建筑抗震论文:基于建筑抗震的建筑设计论文 建筑工程的抗震性能与结构设计与建筑设计之间存在密切的联系。在建筑设计的阶段考虑到抗震因素以及提供相应的条件才能够为建筑后期进行抗震结构设计打下坚实的基础。因此在进行建筑设计的初期应该充分考虑到建筑结构的抗震性能设计,以便结构工程师针对结构系统实现合理的布置,切实提高建筑结构的抗震性能与承载能力。 一、建筑设计与建筑抗震设计的关系 建筑的抗震设计以及抗震性能的高低与人民群众的生命财产安全有着直接联系,而建筑抗震设计又是以建筑设计为基础的。这是由于建筑结构是基于建筑设计的,当建筑设计完成后建筑结构就难以改变。因此建筑设计师在建筑设计前期就应该充分考虑到建筑抗震设计的需求。 二、基于建筑抗震设计的建筑设计措施 (一)建筑结构设计的对称原则 我国出台的建筑抗震设计规范中指出,我国建筑抗震的设计目标是小震不坏,中震可修,大震不倒。对于建筑师和结构工程设计师来说,在进行建筑工程设计师应该秉持着简单、规则的建筑结构原则。一般方形、圆形、为主。建筑的竖向形态的变化要规则,一般可以选择矩形、梯形等变化均匀的形状。对称结构建筑在地震地面平动作用下一般只会出现平移震动,建筑内部构件出现测位移量,内部构件受力均衡;而非对称结构的建筑则会由于刚心和质心不重合,在地面平动的过程中也会出现扭转振动。如建筑内部的构建离刚心较远就会由于超出变形极限而出现损坏,进而导致结构一侧失效而倒塌。 (二)注重建筑构件与连接点处质量 在建筑工程设计和施工过程中建筑构件的合理配置以及连接点处的质量与建筑施工安全质量存在直接的联系。并且在新型建筑材料问世的同时建筑物的外部设计大都汇采用新型建筑材料,例如大理石、瓷砖等。而建筑室内装饰也会使用到吊顶等技术。这些室内以及立面装饰本身存在抗震性能的问题,并且其与建筑主体的牢固连接也是抗震设计的关键。近几年有部分国外高层建筑在发生地震时下起了“玻璃雨”,建筑的玻璃幕墙由于地震导致破损。这是由于当前所使用的玻璃幕墙还无法适应地震中产生变形和扭转。因此建筑如要采用玻璃幕墙则必须保证玻璃幕墙的强度与变形能力。在其与建筑主体连接处要设计为能够在水平向实现变位能力的构造,从而在地震时玻璃幕墙能够与建筑物地震变形脱离,减少玻璃幕墙的损坏。另外,在建筑设计中内隔墙、玻璃隔断等结构件的设计中也要充分考虑其与建筑主体连接点的牢固性,保证其抗震性能。 (三)关注建筑顶部抗震 在高层或超高层的建筑设计过程中,建筑的顶部抗震设计是十分关键的。当前高层或超高层建筑的屋顶普遍存在过高和过重的问题。屋顶过高或过重会导致建筑变形加重,进而强化了地震的破坏作用。对于屋顶建筑以及下层建筑物的安全性能有着极大的负面影响。如建筑的屋顶与下层建筑的重心没有位于同一条直线上,那么建筑屋顶的抗侧力墙也会与下层建筑的抗侧力墙出现分离,当地震出现时则会加剧损坏。因此在高层或超高层建筑设计中应该使用新型高强度轻质的建筑材料,尽可能保证屋顶的重心与下层建筑的重心位于通一条直线。当建筑屋顶的较高时要保证其抗震定性,缓解地震带来的变形作用。 (四)建筑竖向布置 建筑竖向布置主要体现在建筑物的高度结构质量以及刚度的设计中,特别是在高层或超高层建筑中建筑的竖向布置对于建筑抗震设计来说更加重要。建筑楼层的使用功能差异导致建筑物楼层分布的质量和刚度均不一致,例如楼层包括游泳池、会议室、健身房等。楼层的功能需求导致楼层上下之间的刚度差异过大。高层建筑中刚度最差的楼层的抗震性能最为薄弱,在出现地震时即为变形严重的薄弱层。在建筑设计中由于楼层功能不同导致的墙体不连续,柱子不对称等极大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震设计中应该尽量保证竖向的刚度分布靠近,尤其是在结构上刚度转换层更加要着重注意。 三、结束语 建筑设计对于建筑抗震设计来说是重要的前提和基础,其与建筑工程抗震设计有着密不可分的联系,决定着建筑的抗震性能。优异的建筑工程抗震设计应该兼顾建筑设计与机构设计,在满足抗震设计需求的基础上进行。因此在建筑工程设计和施工过程中应该重视建筑设计的价值,以便更加充分的发挥建筑设计的积极作用。 作者:张华 单位:河南省城乡规划设计研究总院有限公司 建筑抗震论文:高层建筑抗震优化设计论文 1性能抗震设计与常规抗震设计的对比分析 1.1常规抗震设计和性能设计方面的区别 性能设计提出小震不坏,中震可修,大震不倒的设计宗旨。与常规抗震设计的区别在于,第一,它的设计目标主要针对小地震,中型地震还有大型地震。而且还通过对全国65个城镇的地震所发生的概率,从而再对地震的强烈程度进行衡量,确保房屋建筑不发生破坏,达到可修,不倒的目标,通过对这些要求的论述可以看出,这些大多数都是针对建筑在宏观性能方面的控制。第二,为了实际施工中的效果有有据可依,最终选用了分两个阶段的简化分析方法,第一个步骤是对结构的构建进行验算,主要是对它的承载力进行计算。对这个计算,具体是选用了在地震比较小的情况下,按照相应的弹性反映理论,通过计算得到在小震作用下的标准值,以及相应的地震作用下的内力以及形变效应。通过可靠的分析,从而得到构件承载力的具体结果。随后将概念设计有关的内力进行调整,从而放大抗震的结构构造,这种措施可以有效满足对第二水准以及第三水准在地震宏观性能方面的控制要求。第二个阶段,就是要对构件结构的弹塑性以及其中的变形进行验算,同时还要对地震在倒塌状况下的结构,或者是有特殊要求的一些建筑结构,一定要对它的薄弱部位进行加固,以此来适应在大震发生时不会倒塌,或者是发生位移的情况,。 1.2常规设计和性能设计方法的比较分析 对于常规的抗震设计而言,它的设计目标是小震不坏,中震可修,大震不倒,具体而言就是在小地震的情况下有相关的性能指标,而在大型地震下有一定的位移要求,剩下的就是宏观方面的指标,在建筑的使用功能上,具体的分为了甲乙丙丁四种级别,在这四种级别的建筑当中,对防倒塌的要求不尽相同,其余的基本都是一样的,而针对性能的抗震设计,它是按照使用的功能来划分的,并且在这个领域提出了很多的预期性能目标,其内容不仅涉及了建筑的结构,同时还包括非结构的,还有一些设施的具体指标。而在具体的实施方法上,常规的抗震设计是按照指令性和处方的形式进行规划和设计的,根据不同的建筑结构概念而进行设计,比如小型地震下的弹性设计,在经验方面的内力调整内容,以及对构造的放大处理等,这些都是为了达到预期的宏观设计而落实的具体措施。而针对性能方面的抗震设计,除了满足最基本的要求以外,还要提出一些满足预期具体要求的有利论证来作为依据。这方面的内容主要包括建筑结构的体系,依据比较细致的分析内容,还有对完成抗震指标的具体试验措施等。还要有对这些内容的专业评价等。通过这几个方面的对比分析不难发现,针对于建筑的抗震在性能要求方面的设计方法的提出,成为了当前的发展趋势,而且在目前来看,在对高层建筑的结构设计当中,其可行性是非常好的。如果想要在所有的建筑结构中进行推广,还需要对其进行更深一步的探讨,还有相关设计人员自己的理解与掌握。 2高层结构的抗震性能优化 在地震水准不同的情况下,对高层的建筑结构在性能水准,还有性能目标方面的要求也不同,具体而言,它的抗震结构性能可以分为下面几个标准。第一,高层结构在发生地震之后,最好是完好无损伤,同时在一般的情况下,是不需要进行修理就可以继续使用的,而且建筑还要可以进行正常的安全出入以及使用。第二,如果地震发生后,其结构发生了非常明显的损坏,而且大多数的构件都发生了中等的损坏,从而进入屈服状态,在有比较明显的裂缝下,大部分的构件都有很严重的损坏程度,但是其整体的结构并不会发生倒塌,同时也没有局部倒塌的情况,建筑中的人员会有一定程度的伤害,但是对他们的生命安全却没有太大的威胁。 3结构抗震优化计算及试验要求 3.1建筑结构的模型设计分析 对高层建筑结构,尤其是在性能设计方面的计算要特别严格,不仅要对构件的承载力,还有变形进行计算,还要考虑构件在屈服之后其性能发生的变化。对这些方面的正确计算,对分析建筑的抗震性能,还有结构的实际所受应力情况都能够直观表现出来。但是这些计算都是要在合理的力学模型上来计算,而且结果不能脱离实际,否则没有任何参考价值的,在对结构抗震性能在弹性方面的计算,还有非线性方面的计算中,一定要分析结构的整体模型状况,还有构件以及节点的各种数据参数,必须保证其正确合理。如果建筑结构中拥有水平转换的构件,同时在区分这些问题的时候,还要对楼层的层数和层高进行计算。在涉及到剪力墙的计算方面,一定要关注对非线性的计算和分析,这对计算出模型的相关参数方面至关重要。如果建筑设计中选用了滑动的支座结构,必须对支座两侧的结构,以及它们之间的相互作用关系进行考虑,否则会对整体的计算模型产生严重的影响。 3.2结构抗震试验的设计要求 在进行高层建筑结构抗震方面的设计时候,在某些方面没有设计理念,缺乏一些相关的依据时,进行相关的模型试验很有必要。比如说选用的混凝土要有很高的含钢率,用这种材料来建设梁柱和剪力墙,在对拥有型钢的异形截面构件,或者是一些新型的构件进行使用的时候,对这些构件必须要进行相关的模型试验。在使用杆件比较多的铸铁点,还有多级的转换层,以及让楼梁侧面的楼板发生开洞,使楼梁本身和梁柱的节点地方不和楼板产生直接有相连接的关系时,对这些新设计结构的部件必须进行模型试验。 4总结 基于性能方面的抗震设计,无论任何时刻其重要性都毋庸置疑。这种方法和现有常规方法相比较,通过以上的阐述显示,其优点极其明显。在目前,高层建筑在结构的设计上都是选用的针对性能设计方面的理念,而且方法的可行性表现非常好,所以对未来的高层建筑在结构设计以及技术进步和创新上,是非常有利的。 作者:胡红波 单位:西安建筑科技大学土木工程学院 建筑抗震论文:建筑抗震设计下的建筑设计论文 1建筑设计融入建筑抗震设计后应注意的细节 1.1建筑的平面布局设计建筑设计的中心设计部分就是建筑平面布局,平面布局的好坏对建筑功能和使用的要求有一定的影响,并且平面布局还与抗震设计有着必要的联系,所以,想要将建筑设计融入到建筑抗震设计中,首先要保证建筑的刚度和结构质量分布匀称,具有对称性,避免建筑出现扭转的现象。在建筑的墙体设计上,一定要保持对称性和均匀性,抗震墙的布局,一定要与抗震结构相结合,刚度较大的楼层语电梯都要布置在中心位置,以免发生建筑扭转效应。在进行平面布局的时候,要为结构抗侧力构建的合理布局制造出有利的条件,从而使得建筑的使用功能与建筑的抗震结构需求相结合,使建筑抗震设计发挥出最大的效果。 1.2建筑的纵向布局设计建筑的纵向布局主要是建筑物岩的高度、建筑结构的质量以及建筑物的刚度分布。不管是在工业建筑还是民用建筑,不论建筑的层数是多还是少,都会存在这样的问题。在进行建筑设计的时候,尽可能的将建筑物沿与建筑的刚度设计成相近的系数,剪力墙的布局不仅要布局均匀,还要使其能沿着建筑纵向一直贯穿到建筑的底部,不要中途中断或者是不到达建筑的底部。在设计过程中,一定要避免楼层之间刚度不均匀的现象,同时还要避免在地震中,建筑出现扭转的现象。 1.3建筑的整体布局设计建筑的整体布局设计,主要是指建筑的平面和立体空间上的设计。在建筑的整体布局中,要使建筑平面和建筑空间在形状上,既规则又简洁。建筑的平面形状可以是圆形、矩形、方形等,这样的形状能够提高建筑抗震的水平。在建筑的整体布局设计中,要避免凹凸行的设计,这样的设计对建筑抗震起到了一定的制约作用。严重是还会出现扭转效应。要设计出具有立体美和具有艺术性的建筑,就一定要将建筑艺术和建筑所具备的功能,与建筑抗震设计结构结合到一起。例如:南昌绿地紫峰大厦,该建筑的高位268m,其框架是优秀筒结构,对该建筑的抗震设计,在建筑三分之二出,东西里面内凹,其内凹部分的荷载通过结构柱支撑在41层与43层之间的跨悬臂转换墙上。其整体结构设计融入了新年功能化设计的思想,并对建筑结构进行小震下的反谱计算,以及中震弹性复核。 2建筑设计过程中应重视的抗震设计问题 2.1建筑物屋顶抗震设计屋顶太高或太重,是目前建筑设计最主要的问题。屋顶过高或者过重,会加重地震的作用,导致建筑变形,对建筑物自身的抗震能力有所制约。建筑屋顶的重心和建筑底部的重心不在一条线上,那么就会导致建筑抗侧力不能连续,从而加剧建筑的扭转效应,制约建筑的抗震水平。所以,设计师在进行设计的时候,一定要避免屋顶超高超重的现象,使得整个建筑的结构与刚度均匀的分布下来,让屋顶与建筑的重心保持在同一条线上。如果建筑物的屋顶设计的过高,那么就一定要保证建筑具有良好的抗震稳固性,降低建筑扭转效应。3 2.2设计限值控制相关文件规定,在建筑设计过程中,要考虑抗震要求的限值控制。房屋的建筑高度和楼层的数量。在实际设计当中,有的建筑高度超标,有的建筑层数超标,有的建筑高度没有超标,但是其宽度超标。这些超标,都将会给建筑抗震带来一定的安全隐患,特别是一些高度和宽度超标的建筑,因此,在建筑设计中,只要完全融合建筑抗震设计,就能够有效的进行限值控制。例如:防裂度为8的时候,粘土砖等对称建筑的总高度要低于18m,建筑的层数一不能超过6层;底层框架为砖房的建筑高度应该保持在16m,层数保持在5层以内;建筑材料为钢筋混泥土框架房屋的时候,其高度要保持在45m以下,而框架的抗震墙高度应该保持在100m以内。除了在设计过程中要考虑抗震要求的限值控制之外,还要考虑房屋抗震横墙之间的间距以及局部墙体尺寸的限值控制。抗震墙限值控制,就是避免横墙的间距超过了原有的额定值,从而导致建筑平面的刚度下降,遇到水平地震力时,影响了建筑水平地震力的传递,因此,导致了建筑纵墙发生形变,制约了建筑抗震的承载力度,致使建筑倒塌。对局部墙体尺寸的限值控制,是因为这些局部墙体能够增强建筑抗震强度,如果局部墙体尺寸的限值小于规定的值,那么就不能够满足建筑抗震设计的要求,就会出现墙面裂开或者是倒塌的现象。因此,在设计过程中要注意建筑设计限值控制。 3结束语 总而言之,在建筑设计中融入建筑抗震设计,是目前建筑设计中最为重要的。建筑设计与建筑抗震设计有着密不可分的联系,一个好的建筑抗震设计,一定要将设计和结构融为一体,这样才能够在建筑抗震设计的基础上,完成建筑设计。由此可见,建筑抗震设计在建筑设计中,则显得尤为重要,既能够提高建筑物的稳固性,还能够将建筑设计的应用,在抗震设计中更好的发挥出来。 作者:严朝宗单位:江西省直属机关建筑设计院 建筑抗震论文:新型高层建筑抗震设计论文 一、前言 高层建筑是社会经济发展和科技进步的产物。随着大城市的发展,城市用地紧张,市区地价日益高涨,促使近代高层建筑的出现,电梯的发明更使高层建筑越建越高。宏伟的高层建筑是经济实力的象征,具有重要的宣传效应,在日益激烈的商业竞争中,更扮演了重要的角色。 自从1886年世界上第一栋近代高层建筑——美国芝加哥家庭保险公司大楼(HomeIuranceBuilding,10层,高55m)建成以来,至今已有100多年的历史了。高层建筑不仅在材料和结构体系上逐渐多样化,而且在高度上也有大幅度增长。而一次又一次地震灾难及教训,警示人们:防震减灾任重道远,刻不容缓。 从上个世纪开始,各国的专家、学者对抗震设计进行了一系列研究。进入90年代,结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的历史日程。特别是我国处于地震多发区(地震基本烈度6度及其以上的地震区面积约占全国面积的60%),高层抗震设计设防更是工程设计面临的迫切的任务。作为工程抗震设计的依据,高层建筑抗震分析更处于非常重要的地位。 二、材料的选用和结构体系问题在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。 我国高层建筑中常采用的结构体系有:框架、框架-剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系,这也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外,特别地震区,是以刚结构为主,而在我国钢筋混凝土结构几混合结构却占了90%.如此高的钢筋混凝土结构及混合结构,国内外都还没有经受较大的考验。钢结构同混凝土结构相比,具有优越的强度、韧性和延性,强度重量比,总体上看抗震性能好,抗震能力强。 震害调查表明,钢结构较少出现倒塌破坏情况。在高层建筑中采用框架-优秀筒体系,因其比钢结构的用钢量少,又可减少柱子断面,故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内往往要承受80%以上的震层剪力,有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土结构的位移值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增加了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值; 此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成刚度而导致结构刚度突变,常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大,加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时,要慎重选择其结构模式,尽量减小其本身刚度,减小其不利影响。 唐山钢铁厂震害调查资料统计参数结构形式总建筑面积(万㎡)倒塌和严重破坏比例(%)中等破坏比例(%)钢结构3.6709.3钢筋混凝土结构4.0623.247.9砌体结构3.0941.220.9在高层建筑中,应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材产量已居世界前列,建筑钢材的类型及品种也在逐渐增多,钢结构的加工制造能力已有了很大提高,因此在有条件的地方,建议尽可能采用型钢混凝土结构(SRC)、钢管混凝土结构(CFS)或钢结构(S或),以减小柱断面尺寸,并改善结构的抗震性能。 在超过一定高度后,由于钢结构质量较轻而且较柔,为减小风振而需要采用混凝土材料,钢骨(钢管)混凝土,通常作为首选。工程经验表明:利用钢管混凝土承重柱自重可减轻65%左右,由于柱截面减小而相应增加使用面积,钢材消耗指标与钢筋混凝土结构相近,而工程造价和钢筋混凝土结构相比可降低15%左右,工程施工工期缩短1/2.此外钢管混凝土结构显示出良好的延性和韧性。 1995年日本阪神地震震害说明,在钢骨混凝土构件中,采用格构式的型钢时,震害严重,采用实腹式的大型型钢或焊接工字钢的,则震害轻微。因此,在高层建筑结构中,若用钢骨混凝土构件,建议使用后者。 建筑抗震论文:超限高层建筑抗震设计研究论文 摘要:介绍了广州琶洲香格里拉大酒店的抗震设计,酒店基础采用嵌岩桩,楼盖为现浇混凝土结构。 关键词:混凝土结构;超限抗震 1基本情况 广州琶洲香格里拉酒店项目位于广州市海珠区,广州国际会议展览中心东侧,在建的黄洲大桥西侧,北临珠江,南靠新港东路,长约240米,宽约200米。整个项目包括一座37层的酒店(塔楼高32层,裙楼5层)和宴会大厅,以及2层地下车库。 2抗震设防标准 (1)抗震设防烈度:7度。 (2)本工程属丙类建筑,按本地区设防烈度采取抗震措施。 3基本数据 (1)场地类别:Ⅱ类。 (2)土层等效剪切波速为168.4m/s-173.8m/s,场地覆盖层厚度约13.5m-17.4m,砂土液化等级综合评定为严重,属于抗震不利地段。 (3)持力层名称:微风化岩层,埋深约10.90m-23.70m,地基承载力特征值fak=4500KPa,岩石天然湿度下单轴抗压强度的标准值fr=13.5Mpa。 (4)桩型为冲孔/钻孔灌注桩,桩端埋深约15-20m。 4建筑结构布置和选型 (1)主楼高度(±0.00以上)140.7m,地面以上结构层为38层,其中出屋面一层,高度为4.7m。 (2)裙房高度(±0.00以上)29.0m,地面以上结构层为4层。 (3)塔楼主体部分、裙楼和宴会厅之间设两道110mm宽抗震缝分开。建筑物总高度为136.0m,总平面尺寸为195m×122m。其中塔楼部分(转换层以上)平面尺寸为72米×18米,长宽比L/B=4 [6],高宽比H/B=6.0 [7];裙楼部分平面尺寸110m×45m,长宽比L/B=2.4,高宽比H/B=0.5;宴会大厅平面尺寸65m×53m,长宽比L/B=1.2,高宽比H/B=0.3。 (4)塔楼质心有微小的向上偏心(以底端为原点)。 (5)结构形式简单、平面形状规则、布置均匀;结构层第5层为转换层,竖向构件布置不连续。 (6)本工程为现浇钢筋混凝土结构,楼盖整体性好。 (7)结构类型:框架—剪力墙结构,属于复杂类型。 (8)抗震等级:本工程塔楼的框架和优秀筒为一级抗震。由于地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,地下一层的抗震等级与上部结构相同。其余部分裙楼及其地下一层与主楼相连,一级抗震。 (9)结构概况: 整个大楼的设计采用框架—剪力墙结构形式,分为两级结构,转换层以下布置了21根巨型框支柱,剪力墙及承重柱均落地直至基础,由剪力墙、的框架柱和框架梁形成第一级结构,承受水平力和竖向荷载,而楼面及次梁作为第二级结构,只承受竖向荷载并传递到第一级结构上。5结构分析主要结果 (1)计算软件:PKPM系列结构分析软件SATWE模块(2002规范版本)中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制。 (2)楼层自由度为3(刚性楼板)。 (3)周期调整系数:0.8。 (4)主楼结构总重:2291152.81KN(SATWE)。 (5)基底地震总剪力:32581KN(X向)36421KN(Y向)(SATWE)。 (6)扭转位移比:1.3。 (7)转换层的上下刚度比:0.6027。 (8)最大轴压比:n=0.85。 (9)最大层位移角为1/941,在17层(SATWE)。 (10)时程分析采用人工模拟的加速度时程曲线,选用了两组实测波和一组场地人工波进行弹性动力时程分析。弹性阶段的时程分析,构件内力,侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。 6计算结果小结(与规范要求对比): (1)在风荷载及地震作用下各构件的强度和变形均满足有关规范的要求。 (2)墙、柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》和《高规》的要求,转换层以上柱子轴压比小于[0.85],框支柱轴压比小于[0.6]。 (3)按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δμ/h=1/941满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.6.3条要求的1/800。 (4)塔楼满足(JGJ3-2002)关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比最大值为0.729,不大于0.85的规定。 (5)塔楼满足(GB50011-2001)第3.4.2条关于复杂高层建筑各楼层的最大层间位移不应大于该楼层两端层间位移平均值的1.4倍的规定。 (6)除转换层外,塔楼各层均满足(GB50011-2001)第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%,并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定。 (7)塔楼满足(JGJ3-2002)第E.0.2条关于转换层上部结构与下部结构的等效侧向刚度不应大于1.3的规定。 (8)除转换层外,塔楼各层均满足(JGJ3-2002)第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80%的规定。 (9)塔楼满足(JGJ3-2002)第5.4.4条关于结构稳定性的规定。 (10)塔楼满足(JGJ3-2002)第3.3.13条关于各楼层对应于地震作用标准值的楼层水平地震剪力系数不小于表3.3.13的规定。 (11)塔楼满足(JGJ3-2002)第3.3.5条关于按时程曲线计算所得的结构底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的规定。 (12)结构薄弱层弹塑性层间位移符合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.5.5条关于弹塑性层间位移角(1/164)小于1/100的规定。 7其它需要说明的问题 本工程在三种超限条件(高度、高宽比、体型规则性)中,高度超限13.3%,高宽比满足规范及规程的有关要求,结构平面形状规则,竖向不规则。 主要超限抗震措施包括: (1)为避免大楼整体结构之间形状的不规则,引起不利于抗震的情况,在主楼和裙楼之间设置110mm宽抗震缝两道,缝的两侧设置双柱,地下室、基础不用设缝。 (2)转换层位于第5层,框架柱和剪力墙的抗震等级根据《高规》表4.8.2和表4.8.3规定提高一级,为特一级。 (3)首层、设备夹层、避难层、屋面层楼板加强,板厚为180mm,中央优秀筒板厚加强为150mm,配筋相应加强,设双向双层钢筋网。 (4)薄弱层的地震剪力乘以1.15的增大系数,按照《建筑抗震设计规范》进行弹塑性变形分析和验算,并采取有效的抗震构造措施。 (5)用时程分析法进行动力时程分析,其平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响曲线在统计意义上相符。弹性阶段的时程分析,构件内力,侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。 (6)本工程桩端深入液化深度以下稳定土层中的长度(不包括桩尖部分)在1.5m以上,符合全部消除地基液化沉陷的要求。液化土中桩的配筋范围,应自桩顶至液化深度以下符合全部消除液化沉限所要求的深度,其纵向钢筋应与桩顶部相同,箍筋应加密。处于液化土中的桩基承台周围,用非液化土填筑夯实。 建筑抗震论文:建筑抗震设计研究论文 摘要:建筑抗震设计对结构构件有明确的延性要求。轴压比和剪跨比是影响构件延性的最主要的两个因素,也是一对互成矛盾的因素。 关键词:高层抗震短柱 0引言 在层高一定的情况下,为提高延性而降低轴压比则会导致柱截面增大,且轴压比越小截面越大;而截面增大导致剪跨比减小,又降低了构件的延性。因此,在高层特别是超高层建筑结构设计中,为满足规程[1]对轴压比限值的要求,柱子的截面往往比较大,在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。另外,诸如图书馆的书库、层高较低的储藏室、高层建筑的地下车库等由于使用荷载大,层高较低,在设计中也不可避免地会出现短柱。众所周知,短柱的延性很差,尤其是超短柱几乎没有延性,在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时,很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌,无法满足“中震可修,大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生,笔者认为,首先要正确判定短柱,然后对短柱采取一些构造措施或处理,提高短柱的延性和抗震性能。 1短柱的正确判定 规程[1]和规范[2]都规定,柱净高H与截面高度h之比H/h≤4为短柱,工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱,这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ,只有剪跨比λ=M/Vh≤2的柱才是短柱,而柱净高与截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2,亦即不一定是短柱。按H/h≤4来判定的主要依据是:①λ=M/Vh≤2;②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点,取M=0.5VH,则λ=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2,由此即得H/h≤4。但是,对于高层建筑,梁、柱线刚度比较小,特别是底部几层,由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小,反弯点的高度会比柱高的一半高得多,甚至不出现反弯点,此时不宜按H/h≤4来判定短柱,而应按短柱的力学定义--剪跨比λ=M/Vh≤2来判定才是正确的。 框架柱的反弯点不在柱中点时,柱子上、下端截面的弯矩值大小就不一样,即Mt≠Mb。因此,框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一样的,即λt=Mt/Vh≠λb=Mb/Vh。此时,应采用哪一个截面的剪跨比来判断框架柱是不是属于短柱呢?笔者认为,应该采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值,即取λ=max(λt,λb)。其理由如下:框架柱的受力情况有如一根受有定值轴压力的连续梁,柱高Hn相当于连续梁的剪跨a,已有的试验研究结果表明[10]:对于剪跨a不变的连续梁,当截面上、下配置的纵筋相同时,剪切破坏总是发生在弯矩较大的区段;对于框架柱,临界斜裂缝也总是发生在弯矩较大的区段。 事实上,在柱高Hn或连续梁剪跨a的范围内,最大剪跨比是出现在弯矩较大区段上的。钢筋砼构件的抗剪承载力是随剪跨比λ增大而降低的。所以,同样条件下,弯矩较大区段的截面抗剪承载力要比弯矩较小区段的小,在荷载作用下,如果发生剪切破坏,就只能是在弯矩较大区段上。用来判断框架柱是否属于短柱的剪跨比λ当然应是可能发生剪切破坏截面的剪跨比λ。 一般情况下,在高层建筑的底部几层,框架柱的反弯点都偏上,即Mb>Mt。此时,可按式(1)或式(2)判定短柱: 或Hn/h≤2/yn(2) 式中,yn--n层柱的反弯点高度比,根据几何关系,可得:yn=1/(1+Ψ),其中,Ψ=Mt/Mb,0≤Ψ≤1; Hn--n层柱的净高。 式(2)具有一般性。当反弯点在柱中点时,Ψ=1,yn=0.5,式(2)即成为Hn/h≤4;当反弯点在柱上端截面时,Ψ=0,yn=1,式(2)即成为Hn/h≤2;如果框架柱上不出现反弯点,就应采用最大弯矩作用截面的剪跨比λ=M/Vh≤2来判断短柱。 当需要初步判断框架柱是否属于短柱时,可先按D值法确定柱子的反弯点高度比yn,然后按式(2)判断短柱。在施工图设计阶段,可根据电算结果作进一步判断。 2改善短柱抗震性能的措施 当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时,按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可;确定为短柱后,就应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。 2.1使用复合螺旋箍筋 高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的,柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱,只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求,是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此,使用复合螺旋箍筋[4]来提高柱子的抗剪承载力,改善对砼的约束作用,能够达到改善短柱抗震性能的目的。 2.2采用分体柱 由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多,在地震作用下往往是因剪坏而失效,其抗弯强度不能完全发挥。因此,可人为地削弱短柱的抗弯强度,使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度,这样,在地震作用下,柱子将首先达到抗弯强度,从而呈现出延性的破坏状态。 人为削弱抗弯强度的方法,可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱,分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键,以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般,连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。 对分体柱工作性态的理论分析和试验研究表明[3~4]:采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变,抗弯承载力稍有降低,但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高,其破坏形态由剪切型转化为弯曲型,从而实现了短柱变“长柱”的设想,有效地改善了短柱尤其是剪跨比λ≤1.5的超短柱的抗震性能。分体柱方法已在实际工程中得到应用[5]。2.3采用钢骨砼柱 钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。 与钢结构相比,钢骨砼柱的外包砼可以防止钢构件的局部屈曲,提高柱的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨砼结构,一般可比钢结构节约钢材达50%以上[6]。此外,外包砼增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋砼结构相比,由于配置了钢骨,使柱子的承载力大大提高,从而有效地减小柱截面尺寸;钢骨翼缘与箍筋对砼有很好的约束作用,砼的延性得到提高,加上钢骨本身良好的塑性,使柱子具有良好的延性及耗能能力。 由于钢骨砼柱充分发挥了钢与砼两种材料的特点,具有截面尺寸小,自重轻,延性好以及优越的技术经济指标等特点,如果在高层或超高层钢筋砼结构下部的若干层采用钢骨砼柱,可以大大减小柱的截面尺寸,显著改善结构的抗震性能。 2.4采用钢管砼柱 钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料,是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束,使得砼处于三向受压状态,从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高,砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时,钢管既是纵筋,又是横向箍筋,其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下,这相当于配筋率至少都在4.6%以上,这远远超过抗震规范[2]对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于钢管砼的抗压强度和变形能力特佳,即使在高轴压比条件下,仍可形成在受压区发展塑性变形的“压铰”,不存在受压区先破坏的问题,也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。因此,从保证控制截面的转动能力而言,无需限定轴压比限值[8]。 3小结 1确定是不是短柱不宜按H/h≤4来判别,而应按剪跨比λ=M/Vh≤2来判别。一般情况下,可采用本文式(2)来判别。当需要初步判别是否属于短柱时,可先按D值法确定反弯点高度比yn,然后按本文式(2)来判别。 2当按剪跨比λ判定柱子不是短柱时,按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可;确为短柱,就应当尽量提高短柱的承载力,减小短柱的截面尺寸,采取各种有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。使用复合螺旋箍筋,采用分体柱技术均可有效地改善短柱的抗震性能;采用钢骨砼、钢管砼等新结构,可显著提高柱的承载力,减小柱截面尺寸,避免在结构下部出现短柱尤其是超短柱。因此,在高层建筑抗震设计中应根据工程的具体情况,尽量采用上述新结构、新技术,来避免短柱脆性破坏问题的发生。 建筑抗震论文:建筑抗震设计研究论文 论文关键词:建筑设计;抗震;设计 论文摘要:本文从抗震的角度探讨建筑的体型,建筑平面布置和竖向布置、规范中设计限值的控制、屋顶建筑等设计问题。 建筑设计是否考虑抗震要求,从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改,建筑设计定了,结构设计原则上只能是服从于建筑设计的要求。如果建筑师能在建筑方案、初步设计阶段中较好地考虑抗震的要求,则结构工程师就可以对结构构件系统进行合理的布置,建筑结构的质量和刚度分布以及相应产生的地震作用和结构受力与变形比较均匀协调,使建筑结构的抗震性能和抗震承载力得到较大的改善和提高;如果建筑师提供的建筑设计没有很好地考虑抗震要求,那就会给结构的抗震设计带来较多困难,使结构的抗震布置和设计受到建筑布置的限制,甚至造成设计的不合理。有时为了提高结构构件的抗震承载力,不得不增大构件的截面或配筋用量,造成不必要的投资浪费。由此可见,建筑 设计是否考虑抗震要求,对整个建筑起着很重要的作用。因此,我们在建筑抗震设计过程中特别要注重以下几个问题。 一、建筑体型设计问题 建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明,许多平面形状复杂,如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。唐山地震就有不少这样的震例。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏,有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。因此在建筑体型的设计中,应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则;在平面形状上,矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型,尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。 二、建筑平面布置设计问题 建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等,都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且,由于建筑使用功能不同,每个楼层的布置有可能差异很大,建筑平面上的墙体,包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称,墙体与柱子分布的不对称、不协调,使建筑物在地震时产生扭转地震作用,对抗震很不利。有的建筑物,其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一侧,结果在地震中造成靠电梯一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度,吸引了地震作用的主要部分[3]。有的建筑物,在平面布置上一侧的墙体很多,而另一侧的墙体稀少,这就造成平面上刚度分布的很不对称,质量分布也偏心,使结构的受力和变形不协调,导致扭转地震作用效应,带来局部墙面的破坏。有的建筑物,如底层为商场的临街建筑,临街一侧往往不设墙体,而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭,两侧在刚度上相差很多,也将在地震时引起扭转地震作用,对抗震不利。还有的建筑平面布置上,经常出现内隔墙不对齐或中断,使刚度发生突变和地震力传递受阻,对抗震也带来不利,客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大,从概念上要解决的一个优秀问题是:建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀,对称协调,避免突变,防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件,使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体,充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。 三、建筑竖向布置设计问题 建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层,还是高层建筑或超高建筑,这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是,由于建筑使用功能的不同要求,如底层或下面几层是商场、购物中心,建筑上要求是大柱距、大空间;而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼,低层设柱、墙很少,而上面则是以墙为主,柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅,在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等,建筑使用功能的不同,形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大,形成突变[3]。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中,在建筑使用功能不同的情况下,很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐,柱子不对齐,墙体不连续,不到底;上层墙多,下层墙少;上层有柱,下层无柱等,使地震力的传递受阻或不通;抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明,建筑物竖向楼层刚度的过大变化,给建筑物造成很多破坏,甚至是整个楼层的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中,有多栋钢筋混凝土高层建筑发生了中间楼层的整体坐落倒塌破坏。因此,尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部,不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少,尽量避免产生地震时的钮转效应。 四、建筑上应满足的设计限值控制问题 根据大量震害的经验总结,现行《建筑抗震设计规范》(GBJll-89)对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定,建筑设计应予遵守:一是房屋的建筑总高度和层数;二是对房屋抗震横墙问题和局部墙体尺寸的限值控制。 五、屋顶建筑的抗震设计问题 在高层和超高层建筑设计中,屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高层建筑抗震设计审查结果来看,屋顶建筑存在的主要问题,一是过高,二是过重。这样的屋顶建筑加大了变形,也加大了地震作用。对屋顶建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋顶建筑的重心与下部建筑的重心不在一条线上,且前者的抗侧力墙与其下楼层的抗侧力墙体上下不连续时,更会带来地震的扭转作用,对建筑物抗震更不利。为此,在屋顶建筑设计中,宜尽量降低其高度。采用高强轻质的建筑材料和刚度分布比较均匀、地震作用沿结构的传递比较通畅,使屋顶重心与其下部建筑物的重心尽可能一致;当屋顶建筑较高时,要使其具有较好的抗震定性,使屋顶建筑的地震作用及其变形较小,而且不发生扭转地震作用。 六、结束语 总的来说,建筑设计是建筑杭震设计的一个重要方面,建筑设计与建筑 抗震设计有着密切关系。它对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计,必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此,要充分重视建筑设计在建筑抗震设计中的重要性,在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。 建筑抗震论文:超限设计建筑抗震论文 1超限高层建筑抗震设计中的问题 1.1材料对超限高层建筑抗震设计的影响 质量是建筑的优秀,而建筑的抗震性能是体现建筑质量的主要因素,对建筑质量的影响极大,然而,在当今超限高层建筑抗震设计中,却由于由于多种原因造成抗震设计的质量出现了严重的问题,材料对其造成的影响只是其中一个重点要素。材料的影响主要现在材料的质量、材料的不匹配等问题,在超限高层建筑工程设计中,有很多工作人员为某一己之私而在施工中用一些质量不达标的材料,严重影响的建筑的抗震性能;另外,还有些工作人员在设计中会将一些其他的建筑抗震设计方案引入到该建筑物中,而由于建筑物的高度以及整体结构都有所不同,导致出现“张冠李戴”的现象,与实际的建筑缺乏匹配度,导致超限高层建筑抗震设计受到了一定的影响,使建筑的安全性降低达不到超限高层建筑抗震的标准。 1.2平面结构设计对超限高层建筑物抗震设计的影响 超限高层建筑物的平面结构设计是与建筑物外形有着直接的联系,当然也与建筑物抗震设计有着密切的关系,同时超限高层建筑的平面设计与施工难度有着直接的联系,然而,在当今超限高层建筑平面设计中却存在一定的问题,平面结构设计引起的施工难度过大,而导致的超限高层建筑抗震的施工也受到了一定的阻碍,即使能顺利施工也会因为结构设计的不合理对超限高层建筑抗震性能造成一定的影响,在后期的使用中依旧存在重大的安全隐患[3]。另外,如果平面结构设计的不合理,会造成无法准确的确定超限高层建筑抗震的均衡点的位置,尤其是超限高层建筑设计中需要考虑的因素较多,可能会在平面结构设计中会漏掉某些细节的设计,一些结构细节出现问题也会导致超限高层建筑整体的抗震性安全性受到一定的影响。 1.3受力体系对超限高层建筑抗震设计带来的影响 受力体系是建筑抗震设计中需要考虑的重要因素,而且每个建筑的受力体系也各不相同,这与设计者的经验没有太大的联系,因此,在设计的过程中不能光凭经验来完成设计,而且,确实有这种情况发生,觉得自己有着多年的设计经验,就没有详细的对建筑受力体系进行分析,通过以前的经验直接按部就班的放到设计里,最终导致建筑的受力体系与抗震设计发生了矛盾,造成超限高层建筑抗震的性能降低,使得建筑整体缺乏安全性和稳定性。 2超限高层建筑抗震设计优化 2.1做好超限高层建筑设计的前期工作 由第一部分得知,建筑材料对超限高层建筑设计抗震设计的影响及其的严重,因此在设计前要做好前期的准备工作,主要对设计中涉及到的材料质量、数量、规格等做好相应的规划设计,通过对材料的了解再进行相应的设计,尤其是材料的性能参数一定要做好详细的分析,因为有很多材料类型差不多,但是,还是有着细节上的差别。另外,还应对超限高层建筑地点的地质地貌、周边环境等进行详细的分析,这些因素对超限高层建筑抗震设计也有着一定的影响。因此,要做好前期的材料搜集、整理的工作,要确保相关数据材料收集的全面性和准确性。通过做好前期的准备工作,不管是在超限高层建筑的整体设计还是对建筑的抗震设计需要将这些数据作为设计的基础,进而确保设计过程中避免出现一些误差。 2.2对超限高层建筑物平面结构设计的优化 超限高层建筑的设计要比平常的多层、高层的设计特点复杂的多,而且对超限高层建筑抗震设计的本身要求也特别高,因此,在这种情况下超限高层建筑抗震设计中,应全面的考虑各种因素,将其作为优化方案的因素。另外,在对超限高层建筑抗震设计的过程中,设计者要根据实际情况,再结合多种有关设计因素,如,抗震指数、施工方式等,设计出多种超限高层建筑抗震设计方案,然后再通过多种方案的相互比较,选择出最优化的方案,通过这种优化方式,能更好的做好超限高层建筑的抗震设计,而且,以这种设计优化方式,一旦发现方案中存在设计问题或安全隐患能及时的比较出来,并及时的改正,对建筑抗震性能具有很大的保障。 2.3明确超限高层建筑抗震设计中的受力体系 随着社会不断的发展,人们不仅对建筑的质量要求提高了,同时也对建筑物的外观有着一定的要求,美观、大气、上档次是建筑外观现出来的典型特点,但是有很多建筑物只考虑到外观设计,却忽略了建筑的受力体系,对建筑物的抗震性能带来直接的影响,如果这种现象出现在超限高层建筑的设计中,势必会为建筑物带来更大的安全隐患,因此,在对超限高层建筑物抗震设计中一定要明确建筑物的受力体系。建筑的外观要求是要满足的,而在达到这个要求的同时,还需要设计者充分考虑到超限高层的抗震设计,要尽量以后者为主,毕竟后者是关乎到建筑物使用的安全性。可以通过力学的知识来寻找超限高层建筑抗震设计受力体系中的平衡点,以此来实现超限高层建筑的抗震要求。 3结语 该文主要针对于超限高层建筑抗震设计中的问题进行了具体的分析,通过本文的探讨,我们了解到,在进行超限高层建筑抗震设计的过程中,设计人员应及时的发现问题,并且采取有效的措施解决问题,才能够进一步提高建筑的抗震性能,促进建筑的良好使用。 作者:蒋宝锋 单位:东营市建筑设计研究院 建筑抗震论文:村镇建筑抗震论文 1新疆村镇房屋抗震研究现状 1.1新疆地震活动的分布及主要特点新疆地震活动的主要特点是地震发生的频率高、强度大,在历史上发生过强烈地震,如富蕴县的8.1级大地震,昭苏县的8.0级大地震,1985年乌恰县的7.4级大地震,使整个县城严重损坏,易地重新建城。1997年的伽师县6.9级地震,2003年的巴楚—伽师县6.8级地震,2008年的于田—策勒县7.0级大地震都造成了人员伤亡和经济损失。2008乌恰发生的6.8级地震,2011年尼勒克县、巩留县交界处发生的6.0级地震,2012和田地区洛浦县发生的6.0级地震,阿图什市发生的5.2级地震,新源县、和静县交界处发生的6.6级地震,和田地区于田县发生的6.2级地震,若羌县发生的5.5级地震,2013年阿图什市发生的5.2级地震均造成了人员伤亡,并给震区人民造成了巨大的财产损失。2008年国家确定5个重点防御区中有2个在新疆,全疆87个县市设防烈度都在6度以上,7度以上的县市占84%,8度以上的县市占34%。 1.2新疆村镇建筑抗震研究进展新疆地域辽阔,村镇建筑的建筑风格、结构形式、建造材料及建造方式等因所处的地理环境、气候条件、历史传统、生活习惯、民族习俗等不同而有较大差别。根据调查,新疆地区的建造材料主要利用当地材料采用传统的建造方法,常见的结构形式有石木结构、木构架-生土墙结构、木板夹心结构、砖木结构、砖混结构、木结构和木构架土坯围护墙等。新疆对现有建筑的抗震设计标准都是参照国家现行标准来控制的,还没有根据新疆村镇建筑所处区域的特点来单独研究并制定抗震设防要求。例如,砖混结构房屋按照国家现行多层砌体设计规范进行设计、施工;砖木结构房屋墙体抗震构造措施按普通砖混结构进行设置;对于木板夹芯结构与木构架-土坯墙结构只是给出了防止房屋倾倒的建议;对单层石木结构仅是给了简单的抗震建议措施。目前,有个别学者针对新疆村镇建筑的特点进行了抗震研究。曾广群等阐述了新疆村镇建筑的抗震性能及目前主要存在的问题,并提出了相应的解决和改进措施。阿肯江•托呼提等通过对历次大地震中新疆村镇土坯房屋的震害特点研究,提出了木柱、梁-土坯组合墙结构体系,以简便易行的手段提高新疆土坯房屋结构的抗震能力。王瑾采用理论分析和试验相结合的方法对石木结构进行抗震性能研究。陈汉清对木柱梁-土坯组合墙体进行数值模拟及抗震性能分析。陈嘉对生土结构材料的物理性质及力学性能进行了试验研究。赵成对改性土坯砌体进行了试验研究。夏多田分析了新疆村镇建筑的抗震性能,提出了未来村镇建筑抗震技术发展的趋势。 2新疆村镇房屋节能研究现状 就新疆村镇建筑建造现状节能而言,村镇建房节地、节材、资源的重复利用及房屋保温隔热意识非常淡薄。 2.1村镇房屋使用土地资源状况砌体结构材料主要以粘土砖为主,而粘土砖的生产原料又主要来自于耕地。随着建设的迅速发展,建筑材料需求量急剧增加,加剧了对粘土资源的破坏性使用,造成大量土地毁坏,生态环境遭到破坏。 2.2村镇房屋使用建筑材料状况农村居民文化水平不高,节能与环保意识欠缺。有些地区,农村居民在住宅建设中,房屋高度不仅有攀比现象,还普遍认为层高越高夏天会越凉爽。其实,增加层高不仅使建筑材料用量增加,而且加大了建筑物采暖与制冷的能耗。现有极少一部分经济条件较好的地方,在政策鼓励下,建造时选用轻质高性能的材料,并且尽量使材料循环使用。 2.3村镇建筑保温状况村镇建筑围护结构的热工性能差,围护结构是建筑物构成的主体,据统计通过护结构的热损失约占建筑物总耗热量的70%~80%。绝大部分农村住宅墙体均无保温层,且窗户、屋顶等密封性差。近些年,随着农村经济水平的提高、农民收入的增长,农民在建造新房时片面地追求面积大、外观美,但只是改变了瓦材、墙体、窗户等面层材料,而忽视了保温隔热材料的重要性。有极个别的学者认识到新疆地区村镇建筑节能的重要性,对其村镇建筑节能进行了研究。原甲在对新疆不同寒区村镇住宅建设现状进行调研的基础上,提出住宅节能设计的方法与思路。冯伟刚研究了棉秆植物纤维砌块用来替代粘土砖,既充分利用新疆当地充足的棉秆资源,又同时使村镇建筑抗震性能和保温性能得到极大的提高。姜曙光等通过对新疆暴风雪灾害的调研,分析了村镇建筑砖木结构、砖混结构和轻型钢结构的房屋受损特点,提出了建筑修复加固的原则和方法,以及在修复加固的同时兼顾对既有建筑保温节能的改造方案。 3绿色建筑展望 新疆地域辽阔,村镇区域地理位置复杂,各地区灾害分布不均,经济发展水平相差很大,缺乏具有针对性、切实可行的新型抗震节能绿色建筑结构体系的研究。随着村镇经济结构的变化和居住生活水平的提高,村镇建筑应将逐步由“粗放型”向“细致化”转变,由“面积型需求”向“舒适型需求”转变。为此,需加大研究力度,针对各个地区的特点,把村镇建筑建成绿色建筑,把村镇建筑的抗震、节地、节材、资源的重复利用及房屋保温隔热有机结合起来,在各要素间寻找到平衡点,精心构思、设计、精选材料、合理构造,同时严格控制建设成本,研究出抗震、节能、经济、适用并且村镇居民能接受的绿色建筑,这也是新农村建设、村镇防震减灾和节能减排以及国家对绿色建筑的战略需求。新疆村镇绿色建筑面临着抗震与节能的迫切要求,从设计、施工技术、质量验收和管理等方面,将村镇绿色建筑的抗震与节能有机结合,使绿色建筑抗震与节能实现协调统一,进行抗震节能综合研究设计。新疆村镇绿色建筑应从以下几个方面来考虑抗震与节能结构体系的研究与设计: 1)考虑抗震问题时,必须保证采取的抗震措施造价低,适应性强,村镇居民能接受,易于推广。 2)研究的结构体系,应易于就地取材,并充分利用秸秆,建筑垃圾等生态绿色环保建材,遵循经济、实用、生态、环保、抗震、节能的原则。 3)所研究的村镇建筑抗震与节能结构体系在保证结构的抗震安全性的同时,还需综合考虑建筑墙体、屋面及门窗的保温需求。同时,建筑墙体、屋面及门窗的保温措施不仅使房屋达到预期的保温效果,同时还应兼顾提高抗震效果。 4)在抗震与节能结构体系的研究与设计的同时,做到多学科的统筹兼顾,并考虑抗风、防火方面的要求。 作者:李建华 乔箭 陈文婧 单位:新疆农业大学水利与土木工程学院 新疆乌鲁木齐市水磨沟区林业园林管理局 建筑抗震论文:合肥区建筑抗震论文 1合肥区域地质构造背景学习分析 该断裂大致沿合肥市长江路呈东西走向纵贯市区,为隐伏断裂,在五里墩南断面向南陡倾,为张性断裂。该断裂在新第三纪至第四纪初曾强烈活动,大蜀山橄榄玄武岩喷溢可能与其有关。但晚更新世以来没明显的活动,对小震活动的控制作用不明显。 2合肥地区地震历史学习分析 2.1合肥地区历史地震记录据史料记载 公元288年至今,区域内没有发生过7级以上强震。 2.21970年以来地震记录资料 2.3对地震记录资料的分析 合肥地区据史料记载,自公元288年至今区域内没有发生过7级以上强震;1673年3月~1962年8月史料中,1673年合肥南部发生的5级地震,位置在桥头集-东关断裂、大蜀山-长临河断裂与乌云山-合肥断裂的交汇部位,据专家推断该三条断裂为活动断裂,且合肥地区具备发生5.5级~6级地震构造。此外,邻区地震也影响合肥,如1668年山东郯城-莒县间发生的8.5级地震,造成合肥大约7度的破坏;1917年霍山6.25级地震和1954年在合肥六安间发生的5.5级地震均造成大约6度的破坏。据有关部门从1973年至1994年发生的MS≥1级地震震中分布与断裂关系研究发现:合肥地区小震活动主要集中于区域东部,形成一个小震丛集区和两个密集带: ①一个小震丛集区位于池河-西山驿和乌云山-合肥断裂之间,反映区域东部地壳活动性明显强于西部; ②巢湖内的姥山-中庙一线存在着一个近东西向展布的小震密集带,线状特征明显; ③元瞳-梁园-石塘一带小震呈密集带,暗示有北西向隐伏线性构造的存在。 3合肥地区地震评价和抗震烈度区划现状 合肥市是距离郯庐断裂带最近的省会城市,经权威部门研究认为: ①郯庐断裂安徽段为中强震低频地段; ②合肥地区未来的地震危险性主要来自华北地震区的长江下游-黄海地震带和郯庐地震带; ③未来可能发生在安徽六安-霍山地震区、涡阳—凤台地震区和江苏溧阳地震区的强震,会对合肥地区有较大潜在地震影响; ④综合各方面情况,合肥区域发生6级以上地震或受到大于7度地震影响的概率极低。国务院把合肥列为全国13个地震重点监视防御城市之一,2010年抗震规范规定合肥市四区(蜀山、瑶海、庐阳、包河)及四县(长丰、肥东、肥西、庐江),建筑抗震设防基本烈度为7度、第一组、地震加速度为0.10g;巢湖市列为建筑抗震设防基本烈度为6度、第二组、地震加速度为0.05g。 4合肥地区工程抗震浅析 4.1合肥地区抗震措施一般不需要考虑“避让断裂带”的要求 根据2010年抗震规范第4.1.7条规定“抗震设防小于8度区域,建筑抗震不用考虑避让断裂带”的要求,原因是通过国内外大量地震资料在小于8度地震区,地面一般不发生断裂错动。合肥市四区、四县、一市抗震设防基本烈度皆小于8度。 4.2合肥地区建设工程时地貌单元勘察要求 合肥地区要注意在河、湖岸边漫滩及一级阶地等地貌单元上建设工程时,应该注意场地土(砂土和粉土)的液化问题。在这些地貌单元勘察时必须进行有关技术测试,如对砂土要进行标准贯入试验,对粉土要进行颗粒分析试验和标准贯入试验,并进行有关液化土评价和场地液化指数的综合计算,进而提供设计对地基基础的技术措施依据,施工中严格按照勘察设计要求进行,使建筑满足抗震规范要求。必须注意:本次规范修订依据国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223—2008),修订中总结汶川大地震的经岩土工程与基础处理336验教训考虑到我国经济已有较大发展,把“未成年的学校、医院、体育场馆、博物馆、文化馆、图书馆、影剧院、大商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施”划为重点设防类,其地基基础抗震设防措施比基本烈度提高一度的要求进行设计。对抗震基本烈度为6度区的巢湖市,建筑抗震乙类(重点设防类,如中小学、幼儿园等)及甲类建筑,严格注意勘察时应对场地在7度地震力作用下有液化的土层进行技术测试与液化评价,进而在设计时考虑要按照“比基本烈度提高一度(7度)设防”的要求采取措施处理,以达到抗震规范规定的抗震要求。 4.3对重要的、体型复杂的高层建筑应该进行地基动参数检测、地震力衰减和时程分析 在地震过程中,土的剪切模量和阻尼比随剪应变的加大而呈现出明显的非线性变化。在有限的范围内剪切模量G与剪切模量Gmax的比值随剪应变γ的变化曲线仅与土类有关,故土的非线性动力特性可以用G/Gmax~r曲线描述。而Gmax由原位剪切波速测试出的S波速Vs由下式算出:Gmax=ρVS2。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)要求,地震作用计算拟采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。通过对场地原位剪切波速测试和人工模拟的加速度时程曲线,计算各层土层地震动力反应,给出地表加速度时程,再进行有关加速度时程合成。通过地震危险性分析给出了场地基岩地震动时程的动力学特性:峰值加速度及加速度反应谱。人工合成地震动就是计算满足这些特性的加速度时程,其方法是不断调整初时时程Ra(t)的幅值谱,使Ra(t)的动力特性(包括加速度反应谱及峰值加速度)均满足危险性分析的要求。地震动时程的强度包线采用如下形式:(t/c1)2×Agmaxt≤c1Agmaxc1≤t≤c2exp(-c3(t-c2)Agmaxt>c2f(t)={其中:c1、c2、c3是确定包络线的3个参数;Agmax是最大加速度;t是从地震初至开始的时间。对合肥周围地区,在考察每个潜源的最大震级和潜源内发生最大震级地震对场地影响两个方面的因素后,多遇地震各参数:c1=17.76,c2=26.52,c3=0.12。为反映地震全过程,对多遇地震时程长度为20.48s,采样步长0.02s,相应的采样点数分别为1024。 4.4建设工程勘察、设计、施工必须严格按照国家抗震设防分类 标准(2008)和2010抗震规范执行新规范继续保持着“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防方针。所有建筑只要严格按规范设计和施工,可以在遇到高于区基本烈度1度的地震下没有倒塌的危险,从而实现生命安全的目标。其中:所指的“小震即多遇地震、中震即基本烈度地震、大震即罕遇地震”,其对应的50年“超越概率63%、10%和2%~3%的地震”,对应的“重现期分别为50年一遇、约500年一遇和约2000年一遇的地震”。 4.5对既有建筑抗震的现状分析与抗震措施的建议 4.5.1既有建筑抗震的现状 根据笔者参加的安徽省住建厅与安徽建筑工业学院2009年对“安徽省城市重要市政基础设施和公共建筑的抗震性能调查”研究,既有建筑物抗震隐患主要存在如下几种情况。 ①抗震设计标准的变化引起建筑物抗震性能不满足现行规范要求,如原抗震设防分类标准为丙类而现行规范定为乙类建筑,如教育建筑、医疗建筑、大型公用建筑等,因为现在新规范要求要比基本抗震烈度提高1度设计,所以现在不能满足新规范要求抗震。 ②7度区1978年前建造使用的建筑和6度区1989年前建造使用的建筑,由于之前没有进行抗震设计建造,因此其安全性较低,达不到现行抗震要求。 ③对于1978年前建造的建筑虽然进行了一些抗震加固,但其整体性差,很多建筑根本不能抵抗基本烈度的地震作用。 ④1978年以后建造的抗震房屋,但根据对部分建筑(如合肥市西苑新村某楼,6层,二层)现场检测其承重墙砌体砂浆标号很低,已很多达不到M25,不能抵抗基本烈度7度时的地震力作用。 ⑤其他问题诸如:部分建筑结构体型不规则和设计缺陷,引起的建筑结构抗震能力薄弱;部分建筑由于施工质量较差和建筑材料性能指标不合格导致结构抗震性能不满足设计要求;有些建筑未经技术鉴定或设计许可,擅自加层或改变使用功能而导致结构抗震性能存在隐患;个别建筑建造在没有处理的坑道上、液化场地上、可能造成的滑坡上等等。 4.5.2对既有建筑的抗震措施的建议 对重要公共建筑设施应该积极进行鉴定、加固。对过去设计符合老规范没有达到新规范标准的如未成年的学校、医院、体育场馆、博物馆、文化馆、图书馆、影剧院、大商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施,应该重点实施加固改造。对民房、危房应积极宣传,鼓励自行委托鉴定、加固或拆除。 5结语 工程抗震始终是围绕着人类的建设工程进行,实践证明,行之有效的抗震措施,可提高工程的综合抗御地震破坏的能力。只有强化工程抗震和防灾意识,科学地研究具体地点和地震特点,才能有效地提高工程抗震和防灾能力,人类才能在有限的资金下最大程度地战胜地震灾害,从而造福社会、造福人类。 作者:吴君虎 单位:安徽建筑大学勘测设计研究院 建筑抗震论文:建筑结构建筑抗震论文 1建筑结构的抗震设计 建筑的抗震设计对于国家财产的保护,人民生命安全都有着极其重要的意义,当地震来临时,建筑抗震设计不仅仅能够保护人们的生命安全,还保护了国家财产,为国家经济建设做出了贡献。所以建筑抗震设计是建筑设计中极其重要的内容。但是,由于地震等灾害的发生具有不确定性,随时性,破坏性等的特点。房屋的抗震结构设计对于房屋的建筑结构有及其重要的作用。建筑结构的抗震设计是属于结构设计中的概念设计,能够在概念设计中清晰的表达。为了更好的做好建筑结构的抗震设计,在设计之前需要精确的掌控灾害能量的最大输入,结构体系,建筑结构的类型,刚度分布等相关问题。这样就可以从根本上消除房屋建筑结构抗震结构中的薄弱环节。 2建筑结构抗震设计的要点 地震的影响范围一般情况下都很大,一定区域内的建筑物都会受到一定的破坏。所以建筑物场所的选择对于结构的抗震设计及其总要。在选择建筑场地时要注意以下几个方面:地质结构坚硬、避开有较大坡度的山脚,周围地势开阔和避免地震多发地带。在结构的抗震结构设计中对于建筑物的高度有一定的规定和标准。因此建筑物的高度要严格按照国家标准设计。在一些地震多发地区,不仅仅要设计合理科学,还要注重建筑材料的性能。通常情况下,不同高度的建筑对于建筑材料也有一定的要求。一般都采用不同规格的钢筋混凝土结构。同时,为了提高结构的抗震性,在建筑结构抗震设计中,需要减小柱的轴压比,增大柱的截面尺寸。从抗震设计的科学角度来讲,减小柱轴压比主要是为了使柱子处于大偏心受压状态,从而避免这样的情况发生比如:纵向受力钢筋未达到受拉屈服但混凝土却被压碎。在建筑的抗震设计时,很多专家认为应该会提高建筑物抗震设计的等级。这主要是考虑到我国是地震多发国家。大型地震容易出现重现。或是50年,或是200年。建筑的抗震设计还存在一些其他的问题,比如在选择结构体系选型时,尽量可以采取承载能力高、延展性好和充足耗能性能的体系,主要是为了在地震发生时,建筑结构能够有足够的抗倒塌能力。同时在结构的刚性和强度方面要水平方向和竖直方向均匀分布。防止出现局部结构出现问题导致整体结构的倒塌。 3抗震设计对结构抗连续倒塌的影响 3.1地震作用及倒塌机制地震 可以造成建筑倒塌是地震造成一切破坏的主要形式,是为结构在外部作用力下的倒塌。连续性的倒塌是因为内部内力发生重新分布而造成的。在地震作用下,构建的受力和质量分布有关系,构建受力分布在整个结构之中。整个结构的非弹性形变能够很好的减轻地震队构建的破坏。建筑结构的倒塌开始于结构中大部分梁柱节点的损坏。近而造成其他部件和结构的倒塌和破坏,这也叫做建筑结构的连续性倒塌。 3.2抗震设计与抗连续倒塌设计的关系 抗连续倒塌设计的主要目的在于防止建筑结构倒塌的连续性,连锁性的发生。抗震设计的标准是比较小的地震,建筑没有出现任何的结构的问题。较大的地震建筑结构不会倒塌。一般中等地震造成的破坏仍旧可以重新的进行结构的维修。抗震设计和抗连续性设计都有一个共同点就是都特别的注重结构的整体性和连续性。在地震作用性,建筑结构造成结构一定的破坏,抗倒塌能力的作用主要是在梁抵抗内力重分布上。然而结构的抗震设计能够使梁中纵向受力钢筋增加,也提高了结构的抗倒塌能力。建筑结构的抗震设计和抗连续倒塌设计存在很多的相同点,同时也有不同和相互的影响。 3.3抗震设计对结构抗连续倒塌的影响 目前,抗震设计对抗倒塌能力的影响有两种不同的观点:一种认为抗震设计通常是可以取代抗连续倒塌设计的,主要在于抗震设计的结构有整体牢固性的特点,使得结构的抗连续倒塌性能提高。另一种观点认为,抗震设计和抗连续性的倒塌设计有着不同的出发点和目的,存在较大的差别。对于每一种设计都应该充分的考虑,不能够想当然的认为抗震设计可以取代抗连续倒塌设计。因为结构抗震设计中的一点点的构造的方法可能增加了。虽然一些构造措施可增加建筑抵抗倒塌的能力,但是毕竟这样的一点点增加对于整个建筑抵抗连续倒塌能力是微乎其微的。于述强等人通过科学的方法对于抗震设计对于结构抗连续倒塌性的影响。主要采取的方法是建立模型进行分析。采用拆除构件法通进行实验的主要方法,这也是美国使用比较科学的方法。分别拆除了角柱,中柱,拆除内柱等,然后分析了模型的抗连续性倒塌能力。通过模型实验分析得到了科学的理论。一是地震作用存在较多的偶然因素在里面,但是有不同于偶然作用,存在较大的差别,所以抗震设计并不能够取代抗连续倒塌设计。二是虽然抗震设计不能够期待连续性倒塌设计,但是研究表明抗震设计对于抗连续倒塌能力有着极其重要的意义。在较小级别的抗震结构设计中对于结构抗连续倒塌能力没有一个明显的提高,但是当建筑的抗震级别高于8度时,抗震设计结构抗连续倒塌能力得到增强。 4结束语 建筑结构的抗震设计直接关系着人们在地震中能否粗生存,能否保全生命财产安全。根据地震的作用,建筑抗震设计有很多的标准和设计要点。同时,结构的抗震设计对于结构抗连续倒塌有一定的影响。虽然建筑的抗震设计和抗连续倒塌设计存在一定的相同点。但是不能够完全被取代,只是高度的结构抗震设计会提高建筑抗连续倒塌性能。充分证明建筑抗震设计对于建筑结构是有影响的。 作者:张培培 单位:江苏中城设计研究院有限公司 建筑抗震论文:抗震鉴定建筑抗震论文 1工程实例概况 原建筑竣工于1984年,按7度(0.15g)抗震设防,结构抗震设防类别为丙类。依据《建筑工程抗震设防分类标准》第4.0.3条规定,改造后的结构抗震设防类别为乙类。鉴于医院实际需求及《建筑抗震鉴定标准》第1.0.6条规定,该病房楼进行改造设计前需对原结构进行抗震鉴定,并确定其后续使用年限为40a。 2建筑现状调查 抗震鉴定前应进行建筑现状调查,包括搜集勘察、施工及竣工验收的相关原始资料;当资料不全时,应根据鉴定的需要进行补充实测。调查建筑现状与原始资料相符程度、施工质量和维护状况。 2.1原始资料调查 该住院楼岩土工程勘察报告、竣工图纸、竣工验收资料等原始资料均较齐全。 2.2外观质量检查 钢筋混凝土结构主要检查结构构件的裂缝及劣化程度等。经检查个别框架柱及剪力墙表面存在蜂窝、麻面现象;少数框架梁存在梁底钢筋锈蚀现象;个别屋面板板底存在碱蚀、露筋现象。结构构件未发现明显开裂、较大变形等严重结构性损坏现象。 2.3材料性能检测 建筑结构的材料性能是结构安全的基本保证。本工程混凝土强度采用超声-回弹综合法对混凝土抗压强度进行现场取样检测,检测混凝土强度摘录如表1所示。现场采用钢筋探测仪对部分梁、板、柱、剪力墙的钢筋配置、分布及混凝土保护层厚度进行检测,检测结果基本符合原图纸设计要求。 3抗震鉴定 3.1抗震鉴定原则 本工程属于B类建筑,应进行两级鉴定。 (1)第一级鉴定对现有房屋的宏观控制和构造鉴定为主进行综合评价; (2)第二级鉴定:对现有房屋进行抗震验算为主结合构造影响进行综合评价。(1)和(2)同时满足的建筑评定为满足抗震要求,可不进行加固处理;(1)满足而主要抗侧力构件的抗震承载力不低于规定的95%、次要抗侧力构件的抗震承载力不低于规定的90%,可不进行加固处理;(1)不满足而抗震承载力较高时,可通过构造影响系数进行综合抗震能力的评定;(1)和(2)均不满足要求时,应采取加固或其他相应措施。 3.2抗震等级确定 本工程使用功能为病房楼,根据《建筑工程抗震设防分类标准》第4.0.3条,二三级医院的门诊、医技、住院用房,抗震设防类别应划分为重点设防类(乙类)。依据现行《建筑抗震设计规范》第6.1.2条规定,本楼框架抗震等级为二级、剪力墙抗震等级为一级。依据现行《建筑抗震鉴定标准》第6.3.1条规定,框架抗震等级为三级、剪力墙抗震等级为二级。改造工程的抗震设防目标及抗震设防水准,按照安全、经济、合理的要求,结合其后续使用年限40年相协调,确定框架抗震等级为三级、剪力墙抗震等级为二级。 3.3场地、地基和基础 查阅原地勘报告,本楼建造于对抗震有利的地段,场地类别为II类,其地基主要受力范围内不存在软弱土、饱和砂土和饱和粉土或严重不均匀土层。依据《建筑抗震鉴定标准》第4.1条、4.2条规定,可不进行场地对建筑影响的抗震鉴定,同时也可不进行地基基础的抗震鉴定。 3.4抗震措施鉴定(第一级鉴定) 3.4.1结构高度 本工程结构总高26.90m,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.1.1条,7度框架-抗震墙结构适用的最大高度为120m的要求。 3.4.2房屋的结构体系 本工程为双向多跨框架-抗震墙结构,结构布置及框架梁、柱、剪力墙截面满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.2条房屋结构体系要求。本工程建筑平面形状为矩形,平面没有局部突出,立面没有局部缩进,均满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条房屋结构体系要求。楼层刚度大于其相邻上层刚度的70%,且连续3层总的刚度降低小于50%,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条房屋结构体系要求。首层个别框架柱轴压比为0.98,不满足《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条框架-抗震墙柱(抗震等级三级)轴压比≤0.95的要求。 3.4.3混凝土强度等级 本工程混凝土强度实测结果,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.3条梁、柱、墙实际达到的混凝土强度等级不应低于C20要求。 3.4.4框架梁的配筋及构造 本工程框架梁纵向受拉钢筋的配筋率不大于2.5%;梁端截面的底面和顶面配筋量的比值不小于0.3;梁端箍筋实际加密区的长度大于梁截面高度的1.5倍,箍筋最小直径为8mm,满足要求。 3.4.5框架柱的配筋及构造 本工程框架柱实际纵向钢筋的总配筋率,框架中柱、边柱和角柱均大于1.0%,满足要求。柱箍筋加密区的箍筋间距为100mm,箍筋直径为φ8mm和φ10mm,满足要求。柱加密区箍筋肢距不大于200mm,且每隔1根纵向钢筋在2个方向均有箍筋约束,满足要求。 3.4.6框架节点优秀区构造 本工程框架节点优秀区内箍筋最大间距为100mm,最小直径为φ12mm,柱体积配箍率为1.6%~2.1%,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.6条要求。 3.4.7抗震墙的配筋及构造 本工程抗震墙墙板竖向、横向分布钢筋的配筋率约为0.628%,均大于0.25%,最大间距为150mm,最小直径φ12mm,满足要求。抗震墙边缘构件的配筋,纵向钢筋配筋率为1.2%~2.0%,箍筋直径均为φ10mm,间距均为100mm,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.7条要求。 3.4.8填充墙 本工程砌体填充墙在平面和竖向布置均匀对称,满足要求。砌体填充墙沿框架柱每隔500mm有2根φ6mm拉筋,拉筋伸入填充墙内长度700mm,满足三四级框架不应小于墙长的1/5且不小于700mm的要求。墙长度大于5m时,墙顶部与梁设有拉结措施,满足《建筑抗震鉴定标准》第6.3.9条要求。 3.5抗震承载力验算(第二级鉴定) 第二级鉴定是以抗震验算为主,结合构造影响进行综合评价。第二级鉴定可采用楼层综合抗震能力指数法与《建筑抗震设计规范》规定方法进行抗震计算分析。本工程采用中国建筑科学研究院编制的《PKPM混凝土结构鉴定加固》软件进行抗震承载力计算。在建立计算模型和选择计算方法时采取了如下处理。 1)在PKPM软件计算中,依据原设计施工图、本次改造建筑图,并结合现场调查结果,确定结构布置及荷载分布,建立计算空间计算模型 2)抗震计算的有关参数抗震设防烈度:7度;设计基本地震加速:0.15g;设计地震分组:第一组;设计特征周期值:0.30s;建筑场地类别:II类;地面粗糙类别:C类;框架抗震等级:三级;剪力墙抗震等级:二级。 3)梁柱节点重合部分,梁端简化为刚域。 4)考虑填充墙对于结构总体刚度的影响,计算时取周期折减系数为0.75。 5)根据第一级鉴定结果,体系影响系数取0.95。经计算首层个别框架柱抗剪不满足要求,首层、2层部分框架梁、板承载力不满足要求,3层、5层改造为设备机房位置楼板承载力不满足要求。 3.6抗震鉴定结论 1)个别框架柱轴压比不满足要求; 2)个别框架柱抗剪不满足要求; 3)部分框架梁承载力不满足要求; 4)部分楼板承载力不满足要求。 4抗震加固设计 4.1框架柱加固 轴压比不足的框架柱采用加大截面法进行加固处理。该方法是在框架柱构件表面凿毛和清洁处理后用钢筋混凝土围套,围套内的纵向受力钢筋由计算确定,并与原框架柱内纵向受力钢筋共同工作。采用加大截面法不仅提高框架柱的承载力,并且在一定程度上提高了结构的刚度。加大截面的尺寸一般在100mm左右,采用混凝土加大截面,浇筑时很难振捣密实,加固质量难以保证。本工程采用高强灌浆料代替混凝土,保证了混凝土的密实度。抗剪承载力不足的框架柱采用横向粘贴碳纤维的方法进行加固处理。框架柱粘贴环向碳纤维箍,缠绕3圈且搭接长度应超过200mm。碳纤维箍外侧抹厚度不小于25mm的高强度水泥砂浆,以满足防火及防护要求。框架柱顶部及底部设置4mm厚钢板封闭箍进行附加锚固。 4.2混凝土梁加固 混凝土梁采用型钢加固法。此方法适用于不允许增大构件截面尺寸,而又需要大幅度地提高承载力的混凝土结构加固。型钢加固法是在混凝土构件四周包以型钢,型钢与被加固梁之间用聚合物砂浆或结构胶等方法黏结。型钢表面抹厚度不小于25mm的高强度水泥砂浆(应加钢丝网防裂)作防护层,具体做法 4.3楼板加固 楼板采用粘贴碳纤维加固法。碳纤维复合材加固混凝土结构,主要是利用纤维抗拉的高强度、高弹性模量、高应变性能及利用改性环氧树脂类胶结材料,使碳纤维与混凝土结构产生良好的黏结性,加固补强原结构受拉纵向钢筋和受剪、抗扭箍筋的不足,从而提高结构抗弯、抗剪、抗扭承载力。该方法用高性能黏结剂将碳纤维布黏贴在楼板表面(纤维粘贴方向应平行于构件的主受力方向),使两者共同工作,提高楼板的抗弯承载力。为提高碳纤维布黏结加固耐久性,碳纤维表面采用压结钢片加射钉进行附加锚固,压结钢片长度宜为碳纤维布宽+60mm,射钉应不打穿碳纤维布。 5结语 1)抗震鉴定应根据结构形式、后续使用年限等因素,结合现场实测数据,采用逐级鉴定的方法,进行抗震性能分析。 2)抗震加固应综合分析建筑整体情况、现场检测结果、抗震鉴定结果,并结合建筑物的现状等,选择经济、合理、施工方便的加固方案。 作者:狄玉辉 康凯 何小燕 单位:中国中元国际工程有限公司 建筑抗震论文:民用建筑抗震论文 1民用建筑隔震结构的设计 由于建筑结构的复杂性,需要制定较为科学的隔震方案。一般来说,建筑结构的扭转效应非常重要。在考虑隔震装置的放置位置时要充分考虑到钢心和质心等相关要素,要严格保证二者的重合。为了减少扭转作用,需要将阻尼器放置在建筑物的周围,支座的位置较为灵活,对于标高也没有特殊的限制。如果遇到上下结构的强度不同的情况,就需要将支座放置在不同的标高位置,这样才能有效地增强隔震效果。需要注意的是,在隔震器的周围要预留一定的移动空间,因此,抗震的构造就具有较大的难度。但是每种隔震结构的型号不同,因此需要做到具体问题具体分析,根据实际情况来设置。 2橡胶隔震支座的性能 对于民用建筑的隔震装置来说,必须具备以下几种性能,否则其隔震效果就不是很明显。第一,隔震装置要承受多方的压力,不仅是建筑结构的上部,同时还有水平的应力以及竖向的负载。在承重这些压力之后不能发生较大的形变。第二,为了有效地减少建筑结构的自震性,必须要求隔震装置具有一定的刚度,减少层间剪力。第三,通常情况下建筑结构会发生位移现象,安装隔震装置要充分考虑到这一点。装置需要在减少建筑结构位移的前提下,降低振动的频率,进而达到隔震的效果。第四,需要对建筑隔震装置的支座加强重视,要尽量延长其使用寿命,通常情况下是50年左右。同时面对突发状况,支座也要具有一定的承受力。叠层橡胶支座的水平性能参数主要包括:水平极限变形能力和水平刚度。对于带有铅芯的支座还包括:等效粘滞阻尼比和屈服后水平刚度。国内外的大量试验表明,在保持恒定设计压应力时,出现水平剪切破坏时剪应变将超过400%,而剪应变小于350%时,叠层橡胶支座不会出现破坏。所以,《规范》规定:叠层橡胶支座在竖向平均压应力限值下的极限水平变位,应大于其橡胶层总厚度的3倍和有效直径的0.55倍两者中的较大值。叠层橡胶支座的水平刚度与支座的形状和橡胶的硬度有关,橡胶越硬,支座的水平刚度越大;支座越细长,水平刚度越小。设计人员应通过试验得到的“滞回曲线”确定支座的刚度。普通橡胶支座的滞回曲线所含的面积很小,说明其几乎不能消耗能量。铅芯橡胶支座的滞回曲线可等效为双线性模型。滞回环的丰满程度反映了屈服后的刚度大小,滞回环的面积大小反映了等效粘滞阻尼比的大小。 3隔震建筑的设计 3.1隔震装置设计 隔震装置是由普通叠层橡胶垫和特殊钢棒构成的阻尼器组成。建筑中各柱与基础间放入了14个叠层橡胶垫,隔震层平面内均匀布置了96个钢棒阻尼器。阻尼器是利用特殊钢棒进入弹塑性阶段后的耗能特性产生的阻尼。特殊钢棒贯穿钢板,在接触部位插入内藏滚珠轴承的转动支座,使其可以在水平方向有较大位移,并在垂直方向上容易滑动。上部的两块钢板与上部结构的底层楼板、下部的两块钢板与基础分别用螺栓固定。钢棒的布置以8根为一个单位,在对称位置每边六处共使用了96根。 3.2防护措施 3.2.1设计用地震波。设计用的地震波,其中人工地震波的做法是,家丁震级为8级,震中距为50km,输入水平各种波相同,弹性分析时,输入速度为25cm/s,弹塑性分析时为50cm/s。 3.2.2隔震装置。隔震装置在输入地震波计算时,分别取大震时固有周期的目标值为3s,等效粘性阻尼比的目标值为10%。 3.2.3上部结构的截面计算。采用基于长期应力和一次设计用剪力的地震应力,对上部结构的杆件进行容许应力设计。此时,以一次设计用剪力超过输入25cm/s的地震反应剪力。输入波为50cm/s时,以上部结构基本上不屈服为目标来进行设计。 3.2.4地震反应分析。隔振装置采用双线型恢复力模型:即标准叠合橡胶垫为弹性,钢棒为完全弹塑性,隔震结构整体为剪切多质点系模型。 4结论 本文主要通过对民用建筑抗震施工构造进行介绍,其中主要阐述了橡胶支座隔震结构的特点,以及其稳定的性能,并且对这种技术的应用情况进行简要介绍,同时提出了一些防护措施。在具体的建筑施工的过程中应该得以有效地应用,才能增强建筑的抗震性和结构的稳定性。 作者:罗皓 单位:天津市市政工程设计研究院 建筑抗震论文:设计高层混凝土住宅建筑抗震论文 1高层混凝土住宅建筑抗震结构设计要求 关于高层混凝土住宅建筑抗震结构设计,应该持续改进高层混凝土住宅结构的延展性,达到合理的刚度和强度要求,提升高层混凝土住宅建筑抗震结构的抗震能力。 2高层混凝土建筑抗震结构设计对策 2.1场地和地基的选择 关于高层建筑的抗震效果,地基的情况和场地状况较会产生直接的作用,也称为建筑抗震设计的基础。如何选择地基和场地,一定要详细清楚当地的地震活动状况,仔细勘查地质情况,并获取全方位的数据资料,从而可以有效的进行综合评价和研究,正确的评判当地的抗震设计等级。采用一切办法去规避不利于抗震设计的地方,如果不能规避的场地,我们要做针对性的处理。在选择高层建筑地基时,首选的是较高密实度的基土和岩石,将有利于提升建筑地基的抗震能力,切勿采用哪些不适合抗震的软性地基土。务必要采用合理的措施对达不到地震需求的地基进行改善和加固,从而让它满足抗震要求。 2.2建筑结构的规则性 为了实现可靠性的建筑,达到合理分布承载的力量需要,在设计建筑结构时,务必要达到建筑结构的规则性需要,尽量让抗侧力结构可以简单明了。对于建筑结构平面布置图,多选用比较规整的图形,主要是由于规则的图形能够确保建筑遇到何种情况时都能实现均匀分布的承载力。应该尽量规避一些复杂多变的建筑结构平面,那是由于不规则的图形便于引起建筑结构的钢心和质心间的错乱不堪。如果遭遇地震,钢心距离就会变大,刚性达不到要求,从而使得建筑物出现倒塌的结果。 2.3建筑结构材料的选取 高层建筑在遭遇地震时安全性能很大程度上都由于建筑结构材料来决定。现实中,高层建筑抗震结构设计的本质问题就是整合相应构件的延性,同时要做调和工作,最终目标是确保遭遇地震时建筑能够稳定安全。而对于钢筋来说,应该选择那些具备较好韧性的材料。关于垂直方向受力的钢筋,以HRB335级、HRB400级的热轧钢筋为准,箍筋则是采用热轧钢筋,型号为HPB235、HRB335、HRB40级。在选用建筑结构材料时,务必要充分了解材料抗震的要求。同时,还要考虑其中的造价和成本控制问题。所以说,选用建筑结构材料应该寻求抗震新性能和建筑成本平衡点,只有两者的协调统一,才能确保用最少的材料实现最好的抗震能力。 2.4隔震和消能减震设计 某些高层建筑需要非常严格的抗震要求,要满足一般的抗震效果,还必须实现消能、隔振的效果。所以,要达到上述目标,第一,正确选择地基和场地,首选那些较高密实度的地基,这样可以避免发生轻地震时其能量对建筑产生的损害,减少共振发生几率。建筑物不同,其隔振系数也是不一样的。所以说,在设计建筑结构的过程中,务必要根据实际情况来详细研究,选取适宜的隔震支座,还要综合分析风力产生的负荷作用。那些具有消能、隔振要求的建筑构件,延性好的材料是比较适合的,强度能够满足要求,能够确保建筑物受地震时减弱破坏。 2.5抗侧力体形的优化 在一般性构造的高楼中,刚超过柔,那些刚性结构方案的高楼,主体结构遭遇的损害少,如果发生地震时其结构变形也不大,围护墙、隔墙等非结构部件也会破坏较少,受到较好的保护。结构的超静定次数也会增强,遭遇地震时的塑性铰变大,耗费较多的地震能量。结构也会在强地震情况下更加具有承受力,而不至于倾倒。改观结构屈服机制,并确保结构出现损害时依据整体屈服机制工作,并不依靠楼层屈服机制。设计结构的原则是强压弱拉、强剪弱弯、强柱弱梁和强节弱杆。设计结构理应选择轴力小的水平杆件,成为关键的耗能杆件,尽量的产生弯曲耗能,确保实现构件的较强的耗能能力和不小的延性。 2.6常用的加固设计 要想能够较好的提升建筑结构的抗震能力,加固措施务必要结合建筑结构现实状况进行,选用加固方法务必要综合如下因素全面分析:如果结构设计出现误差和缺陷,就要结合现实问题来加固和增加构件,也可以采用较高抗震能力的构件作为替代品。如要提高整体刚度和承载力,可通过设置套箍、增大原截面和增加构件的方法来实现。多数建筑结构整体性连接不满足抗震的规范要求,应该有目的地调整结构,可以降低损害,分散地震力。为避免发生地震时引起破坏,应该对于那些同建筑结构无关紧要的构件进行加固处理。 3结语 依据现在抗震设计要求,高层建筑抗震结构设计应该提升设备和结构的关系,设计者要结合建筑工程抗震概念的相关知识,并融合自己的实践经验来正确判断,找到经济效果好、结构安全的平衡点,寻求方便易做的三步、二步设防的科学抗震设计方法,从而适应科技和经济的快速进步,达到人们的需要。 作者:李翠伟 单位:江西省赣州市华城建筑设计有限责任公司 建筑抗震论文:性能化工业建筑抗震论文 1抗震性能化设计的实例 1.1工程概况 本工程位于内蒙古乌海市乌达区经济开发区内,本单项为内蒙古东源科技有限公司年产72万吨/年电石项目3#配料站,工业建筑高度23.2m,该地区抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速0.2g,建筑物安全等级为二级,工业建筑物设防类别为标准设防类别,结构抗震等级为二级,设计使用年限为50年,建筑物场地类别为Ⅱ类,基本风压为0.75kN/m2,地面粗糙度为B类。本工程特殊之处在于全厂物料运输枢纽,连接三条钢栈桥,其中一条栈桥在19.1m层楼面处,10.000m-16.200m为石灰和碳材料仓,共约840m3,料仓的跨高比小于2.5,本结构层具有较大质量,收进约30%的情况下仍是下层质量的1.2倍。 1.2本工程超限情况 本工程超限情况如下: ①扭转不规则,在规定水平力下考虑偶然偏心Y方向最大层间位移与平均层间位移的比值:1.32。 ②竖向刚度不规则,局部收进水平尺寸大于相邻下一层的25%。综合判定属于特别不规则结构。 1.3抗震性能目标设定 由于本项目的超限情况和全厂的重要性,除按照规范的要求及目标进行计算和设计外,提出了基于性能的抗震设计。综合考虑抗震设防类别,场地条件和结构的特殊性,震后损失和修复的难易程度,确定结构的性能目标为D级。在多遇地震作用下结构能做到完好无损,不需修理即可继续使用(性能水准1级),在设防烈度地震作用下结构只有中等破坏,修复后可继续使用,(性能水准4),在预估的罕遇地震作用下,结构损坏比较严重,需排险大修,但不倒塌(性能水准5)。 1.4小震弹性计算结构及分析 小震弹性计算按照正常设计,采用整体建模,考虑偶然偏心,双向地震,扭转耦联,及施工模拟,在抗震规范规定的地震影响系数曲线下,多遇地震标准值作用下楼层最大水平位移与层高之比小于1/550。作用组合的效应设计值按照1.2(DL+0.8LL)+1.3SEhk组合下抗震承载力满足弹性。(本工程重力荷载代表值的可变荷载组合系数0.8)构件配筋无超筋现象,轴压比,梁混凝土的相对受压区高度均能符合我国规范要求。 1.5中震计算结构及分析 按照“中震可修”的原则:和本工程的特点。需要对中震作用下主要抗侧力构件的承载力进行复核,以便确定其能达到设定的性能指标。取其中一个关键构件验算内容及结果如下:由于结构已经进入弹塑性状态,采用pushover推覆分析法,验算在1.0D+0.8L+1.0SEhk工况下的受力情况,其中一个料仓下的框架柱验算正截面结果,其中材料强度取标准值。根据结果显示承载力满足设计要求。在设防地震标准值作用下,楼层最大水平位移与层高之比最大为1/170,也在规范要求3~4倍的[Δue]区间内,地震破坏等级可满足要求。 1.6大震计算结果及分析 按照性能化设计,罕遇地震作用下,按照弹塑性分析和SATWE软件对等效弹性计算,取结果较大值,关键构件的抗震承载力不屈服,允许较多竖向构件(40%)进入屈服阶段,关键构件的验算方法与中震验算方法相同,结果宜满足设计要求。性能水准5允许部分框架梁发生严重破坏,钢筋混凝土竖向构件的受剪截面应符合式VGE+V*EK燮0.15fckbh0。取其中一个关键构件进行斜截面承载力验算结果,其中材料强度取标准值。在预估的罕遇地震标准值作用下,楼层最大水平位移与层高之比最大为1/63,规范要求小于[Δup],在此范围内,表面结构整体不会倒塌。 1.7工程结论 综上所述,本工程通过性能设计及弹塑性时程分析,计算结果表明本工程各项指标达到预定的抗震性能目标,所选结构体系合理、安全、可靠,能满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设计要求。 2结语 本文综合实例总结了复杂工业建筑性能化设计目标选取及实现方法。按照高规的规定可以比较全面地把握结构在各地震水准下的性态指标,确保不同抗震性能目标下结构的承载能力及延性需求。为其他建筑的抗震设计提供参考和借鉴。 作者:刘琪 单位:新疆化工设计研究院有限责任公司 建筑抗震论文:中小学建筑抗震论文 一、解决策略 (一)砖混结构的建筑较多,不利于建筑的稳固 砖混结构是一种较为传统的建筑结构,随着现代建筑技术的发展,砖混结构由于抗震性能较差已经逐渐被框架结构、剪力墙结构和框剪结构等所取代。但是,保定周边的一些学校在建设的过程中,出于各种各样的原因,依然采取了砖混结构,这导致在地震灾害发生时,由于建筑整体的稳定性较差,很容易发生坍塌,造成很大的损坏。同时,一些砖混结构的建筑在使用一定时间之后,容易发生裂缝,导致抗震安全性能降低。要想提升砖混结构建筑的抗震安全性,首先,采用抗震性能较高的钢结构和框架结构来构建学校校舍,保障学校师生的生命和财产安全。这样做虽然能够从根本上改善砖混结构抗震性能较差的弊端,但是所需资金较大,并且推倒再建耗时较长,需要大量的备用教室,难以大规模推广,各学校可以根据自身的情况进行相应的选择。其次,对砖混结构的建筑进行加固,提高砖混结构建筑的抗震性能。在具体的操作过程中,可以通过设置圈梁、加强建筑顶部混凝土的强度来提高中小学砖混建筑的抗震性,保障师生的生命安全。再次,通过增加构造柱的方式提高砖混结构建筑的抗震安全性。在砖混结构的建筑中增加混凝土构造柱是提高砖混结构建筑抗震安全性的重要策略,实践表明,增加了构造柱的砖混结构建筑相对于没有增加构造柱的砖混结构建筑抗震能力大大增强。因此,在进行砖混结构建筑加固的过程中,需要在合适的地方增加构造柱,并与圈梁相结合,从而使建筑物的抗震安全性获得有效地提升。最后,通过增加砖混结构建筑底层的抗震能力来使整个建筑物的抗震能力获得显著提升。在地震发生时,砖混结构建筑的底层受损较为严重,而底层一旦严重受损,整座建筑就会发生坍塌,因此,我们需要增强砖混结构建筑底层的抗震能力。可以通过增加底层承重墙体的面积来增加对地震的承受性,保障整个建筑的安全,同时还需要增加砂浆强度以减少地震时墙体在承受外力的状况下裂开的程度,从而达到提升抗震能力的目的。 (二)楼梯间的设置存在问题 楼梯间是发生地震时师生逃生的生命通道,但是,通过我们调查发现,保定地区的很多楼梯间的设置都存在问题,很多楼梯间都设置在建筑的端部,导致地震灾害发生楼梯间应力非常集中,建筑难以整体扭转,楼梯间承重较重极易坍塌等,阻碍了师生的逃生。[2]其次,楼梯间没有进行科学地加固。地震发生时一旦楼梯坍塌,逃生通道被堵。与楼梯间设置中存在的问题相对应,要想解决楼梯间设置中存在的问题,首先需要合理规划楼梯间的位置,将楼梯间设置于建筑中间,尽量避免设置于楼梯端部和拐角处,以平衡地震发生时建筑的整体受力,保障楼梯间的正常使用。其次,在具体的加固过程,一定要深刻认识到楼梯间的重要性和存在的短板,对楼梯间进行科学的加固,提高楼梯间的抗震性能。 (三)一些建筑建造和使用的时间较长,抗震性能较差 通过我们对保定周边的学校进行调查发现,一些中小学校的建筑建造和使用的时间较长,抗震性能较差,存在很大的安全隐患。首先,一些较老的建筑在建设初期,由于科技水平达不到等原因,所以本身抗震性能较差,难以抵御高震级地震的冲击。其次,一些建筑使用时间较长,加上在使用的过程中不注意合理及时的维修,导致抗震性能不断降低,甚至成为了危房,影响中小学师生的生命安全。我们要想解决建筑使用时间较长带来的抗震安全性下降的问题,首先需要对这些老旧建筑进行评估,可以继续使用的我们通过合理的加固改造,提高其抗震性能继续使用。其次,在使用过程中,提高警惕定期检查,出现问题要及时维修,绝不能让小问题任其发展成为大问题。最后,对一些改造价值不大的危房,为保证安全学校应该争取早日进行重建,及时消除隐患。 二、隔震技术的应用 隔震技术是指在建筑物上部结构与基础之间设置隔震层,阻止地震能量向上传递,从而达到减弱地震危害、提升建筑抗震性能的目的。我国在很久之前就开始了隔震技术的应用,主要是应用煮过的糯米和石灰来达到隔震的效果,在现代,隔震技术已经发展成熟并得到推广,我们一般使用橡胶支座作为隔震层,在建筑、桥梁各个领域的应用证明了隔震支座对提高建筑抗震性能效果非常显著。我们在中小学建筑的改造过程中,可以在适当的位置加放消能减震装置来很快的消耗地震传来的能量,减小地震造成的危害;在新建建筑中可以在基础上放入隔震层,使得建筑由刚性抗震转为柔性抗震,有效提升建筑的抗震性能。 三、结语 我们通过对中小学建筑的现状进行了调查,找出其中存在的各种问题,并且根据存在的问题提出相应的解决措施,促进中小学建筑抗震性能的提高。我们相信,中小学建筑在得到相关部门的重视并且进行合理的加固改造之后,建筑的抗震安全性能够获得大幅提升,中小学建筑的寿命和师生的生命财产安全得以保障。 作者:彭利华 单位:河北软件职业技术学院 建筑抗震论文:建筑设计中建筑抗震论文 1建筑设计融入抗震设计后应注意的细节 1.1建筑的平面布局设计 建筑的平面布局在建筑设计中占有很重要的位置,一个建筑拥有良好的平面布局该建筑的使用功能也必然很好,而且平面布局布置的是否合理对建筑的抗震性能也有着一定的影响。考虑建筑设计在抗震设计中的应用,第一步就是要保证建筑的刚性程度和建筑结构的质量,在布置上要求二者有着相互的对称性,避免结构受力产生严重的变形状况产生。抗震受力墙一定要与抗震结构相互协调,刚度较大的建筑空间楼板还有高强度电梯的安置尽可能的放在建筑的中心位置,防止建筑发生扭转效应。进行平面布局设计时,不能忽略建筑结构中抗侧移结构布局需要注意的因素,保证建筑的使用功能和建筑的抗震性能都不会受到任何不利的影响,使建筑的抗震设计能够完美的发挥出其技术的优良特点。 1.2建筑的纵向布局设计 纵向布局中包含的内容较少,主要包括建筑工程中外沿的高度设计,还有建筑结构的质量以及建筑物整体的刚度布置。无论建筑的使用功能是房屋建筑还是商业建筑,也不论建筑是高层建筑还是多层建筑,在纵向布局中都会涉及到这些问题。设计师再设计时要严格按照相应的设计规范,严格控制建筑物沿与建筑刚度的比值,对于结构中剪力墙的布置,要遵守两点:第一剪力墙的分布要十分均匀,第二点对于剪力墙的构建一定要贯穿整个建筑一直延伸到建筑的底部,一定要避免中间发生断裂的情况。 1.3建筑的整体布局设计 建筑的整体布局设计,主要是指建筑的平面和立体空间上的设计。在建筑的整体布局中,要使建筑平面和建筑空间在形状上,既规则又简洁。建筑的平面形状可以是圆形、矩形、方形等,这样的形状能够提高建筑抗震的水平。在建筑的整体布局设计中,要避免凹凸行的设计,这样的设计对建筑抗震起到了一定的制约作用。严重是还会出现扭转效应。要设计出具有立体美和具有艺术性的建筑,就一定要将建筑艺术和建筑所具备的功能,与建筑抗震设计结构结合到一起。例如:南昌绿地紫峰大厦,该建筑的高位268m,其框架是优秀筒结构,对该建筑的抗震设计,在建筑三分之二处,东西里面内凹,其内凹部分的荷载通过结构柱支撑在41层与43层之间的跨悬臂转换墙上。其整体结构设计融入了新年功能化设计的思想,并对建筑结构进行小震下的反谱计算,以及中震弹性复核。 2建筑设计过程中应重视的抗震设计问题 2.1建筑物屋顶抗震设计 屋顶太高或太重,是目前建筑设计最主要的问题。屋顶过高或者过重,会加重地震的作用,导致建筑变形,对建筑物自身的抗震能力有所制约。建筑屋顶的重心和建筑底部的重心不在一条线上,那么就会导致建筑抗侧力不能连续,从而加剧建筑的扭转效应,制约建筑的抗震水平。所以,设计师在进行设计的时候,一定要避免屋顶超高超重的现象,使得整个建筑的结构与刚度均匀的分布下来,让屋顶与建筑的重心保持在同一条线上。如果建筑物的屋顶设计的过高,那么就一定要保证建筑具有良好的抗震稳固性,降低建筑扭转效应。 2.2设计限值控制 相关文件规定,在建筑设计过程中,要考虑抗震要求的限值控制。房屋的建筑高度和楼层的数量。在实际设计当中,有的建筑高度超标,有的建筑层数超标,有的建筑高度没有超标,但是其宽度超标。这些超标,都将会给建筑抗震带来一定的安全隐患,特别是一些高度和宽度超标的建筑,因此,在建筑设计中,只要完全融合建筑抗震设计,就能够有效的进行限值控制。例如:防裂度为8的时候,粘土砖等对称建筑的总高度要低于18m,建筑的层数一不能超过6层;底层框架为砖房的建筑高度应该保持在16m,层数保持在5层以内;建筑材料为钢筋混泥土框架房屋的时候,其高度要保持在45m以下,而框架的抗震墙高度应该保持在100m以内。 3结论 综上所述,建筑设计与抗震设计相融合是必然的,如何使两种设计相协调也是建筑设计中需要考虑的重要问题。可以说二者是相辅相成的,良好的抗震设计是完全可以将结构和设计完美的融合在一起的,也只有通过这样才能保证建筑以建筑的抗震技术为基准点完成相应的建筑设计。抗震设计对于建筑设计有着十分重要的影响,不仅仅可以使得建筑具有良好的稳定性,同时能够将建筑设计的有效应用在抗震设计中完美的发挥出来。 作者:孙作芹 单位:黑龙江省建设集团建筑设计研究院有限公司
初中音乐随着城市现代化进程加速,城市建筑越来越密集,为节约有限的土地资源,高层建筑已成为城市建筑发展的重要趋势。中压电力电缆是建筑供电系统中的重要环节。本文从结构设计和材料选用上着手,设计了一种高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆,以满足高层建筑的电缆吊装、低烟无卤、阻燃、防火要求,同时也兼顾电缆载流设计。 1电缆性能要求 出于经济角度考虑,高层建筑顶层用于安置输配电设备。中压电力电缆的功能就是将中压电从楼外传输至高楼顶层,通过配电设备降压到所需的电压供各楼层使用[1]。中压电力电缆采用垂直敷设方式,以高楼顶层为受力点,电缆其余部分均受力于顶点的拉力而悬挂在电缆井中,中间不受力,因此电缆结构需采用吊装设计。近年来,由于线缆老化而导致短路、自燃等原因引起的电气火灾事故时有发生,造成人员和财物损失。为了在发生火灾时给大楼人员争取更为安全的逃生环境,线缆材料必须选择低烟无卤材料,同时中压吊装电缆还必须具备在火灾时能够持续为安防设施供电的能力,即防火性能。在受火前中压吊装电缆应具有良好的弯曲性能和散热效果,以利于敷设安装和提高电缆的载流能力,防止电缆因自身传输电能而产生的热量造成提前老化。 2电缆结构设计和选材 2.1电缆整体结构设计 在查阅了一些关于高层吊装电缆和中压电缆的专利文献后发现:a.在电缆结构设计时将高层吊装要求和耐火性能分别考虑,未进行综合考虑。b.在设计耐火电缆结构时,仅仅考虑了在火灾发生时,采用隔温材料将火灾产生的热量阻挡在外边的方法,但这样的结构在电缆正常运行中阻碍了电缆导体因电流通过而产生热量的往外散发,最终影响电缆的载流能力或电缆的使用寿命。 2.2中压电力电缆单元结构设计 对于该电缆的中压电力电缆单元导体、内屏蔽、绝缘、外屏蔽及金属屏蔽的结构设计和制造工艺,各电缆厂家基本上一致,仅在导体材料或结构上有略微差异,本文对此就不再赘述。 2.3填充加强件结构设计和选材 填充加强件起承担整根电缆重量的拉力件作用。常规电缆的做法是采用钢丝铠装结构,但这样的结构仅适合于微小落差的敷设环境。为满足150m及更高层建筑垂吊敷设要求,经过强度计算和结构设计,采用了将电缆的抗拉件设置在填充层内充当填充加强件,即在电缆的绝缘线芯成缆排列的间隙填充3根填充加强件,与绝缘线芯一起绞合成缆并采用包带扎紧。这样在吊装张力作用下,填充加强件与线芯接触面产生的压力转换成摩擦力而承担着电缆的重力,增大两者间摩擦力及整体性,大大提高了电缆整体抗拉强度,因而可以承受极大的拉力,同时也有利于提高电缆载流量。电缆的载流量可提高15%~25%,重量可减轻25%~35%,大大降低了电缆成本。填充加强件的弧面扇形承载体对电缆侧压力小,使电缆安全、可靠性好,其三边承载独立结构,降低了工艺生产难度,确保了电缆的高层吊装功能。所设计的填充加强件可为在钢丝绳或芳纶丝上挤出高强度聚烯烃材料形成的扇形填充条。为了避免交流输电时的金属涡流损耗,优化选择了不产生电磁感应和涡流损耗的非金属芳纶丝作为加强填充件的承力载体。 2.4隔离套、隔热层的结构设计和选材 由于中压防火电缆所采用的绝缘材料为交联聚乙烯,从绝缘材料的耐温性能考虑,其最高耐温为250℃,因此必须要设置隔热层,使电缆在火灾中确保绝缘、导体的温度控制在250℃以内。目前,隔热层常规采用耐火无机包带绕包再挤包高氧指数的低烟无卤阻燃材料,或是在电缆缆芯外挤包高氧指数的阻燃磁化硅橡胶并绕包耐火无机包带。上述两种结构虽然都有一定的隔温性能,但在受火前均对电缆的散热性能产生了影响。为了设计一种既能确保电缆在受火前不影响电缆散热或影响较小,又能在发生火灾时迅速转变为挡火隔热层的电缆隔热层,通过对相关公开技术的分析和电线电缆新材料的运用,采用了隔离套+隔热层(一种新型防火涂料)的形式。隔离套可提高电缆缆芯的整体性,也作为隔热层的载体;隔热层阻挡火焰或高温对内层绝缘线芯和填充加强件的损坏。隔离套材料选用氧指数不小于30的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。隔热层选用的新型防火涂料由叔丙乳液水性材料添加各种防火阻燃剂、增塑剂等组成(细度≤80μm、黏度≥98Pa•s、表面干燥时间≤4h、实际干燥时间≤8h)。在没遇火之前该防火涂料厚度只有0.5~0.8mm,受火时能生成均匀致密的海绵状泡沫隔热层,填充了隔离套与挡火层(连锁铠装层)之间的间隙,有效地抑制、阻隔火焰的传播与蔓延。这种隔离套+隔热层的结构既能保证火灾发生时起到隔温层的作用,又能在电缆正常运行的情况下不影响电缆的散热,可以说是高层建筑用中压电力防火电力电缆隔热层的最佳结构形式。 2.5挡火层的结构设计和选材 挡火层的作用是将火焰的明火阻挡在电缆外部,不让其火焰向电缆内部蔓延。目前,挡火层常规选用具有很高氧指数的磁化硅橡胶,但磁化硅橡胶需要足够的厚度才能满足耐火要求,且厚度会影响电缆的散热功能,最终导致电缆的载流能力的下降。因此,该电缆挡火层采用了铝合金带连锁铠装结构,铝合金带截面为“∽”形状,圈圈相扣,厚度为0.5mm。该设计具有重量轻、弯曲性好、散热效果佳的特点,有利于敷设安装和提高电缆的载流能力,同时还具有一定的抗压和抗拉特性,对吊装电缆而言,具有更高的吊装安全特性。\ 2.6外护套的结构设计和选材 在电缆挡火层(连锁铠装层)外挤包一层低烟无卤聚烯烃护套,起到保护、防水作用。护套材料选用高氧指数的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料,确保护套具有低烟、无卤、阻燃等效果,即使在发生火灾时,因其烟、毒气的开释量极低,没有侵蚀性,从而能给人员的逃生赢得宝贵时间。 3生产工艺流程和关键技术 按照设计要求确认高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆的生产工艺流程为:拉丝退火→圆形紧压绞合→三层共挤→绕包金属屏蔽→局放、耐压试验→成缆、填充、绕包→挤包隔离套→隔热层→挡火层→挤包外护套→成品检验→包装入库。由于使用环境的特殊性,对高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆的结构尺寸、电气性能、物理机械性能、防火阻燃性能等要求极为严格,因此对加工过程应提高精度控制,关键技术主要有:a.合理配模及优化挤塑机温度分布,提高绝缘挤出质量;b.填充加强件拉伸强度的控制;c.填充加强件结构尺寸的控制;d.防火涂料的喷涂的控制;e.连锁铠装层内径的控制;f.合理配模及优化挤塑机温度分布,提高护套挤出质量。 4结束语 该高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆在设计和研制过程中,从结构设计、原材料选用到工艺控制,都充分考虑了使用特性,完全可以满足高层建筑供电系统的特殊要求,可以说是一款为高层建筑供电系统量身定制的实用型电缆产品。 [参考文献] [1]朱中柱.高层建筑电缆防火综述[J].电线电缆,1984(5):52-55. [2]黄诚,潘树超.中高压防火电缆及其制备方法:201310718278.8[P].2014-03-19. 作者:刘炜 单位:安徽华宇电缆集团有限公司
