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1、CECTCECSXXX-202X中国工程建设标准化协会标准冰壳结构技术规程Technicalspecificationforiceshellstructures（征求意见稿）中国工程建设标准化协会标准冰壳结构技术规程TechnicalspecificationforiceshellstructuresCECSXXX:202X主编单位：哈尔滨工业大学批准单位：中国工程建设标准化协会施行日期：202X年XX月XX日202X北京中国工程建设标准化协会公告第XXX号关于发布冰壳结构技术规程的公告根据中国工程建设标准化协会关于印发2020年第二批协会标准制订、修订计划的通知(建标协字(2020)23号)
2、的要求，由哈尔滨工业大学等单位编制的冰壳结构技术规程，经本协会混凝土结构专业委员会组织审查，现批准发布，编号为CECSXXX：202X,自202X年XX月XX日起施行。中国工程建设标准化协会二。二X年XX月XX日刖百根据中国工程建设标准化协会关于印发2020年第二批协会标准制订、修订计划的通知（建标协字（2020）23号）的要求，标准编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国内外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本标准。本标准共分为9章和6个附录，主要技术内容包括：总则、术语和符号、基本规定、材料、建筑设计、结构设计、模板系统设计、冰壳施工、运维与拆除。本标准由中国建设标准化协会
3、轻型钢结构专业委员会归口管理，由哈尔滨工业大学（地址：黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号，邮政编码：150001）负责解释。在使用过程中如有建议或发现需要修改和补充之处，请将意见和相关资料寄至解释单位。主编单位：哈尔滨工业大学参编单位：北京工业大学东南大学哈尔滨工程大学天津大学东北电力大学太原理工大学中国建筑第八工程局有限公司哈尔滨工业大学建筑设计研究院有限公司黑龙江省琼冰建筑设计有限公司深圳市博德维环境技术股份有限公司宁波赛德膜结构工程有限公司广东坚朗五金制品股份有限公司武岳刘秀明陈昭庆冯若强黄俊凯康秀光李东方李清朋李天娥李雄彦刘京娄晓楠罗鹏平立曲嘉任俊超孙健峰王秦吴浩武婷主要起草人:杨佳
4、奇张清文周光毅主要审查人:1总则12 术语和符号22.1 术语22.2 符号33 基本规定53.1 建筑设计53.2 结构设计53.3 其他64材料84.1 冰材料制备84.2 冰材料物理性能94.3 冰材料力学性能115建筑设计175.1 建筑选址与场地规划175.2 形体设计195.3 空间设计205.4 照明与亮化设计225.5 室内环境设计236结构设计286.1 荷载与荷载组合286.2 结构分析316.3 构造设计326.4 基础设计337模板系统设计357.1 柔性模板357.2 刚性模板388冰壳施工398.1 施工组织与施工安全398.2 模板施工398.3 浇筑和喷射施工4
5、08.4 施工监测428.5 模板拆除438.6 工程质量验收449维护与拆除479.1 维护479.2 运维监测489.3 拆除50附录A冰材料试验方法53附录B冰材料本构关系56附录C热力耦合分析方法60附录D回弹法检测冰材料抗压强度61附录E工程质量验收记录69附录F冰壳日常维护记录表71本标准用词说明72引用标准名录73附：条文说明74Contents1 GeneralProvisions12 TermsandSympols22.1 Terms22.2 Sympols33 BasicRequirements53.1 ArchitecturalDesign53.2 StructuralD
6、esign53.3 Others64 Materials84.1 PreparationofIceMaterials84.2 PhysicalpropertiesofIceMaterials94.3 MechanicalpropertiesofIceMaterials115 ArchitecturalDesign175.1 LocationandPlanningofSite175.2 ShapeDesign95.3 SpaceDesign205.4 IlluminationDesign225.5 InteriorEnvironmentDesign236 StructuralDesign286.
