭湖水库实测波高用10种方法的计算结果进行了比较。这10种方法是:蒲田站方法、SMB方法、拉布佐夫斯基法、鹤地水库方法、小风区方法、水调所方法、布拉斯拉夫斯基法、安德烈杨诺夫法、官厅水库方法、方法。实测区的水深2.3m~2.5m,风速10m/s~16m/s,风区10.4km。计算结果中蒲田站法结果最接近实测资料。
对于深水情况,用蒲田站法、SMB法、海港水文标准和法对官厅水库和鹤地水库的实测波高进行了对比计算。上述4种方法的计算曲线基本上都通过实测无量纲波高点分布的中心,且蒲田站方法介于其中。此外,用4种方法计算的上述两水库的波浪周期与实测周期相比,也得到类似的结论。
据此,本标准推荐蒲田站法作为计算波浪要素的方法,此法已为水利部现行有关技术标准釆用。
2)波浪要素计算参数的确定
波浪成长取决于风场(由风压、风速和风时构成)和蓄滞洪计算水深(即蓄滞洪设计水位与一个计算风区地面平均高程之差)。
风速和风向比较一致的水域划为一个风区。据黄河、淮河和大清河所属13个蓄滞洪区统计,蓄滞洪区平均面积450km2,风区长度20km左右,一般可划为一个风区
关于风时,我国用以确定波浪对海、河建筑与岸坡作用和苏联用以确定波浪、冰凌和船舶对水工建筑的荷载与作用()均规定,当风区长度小于100km时,可不考虑风时的影响。本标准的规定与上述标准一致。实际上,不考虑风时所计算的定常波浪要素对工程结构最为不利,在工程设计上是偏于安全的。
蓄滞洪区计算水深一般在8m以内,多数为3m~5m,不属于深水范围。波浪计算应考虑水深的影响。
根据上述原则,在确定风区长度、计算风速和蓄滞洪计算水深等计算参数后,即可按本标准附录A第A.0.1条计算波浪要素。
3)平均波长计算
考虑水深影响时的平均波长lm,wa,一般都按下列理论公式用渐近法迭代计算,很不方便。
式中:lm,wa——平均波长(m)
Tm——波浪平均周期(s)
d0——蓄滞洪计算水深(m)
本条给出按式(1)迭代计算的波长,并列于本标准附录A表A.0.1。可根据已知的波浪平均周期Tm和计算水深d0,直接由表A.0.1查取或插值计算,也可按式(1)迭代计算。
波浪平均周期表达式(A.0.1-2)的系数,按蒲田试验站应为4.44。根据内陆水域风浪资料验证,当glw/V2w<1000时,周期可降低10%。原水利电力部行业标准《碾压式土石坝设计规范》SDJ 218-84采用了这一结果。鉴于上述风区长度和风速条件适用于蓄滞洪区,本条在附录A式(A.0.1-2)中取系数为4.0。
A.0.2 蓄滞洪淹没范围内的风区长度和主风向可按下列方法确定:
1 在计算蓄滞洪区内建筑附近的风浪时,风区长度可取自建筑逆主风向至水域边界的距离;
2 当逆主风向两侧蓄滞洪水域狭长或边界不规则或水域内有高地、村庄等时(图A.0.2),风区长度可按下式计算:
式中:lW——风区长度(m);
l0——在水域平面上从计算点A逆主风向作用射线至水域边界交点的距离(m);
j——数列序号,取值0,±1,±2,……,±6,其中正号和负号分别表示以主射线为中心线的一侧和另一侧;
αj——第j条射线与主射线之间的夹角,取值丨j丨α,α=7.5°;
lj——第j条射线与水域边界交点至计算点A的距离(m)。
3 主风向应取计算风速对应的方向,其允许偏离角为±22.5°;当地没有风向实测资料时,主风向应采用蓄滞洪期常遇大风风向。
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A.0.2 风作用于水域的长度为风区长度。当逆风向两侧蓄滞洪水域较宽时,风区长度为自计算点到逆风向对岸的距离。当逆风向水域岸边界不规则或水域内有高地、村庄时,可按本条第2款的方法确定风区长度。
风区长度及主风向的计算方法,系参照国家现行有关标准及美国内政部恳务局有关资料制定的。
A.0.3 蓄滞洪区计算风速可按下列方法确定:
1 蓄滞洪期内的计算风速可根据当地气象实测资料统计或地区经验确定。