建筑工程材料论文:材料价格视角下建筑工程论文 一、材料价格的构成和分类 1.1材料价格的构成 所谓的材料价格在广义上来讲是指建筑工程所需要的成品、半成品从供应商到建筑工程施工地或者施工仓库的综合平均费用。一般来讲,材料价格是由四个方面构成的即:材料供应价、材料运杂费、运输损耗费、采购及保管费。与此同时,如果这四项中的任何一项材料被附加了检验试验费,要将这项费用记入材料价格,并且在记录形式上,要进行单独的立项。 1.2材料价格的分类 材料价格根据其使用的范围可以分为两类:一类是地区材料价格;另一种为针对某项工程的材料价格。第一类地区材料价格,很明显指的是根据地区、或者建筑区域来进行编制的,很显然,这种分类方法能够为其它工程的材料价格提供一定的参考。而第二类,针对某项工程的材料价格,则是以某个具体的工程为依据,因而,与其它工程的材料价格没有可比性。这两种材料价格的分类不同,但事实上,材料价格的组成和确定方法却是一样的。之所以使用两类不同的材料价格分类,其材料价格不同主要是因为由于我国地域辽阔,产地、所需的材料、以及材料规格有所不同。 二、材料价格的编制依据和确定方法 由上述可知,无论是材料价格的构成方面,还是材料价格的分类方面都是比较复杂的。然而,也正是这些复杂性使得建筑工程领域的专业人士在材料价格的编制和确定方法方面面临着各种多方面的困难。本文在此对材料价格的编制和确定方法进行了一定的研究,希望能够为材料价格方面研究的提高献计献策。 2.1材料消耗量 就笔者看来,研究材料价格编制的依据和确定方法首先应该考虑的就是材料的消耗量。这是由于在建筑工程的材料价格中,材料的消耗量是不确定的,也是最不容易估量的。而所谓的材料消耗量主要包括三个部分:构成实体材料净用的材料数量、施工场内运输和操作过程不可避免的损耗量。现有的对消耗量确定方法的研究有很多种类,如实验室实验、现场统计等等,但其中比较常用的一种是理论计算法,该理论计算法通过利用数学公式,对材料消耗量进行严格的计算,因而较之于其他的方法来讲,更具有精确性。 2.2材料基准价格 (1)材料原价即材料的出厂价,一般指没有经过商品流转领域的生产厂出厂价格或商店的批发牌价。 供应价是生产厂家出厂至商品流转领域后的价格,其中包括了供销部门的手续费和包装费,这两项费用未必会发生。其中包装费是为了便于材料运输、减少运输损坏以及保护材料进行包装所需的费用。 (2)材料运杂费指材料来源地起,运至施工地仓库或堆放场地,全部运输过程中所支出的一切费用。 包含外埠中转运输过程中所发生的车、船运输费、调车费、驳船费、装卸费和附加工作费等。一般分二个步距:第一次运杂费和第二次运杂费,并根据相关主管部门规定的运价规定和有关规定计算。建筑工程上用的主要材料一般按重量来计算运输费。 (3)运输损耗。 建筑工程的材料由于数量大、形式多样,所以,在运输的过程中,难免会出现运输上的损耗。比较大型的建筑材料损耗比较小,而小一点的,特别是散装类的材料,例如沙子,瓷砖等都会产生很大的损耗,由于损耗的费用可能比较大,所以,必须加以重视。 (4)材料采购及保管费。 材料采购以及保管费也是材料基准价格的重要组成部分。这部分的费用主要包括建筑领域相关部门在采供、保管等方面所需的费用。材料采购及保管费的确定方法是比较复杂的,需要按照材料原价、运杂费、运输损耗费三者之和乘以采购及保管费费率进行计算。 2.3检验试验费 除了上述的材料消耗量、材料基准价格外,在建筑工程中材料价格的组成和确定方法还应该考虑的一个重要因素就是检验试验费。由于建筑工程在施工的过程中所涉及的方面比较多,所以无论是在建筑材料、安装物,还是在构件方面都需要进行一定程度上的检测。但是检验试验费不包括对新结构、新材料的试验费用。材料价格的编制和确定方法是一项十分复杂的研究,以上也仅仅只是对材料价格方面粗略的研究。然而,仅仅凭借这些来提高建筑工程领域在材料价格组成和确定方法方面的提高是远远不够的。因此,对于材料价格的研究还需要建筑工程领域专业人士进行进一步的研究和分析。 三、结语 综上所述,材料价格的编制和确定方法对于建筑工程领域的发展有着十分重要的作用。然而,材料价格的组成和确定方法涉及的方面很多,是一项难度系数较高的课题,再加之我国建筑工程领域在材料价格组成和确定方法方面的研究还没有达到一定的深度和广度,所以,无论是给当下的研究,还是对于材料价格在建筑工程方面的应用来讲都是不利的。因此,在今后的建筑工程领域的发展中,材料价格方面的专业人士应该加强对价格组成和确定方法方面的研究,并且要从组成的多个部分,确定方法的多个角度进行分析,从而研究出更适合于当下建筑工程领域发展的材料价格组成和确定方法,进而促进建筑工程领域又快又好的发展和进步。 作者:刘爱芝 单位:齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司 建筑工程材料论文:建筑材料与建筑工程论文 1.关于建筑钢结构材料的检查 1.1关于钢结构材料的性能 一些材料在进行性能判断时,应该按照各项相关的指标进行有效的评估以及判定,在对检出材料性能进行判定的过程中,应该对其数据进行采集,并且作为主要的参考依据。例如:钢结构在生产过程中的时间以及年限、产品说明书以及牌号等。由于钢结构自身在建筑上具有庞大的市场,并且还具有着自身所具有的性能优势,因此在建筑工程这有着强大的生命力。针对钢结构体系而言,不仅制造的过程中具有工场化,并且其施工的工期相对来说也比较短,没有建筑垃圾以及污染,在一定程度上是建筑市场发展的主要趋势。由于钢结构深度不断的发展,一定会在民用建筑中得到广泛的使用和推广。 1.2关于水泥材料的性能 针对水泥产品而言,它在一定程度上是建筑工程建设过程中比较重要的一项材料,水泥产品质量的好坏对建筑工程的载体质量有着直接的影响,对人们的生命安全也有着一定的联系。为了对水泥的施工性能进行有效的保证,水泥调和水在一定程度上都会多余水泥水化水量的一到二倍,这多出的水分会在水泥运过程中渗透到混凝土的表面,这就是水泥的的泌水性,但是抗渗性主要指的就是构件抵抗水渗透的作用。 1.3关于砂的性能 砂的细度模数将会对其颗粒的精细程度进行有效的反映,然而细度模数并不能够反映出级配的情况,在对混凝土进行配置的过程中,必须要对砂的细度模式进行考虑,对于强度比较高的混凝土应该要选用中砂,然而细度模式大概是在二点六左右。砂的坚固性对于一些存在着抗冲击和耐磨要求混凝土的砂,其循环之后的损失率不可以超过百分之八。砂中的最大杂质含量以及对于具有着抗渗和抗冻要求混凝土用砂,其含泥量不可以超过百分之三,泥块不可以超过百分之一。要是砂中含有着硫化物以及盐酸盐,对其进行耐久性的测试,以此来满足在以后当中的使用。 2.关于建筑钢结构材料的有关检查标准以及方法 2.1关于钢结构材料的检查方法 对于我国强制性的钢结构材料的检查标准,对于钢结构材料的检测主要是有以下几种方法:钢结构材料在性能方面的检测,首先要对钢结构材料在强度性能方面的检测,对于检测机械侧力度的盘指针进行调节,使其能够对准在零点的位置上,并且要对副指针进行波动,从而能够和主指针进行重合。把需要检测的试件放置到试验机的夹头之内,进而启动试验机来对其进行拉伸处理,在进行拉伸的过程中,测试的力度停止转动的时候变为恒定的荷载,或者不计初始时候的最小荷载。向试件不断加力一直到拉断位置,进而读出测力盘上面最大的荷载,变为抗拉极限的荷载。强度比较高的构件性能比较安全,并且高强度的钢筋对于建筑的承载力也比较强。其次就是在钢筋的性能方面,钢筋的变形程度是钢筋延伸性的体现,并且和强度有着一样的地位。对以往建筑施工原因调查可知,由于钢筋延展性的不足,进而导致建筑出现断裂。对其主要的检测方法就是把已经拉断的试件两端对齐,使其轴线的位置能够处在一条直线上。如果是因为拉断处各种原因所形成的缝隙,那么分析应该处在试件被拉断之后标记部分的长度之内,如果是处在短处那么采用卡尺直接测量被拉长的长度,如果实际标距处出现断裂,那么则表示试验结果无效,应该对其进行重新的试验。最后,在对钢材料的弯曲性能进行检测,钢材料的力学稳定性也体现在钢筋的弯曲线方面,因此,弯曲试验主要是检测钢材料弯曲性的检查方法。冷弯试验主要是把钢筋试验规定的直径弯心上弯到九十度进行检测,如果没有裂缝和断裂等现象的出现,这表明钢材料的质量比较好,这种方法也能够检测钢筋焊接接头的质量。 2.2关于水泥的检查办法 在选择试验之前,必须要把负压筛放到圆柱体的筛座上面,并且要将筛盖进行盖上,之后在接上物理电源,与此同时还要对电子控制系统进行检查,并且将负压调至到四千帕到六千帕之间。之后在对样品进行取出放置到负压筛当中,然后盖上盖子,启动筛析仪器,运转两分钟的时间,在这期间要是需要中途加入试验,那么应该将已经准备好的式样附着到筛盖上面,并且还要对其进行轻轻敲击,从而使其能够完全落入到负压当中。 2.3关于砂的检查办法 选择称取烘干的试验五百克,将其放入到根据筛孔大小配料的套筛上面,然而将其晃动,在十分钟之后取出,再根据筛孔从大到小的顺序进行筛选,之后放置到干净的浅盘上面进行手动筛选,直到每分钟所筛出来的量低于试样的百分之零点一的位置,然后在通过颗粒并入到下一只的筛子中,根据顺序来进行,一直到全部筛完。 3.总结 随着建筑材料的不断发展,进而促进了建筑行业的快速发展,在建筑过程中,材料不仅仅具有着重要的地位,同时也对建筑质量的好与坏有着直接的影响。为了能够保证建筑行业可持续发展,必须要对材料进行加强检测,以此来提高建筑工程的安全,同时要对建筑材料检测的管理人员进行加强管理,并且建立起有关的监测标准,以此来保证建筑材料的质量。 作者:乔培 单位:河北汇发装饰有限公司 建筑工程材料论文:我国建筑工程材料管理论文 一、建筑企业在项目管理中存在的问题 1、施工现场材料管理中存在的问题 很多建筑企业由于管理不严格,施工现场的管理混乱,规章制度不执行,施工时没有计划,施工过程没有标准;施工人员纪律松驰,生产效率低;各种材料、工具、设备没有专门的管理人员,或者管理程度松懈,乱丢乱发,浪费惊人,施工现场环境比较杂乱、脏等。其原因主要表现在以下几个方面: ①建筑企业的重视程度不够,材料管理人员没有经过专业的培训,其专业素质和水平较低,对系统的工作程序不熟愁,根本不能适应企业内部管理的实际需要。 ②材料采购过程中有暗箱操作情况,导致整个预算成本提高,更有一些企业的使用材料出现了假冒伪劣产品。 ③材料的储存保管的过程中,没有专门的管理人员进行管理,或者管理不到位,材料的堆放不科学,也没有明显的管理章程,对材料的存放环境不太重视,直接忽视防火、防潮、防盗等安全规范,所以浪费现像比较严重,影响了施工周期,提升了成本。 2、工程材料在采购的过程中存在的问题 许多企业在采购材料时,根本没有做前期的预算,只有一个采购的意识,没有详细计划,材料管理人员,直接根据施工招投标文件、合同以及施工图等对整个项目工程所需的主要材料在技术人员的配合下按当期市场的行情进行大致的估算,从而导致预算成本放大。还有一些在未签定订购合同或者签订的合同过于随意和简单。在材料验收的时候,管理人员把关不严,现场收验人员因为许多因素而怠于查验,致使材料数量不够或者质量不符合规定之要求。更有甚者,在材料运往施工现场的过程中,将材料变卖等问题。 3、工程材料管理方面中存在的问题 大部份企业没有制订消耗定额,现场管理人员在没有经过技术部门或者相关部门的同意之下,随意的领取材料。还有就是对周围转材料及低值易耗品等一次性出帐,过后便不再注意。领料人员领取材料过后,出现严重浪费或者私下变卖等问题。企业领导与材料人员串通一气虚开发票将一些财经制度不准报销的东西通过材料出帐,甚至开具没有任何实物内容的发票从材料出帐。 4、材料在存放管理中存在的问题 在很多材料的保存过程中,根本不材料环境条件。直接将材料乱放,也没有明显标示,也没有意识防火、防盗、防潮等安全措施。更没有材料的生产厂家、日期、型号、规格等。同样,在管理的时候没有登记材料收发台帐,没有做好收发记录。严重时,还有管理人员与采购人员出具假入库单,与采购员共同实施违法活动,或者与领料人员合谋将库存的材料领出变卖。还有采购人员故意多方面难为供货方,以索取好处。 5、材料核算环节存在的问题 很多企业内部的工作人员,只注重财务核算的材料帐与材料部门的台帐核对情况是相符,而忽略了实地盘点。怠于按责任成本控制方法对材料按责任中心进行核算。财务人员在材料核算时发现问题,在追查时,不仅遇到一些材料人员的消极或者故意对抗,从而遭到上级的阻拦,导致整个成本上升。 二、建筑施工企业材料管理的应对措施 为解决以上问题,企业在进行材料的管理时,应该加强监管力度,消除管理盲区,提高施工企业的整体队伍素质。作为施工企业,在施工之前,应该对项目工程所需要材料进行货源的研究与调查,多方面收集供货信息,寻找货与价的最佳结合点,根据施工组织设计与相关计算实际需要的材料与设备总量,编制好需要计划。而在施工的过程中,做好旬、月之计划,充分考虑资金的合理运转与现场实际管理水平,根据现场需要合理的安排施工所需要的机械。尤其是要注意材料的保管,防止出现因为环境素质而出现材料的变质等问题。严格缩小浪费现场。并且制定合一的材料采购、保管制度,建立材料价信息中心与材料价格监管机制,更要提高采购人员与管理人员的自身素质与业务水平,减少工程成本,提高企业利润。1、采购与预算阶段 ①渗透建筑工程材料相关的法规条文 国家有明确的法律法规对建筑工程材料的采购与使用进行规范化,且明确指出,工程项目部门应及时的对施工工地上的各种材料、设备进行登记与记录,并且正确的填写《建设工程材料采购验收使用综合台帐》,同时还需相关单位的签字证明,方能进场。比如,对钢材、水泥、商品混凝土、胶合板等,这些建筑材料在《建设工程质量管理条例》中都有明确的规定与管理办法。 ②实时掌握市场行情,合理降低材料成本 如何做到采购性价比最优化,这就需要单位在购买材料时,要确保所购买的材料,既是高质量,也是价格相对较低的。这就需要购买材料之前,采购部门成立市场信息收集小组,可对市场上不同产地、时期、型号、质量的材料信息进行分析,以确保最少的资金尽可能的够买到最佳性价比的材料。从而降低材料购买成本。 ③就近取材 在建筑企业对材料的核算工作中,若购买材料所需的人工费用以及运输费都是要计入企业材料采购中的,也就是说过多的运输费用就会使采购的成本增加。反之,节约运输费用就可以降低不少采购材料之成本。倘若想减少材料采购成本,则需要减少运费是必不可少的。因此,在选购材料时,需要了解供货方的交通状况,若是质量同优,则应该就近取材,减少运输费用,降低采购成本。 2、储存、发放阶段 ①专门库房,妥善存放 我们知道建筑材料大多与自然环境因素会发生化学反应,许多材料与材料之间也会发生反应。因此,在储存与管理材料的时候,应该将不同类的建筑材料存放在专有的存放点。为了减少材料存放的损失,也便于管理与取材,一定将设立不同的存放点,存放同类的材料。 ②材料标识,分类存放 建筑材料都需要存放材料的时候,一定要区分不同型号的材料,以满足不同建筑结构对于不同型号的材料需求,将材料的形状、原材料、材料的类型标明存放。在建筑建设过程之中,不同结构一定要选取不同的型号材料进行施工,这就需要材料在存放的时候要根据不同型号的同一种材料进行区分标明存放,防治施工时误用材料状况的出现。确何建筑物建设的质量。 ③推陈储新,先进先出 在材料发放的过程之中,要遵循先进先出,推陈储新的基本原则,其目的就是避免由于领用不当造成的旧货长时间囤积以至不能在优质期内使用的现象的出现。同时,项目部在领用材料时必须由项目施工人员开签限额材料领用单,根据不同的使用需求,凭领料小票多次发放,最后对于破损的材料,在发放时材料分发员要注意验交,同时,领用方应该在领用凭证上签字领取。 3、施工队段 在施工阶段的时候,材料管理工作要从如下几个方面抓起,严格执行,控制安全、材料、以及建筑工程整体质量。 ①履行供应合同,保证施工之需要 ②合理安排材料与设备进场,作好现场材料验收 ③加强日常清查记录,减少材料损失与浪费 ④掌握施工进程,及时调整材料供给,满足施工需要 ⑤综合使用,尽可能的变废为宝 如,材料在使用过程中产生的钢筋头,经加工可制作双层钢筋用的马凳及预埋件等,砂砾可做散水或非工程部位用料平整场地等,木材边皮板可用于临时设施等。另外材料包装品要尽可能的周转使用,如水泥包装袋、桶装的油品、贵重物品的包装物等。从工程细部抓好综合利用,达到“双增双节”向管理要效益的目的。 建筑工程材料论文:材料质量控制建筑工程论文 1影响常用建筑材料质量的几个因素 对于材料的供应缺乏计划性,需要临时添加材料保证施工进度,导致临时添加的材料质量检测不全面。在建筑材料的日常管理方面不够规范,没有按照型号和规格分类存放,并且防护措施不到位,导致存放期间发生锈蚀、变质等现象,对于材料自身的性能有所影响,从而影响到建筑工程的质量。对于有些建筑材料需要对其进行定期检测,但是在实际施工中,经常出现漏检现象,比如在水泥存放超过三个月时,没有对其性能指标进行检测,导致变质的水泥应用于工程建设中,存在严重的质量隐患。对于施工中需要使用的钢筋,由于焊接的工艺水平较低,并且对焊接质量没有进行严格的检测和控制,导致钢筋的力学性能下降,必然影响到工程的质量。建筑材料半成品只有在达到规范的强度要求时才可以应用,但是很多的半成品构件在没有达到强度标准时,没有经过质量检测就直接应用于施工,导致工程质量事故的发生。 2建筑材料的质量检测 2.1试验检测项目在建筑行业,由于其材料种类较多,这就需要针对材料相关的规范要求来对其进行检测,确保检测项目在相关的要求下进行。目前我国建筑工程施工中,较常使用的材料主要有水泥、钢筋和砂石料等,这就需要根据材料的不同采取不同的检测。如需要对水泥的安定性、强度和凝结时间进行相应的检测,而对于钢材则需要在检测过程中对其抗拉强度、冷弯及焊接质量等方面进行严格的检测,对于砂石则需要对其强度、组配及坚固性等进行检测,混凝土则主要是针对抗压强度、和易性和塌落度而进行检测。 2.2试样的采取采样是建筑材料质量检测的关键程序,采样是否规范对于质量检测的结果有很大的影响。采样就是在建筑材料中,均匀的抽取一定数量的样本,样本需要具有代表性,严禁为了应付检测而特意制作样本。根据相关的规定要求,在样本采集的数量、范围以及部位方面都要严格按照规范标准执行,以降低检测的误差,提高检测结果的准确性。 2.3试验误差在对材料进行检测的过程中,有很多的因素会影响到检测的结果,如果检测环境的温湿度不符合规范要求的标准,检测的仪器没有及时校准,检测人员没有严格按照规范要求操作等等,都会引起试验误差。其中有些误差是无法消除的,但是可以通过适当的方法降低误差的范围,提高检测的准确度。在材料检测的过程中,一定要对检测材料的性能进行充分的了解,然后确定采用什么样的方法,当达到什么程度时才可以符合标准。对检测人员要有较高的要求,不仅要有较强的专业业务知识,同时还要有严谨的工作态度,严格按照规范的标准执行,严禁随意更改试验流程,确保试验结果的准确性。 2.4数据处理有时候,同一组试件的试验结果数据离散性比较大,为了保证试验结果的准确性,应该对一些材料的试验结果数据进行适当的处理。比如进行水泥胶砂强度抗折试验时,若其中一个试件的强度值超过了平均值的10%,那么就应该剔除该数据,而直接将另外两个的强度值的平均值作为试验结果。另外,混凝土及砂浆的抗压强度平均值都有各自的计算方法,而并非简单的将数据相加完事。计算得到的结果,尾数应该按照四舍五入单双法进位,其位数也必须满足要求。通常情况下试验结果会与预期的结果在数据上存在着一定的差距,而且同一试件的各项指标也存在着矛盾的地方,所以需要针对存在的结果来认真进行分析,及时查明原因并对其进行重新检测,确保数据结果的准确性。 3质量的控制措施 3.1材料进场检查建筑材料的进场检查是确保材料质量的重要环节,是对材料的质量进行检验的首道程序。首先,建筑材料必须具备质量合格证书,并且相关的材料要齐全。然后由监理工程师对材料的质量进行抽样检查,严格按照试验标准执行,如果发现不合格产品,一律不得进场。对于实行生产许可证和安全认证的制度的产品,应该具有许可证编号及安全认证标志。在材料选购前应该复核检查其生产许可证及安全认证标志的原件,以防假冒伪劣。当建筑材料到达施工现场后,应该检查其规格、型号、性能指标、数量、产地、外观质量等是否与采购合同要求及样品一致,若有偏差,则要求返回。对于重要的材料、设备,需要特别关注的产品,应该派人到生产现场进行监督、控制。比如采用商品混凝土,就必须派技术人员到商品砼厂内进行监督其生产过程,监督其是否按照配合比设计要求进行配料;检查其水泥、砂石材料是否符合要求;检查其搅拌时间是否符合要求等,确保混凝土的拌合质量。但是,这也是施工单位比较容易忽视的,从而造成材料的质量得不到很好的控制,甚至对工程建设造成不利影响。 3.2强制性检测为了确保建筑工程的质量,确保结构的安全性,防止质量通病的产生,严禁任何的不合格材料用于工程建设。根据设计及国家、行业规范要求以及地方主管部门的规定,需要进行项目检测。常规检测项目有:主体结构(梁、板、柱)砼标号及钢筋数量检测,竣工后房屋空气质量状况检测,钢筋抽样检测,混凝土试块检测,加气块两项性能(外观质量及强度)检测(非必检测项目),瓷砖性能检测,铝合金门窗三性检测等,这些项目都是强制性要求必须检测的项目。 4结束语 在建筑业快速发展的带动下,建筑材料市场发展的异常迅速,出现了大量的生产厂家。由于建筑材料的种类繁多,规格不一,所以为质量监管带来了很大的难度,大量假冒伪劣材料流入市场,为建筑材料的质量控制工作提高了难度。为了确保建筑材料的质量符合标准,应该建立完善的材料质量管理体系,提高检测的技术水平,并且严格按照业务流程执行。对于建筑材料的质量控制应该贯穿于整个工程的始末,加强对材料的监督管理,为建筑工程的整体质量创造有利的条件。 作者:郭海波单位:昌黎县建筑工程质量检测站 建筑工程材料论文:基于绿色原材料的建筑工程论文 1绿色建筑原材料 随着经济的快速发展,人们的生活质量越来越高,人们对建筑材料提出了健康、安全、环保的要求,绿色建筑材料的研发极利于环境保护和人体健康;据统计,在每年的环境污染比例中,固体废弃物污染占50%以上,利用清洁的生产技术可以将这些固体废弃物生产成绿色建筑材料,这为绿色建筑材料的使用提供了良好的基础。在经济快速发展的时代,各种资源消耗量越来越多,而地球上的资源是有限的,因此,实现资源的可持续利用显得十分重要,绿色建筑材料不仅能有效地节省资源、变废为宝,还能是建设资源循环型社会的重要措施,因此,加强绿色建筑材料的利用有十分重要的意义。 2绿色建筑原材料的特点 和传统的建筑材料相比较,绿色建筑材料的最大特点是能改善建筑材料对环境造成的污染,绿色建筑材料能减少资源和能源的消耗,降低温室效应和臭氧层的破坏现象,并且绿色建筑材料具有易回收、循环利用的特点,绿色建筑材料的基本特点可以分为以下几点: (1)低能耗。 绿色建筑材料是利用科学的方法进行生产的,改善了传统生产技术的不足,提高了能源的利用率,减少了材料生产过程中的能源消耗; (2)低消耗。 绿色建筑材料的生产原材料是垃圾、废渣等固体废弃物,在很大程度上减少了天然资源的消耗; (3)无污染。 绿色建筑材料在生产研发过程中,都是采用绿色环保的物质,不会添加任何有害物质,也不会产生任何有污物的物质; (4)多功能。 绿色建筑材料具有安全性强、耐久度强、节能环保、有利于人体健康等多种功能,不但能改变生态环境,还能极大的提高人们的生活质量。 3绿色建筑原材料的应用 3.1绿色建筑材料的发展现状 3.1.1废弃植物纤维材料 废弃植物纤维主要指农作物秸秆、废弃木质材料等,是一种多用途可再生生物资源,我国是一个农业大国,可用的农作物秸秆资源十分丰富,以秸秆等植物纤维为原材料制成的废弃植物纤维材料,其生产过过程简单,不会污染环境。废弃植物纤维材料本身具有一定的局限性,目前,还不能用于两层以上的建筑物,但能广泛应用在私人住宅、小型公共建筑物中。 3.1.2石膏材料 石膏类建筑材料的煅烧能耗十分低,仅为石灰能耗的三分之一,使用石膏建材能极大的节省能源的消耗,同时石膏建材比混凝土、实心砖更节省材料,石膏建材还可以循环使用,不会产生建筑垃圾。 3.1.3泡沫玻璃 泡沫玻璃具有保温、隔音、隔潮、阻燃、环保等多种特性,其生产原料是废弃的各种瓶罐玻璃碎块,在生产过程中不会产生三废,具有良好的环保效益,泡沫玻璃的重量轻、抗压强度高、耐火性强、导热率低、抗渗防水能力强,能代替砖块当屋面、墙体的施工材料。 3.2绿色建筑材料的应用 3.2.1绿色建筑材料在建筑门窗中的应用 据统计,我国的建筑能耗占总能耗的28%,要想建设节约低耗型社会,就必须加大绿色建筑的推广力度。目前,我国建筑门窗大部分是钢质门窗、木质门窗、铝质门窗,这些材质的门窗不仅能源消耗量大,循环利用率低,还没有良好的保温隔热作用,相对于这三种材料制成的门窗,塑料门窗则具有良好的保温隔热效果,并且可以循环利用,因此,可以当做绿色建筑材料。在传统的建筑门窗上,经常会安装玻璃,随着科技的不断进步,已经生产出一种能代替玻璃的透明混合物,这种材料的能耗很低,一般情况下,煅烧玻璃要在1400°-1600°下进行,这需要消耗大量的能源,而生产这种材料的过程中,则不需要消耗很多能源。并且这种材料能过滤红外线,这对室内温度的控制有很大的帮助,同时还能减少人们对空调等电器的依赖。 3.2.2绿色建筑材料在建筑结构中的应用 在建筑施工过程中,可以使用的建筑材料有很多,但施工单位在选择建筑材料时,要考虑到材料的回收和循环使用问题。砖石材料是建筑工程的重要材料之一,现代砖石材料是利用工业废渣和当地的材料生产而成的,具有强度高、质量轻、功能多、尺寸大等特点,这种材料虽然价格比较便宜,但在应用过程中,回收和循环利用率很低。目前,我国已经研发出轻质墙体材料,如石膏建材,这种材料在生产加工过程中,不需要很多能源,并且生产工艺十分简单,石膏建材重量比较轻、耐火性强,在长期使用过程中不会释放有毒有害气体,还能调节空气湿度,是一种良好的绿色建筑材料。 3.2.3绿色建筑材料在住宅室内装修中的应用 随着建筑工程的快速发展,住宅室内装修产业也得到了飞速的发展,各种室内装饰材料的消费也越来越多,但如果装饰材料的质量不合格,就会对室内空气造成污染,甚至会对人体健康造成影响,因此,在住宅室内装修中采用绿色建筑材料有十分重要的作用。目前,我国生产出来的绿色装修材料有生物乳胶漆、水性氟碳漆等,这些材料不会释放出有毒有害气体,能为人体的健康提供保障。 4总结 绿色建筑材料的应用对节约型社会的构建有十分重要的意义,因此,建筑单位在进行建筑施工时,要根据实际情况,选择合理的绿色建筑材料,有效地减少能源消耗和资源浪费,提高环境保护质量,从而为人们提供一个无污染、无毒害、安全、健康的居住环境。 作者:鲍润彪单位:江西庭华建筑工程有限公司 建筑工程材料论文:建筑工程材料质量管理论文 1建筑工程试验检测工作概述 试验检测工作的具体实施时间包括工程项目建设中及工程项目验收前期的试验检测工作,做好验收前期的试验检测工作,对工程项目验收起到积极作用。试验检测工作效果的落实,必须体现出检测工作的科学性、公正性,从而保证试验检测工作质量。 1.1建筑工程试验检测工作的科学性 试验检测工作效果的落实要严格遵守相关规定和实施法则,根据检测工作的具体目标,选择相适应的方法,保证工程项目试验检测工作的科学性。在实验过程中,必须保证检测数据的具体验证,不能为了节省时间和建设成本,省去工程项目试验检测数据的验证过程,从而影响建筑质量。试验检测工作中,首先要保证工程项目数据的真实可靠,并将所有工程试验数据进行全面保存,保证在未来的查询过程中,能够查询真实可靠的数据,为建筑工程的验收做好准备。 1.2保证建筑工程试验检测工作的公正性 试验检测工作的结果对于工程验收有着重要参考,所以,必须保证试验检测工作的公正性,推动工程验收质量的提高。在建筑工程施工过程中所进行的试验检测工作,必须在保证试验检测工作科学性的基础上,全面落实建筑工程试验检测工作的真实性,并做好相关数据的整理保存工作。工程项目实际施工中,要聘请专人完成工程项目的试验检测工作,保证工作质量的基础上,杜绝试验检测数据造假的现象,保证试验检测数据的真实、可信,为建筑工程质量评定打好坚实数据基础。 2试验检测工作对建筑工程的意义 2.1先进技术的充分使用,保证建筑工程质量 工程项目中落实试验检测工作效果,对于工程项目质量保证具有重要意义,而试验检测工作的效果落实,在日益复杂的建筑工程建设环境下,必须依靠先进技术的使用提高试验检测工作的质量,从而提升建筑材料质量管理水平。在试验检测工程的具体实施过程中,必须对工程项目质量进行准确计算评估,而工程项目质量的准确评估要及时引进相关新型设备与技术,并对建筑工程施工中的新技术、新材料进行全面了解,从而促进建筑工程质量保证。试验检测工作在落实过程中,要对工作的可行性、有效性进行全面评估,对建筑工程材料是否符合建设要求进行评判,如果原材料的质量达不到建设要求,立即将原材料进行更换,直到原材料符合建筑工程要求和标准,推动建筑工程质量发展。 2.2落实工程试验检测,提高建筑企业的经济收益 建筑工程建设过程中,全面、细致地落实工程试验检测,可以有效提高建筑企业的经济收益。借助科学、有效的工程试验检测工作,能对工程建设中原材料的充分利用进行促进,从而实现建筑工程建设资金的节约。通过工程试验检测工作效果的落实保证建筑材料质量,减少甚至杜绝建筑工程返工现象的出现,对建筑工程的进度起到一定保证,减少建筑企业投资。试验检测工作在具体实施过程中要对工程项目建设起到一定的指导作用,为提高工程质量做出贡献。 2.3试验检测工作对工程的评价作用 在建筑工程具体实施过程中积极推进试验检测工作,保证试验检测工作对工程项目的评价作用,保证建筑工程的建设水平与建设质量。通过科学、公正的工程试验检测工作,对建筑工程项目原材料进行全面评价,科学处理工程项目中原材料、半成品之间的相互关系和联系,及时解决项目工程中原材料的质量问题,提升建筑工程质量。试验检测工作中,一旦出现工程原材料质量问题,立即采取相关措施进行补救,从保证原材料的质量入手,保证企业经济效益不受损失。 3加强建筑工程试验检测措施,促进建筑工程材料质量管理 鉴于建筑工程试验检测工作对建筑工程的重要作用,在实际工程建设过程中,必须对工程项目的试验检测工作重视起来,加强试验检测工作效果落实,促进工程材料质量管理,为建筑工程质量保证和经济效益的提高做出贡献。实际工作中可以通过以下措施,加强建筑工程试验检测,促进建筑工程材料质量管理。 3.1提高试验检测人员的技能水平和综合素质 工程项目建设过程中具体的建筑工程试验检测工作,是一项对工作技能要求非常高的工作,全面提升试验检测人员的工作技能水平,能有效保证试验检测人员的具体工作效果。因为项目之间存在差异性,在具体项目建设过程中,试验检测人员要根据建设内容的具体展现形式确定试验检测内容,给试验检测人员工作水平和工作技能提出了一定要求。根据工程项目的具体建设内容,制定最合适的试验检测方案,在保证工作质量的前提下,尽可能缩短工程项目建设周期。实际工作过程中,相关检测人员必须及时获取新知识、新技能,不断对自身经验进行全面的综合整理,从而提升检测质量与工作水平。建筑工程的试验检测工作,要按照一定的秩序有序进行、科学推进,试验检测人员要跟随工程项目组的进度,不能搞个人主义,导致试验检测工作中集体利益受到损失。 3.2加强监督体系建设,保证试验检测工作质量 建筑工程试验检测工作所包含的内容较多,工作中需要协调各部门之间的关系,统筹规划,保证试验检测工作的效率。在试验检测工作落实中,完善的规章制度对工作质量的保证具有重要意义,只有通过明确的规章制度对相关工作进行指导,减少工作当中的人为因素,才能将试验检测工作的效果落到实处。试验检测工作在工程建设中占据了重要地位,为了保证实施质量,工程项目实施中,必须加强监督体系的建设,保证工程项目试验检测工作科学、公正。试验检测工作实施前,要做好前期准备工作,对工程项目检测过程进行有效控制,尤其在检测过程中要对建材质量进行明确,保证工程项目建设质量。 3.3利用好现代技术,提升工程项目试验检测工作质量 在试验检测工作中,必须利用好现代技术,充分使用现代设备所带来的便捷性和技术先进性,提高试验检测效率的同时,减低人工成本,减少建筑工程的建设投资。通过现代科技提高试验检测工作的质量,为保障建筑原材料打好基础,杜绝工程项目建设中原材料的质量问题,及时发现质量不达标、以次充好的原材料,从而达到保证工程项目质量的目的。 4结束语 市场经济下对于工程质量要求已经有了显著变化,在实际项目建设过程中,必须制定相关规范、加强监督体系建设,同时提高人员素质和利用好现代科技,加强工程试验检测工作的质量保证,提高对工程原材料的管理水平,进一步提升建筑工程质量。 作者:姚建波 单位:中铁二十局集团第六工程有限公司 建筑工程材料论文:当代新型建筑材料在建筑工程中的使用分析论文 [摘要]首先分析了新型建筑材料行业的发展状况,包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料、装饰装修材料等的使用;进而论述了发展新型建材及制品是可持续发展战略的要求;并对其做出了展望。 [关键词]新型建筑材料;使用;发展趋势 1行业发展状况分析 新型建筑材料是在传统建筑材料基础上产生的新一代建筑材料,主要包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料。我国新型建材工业是伴随着改革开放的不断深入而发展起来的,从1979年到2008年是我国新型建材发展的重要历史时期。经过30年的发展,我国新型建材工业基本完成了从无到有、从小到大的发展过程在全国范围内形成了一个新兴的行业,成为建材工业中重要产品门类和新的经济增长点。经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高,给新型建材的发展提供了良好的机遇和广阔的市场。目前,全国新型建材企业星罗棋布在市场需求的带动下,已经形成了全国范围的新型建材流通网;大部分国外产品我国已能生产,星级宾馆所需的新型建筑材料国内已能自给;不同档次、不同花色品种装饰装修材料的发展,为改善我国城乡人民居住条件、改变城市面貌提供了材料保证。我国已经形成了新型建材科研、设计、教育、生产、施工、流通的专业队伍。 1.1新型墙体材料发展状况 经过近30年的自我研制开发及引进国外生产技术和设备,我国的墙体材料工业已经开始走上多品种发展的道路初步形成了以块板为主的墙材体系,如混凝土空心砌块、纸面石膏板、纤维水泥夹心板等,但代表墙体材料现代水平的各种轻板、复合板所占比重仍很小,还不到整个墙体材料总量的1%,与工业发达国家相比,相对落后40~年。主要表现在:产品档次低、企业规模小、工艺装备落后、配套能力差。新型墙体材料发展缓慢的重要原因之一是对实心粘土砖限制的力度不够,缺乏具体措施保护土地资源,以毁坏土地为代价制造粘土砖成本极低,使得任何一种新型墙体材料在价格上无法与之竞争。 1.2保温隔热材料 改革开放以来,我国保温隔热材料有了长足的进步已发展成为品种比较齐全、初具规模的保温材料的生产和技术体系。①保温隔热材料在国外的最大用户是建筑业约占产量的80%,而在我国建筑业市场尚未完全打开,其应用仅占产量的10%。②生产工艺整体水平和管理水平需进一步提高,产品质量不够稳定。③科研投入不足,应用技术研究和产品开发滞后,特别是保温材料在建筑中的应用技术研究与开发多年来进展缓慢,严重地影响了保温材料工业的健康发展。加强新型保温隔热材料和其他新型建材制品设计施工应用方面的工作,是发展新型建材工业的当务之急。 我国保温材料工业经过30多年的努力,特别是经过近年的高速发展,不少产品从无到有,从单一到多样化质量从低到高,已形成取膨胀珍珠岩、矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、耐火纤维、硅酸钙绝热制品等为主的品种比较齐全的产业,技术、生产装备水平也有了较大提高有些产品已达到90年代国际先进水平。但由于我国保温材材料工业起步晚,总体技术和装备水平较低,在建筑领域的应用技术有待完善,在很大程度上影响了保温材料的推广应用。 近年来,保温材料工业重复建设现象严重,全国各地蜂涌而上,几年间上百条生产线投产,而在应用领域的开发上却投入不多,造成了目前投资效益低,供过大于求的局面。 1.3防水密封材料 防水材料是建筑业及其它有关行业所需要的重要功能材料,是建筑材料工业的一个重要组成部分。随着我国国民经济的快速发展,不仅工业建筑与民用建筑对防材料提出了多品种高质量的要求,在桥梁、隧道、国防军工、农业水利和交通运输等行业和领域中也都需要高质量的防水密封材料。 改革开放以来,我国建筑防水材料获得较快的发展。防水材料已摆脱了纸胎油毡一统天下的落后局面,目前拥有包括沥青油毡(含改沥青油毡)、合成高分子防水卷材、建筑防水涂料、密封材料、堵漏和刚性防水材料等五大类产品。我国防水材料基本上形成了品种门类齐全,产品规格、档次配套,工艺装备开发已初具规模的防水材料工业体系,国外有的品种我们基本上都有。 1.4装饰装修材料 建筑装饰装修材料品种门类繁多,更新换代十分迅速与人民生活水平提高和居住条件改善密切相关,是极具发展潜力的建筑材料品种之一。它的品种、质量和配套水平的高低决定着建筑物装饰档次的高低,对美化城乡建筑、改善人民居住和工作环境有着十分重要的意义。 我国建筑装饰装修材料的发展,虽然起步较晚,但起点较高,主要生产能力是在80年代以后引进国外先进技术和装备基础上发展起来的。目前花色品种已达4000多种已基本形成规模、产品门类较齐全的工业体系。 2发展新型建材及制品是可持续发展战略的要求 随着国民经济的发展和人民生活水平的逐步提高,人们对居住和工作场扬要求也不断提高。许多国家的经验证明,它是经济发展和社会进步的必然趋势。建筑业的进步不仅要求建筑物的质量、功能要完善,而且要求其美观且无害人体健康等。这就要求发展多功能和高效的新型建材及制品,只有这样才能适应社会进步的要求。使用新型建筑材料及制品,可以显著改善建筑物的功能,增加建筑物的使用面积,提高抗震能力,便于机械化施工和提高施工效率,而且同等情况下可以降低建筑造价。采用新型建筑材料及制品可增加有效使用面积近10%,减轻建筑自重以上,有效提高抗震能力。因此,发展新型建材及制品是社会进步和提高社会经济效益的重要一环。 3新型建材及制品发展展望 按照建材工业“由大变强,靠新出强”跨世纪发展战略的要求,发展新型建材将着重在新字上做文章,促进产业结构的调整。 3.1部分新型建材产品预测 3.1.1防水密封材料。全国新型防水卷材产量达到万8300万m2,市场占有率达到20%,全国城镇永久性建筑采用新型防水材料达60%,到2010年,全国新型防水建材产量将达到215亿m2,市场占有率达到50%,城镇永久性建筑采用新型防水材料将达到80%。 3.1.2保温隔热材料。预计到2010年,全国保温材料需求量为:岩(矿)棉60万t,玻璃棉10万t,膨胀珍珠岩万t,硅酸铝纤维8万t。 3.1.3矿棉吸声板。预计到2010年全国矿棉吸声板需求量为4000~5000万m2,产品品种、质量和数量不但可以满足国内市场需要,而且将有部分产品出口。 3.1.4装饰石膏板。预计到2010年,全国装饰石膏板需求量为1400万m2。石膏板2000年需求量约8000万m2左右。 3.1.5建筑涂料。预计到2010年,全国建筑涂料需求量将达到160万t。 3.1.6塑料异型材和门窗。预计到2010年,全国塑料异型需求量为50~60万t,可组成塑料门窗2500~3500万m2。 3.2新型建材行业发展重点 新型建材将成为中国第十五计划期间,新型墙体材料占墙体总量的比例将由“十五”末期的25%增长至35%。 重点是建设上档次、上水平、规模的主导产品生产线。空心砖重点发展利用废渣的掺加量、高空洞率、高保温性能、高强度的承重多孔砖、外墙饰面的清水墙砖;混凝土砌块重点发展双排孔或多排孔的保温承重砌块、外墙饰面砌块重点发展机械化(挤压式)生产的轻质多孔条板、孔墙复合保温或带饰面的装配式板材,并配合建设部门推广应用轻钢结构体系,发展各种装配式条板,朝着功能化、高档化、无害化方向发展,做到新颖、美观、实用、方便。 4对策与建议 4.1确定新型建材及制品发展的主导产品,加强结构调整的导向工作 新型墙体材料以节能、节地、利废和改善建筑功能为目的,大力发展各种轻质板材和砼砌块,开发承重复合墙体材料。防水材料重点发展改性沥青防水卷材、聚氨酯防水涂料和硅酮、聚氨酯密封材料;保温材料重点发展建筑用矿物棉、玻璃棉制品;装饰装修材料重点发展丙烯酸类乳胶内外墙涂料、复合仿木地板等一些适销对路的产品门窗重点发展塑料门窗,并注意解决好款式新颖、功能各异的设计和高档五金件的开发配套。 4.2加大科研开发的力度,提高技术装备水平 结合不同地区、不同建筑类型,以新型墙体材料为重点,瞄准有市场前景的新产品、新技术,在引进、消化、吸收国外先进技术装备的基础上,研究开发适合我国国情的新工艺、新技术和新装备。重点围绕尽可能少用天然资源,降低能耗并大量使用总收入弃物作原料;尽量采用不污染环境的生产技术;尽量做到产品不仅不损害人体健康而应有利人体健康;加强多功能、社会效益好的产品开发。 近期应加强中高档外墙涂料的研制和开发,注重承重的复合墙体材料、保温材料在建筑上的应用研究,促进产品的系列化、配套化开发,另外还应加强功能建材和绿色建材的研究和开发,优化产品结构。 4.3加强产品在工程技术应用的研究,加快新型建材及制品的应用步伐 建材主管部门和建筑业主管部门,要加强合作,尽快制定、落实新型建材纳入建筑应用于的规程和管理办法切实解决新型建筑材料发展过程中科研、生产、建筑设计、施工等各个环节的具体问题;研究适合新型建材及制品应用的设计规程和施工工艺;编制、修订有关新型建材及制品的市府、生产、施工规范、规程及施工通用图集;颁布比较成熟的新型建材及制品设计、应用、推广产品目录部分产品可考虑实行生产许可证等。 4.4统筹规划、合理布局,形成一批新型建材及制品的生产基地和大型企业集团 按十七大提出的“抓大放小”和组建“大企业集团”的精神,结合各地的实际情况,选择一批有基础的城市和有实力的新型建材及制品生产企业集团和基地进行重点发展,使之形成生产规模大、配套能力强的大型新型建材及制品企业集团和生产基地。 建筑工程材料论文:浅析建筑工程材料管理的问题及对策 摘 要:工程建筑材料是建筑工程的基础,也是施工管理重要的组成部分。建筑材料的好坏直接决定了建筑的质量,材料的成本直接影响着工程的造价。为了避免损失,降低风险,实现效益最大化,本文对建筑工程材料管理中存在的问题及对策进行了论述。 关键词:建筑工程;材料管理;问题;对策 建筑工程管理作为整个施工管理中的重要部分,对建筑的质量和项目的盈亏有重要的影响。我国的建筑工程管理仍存在管理方式落后,工期组织不合理等许多问题。目前建筑工程材料管理还处在工程程序化、规范化的过程之中,需要对其进行完善,以达到建造出优质工程和企业利益最大化的目的。 1.建筑工程材料管理的意义 建筑工程材料管理是对建筑材料的计划、供应、使用等管理工作的总称。材料管理的内容是预测采购量,编写采购计划,调查材料产地,检出计划的进展情况,保证材料供应和节约。建筑材料是建筑工程实体的重要组成部分,材料管理是建筑工程管理的重要环节。在工程建设中材料是指施工过程中耗用的构成工程实体的原材料、辅助材料、构配件、零件、半成品等。管好了建筑材料,建筑工程的实体就有了质量保障,建设成本也就会相应降低。随着中国经济的快速发展,为了满足不断壮大的材料市场,各行业、各地区大力发展建筑材料生产,加速了建筑材料额社会化进程。 2.建筑工程材料管理存在的问题 2.1管理模式不科学 管理模式的不科学不合理是目前我国建筑工程管理的突出问题,管理模式仍具有较强的计划经济色彩。这种模式采取的主要是线形顺序法,拉长了项目的施工周期,延缓了进度。且管理方式是行政性的硬性指挥,严重缺乏科学性,并不是有效的管理方式。企业的成功离不开两个因素:第一是组织做什么的正确性,即战略;第二是达成这一目标,即实现战略的组织能力。归根结底,所有的组织成功也最终取决于员工的成功。因此如何帮助员工达成工作的目标,以员工为优秀来采取管理行动,可以说是管理最优秀的内容。总之,提升员工的敬业度,需要科学的方法。 2.2工期组织不合理 首先,工期与工程的质量,造价及技术的选用相互影响,其次还受政治、自然条件影响。其二,从造价角度而言:现阶段的大多数招投标活动中,工期拟定大多受领导拍板等人为、政治因素决定或左右,标底价格却按定额拟定,但这毕竟不是科学的态度。如果没有一个合理科学的工期定额,那么利用定额所做投标报价的基础就不可能是合理的。不合理的工期都需要额外的投入或费用。虽然现阶段是清单报价,对工期的影响可在报价中体现,但做为投标方大多不用做投标报价,而只是投一个下浮率。并且大多数招标方对合理工期并没有足够的重视或无法确定。因此往往造成工期延误、工程成本增加等问题。 2.3管理方式落后 对于中国企业来说,在过去的十年里,主要立足加强内部管理,提高质量,以产品为优秀在市场中占有一定的份额。现在,过去那种相对传统的经营管理方式,已经很难应付不断变化的环境需要了。过去的管理方式缺少完善的管理体系,总是依靠经验来主观臆断,缺乏客观性。对材料的检查工作也是事后检查,忽视对事前和事中控制的工作。另外落后的管理方式还会导致人才的流失。为了降低员工流失率,回避跳槽风险,就必须向落后的管理方式开刀。 2.4人员素质不高 目前我国工程管理人员的现状是:技术素质较强,管理综合素质普遍不高,缺乏既精通工程技术又精通工程管理的人才。建筑管理人员一大部分是从基层中提上来的,现场经验丰富,但缺乏对管理知识的学习,管理工作都是靠经验为之,思想观念落后,缺乏创新精神。这样缺乏管理素质的管理人员缺少领导风范和人格魅力,对员工的凝聚力不强,不善于合理分工,协调能力差。虽然现在实行了职业资格考试制度,但通过考试的人往往年轻没有经验,学到的只是些理论知识,具有经验的人又没有考试能力,使执业者和实际在岗管理者并非同一个人。 3.建筑工程材料管理问题的对策 3.1提升管理人员的能力和素质 管理人员应具有良好的形象,良好的威信,应具有一定管理能力,应注重依法管理,应具备解决问题的能力,应注重团队建设,与时俱进,开拓创新,应视学习为进步的阶梯。另外管理人员应具备高学历和多学科知识,应具有使人信服的能力,应具有预见和洞察问题的能力。建筑企业不仅要提高建筑工程材料管理一职的准入门槛,聘请专业人才,还要定期对管理人员进行严格培训。通过培训提高管理人员的管理能力、业务素质,增强他们的责任感,使他们能够明确自己在材料管理方面的责任和义务,并定期对管理人员进行考核,从而培养出既具有较强的理论知识,又具有一定时间能力的复合型人才。 3.2建立健全材料管理制度 建筑材料的管理无外乎就是对材料进、出、存三大环节的管理,包括制订材料采购计划、实行采购、组织运输、入库保存、提供使用等。针对这三大环节,要制订全面、合理的材料管理制度,规范管理人员的管理方式,约束和监督管理人员的行为,减少因工程材料随意堆放导致变质、腐朽的现象出现。对材料管理应采取的对策:在条件具备的情况下,应建立授权申批、计划采购、验收、保管,会计分别由不同的人员负责,特别是要将保管与采购的其他职责相分离,以利于不分工的人员之间相互牵制,保证财产物资的安全完整。材料采购应建立计划采购制度和材料申购制度,材料应按日常耗用情况核定最佳库存限额,保管和材料会计应在总量控制下核定出各材料的最佳库存量。健全材料保管制度,严格落实保管人员的工作职责,切实保证材料的安全完整。 3.3建立现代化的材料管理系统 工程材料数量大、种类多,管理工作繁杂,因此,传统的材料管理手段已经不能满足现代建筑企业工程材料管理的需要,建立现代化、信息化的材料管理系统势在必行。利用现代科技建立的信息化材料管理系统具有实用性高、易操作等特点,不仅能够在较大程度上提高工作效率,还能很好地实现信息交流,避免领料、用料等数据出现混乱,便于及时更新数据和查阅信息,对工程材料实施数据化、动态化的管理,从而提高工作效率,加快工程进度。 3.4采取合理、统一的采购模式 建筑企业必须采取合理、统一的采购模式集中采购组织模式是制造企业比较有效的控制采购成本的模式之一。集中采购就是在公司总部成立统一的采购中心,集中人力、物力、财力,汇集调整纳入集中采购范围的子公司及分公司的物质需求,进行集中订货。对所需物质集中采购,集中管理,从而达到降本增效获取良好供应商的一种管理模式。在材料采购方面,建筑企业要成立专门的材料采购小组,在满足建筑工程需要的前提下,提前做好市场需求分析,掌握好市场动态,对采购材料的品种、数量做好采购规划、看准时机,批量采购,力求最大限度地降低建筑工程材料采购的成本。要成立采购小组,避免挪用公款等贪污的现象,保证材料采购工作能够顺利完成。 总 结: 目前我国建筑工程材料管理仍处于逐步完善阶段,随着科技的进步,对管理人员素质要求的提高,要不断改进管理方式,增强管理水平,以达到节约成本,提高建筑工程质量的目的,从而为建筑业的发展做出贡献。 建筑工程材料论文:浅析建筑工程材料管理 【摘要】在现代的建筑工程中,建筑材料是建筑工程实体,是建筑工程管理的重要环节,贯穿建筑施工的始末。其目的是采购到物美价廉的施工材料,满足工程施工和生产的需要,并在施工过程中控制材料的质量和材料损耗,把工程的材料成本控制在最低的区域范围,保证工程良好的运转。本文主要从材料供应、材料价格与采购、材料存放发放管理;施工过程中的材料管理;周转材料管理和账目及票据管理等方面进行了分析,结合工程实际提出了管理意见,供大家讨论。 【关键词】建筑工程;材料管理;成本控制 建筑材料是建筑工程实体、建筑工程管理的重要组成部分,是建筑工程管理的重要环节,贯穿建筑施工的始末,在工程施工时,如何管理好建筑材料,是确保工程实体质量,控制建设成本的重要课题。面对越来越激烈的建筑市场,只有加强风险管理,才能有效地实现预警、规范和转移风险。因此,建筑工程材料的管理对于施工进度、工程质量、工程成本的控制具有决定性作用。 一、材料供应管理 1、掌握建材方面有关的法规及有关条文 根据《建设工程质量管理条例》要求,工程施工项目部要对每天进场的主要物资按规范填写《建设工程材料采购验收使用综合台帐》,需要建立单位签证手续,交易数量必须覆盖实际使用量。 2、通过市场调研,认准合格材料 ,确定合格供方 对供方的评定,必须证实供方所提供的物资质量,符合国家或部颁标准要求。广泛收集供方的产品质量信息、用户意见等,并进行样品检验,以判断该企业对产品质量的控制是否有效。根据收集的有关资料,经评定确定合格的供方,并填写合格供方名录;对合格供方进行动态管理定期评审,经评审不合格的应将该单位从合格供方中除名。 二、材料价格与采购管理 1、材料的价格与采购管理。广泛收集市场信息,了解材料价格的一般水平;充分利用市场,合理安排运输 ,减少材料的运输成本。 2、物资采购管理 通过规范采购,验证方法,确保所采购的物资符合规定要求。采取合理的采购模式。材料的采购模式有以下三种:一是施工所用材料由甲乙双方共同采购。二是业主单位通过招标进行材料的采购。三是材料价格以实购价为基础,采取加权平均法的方式计算。物资采购的原则:一是原则上从指定的合格供方单位采购,控制从非合格供方采购。二是采购量较大的物资,必须按公司要求进行集中招标,限价采购。三是一次采购单一材料或几种材料,如超过投标价时,必须上报项目经理进行价格批复后方可采购。四是物资采购必须做到三比(比质、比价、比运距),严格执行项目部的物资限价。五是在非合格供方采购批量物资需先作市场调查,索取相关资料报项目部审批后方可采购。六是甲方委托采购的物资,采购价若高于投标价格,必须报甲方有关部门审批后,方可采购,并办理相关手续,以便结算。采购程序:一是物资采购部门应根据工程物资采购表、大量需用料、预算外用料、材料变更单进行物资采购计划的编制。物资采购计划应该明确材料的名称、规格、单位、数量,以及采用哪种质量标准。二是半成品若委托加工,必须签定合同,明确产品质量要求及验收方法。三是必须以物资采购控制计划为依据,结合施工现场实际情况进行采购。四是物资采购部门应对审批后的需用计划进行核对后,再根据需用物资的品种、数量等,分别做出招标、非招标和零星物资采购计划。采购计划一式三份,部门主管、计划员、保管员各一份,不许无计划或计划外采购。五是所有计划必须有项目经理签字,然后由物资主管根据实际情况,分先后和主次安排有关人员进行采购,不得有计划外或无计划采购。六是业主供物资需提前提出计划,报业主方物资主管部门审批,做到所需物资提前进入工地。 三、材料存放发放管理 材料从采购进场至使用是有一定时间差的。在这段时间内,项目部应加强材料的存放管理,不能因保管不善而降低物资的使用寿命或报废。主要应注意两点:其一,使用专门的库房把材料进行妥善的存放。例如钢材、水泥等材料,应避免潮湿、雨淋。其二,现场材料标识应清晰、详尽,进行分类存放。通常一个建筑工地所用材料较多,同一种材料有较多规格,在使用时绝不能错用、混用。 四、施工过程中的材料管理 在现场材料的使用过程中材料管理的优秀任务就是检查、保证进场施工材料的质量,妥善保管进场的物资,严格监督、合理地使用各种材料以及材料回收和再利用,以降低消耗。大利探索节约材料、研究代用材料、降低材料成本的新技术、新途径和先进科学方法,以保证实现管理目标。 1、施工开始前准备工作:根据工程进度要求,掌握所需材料的需用量和质量标准;了解材料的供应方式;确定材料管理目标,与供应商签订供应合同或协议;作好工程现场材料平面布置规划,有利于材料的进出和存放方便施工,避免和减少场内二次搬运;作好场地、仓库、道路等设施及有关任务的准备。 2、施工过程中的组织管理工作:合理安排材料进场程序,按质量验收规范和计量检测规定进行现场材料进场验收。严格履行供应合同,确保施工需要。掌握施工进程,以便及时发现问题及时调整材料配套供应计划。加强现场材料的保管和使用过程中的监督、检查,减少损耗,防止丢失。组织料具的合理使用。 3、施工收尾阶段的管理工作:根据收尾工程实际情况,清理料具和余料造表上报;组织多余料具退库和调拨;及时拆除临时设备;做好废旧物资的回收和修旧利废;进行材料结算工作。 五、周转材料管理 项目材设部门负责所有周转材料的采购和租赁工作,确保工程顺利进行。项目材设部门根据项目工程部门提供的需用计划,按所需规格不同分批、分期进入现场。外租周转材料必须签订合同,注明日期、日租金、丢失、提货和归还等办法。周转材料到现场后,材设科与用料单位人员实行双方验收,确认后办理移交手续,所有使用单位直接负责周转材料的保管和维修,不能随意切割或打孔等行为造成周转材料的损坏。使用单位对丢失的周转材料要进行赔偿,并做好维护和保养工作。周转材料需报废时,应按规定进行报废处理。材设科要做好当月的结算工作。 六、账目及票据管理 按《账目设置及管理办法》进行账目设置及物资分类。年底账目接转后,所有账目及到货记录统一移交物资主管理部门管理。物资计量按国家要求统一填写,账目要做到月记、累记,当天发生的业务当天处理完。购货发票到后,由计划员进行核对发票的真伪及公章与厂商名称是否相符,物资价格是否准确。物资验收人员按审定后的发票及清单与到货记录进行核对,准确后方可验收。验收后的票据由项目经理签字,发票交于财务,进行登记建立台帐,做好验收单等票据的保存工作。 七、结束语 从实践看,真正保证工作质量才能保证工程质量和施工的有序进行,尤其对项目工程而言,每个人每个岗位都要重视效益。合理布置现场材料堆放,避免和减少二次搬运费用,严格材料进场验收和材料发放制度,减少各个环节的损耗,节约采购费用,制订并贯彻节约材料的技术措施,合理使用材料,这些对提高工程质量、降低材料损耗和节约工程成本都起到事半功倍的作用。 建筑工程材料论文:浅谈建筑材料检测在建筑工程中的作用 【摘要】本文以建筑材料检测在建筑工程中的作用为题,针对建筑材料检测的概况、检测的意义、检测的方法进行分析探讨。 【关键词】建筑工程;材料检测;作用 前 言 随着我国经济的发展与科技的进步,我国建筑行业取得不错的成绩,但同时也对建筑质量提出了更新、更高的要求,从而对建筑材料检测的研究也就显得更有意义。 一、建筑材料检测的概况 在建筑材料施工使用前,进行仔细的排除与选择是必须的,其中材料检测的两个关键点就是耐久性与稳定性。如果建筑材料无法保障这两个关键点,那么整个建筑的使用寿命是无法得到保障,是无法抵抗未来长期耗损,例如冷暖天气的变化、风吹雨淋的气候等等。如果建筑质量得不到保障,那么在竣工后的使用中很可能发生安全隐患,甚至威胁生命与财产。就我国目前的情况来讲,已经建立很多检测机构,检测机构数量虽然不少,但是在长期的检测工作中可以发现,检测的质量还得不到保障,检测的结果还是会存在一定误差。 二、建筑材料检测在建筑工程中的意义 建筑材料检测在建筑工程中的意义是重大的,下面对其意义进行详细阐述。 (一)具有安全方面的意义 建筑工程项目质量得到保障最关键的一点,就是其建筑结构。而建筑结构能否满足要求,除了前期的结构设计以及施工中的工艺以外,建筑材料也是重中之中。建筑材料的高质量,是建筑结构满足设计要求、施工顺利完成的前提。 (二)具有适用方面的意义 众所周知,要想工程质量好,就得必须保证建筑材料质量好。选择一个符合标准的材料、符合工程具体要求的材料才能顺利的完成施工,确保质量要求。如果不存在建筑材料的检测,那么建筑材料当中就有可能混入不合标准、不合法的隐患,由此可能造成整个工程的停滞。 (三)具有美观方面的意义 在经济、科技快速发展的今天,不但对建筑质量的要求越来越高,对于建筑美观程度的追求也越来越高。就目前来讲,我国建筑事业发展非常迅速。在设计方向上,也逐渐向着艺术化、个性化的方向发展,然而要想使建筑达到更高层次、更具艺术感,那么和建筑材料也是分不开的。要想对建筑材料的色泽、质量、美观度及其相关性能等进行严格要求,那么一定离不开建筑材料检测,因为它可以对建筑材料相关性能参数进行检验。 三、建筑材料检测的具体方法 (一)检测取样以及试验环境的湿度与温度 1、取样一定要具备代表性 取样是对建筑材料检测的第一步,在抽样过程中,所采取的方法大都随机抽样,钢材取样采用的是部位切取。取样的方法、取样部位以及取样数量一定要符合标准,同时还要具体情况具体分析。例如对于抽样数量来说,一定要根据材料的总量来做判断,如果材料总量大,那么取样数量也要适当加大。当我国在建筑材料的取样中还存在着很多不规范现象,主要原因是取样人员对取样的规格、尺寸、送样等等要求都不是很明确。 2、环境温度与湿度要具备稳定性 要想保障建筑材料检测结果的准确性,就一定保障检测环境湿度与温度的稳定,才能使系统的误差最小化,才能产生一个具有可比性的检测结果。尤其对于温度与湿度较为敏感的建筑材料,混凝土、水泥等等。例如混凝土力学性能试验方法标准中对采用标准养护的试件要求是,在温度为20℃±5℃的环境中静置一昼夜至二昼夜然后编号、拆模,拆模后立即放入温度为20℃±2℃,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护至28天。 (二)检测设备 1、检测设备的提前准备 建筑材料的选择离不开检测设备,它是材料检测的前提条件;所以说在进行建筑材料检测之前一定要把检测设备准备齐全。在实施检测之前,一定要对设备进行校准和检定,这样可以确保检测数据的准确性。 2、仪器设备的使用 具备精良的检测设备是前提,如果仪器设备使用不当,那么检测结果也一定会受到影响。例如在对钢筋进行检测时,一定要把工作活塞升起之后,才可以对测力装置进行调零,但是很有多检测人员,在工作活塞不升起的情况下就进行调零操作,这很有可能导致活塞相对油缸摩擦力算入检测结果之中,从而导致检测结果出现误差。 (三)对主要建筑材料的检测方法 1、钢筋材料性能检测 在现代的建筑材料之中,钢筋材料是必不可少的,是最基础的材料之一,被誉为是建筑物的骨架与脊梁,如果钢筋材料性能好,那么整个建筑物的稳定性将会得到一定的保障,如果钢筋材料性能差,那么很可能造成建筑物结构不稳,甚至导致坍塌。由此可见,钢筋材料性能的重要性,必须要保证它的质量。低温性能、容易焊接、可塑性好、强度高等等,这些是混凝土结构对钢筋性能的要求。 (1)在对钢筋材料进行检测之前相关资料的收集。例如化学成分、伸长率、弯曲性能、极限强度、重量偏差、钢材牌号、产品技术、生产日期等等。其主要目的是为钢筋材料的性能检测提供有效的数据参考,以保证最终结果的可靠性。 (2)对钢筋原材料性能的检测。在对钢筋原材料强度进行检测时,先对样品的进行原始标距的标记和测量,再将其固定在试验机的夹头内,开启试验机对钢筋原材料进行拉伸试验,并记录好它的屈服荷载、抗拉荷载、测量其断后伸长率;钢材的弯曲性能,要求钢筋受弯芯直径180°后,表面不得产生裂纹。 2、水泥性能检测 如果水泥的性能出现质量问题,那么整个工程的质量问题也得不到保障,如果水泥质量出现问题,那么整个工程使用寿命也不会得到保证。 (1)水泥安定性检测。如果使用安定性不良的水泥会使混凝土构件产生膨胀性裂缝,降低建筑物质量,甚至引起严重事故。可见水泥的安定性关系到混凝土结构的安全性,因此水泥安定性为为水泥检测项目中的强制性指标。 (2)水泥强度的检测。水泥的强度也是影响混凝土质量的原因,因此水泥强度等级的选择,应与混凝土的设计强度等级相适应。水泥强度等级检测时按标准要求配合比制备试件,并在符合标准要求的环境下进行制作、养护后。对试件在3天、28天等龄期的规定时间内进行抗折、抗压强度试验。 3、砂的性能检测 随着时代的进步,科技的发展,混凝土的施工工艺有了巨大的改变,许多工程都采用了商品混凝土或现场搅拌泵送混凝土施工的方法,这对混凝土拌合物的和易性有了更高的要求。 (1)砂颗粒级配检测 砂在建筑工程中是一种经常运用的材料,其主要是与混凝土进行配合使用,要想使混凝土进行合理、科学、有效的配制,一定要选择相应细度模数的砂。例如:中砂在混凝土拌和中,粘性强、和易性好,商品混凝土或现场搅拌泵送混凝土会选择中砂进行配制。 (2)氯化物含量检测。 近几年来,随着建设规模的扩张,沿海一些城市河砂资源日渐匮乏,部分城市已开始大规模使用海砂。海砂的氯离子含量直接影响建筑工程质量。氯离子含量过大会破坏钢筋表面,引起钢筋局部腐蚀,严重影响混凝土的耐久性,因此建筑用砂中氯离子含量检测具有非常重要的意义。 总结 若想保障建筑行业的持续进步与稳定发展,那么不断的提高建筑材料检测水平是关键。建筑材料的性能、质量,决定了竣工之后整个工程的质量,因此要不断提高对建筑材料检测的管理力度以及认知程度。只要建筑材料质量得到了保障,那么整个工程就有了基础性的保障。本文以建筑材料检测在建筑工程中的作用为题,针对建筑材料检测的概况、检测的意义、建筑材料性能的检测以及检测的方法进行分析探讨。希望对建筑工程质量的提高有借鉴作用。 建筑工程材料论文:探究碳纤维增强复合材料在建筑工程中的运用 【摘要】随着我国经济水平的不断提升,建筑行业取得了较大发展,且现代化特征表现非常明显,功能具备多样化的特征,建筑施工难度也有所增加。以往传统的施工技术已经无法满足现代化建筑的需求,很多新工艺、新型材料被应用于建筑施工中,取得了较好的施工效果。碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀、轻质、高强等特征,在建筑工程中的应用效果良好。本文主要分析碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用,为日后建筑工程的施工工作提供依据。 【关键词】碳纤维增强复合材料;建筑工程;施工 在建筑工程中,使用碳纤维材料的主要作用在于加固结构,该材料的使用可以促使工程承载能力大大提升,或者促进工程承载功能的改善,目前在建筑施工中的有所应用。在施工中常应用到的碳纤维材料包括碳纤维网格、碳纤维板、碳纤维条带、碳纤维布等。在加固过程中,要以加固方法、加固部位、加固能力等因素为依据,对材料进行选择。若加固构件比较复杂,则需选择强度较高的碳纤维布,如果加固方法为嵌入式加固,则需选择碳纤维条带或者碳纤维板[1]。在柱加固、平板加固中,需选用柔性挪摹=ㄖ工程结构不同,对碳纤维增强复合材料的选择也不同,在材料使用过程中,要充分考虑到施工性能、耐久性能、力学性能等因素,确保碳纤维增强复合材料复合施工要求。 一、碳纤维增强复合材料的特征 目前,在建筑工程施工中,碳纤维增强复合材料的使用逐渐增多,该材料的主要特征为纤维增强,产品形式较多,包括网格材、模压型材、拉挤型材、筋材、片材、格栅,其中片材包括纤维板、纤维布两种,应用最多的是纤维布,在结构工程加固中非常受用,在使用之前,无需浸润树脂,加固过程中,经树脂浸润后,可于结构表面进行粘贴。 (一)具备耐腐蚀性 碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀性的特征,在潮湿、氯盐、碱、酸性环境中均可被使用,该材料在海洋工程、化工建筑等工程中适用,其腐蚀性已经被得到验证。针对近海地区、寒冷地区的建筑,可将碳纤维增强复合材料应用于其中,能够对空气内盐分腐蚀起到抵抗作用,促使结构维修费用减少,可将结构使用寿命延长[2]。 (二)拥有良好的比强度 所谓比强度较高,也就是指轻质高强,碳纤维增强复合材料可将结构自重减轻,在建筑工程施工中,若采用传统材料施工,则会降低大跨度空间结构体系理论极限跨度,另外,该材料还能够被应用于抗震结构内,因其可将结构自重减轻,从而促使地震作用减小,提升建筑结构的安全性与耐疲劳功能[3]。 (三)弹性功能较好 可应用于特殊场合 碳纤维增强复合材料的弹性功能较好,应力应变曲线与线弹性接近,即便因偶然超载出现变形,也可自行恢复。另外,该材料还拥有良好的隔热、绝缘等功能,在特殊场合中受用,包括医疗核磁共振设备、地磁观测站、雷达站等。 (四)设计性强 在建筑施工中,以工程所需的纤维含量、材料性质、铺设方式等为依据,需选取不同设计的材料,碳纤维增强复合材料属于人工材料,其设计性比较强,针对建筑功能的特殊要求,可采用不同的设计方法,设计比较灵活。 与传统结构材料相比,碳纤维增强复合材料主要是各向异性材料,材料的弹性模量、纤维方向强度非常高,垂直纤维弹性模量、方向强度低,会导致碳纤维增强复合材料设计难度、结构分析难度增加。该材料在弹性模量上与木材、混凝土的数量级基本一致,其设计主要为变形控制,与钢材相比,该材料的弹性模量要低,可将混凝土与碳纤维增强复合材料相组合,对结构变形进行控制,可弥补刚度不足的缺陷[4]。 碳纤维材料的层间拉伸强度、剪切强度低于抗拉强度,在结构设计过程中,需将连接减少,同时还需注重对连接进行设计。通常而言,碳纤维增强复合材料并不具备良好的防火性能,在高温情况下,树脂会渐渐软化,可降低树脂的力学性能。现阶段,可将阻燃剂加入材料中,使材料的抗火性能大大提升,除此之外,工作环境、初始缺陷会对该材料的抗疲劳性能产生较大影响。从经济的角度上而言,碳纤维材料的价格比较昂贵,不过该材料具备耐腐蚀、自重轻、可减少维修次数等特征,应用价值更高[5]。 二、碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用 本文以某建筑施工情况为例,分析碳纤维增强复合材料在建筑工程中的具体应用。在该施工工程中,碳纤维增强复合材料的主要作用为加固,在混凝土结构加固、钢结构加固修复中发挥了重要作用。 (一)材料在加固混凝土结构中的应用 ①混凝土缠绕。利用碳纤维布,对加固混凝土进行缠绕,可达到混凝土加固的目的。对混凝土进行约束,能够促使其变形能力、强度的提升,还可将混凝土柱的抗剪能力提升。截面形状与碳纤维增强复合材料对混凝土柱的约束效应两者间存在较大关联,针对矩形截面柱,其承压能力非常有限,提高幅度不大,不过可提高其抗剪能力、变形能力。在加固过程中,通过处理截面形状,使其有一定弧度,能够促使结构受压能力提升[6]。碳纤维增强复合材料将混凝土柱缠绕起来,能够改善结构延性。 ②将碳纤维增强复合材料粘贴于受拉面。将该材料粘贴于板、梁的受拉面,有利于促进受拉承载力的提升,不过值得注意的是,当受拉钢筋屈服后,该材料才能够充分发挥受拉作用,然而在这一阶段,板、梁挠度已经非常大,因此,碳纤维片材只可作为安全储备。碳纤维增强复合材料片材受到受弯加固作用的影响后,可能会发生剥离破坏现象,为此,可将碳纤维条带粘贴于梁侧面,便于对梁腹配筋不足从而引起的缝隙进行控制,在板、梁加固中均可被应用。目前,碳纤维增强复合材料在混凝土结构中的应用较多,不过其中也存在一些问题尚未解决,例如疲劳性能、环境影响、粘接性能、防火问题等。 (二)材料在钢结构加固修复中的应用 在钢结构加固修复过程中,可利用碳纤维增强复合材料,取得较好的加固修复效果。选取钢结构损伤部位,将纤维板粘贴于该部位,对钢结构受力性能具有改善作用,把纤维板粘贴于梁受拉面,可促使结构的抗弯刚度、承载力大大提升,这种方法非常有效。将片材粘贴于梁腹板部位,可使抗剪承载力提升,若钢结构发生疲劳损伤,利用碳纤维材料进行加固,可使剩余疲劳寿命提升,可将纤维布于钢管柱上缠绕,有利于防止局部失稳的现象发生,对抗压承载能力的提升非常有利。 ①加固受拉构件 利用碳纤维增强复合材料对受拉构件进行加固,可促使钢构件极限荷载能力提升,脱胶程度、脱胶位置不同,极限承载力也存在差异,在受拉构件中,需充分发挥粘胶剂的作用,在粘贴过程中,沿着柱子环向粘贴,可取得较好的粘贴效果,能够提高极限承载力,提高幅度在15%至18%间,且不会出现剥离现象,材料也不会发生断裂。碳纤维增强复合材料的使用能够延长钢结构剩余疲劳寿命,加固效果非常显著。经材料加固后,钢结构原来的受力状态会产生一定变化。钢结构、碳纤维材料间胶层存在正应力或者剪应力,针对不连续区域,可能会出现漏胶、损伤裂纹等情况,胶层正应力、剪应力均有应力集中,可破坏胶层。要想防止胶层出现剥离破坏的情况,则需将碳纤维板材料两端做成45度角,可将胶层应力减少。 ②加固受弯构件 针对不存在初始损伤的钢梁而言,采用碳纤维增强复合材料给予加固,不会对其刚度造成太大影响,不过可提高承载能力。利用碳纤维材料采取加固措施,钢梁、材料受损部位出现剥离破坏后,会导致损伤变得更加严重,剥离破坏现象会加重,因此,要对材料合理使用,充分利用与发挥该材料的高强性能,提高极限承载力,预防剥离破坏的发生。 (三)碳纤维增强复合材料的空间结构 碳纤维增强复合材料具备耐腐蚀、轻质等特征,在大跨度空间结构中可被应用,可将该材料制作为杆件,在网壳、网架结构中应用,不过碳纤维材料在应用过程中,节点处理难度较大、弹性模量低,为此,其优势难以发挥。现阶段,带有铝合金结构的碳纤维材料被开发,在空间网架结构中的应用效果较好,该材料的使用可将施工周期缩短,具有良好的耐腐蚀性,不会增加维护费用,在环境恶劣、超大跨度的工程中受用。 碳纤维增强复合材料可制作为夹芯板、波纹板、空心板,组成不同形状的空间结构,在娱乐设施、雷达天线罩、厂房等建筑结构中可被应用,建筑施工难度不大,易成形,具备良好的保温效果。 三、建筑施工对碳纤维增强复合材料性能的要求 针对建筑施工的特征而言,在碳纤维增强复合材料的选择中,要注重材料性质符合施工特征,碳纤维增强复合材料必须具备三个特征,分别为施工性能、耐久性能、力学性能。就材料的力学性能而言,碳纤维材料必须要有足够强度,不易受到外界作用的影响,因碳纤维材料具备高强性能的特征,一般而言,能够满足建筑施工的要求。另外,从耐久性能上看,碳纤维复合材料对自然界因素可起到良好的抵抗作用,且在使用期间,结构设计也不会产生变化。使其设计能力得以保持。从施工性能上看,在现代建筑施工中,将碳纤维复合材料应用于其中,可使结构材料的耦合效应、适配效应相结合,确保施工工艺的提升。 碳纤维复合材料在提高建筑结构承载能力、建筑结构加固中均可充分发挥作用,能够促使承载性能得以改善,值得注意的是,加固方法、加固位置不同,其加固效果也存在差异,若建筑承载力需提升,则需选择强度较高的材料(碳纤维布),若建筑刚性需提升,则选用碳纤维板。新的建筑工程会根据施工要求选择材料。针对面临腐蚀风险的建筑,可选用碳纤维筋,达到控制钢筋结构损害的目的,提升钢结构的可靠性、稳定性,促使结构使用寿命延长。碳纤维增强复合材料的使用能够使钢筋使用数量减少,将操作流程简化,提升结构抗拉力功能。 碳纤维材料的抗疲劳、耐腐蚀、低松弛特征显著,选取预先制作的碳纤维管,将混凝土浇筑于该构建中,能够促使混凝土变形能力、强度提升,预防碳纤维材料管发生屈曲破坏的现象,增强结构的受力性,在建筑工程中非常受用。 结束语: 碳纤维增强复合材料具有较多的优势,例如抗腐蚀、施工性能良好、力学性能稳定,不过从目前总体使用情况上看,该材料在建筑工程中的使用并不多,究其原因,主要在于价格昂贵,购买需要较多的资金。伴随科学技术的不断进步与发展,复合材料技术会逐渐提升,碳纤维材料价格也会有所降低,该材料在建筑工程中有着较高的应用价值,在未来还将出现更多相关的应用,例如复合材料棒、碳纤维增强混凝土等,上述材料的使用能够大大提高建筑工程的稳定性与安全性,充分发挥建筑材料的作用,提高建筑质量。 建筑工程材料论文:浅谈项目施工建筑工程材料的管理与控制 【摘要】建筑工程材料的优劣, 直接影响到建筑产品的质量、安全和美观。如何做好工程材料的质量控制与现场管理,是工程质量得以保障的至关重要的一环。本文就如何从加强材料管理方面做简要论述,以求能够寻找到降低工程成本的有效途径和方法,以达到提高经济效益之目的。 【关键词】建筑工程;项目管理;材料管理;质量控制 一、材料管理目的 建筑工程材料管理的目的就是以价廉物美的,材料满足施工和生产的需要,并在过程中检查,保证进场施工材料的质量和数量,且把工程和产品的材料成本控制在最低的范围,妥善保管进场的物资,严格合理地使用各种材料,降低消耗,保证实现管理目标。 二、材料流程管理 1、掌握建筑工程所需材料方面的相关法规与规范。根据《建设工程质量管理条例》对钢筋及连接接头试件、水泥、商品混凝土、砂石、砌墙材料、木材等实行备案证明管理,工程项目部要对每次进场的主要物资按《进货检验大纲》等规范进行验收,并按要求填写《工程材料进货检验记录表》,按要求输入成本管理软件,且需要建立签章制度,交易数量必须满足实际使用量。 2、制定材料员的岗位职责,如部分施工单位实行项目为主采购管理的,施工现场材料员是指采购员及保管员,采购员要及时与现场施工材料人员进行沟通,根据工程进度计划和施工员编制的材料用料需求计划而制订采购计划,进而采购到既合格又经济的材料。采购员在采购前要了解材料市场价格方面的信息,根据材料特点采用不同的采购方式,从而尽可能降低采购成品。采购的材料要有出厂合格证、合格检验报告、质量保证书等质量证明资料,销售材料的单位要经过认证,有些材料要有“三证一标志”,运输时要根据材料的特点进行,以免受潮、损坏。材料保管员在组织材料进库时,要先验收合格后才允许入库,入库的材料要科学地分门别类堆放、保管,要防雨雪、防潮、防锈、防水、防碰撞,并建立完善的材料出入库手续和材料的管理制度。 3、加强业务培训。由于建筑业快速发展,施工水平的不断提高,新工艺、新材料、新标准规范的推广执行,所有的管理人员的数量、水平已不能满足施工的需要,急需补充人员,提高专业水平,因而业务培训的力度必须加强,其业务水平和管理工作的好坏,已成为建设项目能否有序、高效、高质量完成的关键。 三、施工前的材料供应管理 1、准确了解工程进度要求,掌握各类材料的质量要求和提高施工估料的准确性。施工估料是工程项目现场材料成本管理的首要环节,其估料方法推行单纯图、排版图,所谓单纯图就是以工程项目的工艺流程或系统图为基础,根据平面、侧面的布置及音容走向所勾画的单纯示意图,能直观准确地计算出所需的材料等,不单主材,所有辅助材料的估料也必须有计算依据、计算过程书,采取这种方法施工估料才能把好现场材料成本管理的第一关,同时,施工技术管人员除了熟读施工图纸,进行技术质量交底外,还必须将自己的施工估料意图灌输给班组,以单纯图、排版图的形式做好用料交底,防止长料短用,优料劣用,做到物尽其用,杜绝浪费,把材料消耗降到最低限度。 2、由于最近建筑材料市场呈现供不应求趋势,钢材、 水泥两大材料尤为严重,市面上以假乱真、以次充好现象非常严重。因此,要把好供应商评审关,凡是对计划进场的材料, 采购前都要对其生产厂家资质及质量保证措施予以审核,通过缜密的市场考查,认准合格材料,获得的信息更准确,更细致,更全面,准确地了解材料生产厂家的企业信誉,产品质量、经营手续、经营规模、价格状况、售后服务等情况,然后再对订购的产品样品要求其提供质保书,根据质保书所列项目对其样品质量进行再检验。样品不符合规范、标准的,不能订购其产品。 3、把好材料的进场检验关,做到“一要、二核、三看、四验”,“一要”即向供应商索要“试验报告单”和“到货通知书”和“防伪备案证明”;“二核”即核对品种、标号、质量;“三看”即通过目测看外观质量、点数;“四验”即重点工程、重要工程的主材应委托质量监督部门认可或授权的检测单位进行材质检验。 4、把好材料价格管理关。采购材料要遵循“质优价廉”的原则,采购模式要做到“供货、保管、使用”一体化,其采购流程:掌握市场信息―制定采购方案―业主招标确定材料价格―合理安排运输―工程结算。 掌握市场信息就是在建筑材料市场,材料产地等进行价格信息的采集、调查过程。业主方主要以招投标的方式确定材料价格,也可以直接走进市场,货比三家,选择质优价廉的材料。确定采购地点,制定采购方案,材料尽量一次运输到位,减少二次倒运和装卸费用。工程结算时,材料价格以实购价(含运杂费)为基础,采取加权平均法的方式计算。 四、材料存放发放管理 材料的存放,一定要严格按照材料的性能要求,不能因管理不善而降低使用寿命,针对市政工程的主要材料,应注意: 1、力求做到专门库房,妥善存放。如水泥的存放,贮存水泥的库房应注意防潮、防漏,存放袋装水泥时,地面垫板要离地30M,四周离墙30M,袋装水泥垛不宜太高,以免下部水泥受压结硬,一般以10袋为宜,如存放期短、库房紧张、高不宜超过15袋。 2、水泥贮存应按照水泥到货先后,依次堆放,尽量做到先存先用,水泥贮存期不宜过长,一般为3个月,3个月以上为过期水泥,存放期愈长,强度降低值愈大。 3、标识清楚,分类存放,如钢材有诸多规格,其设计标号是有差别的,绝不能错用,混用。 材料的发放,要遵循“先进先出,推陈出新”的原则,项目部的物资耗用应结合分部、分项工程的结算,严格实行限额/定额领料制度,领料人员要认真填写领料单,仓管员在发放时需作较详细的验交,并由领用双方凭证上签字认可。 五、材料使用过程中的管理 施工单位应严格按照规范标准对进场材料进行管理,这是保障工程质量和工期进度的必然要求。 1、施工前的准备,这是现场材料管理的开始,为材料管理提供必要材料,了解工程进度要求,掌握各类材料的需用量和质量要求,做好现场材料平面布置规划,作好场地、道路等设施及有关任务的准备。 2、施工中的组织管理工作,这是现场材料管理和管理目标的实施阶段,合理安排材料进场,作好现场材料验收,掌握施工进度变化,及时调整材料配套供应计划,保证施工需要,加强现场物资保管,减少损失浪费,防止丢失,组织机具的合理使用。 3、施工收尾阶段的材料管理。材料的回收是施工项目材料成本管理不可忽视的最终环节,除对剩余材料的规格型号进行分门别类外,还应注意材质的偏差,以利再用,严禁收尾工作中的随意浪费现象。材料管理人员要及时进行材料结算,总结施工项目材料消耗水平管理效果。 结语 建筑工程材料的质量是保证工程质量的重要环节之一,我们应从材料质量、材料价格、材料运输、材料存放、材料出库等管理环节上做文章,只有严格完善规范材料验收和领料制度,制订并贯彻节约材料的技术措施和管理方法,合理使用材料,降低损耗,才能提高工程质量,降低材料消耗和节约工程成本,保证实现管理目标。 建筑工程材料论文:浅谈建筑材料检测在建筑工程中的重要性 【摘 要】建筑工程质量检测工作是建筑工程质量监督的重要手段。其中建筑工程材料的检测是非常重要的一个环节。给出了建筑材料力学性能检测方法,通过对建筑材料严格把关,从而确保了建筑工程的整体质量。同时也正是建筑产品的诸多特点使得建设工程质量具有控制难、检验难、评价难和处置难等问题,而建设工程质量这些特点正是开展工程质量检测工作的前提和基础。 【关键词】建筑材料检测 建筑工程 重要性 引言 建筑材料是保证工程建设顺利实施的首要条件,只有把好材料质量关才能把好工程质量关。在工程结构里起到至关重要的作用,因此对每种建筑材料在使用之前都要抽样检验,采取合理有效的措施,保障材料质量。 1.建筑材料检测在建筑工程中的必要性分析 随着21世纪科技的不断发展,无数高层建筑拔地而起,人民生活水平的提高,对物质文化的需求也越来越高,这就需要各参建单位对建筑工程质量的高度重视。而且在工程结构中起到关键性的作用,每种材料质量的好坏,都影响着建筑质量的优劣,工程结构的刚度,承载力,对于建筑材料的检测就是利用检测仪器和相关设备对建筑材料进行检测,根据国家的相关标准进行衡量,看其是否符合标准。同时不断提高检测人员的素质、提升业务水平是至关重要的。总之,只有严格按照国家标准和检测方法认真执行,才能保证我国建材行业的健康发展,才能有效提高工程的质量。到目前为止,许多建筑方面的问题也接踵而至,直接影响到了整个建筑工程质量的好坏。因此,在建筑工程建设过程中,必须要对建筑材料进行严格的质量控制和质量检测。 2.影响建筑工程材料质量的因素分析 2.1 建筑材料的供应和堆放存在问题 很多建筑工程项目在施工过程中,几乎都存在建筑材料供应和堆放问题,没有根据工程进度制定材料供应计划,进场的工程材料堆放不规范,没有设立标识等操作,使得水泥很容易受潮变质,钢筋材料锈蚀问题非常普遍,这些问题都会降低建筑材料的性能,进而影响到工程质量。 2.2 建筑材料没有及时检测和漏检 在材料设备进场验收时,一定要经过监理工程师的严格审查,一定要按照标准规定进行检查,严谨接收不达标的材料。这样才能最大程度上的通过样本来整体的材料性能进行检测。同时在检测的过程中检测人员要根据国家的标准进行数量的选择以及检测的方法进行检测,力图检测结果符合标准,科学和准确。在材料检测的实践中深深体会到:对工程材料的质量检测要采取目测和检测相结合;抽检和检验相结合;直接控制和间接控制相结合;严格遵循检测程序,加强合同管理,因此,认真做好建筑工程施工过程中的工程材料试验检测工作,对于工程质量的控制尤为重要。 2.3 建筑施工技术和从业人员达不到工程质量要求 现实中,很多从业人员由于实际经验、文化程度、个人能力、工作态度等的差别,造成检测过程出现较大的偏差,直接影响到工程的质量安全。这对于合理地应用材料,提高工程质量是非常重要的。由此在进行建筑材料的检测过程中,要对相应的检测环境进行严格的控制,使之能够符合一定的指标要求,进而能够确保实验结果的真实性。建立各级人员的岗位责任制度和内部工作文件、技术文件的管理及保密制度、检测样品及抽样管理制度、质量管理手册执行情况检查制度等。由于我国工程建筑施工人员缺乏专业的培训,加上检测人员操作问题,建筑材料检测过程中很容易出现偏差,直接影响工程质量和工程成本的增加,对建筑施工企业很不利。 2.4建筑材料的检测技术落后 根据相关设计要求和规范要求进行项目检测,以保证建筑结构的安全,才能根除工程中的质量通病,防止伪劣材料进入工地。对建筑工程中的一些项目进行强制性检测,钢筋混凝土应按规定方法采取抽样检测,对于运输或者安装等原因所造成的质量问题,必须要经过分析处理鉴定合格后才能使用。完全没有发挥出应有的效果,对建筑材料的检测结果有极大的影响。为了使检测系统更加的科学性,检测结果更加准确,钢筋拉伸试验人员将钢筋拉伸至出现颈缩时便停止了,而未将钢筋拉断,得到的伸长率结果是错误的,这便是人为因素造成的错误。因此,必须按照规范的要求严格操作,才能得到正确的检测结论。只有检测人员提高自身的检测知识,才能够提高检测质量,减少失误率。由此,在进行建筑材料的检测过程中,要对相应的加荷速度进行严格的控制。这也在一定程度上增加建筑材料监管的难度,还有我国建筑材料的检测手段和检测技术还相对比较简单,很多建筑工程采用传统的流程,不仅增加建筑材料检测的工作量,很容易出现各种误差,进而影响建筑工程质量。 3.常用建筑材料的检测 3.1 钢筋的性能和检测方法 钢筋材料本身具有高强度、可焊性、冷脆破坏性和可塑性等性能,但是不同类型和用途的钢筋的单项指标并不代表具有以上全部性能,也是实施检验工作不可缺少的过程。实验室进行检测或开展其他相关业务活动时,制定和完善各项设计标准和检测标准是检验的重要保障。故用于建筑工程所需的材料、设备等必须要符合符合国家技术标准或设计要求,并有相应的中文质量合格证明文件、规格、型号及性能检测报告。由于钢筋的弯曲性能最能够代表钢筋的力学稳定性,钢筋弯曲试验是检测钢筋力学性能的主要方法,是在规定的直径上将钢筋弯曲90度和180度,检测钢筋是否出现断裂、裂缝等现象,这还可以用于检测钢筋焊接接头的质量。 3.2水泥材料的性能和检测方法 水泥是建筑工程重要的材料之一,水泥质量将会直接影响建筑工程基础的载体质量,在工程施工过程中,水泥的泌水性将会直接关系建筑工程构件的抗冻性能、抗渗性能和耐腐蚀性能,但是在振荡、吸水板等条件下将会析出水分,水泥抗渗性是指水泥构件抵抗水渗透的能力。面临使用的建筑材料质量是否过关,直接影响着工程质量,只有严格依据行业标准与科学方法进行检验工作,建筑材料同工程项目的总体质量才能有效提升。对于同一产地、规格、生产时间、进场时间的袋装水泥,按照每200吨为一检测批次,不足的200吨部分按照一个批次检测,散装水泥每一检测批次不得超过500吨,检测水泥的产品合格证、进场复验报告和出厂检验报告。在水泥使用过程中怀疑有质量问题或者超过出厂日期3个月的必须进行复验,按照复验结果处理。水泥仅做安定性检测; 4.结束语 建筑材料的质量是整个建筑工程安全保障和质量的基础,所以建筑材料的检测有着很重要的作用。为了能有效的对建筑工程进行质量控制,提高对建筑材料质量控制的工作水平,并保证所检测材料结果的准确性,确保建筑材料的质量和建筑工程质量的安全可靠。总之,严格按照国家标准和检测方法认真检测,建筑材料的质量与工程质量将会有效提高。 建筑工程材料论文:浅论建筑工程材料的检测及控制措施 【摘要】材料是影响建筑项目质量的重要因素,因此建筑企业及负责人要做好建筑材料的检测工作,并对建筑材料进行严格的控制。为此,本文主要围绕建筑工程材料的检测与控制工作进行简要的探究,以供参考。 【关键词】建筑材料;检测;质量控制 前言 随着经济社会的发展及技术的进步,人们对建筑工程的质量提出了更高的要求,因此必须进行严格的质量管控。而建筑工程的材料质量对整个建筑工程质量决定性的作用,原材料质量的好坏直接决定着整个建筑工程的安全性与效益性。因此必须加强对建筑材料的检测。 1.建筑材料的检测方法 1.1常用的建筑材料检测方法 1.1.1对材料外观进行检测 简单的说就是通过对建筑材料的外观、品种、尺寸以及标志等方面进行检测,查看建筑材料的外在是否存在损坏的现象。 1.1.2对建筑材料进行有损检测 顾名思义就是通过相应的检测仪器对建筑材料进行检测,并对其含有的成分进行化学分析,以此来保障建筑材料的质量。 1.1.3建筑材料的无损检测 就是指在建筑材料不受到破坏的情况下进行检测,通过先进的超声波等技术对材料进行检测。 2.目前有关材料质量检测中易出现的隐患 由于材料的无计划供应、不规范的堆放、没有相关的标识牌,同时加上管理不当或者不及时,如果水泥、钢材等原材料发生变质、受潮或者锈蚀的时候,其就会失去原有的性质。假如未能进行及时或者正确的的材料检测,使工程使用了不合格的材料,会导致质量隐患。对填筑路基的土质材料缺乏土壤调查,判断失误,采用的CBR值达不到规范要求。施工材料特别是钢筋并没有依照设计图纸的规定要求采购,对焊接(搭接)、焊缝的质量情况也未能进行及时检测控制,极容易导致质量事故的发生。而对于材料半成品构件(如涵管、预制大梁),如果未及时进行检测就直接安装在构造物上,可能会导致质量事故。以上几种情况都是在工程施工过程中,相关材料方面经常容易出现的问题,必须加以重视。 3.建筑工程材料的检测 3.1水泥的检测 3.1.1常规检测 施工单位应该选择具有《全国工业产品生产许可证》的水泥生产企业,在上海地区的建设工程还必须有取得《上海市建设工程材料备案证明》的水泥方可使用,同时对水泥的出厂日期、使用期限、生产批号、出厂检验报告等基础信息进行严格的审查,一旦发现水泥出现上述问题,则必须送检测单位复验,直到质量检测合格方能投入使用。 3.1.2技术检测 根据水泥品种不同和水泥在工程中使用部位不同选择水泥的检测项目和方法。水泥强度的检测是必不可少的,要注意的是检测必须是采用国家标准规定的检测方法进行,即对水泥试样按照标准比例配制成水泥胶砂,在标准规定的环境下制备试样、带模养护、拆模、脱模养护,在规定的龄期试压,判定水泥是否达到规定的强度合格与否。 3.2钢筋的检测 (1)钢筋原材入场时,施工人员要查验钢筋生产厂家的《全国工业产品生产许可证》及出场检验报告,将现场随机选取同一批号的钢筋不作任何加工且有表面标志的切取15根试样,并进行拉、弯及重量偏差进场复验。通过相关机械的拉伸、弯曲试验之后,对比国家规定的标准,分析钢筋的力学性能是否合格。 (2)钢筋的焊接情况也是工程材料检测的重点内容。钢筋焊接品种繁多,工程中用的较多为闪光对焊、电渣压力焊、气压焊、电弧焊等,一般焊接的接头外观有作要求,如闪光对焊施工人员必须保证钢筋接头处不得有横向裂纹、不得有明显烧伤,接头处的弯折角不得大于30,接头处轴线偏移需保证在0.1d-2mm(d:钢筋直径)之间。电渣压力焊、气压焊、电弧焊等接头在《钢筋焊接及验收规程》或《建设工程检测见证取样员手册》中都有明确详细的要求,必须遵照执行。 3.3其他材料的检测 (1)对于同一产地、规格、批次的砂石,应该按照需要进行分批,并随机选择试样进行检测。通常对于砂,必须检测细度模数、含泥量、泥块含量(三个必检项目)等,而石还必须再检测针片状含量(四个必检项目)等,只有检测符合要求的砂石才能投入使用。另外上海地区又规定了建设工程中禁止使用特细砂,预拌(商品)砼中、外墙粉刷砂浆、楼面中细石砼和水泥砂浆面层禁止使用细砂以及禁用海砂、禁用卵石等,这些都是施工人员要注意的。 (2)对于墙体材料,尺寸与形状,则是以测量值的平均值作为标准,选出合格品,注意批次、数量、检测强度等。 (3)回填材料以土为主,施工人员可以根据相关质量评定标准,对不同层次的回填土进行抽样检测。 4.建筑工程材料现场质量控制的措施 4.1建筑工程材料检测需注意的问题 第一,在工程材料检测过程中,很多客观因素都将影响检测结果,因此,施工人员需要密切关注这些影响因素,以保证检测顺利进行以及监测结果的有效性。温度与湿度是影响建筑工程材料的主要因素,不同温度与湿度情况下,工程材料将呈现出不同的状态,因此,工程材料检测必须严格控制外界温度与湿度, 第二,建筑工程施工涉及的工程材料种类繁多、数量巨大,需要施工人员确定合理的检测目标,以提高检测效率。如,对于水泥材料来说,水泥强度、安定性和凝结时间是影响其质量的主要因素,因此,需要对水泥的这几个项目进行重点检测。对于钢筋来说,钢筋的的拉、弯直接反应其性能好坏所以需要加强检测力度,不仅可保证钢筋混凝土的质量又可满足工程结构安全要求。 第三,工程材料检测后,需要对检测结果进行科学的分析与处理,尤其是一些离散性较大的数据结果,要进行适当的取舍,以求实的态度计算出平均值,对被检测的工程材料给出科学评价;另外,受到各种因素的影响,检测结果可能会出现一定的误差,施工人员需要对此给予正确的认识,允许合理误差存在。一旦误差超出标准过多,则需要进行复检,以保证工程材料检测的质量与效率。 4.2常用建筑工程材料质量控制措施 第一,施工单位需要根据施工需求,选择适宜规格的工程材料,并进行科学、合理、严格的质量检测,尤其是一些半成品工程材料,必须在严格审查其出厂检测报告的基础上,进行适宜的复检,坚持用检测数据说话,以保证工程材料的质量能够符合建筑工程施工需求,进而为提高工程质量提供保障。 第二,工程材料的保管也是建筑工程施工管理的重点内容,施工人员可以根据工程材料进场的顺序、规格、批号等进行材料的堆放、储存等,写好标牌,同时必须做好工程材料的防潮处理,尤其是一些粉末状工程材料,温度与湿度控制是极其重要的。对于钢筋材料等金属材料则需要做好防锈处理,以保证这些工程材料的性能。 第三,工程材料的合理应用,不仅可以保证建筑工程施工的质量,同时也是节约工程材料、降低工程成本的关键措施。因此,施工人员需要按照施工标准,规范应用工程材料,对于一些需要特殊施工技术的工程材料,必须提前做好准备工作,选择适宜的施工技术,并保证工程材料应用的规范性。 5.总结语 建筑工程材料的检测是建筑工程施工前期的重要基础工作,建筑建设单位务秘对工程材料检测进行高度的重要,选用科学的检测方法,同时制度有效的材料质量控制措施,把工程材料质量管理贯穿于整个项目的施工过程,最大限度地促进建筑工程质量的提高。