7、1 LoadsandCombinationofLoads286.2 StructuralAnalysis316.3 DetailingDesign326.4 FoundationDesign337 DesignofFormworkSystem357.1 FlexibleFormwork357.2 RigidFormwork388 ConstructionofIceShell398.1 ConstructionOrganizationandSafety398.2 ConstructionofFormwork398.3 PouringandSprayingConstruction408.4 Con
8、structionMonitoring428.5 DemolitionofFormwork438.6 AcceptanceCheck449 MaintenanceandDemolition479.1 Maintaining479.2 Structuralmonitoring489.3 Demolition50Appendix A TestMethodsofIceMaterials53Appendix B ConstitutiveRelationofIceMaterials56Appendix C MethodofThermo-mechanicalCouplingAnalysis60Append
9、ix D ReboundMethodforTestingtheCompressiveStrengthofIceMaterials61Appendix E RecordofEngineeringQualityAcceptance69Appendix F DailyMaintenanceRecordofIceShell71ExplanationofWordinginThisStandard72ListoftheQuotedStandards73Addition:Explanationofprovisions741总则.o.为适应冰雪建筑结构的发展需要，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量，制
10、定本规程。1.0.2本规程适用于采用复合冰材料建造的冰壳结构的设计、施工、验收、维护及拆除。1.0.3冰壳结构的设计、施工、验收、维护及拆除，除应符合本规程的规定外，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2.1.1 纯冰pureice淡水在自然环境或人工制冷条件下冻结而成的冰体。2.1.2 复合冰fiberreinforcedice在水中掺入纤维或其他材料冻结成的冰材料,在本规程中特指纸浆纤维复合冰材料。2.1.3 纤维配合比fibercontent复合冰中纤维与水的质量比。2.1.4 壳体结构shellstructure厚度远小于结构跨度的连续型空间曲面结构。2.1.5 复
11、合冰壳fiberreinforcediceshell用复合冰材料通过浇筑冻结或其他方式建造的壳体结构。2.1.6 冰壳建筑iceshellbuildings以复合冰壳为主要承重体系的建筑。2.1.7 厚径比thickness-radiusradio冰壳截面上某点处的厚度与该点处最小曲率半径之比。2.1.8 喷射施工sprayingconstruction通过在临时性施工模板表面喷射水溶液,逐层冻结形成冰壳结构的施工方法。2.1.9 柔性模板flexibleformwork采用索网、织物、膜材等抗弯刚度较小的材料作为冰壳结构的临时性施工模板。2.1.10 刚性模板rigidformwork采用木