2 当地有不少于20a的最大风速实测资料时,可通过对资料的统计分析确定;且以蓄滞洪设计水位以上10m高处蓄滞洪期一遇的l0min平均最大风速为统计标准,最大风速的概率分布可按极值Ⅰ型计算,计算风速可按下列公式计算:
式中:VW——计算风速(m/s);
μv1——蓄滞洪期年最大风速平均值(m/s);
Vj——蓄滞洪期年最大风速观测值序列(m/s);
n——观测年数(a);
TW——计算风速重现期(a);
T1——蓄滞洪区两次运用间隔时间(a);当T1≥20时,宜取20;
δv——蓄滞洪期年最大风速序列变异系数,应由计算确定。
3 当地最大风速实测资料少于20a且不少于5a时,仍可按本条第二款确定计算风速,但本附录式(A.0.3-1)中的变异系数δv宜取0.151。
4 当地没有风速实测资料时,计算风速可按下式确定:
式中:W0——基本风压(kN/m2),可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009确定;
T1——蓄滞洪区两次运用间隔时间(a),当T1>15时,宜取15;当T1<5时,宜取5。
5 有条件时,宜对抗洪安全等级一级的重要建筑进行不同风向的比较计算,选取对建筑风速大、风区长度大的较危险情况作为计算波浪要素的依据。
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A.0.3 计算风速
1)蓄滞洪期间的大风出现概率
建筑结构可靠度釆用的设计基准期为50年,与此相应地,最大风速与蓄滞洪设计水位相组合的风浪荷载应不少于50年一遇。而最大风速度的统计年限可根据蓄滞洪区的运用机遇来确定。
在计算不同可变荷载的相遇率时,必须考虑荷载持续时间,除非统计的时间单位小于荷载持续时间。因为两种可变荷载在同一统计时段内岀现,却不一定相遇合。例如,重现期为1年的大风和重现期为1年的洪水,虽然每年都可能出现,但大风可能出现在春季,而洪水可能出现在秋季,因此,不一定相遇合。退一步说,即使大风与洪水都在同一季节出现,由于大风只持续几天,而蓄滞洪区的运用一般为1个月左右,两种荷载也不一定相遇合。
当两种活荷载之间为统计独立时,其平均相遇率可采用下式近似计算:
λij=λiλj(μdi+μdj)(2)
式中:λij——荷载i和荷载j的平均相遇率
λi、λj——分别为荷载i和荷载j的平均发生率
μdi、μdj——分别为荷载i和荷载j的平均持续时间(d)
一般而言,大风持续时间最多几天,蓄滞洪区运用持续时间常在10d到两个月之间,而每年汛期内可能用以蓄滞洪水的时段,即蓄汛洪期,多在6月至9月,大体4个月左右。故可取大风持续时间与蓄滞洪区运用时间之和约为蓄滞洪期的一半,即:
μdl+μdw=μd/2 (3)
式中:μdl——蓄滞洪区平均运用持续时间(d)
μdw——大风平均持续时间(d)
μd——蓄滞洪期(d)
设蓄滞洪区两次运用时间之隔为Tl年;计算风速的重现期为TW年;计算风速与蓄滞洪水相组合的风浪荷载为蓄滞洪期50年一遇,即λwl=1/50。当以蓄滞洪期为时间统计单位,即μd=1时,将上述值及式(3)代入下式:
λwl=λwλl(μdl+μdw) (4)
可得:
TW=25/Tl (5)
2)风速标准值的确定
当地有最大风速实测资料时,应先换算得到规定的蓄滞洪期最大风速数据后再进行统计分析。本标准以蓄滞洪设计水位以上10m高处蓄滞洪期一遇的10min平均最大风速为统计标准。
蓄滞洪区的风况(风向、风速等),既取决于大范围的梯度风,也受局部地形地貌影响。
安徽省六安地区6个县(市)的气象站自1981年至1990年10年间的气象资料统计结果表明,在平原和丘陵地区,间距50km以内,风速和风向一般没有大的变化;而靠近山区时,风向可能受到地形影响。
我国的蓄滞洪区,多位于平原或丘陵地带,地势变化对风速影响不大,而且各县大都设有气象站,蓄滞洪区与气象站之间的水平距离一般不会超过50km。因此,在一般情况下,可以认为二者上空的梯度风速一致。当然,当地面粗糙度发生变化或地形变化甚大时,如山峰与山谷之间,则应考虑地形地貌的影响。