建筑结构抗震设计研究篇1 我国所处的地理位置地壳运动比较频繁,相对来说,发生地质灾害的概率高于其他国家,除此之外环境问题的不断恶化,也是最近几年我国各个地区地震灾害频繁发生的主要原因,地震灾害给广大民众和社会经济发展造成的创伤是很难弥补的,特别是在高层建筑越来越多的现代社会中,一旦发生地震灾害,后果的严重性是不可想象的,由于建筑是否具备优越的抗震能力,是建筑能否安然应对地震灾害的决定性因素,因此在现代建筑设计中合理融入抗震设计概念逐渐引起各相关方面的关注与重视,但是在当前的现代建筑结构抗震设计中,仍有一些尚未得到妥善解决的问题,所以迫切需要合理开展现代建筑结构抗震设计与加工处理的探索和研究。 1概念设计在现代建筑结构中的抗震作用 随着近年来大型地震对建筑物造成的严重破坏,以及因为建筑物严重损坏所带来的人民生命财产安全的严重损失,使得人们对于建筑物的抗震性能产生了较高的需求,相应的概念设计理念也在这种需求中逐渐浮出水面,这种概念其核心目的是有效的提升建筑整体结构的抗震性能,通过针对不同地质状况和地理位置所开展的建筑物结构选型,来满足人们日益增长的对建筑物的抗震需求提升。因此在进行建筑物结构设计的过程中所包含的抗震设计内容得到了明显的增加,设计人员应当针对抗震设计来不断提升自身的专业知识和设计能力。在进行建筑物结构方案的选择过程中要避免受到业主的影响,防止受到来自建筑物的外观形状以及结构布局等诸多因素中存在的抗震缺陷。良好的技术选型工作能够有效降低业主对建筑物经济型乃至外观的干扰和影响,如果不能对建筑物地下结构的延展性进行有效的控制,盲目的增加地面下结构的延展性可能会导致建筑物本身的抗震性能受到影响甚至会影响建筑物本身的质量。 2建筑结构抗震设计中亟待解决的问题 2.1前期设计方案中的抗震设计某些建筑工程设计过程中设计单位甚至业主对于建筑物结构的设计方案没有给予相应的重视程度,大多建筑物设计过程集中在如何让建筑外观更加符合业主的要求,这使得设计单位在开展设计的过程中为了迎合业主的需求使得建筑物本身的结构性能得到有效的控制。加之当前建筑行业市场发展速度较快,部分工程的整体开发周期较短,所以在设计的过程中为了能够加快设计速度,某些设计单位甚至会脱离建筑物的结构设计方案。这使得建筑物自身的平面结构或立面结构甚至特殊结构都没有进行科学有效的评估,对于建筑物的抗震性能产生了负面影响。建筑物的设计过程中要将结构设计和建筑设计进行有效的平衡,保证两种设计内容都具备较高的科学性,这是建筑在满足质量要求以及抗震需求的前提下获得更好的外部特征。所以在设计的过程中要重视结构平面立面和建筑物内部的梁柱性能设计,提升建筑物的抗震效果。 2.2结构体系选择在进行结构体系的选型过程中,应当通过对抗震设防的烈度以及类型,建筑本身的地质情况,建筑物的高度,以及施工技术和施工材料等多种因素进行考量,要将建筑物的经济性和技术水平以及最终的建筑物功能进行有效的平衡来提升结构设计的科学性以及合理性。在进行结构设计时应当首先进行计算简图的制定工作,同时要对建筑物自身的地震传递渠道进行有效的模拟。这能够有效降低建筑物不同部位的结构在地震中遭到破坏而使得建筑物整体结构失去有效的载荷能力,出现严重的建筑质量安全事故,要保证建筑物具备良好的地震中的承载能力,吸收地震应力的能力以及在应对不同震级情况下建筑物所能够提供的变形能力。对于建筑物存在的某些弱势结构应该通过各种技术或方法来提升其抗震性能。 2.3结构平面与立面的选择在进行平面结构和立面的设计过程中要面对平面规则问题,通常导致平面不规则最主要的原因是凹凸以及扭转两种不规则问题,在某些情况下楼板局部的连续性较差也会产生平面不规则问题。而立面不规则则由竖向抗侧力构件以及侧向刚度连续性不足的问题产生,在某种情况下楼层的承载能力发生了突然的变化,较为典型的是在地震过程中楼层的承载能力发生突变导致的纵向立面不规则问题。要在设计过程中降低上述几种立面和平面结构不规则的问题,如果设计过程中无法避免这种不规则立面和平面,则需要召集技术人员和工程人员用特殊的技术或措施来进行立面平面的加强工作。 2.4抗震概念设计的有效延伸在进行建筑物的抗震设计过程中,除了对现有技术的依赖和应用之外,还需要通过建模来提升建筑物本身的抗震水平,但受到地震过程的不确定性使得这种技术应用和建模模拟过程仍然不能完整的实现建筑物抗震水平的有效提升,所以应当在进行结构设计时增加建筑物的抗震措施,通过多种不同的方法来有效的缓解地震对建筑物产生的破坏作用。在进行概念设计时首先需要设计人员对于不同建筑结构的性能和原理有着清晰的认识,只有具备完善的设计原则,明确不同的抗震技术在抗震过程中所起到的作用,将这些技术进行有效的排列,明确不同技术的优先级,使得建筑物本身的抗震容错能力得到有效的提升。 2.5结构材料与施工的重要性抗震设计过程中也要考虑到建筑物在选择抗震材料过程中的不同要求,并将这种要求在设计图纸中反映出来。通常针对砌体建筑物所使用的砖块性能有如下要求,多孔砖以及普通砖应当满足MU10的强度等级,空心砖的强度等级应当满足MU7.5,砂浆强度等级应当满足M5。建筑物所包含的框梁以及混凝土的强度等级在一级抗震水平的条件下应当高于C30。圈梁以及构造柱等建筑物构件的强度水平不得低于C20。在建筑物所包含的钢结构在相关技术参数中钢结构的屈服强度以及抗拉强度所产生的比值不应当超过0.85。 3抗震加固技术类型 3.1自身加固方法在对建筑物的结构进行认证加固的过程中,较为常见的加固方法包含压力灌注及其细分的环氧树脂浆和水泥浆的加固方法以及铁把锯加固方法,针对铁把锯加固方法,其核心原理是通过穿墙的裂缝开展加固流程,其核心构件所选用的材料为直径6mm的钢筋,通过对其弯折形成超过两侧缝隙并形成100mm的直钩作为加固构件。 3.2外包加固方法开展外包加固的过程中,主要的加固对象为钢筋网水泥砂浆、外包钢筋混凝土以及水泥砂浆三种面层和钢构件网笼等四种加固方法。钢筋混凝土梁柱砖柱以及砖墙的加固是外包钢筋混凝土面层加固的主要对象,而针对水泥砂浆面层的加固对象主要面向不需要大幅提升抗震能力的砖墙。钢筋网水泥砂浆面层的加固对象主要集中在砖柱和砖墙两个部分的加固流程,在进行该流程的架构过程中通常不需要设置模板进行支撑,只需要在完成钢筋设置后进行多层抹灰工作也能够实现有效加固目的。针对烟囱和钢筋混凝土的砖柱、梁柱进行加固的方法通常为钢构件网龙加固,这种加固方法通常较为简单,只需要做好相应的防锈措施,如果建筑物本身自然环境中的湿度较大时则尽量避免使用这种加固方式。 3.3构件增设方法在进行增设构件的过程中要将在原本结构构件的基础上增加新的构件,增设构件的主要目标是为了加强建筑物本身的抗震性能和整体结构的稳定性,还建议具备一定的变形性能,这能够有效提升抗震水平。通常在进行构件增设的过程中,要将增设的构件可能会对建筑产生的影响进行有效的考量,大多数情况下正是构件通过以下几种方式进行,首先是墙体增设,这种方法适用于抗震横墙本身存在较大的间距,墙体的承载能力不足时便可以增加墙体来实现加固作用,使用这种方法进行墙体加固是可以选择钢筋混凝土墙体或砌体墙体。其次是柱子增设,增加柱子的主要目标是为了增加墙体的颠覆能力,通常增加柱子会采用钢筋混凝土柱圈梁或拉杆等基础构件来对柱子进行有效的连接实现墙体的加固作用。在增设拉杆的过程中通常适用于存在加固受弯的构件以及纵横墙连接部位的固定作用。增设支撑是指适用于屋盖天窗或柱间等建筑内部结构的支撑过程。这也是能够有效提升建筑物抗震性能的重要措施。圈梁的加固过程主要面对圈梁自身的技术参数与施工设计要求存在差异,通常会选择钢筋混凝土和内墙圈梁来对其进行有效的加固,使得圈梁能够依照建筑物的周边形成闭合式的环形圈梁,以此来实现建筑物的整体结构受到圈梁的约束,提升抗震性能。 3.4连接增强方法在发生地震的过程中,保证建筑物实现有效抗震能力的关键部位为建筑物结构构件的连接位置,这是建筑建造过程中常常被忽视的区域对于建筑物的抗震性能有着直接的影响,应当增强对构件连接位置的加固使其具备较强的承载能力,通常该区域存在质量问题的主要反应和特征包含以下两点,首先是拉结钢筋通过砖墙与混凝土梁柱进行有效的连接能够提升加强拉结筋的作用,通过将钢筋进行弯折后插入到砖块的灰缝之间,并在另一侧通过环氧树脂砂浆将钢筋与梁柱体的斜孔进行有效的固定,使得墙体和新增的外加柱进行有效的连接实现加固作用。压浆锚杆则适用于纵向的墙体连接不存在要求连接性能较好的条件下通过将锚杆与内墙和纵墙进行连接再用水玻璃砂浆进行灌浆处理。 4加固设计的技术革新趋势 4.1加固设计所包含的内容为了能够有效提升加固补强作用,在加固之前应当做好加固设计工作,通过将不同的加固方案进行多角度的比较来选择性能较好经济性较强的加固方案,加固工作的核心内容要体现出良好的预防性,对于静结构通常应将其转化为超静定结构,能够有效地提升建筑物在抵御地震过程中所产生的冗余效果。 4.2加固设计过程中的要点内容加固过程中所选择的混凝土其强度要高于建筑物本身的结构所采用的混凝土强度,之所以采用这种强度的混凝土,除了能够有效保证前后混凝土界面之外,还能够提供更加强力的粘接效果,使得钢筋或其他加固材料能够得到有效的巩固,通常后续施工所采用的混凝土体积低于旧有混凝土的体积,加之浇筑过程中受到空间的限制不能够实现有效的浇筑质量。比如在针对较小容积的模板进行浇筑时对其混凝土质量进行检测发现其混凝土质量远低于大空间比例的混凝土浇筑质量,因此需要通过加强混凝土的强度等级来弥补浇筑质量的下降。在进行混凝土加固设计的过程中要对该加固过程的经济性进行考量,防止重复性施工或过度施工所产生的浪费现象,如果建筑工程项目本身处于地震带或地震高发区可以通过对该建筑物增加防震构件来提升建筑物的抗震水平。 5结语 建筑与广大民众切身问题存在紧密关系,建筑的稳固性与耐久性不仅是自身价值的重要体现,对建筑用户的生命财产安全也有重大影响,而地震灾害的发生,是对建筑稳固性的考验,而优越的抗震能力是保证建筑工程安然度过地震灾害,并为民众提供庇护所的有效保障,最近几年地震灾害不时发生的事实,充分引起了人们对建筑结构抗震能力的重视,鉴于将抗震概念合理应用到建筑结构设计中,是提升建筑抗震能力的有效举措,因此,各相关方面应高度重视目前建筑结构抗震设计中的对结构材料与施工作业的要求,以及结构平面与立面选择等各种核心问题,同时也需要合理探讨自身加固、外包加工以及增设构件与增强连接等建筑结构抗震加固措施,以便确保现代建筑结构抗震设计与加固处理的科学性与合理性,借此为广大民众献上高质量建设项目。 作者:商治强 单位:中交铁道设计研究总院有限公司 建筑结构抗震设计研究篇2 建筑行业的发展使得人们对住宅建筑的要求不止步于舒适度方面,人们对住宅建筑的质量和安全能力也提出了很高的要求。住宅建筑的设计单位和施工团队需要提升住宅建筑的抗震能力,保证住宅建筑达到小震不坏、中震可修、大震不倒的要求。建筑单位要对住宅建筑的抗震性能进行把握,建筑结构设计中的危险因素进行排查,保证住宅建筑的安全性和抗震性。 1基于抗震性能的建筑结构设计 1.1选择建筑场地建筑和设计单位在设计住宅建筑时,要充分考虑住宅建筑在不同场地中的抗震效果。比如,在设计条件不变的情况下,平坦地区的住宅建筑在抗震效果方面高于地势起伏大的地区[1]。因此,设计人员要在住宅建筑施工前做好场地调研,对工地的地质条件进行把握,使住宅建筑通过结构设计发挥应有的抗震效果。如果住宅建筑坐落于软土和黄土较多的地区,会降低住宅建筑的抗震能力,如果住宅建筑坐落黏土区域,可以提升住宅建筑的抗震性能[2]。住宅建筑的设计人员需要在设计工作中考虑地质条件、土层条件等因素,保证住宅建筑的地基能够达到抗震标准,使住宅建筑能够有效抵御地震。 1.2建筑地基设计地基基础是建筑结构的重要组成部分,需要保证地基的质量,从而保证住宅建筑结构的抗震能力,这需要设计人员充分考虑地基质量对住宅建筑抗震性能的影响,并在设计过程中充分考量这一因素,具体措施如下:一方面,在建筑结构的设计阶段,相关设计人员需要对地基的承载力进行计算,如果建筑类型为超高层建筑,还需要进一步考虑地基基础的填埋深度,从而提升嵌固效果[3]。另一方面,高层浇筑的建筑,如果地基基础在深度方面难以达到标准,会导致住宅建筑在抗震性能方面存在不足。为了加强住宅建筑的抗震性能,设计人员需要在住宅建筑的结构设计方面提升住宅建筑的防御能力。 2建筑结构抗震性能设计与常规抗震设计的比较 2.1常规抗震设计方法可视为抗震性能设计的雏形早在1980年我国对民用建筑和工业建筑的相关抗震设计标准进行修订时,就明确指出了抗震目标和口号,需要做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”,在这一抗震目标上提出了“三水准两阶段设计”的设计方法。1989年,我国相关部门根据当前的建筑抗震发展需求制定了《建筑抗震设计规范》,这一政策将以往的抗震口号和防护目标进行综合考量,形成了以下两个方面的特点。一方面。为了真正实现规范中“小、中、大”的设计目标,对地震事故进行分析和统计,制定了相应的地震影响系数比。同时提出了关于地震破坏程度的规范性描述,具体内容见表1。其中:局部指5%以下,少许指30%以下,几乎所有指超过50%。另一方面,为了满足“小、中、大”的地震防护标准,提出了“两个阶段”的设计方法。第一阶段的内容为验算结构构件的承载力。这一阶段主要的理论支持为结构弹性反应谱理论,并从中得出了地震作用的标准值及其效应。第二阶段为验算建筑结构的弹塑性变形,并要采取相关抗震构造措施,保证在地震作用下不易倒塌且有特殊要求的结构的薄弱处符合“大震不倒”这一规范要求。通过上述简要分析可以看出,1989年所颁布的《建筑抗震设计规范》中提出的抗震设计方法及步骤已经初步具备了性能设计的雏形。经过多年的不断发展与更新,2001年,我国的抗震规范在概念设计及性能控制上的发展又“更上一层楼”,内容也更加具体和规范。 2.2常规抗震设计方法与抗震性能设计方法之间的对比基于前文对“性能设计”的相关认识,本文对建筑结构常规抗震设计与建筑结构抗震性能设计进行了比较分析。(见表2) 3抗震技术在建筑结构中的应用 3.1主动控制技术主动控制技术是指住宅建筑通过外部的能源来提升住宅建筑本身的抗震能力,在住宅建筑外加入一个外力用来与地震的作用力进行有效对抗,反向的作用力能够提升住宅建筑的防震效果。主动控制技术的工作原理是在住宅建筑外部设置传感器,根据住宅建筑和位置的不同,在对应的位置放置传感器,传感器可以对地震产生反应,并触发一定的响应,通过科学技术和计算机计算,及时将地震的相关情况和信息传输至计算机中,并通过相关步骤计算地震作用力的具体数值,再通过住宅建筑外部的驱动系统来对抗地震的作用力[4]。我国当前对住宅建筑的主动控制技术有阻力设备、防风板、动力脉冲设备等。 3.2被动控制技术被动控制技术是指将住宅建筑内部的系统支撑点进行扩张,形成一小部分的结构动能增加。当前我国对被动控制技术的运用主要在住宅建筑的防震、减震功能中,在住宅建筑的设计过程中,通过被动控制技术来提升住宅建筑的减震和防震功能。减震防震技术的基准点是将住宅建筑本身作为基点和依托,可以有效提升住宅建筑的内部抗震能力,通过科学的住宅建筑控制结构将地震对住宅建筑产生的作用力通过科学技术和相关设备进行缓解和阻断,降低地震对住宅建筑的破坏程度,从而达到减震、防震的目的[5]。当前,我国在被动控制技术方面主要有摆动、混合、支撑等,通过住宅建筑外部的构件来形成住宅建筑内部系统的元件,通过这些小构件阻隔地震所带来的动能。一些地区为了更好地缓解地震对住宅建筑造成的动能破坏,采用阻力器和耗能原件来对抗动能较小的地震,通过风的作用力来对抗震动以提升整个住宅建筑的抗震强度。阻力器和耗能原件会随着地震的强度发生相应的改变,将地震对住宅建筑的动能进行吸收和转化,从而降低住宅建筑的晃动频率,可以有效减少地震对住宅建筑的损坏,保护人民的生命财产安全[6]。 3.3混合控制技术混合控制技术是住宅建筑防震、减震的重要技术之一,在住宅建筑的抗震能力提升过程中将主动控制技术和被动控制技术进行科学、合理的融合,可以有效提升住宅建筑的抗震水平。相关工作人员将被动技术和主动技术的优势进行结合,可以将住宅建筑的外部和内部抗震能力同步提升[7]。主动控制技术的抗震效果比较理想,被动控制技术在住宅建筑的抗震适应性方面比较强,但是两者都存在不同程度的缺陷,被动控制技术在实际的应用过程中容易出现检测漏洞的问题,主动控制技术在实际应用过程中过度依赖外部力量控制,而且主动控制技术的结构系统在构建过程中较为复杂,很难在实际应用过程中进行普及。混合控制技术可以将被动技术和主动技术的优势进行结合,同时最大限度规避两者的缺陷,在实际中的应用比较广泛。 4当前抗震设计理念中存在的问题 4.1设计理念过于保守当前,我国存在部分设计单位在设计理念方面受到传统想法的禁锢和限制,在住宅建筑抗震设计理念上缺乏新技术和新思想,这在一定程度上阻碍了新技术和住宅建筑抗震设计的结合和融入[8]。存在部分设计人员在进行住宅建筑减震、抗震设计工作时,没有对现场施工环境和建筑性能进行了解和把握,设计的内容过于死板和僵硬,导致设计方案比较刻板,难以有效提升抗震能力。 4.2过于重视抗震结构强度,忽视性能建设我国当前的建筑设计单位对住宅建筑的抗震结构和整体承载能力投入了过多的关注度,而对住宅建筑外部和内部的建筑结构和性能设计方面缺乏足够的重视。许多设计人员学习的理论知识,大多内容为住宅建筑主体的抗震能力设计,却忽视了对住宅建筑在细微之处的抗震能力,缺乏抗震损失的经济评估准则。 4.3抗震指标不清晰、理念不明确当前我国在住宅建筑的设计理念和设计方法方面缺乏规范的系统和标准,没有对抗震效果的规定和具体数值作出明确规定。除此之外,一些落后地区的建筑单位,对抗震理念和抗震知识没有深刻地了解,对于住宅建筑建设完成后是否能够建立抗震性能和抗震能力都无法进行有效的判断。 5提升住宅建筑抗震设计的有效措施 5.1减少地震的能量输入住宅建筑的抗震效果主要体现为设计人员在进行设计工作时能否提前预测地震对住宅建筑的破坏力,并根据破坏力的大小来对住宅建筑结构的形变能力进行规划和调整[9]。设计单位需要根据住宅建筑的施工环境和具体情况来计算住宅建筑的结构形变数值,对施工地址进行调研,通过具体的公式进行有效计算,保证地震来临后住宅建筑可以最大限度对抗地震的破坏力,减少地震给住宅建筑带来的能量输入。 5.2设计过程中明确设计规则和方案建筑单位在对住宅建筑进行设计和规划时,需要对住宅建筑进行有效地规划和布置,对我国当前的抗震数据进行汇总和分析,并根据住宅建筑所在地的地震频率对住宅建筑的抗震效果进行针对性的设计和规划。通过建立平立面可以提升住宅建筑的抗震能力,建筑设计单位在设计过程中需要对建筑结构的抗震规则进行了解,保证住宅建筑的抗震能力能够得到提升。 5.3抗震性能设计方法提升住宅建筑抗震能力的方法有很多,比如直接位移设计、位移影响系数等。直接位移设计是通过判断建筑材料极限数据的预期位移,来得到住宅建筑抗震性能的实验数据。直接位移设计法在实际运用过程中也存在一定的局限性,这一方法难以精准测量建筑材料极限数据之外的抗震效果。位移影响系数法主要是通过相关方法对住宅建筑的结构性能进行规划和设计,对住宅建筑作出最大期望位移值的判断和设计,这种方法主要是通过模拟地震作用力,来判断住宅建筑的整体抗震效果[10]。位移影响系数法在实际运用过程中也存在一定的局限性,这一方法无法具体展现住宅建筑某一层楼的损坏情况,是属于整体性的评估。 5.4设计过程中考虑住宅建筑自身重量住宅建筑在面对地震灾害时会发生不同程度的损坏,这种损坏不只是地震产生的动能造成的损坏,与住宅建筑本身的质量也有很大的关系。因此,施工过程中,在保证地基等具体设施条件不变的情况下,要尽量降低住宅建筑本身的重量,提升住宅建筑设计的质量和水平[11]。通过对我国地震灾害的相关数据调查,笔者发现软土层地基的区域,如果住宅建筑的层数过高,地基难以支撑高层结构,则容易出现头重脚轻的局面,在发生地震时对住宅建筑的破坏程度比较高。 6结语 住宅建筑的抗震设计是一项系统、综合性的考量,住宅建筑的抗震水平会对人民的生命财产安全产生重要影响。相关住宅建筑设计单位必须高度重视房屋抗震性设计,采用准确、合理的抗震设计方法,不断提高房屋抗震性能,为社会建造更好的房屋建筑项目。 作者:张瑜 单位:京鼎工程建设有限公司 建筑结构抗震设计研究篇3 一直以来,人们对在建筑中有关的耐震措施都是秉承着“小震不塌、大震能修”的准则,尽管建筑设计在耐震方面也采用了不少的措施,受诸多因素的影响仍然不可避免地出现了质量问题,与此同时也给社会造成了巨大的经济损失。影响建筑物质量的因素有很多,其中最主要的还是施工工人的安全意识不够,在施工过程中产生了侥幸心理,偷工减料,甚至私自更改了总体设计方案,从而未能切实地把建筑防震的安全措施落到实处。 1建筑抗震设计的必要性 据统计,全球一年出现的地震约达五百万次,其中大部分地震都产生于地球内部,而人类感受到的最大抗震,亦为有感抗震,仅占总量的百分之一以下,能引起灾害的强地震则为数更少,一般每年十几起[1]。不过,即使是这种每年为数不多的大地震,也给人类造成了无可挽回的巨额经济损失和触目惊心的人身伤亡事故。据有关统计表明,我国95%以上的地震事故是由于建筑无抗震结构能力或抗震结构能力低下出现倒塌。而作为一个地震频发国,日本一直很注重建筑材料的抗震设计工作,其抗震结构设备和技术手段也比较发达,日本建筑已普遍达到了抵御7~8级地震的能力。《中国防震减灾技术法》第35条明文规定:“新增、扩大、改造施工,必须符合抗震结构建筑设防标准。”由此可见,对建筑实施合理的防震设计是降低抗震灾情最可行、最基本的保护措施。 2“结构抗震概念设计”的含义 从20世纪70年代开始,世界各国标准都明确了在建筑工程技术上应当注意“结构抗震概念设计”,即基于抗震灾情调查、科研和施工经验等场所形成的基本原则与建筑设计思想,进行建筑物构件的总体布局和确定细部结构。这些设计理念将有利于确定构造抗震思想,不仅可以改善建筑物构造的抗震特性,同时也为有关抗震计算提供了有利条件,从而使计算分析结论更能体现今后抗震时构造的实际抗震反应。 3抗震概念设计的基本原则 3.1选择对抗震有利的场地和地基建筑的抗震能力和现场要求有密切联系。对多次地震的研究已经证实,对于同类别的建筑,因为施工地点不同,损坏程度也会存在较大差异。因此建筑物的选址应该尽量避免在地貌上有活动断层通过或断裂交叉的地区,尤其是在有活动断层的区域进行施工。 3.2通过合理规划,防止地震时出现的次生灾害地震所引起的次生灾难,有时也会造成大于地震直接带来的社会经济损失,防止地震时出现更强烈的次生灾害,是防震工作的一项非常重要方面。在震中区域的建设规模上应使住宅分散建立,而住宅的高度间距以不低于1~1.5倍的房屋标高为宜,以便为在抗震时人员撤离和救援以及为抗震修筑临时性工程留出余地。要尽量避免房高巷小,防止抗震时因为楼房坍塌将道路阻断,公共建筑更应充分考虑抗震避难问题,通常可和消防避难一起考虑。 3.3选择合理的抗震结构方案建筑的基本结构制度,必须根据建筑物抗震设防类型、抗震设防力度、建筑标高、施工条件、地基材料、结构构造建筑材料与施工条件等各种因素,经科学技术、经济价值与实际使用条件的综合评估对比后而制定。所选择的结构构造系统,应该具备明确的计算简图和合理的地震作用传导路径,并具有必要的抗震强度、正常的变化力量以及消耗抗震能量的能力,可以防止由于部分结构或构件损坏而造成整体构件缺乏抗震能力以及对重力荷载的承受能力。 3.4非结构构件的处理非结构构件分为建筑物非结构构件和建筑物内部附带机械设施,包括与建筑物结构基础之间的机械连接等。但是,由于在强烈抗震影响下,建筑物中的这部分构件会或多或少地参与其中,因此可以改善整个构件或部分结构的强度、承载力和传力路径,从而形成意想不到的耐震效应。所以,有必须参照以往每一次震害经历,妥善处理这种非结构构件,以降低震灾,并增加建筑物的耐震可靠程度。 4设计多道抗震防线 4.1设计多道防线的必要性众所周知,地震的震动不只是一次,一般是在一段时间内持续震动,并且大型地震之后还会伴有余震。所以建筑物在地震多次震动的影响之下会形成累积型的损伤。因此,对于建筑物的抗震防线的设置,不能只局限于一道防线,只有在第一防线的基础上设置好第二、第三道耐震防线,才能够提高建筑物的抗震能力,从而提高建筑物的安全性。 4.2第一道防线的构件选型建筑物的结构是不同的,无论是砖墙、构架还是墙体都必须具有一定的抗震能力。但是不同的建筑物的结构的受力能力不同,所在防震的效果则存在着具体的差异。一般来说,相关工作人员需要充分考虑建筑物结构所能承受的重力情况,例如轴压比较小的防震墙体结构,在具体的施工过程中将防震墙体当作第一道抗震设防的抗侧力构件。工作人员通常不考虑将轴压特别大的框架墙作为第一道设防的抗侧力构件。如果选择轴压较小的防震墙体作为第一道防线,即使结构被破坏,也不会危害到整体结构。选择轴压大的防震墙体作为第一道防线,一旦抗侧力构件遭到破坏,就会造成整体构架柱的竖向承载力大幅度降低,从而对整体构件的结构安全造成威胁。所以在技术条件允许的情况下,并且构架是整体结构中独立的抗侧力体系时,工作人员就必须采取强柱弱梁的结构,这样能够更好地提高整体构架的延展性。 4.3抗侧力体系多余杆件的利用建筑物主体结构抗震设计的最主要目标是防倒塌,当建筑物主体结构受到较重外力造成损伤的情形下,也能够保持一种比较稳固的状态。因此针对建筑物结构主体比较理想的应用方法就是能在主体构件内部增加若干杆件,其中杆件和主体构件之间的强度差值应当在国家规定的标准范围内,并采用合适的配筋,保证主体构件及其杆件有较好的可伸缩性,当遇到地震时,这种杆件设备会在主体构件之前进行有效的抗压,利用它所具备的塑性程度,把地震过程中产生的破坏力进行分散[3]。例如:针对两片或者是多片的单肢抗震墙,利用水平抗弯梁共同连接成为多肢的抗震墙,并且使抗震墙能够和同一个平面之中的框架形成并联,从而加强其抗震方面的能力。这种方式可以实现对于结构动力整体的特性的控制,并且在多余杆件之间的耗能和内部力量在双重分布之下,通过结构系统将压力逐渐转移到内部,从而形成更加稳定的结构系统。具体可以从以下两个方面进行:首先是关于新建楼宇的总体设计。随着当前建筑行业的迅速发展,以及建筑架构设计理念的不断更新,人类对建筑内部结构的减震、隔振设计也日益关注。因此在建筑设计的时候,除了对建筑的基础部分采取特殊处理措施以外,还可以利用消能减震设备以及元件减小震害对结构的作用力,进一步保障人们的生命财产安全性。其次是加强新建成建筑物的防震加固措施。针对新建筑的地面或基座实施隔震设计,工作人员需要在建筑还没有施工之前进行建筑物的隔震设计,采取各种积极措施结合实际情况进行适当的调整。在具体的施工过程中,必须在建筑的关键地点设置特殊的隔震设备。在建筑完成之后,如果要增强建筑物的耐震性,工作人员可以采取增设阻尼器的措施,在建筑的构造上进行添加减能设备。 4.4结构选型 4.4.1合适的结构类别工作人员在具体的施工过程中应该制定出相应的结构方案,这种方案既能满足经济效益的提升,也能够保证建筑物的实用性,工作人员在设计方案时需要充分考虑建筑物的抗震性能。通过对抗震的相关资料进行研究,从而得出钢筋之中的直径混凝土结构整体的抗震特性需要优于砌块,在具体的施工过程中砌块结构要比无筋砌块理想。而针对配筋砌块,工作人员需要配合结构方面的具体模式进行施工。从整个杆件的类型上而言,墙体在抗震性比起材质的空间构架或者是排架更加稳定,而整个空间构架的抗震性优于平面的抗震性。 4.4.2超静定次数增多从平面构件上来说,各个构架的耐震性排名如下,构架的耐震特性高于排架构造,带支承构架也高于简单架构。静定结构的杆件具体特点表现在搭设受力体系和传力路径独立,当一根杆件搭设损坏之后,整体构造也不会因传力路径的断裂而损坏。当超静定构件在超载荷状况下工作时,首先是剩余杆件的搭设上发生损坏,该杆件搭设在产生塑性铰的工作过程中,会分解一部分地震的危害力量。其结果也只能是减少构件的超静定次数,但整体构件结构仍然是一种稳固体系,具备较好的防震能力构件的超静定次数越多,所消耗的震害能力也就越多,抗震安全程度也就越高。 4.4.3耐震的屈服机制一个良好的结构屈服机制,主要特点是结构在其杆件出现塑性较之后,在承载能力基本保持稳定的条件下,可以持续地变形而不倒塌,最大限度地吸收和耗散地震能量。结构的塑性发展从次要构件开始,或从主要构件的次要杆件开始,最后才在主要构件上出现塑性铵,从而形成多道抗震防线。结构中所形成的塑性铵的数目多,塑性变形发展的过程长.构件中塑性较的塑性转动量大,结构的塑性变形量大。 5建筑结构的主要隔震措施 中国的建筑的耐震设计中,一般都是采取对地面结构进行特殊处理、设置耐震装置、对建筑物的上部构造进行抗震设计,以便于实现建筑抗震隔震的目的,相关措施一般也是混合应用的,不过人们根据震害构造特征和建筑自身构造特点,会有所侧重的在重要部位设置隔震层,而根据隔震层的情况不同我们可以将建筑的隔震设计分成如下几类。 5.1对建筑物地面使用的特殊建筑材料隔展建筑物基本隔震,主要是对建筑物的基底部分加以特别处理,减少地震时的地震波,进而降低震害对建筑物结构的破坏。传统上是在建筑物的基本部分交替铺设黏土和砂子,甚至直接设置黏土或沙子垫板,在我国建筑史上,就已经有人以糯米为主要原料,在建筑物的基本部分设置了垫板,以减轻震害对建筑物结构的破坏。近年来,国家有关部门在这方面的研究上已经获得了突破性发展,以沥青为主要原材料研发出了特殊建筑材料,这种方法设置的隔震层效果比较良好。 5.2在建筑基础上设有隔振装置减震这一类隔震措施,主要是在建筑的基座和上层建筑物中间设有特殊安装,从而减少震害的方向传播,不过,这些措施的主要缺点是不宜使用于大型高层建筑,由于在大型高层建筑设有这种安装会拉长建筑物构造本身的自震期,起不到减少震害对建筑破坏的目的。一般使用的措施有:摩擦滑动隔震、粘弹性隔震等多种,一般设定的装备有橡胶垫、混凝土隔震设备等。 5.3建筑楼层间隔地震预防措施建筑楼层间隔地震这种方式主要应用于旧房改造,在建筑施工中有着简便、易于运行的优点。与在建筑物结构基础部分设置隔震设备的方法比较,层间隔震的效应并不是特别显著,这些方法大多是通过设置在建筑物结构中各层间隔的减震设备吸引和减弱地面震害力量,从而降低地震对建筑结构的损害,所设置的装置也基本与建筑基础隔震的原理一致。 5.4对建筑构件悬挂隔震所谓悬挂隔震,就是把建筑的部分甚至整体构件都悬挂起来,也就是人们平时所谓的悬空构件,这样,在地震来临时,地震的力量就不会传导给悬空起来的建筑构件,从而起到了减轻地震带来的危害的目的。这个隔震方法最常用于特大型钢构,因为特大型的钢结构建筑都是通过钢构件悬挂系统用以隔震。而大型钢结构建筑一般划分为副构架和子框架,在悬架系统中,子框架通过索链和吊杆挂在主构架上,在地震发生来临之时,主构架就会因为地壳运动而产生摇晃,不过,由于子构架与主架构之间是可以活动的索链和吊杆,当震害的力量在达到这个部位的时候就会减弱,不至于传导到次结构上产生惯性力。 5.5其他减震措施(1)根据建筑的方向设置防震问题。众所周知,建筑防震问题主要受到地壳的移动影响,和地质构造学有着十分重要的联系。人们在建筑材料选择的时候,必须充分考虑现场地质条件,并分析当地地震的震向,使建筑材料的方向与地震震向垂直,而尽量避免二者方向相互平行。从刚刚发生的四川汶川地震和玉树地震的实际状况分析,与地震震向水平的建筑的坍塌概率更高,而与此相反,与地震震向垂直的建筑不太易坍塌。而科学研究也表明,与地震震向水平的建筑,当震中产生时,随地震波运动的振幅更大,所以更易于坍塌。(2)无粘接支持系统的减震问题。无粘接支持系统是建筑结构减震系统中较为有效的一类,这个系统主要是经过科学设计,使建筑内部钢板与外部的包钢间无粘接并可形成能随意滑动的一个层面,当抗震问题产生时,可以利用内部钢板间的协同效应从而消耗抗震能力。不过,这样设计的缺点是在结构设计和有关部件的计算方面规定得特别严格。主要是因为这种系统中建筑物的重量大部分由内钢来承受,外钢则主要起配合和辅助的功能,还能够避免内钢弯曲变形。 6结语 综上所述,地震是一个突然的自然灾害现象,就目前世界各国为减少地震等突发灾难所采用的对策来说,大致有以下三种:一是加强地震预报,并在震害出现之前采取适当措施以降低经济损失;二是在建筑设计与施工等方面,增强各种建筑对震害的抵抗能力,以及对已建建筑进行耐震能力评估与加固;三是做好大地震时的紧急指挥和救灾工作。总之,在各个环节上注意和严格把关,将大地震灾难规模尽量减至最小、最轻微。 参考文献 [1]胡爱珍.关于提升建筑工程结构抗震性能的思考[J].河南建材,2018(4):55-56. 作者:金旭 汲鹏 张值源 刘子寒 单位:辽宁工程技术大学土木工程学院
建筑工程抗震设计研究:建筑工程中砖混结构的抗震设计措施 摘要:在建筑工程的实施过程中常常用到砌体,但这种材料所固有的特性诸如形变能力较小、能耗较差等使得砖混结构的建筑物不能够满足在地震地区的需要。因此,必须采取措施对其抗震性能进行提高,改善砖混结构在建筑工程中的延性和能耗性,这将具有十分重大和深远的意义。为此本文针对砖混结构的设计理念以及存在的问题提出了建筑工程中砖混结构的抗震设计措施,以使地震灾害中生命和财产损失降低到最小。 关键词:建筑工程;砖混结构;抗震设计措施 目前,我国的大部分地区建筑工程中所使用的材料均为砖混结构,同时据相关研究表明在汶川和玉树的地震中受到严重破坏的均为砖混结构,地震中砖混结构的破坏不仅带来了巨大的损失还给人们留下了不可磨灭的影响。为此很多的地震工作者在不断的进行着努力,总结了一些抗震措施。为此,本文就现行的抗震设计理念和砖混结构中存在的问题进行了探讨和分析,提出了在建筑工程中砖混结构的一些抗震设计措施,以其给同行以一定的借鉴。 1砖混结构中的设计理念 现在社会中,世界上很多国家应对建筑物的抗震目标中指出:在小地震频发地带,要求建筑物的结构能够经得起考验,出现一定的破损但经过修整之后可以投入使用;在遇到难的一见的大地震时,可以允许建筑物的结构出现一定程度的毁坏,但是不允许建筑物全部倒塌。在我国的抗震规范中要求建筑物“小震不坏,大震不倒”,总体上将砌体的抗震设计分为两个方面:(1)对截面的承载力进行验算,使构件或者整个结构能够经受一定强度的考验,这主要是对抗剪力的计算。(2)抗震能保护措施。在现阶段的研究中,主要是对结构的连续性、整体性以及布置的合理性等进行科学的布局,保证建筑工程中建筑物在遭受强震时不至于倒塌。根据相关资料的分析表明,对抗震进行合理的布置、注意构造措施能够有效的提高建筑工程中建筑物的抗震能力。这说明,在一定程度上设计的理念要比强度的计算更能对地震的预防起到作用。 2建筑工程中砖混结构在抗震设计中的问题 现阶段,很多的设计人员所做的工作绝大多数是针对基层建筑物进行抗震设计的,所以在针对建筑工程中抗震结构的设计过程中,不能重视建筑物顶层的抗震结构。一些顶层或楼梯之间砖混结构中的突出部位中砂浆强度不够,将会在地震中出现特别严重的破坏。在一些建筑工程的施工过程中,一些建筑物中为追求大客厅的效果,通常在建设过程中设有大开间和大门洞,但大门洞的墙宽不够300mm,而阳台的长度却要超过2m,砖混结构的设计过程中,其房屋因场地和造型的限制,使得在工程设计的过程中建设成了复杂的结构,从而使施工过程中不能够将纵横墙之间的布置进行对齐,同时使得竖向结构中存在着不能保持连续的情形。除此之外,一些由砖混结构构成的建筑物在针对抗震设计时,不能够准确的对建筑物的承载能力进行验证和核算,使得在建筑工程的施工过程中仅依靠经验对其进行设计,从而使得砖混结构的砌体不能够满足实际需要,达不到相关标准规定。在实际的施工过程中,存在于建筑物中的问题不仅仅限于此,所以作为设计人员必须要正视砖混建筑物中的问题,并进行认真的分析做出合理的设计。 3 建筑工程中砖混结构的抗震设计措施 3.1砌体建筑物的刚度及整体性的强化 在建筑工程的实施过程中,建筑物中的具有空间刚度的结构体系由承重构件和楼盖组成,该结构所具有的刚性和整体的稳定性是决定建筑物是否能够抵御地震的关键,这是砖混结构构成的建筑物的一大特性。在抗震过程中,刚性楼盖能够根据侧移对地震起到分配的作用,使建筑物的整体性增加,使滑移、散落现象消失,使楼板的刚度增加,增强抗震作用。同时楼板和屋盖具有较好的刚度能够使水平载荷进行良好的传递,在平面结构上,上下墙体进行对齐能够有效的传递水平力,而楼板和屋顶的存在则能够有效的对墙体进行约束。现阶段,在建筑工程的实施过程中使用现浇筑的屋盖能够有效的增强其刚度和稳定性。 3.2房屋圈梁和构造柱的合理设置 根据相关资料的调查表明,砖混结构组成的建筑物中采用圈梁能够起到有效的防震作用,使地震的损失减少,并能够在一定程度上提高砖混结构建筑物的抗震能力。圈梁设置在楼板的水平面可以使建筑物的整体性和稳定性增强,还能使内外墙体之间的连接更加协调,同时在圈梁的作用下还可以对楼板和纵横墙的布置进行约束,使它们组成一个有机整体,这能够有效的对内外墙的倒塌起到缓冲,有效的提高了墙体的抗震能力。在竖向的结构中,在构造柱和墙体的共同作用下,能够有效的对墙体的裂缝以及水平面的夹角进行限制,这能够显著的提高墙体的抗变形能力,使墙体的抗剪切能力增加,能够有效的保证墙体的完整性。圈梁的设置能减少地面裂缝的出现,同时可以改变地下的不均匀沉降,值得注意的是屋顶和基础顶采用圈梁是保证建筑物竖向刚度和抵抗砖混结构的最佳结构。 3.3 有效的保证建筑物的总层数和总高度 对有关砖混结构的建筑物进行调查的资料表明,建筑物的层数越高,其破坏程度就会越大,所以有效的降低砖混结构建筑物在地震中的破坏程度的措施之一就是降低建筑物的总高度和总层数。根据相关的建筑抗震设计规范中对高度和层数的强制规定:在建筑工程中建筑物的总高度和必须要满足各种限制。这是因为建筑物的顶层的总重量达到建筑物总重量的一半,增加一层楼就会使地震中建筑物坍塌的危险增加一分。在建筑物的层数相同的情况下,重量增加一分就会使建筑物底部承受的抗震倾覆力矩增大一分,在倾覆力矩过大的情况下,建筑物不能够承受较大的重量就会造成倾塌。所以,有效的减轻重量,是建筑物的层数降低,这是减弱地震的有效方法之一。 3.4墙体面积的适当增加和砂浆强度的合理提高 由砖混结构构成的建筑物在抗震设计过程中,上面几层房屋在地震中所起的作用较小,因此受到的影响也较小,很容易达到相关要求。在地震发生的情况下,建筑物的底层很容易成为脆弱层,不能够达到相关抗震需求。所以在实际建筑工程的施工过程中需要对砌体的承载面积和砂浆的强度等进行合理的调配,使它们达到相关标准。所以,在建筑工程的施工过程中,适当的增加底层的墙体面积或提高砂浆的强度可提高砖混结构的抗震能力。 3.5砖混结构建筑物的平面和立面的合理设计 建筑工程中砖混结构的合理设计中最重要和常见的内容是其平面和立面 的设计。在该工作的实施过程中必须要使平面和立面的各个方面做到简洁、正式和规范,同时使质量中心和刚度中心保持一致。在建筑工程的施工过程中常常会出现砖混结构构成的房屋不能够完全重合,这将会增加在地震中出现扭转作用的情形。在建筑物的施工过程中对于不规则的砖混结构需要注意对其偏离墙体的抗震数据进行精确的计算和验算,同时保证建筑物的重心位于最低端,建筑的立面要避免头重脚轻现象的出现,突出屋顶部位的建筑物高度不应设置的过于高,同时要尽量不使用错落的立面形式,预防砖混结构的建筑物在地震中产生鞭梢效应。 4结语 在地震的发生过程中能够造成最直接和最大经济损失的严重原因是建筑物的坍塌,而地震的发生具有很多因素,在其发生时若建筑物能够有效的对其进行抵挡,就能够有效的保护很大一部分人逃出房屋,保证他们的生命安全。所以在建筑工程中有关砖混结构中抗震设计措施中必须要做好方方面面的工作,将每一步的工作落实到实处,这样才能够有效的保证在地震中受到最小的损失,获得最大的经济和社会效益。 建筑工程抗震设计研究:建筑工程多层或高层结构抗震设计 摘要:运用现代科学技术手段来减轻和防止地震灾害,对建筑结构进行抗震设计是一种积极有效的方法。所以,以下是笔者对当前建筑结构抗震设计的几点看法探讨。 关键词:建筑工程,结构,抗震设计 建筑物本身又是一个庞大复杂的系统,在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面,由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,也存在着不确定性。因此,建筑结构抗震设计就显得尤为重要。 1.有关抗震设计的若干概念 为了保证结构的抗震安全,根据具体情况,结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。高层建筑的结构单元宜采取加强连接的方法。尽可能设置多道抗震防线,强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,在首次破坏后在遭受余震,结构将会因损伤积累而导致倒塌。适当处理结构构件的强弱关系,使其在强震作用下形成多道防线,并考虑某一防线被突破后,引起内力重分布的影响,是提高结构抗震性能,避免大震倒塌的有效措施。合理布置抗侧力构件,减少地震作用下的扭转效应。结构刚度、承载力沿房屋高度宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱部位。结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能构件应有较高的延性和适当的刚度,承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。合理控制结构的非弹性(塑性铰区),掌握结构的屈服过程,实现合理的屈服机制。框架抗震设计应遵守“强柱、弱梁、结点更强”的原则,当构件屈服、刚度退化时,结点应能保持承载力和刚度不变。采取有效措施,防止钢筋滑移、混凝土过早的剪切破坏和压碎等脆性破坏。考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时,基础结构或地下室机构应保持弹性工作。高层建筑的地基主要受力范围内存在较厚的软弱黏性土层时,不宜采用天然地基。采用天然地基的高层建筑应考虑地震作用下地基变形对上部结构的影响。为了充分发挥各构件的抗震能力,确保结构的整体性,在设计的过程中应遵循以下原则:①结构应具有连续性。结构的连续性是使结构在地震作用时能够保持整体的重要手段之一。②保证构件间的可靠连接。提高建筑物的抗震性能,保证各个构件充分发挥承载力,关键的是加强构件间的连接,使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。③增强房屋的竖向刚度。在设计时,应使结构沿纵、横2个方向具有足够的整体竖向刚度,并使房屋基础具有较强的整体性,以抵抗地震时可能发生的地基不均匀沉降及地面裂隙穿过房屋时所造成的危害。 2.抗震设计一般规定 2.1多层和高层现浇钢筋混凝土房屋的结构类型和适用的最大高度应符合要求。平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构,适用的最大高度应适当降低。合相应的计算和构造措施要求。 2.2钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算措施要求。 2.3钢筋混凝土房屋抗震等级的确定,尚应符合下列要求:框架一抗震墙结构,在基本振型地震作用下,若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,最大适用高度可比框架结构适当增加:裙房与主楼相连,除应按裙房本身确定外,不应低于主楼的抗震等级;主楼结构在裙房顶层及相邻上下各一层应适当加强抗震构造措施。裙房与主楼分离时,应按裙房本身确定抗震等级;当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。地下室中无上部结构的部分,可根据具体情况采用三级或更低等级;抗震设防类别为甲、乙、丁类的建筑应结合有关抗震设防标准的规定和确定抗震等级;其中,8度乙类建筑高度超过规定的范围时应经专门研究采取比一级更有效的抗震措施。 2.4高层钢筋混凝土房屋宜避免采用规定的不规则建筑结构方案,不设防震缝。 3. 建筑防震设计方法 建筑抗震的概念设计指在进行建筑结构抗震设计时,应着眼于建筑物结构的总体地震的震动反应,按照建筑结构的破坏机制和破坏过程,灵活应用建筑抗震的设计准则,全面而合理地解决建筑结构设计中出现的基本问题。 钢结构建筑有许多优良的特性。有很好的抗震、抗风性能。钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强,建筑物自重仅为砖混结构的1/5,抗震性能却是砖混结构的2倍以上,并有很强的抗风性能,有效的保护人民生命和财产安全。建筑钢结构都是由多层水平的楼盖和竖向的柱、墙等组成。楼盖主要承受竖向荷载,而建筑竖向的柱、墙等构件因为建筑高度的变化,其组成方式和受力变形.特性结构体系也有明显的变化。框架、剪力墙及筒体是结构中抵抗竖向及水平荷载的基本单元,由它们及其变体组成了各种结构体系,如框架结构体系、框架一支撑结构体系、框架-剪力墙体系、框架一简体结构体系、交错析架结构体系等。 建筑设计应设置多道抗震设防体系。由于地震的震动往往会持续一定时间,而且震动是往复的。根据对地震的大量研究可以看出,建筑物的倒塌通常是由于地震的持续往复作用,使建筑物的结构造到破坏,从而丧失了对建筑物重力荷载的承载能力。所以,建筑抗震规范提出“强柱弱梁、强剪弱弯”的抗震设计思想。建筑柱桩是建筑主要承受重力荷载的构件,通过科学、合理处理柱与梁之间的强弱关系,使建筑框架梁在地震中先于柱子屈服,出现了塑性铰,从而耗散一定的地震能量,柱桩在建筑抗震中退居到第二道抗震设防体系。剪切破坏属于力学的脆性破坏,而弯曲破坏是材料力学中的延性破坏,破坏后出现塑性铰,建筑结构还能够继续承载。“强剪弱弯”的设计思想则使剪切破坏退居到第二道抗震设防体系。 建筑抗震设计要具备合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。结构构件必须具备足够大的承载能力和刚度(刚度包括抗侧刚度和抗扭刚度),结构构件的承载能力和刚度是相关的,一般来说,建筑刚度越大,其承载能力也越大。增大建筑结构构件的承载力,可以推迟地震时构件的屈服能力,减轻地震对构件的屈服程度,降低对构件延性的要求,但这提高了建筑工程造价。要实现经济合理的建筑抗震结构体系,使建筑物在遭受大地震侵袭时,仍具有很强的抗倒塌能力,最理想的是建筑物部分结构构件破坏,通过延性耗散地震能量,避免建筑物的倒塌。 建筑延性系数设计方法。该方法的实质是通过建立建筑构件的位移延性系数或建筑截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系,由结构约束箍筋来保证优秀混凝土能够满足所要求的极限压应变,从而使建筑构件具有所需要的延性系数。建筑延性包括建筑结构延性、构件延性和截面延性三个方面。结构延性可以用顶点位移延性和层间位移延性来表达;构件位移延性与塑性铰区长度和截面延性等有关;截面延性与建筑物的几何形状、混性土强度、轴压比、纵筋含钢率、含箍特征值等因素有关。 采用能力谱方法进行建筑抗震设计。该方法是通过地震反应谱曲线和建筑结构能力谱曲线的叠加来评估建筑结构在给定地震作用下的反应特性。反应谱是指单自由度体系在给定地震输入下的加速度谱;能力谱是指通过对建筑结构进行静力推的分析,转换得到等效单自由度体系的加速度和位移之间的关系曲线。能力谱方法由Freeman等提出,经过不断的完善和革新。《日本建筑标准法》和美国ATC-40都采用能力谱法作为基于性能,位移抗震设计方法。Chopra提出了将能力谱方法和结构损伤指数评定相结合的屈服位移能力谱的地震损伤分析方法,增加并强化了能力谱法的实用性。因此,能力谱法的实质是采用的基于承载力的设计方法加位移、变形的能力校核,并依据能量的设计方法。对抗震设计的研究表明地震动瞬时能量在大多数情况下对结构最大位移反应具有决定性作用。但要建立基于能量的有效建筑抗震设计框架还需更深入的研究。 4.结束语 随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展,结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。最初,在未考虑结构弹性动力特征,也无详细的地震作用记录统计资料的条件下,经验性的取一个地震水平作用用于结构设计。结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性,从基于经验到基于非线性理论,从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服,并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。 建筑工程抗震设计研究:探究建筑工程结构设计中的抗震设计 【摘 要】抗震设计是建筑工程结构设计的重要内容,直接影响居民生命及财产安全。因此建筑工程结构设计中必须根据实际情况,将抗震设计放在重要位置,依据“抗”和“放”相结合的原则,严格遵守规范要求,采取科学有效的抗震措施,将地震对建筑物的破坏降至最小化。 本文阐述了地震对建筑结构破坏的特点,对建筑工程结构设计中的抗震设计进行了研究分析。 【关键词】建筑工程结构设计;地震;结构;破坏特点;抗震设计; 确定建筑工程结构抗震设计时,需要全面地考虑建筑结构的使用功能、设防烈度、场地类别、地基基础类型、建筑高度、结构材料和施工工艺等,同时还要考虑结构的设计、技术以及经济保障等,选择最优化的结构体系。 一、地震对建筑结构破坏的特点 1、结构体系方面。采用“填墙框架的房屋结构,钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏,外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏;采用框架一抗震墙体系的房屋结构,破坏程度较轻;采用“底框结构体系的房屋,刚度柔弱的底层破坏程度十分严重;采用“填墙框架体系的房屋,当底层为敞开式框架间未砌砖墙,底层同样遭到严重破坏; 2、刚度分布方面。矩形平面布置的建筑结构,电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时,因发生扭转振动而使震害加重;采用三角形、L形等不对称平面的建筑结构,同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。 3、地基方面。在具有较厚软弱冲积土层场地,高层建筑的破坏率显著增高;地基土液化导致地基不均匀沉降,从而引起上部结构损坏或整体倾斜;建造在不利或危险地段的建筑工程,因地基破坏导致房屋损坏。当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时,因共振效应破坏程度将加重。 4、构件形式方面。在框架结构中,通常柱的破坏程度重于梁、板;钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝;配置螺旋箍筋的混凝土柱,当层间位移角达到较大数值时,优秀混凝土仍保持完好,柱仍具有较大的抵抗能力; 二、建筑工程结构设计中的抗震设计 建筑工程结构设计过程中要尽量分布均匀结构的质量和刚度,而且使建筑的立体和平面结构表现出一种比较规则的感觉。如果平面设计太复杂,就会出现不均匀的质量和刚度的分布,在发生地震时,建筑物就会发生比较严重的扭转现象,地震对房屋的破坏也因此加重。另一个抗震效果的因素产生影响的原因就是结构的整体布置,房屋呈现出的不规则,在地震中更容易发生扭转。 1、选择合适的建筑结构体系。要确保建筑物各部分能维持整体性协调,最为重要的就是要选择适合的建筑结构体系,因此在进行建筑结构抗震概念设计过程中,一定要让所设计的建筑物的结构体系同时满足这两大条件:第一稳定;第二合适。对于一个科学合理的建筑结构体系而言启不仅可以有效满足变形的要求,同时还可以有效抵抗冲击力的要求。建筑物要具备一定的刚度这样才能对自身的荷载起到一定的承受作用从而有效避免变形的出现此外在发生地震时才有可能对巨大的地震力起到有效缓冲作用而达到有效避免局部受损的良好效果。因此在选择建筑工程物结构体系时,既要注意建筑物传力途径的明确性,同时又要注意受力计算的明确性尽可能在建筑结构体系中不使用转换层这样在发生地震时可以有效避免建筑工程物倾斜或局部受损等现象的出现。 2、建筑形体及构件布置的规则性。平而不规则的主要类型有:扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续,具体可以体现到对结构分析软件的计算结果的分析判断,如扭转不规则,体现在:位移比不宜大于1.2且不应大于1.5,周期比对于A级高度建筑不应大于0.90竖向刚度不规则的主要类型有:侧向刚度不规则、抗侧力构件不连续、楼层承载力突变等,如侧向刚度不规则就要求本层的侧向刚度不小于相邻上一层的70。及其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80。等。如设计结果不满足,设计人员应对模型重新进行分析,调整梁柱布置及截而,尽量做到使结构规则。如确实满足不了,则应对薄弱部位进行重点加强。如平而规则而竖向不规则的建筑,刚度小的楼层的地震剪力,规范要求乘以不小于1.15的增大系数。 3、选择高质量的建筑结构材料。实践表明建筑结构抗震性能,除了会受到建筑结构体系、抗震防线及建筑施工方案等因素的影响之外在多数情况下还对建筑工程的施工材料产生极大地影响。通常,建筑材料强度、建筑材料刚度对建筑工程结构的抗震性能会产生很大的影响,而且还会受到来自建筑材料连续性及建筑材料均衡性的影响。所以在选取建筑结构材料过程中,一定要对建筑工程施工材料的延伸性和刚度进行仔细、认真考查,并且同时最大限度与建筑结构体系相符合建筑施工材料能得到确保。此外对于建筑施工材料的经济性能池要予以足够的重视,以便能最充分的发挥建筑施工材料的经济性能从而达到建筑工程物的整体性能与单个性能的最佳配合。 4、混凝土建筑构造上必须保证延性。经历过一些地震灾害的影响之后,钢筋混凝土建筑想要有效保证其建筑抗震能力,在进行抗震设计的时候就必须保证建筑物在地震环境中有足够承载能力!由于地震的影响,建筑物结构就会进入塑形阶段,非常容易产生变形!针对上述钢筋混凝土的结构特点,为了能够更好地进行抗震,处于地震多发带的钢筋混凝土建筑结构,一定要按照延性框架结构进行设计!在建筑物设计过程中,必须要首先保证建筑物薄弱区域的承受能力以及强度方面的质量,只有这样才能够有效保证整个建筑物的强度!另外,增加建筑结构的延展性也能够有效提高建筑物的抗变形能力,将地震的破坏性降到最低,有效提高建筑物的抗震能力。 5、提高抗震设计等级。近几年一些地震灾害频频出现,给我国造成了巨大的经济损失。研究表明,以地震灾害分析50年为一个分析周期,而小震的重现世间为50年,小震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为62%;中型地震的重现世间为475年,中震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为10%;大型地震的重现世间为2000年,大震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为2%。因此,一些建筑结构设计专家指出,我国地震多发地带应该及时提高建筑结构的抗震等级,严格控制建筑结构的抗震设计,确保建筑结构的抗震稳定性。 结束语: 建筑工程结构的抗震设计属于结构设计中的概念设计,由于地震灾害的爆发具有不确定性、随机性,建筑工程结构的抗震设计合适与否,在概念设计中可以清晰地表达。而在抗震设计中,需要在工程结构设计的开始阶段正确掌握地震灾害的能量输入、建筑结构的类型、结构体系、刚度分布等主要方面,这样可以从根本上消除建筑工程结构中抗震较薄弱的环节。 建筑工程抗震设计研究:浅析建筑工程结构设计中的抗震设计 【摘要】建筑结构的抗震设计对于建筑整体的应用性能具有较大的影响,所以在建筑结构设计时应在建筑场地选择到建筑结构设计的整个过程中,使抗震设计符合相应的要求。建筑结构的防震设计是保证建筑物稳定的基础,也是对人们生命及财产安全的有效保障。 【关键词:】建筑工程;结构设计;抗震设计 0.引言;地震作为破坏力最强的自然灾害,其对于人们的生活及建筑物损坏的程度是毁灭性的,为了防止地震对人类生活及建筑物的过度破坏,实现对人类生命及财产安全的保护,建筑工程必须要在结构设计环节中做好抗震设计。近年来,在专家、学者的共同专研和努力下,我国建筑工程结构的抗震设计水平得到了显著提升,这帮助我国建筑工程结构的抗震安全性实现了突破,我国的建筑结构抗震设计水平正在逐步完善。本文对建筑结构设计中的抗震设计具体措施进行分析。 1.建筑结构设计中抗震设计的基本原则 1.1 建筑结构构件的性能 在进行建筑设计时,承载力、稳定性等建筑结构构件是抗震设计考虑范围内的重点内容。其中应遵循强柱弱梁、强节点弱等结构构件的基本原则。对于构件的薄弱部位进行重点的抗震能力设计。 1.2 抗震防线的布设点设计 延性设计是抗震设计中的重要组成部分。延性良好的体系进行组合形成抗震的整体结构,为更好的实现抗震设计需要延性良好构件之间的协作。在建筑结构设计时应尽量多布设抗震防线,预防余震的发生。 1.3 建筑结构构件的强弱关系 在进行建筑结构设计时应注意构件间的强弱关系。在抗震设计的过程中若出现一部分较强情况,则必定存在其薄弱的地方,强弱两者间必须正确处理。 1.4 强调建筑物的平面布置规则性 在实际的建筑结构抗震设计中,除上述两个需特别注重的问题,建筑物的平面布置要遵循规则性原则,这也是抗震设计工作中非常重要的要素之一。在设计过程中尽量保证方案的规则性,可以有效的提高整体工作效率,达到预定的设计效果。 2.实现建筑结构抗震水平设计的措施 2.1 基础性防震措施应用 基础性防震措施根据建筑的结构的不同位置有着不同的措施: ( 1) 地基隔震。地基隔震是在建筑地基与土层之间设置缓冲层,以便在地震发生时减小建筑与土层之间的震动碰撞,实现对震能的有效吸收和反射作用,减小地震对建筑物的破坏。目前,我国最常使用的地基隔层为沥青原料隔震层。 ( 2) 基础隔震。基础隔震是整个建筑结构抗震设计中的关键,想要降低地震对建筑物的破坏,就必须要做好基础隔震措施。在对建筑基础采取抗震措施时,为了减小地震对上部结构的破坏,需要在建筑物的上部结构和基础位置接触处设置隔震层,防止地震力由地基处向上部结构传播,降低地震对建筑上部结构的破坏。基础抗震装置一般采用混合隔震装置、基底滑移隔震装置和夹层橡胶隔震装置等。 ( 3) 间层隔震。间层隔震是为了吸收地震的冲击余力而设置的,间层隔震的有效设置能够对震力进行再次削减,以达到降低地震对建筑的破坏作用。间层隔震一般都安装在原始结构层上,其实我国最早使用的的抗震措施,具有施工操作简单的优势。 ( 4) 悬挂隔震。悬挂隔震是通过悬挂的方式,将建筑物全部或部分结构脱离地面,从而在地震出现时,降低地面震动与建筑物之间的震力作用。目前,此种抗震措施多用于大型钢结构建筑当中,收到了较为不错的抗震效果。 2.2 机敏减震支撑体系 机敏减震支撑体系是集成现代科技技术的防震系统,其利用活塞运动的原理,对建筑结构进行设计。在地震灾害发生时,保证建筑结构中的内、外钢能够通过不断的滑动来消减地震的破坏力,减轻震力破坏和消耗地震作用力的传导。目前,这项技术还在不断的研究和完善当中,相信其很快就能够实现有效的应用,为建筑抗震设计水平的提升做出贡献。 2.3 效能减震技术应用 效能减震是实现对地震所产生动能的消耗,来减轻地震能的传导大小,从而降低其对建筑物的破坏程度。目前,在此技术方面一般采用消能器和阻尼器,两种器械都能够实现地震能量的有效消耗和吸收,减小震力对建筑主体的破坏,以达到对建筑主体结构安全、稳性定的保护。目前,效能减震技术在我国建筑防震设计中得到了有效的应用,其在新建筑的防震设计和旧建筑的抗震加固方面,都起到了良好的效果。 3.建筑结构设计中抗震设计的措施 建筑结构抗震性能的强弱同建筑物业主及周边环境有非常直接的联系,不好的抗震能力会直接威胁到建筑物周边行人的人身安全,周边建筑和设施或多或少也会受到影响,切实提高建筑结构的抗震能力显得十分重要。笔者通过自身多年的亲身实践与切实观察,对提高建筑结构抗震性能提出笔者自己的一些建议,主要包括谨慎选择抗震结构、 合理布局减少地震能量以及设置多重抗震防线等,现具体阐述如下: 3.1 谨慎选择抗震结构 审慎选择抗震结构是有效提高建筑结构抗震性能的重要保障,通过选择强度较优、刚度较高的建筑主体结构设计方案,能最大限度的降低建筑结构的变形概率,保障建筑物的安全性能。另外,设计员要认真仔细的分析抗震结构,要进行抗震结构分析时要保证其全面性,部分非结构构件也要在分析中得到体现,尤其是注意对非结构构件的刚度和强度等方面的分析。对非结构构件的主题部分也要进行必要的考究,针对易出现安全隐患的短柱部位要进行相应的措施,加强短柱部位的抗震能力,防止安全问题的出现,在整体性原则的指导下统筹结构构件和非结构构件。 3.2 合理布局减少地震能量 在防震设计中采用以位移为基点的结构设计和定量分析能有效的减少地震灾害的能量输入,增强建筑物的抗震效果。通过对设计的定量分析,反复核算构件的总承载力,控制强震感下建筑下层的位移延性比,满足建筑物在受地震侵害时的结构变形要求。在建筑施工中地基要尽量选在坚硬的场地,要尽量避开地震的活跃周期范围,减少余震同建筑结构的共振,降低建筑物对地震能量的输入,降低地震带来的破坏。 3.3 设置多重抗震防线 进行抗震设计时设置多重抗震防线可以最大限度的降低地震侵害带来的危害。在进行设计工作时,可以将一些延展性能良好的构件纳入到抗震防线体系中,将其视为第一道抗震防线,将另一些建筑构件作为第二、第三道防线,在第一道抗震防线遭破坏后,利用其他防线抵抗地震的后续冲击力,保障人员生命安全。 4.总结 综上所述,建筑结构设计中的抗震设计是一种复杂并且系统性极强的工作,从建筑的选址到建筑的结构设计都要进行严谨的抗震设计,根据不同的建筑项目,不同的抗震方法进行不同的建筑设计及抗震设计,保证建筑的抗震能力符合其结构设计。所以在对房屋建筑进行建筑结构设计时应根据建筑的特点选择合适的抗震设计。 建筑工程抗震设计研究:建筑工程结构设计中抗震设计浅谈 摘要 :本文作者结合实际工作经验,对建筑抗震结构设计进行裂缝分析探讨,供大家参考借鉴。 关键词 :建筑 抗震 结构体系 设计 由于地震具有随机性、复杂性、藕联性,每次地震所产生的波形各异,因而其对建筑物的作用各不相同,所产生的破坏程度也千差万别。作为结构工程师来说,必须使这一理念贯穿于结构设计的整个过程当中,既要严格把握好设计的大原则,又要全面考虑诸多因素,最终才能保证设计的科学性和严谨性,为社会创造更多精品工程。? 1. 抗震结构设计的规定 避免或减轻砌体结构的震害,主要是加强房屋的整体性和空间刚度,提高墙体的抗震受剪承载能力,加强构件的相互连接。在具体设计时,应遵循以下各项规定。 1.1 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。 1.2 纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。 1.3 楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。 1.4 房屋有下列情况之一时宜设置防震缝,缝两侧均应设置墙体,缝宽应根据烈度和房屋高度确定,可采用50~100mm:房屋立面高差在6m以上;房屋有错层,且楼板高差较大;各部分结构刚度、质量截然不同;烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体;当墙体被削弱时,应对墙体采取加强措施;不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出屋面的烟囱。 1.5 不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐 2. 建筑设计和建筑结构的规则性 建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案。体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构,可按实际需要在适当部位设置防震缝,形成多个较规则的结构单元。 3 .结构体系的选择 结构体系应根据建筑的抗震设防类别、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。结构体系应符合下列各项要求:应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力;应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力;对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。 结构体系应符合下列各项要求: 宜有多道抗震防线。多道抗震防线是指:一个抗震结构,应由若干延性较好的分体系组成,通过构件的连接协同作用,有意识地在结构内部、外部建立一系列分布的屈服区,使结构在先屈服的部分耗散大量的地震能量,而使最后的“防线”得以保存,便于结构的修复。 例如,在有填充墙的框架结构中,填充墙为第一道防线,框架为第二道防线;此时填充墙本身应有一定的刚度和承载能力,并均匀、对称地布置在框架结构中。在强烈地震的冲击下,第一道防线遭受破坏后,结构的动力特性(如自振周期等)得以改变,可使第二道防线承受的地展作用得以缓解和受到保护。 在高层钢筋混凝土房屋中,应用较多的另一种结构形式是框架一剪力墙体系(在抗震设计中,剪力墙也称为抗震墙)。剪力墙是第一道防线,框架为第二道防线。 在一般情况下,应优先选择不承受重力荷载的构件,如上述的框架填充墙、轴压比不太大的钢筋混凝土剪力墙或柱间支撑、竖向支撑等作为第一道防线。 宜具有合理的刚度和承载力分布。建筑物承受的静力荷载是基本稳定的(如自重、楼面活荷载等),而地震时所受的地震作用大小则与结构的动力特性密切相关:建筑物的侧移刚度越大,则自振周期越短,地震作用也越大,要求结构构件具有较高的承载力。提高结构的侧移刚度,往往以提高造价和降低结构变形能力为代价,因此在确定结构体系时,需要在刚度、承载力之间寻求较好的匹配关系。结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。此时,结构在两个主轴方向的地震反应相当,不致造成一个方向过强、一个方向过弱的现象。根据房屋高度选择合理的结构体系。从技术经济指标而言,各种结构体系都有其最佳适用高度。 4. 对结构构件的规定 结构构件应符合下列要求:应合理选择混凝土结构构件的截面尺寸,配置纵向受力钢筋和箍筋,避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏;砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱,或采用配筋砌体等;预应力混凝土的抗侧力构件,应配有足够的非预应力钢筋;钢结构构件应合理控制尺寸,避免局部失稳或整个构件失稳。 结构构件的连接,应符合下列要求:构件节点的破坏,不应先于其连接的构件;预埋件的锚固破坏,不应先于连接件;装配式结构构件的连接,应能保证结构的整体性;预应力混凝土构件的预应力钢筋,宜在节点优秀区以外锚固。 5. 建筑抗震结构体系设计需要注意的问题 5.1 建筑平面布置设计问题 建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等,都要在建筑的平面布置图上明确下来。有的建筑平面布置上,经常出现内隔墙不对齐或中断,使刚度发生突变和地震力传递受阻,对抗震也带来不利,客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大,从概念上要解决的一个优秀问题是:建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀,对称协调,避免突变,防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件,使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体,充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。 5.2 建筑竖向布置设计问题 建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层,还是高层建筑或超高建筑,这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是,由于建筑使用功能的不同要求,如底层或下面几层是商场、购物中心,建筑上要求是大柱距、大空间;而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼,低层设柱、墙很少,而上面则是以墙为主,柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅,在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等,建筑使用功能的不同,形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。 6. 结束语 根据当前的震害经验和理论认识,良好的抗震设计能够帮助国家和人民减少许多不必要的灾难。我国依据自己的国情,坚持建筑结构抗震设防的原则是:“小震不坏,中震可修,大震不倒”,即在多发的小震作用下,建筑结构应基本处于弹性阶段,不发生破坏;在罕遇的大震作用下,允许结构产生一定程度、乃至严重破坏,但应确保建筑结构物的整体安全,防止倒塌。建筑抗震结构设计对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计,必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此,要充分重视结构设计在建筑抗震设计中的重要性,在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。
1前言 因为地震等地质灾害所带来的破坏性非常强烈,所以在建筑物结构设计的过程中,修真对抗震功能进行相关设计工作,对于建筑企业来讲,在设计过程中需要着重进行。保证建筑物的抗震性能,既能够使建筑物的整体使用年限的增加,同时还可以保证建筑物内居住居民的人身以及财产安全,对社会的长远发展以及建筑行业的长远发展都具有重要意义。所以在建筑结构进行设计的过程当中,要着重对抗震结构进行设计工作,以此来保证建筑物整体使用安全性。 2抗震设计中的注意事项 新世纪以来,我国不同地区发生地震的次数越发频繁,对人们的日常生活以及人身财产安全造成了严重影响,所以在进行建筑结构设计的过程中,如何增强并且正确设计建筑结构的抗震结构,非常重要。因为土木工程复杂性非常强,在地震发生时所产生的作用效应非常多,所以课程设计工作所面临的难度也非常大,成为建筑结构设计过程中的重点工作。同时建筑质量以及安全性和实用性,需要建筑结构在设计的过程当中拥有实际性以及合理性,所以抗震结构的相关设计工作还需要结合这两点来进行,从实用性以及真实性出发来进行抗震设计工作,建筑物的抗震性能能够得到不断改善,并且适应建筑物整体施工情况。而近些年来地震地质灾害频发,并且由地震所带来的相关损失无可估量,所以在建筑结构设计的过程中,针对抗震性能的设计工作越来越受到相关设计师的重视,为了能够使土木工程建筑结构的整体抗震性能以及安全性得到保障,在抗震结构设计的过程当中需要注意如下几点。 2.1结构布置要满足合理性以及规则性原则 在进行抗震设计工作时,需要保证抗震设计能够符合土木工程结构性规则,不会出现复杂系统设计,呈现简单明了的设计结构,而且可以根据在实际建设以及设计过程中各土木结构的受力情况,来进行抗震性能的精确性设计。除此之外,在建筑结构设计过程中,外形简单构件可以使地震对建筑物所带来的损害降低到最低,保证土木工程建筑整体性,抗震性能得到显著增强。 2.2使结构形状设计工作科学合理 在实际的结构设计工作中,需要根据相关基础要求来进行设计工作,是相关结构的承载强度以及高度能够达到相应的标准,符合建筑设计需求。而且,抗震结构的设计需要和上部结构之间形成稳定可靠的衔接关系,例如隔板以及主体之间衔接空间充分,这样可以使结构所拥有的刚度和抗力能够大大增加,保证各部件之间衔接关系良好,竖向以及水平的抗震能力得到显著提升。除此之外,在设计的过程当中,各结构之间需要保证精细以及减量化设计原则,对各构件受力情况进行准确的数据计算。 2.3保证设计过程中竖向均匀性 在进行实际的土木结构设计工作中,需要充分的考虑竖向设计过程中的均匀性,尤其是在建筑横格层设计过程当中,需要保证竖向结构之间的收缩尺寸能够合理并且科学,各分隔层之间称重能够均匀。同时在洞口开设时要保证规则和整齐,避免洞口开设不规则不整齐,产生扭曲以及外力破坏建筑结构的整体刚度以及强度和延展性。为了能够达到以上的实际目标,在进行实际设计的过程当中,需要保证建筑结构的钢性以及支柱在同一个水平面上拥有均衡一致性,这样能够使地震来临时,地震能量的吸收和散发得到显著性提升。 3抗震设计质量提升措施 3.1建筑原材料选择科学合理 对于建筑整体质量产生至关重要的影响因素中,材料是其中最主要的一种。在土木工程施工过程中使用最普遍的材料是钢筋材料,因此钢筋材料的质量对于建筑物整体的抗震性能产生至关重要的影响。在进行实际的施工时,需要根据具体的,施工情况来进行相应的施工材料的选择,在进行钢筋材料的选择过程当中,需要对钢筋材料的韧性进行充分的考虑,同时钢筋的受力方向也需要进行充分的考量。再进行其它的施工材料选择,以及采购时需要保证材料的抗震性能良好,而且对于整体工程来讲不会增加施工成本,从根本上保障土木工程的发展,能够拥有持续动力。 3.2结构布置合理,增强抗震性能 在建筑结构设计过程当中,不只属于一个非常重要的环节,对于建筑整体抗震性能提升具有很好的作用,在进行实际的设计布置过程中,需要考虑到多方面的因素,综合进行相关的布置工作。建筑整体地形以及外形尺寸和抗侧力分析以及荷载的分布等等,对于建筑结构设计布置都会产生影响。不止听起来非常简单,但是在进行实际操作时,会因为各种各样的外在因素而导致实际的布置效果达不到理想目标。尤其是在现代建筑设计的过程当中,外在表现得非常复杂,所以进行实际施工时难以进行讲话,只需要将问题控制在允许的范围之内,就能够进行相应的施工工作。我国对于建筑结构设计工作并没有进行明确的规定,而且因为许多设计者在实际的设计工作中缺乏相应的经验,所以建筑结构设计的相关要求并不能够符合预期目标。甚至有些设计者完全遵从投资商的意见进行设计工作,但是设计出来的结果,其规范性大大降低,存在着非常多的问题,这些问题不仅仅会造成数据上的误差,对于建筑实际施工来讲参考意义也完全没有。 3.3隔震以及消能减震设计科学合理 在进行实际的结构减震设计工作时,能够发现当地震等级为7级,是土木结构所能够承受的地震作用和5.5级地震烈度所产生的破坏程度相当,在此情况下,建筑结构仍然在弹性范围之内进行工作。同时地震发生过程中,结构进行运动的加速度与位移和速度等不良反应大大降低,使得结构部件受到损坏的程度大大减弱,土木工程结构以及整体建筑物保护效果良好。在隔震以及消能减震设计过程当中,需要注意如下几点内容,第一,在进行地基以及建筑场地的选择过程中,需要保证地基的密实性高,并且地基的稳定性要强,使地震对建筑的作用能够大大降低。第二,建筑结构之间存在的差异导致隔振系数也不同,所以进行实际设计工作时需要根据真实情况来进行隔震支座的选择。第三个镇以及抗震的相应构件选择,需要根据材料的延展性来进行考虑,降低地震对建筑物所产生的损坏以及破坏程度。现如今我国在消能减震以及隔震方面的实际应用已经很多,并且大多数都取得了非常好的效果。 3.4抗侧力体形优化 如果施工过程中结构预案选择的是刚性,那么地震产生过程中对建筑物主体结构所造成的破坏将会大大降低,不会使建筑出现显著形变,保证围护墙以及保护隔墙。如果在建筑结构中所存在的超静定数量非常多,那么塑性铰就越多,相应的地震过程中,地震对于建筑所产生的危害也会大大降低。对于建筑结构来讲,建筑结构的强度越高,那么建筑物的整体稳定性就越好,所以工作人员在进行建筑结构优化工作是如果结构受到了破坏,那么不需要按照楼层设定屈服机制,可以根据整体性原则来进行屈服机制的设计工作。 3.5培养抗震结构设计专业人才 相应的抗震结构设计工作需要由专业的人才来进行,因此在建筑行业的实际发展过程当中,抗震结构设计的专业性人才培养工作不能够停止,需要在各高校内部进行合作性教学培养。就是在进行教学过程中,不仅仅需要使学生们的理论知识能力掌握的非常好,而且还需要使学生的实际动手能力得到增强,可以通过组织多种形式的比赛,来使学生的实际动手能力以及主观能动性大大增强。 4结束语 土木工程结构的抗震性能,对于建筑整体性能以及使用寿命具有至关重要的意义,所以在结构设计的过程中,抗震设计工作显得尤为重要。在抗震设计过程中,要遵循科学合理性原则来进行实际设计工作,既能够使建筑物结构的整体抗震性能得到增强,又不会破坏建筑整体结构的完整性。因此在实际的设计工作当中,要尽量的细致并且严谨,使设计工作能够符合实际施工工程,提升建筑整体抗震性能,为保障建筑物内居民生命以及财产安全作出重要贡献。 参考文献: [1]谢朝阳.土木工程结构中的抗震技术发展[J].中国新技术新产品,2014(8):234~235. [2]赵真,谢礼立.浅析传统结构抗震概念设计思想形成的一般规律[J].地震工程与工程振动,2013(2):67~68. [3]张月明,王小平.建筑混凝土结构设计中的抗震结构的探讨分析[J].水运工程,2012(4):51~57. [4]王峥峰.探讨土木工程结构中的抗震技术发展[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2014(10). [5]谢朝阳.土木工程结构中的抗震技术发展[J].中国新技术新产品,2014(4). [6]周锡元.中国建筑结构抗震研究和实践六十年[J].建筑结构,2009(9). 作者:京约 郝书研 潘希成 单位:青岛理工大学
住宅建筑节能论文篇1 现代城市的大规模扩张使得生产和工业发展的能源需求激增,大量的人口集聚也促使能源供求关系失去平衡,导致能源短缺现象频繁出现。大量的能源消耗,导致煤炭、石油、天然气等不可再生资源日渐贫乏,供给关系发生了不同程度的变化,制约了社会和经济的可持续发展[1-2]。尽管我国是一个能源大国,在各种能源的储备上具有一定的优势,但是人均能源占比较小,并且大量的电力、煤气等能源消耗促进国家层面出台节能减排政策和“碳中和、碳达峰”战略[3]。在建筑行业,能源的利用率较低,在建造和使用的过程中都存在着能源损失和浪费现象。特别是在电气电力使用方面,由于长期以来相对落后的建筑节能技术,导致我国的住宅建筑大量使用高耗能电力电气设备,供配电系统、照明系统、通风空调系统等消耗的电力占居民总用电量的80%以上,因此研究分析住宅建筑中的电气节能技术可以有效缓解目前建筑电力能耗比重过大的问题,从而营造了舒适、健康、绿色的建筑环境,达到了降低二氧化碳排放和构建绿色可持续建筑的目的[4]。 1工程概况 内蒙古呼和浩特市某安置房小区一期位于城区东北角区域核心商圈范围,附近已有配套公用设施,交通便利。项目包含4栋住宅楼,均为混凝土框剪结构,楼栋地上建设15层,地下建设1层地下车库,小区现有住户130户,每户建筑面积约98m2,根据设计规范,每个楼栋内的电力设计负荷为15kW,使用三相线路进行公共电,小区共配备了5台总配电箱,住宅性质修正系数为2.5,生活水平修正系数为0.85,环境气候系数为1.10。正常照明采用LED光源灯具,比如卧室和餐厅,照度标准达到150lx以上,采用吸顶安装;对于活动频繁的区域比如客厅,照度标准达到300lx左右,采用灯带安装。小区住户空调一般选用国产变频节能空调,在夏季炎热季节,室内温度控制在26℃左右。在通风空调使用过程中采用日常维护的措施,保持开空调的正常功能,同时建筑外墙敷设了保温隔热措施,减少夏季冷气和冬季暖气的消散,降低空气设备的负荷。 2住宅建筑的电气节能技术分析 住宅建筑供配电系统节能技术在住宅建筑的照明系统节能中,为保证照明效果,需要从照明的亮度分布、照度均匀度、光线的显色性和眩光控制水平4个方面进行分析。在亮度分布上,人在建筑空间中的感受与活动区域的亮度和相邻环境的亮度差异有关,当活动区域的亮度明显大于周边环境时,人的视觉就会更加集中,因此照明系统的节能实现时,可以控制活动区域与非活动区域的亮度差异,避免非活动区域电力能源的消耗;在照度的均匀性上,是指在空间上能够提供照度均匀的亮度,这可以通过调节光源的间距和空间布置达到光线趋于均匀的目的,同时使用宽配光的光源也能改善光源照度的平衡,在电气节能过程中应考虑到照明河北由于使用年限增长导致的光效降低、照度均匀性下降;在光源的显色性方面,光照射在物体上反射不同的颜色,同时光源由于发出的光谱频段不同也会表现出不同颜色,这些颜色不仅影响人的视觉,也会影响人的心理,在相同的照度条件先,不同的颜色光源给使用者的视觉和心理感受不同,比如低色温往往给人以温馨放松的暗示,而高色温则给人以热烈且沉重的感觉;在光源的眩光控制水平方面,由于强光源给使用者视觉神经系统造成的冲击引起的,在不同的环境中应根据使用目的选用不同能耗的照明系统,以降低对居民身体健康的危害[7-8]。分析为了更好地对供配电系统进行能耗降低,提高能源利用效益,降低不必要的电力浪费,有必要对供配电线路的能源损耗进行研究[5]。 3结论 以内蒙古呼和浩特市某安置房小区一期工程为研究对象,从供配电系统、照明系统、通风空调系统3个方面展开电气节能技术分析,得出以下结论:(1)小区冬季的变压器负荷率明显大于秋季的变压器负荷率,且在18:00~24:00时间段内,春季和秋季的变压器负荷率均呈现明显峰值。基于等值电阻法对变压器进行优化,有效地改善了配电网中的三相不平衡电流;(2)在住宅建筑的照明系统的配备上,LED光源具有较好的光源功效、使用周期和可控制性,应优先选用作为照明节能手段;(3)基于SIM法的卧室空调能耗、客厅空调能耗进行计算,并在空调使用高峰时段通过调整方程(5)、方程(6)中的参数达到节能优化的效果。 作者:马曙光 住宅建筑节能论文篇2 1项目概况 以华北某城市的一栋住宅楼为例,该住宅区的气候特点是夏季高温、冬季干燥、春秋短。本项目为绿色节能建筑,除了传统的绿建四节一环保的要求外,通过设计,解决了“绿色建筑”实施过程中各方面信息沟通不畅、重复性工作较多、各学科之间协作程度低的问题。设计之初,设计师就开始分析绿色建筑的效率,特别是能耗分析和照明分析,对其进行量化、计数,并将其转换为信息模型,从而使设计结果可以循环使用;科学技术与绿色建筑的有机结合,利用数字技术进行超高速计算和实时动态模拟,为绿色建筑建设提供科学合理的方向。在项目规划中,首先根据项目数据建立模型。在整个设计过程中,相关人员可以通过模型技术进行讨论和沟通,使技术的准确性、信息量和表达更加直观,方便用户直观地观察和理解,从而大大提高沟通的效率。此外,该结构还保留了各个学科的细节,并将其纳入相关的功能分析,这大大减少了模型的重建。在设计的早期阶段,各专业的图纸都是用扩展模型绘制的。负责各专业的碰撞试验,并向项目公司和相关工程部门提供检测建议和改进建议。设计图纸的修改可以有效地减少工程设计中的错误,降低工程成本,控制工程造价。同时,基于该模型和相应的仿真分析软件,建立了基于仿真分析的仿真分析平台,以辅助建筑节能设计。 2绿色建筑理念下建筑节能设计的重要性 2.1节约建筑能源传统建筑项目缺乏对建筑资源的有效利用,导致水资源、能源和建筑材料的浪费。采用绿色建筑的节能设计理念,可以有效合理规划建筑资源,从而降低建筑能耗,在一定程度上缓解国内能源短缺。 2.2提升建筑性能热流质量直接关系到人们对建筑的满意度。在用常规供暖系统的能耗占建筑总能耗的50%~60%。居民的生活成本很高,且很容易破坏周围环境,使全球变暖加剧。在暖通空调工程设计中引入绿色节能建筑的概念,可以有效提高建筑的供暖效果,降低居民的生活费用,优化周边环境,提高居民的舒适度。 2.3利于环境保护在我国,建筑能耗约占总消耗的28%。绿色建筑的节能设计理念可以提高太阳能、风能等清洁可再生能源的利用率。它可以减少不可再生资源的消耗,有效减少对环境的破坏,同时保证建筑物的正常使用。 2.4促进城市合理布局我国人口众多,城市化进程迅速,土地利用日益紧张。因此,在绿色建筑的概念下,人们更加注重建筑的布局,这在一定程度上促进了城市空间的合理规划,有效缓解了土地紧张,从而改善了城市的功能,促进了经济的快速发展。 2.5提高建筑工程质量对建筑工程本身来说,施工质量是保证工程设备经济效益的根本。21世纪以来,建筑工程质量的提升已经成为新时期建筑工程质量的重要因素,而绿色建筑正是以此为指导,为用户提供高品质的建筑产品。 2.6改善人们生活水平绿色建筑在人们的生活与生产中有着举足轻重的地位。所以,要从根本上解决建设工程的问题,就必须要提高工程建设的质量。绿色建筑理念的推广与运用,能使建筑工程的设计更加科学、合理,既能保证工程建设的质量,又能营造一个绿色、舒适、健康的居住环境。 3绿色建筑规划节能设计的基本原则 3.1绿色环保绿色环保是绿色建筑设计思想的核心,也是建筑规划节能设计的一个重要标准。具体来说,在建筑工程的节能设计中,应按照有关的规划与节能设计,使其具有绿色的性质,从而提升有关规划与能源的设计与效果。在此基础上,绿色环保原则提出了一种以空气、噪声、绿色植物为基础的建筑工程规划节能设计方法,能够有效地解决以上问题,从而实现工程的绿色、环保。 3.2节能降耗建筑工程建设需要大量的建材,同时对水资源的需求也是巨大的,长期以来,建筑工程中的能源浪费问题一直都是非常突出的,随着我国经济结构的调整,降低能源消耗也成为建筑行业发展的必然趋势。遵循节能降耗原则的建筑规划节能设计理念,一方面能够通过工程结构与施工工艺等方面的优化设计来降低工程建设环节的能源资源消耗,另一方面还能通过科学合理的规划节能设计来提高建筑后期运行的节能效果,从而提升建筑施工的整体水平。 3.3舒适宜居舒适宜居是建筑工程使用者最直观的体现,也是使用者最直接的需求,随着人们生活水平的提高,建筑工程不仅需要提供更加科学合理的空间布局,同时也要在居住环境方面进行优化与改善,例如增加建筑工程区域的绿化覆盖率和美观度,让使用者享受到舒适的居住环境。 4绿色建筑理念下的建筑节能设计思路 4.1建筑规划节能设计建筑选址和布局我国幅员辽阔,各个地区气候条件不同,建筑的位置和布局在建筑设计上有所不同。应充分考虑现场的特殊条件和当地文化、周围自然环境和基础设施。在选址时,我们应充分注意利用现有条件,确保交通便利。从某种意义上说,该建筑的规划和设计是合理的。我国北方气候寒冷,应注意在建筑布局中减少南北方向的屏蔽,尽可能增加阳光,减少热损失,并确保建筑内部的温度。在南方,由于气温较高,我们应该在建筑布局中注意自然通风,以便散热,保持室内舒适。 4.2建筑朝向和间距在我国北方,大部分的住宅都是坐北朝南的,这种布局的优点在于,它可以最大限度地吸收太阳的光线,并保留更多的热量。而南部的建筑不太一样,应该根据当地的气候特点来确定朝向,以保证热量释放的速度。同时,根据区域的不同,在保持容积比的情况下,对建筑之间的日照和防火间隔进行适当的调节,以达到节能目的。 4.3围护结构节能设计建筑围护结构的节能设计主要包括屋顶、外墙、外窗等外部防护结构的保温隔热性能。建筑结构在建筑节能中占很大比例。合理选择建筑类型、材料、门窗类型可以有效提高建筑性能,降低能耗,改善室内环境。在比较了几个方案后,设计师选择了最好的建筑形式,简化了建筑的形状。屋顶设计时采用倒置屋顶,其具有最佳隔热效果。同时,根据主体结构的不同部位。门窗应根据不同材料的特点选用不同的材料,并采用先进的安装技术,以降低能耗,保持室内温度,且不能影响建筑物的照明和视觉效果。 4.4建筑内部节能设计良好的照明和通风是影响建筑物舒适性的重要因素:增加窗户面积和增加建筑物间距可以改善室内照明和通风;采用中央空调供暖或制冷系统,节约能源,保证使用舒适和良好的卫生条件;可选用优质高效节能灯具,结合光控技术,实现区域组团照明;建筑物内安装温度控制阀,控制室内温度,防止高温造成的能量损失。 4.5可再生能源太阳能的运用太阳能是一种很好的清洁能源。太阳能发电主要是利用半导体将太阳能转化为电能,目前的造价比较高;被动式日光房是指在白天直接接收太阳的辐射,并将热量传递至室内,实现采暖;太阳能集热器是为了更好地利用太阳的辐射,为用户提供日常生活所需的热水。 5绿色建筑节能设计的具体形式 5.1建筑规划布局节能将绿色节能理念融入项目总体规划设计,是实现建筑节能功能的重要环节。建筑设计师必须全面系统地考虑建筑物的气候、地形、城市风格、建筑布局等,合理规划建筑物的朝向、间距、高度、建筑风格,确保建筑物具有良好的通风和采光性能,避免因建筑间距过小而导致周围建筑过于密集,对建筑的空气流通和室内环境造成影响,从而确保建筑的实际使用性能符合设计标准。同时,在建筑节能设计中,我们应巧妙地将城市建筑的特点与建筑的人性化相结合,使其与周围的建筑相结合,达到最佳效果,从而充分利用城市建设的资源。建筑物的高度可以直接影响建筑物的通风和照明性能。因此,设计师必须全面测量周围建筑物的高度,并结合城市的日照特点制定详细的设计方案;数据显示,中国60%以上的城市和地区年平均日照时数超过2000小时。如果对太阳能使用得当,建筑物的电能消耗可以有效降低。低层建筑的设计应尽可能在迎风侧进行,高层建筑应位于低层建筑后面,以确保社区布局合理,不影响底层建筑的基本性能,从而有效提高居民生活质量,促进城市基础设施的可持续发展。 5.2建筑外墙节能节能外墙建筑的内部温度应比普通外墙建筑高10℃。节能建筑的节能50%以上来自建筑外墙的节能设计。因此,设计人员在设计建筑墙体时,不仅要保证外墙结构的承载稳定性和安全性,还要考虑其保温性能。建筑外墙的节能设计与墙体材料和施工工艺密切相关。建筑物外墙有两种隔热方法。在节能设计时,可使用多孔或空心材料来塑造外墙,如混凝土砌块、多孔砖、黏土砖等。同时,在选择外墙材料时还应考虑防火和防水等因素,以确保建筑的实用性。外墙保温设计要求选用导热系数低、可燃性低的材料,并通过增加保温层来提高保温效果。 5.3建筑屋面节能在建筑节能设计中,绿色建筑的概念主要用于提高建筑围护结构的隔热性能。因此,在设计屋顶结构时,应注意改善其隔热性能,以改善其热环境,减少夏季对空调的依赖,降低建筑物的能耗。目前,种植屋面技术已广泛应用于各个城市的建筑工程中,其可以避免SO2、NH3和其他有害气体在室内扩散,以节省能源,改善居民的福祉。如图1所示。 5.4门窗节能建筑物的门窗是吸收太阳辐射的主要介质。然而,由于它们的散热率高,对整个建筑的温度有很大的影响。一般来说,窗户的能耗占整个建筑的40%~50%。因此,在绿色建筑的理念下,门窗的节能设计应该成为建筑设计的重点。图1绿色建筑种植屋面技术应用目前,考虑到城市建筑项目的实用性和视觉艺术性,落地窗被广泛用于增强建筑物的视觉效果。这种方法大大扩展了窗户的散热,增加了建筑物的能耗。设计师应针对此类建筑设计中的不足,改进设计思路,合理控制门窗与墙体的间距,减少门窗面积,以提高隔热效果,达到节能的目的。 5.5暖通与给排水节能暖通空调和供水系统是建筑物重要而复杂的组成部分。如果它们得不到有效控制,将造成大量的水资源和热能损失。为了达到节能的目的,设计师可以选择使用变风量或分区式空调系统,并根据室内温度和通风条件自动调整送风设备,从而促进室内自然通风,降低系统负荷,达到节能环保的目的。目前,越来越多的先进节水设备已在市场上广泛使用。因此,设计人员在设计供水时,应充分考虑工程造价,合理配置建筑资源,使用优质管道和设备,如节水水龙头,可节约居民20%~30%的用水,大大降低水资源浪费。同时,合理划分供水区域,将卫生器具的最小静水压力控制在0.45MPa以下,以保证供水过程中的水压恒定,从而降低使用过程中的能耗。 6绿色建筑理念下建筑规划节能设计措施 6.1以自然生态为主导面对日益严重的生态问题,人们开始意识到将可持续发展理念应用于人类活动的重要性。随着环保设计理念和绿色建筑理念的广泛传播,建筑规划的节能设计活动应该从简单的“以人为本”到“以人为本”再创造。然而,在实践中,人类的发展和自然生态存在一定的冲突。自然生态与绿色建筑理念下的建筑规划节能设计密切相关。在绿色建筑理念下,建筑规划节能设计体现了空间功能、规模、层次和自然景观人文景观的整合。以“人在家,景观在心”的设计理念作为生态环境设计的指导,更好地配合当前绿色建筑规划设计发展的理念(见图2)。 6.2以环境问题为导向在环境问题日益严重的今天,绿色建筑的节能环保问题越来越受到重视,并逐渐成为未来建筑发展的必然趋势。在建筑节能设计的具体实践中,绿色建筑综合设计理念的运用是设计师需要认真考虑的问题。从绿色建筑设计的内涵出发,针对环境问题,对绿色建筑的整体设计和整合进行个性化设计,使其有效地落实到绿色建筑的设计理念中。例如,在材料选择方面,应对比分析现有的节能环保材料。 6.3以健康标准为出发点在建筑规划中,应从健康的角度进行节能设计。健康的住宅、办公楼和商业区应以人为本,以健康的居住环境为价值标准,创造优美的自然环境和和谐的社会环境。在实践中,卫生规范下的建筑规划节能设计应注重二次环境问题。在建筑材料和环境要求方面,我们应该与时俱进,让人们生活在舒适的生活环境中,促进绿色建筑的健康可持续发展。 7绿色建筑节能设计实施的建议 7.1加大节能设计质量控制在绿色建筑的概念下,加强节能设计是一项复杂而艰巨的工作。不仅要保持原设计的基本功能,还要注意建筑设计各个方面的节能效果的充分挖掘,这对设计师的专业能力有很高的要求。如果设计过程中出现错误,将严重影响建筑物的稳定性和安全性。因此,建设单位应适应时展,加强设计阶段的管理,引入BIM技术,利用各个环节的施工数据,建立三维模型,为设计师提供最佳设计方案,确保建筑节能设计满足建筑质量要求。节能设计可以大大提高建筑的能效和室内空气环境,从而提高人们对建筑材料的满意度,促进人们的绿色生产意识。 7.2建筑位置和朝向设计太阳光具有较高的辐射能力,建筑的朝向应该根据周围的环境状况来确定,以太阳高度角为依据,画出冬日影响图,这对确定冬天的日照时间非常重要,要增加住宅的南向窗户面积,以达到充分的光照,同时减小东、北两个方向的窗户面积,以尽量减少热量损耗,这是维持室内舒适的温度环境的关键。 8结语 随着社会经济的迅猛发展,我国的建筑行业也得到空前的繁荣,但是诸多建筑工程的施工建设会对环境带来极大破坏,同时也会出现能源浪费问题。通过绿色建筑节能设计在建筑工程当中的运用,不仅可以改善如今建筑业发展中的不良局面,还能够推动建筑行业朝着绿色节能建筑方向发展。建筑单位应该在绿色建筑理念的指导和渗透之下优化建筑节能设计,把握好绿色建筑理念,落实的内在要求,运用多样化方法保证建筑业的发展质量,更好地实现人与自然和谐发展,确保近期和未来的发展红利共享,让建筑业步入可持续发展新阶段。 作者:贺卫红 单位:庄浪县建筑工程安全监督管理站 住宅建筑节能论文篇3 1住宅建筑节能设计要点 由于住宅建筑设计会受到外部环境因素的制约和影响,所以在设计过程中,设计人员应根据不同地区的气候条件,充分考量住宅建筑的整体规划、实际朝向、功能布局等情况。寒冷地区住宅建筑节能设计要保证满足冬季保温保暖的要求,其他地区则需要兼顾夏季防热标准。因此,设计人员要牢牢把控建筑的体形系数,在满足建筑外观设计要求的同时,合理设计窗墙比例,以减少建筑热量的散发。另外,设计人员还应合理设计住宅建筑平面布局形式,在满足使用功能的前提下,使得住宅建筑立面设计、开窗形式设计满足日照、通风等设计要求。在满足相关规范及设计要求的前提下,设计人员应尽可能完善节能设计方案;在提高居住舒适度的基础上,应尽可能减少建筑能耗。住宅建筑节能设计方案应满足相关规范要求,设计人员应根据具体要求科学合理地调整住宅建筑整体规划布局,包括建筑层数、建筑体形系数、平面布局、建筑朝向、外立面设计中窗墙比等设计要素。设计人员在制订方案时,要合理优化采暖空调通风设计,提高围护结构的热工性能。此外,在冬季,设计人员要合理采用太阳能等可再生能源,以减少采暖损耗;在夏季,设计人员要利用隔热、通风等设计手段,降低空调的使用频率及能源消耗。 2住宅建筑节能设计影响因素 2.1住宅种类因素根据住宅层数的不同,住宅建筑可以划分为低层住宅(1~3层)、多层住宅(4~8层)、中高层住宅(9~13层)、高层住宅(大于14层)四种。笔者调研发现,高层住宅中的塔式高层住宅的数量较多,占高层住宅总数的50%以上。塔式高层住宅的耗热量指标较小,有助于减少建筑的整体能耗。低层住宅数量较少,只占住宅总数的5%。高层住宅比较适合当前我国人多地少及提倡节约利用土地的基本国情。 2.2平面形状因素住宅的平面设计是设计人员进行方案设计的重点,户型平面设计是住宅设计的工作重点。平面布局在很大程度上影响着建筑体形,同时也影响着建筑的整体节能效果。在实际工程中,建筑平面形状通常较为规整,多由正方形、矩形单元组合而成,这种平面形状可以有效降低建筑热损耗。相关调研资料显示,要想使住宅建筑各功能单元均具有良好的采光效果,住宅建筑平面应设计为一字形或凸字形,即低层住宅、多层住宅应设计成一字形平面,中高层住宅、高层住宅、塔式住宅应设计成凸字形平面。 2.3体形系数因素建筑体形系数即建筑物与室外大气接触的外表面积与建筑护结构所包围的体积的比值。相关研究表明,住宅建筑的体形系数在很大程度上决定了建筑的能耗情况。因此,我国在节能设计标准中,对不同气候分区的住宅建筑的建筑体形系数的取值进行了严格的限定。当建筑形体系数超出限值要求时,相关人员必须对围护结构的热工性能做出权衡和判断。 2.4平面尺寸设计因素因为建筑体形系数是建筑物与室外空气直接接触的外表面积与其所包围的体积的比值,所以不难看出,建筑体形系数受建筑外表面积、建筑面积、建筑体积、建筑外立面规则程度、建筑层数等多种要素的影响,同时也受单个功能空间的开间、进深的影响。因此,设计人员在进行平面设计时,应同时考虑相关功能空间的开间、进深、窗墙比等设计要素。在进行住宅建筑平面尺寸设计时,如果设计的平面宽度较大且进深较小,就有助于提升冬季太阳辐射的面积,但是不利于寒冷季节室内温度的保持;如果设计的平面宽度小且进深较深,就有利于减小散热面积,但是屋内的采光、通风等均会受到一定程度的负面影响。因此,在住宅建筑节能设计过程中,设计人员在满足住宅建筑功能使用要求的同时,还应根据不同地域的气候特点,尽可能使平面开间与进深保持恰当的比例。 2.5建筑结构种类因素根据住宅建筑结构设计相关规范及标准的要求,不同类型的住宅会采用不同的结构。低层住宅通常采用框架结构,多层及高层住宅多使用剪力墙结构或框架剪力墙结构。结构形式的不同在很大程度上影响了建筑围护结构的材料使用情况,进而影响建筑围护结构的能耗指标。因此,在住宅建筑节能设计的过程中,设计人员应根据建筑特点,合理选取建筑结构类型,进而保证建筑的能耗指标满足相关要求。 2.6围护结构材料要素及外窗型材因素围护结构的传热系数和围护结构的构造形式以及构造选材密切相关。建筑护结构选用导热系数较小的保温材料,在很大程度上会减小围护结构的传热系数。对于剪力墙结构的住宅建筑,设计人员应根据材料燃烧性能等级要求,选用轻质、低能耗的外墙及屋面保温材料,比如燃烧性能等级为A级的岩棉保温板、燃烧性能等级为B1级的改性挤塑聚苯板、模塑聚苯板等。根据施工要求,设计人员应在建筑护结构与保温材料之间增设网格布或钢筋网片,以增强建筑护结构与保温材料之间的连接紧密性与安全性。住宅建筑外窗型材的选择也对建筑节能起到至关重要的作用。根据不同气候分区的节能设计要求,外窗应当具有良好的气密性:寒冷地区外窗的气密性不应低于国家标准规定的6级;外窗框与墙体之间的缝隙,应采用符合规范要求的保温材料进行密实封堵;外窗洞口的侧墙应做保温处理,以减少热损失。根据不同的窗墙比,外窗的传热系数应当满足规范限值要求,设计人员应选取符合节能设计要求的外窗玻璃及窗框的型材,这样既能节约建筑成本,又能满足住宅建筑节能设计对外窗的限值要求。 3住宅建筑节能设计的优化措施 3.1积极宣传和推广建筑节能技术住宅建筑的节能设计,关系到每个人的利益。各地区相关单位应积极宣传和推广建筑节能技术,同时出台较为完备的政策法规和相关标准,以促进节能建筑技术的进一步落实。在推广建筑节能设计的同时,相关部门也应大力开展以建筑节能设计为主的学术研讨会,进而帮助人们充分意识到节能建筑设计对节约能源、保护环境的重要性。此外,建设单位需要加强对设计人员、监理人员、施工人员的节能技术业务培训,进而提高其节能技术的应用水平。 3.2建构完备的建筑节能制度、机制除了要在意识上予以引导外,相关部门还应加强对建筑节能有关政策机制体系的建设力度,采取鼓励性与限制性政策并行的方式,规范节能建筑的设计标准以及各方面的指标。针对部分节能设计突出的住宅建筑项目,相关部门应提供财政方面的支持或补贴,比如贴息贷款、减免费用、优惠税收等政策,以减轻施工单位的经济压力。反之,针对部分难以达到节能设计指标的建筑工程,相关部门务必采取针对性的强制措施对施工过程进行严格监督。各地政府也应对已有公共建筑以及住宅建筑进行节能升级改造,进而促进低碳、低耗、绿色节能建筑行业的长远发展。 3.3合理选取保温材料住宅建筑保温层保温材料的选择对其节能效果有着很大的影响,通常包括如下几个方面。(1)屋顶节能设计。针对屋面的保温层,设计人员应优先选取导热系数较低且密度较小的保温材料,以尽量减少保温材料对建筑屋面荷载的影响,进而保证其符合结构荷载的设计要求。(2)屋面节能设计。针对屋面保温层,设计人员要优先选取吸水量较低的保温材料,从而防止在屋面湿作业过程中,因为保温层吸水过量而降低保温效果。(3)墙体节能设计。设计人员应利用节能软件计算热工性能,依据不同的外墙体围护材料的热工性能选取不同厚度的保温材料。 4结语 综上所述,随着生活水平的不断提高,人们对居住环境的标准也提出了更高要求。因此,住宅建筑的节能设计研究就显得至关重要。设计人员应深入剖析住宅建筑节能设计要点,综合分析住宅建筑节能设计的影响因素,并制定住宅建筑节能设计的优化措施。只有这样,才能够提高住宅建筑室内环境的居住舒适度,进而设计出节能、节材、环保的住宅建筑。 参考文献: [1]中华人民共和国住房和城乡建设部.严寒寒冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ26—2018)[S].北京:中国建筑工业出版社,2019. [2]陈晓鸥.分析建筑节能设计的影响因素和措施[J].城市建筑,2015(06). [3]杨敏.分析建筑节能设计的影响因素和措施[J].建材与装饰,2017(28). [4]崔嵬,陆施臻.影响居住建筑节能设计因素的分析与研究[J].品牌(下半月),2015(12). 作者:王欣
经济的高速发展和社会的进步,高速公路项目被大量的建设并且应用,但是在施工中极易遇到黄土、红黏土、膨胀土等地质条件,要想保证工程项目达到安全、可靠的要求,必须要采取有效的措施进行处理,根据工程的实际需要选择更具经济效益、社会效益的施工方案。 1高压旋喷桩处治技术特点 在20世纪的60年代,高压喷射注浆法最初出现在日本,而进入到70年代之后,我国也逐渐开始将该技术应用到高速公路施工项目中。该技术实施过程中,应用钻机将带有喷嘴结构的注浆管钻入到预先设定的位置之后,再将管路内部的注浆液与水以20MPa~40MPa的压力喷射出去,可以直接将施工位置上的土体冲破,然后钻杆会向上提升,稀浆与土颗粒进行混合搅拌处理,在凝固之后就会形成固结体,这就是旋喷桩施工技术。随着我国工程技术的发展,高压喷射注浆法与深层搅拌处理方式联合使用,具备较强的优势,对于高速公路技术的发展起到了积极的促进作用[1]。 2工程概况与病发原因 某高速公路施工项目,在项目开始之前进行地质勘察,发现该地区的地形条件异常复杂,地层中上部为黏土,下部为沙层,经过地质勘察可以确定,该施工地区中存在有溶洞地貌,技术人员多次论证分析之后确定选择使用高压旋喷桩施工技术,可以全面的提升高速公路的稳定性与安全性。 2.1路基土压实度问题 从大量的工程实践经验分析可以发现,压实度对于公路路基的质量性能存在直接的影响,虽然我们通过肉眼可以确定土壤之间非常紧实的连接起来,但是其内部存在有大量的空隙和水分,如果空隙与水分超出了规定的要求,就会导致其稳定性不足,承载性能也无法满足道路运行的需要,在外力的作用之下会出现沉降或者裂缝等问题,所以在施工中需要针对路基展开必要的压实处理。如果工程的压实度未能满足要求,就会导致高速公路在使用中出现沉降或者裂缝等问题[2]。 2.2路基土中水的来源问题 土壤结构在受到了水资源的浸湿之后就会导致土体结构稳定性无法满足要求,结构也会出现软化的问题。路基结构中的水分含量也会导致沉降、裂缝等病害问题出现。路基结构中出现水分过量的原因主要就是地下水丰富以及降雨未能及时的排除。地下水通常是固定存在的,所以在进行道路建设施工前就应该进行合理的规划设计,采取必要的保护措施,从而可以消除地下水给路基质量造成的影响。然后就是需要合理的处理雨水,如果某些施工路段中存在有一定程度的凹凸不平问题,在雨季就会出现雨水淤积严重的问题,长期的车辆载荷作用之下,雨水会逐渐的渗入到路基内部结构中,也会给路基造成不必要的腐蚀影响,承载性能就会下降,甚至会出现严重的病害问题,给道路行驶安全性造成不良的影响。 3高压旋喷桩施工前的准备 1)高压旋喷桩施工过程中需要多种设备才能完成,主要包含了旋喷桩机、柱塞泵、排污泵等。2)将施工现场进行必要的清理处理,首先需要确保施工地区中不会存在任何影响工程质量的杂质,并且结合工程的实际需要来合理的布置电力线路,以保证电力供应的正常进行。为了有效的防止遇水浸泡而造成的影响,需要合理的设置排水设施,不会出现雨水淤积严重的问题。下面就是进行测量放样处理,保证各个结构尺寸都达到精度要求,然后应用白灰进行标记,以确保施工精度[3]。3)准备足量的施工材料,本次工程中应用的是P.O32.5的水泥,技术人员在现场中进行必要的试验,材料配合比例也要达到要求。4)试桩以确定工程技术数据。为了可以保证工程质量达标,在工程开始之前应该实施试桩处理,对于无法满足工程质量要求的技术参数进行必要的调整,最终确定技术数据为:0.65~0.7的空气压,25MPa~28MPa的喷浆泵压,15r/rain~20r/rain,12m/min~16m/min,105kW的单台机组,注浆泵深度应该控制在50m以下,同时要确保其偏差不会超出规定的范围。 4施工过程 1)钻机就位。根据工程的需要来明确桩体数量、长度、直径以及位置等参数。施工人员在工程中要按照预先规定的打孔位置来进行施工,确保横纵向偏差不会超出20mm,钻孔垂直度也是重要技术参数,保证在合理的范围内。钻机安装到规定的位置上,钻杆轴需要对正钻孔中心位置,对正之后需要进行钻机的固定。安装到适当位置之后,再进行钻孔深度、位置、垂直度等精度的测试,达到技术要求后才能开始钻孔施工。2)下管喷浆。钻孔完成后,要进行深度的检查,达到要求之后再将注浆管注入到土层结构中,然后就是在钻杆上安装喷射部件。注浆管插入到土体中,可以在射水的过程中放入管子,此时就能够防止出现砂子堵嘴的问题,还能够进行水压的控制,也能够防止孔壁塌孔问题的存在。本次工程中在注浆管安装到规定位置之后,就能够开始喷射施工。施工中为了可以保证工程的质量达标,施工人员需要严格控制工艺技术参数,确保喷射方向、压力等参数达到要求,并且将所有的数据都进行准确的记录。材料的初凝时间需要控制在2h以内,如果超出该时间,需要停止施工并且进行材料的更换。3)冲洗器具。喷射施工结束后,为了可以确保其能够正常使用,就需要将高压水管清理干净,然后进行防水冲洗。4)喷射施工注意事项。a.喷射施工之前要确保施工的安全性达标。根据施工工艺规范的要求,检查确认设备和管道是否处于正常工作状态下,同时还应该有针对性的检查安全阀、活塞等重要的部件。对于一些长期使用、磨损严重的部件需要立即更换,并且确保注浆管的内部通畅性,接头部分的密封性也需要达到要求。b.全面的解决喷嘴与施工管路堵塞的问题。施工人员对于容易发生堵塞问题的位置上安装滤网结构,此时就能够有效的预防出现膨胀、堵塞等问题,及时发现堵塞问题,采取措施进行处理。c.重复喷射。为了可以更好的保证工程的质量达到要求,确保各项技术参数满足设计方案的要求,需要在施工条件下进行多次的喷射以提升其施工效果。d.确保施工开始之后水泥浆液的供应量充足。施工中必须要保证材料供应的连续性,满足施工顺利的要求。 5结语 旋喷桩开始施工之前,应用岩溶注浆进行勘孔处理,要根据工程的需要绘制地质剖面线,检查地质条件是否与设计一致,同时还应该准确的判定桩基是否进入到土体持力层内;在实验室内进行试样的配制和检测,保证其配合比达到要求。实验之后再进行现场的喷射施工,保证其土体的固结承载性能、强度以及规格等达到要求。根据需要来明确喷射技术参数和材料的使用量,同时还应该在规定的时间内准确的计算混合浆液成分,以保证工程的质量达到要求;经过上述的施工环节之后,路基施工可以顺利进行,工程的质量也能够达到要求,各项技术指标满足了实际需要,这说明该施工方法是正确的,可以在大范围内推广应用。 参考文献: [1]郑新军.高速公路路基高压旋喷桩处治施工技术[J].中国西部科技,2015(6):46,79. [2]刘尚文.高压旋喷桩加固软土路基[J].中州建筑,1989(2):59-60. [3]田勇.路基加固高压旋喷桩施工技术[J].中国科技投资,2018(24):34,98. 作者:侯素琴 单位:山西晋中交通建设有限公司