12、板、型钢等抗弯刚度较大的材料作为冰壳结构的临时性施工模板。2.1.11 施工监测constructionmonitoring在施工阶段进行的针对模板系统及冰壳结构的监测。2.1.12 运维监测OPeratiOnandmaintenancemonitoring在运营维护阶段进行的针对冰壳结构的健康监测。2.2 符号2.2.1 材料性能氤、人、A冰材料轴心抗压强度平均值、标准值、设计值；品、为、Ji冰材料轴心抗拉强度平均值、标准值、设计值；Em、杀、冰材料抗剪强度平均值、标准值、设计值；E冰材料弹性模量；PP纯冰密度；Pf复合冰密度；复合纤维含量；2.2.2 作用和作用效应S雪荷载标准值；G恒荷载
13、标准值；W风荷载标准值；T冰壳结构的均匀温度作用；Tf冰壳结构的非均匀温度作用；Gi冰环梁基础自重标准值；Fb气膜模板最大工作压力下引起的上浮力;2.2.3 计算系数及其他a线膨胀系数；C比热容；导热系数；56(5)式中：复合冰在不同温度和纤维含量下的轴心抗压强度平均值(MPa);T复合冰的温度(C):复合冰的纤维含量()。2轴心抗拉强度极限值的平均值试验曲线如图2所示：TrC)（b）纤维含量的影响（a）温度的影响图2红合冰的轴心抗拉强度极限值平均值试验曲线复合冰的轴心抗拉强度经脸公式为：(6)/m=0.21-0.015T+0.Wj7(1-0.65r)式中：Zm复合冰在不同温度和纤维含量下的轴
14、心抗拉强度平均值（MPa）:T复合冰的温度（eC）;复合冰的抗剪强度经脸公式为:3复合冰的纤维含量（） 0m=O.1O4(-T)0662+0.584*(1-0.85z)式中：复合冰在不同温度和纤维含量下的抗剪强度平均值（MPa）:T复合冰的温度（X）：3复合冰的纤维含量（）O4对于纯冰材料，可采用劈裂抗拉试脸测试其抗拉强度；对于纸浆纤维复合冰材料，宜采用直接拉伸方法测试其轴心抗拉强度，如无试验条件进行直接拉伸试脸，可采用劈裂抗拉试验并进行强度修正。冰材料轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度的比值:对纸浆纤维复合冰材料可取1.28。4.3.3 采用纸浆纤维制备的复合冰材料的轴心抗压、轴心抗拉和抗剪强度标准
15、值，应按表4.3.3的规定取值.表4.3.3纸浆纤维复合冰的抗压、抗拉和抗剪强度标准值（MPa）纤维配比（%）温度（C）-5-10-15-20抗压强度抗拉强度抗剪强度抗压强度一拉度一揄型抗剪强度抗拉强度抗剪强度一压度一抗蜘抗拉强度H11.860.450.472.910.560.663.460.62().864.340.680.9122.860.560.713.980.650.874.620.751.245.430.811.3943.660.681.024.780.751.245.640.841.496.400.871.8264.170.751375.430.831.646.030.911.84
16、6.790.962.22注：其他温度和纤维配合比的强度值可依据表中数据采用线性插值法确定。条文说明4.3.3复合冰的轴心抗压、轴心抗拉、抗剪强度标准值:复合冰强度标准值按下式计算：A=Zn（17.645廿（8）式中：A复合冰强度标准值（MPa）：变异系数，取为0.15:fm复合冰强度极限值的平均值（MPa）。4.3.4 采用纸浆纤维制备的复合冰材料的抗压、抗拉和抗剪强度设计值,应按表4.3.4的规定取值。表4.3.4纸浆纤维复合冰的抗压、抗拉和抗剪强度设计值（MPa）纤维配比（%）温度（C）-5-10-15-20抗压强度拉度抗型抗剪强度压度抗强抗拉强度抗剪强度抗压强度抗拉强度抗剪强度抗压强度抗