波浪计算需用水面以上10m高处的风速。考虑到蓄滞洪水深一般2m~5m,尚有许多高杆树林及房屋未被淹没,一般可假定地面粗糙度为中等,即B类。当水深较大,地面植被及建筑绝大部被淹没时,地面粗糙度应按A类计算。
3)计算风速的确定
现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009对风速统一采用比较简单的极值Ⅰ型分布,年极值分布函数Fy(x)的麦达式为:
根据独立性假定和同分布假定,可导出T年内的极值分布函数:
由此可知,T年内的极值分布仍为极值Ⅰ型,参数α不变,只是峰值uT相对于年极值分布右移lnT/α。
因此,欲求得不同重现期的风速值,可在年极值分布的基础上通过采取不同分位值的办法来计算。
设TW年一遇的风速为VW,则:
由式(6)可得:
式中:u——众值;
α——尺度参数。
以欧拉数γ=0.57722代入式(12),可得:
用极值Ⅰ型的方法对风速资料进行统计,只含风速平均值μvl和标准差σv(或变异系数δv)两个参数。当有不少于25年的最大风速实测资料时,μvl和σv的抽样误差不大。当风速资料不足25年但不少于5年时,μvl仍可按式(15)确定,但按式(14)计算的标准差σv估值误差较大,此时可根据其他地区风速资料确定。
现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009编制组为确定风荷载标准值,曾对全国各地风速进行了统计分析。由于各地风速统计资料中的参数各不相同,为便于设计使用,统一取:
u/V0=0.7(19)
式中:V0——重现期为30年的最大风速。
由式(11)及式(19)可得:
对比式(20)和式(21),可得δv=0.15135。
因此,在风速资料不足时,可根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009背景材料中对风速统计的结果,取变异系数δv=0.151。
当地没有风速实测资料时,可先通过对气象和地形条件的分析,并参照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009中全国基本风压分布图上的等值线,用插值法确定当地风压W0,然后再计算风速。
现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009给出的最大风压为30年一遇,系按年最大风速数据统计而得,并非蓄滞洪期的风速。因此,当以现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的风压值为基础,确定蓄滞洪期间的最大风速时,不能使用以蓄滞洪期为统计单位的式(5):
由式(6)可得:
同理,若T年一遇的风速为VT,则可得:
由式(23)、式(24)得出:
将式(19)代入,则:
因此,只要求出α0和αT值,即可得VT/V0,而V0可由现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009中得到的基本风压W0换算:
蓄滞洪区的运用机遇各地相差很大,有的2~3年用一次,有的10年、20年甚至30年才用一次。为简化计算,将之大体分为两档,5年以内者为一档,15年以上者为另一档。15年以上用一次的蓄滞洪区按洪水15年一遇计算,运用间隔时间不超过5年的蓄滞洪区按平均3年一遇的洪水计算。现已知大风持续时间与蓄滞洪期间之和平均为2个月。由此,可导出确定蓄滞洪期间波浪荷载的风速计算公式:
A.0.4 蓄滞洪计算水深宜取水域平均水深,且按蓄滞洪设计水位计算,其值可根据沿计算风向各点的水深确定。当各蓄滞洪期间实际运用水位有变化,不同于蓄滞洪设计水位时,尚应对可能出现的水位进行风浪荷载验算。