建筑结构设计安全度探讨:提高建筑结构设计的安全度思考 【摘 要】对于建筑结构设计而言,首先应从安全的角度加以考虑,始终将安全放在第一位,这样才能为房屋建筑行业发展提供有力前提。通常来说,只有结构设计科学合理,才能为后续工程建设提供良好的保障,并使整个建筑行业得以不断发展。为此,本文针对现阶段建筑结构设计存在的问题,提出了促进安全度提高的相应措施,希望能为同行提供一些参考。 【关键词】建筑结构;设计;安全度 对于我国房屋建设,尤其是高层建筑物工程建设而言,做好建筑结构设计尤为关键,是工程得以顺利开展、避免工程质量事故的前提与保障。建筑结构设计阶段,需要多方人员参与,并从多学科专业知识角度加以考虑,这样才能使结构设计安全性得以有效保障。目前来说,建筑结构设计阶段,仍然存在着考虑不周、设计规范不熟悉、设计人员对设计程序不完全掌握等较多问题,因而有必要从安全性的角度对结构设计加以论述,并提出自己的相应看法。 一、建筑结构设计应满足的安全性要求 建筑结构设计实际开展过程中,应时刻从安全性方面的角度加以考虑,使建筑结构充分符合相关规范需求,同时做到尽量使业主满意[1]。通常来说,应切实满足以下几方面安全性要求:第一,建筑结构应始终保持较为良好的力学性能,承载力必须在规范要求之内,建筑结构的刚度、强度等一定要经过经过设计人员的多方面考虑,并进行相关力学性能分析。第二,建筑抗震设计过程中,应满足以结构安全性为主的“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准目标。第三,建筑物结构设计过程中,还应从建筑物使用寿命角度加以考虑,使建筑物耐久性大大提高。 二、建筑物结构设计阶段关于安全性方面需注意的问题 (一)建筑结构设计过程中,安全事故和安全度之间不存在必然联系 通常来说,一旦发生安全事故,很多人将责任归咎于安全度方面的问题。然而,安全度并不是导致安全事故的原因,应正视这个问题。我国结构设计方法已经具有较为悠久历史,并沿用至今。尤其是在上世纪50年代,当时施工技术水平不高,混凝土质量也难以保障,混凝土配置过程中,通常利用人工搅拌等方法,但是当时工程质量仍然较高,建筑物寿命仍然较长,例如北京饭店已经经历了漫长的岁月,仍然屹立不倒[2]。由此可见,安全事故不能归咎于安全度方面的问题。 (二)建筑结构设计过程中,应切实注重节俭 尽管建筑结构设计要始终将安全放在第一位,但应在保障安全的前提下,注重工程成本,大力提倡节俭。尤其是近些年来,我国大力倡导节能减排,缓解当前能源紧张方面的问题。为此,建筑结构设计阶段,应切实从节俭的角度加以考虑。关于建筑材料如钢材等方面的节省问题,如何在满足安全性及功能需求的前提下更好的实现材料节俭等问题,设计人员都需加以考虑。 (三)建筑结构设计规范要求方面,我国没有比别国低 在建筑结构设计阶段,设计人员需参照相关规范标准。尽管我国对工程建设过程中用钢量做出了相关要求,并明确了最低用钢量数值。但是,在实际建筑进入设计阶段,设计人员还应切实考虑到计算不能涵盖全部因素,即要根据抗震概念设计的要求,适当增大用钢量。为此,我国在结构设计规范方面的要求,没有比其他国家要低,只是设计人员在理解方面可能会出现一些偏差。以建筑结构设计中的柱结构为例,柱纵向钢筋的最小总配筋率,89规范的比78规范有所提高,但仍偏低,2001规范进行适当调整,2010规范提高了框架结构中柱和边柱纵向钢筋的最小总配筋率的要求。由此可见,建筑结构设计阶段,我国并没有放低要求,而切实从安全性角度加以了考虑。 三、建筑结构设计阶段如何有效提高安全度 (一)加强墙体、屋面等重点建筑结构设计 通常来说,为保障建筑结构设计阶段的安全性,应从墙体设计、屋面设计等重点部位着手,并进一步促进整个建筑物安全度的不断提高。对于墙体结构设计而言,墙体的结构、尺寸应切实符合安全规范要求,在墙体设计过程中,还应注重圈梁构造柱的设置。如果建筑物墙体设计的过程中,没有充分考虑到建筑物抗震方面的实际需求,建筑物安全性就难以得到有效保障。对于容易出现结构破坏部位,在结构设计过程中,可以通过加设横向配筋、增添构造柱对其有效解决。对于屋面结构设计而言,在结构设计的过程中,如果结构建模不当,致使屋面结构布置不符合设计规范,一旦出现温度变化,结构性能就会受到影响,甚至会产生裂缝、结构变形过大等现象。 (二)根据当前实际特点,科学制定设计规范 通常来说,建筑结构设计阶段,对规范的依赖度较高,因而规范制定一定要力求科学性和合理性。然而,设计规范制定是一项较为复杂的项目,不单单要从技术角度加以考虑,更要与当前国家政策进行结合,这样才能考虑更加周到,并能切实符合当前经济社会发展实际特点。例如,在建筑材料用量方面,应充分考虑到我国的实际国情,包括经济水平等方面,并与发达国家进行对比,这样才能做到对安全度问题更好的把握。由此可见,在制定设计规范过程中,只有充分与现有国家政策进行有机结合,才能使规范制定更加合理,更具有实际应用价值,并真正促进建设结构设计方面的不断发展。 (三)重视抗震方面设计,促进安全度不断提高 建筑结构设计阶段,应从抗震性角度加以有效考虑。相对来说,目前我国建筑寿命普遍偏低,要低于西方国家水准,在抗震方面所做措施不足,因而使建筑物安全性难以切实得到有效保障。在抗震设计方面,应从以下几个方面着手:第一,应不断加强建筑物结构薄弱部位的设计。通常来说,建筑物结构薄弱部位本身力学性能较差,结构变形较大,对建筑物抗震起相当关键的作用。设计人员需根据实际情况,遵循规范标准,加强结构薄弱部位的设计。第二,在抗震设计的过程中,通过设计加入隔震、消能减震措施,使用隔震、消能抗震性能良好的产品,将地震能量进行有效散耗,从而在很大程度上起到减轻地震效应的效果。第三,在建筑结构设计的过程中,利用外加构件等方法,改变建筑物结构性能,也能起到良好抗震效果。 (四)切实重视建筑结构设计阶段存在浪费问题 建筑结构设计实际开展过程中,经常会面临安全性与节约方面矛盾的问题,二者之间既相互统一,又在一定程度上存在着矛盾。为此,应正确处理好二者之间存在的关系。在建筑材料应用方面,钢材等方面的用量是需要注意的问题,钢材用量过少,安全性难以切实保障,钢材用量过多,会造成严重浪费现象。由此可见,结构设计应至少从安全性和节约性角度多加考虑,综合选择最优结构设计方案,这样才能在充分保障建筑结构安全性的前提下,大大减少建筑工程的建设成本,有效避免浪费造成不良影响。 结语: 本文浅要分析探讨现阶段建筑结构设计存在的问题,提出了促进安全度提高的相应措施,希望能为同行提供一些参考。对于建筑结构设计而言,应时刻从安全性方面的角度加以考虑,并充分满足相关规范需求,使房屋不仅保持良好的力学性能,同时具备一定的环境适应性,并不断延长房屋使用寿命。在设计阶段,应转变传统设计观念,充分做到与时俱进,满足当前时代对建筑结构发展的要求要求。与此同时,应充分考虑到当前国家政策,并切实避免建筑工程设计阶段出现的浪费现象,使业主满意。只有这样,才能促进建筑工程设计过程中,安全度不断提高。 建筑结构设计安全度探讨:提高建筑结构设计的安全度分析 摘 要:在建筑产业的发展中占据重要地位的部分就是建筑结构的安全性,而且建筑结构安全度的设计问题也得到行业专家的高度重视。本文介绍了建筑结构设计安全度的概念及重要性,并对此过程中存在的问题进行了阐释,相应得给出了可行的建议,以期能提高建筑结构设计的安全度。 关键词:建筑结构;安全度;可行性建议 安全的结构设计是建筑产业发展必不可少的部分,而基于结构安全度的设计又是重中之重,因其直接关系着质量控制等其他关键环节,可以说建筑结构安全度设计对现代建筑的发展起着基础性的作用。从目前我国的建筑产业发展现状来看,一些问题亟待解决,提高建筑结构安全度设计就成为促进建筑产业发展的重要举措。 一、建筑结构安全度概述 对于建筑结构安全度的认识可以从它的概念入手,然后阐述建筑结构安全度设计的必要性。 (一)建筑结构安全度设计的概念 在一定的经济条件下,赋予结构以适当的安全度,使结构在预定的使用期限内满足预期的各种功能要求是从事建筑结构设计的基本目的。同时,建筑结构设计也有三个基本的功能要求。第一,安全性。即无论在正常情况还是突发状况下都能确保整体结构的完整性和人身财产的安全;第二,适用性。即在正常使用情况下具有良好的工作性能,保证物尽其用;第三,耐久性。即结构性能保证其完成预定的功能,具有足够长的安全使用寿命。上述三个要求既是建筑结构设计的最终目的也是评价建筑结构安全与否的标志,安全度就是对这些性能的度量。 (二)建筑结构安全度理论 建筑结构安全度理论是用失效概率来度量结构可靠性的,这一理论是通过将结构自身的抗力和外荷载的作用效应相互独立,将随机过程化成随机变量,并以经验数据为校准点,从而成功得应用到建筑结构设计规范中的。结构的构造规定、材料强度标准值、载荷标准和结构内力分析的精确度等因素都与建筑结构安全度有关。这一理论需要结合具体情况灵活运用。 (三)建筑结构安全度设计的意义 因为建筑结构设计的安全度要求在我国现代建筑产业中拥有举足轻重的地位,因此必须足够重视建筑结构设计安全度的问题。建筑结构设计安全度不仅仅局限于正常的施工建设和日常使用中,更重要的是在各种自然灾害下,建筑结构可以发挥保障人民生命财产安全的作用。这就要求除了基于施工技术角度、综合受力情况、整体设计理念的设计的考虑外,技术层面的要求应该更高。 合理的建筑结构安全度设计,对于工程建设的各个环节都有实质的价值,比如建筑风险控制、施工安全的控制等。安全度控制在建筑材料、工艺要求的严格程度方面也有影响,因为工程的造价直接限制着建筑结构安全度,过高的安全度会造成工程的额外成本输出。 二、影响建筑结构安全度设计的主要因素 (一)与工程造价的关系 国家经济和资源状况,社会财富积累程度以及设计施工技术水平与材料质量水准都反映在结构设计安全度的高低上。准确得说,选择结构设计安全度要处理好与工程造价、维修费用及投资风险三者之间的关系,权衡工程造价和结构风险的得失从而寻找最优选择。这其中不仅涉及生命财产的损失,还可能对社会、政治、经济各方面产生影响,因此,不能片面的以建造时的材料消费用量和经济指标来评价结构安全度。 (二)建筑结构设计安全度的确定 除了需要以概率和统计为基础外,依靠经验、工程判断及综合考虑才能很好得确定工程的安全度。因为我国的混凝土结构规范设定的安全度水平偏低,这就使我国估计结构承载力所用计算公式的安全度低于国外,在个别情况下存在不安全因素。在我国飞速发展的今天,现行设计可靠度水平应该有所提升,这样有助于建筑行业的长期发展。 (三)面临的挑战 由于我国现代建筑产业起步晚,因此与国外相比还存在较大差距。我国建筑结构安全度设计在市场竞争面临的挑战是多方面的。首先我国的建筑行业必须有一个良好的平台,那就是提高建筑结构设计安全度;其次,提高建筑结构安全度设计规范刻不容缓;最后是相关法律法规应该更加完善,以规范建筑业发展。现代建筑结构更加注重在自然灾害的抗灾性能设计方面,相信以后会更加完善。 三、提高建筑结构安全度设计的建议 因为建筑结构安全度设计在工程设计中的主导作用,所以在可以提高建筑结构安全度的重要方面要加强控制。 (一)控制结构体系中各构件承载能力 各构件的植入在现代建筑结构设计中是必不可少的,,因此,对这些构件承载力的安全控制是非常重要的。在设计中尤其要注意连接处承载力的构建,这样才能形成建筑结构的预应力。若有一处构件的承载力不合格,不仅使结构体系的安全度降低,甚至会影响整体结构的稳定性,造成严重的后果。 (二)控制结构材料质量 因为现代建筑多以高层为主,结构复杂,因此对其钢筋混凝土结构的强度、延性有着更高的要求。而且,还要注意节约钢材,争取在有限的工程造价制约下,发挥钢材的最大作用。 (三)结构的负载调整 建筑结构的设计,在风荷载、风压系数上有着严格的规定,尤其是风荷载的有效调整,是规避自然灾害的有效措施。因为主结构的预应力保护是建筑稳定的优秀,因此,对其负载控制可以有效得提高结构安全度。基于建筑结构的设计需求,合理调整负载,就能提高结构安全度。 (四)严格依据我国的相关构造规定 我国规范规定的是最低用钢量,在设计时,设计者可以根据结构重要性适当提高。而我国的构造规定与国外有很多不同之处,比如,剪力墙的最小配筋率与美国相同,在墙的暗柱配筋量等方面已是世界领先水平。而我国规范规定的柱子最小含钢量为0.4%,是不考虑抗地震时的数量,我们大多数城市设计时都考虑地震,这时柱子的最小含钢量就是0.5%-1.0%。因此,不能以我们规定标准的最低值与国外比。 四、总结 随着现代建筑业的发展,一些现阶段的建筑结构安全度设计标准不能适应我国当前形势,这就需要我们总结经验,不断变革发展。只要我们对建筑结构安全度设计有效控制,相信对整个现代建筑产业大有裨益。 建筑结构设计安全度探讨:现代建筑结构设计安全度的探究 摘 要 本文基于工作中的体会和实践,分析建筑结构设计不合理引发的安全问题,同时提出提高建筑结构设计安全度的对策,以此为建筑业的健康发展提供参考思路。 关键词 建筑设计 结构设计 安全度对策 随着我国经济的快速发展,建筑业也呈现出了快速发展的趋势,然而建筑业的发展也带来了一系列的问题,其中建筑安全问题成为一大优秀问题。建筑安全问题产生的根源在于建筑结构设计的不合理性,由此如何保证建筑结构设计的水平将直接关系到建筑的稳定性和功用性,直接关系到建筑是否能够满足使用群体的需求。 1建筑结构设计中存在的安全问题 1.1建筑结构设计不合理 建筑安全问题发生的原因之一即为建筑结构设计的不合理性。在设计过程中,一些建筑设计人员过分注重建筑的外观艺术效果,而忽视建筑实践,这就导致建筑很难发挥功用性,极易由于外部环境的改变而导致结构的变形,由此导致安全隐患的发生。除此之外,针对高层建筑,在建筑结构设计过程中较易忽视地震和巨大风力可能带来的水平侧向力。在建筑结构设计过程中对于这些问题的忽视或者是设计的不合理,都会直接导致建筑安全问题的发生,降低建筑的稳定性。 1.2建筑结构设计中的偷工减料问题 建筑安全问题发生的另一重要原因即为建筑结构设计中存在的偷工减料问题。一些商家由于利益的驱使往往会在建筑结构设计中通过偷工减料来节约成本提高效益,由此就会严重威胁到建筑的安全性和稳定性。比如说钢筋的配筋率问题。国家对钢筋的配筋率有明确的规定,并要求建筑结构设计人员对配筋率严格控制,从而保证建筑建设的质量,但是在实际工程建设过程中,偷工减料问题时有发生,这就导致建筑的稳定性差,由此严重威胁建筑使用群体的生命财产安全。 2提高建筑结构设计安全度对策 2.1加强建筑各有关单位的沟通 建筑结构设计工作不能独立的由设计单位进行操作,需要各相关部门之间的沟通,由于设计人员对建筑工程概况了解的局限性,由此在设计的过程中需要各领域人员的相互配合,共同参与结构设计的全程,由此可以防止建筑设计与实际操作间的误差,增强设计的效用和准确度,从而最大限度的保证建筑结构设计的安全性。结构工程师要积极组织并参加各专业的协调会议,从而确定建筑设计的优秀问题,由此可以更为透彻的把握建筑设计的意图,避免设计出图后造成的返工问题。 2.2严格遵守建筑结构设计相关规范 建筑结构设计工作是一个高度规范化的工作,不论在建筑设计过程中对设计图样做出什么样的创新,都必须以建筑结构设计基本规范作为着手点。近年来,为了提高建筑的使用质量,相关政府机构推出了各项技术规范,这些技术规范具有强制性,目的就在于规范设计人员行为,从而最大限度的保证建筑结构设计的合理性和安全性,最大限度的降低建筑安全隐患的发生。相关规范主要包括:《混凝土结构设计规范》《建筑地基基础设计规范》《高层建筑混凝土结构设计规程》《建筑抗震设计规范》,只有明确了相关规范的各项要求并且严格对建筑结构设计按此规范执行,才能保证结构设计的合理性和安全性,充分保证建筑效用水平的发挥。 2.3加大建筑结构设计安全度细节考虑 在建筑结构设计的过程中,除了要选择优秀的设计团队并遵循建筑设计相关准则,最重要的就是要考虑建筑结构设计的细节问题,只有对细节问题进行考虑,才能保证建筑结构设计的稳定性。具体说来,在建筑结构设计过程中要考虑最小配筋率问题,如果配筋率达不到要求,则混凝土的延性会很差,由此可能会导致结构的裂缝,影响建筑的稳定性。 其次,要考虑混凝土的保护层厚度问题。保护层是指混凝土构件中,起到保护钢筋避免钢筋直接裸露的那一部分混凝土,其厚度为纵向钢筋(非箍筋)外缘至混凝土表面的最小距离。保护层最小厚度的规定是为了使混凝土结构构件满足耐久性要求和对受力钢筋有效锚固的要求。混凝土结构中,钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同材料组成的复合材料,两种材料的良好粘结性能才能保证它们能够共同工作,由此要从钢筋粘结锚固角度对混凝土保护层提出要求;从耐久性方面考虑,钢筋裸露在大气或者其他介质中,容易受蚀生锈,使得钢筋的有效截面减少,影响结构受力,因此需要考虑保护层厚度问题以保证构件在设计使用年限内钢筋不发生降低结构可靠度的锈蚀。除此之外,对有防火要求的钢筋混凝土梁、板及预应力构件,为了保证构件在火灾中按建筑物的耐火等级确定的耐火限的时间段里构件不会失去支持能力,也要考虑保护层厚度问题。混凝土保护层厚度大,构件的受力钢筋粘结锚固性能、耐久性和防火性能越好。但是,过大的保护层厚度会使构件受力后产生的裂缝宽度过大,就会影响其使用性能。由此,要综合考虑保护层厚度,以便在建筑结构的各个角度合理安排混凝土厚度。《混凝土结构设计规范》82.1条规定纵向受力的普通钢筋及预应力钢筋,其混凝土保护层厚度(钢筋外边缘至混凝土表面的距离)不应小于钢筋的公称直径,一般设计中采用最小值。 最后,要充分考虑建筑结构的抗震性能。在建筑结构设计中,要保证建筑结构布置的合理性,从而从根本上保证建筑物的抗震性能,从经验来看,简单、规则、对称的建筑物抗震能力更强,更易经受地震的破坏作用。由此基于抗震考虑,在建筑设计中,建筑平面和立面就应尽可能设计规整和简洁,要避免严重不规则的设计方式,避免由于建筑盲目的创新性对建筑安全性的忽视。 3结语 建筑结构设计安全度问题是建筑业应该特别关注的问题,当下,由于结构设计问题导致的建筑安全事故造成的损失巨大,所以提高建筑结构设计水平有助于提高建筑稳定性和安全性,有助于发挥建筑功用性和效益性。作为现代化发展的重要标志,建筑业的健康发展已不能仅仅局限于建筑数量的增多,而更多的要关注建筑的安全性水平,只有这样,才能满足人们对建筑的要求,加快我国现代化建设的步伐,同时更好的促进建筑业向着更快更好的方向发展。 建筑结构设计安全度探讨:浅谈建筑结构设计的安全度 摘要:随着我国现代建筑产业的发展,建筑形式越来越复杂多样,建筑结构的安全有着至关重要的地位。建筑结构的安全因素来源于多个角度,可以说建筑的安全度考虑,是确保建筑工程建设工程质量管理的关键。建筑施工过程中,安全是优秀内容,从技术、工艺等角度规范各建筑的施工环节。因此,加强建筑工程结构设计的安全性的研究有着非常大的必要性。 关键词:民用建筑;结构设计;安全度 一、强化建筑结构设计安全性的意义 1、适当的安全设备在在建筑工程的整体造价中与其他相比比例相当小,甚至可以说不会影响建筑工程的总造价,然而安全设备的购置和安全度的考虑,却能够有效提高建筑工程整体的质量。所以说提高建筑结构设计的安全度,是满足现代建筑需求的重要举措,也是现代建筑发展的必经方向。 2、目前大多数建筑工程在提高建筑结构耐久性的投入并不是非常多,保证建筑结构设计的安全性,加大安全性设计的投入,却能够有效延长建筑整体的使用寿命,降低工程工作量。 3、提高其结构设计的安全度考虑,对我国建筑产业的发展来说是一个良好的发展平台。通过提高优化现代建筑的结构设计,强化建筑材料、施工工艺的高水准控制,都将有效会提高结构安全度。 4、结构设计的安全度,对于建筑风险控制,以及施工安全的控制有着影响,并且这些都会造成工程的额外成本输出。因此,建筑结构的设计安全度程度,直接影响着工程造价的控制,以及工程质量的控制。 二、选择结构设计安全度的原则 1、选择结构设计安全度要处理好与工程直接造价、维修费用及投资风险之间的关系。虽然提高结构设计安全度时,结构的直接造价将有所提高,而维修费用将减少,投资风险亦将减少:如果降低工程造价,则维修费用和投资风险都将提高。 2、在确定建筑工程的安全度时,在设计过程中一定程度上需以概率和统计为基础,但还需要依靠设计人员日常的工作经验、工程判断及综合考虑。 3、建筑结构的安全度设计,是衡量建筑结构有效性的重要基点,科学的建筑工程结构设计安全度考虑,一定能够确保结构在任何特殊情况下的稳定性。 4、结构安全度是由结构重要性来决定的。在同等重要的建筑物的前提下,结构的安全富余与结构的平面布置及竖向受力构件有着密切关系。 三、民用建筑结构设计安全度现状 我国建筑市场中虽然也会出现安全事故,但我们应知道出现的安全事故与结构设计可靠度并没有太大关联。例如在上个世纪五十年代建筑行业所采用的结构设计方法,其与现阶段我们所采用的方法并无太大差异,但是从材料性能上来看,当时所采用的混凝土显然强度更低,且施工中所采用的技术方法也较为落后,没有振捣器等设备,只能人工的去搅拌混凝土,但是也没有经常出现安全事故,可见,其与建筑结构设计的安全度是没有过多的关系的。另外,在我国建筑市场的各类设计规范中,与构造相关的各类规定是较为合理的,制定安全规范时应充分的考虑到国家的实际政策,其无国际市场是没有直接的联系的。在我国的规范中,最低标准就是使用钢量,并且在实际的设计工作几乎都会予以提高,因此,用我们国家的最低值与别的国家相比是不合理的,并且以此也无法判断出工程中材料的实际使用量。在不考虑地震的情况下,规范中规定柱子的最小含钢量为0.4%,而对于建筑来说是必须要考虑抗震的,那么柱子的最小含钢量应在1%左右。设计单位进行民用建筑的结构设计工作时,其往往会采用更大的用钢量,可见,我们国家的实际用钢量也是不小的。 四、保证民用建筑结构设计安全度的对策 1、制定建筑物的安全规范时应充分的考虑到国家的各项政策 一个国家的安全性规范是这个国家经济条件的直接反映,其既是技术性的,同时更有很强的政策性,与发达的国家相比,我国安全度可以低一些。对于抗震规范,其与国家实际政策更是密切相连,所谓的抗震政策实际上就是指这个国家愿意为他的人们在抗震方面投入多少保险,因此,国家有钱,那么其投入就会更多,相反投入就会少些。处于不同地理位置的国家,其地震的情况也是存在较大差异的,有的国家几年就会发生一次地震,而有的国家几十年都没有发生一次地震,从这一角度来说我国所采用的抗震设计规范还是有着较高的安全度的,如果设计人员盲目的提高建筑物的安全度,那么势必就会增加用钢量,从而加大建筑结构的构件截面,这样就会产生大量的浪费。 2、多角度提升建筑结构设计的安全度 首先,我们应采用较为经济合理的结构方案,同时做好结构分析与构建和连接的设计工作,为充分保证结构的安全性,那么就应按照规范选择合理的可靠指标或是安全系数。而安全度实际上就是指我们所选择的可靠指标或是安全系数,其主要是用来衡量结构截面的强度的,有很多因素都会影响到结构的安全性,而安全度则是其中的最重要的一个方面,在实际的设计工作中,设计人员应满足相应规范对结构强度计算上的安全度需要,同时更要考虑到结构材料、结构耐久性、结构体系、结构维护以及设计、施工到最后竣工使用每一个环节中可能出现的问题和错误,从而最大限度的保证结构的安全性。民用建筑结构的安全性会受到很多因素的影响,如防倒塌能力差、结构整体承载能力差、保护层厚度过小、混凝土强度等级偏低、受力路线不准确、结构的延性不足、构件截面过薄以及钢筋直径过小等等。在实际的生活中,我们经常会见到有些建筑项目在远未达到使用寿命时,其耐久性和安全性就出现了问题,因此,要想充分的保证民用建筑结构设计的安全度,我们就必须从材料、构造等多方面采取科学并且具有针对性的设计措施,同时对施工单位应提出较高的要求。 3、民用建筑安全性设计规范的管理 通常情况下,在对民用建筑进行安全性的结构设计工作时,主要有推荐性和强制性的两种体制,而发达国家几乎都是采用推荐性的体制的,结构工程的形式是复杂多变的,所以设计人员必须具备丰富的理论知识和实践经验,从而能够形成敏锐的判断力。而队伍我国这样一个仍处于发展中的国家来说,还是在采用强制性的体制,设计人员必须遵循相应的法律法规,否则出现了事故则应由设计人员负责。采用强制性规范对于激发设计人员的创造性是十分不利的,同时也无法适应实际设计活动中可能要出现的一些突发性问题,因此,所制定的规范必须具备较强的适应性和准确性,同时政府机构应做好对规范的管理工作。在日后的管理工作中,政府机构应主要期起到批准和监督的作用,同时应联合各种学会和协会共同来管理安全性规范,同时所编制和管理的规范应能够更好的适应我国的社会主义市场经济体制。 4、建筑结构建造中安全性的实现 结构设计是建筑结构成为真实的前提与基础,真正实现建筑结构各项功能需要通过合格的建造,因此,建造是结构设计安全性实现的媒介、是建筑结构各项功能实现的关键。建造的技术方法和建造实践都会影响结构的安全性,结构建造过程中安全性的实现,必须做好建造过程质量控制工作。首先,在组织建造前,必须提前管理,从思想上抓起,提高认知,完善措施管理方案,采取科学合理的建筑技术。其次,为了保质保量,还要落实监管,明确责任,这是保障结构建造安全性实现的第二道防线。 5、结构使用中安全性的实现 建筑结构目的之一即适用性,要求建筑结构在预定使用期限内应具备相应的各项功能。不仅建筑结构设计和建造会影响结构的安全性,同时,结构的实际使用状态也会影响结构的安全性。不合理的使用可能降低甚至牺牲结构的安全性,比如未经考核和论证擅自改变建筑物的用途、装修过程中不按照建筑设计要求擅自改造结构构件,这些都可能改变结构传力途径、降低结构体系的承载能力和性能、破坏结构整体稳定性。因此,合理地使用和定期检修是保证结构安全性的重要措施。 结束语 通过以上的论述,民用建筑结构设计的安全度问题是一个复杂的系统工程,并且其要受到众多因素的影响,而这就对民用建筑的安全性评定工作提出了更大的难度。我们应积极的分析民用建筑在安全方面所存在的问题,采取有效的改善措施,从而充分的保证民用建筑的安全性。 建筑结构设计安全度探讨:建筑结构设计安全度的要点论述 【摘要】安全的问题随着社会的发展以及人们生活水平的提高已经不断的渗透到我们日常生产生活中的每一个领域。并且工程结构设计随着建筑工程的发展也逐渐渗透了安全的理念。只有保证工程项目的基本功能和安全性,才能算是一个成功的建筑工程项目。本文笔者对建筑结构设计安全度的要点进行了分析和探讨。 【关键词】建筑;结构;设计;安全:要点 引文:建筑结构设计的安全性应当而且必须要成为建筑设计工作者重点考虑和高度重视的问题,该项工作既牵涉社会层面的问题,也会牵涉设计单位和设计人员的问题,所以,要提高建筑结构设计的安全性,需要从多方面入手。 1分析建筑结构设计安全的重要性 结合设计是建筑工程中的重要部分,强调建筑结构设计安全的重要性,有利于延长建筑工程的使用寿命,促使其可为用户提供安全的环境,同时还能地域外部的环境干扰。结构设计安全性在建筑工程中起到重要作用,首先优质的结构设计,可以提高建筑工程的自身承载力,始终保持建筑结构的稳定性,体现安全性在建筑结构中的监督作用,改善了建筑施工的环境;然后结构设计的安全性,降低了建筑运营中风险事故的发生机率,稳定建筑结构的性能,确保建筑结构具备较高的经济效益;最后是通过结构设计的安全性,维护建筑工程的可靠性,促使建筑工程达到可靠的标准,展示建筑结构设计安全性的价值和意义。 2结构设计中存在的问题 2.1很多单位由于设计项目过多,自身设计人员不够,让刚进入单位的缺乏经验的人员独立从事设计工作,更有甚者聘请在校学生从事设计工作,致使设计质量得不到保证。 2.2设计人员对设计规范一知半解,机械理解,实际设计中照葫芦画瓢,设计过程中有大量不遵循设计规范的情况。 2.3设计人员安全意识不够。由于建筑设计项目的危险性短时间内无法体现出来,所以不少设计人员设计的安全意识薄弱,存有侥幸心理,人为房子盖起来了,没有危险性。 2.4不注重对专业知识的学习。不少结构设计人员仅仅把设计作为一个工作,而不是作为事业。有工作把它完成就万事大吉了,殊不知没有不断学习的精神,是无法适应未来设计工作要求的,更谈不上做出良好的设计产品的。 3建筑结构安全性的实现 为了实现结构设计的安全性,我国设计人员需要从结构整体安全性和耐久性出发具体问题具体对待,,要敢于创新、善于创新。所谓的提高结构整体安全性,就是要努力避免在结构局部破坏时,结构整体会出现连续的破坏倒塌,从这层意义来讲,就是要求在结构设计时必须使结构具备良好的延性和必要的冗余度,以实现降低地震、爆炸等意外灾害导致较大损失的可能。除此之外,在提高结构的耐久性方面,还需要对如酸雨侵蚀、冻融、土中有害化学物质侵蚀等环境作用的影响予以关注。建筑结构成为真实的前提与基础就是结构设计,若要在真正意义上实现建筑结构各项功能的合格建造,就要格外注重结构设计安全性实现的媒介、是建筑结构各项功能实现的关键――建造技术。 3.1提高结构设计人员的抗震设计意识 建筑结构设计是一项系统、全面的工作内容,需要具有一定的理论基础和创新型的思维模式,拥有严肃认真的工作态度。抗震设计在结构设计中有着举足轻重的地位,它是房屋抵抗地震作用的屏障,试想如果自然界没有地震这种随机作用,那么结构设计也将不具备复杂性。合理的抗震设计可以为人们的生命安全和财产安全起到保障作用。所以设计人员应在设计中把握住抗震设计底线,时刻谨记抗震设计的重要性,切切实实对建筑的结构设计负责。 3.2设计人员要提高自身设计水平 设计人员是结构设计的直接执行者,设计人员的设计水平直接关系着结构设计的合理性和安全性。要想提高建筑工程结构设计的质量,设计人员就需要不断加强学习,更新知识,提高设计水平。工程结构设计人员应在设计理论以及实际设计经验两方面进行不断地提高。设计理论是设计的基本,如果一个设计人员对设计规范一知半解,仅仅通过机械的学习,缺乏系统知识,是难以做出好的设计的。同时设计经验也很重要,比如现在很多小的设计单位,缺乏对高层设计设计的经验,如果刚接触高层建筑以及复杂建筑的设计,必定难以胜任,所以设计人员应在自身水平的基础上通过网络、媒体等途径不断充实自己的知识体系。总之,结构设计是理论性及实践性极强的工作,应通过学习,并理论结合实际不断提高自身的设计水平。 3.3严格遵循建筑规范设计进行设计 设计规范是在社会发展到一定阶段所出台的与社会发展相适应的设计人员需遵守的规范条文,是大量理论与经验的产物,目的是为了提高建筑结构的质量,降低安全隐患,是设计人员必须遵守的。实际设计中不乏设计人员为了某些设计条件而在规范方面做妥协,这种做法具有极大的危险性,所以设计人员需认识设计规范的重要性,对建筑过程中不符合相关规定的行为及时的解决,避免出现安全隐患。 3.4重视建筑结构的耐久性 因为结构耐久性不足已影响现实安全,所以在设计过程中设计人员过多的考虑强度而忽视耐久性,重视强度极限状态而不重视使用极限状态。人们普遍的重视新建筑的建造却漠视对旧建筑的维护。所以,为了进一步提高建筑工程的安全性,建筑结构的设计过程中必须要重视建筑结构的耐久性分析,在建筑结构在规定设计年限内有效的提高其安全性能,促进建筑工程建设和整个建筑业的健康发展。 3.5加强与科研机构的合作,加大新技术的引入 大多数设计单位在设计经验中积累的大量工程经验也取得了很多辉煌的成绩,可是在新技术的引入方面成绩甚微。很多设计人员仍忙于现有的设计工作,处于一种重复性劳动。另一方面很多科研机构每年有大量的科研成果,很多科研成果是非常有价值的。而设计单位和科研机构两者之间的交流与合作却很少,导致大量先进技术得不到利用,造成资源的不合理利用,所以设计单位应加大和科研机构的合作,合作形式多种多样,最主要是需求两个单位之间的合作共赢,这样不仅能尽可能优化社会资源同时也可以促进设计单位以及设计人员的长远发展。 3.6 使建筑结构设计人员的抗震意识得到加强 结构设计工作是一项涉及面较广且较为系统的工作,需要设计人员具有相应的理论知识与专业技能作为基础,加之创新的思维模式、严谨的工作态度以及较高的职业素养。设计人员应对自己的工作认真负责,对每一个构件的设计都需做到精益求精,对建筑工程工作密切配合,结合前辈失败以及成功的经验和教训,总结工作经验,为以后的工作打下基础。此外,还需改变自身较为陈旧的思想,认识到建筑物抗震性能的重要性,从自身角度出发,提高自身的专业水平,保障建筑结构设计的安全性,响应国家以人为本的政策,使人们的生命财产安全得到保障。企业还需对建筑设计人员做好相应的培训工作,使其能够接触到较为先进的专业知识,更好的运用到实际工作中。 结束语: 建筑结构设计的安全性应当而且必须要成为建筑设计工作者重点考虑和高度重视的问题,该项工作既牵涉社会层面的问题,也会牵涉设计单位和设计人员的问题,所以,要提高建筑结构设计的安全性,需要从多方面入手。就当前的情况来看,我国的建筑结构设计行业对建筑结构设计安全性的认识还存在较大的不足,这需要整个行业加强思想引导,让所有设计工作人员充分提高认识,针对现有不足努力探索改进措施,力争从根本上解决设计中存在的安全隐患,以促进建筑结构设计行业的长期良性发展,确保人民群众生命财产安全。
航空发动机论文:航空发动机强度计算多媒体教学论文 一、多媒体教学之优势 航空发动机强度计算作为专业必修课,从航空发动机中抽象出叶片、盘等结构,建立模型,开展结构的应力计算和强度分析,较为艰涩、枯燥,采用传统的板书教学模式,教师对于说明复杂的零部件结构和受载形式往往力不从心,此外,传统的教学方法还受到课堂板书时间、教学语言、课堂纪律等不利因素影响,从而影响学生听课的积极性,教学的进度和教学的质量。与板书教学相比,教师使用多媒体课件时,学生往往会表现出较大的兴趣。据有关调查统计,同样的内容,视听结合记忆效果比只凭看提高40%,多媒体教学正是实现视听结合的有效手段。因此,在发动机强度计算的教学过程中,采取多媒体辅助教学可以达到提高教学效率、吸引学生专注度、加深学生理解力等积极的作用。多媒体教学是指通过计算机把多媒体的符号、文字、公式、图像、声音、动画等各个要素按教学要求进行有机组合,并采用投影屏幕的形式显示出来,结合教师的讲解和引导达到合理教学过程的目的。多媒体教案与传统书面教案相比,更加美观、生动。对于发动机强度计算这类具有内容抽象而又复杂的课程,具有明显的教学效果。多媒体教学与传统教学方式相比具有以下优点。 1.多媒体教学具有生动、形象、具体可感的特点,可以解决板书不易表达的内容,抽象问题直观化,创建生动的表象。 2.多媒体教学集声音、影响、图片、文字、动画于一体,能够充分调动学生的感官系统,极大提高学生的课堂学习兴趣和专注度,激发学生学习的主动性,活跃课堂气氛。 3.多媒体教学具有知识容量大、信息量多等特点,提高单位时间授课信息量,有利于学生拓宽知识视野。 4.多媒体教学事先组织好的教学内容,有利于节约教师板书时间,使得教师更加灵活地控制教学节奏、设计教学过程、提高教学效率,同时降低教师上课的强度,避免重复板书这种机械的体力劳动。 二、多媒体教学的注意事项 随着微机和多媒体技术的发展和普及,多媒体教学正逐步取代传统的教学方式,有数据统计显示高等教育80%以上的老师已经视多媒体为必不可少的教学工具。然而,多媒体教学只是一种教学手段,如何合理地使用多媒体技术提高教学质量一直是众多教师所关注的重点。 (一)多媒体教学具有众多优势,但是使用不当,会存在以下问题 1.教师过多依赖多媒体教件,照本宣科,忽略课前备课,对讲课内容不熟悉。多媒体课件中已经事先设计好讲课的文字、图片和公式等内容,容易导致教师轻视课前备课,导致在课堂上对所讲授内容不熟悉。 2.采用他人多媒体课件,生搬硬套,缺少教师作为教学主体对课程的思考。现在多数课程都采用了多媒体课件,教师也可能通过很多途径获得相关课程的多媒体课件,直接使用他人课件就可能导致教师缺乏对所授课程的积极思考和讲课方式的精心设计。 3.多媒体教件成为教师讲解演示的工具,缺少师生之间的互动,会导致学生过于被动地接受知识,甚至缺乏学习的兴趣。 4.多媒体教件华而不实,分散学生注意力。多媒体教件可以穿插声音、影像、图片,建立一个丰富多彩的立体课堂。但是,多媒体教件也同时可能存在过度使用声、光、影,从而冲淡教学的主要内容,同时分散同学的注意力。 5.多媒体教件的优点之一是知识容量大、信息量多,然而使用不当也会使得这一优点变成缺点。单页信息量大,重点不突出,也可能导致授课速度过快的缺点。 (二)教师在多媒体教学的过程中,有必要注意以下几点,才能更好地发挥多媒体教学的优势 1.使用多媒体课件,应在课前对多媒体课件和教材充分熟悉,对内容了然于胸,并合理板书,引起学生积极性,发挥教师在教学过程中的主导作用。 2.多媒体课件中,注意课程内容的贯穿和表达。多媒体课件的内容安排要站在学生的角度来思考,每幅画面的出现要符合学生的学习思维习惯。如:逐条显示画面的信息,做好前后承接,图形配以一定的关键文字进行说明,公式的推导要像写板书一样逐条出现。 3.教师和学生同为主体,互动教学。避免教师在上面不停地讲,学生在下面沉默地听。在多媒体课件设计过程中,要实现分步提示,要适时地抛出问题,引导学生跟着教师的思路走,引导和指导学生主动学习,对学生的疑难问题及时反馈、及时解决。 4.画面简洁,只显示相关信息。要重视心理学中的有意注意和无意注意规律,减少在课件中与教学内容无关系的图像、音乐、动画等,否则会使学生把更多的无意注意放在画面和音乐上,无法专心于真正需要他们关注的教学内容,教学效果大打折扣。因此,不要在多媒体课件上使用不必要的图像或动画装饰。 5.课件上的信息要简单、准确、明了,突出重点,避免把整段文字搬上屏幕,导致学生来不及看,引起厌烦情绪。讲课注意节奏,快慢结合,对于内容简单的要加快节奏,重点、难点要慢讲,从而加深学生对所学知识的理解与消化。由此可见,虽然多媒体教学有着传统教学不可比拟的优点,合理运用多媒体手段可以提高教学效果,但是多媒体教学并非是改善教学效果的唯一途径和手段,不能因为其优点而完全抛弃板书等传统教学手段。更为理智的做法是针对不同的教学内容,采取与之相应的教学手段,综合利用各种教学方式,取长补短,相辅相成,从而达到提高教学效果的最终目的。 三、《航空发动机强度计算》课程中多媒体教学与传统教学相结合 虽然多媒体教学具有传统教学所不具备的种种优点,但是多媒体也存在着不少弊端。在教学过程中,不能独重多媒体,应该根据课程的类型、章节的内容,选择合适的教学方法,将传统教学方法和多媒体教学方法有机地融合起来,扬长避短,达到更好的教学效果。航空发动机强度计算这门课程,具有理论性、实践性、综合性都很强的特点,由于研究对象结构、载荷复杂,力学分析概念抽象,公式推导繁复复杂,如果只是依靠多媒体教学方法,向学生“填鸭式”地传授知识,而不注重学生的反映和接受程度,导致学生感受不到刺激和兴奋,不利于创新能力的培养。因此,针对航空发动机强度计算这门课程,从具体的发动机结构抽象到计算模型时,就应该充分发挥多媒体教学方式的长处,给出足够的实际结构图片资料,加深学生对实际结构的理解,以便于下一步建立计算模型。建立计算模型之后,具体的计算公式的推导,可以采取多媒体课件分步骤展示的方法,按推导步骤依次展示推导过程。在公式推导的过程中,教师可以根据学生在课堂中接受情况进行板书辅助,以加深学生的印象,促进理解。同时,在教学过程中教师在使用多媒体教学过程中有时会突然而至的灵感,却往往无法立刻加到多媒体课件中,这时板书就能起到很好的辅助作用,而且在板书的过程中,教师往往能够带领学生一起思考,起到多媒体课件难以达到的效果。在进行板书的过程中,要充分提高板书表现的艺术性,从而调动学生的视觉和思维兴趣,比如主要板书颜色的选择,注意多选择鲜艳的颜色,更能吸引学生的注意力;在色彩搭配上也可以进行选择,做到重要内容和次要内容颜色不同,概念和应用不同。其次,字迹清晰,现在很多老师经常提笔忘字,而且字迹潦草,自然不能吸引学生;最后,板书时要做到图表、字符规范,这样才能起到教师的表率作用。在强度分析结果的讲解过程中,涉及到结构的应力分布、变形和破坏过程的讲解,则应充分发挥多媒体教学的长处,采用图片和动画等手段,实现图文并茂的演示和讲解,加深学生的印象,形成较为深刻的直观认识。 作者:徐颖单位:南京航空航天大学 航空发动机论文:航空发动机喘振问题思考 《航空精密制造技术》2017年第1期 【摘要】航空发动机喘振是一种特殊情况,对飞机的正常飞行危害性极大。因此,需要加强航空发动机喘振问题的分析研究,寻求合理的解决对策排除故障。本文主要分析喘振对发动机性能带来的影响,从多种角度来探究发动机喘振现象出现的主要原因,可能对飞机带来的影响和危害,通过提升发动机喘振监控,尽可能避免喘振现象出现,确保发动机正常运行。 【关键词】航空;发动机;喘振;气流分离 喘振是一种航空发动机在使用中较为特殊的情况,当发动机严重偏离设计工作状态,压气机前后流通能力不匹配时就会出现叶片边界的流动分离现象,甚至转变为旋转失速直至喘振状态。压气机存在两种形式的失速:一种为单个叶片失速,另一种为旋转失速。最常见的是旋转失速,这种失速由某些只包含少量叶片失速槽道形成的区域组成,并且沿着转子的绝对转动方向以小于转子的转速转动。轴流压气机发生旋转失速之前往往先出现转子叶尖失速。失速可以是突发的,也可以是渐进的,可以有多个失速气团,这些气团可能覆盖部分或全部叶高,而且一个失速气团可能覆盖多个叶片。喘振就是全部压缩系统不稳定并且在此期间通过整个压气机的平均流量发生脉动的流动状态。喘振这种特殊情况的出现,表明发动机工作状态发生波动,气流时断时续,内部压力明显增加。如果飞机在正常飞行中,发动机出现喘振现象,燃气温度迅速升高,发动机转速下降,严重情况下可能导致发动机停止运行。 1喘振机理分析 对航空发动机喘振的研究是通过在发动机上安装传感器,来获取发动机运行时的相关信号,并分析信号的特征参数,判断发动机是否发生喘振。通常选取风扇及压气机出口总压作为喘振检测的征兆信号。当风扇发生喘振时,风扇出口和压气机出口总压下降,排气温度急剧上升,推力迅速下降,发动机转速下降。当压气机发生喘振时,风扇出口总压上升,压气机出口总压下降。由于喘振特征明显,通常采用限制值判断对喘振进行在线监控,将转速、各传感器测点脉动压力值实时录入相应软件,实现对喘振的快速有效判断。 2发动机稳定性研究 当前在发动机设计中,关于喘振的研究主要集中在喘振裕度和流场研究中,其中喘振裕度是对喘振发生可能性的衡量标准,是影响发动机能否稳定工作的关键因素。在设计阶段,设计工作中的指导思想则是通过合理的设计来提高喘振裕度。通过计算流体力学方法研究可调静子叶片对压气机部分转速下喘振裕度的影响,选取最优可调静子叶片安装角,使喘振裕度最大化。 3喘振预防措施 为避免喘振现象发生,应做好防喘和消喘工作。防喘最常用的方法有压气机放气和可调进口导叶。自喷气发动机问世以来,压气机放气一直是在发动机起动和加速期间避免发生喘振的最经常采用的办法。放气位置可设在压气机出口或在中间级的位置。可调进口导叶通过减小进气攻角使喘振线移动,在低攻角下喘振发生于较低的流量系数值。其他防喘方法还有可调静子及改变转子叶片的安装角。消喘系统增加了压气机不稳定工作的信号检测装置,当发动机发生喘振时,综合调节器通过传递来的电信号,减小进气道流通面积,切断主燃烧室的供油,使导流叶片转动,迅速消除喘振。消喘系统在部件实验上已经取得了相当大的成功,可以预见,消喘系统将在发动机整机试验中广泛应用。 4结论 航空发动机喘振是关系到发动机能否稳定工作的重要因素,严重影响飞行安全,为避免安全事故的出现,应着重对发动机结构优化设计,选择合理的控制对策,避免发动机喘振现象出现。随着消喘技术的深入研究和应用,航空发动机的喘振问题将会得到很好的解决。 作者:刘卓 单位:中国航发沈阳发动机研究所 航空发动机论文:航空发动机验证机研制程序探究 摘要:工作分解结构(WBS)是项目任务分工、资源配置、进度计划编制及风险控制等工作开展的前提。工作分解结构的形成过程就是把项目目标和任务分解成较小的、能够管理的组成部分。文章分析了WBS在航空发动机研制中的应用,结合民用航空发动机验证机研制流程,定义了WBS分解模型,给出了基于产品结构树的WBS结构表达,建立了WBS构建流程。 关键词:工作分解结构;航空发动机;研制流程;信息化;验证机 工作分解结构是以最终可交付成果为导向的工作目标/任务层级分解,用于确定项目工作范围、项目全生命周期内所有技术间的接口关系以及项目技术状态基线,是项目计划、成本、预算、质量、人力资源、沟通和风险分析的基础。它可以将研制工作分解为一系列相对独立、内容单一、易于管控的工作单元,能把各工作单元在研制中的地位与构成直观地表示出来,是研制计划编制的基础和依据。早在20世纪80年代中期,美国国防部就已经将WBS应用于许多国防项目上,并成为了项目管理的“标准语言”,WBS可以说是工程项目管理的起点,在复杂产品研制中得到了广泛的应用。2016年,国家十三五规划将航空发动机列入百大工程之首,这表明国家对航空发动机的重视。刘大响院士说,从狭义上讲,航空发动机是飞机的动力装置;从广义上讲,它也是国家航空产业乃至整个制造业的助推器。此外,国际航空动力的发展也对我国航空发动机设计技术提出了更高的要求,鉴于航空发动机研制的高技术性、高复杂性,验证机研制应运而生。验证机指产品在工程研制立项之前,用于验证功能、性能、总体方案可行性、各部件/系统的匹配性以及初步的耐久性和可靠性等而开发的试验研究性发动机。文章以验证机研制项目研制工作内容为对象,结合验证机研制特点,提出基于PBS的WBS层次关系分解模型,探索其分解方法、编码规则、表达方式和构建流程,并在此基础上引入信息化手段,这对于促进研制项目科学高效管理、降低研制风险具有重要意义。 1工作分解结构的作用 工作分解结构是项目管理工作的基础及优秀内容,它将项目工作按照一定的逻辑关系自上而下逐级分解为工作单元、工作包、工作作业(活动),它清晰地定义了项目工作的全貌,描述了项目工作内容,工作分解结构每向下分解一级就意味着对项目工作更详细的定义。一般当工作分解结构分解至工作包层面时,项目经理便可针对工作包安排进度、估算成本和实施监控,从而实现对项目工作的规划、管理和控制。当工作分解结构分解至工作作业(活动)层面时,项目一线人员便可针对活动安排每天的工作事项,可以有计划地实现项目工作包的执行。 2工作分解结构构建过程中的难点 如前所述,工作越向下分解,项目经理对工作的规划管理和执行控制就越有力,然而,颗粒度过细的分解又会带来新的问题,它会造成管理成本的增加、资源利用率低以及工作效率降低。如何合理确定工作分解的颗粒度(即工作包的大小),是工作分解过程中应该关注的重要问题。在项目管理过程中,往往倾向于通过项目的关键节点(即里程碑节点)来控制整个研发过程,对交付物的管控也主要是通过对各里程碑节点的交付物进行管理,对项目全生命周期的控制主要体现为对工作包结果的管控。而没有对节点前各工作包之间的输入输出关系进行有效管理和控制,往往会出现项目管理单位对项目的管控力度不及工作包所属责任单位的管控力度的问题。这就造成了项目管理过程中存在各责任单位仅关心所属工作包任务,各工作包之间的匹配协调得不到有效解决,无法实现对项目全生命周期管理,无法及时有效识别风险,进而影响整个项目的进程。航空发动机验证机研制属于大型复杂项目,国家投入巨大,国际上一般采用主承制商—供应商管理模式进行项目管控,涉及国内外供应商众多,如何通过工作结构分解实现对项目全生命周期管理,并有效控制项目风险,对航空发动机验证机研制项目管理来说具有重大的意义。此外,工作分解存在遗漏、工作分解结构编制无规范、编制效率低下也是工作分解结构构建过程中经常发生的问题。文章将结合验证机研制流程,针对如何合理确定工作分解颗粒度和如何通过工作分解实现对项目全生命周期管理,浅析工作分解的流程及关键点,并结合信息化管理,以期更好地发挥工作分解结构在验证机研制项目管理中的作用。 3验证机研制WBS分解及关键点 3.1验证机研制阶段划分 验证机研制分为需求分析和定义、概念设计、初步设计、详细设计以及制造和试验验证五个阶段。验证机研制各阶段可以定义为里程碑节点,各阶段交付物即为里程碑节点交付物。以验证机设计工作为例,各阶段的主要交付物可以细分为需求文档和设计定义文档两大类。需求文档体现所有利益相关方对验证机研制项目的需求,可分为内部要求和外部要求。内部要求主要来自已有基础和经验以及公司的发展规划等;外部要求主要来自客户(市场)、政府、适航规章及相关法律法规等。设计定义文档是根据需求文档进行相应的科研工作后得到的验证机各层次上的研制结果(例如设计报告等)。在各个阶段内部,各个层面上的需求文档和设计定义文档都需要进行对比,以确定研制结果能够满足各方要求。在各研制阶段间,前一个阶段的输出结果往往会对下一个阶段设计工作的开展产生影响。 3.2验证机研制各阶段要素及WBS编制流程 验证机研制程序中明确验证机各阶段要素有关键输入、工作内容和输出三部分,创建工作分解结构同样需明确项目的输入(项目范围说明书、需求文件和过程资源)、分解工具与技术和输出,经比对分析,建立了验证机各阶段要素同工作分解结构创建所需要素之间的对应关系。在介绍了研制各阶段要素同WBS创建要素的关系之后,现对WBS创建过程进行详细描述,后通过各要素之间的关系映射,分析如何建立基于验证机研制各阶段要素的WBS,以期能完整分解验证机研制项目各阶段任务。 3.3基于验证机研制流程(研制各阶段要素)的WBS分解结构 复杂产品的研制一般会划分为若干个具有里程碑意义的研制阶段(以验证机为例,见图1所划分的五个阶段),建立以验证机研制流程为主线、以产品结构树为辅线的工作分解结构,可以依据研制阶段建立逻辑严密的输入输出关系,从而为计划的编制奠定基础。 3.3.1研制阶段—WBS映射矩阵。映射矩阵是对项目分解形成的工作包在最终WBS中所呈现状态(显示or不显示)的描述。依据专家经验,通过对某个研制阶段的通用活动进行判断,确定出该工作包在最终的WBS中是否显示,呈现状态用1和0表示,从而形成研制阶段—WBS映射矩阵。这项工作必须由项目管理人员(项目管理单位人员)和设计人员(工作包所属责任单位人员)共同完成,这样才能确保每个研制阶段的工作活动得到充分确认。映射矩阵的形式如表1所示。WBS各工作包之间的关系主要依靠不同研制阶段要素同WBS创建所需要素之间的对应关系及产品结构树来确定,因此建立研制阶段的映射矩阵,并在此基础上借助产品结构树,就可以通过映射规则快速地将WBS建立起来。 3.3.2验证机产品结构树模型。产品结构树包含了所有实现产品功能的硬件和软件,以全环燃烧室为例,可分为机匣组件、火焰筒组件、喷嘴组件、点火组件/标准件等部分,各部分又按照零组件进行进一步分解,最后按工作工序分解至可工作的层面。 3.3.3基于研制阶段和产品结构树的工作分解流程: 第一,确定工作分解结构的输入。(1)确定项目范围。项目范围说明详细描述项目的可交付成果,从研制阶段要素同工作分解结构所需要素的对应关系可以看出,本内容即验证机研制各阶段的工作内容,以需求分析和定义阶段为例,工作内容为:针对客户(政府、飞机制造商和航空公司)对验证机以及大型客机发动机的要求,参考适航规章和已有基础、经验,结合公司能力发展规划,开展验证机研制需求论证工作,提出验证机的设计约束和边界条件,完成项目建议书的编制。经分析,项目范围为完成验证机研制需求论证。(2)明确需求文件,梳理项目资源。需求文件描述各种单一需求如何转化并满足与项目相关的业务需求。验证机研制需求分析和定义阶段的需求源自客户的需求,项目资源指国家和公司战略,所以在需求分析和定义阶段,分析航空公司需求、民航局适航规章、国家发展战略及公司发展规划,是明确需求文件,并将其转化为项目业务需求的必要手段,从而建立起WBS约束条件。 第二,选择工作分解形式。工作分解可以根据项目特点采用不同分解形式,比如:可以把项目各研制阶段作为分解的第一层;可以把项目主要交付成果作为分解的第一层;也可以按PBS,把产品主要组成部分作为分解的第一层;还可以把子项目作为分解的第一层等。文章结合验证机研制特点,将项目研制各阶段作为分解的第一层。第二层分解基于研制阶段—WBS映射模型分析,确定出在映射矩阵中节点为1的维度,并在WBS中显性化。第三层分解基于产品结构树进行分解,最后按照各零件不同的设计活动、加工工序和试验活动,完成工作包的下一层分解。当将工作包分解至可预算、可分配、可安排进度、可以独立完成、有明确的交付物时即完成了项目的工作结构分解。此外,在工作分解时,应合理控制每个工作包的颗粒度及各工作包之间颗粒度的均衡。同时,为确保工作分解没有遗漏,在完成工作结构分解之后,应通过把工作分解结构底层的所有工作逐层向上汇总的方式进行检查。最后还应检查各工作包之间的逻辑关系是否合理。工作分解结构一般可以采用列表式、组织结构图式、鱼骨图式等方式,文章采用组织结构图示进行表达。 第三,获得工作分解结构的输出。通过对项目进行工作分解,将复杂的项目逐步分解为比较简单的过程(分解至活动、作业),让原来不可控的一些事情变得清晰可控,同时便于分工、计算经费、计划制定和构型管理等,并且还应满足企业设备、技术、人员等资源需求以及项目经费渠道、用户及市场变化等约束。 4工作分解结构与信息技术的融合 项目的工作结构分解是项目管理和计划制定的基础,是制定进度计划、资源需求计划、风险管理计划及计划变更的依据,同时也是确定项目技术状态基线的依据。因此,在复杂产品项目管理中,引入信息化手段,提高WBS编制效率,通过管理系统之间的联合,实现信息共享,资源优化,提高管理效率。为更好地使得工作分解结构与信息技术融合,需做到以下三点:(1)建立工作分解结构码,对工作分解结构中的每一活动用标准化的标识标记,通过标识唯一确定该活动在工作分解结构中的位置和隶属关系,便于计算机对WBS进行识别和检索;(2)引入MSProject等工具作为WBS编制辅助手段,采用缩进式进行编制;(3)对WBS中各属性进行定义,统一WBS语言。 5结语 全面、彻底的工作分解结构在复杂产品研制过程中具有重要意义。文章基于研制流程,结合产品结构树,提出了工作分解结构方法。通过验证机各阶段要素同工作分解结构创建所需要素关联,研制阶段—WBS映射规则及产品分解结构,描述了WBS建立流程及关键点,并通过WBS与信息化的融合,实现了项目全生命周期管理,提高了项目管理效率。文中所提到的方法在验证机研制项目及计划管理中得到了应用,并取得了良好的效果。 作者:高文杰 单位:中国航发商用航空发动机有限责任公司 航空发动机论文:自动检测技术在航空发动机方面的运用 摘要:本文主要介绍了自动检测技术在航空发动机方面的应用,以及国内外所涌现的最新理论和最新技术。自动检测技术是现在各种行业所必需,应用于军事、工业等过程控制的信号测量等方面,是高科技军事现代工业实现全面自动化的重要基础,航空发动机故障诊断技术是实现航空发动机视情维修的重要一环,在航空发动机的设计、生产、使用和维护中起着非常重要的指导作用。 关键词:自动检测技术;航空发动机;状态监控;故障诊断 0引言 自动检测技术的基本任务是获得有用的信息,检测流程主要借助测试仪器、测试系统,通过对测试点增加传感器,从而取得有用的信号来求解系统中问题。检测技术属于信息科学,是信息技术的支柱。在航空发动机中,自动检测技术主要应用在状态监控和故障诊断方面。 1自动检测技术在航空发动机状态监控方面的应用 现代航空发动机采用先进的全权限数字电子控制系统,系统采用分段控制的,以控制发动机不同的工作状态,比如起动控制器主要控制发动机的起动过程,转速控制器主要使发动机转速保持在油门杆所对应的转速范围内,这就需要扭矩传感器为其提供信号;加力控制器控制发动机的加力接通和加力状态,气压高度调节器根据飞行高度的变化修正供油量来保证发动机不富油。这些控制也都需要传感器为其提供信号与信息,各传感器接替工作,协同工作。 2自动检测技术在发动机故障诊断方面的应用 2.1基于信号处理的自动检测方法 基于信号处理的自动检测方法主要在故障诊断中使用小波变换分析技术,主要体现在:运用小波变换进行信号分析来诊断故障,包括脉冲响应函数的小波变换检测信号的突变、利用观测信号的小波变换进行故障诊断、利用脉冲响应函数的小波变换进行故障诊断、利用小波变换去噪,提取故障特征和利用小波变换分析噪声特征进行故障诊断;利用小波变换提取故障特征进行故障的分类和识别;利用小波网络进行故障诊断。 2.2基于模型自动检测方法 模型就是把表征航空发动机实际系统本质的部分的信息压缩成有用的描述形式,模型可以模拟实际系统的行为而不用描述其机械结构。航空发动机数学模型应用广泛,它是控制、故障诊断和预测的基础。主要包括部件法模型和试验模型。 2.2.1部件法模型在航空发动机故障诊断中的应用 基于部件法的发动机数学建模是较为常用的一种建模方法。建立发动机非线性数学模型的基本思路是:由已知的发动机各部件的特性,从发动机进口到尾喷管,根据气动热力学原理逐一建立气体流动过程与热力过程方程;根据发动机流量平衡、压力平衡和功率平衡等平衡关系,获得发动机共同工作联立方程组,通过联合求解这一非线性动、静态平衡方程组,进而获得发动机的各相关截面、各工作状态的相关参数量值,部件法模型精度高,可用于航空发动机在线诊断和故障征兆的预测,用于预报发动机控制系统的各个变量。 2.2.2试验法的航空发动机模型在故障诊断中的应用 试验法是基于发动机试验数据进行处理,获取它的特性,从而得到数学模型的方法。该方法不必深入理解发动机的机理,但却必须拟定合理的试验以获取试车数据。通过大量的试验数据及系统辨识方法获取模型的技术,得到模型性再通过类比迭代试车曲线使之完全拟合。系统辨识的方法可分为经典类和和现代两大类。经典辨识方法包括时域法、频域响应法。现代辨识方法包括最小二乘法、极大似然法、随机逼近法、相关辨识法。2.2.3发动机故障诊断专家系统在航空发动机自动检测方法故障诊断专家系统在航空发动机故障诊断方面已取得了不少的成果,如叶片故障诊断专家系统、磨损故障诊断专家系统。所谓专家系统其实就是一个维护设备,该设备包括知识库、数据库、推理机、解释系统和数据融合系统。 3检测技术在航空发动机方面的创新 3.1航空发动机性能自动测试技术 实现这种技术应用了模糊处理技术、人工智能、图形图像处理技术和抗干扰技术。自动测试技术为适应现代航空发动机性能测试要求,改进目前航空发动机性能测试现状,对应用模糊集合理论实现发动机状态模糊识别是这种技术的重点,实践证实该测试方法状态识别率高、用人少、精度高,提高了一线部队机务保障能力。 3.2先进内窥技术与发动机故障检测内窥技术 多年来一直在航空发动机的维护中发挥着重要的作用,不管是高涵道涡轮风扇发动机还是低涵道的军用涡扇,其主要组成均为风扇、压气机、燃烧室、涡轮及附件系统。航空发动机工作在高温、高压和高转速的状态下,因此其故障多发部位也多集中在这三高状态下的高压压气机、燃烧室和高压涡轮中。发动机的关键部件如主气流通道部件、高压压气机、高、低压涡轮的各级及叶片、燃油喷嘴、燃烧室等都是不易拆卸且检验可达性较差的零部件,对这些零部件的检查与监测工作都是通过内窥技术完成的,未来的内窥技术主要体现在先进的软硬件综合和集成技术。以及基于物联网的网络技术中。因此,内窥技术一直在航空发动机的维护中发挥着重要的作用。 4结论 自动检测技术的优秀内容是信号的检测,也就是传感器的应用,而传感器是“能够感受规定的被侧量并按一定的规律转换成可用输出信号的期间或者装置”,起着过程检测信息与转换信息的重要作用,航空发动机方面更是应用甚广,从油量的检测到力矩检测,再到转速,再到温度,压力,位移等等,都需要传感器为控制提供相应的信号。所以在航空控制方面传感器的故障诊断尤为重要。在故障诊断方面,自动检测技术也发挥着理论上的支持。 作者:吕伟 单位:中航工业西安航空计算技术研究所西安 航空发动机论文:航空发动机数值仿真研究 1煤油动力性能的理论分析 有关二冲程火花点火发动机数值模拟的物理和数学模型参看文献[6]和[7]。下面对煤油动力性能进行理论分析。煤油动力性能的影响与混合气的热值、分子变更系数等因素有关。2.1煤油与汽油理论混合气的热值由于燃料在发动机中是以混合气的形式进行燃烧的,因此混合气的热值对发动机动力性能的影响最为直接。混合气热值的计算式为:煤油理论混合气热值为汽油理论混合气热值的98.9%,因此,如果两种燃料都在理论混合气下工作,在同样的条件下以煤油为燃料时动力性能下降1.1%。2.2分子变更系数的影响煤油发动机可以根据分子变更系数研究新燃料对动力性的影响。对于点燃式发动机燃烧前吸入的充量应考虑燃油蒸汽的摩尔数1/mT,燃烧前的混合气量为燃烧后工质的数量为根据式(9)代入具体值可得汽油燃料替换煤油燃料后循环功比原来增加了0.1144%,由此可见,燃用煤油与燃用汽油相比,分子变更系数稍微增大,因此循环功稍微增大,对发动机的动力性影响不大。 2爆震预测模型 本文爆震预测模型的计算基于DouaudandEyzat公式,计算方程如下:式中,τ为累积时间;T为累积时间积分;P为预先反应速率乘数;ON为辛烷值;p为气缸瞬时压力;A为活化能乘数;TU为未燃气体瞬时温度;IVC为缸内末端混合气体压缩起始角;thkn为爆震开始的曲轴转角。在GT-Power爆震预测模型中,模型的输出为爆震指数KI、爆震起始曲轴转角和爆震强度。爆震强度是指在爆震开始时气缸内未燃气体的质量分数。爆震指数定义如下:式中,KI为爆震指数;A为爆震指数乘数;km为爆震开始时缸内未燃混合气的质量百分比;VTDC为上止点气缸的体积;VI为爆震时气缸的体积;Ta为活化温度(6000K);为等价比。爆震指数KI(或爆震强度km)越大,发动机爆震的倾向越大。 3工作循环数值模型的建立 本文对原型汽油机进行了台架测试试验,获取了标定工况下发动机缸内压力示功图、总功率及燃油消耗率等重要试验数据,为发动机建模及验证模型准确性提供了基础。表1为原型汽油机主要技术参数。由于发动机的结构比较复杂,为了便于建模,把发动机结构抽象为缸体、进气系统和排气系统3个部分,如图1所示。本文结合利用GT-Power软件提供的模型模块,以及根据实际需要利用用户自定义模块功能,建立完整的簧片阀进气式二冲程火花点火发动机的性能数值计算模型。首先立原型汽油机工作循环整机数值计算模型,通过缸内压力、总功率及燃油消耗率等指标验证该模型的精确性,使模型模拟精度达到实际要求。然后在较精确建立原型汽油发动机数值模型的基础上,对煤油的物性数据进行设置,建立煤油发动机数值模型并进行数值模拟计算。图2为建立的原型汽油机GT-Power仿真计算模型,空气自进气边界经过滤清器、进气道、簧片阀进入曲轴箱,再经扫气道进入气缸;气缸内燃烧后的高温废气经过排气道、排气管排出到排气边界。缸内压力示功图是验证发动机模型正确的重要参考依据,图3所示为原型汽油发动机标定转速n=6300r/min下缸内压力示功图的数值计算和试验结果对比曲线,计算值和试验结果比较吻合,误差在允许的范围之内。图4是发动机数值计算出的有效输出功率和实测功率的比较曲线,图5为发动机有效燃油消耗率与转速的变化曲线。从图中可以看出在整个转速范围内模拟计算结果与试验实测结果之间的变化规律基本一致。考虑到在建模过程中使用了各种简化条件和假设,以及测试仪器本身的测量误差,计算结果与发动机实际工作状态之间必然存在一些差异,但相对误差都在5%以内,表明所建发动机工作循环数值模型能较准确地模拟原型二冲程汽油发动机,满足后续性能预测及优化的需要,因此,可以应用该模型对发动机的工作过程进行研究及变参数计算。替换航空煤油燃料后,由于燃料的理化特性发生变化,需要对GT-Power数值模型中的喷油燃料模块进行燃料物性数据的设置。在GT-Power软件中,燃料的设置主要包括液态燃料及其蒸汽燃料的理化特性。本文使用InjAF-Ra-tioConn燃料喷射模块为整个发动机数值模型提供燃油喷射,有关燃油喷射参数及燃料物性数据的设置均在InjAF-RatioConn中进行。该模块需要输入的参数有空燃比、燃油特性及燃油蒸发比例等。在燃料物性设置完成后进行数值计算,可以分析煤油发动机性能的变化。 4煤油发动机变参数性能及爆震分析 4.1压缩比压缩比是影响煤油发动机爆震的一个重要参数。原机压缩比为9.5,在该值的左右范围内取适当的值进行研究。在全负荷工况下其它参数不变的情况下,选取[7,11.5]区间段10个不同压缩比(步长为0.5)进行工作过程模拟计算,研究压缩比对煤油发动机爆震的影响。从图6看出,随着压缩比的增大,煤油燃料和汽油燃料发动机的爆震指数逐渐增大,并且随着压缩比的增大未燃区平均温度升高,如图7所示,因此发动机的爆震倾向增大[6]。从图8和图9可看出,煤油燃料发生爆震的起始曲轴转角先于汽油燃料,煤油燃料发生爆震的末端气体的质量分数大于汽油燃料,由此可见煤油燃料在压缩比相同的情况下爆震倾向加大。 4.2点火提前角点火提前角对煤油发动机的爆震有着重要的影响。本文点火提前角分别选取[-10,-35]区间内的6个点(步长为5deg)进行数值计算,分析不同点火提前角对发动机性能的影响。如图10所示,随着点火提前角的增大,两种燃料发动机的爆震指数逐渐增大,爆震倾向加大。当点火提前角为-30deg时,继续增大则爆震指数逐渐减小,爆震倾向减小。过大的点火提前角使得火焰中心形成到未燃混合气自燃所需的时间减小,有使爆震增强的趋势。随着点火提前角的继续增加,缸内压力曲线上压力值偏离压缩曲线到最大燃烧压力出现的时间减小,即火焰中心形成到正常火焰传播到整个烧室所需的时间减小,有使爆震减小的趋势。对图10所示曲线,当点火提前角大于-30deg时前者起决定作用,当点火提前角小于-30deg时后者起决定作用。图11~图13曲线表明相同点火提前角时煤油燃料爆震倾向加大。 4.3空燃比发动机的空燃比也会对煤油发动机的爆震产生影响。在全负荷下转速为6000r/min工况对发动机进行工作过程数值计算,原型机空燃比为14.5,选取[11.5,16.5]区间段的5个空燃比(步长为0.5),本文所建数值模型通过变化喷射燃油量来改变空燃比。如图14中所示,发动机的爆震指数随着空燃比的增大是先增大后减小,当空燃比在理想空燃比附近时,爆震指数最大,爆震趋势最强。即混合气过稀或过浓爆震的趋势和强度减小。当空燃比在理想空燃比附近时,燃料充分燃烧,使得燃烧温度提升,而燃烧温度提高会造成发动机温度提升,容易爆震。较稀的燃料空气混合比,即稀混合气可以起到抑制爆震的作用,这与Gruden等研究的结论相吻合[8]。根据自燃机理分析,引起这种结果的原因主要有两个[9]:一是混合气的变稀降低了末端气体中燃油的浓度,即使在相同的压力温度条件下也不会轻易发生自燃;二是燃油的减少使得缸内最高燃烧温度和压力降低,从而改善了爆震发生的必要条件。较浓的燃料空气混合比将使尾气的自燃点火延迟时间增加,也会使燃烧较不完全,产生的热量较少,使得燃烧最后的温度降低,减少爆震的发生,但也导致燃料用量增加,热效率下降,同时降低发动机的扭矩。从图15可看出,原型机替换煤油燃料发生爆震时的空燃比小于汽油燃料,在空燃比为11时即开始发生爆震(汽油燃料为12.5),并且两种燃料发生爆震的起始曲轴转角随着空燃比的增大变化不大,在相同的空燃比时煤油燃料发生爆震的起始曲轴转角先于汽油燃料。从图16看出,在空燃比相同的情况下,煤油燃料发生爆震的末端气体的质量分数大于汽油燃料,由此可见煤油燃料在空燃比相同的情况下比汽油燃料较易发生爆震。 5结论 1)通过改变模型中的压缩比、空燃比、点火提前角、进气压力、进气温度等主要工作参数对发动机进行数值计算,分析主要结构参数和调整参数对煤油发动机性能的影响情况,为煤油发动机的参数优化匹配提供依据。2)通过仿真分析表明,所研究汽油发动机替换航空煤油发动机后对发动机性能影响差别不大,但是从安全的角度,燃烧煤油在航空军事领域意义明显。图16发生爆震的末端混合气质量分数随空燃比的变化曲线3)替换航空煤油后发动机爆震倾向增大。所以小型冲程汽油发动机燃用航空煤油燃料时爆震特性的研究尤为重要。 作者:陈林林魏民祥单位:聊城大学机械与汽车工程学院南京航空航天大学能源与动力学院 航空发动机论文:航空发动机机械系统技术分析 摘要:随着人们生活水平的提高,交通运输业也逐渐的发展起来。人们为了追求更高的生活质量,不断的改进交通运输的发展。航空运输作为人们选用最多的交通方式关于航空发动机机械系统技术的分析也得到了人们的普遍的关注。本文基于对航空发动机运行原理的分析,以探求航空运输业的更好地发展。 关键词:航空;发动机;机械系统 航空发动机机械系统是一个极其复杂的系统,是在多种条件共同作用下产生的。发动机作为整个飞机中最为重要的部分,其整体机械系统的运行对于航空运输业的发展来说具有相当大的影响。 一、航空运输 航空作为当前人们出行选择的最主要的方式,因其自身的优势受到众多青睐。航空运输很少会受到自然条件的限制,在运输速度上更是所有交通运输中最快的,并且其收费的标准是根据运输的距离决定的,因此经济价值也相对较高。关于航空发动机的机械系统主要由传动、润滑、密封和轴承四部分构成,整个运输系统较为复杂。国内在这一方面的研究相对薄弱,因此在机械设备的安装、使用及维修方面出现的问题比较得多。为了进一步的解决这一问题,我们将对这四个运行系统进行一一的分析。 二、航空发动机机械系统 (一)传动系统 传动系统的研究一直都是航空发动机进一步的发展的关键,当前国内的传动系统整体的发展趋势是在保证高速、重载的基础上,之间的减小传动系统的体积与重量并尽可能地提高使用寿命减少运行成本。国外的传动系统发展的比较的快速,在齿轮转动技术的发展之下对于传动系统的噪音、振动等都有所研究。并通过实验,可以准确的预测出齿轮的运行寿命,在尽可能保障经济性能的基础上满足各种使用的要求。在十一五计划的推动下,国内也进一步的拥有了较为先进的设计分析软件,并且根据不同的型号制定了不同的运行方案和设计准则。 (二)润滑系统 润滑系统的设计涉及到许多的边缘性的难度较大的学科,并且权威的理论比较的少。但随着航空事业的发展对于润滑系统有了更高的追求,因此国外的航空公司率先做出了研究,经过数十年的研究取得了部分的成果。关于发动机润滑系统的防火,驱动等都逐渐的应用到航空发动机中。当然国内也进行了深刻的研究,关于通过新的设计提升通风器分离和滑油泵的工作效率方面,通过减小燃油附件的体积,进一步的减少附件机匣的传动的齿轮数从而减少发动机机匣外轮廓的尺寸,以实现发动机的高速运转,达到润滑系统各个部件的轻量化。 (三)密封技术 密封无论是对于军用航空还是民用航空的发动机来说都同样的重要,在现行的密封技术使用之下基本上可以满足当前的军用、民用航空发动机的使用。但新一代的航空发动机密封技术则面临着新的挑战,为了实现航空事业的迅速发展。要将密封和润滑的发动机空气系统结合起来,尤其是注意基础设施的研究,要实现不同密封件之间的最佳的配对。在发动机性能的提升方面,随着刷式密封等接触式气路密封的大量应用,发动机的效率得到了大大的提升。当前国内已经有专业的公司对其进行生产,并且以初具规模,因此要对刷式密封加以推广不断的提高航空发动机的性能。 (四)主轴承轴 在轴承的设计上,大都采用与支撑结构一体化的专用轴承,将轴承与发动机设计到一起在保证轴承的基本功能之上减轻发动机的重量。通过大量的实验数据分析,对于不同材料的轴承的使用时效进行对比,选取最为合适的材料来进行轴承的制作,通常轴承的运行寿命高于其他设计的运行寿命。在轴承的应用上,发动机的设计联合轴承的研发,共同的制定了较为完整的轴承使用规范,为整个航空事业的发动机轴承建立了相应的数据库。双方技术在不断的融合当中,在进行设计的过程中充分的考虑工作环境的合理性,减少其他的系统运行带给轴承的伤害。在对轴承进行设计安装时要根据设计人员给出的初始条件进行积极地沟通,站在双方共赢的基础上将轴承设计的更为合理。在轴承基础研究上,根据轴承运行中的损伤与再次进行工作的表面残余应力进行了大量的实验,通过各种材料的疲劳的使用极限进一步的丰富了轴承应用的理论。并且通过对材料表面的强化,增加轴承的使用强度,方便轴承在滑油污染较为严重的条件下,延长其使用寿命。 (五)机械系统研制中的方法 1、注重细节的设计将起样中的倒角、光度、拧紧力度等都一一的进行规范化的设置。在施工的过程中严格按照设计示意图进行施工,杜绝一切不科学的操作,进一步的完善航空发动机的运行。2、基础实验的应用在轴承和齿轮等的供油、轴承的抗污染程度及密封性摩擦实验等方面要进一步的重视起实验的数据,不断的进行数据的积累,实现更加科学化的发动机系统设计。3、专业化的设计机械系统的各个方面有专业的团队进行操作,面对不同的航空发动机的不同的实际情况,成立相应的研究小组,将发动机运行中的问题进行统一的处理,更好的实现发动机运行的合理化。4、主导性设计将轻量化、简洁化等要求进行深入的落实,设计部门要在设计时将所有的条件都考虑在内。在进行零部件的制作是要将具体的要求提供给制造厂,将生产的发动机附件的有效率大大的提升。5、集成化发展润滑系统等与多个零部件之间都存在有联系,要逐渐的实现一体化的设计。将更多的功能集中到更小的空间内,减轻整个发动机的重量,提高发动机运行的稳定性。6、多种技术的融合航空运输研究的专家也是其他领域内的王者,一般新的研究项目都是从航空开始的,不断的细化到各个领域。这就要求在航空技术发展的今天,将更多相关领域的技术都引入到航空发展上,不断的提高航空发动机技术的专业性。 三、总结 航空发电机的机械系统有许多的子系统构成,涉及的范围也比较的复杂。在当前的技术发展之下,面临的既是机遇又是挑战,我们要从实际出发用数据说话,将航空事业的发展提高到一个新的阶段。综上所述,航空发动机机械系统的设计要更加的注重基础方面的设计,同时积极地与其他的行业进行学习,将适合航空发展的技术不断的应用起来,实现航空事业更好的发展。 作者:高奇 单位:东方航空技术有限公司 航空发动机论文:复材叶片在民用航空发动机中的应用 摘要:进入新世纪以来,多领域技术都得到了巨大的发展,特别是随着交通运输业的进步,大型民用飞机开始成为交通运输的主力军,因而各国开始更加重视大型飞机的研制,航空业也开始成为衡量一个国家综合国力的重要标准。而大型飞机研发的重点以及优秀技术便是发动机技术。随着民用航空业的发展,民用航空飞机优秀技术———发动机技术也发展飞速,其中复材叶片已经逐步在多种民机型号中得以应用。 关键词:民用航空;复合材料;发动机;风扇叶片 过去飞机发动机叶片主要采用金属以及合金,随着新材料出现,复合材料开始被应用于航空发动机叶片,与金属材料相比,其具有低重、低噪、高效的优势,并且复材叶片数量更少,能够有效抗震颤、损伤,并且在抗鸟撞性上也更加优越,满足了现代民航适航需要。因而复材叶片开始受到世界各大发动机厂商的关注,并逐步得以推广应用。 1复合材料叶片的应用 复材叶片制造技术主要有预浸料/压模技术和3-DWOVEN/RTM技术。采用预浸料/模压技术的代表有GE90、GEnx、TRENT1000及TRENTXWB发动机的复合材料风扇叶片,而LEAP-X发动机复合材料风扇叶片采用3D-WOVEN/RTM技术成型。 1.1预浸料/模压成型叶片 采用该种复材叶片的代表主要有GE90发动机和GEnx发动机(美国GE),此外罗•罗公司也在进行相关研发。(1)GE90发动机。该型号发动机为GE公司上世纪九十年代所研发的特大推力发动机,是国外应用于民航最早使用复材叶片的发动机之一。该发动机复材叶片使用了预浸料/模压成形技术,叶片从内至外逐渐减薄,叶尖厚度最薄。并且在叶身涂有防腐涂层(聚氨酯),叶背采用一般涂层,前缘包边采用钛合金材料,从而提高叶片鸟撞抗性。为防止复合材料在运行中分层,在叶片后缘以及叶尖处采用纤维缝合技术予以加固。叶根榫头为三角燕尾形,其表面涂有耐磨材料以降低榫头摩擦系数。GE90所采用的复材叶片为22片,相比较于钛合金空心叶片,复材叶片质量更轻,强度更高。经过十余年的运行,证明了复合材料风扇叶片适用于具有严格要求的商业飞行的需要。(2)GEnx发动机。该发动机所应用的复材叶片材料以及模压成型工艺,同GE90相比变化不大,在此基础上GEnx对GE90的复材叶片的结构设计进行了优化。GEnx主要采用了第3代GE复合材料,外形也类似GE90-115B发动机,但由于使用了新一代三元流设计,叶片数减为18片,总质量进一步降低。叶片尖部以及前缘使用钛合金护套,并在叶片榫根部位,增加了耐磨衬垫,便于后期维护检修。(3)随着复合材料在民航发动机中的应用,英国罗•罗公司也开始将目光从钛合金叶片上转移到复材叶片。其同GKN集团正共同进行碳纤维增强复材叶片的研发,该叶片同钛合金叶片同样薄,并且在量产、成本以及鲁棒性上均符合民航发动机标准。目前这种碳纤维风扇叶片已经完成了包括叶片飞出、鸟撞试验在内的地面试验。 1.23-DWOVEN/RTM成型复材叶片 对于风扇叶片中等推力发动机提出的强度要求更高,因而Snecma公司在CFM56系列发动机研发中,在LEAP-X中将会应用碳纤维对复合材料进行增强。相比较于GEnx以及GE90,所采用的碳纤维薄层铺设技术不同,Snecma公司在LEAP发动机叶片的制造中所采用的RTM工艺,是将碳纤维进行预先编制,在树脂注入以及叶片高压成型之前,碳纤维便已经成为3-DWOVEN结构。Snecma公司在复材叶片的制造上委托了AEC公司,由于AEC公司生产制造自动化程度相对较高,因而其制备三维编制预制体并完成整个叶片的制造仅需要24小时。同CFM56(CFM公司)发动机相比,LEAP发动机叶片成型采用了3-DWOVEN/RTM技术,前者结构上采用了更多的技术,而后者采用复合材料,有效减轻了发动机重量,提高了燃油效率,降低了排放量和发动机噪声。目前,LEAP-X发动机已经开始得到中国多种旅客机的关注,未来将会逐步在中国普及推广。 2复材叶片的发展趋势 因复合材料的低密度、高比强度、高比刚度,能有效降低油耗、噪音,采用复合材料叶片已成为民用航空发动机的发展趋势。制约复合材料叶片大规模应用的关键因素是预制体制备、复材成型技术等。 2.1预制体制备 复材叶片制造的难点之一是制备预制体。国外常用的预制体制备方法有两种:一种是选用IM7/8551-7和IM7/M91作为预浸料并采用激光定位手工/自动化成型技术制备,适用于制备大推力、大叶盘直径涡扇发动机的风扇叶片预制体;另一种是对IM7碳纤维进行预浸渍处理,通过3D-WOVEN/RTM自动化技术成型,主要用于制备小推力涡扇发动机风扇叶片的预制体。以往采用激光定位辅助+手工铺叠的技术进行预制体制造,而GKN公司开发了自动化丝束铺放设备(简称AFP)可实现预制体的自动化成型。罗•罗公司在研制TNENT系列发动机复合材料风扇叶片时使用了GKN公司的自动化纤维丝束铺放设备,实现了复材叶片预制体的自动化成型,并运用超声刀对预制体进行切割。Snecma公司率先提出了无余量预制体成型技术、预制体预变形技术以及高度自动化的预制体制备技术。Snecma公司的3DW/RTM成型风扇叶片预制体技术可降低传统二维风扇叶片的分层缺陷产生的可能性,让叶片顶部更薄、根部更厚;经纱连续的变截面成型技术提高预制体的承载能力;采用高压水射流对预制体进行无余量切割。 2.2成型技术RTM 注射成型以及模压是目前国际上流行的复材叶片成型技术,虽然两者在技术上具有一定的差异性,但均可称为闭模成型技术。涡扇发动机的叶片扭转大且为双曲面,其结构形式相对复杂,常规的成型技术无法满足叶片加工精度,而闭模成型技术的成型精度高,能够很好的满足涡扇发动机对于叶片制造的需求,因而其逐步成为目前复材叶片成型的主流技术。随着技术的逐步发展,目前国外开始利用复合材料模具代替金属模具,以此保证生产加工中模具和零件能够保持一致的热膨胀系数,进而获得更高的零件尺寸精度。此外,复材叶片成型加工技术开始引入数字仿真模拟技术,从而在技术研究前期对成形工艺进行方向性指导,在研制过程中合理规避风险,缩短研制周期,降低研制成本。 3结束语 复合材料以其优越的特性开始成为民航发动机叶片的主流材料,并且随着技术的发展,复材发动机叶片的制造效率更高,自动化程度也更先进。在未来高精度、可靠性、一致性会成为复材叶片生产研发的主要方向。我国自主研发的大型民用客机中也开始应用商用发动机,这为我国复材叶片的研发制造提供了一个契机,虽然目前复合材料在我国航空发动机制造中还处于初始应用阶段,复材叶片的制造业仅在起步阶段,但在我国技术人员的努力下,我国自主研发的应用复材叶片的涡扇发动机必然会在世界航空领域占据一席之地。 作者:廖焕文 单位:上海中航商用航空发动机制造有限责任公司 航空发动机论文:航空发动机设计过程中的质量管理研究 一、简要叙述航空发动机设计和研发过程中的质量管理的概念 质量控制在字面上的解释就是为了保障产品的质量而进行或者实施的一些办法和活动。质量管理最主要的方式就是对设计研发的结果进行监督和控制,能够有效的保障设计和研发的结果达到相关行业的标准或者是国家相关的标准,这种方法是提高设计航空发动机的一种切实可行的办法和途径。本文阐述的质量管理有一个非常明确的对象,就是航空发动机设计研发的全过程。质量管理的最终目的就是有效的防止或者预防产品在设计研发和制造过程中可能存在的隐患或者缺陷。质量管理就是应用相关的技术办法或者其他的方法规避设计和生产过程中的质量问题,最大限度的保障航空发动机的质量和品质。质量管理在贯穿航空发动机的设计研发全过程的同时,还会涉及到产品在研发过程中的成本问题和质量问题及进度问题。好的质量控制就是要把握住设计和研发提升质量的根本问题,只有这样质量控制工作才能够事半功倍。本文通过实际的工作经验出发,通过阐述质量灌流体系的建立过程中的相关内容来对质量管理工作作更加深入的介绍。在质量管理工作进行的过程中,如何细化质量的管理过程才能够有效的保障航空发动机的设计质量和生产质量。在航空发动机的设计研发过程中,通常会发现很多的技术问题和技术失误,这种情况下就只有将质量管理应用到研发和设计之中,这样才能够有效的保障设计和研发的正确性和科学性。质量管理工作的质量直接的影响着航空发动机设计和研发的质量,也间接的影响了发动机的制造质量。航空发动机事业的发展和创新需要技术的革新和研发的革新,更加的需要质量管理工作的帮助。 二、简要叙述航空发动机设计和研发过程中,细化质量管理和提升设计研发质量的具体方法 关于航空发动机设计和研发过程中,细化质量管理和提升设计研发质量的具体方法的阐述和分析,本文主要从四个方面进行阐述。第一个方面是在航空发动机设计研发过程中查找可以细化的工作方法。第二个方面是在航空发动机设计研发过程中的过程细化控制方法。第三个方面是在航空发动机设计研发过程中的技术状态管理方法。第四个方面是在航空发动机设计研发过程中的质量管理平台的建设和应用。下面进行详细的阐述和分析。 (1)方法一:在航空发动机设计研发过程中查找可以细化的工作方法。我们经过专业的质量管理人员的介入和参与,能够有效的收集和细化设计研发过程中的相关参数和数据,我们要想办法细化相关参数的查找方法,适当的补充质量管理和质量控制的方法。我们可以将相关的重要参数和数据作为一种特殊的资料进行特殊保存,这样就会有效的节省参数的查找时间,保障了保存数据的唯一性和科学性。提升了设计和研发的质量和效率,有效的纠正了设计和研发过程中的瑕疵和失误,达到产品质量管理工作的作用和目的。 (2)方法二:在航空发动机设计研发过程中的过程细化控制方法。关于在航空发动机设计研发过程中的过程细化控制方法的阐述和分析,本文主要从两个方面进行阐述。第一个方面是在航空发动机设计研发过程中过程控制出现的问题。第二个方面是在航空发动机设计研发过程中的过程控制具体方法。下面进行详细的分析和阐述。①阐述在航空发动机设计研发过程中过程控制出现的问题。关于航空发动机设计研发中出现的问题,主要有四个问题。第一个问题是在设计研发的过程中对于设计文件和设计图纸没有有效的控制和管理。第二个问题是设计过程中的相关数据没有能够有效的跟进或者求解,导致了设计的相关重要数据没有源头,给设计的引用造成了困难。第三个问题是设计过程中的数据没有有效的大范围的共享,让设计处于一种不交流的状态。第四个问题是设计过程中的相关数据的统计相率过低,对于产品的升级创新不利。②阐述在航空发动机设计研发过程中的过程控制具体方法。根据存在的问题,有效利用计算机网络平台,设计开发出工作输出管理系统、外场跟飞信息管理、现场问题处理管理系统,作为过程控制的细化手段,实现科研过程中工作输出、外场跟飞、现场问题处理过程记录和控制,并且实现资源共享,创造良好的沟通渠道。③方法三:在航空发动机设计研发过程中的技术状态管理方法。技术状态是指在技术文件中规定的并在产品中达到的物理特性和功能特性。技术状态管理是应用技术和行政管理手段对产品技术状态进行标识、控制、审核和纪实的活动。④方法四:在航空发动机设计研发过程中的质量管理平台的建设和应用。实践证明,质量控制细化有利于产品质量的提高。但要实现在更大范围内对发动机设计工作的质量控制方法进行细化以全面提高设计质量,作为基层质量管理人员,首先应该更加深刻学习理解质量管理体系包含的具体要求,才能更好的运用管理方法指导科研工作。 作者:李英伟 单位:中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 航空发动机论文:航空发动机设计过程中的质量管理探讨 一、简要叙述航空发动机设计和研发过程中的质量管理的概念 质量控制在字面上的解释就是为了保障产品的质量而进行或者实施的一些办法和活动。质量管理最主要的方式就是对设计研发的结果进行监督和控制,能够有效的保障设计和研发的结果达到相关行业的标准或者是国家相关的标准,这种方法是提高设计航空发动机的一种切实可行的办法和途径。本文阐述的质量管理有一个非常明确的对象,就是航空发动机设计研发的全过程。质量管理的最终目的就是有效的防止或者预防产品在设计研发和制造过程中可能存在的隐患或者缺陷。质量管理就是应用相关的技术办法或者其他的方法规避设计和生产过程中的质量问题,最大限度的保障航空发动机的质量和品质。质量管理在贯穿航空发动机的设计研发全过程的同时,还会涉及到产品在研发过程中的成本问题和质量问题及进度问题。好的质量控制就是要把握住设计和研发提升质量的根本问题,只有这样质量控制工作才能够事半功倍。本文通过实际的工作经验出发,通过阐述质量灌流体系的建立过程中的相关内容来对质量管理工作作更加深入的介绍。在质量管理工作进行的过程中,如何细化质量的管理过程才能够有效的保障航空发动机的设计质量和生产质量。在航空发动机的设计研发过程中,通常会发现很多的技术问题和技术失误,这种情况下就只有将质量管理应用到研发和设计之中,这样才能够有效的保障设计和研发的正确性和科学性。质量管理工作的质量直接的影响着航空发动机设计和研发的质量,也间接的影响了发动机的制造质量。航空发动机事业的发展和创新需要技术的革新和研发的革新,更加的需要质量管理工作的帮助。 二、简要叙述航空发动机设计和研发过程中,细化质量管理和提升设计研发质量的具体方法 关于航空发动机设计和研发过程中,细化质量管理和提升设计研发质量的具体方法的阐述和分析,本文主要从四个方面进行阐述。第一个方面是在航空发动机设计研发过程中查找可以细化的工作方法。第二个方面是在航空发动机设计研发过程中的过程细化控制方法。第三个方面是在航空发动机设计研发过程中的技术状态管理方法。第四个方面是在航空发动机设计研发过程中的质量管理平台的建设和应用。下面进行详细的阐述和分析。 (1)方法一:在航空发动机设计研发过程中查找可以细化的工作方法。我们经过专业的质量管理人员的介入和参与,能够有效的收集和细化设计研发过程中的相关参数和数据,我们要想办法细化相关参数的查找方法,适当的补充质量管理和质量控制的方法。我们可以将相关的重要参数和数据作为一种特殊的资料进行特殊保存,这样就会有效的节省参数的查找时间,保障了保存数据的唯一性和科学性。提升了设计和研发的质量和效率,有效的纠正了设计和研发过程中的瑕疵和失误,达到产品质量管理工作的作用和目的。 (2)方法二:在航空发动机设计研发过程中的过程细化控制方法。关于在航空发动机设计研发过程中的过程细化控制方法的阐述和分析,本文主要从两个方面进行阐述。第一个方面是在航空发动机设计研发过程中过程控制出现的问题。第二个方面是在航空发动机设计研发过程中的过程控制具体方法。下面进行详细的分析和阐述。①阐述在航空发动机设计研发过程中过程控制出现的问题。关于航空发动机设计研发中出现的问题,主要有四个问题。第一个问题是在设计研发的过程中对于设计文件和设计图纸没有有效的控制和管理。第二个问题是设计过程中的相关数据没有能够有效的跟进或者求解,导致了设计的相关重要数据没有源头,给设计的引用造成了困难。第三个问题是设计过程中的数据没有有效的大范围的共享,让设计处于一种不交流的状态。第四个问题是设计过程中的相关数据的统计相率过低,对于产品的升级创新不利。②阐述在航空发动机设计研发过程中的过程控制具体方法。根据存在的问题,有效利用计算机网络平台,设计开发出工作输出管理系统、外场跟飞信息管理、现场问题处理管理系统,作为过程控制的细化手段,实现科研过程中工作输出、外场跟飞、现场问题处理过程记录和控制,并且实现资源共享,创造良好的沟通渠道。③方法三:在航空发动机设计研发过程中的技术状态管理方法。技术状态是指在技术文件中规定的并在产品中达到的物理特性和功能特性。技术状态管理是应用技术和行政管理手段对产品技术状态进行标识、控制、审核和纪实的活动。④方法四:在航空发动机设计研发过程中的质量管理平台的建设和应用。实践证明,质量控制细化有利于产品质量的提高。但要实现在更大范围内对发动机设计工作的质量控制方法进行细化以全面提高设计质量,作为基层质量管理人员,首先应该更加深刻学习理解质量管理体系包含的具体要求,才能更好的运用管理方法指导科研工作。 作者:李英伟 单位:中航工业沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 航空发动机论文:航空发动机焊接工艺分析 盘轴类转动件的使用条件苛刻,因此在采用焊接工艺进行连接时,对焊接质量提出了更高的要求。用于焊接式盘轴类转动件的焊接技术除了要满足变形小、无氧化、高强度以及高的焊接尺寸精度等要求外,还应针对商用航空发动机长寿命、高可靠性的特点,保证高的工艺质量稳定性要求。目前,电子束焊和惯性摩擦焊是商用航空发动机盘轴类转动件进行连接采用的主要焊接工艺。本文介绍了电子束焊和惯性摩擦焊工艺在盘轴类转动件的应用情况,并分析、对比了焊接工艺及焊接接头的组织与性能。 1盘轴类转动件中的主要焊接工艺 电子束焊和惯性摩擦焊在国内外先进航空发动机盘轴类转动件中已经有比较成熟的应用,采用上述焊接工艺进行连接的盘轴类转动件主要有:风扇盘、压气机盘/毂筒、涡轴组件。表1列出了电子束焊和惯性摩擦焊在国外先进商用航空发动机盘轴类转动件中的应用情况。由表1可知,国外在进行先进航空发动机盘轴类转动件的焊接工艺设计时,对电子束焊和惯性摩擦焊这两种焊接方法有不同的选择。其中,GE公司最先对转动件采用惯性摩擦焊,其发动机中绝大部分转动件,包括风扇盘、压气机转子、涡轴组件等采用惯性摩擦焊;R.R.公司主要采用电子束焊,但随着压气机压比及出口温度的增加,同时压气机末级盘采用粉末合金,R.R.公司也开始选用惯性摩擦焊,并建立了2000t的惯性摩擦焊生产线,在Trent1000发动机高压压气机转子、涡轮后短轴和涡转子组件上均采用了惯性摩擦焊;P W公司对使用温度较低的转子部件主要采用电子束焊。 2盘轴类转动件的焊接工艺性分析 材料的可焊性是焊接工艺性分析最重要的考虑因素,针对盘轴类转动件中常用的材料,包括Ti17、IN718等,其电子束焊和惯性摩擦焊的可焊性均较好,可以获得满足设计需求的焊接接头。但是,随着新型高温合金、粉末合金(如U720Li、Rene'88DT、RR1000等)在转动件中的逐步应用,尤其对于异种材料的转动件,电子束焊工艺难以获得满意的焊接接头,主要原因是:(1)新型高温合金中,含有高体积百分比的γ'强化相,成分复杂,熔焊时容易形成结晶裂纹、热影响区液化裂纹和应变时效裂纹,而且这一问题随着γ'相含量的增加而趋严重;(2)异种材料之间的焊接由于组织、熔点、热导率、热膨胀系数等的差异,在熔焊过程中会引起某些化学成分的扩散,造成组织偏析,并可能产生较大的热应力,造成裂纹等缺陷;(3)由晶界液化而产生的微裂纹难以避免,而且难以通过无损检测方法检查出来。惯性摩擦焊的焊接过程是固相焊接,很好地避免了熔化焊过程中产生的裂纹问题和质量检测问题,因此,针对高温盘轴类转动件的同种/异种新型高温合金的连接,惯性摩擦焊成为目前唯一可行的方法。正是由于在Trent1000发动机中应用了RR1000粉末高温合金这种新型高温合金,R.R.公司采用了惯性摩擦焊工艺连接盘轴类转动件。另外,在先进航空发动机盘轴类转动件的结构设计中,为了实现减重和降低成本的目的,异种材料的焊接,尤其是新型高温合金的异种材料连接,成为航空发动机中盘轴类转动件之间进行连接的新形式。GE公司已将异种材料的惯性摩擦焊应用于GE90发动机的盘轴类转动件中,该发动机压气机8~10级毂筒中,既有IN718与Rene'88DT异种材料的焊接,也有Rene'88DT同种材料的焊接。R.R.公司也对U720Li、RR1000新型高温合金相关同种材料以及异种材料的惯性摩擦焊工艺进行了研究。可以看出,对于普通的钛合金、高温合金等盘轴类转动件的焊接,采用电子束焊或惯性摩擦焊都是可行的焊接方法。但针对新型高温合金,尤其是新型高温合金异种材料之间的连接,惯性摩擦焊是目前实现转动件焊接唯一可行的方法。 3电子束焊和惯性摩擦焊接头的组织与性能对比 电子束焊和惯性摩擦焊的焊接机理不同:电子束焊是熔化焊接,而惯性摩擦焊是固态焊接。因此,两种焊接工艺对焊接接头的组织状态、晶粒大小和接头性能也会产生不同的影响。 3.1钛合金焊接接头的组织与性能对比 航空发动机盘轴类转动件常用的钛合金主要为Ti-6Al-4V、Ti17、Ti6246、Ti6242等,其主要应用的盘轴类转动件为风扇盘和压气机低温端。对于钛合金,采用电子束焊和惯性摩擦焊两种方法获得的接头组织不同,但接头性能差别不大。以转动件中常用的α-β型Ti17合金为例,其电子束焊接头的焊缝区显微组织中β相基体上分布着细长针状α相,β晶粒尺寸为50μm~120μm;热影响区显微组织与母材组织一致,平均晶粒尺寸约为180μm[1]。惯性摩擦焊接头为细晶的锻造组织,热影响区组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上,与母材组织相同,焊缝组织为细小的等轴晶,晶粒度小于母材[2]。Ti17合金的电子束焊和惯性摩擦焊的接头组织相差较小,其接头性能也差别不大:Ti17合金电子束焊接头的抗拉强度和缺口敏感性均高于母材;其惯性摩擦焊接头强度稍高于或等于母材强度,塑形略低于母材,接头疲劳性能与母材相当。因此,在航空发动机钛合金盘轴类转动件焊接结构中,电子束焊和惯性摩擦焊的应用均非常广泛。 3.2高温合金焊接接头的组织与性能对比 在商用航空发动机盘轴类转动件中,应用最为成熟的高温合金是IN718合金,随着航空发动机压比的提高,对盘轴类转动件的使用温度和性能提出了更高要求,因此,新型高温合金U720Li、Rene'88DT、RR1000等成为高压压气机高温端的重要材料。 3.2.1同种高温合金的电子束焊和惯性摩擦焊 (1)IN718合金。针对成熟盘轴类转动件中的IN718合金,国内外分别对其电子束焊和惯性摩擦焊接头的组织和性能进行了系统深入的研究。在焊接过程中,电子束焊的焊缝区的温度达到母材的熔化温度(约1300℃),因此,电子束焊接头的组织会发生较大的变化;惯性摩擦焊焊缝则是在强大的摩擦压力和扭矩的联合作用下形成的,热变形金属的动态再结晶过程进行得相当剧烈而充分,其晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征,同时由于焊接时间很短,致使动态再结晶过程充分而动态回复不足,最终得到细晶和超细晶组织。一般来说,在IN718合金母材晶粒度相同的情况下,电子束焊接头为粗大的铸造枝晶组织,晶粒会达到20μm~30μm,而惯性摩擦焊的焊缝组织为锻态组织,晶粒度为10μm~20μm。另外,电子束焊接头的热影响区在焊接过程中的温度一般会达到700℃~1200℃,即热影响区处于热处理状态,晶粒长大使其成为接头的最薄弱环节;而惯性摩擦焊热影响区很小,且不存在晶粒长大现象,因此对焊接接头性能无明显影响。由于焊接接头的组织差别较大,IN718合金在采用不同焊接方法后,其性能也有较大区别。电子束焊接头由于组织粗大,通常其拉伸性能、断裂性能、高温断裂韧度均低于母材[3-5]。而IN718合金在惯性摩擦焊过程中γ'强化相在邻近焊缝处溶解,并不会发生沉淀,其接头的组织仍是与母材相同的锻态组织,同时晶粒度与母材相近,因此,其接头的强度、塑性、显微硬度和高温持久性能一般接近甚至高于母材[6-7]。可见,IN718合金的电子束焊和惯性摩擦焊接头在组织上存在较大差异,电子束焊接头的粗大组织造成其接头性能低于母材,而惯性摩擦焊接头的细晶组织使得其性能接近甚至高于母材。(2)新型高温合金。由于电子束焊是熔化焊过程,而新型高温合金(U720Li、Rene'88DT、RR1000)中γ'强化相的体积百分比比较高,因此在电子束焊的熔化过程中容易产生各种裂纹缺陷,而惯性摩擦焊过程是固相焊接,通过发生塑性变形和流动进行连接,不会产生熔化,因此不会产生电子束焊接出现的缺陷问题。MTU公司开展多年的粉末冶金高温合金惯性摩擦焊工艺研究,研究结果表明:惯性摩擦焊是焊接粉末高温合金的最佳工艺方法,其中Udimet700、Waspaloy、IN100和Rene'95粉末高温合金焊接接头的力学性能接近母材或与母材等强。近几年,国外先进航空发动机公司针对盘轴类转动件的设计需求,联合各高校对U720Li、RR1000、Rene'88DT、IN718等高温合金同种材料之间的惯性摩擦焊进行了广泛的研究。研究表明:U720Li、RR1000高温合金在进行惯性摩擦焊时,由于发生溶解的γ'强化相在冷却过程中发生大量沉淀,使得其在热影响区的硬度和屈服强度较高[8]。在国内,针对新型粉末高温合金FGH96的惯性摩擦焊工艺尚处于研究阶段。目前的研究结果表明,FGH96惯性摩擦焊接头的拉伸曲线与母材基本相同;焊接接头常温拉伸的断裂位置在接头热影响区细晶组织和粗晶组织的结合处,其断裂方式为韧性断裂[9]。 3.2.2异种高温合金的电子束焊和惯性摩擦焊 为了追求高的压气机效率,先进航空发动机的压气机末级已开始采用新型高温合金、粉末合金,因此异种材料的焊接结构成为必要的结构形式。在先进航空发动机盘轴类转动件中,异种高温合金之间的连接主要涉及到IN718合金和新型高温合金之间进行的连接。由于新型高温合金中γ'强化相的体积百分比较高,成分复杂,异种材料之间的组织和物理性能方面存在较大差异,电子束焊可焊性较差,缺陷不易检测,接头性能不能满足设计需求,因此,针对异种高温合金转动件,惯性摩擦焊成为唯一可行的焊接方法。从国外的研究结果中可以看出,U720Li+IN718、RR1000+IN718异种材料之间的惯性摩擦焊可焊性良好,其焊缝中无微小孔洞、微小裂纹和明显的扩散现象[10]。U720Li+IN718惯性摩擦焊接头性能一般高于较弱的母材,低于较强的母材,例如:其焊接接头的屈服强度、650℃的疲劳性能高于较弱的母材IN718,低于U720Li;650℃的延伸率高于U720Li,低于IN718[11]。RR1000+IN718惯性摩擦焊接头在焊后热处理后,硬度高于IN718和RR1000母材,但由于晶界的氧化,裂纹的扩展速率较母材高[12]。 4围绕商用航空发动机盘轴类转动件需开展的焊接工艺研究 电子束焊和惯性摩擦焊作为商用航空发动机盘轴类转动件制造的重要焊接工艺,已经成功应用于国外多种先进商用航空发动机型号,同时,国外不断开展对新材料和新结构焊接工艺的研究,积累了大量试验数据。国内在这方面仍存在较大的差距,不能完全满足商用航空发动机的研制需求,需要从以下两个方面进行系统研究。(1)新材料/新结构焊接工艺的研究。随着国内大客发动机研制项目的开展,盘轴类转动件需要采用新材料和新结构以满足商用航空发动机长寿命、高可靠性和低成本等设计要求。但由于国内针对新材料和新结构的焊接技术研究基础较为薄弱,因此需要尽快针对新材料(如新型钛合金、高温合金、粉末合金)开展相关焊接工艺研究,包括可焊性研究、组织与性能研究、焊前/焊后热处理制度研究等。(2)焊接接头性能数据的测试。盘轴类转动件的载荷条件严苛,根据商用航空发动机盘轴类转动件的使用条件,主要对焊接接头的以下性能,包括拉伸、冲击、扭转、蠕变、持久、疲劳等性能有明确要求,并且需要通过对焊接接头进行断裂韧性、裂纹扩展等性能的分析,对焊接结构进行寿命预测。国内目前针对盘轴类转动件焊接接头的性能数据测试不充分,需要系统地进行接头性能数据的测试,为焊接结构的设计提供数据支持。 5结束语 电子束焊和惯性摩擦焊作为商用航空发动机盘轴类转动件制造的重要工艺,已经成功应用于国外多种先进商用航空发动机型号。随着我国大客发动机研制项目的展开,对盘轴类转动件的焊接工艺提出了长寿命、高可靠性等更高的要求,尤其是新材料在大客发动机转动件中的应用,需要加快焊接技术的研究,实现焊接技术在大客发动机盘轴类转动件中的工程化应用。 作者:张露 韩秀峰 王伦 单位:中航商用航空发动机有限责任公司 航空发动机论文:航空发动机技术及运用透析 本文作者:尹正杨海成工作单位:西北工业大学 发动机装配技术状态数据模型的概念 针对航空发动机型号,现有的PDM技术已经可以较好的对其进行技术状态管理。由于实际装配中,单台航空发动机技术状态强调可追溯性,即对于每一台发动机在排故、维修、大修时需要明确其装配技术状态历史,就必须对单台发动机进行装配技术状态管理。进行单台发动机装配技术状态管理的基础是结构化的数据模型,装配环境下的技术状态数据可以分为三大部分:物料信息、工艺信息与检验信息。这里的物料信息是指产品基本信息及组成产品的各种零/组/部件的信息;工艺信息是指装配各级物料节点所执行的工艺/工序/工步的信息;检验信息是指执行装配的关键项进行检验,具体表现为相对应的检验项的规定值与实际值。物料信息、工艺信息、检验信息都可表示为树形结构。它们间也具有复杂的对应关系,其中包括:工艺与部件或组件对应、检验表与工艺对应、检验项与工序对应、子检验项与工步对应等。由于航空发动机的多装多试的特点,单台发动机在其生命周期的多次装配中会频繁的发生物料信息、工艺信息和检验信息的改变,集中表现在由于串换件、寿命件的到期等,发生各级物料(部件/组件/零件)的变化;由于采用不同版次的工艺、针对个别发动机装配下发的技术文件、技术通知、工艺更改单等会产生工艺信息的变化;物料或工艺信息改变同时也伴随产生了检验信息的变化。因此单台发动机的装配技术状态不仅与同型号同批次的其他发动机的技术状态不同,在其生命周期内本身的技术状态也随时间变化。所以,航空发动机装配技术状态数据模型必须包含两个方面,从空间上说,要用尽可能用简单的模型表示出错综复杂的物料、工艺、检验信息的对应关系;从时间上说,要准确地刻画出发动机装配技术状态随时间变化的情况。 应用举例 该模型已经应用于“航空发动机装配现场综合管理系统”,装配技术状态管理是它的一个重要功能。现以某航空发动机为例,在它的产品制造和应用阶段,已经历过新机一装、新机二装、第一次维修的维修一装、第一次维修二装,共四次装配,其间伴随着该发动机物料、工艺和检验信息的改变,用本文所提模型记录了每次的装配技术状态。通过关于时间的查询,可由记录模型得到发动机的技术状态快照,快照反映了距此前最近一次装配结束时单台发动机的物料、工艺和检验信息。图5上半部分反映了该发动机装配技术状态沿时间轴的演变,下半部分三行分别反映了三个时间点发动机物料状态,工艺状态、检验状态。 航空发动机论文:当代航空发动机的燃油管理 本文作者:赵小勇工作单位:中国民航飞行学院四川绵阳民航飞行学院 为了保证飞行安全并同时提高营运的经济性,本文简要从航空汽油的基本知识、活塞发动机飞机在不同飞行阶段中燃油使用技巧和几种常见的不正常燃烧工作情况下的处置方法和程序进行分析和介绍。 1航空汽油的概念 目前,所使用的航空燃料主要有两大类:航空汽油和航空煤油,分别适用不同类型的飞机发动机,航空汽油是用在活塞式航空发动机的燃料。 1.1航空汽油的辛烷值 燃料当中,有一种抗爆性很强的燃料,叫异辛烷,将它的辛烷值规定为100,还有一种抗爆性很弱的燃料,叫正庚烷,辛烷值规定为0。将这两种燃料按不同的容积比例混合,这些燃料就具有不同的抗爆性。辛烷数是指混合燃料中异辛烷所占容积的百分数。航空汽油的辛烷值是由试验比较法确定的。将被测定的汽油和上述按某种比例混合燃料的余气系数调整到1,如果它们都使用同一台发动机在相同的压缩比下发生爆震,就说明两种燃料的抗震性相同,混合燃料的辛烷数就定为被测定汽油的辛烷值。余气系数为1的混合气相对于发动机来说,是相对贫油的范围,因此,辛烷值可以表示发动机贫油时的抗爆性。 1.2航空汽油的级数 航空汽油富油时燃料的抗爆性是用级数来表示的。将被测定汽油和纯异辛烷分别作为同一台增压发动机的燃料,将两种燃料混合气的余气系数都调整到0.6,增加进气压力,直到发动机刚发生爆震时记下汽缸的平均指示压力。若发动机用纯异辛烷工作,记得的平均指示压力为20kgf/cm2;若发动机用被测汽油工作时,平均指示压力为26kgf/cm2,那么该汽油的级数为:26/20×100=130。从以上介绍中,可以看出辛烷数和级数越高的航空汽油抗爆性越好。但我们在使用中必按发动机的要求加相应标号的燃油,以保证正常工作。 2活塞式发动机飞行过程中的燃油管理 2.1飞机启动 对于冷发启动的发动机,由于温度低,燃油的汽化质量较差,启动前注油时应当适当地多注一些燃油。在热发下,发动机机舱温度较高,管路中的燃油易汽化并进入进气总管。因此,可能需要稍微“加注”一些燃油以便使喷嘴管路有油,并使发动机在开始转动后能够继续运转。2.2地面滑行在地面小转速滑行时,我们一般采用适当将混合比调贫油的办法,以避免火花塞被污染。 2.3起飞 发动机大转速工作状态,一般用于飞机起飞、爬升和复飞。此时,余气系数应为最大功率余气系数,一般设置为0.85左右。既可以保证发动机输出较大功率,同时较为富油的混合气也可防止发动机过热。当发动机在最大功率状态下工作时,单位时间产生热量最多,发动机温度很高;同时发动机各机件承受的负荷也最大。因此,起飞工作状态连续工作时间一般不能超过5分钟。 2.4爬升 飞机爬升阶段一般采用最大连续工作状态。下面,以赛斯纳(CESSNA)172为例,介绍活塞式发动机飞机在爬升过程中如何获取最好的爬升性能。为了获得性能、对外可视度以及发动机冷却的最佳组合,正常的航路爬升应以襟翼收上位、全油门以及大于最佳爬升率速度5~10节的速度进行。密度高度低于3000英尺,混合比应使用全富油,密度高度超过3000英尺时应调贫油,以获得更平稳的运转或最大转速。要获得最大爬升率,使用最佳爬升率速度。速度低于最大爬升率速度的爬升应在短时间内进行,以便改善发动机的冷却。 2.5巡航 为了保证巡航飞机的航程和续航时间,此时发动机功率通常选择较小,一般为额定功率的30%~75%。对具体发动机而言,在巡航功率设置上,发动机制造商都有其推荐的进气压力和转速值。在实际巡航时,当发动机的巡航功率设置好后,根据飞行的实际需要,还可通过发动机混合比杆设置发动机的最佳功率状态或最佳经济状态,以进一步发挥发动机的性能,具体方法见各飞机的《飞行手册》。除了功率设定以外,恰当的调贫油技巧也有助于增大航程。为了实现所推荐的燃油消耗,应使用排气温度(EGT)指示器来对混合比调贫油,在最高排气温度时,可以提供最佳燃油经济性。 2.6下降阶段与进近着陆阶段 飞机的下降阶段与进近着陆阶段一般都采用小转速或慢车状态。发动机小转速或慢车状态工作时,混合气较为富油,发动机温度较低,电嘴容易积炭;同时发动机工作的稳定性较差。所以,应适当调贫油或尽可能缩短该状态的使用时间。 2.7关于转换油箱供油 对于无交输供油装置的燃油系统,巡航飞行时应交叉左、右油箱的燃油,不能在一侧油箱的燃油用完后再转换到另一侧的油箱,这样极易造成供油中断。装有电动增压泵的还应将打开以保证供油稳定。在起飞、着陆阶段或低空飞行时,不要进行不必要的油箱转换,转换时,有电动泵的应该打开电动泵。 3常见的不正常燃烧和工作情况以及处置方法 3.1爆震 在一定条件下,汽缸内混合气的正常燃烧遭到破坏而在未燃混合气的局部出现具有爆炸性的燃烧,叫做爆震燃烧,简称爆震。我们可以通过以下现象来判断爆震的产生:A.发动机内出现不规则的金属敲击声,这是由爆震冲击气缸内部组件所致。B.排气总管周期性的冒黑烟。C.发动机剧烈振动工作不稳定。D.发动机功率显著减小,转速下降。E.缸局部温度急剧升高,活塞气门等机件过热或烧毁。如果发动机一旦发生爆震,应果断采取措施。首先,把变矩杆前推,使其变小矩,减轻螺旋桨负荷,加大发动机转速,其次,后拉油门杆,减小进气压力,这样混合气的充填量减小,降低了压缩气体的温度与压力;再次,加强发动机散热,通过这些措施可减弱或消除爆震。如果发动机被严重损害,不能继续正常工作时,应果断进行迫降。 3.2早燃 压缩过程中,如果在电嘴跳火以前,混合气的温度已达到着火温度,混合气就会自行燃烧。这种发生在点火以前的自燃现象,叫做早燃。引起发动机早燃的原因主要是汽缸头温度过高和汽缸内部积炭。早燃发生后,发动机功率减小,经济型性变差。对多气缸发动机,如果某些汽缸发生早燃,因曲拐机构受力不均匀,会引起发动机强烈振动。若发动机在小转速时发生早燃,此时曲轴转动惯性较小,过大的燃气压力将会引起曲轴倒转,损坏机件。从早燃发生的特点来看,对于刚停车的热发动机,不能随意扳动螺旋桨。因为此时发动机汽缸头温度还很高,如果扳动螺旋桨,汽缸中残余的混合气受压缩后可能自燃,使螺旋桨转动起来,有伤人的危险。 3.3过贫油燃烧 如果混合气的余气系数a 1.1,则为过贫油燃烧。过贫油燃烧时的现象:A.发动机功率减小,经济性变差。B.汽缸头温度降低。C.发动机振动。D.排气管发出短促而尖锐的声音。E.汽化器回火。防止过贫油燃烧,除了正确调整贫富油设置以外,还应注意发动机在低温条件下启动时,由于温度低,汽油不易汽化,混合气容易过贫油,易回火,所以发动机低温启动注油应稍多些。一旦发生汽化器回火,应立即前推油门杆开大节气门,使进气气体流速增加,将火焰吸入汽缸,消除回火。 3.4过富油燃烧 如果混合气的余气系数a 0.6,则为过富油燃烧。混合气过富油燃烧的现象是发动机功率减小,经济性变差,汽缸头温度降低。过富油混合气也存在混合不均,富油程度不一致。最终使汽缸内燃气压力大小不等,也会引起发动机振动。但过富油燃烧与过贫油燃烧比较,过富油燃烧也有其不同的现象:A.汽缸内部积炭,使发动机功率减小,经济性变差,严重时还会导致发动机故障。B.排气管冒黑烟和“放炮”。防止过富油燃烧,除了正确调整贫富油设置以外,还应注意在飞行中,若收油门过猛,此时节气门迅速关小,空气量骤然减少,而燃油量因系统惯性使其减小滞后,容易造成暂时的混合气过富油,而发生排气管“放炮”现象。所以操纵油门要柔和。 4结语 燃油管理与航空安全有着非常密切的关系,良好的燃油管理能使发动机稳定、可靠地工作,并能充分发挥发动机性能和保证飞行安全。作为飞行员,严格按照要求进行燃油管理和正确应对各种因燃油管理出现特情是不可或缺的飞行技能之一。因此,对燃油管理进行充分的学习和训练是保证飞行安全的基础。 航空发动机论文:航空发动机的砂铸工艺研究 本文作者:孙野宗学文李涤尘工作单位:西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 快速成型(RP)是20世纪80年代产生的一种先进制造技术,其成型原理是利用CAD模型的分层数据信息,进行分层制造并层层累积来制作零件。该技术的最大特点是成型速度快,不受零件复杂程度制约,形状越复杂,越能体现出该技术的优越性[1]。快速砂铸技术结合了快速成型和砂型铸造,该技术利用光固化成型(SL)制作出树脂件模具,代替传统木模或金属模,通过填砂制芯得到砂型/芯,最后组合砂型,合箱浇注得到金属铸件。快速砂铸技术能充分发挥快速成型技术的复杂形状制造、成型周期短、成型精度高,以及砂型铸造的制造成本低、工艺灵活性大、材料适用种类广泛的特点,通过快速制模结合砂型铸造实现更换材料的目的,大大提高了复杂铸件生产效率并获得高精度的铸件,为快速响应市场需求奠定了基础[2]。 1快速砂型铸造工艺流程 1.1铸件工艺分析及参数设计本文涉及某小型航空发动机的铝合金部件———缸体的快速砂铸工艺研究。其三维数模如图1。最大外形尺寸为114mm×114mm×88mm,主要壁厚约6.5mm,散热片结构的平均壁厚为1.5mm。其外形结构较为复杂,关键尺寸(缸体内圆直径、总高)精度要求达到CT6以内。同时要求铸件特别是关键部位不允许有裂纹、缩松、缩孔、夹杂等缺陷。考虑到散热片结构的平均厚度很薄,且铸件质量要求高,同时结合铸件的外形结构及铝合金的流动性、凝固方式、气孔倾向等特点,决定采用低压底注式浇注的方法,并在铸件的底部设置4个圆柱浇口。同时确定一些铸造工艺参数,包括:铸造收缩率、工艺余量、最小铸出孔及槽、铸造圆角等。参数的确定过程:零件中的螺孔大径为5mm,通孔直径8.5mm,根据文献[3],决定将螺孔及通孔设定为不铸出孔。缸体顶端及底端平面要与其他零件装配以形成燃烧室,故参照GB/T6414-1999,确定其加工余量为2mm。缸体内壁要与活塞装配,以同样的方法选定加工余量为2mm。另外,一般生产中铝合金铸造收缩率为0.8%~1.0%,此缸体主要壁厚是6.5mm,且存在大量壁厚为1.5mm的散热片结构,故最终选择收缩率为 2分模设计 首先对零件分模并设计出该铸件对应的砂型。经综合考虑零件的形状结构,选择了多向开模,利用PRO/E设计出对应的砂型如图2。砂型共分为6部分,包括4个侧砂型及底座和顶盖各1个。结合砂型数模,再设计出对应的快速成型树脂件模具(即母模)以及填砂制芯所用的芯盒,如图3及图4。2.3树脂件模具及芯盒制作将设计好的树脂件模具的CAD模型导出成STL格式,再导入Magics软件进一步处理,包括加工位置的摆放、抽壳、加支撑等。全部处理完后将数据传输到快速成型机上进行加工制作。制作完成的树脂件,还需经过清洗、打磨等后处理才能投入使用。通常在制作树脂件时,为了降低成本,减少树脂的消耗,都会对制件进行抽壳处理。本例中需要注意的是,考虑到该零件存在大量薄壁散热片结构,其树脂件模具在脱模时会受到较大的脱模力,所以对其强度有较高要求,故未对模具进行抽壳处理。同时,选择好合适的材料,将设计好的芯盒板(如图4中所示)图纸交予厂家进行加工制作。2.4砂型/芯制作将树脂模具、芯盒组装好,在其工作表面均匀涂刷一层脱模剂并待其晾干。按一定比例向混砂机中加入原砂、呋喃树脂及固化剂,搅拌均匀后向芯盒中填砂。最后使用刮板将芯盒顶部冒出的树脂砂压实、刮平,并用长钉或卡片在适当位置扎出排气孔(槽)。把握好开模时间,待型砂固化后,开模取出砂芯。最后给砂型工作面均匀喷(刷)涂一层砂型铸造用涂料,降低其表面粗糙度,以提高铸件的表面质量[4]。制作所得的砂芯如图5。2.5浇注实验将处理完的砂芯与事先制作好的树脂砂浇道进行组合,再放入砂箱中,周围填满粘土砂并夯实。随后将整个砂箱吊装到低压浇注设备上,进行浇注。选择铝合金材料为ZL101A,浇注温度710℃,经历升液、充型、增压和保压等几个阶段共195s时间,浇注完成。待冷却到室温后,开箱取出铸件。 3铸件浇注缺陷控制 3.1浇不足缺陷及初步改进第1次浇注所得的铸件存在较明显的缺陷,主要是散热片结构出现浇不足。缺陷位置表面光亮平滑,首先想到的原因是,由于树脂砂透气性差且发气量高,而该组砂型本身没有设计专门的排气通道,所以浇注时产生了憋气。提出的解决办法是,在填砂制芯过程中,于4个侧砂芯壁上开出厚度2~3mm的连通型腔的排气槽。3.2浇注模拟及浇注工艺的进一步改进为保险起见,我们还使用铸造模拟软件ProCAST对缸体的浇注过程进行了模拟,所设置的边界条件尽量与实际情况相吻合。图6(b)显示了缸体充型的过程。由于所设置的浇口的位置关系,见图6(a),散热片结构的边沿部分总是4角先充满,中间部位最后充满。因而想到,缺陷不仅仅是因为憋气造成,还可能是因为金属液充型能力较差或冷却时间过早,散热片的边沿中部还未充满时,金属液就已经冷却凝固了。针对此情况,改进了原有的浇口,使之成为2条长条形浇口加两个圆柱浇口的形式,如图6(c)。同时使用ProCAST再次模拟该情况下的充型过程如图6(d)。可以看到散热片结构的4角部分和边沿中部几乎同时充满,消除了前后时间间隔,而且改进后的浇口能大大减小金属液的充型阻力。另外,我们还将这次的浇注温度提高到720℃,并适当增加浇注各阶段的压力。浇注后的结果如图7。可以看到,此次的铸件散热片结构全部充型成功。 4铸件精度控制及其尺寸精度评价 4.1铸件精度控制总结多次填砂造型及浇注实验,得出一些可能导致铸件精度误差的因素,并提出相应对策以减小铸件的精度偏差。这些因素包括:①SL模具制造误差;②SL模具与芯盒之间固定不牢靠;③芯盒本身的变形及加工误差;④砂型/芯组合装配误差。首先,受光固化成型机理的影响,成型出的制件的水平表面可能出现较大的翘曲变形。为了保证铸件的精度,在进行加工位置摆放时,应尽力避免树脂件的上述表面处于水平位置。其次,要尽量保证SL模具与芯盒之间的定位可靠性。因此,采用了模具与芯盒之间的销孔定位加螺钉紧固的方式。