17、拉强度S3I1.130.270.281.760.340.402.100.380.522.630.410.5521.730.340.432.410.390.532.800.450.753.290.490.S442.220.410.622.900.450.753.420.510.903.880.531.1062.530.450.833.290.500.993.650.551.124.120.581.35注：其他温度和纤维配介比的强度值可依据表中数据采用线性插值法确定。条文说明4.3.4复合冰的轴心抗压、轴心抗拉和抗剪强度设计值，取自于强度标准值。强度标准值除以材料分项系数外即为强度设计值。对于材料
18、分项系数的取值，以千余组复合冰材料的单轴压缩、直接拉伸和剪切试脸数据为基础，进行统计分析和可靠度分析，可靠度分析中考虑冰壳结构具有一定的进人性和功能性需求，结构重要性系数为1.0,目标可靠指标为3.7,并以可变荷载与永久荷载的比值为1进行分析，同时结合数值模拟和试脸分析考虑冰壳施工造成的气泡缺陷以及分层缺陷的影响，材料分项系数再取1.65。4.3.5 采用纸浆纤维制备的复合冰材料的弹性模量和剪切模量应按表4.3.5的规定取值。表4.3.5纸浆纤维复合冰的弹性模量和剪切模量（MPa）纤维配比（）温度（C）-5-10-15-201450/180530/212650/260770/308241605
19、10/204600/240720/288350/140470/188540/216600/240320/128450/180520/208550/220注：其他温度和纤维配合比的强度值可依据表中数据采用线性插值法确定。条文说明4.3.5复合冰材料的弹性模量和剪切模量。1复合冰的弹性模量试脸曲线如图4所示：（a）温度的影响（b）纤维含量的影响图4复合冰的弹性模量试脸曲线复合冰的弹性模量经脸公式为：E=450-19T-87ftjPst（9）式中：E一复合冰在不同温度和纤维含量下的弹性模量值（MPa）:T一复合冰的温度（C）；复合冰的纤维含量（）O2纸浆纤维复合冰材料的剪切模量可按相应弹性模量的40
20、%采用。5建筑设计5.1 建筑选址与场地规划5.1.1 冰壳建筑选址应综合考虑地质条件、电力、交通、材料制备、施工要求等因素，并应保证人流疏散安全的条件。条文说明5.1.1冰壳建筑的选址关乎后续一系列建设过程的开展。场地的地质条件与冰壳建筑的结构安全性密切相关，施工材料进场要求交通相对便利。在施工、运营和维护过程中电力、给排水等基础设施至关重要。冰壳建成投入使用后，完善的疏散条件是保证人群安全的必要因素。5.1.2 冰壳建筑选址应对地基承载力进行评估,宜选择地基承载力较强的基地，并应保证地基安全稳定。条文说明5.1.2冰壳建筑没有传统建筑中夯实地基等过程，所以对地基的原始承栽力要求相对较高。应
21、选择地基承载力较强的基地，并且对其进行地基承载力的评估。良好的地基是保证冰壳建筑结构安全的必要条件。5.1.3 冰壳建筑选址宜选择平整度较高的基地，基地坡度应小于5%o基地内坡度较大时应进行找平处理，不宜选择地形过于复杂的基地。条文说明5.1.3冰壳建筑的壳体形式决定了其适合选在平整度较高的基地，例如公园硬质铺地。在基地内坡度较大时，会影响冰壳建筑的结构性能。如果基地内坡度较大，应做找平处理，再进行下一步处理，保证冰壳结构安全。根据民用建筑设计统一标准GB50352中第5.6.1节第1条内容：当基地自然坡度小于5%时，宜采用平坡式布置方式，当大于8%时，宜采用台阶式布更方式，台地连接处应设挡墙
22、或护坡。5.1.4 冰壳建筑选址应选择距离热源较远的基地,并应保证基地内温度在冰壳结构安全温度范围内（-5C以下），基地内不应存在热岛效应。条文说明5.1.4冰壳建筑是由复合冰材料经过喷射施工而成。由于复合冰材料具有的热敏性特点，冰壳建筑应选择距离热源较远的基地，基地内不应存在热岛效应，并保证基地的气候温度在冰壳建筑结构安全范围之内，保证冰壳建筑结构安全。5.1.5冰壳建筑选址周边宜有完善的给水排水设施,并保证冰壳建筑给水便利和排水顺畅。条文说明5.1.5冰壳建筑的施工建设过程中需要进行材料制备，其中需要大量的水与纸浆纤维进行加工橙抨。在喷射过程中，纸浆纤维与水的混合物不能立刻凝固，而会沿着充