A.0.5 在进行蓄滞洪区建筑的承载力和稳定性验算时,计算波高的波列累积频率应取1%;1%累积频率波高可按下式确定:
式中:H——计算波高(m);
Hm——平均波高(m);
d0——蓄滞洪计算水深(m)。
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A.0.5 计算波高的波列累积频率标准取值1%系参照现行行业标准《港口与航道水文规范》JTS 145确定的。该标准规定,对于直立墙式、墩柱式的建筑,其上部结构、墙身和桩基的强度和稳定性计算,波高累积频率取值1%;当计算基床、护底坡面的稳定性时,取值5%。
式(A.0.5)是计算1%累积频率波高的近似表达式。表4给出平均波高与蓄滞洪计算水深之比在0~0.5范围内,按格鲁豪夫斯基一维林斯基分布计算的结果(表4中a行)与按本条式(A.0.5)计算结果(表4中b行)的对比。由表4可见,近似公式的计算误差在1%以内。
A.0.6 当地无实测资料时,风增水高可按下式计算:
式中:ds——风增水高(m);当小于0时,取0;
ks——综合摩阻系数,可取3.6×10-6;
VW——计算风速(m/s),可按本标准第A.0.3条计算确定;
lW——风区长度(m),可按本标准第A.0.2条确定;
l——背风岸至迎风岸的水域平均长度(m),当蓄滞洪区水域岸线不规则时,可按本标准第A.0.2条计算确定。
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A.0.6 在封闭水域中,风给水面施加水平剪力,使水体顺风向移动,形成上风水面降低、下风水面升高的水面线,即风增减水现象。
风增水面高度,按我国现行有关标准,其表达式:
式中:dS——风增减水高度(m);
ks——综合摩阻系数,可取值3.6×10-6;
VW——计算风速(m/s);
l——蓄滞洪区背风岸至迎风岸的平均水域长度(m);
d0——蓄滞洪计算水深(m);
g——重力加速度(m/s2)。
研究表明,风增减水为0的水面线节点位置在平均水域长度的中点附近;水面线平均波降I:
由此可以导出水域内任一点的风增水(ds为正)或风减水(ds为负)近似表达式:
附录B水平板波浪荷载计算方法
B.0.1 位于静水面以上0.8倍波高H至静水面以下0.5倍波高H范围内的房屋水平板,其波浪上托力可按下列方法确定:
1 作用于水平板的波浪上托力平均压强qm可按下式计算:
qm=0.75kmγH (B.0.1)
式中:qm一一作用于水平板的波浪上托力平均压强(kN/m2);
km——波浪最大压强系数,根据楼板底面距静水面的相对高度△h/H按表B.0.1确定;
γ——水的重度(kN/m3)。
1)当板底位于静水面以上时,△h取正值;反之取负值(图B.0.1);
2)沿波浪传播方向荷载的分布宽度l0可取1/8波长lwa;
3)当板长l1不大于1/8波长lwa时,l0取l1;
4)当板长l1大于1/8波长lwa时,应考虑波浪向前传播时,分布荷载qm向前移动至不同位置的情况。
2 对于半透空式房屋的楼板,计算波高H可乘以透浪系数kt,kt可按本标准附录C计算。
B.0.2 位于静水面以上0.8倍波高H至静水面以下0.5倍波高H范围内的透空式房屋水平板,在xB处(图B.0.2)波浪下冲力的最大值qBmax,可按下列公式计算:
式中:qBmax——波浪对透空式房屋水平板下冲力的最大值(kN/m2);
xB——当波峰在板面以上高度为z0时,qBmax的作用位置(m);
U——波峰破碎时水质点的速度(m/s);
C——波浪的传播速度(m/s);
Vx——水质点轨道运动的水平分速度(m/s);
α——破碎水流与板面的交角。
波浪对水平板的下冲力分布图形可近似为等腰三角形,即在板的迎浪侧边缘处为0,波浪对水平板下冲力最大值作用位置xB处为qBmax,2xB处为0。
附录C半透空式房屋波浪荷载计算方法
C.0.1 作用于开洞墙面上的波浪荷载分布qzo、qzb(图C.0.1),当水深d大于2倍波高时,可按下列公式计算:
1 静水位以上 (d≤z≤k1H+d):
qzo=k2γ[k1H-(z-d)] (C.0.1-1)
2 静水位以下 (0≤z≤d):
式中:qzo——静水位以上作用于开洞墙面上的波浪压强(kN/m2);
qzb——静水位以下作用于开洞墙面上的波浪压强(kN/m2);
k1——波浪压强系数;
k2一一与房屋迎浪面相对尺度b与波长lwa之比有关的系数,当b与lwa之比大于0.8时,k2取1.0,当b与lwa之比在0.2~0.8之间时,k2取0.75;b为房屋平行于波峰线的尺寸(m);
γ——水的重度(kN/m3);
z——竖向坐标轴;
lwa——波长(m);
kt——透浪系数;
kr——波浪反射系数,根据静水位以上1.0H至静水位以下1.5H范围的房屋迎浪墙面开洞率μ,按表C.0.1确定。
C.0.2 作用于z1至z2之间开洞墙面单位宽度上的波浪总荷载Qso、Qsb(kN/m)及其作用点到z1截面的距离dso、dsb(m),可按下列公式计算:
1 静水位以上(图C.0.2a,d≤z1<z2≤k1H+d):
2 静水位以下(图C.0.2b,0≤z1<z2≤d):
式中:Qso、Qsb——作用于z1至z2之间开洞墙面单位宽度上的波浪总荷载(kN/m);
dso、dsb——Qso、Qsb作用点止z1截面的距离(m)。
附录D透空式房屋波浪荷载计算方法
D.0.1 作用于建筑竖向构件及水平构件的波浪荷载分布,当波高H不大于0.2倍水深且水深d不小于0.2倍波长lwa或波高H大于0.2倍水深且水深d不小于0.35倍波长lwa时,可按下列方法计算:
1 竖向构件的计算应符合下列规定:
1)作用于距水底面z处(图D.0.1a)构件单位长度上的波浪荷载qa,当垂直于波峰线的杆件截面尺寸α不大于0.3倍波长lwa且平行于波峰线的杆件截面尺寸b不大于0.2倍波长lwa时,可按下列公式确定;
式中:qa——作用于竖向构件单位长度上的波浪荷载(kN/m);
qx——作用于构件单位长度上波浪荷载的水平分量(kN/m);
qxV、qxI——分别为波浪荷载的速度分量和惯性分量(kN/m);
γ——水的重度(kN/m3);
b——构件垂直于波向线的尺寸(m);
Ax——构件截面计算面积(m2);
ηxV——速度荷载系数,圆形截面可采用1.2,a/b≤1.5的矩形截面可采用2.0;
ηxI——惯性荷载系数,圆形截面可采用2.0,a/b≤1.5的矩形截面可采用2.2;
——分别为水质点运动的水平速度(m/s)和水平加速度(m/s2);
T——波浪周期;
ω——圆频率(s-1),取2π/T;
t——时间(s),当波峰通过构件中心线时,取0。
2)qx的最大值qxmax可按下列两种情况取值:
当qxVmax≤0.5qxImax,相位ωt=270°时:
qxmax=qxImax (D.0.1-7)
当qxVmax>0.5qxImax,相位ωt=arcsin(-0.5qxImax/qxVmax)时:
2 水平构件的计算应符合下列规定:
1)作用于距水底面z处(图D.0.1b)水平构件单位长度上波浪荷载的水平分量qx和竖向分量qz,当垂直于波峰线的杆件截面尺寸α不大于0.1倍波长lwa且平行于波峰线的杆件截面尺寸b不大于0.1倍波长lwa时,可按下列公式确定:
水平分量qx仍可由式(D.0.1-2)~式(D.0.1-6)确定;
竖向分量qz可由下列公式确定:
式中:qz一一作用于水平构件单位长度上波浪荷载的竖向分量(kN/m);
qzV、qzI——分别为波浪荷载竖向分量的速度分量和惯性分量(kN/m);
Az——构件截面计算面积(m2);
ηzV——速度荷载系数,圆形截面可采用1.2,b/a≤1.5的矩形截面可釆用2.0;
ηzI——惯性荷载系数,圆形截面可采用2.0,b/a≤1.5的矩形截面可釆用2.2;
——分别为水质点运动的竖向速度(m/s)和竖向加速度(m/s2)。
2)qx的最大值qxmax按下列两种情况取值:
当qzVmax≤0.5qzImax,相位ωt=0°时:
qzmax=qzImax (D.0.1-14)
当qzVmax>0.5qzImax,相位ωt=arccos(-0.5qzImax/qzVmax)时:
3)作用于水平构件单位长度上的波浪荷载qb可按下式确定:
qb的最大值qmax可取最大水平荷载时加相应相位的竖向荷载和最大竖向荷载时加相应相位的水平荷载这两种组合情况的较大者。
D.0.2 作用于整个竖向构件上的最大速度荷载分量QxVmax和最大惯性荷载分量QxImax,当垂直于波峰线的杆件截面尺寸α不大于0.3倍波长lwa且平行于波峰线的杆件截面尺寸b不大于0.2倍波长lwa时,可按下列方法计算:
1 对于z1至z2间截面相同的构件,当波高H不大于0.2倍水深且水深不小于0.2倍波长lwa或波高H大于0.2倍水深且水深不小于0.35倍波长lwa时,作用于该段上的QxVmax和QxImax可分别按下列公式计算:
2 QxVmax和QxImax对z1截面的力矩MxVmax和MxImax可分别按下列公式计算:
式中:QxVmax——作用于整个竖向构件上的最大速度荷载分量(kN);
QxImax——作用于整个竖向构件上的最大惯性荷载分量(kN);
MxVmax——QxVmax对z1截面的力矩(kN·m);
MxImax——QxImax对z1截面的力矩(kN·m)。
3 对于等截面构件,在计算QxVmax及其对水底面的力矩MxVmax时,z1取0、z2取d+hmax;而在计算QxImax及其对水底面的力矩MxImax时,z1取0、z2取d+hmax—H/2。其中hmax为波峰在静水面以上的高度(m),由本标准第3章确定。
4 对于z1至z2间截面相同的构件,当波高H不大于0.2倍水深且水深小于0.2倍波长lwa或波高H大于0.2倍水深且水深小于0.35倍波长lwa时,按本条第1款的规定计算波浪荷载后,对QxVmax乘以系数α,对QxImax乘以系数β。α和β可分别由图D.0.2-1和图D.0.2-2查取。
D.0.3 作用于整个竖向构件上最大水平总波浪荷载Qxmax可按下列两种情况计算:
1 当QxVmax≤0.5QxImax时:
Qxmax=QxImax (D.0.3-1)
2 当QxVmax>0.5QxImax时:
对水底面的最大总力矩Mxmax:
式中:Qxmax——作用于整个竖向构件上最大水平总波浪荷载(kN);
Mxmax——Qxmax对水底面的最大总力矩(kN·m)。
附录E洪水水流荷载计算方法
E.0.1 河流主流区水流速度,可按下列公式计算:
式中:υ——主流区水流速度(m/s);
C——谢才系数;
R——水力半径(m),河床过水截面面积与湿周周长的比值;
i——村镇范围长度河段的坡度,宜按实际坡度取值;
n——河床粗糙系数,可取0.025~0.065;
A——河床过水横截面水体所占面积(m2);
χ——河床横截面湿周的长度(m)。
当河床截面面积、河床截面湿周周长难以确定时,可根据村镇范围长度河段的坡度,查取相应的流速υ(图E.0.1)。
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E.0.1 由现场调查显示,山区小河河床大多为多年没有进行疏浚工作,河床底部卵石泥沙淤积,河岸斜坡杂草丛生,河床两侧淹没区域大多种有庄稼、蔬菜等农作物或生长杂草灌木等植物,较为粗糙。本标准规定的河床粗糙系数范围为0.025~0.065,可根据河床实际地形地貌以及植被等情况取值。淹没区域地势一般较平坦,淹没深度较浅,大多在1m~3m,但淹没范围较宽,大多在几百米范围,因此河流截面面积A近似按矩形计算。洪水时当河面宽取500m,水深取3m,坡度取0.001~0.01,河床粗糙系数取0.03时,将数据代入本标准附录E式(E.0.1-1)~(E.0.1-3),可算得山区洪水主流区流速范围,即图E.0.1。
E.0.2 洪水水流荷载应按下列方法计算:
1 作用于墙体迎流面上的水流荷载标准值,包括迎流面的正压力和背流面的负压力之和,应按下式计算:
式中:Fwk——水流荷载标准值(kN);
Kw——水流阻力综合影响系数,半透空式可按表E.0.2-1取值,透空式取1.0;
ρ——水的密度(kg/m3);
V——水流设计流速(m/s);由主流区向两侧,水的流速逐步减小,当村镇段河流上游的村口处设有导流墙时,可取主流区流速的1/3;当村镇段河流上游的村口处未设置导流墙时,可取主流区流速的1/2;
A——半透空式房屋水面以下迎流面墙面的毛面积(m2);透空式房屋水面以下柱的迎流面面积(m2)。
2 对沿水流方向排列的半透空式房屋,除迎流方向第一排房屋外,后排房屋墙体迎流面上的水流荷载标准值,应乘以遮流影响系数ξ,ξ可按表E.0.2-2选用,透空式房屋ξ取1.0。
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E.0.2 本标准附录E式(E.0.2)给出了墙体开洞率与作用在墙体表面上水流力的关系,其中水流阻力综合影响系数Kw与墙体开洞率有关,开洞率愈大,Kw愈小,作用在墙体上迎流面的水流力标准值也愈小;反之亦然。
为了获取综合影响系数Kw,编制组在海岸和近海实验室波流槽中放置有机玻璃房屋模型,进行了不同开洞率水头冲击和水流力作用试验。水流阻力综合影响系数Kw是由放置在波流槽中的房屋模型试验数据,通过归纳、推导得出的(表5)。表5中开洞率0.40和0.45对应的Kw为1.39和1.28,这两项系数是参考行业标准《港口工程荷载规范》JTJ 215-1998给出的。由表5可见,试验研究获得的,对应于开洞率0.25、0.30、0.35的综合影响系数Kw分别为1.79、1.64、1.54,与对应的行业标准《港口工程荷载规范》JTJ 215-1998给出的1.74、1.62、1.51相差很小,相差最大的不超过3%,说明本标准综合影响系数Kw的取值是合理的。
设计水流流速V的取值,对于直流段河流,由主流区向两侧,水的流速逐渐减小,通常可减小到主流区流速的1/2~1/3。村镇段河流上游的村口处导流墙可影响此区段的水流速度,当村口处设有导流墙时,取主流区流速的较小值1/3,当村口处未设置导流墙时,取主流区流速的较大值1/2。
由本标准附录E式(E.0.2)可知,水流力是流速的二次方关系,随着流速的增大,水流力将迅速增大。图4是不开洞和开洞率为0.3时水流速与作用在墙面单位面积上水流力的关系曲线。由图4不开洞曲线可见,当水流速为3.5m/s时,水流力达到了14.21kN/m2;水流速同样为3.5m/s,当开洞率为0.3时,水流力下降到了10kN/m2,降低了30%。由此可见,墙体上开有一定比例的洞口对水流进行疏导,可有效地减轻水流对墙体的压力,提高墙体的抗剪能力。
为了疏导水流对房屋侧向压力,要求对垂直于水流方向的各道墙体都应采用相同的开洞率,且开洞位置宜大体对齐。这对某道墙体可能与使用有矛盾,因此,可对开好的洞口釆用轻质材料封堵或用易于人工扒开的材料封堵,山洪来时可将封堵的洞口自动冲开或人工可轻易扒开。
《洪泛区和蓄滞洪区建筑工程技术标准[附条文说明]》GB/T 50181-2018 附录F半透空式房屋墙体承载力验算
F.0.1 当两洞口间墙体的中部有与其相垂直的墙体或抗洪柱时,可沿洞高取一单位高度的墙体(α1~α2)作为悬臂梁(图F.0.1)验算其在波浪荷载作用下,平面外沿齿缝的受弯承载力。等效均布荷载可按下式确定:
q1=0.9qd (F.0.1)
式中:q1——等效均布荷载(kN/m2);
qd——静水面处洞口间墙体所受波浪水平压强(kN/m2)。
F.0.2 距水底面z处砖、石墙体水平截面的受剪承载力可按下列公式计算:
Vz≤0.8(fV+0.18σm)Az (F.0.2-1)
Vz≤0.8(fV+αμσm)Az (F.0.2-2)
μ=0.26-0.082σ0/f (F.0.2-3)
式中:Vz——墙体剪力设计值(kN);