本例选择了不易变形且表面质量好的有机玻璃板制作芯盒。同时,应严格控制板材在各个方向上的尺寸精度,要求板材的加工尺寸精度在±0.1mm以内。最后,要确保砂型/芯之间的组合装配精度。采用了砂型之间台阶定位的方法。即砂型上的突出部分对应凹进部分。而砂型上的台阶正是由图4所示的芯盒侧板上的缺口所形成的。4.2铸件尺寸精度评价为评价快速砂铸工艺所能达到的精度水平,对这批缸体铸件共5件进行了关键尺寸的测量分析。具体步骤是:①用游标卡尺测量铸件上选定的关键尺寸,每个尺寸测量3次取平均值;②将测量均值与设计值比较,得到误差;③对照GB/T6414-1999中的铸件公差等级表找出对应的公差等级;④统计公差等级及其数量,分析结果。对选定的6项关键尺寸进行测量分析,所得结果统计后如图8。可以看到,80%的尺寸都在CT7以内,且没有超过CT9的尺寸,这与传统砂型铸造(小批量或单件生产、手工造型)所能达到的CT10~CT12相比,精度有很大的提高。 5总结 借助快速砂铸工艺实现了对复杂形状缸体零件的快速开发试制。除了介绍该铝合金缸体的快速砂铸工艺过程外,还提出并解决了两个关键问题,即铸件精度控制和铸件缺陷控制。对应措施可以总结为以下几条:①制作树脂件模具时尽量避免将重要表面水平放置;②保证模具与芯盒之间可靠的定位;③保证有机玻璃板芯盒的尺寸精度;④砂型/砂芯组合时要精准到位;⑤使用先进的数值模拟手段来预测可能出现的铸造缺陷并对工艺方案加以改进。 航空发动机论文:航空发动机的发展与形势解析 本文作者:侯敏杰刘冬根工作单位:航空发动机高空模拟航空科技重点实验室 0引言 航空发动机的气动热力学问题、机械系统问题、匹配性问题及控制规律问题等都必须通过高空台模拟试验进行充分的调试、验证。高空台是能在地面模拟航空发动机的空中工作环境条件,并获取发动机高空性能/特性的大型试验设备,是先进航空发动机自主研制必不可少的一种关键设备。一个没有高空台的国家,是不可能独立自主地研制出先进高性能航空发动机的。随着我国航空工业的蓬勃发展和航空发动机重大专项设立的顺利推进,对高空台的试验能力和高空模拟试验技术都提出了更高的要求。 1高空台的战略地位与重要作用 高空台是国家战略性资源,高空模拟是自主研制先进航空发动机必不可少的重要手段和工具,一个国家的高空模拟能力和技术水平已成为该国自主研制先进航空发动机能力和水平的一个重要标志。 1.1高空台是先进航空发动机研制不可或缺的重要手段和工具航空动力是集合了复杂气动、热力、结构和控制的高技术产品。由于航空动力技术的复杂性和研制的高风险性,特别是工作范围的不断扩大和设计指标的日益提高,包括概念研究在内的航空动力发展的每一个环节都离不开广泛而深入的研究与试验。目前,航空涡喷/涡扇发动机的飞行高度已达25~30km、最大飞行速度已达2.5~3.0倍声速,而且对机动性的要求也愈来愈高。这不仅使发动机的工作参数随飞行条件变化而急剧改变,而且发动机的部件性能、工作稳定性、共同工作特性、燃烧特性等也明显地受到飞行条件变化的影响。特别是高空低速、高空高速和低空高速条件下的发动机工作特性,已经与地面状态的性能大不相同,不能仅靠普通地面试车台上的台架试验结果通过传统的相似换算方法得到,而必须通过模拟真实空中工作环境条件下的试验来确定。另外,空中风车起动特性、燃烧室的稳定燃烧特性和点火特性、低雷诺数条件下的发动机工作稳定性等试验,在地面台上难以做到,需要在高空台上进行。据统计,一种新型发动机研制,需要占用3~4个高空舱,进行2000~4000小时甚至更多的高空模拟试验。航空发动机需要在高空模拟试车台上验证及解决的问题可分为:气动热力学、机械系统、匹配性和控制规律等四大类。在整机试验中,各种问题的耦合使航空发动机高空模拟试验更具复杂性。在高空台上调试、验证、探索发动机改进改型方案须有详细的部件特性的支持,以及整机仿真技术的支持,才能有效地提高高空模拟试验结果的置信度,而且整机仿真技术可以弥补高空台的试验缺陷或不足。在新型发动机的研制过程中,航空发动机高空模拟试验很重要,其相关的高空模拟试验技术支撑则更重要。通过合理、充分地安排航空发动机高空台试验,能够优化各部件空中匹配性能,确定空中工作包线,并大幅降低试验经费、大大缩短研发周期。高空台作为重要的获取空中工作参数以验证发动机部件匹配性能的地面设备,集设计、制造工艺、控制、测试、试验等多项工业技术和发动机技术于一身,具有不可替代的地位。 1.2高空模拟试验是航空发动机性能调试与技术攻关的最有效途径航空发动机研制是一个设计与试验的反复迭代过程。一台新型发动机的研制需要数千小时的空中性能调试试验。理论上说,该试验既可以在高空台上进行,也可以在飞行台上进行,还可以直接在原型飞机上进行飞行试验。但最有效的调试手段是高空台试验。首先,从飞机及其发动机的研制来看,通常要优先启动发动机的研究工作,因而新型发动机的研制过程中没有原型飞机可用。即使是飞机型号牵引主导的发动机研制项目,也不会有成熟可靠的原型机来进行高空性能调试试验。其次,用运输机或轰炸机改装的飞行台是发动机研制中的重要调试手段之一,但一般仅限于飞行高度低于11km、飞行马赫数一般低于0.85的范围;飞行台远不能满足飞行高度为25~30km、飞行速度为2.5~3.0倍声速的高性能发动机的性能调试需求。再者,地面高空模拟试验相对于空中飞行试验而言,参数测试能力、试验安全性和试验条件控制方面具有独特的优势,对发动机性能调试与技术攻关也非常关键。英国人曾统计过,发动机高空台性能试验一个月的工作量,相当于飞行试验300次起降,而高空模拟试验的每小时费用约为飞行试验费用的1/30~1/6。 1.3先进航空发动机的关键部件研发需要进行深入的高空模拟试验不仅在航空发动机的研制过程中需要大量的整机高空模拟试验,而且其部件的研发也要依赖于高空台,例如,加力燃烧室和优秀机的研发通常就需要在高空台上进行大量的研究试验。因为对于关键部件的高空特性,不能仅通过理论计算和普通试验来解决,而要建设专门的高空试验设备,其投资基本与一座高空台相当,因而通常会将此类试验安排在高空台上进行。据国外经验介绍,成功地发展一个高性能的加力燃烧室,一般要在高空飞行状态下进行2000小时左右的全尺寸加力燃烧室试验。 1.4航空发动机先进设计方法的有效性验证与新型航空动力研究都离不开高空试验当前,虚拟设计方法与仿真试验技术在优化试验方案和缩短试验周期方面取得了较好的效果,但这些先进方法和技术的开发与升级离不开大量的试验结果的支持,其有效性和应用范围的验证也离不开真实工作环境条件下的试验验证。为了满足飞机技术指标不断提升的要求,当前非传统新型航空动力的研发正如火如荼的进行着,尤其是飞行速度为3~5倍声速的飞行器动力的研究。而这些动力装置的研究,如用于邻近空间高超声速飞行器的涡轮冲压组合动力的研究,不仅要进行深入广泛的动力高空模拟试验,而且还要求在考虑飞行器与动力相互作用影响下的高空模拟试验,以及飞行器与动力一体化的高空模拟试验。可以毫不夸张地说,高空模拟试验测试的技术水平与能力决定了高超声速飞行器动力研究的进程。 2高空台的发展现状 自20世纪30年代世界首个高空台建成以来,其试验测试能力与试验测试技术随发动机发展而不断提升。当前世界上建有几十个高空模拟试验研究基地,有近百个高空试验舱。 2.1国外高空台发展现状 美国的高空台和高空舱数量占世界总数的一半以上。在高空模拟能力绝对占优的情况下,为适应进气道/发动机的相容性能问题和大涵道比涡扇发动机研制的高空性能/特性试验问题,不惜耗费6.5亿美元于20世纪80年代中后期建成了气源装机功率达450MW的巨型高空台ASTF。俄罗斯的高空模拟试验研究中心现有两个高空模拟试验基地、5个在用高空舱。俄罗斯早在20世纪90年代就着手筹建10m直径的巨型高空舱,以适应先进航空发动机研发的高空试验需求,其设备规模和试验能力仅次于美国,是欧洲最大的航空发动机试验基地。另外,英、法等国也有较为完备的高空模拟能力。不仅如此,日本、韩国和印度等国,随着经济实力的提升和发动机的自主研发,也于上世纪末和本世纪初开始建高空台。这些国家在不断提升高空台硬件能力的同时,更加大对高空模拟试验技术的研究。一方面探索新的试验与测试方法,开发新的试验科目,广泛使用和融入数值仿真技术;另一方面优化资源整合,比如美国于20世纪90年代将主要的高空模拟试验基地归入阿诺德工程发展中心(AEDC),使其高空模拟设备能力和技术水平遥居世界第一。总体上说,高空模拟试验技术,已从单纯追求发动机性能的高空性能试验、功能试验阶段,发展到追求综合高性能航空发动机的性能功能试验、适用性试验、耐久性试验、数字化与仿真试验、自动化与智能化试验等。 2.2我国高空台发展现状 我国于1965年开始高空模拟试验基地的自主建设工作,于1995年竣工并投入使用。我国高空模拟试验基地占地400亩、总装机功率220MW,其设备能力与水平居亚洲第一、世界第五。当前有4个高空舱,其直径分别为3.7m、3.0m、3.0m和2.0m,可承担海平面标准大气静止条件下空气流量120kg/s的涡喷、涡扇、涡轴、涡桨发动机的高空模拟试验,主要包括:高空校准试验、性能试验、功能试验、功率/推力瞬变试验、加力通/断试验、进气压力畸变试验、空中起动试验、高空风车特性试验、进气加温加压试验、高原/高温/低温起动试验等。高空模拟试验技术的研究与发展,源于发动机的研发需求。我国十分重视高空模拟试验与测试方法的研究,尤其是自1997年成立航空发动机高空模拟航空科技重点实验室以来,高空模拟试验技术的水平有了显著的提升,建立并完善了涡喷发动机高空模拟试验规范,解决了涡轴发动机和大流量收扩喷管涡扇发动机高空模拟试验的关键技术难题。我国当前的高空模拟技术研究主要在性能/功能试验和适用性试验技术方面,与美、俄的同类技术相比还有差距。 3我国高空台与高空模拟技术的发展方向 随着我国的航空发动机由测绘仿制向自主研制的转变,尤其是由航空大国向航空强国的转变,以及航空发动机重大科技专项的设立工作顺利推进,对高空模拟试验的技术和能力提出了新的要求,也为高空台的发展创造了新的机遇。 3.1我国高空台的发展要求 为适应国内发动机研究的整机试验条件保障需求,急需开展以下几方面的高空台能力的建设工作:涡喷、涡扇发动机高空模拟试验能力建设;涡轴、涡桨发动机高空模拟试验能力建设;大涵道比发动机高空模拟试验能力建设;自由射流试验能力建设;组合动力发动机高空模拟试验能力建设;航空发动机气动稳定性综合评定试验能力建设;加力燃烧室/主燃烧室高空模拟试验能力建设;辅助动力以及其他附件高空模拟试验能力建设。通过上述高空台能力的综合评估与建设,形成配套国内航空发动机与邻近空间飞行器动力自主研发需要的高空模拟设备,打造国际知名、世界一流的我国高空模拟试验基地。 3.2我国高空模拟技术的发展方向 航空发动机高空模拟航空科技重点实验室,经过15年的建设和发展,突破了多项高空模拟试验关键技术,形成了一系列较为成熟的高空模拟试验方法、测试方法与数据处理评定方法。为更好地适应当前国内航空发动机蓬勃发展和向航空强国发展的发动机高空模拟试验需要,迫切需要加大和深化以下几方面的高空台能力研究与建设工作。1)高空台飞行环境模拟技术高空台进气压力/温度模拟技术;高空台排气环境模拟技术;高原、高温、低温起动环境模拟技术;进气畸变及其他特殊要求使用条件模拟技术;自由射流高空模拟试验技术。2)高空模拟试验测试计量技术推力/功率测量与校准技术;燃油流量测量与校准技术;空气流量测量与校准技术;动温/动压测量与校准技术。3)发动机试验评定与仿真技术发动机性能试验评定技术;发动机功能试验评定技术;发动机与高空台建模与数值仿真技术;地面台、高空台、飞行台相关性。4)进气道/发动机匹配试验技术进气压力畸变试验与评定技术;进气温度畸变试验与评定技术;进气温度-压力组合畸变试验与评定技术;进气道与发动机联合试验技术;降稳因子分析与试验验证技术。通过对上述高空模拟试验关键技术的研究,形成配套国内航空动力高空模拟试验的技术和方法体系,可为国内先进航空动力的自主研发提供技术条件保障与支持。 4结束语 航空发动机固有的高复杂性和风险性,加之飞机战技指标不断提高,使得先进航空发动机研制仍然离不开大量试验的支持,高空台和高空模拟试验已成为当今航空发动机自主研制必不可少的重要手段和工具,并在一定程度上反映和决定着航空发动机的研制水平。为此,要真正突破飞机“心脏病”这个瓶颈,切实做好航空发动机的坚强后盾与技术后方,必须加强高空模拟试验能力建设和高空模拟试验技术研究,为我国在役、在研和预研发动机试验提供完备的技术支持。 航空发动机论文:航空发动机健康监管科技发展以及走势 1发动机介绍 据国际民航组织统计,在1988—1993年的6年间,由于发动机起火、发动机叶片出现故障、发动机脱离机翼等而发生的飞行事故多达34起。及时地监测和诊断系统故障可以有效避免事故的发生,以保证飞机的飞行平安。 本文围绕发动机健康管理,从故障诊断、故障猜测、性能评估和状态监控4个方面,阐述了航空发动机健康管理技术发展的目前状况和趋向。 2故障诊断技术 航空发动机故障诊断技术的发展经历了3个阶段。目前所处的智能诊断阶段,以知识处理为优秀,信号处理、建模处理和知识处理相融合。随着计算机、人工智能技术的发展,各种诊断算法得到了深入探究和广泛应用。 2.1遗传算法 航空发动机结构复杂、工作条件多变,故障机理和故障原因复杂,故障和征兆之间没有明显关系,各类故障的特征参数也不完全相同。采用数学解析方法和试验方法有时无法解决某些新问题。而遗传算法具有较高的并行处理信息和求解非线性新问题的能力,能够解决在寻优过程中轻易碰到的局部极小值新问题。 基于遗传算法的故障诊断技术通常采用概率因果模型得到发动机故障征兆和故障成因之间的关系,然后通过在遗传过程中所采用的选择、交叉、变异等自然选择方式,实现对发动机故障的分类和诊断,可以缩短诊断时间、提高诊断效率、减少运算量,在复杂故障诊断中具有良好的应用前景。 2.2小波分析和支持向量机技术 小波分析是1种先进的非线性分析方法,是通过比较在分解小波后的不同频带内信号盒维数的大小及其变化,来反映信号的不规则度和复杂度,刻画信号的非平稳性。航空发动机在发生故障时,常出现非线性等动力学特性,振动信号具有非平稳性。因此,小波分析可以有效地解决航空发动机故障诊断中的振动新问题。 支持向量机技术是专门针对小样本条件下的机器学习新问题而建立的新型学习机制,能有效解决小样本、高维数据和非线性新问题,可以消除由样本数目不足带来的过学习新问题,克服了神经网络中的合理结构难以确定和存在局部极小点的缺陷,具有较强的泛化能力和抗干扰能力。航空发动机各类故障样本通常难以获得,属于小样本、非线性新问题,因此,支持向量机技术在故障分类和状态识别中得到了有效应用引。 2.3粗糙集理论 在发动机故障诊断中,经常要处理高维的海量数据,同时会碰到先验性知识不能满足发动机诊断要求等新问题。概率论和模糊集等方法对此无能为力;而粗糙集理论可以解决这些新问题。 3故障猜测技术 3.1神经网络猜测技术 人工神经网络具有逼近任意非线性函数的能力和较强的泛化能力,在多变量猜测领域显示出了巨大的潜力和突出的优势。如猜测发动机复杂磨损的趋向,充分考虑多种因素(加油、补油、换油和非等间隔等),在实施多变量猜测方案时,采用神经网络建立多变量猜测模型,能够解决非等间隔的受加油因素影响的油样分析数据的建模和猜测新问题。 3.2时序分析猜测技术 时序分析理论是对1个平稳的时间序列,通过建立线性时序模型,以测量数据和偏离量为基础,进行多次拟合以确定加权系数,代人线性时序模型,进而进行猜测。影响航空发动机滑油成分含量的因素很多,包括发动机使用时问、取样时发动机的状态、发动机的磁堵、发动机的维修状况、滑油的更换等。因此,可以采用时序分析理论,根据已有历史数据,建立线性时序模型来猜测滑油成分含量,并和实际测量数据进行比较,从而确定是否需要维护发动机。 4性能评估技术 4.1粗糙集综合评估技术 发动机被监测参数较多,各参数所反映的发动机性能重要程度无法确切得知,因此很难合理确定各参数的权重系数。可以用粗糙集理论中属性的重要性来确定发动机各项参评性能因素的综合评判权重系数,最后进行权值化处理,得到各参评发动机性能参数的权值。该方法有效克服了传统定权方法的主观性,使评价结果更具客观性,提高了综合评判的准确性和有效性。 4.2层次分析(AHP)评估技术 发动机健康评估属于多目标决策新问题,需要运用系统工程理论的综合评估法。层次分析法是1种灵活、简便的多目标、多准则的决策分析方法。它将定量和定性分析相结合,把1个复杂的新问题按一定原则分而治之;根据新问题的性质和总目标,将新问题分解为不同的组成因素,并按照因素间的相互影响以及隶属关系,将各因素按不同层次组合,建立递阶层次结构模型。最终把系统分析归结为最低层(如指标层)相对于最高层(目标层)的相对重要性权值的确定或相对优劣的排序新问题,从而为决策方案的选择提供依据。 4.3多元联合熵评估技术 多元联合熵变是1个状态函数,只要系统状态一定,相应熵值就可确定。由于发动机系统和外界的能量交换不为零,加之各子系统的无序性,因此系统总熵的增减可以预示演变方向是良性的还是恶性的。通过计算发动机的熵值来判定发动机的性能状态,从而达到评估的目的。采用该理论对发动机的性能进行分析,其变化规律和浴盆曲线非常相似引。 4.4卡尔曼滤波评估技术 卡尔曼滤波器作为1种参数估计方法被广泛应用于发动机性能评估中。它通过含有测量噪声的发动机可测输出偏差量,估计性能蜕化量。卡尔曼滤波器在无传感器测量偏差时能准确诊断发动机的性能。但是,假如传感器存在测量偏差,仅仅依靠卡尔曼滤波器就无法得到正确的诊断结果。该技术经常和遗传算法等相结合,通过优化计算找出存在测量偏差的传感器,确定其偏差,并最终消除测量偏差对性能评估的影响。 5状态监控技术 开展发动机状态监控,可做到对故障早期发现、早期诊断和早期排除。发动机状态监测技术在对寿命、振动、性能的状态监测中得到了广泛应用。 5.1神经网络监控技术 在实际工作中,对发动机气动热力参数的监视是发动机状态监视的重点。通过对这些参数未来值的猜测,可以了解发动机性能衰退及故障情况。过程神经网络在解决这类新问题时具有独特的优势,在发动机状态监视的起动热力参数猜测中得到了应用,并取得了很好的效果。 5.2基于混沌理论和遗传算法的监控技术 利用混沌变量所具有的特征,可以将混沌状态的变量引人航空发动机各参数权值的寻优方式中。利用遗传算法和发动机实际工作(正常和故障时)数据,能够自动生成发动机各被监测参数的权系数,也可得到表征发动机性能的综合指数值。 6远程诊断和监控技术 航空发动机远程诊断系统是全球信息化的产物,也是航空发动机故障诊断领域的一个重要发展方向。系统能缩短收集设备状态、故障信息和诊断排故的时间,能有效地提高故障诊断的效率和精度,有利于航空公司的飞行管理,提高发动机维护水平和运行经济性。 在国内,南京航空航天大学、装备指挥技术学院、海军航空工程大学等在此方面进行了的探究。南京航空航天大学探究了发动机远程故障诊断的关键技术,提出了发动机远程故障诊断的体系结构,给出了诊断设备网络化设计的COM组件技术、远程故障诊断专家系统和协同诊断工作环境的技术方案。采用COM组件技术和网络数据库技术,实现了在Web服务器上进行知识的存储和推理。如图1所示。还于2001年,提出了基于WEB的航空发动机故障远程诊断的C/S和B/S模式下的系统模型,将WWW信息检索技术、数据库技术和故障诊断技术相结合,跨地域地将发动机使用单位及基层技术部门、生产厂商、管理部门、科研院所以及航空维修企业组织起来,共享诊断专家知识和各种专用监测诊断设备。其关键技术主要包括:基于Intemet的跨地域远程协作架构技术、网络环境下的诊断技术、计算机协同工作技术、中心站点及企业站点开放平台的保障技术、共享信息的标准化和规范化技术等。 装备指挥技术学院于2003年提出了以故障智能诊断和维修中心为优秀的三位一体的广域维修保障体系。 海军航空工程大学开发的基于Intemet和www的远程诊断系统,主要由分布于各地的航空发动机监测现场、局域网Intranet和Intemet、远程诊断中心和各诊断专家组成。系统主要完成发动机状态的在线监测、离线监测、大量信息数据的处理和传输,并完成诊断请求和反馈诊断结果。 但是,目前提出和开发的远程诊断系统大多数还只停留在试验室探究阶段,还存在以下的新问题: (1)将ACARS的飞行中无线传输信息用于实时故障诊断; (2)基于CORBA的并行远程故障诊断专家系统技术; (3)将知识挖掘技术应用于远程故障诊断专家系统,完善知识库。 7发动机健康管理技术发展趋向 7.1粗糙集诊断技术 反映发动机性能的大部分参数具有模糊性和连续性,而粗糙集只能解决离散的数据新问题,因此和其他理论和方法相结合是粗糙集诊断技术发展的趋向。 7.2故障猜测技术 故障猜测技术探究需要解决的新问题提前猜测故障发生的部位和等级以及发生的时问,在故障发生之前就排除。 7.3引入基于网格技术的分布式维修环境 网格技术的探究始于20世纪9O年代,是新1代信息处理设施,如图2所示。 网格的最大优点在于能够实现资源共享和人员协作。这一明显优点使得越来越多的系统尝试使用网格技术来构建所需的分布式环境。RR公司等单位和团体正在探究基于网格技术的分布式飞行器维护环境(DAME),这是1个应用网格技术解决飞行器发动机故障诊断、预告和维护的示范项目。 7.4远程诊断和监测技术实现实用化 发动机远程诊断和监测技术实用化是实现实时诊断、监测的必然要求,具体表现在:(1)现场采集结果需要进行进一步的分析;(2)小公司需要借助大公司的技术资源;(3)需要借助专家的经验;(4)需要得到发动机或有关零部件厂商的技术支持。 8结束语 发动机的健康是保证飞机飞行平安和机队按时出勤的根本条件。随着人们对航空平安关注程度的日益增强以及计算机技术的飞速发展,发动机健康管理的新技术、新方法取得了较大的进展。
1引言 随着国内城市化进程的不断加快,我国的建筑行业获得了一个发展的契机。结构施工、使用过程中需要消耗大量的资源,结构施工技术的应用对于建筑工程的节能效果也有着直接的影响。因而,现阶段要加强结构施工技术的研究,从照明、通风、采暖等多个方面进行研究,注重新型节能技术的应用,提高建筑结构节能的整体效果。 2结构施工技术的概述 2.1节能技术存在的不足 由于节能技术与理念传入我国的时间并不长,因而目前我国的节能施工技术仍有着较大的改善空间。随着国内经济社会水平的不断提高,居民的环保理念越来越强,这一过程中节能施工理念的应用越来越广泛。总体而言,我国建筑结构施工环节中节能技术的应用存在以下问题:①节能技术的应用不系统、不全面。建筑主体结构施工期间,节能技术主要体现在某一环节或某一构件上,节能理念的应用缺乏系统性、综合性。②节能技术标准以及规章制度相对滞后。具体来说,节能技术与理念的应用缺乏实际意义。施工过程中,只是将节能技术与理念强硬的搬到施工工作中,对于业主的实际需求没有进行深入的分析与研究。同时,节能施工方面的规章制度不够完善,对于部分施工队伍缺乏约束。③设计工作中节能理念的应用存在一定的问题。建筑结构设计不仅影响到主体结构的安全性、稳定性,并且对建筑物的节能环保效果有着直接的影响。一旦结构设计存在缺陷,将导致结构的总体布局与节能理念相悖,因此,建筑工程的节能效果大大降低。 2.2结构施工技术中节能理念应用的重要意义 近年来,建筑资源与能源日趋紧张,在这种大环境下,建筑行业要想获得长足的发展,要将节能理念全面的渗透到建筑结构施工工作中。①节能理念的应用,有利于推进建筑技术的改革与创新。以往在进行建筑结构施工工作时,由于缺乏环境保护意识与节约能源的理念,因而建筑工程的节能效果较差,甚至一些施工单位以最大化经济效益,会出现偷工减料、以次充好的问题,这对于施工技术的创新产生了一定的阻碍作用。但是,在进行建筑结构施工工作时,应用节能理念可以有效促进施工技术水平的提高。②节能理念的应用有助于提高建筑施工质量。节能理念更加注重新工艺、新材料、新技术的应用,并且更加注重结构设计所发挥的作用。因而,结构更具合理性,施工技术与材料的应用更贴近于实际需求。③节能理念的应用极大地缓解了能源的短缺,对促进建筑业健康、长期发展具有重要意义。 2.3新能源、新材料、新技术的应用 自然界中存在着大量的可重复利用的能源,比如太阳能、风能等等,如果能将这些清洁能源应用到建筑结构施工技术中,有效提高建设项目的节能环保效果,使得工程项目取得良好的生态环保效果。此外,随着材料领域的不断发展,目前结构施工工作中可选用的新型节能材料越来越多,比如目前应用较为广泛的新型墙体保温材料,其不仅有着良好的保温效果,降低空调、暖气等方面的能耗,同时能够提高建筑的舒适效果,降低墙体结构的施工成本。另外,新型技术的应用也能显著提高建筑结构的节能效果。比如BIM技术的应用就是一个典型的案例。以往在应用钢结构混凝土材料进行施工时,不仅会对周围环境造成极大的破坏,同时施工环节的安全性难以保证。但是,通过BIM技术的应用,技术人员能够预先对建筑的主体结构进行三维模拟,并通过动画的形式将各结构主要参数展现给设计与施工人员。这样一来,既能够确保施工工作的顺利开展,同时有助于施工中噪声、污水等污染物的控制,提高施工过程的节能环保效果。 3节能理念在建筑结构施工技术中的应用 3.1节能理念在围护结构施工技术中的应用 3.1.1墙体节能设计 在进行结构设计中的外墙设计工作时,由于外墙部分有着较大的散热面积,因而要提高墙体的节能设计水平。一般来说,节能设计中要选用合理的保温隔热材料,确保所选材料有着良好的热传导性能。现阶段,墙体保温隔热施工主要由三种不同的方式:内保温隔热施工技术、外保温隔热施工技术以及内外混合保温隔热施工技术。不同地区要根据各自的实际状况,选用合理的施工方法。一方面,对于外墙内保温隔热施工技术而言,主要是将绝热材料衬砌在承重墙的内侧。这一施工技术的优点主要体现在施工简易、施工速度相对较快等方面。但是,内保温施工技术的也存在一定的劣势,比如过多的占用房屋面积。如果楼板和外墙的交接位置未处理好,容易出现“冷桥”或者是“热桥”效应。另一方面,对于外墙外保温技术而言,主要是将绝热材料衬砌到承重墙的外侧,这样一来可以使墙、屋顶的主要部分得到良好的保护。该技术的优势是热稳定性较好,同时能够防止“冷桥”、“热桥”效应的产生。 3.1.2门窗节能设计 在建筑的围护结构中,门窗是传热耗热的重要通道。调查数据显示,门窗部分的传热耗热量约占到总量的25%~28%左右。此外,由于受到空气渗透耗热量的影响,门窗部分的总耗热量能够达到40%~50%。因而,要注重门窗节能设计。①可以将门窗玻璃做成单框双玻塑料窗结构,其热阻值相对于单层塑料窗可以提高80%左右。②要注重节能门窗结构的应用,同时还要对墙体抹灰施工引起重视,加强对施工技术的控制。此外,可以改善窗户的型材,使用热导率相对较低的门窗产品,比如目前应用较为广泛的聚氯乙烯(PVC)材料,其导热系数约为铝材门窗的1/1250,有着良好的节能效果。此外,PVC门窗的密封性也较为突出。 3.1.3屋面节能设计 传统的建筑结构中,屋面多做成平屋顶,这种类型的屋顶不仅容易导致漏雨问题,同时不利于建筑保温隔热效能的提高,因而使用过程中将造成严重的能源浪费问题。随着材料领域研究的不断深入,采用挤塑聚苯乙烯(XPS)屋面保温材料,可以取得良好的屋面保温效果。对于XPS板而言,其有一个连续的表面结构,并且内部采用闭孔式的蜂窝状构造。同时,板材组织相对均匀,相互之间连接紧密,强度高,防潮性能好。 3.2节能理念在夹层板结构施工技术中的应用 对于夹层板结构而言,主要是在钢筋混凝土结构中填充夹层板,这一结构不仅有着用料省、自重小的优势,同时跨越能力显著提高,外观方面也有一定的改善。在混凝土施工环节,必须先做好施工材料的准备工作,这一过程中主要用到木模以及钢管脚手架等。施工时:①要进行下弦层板肋混凝土的支模工作,选用合理的技术指标,对于混凝土的结构也有一定的要求。②要控制好装配式钢管剪力键的施工。在进行钢材钢号的设计与选择时,可以将剪力键分为三个组成部分:下部分、上部分以及连接螺母。对于下、上部分而言,需要在钢管外进行栓钉的焊接。混凝土的选择,需要按照设计要求合理确定混凝土的强度等级。随着建筑结构跨度的不断提高,结构对于变形方面的要求也越来越严苛。这一过程中,可以适当提高结构的高度,进而使得结构的弯矩承载力得到改善。尤其对于中、大跨度的屋顶结构而言,可以使用空腹结构进行施工。这样一来,不仅能够降低材料的用量,同时能够有效改善建筑结构的承载效率,提高屋顶结构的热工性能,这对于改善建筑结构的节能效果有着重要的意义。施工前,要参照图纸以及现场具体情况,做好施工准备工作,并且要根据工程需求合理编制材料计划单。同时,必须完成施工人员的培训工作,设计单位和施工单位必须完成技术交底。上述工作结束后,要根据设计要求进行测量放线工作,需要注意的是要做好建筑标高测量,提高空腹结构下弦层板肋底标高的测量精度。具体施工工作时,要加强对现场的安全管理,防止安全事故的发生。一方面,由于钢管装配环节的剪力键相对较大,因而在进行跨屋面中空保温结构施工时,应要求相应的施工人员穿戴好必要的保护设施,比如安全帽、安全带以及手套等等。另一方面,在进行钢结构的焊接工作时,为提高施工环节的安全效果,应在下方位置处加设接火斗,防止施工现场出现火灾等事故。此外,在进行混凝土用脚手架的浇灌工作时,要做好工前的检查工作,对于不符合规定的脚手架要按照要求做好整改,否则不能用于施工。同时,现场还要安排专门的管理人员进行脚手架以及模板、支撑结构的管理与检查。 3.3节能理念在混凝土结构施工技术的应用 将节能理念应用到混凝土结构施工环节中,可以有效提高结构的节能效果。近几年来,清水混凝土施工技术在结构施工中有着广泛的应用,其不仅能够作为一种饰面材料加以应用,同时能够改善结构的节能效果。一般来说,可以根据性能的不同将清水混凝土分为三种不同的类型:装饰性、饰面性以及普通清水混凝土。施工过程中,可以根据不同的用途合理选用。 4结束语 随着居民生活质量的改善,人们对于建筑结构的节能环保效果有了更为严格的要求。因而,现阶段在进行建筑结构的施工工作时,要加强对新技术、新能源、新工艺的应用,尤其在进行围护结构以及夹层板结构的施工过程中,要加强对节能理念的应用,不断提高结构的节能环保效果,促进建筑行业的健康可持续发展。 参考文献 [1]陈桂枝.建筑结构施工技术中节能理念的应用探讨[J].建筑工程技术与设计,2016(7):69~71. [2]蔡海清.分析节能理念的建筑结构施工技术[J].施工技术,2015(5):14~16. [3]褚忠明,王海峰.浅谈建筑物围护结构建筑节能技术[J].科技资讯,2008(36):45~47. [4]谢辉强.建筑施工技术中节能理念的应用研究[J].建材装饰,2016(8):43~44. 作者简介:陶安平(1978-),男,汉族,云南芒市人,工程师,大专,主要从事建筑结构设计工作。
土木工程材料探讨篇1 传统的土木工程作业很容易造成环境污染。当前,建筑企业面临着环境治理以及绿色生产方式转变的双重压力,因此,推进土木工程的绿色环保进程刻不容缓。新型环保建筑材料具有绿色环保的特点。应用新型环保建筑材料,可从根本上解决土木工程中的环境污染问题。近年来,越来越多的建筑企业在施工中优先选择绿色环保材料,并推行新型湿法作业,以期从源头上减少环境污染。但是,新型环保材料存在成本高、施工难等缺点。因此,进一步开发新型环保材料,降低整体成本,同时在具体工程建设中合理应用新型环保建材,确保新型环保建材的价值和效益得到充分发挥,已经成为当前建筑行业发展中的重点工作。相关企业需要在材料与技术创新的基础上,不断减少材料在获取、生产、加工、施工和降解过程中对生态环境的影响,同时建立健全切实可行的长效机制,加快推动新型环保材料在土木工程行业的推广应用,促进土木工程行业快速、健康、稳定发展。 1新型节能环保建筑材料的概念 新型环保建筑材料具有无放射性、不会污染自然环境、有害物质较少等优点。新型节能减排建筑材料符合节能环保要求,其主要功能是有效提高建筑物的保温能力,最大限度地减少暖通空调造成的资源损耗,达到节能环保的效果。因此,建筑企业有必要加强新型节能环保材料在住宅建设项目中的应用,从而实现资源节约和可持续发展。 2常用新型环保建筑材料的分类与简介 2.1新型混凝土 新型混凝土是指在混凝土原材料中增加纤维和矿物等添加剂后制成的一种施工材料。混凝土添加剂不仅可以改善混凝土的性能,还可以有效降低混凝土在加工使用时造成的环境污染。比如,硅藻混凝土具有净化空气、调节环境温湿度的作用,其在高档装饰装修工程得到了广泛使用;添加了混入不同矿物质的彩色混凝土,其颜色可随空气湿度变化而变化;采用发泡技术制成的混凝土,具有轻质、环保、价格低廉、抗旱性好等优点,其在实际施工中得到了广泛使用。 2.2新型复合纤维材料 随着土木工程行业和材料技术的发展,越来越多的新型复合材料应用于建筑中,其中,应用最多的是新型复合纤维材料。这种新型建筑材料具有强度高、重量轻、抗腐蚀、延展性好等优点,其非常适合在高档装修或高层、轻量建筑中使用。比如,建筑行业的新宠FRP材料,就是由塑料纤维与增强纤维聚合而成的,其既具有重量轻、强度大、耐磨损、无污染的优点,也存在着加工工艺复杂、产量低、价格高等缺点。因此,这种材料往往只应用于高档装修中。随着生产技术的成熟和成本的下降,这类材料有望得到更大范围的推广应用。 2.3新型石膏、自保温砌块、复合保温材料 近年来,随着装配式建筑施工方式的推广,市面上涌现了新型石膏、自保温砌块、复合保温材料等新型建筑材料,这些建筑材料综合性能好,特别适合制作各类预制装配式结构件或装饰件以及临时用房。另外,这些新型材料还具有耐候性、易加工等特点。应用这些材料不仅提高了工作效率,降低了工程造价,同时也符合绿色生态环保的理念。 2.4光伏太阳能板 在高海拔地区的农村自建住宅屋顶上安装光伏太阳能板等建筑材料,能够起到节能减排的作用。此外,光伏太阳能板在满足用户供电需求的同时,还可以并入国家电网,从而为安装者带来一定的经济收益。在西部一些偏远的农村地区,燃烧秸秆仍然是主要的取暖方式。在西部偏远农村地区广泛应用光伏太阳能板,能够有效解决秸秆焚烧造成的大气污染问题。 3新型环保建筑材料在土木工程施工中的应用 3.1新型环保建筑材料在建筑外部施工中的应用 随着人们生活质量和环保意识的不断增强,新型环保建筑材料在建筑工程中得到了广泛应用,这与市场需求密切相关。在土木工程的外部施工阶段使用新型环保建筑材料,不仅能够节约施工成本,还能够提高建筑物的美观性以及保温性能。在我国西北地区,外墙保温施工是建筑立面施工中的重要环节。选择保温性能好的材料,可以保持相对恒定的室内温度,减少冬季城市供暖时的二氧化碳排放量,避免因燃烧煤、秸秆而污染大气环境,从而达到节能环保的目的。为了使房屋外墙具有高抗震、高保温等绿色节能特性,建筑企业通常在外墙设计中合理选择和应用新型环保建材,从而实现资源的有效循环利用。 3.2新型环保建筑材料在主墙体施工中的应用 环保墙体材料主要包括加气混凝土砌块、EPS砖、混凝土空心砖、模板混凝土等。加气混凝土砌块是一种多孔混凝土产品,其具有轻质、保温、隔热、抗震、节能等特点。EPS砖由聚苯乙烯泡沫制成,聚苯乙烯泡沫由轻质泡沫、砂浆和混凝土制成。EPS砖具有环保节能性。混凝土空心砖的空心率为40%~70%,它具有重量轻、防火、隔音、保温、抗渗、抗震、耐久、无污染、节能降耗等特点,以其为主要墙体材料,可大大提高墙体的承载性能。混凝土空心砖由工业废料制成,它是当代建筑市场所需的节能环保建筑材料。 3.3新型环保建筑材料在建筑顶端设计中的应用 在土木工程中,建筑物顶端往往对整个建筑物起到美化作用。为突出建筑的风格特色,建筑顶端经常被设计为各式各样的造型,这也对建筑材料的柔韧性、可塑性、稳定性提出了更高的要求。新型环保材料凭借性能优势与环保特色广泛地应用于建筑顶端设计中。比如,在建筑师设计“M”形建筑顶部时,传统建筑材料的可塑性、延展性均无法满足建筑要求,而使用新型建筑材料进行搭建,能够在保障施工过程绿色环保的同时,达到更好的美观效果。 3.4新型环保材料在建筑物墙体保温层中的应用 新型建筑材料市场复杂,建筑材料种类较多。在开展墙体保温设计工作时,许多建设者会对建材市场进行全面调查研究,并把性价比作为选择材料的首要指标。目前,墙体保温设计的常规方案是在房屋墙体上设置保温层,并采用复合原材料的组合形式来完成保温层的搭建。此方案的整体操作过程并不复杂且效果显著,可广泛应用于建设项目中。我国区域气候差异显著,北方地区冬季气温偏低。如果在住宅墙体中设置保温隔墙,便可有效提高住宅建筑的抗寒性能。此外,在建筑物外墙添加保温建材,还可有效提高住宅建筑外部空间的利用率。另外,保温外墙的后续维护保养对人们的工作和生活影响较小。 4新型环保建筑材料的推广应用建议 上述内容主要分析了我国新型环保建筑材料的现状与基本情况,笔者将对新型环保建筑材料的实际应用问题进行全面分析,以期解决新型环保建筑材料在实际推广应用中的各种问题。 4.1树立绿色发展理念,大力推广新型环保建筑材料 新型环保建筑材料是顺应新时代生产力高速发展的产物,它的推广应用,需要在良好的市场体制的基础上,将市场需求与新型环保建筑材料的特色进行全面融合。党的十八大以来,绿色协调可持续发展已经成为我国经济社会发展的主旋律,建筑领域的生态环保工作得到了前所未有的重视。因此,顺应发展大势,进一步研发和使用新型环保材料,已经成为建筑行业发展的趋势。在此,笔者建议政府及相关部门采取分步推广战略,首先在北上广等一线城市对新型环保建筑材料进行推广应用,再逐步将其推广到二三线城市。 4.2打造新型环保建筑材料核心产品,优化产销结构 想要促进新型环保建筑材料行业的发展,建筑材料生产企业应对产品进行品控与设计,从根源上改善建筑材料的功能,突出产品的核心价值,健全产、销、用相结合的发展模式。对此,相关行业协会要发挥主导作用,引导相关企业自主研发具有知识产权的核心产品,鼓励差异化竞争,形成错位发展的市场格局,努力打造新型环保材料产业链。相关部门要坚持以市场为主导,出台指导政策,逐步提高新型建筑材料使用率,不断优化产销结构,以确保新型环保建筑材料行业的良性发展。 4.3加大技术研发力度,提高企业核心竞争力 建筑材料的研发工作需要的时间较长。企业不仅需要参与建筑土木工程材料的研发,还需要对大量的科研单位、科研院校等资源进行整合利用。因此,相关部门应整合科研院所、高校和企业的技术资源,研发“卡脖子技术”与优势项目,推动我国建筑材料研发技术实现新突破。同时,政府也应积极引入国外先进技术,并结合我国实际情况进行改良,以提高技术水平。 4.4出台相关支持政策,加快推动新型环保建筑材料的应用步伐 当前,政府和市场对于建筑材料的要求主要集中在工程技术的应用与研究上,出台的政策侧重于进一步推动新型环保建筑材料的应用步伐。对此,有关部门和地方政府应审时度势,适时推出符合当地实际情况的新材料补贴政策;进一步完善新型建筑材料使用规范的政策制度;鼓励、引导更多业主使用新型建筑材料,为新型环保建筑材料在市场与实际中的应用和推广创造更多有利条件。 4.5加强统筹规划,建设新型环保建筑材料生产基地 新型环保建筑材料的推广应用,需要一个良好、完善的生产基地作为承载体。因此,相关部门应统筹全局,因地制宜,合理规划,优先在经济基础较好的城市与行业龙头企业进行合作,共同探索建立新型环保建筑材料产业集群(生产基地),健全新型环保建筑材料生产、加工、销售全产业链,打造区域核心竞争力,实现合作共赢。 4.6完善市场划分,健全新型环保建筑材料的市场营销体系 完善市场体制划分、推动新型环保建筑材料逐步代替传统材料是健全新型环保建筑材料营销管理体系的重要举措。相关部门、行业协会需坚持以市场为主导的原则,进一步优化市场布局,完善市场划分,建立高中低档相结合、分布均衡的新型环保建筑市场体系。政府部门和相关企业要进一步加大宣传推广力度,充分运用广播、电视、两微一端等媒介的优势,宣传推广新材料,以打好群众基础。政府部门、行业协会、媒体、企业应联合举办相关产品主题展销会,吸引更多企业关注并使用新型环保建筑材料。同时,相关部门要增强企业品牌和文化战略意识,将新型环保材料推广任务同绿色环保、生态中国、强国梦等理念与时代符号相结合,形成一体化市场营销体系。 5结语 综上所述,在新时代背景下,新型环保建筑材料在土木工程建设中的应用是大势所趋。这种材料不仅满足了现代建筑的环保需求和我国经济转型的要求,还有效促进了土木工程行业的可持续发展。因此,有关部门要进一步加强统筹规划,建立新型环保建筑材料生产基地,形成产业规模;加强行业引导,出台符合当地特色的支持政策,推动材料企业加强技术研发,逐步提升新型环保建筑材料的市场竞争力;及时出台引导政策,用市场化手段逐步引导建筑企业和施工单位推广应用新型环保建筑材料。另外,施工企业在具体的土建施工过程中应结合实际情况,合理应用新型环保建材。监管人员要加强对施工过程的整体把控,做好工程验收工作,以充分发挥新型环保建材的最大价值。 作者:徐国锋 单位:甘肃兴陇建筑安装工程有限责任公司 土木工程材料探讨篇2 水泥混凝土材料本身由于其成本比较低廉,在土木工程项目的施工作用过程中获得了广泛的实际应用。与此同时,伴随着科技的持续发展进步,水泥混凝土材料的各项指标与产品的品质也获得了显著的提升,型号和种类也持续增多,适用的范围也明显拓宽。新型的混凝土材料通常是在原有材料成分的基础上增添了某些新材料和成分,在土木工程领域的发展过程中对其进行行之有效的应用是非常必要的。 1混凝土材料的概念 水泥混凝土的简称为砼,指的是由胶凝类型的材料把集料胶结成为一个整体的复合型材料。一般的状态下,土木工程项目的施工作业过程中所采用的常规的水泥混凝土指的是以水泥作为胶凝类型的材料,并且和水、砂砾、石块等材料(如果需要可以添加矿物混合材料及化学外加剂)依据特定的比例进行混合,随后通过搅拌、成型、养护以及硬化等等环节成型的一类人造的石材,也被称为是三合土。此外,水泥混凝土的强度等级指标是用立方体结构的抗压强度数值来实施具体的划分,国内普遍把常规的水泥混凝土强度指标等级划分成为12个等级,即为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C50、C55、C60、C70、C75及C80。现阶段水泥混凝土材料已被普遍使用在土木工程领域之中,其主要的优势就是工程造价比较低、材料来源非常丰富、成型之后的强度相对较高、耐久度比较理想并且可塑性比较优秀。不过其缺点主要表现为水泥混凝土材料本身的自重较大、材料还是脆性的属性。为了显著改进水泥混凝土材料目前存在的主要缺陷,国内对其进行了持续性的探索和研究,且已经取得了实质性的进展,比如高性能的水泥混凝土、活性微粉类型的水泥混凝土、纤维强化型水泥混凝土等新型的混凝土材料目前已经相继问世,并且已经广泛都应用到土木工程项目的建设之中[1],如图1所示。 2常规混凝土材料的主要缺陷 常规的水泥混凝土属于现阶段土木工程项目施工领域中最为常见的建筑原材料,尽管在多项物化性能指标(通常是指硬度以及强度)层面具有比较显著的优势,不过其也存在如下的几项固有缺陷:(1)水泥混凝土在长期使用后会发生各类开裂的情况,此种情况发生的主要原因有2个,即施工作业技术以及水泥混凝土本身性能指标不满足建筑规划设计的规定和需要;(2)水泥混凝土本身的抗拉强度及弹性等指标不足,很难使特定的施工需求达到匹配的要求,尤其是结构相对比较复杂的项目,例如桥梁;(3)水泥混凝土本身的耐久性相对比较差,某些水泥混凝土在建设过程中可能受到外部环境的影响而发生相关的病害,比如发生表面脱落的情况[2]。 3新型水泥混凝土材料简介 新型的水泥混凝土材料作为常规建筑原材料的加强版,与常规的混凝土相比,尽管其抗压及抗拉性能指标有所强化,不过在混凝土材料中添加相应的钢筋材料,会造成混凝土构件承载巨大的拉应力载荷。并且因为水泥混凝土内部的钢筋材料成本较高,施工单位往往会为了压缩成本,进而减少钢筋用量,甚至降低钢筋的品质,这样的情况对于项目工程的综合质量将会造成巨大的影响。现阶段开发了新型的纤维型水泥混凝土,对于原有的钢筋进行了有效的替代,不仅能够显著降低施工作业的总体成本,还能够提高材料的抗拉强度指标。伴随着新型水泥混凝土的使用,对于土木工程的长远发展有较为理想的促进效果,依据大量常规水泥混凝土材料的实际应用经验,将其投入到水泥混凝土生产的过程之中,不仅能够提高新型水泥混凝土的强度以及耐久程度,还能够为土木工程的长远发展带来显著的支持。 4新型混凝土材料类型简介 4.1活性微粉类型混凝土建筑材料 活性微粉类型的水泥混凝土是一类强度指标较高的材料,具有较强的抗压能力,其抗压强度指标、抗拉强度指标分别是200~800MPa和25~150MPa。为了保证活性微粉类型水泥混凝土的品质良好,科学合理地调配常规的水泥混凝土的拌制工艺方法,通常要由如下方面着手:(1)对于颗粒的粒径实施细化改良方面的处理操作,用来提高水泥混凝土的均匀程度,并且提高其抗压以及抗拉指标。(2)使用堆积密度的优化方案,用来改进相关材料的综合性能指标;(3)使用科学合理的方案来强化钢纤维的力度,用来提高材料的延展能力;(4)对于水量进行调控,最大限度使用非水化类型的水泥颗粒,有效增加堆积密度指标;(5)强化硬化处理,借助增温及增压的方式提高材料的强度指标。和常规的水泥混凝土材料相比,活性微粉类型的水泥混凝土级配过程制备的骨料粒径与水泥颗粒数值较为接近,可以满足施工作业的需求,如图3所示。 4.2高性能水泥混凝土建筑原材料研究 高性能水泥混凝土建筑原材料起初是在欧洲国家发明及普及使用的,后阶段全世界有越来越多的国家对高性能水泥混凝土建筑原材料进行研究及探讨。该建筑原材料和常规水泥混凝土建筑原材料进行对比得出下面2个技术特性。(1)屈服强度非常高,通常状况下能够达到62.515MPa,进而土木工程相关工程技术人员将水泥混凝土外形尺寸进行缩减,大幅减少了载荷及针对地基的额定压强,使用成本大幅降低,施工作业工作效率及使用空间能够最大限度地得到提高。(2)土木工程相关工程技术人员施工作业难度系数有效降低,施工作业工作效率明显提升,能够最大限度地降低施工作业强度。此外,该建筑原材料还具有非常强的适应性及耐久性,对于施工作业品质量能够大幅提高,后期的材料损耗及维修成本大幅降低,同时必须把对于自然环境的弊端最大限度地消除。通过以上两点技术参数及性能对比研究能够得出,高强度水泥混凝土虽然能够把其密实技术特性有效提高,然而与此同时带来的却是防火性能的大幅降低,这就要求土木工程相关工程技术人员添加聚丙烯纤维建筑原材料,基于此针对高强度水泥混凝土建筑原材料密实程度及防火性能进行最大程度地提高。 4.3轻质水泥混凝土建筑原材料研究 轻质水泥混凝土建筑原材料本身具备绿色环保及价格低廉等技术优势,土木工程相关工程技术人员利用其发泡特性进行泡沫的制作,并且使泡沫与水泥浆完全融合,最后浇筑成型变成空隙较多的新型建筑原材料。由于此类建筑原材料本身密度是非常小的,在某种程度上能够将水泥混凝土自重大的缺点进行科学合理的改进与升级。在国内高层建筑物内部的结构中,因为水泥混凝土的自重是非常大的,土木工程相关工程技术人员在搅拌规划设计过程中,必须针对水泥混凝土墙体承载力进行全面综合的考虑,使用轻质水泥混凝土实施填充墙体的制作,能够行之有效地将墙体自重合理降低,进而能够最大限度地提升其对高层建筑物的承载能力。轻质水泥混凝土本身的技术特性在通常状况下有强度高、抗冻性较差以及密度较低等,因此该建筑原材料在土木工程项目施工作业过程中被广泛使用[3]。 4.4碾压式水泥混凝土和纤维增强水泥混凝土原材料的对比研究 碾压式水泥混凝土在一般情况下广泛使用在道路工程及机场工程等项目中,该材料和普通的水泥混凝土建筑原材料进行对比得出,碾压式水泥混凝土在实际使用过程中,必须配合相关专业化的浇筑工程机械实施辅助使用,配合推土机进行地面整平,碾压机进行压实作业,但对工程机械的技术参数要求是很高的。土木工程相关工程技术人员对于碾压式水泥混凝土建筑原材料,能够在其内部添加粉煤灰等物质,进而使土木工程相关工程技术人员施工作业的工作效率得到最大程度的提升,压缩施工作业周期,降低工程使用成本,使项目工程整体施工效率能够获得显著的提高。纤维增强式水泥混凝土内部成分含有的纤维组织能够针对水泥混凝土本身的抗压性能及延展性能进行行之有效的改进与优化。 4.5智能化水泥混凝土建筑原材料研究 土木工程相关工程技术人员在水泥混凝土内部添加智能化物质,能够充分发挥水泥混凝土绿色生态的作用。智能化水泥混凝土通常指的是绿色生态水泥混凝土、空气净化水泥混凝土及生物相容型水泥混凝土等种类。 4.5.1碳纤维智能化水泥混凝土建筑原材料研究 碳纤维本身具有良好的导电性及高强度等技术优势,能够行之有效地提高水泥混凝土建筑原材料结构刚度与抗拉性能。此外,还能够把其当作一种传感装置,把原材料本身的受力情况在第一时间体现出来。 4.5.2光纤传感式智能化水泥混凝土研究 光纤传感式智能化水泥混凝土建筑原材料指的是土木工程相关工程技术人员在水泥混凝土内部结构加入纤维传感器,对荷载内部应力实施实时探测,因此对因为外力导致的形变及裂纹等能够实现监测。 5结束语 综上所述,现阶段土木工程相关工程技术人员在土木工程施工作业过程中,普遍使用水泥混凝土作为原料。然而伴随着社会经济的高速发展进步,广大人民群众对于项目工程品质的要求也在持续提高,在当代土木工程项目的发展过程中,常规水泥混凝土建筑原材料已经无法满足现阶段土木工程的技术要求。因此,伴随着各种类型的新型水泥混凝土原材料的出现,相关施工作业单位唯有强化对新型水泥混凝土建筑原材料的合理使用,保证其可以在一定程度上使项目工程的建设品质得到最大程度的提高。 作者:赵存良 单位:兰州博文科技学院 土木工程材料探讨篇3 随着建筑工程领域技术的发展和人类对多种环境下的建筑需求,建筑材料的需求量在增大的同时建筑材料的性能要求也在拔高。传统的建筑材料由于其强度、抗震、耐高温等方面性能的不足导致传统建筑物的质量较低,阻碍了建筑工程在严苛环境下的应用。对此,许多新型建筑材料应运而生,其中,纤维复合材料是较为重要的组成部分之一[1]。复合材料是由两种或以上不同性质的材料经过物理或化学方法进行加工得到的新型材料,往往兼具其组成部分的高性能。纤维复合材料是将各种高性能纤维作为增强相,与基材通过缠绕或拉挤等方式成型得到的复合材料,纤维复合材料通常表现出其增强纤维的性质,如碳纤维复合材料具有高强度和较低的自重,芳纶纤维的抗拉强度增强了近60%[2-3]。按照纤维形态类型的不同可将其分为短纤维和长纤维,非连续结构短纤维对复合材料的抗拉强度和抗裂性就较大的提升,而连续的长纤维对复合材料的延展性、韧性的增强更为突出,纤维的复合使得原本易产生裂纹的混凝土对裂纹萌发和扩展有了较大的抵抗能力,可以更加稳定地服役[4]。同时,韧性的提高使得混凝土材料具备一定的抗冲击能力,但纤维复合材料在现阶段的应用中仍具有较明显的缺陷。近年来,纤维增强水泥基复合材料在各种领域都有大量应用,本文简单介绍了纤维复合材料的特性和优势,并将其在建筑工程中的运用做了简要的介绍和归纳,为更好地应用纤维复合材料提供了一定的参考。 1纤维复合材料的优点 1.1可设计性 纤维复合材料在成型时需要添加纤维作为增强相,为了使纤维可以和基材充分接触并混合,不同的混杂纤维类型对基材的增强着重点有着较为明显的区别,使得纤维复合材料的成型工艺可以达到明确构件性能的基础上进行模拟和调配的功能,纤维复合材料在表现出极为优良的适应性的同时也具有较佳的设计性[5-6]。通过建筑工程师对施工期间整个建筑工程材料性能目标的评估和计算,可以更为合理地对纤维复合材料进行应用,有效降低工程的施工成本。 1.2力学性能优越 纤维种类的不同对纤维复合材料性能的增强也有所差别,例如聚丙烯纤维等有机纤维对复合材料的韧性提升较大,而钢纤维、碳纤维等无机纤维对复合材料的抗拉强度提升较为明显[7]。然而可以明确的是,纤维复合材料的力学性能得到了大幅度的提升。通过文献对纤维复合材料的研究可知[8],纤维复合材料的抗拉强度和同直径的钢筋相比提高了100%以上,最高可达到钢筋的8倍。同时,纤维复合材料在承受相同的载荷时产生的塑性变形量也远小于钢筋[9]。优越的力学性能使得纤维增强复合材料可以满足绝大多数的应用环境,从而达到降低整体建筑工程复杂程度的效果。 1.3耐腐蚀性 随着我国对资源的利用开发,各种严苛环境下如油田、深海等的建筑工程应用开始增多,建筑材料容易发生腐蚀现象,以沿海地区为例,由于空气较为湿润且海水中的盐浓度要远高于常规状态下,水分子容易渗入到复合材料中,钢筋类的材料容易遭受腐蚀导致材料性能的降低[10]。而材料的腐蚀一旦发生,就会对建筑工程的整体质量造成较大的影响,更甚如果施工材料被腐蚀必然会影响有效应用,从而留下安全影响,不仅会影响建筑的整体质量,还会影响工程经济效益。在沿海地区,在不同种类的纤维类型中,无论是有机纤维亦或是无机纤维都具有较高的耐腐蚀性能,相对钢筋而言,复合材料的渗水问题对纤维并不会造成较大的影响,即便材料处于潮湿环境或整体处于水环境下,纤维材料也不会发生材料的腐蚀,即使是钢纤维也会在基材的包裹下腐蚀发生较为缓慢[11],使用寿命得到延长。 1.4良好的抗震性 纤维复合材料的基体和纤维的结合方式使其具有较好的缓冲效果,即优良的减震性。文献中指出,纤维复合材料在受到一定的冲击时,其特殊结构会使材料在不同的外加频率下保持结构的完整性和性能的稳定性,在相同频率的实验测试中纤维复合材料的减震性要优于其他材料[12]。 1.5抗疲劳性 无论是传统建筑材料或金属材料,在承受应力载荷的循环施加后都会发生应力疲劳,并且在环境的温度循环下,材料的热膨胀性能较低,在热胀冷缩的影响下会出现力学性能的降低。而在低温环境下更是会出现“脆化”现象。在纤维复合材料中,纤维的添加使纤维复合材料的韧性得到有效的提升,根据文献显示,纤维复合材料的抗疲劳性能要比金属材料高出30%以上,服役寿命较长[13]。 1.6较强的安全性 为了保证建筑物整体的稳定,通常会将建筑材料在外界环境下的损坏纳入建筑设计中,而纤维复合材料的内部具有一定数量的独立纤维,这些细小的独立纤维可以有效填补基材内部的微孔和孔隙,抑制的裂纹的萌发,同时在裂纹两端的长纤维和短纤维均在一定程度上具有将裂纹桥连的作用,从而对裂纹的扩展有一定的抑制效应。且纤维的混杂通常是以束为单位,单一纤维的断裂会被其他纤维的载荷分担,构件的承载力得到了加强,因此对于整体建筑的安全性具有非常高的保护作用。 2纤维复合材料的发展缺陷 虽然纤维材料的优点很多,具有优异的力学性能、可靠的安全性和耐蚀性,但仍然存在一定缺陷[14]。首先,纤维复合材料的制造成本较高,限制了纤维复合材料在建筑领域的大规模的应用。而且,与混凝土等传统建材相比,纤维复合材料的性能波动性较大,在工程使用中依靠设计师或建筑工人自身的经验进行判断,缺乏一定的精准性。最后,由于纤维材料和基体结合较为紧密,且纤维细小、强韧的特性使纤维复合材料的回收较为困难,因此现在对纤维复合材料的回收和循环利用仍没有相对成熟的机制,与现在的可持续发展战略相左。总之,纤维复合材料仍需要对工艺进行进一步优化。 3纤维复合材料在建筑工程领域中的应用 3.1增强混凝土 混凝土是现在建筑工程中最为常见且应用最为广泛的建筑材料,混凝土材料具有高强度、耐火、耐酸等种种优势,但易产生裂缝和抗渗性较低的缺点是混凝土材料失效的主要原因。将纤维材料作为增强相可以增加混凝土的致密性,从而达到对混凝土强度的强化,并且纤维材料对混凝土中缺陷的填补也能明显提升混凝土材料的抗渗性。在传统的混凝土材料运用中,加筋处理是对混凝土抗拉强度和韧性加强的主要方式,而内包裹的钢筋容易受到环境的影响发生腐蚀,纤维材料对混凝土抗渗性的提高保护了内包裹的钢筋的服役寿命[15]。纤维材料对混凝土的增强不仅体现在抗渗性的提高上,对纤维增强混凝土材料的延展性、抗冲击等特性也有所展现,简而言之,纤维材料可以多方面、多角度的提升混凝土材料的性能,使混凝土的应用范围拓展,服役寿命得到有效延长,提升建筑工程的质量[16]。 3.2涂层织物 在以纤维材料为原料制成织物正反两面形成单层或多层的聚合物涂层,即涂层织物,是新型的复合涂层织物,有别于传统的棉织物等涂层织物,纤维材料涂层织物具有极高的拉伸强度和抗张力,且物理化学性能极为稳定,耐腐蚀,将其涂附在材料表面可以有效保护材料表面和维持材料的结构稳定性,同时在其强大的拉伸性能下,即使建筑材料发生了一定程度的开裂或缺陷,涂层织物依然能维持建筑工程的稳定服役[17]。同时,随着涂层技术的发展,纤维涂层织物还可以承担更多的作用,如疏水、阻燃和遮光等其他性能,为建筑工程的多功能性做出了贡献。且如珠光涂层织物等更是具有极为美丽的外观特性,提升建筑的美学价值。纤维涂层织物的多种功能使得纤维复合材料在膜结构建筑和对建筑工程的维修中也发挥显著作用。 3.3结构补强材料 传统的结构补强材料的主力军往往是抗拉强度和抗弯强度较高的钢铁材料,但金属材料的高自重和易腐蚀的特点使得其服役周期较短,钢铁材料在作为结构补强材料时,同时受到外加载荷和腐蚀环境的影响,通常会发生突发性滞后断裂,这种失效模式是突发性的且一旦发生将彻底失效。而纤维复合材料不仅抗拉强度与金属材料相当甚至有所超出,以纤维复合材料作为结构补强材料可以整体提升建筑材料的性能。以碳纤维为首的新型高强纤维材料对载荷的承载力更强,可以实现对桥梁或道路工程的基桩进行加固处理,同时应用缠绕工艺还可以防止建筑工程发生结构的开裂[18]。 3.4用于承载结构 在不同的建筑工程中,承载结构往往有较大的差异,对承载结构的功能和形态也有着较为明显的区别。纤维复合材料优异的力学性能和极高的可塑性使其可以制备出形态结构各异的承载结构,如排架、梁板等。在钢构建筑工程中,纤维复合材料便是承载结构的主要材料。通常而言,由于纤维复合材料突出的耐蚀性和抗渗性,纤维复合材料常见于外墙板或楼板等易出现腐蚀的构件中,以提升建筑的服役寿命,同时满足建筑的隔热、保温等功能化的设计,也可以达到代替混凝土、降低自重的同时对建筑的耐久性进行加强[19]。在常规的建筑工程中,纤维复合材料制成的隔热板、门窗构件等也极为常见,由于纤维复合材料的强度高、韧性高,作为此类构件时不仅可以满足功能需求,也加强了构件的外观性,且简化了构件的施工过程,提升了人工效率,降低了经济成本。 4结语 纤维复合材料所具有的优异耐蚀性、耐冲击性能和极高的力学性能使其在建筑工程中可以实现多方面的应用,在取代传统建筑材料、降低环境污染的同时也对建筑工程的整体质量有着明显的提高。而通过对纤维复合材料特性的把握还能达到建筑多功能化的效果,对实现建筑工程质量、功能、经济效益三重优化具有较大的意义。所以,在现代新型建筑工程的建设中,取代传统高污染、低性能的建材,对新型建筑材料的开发和运用,是今后建筑工程领域的主要发展方向,而加强对纤维复合材料等新型建材的科学合理的选择与应用,更是在绿色发展、可持续发展理念下,提高建筑工程质量和推动建筑领域的发展极为重要的一环。 参考文献 [1]高胜友.建筑工程结构加固设计中纤维复合材料运用[J].建材发展导向,2018,16(09):286. 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国外建筑论文:国外建筑安全管理体系研究论文 摘要:通过学习德国、英国的建筑安全生产管理体系并对比我国的建筑安全生产管理体系,可知我国现有的安全生产管理体制和具体做法与西方国家的职业安全与健康的现状相比差距仍然较大。因此,要提高我国建筑企业的安全管理水平,必须建立全新的建筑安全生产管理体系。 关键词:建筑;安全管理体系;职业安全 1国外发达国家建筑安全管理体系 对于一些发达国家来说,他们在建筑安全管理方面做的比较好。特别是德国、英国以法律法规确立的安全生产管理体系,作为安全生产管理工作的基础,注重强化政府监督职能,并充分发挥行业协会协调的中间作用,通过企业自治自律,达到以人为本,促进工人自觉维护生产安全的目标。 (1)德国的建筑安全管理体系 a.德国建筑安全管理的基本机构。德国建筑安全管理的基本模式立法、监督和执行三部分。德国政府设联邦社会与劳动部,下设劳动保护委员会,各州、地(市)均有其分支机构。联邦和州有立法、监督的双重权力,行业联合会及其相关的组织(如安全工程师协会、安全联盟等也具备监督的作用)。企业的责任就是自觉、严格地执行法律、法规和行业要求。 b.行业联合会。行业联合会属非政府、非盈利机构,与政府机构共同监督企业对各项法律法规的执行情况。德国建筑工伤保险协会就是现有的35个行业协会之一。法律规定:每个企业和员工都必须是某个行业联合会的会员,并要根据工资额度和工作的风险度交纳会费。会费除用于预防工伤事故与职业病及咨询、行业规程编制和监督外,还用于保险。在德国,企业发生工伤事故的调查处理由行业联合会组织。在对事故进行原因分析的基础上,由行业联合会处理理赔等相关事务,并形成调查报告提交劳动保护委员会。此报告也是劳动保护委员会修订相关法律法规的依据。这种做法的优点是:行业联合会成员以行业专家的身份组织、参与事故调查,有利于公平、公正、公开处理行业内的事故,政府也摆脱了事故牵涉的各种事务纠缠。 c.安全工程师协会。安全工程师协会是民间组织,由各行业的安全专家和管理人员参加。协会的主要功能是:与国家相关部门共同制定安全法规和标准,对上岗的安全工程师进行专业培训,组织完成或协调企业的安全工程项目,进行国内外的技术交流等。安全工程师应了解行业的安全状态,熟悉掌握法律法规和相关制度,具备事故处理等方面的理论和实践经验。在企业中主要提供咨询,并根据掌握的现场情况提交安全状况报告,但无权停止员工的工作,且无处理事故的义务。 d.企业员工的培训。在德国,所有员工必须与雇主签订含有安全生产内容的合同。员工有权知道作业的安全规程和使用个体防护用品等相关知识,同时遵守事故预防的制度。企业必须对作业时的员工的安全健康负责,并提供装备、规程,采取确保作业安全和健康所必需的措施。员工的培训、教育,既是企业的责任,也是所有员工的权利。德国的安全生产监管人员认为:知识就是安全。如果员工认识到具体的风险,避开的机会就高得多;如果员工看到了潜在的危险,就会更好地防护自己。员工必须经常地自觉接受安全生产的培训和自觉安全行为的教育。员工就作业环境中的安全生产情况每年至少进行一次书面报告,并向企业提出建议。 (2)英国的建筑安全管理体系 a.建筑安全管理的基本模式。英国设有健康安全委员会(HSC),该委员会负责制定条例,并就有关安全健康状况向政府报告,它是介于政府与行业之间的组织,是政府与企业之间的联系枢纽。委员会的人员由政府指定,但必须有一定的行业人员参加,现由12人组成。委员会下设健康安全执行局(HSE),是执行条例、监督企业的健康安全体系的职能部门,现有3500人,全部为公务员,其中1/3的人员为安全督察员,2/3为制定方针、规程等工作人员。 b.英国建筑安全管理的法规体系。英国在1974年至1999年颁布和修订多部法律规定雇主具有保证雇员在健康、安全的环境中工作的责任,明确了雇主和雇员之间的关系和责任。 c.安全与健康监察。英国的安全与健康的监察主要由安全与健康执行局执行,在全国设有很多分支机构。安全调查员根据所颁布的法律,对每个工程项目进行建筑安全监督工作,包括发出强制执行命令和诉讼。 d.工会及行业协会组织。在英国,工会、行业协会等其他组织约有750人,不同程度的参加政府的有关健康安全组织。这些组织经常派人与国家监察员一起到现场进行检查、监督,对发现的问题立即纠正,体现“以人为本”的思想。 e.企业对安全健康的管理。企业的安全健康管理遵循的是法律法规和开工前完成的、经业主批准的安全与健康计划书。一般来讲企业应根据工程项目的大小和国家的法律法规制定安全与健康方案。在英国一般25人以上的工地就要成立安全委员会,负责工地的安全与健康的日常管理事务。同时要设立安全与健康培训和教育基地,包括用房、设施、资料等配备、购置,收集、安全信息,上岗前的教育、班前教育、进入工地的教育等。英国政府要求企业须尽量通过技术、设备来代替人工操作,以减少危险源。 2我国在建筑安全管理中取得的成就 (1)法律法规体系 1998年《中华人民共和国建筑法》的颁布实施,奠定了建筑安全管理工作的法律体系基础,把法律意识、法制观念引入建筑行业。到2002年我国颁布了多项法律法规用以规范和明确生产经营单位的安全生产。初步形成了安全生产管理的标准规范体系。 (2)安全生产管理体制 1993年国发(1993)50号文件《国务院关于加强安全生产工作的通知》中,明确了我国实行“企业负责、行业管理、国家监察、劳动者遵章守纪”的安全生产管理体制。 (3)安全文明施工 1991年,建设部发出通知,在全国四级以上施工企业所属的施工工地开展安全达标活动,把工程建设安全事故控制的重点放在了施工现场,对施工全过程进行安全监督管理。这是建国以来建筑业企业第一次全面、系统地组织开展施工全过程的安全管理工作。改善了现场作业人员的生活环境和工作条件同时使安全管理的实施得到加强,减少了事故发生的可能性。 (4)应用相关科研成果进行建筑安全管理 建设工程安全生产的科学技术研究和先进技术的推广应用推进了施工企业安全生产的科学管理,极大地减少了安全事故的发生。 3结论 综观西方国家的职业安全与健康的现状,我国现有的安全生产管理体制和具体做法与之相比差距仍然较大。因此,我国的安全生产、劳动卫生监督管理工作,有必要从以下几个方面予以加强: (1)政府应进一步明确安全生产、劳动卫生管理与监督的义务和职责。政府职能部门应强化监督职能,弱化管理职能,将大量的日常管理工作,交由行业协会和企业去办。 (2)应进一步完善社会中介、行业协会组织,完善注册安全工程师管理制度,以充分发挥行业部门或组织的咨询、服务、管理等中介职能。 (3)国家应制定强有力的政策法规,由业主设立专门的安全生产费用,做到专款专用,来保证工程项目安全生产的费用投入,从而避免建筑市场恶性竞争导致安全生产防护费用不能保证的问题。 (4)应尽快完善全社会的伤亡事故保险制度,用经济杠杆来提高全社会的安全生产意识。 (5)应全面提高全社会安全生产意识。同时政府与一些相关组织要制定明确的规定,并通过必要的强制性手段加强职工的教育和培训。 国外建筑论文:国外绿色建筑评价分析论文 建筑作为人工环境,它对生态环境的是多层次多方面的。其中具有明确生态环保目标和手段的建筑,可以称之为绿色建筑。绿色建筑的概念是当前全球化可持续战略在建筑领域的具体体现,由于地域,观念和技术等方面的差异,国内外对绿色建筑还缺乏统一约定义,就技术层面而言,绿色建筑应考虑以下关键:能源、排放物、水的使用、土地的使用,对地区生态的影响和室内空气质量等同时还应考虑与之相应的建筑的功能性以及建筑美学意义。 绿色建筑的实践毫无疑问是一项高度复杂的系统工程,不仅需要建筑师具有生态环保的理念,并采取相应的设计,还需要管理层、业主都具有较强的环保意识。这种多层次合作关系的介入,需要在望个过程中确立明确的评价及认证系统,以定量的方式检测建筑设计生态目标达到的效果,用一定量指标来衡量其所达到的预期环境性能实现的程度。评价系统不仅指导检验绿色建筑实践,同时也为建筑市场提供制约和规范。促使在设计,运行、管理和维护过程中更多考虑环境因素。引导建筑向节能、环保、健康舒适,讲求效益的轨道发展。 近10多年来,世界一些发达国家相继推出了各自不同的建筑环境评价方法、其中英、美、加等国所实施的比较成功的绿色建筑评价体系,值得借鉴。 一、英国建筑组织环境评价法(BREEAM) 英国建筑研究组织环境评价法是由英国建统研究组织(BRE)和一些私人部门的研究者最早1990年共同制定的。目的是为绿色建筑实践提供权威性的指导以期减少建筑对全球和地区环境的负面影响。从1990年至今,BREEAM已经发行了 2/91版新建超市及超级商场 、 5/93版新建建筑和非食品零售店 , 环境标准3/95版新建住宅 以及 BREEAM‘98新建和现有办公建筑>等多个版本并己对英国的新建办公建筑市场中25%到30%的建筑进行了评估,成为各国类似评估手册中的成功范例, BREEAM‘98是为建筑所有者,设计者和使用者设计的评价体系,以评判建筑在其整个寿命周期中,包含从建筑设计开始阶段的选址、设计、施工,使用直至最终报废拆除所有阶段的环境性能,通过对一系列的环境问题,包括建筑对全球、区域、场地和室内环境的影响进行评价,BREEAM最终给予建筑环境标志认证。其评价方法概括如下: 首先,BREEAM认为根据建筑项目所处的阶段不同,评价的相应也不同。评估的内容包括3个方面:建筑性能、设计建造和运行管理。其中:处于设计阶段、新建成阶段和整修建成阶段的建筑,从建筑性能,设计建造两方面评价,BREEAM等级和环境性能指数;属于被使用的现有建筑,或是属于正在被评估的环境管理项目的一部分,从建筑性能、管理和运行两方面评价,计算BREEAM等级和环境性能指数;属于闲置的现有建筑,或只需对结构和相关服务设施进行捡查的建筑,对建筑性能进行评价并计算环境性能指数,无需计算BREEAM等级。 其次,评价条目包括9大方面:管理——总体的政策和规程;健康和舒适——室内和室外环境;能源——能耗和CO2排放;运输——有关场地规划和运输时CO2的排放;水——消耗和渗漏问题;原材料——原料选择及对环境的作用;土地使用——绿地和褐地使用;地区生态——场地的生态价值;污染——(除CO2外的)空气和水污染。每一条目下分若干子条目,各对应不同的得分点,分别从建筑性能,或是设计与建造,或是管理与运行这3个方面对建筑进行评价,满足要求即可得到相应的分数。 最后,合计建筑性能方面的得分点,得出建筑性能分(BPS),合计设计与建造,管理与运行两大项各自的总分,根据建筑项目用处时间段的不同,计算BPS+设计与建造分或BPS+管理与运行分,得出BREEAM等级的总分;另外由BPS值根据换算表换算出建筑的环境性能指数[EPI],最终,建筑的环境性能以直观的量化分数给出,根据分值BRE规定了有关BREEAM评价结果的4个等级:合格,良好,优良,优异。同时规定了每个等级下设计与建造、管理与运行的最低限分值。 自1990年首次实施以来,BREEAM系统得到不断的完善和扩展,可操作饺大大提高。基本适应了市场化的要求,至2000年已经评估了超过500个建筑项目。它成为各国类似研究领域的成果典范,受其影响启发,加拿大和澳大利亚出版了各自的BREEAM系统,香港特区政府也颁布了类似的HK-BEAM评价系统。 二、绿色建筑桃战2000(GBC2000) 绿色建筑挑战(GreenBuildingChallenge)是由加拿大资源部(NaturalResourcesCanada)发起并领导。至2000年10月有19个国家参与制定约一种评价方法,用以评价建筑的环境性能。它的发展已经历了两个阶段:最初的两年包括了14个国家的参与,于1998年10月在加拿大温哥华召开“绿色建筑挑战98”国际会议,之后的两年更多的国家加入,成果GBC2000在2000年10月荷兰马斯持里赫特召开的国际可持续建筑会议(InternationalSB2000)上得到介绍。绿色建筑挑战目的是发展一套统一的性能参数指标,建立全球化的绿色建筑性能评价标准和认证系统,使有用的建筑性能信息可以在国家之间交换,最终使不同地区和国家之间的绿色建筑实例具有可比性。在全球化趋势日益显著的今天,这项工作具有深远的意义。 GBC2000评估范围包括新建和改建翻新建筑,评估手册共有4卷,包括总论,办公建筑,学校建筑,集合住宅。评估目的是对建筑在设计及完工后的环境性能予以评价,评价的标准共分8个部分:第一部分,环境的可持续发展指标,这是基准的性能量度标准,用于GBC2000不同国家的被研究建筑间的比较;第二部分,资源消耗,建筑的自然资源消耗问题;第三部分,环境负荷,建筑在建造、运行和拆除时的排放物,对自然环境造成的压力,以及对周国环境的潜在影响;第四部分,室内空气质量,影响建筑使用者健康和舒适度的问题;第五部分,可维护性,研究提高建筑的适应性、机动性、可操作性和可维护性能;第六部分,经济性,所研究建筑在全寿命期间的成本额;第七部分,运行管理,建筑项目管理与运行的实践,以期确保建筑运行时可以发挥其最大性能;第八部分,术语表,各部分下部有自己的分项和更为具体的标准。 GBC2000采用定性和定量的评价依据结合的,其评价操作系统称为GBTool,这是一套可以被调整适合不同国家,地区和建筑类型特征的软件系统。评价体系的结构适用于不同层次的评估,所对应的标准是根据每个参与国家或地区各自不同的条例规范制定的同时也可被扩展运用为设计指导。GBTool也采用的是评分制。 三、美国能源及环境设计先导计划(LEED) 美国绿色建筑委员会(USGBC)在1995年提出了一套能源及环境设计先导计划(LEED,LeadershipInEnergy EnvironmentDesign)在2000年3月更新了它的2.0版本。这是美国绿色建筑委员会为满足美国建筑市场对绿色建筑评定的要求,提高建筑环境和特性而制定的一套评定标准。 (能源及环境设计先导计划评定系统2.0)LEED2.0通过6方面对建筑项目进行绿色评估。包括:可持续的场地设计、有效利用水资源、能源与环境、材料与资源、室内环境质量和革新设计。在每一大方面。USGBC都提出了前提要求,目的和相关的技术指导。如对可持续的场地设计,基本要求是必须对建筑腐蚀物和沉淀物进行控制,目的是控制腐蚀物对水和空气质量的负面。在每一方面内,具体包含了若干个得分点,项目按各具体方面达到的要求,评出相应的积分,各得分点都包含目的,要求和相关技术指导3项。如有效利用水资源这一方面,有节水规划,废水回收技术和节约用水3个得分点,如果建筑项目满足节水规划下两点要求号可得2分。积分累加得出总评分,由此建筑绿色特性便可以用量化的方式表达出来,其中,合理的建筑选址约占总评分的22%,有效利用水资源占8%,能源与环境占27%,材料和资源占27%,室内环境质量占23%,根据最后得分的高低,建筑项目可分为LEED2.0认证通过,银奖认证,金奖认证,白金认证由低到高4个等级。截至2001年9月,全美已经有13个建筑项目通过了LEED2.0认证,超过200个项目登记申请认证。 LEED2.0评定系统总体而言是一套比较完善的评价体系,与前两个评价体系相比结构简单,考虑的也少些,虽然操作程序较为简易,但具有缺乏权衡系统的机制约束的缺陷。 上述各国的评价体系的时间,技术水平,操作理念等状况各不相同,但是我们还是能从它们的评价体系成果中发现一些共同点: (1)共同的立足点和目标。各国的评价都是在明确的可持续原则指导下进行的,基本都可以实现以下目标:为提供一直普遍的标准,指导绿色建筑的决策与选择;通过标准的建立,可以提高公众的环保产品和环保标准意识,提倡与鼓励好的绿色建筑设计;而且刺激提高了绿色建筑的市场效益,推动其在市场范围的实践;另外由于评价体系提供了可考核的方法和框架,使得政府制定有关绿色建筑的政新和规范更为方便。 (2)共同的关注点。各国的评价体系都有明确清晰的分类和组织体系,可以将指导目标(建筑的可持续发展)和评价标准联系起来,而且都有—定数目的包括定性和定量的关键问题可供。这些问题体现了各国对绿色建筑实践的技术和文化层面的思考和研究。评价体系中都还包括一定数量的具体指导因素(如对可回收物的收集)或综合性指导因素(如对绿色动力和能源的使用),为评价进程提供更清晰的指示。 (3)开放性和专业性。各国的评价体系评价的数据和方法都向公众公开,任何人都可以了解使用,笔者便是从因特网上得到了各国的完整的评估手册。数据和方法的开放性并不意味着评估过程的简单,各国对评估的进程都有严格的专业要求。评估是由相关部门给与专业认证的评估人执行的。如BREEAM的评估是由持有BRE执照的专业人士进行,而LEED的评估则要求所评估的项目组中至少有—位主要参与人员通过LEED专业认证。 (4)都在不断地更新和发展。绿色建筑系统是复杂并且不断发展的,因而评价应当是可重复的、可适应的,对变化和不确定性能做出及时反应。各国在制定自己的评价体系时都充分考虑到了这一点:BREEAM对办公建筑分册分别于1993年和1998年进行了两次修改;LEED评价系统要求每5年便要更新升级一个版本,LEED3.0预计在2005年;GBTool的版本已发展到了GBC2002阶段,GBTool的版本也在不断更新。 许多国家都在绿色建筑评价领域进行看自己的研究工作,成果包括:荷兰的ECOQuantum,德国的ECO-PRO,法国的EQUER等,各自都有不同的特点,由于受到知识和技术的制约,各国对于建筑和环境的关系认识还不完全,评价体系也存在着一些局限性。概括而言包括:一是某些评价因素的简单化,毫无疑问,建筑的生态评估是一个高度复杂的系统工程,特别是许多社会和文化方面的因素难以对其确定评价指标,量化更是不易,目前的一些评价单从技术的角度入手,回避了此类问题。二是标准权衡的问题。即对于可以量化的指标对其评分的分值占总分值的比例是否与其对建筑的影响相符。尽管BREEAM,GBC等系统已经使用有关机构制定出的权衡系统系数,但对这一问题还要进行审慎的研究工作。此外,还有如何运用评价结果提高改善建筑性能,评价的约束机制等问题需要考虑。 我国的绿色建筑的建设还处于初期研究阶段,缺乏实践经验,许多相关的技术研究领域还是空白,近年来,有关部门围绕着建筑节约能源和减少污染颁布了一些单项的技术法规,不久前,建设部委员会已组织了有关专家,制定出版了一直比较客观的绿色生态住宅评价体系——《生态住宅技术评估手册》,其指标体系主要了美国能源及环境设计先导计划(LEED2.0),同时融合我国《国家康居示范工程建设技术要点》等法规的有关内容。这是我国第一部生态住宅评估标准,是我国在此方面研究上正式走出的第一步,当然,绿色建筑评估是一个跨学科的、综合性的研究课题,为进一步建立我国完整的绿色建筑评价体系及评估方法,我们还需要售鉴国外的先进经验,进行更加深人有效的探索。 国外建筑论文:国外建筑节能与保温材料论文 面对着全球能源的日益紧张,世界各国特别是欧美发达国家对节能技术给予了充分的重视。近30年来,各国在建筑设计和施工、新型建筑保温材料的开发和应用、建筑节能法规的制定和实施、建筑节能产品的认证和管理等方面做了很多的工作,不但节省了大量的能源,取得了可观的经济效益,同时改善了环境,降低了对大气臭氧层的破坏。而我国的建筑节能工作在90年代初才刚刚启动,因此,国外建筑节能和保温材料的发展,对我们这方面的工作很朋借鉴作用。现将国外建筑节能与保温材料在建筑节能上的利用用一简单介绍: 国外建筑节能标准的制定和取得的社会效益 自70年生全球性的能源危机后,世界各国政府对能源的利用情况进毯子全面的实事求事的分析,诊断建筑能耗是一个重要的组成部分,一致认为必须对建筑设计制定节能标准,并提出法规予以执行。于是各国纷纷建立了自己的建筑节能标准。 美国在1975年第一次颁布了ASHRAE(美国采暖、制冷及空调工程协会)标准90-75“新建筑物设计节能”。以此为基础,1977年12月官方正式颁布了“新建筑物结构中的节能法规”,并在45个州内收到很明显的节能效果。美国国家能源局、标准局及全国建筑法规和标准大会,不断地在建筑节能设计等方面提出新的内容,每五年便对ASHRAE标准进行一次修订。 日本住宅金融公库,早在1979年颁布了住宅建筑保温隔热标准,规定了建筑部分热阻,并对所用的各种保温材料规定了最小的限度。 国外一些发达国家早在70年代末就已经开始了建筑节能的工作,强制建筑业在新建建筑中执行节能标准,因而已慑得了巨大的成效,整个国家的建筑有耗大幅度下降。如丹麦1985年比1972年采暖面积增加了30%,但采暖能建筑能耗却减少了318万吨标准煤,采暖能耗占全国总能耗的比重,也由39%下降为28%;美国自从制定和一部节能标准至今,仅计到2011年,在此基础上又驸节约430亿美元。由此可见,国外的建筑节能法规30多年来取得了多么显著的社会效益和经济效益。国外保温材料与保温技术在建筑中的应用保温材料在墙体及围护结构中的应用: 建筑材料合肥市建筑保温材料是实现建筑节能的最基本的条件,各国在建筑中采用了大量的新型建材和保温材料。实心砖已普遍被空心砌块和多孔砖所替代,在空心砌块的墙体中,为了提高墙体的保温性能,隔断在砌块之间形成的空心通道的气流,还要各空隙中填加膨胀珍珠岩、散状玻璃棉或散状矿物棉等松散填充绝热保温材料。 在建筑物的围护结构中,不论是商用建筑还是民用建筑,一部采用轻质高效的玻璃棉、岩棉、泡沫塑料等保温材料。墙体的保温基本上有三种形式:保温、外保温和夹心保温。居民建筑的墙体结构基本旧最外面一层为木质或塑料质的墙板,然后是一层硬质的泡沫塑料,里面就是墙的标准主休、木框结构等。另外一种典型墙的结构是在空心砌块或空心砌筑好的墙体的空腔中,填充密实,同样能起到很好的保温作用。 保温材料在屋顶上的应用 国外的民用建筑屋顶一般采用尖顶的较多,在尖顶的阁楼空间紧接屋顶的下面都装有供空气流通的通道,既能解决空气的流通,又可起到一定的保温隔热作用。同时在天花板的上面,一般都要铺设玻璃棉或矿物棉毡、垫,或在此空间直接吹入松散的保温棉,有的直接吊装由玻离棉或岩棉等保温材料和装饰贴面复合而成的天花板。 保温材料在地面中的应用 国外大部分建筑都有地上室和地下空间,居住和活动空间的地板并不是直接暴露在外界环境中,这就为生活空间的保温创造了有力条件。但是如果地下室和地下空间不是采暖空间时,尤其是在冬季,仍会有相当多的热量,通过一楼的地板传出。因此,在建筑物的一楼地板下面,仍然需要填充高密度的保温材料,同时,在地下室的混凝土地坪和地基与土壤之间铺设一定厚度的刚性和半刚性保温材料。 国外建筑论文:国外建筑设计师产品规范管理论文 建筑设计师在建材产品工程市场推广过程中起着一定的作用,本文将分析并阐述发达国家设计师如何介入产品规范的设计与推广 一.什么是规范(Specification) 规范是指对应用于建筑工程的材料、设备、固定装置的文字性描述和使用目的阐明。再恰当一些讲,规范是指详细描述指定使用建筑材料与装置的构成、安装施工和完工要求。 与详细的施工图纸配合,规范显示了指定使用的建筑材料是如何被应用的。 规范也可以指建筑设计师和工程师对承包商的施工要求;所有在建筑上应用的材料的性能要求和质量定义;使用这些材料在建筑上所要达到的目的的可靠保证。对建筑承包商而言,规范也是他们在投标时确定材料费用和人工费用的基础。最后,规范也是业主和承包商之间有法律效应的承包合同的一部分。 二.谁写规范 由于规范对传达设计师和工程师要求和目的起着关键的作用,并且会从法律上保证完成这些要求和目的,所以写出的规范必须精确、清楚、完整并能反映建筑意图。所以说,规范一般是由有经验的设计师和工程师撰写,并且在任何情况下受到负责注册设计师和认证工程师监督。规范也可能由外部的咨询专家撰写(如结构、材料、机械、电气工程师等),他们与负责项目的注册设计师和认证工程师关系密切,并且受到他们的监督。 对规范撰写者作用的一个注解 因为规范经常需要由设计师事务所的合伙人和负责人准备,现行约有1/4的事务所有规范撰写人,这些人中的8/10本身就是注册设计师或工程师。在很多情况下,这些写规范的人都与材料生产商代表有直接联系。 这些规范撰写者对挑选材料具有很大的影响力,他们的作用就是将设计师的愿望以“规范”的形式付诸文件,所以讲真正“规范”产品的不是规范撰写者,而是设计师。 “设计”先行于“规范”,设计理念的方向决定了材料规范。 三.规范的主要形式有那些 有五种主要的规范形式 1.排他性或单一品牌产品规范 这种类型的规范声明只有规范上写明的产品(包括品牌、商标名、制造商)才能被接受,通常讲,这类产品比较特殊。对材料供应商来讲,这类规范一旦写上去就等于完成销售了。 举例:内墙涂料,选用某某制造商产品,某某型号系列(色号某某)。 2.多种品牌产品规范 这是最常见的规范类型,名单上列二家或更多家产品(包括品牌、商标名、制造商),这些产品都符合规范者的需求。对这种类型的规范而言,所有列明的产品都有同等机会被用在项目上。 举例:吸音砖:等级A,某某材料制作,表面预涂白色涂料,丁字对接,某某尺寸,某某、某某制造商产品 3.同等要求产品规范 在规范上写明一家或几家品牌,但同时写明,其他品牌产品只要被证明与上述列明品牌产品符合同等要求,也能被使用。 举例:防水剂:某某品牌产品或被证明符合要求的其他品牌产品。 4.开放性或同类型产品规范 产品按照一种类型的属性来描写,包括产品描述、性能等级、尺寸、颜色、符合那种规范或国家、政府标准(如ASTM标准)。当对类型产品标准的关注超过品牌、商标名、制造商等因素时、会使用这种形式的规范。 举例:波纹镀锌高拉伸力钢:E级,波纹镀锌高拉伸力钢材,表面涂覆,镀锌符合ASTM某某标准,具体型号及重量按设计要求由供应商推荐。 5.性能规范 同上述第四种规范相似,指明材料必须遵守某种性能标准,承包商必须寻找到符合这种性能标准的材料。必须注意,在这种规范上不会出现品牌名字。 四.每一种类型规范的使用比例 设计师和工程师喜欢写明产品品牌的规范,因为这种规范锁定了品牌、阻碍了在项目后续施工阶段替换产品的企图。据市场研究,各种类型规范的比例是:排他性或单一品牌产品规范4%,同等要求产品规范6%,多种品牌产品规范57%。以上规范都有指定品牌,总计67%,开放性及性能规范占33%。 五.被“规范”的重要性 设计师和工程师对新建筑产生最初的“购买影响”,他们负责对所有大型住宅建筑和非住宅建筑超出90%的部分进行规范。这种购买影响通过图纸发挥出来,这些图纸决定建筑是怎样被建造、被规范的。建筑由什么材料建造,怎样安装设备。 所以,要想占领新建筑市场,就必须使产品被“设计”与“规范”。 六.规范的效力 当规范写明品牌时,它们的效力非常高。有研究表明,当规范写明品牌时,最终有87%的品牌产品最终投入工程使用,剩余少数变化,也是由于设计师和工程师自己在投标和施工阶段因某种原因改变。 当情况是同等要求产品规范时,与上一种规范相比,就有了可操作余地。承包商有权寻求替代产品,有很多原因让他们这么做,但主要的原因有三种: 2他可以寻找到更便宜的产品; 2指明品牌的产品无法按时按地交付; 2替代产品施工更方便。 由于大多数承包商都会承诺在施工完毕一年内,会对由于材料与施工原因对建筑造成的损伤进行保修,所以他们由理由关心采购指定品牌产品的费用及合同中有关争议、诉讼解决的条件。 另外,也必须注意到,由于分包商施工产品的经验很丰富,所以有时候从保证质量出发,他们也会向设计师提出更换产品。 尽管承包商有很多理由要求更改材料,但他们必须在设计师规范的条件下进行。他们首先必须递交“同等效力”的证明,然后获得设计师的书面批准。 在设计师批准更改规范之前,由于他对原来被规范产品的美学效果、功能、经济性很有信心,所以他会在价格、供货方式、施工方便性方面对新老产品作一个认识上的平衡。 七.设计师怎样改变规范 当设计师和工程师准备接受改变规范或替换材料,他们有几种方式指示出来,下面举例说明: 1.材料批准—只要是在规划和规范中选定了某种品牌的材料,这也意味着设计所希望达到的目的和质量要求已经确定了。所以,承包商必须认识到,假如他想用其他材料,他必须得到设计师的批准,以证明他用的材料在质量和适应性上与原来材料一致。承包商必须在工期前25%时段之前提出更换请求,并且要在60天内和在订货前得到批准。 2.被指定材料的品牌、商标、供应商及说明书的内容是供应或投标合同的基础,除非双方另行约定。当规范中列了两个或更多个品牌材料的时候,承包商有权自由挑选。当承包商试图用规范外的材料替代时,他首先必须申明,写明替代品和替代可能发生的承包金额差别,并且最终被批准。 当承包商提出的材料变更请求需要结构上改变或对建筑物或设备进行更改,则承包商必须递交(待批准)图纸以表明这种改变或更改是必须的,在上述图纸被批准前,更改工作不能进行。 由于承包商提出变更材料(经批准)所引起的额外费用,全部由承包商承担,业主不用承担。这些费用包括可能对结构的改变、设备的变更、以及为了变更材料需要额外画的图纸、添置的设备。 假如,承包商经批准后,使用的替代材料或施工方法比原来规范节约费用,则多出来的钱要归还业主。 3.“或者等同”条款:意味着承包商的建议必须以这里规范的材料为基础。 4.当在合同中出现“或者等同”或“或者等同经设计师批准”字样,并不意味着替代材料、设备、施工方法自然就“等同”了,除非在投标前,针对本项目,确实经设计师批准。设计师具有最终决定权。 5.设计师拥有选择权,他接受或拒绝更换材料不需要有更多的考虑。或者设计师会提议承包商拿出一些标准,这些标准可以证明替代产品与原规范产品具有等同效力。设计师会判定这些标准,并且会要求承包商拿出符合这些标准的数据,被接受的标准包括外观和性能上的要求。这些检测数据应在设计师批准或选择的实验室进行,费用由承包商决定。 6.当规范上写明商标名、供应商时,除非有设计师的书面批准,否则,不允许有更改。 国外建筑论文:钢结构国外建筑应用 中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%~25%,而工业发达的国家则占30%以上。如美国和日本,该项指标均已超过50%。在我国,钢在建筑中主要用于建筑钢结构,钢筋混凝土用钢筋,钢绞线,钢丝,门窗等,而其中钢结构用钢只占10%左右,在我国一亿吨的钢产量中,真正用于钢结构的也就200~300万吨。 根据美国金属建筑行业分布的一些数据,美国金属建筑行业的发展和市场的基本情况是:在20世纪50、60、70、80和90年代,以百万美元计的年销售额/以万吨计的年加工量分别为150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190.从中可以看出,美国的建筑用金属年销售额增长很快,估计目前已经超过25亿美元,年加工量也已经达到200万吨以上。 低层、多层建筑钢结构和轻钢结构 美国金属建筑的主要市场分布:工业(生产用厂房、仓库及辅助设施等)、商业(商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等)、社区(私有及公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆、教堂等)、综合等方面,分别占到46%、31%、14%和9%的份额。 在美国,低层建筑中采用钢结构是很普遍的。所谓低层建筑是指层高低于18m,层数不超过5层的工业厂房、仓库、办公室及其他的办公和社区建筑等,其中两层以下的非居住用楼房建筑占70%。 轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑。所谓轻钢是指以彩钢板作为屋面和墙面,以薄壁型钢作檩条和圈梁,以焊接“h”型截面物做主梁,现场用螺栓或焊接拼接的门式钢架为主要结构的一种建筑,再配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系,即轻钢结构体系。这种体系由工厂制作,现场按要求拼装形成。具有自重轻,建设周期短,适应性强,外表美观,造价低,易维护等特点。由于自重轻,也降低了基础的造价。国外轻钢结构厂商如butler、bhp、abc等都已经进入了中国市场。 高层及超高层钢结构 由于人类文化生活不断提高,对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高。而钢结构本身具备自重轻,强度高,施工快等独特优点,因此对高层、大跨度,尤其是超高层、超大跨度,采用钢结构更是非常理想。目前世界上最高,最大的结构采用的都是钢结构,而历届奥运会的场馆也多采用钢结构。世界上目前已经建成的几个纯钢结构建筑为目前世界上最高的超高层建筑。它们是: 1931年建成的102层、高381m的美国纽约帝国大厦;1969年建成的110层、高417m的美国纽约世界贸易中心(南北两座);1970年建成的110层、高443m的美国芝加哥西尔斯大厦;1996年建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦等。 巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系,它是为了满足特殊功能或综合功能而产生的。它具有良好的建筑适应性和潜在的高效结构性能,是一种很有发展的结构。 大跨度钢结构 大跨度或较大跨度大多采用钢结构,当然也有用“膜”完成的,但充气膜由于一些缺点近年来很少用,张力膜则也需要钢索和钢杆的支撑。 大跨度钢结构多用于多功能体育场馆、会议展览中心、博览馆、候机厅、飞机库等。最早跨度最大的平板网架是上世纪60年代美国洛衫矶加里福尼亚大学体育馆(91m×122m正放四角锥)。最大的双层网壳是上世纪70年代在美国建造的休斯敦宇宙穹顶(astrodome,直径196m)及新奥尔良超级穹顶(superdome,直径207m)。上世纪90年代在日本名古屋又兴建了当今世界上最大跨度的单层网壳,建筑直径229.6m,结构直径187.2m,采用三向网格,节点为能承受轴力和弯矩的刚性节点。世界上最大的室内体育馆是美国1996年奥运会的主体育馆亚特兰大体育馆(拟椭圆形平面,186m×235m),采用的是张拉整体体系的屋盖,主要由索、杆、膜组成,是当今最有发展前途的一种新型空间结构。1993年日本建成的福冈体育馆,直径222m,是当今最大的开合钢结构屋顶,而使1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶(skydome,直径203m)降为世界第二跨度最大的开合结构。超过300m的屋盖结构全部使用钢板和型钢组成,并不是最优方案,近年来研究较为成功的是杂交(混合)结构,即杆、索、膜混合使用。 最为典型的例子是世纪之交的千年穹顶(themilleniumdome),该馆位于英国伦敦泰晤士河南岸格林尼治,是当今世界跨度最大的屋盖,穹顶酷像飞碟,直径320m.当然,从理论角度讲,跨度再大的结构也是有可能实现的,在现实当中能否实现还有待于深入研究,但在桥梁方面,1000m左右跨度已经实现,世界上跨度最大的斜拉索桥为日本的多多罗大桥(全长为890m);最大的悬索桥为日本的名石大桥(1991m),公路铁路两用最大跨度桥为香港的青马大桥(悬索桥1377m)。世界最早的双曲抛物面悬索屋盖是著名的美国雷里竞技馆。 另外,历届奥运会、博览会等都可以显示钢结构的发展水平。如1972年德国慕尼黑(覆盖7.48万m2体育场的索网建筑群),1976年加拿大蒙特利尔,1980年莫斯科,1984年美国洛杉矶,1988年韩国汉城(120m直径体操馆及93m直径击剑馆都是索穹顶),1992年西班牙巴塞罗那圣乔地体育馆(128m),1996年美国亚特兰大乔治亚穹顶(186m×235m索穹顶),2000年澳大利亚悉尼主体育场(11万人,两个220m×70m的双曲抛物面网壳)。 机场和机库都属于大跨度结构,在工程中基本上也都采用钢结构。如英国伦敦希思罗机库( 一、二期1万人,两个220m×70m的双曲抛物面网壳)。 机场和机库都属于大跨度结构,在工程中基本上也都采用钢结构。如英国伦敦希思罗机库( 一、二期)应是规模比较大的工程。而我国近年来建成的首都机库(2-153m×90m)采用三层斜放四角锥网格、焊接球节点平板网架,其跨度规模之大,在国际上是数一数二的。机场的钢结构屋盖由于建筑上的要求比较高,更是绚丽多彩。香港机场、马来西亚机场都采用大面积单体网壳形式。 目前,国际上以及我国都在流行一种波浪形曲面,树状支承以及直接交汇的相贯节点的立体桁架体系。看起来雄壮而美观。我国深圳机场、首都机场、上海浦东机场就是典型的例子。 国外建筑论文:国外建筑钢结构应用 摘要摘要:目前,国内高层钢结构钢材几乎都从国外进口,工程总承包由国外承担,制造和安装则由国内廉价劳动力承包,这种局面应从速扭转,因为这和我国产钢大国的地位很不相当。大跨度钢结构钢材不象高层钢结构那样突出,但设计方案(包括建筑和结构)经常国外中标,这种局面和中心强调建立我们自己的科技创新体系的号召相距甚远,应该引起我国建筑界的关注,是水平低还是其它原因,值得我们深思。 摘要:钢结构国外建筑 1建筑用钢占总钢产量的比重 近数十年来,前苏联、美国、日本三个国家一直是世界上钢产量居前三位的国家,其钢产量轮流位居世界第一位。因此,这几个国家的建筑钢结构建设事业蓬勃发展。而在同一时期,我国在这方面的发展则比较缓慢,水平也相对落后。近几年来,随着我国改革开放政策的实行和推进,我国的经济建设工作取得了突飞猛进的进展。在此期间,我国的钢产量一跃成为世界第一位。1996年,我国钢产量首次突破亿吨大关;1998年我国钢产量已达11434万t,而且每年增产300万t.钢产量的增长为发展我国建筑钢结构建设事业创造了极好的时机。但目前,我国和发达国家相比在许多方面还存在着明显的差距,因此,为了推动我国建筑钢结构的进一步发展和应用,我们急需了解国外建筑钢结构的应用概况。 中国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%~25%,而工业发达的国家则占30%以上。如美国和日本,该项指标均已超过50%.在我国,钢在建筑中主要用于建筑用钢结构,钢筋混凝土用钢筋,钢绞线,钢丝,门窗等,而其中钢结构用钢只占10%左右,在我国一亿吨的钢产量中,真正用于钢结构上的也就200~300万吨。 根据1998年中期美国金属建筑行业分布的一些数据,美国金属建筑行业的发展和市场的基本情况是摘要:在20世纪50、60、70、80和90年代,以百万美元计的年销售额/以万吨计的年加工量分别为150/30、300/65、1200/110、1500/125和2200/190,如以50年代为例相应的增长倍数分别达到1、2/22、8/37、10/57和15/6.3倍。从中可以看出,美国的建筑用金属年销售额增长很快,估计目前已经超过25亿美元,年加工量也已经达到200万吨以上。 2低层、多层建筑钢结构和轻钢结构 美国金属建筑的主要市场分布摘要:工业(生产用厂房、仓库及辅助设施等)、商业(商场、旅馆、展览馆、医院、办公大楼等)、社区(私有及公有社区活动中心及建筑如学校、体育馆、图书馆、教堂等)、综合等方面,分别占到46%、31%、14%和9%的份额。 在美国,低层建筑中采用钢结构还是很普遍的。美国钢结构学会和金属房屋制造协会(AISC和MBMA)联合编制了低层建筑的设计指南。所谓低层建筑是指层高低于18m,层数不超过5层的工业厂房、仓库、办公室及其他的办公和社区建筑等,其中两层以下的非居住用楼房建筑占70%. 轻钢建筑在一些发达国家已被广泛应用于工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑。所谓轻钢是指以彩钢板作为屋面和墙面,以薄壁型钢作檩条和圈梁,以焊接“H”型截面做主和梁,现场用螺栓或焊接拼接的门式刚架为主要结构的一种建筑,再配以零件、扣件、门窗等形成比较完善的建筑体系,即轻钢结构体系。这种体系由工厂制作,现场按要求拼装形成。具有自重轻,建设周期短,适应性强,外表美观,造价低,易维护等特征。由于自重轻,也降低了基础的造价。国外轻钢结构厂商如Butler、BHP、ABC等都已经进入了中国市场,我国企业应奋起直追,创造条件积极发展我国自己的轻钢结构体系,以适应今后我国建筑钢结构不断发展的要求。 3高层及超高层钢结构 由于人类文化生活不断提高,对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高。而钢结构本身具备自重轻,强度高,施工快等独特优点,因此对高层、大跨度,尤其是超高层、超大跨度,采用钢结构更是非常理想。目前世界上最高,最大的结构采用的都是钢结构,而历届奥运会的场馆也多采用钢结构。世界上目前已经建成的几个纯钢结构建筑为目前世界上最高的超高层建筑,它们是摘要: 1931年建成的102层、高381m的美国纽约帝国大厦(1969年以前一直是最高的); 1969年建成的110层、高417m的美国纽约世界贸易中心(南北两座); 1970年建成的110层、高443m的美国芝加哥西尔斯大厦; 1996年建成的高450m的马来西亚双塔石油大厦(KLCC,号称目前世界最高,但美国的西尔斯大厦有异议); 我国于1997年建成的上海金茂大厦为95层,建筑高度421m,结构高度395m,也跻身于世界最高行列。假如上海浦东环球金融中心大厦(95层460m)建成,则堪称世界最高,实为我国一大光荣。深圳赛格广场大厦70层、高279m,为世界上最高的全部采用钢管混凝土的超高层建筑,这又是我国的一大光荣。 巨型钢结构为高层或超高层建筑的一种崭新体系,它是为了满足非凡功能或综合功能而产生的。它具有良好的建筑适应性和潜在的高效结构性能,是一种很有发展的结构。如日本千叶县43层、高180m的NEC大楼,该建筑内部布置大开口和大空间庭院,其巨型结构是由四根巨型结构柱和四个巨型的空间桁架梁组成的巨型空间桁架体系。经分析,这种体系具有极强的抗推刚度。另一例是德国法兰克福1997年建成的商业银行新大楼,63层、高298.74m,也是欧洲最高的一栋超高层建筑。该建筑平面为边长60m的等边三角形,其结构体系是以三角形顶点的三个独立框筒为“巨型柱”,通过八层楼高的钢框架为“巨型梁”连接而围成的巨型筒体系,具有极好的整体效应和抗推刚度,其中“巨响梁”产生了巨大的“螺旋箍”效应。第三例是日本拟建的动力智能大厦(DIB-200),高800m,地上200层,地下7层,总建筑面积150万m2,由12个巨型单元体组成。每个单元体是一个直径50m、高50层(200m)的框筒柱,1~100层设4个柱,101~150层设3个柱,151~200层设1个柱,每50层设置一道巨型梁。结构上设有主动控制系统,进一步削弱地震反应。香港汇丰银行也属于一巨型钢结构大厦,是诺尔曼。福尔特设计的。 4大跨度钢结构 大跨度或较大跨度大都采用钢结构,当然也有用“膜”完成的,但充气膜由于一些缺点近年来很少用,张力膜则也需要钢索和钢杆的支撑。 大跨度钢结构多用于多功能体育场馆,会议展览中心,博览馆,候机厅,飞机库等。最早跨度最大的平板网架是60年代美国洛衫矶加里福尼亚大学体育馆91m×122m(正放四角锥)。最大的双层网壳是70年代也是在美国建造的休斯敦宇宙穹顶(Astrodome,直径196m)及新奥尔良超级穹顶(Superdome,直径207m)。90年代在日本名古屋又兴建了当今世界上最大跨度的单层网壳,建筑直径229.6m,结构直径187.2m,采用三向网格,节点为能承受轴力和弯矩的刚性节点。世界上最大的室内体育馆是美国1996年奥运会的主体育馆棗亚特兰大体育馆(拟椭圆形平面,186m×235m),采用的是张拉整体体系的屋盖,主要由索、杆、膜组成,是当今最有发展前途的一种新型空间结构。1993年日本建成的福冈体育馆,直径222m,是当今最大的开合钢结构屋顶,而使1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶(Skydome,直径203m),降为世界第二跨度最大的开合结构。超过300m的屋盖结构全部使用钢板和型钢组成,并不是最优方案,近年来探究较为成功的是杂交(混合)结构,即杆、索、膜混合使用。最为典型的例子就是千禧之年世纪之交的千年穹顶(TheMilleniumDome),1997年6月开始拟建,仅用一年时间施工,1998年6月举行升顶仪式,该馆位于英国伦敦泰晤士河南岸格林尼治,是当今世界跨度最大的屋盖,穹顶酷像飞碟,直径320m.穹顶由12根包括10m支座在内的高100m桅杆塔柱(柱本身90m)通过总长度70km的钢缆绳悬挂起来的,桅杆塔柱布置在直径200m圆周上。穹顶网格由72根成对径向索和7根环向索做成。穹顶高50m,中间设有中心索桁架和70m直径环,上覆盖144块双层巨幅白色涂以特福隆(Teflon)的玻璃纤维布。工程总面积8万m2,总预算7.58亿英镑。馆内将以“标新立异时代”为主题举行展览会以迎接21世纪的到来。馆内设有“人体探秘”、“时光课堂”、“金融之窗”、“地球奇迹”、“展望未来”等12个展区。当然,从理论角度讲,跨度再大的结构也是有可能实现的,为此,日本、美国学者和探究单位都在进行探究。如1959年富勒曾提出建造一个直径3.22km的短程线网壳,覆盖纽约市第23-59号街区,网壳重8万t.日本巴组铁工所曾提出跨度200m、500m及1000m网壳蓝图,其中500m为全天候多功能体育娱乐活动厅,1000m为创造理想未来城市,体现工作、居住、娱乐一体化的丰富日常生活环境。虽然这种设想在现实当中能否实现还有待于深入探究,但在桥梁方面,1000m左右跨度已经实现,世界上跨度最大的斜拉索桥为日本的多多罗大桥全长为890m;最大的悬索桥为日本的名石大桥(1991m),公路铁路两用最大跨度桥为香港的青马大桥(悬索桥1377m)。世界最早的双曲抛物面悬索屋盖是闻名的美国雷里竞技馆。另外历届奥运会、博览会等都可以显示钢结构的发展水平。如1972年德国慕尼黑(覆盖7.48万m2体育场的索网建筑群),1976年加拿大蒙特利尔,1980年莫斯科,1984年美国洛杉矶,1988年韩国汉城(120m直径体操馆及93m直径击剑馆都是索穹顶),1992年西班牙巴塞罗那圣乔地体育馆(128m),1996年美国亚特兰大乔治亚穹顶(186m×235m索穹顶)。2000年澳大利亚悉尼主体育场(11万人,两个220m×70m的双曲抛物面网壳)。机场和机库都属于大跨度结构,在工程中基本上也都采用钢结构。如英国伦敦希思罗机库( 一、二期)应是规模比较大的工程。而我国近年来建成的首都机库(2-153m×90m)采用三层斜放四角锥网格、焊接球节点平板网架,其跨度规模之大,在国际上是数一数二的,这是我国在钢结构方面的又一大殊荣。机场的钢结构屋盖由于建筑上的要求比较高,更是绚丽多彩。香港机场、马来西亚机场都采用大面积单体网壳形式。目前,国际上以及我国都在流行一种波浪形曲面,树状支承以及直接交汇的相贯节点的立体桁架体系。看起来雄壮而美观。我国深圳机场、首都机场、上海浦东机场就是典型的例子。 5我国建筑钢结构的前景和差距 从美国、日本、欧洲一些发达国家的经验看,建筑业即将成为钢材应用的主要市场。而目前我国和之相比还有差距。因此我国的高层建筑钢材到目前为止还都从国外进口,非凡是大于50mm的厚钢板,国产产品的Z向性能尚达不到要求。国外不仅钢板厚度较大,而且可以满足各种性能要求。如日本已经能够生产的100mm的厚钢板,具有以下类型摘要: ①有高强度低预热型(以前预热75℃,现在预热50℃)的厚钢板590N/mm2级(HT590级); ②抗地震的厚钢板,主要有低屈服比高强度钢材(HT590~HT780级)和低屈服点钢板,这种钢材日本重点生产,用于次要结构上,当地震时这种材料先屈服,保证主要结构减少地震损失; ③防火厚钢板。有400N/mm2及490N/mm2,当其在600℃时屈服强度还能达到常温下的2/3; ④装饰用的奥氏体不锈钢板及铁素体不锈钢板(沿海用,优于前者)。 目前,国内高层钢结构钢材几乎都从国外进口,工程总承包由国外承担,制造和安装则由国内廉价劳动力承包,这种局面应从速扭转,因为这和我国产钢大国的地位很不相当。大跨度钢结构钢材不象高层钢结构那样突出,但设计方案(包括建筑和结构)经常国外中标,这种局面和中心强调建立我们自己的科技创新体系的号召相距甚远,应该引起我国建筑界的关注,是水平低还是其它原因,值得我们深思。 