23、气膜表面向下流淌，所以基地中需要相对完善的给排水设施，在给排水设施不能满足的情况下，做冰围堰处理，从而保证冰壳建设施工。5.1.6 冰壳建筑选址应符合环境保护法有关规定,避免冰壳建筑对植被等自然环境的破坏和对城市环境的污染。条文说明5.1.6冰壳建筑本身由水与外掺纤维搅拌组成，属于可降解的环保材料。其选址也应符合环境保护法的有关规定，应在公园广场等硬化铺地的位置进行建设，避免冰壳建筑在绿色植被区域建设造成自然环境破坏和城市环境污染。5.1.7 冰壳建筑布局应根据周边环境或冰雪园区总体规划要求,综合考虑周边建筑布局、交通组织、施工方法、艺术表达和功能实现等因素。条文说明5.1.7在冰雪景观公园园
24、区内规划建设的冰壳建筑应根据园区总体规划的要求，综合考虑周边建筑布局、通路、施工组织、艺术表达和功能实现等因素，进行综合性设计与建造。5.1.8 冰壳建筑与基地周边既有建筑的距离应大于6m,不应影响其他建筑物的日照和采光，且不应妨碍既有建筑的消防和疏散。条文说明5.1.8冰壳建筑作为临时性的建筑，其选址应当考虑冰壳建筑与周边建筑的距离，根据民用建筑设计统一标准GB5O352中第4.2.3节第3、4条内容：当相邻基地的建筑物毗邻建造时，应符合现行国家标准建筑设计防火规范GB50016的有关规定：新建建筑物或构筑物应满足周边建筑物的日照标准。由此参考建筑设计防火规危：一二级与一二级民用建筑之间最小
25、距离为6m,不应影响基地内其他建筑物的日照和采光。不应妨碍既有建筑的既有消防通道和消防扑救面等相关消防设施。5.1.9 冰壳建筑布局应与自然环境条件相结合,组织好建筑与周边环境自然通风和采光的关系，防止对室外微气候环境产生不良影响。5.2 形体设计5.2.1 冰壳建筑形体设计应兼顾功能需求、结构安全、环境条件和艺术表达。条文说明5.2.1冰壳建筑是一类在特殊环境和特殊使用需求下产生的具有独特建筑特征的建筑类型。其特殊性表现在与传统建筑相比材料力学性能差、对环境变化的敏感性强、同时存在强烈艺术表现力和使用功能的需求，因此在彩体设计时应综合考虑以上因素的耦合作用。5.2.2 冰壳建筑形体设计应兼顾
26、建造工艺需求,不宜出现不易附着复合冰材料的形体。条文说明5.2.2冰壳建筑目前主流的建造方式是以充气、张拉或组合等柔性模板为主，配合喷射复合纤维水溶液，在低温下冷冻成型。形体设计时应考虑建造的可行性。5.2.3 冰壳建筑形体设计应考虑壳体服役期内外部气候环境的影响,应通过形态变化减少壳体表面直接受到太阳辐射的面积，易于清除表面积雪、降低表面风速。条文说明5.2.3材料的性能不稳定，对气候变化的敏感性强是冰壳建筑的主要特征。主要影响气候因素包括：日照、风、降雪等。5.2.4 冰壳建筑形体设计应与内外部环境有机结合,有利于室内外微气候环境的改善。条文说明5.2.4冰壳建筑的形体应避免局部风环境的影
27、响，有利于室内通风换气，合理利用自然光的同时通过自遮挡或转变掰向的方式防止日照辐射对壳体结构的破坏作用，在室内形成较为麴定的气候环境。5.2.5 冰壳形体设计应满足不同建筑功能需求,并满足相应建筑类型的规范要求。条文说明5.2.5室内使用功能是冰壳建筑的特征，形体设计应考虑具体活动的空间尺度、色彩等要素。5.2.6 冰壳形体设计应考虑灯光布置效果,结合灯光布置突出建筑艺术特色。条文说明5.2.6冰壳建筑的艺术表现是形体与灯光综合实现，形体设计时应粽合考虑光源位置与表现形式。5.2.7 复合冰材料与纯冰材料结合使用时,应综合考虑不同材料的力学性能与艺术特征，实现有机结合。条文说明5.2.7复合冰