fV——墙体的抗剪强度设计值(kN/m2),可按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003采用;
σm——重力荷载在z处产生的平均压应力(kN/m2);
σ0——永久荷载设计值,在z处产生的水平截面平均压应力(kN/m2);
α——修正系数,砖、石砌体可取0.6;
μ——剪压复合受力影响系数;
Az——z处墙体的水平截面面积(m2);
f——墙体的抗压强度设计值(kN/m2)。
▼ 展开条文说明
F.0.1、F.0.2 本附录给出了洞口两侧墙体平面外沿齿缝的受弯承载力,和距水底面z处砖、石墙体水平截面受剪承载力的验算方法。
一般来说,非水泥砂浆砌筑的墙体在长时间浸泡后承载力会较大幅度降低,导致房屋破坏甚至倒塌。试验表明,水泥砂浆实心砖砌体具有较好的抗浸泡能力,如砂浆强度等级M5的实心砖砌体在浸泡30多天后,其抗剪承载能力仅下降15%左右,因此系数0.8是砌体浸泡后抗剪强度降低的折减系数。
附录G砖填充墙框架房屋抗洪验算
G.0.1 砖砌体填充墙框架考虑抗侧力作用时,层间侧移刚度可按下列公式确定:
式中:kfw——填充墙框架的层间侧移刚度(N/mm);
kf——框架的总层间侧移刚度(N/mm);
kw——填充墙的总层间侧移刚度(N/mm),但洞口面积与墙面面积之比大于60%的填充墙不考虑;
Ew——填充墙砌体的弹性模量(kN/m2);
Hw——填充砖墙高度(m);
γ——剪切影响系数;
——分别为填充墙水平截面面积(m2)和惯性矩(m4),开洞时可釆用洞口两侧填充墙相应截面面积值之和(图G.0.1),上标t、b分别表示顶部和底部;
ψm、ψv——洞口影响系数,无洞口时按式(G.0.1-4)计算;开洞时按式(G.0.1-5)、式(G.0.1-6)计算。
G.0.2 波浪作用效应应符合下列规定:
1 楼层组合的剪力设计值应按各榀框架和填充墙框架的层间侧移刚度比例分配;无填充墙框架承担的剪力设计值,不宜小于对应填充墙框架中框架部分承担的剪力设计值,不包括由填充墙引起的附加剪力。
2 填充墙框架的柱轴向压力和剪力,应考虑填充墙引起的附加轴向压力和附加剪力,其值可按下列公式确定:
Nf=VwHf/l (G.0.2-1)
Vf=Vw (G.0.2-2)
式中:Nf——框架柱的附加轴压力设计值(kN);
Vw——填充墙承担的剪力设计值(kN),柱两侧有填充墙时可采用两者的较大值;
Hf——框架的层高(m);
l——框架的跨度(m);
Vf——框架柱的附加剪力设计值(kN)。
G.0.3 填充墙框架的截面抗洪验算可按下列公式进行:
式中:Vfw——填充墙框架承担的剪力设计值(kN);
fvF——砖墙的抗洪抗剪强度设计值(kN/m2);
Awo——砖墙水平截面的计算面积(m2),无洞口可采用1.25倍实际截面面积,有洞口可采用截面净面积,但宽度小于洞口高度1/4的墙肢不予考虑;
——分别为框架柱上、下端偏压的正截面承载力设计值(kN·m),可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关公式取等号计算;
Hc——柱的计算高度(m),两侧有填充墙时,可釆用柱净高的2/3;两侧有半截填充墙或仅一侧有填充墙时,可采用柱净高;
fv——砌体抗剪强度设计值(kN/m2),按现行国家标准《砌体结构设计规范》GB 50003采用;
——砖砌体强度正应力影响系数,按表G.0.3采用。
附录H部分风级与风速对照表
本标准用词说明
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词釆用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词釆用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合……的规定”或“应按……执行”。
引用标准名录