国外建筑论文:国外建筑节能面面观 自上个世纪70年代出现能源危机、环境恶化促使人们越来越重视节能和环保以来,建筑业也面临着如何改变传统观念,改进建筑技术,开发节能、环保新型建筑材料的问题。 首先,如何节能?节能体现在众多方面,它包括采用新型建筑材料以达到节能的目的,还包括在建筑材料生产加工以及运输等过程中节约能源。其次,如何环保?建筑材料对环境的影响不但体现在建筑材料的加工方面,而且还体现在原材料开采和废料处理过程中。 近30年来,世界各国在建筑设计和施工、新型建筑保温材料的开发和应用、建筑节能法规的规定和实施、建筑节能产品的认证和管理等方面做了很多工作,不但节省了大量能源,取得了可观的经济效益,同时改善了环境,降低了对大气臭氧层的破坏。 本文将介绍几个在建筑节能上做出突出贡献的国家,看看他们是怎样处理建筑与节能的关系。 美国建筑节能 美国是经济技术高度发达的国家,建筑业、钢铁工业和汽车工业长期被称为经济的“三大支柱”, 建筑业是美国经济的支柱之一,建筑耗能在美国能源消耗中也占重要比例。据统计,近年来美国住房每年消耗能源折合约3500亿美元。 美国的建筑有其独特性。美国人口即将突破3亿,人均住房面积近60平方米,居世界首位。美国一般家庭都拥有一栋3层以下,配套较为齐全、面积在160平方米以上的独立房屋。热水、暖气、空调设备齐全,供暖、空调全部是分户设置,电力、煤气、燃油等能源是家庭日常开销的一个主要部分。节能联系到家庭的支出,所以建筑节能是一个非常市场化的指标。 政府进行建筑节能的手段主要是制定行业和产品标准、开发和推荐能源新技术等。10余年间,美国共出台了10多个政策或计划来推动节能。2003年出台的《能源部能源战略计划》更是把“提高能源利用率”上升到“能源安全战略”的高度。 为鼓励使用节能设备和购买节能建筑,美国对新建节能建筑实施减税政策,凡在IECC标准基础上节能30%以上和50%以上的新建建筑,每套房可以分别减免税1000美元和2000美元;美国各州政府还根据当地的实际情况,分别制定了地方节能产品税收减免政策。 美国能源部提出“建筑技术计划”,对房屋建筑的供暖、供冷热源、输送渠道及实现方式都考虑比较完善。能源部还支持美国绿色建筑协会推行以节能为主旨的《绿色建筑评估体系》,目前是世界各国建筑环保评估标准中最完善、最有影响力的。美国环保局的“能源之星”计划,还对有利于节能的建筑材料授予“能源之星”标准。 就以建设一幢住宅为例,节能涉及了墙体的隔热层、门窗玻璃、屋顶与地下室的隔热性、通风空调管道的气密性和隔热性,以及热水器和热水管道的保温效率等。美国能源部“建筑技术计划”就从每个细节出发,详细解释了该如何才能做到节能,并推荐使用符合“能源之星”节能标准的建筑材料,在细节上做得非常完善。 此外,美国能源部下属的劳伦斯・伯克利研究所重点研究住宅节能技术,并和一些州政府合作建设“节能样板房”予以示范。比如能源部和佛罗里达州合作建设的“零能耗住宅”、“太阳能住宅”等,通过利用佛罗里达地区充足的太阳能和建筑节能措施,让住宅不再需要使用外来能源。有些州还用财政补贴的方式支持节能效率高的住宅建筑。 如果单从技术角度看,美国住宅的主要形式是2-3层的单体小楼,两层轻质纤维板中间夹上绝热材料就构成了墙体,施工也只要简单拼装,其技术含量并不高,需要解决的问题也不复杂,但是,美国在住房建筑节能方面做的不少工作,特别是政府机构做好服务工作,充分运用市场工具,让公众感受到节能对自身的好处,从而自己做出选择,这是许多国家可以借鉴的。 加拿大建筑节能 加拿大的建筑节能除了有一整套法律、法规予以保证外,在建筑设计和施工过程中还采用了一系列高新材料和技术。他们对不同层次的房屋采取了不同的节能技术。他们把新材料、新技术结合在一起,将高质量的混凝土、新型的保温材料进行有机的结合,使住房的环境得到改善。墙体一般采用阻燃性发泡聚苯乙烯、玻璃棉或岩棉等保温材料同其他墙体复合而成。加拿大的房屋大多数是木框架、填充墙的形式。这些木框架墙体中间都加有120~150mm左右厚的聚乙烯泡沫塑料,一、二层的住宅结构主要以木质蒙皮板和泡沫塑料夹层结合而成,其性能优异,且能有效地利用和节省各种资源。 在门窗的保温方面,加拿大做得非常严谨,窗多是双层的,也有三层的。根据业主的要求有的中间填充氩气,也有的在窗与边框之间装有双腔的橡皮密封条,其保温性能更佳。 德国建筑节能 德国能源匮乏,石油几乎100%进口,天然气80%进口。节约能源和保护环境是德国政府开发利用能源的一贯政策。 德国《能源节约法》(EnEV)于2002年2月生效,它取代了以往的《供暖保护法》和《供暖设备法》,制定了新建建筑的能耗新标准,规范了锅炉等供暖设备的节能技术指标和建筑材料的保暖性能等。按照新法规,建筑的允许能耗要比2002年前的能耗水平下降30%左右。 德国建筑保温节能技术新规范的一大特点,是从控制单项建筑维护结构(如外墙、外窗和屋顶)的最低保温隔热指标,转化为控制建筑物的实际能耗。建筑的总能耗包括供暖、通风和热水供应。德国新法规规定,新建建筑必须出具采暖需要能量、建筑能耗优秀值和建筑热损失计算结果,特别是建筑结构热损失计算结果。建筑能耗总量只有满足其对应的节能标准才被允许开工。 在新的法规中,建筑安装工作的质量也成为一个比以前重要的参数,建筑技术包括对建筑密封性的要求也在新的节能建筑法规中予以规范。消费者在购买住宅时,建筑开发商必须出具一份“能源消耗证明”。该证明清楚地列出了该住宅每年的能耗,提高了建筑的能耗透明度。自1995年开始,德国法律就要求新建筑必须说明其能耗状况。2002年以前只有供热系统的能耗被要求在能耗证明书中加以说明,随着新的建筑节能法规EnEV的实施,需要说明的主要能耗指标范围也随之扩大。 德国还有大批老建筑,没有采用新型保温技术措施,新法规鼓励企业和个人对老建筑进行现代化的节能技术改造,并实行强制报废措施。例如,新法规规定,2006年年底前,在1978年10月1日前安装的约200万个采暖锅炉必须报废,由新型节能锅炉取代。在政府的推动下,天然气和太阳能等清洁能源、可再生能源近年来在住宅供暖市场上得到越来越普遍的应用。 在法定技术规范的基础上,德国政府还推出了各项节能资助项目,以促进法规的落实和普及。2000年成立的德国能源局,主要工作包括房屋供暖和保温、节电装置和照明、太阳能发电、风能等可再生能源及电热耦合装置的应用。为方便公众,德国能源局开设了免费电话服务中心,解答人们在节能方面碰到的问题。德国联邦消费者中心联合会及其下属的各州分支机构也提供有关节能的信息和咨询服务。 比利时建筑节能 比利时的建筑业比较发达,在建筑节能方面也走得比较靠前。不少建筑公司建楼时,除了使用加厚外墙保温层、利用“断桥”式窗框、使用中间充惰性气体的中空玻璃等欧洲比较普及的技术外,在利用太阳能、采集雨水、中水循环等方面也做得很精心。 在布鲁塞尔的很多地方都有节能建筑,楼顶装了太阳能吸热板、雨水收集装置和冷热空气交换器。太阳能装置为楼里的住户提供免费热水,同时部分解决取暖问题。由于布鲁塞尔地区下雨较多,雨水回收容量很大,雨水收集装置可为大楼的消防喷淋设施与花草浇灌储水;冷热空气交换装置则可充分利用屋内的废弃热能加热吸进来的新鲜空气,为屋内不断补充温度适宜的新风;还有厚厚的墙体隔热装置等。在对大楼进行一番合理“装点”后,能耗降低了50%。 英国建筑节能 英国的建筑节能工作开始于石油危机的1976年。由于英国寒冷多雨,气候多变,其节能标准要求比较高。 英国政府历来十分重视建筑节能的设计工作,除制定最低节能标准外,还采取了税收杠杆政策限制用能,对新建项目进行设计节能审查及施工抽查,确保工程符合节能要求。与此同时,政府还提出统一的设备能耗分级标准,并拨款资助建筑节能咨询机构为设计、施工单位和业主提供咨询服务等一系列的政策和经济措施。 日本建筑节能 日本人从房子建造开始就充分考虑到墙壁、地板的隔热性能,怎样设计窗户的数量、大小和位置才能最大限度地利用自然光,如何使房屋通风良好等。日本人喜欢在院子里种一些植物,如果是种树,他们会选择落叶树,这样夏季枝叶繁茂可遮阴,冬季树叶落尽,阳光就可以登堂入室,植物发挥了天然空调的作用。 此外,日本家庭在有效利用排放的热量方面也各有绝招。比如,有的家庭自己用天然气发电,在此过程中排放的热量被用于加热暖气管内的循环水;一些家庭把洗澡的热水过滤后用水泵抽入洗衣机再利用等等。 本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。 国外建筑论文:浅谈国外对建筑管道中机会致病菌的研究 摘要:近年来,建筑给水管道中经常检出一类具有共同特征的机会致病菌,特别是在建筑热水系统中,随着集中热水供应系统在大型公共建筑和民用住宅中越来越广泛的应用,机会致病菌对人类健康产生的威胁不容忽视。这一问题已得到世界各国学者越来越的广泛关注并相继开展了相关研究,而目前我国这方面的研究较少。通过对国外相关领域研究的先进成果和最新进展综合分析与讨论,更全面的掌握建筑管道环境适宜机会致病菌存活繁殖的原因,重视此类问题产生的公共性影响,引起人们对建筑管道中新兴机会致病菌的重视,同时探讨抑制此类致病菌滋生的可行措施。 0 引言 生活饮用水水质安全与人类生命健康息息相关,经过水厂一系列水处理工艺后得到的生活饮用水,水质要求符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的相关规定,可以满足人们对饮用水的使用要求。然而,近年来在建筑管道中出现了一类机会致病菌,繁殖于建筑管道(特别是热水系统)中较难去除,以气溶胶为载体传播,会导致用水者在日常生活用水过程中感染患病。 长久以来,人们一直把大肠杆菌作为饮用水中主要的微生物风险的指示项进行消毒,但美国疾病预防控制中心(USCDC)2008年提出[1],相比从水处理厂中流出的传统粪便传播致病菌,建筑管道中生长和繁衍的微生物(特别是嗜肺军团菌)传播导致疾病爆发发病率更高。目前国外已有大量研究证实,很多由机会致病菌引起的感染与自来水有关。需要注意的是,这类致病菌的致死率正在逐年提高,仅嗜肺军团菌的致死率已从5%增长至80%[2,3],如果此类致病菌在建筑给水系统中爆发传播,后果将难以控制。 1 建筑管道机会致病菌简介 建筑管道中的机会致病菌(Opportunistic Premise Plumbing Pathogens,简称OPPPs)属于新兴的研究领域,国外对OPPPs的研究相对有限。因可参考的数据资料较少、缺少统一规范的检测方法、无OPPPs的致病限值、对OPPPs与建筑管道环境间关系没有全面了解等原因,使人们目前无法有效控制减少OPPPs。 1.1 OPPPs的种类 建筑管道机会致病菌是一类可通过水传播导致人体感染的致病菌,对建筑管道环境有良好的适应能力,能在建筑物内的管道系统中存活、繁殖。国外目前公认且研究较多的建筑管道机会致病菌包括嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)、鸟分枝杆菌(Mycobacterium avium)和其它非结核分枝杆菌(NTM),以及铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa又称绿脓杆菌),此外还有甲基杆菌属(Methylobacterium spp.)、鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumanii)、嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)和棘阿米巴属(Acanthamoeba spp.)等,未来可能发现更多新的OPPPs。 1.2 OPPPs的危害 老年人、儿童以及免疫缺陷人群是主要的易感人群(见表1),感染途径分为社区获得性感染和医院获得性感染。由于OPPPs的多重抗药性,一种菌属的致病菌株多样化,对不同抗生素敏感度的差异,患病后治疗难度较大,甚至会危及生命,现少有特异性的抗菌药物能治愈。 近期发表的一项研究表明美国军团菌的发病率约13,000例/年,非结核分枝杆菌在2004-2007年期间发病率16,000例/年[4]。在美国因感染造成的年度经济损失非常高,军团菌超过4.3亿美金/年,非结核分枝杆菌感染也已达4.25亿美金/年[4]。随着OPPPs疾病率的不断攀升和由此带来的巨额经济损失,国外非常重视对这类致病菌的研究。 2 国外对OPPPs的研究 2.1 OPPPs的共同特征 美国弗吉尼亚理工大学Joseph O. Falkinham,III教授等人,提出OPPPs能建筑管道环境中存活的共同特征[1,6,7],包括:抗消毒剂、易于附着管壁形成生物膜、存活并生长在有吞噬作用的、非寄生的阿米巴中、在低氧浓度下生长、在低水平有机碳浓度下生长的能力、耐高温和耐抗生素等。这些共同的特征使OPPPs能在有消毒剂、水流停滞低氧的管道环境中生长繁殖,大部分OPPPs在达到较高温度时才会出现生长抑制(例如,军团菌 46℃,分枝杆菌 53℃),这也是它们能够在建筑热水系统中繁殖活跃的原因之一。大多数机会致病菌是抗阿米巴微生物(amoebae-resisting microorganisms,简称ARM),它们能够存活在阿米巴体内,从而削弱了消毒剂产生的影响。 2.2 建筑管道环境对OPPPs的影响 建筑管道较高的比表面积、间歇性的水流停滞、较低浓度的剩余消毒剂和热循环等特征,促进了OPPPs在管道中繁殖生长[6,7]。建筑管道表面积与体积比数值较高,有助于生物膜的形成,而生物膜为OPPPs提供了栖息场所;间歇水流停滞,低消毒剂余量和热循环为OPPPs提供了适宜的生长环境。OPPPs在不同管材上的附着程度有明显的不同[8],鸟分枝杆菌在不锈钢上附着程度最高,在玻璃上附着程度最低,而铜管对嗜肺军团菌的繁殖有一定的抑制作用。综合OPPPs的共同特征以和建筑管道的特点可知,这些致病微生物以近乎理想的生存状态在建筑管道环境中滋生。 相比自来水系统,OPPPs在建筑热水系统中滋生的问题更加突出。热水系统中,饮用水加热后其水质发生了变化,如更适宜OPPPs生长的水温、水化学特性的改变、剩余消毒剂减少,热水系统热循环效果的差异、停滞的水流等等,使OPPPs更容易在热水系统中存活繁殖,在使用热水时(特别是淋浴过程中),因吸入含有OPPPs的气溶胶导致感染。 综合OPPPs的特征和建筑管道的特点可知,这些致病微生物以近乎理想的生存状态在给水管网和建筑管道环境中滋生。 2.3 OPPPs的存在状态 美国在约40%的住宅样本中鉴定出了可检出水平的嗜肺军团菌[9],调研的住宅和建筑物中淋浴喷头中70%的生物膜样本含有分枝杆菌属,而且其中30%含有鸟分枝杆菌[10]。国外的研究经表明[1],从住宅、公寓、医院和办公楼等房屋建筑管道中完全根除此类机会致病菌几乎是不可能的。 为了节约能源和资源再利用,实现可持续发展,绿色建筑中设置了绿色水系统。水在长距离的管道内停留时间过长,太阳能加热水温升高较慢或热量利用不充分,城市热网、热泵加热不能将水温加热至较高的温度[5],都增高了微生物生长繁殖的风险,给OPPPs提供了滋生的条件。 为了保证公共健康、减少细菌的传播,避免人们在用水过程中直接接触水龙头,电子感应式水龙头已普遍使用于公共场所中,但在电子感应式水龙头已有大量检出机会致病菌的情况(军团菌和铜绿假单胞菌),其滋生原因尚不明确,很可能是受较低的流速、适宜的温度和感应式水龙头中使用的构件材质(电磁阀与出水口之间的管段通常采用橡胶或聚氯乙烯)等因素的影响。 澳大利亚对一组使用不同消毒剂的市政管道进行全年监测对比[12],发现水中军团菌和分枝杆菌数量随管道距离的增加并无明显变化,但都在末端用水点处大量滋生。此外,家庭给水过滤装置对含氯消毒剂的去除,也为致病菌的滋生提供了更有利的生存环境。 2.4 OPPPs的检测 一般微生物检测可通过传统的实验室来培养,但一些OPPPs处于活的、不可培养(a viable, but nonculturable,简称VBNC)状态,例如铜绿假单胞菌和嗜肺军团菌。细胞在这种状态下是活的,但无法在培养基上形成菌落,最后导致检测结果出现偏差。目前的分子杂交技术多为定性结果,而q-PCR(定量聚合酶链反应)检测技术虽然能够定量检测,但无法鉴别细菌的死活,且检测成本较高。目前已出现军团菌的现场快速检测方法(巢式PCR和荧光PCR法等),但仍需进一步验证这一方法的可行性。 3 国外将OPPPs列入水质标准并制定研究计划 3.1 美国OPPPs研究计划 为了更全面有效地解决由OPPPs带来的健康威胁,降低公众感染的风险,美国水研究基金会(Water Research Foundation)多次组织专家学者进行讨论[5],于2012年5月了包含20项研究计划的征求意见建议书(RFPs)(表2),从微生物传染病学(EPI)、检测方法(METH)、微生物生态学(ECOL)、工程控制(ENG)四个重要领域展开研究。 美国推进这一计划需做大量实验,目前大多数研究仍处于起步阶段,因此,还有待深入的探索和研究。 3.2 已列入水质标准的OPPPs 世界卫生组织(WHO)和美国已把军团菌和分枝杆菌列入了《饮用水水质准则》和《国家饮用水水质标准》中,并把浊度作为微生物指标中的一项,见表3。 4 减少OPPPs的措施 研究表明,升高水温、保持一定剂量的剩余消毒剂、提高水中氧的含量、降低浊度等方法可有效减少水中OPPPs的数量。 4.1 高温消毒 高温消毒是一种不向水中添加其他物质的消毒方法,可通过提高循环热水温度、提高热水器出水温度、降低热水输送时间达到目的,一般需要将水温升高至60-70℃(军团菌生长抑制温度 46℃,分枝杆菌 53℃),但同时存在烫伤和能源浪费问题,国外因沐浴烫伤致死的案例也有发生,特别是儿童和老年人;同时如果将温度升高至60℃以上,会因快速结垢和腐蚀损害管道系统。高温灭菌后系统可能会出现OPPPs再次增殖,因高温杀菌后的细菌死体可能会为再次生长提供营养物质。因此,特别是在医院、幼儿园和养老院等特殊场所应采取防烫伤措施,严格控制出水温度。 4.2 消毒剂消毒 水厂水处理主要是针对大肠杆菌等致病微生物进行消毒处理,经过水厂消毒处理后这些致病菌已经低于标准限值。OPPPs耐消毒剂,提高消毒剂浓度可能会杀灭其他与之竞争关系的微生物,提供更理想的生存环境,产生消毒剂副产物并存在水的嗅味问题;UV消毒有可能会导致微生物突变,OPPPs能够存活于阿米巴中,削弱了消毒作用。更重要的是,OPPPs滋生在市政给水管网和建筑给水管道中,并随着管道距离的增加而增殖(特别是在末端用水点处),因此应在建筑管道中保持一定剂量的剩余消毒剂,对OPPPs的滋生起到抑制作用。 4.3 提高水中含氧量溶解氧并降低浊度 一些OPPPs在低浓度溶解氧条件下生长速率高,在水中氧浓度较高时生长反而受到抑制,因此适当提高水中氧浓度很有必要。浊度是影响OPPPs的另一项重要因素,OPPPs易附着生成生物膜,如[6]降低浊度可有效减少鸟分枝杆菌的数量。 4.4 其他措施 在改善水中理化条件的同时,还应结合其他有效方法共同实施。如[1]冲刷管道减少管壁上附着的生物膜;拆除水龙头上的节水充气装置,减少致病菌与空气的接触;更换不易产生气溶胶的淋浴花洒,对淋浴花洒进行定期更换或清洗消毒(包括带有软管的手提式淋浴喷头),在水龙头和淋浴花洒上安装微生物过滤器。在工程设计过程中,应不断优化管道系统设,增强热水循环效果,减少布置不合理的滞水或死水区,在管道末端采取环路安装措施,以增强热水系统的循环效果,同时优化管材的选择,选择不易生成生物膜的管材等;并在医院等存在高危感染风险的公共场所使用肘式水龙头;加强给水系统的日常监管,定期进行水质监测,发现异常及时进行处理。 以上方法各有优缺点,单一的措施很难有效的抑制水中OPPPs的增殖。应综合建筑的特点、管道的条件以及用户的用水规律、物业管理维护水平等条件,建立危害分析的临界控制点(Hazard Analysis Critical Control Point,简称HACCP),对管道系统的关键节点进行监控,通过多种措施有效减少OPPPs。 5 结语 近年来,在我国建筑内的给水末端已多次检测出这类机会致病菌,但并未引起足够重视。随着我国人口老龄化加速和人群免疫力普遍下降的现状,饮用水水质微生物安全问题亟待解决。目前研究还存在许多研究盲区和不足之处,例如与OPPPs关联的水质指标研究不全面(如溶解氧、TOC和水中的氢等),感染患病资料的缺乏及不断出现新兴的致病菌,控制OPPPs手段的局限等等。这些问题带来的挑战,有待进一步深入探索。因此,有必要大力开展OPPPs研究,给百姓带来安全和健康的生活用水环境。 国外建筑论文:我国与国外古建筑群研究保护比较浅析 [摘要]古建筑群是我国历史文物中的重要组成部分,作为不可移动文物,具有丰富的历史价值,对其进行妥善保护刻不容缓。本文阐述了中国古建筑群的保护现状、原则、理论和现行机制,国外古建筑群的保护原则和方式方法,通过对比分析,以期为我国古建筑保护工作提供借鉴。 [关键词]古建筑群;建筑史;古建筑保护 一、研究背景、定义和价值 (一)研究背景 中国的古建筑群,不但具有悠久的历史,而且以其独特的中式风格和丰富的历史信息,在世界建筑史上占有重要地位,有着极高的艺术成就和学术价值。中国古建筑群和其他一切历史文物一样,其价值在于它的历史遗留性,不可能再生产再建造性,一经损毁就无法挽回。因此,保护我国的古建筑群已成为刻不容缓的大事。 (二)古建筑群定义 狭义的古建筑群定义仅指古建筑群现存的本体。但随着我国对古建筑群不断深入的研究和了解,广义的古建筑群不仅涵盖了古建筑群本身,还延伸到古建筑的内部装潢、周边环境和考古环境。 (三)古建筑群的价值 其一,历史价值。古建筑群的存在是让当代的人们可以更好地去感受人类生活的历史痕迹。作为不可移动文物,古建筑群是历史最好的证明,在某种程度上还可以补充历史、修正历史,甚至自身就是一部实物历史。对于研究建筑史的学者而言,古建筑群就是直接的实物历史例证。因为每一座古建筑群都是在当时特有的历史条件下产生的,所反映的就是其所在时代的社会生产、生活方式以及科学技术水平、工匠工艺技巧、艺术审美风格、风俗习惯等。因此,中国的古建筑群就是中国建筑史最好的例证。 其二,科学价值。古建筑群同其他物质文化遗产一样,是社会不同的发展阶段遗存下的实物例证。因此,从对古建筑群的研究中也能看出同一时期其他的科学工艺发展情况和工匠艺人所达到的水平。我国许多的古建筑群本体中就蕴含着当时匠人传承下的科技成果。至今,于我们还有着重大的研究价值。例如位于山西省朔州市应县城西北佛宫寺内的释迦塔,全称为佛宫寺释迦塔,俗称为应县木塔,始建于辽清宁二年(1056),至金明昌六年(1195)增建修缮完毕,是中国目前现存最高和最古的一座纯木构塔式结构建筑。应县木塔塔高为67.31米,底层直径为30.27米,横剖面呈平面八角形,全塔共耗红松3000多立方米,重量约2600多吨。通塔为纯木结构无铆无钉,塔内至今供奉着两颗释迦牟尼佛牙舍利子。该塔与意大利比萨斜塔、巴黎埃菲尔铁塔并称“世界三大奇塔”,同时也反映了辽代的数学、工程力学、物理学等学科的发展高度。 其三,艺术价值。中国的古建筑群在艺术和技术上都达到了极高的水平,在世界建筑史上有着极其辉煌而璀璨的成就。它们是古代人民劳动智慧的结晶,展现了极高审美标准和工艺水平。中国的古建筑群在地势布局、用工材料、施工流程、室内装潢等方面,都蕴含着几千年来无数工匠们在长期实践中代代相传的工匠精神。 二、我国古建筑群保护的现状及进展 我国目前正处于独特的发展转型时期,虽然,存有大量的各时期和富有地方特色的古建筑群,但是对古建筑群的保护还未形成完善的理念和体系,处于萌芽发展状态。 在古建筑群保护工作中,一个相当关键的问题就在于维持修缮保护的资金机制。从当前情况来看,我国的古建筑群保护的每一项保护资金都是来自于国家财政以及各级省市政府的财政拨款。此外,有部分地方政府为了能够让政府的财政压力得以缓解,将古建筑群作为旅游景区,以此来收取门票获得收入,并通过旅游收入的资金来为古建筑群的日常保养提供资金支持。 部分纳入国家文物保护名单内的古建筑群能得到国家的财政拨款。这一类古建筑群的保护资金需要以各级省市的经济情况作为依据,例如西安、苏州、杭州、北京这些经济较为发达并且古建筑群也较多的地区,政府每年设有专项的财政资金进行修缮保护;而一些经济欠发达地区对古建筑群保护的重视程度就较低,可用于古建筑群修缮保护的资金也较少。还有部分现在还没有纳入国家文物保护单位名单的古建筑群,则不能够得到国家财政的支持。 从行政上来看,在全国各市基本都设立有相对应的古建筑群保护单位,专门负责对本市范围之内的古建筑群保护。同时,文物古建单位还会受到省级文物古建保护部门的领导与管辖,各省级文物古建保护单位对本省内的全部古建筑群负责。 三、国外古建筑群保护经验 (一)合理有效的保护资金机制 古建筑群的保护及其修缮维护需要有大量持续性的资金作为支持。因此,在资金投入的体制上需要设置起一个时间较长、具有可持续性的维持机制。在西方很多发达国家,不仅依靠政府的财政拨款来维持古建筑群的日常保养工作,还依赖于社会资金的广泛参与。 法国的大部分古建筑群由家族传承并可进行买卖交易。因此,古建筑群的保护资金主要来源于古建筑群的拥有者自筹和政府拨款,其中六成来源于古建筑群的拥有者,四成来源于国家政府; 德国的古建筑群保护资金主要源于德意志联邦政府、各区的州政府和社区。德意志联邦政府除了对国家保护的古建筑群进行财政拨款外,还利用财政手段,如税费减免等方式来鼓励企业和个人积极参与到古建筑群保护的行列中,各区州政府利用等事业资金维护古建筑群的日常保养。 而在英国,国家财政拨款是古建筑群修缮保护资金的主要来源。除此之外,非政府组织NGO的团体慈善以及个人捐助也是资金的重要来源。 (二)完整悠久的保护思想体系 在罗马帝国的利奥王朝时期,罗马皇帝利奥一世胡约安里安就曾专门下过一道命令,要求对古罗马城进行保护。在这道命令之中还指出了古罗马的这些建筑物都是给公众所使用的,并且指出了这些建筑物是为了让公众拥有娱乐的场所所建造出来的。在此100年之后,1462年时,教皇二世也下令不准任何人对古建筑群遗址进行破坏,并提出了惩罚措施。从此之后意大利逐步形成了系统性的城市古建筑群保护历程。 由此可见,意大利的古建筑群保护精神具有深厚的历史背景。在意大利,有着运行机制各异、种类丰富的古建筑群保护机构,从最初的单一制政府全权保护模式到各类机构交错保护模式,也是经过了谨慎的研究和反复的实践才得以建立保护机制的。具体而言,在意大利主要是由中央政府的文化遗产部负责对古建筑群修缮保护机构的管理,并在各个市设立了相对应的下级保护机构,市政府所设立的相关保护部门所负责的就是全市范围中的古建筑群的管理与日常保养。 德国的古建筑群根据其所在地和种类保护分别由三类部门分别管理。较大型的城市,在本市设立相应的古建保护部门,负责对本市的古建筑群保护管理;较小型的城市,则是城市所在地的州政府所设立的文物古建保护部门负责对州之内的古建筑群进行统一管理;此外,分散于各地的城堡以及教堂则是有专门的古建保护部门负责进行管理。同时,租用古建筑群的单位及个人本着“谁租用谁保护”的原则对古建筑群负有相应的责任和义务。最后,政府还会聘请不附属于任何机构以及组织部门的专家团队,专门针对古建筑群向相关的保护部门提出各种专业的保养与修缮建议。 在法国,所有的古建筑群通过分级制进行保护:第一级为国家文物保护古建筑,约有6万余处;第二级为地区文物保护古建筑,约有2.4万余处。不同级别的古建筑群对应着不同级别的保护管理办法。 英国的古建筑群保护不是按照行政区进行划分管理的,而是从古建筑群的保护级别以及具体的需求出发进行划分的,主要分为遗址古迹、在册建筑、保护区与历史古城几个领域。 在英国,遗址古迹与我国的全国重点文物保护单位大致相当,然而英国的古建筑群遗址通常不会再成为单位的办公场所。遗址古迹的保护及其日常保养由文化传媒部门负责,对于可能影响到遗址古迹的活动均需专门向该部门报告,通过审批方可进行。仅英格兰一区,遗址古迹就有2万余处。 英国的在册建筑则是因为这些建筑有着相当特殊的历史价值与历史信息而被列入保护名单中。实际上,在册建筑因为情势变迁,经过非常严谨的审批手续,是可以被调整的。仅英格兰地区就有在册建筑37万余处。其中,根据其历史价值又分为三种保护等级,分别对应着不同的保护管理方法。 第一级为具有特殊历史意义和重大历史价值的古建筑群。此类古建筑群数量极其稀缺,约占册2.5%,是在任何情况下都禁止变更的。 第二级是为指具有重要历史意义的古建筑群。此类古建筑群数量稀缺,约占册5.5%,非遇特殊情况不得拆毁。 第三级为具有历史意义值得保护的古建筑群。此类古建筑群数量庞大,约占册92%,可通过灵活多变的形式进行保护。 当前,仅在英格兰地区就有9000多个保护区。但是在英国的古建筑群保护系统中,对于历史古城这个概念并不是很强调,所以在英格兰地区只有约克、巴斯、切斯特、契切斯特四座历史古城。 (三)科学严谨的保护理念 1964年,从事历史文物建筑工作的建筑师和技术员国际会议第二次会议产生的《威尼斯宪章》,全称为《保护文物建筑及历史地段的国际宪章》,奠定了古建筑群保护的基本理论,肯定了历史文物建筑的重要价值和作用,将历史文物建筑视为人类的共同遗产和宝贵的历史见证。《威尼斯宪章》具体分成六个部分,分别是定义、宗旨、保护、修复、发掘、出版。 国外建筑论文:建筑施工企业国外项目设备配置与现场管理探讨 【摘 要】伴随着近年来日趋激烈的国内建筑市场竞争,许多建筑施工企业施工盈利水平越来越低,经营难度越来越大,纷纷进军海外建筑市场。为实现工程项目的效益最大化,要求项目部要全面进行精细化核算,降低工程成本,施工设备管理是其中一项重点工作。本文将在总结亚洲和非洲施工经验的基础上,结合海外的施工环境及其特点,就如何进行设备合理配置和加强施工设备的使用管理,充分发挥设备资产的效能进行探讨。 【关键词】建筑施工;设备配置;现场管理;配件管理 目前,越来越多的中国建筑施工企业走出国门,进军海外市场,以期获得更多更大的生存空间。但大多数企业能够进入的市场是基础设施比较薄弱、工业相对落后、资源匮乏的欠发达地区,比如亚洲、非洲的某些国家,这些国家的自然条件、宗教、政治环境和文化背景都与我国有很大差别,如何因地制宜地从实际出发,合理利用当地资源,创造更大的经济效益是每个海外施工企业必须研究的课题。在工程施工的全过程中,有很多部门的工作影响着项目的工期和效益,其中机械设备的配置和管理工作就是不可忽视的一个方面。 工程项目启动以后,很快就面临一个重要的问题,那就是机械设备的配置与管理,这些对将来施工工期和经济效益都会有非常大的影响,更为重要的是如果在这个过程中由于工作组织不合理、考察论证不细产生的失误,大部分是无法弥补和挽回的。因而此项工作对于对海外工程项目的成败起着至关重要的作用,应该予以高度重视。笔者根据近年在肯尼亚、阿尔及利亚、沙特、南苏丹等国家的设备管理实践和工作体会,谈一下个人对设备配置和管理方面的看法,与同行们商榷。 一、如何做好国外项目的设备配置 工程项目准备阶段开始,项目部所有人员一定要对项目所在国家的政治、经济、文化、风俗习惯、自然环境、宗教等做全面的了解,还要认真研究工程合同中有关设备的强制条款,并对当地设备供应市场的成熟程度、配件供应市场及设备租赁市场做实地深入调查,在充分考虑工期、安全等前提下,做出综合判断及经济分析比较,制定出详细的设备配置清单,着重要标明设备的来源是国内购买还是当地采购,新购买、现有设备调剂还是当地租用等事项。根据工期和工序安排,明确各种设备的进场时间。 施工项目在选择设备时,要做到技术性能先进,安全可靠,设备状况稳定,经济合理,能满足施工工艺要求。设备配置工作应该按照“满足要求、经济合理、数量充盈、易于维护”的总原则进行,尽量有一点富余储备。在海外施工与国内组织不同,国内的材料、设备、劳动力市场都已经十分成熟,甚至一个电话即可随叫随到。而国外市场尤其是非洲某些国家的市场,大部分是卖方市场,社会资源不丰富甚至是贫乏,设备租赁市场不发达,租赁价格昂贵,合同履约意识淡薄,若事先考虑不足将会对施工带来很多的困难,影响工期和施工进度,从而加大生产成本,影响项目的最终效益。 设备在国内采购时尽量采用公开招标的形式,一般海外工程项目对设备的需求量较大、资金相对充裕,对生产厂家来讲是打开海外市场、创造销售业绩的好时机,因此对于需方有较大的价格谈判空间,可以大大降低设备的采购成本。商务谈判时,设备的技术培训和售后服务是一个重要环节,合同中要对双方的义务有明确详细的划分,关键设备需要厂家配备技术人员派驻现场指导安装、调试和试运时,要明确对技术人员的技术等级要求。按照常规做法,设备购置费一般是分期付款,除了订金以外,集港后付一部分,最好预留一部分质保金。 不管是国内购买还是当地采购的设备,一定要选择高可靠性、维修方便、适应当地独特的气候条件、配件供应有保证的品牌。尽量选用同一厂家或者配件通用性高的产品,即使不是同一厂家的设备,其主要部件如发动机、变速箱、轮胎和主要电气元件等应尽量考虑可互换性,为将来的配件储备和维修保养提供方便。 对设备配置做经济比较分析时,设备的国内采购成本除了设备合同价以外,还要将设备运抵施工现场所发生的包括厂家至港口运输费、装卸费、仓储费、关税、报关费、海运和保费以及到港后的清关费、运抵现场的运费等各项费用计算在内。值得注意的是从国内采购工程运输车辆类机械时,要事先弄清施工所在国家当地车辆的方向盘是左置还是右置,有针对性地进行选择,否则会有很多隐患。 二、如何做好国外项目设备的现场管理 项目运行的过程中,如何最大限度地发挥设备的效能,有效地提高设备完好率和利用率,是事关项目顺利与否的首要因素,因此设备的现场管理是项目日常管理工作中的重要一环。为解决设备使用过程中的矛盾,项目要由一个专职的副经理负责协调,设立专职设备管理员具体负责日常工作。有人说,企业的领导对设备管理的认识水平有多高,设备管理的水平就有多高,这话也是有一定的道理的,因此项目领导要对此项工作给予高度重视。设备操作人员必须持证上岗,大型重点或者关键生产设备尽量安排国内工人操作,数量比较多、对操作技能要求不是很高的设备可雇佣当地工人操作,但必须由项目员工负责现场管理。坚决杜绝“双无”现象,即无证上岗或有证无培训上岗。 设备投产前,必须进行试运和磨合,做好相关记录,作为设备档案的一部分妥善保存。有些机械管理人员由于国外的手册是英文或者法文的,没有仔细阅读新购设备的用户手册,就想当然地凭经验安装和试运,对设备造成潜在的危害,这是要不得的。投入使用后,要安排专人定期对设备进行巡回检查,根据运转时间按计划进行例行保养,要制定和完善相关制度,强调班前班后的检查和保养,奖勤罚懒。 在国际承包项目中,一般要配备经验丰富的机械修理师负责设备维修管理,需要配合的机修人员可以在当地雇佣,合格的维修人员是做好设备管理的前提。项目部要有完善严格的设备管理规定并认真地履行,这是做好设备管理工作的保证。在制定相关制度时,应充分考虑实际可行性和易操作性,管理流程应该简明流畅,避免产生管理真空地带,同时要与生产施工管理组织结构相吻合。把机械设备的使用管理的责任落实到具体人员的身上,也就是把人与机的关系相对固定下来,有了使用管理制度,就能增强操作人员爱护机械的责任心,调动他们的积极性,有利于操作人员熟悉机械设备特性,熟练掌握技术,合理使用机械设备。 设备的使用应具备适宜的工作条件,如道路、工作面布置、装卸位置、动力供应、照明设施等,这些均应经过周密布置和安排。实际操作中实行机长负责制是比较可行的经验做法,所有设备人员要保持相对稳定。新设备从试运转开始,就要必须将技术文件、构造性能和安全操作规程向有关人员进行交底,同时全过程中要不间断地加强操作人员的技能、职责和安全教育培训。 机械设备的正常运行是离不开维护和保养的。保养工作要紧紧抓住清洁、紧固、润滑、调整、防腐的十字作业方针,对于关键设备要实行特级维护,管、用、修三结合,加强设备状态监测,对使用频率高、易损坏、出故障的设备,应加强跟踪诊断,由事后修理转为事前的视情修理,做好设备故障预测,及时发现问题,及早采取措施,提前检修,以确保设备的使用完好和正常运行。 三、如何做好国外项目的设备配件管理 海外施工过程中,设备配件必须有一定的储备,购买设备的同时,还须考虑到施工地特殊的地理气候等因素给设备带来的影响,应要求供应商根据施工地的特殊性提供工期内设备正常使用所需要的易损件、常用件有针对性的建议清单,一并采购。比如在非州国家施工,大多数国家气温都非常高,塑料材料、橡胶密封件和轮胎等老化比较快;电机等容易因高温过热烧坏;当地劳工操作技能不高,离合器、变速箱、底盘等损坏情况比较多;有些地区有沙尘天气,各种滤芯寿命缩短;在潮湿多雨的地区,设备电器对防潮有较高的要求,做好设备防腐工作也会有效提高使用寿命等等。因此设备的配件要有充足的储备,保证在工期内设备的需求。满足技术要求的前提下,在当地有销售网点和服务站的设备厂家应该优先选用。 设备配件的采购要有前瞻性,特别是三滤和易损件要有一定的富余量。根据有可能出现的故障,提前考虑,要给国内后勤保障部门留出足够的采购和运输的时间,而且计划中要标明设备名称、生产厂家、零件图号等,这样才能保证现场的使用。配件要分门别类的摆放,标示要清楚,定期进行盘点库存,加强配件的管理也是降本增效的有效途径。 国际承包工程中,设备管理水平直接影响或者决定项目的经济效益,只有扎扎实实地做好设备配置、使用、维护、修理和配件管理等全过程的管理工作,才能充分发挥设备的最大效能,进而通过设备为国外施工项目创造出更大的效益。 国外建筑论文:国外建筑质量监督管理做法之思考 【摘要】近几年,我国国民经济快速发展,建筑项目数量不断增加的同时,其规模也在不断扩张。在此背景下,建筑工程质量问题必将牵涉到更多的方面,受到越来越多的人关注。本文在对国外几个建筑质量监督比较严格的国家的做法进行分析的基础上,总结了它们的可取之处,希望为我国建筑质量监督管理提供一定的借鉴。 【关键词】 建筑质量;监督;管理;启示 近几年,不断爆发的建筑质量问题越来越多地受到了人们的关注,建筑质量出问题,不但会导致投资方和建设方直接受到经济损失,严重的还会给本地居民的生命和财产安全带来损害。所以,在建筑过程中,必须严抓建筑工程质量关,这是一件和国民生命财产安全息息相关的大事。[ ]审视国外几个国家在建筑质量监督管理方面的做法,它们为各自的建筑质量监督管理作出了不少的努力,为它们各自的建筑质量提供了极大的保障。这些对我国建筑质量监督保障都是非常有益的。所以,我国想要提高建筑质量监督管理的强度,为我国的建筑质量提供最后一道安全屏障,应该积极地吸纳这些国家的精华之处。 一、德国,设置专业的检验机构 德国对新建工程的质量检验是由专人、专业的机构负责的。德国培养有专业的检验工程师,他们接受各州政府建筑主管单位的托付,对刚刚建设完成的工程和建筑结构有极大改变工程的质量负责检验。德国的检验工程师要求是非常严格的,他们必须获得专业的工程师资质,顺利通过各州自行组织的严格的考核。同时,他们还需要有十年以上的同岗位或者相似的工作经验,从事过专业的工程承包,年龄在35岁之上。这些条件是缺一不可的。目前,整个德国取得检验工程师资格的只有700多人,人数是非常稀少的。[ ]此外,除了专门的检验人员之外,德国还专门设置了检验和监管机构。这些机构包含建筑监管联合会和坚定技术组织,其中包含为数不少的专家。此一机构除了可以承担建筑技术检验之外,还能够进行设备和技术方面的检验。检验坚定工作人员之间的关系并不是上下级关系,而是伙伴关系,他们要根据本地的法律条文检验建筑是不是符合保暖和除噪方面的要求。 无论是检验人员还是监督机构,他们的地位都是独立的,他们不附属于业主和承包房任何一方,这是意义重大的。对于业主来说,他们可以给出比较中肯的质量鉴定,业主可以少承担因为建筑质量问题而带来的损害。对于房地产商,这些独立检验人和监督机构给出的检验合格证明可以为他们交付房屋提供凭证。而对于工程承包房,这些人员和机构给出的检验证明,一方面可以证明他们的建筑质量,另一方面可以适当房屋质量不高而带来的更多损失。 二、法国:与时俱进的专业法规 法国在很早之前就推出了《建筑法》,对法国的建筑质量监督管理提供法律依据。当前,经过几十年的发展,法国的这部法律几经修改,紧跟法国局势的变化。当前,这部法律规定已经相对完善,开发商已经很难有法律漏洞可以钻。比如,法国《建筑法》中有这样的条款,房屋主人或者建筑方必须在对房屋的结构做出重大改变或者是房屋建设之前,必须把房屋的相关信息递交给本地房屋管辖事务处申请开工证。专业人员支出,此办事处是法国房屋质量管理的第一个关口,在一定程度上决定了建筑的合理性和合法性。此外,《建筑法》中还有这样的条文,规划部门在回复申请的时候,必须首先确定好工程周边的军队、医院、学校等各种公共部门的具体位置。这样,就可以尽可能减少不科学建筑的出现。同时,这些建筑的审批时间也是长短不一的,比如一般的居民住宅需要2―4个月的审批,而工厂性质的建筑,则需要半年的公示时间。此外,建筑工程审批完成之后,其建筑施工就必须严格按照图纸规定进行施工,假如施工方擅自修改施工图纸,不按照原有施工图纸施工,施工方将受到最少2.3万欧元的罚款。[ ] 此外,法国的《建筑法》中还有这样的规定:城市规划部门在审批建筑申请材料的时候,除了自身对建筑资料的审批之外,还要在申请建筑的位置进行明示,用告示牌之类的标志标明建设的方位和内容,接受群众的监督。在进行审核的周期内,建筑范围内的居民可以向有关部门提出自己的建议,甚至有权要求建筑方停止本次工程的施工。这样一来,有了来自政府和民众两方面的监督,法律基本上就不会存在不合理建筑。在建筑建好之后,就不会因为设计不合理而频繁出现拆拆建建的情况,工程建好之后,通常都会有较长的使用年限。 三、英国:强调建筑保温 英国天然气公司做过这样一份调查,调查结果显示,英国在五个世纪之前建好的建筑其保温性和现代建筑比较起来,仍占据比较明显的优势。五个世纪前,英国建筑墙体每小时流失的暖空气为10个平方米,而近期建造的仿建筑,其此数值则上升到15.1个立方米。这也就意味着,英国近期的建筑消耗的能源增加,和汽车消耗排放的二氧化碳总量比较起来,英国每户住宅排放出来的二氧化碳的总量比一辆汽车排放的二氧化碳的总量还要多。英国政府宣称,每年为了处理房屋排放出来的这些二氧化碳需要支付50亿英镑的费用。这是一笔极大的浪费。为此,英国政府提出声明,建筑方在交房的时候,必须提交一份专门声明,确保房屋的气密性符合一定的标准。 四、对我国的启示 对上面的德国、法国和英国三个国家的建筑质量管理做法进行分析不难发现,他们在质量监督管理方面都有着各自的优势:德国的严密的监督制度,大大减少了因为建筑质量问题给建筑各权益方和人民群众带来的人身和财产安全带来的损害。法国与时俱进的法律法规体系,大大降低了不合理建筑出现的几率,避免投资方和建筑方遭受过多的无妄损失。而英国在能源方面的重视,使用节能的方式来降低房屋建设成本和维护成本,这些经验都是比较宝贵的。 我国在建筑质量监督管理过程中,还存在着不少的问题导致我国的建筑损失不断增加。比如建筑之前位置设计不合理,导致我国频繁出现刚建好就拆的现象,这无论对国家还是建筑方来说,都是一个不小的损失。此外,在新兴材料的选用方面,由于各种原因的影响,我国建筑工程中使用各种新型节能环保材料的项目并不是很多。从长远的眼光来看,这些都将需要一步步的慢慢改进。 为此,我国必须积极吸收外国建筑质量监督管理过程中的优秀经验,博采众家之长,加大对建筑工程申请的审核力度,多听取当地居民的意见和建议,综合考察建筑地原有配套设置的相关情况,避免不合理建筑的出现。同时,积极采用新能源、新材料,增加节能建筑的占有率,多建设绿色能源建筑,减少建筑对不可再生资源的浪费,以及对环境造成的污染。减少建筑污染的存在,不但能改善环境的质量,也能尽可能增加建筑对资源的利用率。加大对建筑工程的验收审查力度,避免不合格工程的入市,在建筑入市前给居民提供最后一道保障,减少居民生命财产的建筑安全隐患。此外,为建筑质量监督审核提供严格的法律依据,增加对违法现象的审查和惩罚力度,引起建筑各方的警示。 国外建筑论文:参考国外建筑施工管理先进经验的对比和启示 摘 要:建筑施工管理是建筑行业公司日常工作的优秀组成部分。建筑施工管理是一项综合性的管理工作,包括工程监理、资本预算和施工进度安排等内容。纵观国内建筑施工管理工作现状,我们会发现始终存在这样或那样的问题与不足。对此,本文在分析现状的基础上,希望能总结国外同行有用的经验,为进一步推动我国建筑施工管理工作的进展做出贡献。 关键词:建设工程;国外经验;监督管理 一、国外欧美发达国家建筑施工管理的先进经验与具体做法分析 1、国外的建筑施工管理非常重视工程担保工作 在欧美发达国家,由法律规定明确所有参与当地建筑施工及其管理的有关企业,都必须经由担保公司设立专项担保基金,然后将这笔钱打入工程施工的专项账户以保证不被其他人挪用。同时,施工单位所在开户银行在工程开工前还必须为这家公司出具资产审查报告,以保证公司的财力雄厚。同时,施工单位开工后还有与保险公司签约,让保险公司对建筑施工过程中可能发生的各种经济纠纷、生产事故等承担可能发生的经济损失。这样一来,欧美发达国家通过将银行、保险公司、担保公司等金融产业链上的各单位与施工企业进行捆绑,在最大程度上降低了施工建筑风险发生的可能性,为建筑施工管理工作的正常开展提供了强有力的基础与支持,以确保施工工作不会受到外界因素,尤其是经济因素的影响,更杜绝了类似于我国经常看到的农民工跳楼讨薪等现象的发生。 2、国外普遍实施建筑施工管理准入体系 我国房地产市场发展这么多年来,房产建筑质量问题广受社会大众的诟病。而欧美发达国家的房地产建筑质量始终秉持高标准、严要求的原则,其本质区别是在于他们普遍对承建商实施全面施工管理体系。首先,欧美国家对于参与承建的建筑商的资质提出了很高的要求,一般而言要具体考察承建商的公司建筑情况、注册资本数量、企业银行信用记录、企业历史项目承接情况以及其他同行对这家公司的评价。这样一来,就能有效的建立承包者的准入门槛,进而减少行业可能出现的乱象,规范施工管理过程参与者的行为。 3、国外普遍强化政府部门的建筑施工管理监控职能 政府部门是社会行为和规范的制定者、监督者和执行者。欧美发达国家的建筑主管部门普遍都在市场化运营的大框架下,成立了管理监督机构。同时随着科学技术的发展,信息化为提高政府管理效率和透明度、更好地服务于建筑业提供了重要手段。全球化交通的形成、全球性市场的开拓和全球信息的沟通,加速了建筑市场的国际化,发达国家积极促进建筑行业信息化的进程,尽最大可能为本国建筑行业各个层次提供国际、国内必要的信息网络服务,努力通过政府管理信息化来提高政府管理的效率和透明度,进而带动和促进建筑管理行业的信息化的进程,有效提高管理的效率 4、国外利用教育培训提升施工管理人员素质 建设工程质量监督管理是建筑行业公司在日常经营过程中的一个重要分支,也是建筑现场管理的优秀组成部分。建设工程质量监督管理是一个综合性的管理工作,包括工程监理、资本预算和施工进度安排等内容。以上内容涉及面广泛,还经常涉及到建筑、力学、机械工程、施工管理、财务预算等多学科的交叉内容,因此对从业人员的知识体系和综合素质提出了非常高的要求。基于以上原因,国外建筑施工企业非常重视对施工人员的专业知识培训,强制人员在一年内要参加数次的讲座与培训会,并组织后续的考试,没有通过考核的人员不能颁发相关证书,甚至可能被取消从业资格。 二、对做好我国建筑施工管理的对策和建议 1、完善建筑施工预算管理体制 俗话说的好,凡事预则立不预则废,一个完善的建筑施工管理过程要建筑预算管理机制的配合。建筑施工的预算工作不仅需要确保全面性,将所有与预算相关的活动,统统纳入管理机制中,还需要对预算的编制和执行过程进行全面监督管理,利用现代建筑信息管理手段,确保预算编制的顺利执行。建筑预算管理工作是一项十分重要的管理工作,必须通过一定的创新措施才能够管理好这项工作,因此可以在管理体制中加入一些奖励和惩罚制度,对于员工在建筑预算管理中做出重要贡献或者革新了管理手段的行为,施工企业应该给予相应的奖励,达到激励的目的。同时,我们在管理中还要适当增加惩罚措施,以保证管理制度的推行。 2、改善施工企业建筑施工管理人员的综合素质 对于企业管理人员而言,要结合企业的发展实际以及市场的变化情况,及时转变思想,提升自身的素质,强化决策能力和决策水平,充分认识到建筑施工管理的重要性,加强对于建筑施工管理人员的培训工作,确保建筑施工管理的顺利展开。另外,各企业要加大对建筑施工管理人员的奖励,通过年度工作评比,对表现优异的人员进行表彰并给予物质方面的鼓励,以激发他们从事建筑施工工作的积极性。最后,还要对有关建筑施工管理人员进行培训,以提高他们的专业技能,让他们能够掌握最新的建筑施工管理知识,跟上时展的脚步,提高建筑施工工作的效率。 3、加大财政投入,提高对建筑施工管理工作的重视程度 由于传统观念作祟,很多地方政府的建设部门对建筑施工管理工作都非常不重视。具体表现在地方政府和上级主管部门对施工企业建筑施工工作的财政补助不足,同时也没有设立相关工作专项经费。因此,各施工企业要争取在每年的办公支出中安排足够的经费用于购置用于建筑施工工作的各种设备,改变过去落后的管理观念,通过科技手段提高建筑施工管理的效率。与此同时要加大自查力度,对于建筑施工中的一些问题要及时发现,立即弥补。 三、结语 经过数十年的发展,我国的建筑与房地产行业迎来了巨大的发展,取得了举世瞩目的成绩。当前,我们的建筑施工行业发展正处在一个新的起点上,面临着全新的机遇与挑战。纵观国内建筑施工管理工作现状,我们会发现始终存在这样或那样的问题与不足。对此,本文在分析现状的基础上,希望能总结国外同行有用的经验,为进一步推动我国建筑施工管理工作的进展。 国外建筑论文:国外施工企业在中国的绿色建筑项目风险评估 摘 要 全球经济的快速发展,伴随而来的是环境的快速恶化和能源的进一步枯竭,全球环境问题的治理势在必行!建筑业作为资源与能源消耗的重要产业,建筑中的节能减排,备受社会关注,而绿色建筑是将可持续发展理念引入建筑领域的结果,其发展成为我国乃至世界城镇化建设道路上的必然选择。但由于绿色建筑的特殊性,其建造比普通建筑具有更大的风险,而我国绿色建筑发展还处于初级阶段,因此对项目的风险评估显得尤为重要。 本文在绿色建筑的大课题之下,着重针对国外施工企业在中国的跨国项目中的风险评估进行探讨研究。在阐述绿色建筑与风险管理的相关概念,以及对比了国内外绿色建筑的发展历程和现状发展态势的基础上,采用文献综述、专家商磋和数学建模相结合的研究方法,评估对企业影响较大的重要风险因素。希望能激发更多对相关课题和领域的探索,又能够为跨国项目中的企业提供一些风险评估的相关参考。 关键词 国外施工企业 绿色建筑 风险评估 层次分析法 一、前言 (一)研究背景及意义 在全球城市化发展的高速进程下,随着经济发展而产生的全球性影响的环境问题日益突出,人类开始关注自身的生存环境状况,并进行深刻反思:以大量消耗自然资源和能源为特征的粗放式的传统经济发展模式,忽视自然资源的限制,以牺牲环境为代价换取高速的经济发展,遭到众多的质疑?在此背景下,“可持续发展”、“节能减排”、“低碳经济”等论点被相继提出。 中国能源整体消费状况显示,建筑业、工业、交通三大高能耗领域占碳排放总量的90%以上。其中建筑业几乎占到50%,远高于运输业和工业领域。据住建部预测,受我国的快速城市化进程的影响,2005到2020年的15年间,中国的城市建筑新增面积将达到150-200亿m2。[1]基于建筑业高能耗、高排放的特点,以及当前建筑业的发展前景,建造、推广绿色建筑成为当今经济快速发展的大背景下的必然要求。它能够缓解建筑业发展与节约资源、保护环境的矛盾,是将可持续发展理念引入建筑领域的结果。 随着全球经济一体化进程的加快,一些发达国家的跨国公司纷纷登陆中国,带来成功的建造经验,促进绿色建筑领域的管理机制和体系完善,进一步增强和推动我国绿色建筑的发展。依据我国的国情,必须对绿色建筑项目进行正确评估,当然在项目的建设过程中会遇到种种未能及时预见的阻碍,影响绿色建筑项目的顺利建造。本文意在对比国内外的绿色建筑发展情况,对国外企业在中国的绿色建筑项目的风险识别与评估提出一些看法建议,督促施工企业能够对中国的绿色建筑有更加准确的风险评估,并尽快转换角色,投入到中国城市建设的浪潮之中。 (二)国内外相关研究 1.绿色建筑的相关研究。 国外对绿色建筑领域的探索和研究起步较早,可追溯至20世纪60年代。美籍意大利建筑师保罗・索勒瑞提出了“生态建筑学”的新理念;1969年美国风景建筑师麦克哈格在《设计结合自然》一书,提出人、建筑、自然和社会应协调发展并探索了建造生态建筑的有效途径与设计方案,它标志着生态建筑理论的确立。 上世纪90年代之后,绿色建筑理论研究开始走入正轨。1993年国际建筑师协会第18次大会发表《芝加哥宣言》,号召全世界建筑师把环境和社会的可持续性列入建筑师职业及其责任的优秀内容;1999年国际建筑师协会第二十届世界建筑师大会的《北京宪章》,明确要求将可持续发展作为建筑师、工程师在新世纪中的工作准则。[2]目前,国外对绿色建筑的研究主要集中在绿色建筑的规划设计、成本节约、技术科研、市场推广等诸多方面。 我国对绿色建筑的研究起步较晚,绿色建筑的概念于上世纪90年代才开始引入我国。1996年,我国在“九五”发展计划中正式将“绿色建筑体系”作为重点研究;建设部于2001年正式启动关于绿色建筑的研究;2002年底,国家科技部立项,清华大学、中国建筑科学研究院等对绿色奥运建筑标准和评估体系进行研究,推出《绿色奥运建筑评估体系GOBAS(Green Olympic Building Assessment System)》;2004年设立的“全国绿色建筑创新奖”,标志着我国真正地进入绿色建筑的推广阶段。 2006年3月,建设部《绿色建筑评价标准》;同年10月,建设部和科技部共同颁布《绿色建筑技术导则》。此后,相继出台一系列规范,逐步完善适合于中国国情的绿色建筑评价标准体系。 目前,国内对绿色建筑的研究还停留在绿色建筑的内涵、相关政策和评价标准等问题上,相对于国外的研究方向,国内的绿色建筑研究还有相当多的领域有待进一步的探索与完善。 2.风险管理的相关研究。 国外关于企业风险管理的研究,最早可追溯到第一次世界大战以后,由美国学者布莱克及蒙顿率先建立一个指标体系,对企业内部的包括互相不信任的行为、员工间的冲突行为等各种可能引起风险的行为进行研究。“风险管理”一词是在美国学者格拉尔的调查报告《风险管理,成本控制的新阶段》(1952年)中被首次提出。1955至1964年间,现代学术性和职业化的风险管理正式诞生,风险管理也逐渐成为一门独立学科。 1984年,Tyebjee Brun率先在定性阐述评价准则的基础上,运用问卷调查和因素分析法得出美国第一个风险投资项目评价模型。此后,许多学者通过专家访谈和问卷调查等方法,为建设项目成功识别、规避许多具有重大影响力的不安风险因素。 在风险管理方面,我国研究起步依然较国际晚,对于风险问题的研究是始于风险决策。80年代初,周士富教授首次在论文中提出使用“风险”一词。1987年,清华大学郭仲伟教授的《风险分析与决策》一书的出版,标志着我国风险管理研究的开始,其理论体系的确立,为后续学者、专家的进一步研究提供了坚实的理论依据,风险管理日趋受到学术界的广泛重视和研究。 二、绿色建筑风险管理概念 (一)绿色建筑 1.绿色建筑的定义与内涵。 《大且绿――走向21世纪的可持续性建筑》一书,将绿色建筑定义为:通过节约资源和关注使用者的健康,把对环境的影响减少到最低程度的建筑,其特点是有舒适和优美的环境。[3]我国颁布的《绿色建筑评价标准》(GB 50378)则明确定义绿色建筑:在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。[4] “绿色”概念即3R 概念:①减少环境污染(Reducing environment pollution);②减少资源消耗(Reducing resource use);③减少能源消耗(Reducing energy source use)。绿色建筑区别于普通建筑的内涵,即保证建筑物的性能、质量、寿命、成本,兼顾建筑物本身的坚固、实用、美观要求的同时,又要求建筑物本身及其建造过程具有高资源利用率、低能耗、污染少等特点。这是“可持续发展”理论在建筑领域内的延伸,综合考虑经济、社会、自然、生态环境等多方面的可持续发展问题。绿色建筑的基础思想是以人为本,极力提倡人、自然、建筑三者的和谐发展,为人们创造健康、舒适的生活空间。 2.绿色建筑的特点。 绿色建筑的概念贯穿全寿命周期,具有周期长、成本高、阶段工作复杂等特点。区别于一般建筑主要在施工以及使用阶段需考虑其社会影响,绿色建筑从项目的决策、规划设计,到施工、运营,再到项目的回收利用,这整个寿命周期都与人类、自然和社会有密切关系,不可避免地在建造中应投入更多的人力和物力。 绿色建筑的建造对绿色技术有较大依赖,必须有先进的绿色技术提供支撑,其最终的效益良莠不齐,也由权威的评价体系进行鉴定检验,区别于普通的建筑项目建造。可引入绿色专项咨询机构,由绿色专项咨询工程师负责绿色目标方面的监理实施。 绿色建筑收益主要来源于建筑后期使用中的成本节约,以及不可估量的环境效益与社会效益。伯克利实验室的研究表明绿色设计可带来的财政收益――节省能源、促进就业以及国内生产力增益――在建筑物的有效生命期内(50年)大概每年每平方英尺可节省50至70美元,这将是兴建绿色建筑所需额外费用的10倍。[5]随着科技的进步,绿色建筑的建造成本正与普通建筑逐步拉近,绿色建筑的未来价值潜力无限。 (二)风险 风险是指发生某种损失的不确定性,包含两层含义:一是可能存在的经济损失种类不确定;二是这种损失是否存在是不确定的。 风险具有客观性、突发性、多变性和无形性等,总是客观存在于工程项目活动的各个方面、各个环节,其不确定性给风险的防范增加多重难度。风险一旦发生,所造成的损失又是事先难以准确估量的,不可轻易忽视。加之,绿色建筑在理论及其应用实践上,未形成成熟的建造体系。全生命周期来看,从前期的规划决策到最终的资源回收,环节越多,不可控因素也就越复杂,其风险相对普通建筑要大得多、难的多,风险识别评估环节要引起足够的重视。 风险管理就是最大限度地降低风险带来的损失和破坏,努力防范、减少、转移和分散风险,最终实现消除或减少风险的存在,顺利实现工程项目的目标。美国系统工程研究所把风险管理的过程主要分为:风险识别、风险分析、风险计划、风险跟踪、风险控制、风险管理沟通。本文着重风险的分析评估方法。项目风险评价的方法一般分为定性、定量分析,较为常用的评价方法有:决策树法、层次分析法、模糊数学法、蒙特卡罗模拟法等等。 三、绿色建筑行业概况 (一)国外绿色建筑行业发展 自20世纪70年代能源危机发生以后,各国纷纷开始重视推动降低能源消耗的决策。在推动绿色建筑发展的过程中,各国普遍采取的措施概括起来主要有三个方面:制定节能的法律法规、制定绿色建筑评价标准,及推行经济激励政策。列举美、英、日三国关于发展绿色建筑的普遍做法。 1.美国。 美国大部分州目前执行的绿色建筑评价标准是《能源与环境设计先导(LEED,Leadership in Energy and Environmental Design)》,由美国绿色建筑协会(USGBC)建立并推广至今。世界各国的各类建筑环保评估、绿色建筑评估以及建筑可持续性评估标准中LEED是目前被认为是最完善、最有影响力的评估标准。LEED强调建筑在整体、综合性能方面达到建筑的绿色化要求,很少设置硬性指标,各指标间可通过调整形成相互补充,它考虑各地的实际差异。[6]其评估体系大框架由五大方面构成:可持续建筑场址、水资源利用、建筑节能与大气、资源与材料、室内空气质量;将通过评估的建筑分为铂金级、金级、银级和认证级四个认证等级。由于采用的是第三方认证机制,增加了这一体系的信誉度和权威性。 美国除出台相关强制性的法律以外,也强调自愿性的项目。比如,美国在1998年启动的“能源之星”项目,激励节约能源方面做出的贡献。它作为一种节能的认证标识,包括建筑物的节能和运行管理两个方面。“能源之星”解决了消费者与开发商间的信息不对等,帮助消费者更好地认识绿色建筑。 2.英国。 英国作为较早发展绿色建筑的国家之一,其推广手段是以强制性为主。《建筑研究组织环境评价法(BREEAM,Building Research Establishment Environmental Assessment Method)》作为全球首个绿色建筑评价标准,由英国建筑研究中心(BRE)于1990年提出。BREEAM采取“因地制宜、平衡效益”的优秀理念,它是全球唯一兼具“国际化”和“本地化”特色的绿色建筑评估体系。[6]BREEAM涉及9个方面的内容:管理、健康和舒适、能源、交通、水、材料、土地利用含生态、垃圾、污染,由至少要有两位注册评估师对绿色建筑项目出具评估报告,并根据总体综合打分和评级(通过、良好、优秀、优异或杰出)。 3.日本。 2002年,日本国内由政府、企业和学者联合成立的“建筑物综合环境评价研究委员会”,创建亚洲第一部绿色建筑评价标准《建筑物综合环境性能评估体系(CASBEE,Comprehensive Assessment System for Building Enviromental Efficiency)》。改评价体系以各种用途、规模的建筑物作为评价对象,试图评价建筑物在限定的环境性能下,通过措施降低环境负荷的效果。分为“建筑环境性能、质量”与“建筑环境负荷的减少”两个主要部分,采用5分评价制,满足最低要求评为1分,达到一般水平评为3分。 与“能源之星”相类似的,日本政府施行了环保积分政策。两者都是自愿性政策,不同之处在于:“能源之星”是针对节能产品与建筑的标识,而住宅环保积分是在民众修建改造环保住宅时获得,积分可用于兑换购买券,是一项激励民众消费的政策。 (二)国内绿色建筑行业发展 国内目前并没有形成像LEED这样完善的绿色建筑评估体系,绿色建筑评估主要依据的是建设部的《绿色建筑评价标准》GB50378-2006。该标准用于评价住宅建筑和公共建筑,包括以下六大指标:节地与室外环境、节能与能源利用、节水与水资源利用、节材与材料资源利用、室内环境质量、运营管理(住宅建筑)/全生命周期综合性能(公共建筑)。其中具体指标由控制项、一般项和优选项三部分构成,将绿色建筑划分为三个等级。 “绿色奥运建筑评估体系”,是我国学者首次提出的绿色建筑评估体系。这套体系对绿色建筑进行全程监督管理,涉及项目招标、设计、施工、调试及运行管理等环节,并分别从环境、能源、水资源、材料、室内环境等方面进行详细评估。但这一体系仅针对奥运建筑进行评估,还不能推广至所有类型绿色建筑。 实际的运行中对法律标准解读因人而异,名为达标的绿色建筑实则不能完全达到绿色节能减排效益的建筑难免存在。绿色建筑不能够准确评估,缺少政策保障,在极大程度上增加了项目建设的风险。除此之外,有关政府和部门还未出台一些对开发商和消费者行之有效的激励政策。 (三)国内外行情对比 国内绿色建筑发展仍处在一个摸索前进的阶段,目前实行的法律法规从数量、涵盖范围看急缺广度,且完整性、系统性看更缺深度。这一国情给中国绿色建筑建造项目的实施带来不可忽视的风险,对于刚刚进军中国市场的外国企业来说,还不能够掌握中国的市场,一时难以实现由原本外国建造背景下的认知向中国市场大环境下的绿色建筑行情认识的大转弯。 由于具有中国特色的绿色建筑评估体系尚未被提出,目前国内绿色建筑认证仍较多的采用美国的LEED认证体系。虽然国内绿色建筑起步较晚,但年均的认证建筑增长数量还是不容小觑的。据美国绿色建筑委员会(USGBC)官方网站公布的数据显示,截至2014年4月,中国大陆通过美国认证注册的项目总数已达到个1638个,累计9622万平方米,去年增长数在除美国的海外国家之中位列第二。[7] 中国大陆与其他国家地区对比,我们不难发现中国绿色建筑市场蕴含的巨大潜力,而这一庞大的市场将在世界范围内产生极大的吸引力,促使世界各国的优秀绿色建筑建造企业来中国进行投资建设。再看时间上的纵向发展,近十多年中,中国大陆地区绿色建筑注册认证数呈现指数级增长的态势。绿色建筑在中国的行情不仅仅是前景展现,关键论证了其续航力十足。随着中国市场的不断扩大,在接下来相当长的一段时间内,会有越来越多的跨国企业吸引到这一领域中来。 四、绿色建筑项目风险清单 绿色建筑除了一般项目所具有的普通风险因素以外,还有着特殊的绿色风险因素。本文主要是针对国外施工企业承包商的角度,探讨绿色建筑项目相关的风险因素评估方法。 (一)项目建设阶段风险因素 提出影响承包商在绿色建筑项目建设过程中可能存在的重要风险。根据本文关于绿色建筑以及风险管理相关概念的阐述,以及对于国内外绿色建筑行业概况对比,针对国外施工企业的特殊条件,对一些可能被忽略的重要因素进行强调。 本文将着重分析承包商的风险与外部风险,按风险内容分成:政治法律风险、经济风险和自然风险。万欣、秦旋在其《基于实证研究的绿色建筑项目风险识别与评估》[8]一文中通过专家访谈,识别出影响我国绿色建筑项目的62项风险因素构建风险清单。通过数据处理与分析等手段得出风险重要性排名前15的关键因素。文中与承包商有关重要风险如:承包商管理能力差、缺乏有绿色施工经验的技术人员和管理人员、法律、法规不完善等等,不仅适用于普通绿色建筑项目中的承包商,也同样适用于外国的施工企业。这些因素与两者分别的关联性差异也不尽相同,将被纳入清单之中。 诸如“缺乏与设计单位沟通、配合”风险,虽对普通企业的影响不大,但国外施工企业的施工模式、管理模式不同于国内的企业,不能和各相关方顺利沟通、配合,将可能对绿色建筑的项目建设带来极大的负面风险。综合考虑将其纳入到风险清单。 绿色建筑具有周期长、成本高、阶段工作复杂等特点,对企业自身的资金储备与周转提出了更高的要求,将“资金风险”列风险清单之中。同时增加“绿色建筑专项咨询工程师”相关的风险等未涉及的风险因素。 自然风险的适用范围较广,包括绿色建筑项目与其他的普通建筑项目。因此,这类风险在本文中将不予讨论,突出针对外企与绿色建筑项目分析可能存在的风险因素为主。 (二)项目风险清单的制定 提出风险清单,将以此进行风险评价模型的构建,采用层次分析法进行评估。本文综合三种类型共13个风险因素建立评价模型。三大类型为:管理技术风险因素、政策法律风险因素和经济市场风险因素。 管理技术风险包含有7个风险因素:绿色施工技术和现场管理能力有限、成本估计偏差、工期风险、安全风险、缺少绿色建筑专项咨询工程师等经验人员、对业主的绿色要求理解偏差、与设计单位/分包商/监理单位协调不到位。 政策法律风险包含3个风险因素:法律法规不完善、政策变化、缺乏绿色建筑保障制度。 经济市场风险包含3个风险因素:外汇风险、企业资金风险、建材、设备价格风险。 五、绿色建筑开发项目的风险评价模型 (一)层次分析法概述 层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称AHP),最早诞生于20世纪70年代初,由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂提出的。先后被应用于多方面研究领域,成为现今重要的决策分析方法之一。层次分析法将与决策有较大关联的元素分解成目标、准则、方案等具体层次,属于定性分析与定量分析相结合的一种决策方法,广泛运用于多目标、多准则、多要素、多层次的非结构化的复杂决策的问题。 层次分析法基本原理。层次分析法把研究问题所含的要素进行分组,每一组为一个层次,按照:最高层(目标层)、若干中间层(准则层)、最低层(措施层)的次序排列起来。 2.专家信访确定风险因素相对重要程度标度。 考虑到问卷调查法的调查结果具有较好的普遍性,对于调查对象的身份及其权威性难以把控。为避免各种偏差数据影响到最终调查结果的准确性,故在此处改用专家信访的方式,缩小调查对象人群分布,提高权威性。 六、风险防范的对策建议 一般项目的风险管理应对措施主要有:风险规避、风险防范、风险转移和风险自留四种方法,而这些方法同样适用于绿色建筑项目的风险管理。 (一)管理技术风险的对策建议 企业在管理与技术上的风险是众多风险之中相对重要的风险类型。对这一类型的风险防范要求企业应重视与绿色建筑相关经验人员的聘用和专业培养,提升企业整体业务水平。或是可以采用风险转移的方式,在具体的绿色建筑项目中,与有资质的绿色建筑专项咨询公司协作,指导项目中与绿色施工技术相关的建造工艺。企业还应注意对工程质量的标准、工程款结算的方式和时间、工程量清单等的核实进度,对施工成本应进行详细认真的核算,避免陷于被动。 (二)政策法律风险的对策建议 外国企业刚接触中国绿色建筑项目时,就应对国家现行的法律法规政策、绿色建筑的评价体系,以及未来的发展方向有总体上把握。在合同签订与管理过程中,应注意核实相关的法律法规政策。绿色建筑项目建设周期较长,企业应关注政府政策决策的变化情况,及时采取相应的风险防范措施。 (三)经济市场风险的对策建议 由于工程项目风险中存在着不少不可控风险,可通过合理利用一些金融工具,即通过增加承担项目风险的相关利益人,实现降低工程项目中单位个体风险的目的来分解风险、降低风险;在资金储备等方面,应充分考虑各种市场价格等因素的波动,提前预留出必要备用的资金,从容应对突如其来的风险与损失。 七、结论 1.通过对绿色建筑发展的研究背景及意义,说明绿色建筑发展的重要性和研究的必要性。针对国内外绿色建筑发展与行情的对比,总结出我国绿色建筑还有待进一步的发展与研究。 2.结合绿色建筑特色,通过层次分析法的应用,将影响国外施工企业在中国绿色建筑项目中的风险因素进行分层次的权重赋值,计算其最终权重,得出影响外国企业在中国绿色建筑项目中的三项关键影响因素:“绿色施工技术和现场管理能力有限”、“缺少绿色建筑专项咨询工程师等经验人员”和“企业资金风险”。 3.在风险因素评估的基础上,对风险的防范提出一些对策与建议,希望企业在绿色建筑项目中重视风险的规避,保障绿色建筑项目的顺利建造。 国外建筑论文:国外建筑节能设计对我国的启示 摘要:我们探讨发达国家设计理念与产业化发展策略,将对正确引导我国节能建筑设计与开发,贯彻建筑节能规范的方针,促进建筑的持续健康发展有着积极的意义。 关 键 词:建筑 节能 借鉴 发展 中国建筑节能与模式创新,是指通过建筑节能模式的创新来实现“节能省地型”建筑的推广应用。实践中,高速城镇化和能源危机要求我们必须大力推行建筑节能,这是我国经济社会发展所面临的形势、任务、机遇和挑战所决定的。 我国推行建筑节能的紧迫性主要有以下几点 (一)高速城镇化是建筑节能最大的挑战和发展机遇 (二)建筑能耗占社会能耗的比重快速增长 (三)“十一五”期间及今后建筑节能任务非常繁重 我国人均能耗比较少,但是人口基数大、增长快,已经引起全球关注。比如二氧化碳排放量,按照2004年的数据,美国是世界上二氧化碳排放第一大国,但美国拒绝在《京都协定书》上签字,所以美国成为全球众矢之的。美国人口只有3亿,人均消耗量却很大,而中国虽然人均能耗只是美国的1/13,但由于人口基数比较大,如果像美国一样去消耗能源,比美国总能耗还要高出5倍,那就意味着需要三个地球才能支撑中国的能源消耗。正因为如此,党中央提出了对外和平崛起,对内走资源节约型、环境友好型的道路。 一、日本集合住宅节能设计的经验与特色 作为世界上几个最发达的国家,日本不仅在城市建设和节能环保方面有着先进的经验,在小户型精细设计上也积累了大量成果。为此,对日本集合住宅有着较深了解的几位专家学者日前汇聚一堂,探讨关于日本集合住宅节能设计与产业化发展现状,并结合我国的住宅发展情况,共同研究如何借鉴日本集合住宅发展经验,促进我国人居环境的快速发展。 中国建筑设计研究院研究员、日本大阪市立大学人居环境学博士王宝刚介绍了日本集合住宅的发展历史,他认为,在日本集合住宅的发展历程中,他们的住宅形式始终比较合理,住宅的所有形式也很合理,还有就是住宅的规模比较合理。日本的住宅建设有最低标准、平均标准、诱导标准,最低标准就是居住面积40平米左右,平均标准按照日本均衡发展是76平米左右。最低标准可以保证住户过上健康的生活,平均标准可以达到良好的生活,诱导标准就是82.5平米,可以保证住户过上质量较高的生活。 日本的集合住宅发展已经有很长历史了,他们在发展过程中有不少经验值得我们借鉴、学习。清华大学建筑学院教授、中国城市规划住宅委员会委员、日本建筑学会会员周燕珉介绍说,日本也是一个人多地少的国家,所以在做住宅方面,他们非常注意精打细算。例如,日本住宅的开间与我国比较来看,日本是比较小的,一般是6~8米,正面的南向面宽都不是很大,他们经常采用外廊式设计,这样既可以节地,也可以减少电梯的使用、节约能源。 日本户型的总面积相对我国来讲一直偏小,他们在户型设计和室内空间利用方面是精打细算的。周燕珉说,一般88~90多平方米面积已经可以分成三到四室了,日本的主卧室也通常都不大,一般在12~13平方米左右,起居和餐厅是合起来的,没有分成两厅,就是一厅,因为现代生活中,三口人是家庭的主要结构,并不是每天都有接待客人这样的大型活动,起居并不需要很大。 二、借鉴日本集合住宅发展经验 通过对日本集合住宅的研究,北方交大土木建筑工程学院建筑系副教授姜忆南认为,我国的住宅设计首先要求设计师在设计的观念上要有所转变,并尽快将这种转变反映到设计上面去,以此来引导市场的正确消费观念。 中国房地产及住宅研究会人居环境委员会副主任委员兼专家组组长开彦认为,日本的集合住宅发展模式可以作为我国目前住宅发展的楷模,如果我们可以和日本各相关部门建立一种联系,可以使我国的工程师和各方面的人才能够通过这样的沟通来熟悉日本集合住宅的发展情况,从而优化我国的住宅建设模式,推动我国人居环境的良性发展。他简单总结了日本集合住宅建设中几个值得我国借鉴的特点。 第一,日本实行了住宅性能认定保证制度。他们特别强调住宅各种各样的性能,包括耐久性、安全性、环境性、居住性等,要求每个住宅都按照一定标准去建设、设计、管理,如果达不到这些要求,不仅无法享受各种优惠,还会受到一些惩罚。 第二,日本的住宅节能主要是从部品方面来完善的,部品具备了各种各样的性能要求,实行了一个住宅优良部品的保证制度,这个优良部品制度是市场化供应的,是完全集成化的产品,性能好、效率高,所以质量非常高,产品有部品保障制度,节能效果是非常完美的。 第三,日本设立了很多专门的科研机构和设计机构,特别注重生活实态的调查,针对不同人群的生活实态,了解他们有什么要求,有什么生活的习惯,有什么经常性的要求,针对这些需求来进行住宅设计。这种住宅设计提倡的是一种生活方式,把人的生活行为通过设计者创造的空间、提供的条件来进行提升,从而提高人们的生活质量。 三、比利时节能环保推动建筑业 当记者向比利时专家请教当今建筑材料的最新发展趋势时,专家们几乎众口一声地回答说:节能、环保。这是新型建筑材料的发展趋势,也是保证建筑业持续发展的金科玉律。比利时国家建筑科学技术研究中心专家让・德斯米特尔说,建筑业是消耗资源和原材料的大户,也是制造废料、对环境产生直接影响的重要行业。自上个世纪70年代出现能源危机,以及环境恶化促使人们越来越重视节能和环保以来,建筑业也面临着如何改变传统观念,改进建筑技术,开发节能、环保新型建筑材料的问题。 首先,如何节能?节能体现在众多方面,它包括采用新型建筑材料以达到节能的目的,还包括在建筑材料生产加工以及运输等过程中节约能源。其次,如何环保?建筑材料对环境的影响不但体现在建筑材料的加工方面,而且还体现在原材料开采和废料处理过程中。据这位专家介绍,为减少建筑垃圾,荷兰、丹麦和比利时等欧洲国家目前正在进行提高建筑废料回收率的项目研究,如研发以可回收原材料代替传统原材料的新型建筑材料。如今,某些示范项目的建筑废料回收率已经达到75%。 此外,环保还包括减少建筑材料对空气、水源和自然环境的污染等。对此,荷兰、英国等一些国家还鼓励建筑材料企业申请使用无污染建筑材料标志,允许在生产、使用材料和废料处理过程中无污染的企业在产品说明或包装上使用环保建筑材料标志等。但在比利时,由于费用等问题,这一活动还没能得到推广。 四、德国利用技术降低建筑耗能 德国能源匮乏.石油几乎100%进口,天然气80%进口。节约能源和保护环境是德国政府开发利用能源的一贯政策。由于纬度较高,德国冬季较长,建筑供暖耗能成为德国政府着力解决的一个关键领域。多年来,政府通过制定和改进建筑保温技术规范等措施,不断发 掘建筑节能的潜力。 德国《能源节约法》于2002年2月生效,它取代了以往的《供暖保护法》和《供暖设备法》,制定了新建建筑的能耗新标准,规范了锅炉等供暖设备的节能技术指标和建筑材料的保暖性能等。按照新法规,建筑的允许能耗要比2002年前的能耗水平下降30%左右。而早在1978年,德国就修改过一次建筑节能标准,使得其后的建筑能耗比1978年前的老建筑减少了60%以上。 德国建筑保温节能技术新规范的一大特点,是从控制单项建筑维护结构(如外墙、外窗和屋顶)的最低保温隔热指标,转化为控制建筑物的实际能耗。建筑的总能耗包括供暖、通风和热水供应。新法规规定。新建建筑必须出具采暖需要能量、建筑能耗优秀值和建筑热损失计算结果,特别是建筑结构热损失计算结果。新建建筑只有满足新的节能标准才能上马。消费者在购买住宅时,建筑开发商必须出具一份"能源消耗证明"。证明清楚列出了该住宅每年的能耗,提高了建筑的能源透明度,维护了消费者的利益。 德国还有大批老建筑,没有采用新型保温技术措施,其节能潜力巨大。为此,新法规鼓励企业和个人对老建筑进行现代化的节能技术改造,并实行强制报废措施。例如,新法规规定,2006年年底前。在1978年lO月1日前安装的约200万个采暖锅炉必须报废,由新型节能锅炉取代。在政府的推动下,天然气和太阳能等清洁能源、可再生能源近年来在住宅供暖市场上得到越来越普遍的应用。 国外一些先进经验,我们当然应该充分借鉴,这样可以大大缩短我们的发展时间,可以节约大量的探索成本,但是,无论是多么先进的经验,我们也不能原封不动拿来。国外的开发模式是否适合我国的国情,还是有探讨的必要。我们一定要结合我国的国情,要了解我国消费者的真实需求,建设出我们自己的特色节能建筑,真正满足我国人民的生活要求,从而快速提升我国的建筑节能环境质量。
机电技术应用论文:应用专业发展机电技术论文 1.推进校企深度合作,实施工学结合的人才培养模式 借鉴德国“双元制”培养模式,依据学校目前的实训实习条件和教师队伍构成,结合全国职业院校技能大赛的指导思想,进一步完善校企合作运行机制,完善灵活的工学交替教学过程,深入探索工学结合的人才培养模式。学校首先要根据企业的用人需求,制订有效的职业能力培养方案。具体实施时可让教师走进企业开展深入调研,了解企业生产过程中的技术、工艺,研究生产岗位对技术能力的要求;也可把行业专家和企业的工程师、技术员请进学校,对学校的课程设置和具体内容提出建议和指导。在充分调研的基础上制订新的课程标准,改进教学计划,确定课程内容。在教学实施方面,要充分利用企业的资源组织实境教学,让学生参与企业产品制造,有效培养学生的职业能力。 2.改革课程体系,构建精品课程,建设专业教学资源库 在校企合作的基础之上,学校应根据专业培养目标进行课程体系改革;同时整合教学内容,建立优秀专业课精品课程,形成较为完善的教学方案,同时做好专业教学资源库建设。①课程体系改革。在进行课程体系改革的过程中,要注重培养学生的动手能力,同时也要注重职业道德、综合素质、实践能力的培养,建立必要的文化知识和专业实践能力相结合、理论与实践相融合、教学内容与岗位需求相适应的课程体系。具体可借鉴德国机电一体化技术工人的培养目标,同时结合全国技能大赛“机电一体化设备组装与调试”项目规程及指导方向,以本专业面向的装备制造企业的典型工作任务、工作过程为导向,整合企业生产过程中的典型工作任务,把企业岗位能力模块化,建立专业模块课程体系;并且对典型工作岗位的作业流程所包含的知识、技能和态度进行分解,引入现场实际工作任务,选择适当的项目或任务,构建工作任务导向课程。②精品课程建设。要以专业优秀能力的要求为依据,构建精品课程体系;以职业能力为主线,以职业活动课程为主体,以职业岗位能力和“双证书”为基础,构建精品课程内容;采用“做、学、教一体化”的教学方法进行教学。在课程建设的过程中,首先制订课程标准,然后选定其中重要技能的课程作为精品课程建设项目进行开发和建设,并通过项目建设,形成一套精品课程及教材,其中包括教学内容、教学策略、教学环境、教学方法、教学评价等内容。机电技术应用专业应重点对以下三门课程进行改革探索,以打造精品课程。一是“液压与气动技术”。要充分利用实训室资源开展“理实一体化教学”,以若干课题、任务为引导,使学生能够正确选择气动液压元件、正确安装和调试维护液压气动装置。课程结束后,以任务书的形式对学生进行考核。二是“电气安装与维修技术”。以工作任务为载体,实施“做、学、教一体化”的项目教学。教学以实训为主,突出电气设备的维修能力培养。设计任务时以项目为单元,所设任务应从简单到复杂,理论和实践交替进行。课程的考核注重工作过程,以任务书方式逐个学生逐个项目进行。三是“机电一体化设备组装与调试技术”。从机电技术应用所需的控制电路出发,把机电技术专业的优秀技能集中于设备装配和调试之中,使学生通过该模块的实训,掌握机械装配技术、气动技术、变频技术、电气安装技术、人机对话触摸屏应用技术、信息检测及传感技术等,使学生具备相应的专业能力。③充分利用信息化教学手段,做好专业教学资源库建设。在开发建设精品课程的基础上,整合教学资源,完善教学课件,研发仿真实训教学软件。如利用多媒体信息技术建设电工技术、传感器技术、电气安装技术、变频技术、液压气动技术、机械基础等多门专业课程的教学资源库网络共享平台,为学生的技能水平提升和职业能力考核提供自主学习平台。 3.进一步加强师资队伍建设 通过师资队伍建设,促进教师的自我发展,进而提高工作积极性和主动性。而专业带头人和骨干教师的培养是师资队伍建设的重要内容之一。①培养专业带头人、骨干教师。选拔一名素质好、进取心强、专业水平高、教学能力强的教师作为专业带头人培养对象,通过重点培养,使其具有把握机电技术应用专业发展方向的能力,能提出本专业的中长期发展思路,在校企合作、专业建设中能够起到科学引领作用。同时,选拔多名有一定实践经验、有较强教学能力的教师,通过企业实践、外出学习、担任技能大赛指导教师、教学研究等方式,培养骨干教师,使他们能够胜任本专业骨干教师岗位工作职责,在教学中起到示范和表率作用。②加强“双师型”师资队伍建设。在培养专业带头人、骨干教师之余,要进一步扩大专业教师的“双师”素质培训,如分批选派教师下企业实践锻炼,及时了解企业人才需求情况、掌握企业技术规范和技术能力、积累实践工作经验、强化专业规范意识;同时鼓励教师参加课程体系改革、精品课程建设、理实一体化教学项目等,以提高业务水平。通过以上种种举措,使本专业教师既具备较高的理论教学能力,又具有相应的实践教学能力,具备基于工作过程实施教学的能力,成为真正的“双师型”教师。③做好兼职教师队伍建设。在全面提高校内专业教师素质的同时,邀请企业专家更深入地参与专业课程和实训基地建设,加强教师与企业专家交流与合作;同时聘请行业专家、企业工程技术人员和社会上的能工巧匠,承担专业课程教学或各类实训指导任务,以弥补学校实训指导教师的不足,促进专业实践课教学。 4.完善学习评价体系 在同“德中机电”合作期间,我校尝试和探索了“过程性评价”的学习评价体系。这种评价模式对机电技术应用专业的大多课程都非常适合,有利于促进学生职业能力的培养和形成。这种评价体系在今后的教学改革中还要不断完善和加强,最终形成本专业“过程性评价”与“终结性评价”相结合的学习评价体系。其中包括:①模块课程的学习评价标准。该评价标准要求对学生的技能水平、工作态度、合作精神、沟通能力等进行综合评价。②学生校外实习考核标准。该考核标准要借鉴企业对员工的考核、奖惩、晋升的制度,引入生产经营的管理理念,让企业参与评价。③专业课程的终结性考核试题库。利用该试题库对学生的专业课程知识进行标准化考核。综上所述,要使机电技术应用专业得到持续发展和壮大,首要任务是深化校企合作,依据专业培养目标和职业岗位要求,以职业活动为主线,有效实施“工学结合、校企合作、顶岗实习”的人才培养模式,这样才能大力推进“做中教、做中学”的教学方式,从而突破传统学科型技能人才的培养模式。与此同时,还要通过课程体系改革和精品课程建设,通过提升师资队伍的整体实力和完善教学质量评价体系,使专业教师的教学水平以及人才培养质量得到稳步提升。 作者:李峡 单位:河南信息工程学校 机电技术应用论文:应用专业理论教学机电技术论文 1及时更新理论教学内容 职业学校机电技术应用专业应当结合社会的实际发展需求,及时更新理论教学内容,使学生学习和掌握最新的专业理论知识,提高学生专业技能。在具体实践中,职校可采取“请进来”与“走出来”的方式推动理论教学改革。对于“请进来”而言,职校可聘请一些在大型机械企业或相关专业协会的工程师、技师,到本校进行授课,向学生传授最新的理论知识,通过将专业教学内容与自身实践经验相结合,激发学生的学习兴趣。对于“走出去”而言,职校应当选派专业课教师去相关企业进行学习和实践,使专业课教师掌握先进的生产技术,及时收集机电技术应用专业的新信息,并将这些新知识和新信息传授给学生,拓展学生的知识面。 2构建理实一体化教学模式 以“机床故障检测与维修”专业课程为例,教师可采取项目教学法、现场教学法、仿真教学法、案例教学法等多种教学方法,使教、学、做融为一体,让学生在学中做、做中学,构建理实一体化教学模式,积极推动理论教学改革。教师可根据专业课程的特点,将其划分为四个项目及若干个任务,具体如下:项目一:机床的管理与维护。主要任务为车间的6S管理与机床的检查、机床精度测量与验收;项目二:机床机械部件的调整与维修。主要任务为进给部件的调整与维修、主轴部件的调整与维修、重要辅助部件的调整与维修;项目三:机床典型故障的诊断与维修。主要任务为螺纹车削误差故障维修、机床润滑系统故障维修、轴类零件加工误差故障维修、机械手换刀故障维修、辅助装置故障维修等;项目四:数控机床故障诊断与维修。主要任务为数控机床方式选择功能的故障维修、通信功能故障维修、冷却功能故障维修、进给倍率功能故障维修等。通过进行基于工作过程的实战训练,既能够使学生在实际操作中掌握机床故障检测与维修的相关理论知识,又能够使学生具备拆装调整机床机械部件与诊断排除机床机械故障的技能,提高学生运用理论知识解决实际问题的能力。 3运用多样化的教学手段 在机电技术应用专业的理论教学中,教师必须转变传统的填鸭式教学方式,灵活运用多媒体教学手段,将专业课程中涉及到的原理图、零件图、装配图、程序图、电路图等内容制作成多媒体课件,以供课堂教学使用。通过运用多媒体教学手段,可以有效弥补传统教学手段的不足,节省课堂板书时间,使枯燥、抽象的理论知识易于理解和记忆,从而提高学生对专业课程理论知识的学习效率。同时,职校还可以利用网络信息技术,将专业课程的相关教学资料上传到校内网络平台上,使学生能够利用课下时间复习和巩固已学的理论知识,拓宽学生的学习渠道。 4结束语 总之,机电技术应用专业是我国职业学校的基础专业之一,其专业课程教学效果直接关系到本专业技能型人才培养目标的实现。随着社会经济发展对机电技术应用专业人才的需求不断增加,职校必须立足于自身办学特色,优化专业课程体系,改革传统的理论教学模式,积极推行理实一体化教学,从而促使学生夯实理论知识基础,不断提高专业技能和专业素质。 作者:王久华 单位:湖南机电职业技术学院 机电技术应用论文:煤矿机电化技术应用实践论文 摘要:机电一体化技术是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。它是企业信息化的重要支撑技术,是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。本文对煤矿机电一体化技术在我国的应用进行阐述。 关键词:煤矿机电一体化技术 引言 我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。从1970年我国自行设计制造和装备的第一套综合机械化采煤工作面在大同矿务局试验起,我国的机电一体化技术开始萌芽。到上世纪80年代后期,我国综合机械化采煤取得了空前的发展,大大推动了我国的煤矿机电一体化技术的进程,采煤机已由液压牵引向电牵引发展。到了上个世纪90年代中期,在原有的研究成果上,又开展了采运支机械微机监控、故障诊断的研究和支架电液微机技术应用的研究,并研发了大功率电牵引采煤机。而进入21世纪后,我国煤矿机电一体化技术的研究和应用领域均有重大突破,在煤矿安全生产监控、大型固定设备的后备保护等方面已取得了喜人的成绩。然而,与国外的先进采煤国家相比,我国的煤矿机电一体化技术发展尚有一定差距,并且煤炭工业相对机械、电子、航天、轻纺、化工、铁道、冶金等行业起步晚基础薄弱,在开发水平、应用范围、投资规模、技术人才和管理水平方面均有较大差距。 一、机电一体化技术的应用实践 1.1矿井安全生产监测监控系统中的应用矿井安全生产监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。我国监测监控技术应用较晚,20世纪80年代初,原国家煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作,此举大大促进了国内监控技术的发展。先后从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统(如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200),在部分煤矿中应用;在引进的同时,通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况,研制出KJ2,KJ4等系统并通过了鉴定。20世纪90年代以来,紧跟世界监测监控系统的发展潮流,我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统,如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的KJ95系统等,它们的主要特点是:测控分站的智能化水平进一步提高;具有网络连接功能;系统软件采用了Windows操作系统。同时,在“以风定产,先抽后采,监测监控”12字方针和煤矿安全规程有关条款指导下,规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。自此,大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现,不仅为各煤矿提供了更多的选择机会,且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。经过多年的实践表明,安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。 对我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果进行综合评价,煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90、天地科技股份公司常州自动化分公司的KJ95、煤炭科学研究总院抚顺分院的KJF2000和北京瑞赛公司的KJ4,KJ2000等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。 1.2矿井提升机中的应用矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备,全数字化,交、直流提升机。特别是内装式提升机,从结构上将滚筒和驱动合为一个整体,大大简化了机械结构,是典型的机电一体化设备,充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠,具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能,以及简单而快速的通信功能;它采用总线方式,大大简化电气安装;硬件配置简单,互相兼容,零备件少;可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。 在我国“九五”计划期间,国产全数字化直流提升机已成为各煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机的优秀部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统。除此之外,我国还用SIMADYND和S7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。2000年11月,该系统在焦作古汉山矿投入运行,情况良好。提升机由于采用了计算机技术,其安全保护系统更为完善。该系统的主要特点是:采用两台计算机装置,每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。这两台计算机同步工作,互相检测,互为备用,对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式,对两者进行比较、校正,实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测,实现故障记忆,因此极大地提高了提升机安全性能。 1.3井下带式输送机中的应用在我国“八五”计划期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施,极大地提高了带式输送机的技术水平,煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品的研发也取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内此项技术的空白,并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发,成功的研制了多种软起动和制动装置以及以PLC为优秀的可编程电控装置、驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器,目前我国已经自行生产制造了多个品种和多种类型的带式输送机。 二、结束语 随着煤矿生产不断向深部水平发展,对控制水平和规模的要求越来越高,从而又加速了机电一体化技术的发展和进步,目前各种高新技术的发展,如网络、光纤、人工智能及生物工程等高新技术已渗入到机电一体化技术之中,使机电一体化产品功能更强大、性能更优越,使机电一体化产品功能越来越强,智能化程度也越来越高,因此采用新的机电一体化技术装备的煤矿,能够使企业获得更加显著的技术、经济和社会效益,这也是一个煤矿企业循环促进不断发展的过程。 机电技术应用论文:机电一体化技术应用研究论文 摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的优秀技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。 (一)机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二)传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。 (三)信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四)驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 (五)接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六)软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一)数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在: 1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。 2、开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。 5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。 7、以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二)计算机集成制造系统(CIMS) CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 (三)柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 (四)工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展。 (一)智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二)系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三)微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四)模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。 (五)网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 (六)绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。 机电技术应用论文:机电一体化技术应用论文 【论文关键词】:机械工业机电一体化数控模块化 【论文摘要】:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的优秀技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手: (一)机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二)传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。 (三)信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四)驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 (五)接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六)软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一)数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在: 1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。 2、开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。 5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。 7、以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二)计算机集成制造系统(CIMS) CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 (三)柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 (四)工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展: (一)智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二)系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三)微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四)模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。 (五)网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 (六)绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。 机电技术应用论文:机电一体化技术的应用及其发展趋势 【论文关键词】:机械工业 机电一体化 数控 模块化 【论文摘要】:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的优秀技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手: (一) 机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二) 传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。 (三) 信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四) 驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 (五) 接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六) 软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一) 数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在: 1、 总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。 2、 开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、 WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4、 大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。 5、 能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、 系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。 7、 以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二) 计算机集成制造系统(CIMS) CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 (三) 柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 (四) 工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展: (一) 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二) 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除RS232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三) 微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四) 模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。 (五) 网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 (六) 绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。 机电技术应用论文:基于 Web3D技术的机电产品虚拟设计及其应用 论文关键词 :Web3D技术 机电产品 Cult3D技术 汽车 虚拟现实 论文摘要:主要介绍 了 Web技术和 3D技 术相结合的产物一Web3D技 术的基本概念、特点及实现技术.并以实例的方式详细阐述了web3D技术之一的 Cult3D技术 .在机 电产品虚拟设计 中的工作流程,从而可以有效地提高机电产品的信息传达效果,为新产品开发提供一种崭新的互动设计模式,最终提 高企业的竞争力。 0 引言 随着数字化设计技术 的发展 .人们已不再满足在网上浏览一些静态的、文本类 、二维的产品图片,而对那些具有动态的、三维可视化效果的产品需求越来越迫切。以计算机网络和计算机三维图形学为基础的Web3D技术以其特有的形象化展示功能、强大的交互性能和对现实世界的模拟功能在电子商务 、远程教育 、工程技术 、计算机辅助设计等领域已经获得 了广泛的应用。利用此技术设计的产品可以做到全方位展示 、色彩设计实时装配等 ,从而提高用户的参与性 。增强体验感。 1 Web3D技术概述 1.1 Web3D技术的基本概念 虚拟现实 VR (Virtual Reality)技术是一种逼真地模拟人在 自然环境中的视觉 、听觉、运动等行为的人机界面技术,Web3D技术是虚拟现实技术的一种实现形式 [21。Web3D还可以简单地被看成是 Web技术和 3D技术相结合的产物 。实际上也就是本机的 3D图形技术 向互联网的扩展.网络性、三维性和交互性是其显著的本质特征。它与本机的3D图形技术的主要差别在于:第一,实时渲染 :它是由渲染引擎进行实时渲染从而实时显示的;第二,具有无限的交互性:因为是实时渲染,这就为交互性提供了基础;第三,优化和压缩:由于网络带宽的限制 .文件必须经过优化和压缩以保证用户端快速下载。通过应用 Web3D技术 ,用户可以在 网上浏览以三维形式表现的物体 ,并对其进行交互性操作 以体验身临其境 的奇妙感受。 1.2 Web3D技术的实现手段 Web3D的实现技 术主要分成三大部分 .即建模技术、显示技术 、三维场景中的交互技术 [31。建模技术是虚拟现实技术的基础。把建立 的三维模型描述转换成人们所见到的图像,就是所谓的显示技术。三维复杂模型的实时建模与动态显示技术可以分为两类 :一是基于几何模型的实时建模与动态显示 :二是基于图像的实时建模与动态显示 。