28、材料与纯冰相比抗拉性能较好、稳定性技好，但艺术表现力较差。在组合使用时，应扬长避短，突出多种材料的优势特征，使其有机结合。5.3 空间设计5.3.1 冰壳建筑应根据低温条件与寒冷气候，综合考虑结构形式、空间高度、室内跨度等因素确定使用功能。条文说明5.3.1冰壳建筑可依建筑选址与建造目的实现不同功能，如餐饮、特色活动体脸、展览等。因其空间构成简单、最大跨度有限，不宜应对复杂功能。5.3.2 冰壳建筑应根据使用功能和内部使用空间承载力合理确定使用人数。5.3.3 冰壳建筑内部人流密度应控制在I人n以下，具体由建筑功能决定。冰壳建筑内部疏散通道和出入口宽度应根据使用人数计算，且建筑对外应急出口宽度
29、不应小于1.2m,应急出口数量不宜少于2个。条文说明5.3.3规范中无标定人数房间人员密度值如下（举例）：表I不同建筑的人员密度（人/nf）建筑功能展览建筑展厅商场营业厅放映厅餐馆餐厅人员密度0.70.851.01.3因冬季寒冷条件限制，冰壳建筑无标定人数房间人员密度计算宜在规葩要求基础上，乘以一定修正系数，修正系数推荐为0.8。5.3.4 对于人员密集的冰壳建筑，最远疏散距离不大于40m。冰壳建筑设计对于内部空间疏散距离的要求应符合现行国家标准建筑设计防火规范GB50016的有关规定5.3.5 冰壳建筑内部空间主要人流疏散通道面应考虑防滑安全设计。5.3.6 冰壳建筑内部空间界面设计应配合灯
30、光效果，符合冰雪景观建筑美学要求。5.3.7 冰壳建筑内灭火器配置的设计与计算应按计算单元进行并符合建筑灭火器配置设计规范GB50140的有关规定。灭火器最小需配灭火级别和最少需配数量的计算值应进位取整。条文说明5.3.7根据建筑灭火器配置设计规范GB50140灭火器配置的设计与计算应按计算单元进行。冰壳建筑受结构影响，每栋建筑一般只有一个灭火器配置的计算区域。5.4 照明与亮化设计5.4.1 冰壳照明设计应以人为本，采用多种照明方式时，分清照明的主次，突出重点，兼顾一般，创造舒适和谐的光环境，形成整体艺术效果。5.4.2 冰壳照明色彩、亮度、对比度和变化效果应符合冰壳建筑的设计主题和场景变化
31、要求，并与周边环境相协调。5.4.3 冰壳照明宜采用LED投光灯或泛光灯照明，可使用低饱和度的可变色投光灯。5.4.4 冰壳外部照明的平均照度标准值宜为501x,内部照明的平均照度标准值宜为100lxo对于采用激光投影仪或投影灯的照明场所，可适当降低对应照度。5.4.5 选择照明方式时宜符合下列要求：5.4.6 照明时不宜采用大面积投光将被照面均匀照亮的方式;对冰壳内嵌冰材料或反射比低于0.2的其它材料，不应选用泛光照明；2冰壳外部照明宜以外投光为主，使用程序控制可变色投光灯，产生色彩变化效果；3冰壳内部照明宜采用间接照明方式，通过内部弧形立面投光反射光线照亮内部环境；4对内嵌冰门、窗等结构以
32、及外立面透光面积较大的冰壳建筑，宜选用内透光照明；使用内透光照明应使内透光与环境光的亮度和光色保持协调，并应防止内透光产生光污染；5当采用激光投影仪、投影灯、水纹灯、火焰灯等有特殊表现功能的灯光时，应对照明的必要性、可行性进行论证。采用此类灯具时宜设置程序控制，并应使冰壳内部照明亮度降低或关闭；6有特殊使用要求的冰壳建筑，应按照其使用功能和相关规范进行单独的灯光设计。5.4.7 照明灯具不宜直接安置在冰壳上,可通过支架隔离避免灯具外壳与冰壳直接接触。采用地面投光灯时，灯具应距其照射立面】米以上。5.4.8 冰壳照明选用灯具及附件应符合相关安全规范,宜喷涂白色底漆。5.4.9 置于冰壳附近的灯具及配件宜采用散热量较低的光源类型。条文说明5.4.8可选用LED冷光源，避免灯具散热量较大引起冰材料融化，损坏冰壳结构Q5.4.10 具应具有防触电、防灼伤等安全结构，安装固定件应具有防脱落或倾倒的安全防护措施。5.4.11 冰壳建筑应用于人员密度大的场所或夜