交互技术是 Web3D的关键技术 ,交互功能的强弱 由 Web3D软件本身决定 。但用户可以通过适当的编程来弥补软件的某些不足。 在众多的 Web3D软件系统中 。基 于 JAVA内核的Cult3D技术因其在交互性能、文件体积和画面质量等方面的优越性而得到用户 的普遍欢迎 ,现已广泛应用于众多电子商务网站的 3D机电产品展示中。 2 CuIl3D技术及其开发流程 Cuh3D是一种全新的 Web3D技术 .它有一纯 软件跨平 台的渲染引擎 ,主要包含 Cult3D Exporter plug—in、Cuh3D Designer和 Cuh3D Viewer plugin三大部分。 开发设计人员可 以使用 3D设计领域广泛使用的 3DSMAX或 MAYA来设计 产 品 3D模 型 .使 用 Cuh3D Exporterplug—in来转换设计模型 ,在 Cuh3D Designer中为模 型加入交互 、音效等其它效果 ,再无缝隙地嵌入到 HTML页面和其他应用程序中 [41。其开发流程如图1所示。用户 即可在网上实时观看 3D模型 ,还可通过 鼠标对其进行旋转 、放大或缩小等操作。 3 Cult3D‘技术在产品虚拟设计中的应用实例 3.1 创建汽车 Cult3D对象 为方便输 出,必须使 用一个 三维模 型制 作 软件f3DMAX或 MAYA1制作物体 的三维模型。制作前必须先下载插件 Cult 3D Exporter for 3DMAX或 Cult 3D Exporter for MAYA。只 有安 装好 输 出插 件 ,3DMAX或MAYA才可以将 3D模型输出成 Cult 3DDesign的 C3D格式。在制作模型的细节、真实度上多下点功夫,尽量用最少的面来做模型,以控制好模型的大小。太多的面不仅会加长网络传送的时间 ,更是对浏览者机器 的考验。最后输出成 C3D格式的 3D模型 。 3.2 对汽车 Cult3D对象进行交互设置 Cuh3D对象的交互设计就是在 Cuh3D Designer的事件地图窗 口中建立事件、动作和场景的相互关系,使浏览者触发某个事件或某个事件 自动做出相应的动作 ,并将可视化的过程和结果实时反馈给浏览者达到交互的目的。 汽车的时间地图如图2所示,它可以通过鼠标控制实现汽车任意角度的展示、车门的开关、车轮的转动和汽车尾气排放等。在Cult3D Designer中完成设计后,需将CulturalD对象导出为可的CO格式。在导出过程中还可对文件中的几何图形、声音等特征进行进一步压缩。 3.3 汽车Cult3D对象 可Cult3D对象的程序有多种,其中基于网络的应用较为广泛,用户可以通过网络或在本地机种用IE或Netscape浏览器查看。基于网络的需要编写想应得网页,在编写网页时,有两项主要工作: (1)在网页中编写语句嵌入Cult3D对象。IE浏览器是通过ActiveX组件来cult3d对象。IE使用 Object 的标签命令来在网页中嵌入ActiveX组件。 Netscape浏览器不支持 ActiveX控件 .需要另外设置外挂程序的语法 。Netscape浏览器使用 embed 的标签来嵌入 外挂组件 。另外 ,必须安装 Cuh3D Viewer插件,才能在浏览器网页时播放 Cult3D对象。对于 IE浏览器需要在 Object 这个标签内插入 codebase指定其下载网址.Netscape浏览器需要在 embed 标签内插入 type=“application/x--Cuh3D--object”语法说明外挂程序对象.pluginseape指定其下载网址。 (2)需要时 ,在 网页中编写语句触发 Cult3D对象的 自定义事件。Cult3D支持和网页相互交互。通过在网页中嵌入 Java语句,可以使浏览者在网页中点击按钮或进行选择时,触发 Cult3D对象 的 自定义事件实现同步展示,并同时把用户的选择保存在数据库中供网上调查、销售等电子商务模块使用。 4 结束语 虚拟现实技术作为一支崭新的综合性信息领域中的奇葩 ,体现出较高的人性化科技特色与风格。而将虚拟仿真技术同机电产品设计产业相结合 ,为设计师与企业厂商们提供了非常好的技术支持与解决方案.更为产品的推广营销创造了巨大的商业价值。无论是与传统影视媒体 、多媒 体软件 ,还是 与传统虚拟现实技术 比较 ,Web3D技术都表现出了在机电产品设计中的独特优势和潜力 。随着网络技术的高速发展必将有更新的 web3D技术出现,服务于设计 、服务于大众、服务于未来 。 机电技术应用论文:表面技术在机电和金结中应用展望 摘要:三峡工程是“千年大计、国运所系”的跨世纪工程。工程的质量、寿命、运行可靠性和检修维护费用,取决于多学科技术的发展水平。对表面工程技术在三峡工程机电设备和金属结构工程上的应用进行了全面的讨论和分析,对三峡工程机电设备、金属结构表面预处理、表面涂覆技术和产品提出了技术要求。 关键词:金属结构 机电设备 表面技术 1 引言 表面工程,是经过表面预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分和应力状态,以获得所需表面性能的系统工程。三峡工程通常被人们称为“土木”工程,但是大坝全长2309.47m中,实际上起挡水作用的溢洪闸门、电厂进水口闸门、船闸人字门和输泄水闸门占坝线全长的72%(1679m),实际上就好似一个“钢秩”工程。三峡工程作为一项水资源综合利用的工程,其机电设备和金属结构的总重量达50万t,其费用占工程总概算的1/3。 表面工程以多个学科交叉、综合、复合为特色,以应用多种表面技术及其复合表面技术为特点,是主导工业发展的关键技术之一。三峡工程是“千年大计”、“国运所系”的世纪性工程,一定要重视质量问题,把质量看成是三峡工程的生命。在国际招标的机电设备技术条件中,明确了应用表面加工技术、表面技术和复合表面技术的要求,以改善提高零部件材料表面性能,有效地提高设备运行可靠性,延长使用寿命和方便维护和修复。表面工程技术在三峡工程建设中得到广泛应用。 2 三峡工程应用表面技术的对象 三峡水利枢纽由挡水和泄水建筑物、发电建筑物和通航建筑物组成,大坝轴线全长2309.47m。泄水建筑物位于河床中部,设有表孔、深孔和导流底孔;电站厂房位于泄水建筑物左、右两侧,为坝后式厂房,共装设26台700MW水轮发电机组。通航建筑物布置在枢纽左岸,包括双线连续五级永久船闸、单线垂直升船机和施工期通航的临时船闸。 2.1 水轮发电机组和其它机电设备 三峡电站水轮发电机组及辅助机电设备总重量约达26万t。埋设在混凝土中的设备部件、常年受含沙水流冲刷的水轮机过流部件和常年暴露在空气中的机电设备表面都需要应用表面工程的基础理论,提出优质、高效、低耗的表面工艺技术,在设备和零部件的表面进行严格的处理以保证设备可靠运行。 2.2 水工闸门和金属结构 三峡工程的水工闸门埋设件、闸门本体、输水钢管及启闭机等金属结构总量约26万t。其中大坝及电站合计共有30种不同规格的闸门539扇,永久船闸有各类人字门、充泄水阀门等共89扇,两者共约7.3万t。其中工作环境最恶劣的是导流底孔和泄洪深孔的弧形工作门,最高工作水头达85m,流速达35m/s,并有局部开启的要求。 2.3 对外交通工程 三峡工区对外交通工程的金属结构表面防护,包括桥梁表面涂覆、装卸重件码头上的起重设备和金属结构的表面处理以及集装箱码头钢管桩和粉煤灰钢罐内表面的防腐等。 三峡工程对外交通金属结构工程包括大中桥梁34座,其中联系坝区两岸的西陵长江大桥1118.66m。 3 三峡工程应用表面技术的试验与实践 3.1 三峡机电设备和金属结构表面的工作环境 三峡机电设备和金属结构表面,根据其功能要求,分别暴露在在室内外大气和潮湿大气中,干湿交替环境。在静水工况、动水工况、高速含沙水流中和与混凝土结合的环境下工作运行。 (1)暴露在大气中工作的有:大坝顶部门式起重机及轨道、自动抓梁、厂房顶敞开式高压电气设备、高压出线塔、主厂房大门、电站尾水门式起重机及轨道以及部分闸门的局部外露部分。还有永久船闸、临时船闸和垂直升船机的桥机、大梁及清污机等。这些暴露在大气中的结构和装备表面,常年经受日晒雨淋、风雪冰霜的袭击。 (2)在室内大气中工作的设备主要有:水轮发电机组、变压器的外露表面、主付厂房内各种桥机、大梁、轨道、厂内高压设备、大电流母线设备和其他机组辅助设备如水泵、空压机、制冷机表面,电站厂房屋架、船闸人字门启闭机及其附属设备、中低压配电盘、动力盘、保护盘柜表面等。 (3)在潮湿大气中工作的结构和设备如:电站厂房进水口竖式液压启闭机、长期存放于门库中的检修门及埋件、闸门吊杆、尾水排水阀、水轮机顶盖排水泵等。这些设备常年处在潮湿的空气中,易锈蚀和腐蚀。 (4)在干湿交替环境中工作的结构极易发生表面破坏如:船闸人字门、所有闸门的门槽埋件、船闸浮式系船柱、泄水表孔闸门和检修门等。有的干湿交替频繁,有的交替频度不大,对结构表面影响也有所不同。 (5)在静水状况下工作的装备有:船闸人字门、检修闸门和叠梁门,电站进水口检修门,泄洪坝段深孔和表孔检修门等。他们都是在闸门前后平压后才开启或下落的。 (6)动水工况下工作的电站进水口工作闸门、压力钢管、拦污栅事故检修门、水轮机过流部件包括涡壳、导水机构、转轮、基础环和尾水管里肘等。 (7)在特别恶劣的环境中工作的排沙孔工作闸门及事故检修门、底孔工作门、深孔工作门、船闸输泄水廊道阀门、钢衬护以及水轮机转轮都是在高流速的含沙水流中工作和运转的,泥沙磨蚀的破坏作用,对其材料和表面的处理都有特殊要求。 (8)一些与混凝土面结合的钢结构,如压力钢管外壁,所有闸门和启闭机构以及钢结构的埋件、水轮机钢里衬、蜗壳、座环以及发电机埋件、设备基础埋件等。 3.2 三峡坝区的空气和水环境特性 三峡坝址位于湖北宜昌市二斗坪镇,此区域属南温带和亚热带过渡地带,其气候特征是高温、高湿、雾多风小,秋雨多温差小。坝区大气年平均相对湿度75.8%,平均温度21~22C,最高温度43.9C,最低9.8C。年平均降雨量达1251mm,以7、8月份较高。大气中S02浓度较高,酸雨比较严重,降雨pH值为5.44,大气环境腐蚀性大。 三峡坝址处多年平均水量达4500亿m3,多年平均流量为14400m3/s,水中含有泥沙,多年平均含沙量1.2kg/m3。实测最大含沙量10.5kg/m3。泥沙中推移质相对较小,悬移质居多,平均粒径小于0.1mm。水中有生物作用,如海蜊子等。江水的PH值为7.95,水中溶解O2为6.4mg/L。在动水下工作的装备和结构,承受的动水速度多不相同,拦污栅的过栅流速约lm/s,压力钢管内约8m/s,船闸输水廊道内约20m/s,深孔、底孔闸门处30~35m/s,排沙底孔内18~28m/s,水轮机转轮叶片约30~40m/s。这些结构和装备特别是在高速含沙水流中工作的结构和装备,面临空化和泥沙磨损的联合破坏。 3.3 三峡工程设备和钢结构的表面技术应用试验 为了使表面科学与工程相结合,为了结合三峡工程的空气环境、水环境和工作环境特点,通过试验研究提出有效的工程措施,达到改善材料的表面性能、有效延长使用寿命、节约资源、提高生产力和减少环境污染的目的。 为此,中国长江三峡工程开发总公司委托武汉材料保护研究所进行了不同涂覆材料和多种表面技术复合处理的实验。 (1)大气暴露实验 从1995年1月开始,在三峡坝区、宜昌市区和秭归县城,对30多个国内外厂家的120多种防腐体系的试件作挂片试验,其中有机涂装体系42种,热喷涂金属体系7种。现在试验仍在进行中。 (2)水环境暴露实验分别对全暴露在水环境中(全浸)和干湿交替的环境进行了试验。实验安排在三峡坝址下游40km处的葛洲坝水利枢纽进行,全浸试件浸没在葛洲坝二号船闸上闸首的人字门上,干湿交替试件装设在葛洲坝二号船闸下闸首的人字门上。试验涂装材料有,有机涂装体系35种,热喷涂金属体系7种,电化学保护1种。 (3)室内加速腐蚀实验分别对13个厂家的34种防腐体系,即4种水溶性无机富锌类、3种醇溶性无机富锌类、4种环氧富锌类、13种富锌底漆/中间漆/面漆、5种金属喷涂层、8种金属喷涂层/封闭底漆进行试验,分别应用常规试样和划叉破坏性试样在中性盐雾条件下进行加速腐蚀试验、在5%盐水溶液中浸渍试验、紫外线加速腐蚀老化气候试验、在自来水和盐水中的电化学对比试验、涂层电气学保护性能试验以及涂层与基体(或其他涂层)界面粘结力试验。 上述各项现场挂片试验的初步成果,已在机电设备和金属结构招标文件的技术规范中得到应用,供货厂商将根据合同的要求进行表面涂覆和表面改性处理。 3.4 三峡工程应用表面技术的实践 三峡工程自1994年12月正式宣布开工以来,表面技术在桥涵、码头、施工变电所和储运设备等方面得到比较广泛的应用。 (1)桥梁 三峡对外交通工程桥梁中特大桥4座,大桥7座,中桥23座,合计34座,累计长3793m其中较具特色的有莲沱大桥、黄柏河大桥、下牢溪大桥和横跨长江南北两岸的西陵长江大桥。 莲沱大桥全长340.87m,主桥为中承式三孔钢管混凝土连续拱桥。拱上桥面总宽20m。钢管的寿命直接影响大桥的安全。钢管拱表面防护,采用三道漆,分别为底漆、中间漆和面漆,干膜总厚度达305μm。在涂装前表面经除锈处理达Sa2.5级,粗糙度Ra30。 下牢溪大桥全长286.06m,为六孔三柱墩结构,最大跨径160m为钢管拱结构。钢管拱表面防护采用热喷铝。 黄柏河大桥全长284.76m,为七孔桩台式双柱墩结构,最大跨径160m为钢管拱结构。钢管拱表面采用热喷锌。 上述钢管拱的涂装寿命要求达到20年。 西陵长江大桥是横跨长江的坝区南北重要通道,和其他大桥一样,都是永久性的公路大桥。大桥全长1118.66m,主孔跨度900m为单跨双铰式钢箱加劲梁悬索结构。两座主塔高120m,为钢筋混凝土三层门式柜架结构。主塔基础为12根中Φ2.2m挖孔灌注桩。两根主缆各由10010根φ5.1mm镀锌平行高强钢丝组成,直径为φ570mm,每根主缆长约1478m,重约2300t。两岸各有一重力式锚锭。在大桥施工过程中,为了解决悬索鞍座的推移以调整力的平衡,全军装备维修表面工程研究中心提出了复合减摩涂层设计及相应的现场施工方案,替代国外采用的在鞍座磨擦副中安装数千枚滚针的方案,使鞍座顺利推移到位。采用这种复合减摩技术使磨擦系数降低1倍以上,大大节省了施工费用。此外,主塔表面和钢缆都采用了表面涂装防护,主塔表面总漆膜厚度达280μm。涂装寿命为5年,修复不需铲除只需在原涂装上再次涂覆。 (2)公路 专用公路采用封闭管理,为保证昼夜行车安全,设有公路防眩网及护栏,网和护栏波形梁表面采用热浸镀锌防护,锌层厚度在61~85μm。 (3)码头在三峡坝区设有一座杨家湾港口集装箱、杂货码头和一座重型设备装卸的重件码头。码头是三峡坝区水上的货物吞吐口,保证安全运作十分重要。 杨家湾码头的水下φ800/1000的钢管桩是码头的基础,钢管桩采用16mm的3号镇静甲类钢,其表面用氯化橡胶铝粉和氯化橡胶防腐漆进行处理。 2×300/50t重件码头的起吊设备为2台300t小车的桥式起重机,桥架结构总重300t。桥机及吊梁金属结构的所有内、外表面,机械零部件非接触表面,都进行了表面涂装处理。表面先经喷丸、机械手或手工除锈处理,然后涂以底漆、中间漆和面漆,分别采用环氧铁红车间底漆、环氧云铁防锈漆和可涂覆聚氨酯面漆。 (4)粉煤灰储运罐罐体为钢结构,全部储运罐总重约1830t,对其罐体、中转仓进行涂装处理,用铁红为底漆,合成树脂调和漆用作中间漆和面漆,输送粉煤灰的地下管道用环氧煤焦油沥青涂料。 表面工程在三峡工程的应用实践,不但起到了对金属和非金属表面的防护作用,还增添了建筑物的美感。据不全面的检查,涂复材料和工艺的应用是成功的,其使用寿命还有待进一步跟踪调查和考验。 4 机电设备、金属结构表面技术应用展望 迄今为止,三峡工程机电设备和金属结构的招标工作还在进行中。已完成招标的项目有左岸电站14台700MW水轮发电机组,合同金额7.4亿美元。二期工程厂(房)坝(溢洪坝段和永久船闸闸门及金属结构)采用国内公开招标,合同金额10.7亿元。现在在正进行500kV高压电气设备(15台840MVA变压器和全封闭组合电器)国际招标,电站主厂房1200t桥式起重机国内招标、500kV电抗器,20kV大电流封闭线的招标。还有大坝顶部和电站尾水平台的门式起重机等还未招标。这些机电设备和金属结构是2003年发电、通航的关键设备,这些设备和构件的表面处理,影响到设备的寿命、大坝整体建筑艺术处理甚至设备的安全可靠运行。 4.1 水轮发电机组和辅助电气设备的应用展望 在机组招标文件技术规范和合同文件中,对工厂涂装和保护涂层都有明确的规定,明确规定按SSPC—PAl、ASTMB456、ASTMB633和ASTMA164进行表面涂层处理。明确规定涂层必须在合适的气候条件(环境温度低于7C或金属表面温度小于外界空气露点以上3C时不能进行)。 同时明确了设备表面的清扫要求。选用溶剂清洗,进行喷丸发亮处理。使金属表面发亮呈均匀的灰白色。 对在运输过程中暴露在大气中的重要机械加工的黑色金属表面,先用溶剂清洗干净,并涂一层厚的防锈化合物。 所有暴露在大气中黑色金属非机械加工表面,如水泵、空压机外表面需喷砂发亮处理。再涂2层防锈漆,并明确涂层厚度要求。 所有与混凝土接触的非配合黑色金属埋件表面,如水轮机蜗壳外表面需进行机械清扫。并涂一层保护层,便于运输、堆放。在安装时必须先清理保护层,以利埋件表面与混凝土有效结合。 所有与水接触的非配合黑色金属表面,如活动导叶表面,蜗壳内表面,需用喷砂发亮处理,流道内的焊缝需用砂轮打磨光滑,在工厂涂两层环氧树脂富锌漆,安装后再涂一层保护漆。水轮机转轮是在含沙水流中运转的部件,其不锈钢表面未要求特殊处理。 所有盘、柜、压力油罐、泵组和管道外表面,在机械清扫后深4层装饰颜色涂料。盘柜的非工作内表面,进行机械清扫后,再涂两层防护漆。 对油罐铁质金属全部内表面需进行喷砂处理,直至露出金属光泽为止,再按要求涂保护层。 其他小型辅助设备,如电动机、接触器、开关和其他设备的表面,需按相应标准进行涂覆。 4.2 水工闸门和金届结构的应用展望 在水工闸门和金属结构的招标文件中,参考了三峡地区挂片试验的成果,按国家和行业规定的标准,对不同工作环境下工作的设备和构件,提出了不同的要求。 对经常处于水下或干湿交替环境,不易检修,或检修对航运、发电及泄洪有重要影响的设备或结构。要求采用具有高机械强度的防腐体系,有较好的抗冲刷能力,附着力极强,抗微生物和附着生物的性能优异,其保护年限长达20年。 对经常处于水下或干湿交替的环境,但易检修且对发电、航运、泄洪影响不大的钢结构和设备。要求采用粘附力强、耐水性的、抗微生物和附着生物性能优异的防腐体系,其保护年限可达10年。 对在大气环境中,包括室内与室外的钢结构和设备,要求采用具有较强的耐气候变化性能的装饰性能好的防腐体系,表面涂料要求不易变色,不粉化,其保护年限应达15~20年。 对这些设备和构件的表面处理,要求按国标GB6484-6487规定,要求基体清洁度达到GB8923规定的Sa2.5级。 对防腐材料亦作明确的规定,要求采用国家或行业标准产品系列,底、中、面漆最好选用同一厂家产品。 对各类水工闸门和金属结构的具体表面涂覆要求,合同中都有具体规定,例如: 永久船闸人字工作门和第一闸首事故检修门及其埋件,总重约23865.2t。门体和底层采用热喷锌,最小局部厚度不小于160μm,封闭层为磷化底漆一道,面漆为氯化橡胶两道,干膜厚度100μm,涂层总厚不小于260μm。 电站压力输水钢管14条,总重2万余t,对钢管的明管内外壁和钢管内壁,底漆采用无机富锌漆,面漆为厚浆型环氧沥青漆,漆膜总厚度不小于450μm,钢管外壁与混凝土接触面涂无苛性钠水泥沙浆,厚度约500μm。 电站压力输水钢管14条,总重2万余t,对钢管的明管内外壁和钢管内壁,底漆采用无机富锌漆,面漆为厚浆型环氧沥青漆,漆膜总厚度不小于450μm,钢管外壁与混凝土接触面涂无苛性钠水泥沙浆,厚度约500μm。 电站进水口快速工作闸门、排沙孔工作门约4911t,表面涂覆采用底层热喷锌加封闭涂料防腐。热喷锌厚度为120~160μm,封闭漆为不饱和乙烯树脂一道,干膜厚30μm,中间漆环氧云铁一道,干膜厚50μm,面漆为改性耐磨坏氧两道,干膜厚100μm。涂层总厚300~340μm。 泄洪深孔弧形工作闸门23扇、排漂孔弧形工作闸门2扇及其埋件,息重约10306t。门体采用底层热喷锌加封闭涂料防腐休系。要求热喷锌厚120~160μm,封闭漆为不饱和乙烯材脂一道,于膜厚30μm,中同漆坏氧云铁一道,干膜厚50μm,面漆为环氧金刚沙二道,干膜厚100μm。涂层总厚300~400μm。 5 结语 表面工程技术在三峡工程的应用,一直受到国家有关部门、单位的重视,通过上述的讨论,我们可以看到表面技术与三峡工程成功建设、运行可靠和市省维护费用息息相关。 (1)三峡工程在中国国家科技攻关项目,如“六五”、“七五”、“八五”和“九五”攻关项目的安排,在三峡工程重新论证和投计审查中,始终是一项研究和讨论的重要课题之一。从材料表面加工工艺选择、涂覆材料及喷涂工艺研究以及表面电化保护等在“九五”三峡工程重大装备研制项目中占有重要地位。在三峡工程开工后,为有效的使用有关表面处理材料和适应三峡坝区的环境,迸行了多厂商多种材料的涂装挂片试验,以便有针对性的选择合适的涂装材料和工艺,以使表面材料应用达到寿命长、装饰美的效果。 (2)如前所述,所有机械设备、金属结构、水工闸门都在不同程度上离不开表面技术,他们运行的可靠性、经济性都在不同程度上仰仗表面技术的应用,这牵涉到多专业、多学科的应用,不但是简单的现场的涂装技术,还有许多是在设计中要求应用的在工厂实施的技术、工芝,从目前的应用范围看,它是一项在工程中无所不在、应用广泛的技术。欢迎国内外表面工程学界积极参与三峡工程表面技术应用研究。 (3)随著国内外表面技术的研究和发展,将使三峡工程通过表面技术的应用广泛受益。采用长效且与坏境相宜的表面涂装材料和工艺,对延长设备的使用寿命,延长维护性涂装的周期,有着重要的经济效益。与整个建筑和周边环境协调的装饰涂装,将会给人们美的享受。针对三峡工程具体的环境、目标进行研究和开发的成果和产品,将会给三峡工程带来更大的经济效益。 (4) 对三峡工程表面技术应用的跟综研究将水电工程或类似工程的应用提供有价值的参考。三峡工程表面技术应用广泛,应用材料品种之多,应用对象工作坏境的千差万别,按照目前技术和工艺水平应用的表面工程技术能否获得预期效果,还有待长期跟综研究和改迸。毋容置疑,随着科学技术的进步,表面工程技术作为现代科学的一门新兴的综合学科,必将得到迅速的发展,三峡工程必将从中获益。 机电技术应用论文:机电一体化技术及其应用研究 摘 要 讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用,并说明其在钢铁工业中的应用以及发展趋势。 关键词 机电一体化 技术 应用 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合,其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展,其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 1.2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能,设置智能I/O接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展,为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样,在产品开发设计时,可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 1.4 网络化 由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统,使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处,因此,机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 1.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种艺术享受,如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 1.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然,也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems,简称MEMS)是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针,1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来,国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展,开发出各种MEMS器件和系统,如各种微型传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器),各种微构件(微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等)。 1.7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次,使系统功能分散,并使各部分协调而又安全地运转,然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强。 1.8 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 1.9 绿色化 科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化,在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以,人们呼唤保护环境,回归自然,实现可持续发展,绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命结束时,产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁企业中应用 在钢铁企业中,机电一体化系统是以微处理机为优秀,把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来,采用组装合并方式,为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件,增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面: 2.1 智能化控制技术(IC) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点,传统的控制技术遇到了难以克服的困难,因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等,智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面,如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。 2.2 分布式控制系统(DCS) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展,分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制,而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能,成为一种测、控、管一体化的综合系统。DCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。DCS是监视集中控制分散,故障影响面小,而且系统具有连锁保护功能,采用了系统故障人工手动控制操作措施,使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比,其功能更强,具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 2.3 开放式控制系统(OCS) 开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持,按此标准设计的系统,可以实现不同厂家产品的兼容和互换,且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联,实现控制与经营、管理、决策的集成,通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联,实现测量与控制一体化。 2.4 计算机集成制造系统(CIMS) 钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体,用以实现从原料进厂,生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化,但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理,难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产,质优价廉,及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存,加速资金周转,实现生产、经营、管理整体优化,关键就是加强管理,获取必须的经济效益,提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。 2.5 现场总线技术(FBT) 现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4~20mA,DC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致DCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表,如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。 2.6 交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展,交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动,数字技术的发展,使复杂的矢量控制技术实用化得以实现,交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎,应用不断扩大。 机电技术应用论文:浅谈电工新技术在机电一体化中的应用 摘 要:文章从电工新技术的发展谈起,对电工新技术在机电一体化中的应用作详细分析,并着重探讨电工新技术的特点,归纳、总结出相关结论,供同行参考借鉴。 关键词:电工新技术;机电一体化;应用 电工新技术目前已在机电一体化中得到了广泛应用,依靠电工新技术研发制作的机电一体化产品种类众多,为机电一体化事业的发展起到了巨大的推动作用。分析电工新技术的基本功能,当该技术应用到机电一体化以后,不但能有效改善机电一体化产品的生产环境,提高机电产品工作效率,还能减少能源浪费,实现生产节能。下面笔者结合电工新技术的发展概述,对机电一体化中应用到的电工新技术作详细分析。 1 电工新技术分析 1.1 电工新技术是促进国民经济发展的关键因素 电工新技术的发展带动了我国国民经济的增长,它借助自身技术优势,一方面解放了国民生产力,有效促进了生产效率的提高,另一方面降低了生产能耗,为社会主义建设做出了贡献。总的来说,电工新技术促进了国民经济的发展,为社会进步以及人民生活品质的提升创造了条件。 1.2 电工新技术的定义与发展趋势 所谓电工新技术,实际就是指在当前并未实现规模化应用,但具有一定效益的电工技术。随着时代与社会文明的不断进步,电工新技术在国民生产中起到的作用越来越大,成为了21世纪最具活力和最具生命力的电工技术。追究电工新技术的发展原因,它实际是在传统电工技术基础上发展起来的,是知识经济时代下出现的电工新理论、新知识、新材料以及新工艺等集多种表现形式于一体的新电工技术。电工新技术从20世纪下半叶开始发展,当时盛行的电工新理论有等离子物理、生物电磁学、电磁流体力学等等,新技术则主要有放电应用技术、磁流体发电技术、电磁诊断技术等。在21世纪的今天,电工新技术的发展已经迈上了一个新台阶,除了原有的电工技术、理论、设备、材料在各行各业得到了广泛应用以外,电工新技术还向纳米技术、生物工程技术、网络技术方向发展,成为了国民经济发展中的中坚力量。 2 电工新技术在机电一体化中的应用 电工新技术当前已经在机电一体化中有了较为普遍的应用,比如生产中常见的自动监控制技术、触摸屏技术、运动控制卡等,都属于电工新技术的范畴。详细分析如下: 2.1 自动控制技术 自动控制技术与自动控制系统的应用是电工新技术的一种主要表现形式。以自动控制系统为研究对象,该系统的基本特点是能实现自动化控制。将该系统应用到机电一体化中,系统能对机电设备的运行状态进行连续测量,并结合测量数据推断出设备偏差,及时采取相应措施对偏差进行处理,尽可能的将偏差降低到最小。在机电一体化自动控制中,为了将自动化控制系统测量的快速性、稳定性、精确性体现得更加充分,往往会选择采用比例控制器、积分控制器等对系统进行控制。工业大革命之后,市场对机电一体化产品的精度、性能、使用可靠性等性能要求越来越高,而为了满足市场要求,机电一体化产品内部所采用的控制器性能也随之越来越好,全闭环数字式伺服系统的出现使得自动控制技术在机电一体化产品中的应用地位越来越高,既能满足系统自动控制技术要求,又能提高系统控制与调节精度,为机电一体化产品自动化控制与调节的实现奠定了坚实的技术基础。因此,现代机电一体化产品大多选择该类伺服系统来实施产品控制。 2.2 pc的应用 pc,实际指可编程控制器。该控制器是上世纪60年代生产出来的一种工业控制装置,技术基础建立在计算机控制技术和通信技术上,既具有计算机控制功能,又能实现通信,所以该控制器在出现以后,便被广泛应用于机械生产自动化控制中。pc技术产生初期,常用的pc大多只具备逻辑控制、定时和记数功能,通常将只能实现这三项功能的可编程控制器称为可编程逻辑控制器。随着电子技术和大规模集成电路的广泛应用,plc的功能日趋完善,性能不断提高。plc已经发展为集计算机技术,自动控制技术、通信技术、过程控制技术于一身的电子装置。目前plc正朝智能化、网络化方向发展。plc作为一种新型的工业控制装置。用计算机编程软件代替继电控制的硬件接线,既发挥计算机优点,又考虑电器操作人员习惯,始终保持大众化特点。plc具有可靠性高、编程方便、对环境要求低、与其他装置连接方便等优点。plc控制系统与继 电顺序控制系统的比较:plc控制系统大部分为软件控制,系统结构紧凑、体积小;plc控制器内部全部为“软接点”,动作快,系统的控制功能改变一般需要修改程序;plc控制系统的设计、施工、调试周期短plc控制系统具有较强的自检、监控功能,可靠性高,适用范围广。特别是可编程计算机控制器pcc与传统的plc相比较能更好的实现分时多任务操作系统和多样化的应用软件设计,不仅满足了实时控制的要求还可以按照用户的实际要求任意修改。 2.3 运动控制卡的应用 运动控制卡是一种基于pc机及工业pc机、用于各种运动控制场合的上位控制单元。它包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、d/a输出等功能。它变频器的工作原理主要是把工频电源变换成各种频率的交流电源,来实现电机的变速运行的设备。以达到无极变速,从而缩短电机方向和转速的时间,其中控制电路完成对主电路的控制,整流电路将交流电变换成直流电,直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波,逆变电路将直流电逆变成交流电。它可以发出连续的、高频率的脉冲串,通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度,改变发出脉冲的数量来控制电机的位置,用于控制步进(直线)电机或伺服电机。所以变频器因调速性能好、效率高、性能稳定、可靠性高等这些优点,使其在数控伺服、机械、同步传动等多种场合都得到了广泛的应用,因此,变速器调速技术已逐渐成为电气传动自动化的一项优秀技术。 3 结束语 综上所述,我国当前的电工新技术在机电一体化产品中的应用极为广泛,成为了机电一体化产品实现自动化控制的必要措施。电工新技术以其独有的技术特点,为机电一体化发展创造了众多有利条件,促进了机电一体化自动控制的实现。总的来说,电工新技术的发展为机电一体化技术的进步做出了贡献,它不仅省去了多余的社会劳动力,实现了机电一体化产品的自动化控制运行,还减少了能源消耗,对社会进步起到了巨大作用。 机电技术应用论文:矿山机电设备检修中的故障诊断技术应用 摘 要:矿山开采是为了更好的满足经济和社会发展对能源的需求,因此,在矿山开采过程中一定要对机电设备的故障诊断技术进行提高,这样才能保证在矿山开采过程中不会出现更多的安全事故,保证矿山企业安全生产。 关键词:煤矿企业;矿山机电设备;故障诊断技术 煤矿企业在生产过程中会使用大量的机电设备,因此,在生产过程中要想保证安全一定要对机电设备的故障诊断技术进行分析,这样才能更好的对机电设备进行维修,保证煤矿企业的生产不会受到影响。 1 矿山机电设备故障诊断技术的内涵 矿山机电设备诊断技术是一项非常复杂的技术,也是一项综合技术,其中包含着信息技术、计算机技术以及传感技术,能够对设备出现的事故进行很好的反映,因此也能在设备出现事故前就进行维修。矿山机电设备在维修诊断技术方面也是发展很好的,能够对机电运行过程中的状态进行检测,这样能够更好的提高机电设备的安全性和可靠性,同时也能及时对出现的问题进行解决。机电设备维修诊断技术能够对设备出现的异常原因以及危害程度进行更好的分析和评价,因此,也能及时采取必要的措施进行预防。 2 故障诊断技术的概述 2.1 构建数学模型 机电设备在运行过程中会产生很多的参数,这些参数在一定程度上能够对设备的运行情况进行反映,因此,构建一个数学模型能够更好的对设备运行情况进行反映,同时也能对机电设备出现故障的参数进行总结,以后通过对参数进行分析就能及时反映出故障是否存在。 2.2 采集各种信号和参数 在设备上安装各种传感仪器能够更好的对设备运行状态的各种信号和参数进行收集和测量,这样能够更好的通过传感设备对设备情况进行掌握。传感器产生的各种信息可以传递给计算机,这样能够使计算机成为数据存储的工具。 2.3 对采集的各种信息进行处理 对生产现场采集到的设备各种信息,有些是不能对设备的运行情况进行反映的,因此,要对采集的信息进行处理,在处理的过程中还要对出现的无用信息进行剔除。 2.4 对处理后的信息进行分析和识别 对处理后的信息进行分析和识别以后,能够更好的与其和设备运行的标准参数进行对比,这样能够更好的对设备的状态和故障类型进行反映,同时也能更好的找到解决故障的措施。 2.5 预测 在现场采集回来的信息进行分析和识别以后能够更好的对设备的运行情况进行反映,同时也能更好的对设备的故障情况进行预测,这样也能更好的对设备故障可能带来的影响进行分析。 3 矿山机电设备故障诊断的主要技术 3.1 主观诊断技术 在对矿山机电设备进行故障诊断的时候,维修人员可以利用相关的实际经验对故障进行判断和检修,但是这种技术只适用于简单的故障,同时可靠性也是非常低的。主观判断技术,通常分为直觉经验法、参数测量法、逻辑分析法和故障树分析法。直觉经验法是维修人员凭借自身的经验和感觉通过对设备进行查看判断故障原因的一种方法,这种方法受到维修人员阅历的影响。参数测量法是对设备的运行参数进行测量,然后通过与标准参数进行比较,对设备可能出现的故障进行判断,同时对故障的位置进行判断。逻辑分析法通过逻辑关系对设备故障的显性现象进行判断,能够找到故障出现的原因和位置。故障树分析法对系统出现的故障能够更好的进行判断,对经常出现的故障可以直观的进行反映,这样能够最终对故障进行判断。 3.2 仪器诊断技术 在对矿山机电设备进行诊断的时候,工作人员可以利用监测仪器对机电设备进行系统的检测,这样能够更好的对设备运行情况进行掌握,同时也能对故障情况进行判断。 3.3 数学模型诊断技术 矿山机电设备在进行诊断的时候,工作人员可以利用相关的测量设备对机电设备的运行参数进行统计,然后与标准参数进行比较,这样能够更好的进行分析和判断,同时也能通过数值比较找到故障的位置和类型。 3.4 智能诊断技术 在诊断技术中,智能诊断技术的发展前景是非常好的,在进行诊断的过程中可以利用计算机对信息进行获取、传递和分析,这样能够更加及时的得到出现故障的位置,同时对故障的类型也能更快的得到。 4 故障诊断技术在矿山机电设备维修中的应用 4.1 诊断依据 矿山机电设备在运行的 过程中,会产生一定的动力、热量以及化学能量变化,这样就会导致设备在使用过程中出现温度上升和压力不断增大的情况,导致机电设备的运行状况和工作效率受到一定程度的影响。 4.2 信息采集 在对矿山机电设备进行信息采集的时候可以利用故障诊断技术中的点检仪或者是传感器等仪器来进行信息的采集,而且在信息采集方面也是非常的准确的,因此,对机电设备的实际情况也是能够更好的进行体现的,对信息进行分析和处理能够更好的掌握设备的状态。在信息收集的时候场所也是非常重要的,通常可以在生产现场进行采集和性能方面的检测。在现场考察的时候要对机电设备的表面情况进行观察,这样也能够通过外表对其使用情况进行判断。 4.3对设备的性能检测 对机电设备的性能进行检测的时候,主要对其投入和产出之前的变量情况进行对比,这样能够更好的对其性能进行掌握。在相同投入的情况下,如果设备的产出出现了减少的情况,这样就说明机电设备的运行效率出现了下降的情况,同时在产出相同的情况下,如果投入出现增大的情况,也说明了设备在运行过程中出现了下降的情况。导致设备出现运行性能下降的情况,原因有很多,其中,电机的功率、轴承的转速以及设备的温度变化都是影响的因素。因此,在设备出现工作效率下降的情况时对一些关键的部位进行检测是非常重要的,同时也是避免设备出现更大的故障的保障。 5 矿山机电设备检修中故障诊断技术 5.1 故障诊断专家系统 由于矿山工作环境的复杂性和多变性,导致矿山机电设备故障常常具有复杂性和隐蔽性,运用传统的故障诊断技术难以对故障进行准确的判断,而故障诊断专家系统能够综合运用领域专家的知识和经验,模拟专家的思维过程,对故障进行准确的分析和判断。 5.2 模糊数学的应用 矿山机电设备故障的原因和现象间通常具有一定的对应关系,其中既有随机因素,又有确定因素,因此在保障诊断精度的前提下,将模糊数学引入矿山机电设备的故障诊断中,建立模糊诊断数学模型,使得定量分析和专家经验、定性分析相结合,并在计算机上实现,为矿山机电设备故障的诊断决策提供辅助依据。 5.3 人工神经网络的应用 神经网络拥有特殊的结构和信息处理方式,使其在模式识别、信号处理、自动控制与人工智能等许多领域得到了实际的应用。矿山机电设备的故障诊断中从故障初始征兆到故障源的映射通常具有复杂的非线性映射关系。通过连续地对这些部位进行监测,能够使得矿山机电设备的运行状况得以准确和直观的反应。 6 结束语 经济和社会在快速发展的情况下,对能源的需求量在不断增大。矿山企业在进行生产的过程中,工作的环境是非常的复杂和恶劣的,这样也使得矿山开采过程中经常会出现安全事故。在矿山开采过程中,机电设备经常是处于高负荷运行的情况下的,这样也使得设备会经常出现故障。对故障进行诊断才能更好的保证生产顺利进行,同时也能保证安全生产。 机电技术应用论文:试论汽车发动机电子技术的应用 [摘 要]汽车发展需要电子技术的全面支持,汽车发动机的控制技术也随着电子技术的发展而进入到电子时代,针对这个领域全世界都进行了全面而深入的研究,使得电子技术对发动机的控制进入到了全面而智能的领域。 [关键词]电子技术 车辆控制 发动机控制 应用方法 一、电子技术在汽车与发动机上的应用概况 1、电子技术在汽车上的应用 电子技术的应用在汽车上的应用是为了适应汽车工艺与应用的需求而被被采用的,不完全统计在近几年间,在汽车的生产与制造中,大量的电子装置已经被应用在汽车中,占有的比例增加到了近三成。一些高级别的轿车上已经安装了单机片甚至是计算机,电子产品占有整车的比例达到一半。目前电子技术的应用已经渗入到各个汽车系统,安装目前的应用情况,汽车电子系统的用应用安装不的产品与功能可以分为两种,一种是汽车电子控制系统,主要负责对车辆上的机械进行智能化控制,使得汽车在运行过程中可以按照不同的需求对车辆进行智能化控制,即所谓的机电结合。另一种是车载电子系统,即在汽车中可以独立使用的电子系统,他们与汽车的性能没有关系,如导航系统、音响系统、通讯系统、网络系统等等。 2、电子技术在汽车发动机上的应用 在汽车发动机上电子技术也有了大量的应用,随着人们对乘驾的要求不断提高,加上环保等标准的升级,汽车电子技术在功能上不断获得改建,系统化、集成化、微型化等方面都获得了突破。对汽车发动机的电子化控制已经使得汽车的性能有了大幅度的改变。未来汽车电子技术将有望在以下领域出现突破。如传感器技术的应用,随着汽车电子化的拓展,自动化已经成为其发展的必然趋势,对传感器的应用已经成为车辆中不可缺少的技术,尤其是对发动机的检测与控制,更离不开传感器的应用,其数量与功能将不断拓展,使得电子技术对汽车发动机的控制更加直接与智能。同时,发动机机电控制单元的技术水平也会不断提高,电控单元将向着多功能集成化方向发展,其处理的性能将更加强大,为整个动力系统提供智能化控制模式。 二、电子技术在汽车发动机上的应用实例 1、电子点火系统 电子点火系统实际上是为了适应汽车环保需求而设计应用的,其主要是,满足发动机的点火可靠性,所以电子技术被应用到该装置上,这样就可以控制点火的精度。因为电子技术的高速发展,现在的晶体管器件都可以达到较高的精度与性能。当前研发的汽车电子点火装置,从控制点火圈、可控硅点火装置、集成电路点火装置等等。其优秀系统是由芯片、传感器、接口、执行机构等组成。其目的就是节约燃料、降低污染。同时电子点火装置的应用还可以实现对车辆发动的智能化控制,并可进行自我诊断等。 2、电子油喷系统 在汽车生产中,机械式和电混合喷射系统都已经不能适应车辆的应用需求,电控喷射装置已经逐步普及。电子装置可以利用电子智能控制来保证发动机的最佳工况,输出的功率相对稳定,且降低污染。在研发中可以将发动机的最佳工况输入到电子系统中,这样就是先了喷油效果最合理。实现空气流量、含氧量、进气温度、发动机转速等多种参数的相对平衡,进而达到智能化控制的目标。这样就可在车辆行驶中根据当时是的工况对喷射油量进行智能化调控,让发动机始终处在一个最为合理的工作条件,进而让发动机综合性能提高。在车载的燃油喷射系统的控制单元是一个完整的控制中心,并利用安装在发动机上的各种传感器测定运行参数,按照驾驶工况对喷油器的油量进行精确控制,使得发动机在运行中获得的燃油混合气比例最佳。 目前该系统的应用已经较为成熟,在柴油喷射系统中有着突出的效果。如1)电控分配系统,柴油机电控分配泵的喷油泵油量及喷油定时的装置都是采用高速的电磁阀门进行控制,电磁法在工作中可以对喷油的进行定时,进而利用开启和闭合对油量进行精确控制。2)还有一种是电控直喷的油泵,电子控制装置可以对喷油量和喷油时间进行定时,或者具备其中的一种功能,这样就可对燃油与空气的比例进行限定,还有的可以对压力和速率等进行控制。电子控制的直喷装置可以设计为电控调速器。电控调速其可以与转速相互配合,并且容易实现。同时响应 速度可以高于机械的调速装置,这样就可实现对发动机的油量进行控制的目标。3)电控单体油泵控制系统,这样的系统采用较短的高压油管,可以对喷油进行加压,最高压力可以达到160mpa以上,这样与高速电磁阀进行配合从而控制喷油量。再有就是利用机械驱动的电控喷油系统,目前最为完善的是电控喷油嘴系统,是电子式的驱动系统,现有的产品也可实现高压喷油的效果。其中最大的压力已经可以达到200mpa,甚至更高,机械驱动的电子喷油系统已经在国外有了完善的研究与发展,从小型的柴油机到大型的柴油机都已经可以实现电子控制,并精确控制喷油量。4)电子控制的喷油嘴系统,这样的装置可以利用机械驱动和蓄压形式实现定量控制,都可以实现高压力的喷射,使得燃油最大化的行车雾化混合物,大大降低了柴油机燃烧系统对缸内的涡流强度的需求,甚至可以实现没有涡流的设计。5)电控蓄压喷射系统。随着研究的深入,电子控制蓄压喷射嘴系统的研究上升了一个高度。其设置不需要机械驱动和机械调节,所以不用在设计中考虑柴油机整体的结构,这使其最大的优势之一。在研究中美国公司研究的装置可以将电控与液压的技术结合起来,形成一个按照时间控制喷射过程和相应压力装置,具有喷油速率控制的效果,对初始供油期、着火延时等进行油量的优化。同时也可实现对柴油机烟度、颗粒等进行改善。 3、排气循环和带速装置 在电子控制系统中,对排气系统的控制也是涉猎的内容,将发动机排出的部分废弃进行利用回流到进气管,并与新鲜的空气进行混合,再次的进入到汽缸中进行利用,这样可以控制尾气中的有害成分,期间废气的量则由电子电子阀进行控制,从而实现智能控制。 还有就是怠速控制,怠速控制的功用:实现发动机起动后的快速暖机过程;自动维持发动机怠速在目标转速下稳定运行。怠速控制的主要内容:起动后控制暖机过程控制,负荷变化的控制以及减速时的控制。 三、结束语 发动机是汽车工作的重要系统,在对其进行控制的过程中需要智能化升级,因为只有智能化的升级才能让发动机在工作中更加的低耗,并以此形成一个节能的效果,同时电子技术的应用可以帮助汽车实现整体的智能化,以发动机控制为优秀的电子技术的应用,实现了整车运行与控制的智能化,这样才能让汽车在运行中体现安全、节能、环保、舒适等进步。 机电技术应用论文:煤矿机电管理技术的应用探讨 【摘 要】煤炭是我国重要的能源,煤炭工业的大力发展,在我国的国民经济建设发展中占居重要的地位。采用机电一体化产品的煤矿,能够获得可观的技术、经济和社会效益。随着现代化设备的不断投入使用,对机电管理人员的业务素质也提出了新的要求,只有熟识电气设备的功能,才会更好的完成本职工作。因而,近年来各级煤矿企业领导都十分重视机电一体化技术在煤炭生产中的应用与推广。本文对煤矿机电一体化技术的应用进行研究。 【关键词】机电管理人员;煤矿机电一体化产品;煤炭生产 我国电气自动化的应用使采煤的过程更加人性化,综采工作面装备远程监控及专家诊断系统的可靠性是国产采煤机研究的主要内容。该系统能够实现综采装备液压支架和采煤机的远程监控,使采煤机根据煤层的变化实现自动割煤、煤层的软硬自动调节采煤速度,检验并完善动态监测综采支架液压系统压力和各受力点的状态,自动调节支架推移输送机的拉移等,使综合机械化水平上一个新的台阶。 煤矿机电一体化技术矿井运输提升产品的应用在煤矿生产中,因为现代化煤矿发展的需要,对煤矿机械化采煤提出更高的要求,因此随之对井下、井上的运输和提升系统的要求也就越来越高。如今,对于国外一些采煤技术比较先进的国家,煤矿井下大巷的运输系统大多是采用带式运输机,他们基本上是采用直流式交流变频装置驱动方式,主要以电力电子器件为优秀。 1. 机电一体化 机电一体化是集机械技术、微电子技术、光学技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、接口技术、软件编程技术等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进了相关技术的发展和进步。我国在20世纪80年代成立机电一体化领导小组,并将该技术列为“863”计划。机电一体化正朝着智能化、网络化、微型化、柔软性化、系统化发展,它的发展对煤炭系统产生了很大的冲击,采用机电一体化产品将大大改善煤矿生产的劳动强度、工作环境及安全系数,同时在降低能耗、保证安全生产方面也实现了特定的价值。它可不必更换设备,而对产品结构和生产过程进行必要的调整、改革,对传统的机械工业注入新鲜的血液,实现文明生产。 2. 煤矿机电一体化产品 煤矿机电一体化产品已在许多煤矿得到广泛应用。国产的以计算机为优秀的电牵引采煤机、全数字直流提升机已占领国内市场,我国已能生产用计算机监控的掘进机、胶带运输机、矿井供电设备等。另外煤矿安全生产监控系统、胶带机集中控制系统、矿井生产过程自动控制和信息化管理、图像监视井下关键设备和主要工作地点、调度室的装备实现数字化、计算机网络管理系统在生产调度、财务、人力资源、设备、销售及办公自动化都得到了普遍应用。煤矿机电一体化产品实现了设备的自动化、智能化、信息化等等,为煤矿生产实现高安全、高可靠、高效率和高效益提供了保障。 3. 改进煤矿机电管理的办法 3.1 重视管理,提高机电管理水平。 重视机电管理,首先是矿井领导人重视机电管理,这是加强机电管理的关键。机电管理人员要经常向矿领导汇报机电工作,多提工作建议,以获 领导的支持。 3.2 因矿制宜建立机电管理机构,授予职权,统一管理。 矿井机电管理机构体系不论采取哪处形式,都必须授予机电部门职权,实行统一管理。一般机电部门要具有以下职权,即:制定机电管理规章制度权;编制部署机电工作计划权;设备配件分配权;制止违章作业权;追查机电事故权;检查评比考核奖罚权;机电业务骨干调整调动工作监督权。 3.3 加强机电标准化管理,建立健全标准化管理组织,提高全体机电人员的质量标准化意识,按标准化要求开展机电工作。 机电标准化是确保矿井机电安全生产的基础,地方煤矿应逐步完善机电标准化工作,成立标准化领导小组,制定标准化建设奋斗目标及具体措施、完成时间。实行“三抓”,即面上抓质量升级,线上抓达标头面、机道、机房,点上抓薄弱环节。建立机电标准化奖罚制度,开展机电标准化竞赛活动,树立标准化样板机电区队、机房硐室、机道,推动机电标准化工作的全面开展。 3.4 扎实地做好设备综合管理工作。 设备管理的基本任务是掌握设备动态,建立、保管设备档案,办理设备调拨转移手续,掌握设备技术性能状态,编制审查设备购置、更新、改造、修理、配件计划,掌握大修资金的使用,对设备实行全过程的管理。各矿应建立设备综合管理体系,完善设备综合管理制度,配齐设备管理人员,实行流程化管理,扎实地做好设备综合管理工作,确保设备管理制度化、正常化、规范化。 3.5 认真落实规章制度。 规章制度是机电业务活动的准则,是做好机电工作的纪律保证,应建立健全。当前,规章制度执行不利是突出的问题,特别是操作、维修、综合平衡、质量验收、现场管理等制度的执行方面尤为突出。矿井机电管理的主要工作对象是设备,落实规章制度也必须以管好、用好、修好设备为主要工作内容。目前急需重点落实的规章制度是:机电管理人员责任制度;设备使用操作规程;设备维护保养、检查、维修、质量验收制度;机电事故管理、设备现场管理、技术管理、综合平衡、班组经济核算等制度。 4. 对我国煤矿机电一体化技术的思考 (1)在 20世纪,我国煤矿机电一体化技术(产品)取得了较大的发展,机电一体化技术应用到了煤矿每个环节,但相对国外先进煤矿还是比较落后的。因此,要让我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术水平,必须掌握信息时代机电一体化技术的特点和相关技术发展的动态。 (2)应提高我国煤矿机电一体化产品的规范化、标准化、系列化和通用化的程度;以计算机为机电一体化的优秀装置,因为计算机运算和存贮能力非常强,且体积和功耗小,更加适合于工作空间狭小的煤矿机电一体化产品,在设计煤矿机电一体化产品时,应尽可能的选用功能强大的嵌入式计算机,从而保证工作性能更可靠;对于新开发的煤矿机电一体化产品应具有通信功能,同时,要选用很好的开放性和高可靠性的通信模块,方便与控制网络进行连接通信控制;煤矿机电一体化产品需要达到智能化发展水平,能判断机电设备和周围环境的状态,使设备能自动适应环境并以最优的状态工作,同时能快速地对所采集的参数进行分析,从而对故障进行诊断,再根据这些诊断结果对以后工作过程中的故障进行预测;要对矿用传感器进行深入研究和开发,提高矿用传感器的可靠性和使用寿命,同时考虑传感器的数字化、集成化、智能化和多维化,使矿用传感器在比较恶劣的工作环境下进行信号的测量,并保证其测量准确度,并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能;要关注国内外高新技术的发展,将那些适于煤矿井下工作环境的高新技术用于煤矿机电一体化产品,从而提高煤矿现代化,达到煤矿自动化生产。 5. 结束语 煤矿机电一体化技术是煤矿综合自动化的发展基础,更是煤矿企业信息化建设的重要支撑技术,煤矿机电一体化技术在采、掘、运、装备等方面的应用和推广,大力地推动我国煤矿综合生产力,同时,为实现安全、高效、洁净、结构优化的现代化、高科技煤炭工业生产打下了坚实的基础。 机电技术应用论文:关于机电一体化技术及其应用研究 摘要:讨论了机电一体化技术对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用,并说明其在钢铁 工业 中的应用以及 发展 趋势。 关键词:机电一体化 技术 应用 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微 电子 、控制、 计算 机、信息处理等多学科的交叉融合,其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展,其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、 网络 化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础,如不断发展的数控机床和机器人;而计算机网络的迅速崛起,为数字化设计与制造铺平了道路,如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 1.2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在cnc数控机床上增加人机对话功能,设置智能i/o接口和智能工艺数据库,会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展,为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元;具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样,在产品开发设计时,可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 1.4 网络化 由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能,利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统,使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处,因此,机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 1.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人,如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要,机电一体化产品除了完善的性能外,还要求在色彩、造型等方面与环境相协调,使用这些产品,对人来说还是一种 艺术 享受,如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 1.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然,也是提高效率的需要。微机电系统(micro electronic mechanical systems,简称mems)是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针,1988年美国加州大学berkeley分校研制出第一个微电机以来,国内外在mems工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展,开发出各种mems器件和系统,如各种微型传感器(压力传感器、微加速度计、微触觉传感器),各种微构件(微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等)。 1.7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合,又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率,应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次,使系统功能分散,并使各部分协调而又安全地运转,然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来,使其性能最优、功能最强。 1.8 带源化 是指机电一体化产品自身带有能源,如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能,因而对于运动的机电一体化产品,自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 1.9 绿色化 科学 技术的发展给人们的生活带来巨大变化,在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以,人们呼唤保护环境,回归 自然 ,实现可持续发展,绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求,机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境,产品寿命结束时,产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁 企业 中应用 在钢铁企业中,机电一体化系统是以微处理机为优秀,把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来,采用组装合并方式,为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件,增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面: 2.1 智能化控制技术(ic) 由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点,传统的控制技术遇到了难以克服的困难,因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等,智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面,如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。 2.2 分布式控制系统(dcs) 分布式控制系统采用一台中央 计算 机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的 发展 ,分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制,而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能,成为一种测、控、管一体化的综合系统。dcs具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。dcs是监视集中控制分散,故障影响面小,而且系统具有连锁保护功能,采用了系统故障人工手动控制操作措施,使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比,其功能更强,具有更高的安全性,是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 2.3 开放式控制系统(ocs) 开放控制系统(open control system)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持,按此标准设计的系统,可以实现不同厂家产品的兼容和互换,且资源共享。开放控制系统通过 工业 通信 网络 使各种控制设备、管理计算机互联,实现控制与经营、管理、决策的集成,通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联,实现测量与控制一体化。 2.4 计算机集成制造系统(cims) 钢铁 企业 的cims是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体,用以实现从原料进厂,生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化,但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理,难以适应 现代 钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产,质优价廉,及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存,加速资金周转,实现生产、经营、管理整体优化,关键就是加强管理,获取必须的 经济 效益,提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现cims化。 2.5 现场总线技术(fbt) 现场总线技术(fied bus technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4~20ma,dc直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致dcs的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表,如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化plc(programmable logic controller)和现场就地控制站等的发展。 2.6 交流传动技术 传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用。随着电力 电子 技术和微电子技术的发展,交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性,电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动,数字技术的发展,使复杂的矢量控制技术实用化得以实现,交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎,应用不断扩大。 机电技术应用论文:浅谈煤炭机电一体化技术在我国的应用 摘要:机电一体化技术是微 电子 技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、 计算 机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。它是 企业 信息化的重要支撑技术,是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭 工业 生产打下了扎实的基础。本文对煤矿机电一体化技术在我国的应用进行阐述。 关键词:煤矿 机电一体化技术 0 引言 我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。从1970年我国自行设计制造和装备的第一套综合机械化采煤工作面在大同矿务局试验起,我国的机电一体化技术开始萌芽。到上世纪80年代后期,我国综合机械化采煤取得了空前的 发展 ,大大推动了我国的煤矿机电一体化技术的进程,采煤机已由液压牵引向电牵引发展。到了上个世纪90年代中期,在原有的研究成果上,又开展了采运支机械微机监控、故障诊断的研究和支架电液微机技术应用的研究,并研发了大功率电牵引采煤机。而进入21世纪后,我国煤矿机电一体化技术的研究和应用领域均有重大突破,在煤矿安全生产监控、大型固定设备的后备保护等方面已取得了喜人的成绩。然而,与国外的先进采煤国家相比,我国的煤矿机电一体化技术发展尚有一定差距,并且煤炭工业相对机械、电子、航天、轻纺、化工、铁道、冶金等行业起步晚基础薄弱,在开发水平、应用范围、投资规模、技术人才和管理水平方面均有较大差距。 1 机电一体化技术的应用实践 1.1 矿井安全生产监测监控系统中的应用 矿井安全生产监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。我国监测监控技术应用较晚,20世纪80年代初,原国家煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作,此举大大促进了国内监控技术的发展。先后从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统(如dan6400、tf200、minos和senturion-200),在部分煤矿中应用;在引进的同时,通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况,研制出kj2,kj4等系统并通过了鉴定。20世纪90年代以来,紧跟世界监测监控系统的发展潮流,我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统,如煤炭 科学 研究总院重庆分院的kj90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的kj95系统等,它们的主要特点是:测控分站的智能化水平进一步提高;具有 网络 连接功能;系统软件采用了windows操作系统。同时,在“以风定产,先抽后采,监测监控”12字方针和煤矿安全规程有关条款指导下,规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。自此,大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现,不仅为各煤矿提供了更多的选择机会,且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。经过多年的实践表明,安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。 对我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果进行综合评价,煤炭科学研究总院重庆分院的kj90、天地科技股份公司常州自动化分公司的kj95、煤炭科学研究总院抚顺分院的kjf2000和北京瑞赛公司的kj4,kj2000等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。 1.2 矿井提升机中的应用 矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备,全数字化,交、直流提升机。特别是内装式提升机,从结构上将滚筒和驱动合为一个整体,大大简化了机械结构,是典型的机电一体化设备,充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠,具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能,以及简单而快速的通信功能;它采用总线方式,大大简化电气安装;硬件配置简单,互相兼容,零备件少;可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。 在我国“九五”计划期间,国产全数字化直流提升机已成为各煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机的优秀部分ascs是由双cpu构成的 计算 机系统。除此之外,我国还用simadynd和s7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。2000年11月,该系统在焦作古汉山矿投入运行,情况良好。提升机由于采用了计算机技术,其安全保护系统更为完善。该系统的主要特点是:采用两台计算机装置,每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。这两台计算机同步工作,互相检测,互为备用,对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式,对两者进行比较、校正,实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测,实现故障记忆,因此极大地提高了提升机安全性能。 1.3 井下带式输送机中的应用 在我国“八五”计划期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施,极大地提高了带式输送机的技术水平,煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品的研发也取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内此项技术的空白,并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发,成功的研制了多种软起动和制动装置以及以plc为优秀的可编程电控装置、驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器,目前我国已经自行生产制造了多个品种和多种类型的带式输送机。 2 结束语 随着煤矿生产不断向深部水平 发展 ,对控制水平和规模的要求越来越高,从而又加速了机电一体化技术的发展和进步,目前各种高新技术的发展,如 网络 、光纤、人工智能及生物工程等高新技术已渗入到机电一体化技术之中,使机电一体化产品功能更强大、性能更优越,使机电一体化产品功能越来越强,智能化程度也越来越高,因此采用新的机电一体化技术装备的煤矿,能够使 企业 获得更加显著的技术、 经济 和社会效益,这也是一个煤矿企业循环促进不断发展的过程。 机电技术应用论文:浅析煤炭机电一体化技术在我国的应用 摘要:机电一体化技术是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。它是企业信息化的重要支撑技术,是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。本文对煤矿机电一体化技术在我国的应用进行阐述。 关键词:煤矿 机电一体化技术 0 引言 我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。从1970年我国自行设计制造和装备的第一套综合机械化采煤工作面在大同矿务局试验起,我国的机电一体化技术开始萌芽。到上世纪80年代后期,我国综合机械化采煤取得了空前的发展,大大推动了我国的煤矿机电一体化技术的进程,采煤机已由液压牵引向电牵引发展。到了上个世纪90年代中期,在原有的研究成果上,又开展了采运支机械微机监控、故障诊断的研究和支架电液微机技术应用的研究,并研发了大功率电牵引采煤机。而进入21世纪后,我国煤矿机电一体化技术的研究和应用领域均有重大突破,在煤矿安全生产监控、大型固定设备的后备保护等方面已取得了喜人的成绩。然而,与国外的先进采煤国家相比,我国的煤矿机电一体化技术发展尚有一定差距,并且煤炭工业相对机械、电子、航天、轻纺、化工、铁道、冶金等行业起步晚基础薄弱,在开发水平、应用范围、投资规模、技术人才和管理水平方面均有较大差距。 1 机电一体化技术的应用实践 1.1 矿井安全生产监测监控系统中的应用 矿井安全生产监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。我国监测监控技术应用较晚,20世纪80年代初,原国家煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作,此举大大促进了国内监控技术的发展。先后从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统(如dan6400、tf200、minos和senturion-200),在部分煤矿中应用;在引进的同时,通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况,研制出kj2,kj4等系统并通过了鉴定。20世纪90年代以来,紧跟世界监测监控系统的发展潮流,我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统,如煤炭科学研究总院重庆分院的kj90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的kj95系统等,它们的主要特点是:测控分站的智能化水平进一步提高;具有网络连接功能;系统软件采用了windows操作系统。同时,在“以风定产,先抽后采,监测监控”12字方针和煤矿安全规程有关条款指导下,规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。自此,大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现,不仅为各煤矿提供了更多的选择机会,且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。经过多年的实践表明,安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。 对我国现有煤矿监测监控系统及配套传感器等设备的现场应用效果进行综合评价,煤炭科学研究总院重庆分院的kj90、天地科技股份公司常州自动化分公司的kj95、煤炭科学研究总院抚顺分院的kjf2000和北京瑞赛公司的kj4,kj2000等系统无论在软硬件功能、稳定性和可靠性、专业技术服务能力、企业性质和生产规模等方面基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。 1.2 矿井提升机中的应用 矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备,全数字化,交、直流提升机。特别是内装式提升机,从结构上将滚筒和驱动合为一个整体,大大简化了机械结构,是典型的机电一体化设备,充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠,具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能,以及简单而快速的通信功能;它采用总线方式,大大简化电气安装;硬件配置简单,互相兼容,零备件少;可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。 在我国“九五”计划期间,国产全数字化直流提升机已成为各煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化直流提升机的优秀部分ascs是由双cpu构成的计算机系统。除此之外,我国还用simadynd和s7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。2000年11月,该系统在焦作古汉山矿投入运行,情况良好。提升机由于采用了计算机技术,其安全保护系统更为完善。该系统的主要特点是:采用两台计算机装置,每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。这两台计算机同步工作,互相检测,互为备用,对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式,对两者进行比较、校正,实现行程自动控制。由于采用了计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测,实现故障记忆,因此极大地提高了提升机安全性能。 1.3 井下带式输送机中的应用 在我国“八五”计划期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施,极大地提高了带式输送机的技术水平,煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品的研发也取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内此项技术的空白,并对带式输送机的关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发,成功的研制了多种软起动和制动装置以及以plc为优秀的可编程电控装置、驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器,目前我国已经自行生产制造了多个品种和多种类型的带式输送机。 2 结束语 随着煤矿生产不断向深部水平发展,对控制水平和规模的要求越来越高,从而又加速了机电一体化技术的发展和进步,目前各种高新技术的发展,如网络、光纤、人工智能及生物工程等高新技术已渗入到机电一体化技术之中,使机电一体化产品功能更强大、性能更优越,使机电一体化产品功能越来越强,智能化程度也越来越高,因此采用新的机电一体化技术装备的煤矿,能够使企业获得更加显著的技术、经济和社会效益,这也是一 个煤矿企业循环促进不断发展的过程。 机电技术应用论文:机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用 【摘 要】煤矿机械正处在一个向机电一体化方向发展的时代,近来,随着国家对煤矿安全生产的重视,煤矿设备投入的不断增加,煤矿机械也处在一个更新换代的时期。数控技术是实现机械制造自动化的关键,以数控技术为优秀的机械设备广泛采用数控技术应用于制造业。 【关键词】 煤炭机械 机械制造 机电一体化 数控技术 煤矿机电一体化技术在这一时期显得尤为重要,它使机械、电子技术和液压控制技术有机的结合,极大地提高了煤矿机械的各种性能,如安全性、经济性、可靠性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命、方便安装拆除、便于维护等。中国 煤矿生产中,煤矿机械的性能自动化程度及其经济性等可以说直接影响到生产;也直接影响到煤矿供电、排水、通风、提升等的安全运行。而煤矿机械电气与电子控制系统部分质量的好坏与性能的优劣又直接影响到机械的动力性、经济性、可靠性,从而影响施工质量、生产效率及使用寿命等。电子(微电脑)控制系统已成为煤矿现代机械不可缺少的组成部分,同时也是评价煤矿现代机械技术水平的一个重要依据。随着科学技术的不断发展,以及对煤矿机电产品性能要求不断提高,电子(微电脑)控制系统在煤矿机械中所占的比重越来越大,其功能将会越来越强,应用范围也将越来越广,而其复杂程度也随之提高,这样就对使用与维修维护这些设备的煤矿工作人员提出了更高的要求,对煤矿职工的培训工作和对煤矿设备的管理工作也显得尤为重要。 煤矿生产施工要求煤矿机械具有以下性能:皮实耐用且维修简单、生产效率高且节能降耗,自动化程度高且操作简单,施工质量好,精度高;性能稳定,工作可靠,安全性高,使用寿命长;具有较好的经济性,即高的技术价格比和低的制造与使用成本;工人劳动强度低,操作员的工作条件好;具有在线运行状态监视,故障自诊及自动故障报警功能,能及时准确地指出故障部位,减少停机维修时间。 一、机电一体化是一项新兴的技术,将其引入到煤矿机械中,必将会给煤矿机械带来了新的技术变革,使其各种性能有了质的飞跃。 机电一体化又称机械电子工程学,是一门跨学科的综合性高技术,是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合而成的一门独立的交叉学科。目前机械的电子(微机)控制系统主要用以实现如下功能: (1)在线监控、自动报警及故障自诊,即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控,出现故障能动报警并准确地指出故障的部位,从而改善操作员的工作条件,提高机器的工作效率,简化设备维护检查工作,降低使用维修费用,缩短停机维修时间,延长设备的使用寿命。如采煤机上变频器就采用plc控制,可实现多种在线监控和故障自诊,还有煤矿用各种电器设备也越来越智能化。 (2)节能降耗,提高生产效率。例如井下使用的胶带输送机、通风机、提升机等,使用变频起动、plc控制系统,节电量就为30%左右,同时生产效率也大大提高。 (3)自动化或半自动化程度的提高 煤矿机械实现自动化或半自动化控制,可以减轻操作者的劳动强度,提高生产效率,并减少因操作者的经验不足,对作业精度的影响。例如,冀中能源黄沙矿2009年投入使用的一整套薄煤综采设备,由我国北京天地玛坷电液控制系统有限公司与德国marco公司合作生产的pm31型液压支架电液控制系统,就是微电脑控制,只要在支架操作控制器上输入程序,支架使会自动连续动作,也可实现远程控制和工作面无人操作。 二、机械制造中数控技术的应用 1、煤矿机械 现代采煤机开发速度快、品种多,都是小批量的生产,各种机壳的毛坯制造越来越多地采用焊件,传统机械加工难以实现单件的下料问题,而使用数控气割,代替了过去流行的仿型法,使用龙骨板程序对采煤机叶片、滚筒等下料,从而优化套料的选用方案。使其发挥了切割速度快、质量可靠的优势,一些零件的焊接坡口可直接割出,这样大大提高了生产效率。同时,数控气割机装有自动可调的切缝补偿装置。它允许对构件的实际轮廓进行程序控制,好比数控机床上对铣刀的半径补偿一样。这样可以通过调节切缝的补偿值来精确的控制毛坯件的加工余量。 2、机床设备 机械设备是机械制造中的重中之重,面对现代机械制造业的需求,具备了控制能力的机床设备是现代机电一体化产品的重要组成部分。计算机数控技术为机械制造业提供了良好的机床控制能力,即把计算机控制装置运用到机床上,也就是用数控技术对机床的加工实施控制,这样的机床就是数控机床。它是以代码实现机床控制的机电一体化产品,它把刀具和工件之间的相对位置、主轴变速、刀具的选择、冷却泵的起停等各种操作和顺序动作数字码记录在控制介质上,从而发出控制指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件,使机床自动加工出所需零件。 在机械制造业中,数控加工技术已经越来越受到重视。随着计算机技术为主流的现代科技技术发展和市场产品竞争的加剧,传统的机械制造技术很难满足现代产品多样化的发展和日新月异的换代速度。面对多品种小批量生产比重的加大,产品交货质量和成本要求的提高,要求现代的制造技术具有很高的柔性。如何能增强机械制造业对外界因素的适应能力以及产品适应市场的变化能力,就需要我们能利用现代数控技术的灵活性,最大限度的应用于机械制造行业。 机电技术应用论文:论机电一体化技术的应用及其发展趋势 摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。 关键词:机械工业 机电一体化 数控 模块化 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的优秀技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手: (一) 机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。 (二) 传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。 (三) 信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。 (四) 驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 (五) 接口技术 为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 (六) 软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 (一) 数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在: 1、 总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多cpu、多主总线的体系结构。 2、 开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。 3、 wop技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4、 大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了cnc系统的控制功能。 5、 能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、 系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。 7、 以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 (二) 计算机集成制造系统(cims) cims的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 (三) 柔性制造系统(fms) 柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 (四) 工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展: (一) 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 (二) 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除rs232等常用通信方 式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。 (三) 微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 (四) 模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。 (五) 网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 (六 ) 绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。 综上所述,机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革,使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品,不仅是改造传统机械设备的要求,而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。 机电技术应用论文:浅析传感器技术在机电一体化中的应用 摘要:文章概述传感器研究现状与发展,探讨传感器在机电一体化系统中的应用,并分析我国传感器技术发展的若干问题及发展方向。 关键词:传感器技术;机电一体化;应用 在机电一体化系统中,传感器处系统之首,其作用相当于系统感受器官,能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验,是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测,系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。 一、传感器的研究现状与发展 传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置,主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态,为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展,电子信息种类日益繁多,信息传递速度日益加快,信息处理能力日益增强,相应的信息采集——传感技术也将日益发展,传感器也将无所不在。 从20世纪80年代起,逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”,各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现代科技领域,传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。 二、传感器在机电一体化系统中的应用 传感器是左右机电一体化系统(或产品)发展的重要技术之一,广泛应用于各种自动化产品之中: 1.机器人用传感器。工业机器人之所以能够准确操作,是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态,包括:其自身状态信息的获取通过内部传感器(位置、位移、速度、加速度等)来完成,操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现,这个过程非常重要,足以为机器人控制提供反馈信息。 2.机械加工过程的传感检测技术。 (1)切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或(金属)材料的切除率等。切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削时切屑的状态及切削过程辨识等,而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲,主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等,其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。 (2)工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比,工件的过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来,工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲,工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工(零)件加工要求的工序;工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯,同时还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外,还可以利用工件识别和工件安装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器,如基于tv或ccd的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。 (3)刀具(砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度(按磨钝标准判定)或出现破损(破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称),使它们失去切(磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时,称为刀具/砂轮失效。工业统计证明,刀具失效是引起机床故障停机的首要因素,由其引起的停机时间占nc类机床的总停机时间的1/5-1/3.此外,它还可能引发设备或人身安全事故,甚至是重大事故。 3.汽车自动控制系统中的传感技术。随着传感器技术和其它新技术的应用,现代化汽车工业进入了全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件,这不仅体现在发动机上,为更全面地改善汽车性能,增加人性化服务功能,降低油耗,减少排气污染,提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性,先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在其所有重点控制系统中,必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。 三、我国传感器技术发展的若干问题及发展方向 nbsp; 传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节,也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一,其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能;其水平越高,系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中,如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号,我们所需要的用于系 统控制的信息就无法获得,进而使整个系统就无法正常有效的工作。 我国传感器的研究主要集中在专业研究所和大学,始于20世纪80年代,与国外先进技术相比,我们还有较大差距,主要表现在: (1)先进的计算、模拟和设计方法; (2)先进的微机械加工技术与设备; (3)先进的封装技术与设备; (4)可靠性技术研究等方面。因此,必须加强技术研究和引进先进设备,以提高整体水平。传感器技术今后的发展方向可有几方面: 1.加速开发新型敏感材料:通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科,各种新技术的互相渗透和综合利用,可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器。 2.向高精度发展:研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。 3.向微型化发展:通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。 4.向微功耗及无源化发展:传感器一般都是非电量向电量的转化,工作时离不开电源,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。 5.向智能化数字化发展:随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出不再是一个单一的模拟信号(如0-10mv),而是经过微电脑处理好后的数字信号,有点甚至带有控制功能,即智能传感器。
外墙保温节能环保探讨:外墙保温在环保节能中的意义论文 摘要:我国建筑能耗高于发达国家数倍,其首要表现在建筑保温状况上的差距。而对广大消费者来说,这种差距最直接的后果是:暖气怎么烧都不热,夏天空调一刻都不能停,为采暖和制冷付出的电费、热水费居高不下,家庭开支增大。为从根本上解决这个问题,建设部今年即将出台强制性规定——《建筑物外墙外保温技术规程》,界时开发商建设商品房时就可以有的放矢、有据可依了。 关键词:外墙保温;建筑节能 目前常用的两种保温技术中国建筑业协会建筑节能专业委员会副会长朱文鹏介绍了墙体保温的基本方式。他说,多年以来,建筑墙体一般采用单一材料,如空心砌块墙体、加气混凝土墙体等。近年来由于建筑节能的需要,单一材料导热系数太大,一般为高效保温材料的20倍,不能满足保温隔热的要求,因此往往采用承重材料与高效保温材料(如岩棉板或聚苯板等)组成复合墙体。按保温材料所处位置不同,又分有多种方式,其中外墙内保温和外墙外保温是目前最常用的两种方式。 复合墙体很好地发挥了两种材料的长处,既不会使墙体过厚,又能承重,保温效果又好,因此发达国家新建建筑已基本上采用了此种方式。我国若想达到节能50%的要求,除一部分可采用加厚的加气混凝土单一墙体外,使用复合墙体将是大势所趋。 “还记得北京去年那场罕见的大风吗?有的建筑物的外墙竟然被风刮掉了,这就是外墙外保温技术不过关而导致的。”建设部科技发展促进中心副主任张庆风说:“在我国建筑节能技术发展的起步阶段,外墙内保温应用比较广泛,这是因为当时外墙外保温技术尚不成熟。而且内保温也有一定的好处,比如造价低、安装方便等。但是从长远观点来看,随着我国节能标准的提高,内保温已经不适应新的形势,且会给建筑物带来某些不利的影响,因此它只是某一地区过渡性的做法。而外墙外保温技术是今年我们需要改进和推广的重点工作之一。” 保温板裂缝是外墙内保温不容回避的问题在房地产投诉中,墙壁裂缝过多、过大往往是消费者反映强烈的问题之一,而且处理起来极为棘手:开发商往往推托责任,说墙皮开裂是正常现象,不属于质量问题。 原北京市建筑节能与墙体材料革新办公室主任方展和表示:墙体裂缝往往是外墙内保温项目不可回避的一个问题。主要是外墙体由于昼夜和季节变化,受室外气温和太阳辐射的影响而发生胀缩,而内墙保温板基本不受这种室外的影响,当室外温度低于室内温度时,外墙收缩的幅度比内保温板的速度快,当室外气温高于室内气温时,外墙膨胀的速度也高于内保温板,这种反复变化,使内保温板始终处于一种不稳定基础上,裂缝就产生了。 据科学实验证明,3米宽的混凝土墙面在20摄氏度的温差变化条件下约发生0.6毫米的形变,这样无疑会逐一拉开所有内保温板缝。因此,采用外墙内保温技术出现裂缝是一种比较普遍的现象。 当然内保温板出现裂缝并非都是正常的,方展和介绍说,一般肉眼可见的裂缝宽约为0.3-0.5毫米,如果商品房交付使用3个月后,每40平方米出现5条裂缝,且长度超过400毫米,那么房屋质量应视为不合格,开发商应注意解决此类问题。 外墙外保温技术七大优势据建设部建筑节能中心李萍处长介绍,相对于外墙内保温,外墙外保温具有以下七大优势。 一是保护主体结构,延长建筑物寿命。对消费者而言,房屋拥有70年的产权,买房基本上是一次性投入,如果建筑物质量受损,大修一次,花费若干,岂不是很不合算?采用外保温技术,由于保温层置于建筑物围护结构外侧,缓冲了因温度变化导致结构变形产生的应力,避免了雨、雪、冻、融、干、湿循环造成的结构破坏,减少了空气中有害气体和紫外线对围护结构的侵蚀。事实证明,只要墙体和屋面保温隔热材料选材适当,厚度合理,外保温可以有效防止和减少墙体和屋面的温度变形,有效地消除常见的斜裂缝或八字裂缝。因此外保温有效地提高了主体结构的使用寿命,减少长期维修费用。 二是基本消除“热桥”的影响。“热桥”指的是在内外墙交界处、构造柱、框架梁、门窗洞等部位,形成的散热的主要渠道。对内保温而言,“热桥”是难以避免的,而外保温既可以防止“热桥”部位产生结露,又可以消除“热桥”造成的热损失。热损失减少了,每个采暖季的支出自然就降了下来。 三是使墙体潮湿情况得到改善。一般情况下,内保温须设置隔汽层,而采用外保温时,由于蒸汽渗透性高的主体结构材料处于保温层的内侧,只要保温材料选材适当,在墙体内部一般不会发生冷凝现象,故无需设置隔汽层。同时采取外保温措施后,结构层的整个墙身温度提高了,降低了它的含温量,因而进一步改善了墙体的保温性能。 四是有利于室温保持稳定。家中如果有老人或小孩,温差较大,常常使抵抗力弱的老人小孩患病,而外保温墙体由于蓄热能力较大的结构层在墙体内侧,当室内受到不稳定热作用时,室内空气温度上升或下降,墙体结构层能够吸引或释放热量,故有利于室温保持稳定。 五是便于旧建筑物进行节能改造。以前的建筑物一般都不能满足节能的要求,因此对旧房进行节能改造,已提上议事日程,与内保温相比,采用外保温方式对旧房进行节能改造,最大的优点是无需临时搬迁,基本不影响用户的室内生活和正常生活。 六是可以避免装修对保温层的破坏。不管是买新房还是买二手房,消费者一般都需要按照自己喜好进行装修,在装修中,内保温层容易遭到破坏,外保温则可以避免发生这种问题。超级秘书网 七是增加房屋使用面积。消费者买房最关心的就是房屋的使用面积,由于外保温技术保温材料贴在墙体的外侧,其保温、隔热效果优于内保温,故可使主体结构墙体减薄,从而增加每户的使用面积。据统计,以北京、沈阳、哈尔滨、兰州的塔式建筑为例,当主体结构为实心砖墙时,每户使用面积分别可增1.2平方米、2.4平方米、4.2平方米和1.3平方米,可见经济效益十分显著。 外保温产品技术与施工质量尚需提高推广实施建筑物外墙外保温技术既有利于国家可持续发展,延长建筑物使用寿命,又有利于家家户户节省日常开支,是大势所趋。但是外墙外保温对产品技术和施工质量要求比较高,在这方面尚需进一步努力。 北京中建建筑科学技术研究院高级工程师王美君表示,国内外保温施工与国外相比难度较大。这是因为中国是一个地少人多的国家,城市人口居住密度高,居住建筑结构以多层和高层建筑为主,而国外发达国家以低层别墅和少量多层建筑为主,很少见到目前在国内大量出现的全现浇混凝土剪力墙结构的高层住宅建筑。这样国内外墙外保温针对的对象,要比国外建筑结构的单体面积以及高度都高得多,因此施工难度也更大。 王美君指出,目前有的外保温产品技术不过关,刮大风时常常吹落保温层,外保温层裂缝处理较难,常常阻碍外保温技术的推广。因此建议相关部门应该就外保温产品技术及施工标准加以细化,一丝不苟,严格审批制度,抬高准入门槛。 外墙保温节能环保探讨:建筑外墙节能环保及保温隔热研究 摘要:目前,建筑墙体材料走有中国特色的建筑节能发展道路,不断研究创新墙体保温材料,将墙体保温材料的研发与墙体改革相结合,将建筑墙体保温工程工业化、预制装配化,缩短墙体施工工期,提高墙体工程质量,减少墙体自重,减少墙体对资源的消耗和对环境、生活的干扰,充分利用现有的节能环保设备与建筑外墙一体化,使两者相辅相成,充分结合在一起,从而全面实现墙体的绿色节能环保。 关键词:外墙保温;建筑节能;光伏设备 一、导言 通过本学期建筑材料课程的学习,在老师的指导下,使我受益颇多,对建筑墙体材料非常感兴趣,并深入的进行了思考。中国是一个人口众多、能源资源相对贫乏的国家,而且我国正朝着工业化和城镇化方向快速发展,每年建筑总量达到大约20亿平方米,占全球每年建筑总量的50%。其中建筑能耗已经占到全社会总能耗的28%左右(如图1所示)。能耗强度远远超过发达国家及世界平均水平,是美国的三倍左右,日本的7.2倍。能耗问题已成为我国未来经济可持续发展的瓶颈。近年来,我国墙体节能实践证明通过对建筑物护结构墙体进行保温隔热,使其达到建筑节能50%的技术要求是完全能够实现的。走有中国特色的建筑节能发展道路,不断研究创新墙体保温材料,将墙体保温材料的研发与墙体改革相结合,将建筑墙体保温工程工业化、预制装配化,缩短墙体施工工期,提高墙体工程质量,减少墙体自重,减少墙体对资源的消耗和对环境、生活的干扰,充分利用现有的节能环保设备与建筑外墙一体化,使两者相辅相成,充分结合在一起,从而全面实现墙体的绿色节能环保。 二、建筑节能墙体保温系统 当前,在建筑物外墙体上设置保温系统是广泛应用的主要节能措施。外墙保温是指把隔热保温效果较好的绝热材料与建筑物墙体固定在一起,增加墙体的平均阻热值从而达到保温或隔热效果的一种做法。由于外墙外保温体系施工方法已经比较成熟且施工较为方便、高效,被施工人员所接受,所以我们的研究方向,将以外墙外保温为基础,同时兼作外墙自保温,将两种外墙保温体系结合起来,进一步提升建筑物护结构的保温隔热能力。 1.建筑外墙保温工程 加气混凝土原材料种类多,可以根据不同原材料和不同的地区条件制造,可以废物利用,有利于环保。但是目前加气混凝土有几个问题需要解决。原材料种类多既是一个优点,也是制约加气混凝土质量的缺点。有关部门应出台相应标准,规范加气混凝土的原料种类和质量,严把加气混凝土的质量关,做好墙体节能保温的第一关。加气混凝土内有多数的细小孔,使其孔隙率提高,吸水量增多,易受空气湿度和水分的影响,使加气混凝土的导热系数减少,加大了热量的传递,使加气混凝土的保温隔热性能严重降低。我们在加气混凝土中加入乙烯醇和丙烯酸共聚物组成的独特的聚合物,达到吸水剂的效果。这样可以有效地吸收侵入加气混凝土的水分,而且在混凝土养护阶段可以有利于混凝土的加湿养护。降低加气混凝土保温隔热性能的原因是由于大量的气孔存在,但气孔可以减轻混凝土的自重,是墙体减轻自重的有效途径,所以我们既要保留气孔又要阻止外界水分的浸入,我们在加气混凝土浇筑时在加气混凝土的外部浇筑一层厚度适中的防水混凝土,这样就可以很好的防止水分的侵入。在加气混凝土砌块浇筑时,我们可以在砌块中间加入聚苯板,这样就减少了建筑物主体完工后再进行外墙外保温的工程,大大缩短了建筑的施工工期。另外,现在加气混凝土施工的建筑墙体表面粉刷层出现空鼓、开裂的现象,严重影响了建筑的质量,我们在加气混凝土施工时可以选择使用聚合物粘结砂浆,掺入聚合物粘结砂浆提高灰缝的保温隔热能力。加气混凝土表面水蒸发快,为了确保砂浆的保水性和和易性,避免灰缝不饱满导致的墙面空鼓开裂应确保28d以上自然养护,使用前1d-2d分次浇水湿润。产生空鼓开裂后,我们可以使用粘结剂、胶以及聚合物组成的高强化学灌浆材料,这种材料粘结强度高,工艺方法恰当,灌浆工艺简单可靠,满足建筑物构件裂缝的补强加固,恢复结构耐久性和承载力的需要,使裂缝处的保温隔热能力大大提高。 2.幕墙节能工程 建筑装饰幕墙主要板材是玻璃,但玻璃因自身材质的原因导热系数大,对保温隔热及节能环保造成很大的困难,因此是公共建筑玻璃幕墙保温隔热的一个重大的薄弱环节,为了提高建筑玻璃幕墙的保温隔热性能,我们依然沿用现在流行的中空玻璃,这也是目前玻璃幕墙保温隔热最有效的途径。为了提高建筑玻璃幕墙的保温性能,可通过在型材、链接紧固件等构件表面覆盖隔热材料,在于隐框结构等技术措施相结合,避免形成热桥。我们可以在中空玻璃的中空夹层内可以调节的活动遮阳装置。此装置设在中空夹层内可以节省空间,保护装置延长寿命,在玻璃外部设置手动或自动调节构件,方便我们对中空夹层内的遮阳板的控制。双层幕墙是我们提出的一个新的设想。我们可以通过对双层幕墙中间的空气的控制,来提高或降低内层幕墙的温度,从而冬天减少室内热量的散失,夏天降低内层幕墙的表面温度。我们预计双层幕墙与传统幕墙相比较冬天节省能源40%-50%,夏天节省能源40%-60%。 3.建筑外门窗节能工程 建筑节能测试结果表明,通过建筑外门窗的能量损失约为建筑的一半,其中通过玻璃的能量损失占了75%。在相应的条件下,导致室内能量损失的主导性因素是玻璃的热辐射与传导。衡量门窗节能效果如何,主要是门窗的保温功能和隔热功能。现在的建筑为了加大采光通风面积或者是为了展现自身建筑的外观设计风格,门窗面积设计的越来越大,还有全玻璃的幕墙结构,导致目前门窗的热损失占建筑的总热损失的40%以上(如图2所示)。可见门窗节能是建筑节能的关键,门窗既是能源得失的关键部位,又要用来采光、通风、隔声,还直接关系到立面造型的美观。我们可以通过合理的减小门窗面积,来减少门窗对外墙保温隔热的影响。外墙门窗框部位,应做好预留洞口,安装好门窗后,在洞口四周黏贴聚苯板,门窗与动口之间用弹性闭孔材料填充饱满,防止门窗缝对热量的传导。 三、建筑外墙与现有节能设施 将太阳能光伏设备应用在建筑上,是目前一种全新的概念。现在太阳能热水器已经走进了千家万户,成为一种节能方便的日常工具,而同样是利用太阳能的光伏发电设备却迟迟不能进行大面积的推广。在国外,已经有许多建筑实现了零耗能,我们国家在建筑节能方面已经远远落后。过多的能耗问题不仅浪费了大量资源还造成了环境污染。依靠建筑本身降低建筑能耗是一个非常有效的途径,为解决建筑能耗问题提供了广阔的思路。在建筑上安装光伏方阵并不是第一次提出,早在上海世博会就有公共建筑进行了试验性安装。光伏方阵的应用需要大量的面积,而需要大量电能的城市根本没有办法提供这么多的闲置面积。建筑外墙就解决好这个问题。将光伏方阵安装在建筑外墙上,既不占用空间,太阳能组件还可以成为一种全新的建筑外墙保温隔热材料。这样,就可以一套设备从两个方面实现建筑的节能降耗。未来,建筑物的将被充分利用起来,外墙、外窗以及屋面上将会安装满了太阳能热水器和太阳能光伏发电设备。光伏发电设备的成本一直在下降,这也为实现推广提供了有利的条件。 四、结束语 我国还在施行着比较低的节能设计标准,这严重阻碍了低能耗建筑在我国的推广。建设低能耗建筑的高成本也是一个难以逾越的障碍。提高建筑节能标准研发更多的设备,更多的技术是降低建筑能耗的关键。建筑节能已经迫在眉睫,这是一项功在当代利在千秋的伟大革命。我们就是在现有的节能技术上寻找不足,完善技术,学习国外的经验,结合我国的实际国情,探索出一套适合中国的建筑节能体系,以自己的绵薄之力,为我国的建筑节能做出一份贡献。 作者:张速驰 王璐 单位:青岛黄海学院 外墙保温节能环保探讨:关于外墙保温节能环保材料应用研究论文 摘要:随着对节约能源与保护环境的要求的不断提高,建筑维护结构的保温技术也在日益加强,尤其是外墙保温技术得到了长足的发展,并成为我国一项重要的建筑节能技术。目前,在建筑中常使用的外墙保温主要有内保温、外保温等方法,针对新技术的发展,要加强新型节能材料的开发和利用,从而使建筑节能真正得以实施。 关键词:外墙保温;建筑材料;建筑节能 建筑节能是执行国家环境保护和节约能源政策的主要内容,是贯彻国民经济可持续发展的重要组成部分。国家建设部在1995年颁布了《城市建筑节能实施细则》等文件,把《民用建筑节能设计标准〈采暖居住建筑部分〉》JGJ26-95列为强制性标准,同时建设部又于2000年10月1日了第76号令《民用建筑节能管理规定》,对不符合节能标准的项目,不得批准建设。 在这样一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文的指导下,我国住宅建设的节能工作不断深入,节能标准不断提高,引进开发了许多新型的节能技术和材料,在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平,还远低于发达国家,我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍~5倍。建筑节能还是我国建筑业的一个重要的课题。 一、外墙保温技术 节能保温墙体施工技术主要分为外墙内保温和外墙外保温两大类。 1.内保温技术及其特点。外墙内保温施工,是在外墙结构的内部加做保温层。内保温施工速度快,操作方便灵活,可以保证施工进度。内保温应用时间较长,技术成熟,施工技术及检验标准是比较完善的。在2001年外墙保温施工中约有90%以上的工程应用内保温技术。被大面积推广的内保温技术有:增强石膏复合聚苯保温板、聚合物砂浆复合聚苯保温板、增强水泥复合聚苯保温板、内墙贴聚苯板抹粉刷石膏及抹聚苯颗粒保温料浆加抗裂砂浆压入网格布的做法。 但内保温会多占用使用面积,“热桥”问题不易解决,容易引起开裂,还会影响施工速度,影响居民的二次装修,且内墙悬挂和固定物件也容易破坏内保温结构。内保温在技术上的不合理性,决定了其必然要被外保温所替代。 2.外保温技术及其特点。外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比,技术合理,有其明显的优越性,使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料,外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程,也适用于旧楼改造,适用于范围广,技术含量高;外保温包在主体结构的外侧,能够保护主体结构,延长建筑物的寿命;有效减少了建筑结构的热桥,增加建筑的有效空间;同时消除了冷凝,提高了居住的舒适度。 目前比较成熟的外墙保温技术主要有以下几种。 (1)外挂式外保温外挂的保温材料有岩(矿)棉、玻璃棉 毡、聚苯乙烯泡沫板(简称聚苯板,EPS、XPS)、陶粒混凝土复合聚苯仿石装饰保温板、钢丝网架夹芯墙板等。其中聚苯板因具有优良的物理性能和廉价的成本,已经在全世界范围内的外墙保温外挂技术中被广泛应用。该外挂技术是采用粘接砂浆或者是专用的固定件将保温材料贴、挂在外墙上,然后抹抗裂砂浆,压入玻璃纤维网格布形成保护层,最后加做装饰面。这种外挂式的外保温安装费时,施工难度大,且施工占用主导工期,待主体验收完后才可以进行施工。在进行高层施工时,施工人员的安全不易得到保障。 (2)聚苯板与墙体一次浇注成型 该技术是在混凝土框—剪体系中将聚苯板内置于建筑模板内,在即将浇注的墙体外侧,然后浇注混凝土,混凝土与聚苯板一次浇注成型为复合墙体。该技术解决了外挂式外保温的主要问题,其优势是很明显的。由于外墙主体与保温层一次成活,工效提高,工期大大缩短,且施工人员的安全性得到了保证。而且在冬季施工时,聚苯板起保温的作用,可减少围护保温措施。但在浇注混凝土时要注意均匀、连续浇注,否则由于混凝土侧压力的影响会造成聚苯板在拆模后出现变形和错茬,影响后序施工。 二、外墙保温节能材料 节能材料属于保温绝热材料。绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体,既包括保温材料,也包括保冷材料。绝热材料的意义,一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境,另一方面是为了节约能源。随着世界范围内能源的日趋紧张,绝热材料在节能方面的意义日显突出。仅就一般的居民采暖的空调而言,通过使用绝热围护材料,可在现有的基础上节能50%~80%。据日本的节能实践证明,每使用1吨绝热材料,可节约标准煤3吨/年,其节能效益是材料生产成本的10倍。因此,有些国家将绝热材料看作是继煤炭、石油、天然气、核能之后的第五大“能源”。 1.绝热材料的性能。绝热,就是要最大限度地阻抗热流的传递,因此要求绝热材料必须具有大的热阻和小的导热系数。 从材料的组成上看,一般有机高分子的导热系数都小于无机材料;非金属的导热系数小于金属材料;气态物质的导热系数小于液态物质,液态物质小于固体。所以在条件允许的情况下,应尽量使用有机高分子材料或无定形的无机材料,这对于保温绝热是有利的。公务员之家 从材料的结构上看,当材料的表观密度降低、孔隙率增大,材料内部的孔隙为大量封闭的微小孔时,材料的导热系数是比较小的。对于泡沫塑料制品,要满足保温绝热材料的要求其最佳的表观密度为16~40kg/m3。 2.常用的保温绝热材料。能满足上述性能要求而用于建筑外保温的节能材料主要有:聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS及XPS)、岩(矿)棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。以上各种材料所具有一个共同的特点就是在材料内部都有大量的封闭孔,它们的表观密度都较小,这也是作为保温隔热材料所必备的。 岩(矿)棉和玻璃棉有时统称为矿物棉,它们都属于无机材料。岩棉不燃烧,价格较低,在满足保温隔热性能的同时还能够具有一定的隔声效果。但岩棉的质量优劣相差很大,保温性能好的密度低,其抗拉强度也低,耐久性比较差。 三、结语 目前我国外墙保温技术发展很快,是节能工作的重点。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑节能必须以发展新型节能材料为前提,必须有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又必须与外墙保温技术相结合,才能真正发挥其作用。正是由于节能材料的不断革新,外墙保温技术的优越性才日益受到人们重视。所以在大力推广外墙保温技术的同时,要加强新型节能材料的开发和利用,从而真正地实现建筑节能。
力学性能论文:瓦楞纸板力学性能论文 1引言 近年来随着经济社会的发展和人们生活水平的不断提高,使得社会对物质产品消费不断提高,从而促进了作为商品重要包装形式的瓦楞纸板行业迅速发展,瓦楞纸板的需求量十分巨大。商品在流通过程中,瓦楞纸板这类纸质包装材料受到流通环境温度、湿度制约,其力学性质和动力学特性也直接受到环境的影响[1]。所以要求产品包装必须满足流通运输环境要求,保证产品的安全可靠性。在实际的流通运输环境下,引起瓦楞纸板力学性能变化的影响因素很多,温度和湿度的变化影响尤其显著,直接影响到瓦楞纸板包装物品的安全性和使用时限。王俊丽、李广生、肖文娟、程小琴等[2-5]通过在不同的含水率条件下瓦楞纸板力学性能的测定,得出瓦楞纸板的力学性能随纸板含水率的增加而下降。DongMeiWang[6]等人在不同温度下,研究温度对纸蜂窝夹层板的含水率的影响,结果表明瓦楞纸板的含水率随着温度的升高而下降;随着温度的变化,瓦楞纸板的含水率发生了变化,最终影响到瓦楞纸板的力学性能。在实际运输过程中,瓦楞纸板的力学性能在不同温湿度环境下的变化比较显著,但目前对瓦楞纸板在模拟运输环境下力学性能的研究却鲜有报道。当前,瓦楞纸板的种类繁多,不同类型的瓦楞纸板会有不同的力学性能。三层UV型瓦楞纸板的需用量非常大,已在精细产品、中小型和高档包装领域逐渐扩展,特别是在一些精密仪表、中小型家电、玻璃陶瓷器皿、医药、干鲜果品、饮料及礼品等的包装上体现得尤为明显。为了更好的解决三层UV型瓦楞纸板实际使用过程中出现的问题,为企业提供更多实际可行的借鉴方案,很有必要的对三层UV型瓦楞纸板的力学性能进行深入研究。 2材料与方法 2.1材料与仪器 实验材料:三层UV型瓦楞纸板,A型,克重为180g/cm2,南宁新大海纸箱厂。实验仪器:17-76型抗压强度测试仪,美国TMI仪器制造公司;LP-80U型恒温恒湿实验试验箱,广东宏展科技有限公司。 2.2实验方法 选择在流通环境下比较常见的温湿度。一般在车厢里面或集装箱内的温度为10℃-50℃,湿度为30%-80%。结合实验室相关条件,相对湿度选取40%、50%、60%、70%、80%、90%,100%的7个水平。温度选取20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃的7个水平。裁切100mm×25mm(长×高)的试样,试样采用GB/T22906.2-2008《纸芯的测定第2部分:试样的温湿处理》[7]进行试样温湿度处理。平压强度采用GB/T22906.9-2008《纸芯的测定第9部分:平压强度的测定》[8];边压强度采用GB/T6546-1998《瓦楞纸板边压强度的测定法》[9],粘合强度采用GB/T6548-2011,《瓦楞纸板粘合强度的测定》[10]。 3结果与讨论 3.1温湿度对瓦楞纸板力学性能的影响 3.1.1温湿度对瓦楞纸板平压强度的影响 不同湿度条件下,随着温度升高,各条曲线呈上下波动趋势,波动值在20℃-30℃和40℃-50℃范围内变化不大,在30℃-40℃范围内的变化大,说明三层UV型瓦楞纸板平压强度在温度为30℃-40℃时的影响大;引起这一变化的原因是在30℃-40℃时,在各相对湿度下,瓦楞纸板内的纤维之间容易散失水分,瓦楞纸板的含水率不高,纸板纤维间的氢键力作用比较大。相对湿度为80%时的曲线波动最大,说明温度对相对湿度为80%时的影响是最大的;相对湿度为100%时的曲线波动最小,说明当相对湿度达到最大值时,在各个温度条件下瓦楞纸板内的含水率都非常高,平压强度在此湿度下随着温度的变化比较小。当相对湿度为40%,温度在35℃-45℃时,瓦楞纸板的平压强度达到最大值,这是因为纸板内纤维之间的水分含量比较低,纤维之间的作用力比较大。不同温度时,当瓦楞纸板的相对湿度增加到70%-80%,瓦楞纸板的平压强度下降明显加快。影响瓦楞纸板平压强度主要因素是纤维的作用力,纤维间水分的含量直接影响着纤维间的相互作用力,当环境相对湿度增加到70%后,纸板纤维润胀达到最大程度,纤维间的氢键就会被破坏,使瓦楞纸板的平压强度下降。 3.1.2温湿度对瓦楞纸板边压强度的影响 不同湿度条件下,随着温度升高,各条曲线呈上下波动趋势,波动值在20℃-30℃范围内,变化大,在30℃-50℃范围内,波动值小。说明三层UV型瓦楞纸板边压强度在低温时容易受到温度变化的影响;引起这一变化的原因是当温度升高到25℃左右时,纸板纤维之间的作用力变小造成的;相对湿度为90%和100%时的曲线波动最大,说明在高湿度环境下,瓦楞纸板内随着温度的升高水分散失严重;从图可看出边压强度最大值范围出现在相对湿度为40%温度在35℃-45℃之间,这是因为在低湿高温的环境下,纸板内的水分含量低,水分对纸板结构力学造成的影响比较小,所以纸板结构力比较大。边压强度随着相对湿度的增大不断地变小。不同温度时,当瓦楞纸板湿度增加到80%,瓦楞纸板的边压强度下降更快,说明当瓦楞纸板的湿度到达80%以上时,瓦楞纸板的平压强度受湿度的影响加大,若湿度继续增加,瓦楞纸板就可能失效,在运输中就丧失了作为运输包装的保护产品的功能。 3.1.3温湿度对瓦楞纸板粘合强度的影响 不同湿度条件下,随着温度升高,各条曲线呈上下波动趋势,波动值在30℃-40℃范围内,变化比较大,说明三层UV型瓦楞纸板粘合强度对高温的影响是比较明显的,粘合强度主要的影响因素是粘合剂,在此温度范围内,水分的散失比较慢,导致粘合剂的含水量大,降低了粘合剂的粘合力。从图3还可以看出,随着湿度的增大,粘合强度都在不断下降。粘合强度的最大值范围出现在相对湿度40%,温度为40℃-50℃时,在高温低湿环境下,粘合剂的含水量比较少,粘合剂的粘合力比较大。当相对湿度大于70%时,三层UV型瓦楞纸板的粘合强度下降速率非常大,可能由于相对湿度大于70%时,水分增加较快,瓦楞纸板的粘合剂开始慢慢变软,粘合剂的粘合力不断下降,使得瓦楞纸板的粘合强度下降的速率变大。综合图1-图3所示,在温度为35℃-45℃的运输条件下,当相对湿度为40%时,三层UV型瓦楞纸板的三种力达到相对的最大值,在此条件下最适合物品的运输,可以更好的保护产品。对三层UV型瓦楞纸板力学性能影响比较大的是相对湿度,温度次之。 4结论 本文探讨了模拟流通环境中不同温度和湿度对三层UV型瓦楞纸板的力学性能的影响。研究表明,流通环境的相对湿度对瓦楞纸板的影响较大,温度对瓦楞纸板影响次之;当温度在35℃-45℃之间、相对湿度为40%的状态下,瓦楞纸板的力学性能达到最佳值,此时瓦楞纸板可以最大限度的保证产品的安全性。在运输流通环境下,保证相对湿度不超过70%,瓦楞纸板可以更好保护产品。但要探究其原因,还需要从微观层面,楞纸板的内在纤维的影响等因素进行深入研究,在未来的瓦楞纸板力学性能研究中需要结合结构力学,材料力学等进行细致地分析瓦楞纸板内在的影响因素,开展深层理论研究。 作者:黄剑宗 单位:广西大学轻工与食品工程学院 力学性能论文:汽车用钢连续退火力学性能论文 1试验材料及方法 试验原料为真空冶炼并锻造而成的锻坯,首先在锻坯上截取直径为4.0mm、长10.0mm的圆柱试样,采用热膨胀仪测得合金钢材料的A1和A3分别为710℃和930℃。采用二辊轧机将1200℃保温90min的锻坯热轧为厚度为3.0mm的热轧板,并对其依次进行酸洗、冷轧,最后得到厚度为1.2mm的双相钢冷轧薄板,其主要化学成分w(%):0.10C、1.35Si、1.88Mn、0.007P、0.0056S,余量为Fe。在冷轧钢板上沿轧制方向截取长220mm、宽60mm双相钢试样,并进行连续退火试验。根据实验测得的A1和A3,确定退火温度分别为735、760、785、810和835℃。将试样加热至退火温度并进行保温处理,保温时间为6min,然后将试样冷却至685℃后淬火到240℃,保温12min后冷却至室温。对工艺参数不同的退火板取样,利用热场发射扫描电子显微镜及EBSD技术对其进行显微组织观察和相结构分析,并采用电子万能试验机对其力学性能按照国标要求进行测试。 2试验结果及分析 2.1显微组织 图1是退火温度为735、760、785、810和835℃时双相钢连续退火后的组织。可以看出,不同温度条件下的退火组织均为马氏体和铁素体,无明显差异。同时发现马氏体(硬相)呈凸起岛状,且均匀分布在铁素体(软相)的晶界上,形成了由软相和硬相组成的双相组织[4]。通过ImagesProPlu和彩色金相图片对不同退火温度下马氏体的体积分数进行定量分析,研究组织中的相构成[5]。统计数据显示,马氏体的体积分数随退火温度的升高由13.8%增加至19.7%,且马氏体岛尺寸增大。这是由于在退火过程中,奥氏体随退火温度的升高逐渐增多;同时,C元素以及其他合金元素的扩散率也增大,奥氏体的尺寸增大。大部分奥氏体组织在淬火处理后转变为马氏体,增加了马氏体的体积分数以及尺寸。由图1还可以看到,马氏体岛中心位置颜色较暗,而与铁素体交界区域出现了光亮圈。这是因为C元素的热扩散速率较大,使其在连续退火过程中扩散较充分,使铁素体与奥氏体中的碳浓度达到了平衡状态。而Mn元素在奥氏体组织中的扩散速率小于其在铁素体组织中的扩散速率,导致铁素体与奥氏体的交界区域成为富Mn区,而淬透性与Mn的含量呈正比例关系,不同淬透性导致其内部较暗,而与铁素体的交界呈现光亮圈。 2.2相结构 退火温度分别为735℃和785℃时,汽车用高Si双相钢材料连续退火后的EBSD图像如图2所示。(采用黑色标记残余奥氏体,其他颜色标记马氏体和铁素体)可以看出,不同退火温度条件下双相钢组织中均得到了分布于铁素体晶界上的粒状残余奥氏体组织。这是由于双相钢材料中Si元素的含量较高,在退火过程可促进铁素体中C元素向奥氏体扩散,提高了奥氏体相中的含碳量;同时在冷却过程中Si元素还可以对碳化物的析出起到抑制作用,降低了奥氏体相中的碳损失。高碳奥氏体相的Ms点较低,因此具有较高的热稳定性,在室温条件下稳定存在并被保留。经测量,残余奥氏体的晶粒直径均小于1μm,稳定性较高。图3给出了双相钢在760℃时退火后的透射照片。可以看出,部分残余奥氏体组织呈薄膜状,分布于板条马氏体组织中。薄膜状奥氏体由于尺寸较小,同时周围包裹了马氏体束,提高了其成核所需表面能,因此增加了其向马氏体转变的难度。 2.3力学性能 表1给出了不同退火温度下双相钢连续退火后的力学性能。可知,随着退火温度升高,试验钢抗拉强度呈现先升高后降低。这是由于当退火温度高于735℃后,马氏体的体积分数开始急剧增加,抗拉强度也随之大幅提高;当退火温度超过785℃后,马氏体的体积分数不再增加,但在冷却阶段生成的铁素体体积分数逐渐增加,相比原始铁素体,新生铁素体的含碳量较高,导致马氏体的含碳量下降,抗拉强度也随之降低。传统低Si双相钢材料的抗拉强度为630MPa时,伸长率为23.0%。相比之下,退火温度为785℃时高Si双相钢材料的综合力学性能较高,抗拉强度为702MPa时,伸长率为25.5%,均高于传统低Si双相钢。伴随退火温度的升高,试验钢的屈强比未发生明显变化,最大为0.58,最小为0.44。传统低Si双相钢材料的屈强比为0.47,相比之下,除735℃退火外,双相钢的屈强比较低,因此其成型性能较好。这是由于钢中的Si元素不仅可以降低铁素体中C元素的含量,还可以对冷却及时效过程中碳化物的析出起到抑制作用,使C元素聚集在奥氏体中;此外,由于新生铁素体出现的无沉淀区降低了双相钢的屈服强度,因此其屈强比也随之下降。 3结论 (1)在汽车用高Si双相钢在连续退火后,铁素体晶界上均匀分布有岛状马氏体和粒状残余奥氏体,这是由于Si元素在退火过程中促进C元素的扩散,在冷却过程中抑制碳化物的析出造成的。(2)随着退火温度的升高,双相钢的抗拉强度呈现先升高后降低。当退火温度为785℃时,高Si双相钢的综合力学性能均高于传统低Si双相钢,有利于改善双相钢的成型性能。 作者:莫树懂 单位:广西交通职业技术学院 力学性能论文:复合水泥物理力学性能论文 1试验 1.1原材料 熟料:采用华新水泥厂的新型干法熟料(石膏外掺),其物理力学性能见表1;硬石膏:其化学成分见表2;脱硫渣:采用武钢的干法烟气脱硫渣,其化学成分见表3;粉煤灰:采用青山热电厂的二级粉煤灰;矿粉:取自武钢粉磨厂,其SO3含量为0.35%;标准砂:采用的标准砂是厦门ISO标准砂。 1.2方法 水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性检验按照GB/T1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》[6]进行。水泥胶砂流动度按照GB/T2419—1999《水泥胶砂流动度测定方法》[7]进行。水泥胶砂强度按照GB/T1767l—1999《水泥胶砂强度检验方法》[8]进行。水泥胶砂干缩试验按照JC/T603—2004《水泥胶砂干缩试验方法》[9]进行。 1.3试验配合比 试验中控制熟料掺量为35%,矿粉掺量为30%,通过调节脱硫渣和硬石膏掺量,探讨了脱硫渣及硬石膏掺量的变化对复合水泥性能的影响规律。其中,在脱硫渣和硬石膏复掺试验中,脱硫渣与硬石膏中所含SO3比例为1∶1。 2结果与讨论 2.1硬石膏(未掺脱硫渣)对水泥性能的影响 从A-1到A-3的试验结果中可以看出:随着石膏掺量的增加,水泥标准稠度用水量逐渐增大;水泥的凝结时间有所延长,SO3含量的变化从3.0%~4.0%,水泥初凝时间增加近60min,终凝时间增加近30min;此外,每组水泥的初凝和终凝时间相差60min左右。作出水泥各龄期力学强度随石膏掺量变化趋势图,见图1。从图1中可知,该组水泥试样的3d和28d的抗折强度均随着硬石膏掺量的增加而逐渐增大,其抗压强度与抗折强度有着相同的规律。 2.2脱硫渣(未掺硬石膏)对水泥性能的影响 从B-1到B-3的试验结果中可以看出:随着脱硫渣掺量的增加,水泥的标准稠度用水量呈逐渐增大的趋势,水泥凝结时间也逐渐延长,同样,SO3含量的变化从3.0%~4.0%,水泥的初凝及终凝时间均增加近150min;此外,每组水泥的初凝和终凝时间差达到180min左右。与A-1到A-3的试验结果对比发现,SO3含量相同两组试验,掺脱硫渣的水泥试样的标准稠度用水量、初凝及终凝时间均要大于掺硬石膏的水泥试样,并且随着SO3含量的增加,水泥凝结时间延长的幅度也随之加大。当SO3含量都为3.0%时,两者初凝相差10min,终凝相差131min;SO3含量都为3.5%时,两者初凝相差25min,终凝相差137min;SO3含量都为4.0%时,两者初凝相差103min,终凝相差241min。由此可见,脱硫渣能够明显延缓水泥的凝结时间,并且其缓凝效果要强于硬石膏。脱硫渣对水泥的缓凝作用,增大了水泥初凝和终凝的时间间隔,并且合理掺量的脱硫渣对水泥的缓凝效果能满足相应规范对水泥凝结时间的要求。作出水泥各龄期力学强度随脱硫渣掺量变化趋势图,见图2。从图2中可知,该组水泥试样3d抗折、抗压强度随着脱硫渣掺量的增加先降低后增大,而28d抗折、抗压强度则逐渐增大,并且28d强度值比较接近,脱硫渣掺量从9.2%增加到13.7%,28d抗压强度提高了6.01%。但与A-1到A-3的试验结果对比可发现,相同SO3含量的两组试验,掺有脱硫渣的水泥试样的3d抗折、抗压强度均低于掺硬石膏的水泥试样。与A-1试样相比,B-1试样的3d抗折、抗压强度分别降低11.1%和10.9%;与A-2试样相比,B-2试样的3d抗折、抗压强度分别降低34.1%和40.2%;与A-3试样相比,B-3试样的3d抗折、抗压强度分别降低38.6%和43.2%;然而掺有脱硫渣的水泥试样28d抗压强度值却偏高,与A-1试样相比,B-1试样的28d抗压强度提高了36.2%;与A-2试样相比,B-2试样的28d抗压强度提高了32.8%;与A-3试样相比,B-3试样的28d抗压强度提高了18.6%。由此可见,与硬石膏相比,脱硫渣的掺入对水泥早期强度的发展不利,且随着脱硫渣掺量的增加,3d强度降幅增大;但脱硫渣有利于水泥后期抗压强度的增长。 2.3脱硫渣和硬石膏复掺对水泥性能的影响 从C-1到C-3的实验结果中可以看出:随着SO3含量的增加,水泥试样的标准稠度用水量逐渐增大,但水泥凝结时间相近,变化不明显,水泥初凝时间将近10h,终凝时间到达12h左右,水泥凝结时间明显偏长。由此说明脱硫渣与石膏复掺时会出现更强的缓凝效果,水泥凝结时间大幅延长。作出水泥各龄期力学强度随SO3含量变化趋势图,见图3。从图3中可知,该组水泥试样3d抗折、抗压强度随着SO3含量的增加先降低后增大,28d抗折强度逐渐增大,28d抗压强度却逐渐降低。但是,在相同SO3含量的情况下,与A组实验进行比较发现,其变化规律与B组和A组比较结果的变化规律相似,即C组水泥试样3d强度低于A组试样,但28d抗压强度仍然高于A组试样;与A-1试样相比,C-1试样的28d抗压强度提高了45.2%;与A-2试样相比,C-2试样的28d抗压强度提高了36.2%与A-3试样相比,C-3试样的28d抗压强度提高了13.2%。通过上述分析可知,脱硫渣和硬石膏进行复掺,使复合水泥的凝结时间大幅延长,其凝结时间已经不能满足复合水泥对凝结时间的要求,但其对水泥强度的影响规律和单掺脱硫渣的水泥类似。因此,两者复掺主要对水泥的凝结时间影响较大,可能是由于两者掺配比例不合理的原因。 2.4脱硫渣对水泥干缩性能的影响 为了研究脱硫渣对水泥干缩性能的影响,本次试验中选取A-1、B-1、B-2及B-3四组配比,测定了水泥砂浆的不同龄期的干缩率,试验结果见图4。从图4中可以看出,4组水泥试样的干缩率均随着龄期的增加而增大,在养护的初期阶段,水泥干缩率的增长速率较快,养护14d后,水泥干缩率的增长速率降低;比较A-1和B-1可知,在相同SO3含量的情况下,掺有脱硫渣的水泥试样在各龄期的干缩率均低于掺硬石膏的水泥试样;从B-1到B-3可看出,水泥试样各龄期的干缩率随着脱硫渣掺量的增加而降低。由此可见,脱硫渣的掺入能明显改善水泥的干缩性能,且随着脱硫渣掺量的增加,改善效果越好。 2.5脱硫渣对水泥缓凝及补偿收缩效应机理分析 脱硫渣中Ca(OH)2的含量较高,这使水泥在水化初始即形成Ca(OH)2的高度过饱和液相,对钙矾石生成影响最大的Ca2+、OH-浓度与普通水泥相比要大的多,在水化初始形成钙矾石的诸离子的溶度积K即超过了形成钙矾石所需的临界值Ksp,钙矾石的析晶速率更快,晶体尺寸更小,生成更具有屏蔽作用的胶体状钙矾石覆盖在水泥颗粒表面,延缓了水泥特别是C3A的水化[10]。而CaSO3·1/2H2O与C3A体系在纯水中水化30min时即可生成胶体状的C3A·CaSO3·11H2O覆盖在C3A的表面,也可能造成C3A在开始之初水化延缓。由于脱硫渣中同时含有硫酸钙和亚硫酸钙这两种物质,可能由于两者的双重作用效果,使得脱硫渣的缓凝效果要强于硬石膏。袁润章等人研究了矿渣在不同介质下呈现出水硬活性的能力,矿渣通常只有在pH值大于12的碱性环境下才能呈现出一定的胶凝能力,同时CaSO4和Ca(OH)2共同作用下对矿渣的激发效果比Ca(OH)2单独激发的效果更加显著[11]。脱硫渣中含有大量的Ca(OH)2、CaSO4等活性激发组分,在大幅度提高水泥水化液相碱含量的同时,不仅可以促进矿渣和粉煤灰活性更早地被激发,还能大大提高矿渣和粉煤灰的二次水化反应程度,进而提高水泥后期强度增长率[12]。通过掺入脱硫渣能促进水泥水化过程中钙矾石晶体的生成,通过钙矾石的吸水肿胀和结晶膨胀作用来达到微膨胀的作用,显著改善水泥的收缩和抗裂性能。 3结论 a.脱硫渣与硬石膏相比,比表面积较大,需水量多。b.脱硫渣对复合水泥的缓凝效果要好于硬石膏,其缓凝时间能满足复合水泥对凝结时间的要求,脱硫渣能够取代硬石膏用做水泥缓凝剂。但将两者复掺时,复合水泥的凝结时间却大幅延长,其缓凝时间不能满足复合水泥对凝结时间的要求,两者复掺比列还需进一步研究。c.脱硫渣对复合水泥早期强度影响不利,却能提高水泥后期强度的增长率;在SO3含量相同时,B组水泥试样(脱硫渣掺量9.2%~13.7%)与A组相比,3d抗压强度下降10.9%~43.2%,而28d抗压强度提高了18.6%~36.2%。d.在合理掺量范围内,脱硫渣的掺入能明显改善复合水泥的干缩性能,且随着脱硫渣掺量的增加,改善效果越好。 作者:拓守俭 单位:武汉理工大学 力学性能论文:高温后纤维混凝土力学性能论述 摘要:研究了普通混凝土、聚丙烯纤维混凝、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土高温后的抗压强度、抗折强度及力学性能残余率的变化规律。结果表明,混凝土的力学性能随着温度的升高而逐渐降低;温度小于400℃时,聚丙烯纤维混凝土力学性能有所改善,温度大于400℃时,改善作用不明显;800℃时,钢纤维混凝土力学性能残余率都较高;混杂纤维混凝土抗压强度改善作用最显著,残余率最高。 关键词:高温;纤维;混凝土;力学性能 我国城市化水平的迅速提高,带动建筑业的飞速发展。房屋密集程度加大,高层超高层建筑越来越多,人口居住密度不断增大,建筑物发生火灾的概率明显加大。建筑物一旦发生了火灾,将给人民群众的生命财产和安全造成巨大的损失[1,2]。据统计,现阶段我国每年发生的火灾中,建筑火灾占火灾总数的一半以上,直接经济损失占火灾总损失的80%以上[3]。混凝土以其取材方便、制备简单、适应性强等特点,被作为结构的主导材料大量应用于土建工程中,并且还将会长期占据土木工程领域的主导地位。纤维混凝土是以混凝土为基体,以金属纤维或有机纤维增强材料组成的一种水泥基复合材料,最常见的纤维就是钢纤维、聚丙烯纤维及二者混杂使用[4~6]。掺入的纤维可以有效地克服混凝土抗拉强度低、易开裂、抗疲劳性能差等固有缺陷[7,8]。聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土在工程中实际都有大量的应用,因此研究其高温后的力学性能变化十分有必要。研究普通混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土及混杂纤维混凝土在高温后力学性能的变化及残余值,对火灾后建筑物的安全评定及加固提供指导。 1原材料及试验方法 1.1原材料 江西海螺P•O42.5普通硅酸盐水泥;江西德安碎石,5~20mm连续级配;赣江中砂,细度模数2.7,含泥量0.8%。聚丙烯纤维由长沙博赛特建筑工程材料有限公司提供,性能参数如表1所示:钢纤维来自浙江博恩金属制品有限公司,性能参数如表2所示。 1.2试验方法 抗压强度试件采用100mm×100mm×100mm模具成型,抗折强度试件采用100mm×100mm×400mm模具成型。1d后脱模,在标准养护室中养护至28d龄期进行相应测试。高温炉升温速度为10℃/min,分别升高至200℃、400℃、600℃和800℃,保持3h以保证试件内外温度一致,加热结束后自然冷却,7d后进行力学性能测试。 1.3混凝土配合比 以强度等级为C40混凝土为研究对象,研究其高温后力学性能的变化。配合比如表3所示,其中纤维量按照体积掺量掺入。 2结果与讨论 2.1纤维混凝土高温后抗压强度变化 普通混凝土及纤维混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗压强度值及抗压强度残余率如图1、图2所示。如图1所示,普通混凝土及纤维混凝土抗压强度值都随着温度的升高而降低,在相同温度条件下,各组混凝土抗压强度值的大小都呈现如下规律:普通混凝土<聚丙烯纤维混凝土<混杂纤维混凝土<钢纤维混凝土。如图2所示,普通混凝土及纤维混凝土抗压强度残余率都随着温度的升高而降低,在相同温度条件下,各组混凝土抗压强度残余率变化规律与强度值变化规律有所不同:普通混凝土<聚丙烯纤维混凝土<钢纤维混凝土<混杂纤维混凝土。这说明纤维混凝土较普通混凝土具有更高的耐高温性能。不同温度条件下,各组混凝土受温度影响也不尽相同。200℃时,普通混凝土抗压强度残余率为79%,而纤维混凝土都保持在85%~88%之间;400℃时,普通混凝土抗压强度残余率只有54%,纤维混凝土达到70%~73%;600℃时,普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度残余率为38%左右,钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土抗压强度残余率大于50%;800℃时,普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土的抗压强度残余率为23%左右,钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土抗压强度仍具有33%残余。普通混凝土随着温度的增加,都呈现出明显的强度损失;当温度小于400℃时,纤维混凝土都具有很高的抗压强度残余率,当温度大于400℃时,聚丙烯纤维混凝土抗压强度残余率显著降低;钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土在不同温度条件下,都具有较高的抗压强度残余率。 2.2纤维混凝土高温后抗折强度变化 普通混凝土及纤维混凝土在20℃、200℃、400℃、600℃和800℃后抗折强度值及抗压强度残余率如图3、图4所示。如图3所示,各组混凝土抗折强度值都随着温度的升高而降低,在相同温度条件下,各组混凝土抗折强度值的大小与抗压强度具有相同规律,不同的是,钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土的抗折强度明显高于普通混凝土和聚丙烯纤维混凝土。如图4所示,各组混凝土抗折强度残余率都随着温度的升高而降低;200℃、400℃和600℃条件下,各组混凝土抗折强度残余率规律相同:混杂纤维混凝土<钢纤维混凝土<普通混凝土<聚丙烯纤维混凝土,温度为800℃时为:普通混凝土<聚丙烯纤维混凝土<混杂纤维混凝土<钢纤维混凝土。钢纤维混凝土和混杂纤维混凝土的抗折强度在各个温度条件下都明显大于普通混凝土及聚丙烯纤维混凝土;聚丙烯纤维的掺入使得混凝土抗折强度略有增长,但不明显;钢纤维和混杂纤维显著增加了混凝土的抗折强度。在800℃条件下,钢纤维混凝土的抗折强度仍大于7MPa,与20℃时普通混凝土抗折强度相差不大(8.3MPa)。 2.3机理分析 混凝土及纤维混凝土在高温后力学性能发生明显变化,究其原因主要分为以下两方面:一是混凝土自身原因,另一个是不同种类纤维的理化性能不同。200℃时,自由水和物理结合水逸出,Aft发生分解,水化产物有所减少,水泥浆的热膨胀,会导致骨料水泥浆体界面处原始裂纹的发展,从而导致混凝土强度衰减[9,]。400℃左右时,水泥浆体中的水化硅酸钙和水化铝酸钙开始脱水,同时大量水蒸气的外逸冲刷和挤胀作用,又扩大了裂纹和孔隙,使水泥浆体中孔隙平均尺寸和微裂纹迅速增大,混凝土力学性能进一步降低。500℃时,水泥石中的氢氧化钙晶体受热分解,引起吸热反应,孔隙含量急剧增加[10];硅质骨料中的二氧化硅晶体发生相而体积膨胀,骨料体积的增加使得骨料与水泥浆体之间的裂缝增大。600℃时,孔隙水完全失去,混凝土宏观破坏开始,因而其力学性能大幅下降,在600~700℃之间C-S-H凝胶分解[11]。800℃时石灰岩骨料膨胀、开裂,并产生二氧化碳气体,混凝土强度进一步降低。聚丙烯纤维熔点较低(168℃),在高温下熔解而失去作用,但因其液态体积远小于固态所占空间,于是形成众多小孔隙,并由于聚丙烯纤维分散的均匀性及纤维细小且量又多,使得混凝土内部孔结构发生了变化,孔隙的连通性加强,为混凝土内部水分的分解蒸发提供了通道,从而缓解了由于水分膨胀所形成的分压,使内部压力大大降低,从而降低了水蒸气的冲刷和挤胀作用,降低裂纹的扩展[12]。因此在温度小于400℃时,聚丙烯纤维混凝土强度显著大于普通混凝土。钢纤维熔点高,自身力学性能受温度影响较小,另外,钢纤维的桥接作用和阻裂作用限制了混凝土在温度急剧变化和高温环境下产生的体积变化,减轻了混凝土内部微缺陷的引发和扩展,使混凝土在高温条件下表现出较好的力学性能[13]。 3结论 (1)混凝土及纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及其残余率都随着温度的升高而降低。(2)纤维的掺入对混凝土高温力学性能具有改善作用,聚丙烯纤维在温度不超过400℃时改善作用显著,钢纤维在800℃时改善作用仍明显。(3)混杂纤维混凝土高温后抗压强度残余率最高。 作者:郑腰华 单位:江西铁建工程检测有限公司 力学性能论文:复合微粉对硅酸盐水泥力学性能的影响 摘要:本文利用复合微粉氮化硅和氧化铝对水泥净浆进行改性,研究了不同复合微粉氮化硅和氧化铝的掺量以及比例对水泥净浆的力学强度的影响。 关键词:复合微粉;水泥净浆;比例;掺量;力学强度 1研究背景 随着现代材料科学的进步,混凝土已逐渐向高强度、高性能、多功能和智能化方向发展,而水泥作为混凝土的主要材料之一,对其性能的改善,可以在很大程度上提高混凝土的性能。随着超细粉体领域研究的深入,应用微细粉对水泥材料进行改性的研究已经开始起步[1]。特别是近年来,人们在提高水泥硬化浆体的微观结构和性能方面做了许多改进性的工作。 2研究试验 试验所用原材料:P.O42.5普通硅酸盐水泥;Si3N4微粉;Al2O3微粉;水。 2.1试验方案 本试验在保持用水量不变的情况下,将复合微粉Si3N4和Al2O3按不同的比例(1:0、1:1、1:2、1:3、0:1)和不同的水泥取代量(0%、1%、3%、5%、9%),配制水泥净浆试块,分别研究复合微粉Si3N4和Al2O3不同的比例和取代水泥量时,对水泥净浆的物理力学性能影响规律。净浆试验空白配比为:水泥500g,水140ml。 2.2试验方法 试验采用抗压强度为测试指标,分别测定Si3N4和Al2O3微粉以不同的比例和水泥取代量对水泥净浆的物理力学性能的影响。试件成型脱模后放入标准养护室养护至相应龄期,再分别测定其3d、7d和28d的抗压强度,并与空白试验作比较。 3试验结果 3.1单掺Si3N4对水泥净浆的抗压强度的影响 不同水泥取代量的Si3N4微粉的水泥净浆的3d、7d和28d抗压强度结果。 3.2单掺Al2O3对水泥净浆的抗压强度的影响不同水泥取代量的Al2O3的水泥净浆的3d、7d和28d抗压强度。 3.3掺加复合微粉Si3N4和Al2O3对水泥净浆的抗压强度的影响 (1)复合微粉Si3N4和Al2O3比例为1:1时,不同水泥取代量的水泥净浆的3d、7d和28d抗压强度。(2)复合微粉Si3N4和Al2O3比例为1:2时,不同水泥取代量的水泥净浆的3d、7d和28d抗压强度。(3)复合微粉Si3N4和Al2O3比例为1:3时,不同水泥取代量的水泥净浆的3d、7d和28d抗压强度。 (4)分析。当Si3N4和Al2O3的质量之比为1:2、取代水泥量为5%时,水泥石的早期和后期强度均达到最大,此时微粉的掺量和比例是复掺时的最佳掺量,其后期强度最高的原因,可以归纳为以下两点:(1)Si3N4在水泥石中起到微集料效应,填充在水泥颗粒之间,使水泥石结构密实。(2)Al2O3在碱性条件下,生成了铝胶,起到填充的作用,使水泥石结构更加的致密。随着水泥取代量的增加,当超过一定量时,其后期强度随着水泥取代量的增加呈现降低的现象,是由于复合微粉取代水泥超过一定量后,致使水泥水化产物的数量减少,且Al2O3水化生成了C-A-H固溶体,因此即使有Si3N4和铝胶的填充作用,不足以弥补由于水泥用量的减少和C-A-H固溶体而引起的水泥石强度的降低。 4结论 通过对复合微粉Si3N4和Al2O3在水泥中不同的取代量对水泥石力学强度试验的机理分析可以得出:(1)Si3N4微粉在水泥石中主要起到的是填充的作用,主要体现在提高水泥石的早期强度上。Al2O3微粉在水泥石中发生了反应,在早期主要生成铝胶,填充于水泥颗粒间,提高其早期强度。(2)当Si3N4和Al2O3微粉在复掺比例为1:2,取代水泥量为5%时,可以最大限度的提高水泥石的强度。此时,水泥石的强度要高于单掺Si3N4和单掺Al2O3的任何掺量的强度。此掺量即为复合微粉Si3N4和Al2O3的最佳掺量。 作者:楚菁苗 单位:中铁二十局集团第二工程有限公 力学性能论文:激发剂对水泥基材料力学性能的影响 摘要:以强度作为评价指标,选取硫酸钠、氯化钙、二水石膏三种激发剂进行了试验,分析了不同激发剂及其掺量对水泥基材料力学性能的影响,并得到了掺入激发剂水泥基材料的强度发展规律,结果表明:氯化钙的后期激发效果最好。 关键词:激发剂,水泥基材料,抗压强度 中图分类号:TU502 文献标识码:A 0引言 生产1t水泥熟料,将向大气排放1t二氧化碳,严重污染了大气环境。随着人类对环境保护愈加重视,建材工业也提出了发展生态型、绿色环保材料的目标。如何减少水泥基材料中的水泥用量,同时又能达到材料的使用强度要求,已成为建筑材料研究中的一个热点问题[1]。目前,粉煤灰作为一种工业废渣,在建筑材料方面得到了较为广泛的应用[2]。粉煤灰活性激发较为有效的方法主要有3种:1)物理活化,在机械粉磨破坏作用下,粉煤灰的玻璃体将更加分散,比表面积大幅增加,从而分子热运动加速,促进粉煤灰的水化;2)化学活化,即通过碱(石灰、水玻璃等)、硫酸盐(CaSO4,Na2SO4等)、氯盐等化学激发剂来激发粉煤灰的活性;3)热力激发方法,热力激发是指粉煤灰在蒸汽养护的水热条件下,使其硅氧四面体聚合体解聚成单聚体和双聚体[3,4]。相比其他激发方式,化学激发受场地和工艺条件制约影响小,是较为常用的激发方式。到目前为止,许多学者采用不同化学激发剂,进行了一些水泥砂浆和混凝土的化学激发试验,取得了许多成果。蔺喜强等认为单掺氯化钙对粉煤灰水泥砂浆的激发效果优于氯化钠等化学分析[4]。刘妍等认为硫酸钠对钛石膏—粉煤灰复合胶凝材料的激发效果较好,并根据其具体试验条件得到了最佳掺量[5]。从许多研究可以看出,对于同种化学激发剂的激发效果存在一些矛盾的结论。事实上,化学激发的效果和具体试验条件密切相关,一些文献中的矛盾应归因于不同的实验条件[6]。通常,最佳的激发措施和激发剂的掺量都要通过试验得到。本文拟通过选取不同激发剂,替代部分水泥用量,以强度作为评价指标,研究不同化学激发剂对水泥基材料力学性能的影响,为水泥基材料绿色环保化提供一定的试验依据。 1原材料与配合比 水泥:宁波市售海螺32.5级复合硅酸盐水泥(P.C32.5),其物理力学性能指标见表1,化学成分指标见表2;粉煤灰为浙江宁波北仑港电厂生产的Ⅰ级粉煤灰(FA),化学成分指标和物理性质见表2和表3;水:自来水;砂:普通河砂,细度模数为2.7,Ⅱ区级配合格。激发剂:硫酸钠、氯化钙、二水石膏。试验配合比见表4。为研究不同激发剂对水泥砂浆性能的影响,优选出较好效果的激发剂,选取硫酸钠、氯化钙、二水石膏作为激发剂进行了试验。采用标准砂,制作砂浆试件,来研究这几种激发剂对不同试块强度的影响。激发剂的用量按水泥用量的百分比来进行计算,分别为1%,3%,5%,试验配合比见表4。 2制备与测试方法 按照各配合比和规范GB/T17671水泥砂浆强度检验方法进行试验,制作160mm×40mm×40mm的水泥砂浆试块,24h后拆模,并移入水池中进行室温下的浸水养护,到3d,7d,28d时对水泥砂浆试块抗压强度进行测试。 3试验结果与分析 3.1不同激发剂对抗压强度的影响 图1表示了各激发剂掺量均为1%时,3种激发剂对砂浆不同养护龄期时抗压强度的影响规律。由图1看出,掺加3种不同激发剂的粉煤灰水泥胶砂在3d和7d早期的强度均高于未掺加激发剂的空白样,但二水石膏对早期3d的激发效果不明显,氯化钙和硫酸钠的激发效果较好,分别提高了20%和16%。在28d时,各激发剂对强度增长的贡献较大。氯化钙的后期激发效果最好,比空白样高约5.7MPa,二水石膏的后期激发效果最小,仅比空白样高3.9MPa。上述3种激发剂对粉煤灰的激发作用大小为氯化钙>硫酸钠>二水石膏。这种现象应归因于粉煤灰的化学性质为弱酸性,主要成分是SiO2,Al2O3,其在碱性环境中OH-的作用下,粉煤灰颗粒表面的硅氧键和铝氧键断裂形成不饱和键,容易与水泥体系中形成的Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙C-S-H和水化铝酸钙C-A-H等胶凝材料。然而粉煤灰火山灰反应所需的Ca(OH)2只有在后期才能较为充分地生成。这就是掺加激发剂试块的强度在早龄期略高于空白样,而水化后期强度比空白样有了很大的提高的原因。 3.2不同激发剂掺量对抗压强度的影响 对不同激发剂在不同掺量条件下的粉煤灰水泥胶砂强度进行了研究,根据表4的试验配合比成型试件进行测试,试验结果分别见图2~图4。图2表示了二水石膏对粉煤灰水泥胶砂抗压强度的影响。由图2中结果可知,在本论文研究的二水石膏0%~5%范围内,3d龄期时,各种二水石膏掺量的水泥胶砂试块抗压强度差别不大,均略高于基准空白胶砂,这说明在3d龄期时水泥胶砂的抗压强度提高不明显,起不到早期使水泥能够强度变快的作用。但随着龄期增加,掺二水石膏的胶砂强度增长较快,在28d时,掺1%二水石膏的水泥胶砂比基准胶砂强度提高22%。图3表示了硫酸钠对粉煤灰水泥胶砂抗压强度的影响。由图3可知,在本文研究的硫酸钠0%~5%范围内,3d龄期时,各种硫酸钠掺量的水泥胶砂试块抗压强度差别不大,均略高于基准空白胶砂,但可看出,随着硫酸钠掺量增大到5%,抗压强度相比1%和3%掺量时更低。随着龄期增加,掺硫酸钠的粉煤灰水泥胶砂强度增长较快,在28d时,掺1%硫酸钠的水泥胶砂比基准胶砂强度提高27%。图4表示了氯化钙对粉煤灰水泥胶砂抗压强度的影响。由图4可知,在本文研究的氯化钙0%~5%范围内,3d龄期时,相比前述的硫酸钠和二水石膏,各种氯化钙掺量的水泥胶砂试块抗压强度较高,可见氯化钙的早期激发效果更好;但亦可看出,随着氯化钙掺量增大到5%,28d抗压强度相比1%和3%掺量时更低,对于氯化钙而言,掺量不宜过高;随着龄期增加,掺氯化钙的粉煤灰水泥胶砂强度增长较快,在28d时,掺1%硫酸钠的水泥胶砂比基准胶砂强度提高32%。本文采用的激发剂对粉煤灰水泥胶砂的激发机理主要有以下几个方面,试验中所用激发剂主要成分为硅酸盐和硫酸盐,二水石膏的主要成分为二水硫酸钙,含有较多的钙离子,因此激发剂中的硫酸根离子在钙离子的作用下,可以与溶解在液相石膏中的氧化铝发生水化反应生成钙矾石(AFt),与此同时,和水泥水化机理一样,激发剂中所含有的硅酸盐水化后也能够形成C-S-H凝胶,这些水化生成的钙矾石和C-S-H凝胶可以填充粉煤灰水泥砂浆中的孔隙和空隙,降低其孔隙率,使水泥砂浆更加致密,从而强度更高。从图2~图4的结果可以看出,各种激发剂的掺量存在极限,在给定的实验条件下有一个最佳掺量。这要归因于激发剂本身的组成与性质,其主要成分是盐,如果掺量过高,在粉煤灰水泥胶砂水化后期,激发剂会在试样表面以薄层结晶的形态析出,即激发剂中的硫酸盐成分会引起泛霜现象[7]。 3.3掺激发剂对粉煤灰水泥胶砂经济性的影响 根据本文的实验结果,在掺1%胶凝材料总量的激发剂时,以粉煤灰等量取代20%水泥配制的粉煤灰水泥砂浆,其力学性能(抗压强度)高于不掺激发剂的空白组试件22%~30%,明显优于空白组的抗压强度。相比水泥的价格,粉煤灰是工业废渣,非常廉价,本文采用的氯化钙激发剂的掺量很小,仅为1%。所以,选择合适的激发剂种类,掺加适量的激发剂,可以节约水泥20%,既能满足其力学性能要求,又是环保节能的绿色建材,且降低了建材的成本。 4结语 1)掺有激发剂的粉煤灰水泥胶砂早期强度均高于空白样,相比氯化钙,硫酸钠和二水石膏激发剂对粉煤灰早期活性的激发作用不明显;在水化28d时,各激发剂单掺对粉煤灰的激发作用大小为氯化钙>硫酸钠>二水石膏。2)各种激发剂在不同掺量的情况下,硫酸钠与二水石膏对粉煤灰的激发效果随着其掺量的增加而减弱,在1%掺量时最佳;氯化钙对粉煤灰的激发效果在其掺量为1%和3%时均较好,在5%掺量时反而抗压强度下降。3)氯化钙激发剂对粉煤灰活性的激发效果最好。这表明选择合适的激发剂种类,掺加适量的激发剂,可以节约水泥20%,既能满足其力学性能要求,又是环保节能的绿色建材,且降低了建材的成本。 作者:杨颖志 单位:中国铁路总公司广州铁路( 集团) 公司职工住房建设指挥部 力学性能论文:热处理对TB8钛合金棒材力学性能的影响 摘要:文章介绍了紧固件用TB8棒材的生产流程,研究了热处理制度对TB8棒材力学性能的影响。结果表明棒材在750℃~830℃保温0.5h~2h,抗拉强度为800MPa~1000MPa,剪切强度大于570MPa;随后因时效温度的变化,分别可得到1100MPa、1200MPa、1300MPa不同强度级别的棒材。 关键词:紧固件;TB8钛合金;力学性能 TB8钛合金属亚稳定β钛合金,名义成分Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si,国外对应牌号为Beta-21S(UNSNumberR58210)。该合金具有优良的比强度、焊接性能、抗蠕变性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能,同时经热处理可获得高强度。TB8钛合金可以在固溶状态和固溶时效状态下使用,固溶状态的使用温度为200℃,固溶后冷成型状态的使用温度为150℃,固溶时效状态的最高使用温度为550℃[1]。由于优异的综合性能,TB8钛合金已成为理想的航空航天紧固件用材料[2,3],并拟纳入GJB2219《紧固件用钛合金棒(线)材规范》修订版中。规范中固溶制度为(780~810)℃保温(0.5~2)h,空冷;时效制度为(520~560)℃保温(8~12)h,空冷。文章通过研究热处理工艺对TB8紧固件用棒材力学性能的影响,为今后该合金的工业化制备及应用提供参考数据。 1棒材制备 由于TB8钛合金含有较多的Mo、Nb等β稳定元素,铸锭采用3次真空自耗电弧炉熔炼制备,铸锭规格为直径φ580mm,化学成分见表1。铸锭在β相区经多火次锻造后,制备为直径φ150mm、组织均匀的棒材坯料,并进行了表面机加工处理。采用金相法对TB8相变点进行测定,结果为810~815℃。随后成品棒材制备并未采用传统的精锻后轧制工艺,而是采用了效率更高的高速连轧工艺。分2次将φ150轧制为直径10mm的棒材,单只棒材重量约为25kg。 2热处理结果及分析 2.1固溶制度及力学性能 对制备的φ10mm棒材,截取试样后在780℃~850℃分别进行7组试样的固溶处理,温度间隔为10℃。因棒材规格小,固溶时间均采用0.5小时,冷却方式采用空冷。同时在相变点上及相变点下,分别选取800℃及830℃两个温度,固溶时间从0.5h~1.5h做了固溶试验,固溶时间间隔为0.5h。固溶处理的具体制度及性能见表2。 2.2时效制度及力学性能 选用800℃/0.5h.AC作为固溶制度,时效温度在460℃~620℃,时效时间为8.5h,进行了9组时效处理,时效温度间隔为10℃。同时在固溶及时效温度不变的前提下,对时效时间从6~12分别进行了时效处理,时间间隔为1小时。固溶处理的具体制度及性能见表3。 2.3热处理与力学性能的分析 由表2可以看出,连轧工艺生产的TB8棒材,在相转变点以上40℃范围内固溶,因固溶时间短,温度范围小,因此晶粒尺寸相对稳定,固溶温度对棒材的力学性能影响很小;在相转变点以下30℃范围内固溶,随着固溶温度降低,棒材强度有下降趋势,塑性逐渐上升,在此温度区间内力学性能并不会有显著变化。同时在相变点附件的温度区间内延长固溶时间,对于力学性能并不会显著变化。因此在工业化生产中,小规格棒材可适当减少固溶时间,有利于经济型。后期试验证明经800℃/0.5h.AC固溶处理的棒材试样,晶粒度评级为7级,剪切强度为620MPa;冷顶锻工艺中,锻后高度与锻前高度之比为1:3时,棒材表面无裂纹。完全满足航空紧固件用棒材的要求。由表3可知,时效温度对棒材力学性能影响显著,随着时效温度的降低,强度增加,塑性降低;但延长时效时间并不能对力学性能产生显著影响。通过调整时效温度,可以获得不同强度级别的棒材。 3结束语 (1)TB8钛合金固溶温度控制在相变点附近40℃内,强度和塑性可得到较好的匹配,强度Rm≥820,延伸率A≥15%,断面收缩率Z≥15%,且随着固溶的时间延长,强度及塑性不会有显著变化。(2)时效温度对TB8钛合金的抗拉强度影响显著,在(620-480)℃随着时效温度降低,强度提高,塑性降低。(3)对于连轧工艺生产的TB8钛合金紧固件用棒材,通过热处理可得到强度级别为1300MPa、1200MPa和1100MP的棒材。 作者:胡志杰 冯军宁 马忠贤 王田 单位:宝钛集团有限公司 力学性能论文:热成型工艺对金相组织力学性能的影响 摘要:为了验证热成型工艺对Q345R热轧钢板力学性能的影响,通过模拟成型热加工方法,采用正火处理Q345R热轧钢板,分析其力学性能和组织变化。结果表明,Q345R热轧钢板采用热成型工艺制备封头时,由于热成型过程中,轧制强化效果减弱,组织粗化、力学性能降低。因此Q345R热轧钢板不适合用于制作强度富裕度小的热成型封头。 关键词:力学性能;热成型;金相组织 Q345R钢板是由原来的16Mng、16MnR和19Mng组合并成的[1],具有良好的综合力学性能和工艺性能。目前,Q345R钢板是我国用途最广、用量最大的压力容器专用钢板,广泛应用于辅机和化工容器壳体设计。封头是用热轧钢板热成型的,成型后是否需要重新热处理,在HG/T20584《钢制化工容器制造技术要求》标准的加工和成型中规定为:热轧状态使用的钢材,热加工后一般可在加工状态使用。Q345R在《GB713—2008锅炉和压力容器用钢板》中其热处理状态为热轧、控轧或正火。由于热轧钢板的经济性,特别是控轧热轧钢板,在容器设计中,如能满足要求,一般首选控轧热轧钢板。按封头成型的控制温度,一般分为冷成型和热成型。冷压变形后(旋压也是在冷态下进行的),封头的硬度、强度增大,塑性、韧性降低,出现加工硬化现象;同时由于成型原因,冷成型时尺寸精度和减薄量相对于热成型要差。根据GB150—2011规定:对于碳钢、低合金钢,成型后减薄量大于10%且变形率超过5%的,应在成型后进行相应热处理,恢复材料的性能。对于热成型,由于加热可以提高材料的塑性、降低变形抗力;相比于冷成型,其减薄量要小,而且成型尺寸好,能很好地满足尺寸要求。由于封头尺寸大、板厚,变形抗力很大,不易变形,同时为保证封头环缝的对接尺寸,一般采用热成型。Q345R钢的临界温度点Ac3为850℃左右,正火温度为880~940℃[2],封头热成型时,一般采用将封头板料加热至950~980℃,即既要保证原材料充分奥氏体化、又要避免温度过高,造成晶粒粗大从而损害其理化性能。根据Q345R钢的临界温度点及封头成型工艺的要求确定封头热成型的加热温度,温度的制度应尽量提高加热温度,便于封头的压制及成型,同时避免钢加热时导致过热发生。我们制定了Q345R控制热轧钢板制备封头热成型工艺的加热温度,通过模拟成型热加工方法,采用正火处理Q345R控制热轧钢板,分析其力学性能和组织变化,为封头的热成型生产提供参考。 1试验材料 实验采用压力容器专用的Q345R钢板,其屈服强度为340MPa,状态分别为:热轧、控轧或正火。伸长率大于21%(60mm以上为20%),0℃的V型冲击功大于41J,本实验采用26mm厚热轧钢板。根据Q345R钢冷却临界点Ar3(约820℃)[2],压制时加热一般分为950~980℃和900~930℃两种情况(即终压温度在Ar3以上和以下两种情况),工艺图见图1。因此分别采用975、915℃对钢板进行正火处理,分析钢板的力学性能变化。采用模拟封头热成型的加热过程对钢板进行处理,具体工艺参数,见图1。采用拉伸试验机、冲击试验机检测模拟处理态钢板的力学性能;研究正火处理对模拟封头成型处理Q345R钢板力学性能的影响;采用光学显微镜观察材料的组织。 2试验结果与分析 表1为Q345R钢板原材料化学成分及力学性能,表中数值是2次实验的评价值,A、B组原材料为不同批次的供货材料,可见不同批次的原材料力学性能有一定的差异。表2为经过975℃正火后钢板的力学性能,与表1中的力学性能比较,正火使Q345R的屈服强度从430MPa降低到305MPa;抗拉强度从560MPa下降到505MPa。对比A、B组原材料的数据,可知B组的力学性能高于A组,根据原材料的元素含量可知,B组试样中C、Mn含量比A试样高,这是其力学性能差异的主要原因。表3为920℃正火后钢板的力学性能,从表3可知,在920℃正火后Q345R的力学性能比原材料状态也有较大的降幅,力学性能与975℃正火一致。对比表2和表3可知,降低正火温度对Q345R热轧钢板力学性能没有改善,也就是说,采用Q345R热轧钢板制作容器封头,不适合采用热成型工艺。图2为Q345R钢板的金相组织形貌图,其中图2(a)为热轧态,具有明显的带状组织结构,晶粒度细小均匀;图2(b)和2(c)为正火态。由图可知,与热轧态相比,正火态的组织变粗;随着正火温度的升高,组织粗化,975℃正火的组织明显比915℃的大。正火导致组织的粗化是强度、冲击功等力学性能下降的原因。从表1、表2、表3及图2可知,热加工对热轧板的金相形貌、力学性能具有较大的影响。图2(a)为热轧态组织,通过控制加热温度、轧制温度、变形制度等工艺参数,控制奥氏体组织的变化规律和相变产物的组织形态,达到细化组织,获得高的强度和韧性,如表1数据所示。其控制轧制温度、压下量、冷却速度、以及终轧温度等措施,使钢板的性能达到良好的强韧性配比。良好的力学性能是因为γ相和α相相晶粒尺寸之间的联系,α组织的细化主要通过γ晶粒细化而达到;在非再结晶区进行最后的压制,在再结晶温度以下的变形生成“螺旋式加工”的γ晶粒组织,形成较细的α晶粒。热轧钢板通过形变后获得了较高的屈服强度、较低的冲击转变温度、良好的冷成型性、特别是冷弯性能,改善了韧性和焊接性[3]。在容器封头成型过程中,正火在提高热轧板成型工艺性能的同时,也降低了控轧控冷热轧钢板的抗拉强度,降低80~120MPa;与钢板热轧成型相比,由于封头成型过程中变形力比热轧力小很多,变形量几乎可以忽略,并且随后的冷却控制也不如热轧钢板,这样导致热轧钢板正火后其晶粒度比原始态粗大,见图2(b)和2(c)。考虑到热处理的需要,适当提高了钢的碳当量,虽然会导致热轧后钢板的延伸率或冲击功有所降低,但延伸率或冲击功可以采用正火处理获得提高[4-7]。 3结论 在915~975℃之间对Q345R热轧钢进行正火热处理,会导致其组织变粗,拉伸强度、冲击功等力学性能降低;因此对于强度要求较高,屈服强度富裕度小于20MPa的封头不宜采用热轧态Q345R钢板进行热成型工艺生产。 作者:朱超兵 银润邦 王筱磊 单位:东方电气集团东方锅炉股份有限公司 力学性能论文:热解炭涂层的微观结构及力学性能 摘要:采用准稳态流化床沉积工艺制备了各向同性热解炭涂层材料,利用X射线衍射、偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜对所制备的涂层材料进行观察,并对其热处理前后的力学性能进行了测试.结果表明,该涂层材料结构均匀,孔隙较少,主要由直径约为0.5~1μm的类球形颗粒堆积而成,颗粒之间由片层状热解炭相连,材料内部只有乱层结构热解炭和β-SiC两种物相.此外,所制备的涂层材料还具有较高的纳米硬度和弹性模量,在热处理之后,材料的弹性模量保持不变,纳米硬度略有降低. 关键词:热解炭;微观结构;力学性能 引言 热解炭(Pyc)是气态碳氢化合物在热基体表面通过脱氢作用而形成的炭材料[1].起初热解炭是作为核燃料的包裹材料,而随着研究的深入,热解炭不断被应用在航空、航天、电池、生物医学、机械等领域[2-4].在生物医学领域,由于热解炭具有良好的生物相容性、化学惰性及优异的力学性能,特别是在加入硅之后,还具有较强的耐磨性,是制作人工心脏瓣膜的主要材料[5-6].热解炭通常采用流化床沉积工艺制备,但由于沉积反应较为复杂并且各种参数相互影响,使得制备出的热解炭的质量难以控制,因此对热解炭的微观结构及性能的继续研究就显得很有必要.本文采用准稳态流化床化学气相沉(FBCVD)工艺制备出各向同性热解炭涂层材料,利用X射线、偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜观察其微观结构,并利用纳米压痕仪测量了热处理前后的纳米硬度及弹性模量,同时对其微观结构与力学性能之间的关系进行了探讨. 1实验 1.1材料的制备 采用FBCVD工艺,以丙烷为前驱气体、硅烷为硅源、氩气作为载气和稀释气体、氧化锆作为床层粒子,以厚度为1.5mm、直径为25mm并经过抛光处理的高纯度石墨圆片为基体.利用高频感应加热炉圈将炉体加热到1250℃.床层粒子会在混合气体的吹动下,在炉内形成流态化.在高温下,丙烷发生热解反应,并沉积在石墨基体上,待沉积一定厚度后,停炉冷却至室温并出炉. 1.2微观结构观察方法 从石墨基体上割出热解炭涂层试样,并对各面进行研磨与抛光处理.利用D8DiscoverX射线衍射仪对样品进行X射线(XRD)分析;利用XPV-203E型偏光显微镜(PLM)对热解炭的光学特征进行分析;利用JSM-5610LV扫描电镜(SEM)对样品的断面形貌进行观察分析;样品经过机械减薄和离子减薄后,制成透射电镜所需样品,再利用FEITecnaiG2F30S-Twin型透射电子显微镜(TEM)观察样品的微观结构. 1.3力学性能测试 将沉积得到的热解炭样品重新放回沉积装置中进行热处理,热处理温度为1350℃,通入氩气进行保护,在保温1h后随炉冷却至室温并取出.采用MTS公司生产的NANOG200型纳米压痕仪分别对热处理前及热处理后的样品进行纳米压痕测试,所用压头为Berkovich三棱锥压头,最大压痕深度为2000nm. 2结果与分析 2.1微观组织结构观察 图1为热解炭涂层材料的XRD图谱.XRD图谱分析结果表明,所制备的热解炭涂层含有两种物相:乱层结构热解炭和β-SiC.观察热解炭的衍射曲线可以发现,(002)衍射峰较强但不尖锐,其余的衍射线较小且不明显,符合乱层结构的特征[7].根据Bragg和Scherrer公式计算得到制备的热解炭涂层材料的石墨片层间距d002为0.3476nm,晶粒尺寸Lc为3.15nm.图2为热解炭的偏振光照片.图2中,较暗的部分为石墨基体,结构较为疏松,较亮的部分为沉积的热解炭.观察沉积的热解炭可以发现,在热解炭内部均匀地分布着一些形状不规则的闭合孔隙,这些孔隙的存在使得材料的密度降低.在用偏光显微镜观察抛光表面时,转动样品光线无明显变化,并且没有观察到十字消光线,表现出各向同性热解炭特征[8].图3为热解炭的SEM照片,从图3中可以看出,热解炭样品的断面形貌呈现颗粒状结构,片层无明显的取向,符合各向同性热解炭的特征[9].观察热解炭断面照片可以发现,所制成的热解炭主要由直径大约为0.5~1μm的类球形颗粒无序的堆积而成,并且相邻的类球形颗粒之间有部分的融并现象,在类球形颗粒无取向的堆积过程中,颗粒间形成了一些闭合孔隙,这些孔隙对材料的密度和力学性能有较大的影响[7].另外,观察在制样时颗粒球被剥去而留下的凹坑可以发现,类球形颗粒是被片层状热解炭所包裹,并且片层状结构将类球形颗粒球紧密相连。图4为类球形颗粒的内部TEM照片.从图4(a)中可以看出,类球形颗粒内部有着更为精细的结构,它是由核-壳结构组成[9].在其中心区域是直径约为50nm呈现多边形状的石墨多晶内核,为气固二相异质形核中心[10].核是均匀地向四周进行生长,生长的层结构逐层向外推进,形成核-壳结构.图4(b)是壳结构高倍照片,从图4(b)中可以看出,壳层排列相对整齐,具有一定的取向性. 2.2力学性能测试 图5为热处理前后热解炭材料的载荷-位移曲线.从图5中可以看出,热解炭的加载和卸载曲线几乎完全重合,是典型的脆性材料性质[11],在加载的过程中,涂层表面先是发生弹性变形,而随着载荷的增加塑性变形逐渐出现,卸载的过程是弹性形变恢复的过程.对于载荷-位移曲线,加载曲线的积分面积是作的总功,而卸载曲线的积分面积是弹性分量,塑性功部分就是加载曲线和卸载曲线包围部分的面积[12],从图5中可以看出,热处理之后的塑性功略大于热处理前,这说明热处理后的热解炭在实验过程中发生了很小的塑性变形.图6为热处理对热解炭涂层的力学性能影响.从图6中可以看出,热处理前热解炭涂层的纳米硬度为5.0GPa,弹性模量为32GPa,再经高温处理之后,热解炭涂层的纳米硬度有所降低,减小到4.7GPa,而弹性模量保持不变,仍为32GPa. 3讨论 国内外文献中提出了很多CVD制备的热解炭沉积机理模型,主要有:分子沉积机理、液滴机理、固态粒子机理、黏滞小液滴机理等[13-15].但由于热解炭的沉积过程极其复杂,各学者之间还没达成共识.本实验采用FBCVD工艺制备热解炭,热解炭的沉积一般主要包括以下几个步骤:1)热解.在高温下,丙烷气体发生热解,生成线性分子及芳香烃,然后经过一系列的反应生成大分子的稠环芳香烃(PAHS);2)成核.随着热解反应的进行,当气相中出现饱和蒸汽压后,PAHS便会发生液化形成具有一定粘度的液滴;3)生长.液滴在生成以后,会通过与其他液滴发生融合及PAHS在其表面的加聚反应进行生长;4)炭化.在流态化的气氛中,当液滴碰撞到石墨基体,便会沉积到石墨基体上,并与先前沉积的热解炭发生部分融并,最后脱氢炭化形成热解炭固体颗粒.在液滴长大的过程中,当气相中生成的热解产物在碰撞到液滴之后,便会在液滴表面发生加聚反应,由于粘性液滴具有一定的流动性,加聚在液滴表面的热解产物便会以液滴为优秀发生重排,随着加聚反应的不断进行,会在液滴表面形成一层壳状结构并包裹着液滴,而后液滴就这样逐层往外生长,形成球状结构,在中心的液滴完全炭化后,形成多边形结构.最终形成如图4(a)所观察到的核-壳结构.在扫描电镜下,观察到样品断面形貌主要有类球形颗粒无取向的堆积而成,在颗粒球之间偶有孔隙存在,并且在类球形颗粒外面包裹着一层片层状结构热解炭.根据材料的结构特征,认为在本实验的沉积温度和浓度下,沉积主要是以类球形颗粒沉积为主,线性分子沉积为辅,当类球形颗粒沉积到基体上之后,会被线性分子所包裹,形成片层状结构,并将类球形颗粒紧密粘接到一起.由于类球形颗粒为主要的结构单元,在类球形颗粒沉积到基体上后会因颗粒间的相互连接而形成一些孔隙.材料的微观结构对其性能特性有着直接的影响.由于本实验所制备热解炭由类球形颗粒组成,所以宏观性能表现出各向同性,同时由于材料较为致密,孔隙少,石墨化程度低等因素使得材料具有较高的弹性模量和纳米硬度[7].另外,弹性模量是材料内部原子结合力的一种度量[16],原子结合能和配位数越高,键长越小,则弹性模量越大[12].乱层结构炭是网平面二维有序而三维无序的堆积,而石墨是网平面三维有序的堆积,在经高温热处理后,乱层结构会向三维有序的石墨结构转变,层间距减小,层间作用力增大,弹性模量会随之增加.本实验的热解炭样品也经1350℃的高温热处理,但其热处理前后弹性模量保持不变,这是由于所制备的热解炭为各向同性热解炭,这类热解炭较难石墨化[8],即使经过高温处理,其石墨化也很低.纳米硬度是材料对接触载荷承受能力的度量[17],乱层结构碳的硬度相比于石墨结构大很多[12],在经过高温处理后,包裹在类球形颗粒表面的片层状热解炭发生部分石墨化,结果导致热处理后样品的纳米硬度有所降低. 4结束语 本文采用FBCVD工艺制备出热解炭涂层材料,结果表明:制备的涂层材料只有乱层结构热解炭和β-SiC两种物相,主要由直径约为0.5~1μm的类球形颗粒无序堆积而成,材料呈现出均匀的各向同性结构,其中也均匀地分布些闭合孔隙.材料的纳米硬度为5.0GPa,弹性模量为32GPa,由于所制备的材料较难石墨化,在经过高温热处理之后,弹性模量基本保持不变,而纳米硬度略有降低. 作者:李威龙 张建辉 单位:杭州电子科技大学机械工程学院 力学性能论文:PAN基碳纤维表面镀镍及力学性能研究 摘要:碳纤维表面镀镍不但可以有效提高碳纤维与金属液间的浸润性,而且可以避免高温状态下金属铝与碳纤维发生界面反应。基于此,对PAN基碳纤维表面镀镍和镀镍碳纤维在高温下的力学性能进行研究,探究镍层对碳纤维力学性能的影响规律。研究结果表明:碳纤维表面的金属镍层致密、均匀,与碳纤维紧密结合,表面镀镍对碳纤维束的抗拉强度影响不大;高温状态下镀镍碳纤维与氧发生反应,形成孔状结构,导致镀镍碳纤维抗拉强度随着温度的升高而逐渐减小;高温真空处理后的镀镍碳纤维可以有效保持镀镍碳纤维的抗拉强度。 关键词:PAN基碳纤维;镀镍;高温;力学性能 金属基复合材料(MetalMatrixComposites,MMC)的研究起步于20世纪60年代,与树脂基复合材料相比,金属基复合材料除了具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点外,还具有耐高温、横向强度和刚度高、高导热与导电率、抗辐射等优点,因而受到国内外研究者的高度重视,在航空、航天、军事和汽车等领域显示出巨大的应用潜力[1-2]。目前,金属基复合材料有铝基、镁基、钛基、镍基、高温合金基和铜基等,增强纤维有碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和金属合金丝等。碳纤维力学性能优异且密度小,是目前可作为金属基复合材料增强相的高性能连续纤维中价格最便宜的一种,一般用于耐热、轻型结构材料的增强纤维[3-5]。碳纤维作为增强相时,首选石墨纤维,而选PAN基碳纤维作为金属基复合材料增强相的研究报道较少[6-7]。从降低碳纤维增强金属基复合材料的原材料成本的角度出发,通过对PAN基碳纤维进行适当处理后,将其作为增强相加入金属基体,制备材料性能要求不是很高的金属基复合材料,可能是一种不错的选择,非常有利于碳纤维增强金属基复合材料在民用领域的推广应用。制备纤维增强金属基复合材料的方法有很多种[8-9],如加压铸造法、液态金属浸渍法、粉末冶金法、扩散粘接法和超声波焊接技术等,但无论采取何种方法制备金属基复合材料,都会使碳纤维处于高温状态,为此,碳纤维的高温力学性能,将直接影响碳纤维增强金属基复合材料的最终力学性能[10]。碳纤维与铝液间的浸润性及界面结合强度是得到高性能复合材料的前提条件。表面镀镍的碳纤维可以有效提高碳纤维与金属液间的浸润性,而且可以避免高温状态下金属铝与碳纤维发生界面反应,生成脆性相。因此,本文选取PAN基碳纤维作为研究对象,首先对其进行表面镀镍处理,然后研究镀镍碳纤维在室温、高温有氧和真空高温加热状态下的拉伸力学性能,探索镍层对碳纤维力学性能的影响规律,为PAN基碳纤维在金属基复合材料中的推广应用提供理论基础。 1碳纤维表面镀镍 在碳纤维增强铝基复合材料中碳纤维表面与金属基体润湿性差,并且高温下与铝发生化学反应,直接影响铝基复合材料的最终力学性能。采用表面金属化方法可有效改善碳纤维与铝基体间的界面结合问题。目前,对纤维进行表面金属化处理的方法有:化学气相沉积法、物理气相沉积法、电镀和表面喷涂等。本文实验中的PAN基碳纤维均购自天津飞荣达科技有限公司。利用该公司提供的电镀技术对12K国产普通PAN基碳纤维进行表面镀镍处理。利用电子显微镜对镀镍碳纤维的横截面进行观察,如图1所示,图中发亮部分为镍层,金属镍层组织致密、均匀,镍层与碳纤维结合较好,碳纤维横截面并非标准圆截面,镀镍碳纤维单丝直径8.4μm,镍层厚度0.7μm. 2镀镍碳纤维拉伸性能试验 利用高低温拉伸试验机和真空加热炉对12K镀镍碳纤维复丝分别进行了室温拉伸、高温有氧条件下拉伸和真空800℃加热后室温拉伸,加载速率均为0.5mm/min. 2.1镀镍碳纤维室温拉伸试验 碳纤维束和镀镍碳纤维束在室温(20℃)拉伸作用下的力-位移曲线分别如图2所示。选取力的最大值除以纤维束的横截面面积,得到纤维束的最大应力值,相应的结果见表1.对比图2中各条曲线,可知:(1)镀镍碳纤维束的拉伸曲线波动明显,未镀镍碳纤维束拉伸曲线比较光滑;镀镍碳纤维束在加载上升段时,每次波动中基本包含两次小波动。出现此现象的主要原因是:在拉伸作用下,纤维束中每根纤维的长度很难保证完全相等,相对较短的纤维首先发生断裂,因而出现了加载过程中的波动现象。对于镀镍碳纤维束中的每根单丝,由于碳纤维的弹性模量远远高于镍层的弹性模量,所以碳纤维承受大部分载荷,镍层仅仅承受很小部分的载荷。结合图3可以看出,在变形量相同的条件下,首先镍层发生断裂,然后纤维丝断裂,这主要是由于镍层的抗拉强度较低且塑性较差所引起的。(2)由表1可以看出,在常温条件下镀镍碳纤维束的抗拉强度(1112.52MPa)与未镀镍碳纤维束的抗拉强度(1134.24MPa)基本相近,说明碳纤维表面镀镍对碳纤维束抗拉强度的影响不大。 2.2镀镍碳纤维高温有氧条件下的拉伸试验 为了研究氧气对镀镍碳纤维束的抗拉强度的影响,分别在300℃、400℃、500℃和600℃对12K镀镍碳纤维束进行高温拉伸性能试验。采用进行多次拉伸实验,并对实验结果取平均值的方法,以保证实验数据的有效性和合理性。镀镍碳纤维束在不同温度下进行拉伸实验,得到纤维束的最大应力值,相应的结果见表2,分析表2可知:(1)随着温度的升高,镀镍碳纤维束的抗拉强度逐渐减小。在600℃时,镀镍碳纤维束的平均抗拉强度为21.51MPa,已经不具备承载能力。主要原因是高温条件下,首先是镍层与氧反应,随后是碳纤维本身与氧发生化学反应,烧损后的碳纤维呈现多孔结构,如图4所示。这种多孔状的结构用手一捻纤维变成粉末。(2)与常温下的镀镍碳纤维的抗拉强度相比,Fig.4Theporousstructureofcarbonat600℃在300℃、400℃、500℃和600℃条件下,所对应温度的抗拉强度下降的百分比分别为22.63%、36.89%、54.01%和98.07%.结果表明:PAN基碳纤维与氧发生化学反应,导致镀镍碳纤维束的抗拉强度减小,温度越高,抗拉强度越小。所以在高温状态下,应尽量避免与氧气接触。 2.3镀镍碳纤维真空高温加热后的拉伸试验 为了研究真空下高温加热对镀镍碳纤维束的抗拉强度的影响,利用FJL560Ⅱ型超真空磁控与离子束联合溅射设备,对镀镍碳纤维束进行800下的真空处理,保温时间20min,真空下自然冷却,然后在常温下进行拉伸实验,其实验结果见表3.观察表3可知:(1)与600℃有氧条件下的镀镍碳纤维束相比,在真空条件下,镀镍碳纤维经历了800℃的高温,其室温下的抗拉强度平均值仍然保持在900MPa以上。由图5可以看出没有出现蜂窝状结构,而且镍层表面变得更加致密。真空状态可以有效保持镀镍碳纤维的抗拉强度,发挥其增强相的作用。(2)800℃真空处理后的镀镍碳纤维的抗拉强度减小了18.44%.主要原因可能是由于碳纤维及镍层本身的缺陷在高温热处理过程中残余热应力增大所导致的。结果表明,高温真空处理后的镀镍碳纤维可以有效保持镀镍碳纤维的抗拉强度。所以,在利用碳纤维作为增强相制备金属基复合材料时,应尽可能的保持其真空状态,或者采用吹惰性保护气体的方法。 3结论 (1)利用电镀法对PAN基碳纤维进行表面处理,所得金属镍层组织致密、均匀,与碳纤维结合良好,镍层改善了碳纤维对金属液的浸润性、防止界面反应,表面镀镍对碳纤维束的抗拉强度影响不大。(2)高温有氧条件下,首先是镍层与氧反应,随后碳纤维本身与氧反应,形成蜂窝状结构,使得镀镍碳纤维抗拉强度随着温度的升高而逐渐减小;到600℃时,碳镀镍碳纤维已经不具备承载能力。(3)高温真空处理后的镀镍碳纤维可以有效保持镀镍碳纤维的抗拉强度,发挥其增强相的作用。因此,利用PAN基碳纤维作为增强相制备金属基复合材料时,应尽可能的保持其真空状态,或者采用吹惰性保护气体的方法。(4)对于真空800℃加热后的镀镍碳纤维来说,虽然是无氧条件,但其抗拉强度仍然减少了18.44%,可见提高PAN基碳纤维的质量尤为重要。 作者:晋艳娟 杨昆 李盛静 张柱 杨雪霞 单位:太原科技大学 应用科学学院 力学性能论文:金枪鱼延绳钓钓钩力学性能研究 1材料与方法 1.1钓钩拉伸实验 选取一系列环形钩与圆形钩进行拉伸实验,测试钓钩的结构强度,确定钓钩刚开始出现塑性变形时的拉力值A(精确到0.01kN)。拉力实验机性能参数如表1。实验方法:(1)用钓钩专用夹具分别固定好钓钩的上下两端,并分别挂到拉力机的上下受力点;(2)启动开关,按合适的速度(100mm/min)将钓钩拉伸至完全变形;(3)读出显示器上拉力的数值,记录拉力值A。 1.2钓钩有限元模型的建立 经市场调研,14/0号圆形钩(线径4.5mm)为需求量最大的金枪鱼钓钩,选取3.4寸环形钩(线径4.5mm)作为对照组。钓钩各部位的名称如图1,两种钓钩各部分的尺寸见表2。对两种钓钩运用UG软件建立三维实体模型(图2)。钓钩有限元网格模型的建立钓钩为小型不规则构件,为提高求解效率,在不影响分析结果的前提下,对钓钩的轴头、倒刺、尖芒部位的部分尺寸进行适当简化,如简化尖芒的外形尺寸,倒刺的定位基准等。钓钩材料为马氏体不锈钢Cr13,密度ρ=7750kg/m3,弹性模量E=217GPa,泊松比μ=0.27,抗拉强度1000MPa,屈服强度850MPa[9]。安全系数取1.3,许用应力为650MPa。根据钓钩实体模型及结构力学特性,采用四面体与六面体结合的方法(钓钩是非规则件)对钓钩结构进行自动精细网格(尺寸为0.5mm×0.5mm)划分。综上建立圆形钩和环形钩的有限元网格模型(图3)。钓钩的边界条件与加载方式钓钩在海水中由支绳在轴头孔处拴住,当鱼咬上钩时,锋利的尖芒迅速刺穿鱼体的上颚,伴随鱼体在海水中的剧烈挣扎,鱼体的上颚会沿钓钩的轮廓移动,在此过程中,钓钩主要受鱼体作用力和支绳张力作用。由于支绳属柔性体,钓钩可以绕轴头孔任意转动和移动,因此在有限元分析时轴头孔处可以看作铰链约束。当鱼体的挣扎使支绳和干线绷紧时,支绳、轴头孔和金枪鱼施加于钓钩的咬钩力在同一条直线上,钓钩受到的外力最大,在此位置进行建模,分析钓钩的应力、强度和变形。为了便于计算,假设此时支绳、钓钩以及咬钩力均处于竖直位置。支绳绷紧后,不再考虑支绳的伸长,钓钩在轴头孔处沿竖直方向的位移假设为0。由于鱼体咬钩的随机性,咬钩力的作用点可以在靠近倒刺下方的前弯至钓钩受力张紧时竖直位置最低点间的圆弧AD上(图4)。为了比较咬钩力作用点不同对钓钩强度的影响,确定钓钩产生最大应力时施力点的位置,对该段圆弧均匀选取4个点A、B、C、D(图4),分别施加相同的载荷,选取产生最大等效应力的点作为后续分析时鱼体施加给钓钩的载荷作用点。 1.3钓钩有限元分析求解 将实验中建立的钓钩网格模型导入有限元分析软件ANSYS中的结构静力分析模块中,通过施加载荷、设置边界条件,然后进行静力学结构分析得到钓钩的等效应力云图和变形云图,从等效应力图中可以看出应力分布规律以及最大应力的大小和位置,标出最大应力以此进行强度分析。受力变形云图可导出总变形云图及沿X、Y、Z方向的变形云图,从变形云图中可看出钓钩各部位的变形程度及变形分布规律、最大变形量的大小及位置,以此来确定变形率。按下列公式计算变形率:δ1=X轴最大变形量/钩宽×100%δ2=Y轴最大变形量/尖高×100%若计算出的变形率超过12%,则钓钩失去使用价值[10]。钓钩在海水中主要受鱼体作用力F和干线张力T作用(将钓钩与支绳部分等效为一点)。鱼上钩后干线张力的大小随鱼体作用力的变化而变化(图5)。 2结果 2.1钓钩的拉伸试验结果 钓钩拉伸试验测得一系列环形钩与圆形钩的拉力值(表3)。通过实验数据对比,可得:(1)钓钩随着线径增大,其能承受的拉力也逐渐增大。说明钓钩线径与强度呈正相关关系。(2)同线径环形钩能承受的最大拉力大于圆形钩15.80%~29.40%,说明环形钩的结构强度要优于圆形钩。(3)通过观察拉伸实验过程,可知钓钩主要的变形区域集中在钩弯处,由于钓钩的材料属于超塑性材料,其伸长率可超过25%,硬度超过159HB[9],所以钓钩的失效形式主要为变形率过大(超过12%),钩弯拉平,尖芒外凸,失去使用意义。但实验过程中钓钩未出现断裂。 2.2钓钩有限元分析结果 钓钩施力点位置的确定按照实验加载方案对圆形钩施加拉力650N后得到的计算结果如表4。在A点,也就是假设支绳、钓钩以及咬钩力均处于竖直位置时的最低点。环形钩与圆形钩结果类似。圆形钩有限元分析对圆形钩最低点处施加650N拉力得到等效应力分布云图,(图6)圆形钩的最大等效应力出现在钓钩后弯处,应力分布区域从钓钩钩底一直延伸至轴头处,轴头孔处存在应力集中,等效应力值为620MPa,小于等效应力的最大值。尖芒、倒刺、钓钩前弯及轴头顶端区域受到的应力很小。钓钩后弯内侧受拉应力,外侧受压应力,两侧应力分布相似,圆形钩等效应力最大值为636.68MPa,其值较大,这是由于假设鱼体咬钩力是作用于钓钩最低点的一个集中力,实际作业中,鱼体咬钩力因鱼嘴具有一定宽度,是一个分布力,应力值会较小。此时,钓钩不会变形,这与当拉力是650N时才开始出现塑性变形的结果(表4)较为接近。因此,圆形钩基本满足强度设计要求。最大值在圆形钩后弯圆弧中心偏上处,且应力分布随着后弯应力最大值点向圆弧两侧逐渐减小,最小值在尖芒下端,由此可看出,外载荷主要由圆形钩后弯部分来承担,约占整体应力的86.00%。图7为其总变形云图及沿X、Y、Z方向的变形云图,圆形钩整体变形集中在钩弯处,而鱼体拉力亦主要由钩弯承受,因此钩弯是钓钩的主要受力区域,也是产生变形甚至失效的主要区域。钓钩整体最大变形出现在钓钩前弯外侧。钓钩整体最大变形量,在X、Y和Z轴的最大变形量,X轴和Y轴变形率见表5。由表5得出钓钩的主要变形集中在X轴方向。最大变形率为11.1%,接近12%,基本满足钓钩力学性能设计要求[10]。 2.3环形钩有限元分析 对环形钩于最低点处分别施加650N的拉力得到等效应力分布云图(图8)。在与圆形钩承受相同载荷650N的情况下,环形钩的等效应力最大值为557.25MPa,小于圆形钩。说明环形钩的结构强度优于圆形钩。图9为对其施加850N拉力所得到的等效应力分布云图。在850N的拉力作用下,最大等效应力出现在环形钩后弯圆弧中心偏上处,等效应力最大值为629.94MPa,与钓钩材料的许用应力接近,与实验结果接近,基本满足强度设计要求。应力分布特征与圆形钓钩类似,轴头与钩轴连接处存在应力集中,而尖芒、倒刺、钓钩前弯及钩柄顶端区域几乎不受力。应力分布随着后弯最大值点沿钓钩轴线向轴头、尖芒处逐渐减小,最小值在尖芒下端,由此可看出外载荷主要由环形钩后弯承担,约占整体应力的83.00%。图10为环形钩总变形云图及沿X、Y、Z方向的变形云图,环形钩的变形特征与圆形钩相似,钩弯和钩轴是环形钩整体变形最集中的区域,钩弯是环形钩的主要受力区域,也是产生变形甚至失效的主要区域。钓钩整体最大变形出现在钓钩前弯外侧。钓钩整体最大变形量,在X轴、Y轴和Z轴的最大变形量,X轴和Y轴的最大变形率见表5。由表5可看出环形钩的主要变形集中在X轴方向。最大变形量均未超过12%,基本满足钓钩刚度性能设计要求[10]。有限元分析结果从有限元分析中可以得出:(1)圆形钩与环形钩的力学性能基本满足设计使用要求,在线径相同的条件下,承受相同载荷时,环形钩X、Y轴最大变形率比圆形钩分别小3.00%和0.21%,说明环形钩的强度更高,抗变形能力更强。(2)圆形钩与环形钩的主要受力区域都在钩弯处,分别占86.00%、83.00%,轴头与钩轴连接处皆存在应力集中,最大变形都出现在钓钩前弯外侧,而尖芒、倒刺及钩柄顶端区域受到的力很小,因此钩弯的设计对钓钩整体性能的影响至关重要。(3)14/0号圆形钩可承受的最大拉力为650N,已经超过了50kg大眼金枪鱼所能产生的动拉力(450N),说明该钓钩已能满足使用要求。但在实际捕捞作业中,可能有更大的渔获,如大眼金枪鱼最大可达138kg,对应的动拉力是1250N,这时,钓钩的强度已经不够,故需增加钓钩的强度或更换更大尺寸的钓钩。 2.4圆形钩的结构优化 优化后的圆形钩有限元分析对圆形钩,其具体优化方案:(1)对钩柄、钩弯进行压扁操作,将其原有的圆形截面压扁成近似于长方形的截面,其压下率(压下量与轧件轧制前的宽度之比)为15%。(2)适当增大钓钩前弯的圆弧曲率,原前弯曲率半径为14mm,现增至16mm。钩轴采用圆弧过渡以避免应力集中。采用与上述分析类似的步骤,按照优化方案,重新对14/0号圆形钩建模,然后导入ANSYS软件进行分析,求解后的等效应力如图11。求解后得到的最大等效应力值为613.64MPa,小于优化前的最大等效应力值636.68MPa,说明在用料相同的情况下,强度提升了3.60%。有限元分析初步证实上述优化方案可以有效提升圆形钩的结构强度。优化后的圆形钩拉伸实验选取14/0号圆形钩(线径4.5mm)和结构优化后的14/0号圆形钩进行拉伸实验,针对实验中的两种措施分别测试相应可承受的最大拉力值,拉力A为增大圆弧曲率后的拉力值,拉力B为压扁操作后的拉力值(表6)。实验数据对比发现:优化后的圆形钩较优化之前抗拉强度分别提升了4.60%、10.80%,其结构强度较之前有了提高,在应对金枪鱼的主要捕捞群体(10~50kg)方面能满足使用要求,但在应对超大型金枪鱼(超过100kg)时强度欠缺。 3讨论 3.1钓钩的力学性能及优化 经过有限元分析与实验研究可得:环形钩的部分力学性能(强度和刚度)优于圆形钩,但圆形钩亦满足正常的使用要求,钓钩线径与抗拉强度呈正相关关系。钩弯是主要受力及变形区域,其设计对钓钩整体性能的影响至关重要。钓钩的主要受力区域在后弯处,轴头孔下端存在应力集中。适当增加钓钩钩弯的圆弧曲率并对表面进行压扁处理、钩轴采用圆弧过渡可避免应力集中,压扁操作有效增大了惯性矩,根据材料力学理论,材料一定的条件下(弹性模量不变时),惯性矩越大,抗弯刚度越大,钓钩的承载能力也越强。通过钓钩拉伸实验证实,上述措施可有效提升圆形钩的力学性能。结合钓钩拉伸实验结果与软件分析的钓钩力学性能,环形钩虽然部分力学性能优于圆形钩,但其结构容易造成鱼体死亡,会威胁海龟等保护动物的生存,而圆形钩是良好的生态保护型钓钩,可降低对海龟等保护动物的兼捕,满足生态保护等要求[12],且其力学性能基本满足使用要求。Cooke等[12]分析得出圆形钩是有效的保护型钓钩。Andrew[13]通过实验对比得出,在延绳钓渔业中使用圆形钩可降低海龟的死亡率。Hall[14]研究表明,与传统环形钩相比,金枪鱼延绳钓渔业中使用圆形钩使海龟的钓获率下降44%~88%。戴小杰等[15]通过实验证明使用环形钩确实会引起海龟的兼捕。由此可初步认定,圆形钩相对于环形钩而言,可以减少海龟等的兼捕,有效保护濒危物种,是良好的生态保护型钓钩,是今后钓钩发展的趋势,在尺寸相同的条件下,圆形钩的强度虽比环形钩低,但仍能满足使用要求,在延绳钓作业中可放心使用,但在钓大型金枪鱼时需选用大尺寸钓钩。 3.2展望 钓钩的偏角对渔获的捕获率、伤害和死亡率产生影响[16-19]。因此,具有偏角的钓钩的力学性能研究势在必行。另外,有学者指出大号圆形钩能防止海龟的误捕,但小号圆形钩和传统的环形钩对海龟的钓获率没有实质性区别[20-21]。 作者:马骏驰 袁军亭 宋利明 单位:上海海洋大学工程学院 上海海洋大学海洋科学学院 力学性能论文:高温时效对力学性能的影响 目前火力发电厂广泛使用的汽轮机组主要有亚临界、超临界和超超临界三种,汽轮机的安全稳定运行对保障电厂安全具有重要的现实意义。螺栓是汽轮机上广泛使用的紧固件,螺栓的质量对汽轮机能否安全运行至关重要。由于GH4145合金在980℃以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能,800℃以下具有较高的强度,700℃以下具有良好的抗蠕变性能,540℃以下具有良好的抗松弛性能[1],故这种合金已被广泛用于制造亚临界机组汽轮机汽缸、主汽门、法兰等部件的紧固螺栓,而且目前对于600MW以上的超(超)临界机组也开始使用该材料制作的紧固螺栓,其最高使用温度可达677℃(见《火力发电厂高温紧固件技术导则》DL/T439-2006)。GH4145螺栓的显微组织在服役过程中(高温、高应力作用下)会发生变化,造成其性能下降[2]。关于GH4145合金在700~870℃之间的组织、性能演变规律已有一些研究报道[3-5],但这种合金在超(超)临界工况(服役温度为566和600℃)下的组织、性能演变规律还未见报道。因此,本文拟对GH4145合金在超(超)临界机组服役温度(566℃)下组织和性能的演变规律进行研究,以便为保障超(超)临界机组的安全运行提供试验和理论依据。 1试验材料及方法 试验材料为国产GH4145合金,其冶炼方法为真空感应炉熔炼+电渣重熔,具体化学成分见表1。首先对直径为60mm的试验合金轧制棒材进行标准热处理,即固溶处理(1130℃/2h/空冷)+双时效处理(845℃/24h/炉冷+705℃/20h/空冷)。然后分别将其在566℃时效100、300、500、750和1000h。将时效后的材料线切割成10mm×10mm×10mm的试样,采用不同型号的砂纸对平行于棒材纵截面的试样表面进行打磨,并经机械抛光后,在15gCuCl2+100mLHCl+100mLC2H5OH溶液中侵蚀30~60s,制得用于观察显微组织的试样。采用20%H2SO4+80%CH3OH溶液对上述打磨试样进行电解抛光(电解电压为20V,时间为20s),然后在150mLH3PO4+10mLH2SO4+15gCrO3溶液中对其进行电解侵蚀(电解电压为5V,时间为3s),制得用于观察析出相的试样。利用光学显微镜观察试样的显微组织,利用ZEISSSUPRA55场发射扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)观察试样中的析出相,利用Photoshop软件采用截线法测定试样的平均晶粒尺寸,利用Image-ProPlus软件采用面积法分别测定试样中大、小晶粒的平均尺寸。综合利用Photoshop和Image-ProPlus软件测定试样中析出相的平均尺寸和体积分数。采用普通布氏硬度计(型号:XHB-3000,压头直径:5mm,施加载荷:7.355kN)按照国标GB/T231.1-2002中的规定测量所有时效试样的布氏硬度。按照国标GB/T228.1-2010、GB/T4338-2006和GB/T229-2007中的规定分别对未时效、时效500和1000h的材料进行室温与高温拉伸以及室温冲击试验。拉伸试样直径为5mm,标距为25mm;冲击试样尺寸为55mm×10mm×5mm,缺口类型为V型。 2试验结果与讨论 2.1高温时效过程中GH4145合金显微组织的演变 2.1.1显微组织试验合金在566℃时效不同时间后的显微组织如图1所示,可以看出,未时效和时效不同时间后的试验合金均由等轴晶组成,且晶内有孪晶和带状夹杂物存在。晶粒大小不太均匀,存在着尺寸相差较大的大、小两种晶粒,随时效时间的延长,晶粒尺寸无明显变化。对566℃时效不同时间试样的平均晶粒尺寸、较小和较大晶粒的平均尺寸分别进行统计,结果如图2所示。试验合金的平均晶粒尺寸、较小和较大晶粒的平均尺寸随时效时间变化的规律基本相同,时效初期(时效时间小于100h)随着时效时间的延长,合金的平均晶粒尺寸、较小和较大晶粒的平均尺寸均逐渐增大,而后趋于稳定,基本保持不变。2.1.2γ'强化相据报道[4-5],GH4145合金中的析出相主要为γ'强化相和碳化物,图3显示出了标准热处理后试验合金中析出相的形貌。可以看出,除γ'强化相外,在晶界和晶内均存在着形状和尺寸不同的碳化物。断续地分布于晶界上的碳化物呈不规则的长条状,尺寸相对较小;随机分布于晶内的碳化物呈较规则的多边形状,尺寸相对较大,为一次碳化物。对这些碳化物进行EDS(energydispersivespectrometry)能谱分析,结果表明:无论是晶界碳化物还是晶内一次碳化物,其中Nb和Ti的含量均明显高于基体(见图4),说明这些碳化物均为含Nb、Ti的碳化物。此外,试验合金中γ'强化相的形状和尺寸也不尽相同,弥散分布于晶内的近似立方形的γ'相尺寸较大,其平均尺寸约为97.5nm;在这些大γ'相之间以及在晶界和晶内一次碳化物周围分布的近似球形的γ'相尺寸较小,前者的平均尺寸约为39.6nm;后者的平均尺寸约为20.7nm。时效过程中镍基合金中γ'相的形状变化序列一般是:小球形大球形立方形二隅体或八隅体[6-7]。对于γ'相与基体之间错配度较小的合金,析出初期界面能是控制γ'相形状的主要因素,故刚析出的γ'相呈球形且与基体共格;随着γ'相的长大,弹性应变能逐渐增大,当其达到一定值后,γ'相就会从球形转变成立方形,其与基体间的界面也会变为半共格或非共格界面,因为在此过程中弹性应变能的减少大于界面能的增加,系统总能量会降低。此后,弹性应变能成为控制γ'相形状的主要因素。为了降低系统的弹性应变能,立方形γ'相会通过在自身不同部位发生回溶而分裂,最终变成二隅体或八隅体形状。试验合金中尺寸较大的近似立方形的γ'相是在双时效前期析出的,此时充足的γ'相形成元素和足够的时间使其可以充分长大,当其尺寸长大到一定值后便由球形转变成了立方形。而大尺寸γ'相之间的小尺寸γ'相则是在双时效后期或冷却过程中形成的,它们因其周围基体不能在较短时间内提供足够的γ'相形成元素而不能充分长大,因而尺寸较小,仍保持球形。由于晶界和晶内碳化物均为含Nb、Ti的碳化物,这些碳化物的析出必然会使其周围基体中Nb、Ti的含量降低,又由于Nb、Ti是γ'相形成元素,它们的贫化必然会推迟γ'相的析出和长大,因而晶界和晶内碳化物周围的γ'相尺寸较小,呈球形[8]。由于标准热处理态试验合金中的γ'相都是在双时效过程中形成的,故均为二次γ'相[9]。566℃时效不同时间后试验合金中γ'强化相的形貌如图5所示。可以看出,时效后尺寸较小的球形二次γ'相的形状无明显改变;部分尺寸较大的立方形二次γ'相发生了分裂,但直至时效1000h,分裂过程也未完成,故在时效试样中未能观察到二隅体或八隅体的γ'相。对时效试样中各种二次γ'相的尺寸和体积分数进行统计,结果表明:与标准热处理态相比,时效试样中各种二次γ'相的平均尺寸和体积分数均变化不大,尺寸较大的近似立方形的γ'相的体积分数保持在22%左右。但是,当时效时间达500h后,合金中出现了尺寸更加细小(平均尺寸约为12.3nm)的球形三次γ'相,且随着时效时间的进一步延长,其平均尺寸和体积分数均逐渐增大,分别从时效500h后的12.3nm、0.8%增加到了时效1000h后的14.2nm、1.49%。此外,566℃时效1000h后,试验合金晶界和晶内碳化物的形状与尺寸均无明显变化。 2.2高温时效过程中GH4145合金力学性能的演变 对566℃时效不同时间后的试样进行布氏硬度测量,结果如图6所示。随着时效时间的延长,合金的硬度逐渐增加。这是由于时效500h后合金中析出了三次γ'强化相,且随着时效时间的进一步延长,三次γ'相的数量逐渐增多。当时效时间超过750h后,合金的硬度已超出电力行业标准DL/T439-2006《火力发电厂高温紧固件技术导则》中规定的上限值331HBW。因此,GH4145合金螺栓在使用过程中容易出现硬度超标的问题。对未时效和566℃时效500、1000h的试样进行室温和高温(566℃)拉伸试验,结果如图7所示。随着时效时间的延长,无论是室温还是高温拉伸,合金的强度指标(屈服强度、抗拉强度)均逐渐增加,而塑性指标(断后伸长率、断面收缩率)却略有下降。比较室温和高温拉伸试验结果可知,高温下合金的强度指标均低于室温;而塑性指标却高于室温或与室温相当。对未时效和566℃时效500、1000h的试样进行室温冲击试验,结果如表2所示。可以看出,随时效时间的延长,合金的冲击吸收功变化不大。 3结论 1)标准热处理态下试验合金由等轴晶组成,且晶内有孪晶和带状夹杂物存在。晶粒大小不太均匀,存在着尺寸相差较大的大、小两种晶粒。566℃下,随着时效时间的延长,时效初期合金的平均晶粒尺寸、较小和较大晶粒的平均尺寸均有所增大,而后趋于稳定,基本保持不变;2)标准热处理态下试验合金中存在着形状和尺寸不同的二次γ'相,弥散分布于晶内的近似立方形的γ'相尺寸较大,在这些大γ'相之间近似球形的γ'相尺寸较小,在晶界和晶内一次碳化物周围聚集分布的近似球形的γ'相尺寸最小。566℃下,随着时效时间的延长,部分尺寸较大的立方形二次γ'相发生了分裂;当时效时间超过500h后,合金中还析出了尺寸更加细小的球形三次γ'相,且随着时效时间的进一步延长,其平均尺寸和体积分数均逐渐增大;3)566℃下,随着时效时间的延长,试验合金的塑性指标略有下降,冲击吸收功变化不大,而硬度和强度逐渐增高,因此,GH4145合金螺栓在使用过程中容易出现硬度超标的问题。 作者:单位: 力学性能论文:回火温度对石油套管钢力学性能的影响 由于高密度油粘度大,所以抽采难度很大,一般采用热力开采。利用注入蒸汽的热量使高密度油温度升高,易于流动,便于开采。开采过程中,套管被固定在井筒中处于约束状态,不能自由膨胀和收缩,在注入高温高压蒸汽阶段套管由于受热膨胀和受约束而承受很大的压应力,停注采油时,由于降温收缩松弛而承受很大的拉应力,套管反复承受高的拉-压应力而极易损坏[1-3]。针对热采油开采的环境,国内外该类产品的开发思路大体一致,即通过合理的钢种成分设计,使得套管材料具有高温强度高、在工况温度下强度下降小、热稳定性能高、抗挤毁强度高的特点。国内已经开发的注蒸汽热采套管有TP90H、TP100H、TP110H、TP120H等,材质为Cr-Mo系钢[4-10]。虽然能够满足热采管的使用工况,但Mo的加入使Cr-Mo系钢种生产成本较高,因此,为降低成本,笔者提出以Mn替代Mo,即Cr-Mn钢,这种新型石油套管钢属P110钢级,按客户要求,其设计标准性能要求为:抗拉强度≥862MPa,屈服强度758~880MPa,伸长率≥20%,0℃下的纵向冲击性能≥48J,硬度要求≤HRC30。本文主要研究不同回火温度对该新型石油套管钢力学性能的影响,为该新型钢管在高密度原油开采中的推广应用提供可靠依据。 1实验材料及方法 采用连铸法生产铸坯,经穿孔、轧管、定径后,生产出规格为177.8mm×10.36mm的钢管,变形比为6.7。在箱式电阻炉中进行调质热处理实验,调质热处理工艺参数为:920℃淬火,保温60min后水冷,570~620℃回火,保温120min后水冷,具体调质热处理工艺参数如表1所示。采用CMT5305型微机控制电子万能试验机,根据GB/T228-2002标准进行室温拉伸试验,对热处理后的试料加工成规定尺寸的管状拉伸试样,每组试验做3个试样取平均值。用TH320型全洛氏硬度计测定热处理后试样表面硬度,压头为金刚石,载荷为150kg,取3次试验的平均值。采用ZOOM6045型显微镜观察试样的显微组织。采用300J冲击试验机对每组3个试样进行冲击试验,并采用EVOMA18型电子扫描显微镜观察试样的断口形貌。 2结果与分析 2.1回火温度对材料力学性能的影响 为了确定该新型石油套管钢的调质热处理工艺,对不同回火温度下材料的力学性能进行了研究。图1为不同回火温度下材料的抗拉强度和屈服强度。由图可知,随着回火温度的提高,材料的抗拉强度和屈服强度均降低,但基本能够达到设计标准性能要求(抗拉强度≥862MPa,屈服强度758~880MPa),仅当回火温度为620℃时,其强度值未达到设计标准性能要求。这是由于随着回火温度的升高,元素扩散速度加快,扩散越充分,伴随着马氏体的分解,残留奥氏体的转变,渗碳体的聚集长大以及铁素体的回复再结晶,使淬火导致的晶格畸变能越小,位错密度降低,从而使强度下降。图2为不同回火温度下材料的伸长率和硬度,其中箭头向左黑色实线表示该钢种设计的标准伸长率要求,即≥20%;箭头向右黑色虚线表示该钢种设计的标准硬度要求,即≤30HRC。由图可知,随着回火温度的提高,材料的伸长率呈上升趋势,而硬度随之下降,且当回火温度为570℃时,硬度超过标准硬度要求,当回火温度为620℃时,伸长率刚刚满足最低标准要求。这是因为随着回火温度的升高,马氏体转变越充分,通过元素的扩散,晶界的迁移,马氏体转变为回火索氏体,从而使材料的硬度下降,韧性提高,伸长率增大。采用冲击试验测定不同回火温度下各试样的冲击功表征材料的冲击韧性,图3为不同回火温度下分别进行3次冲击试验的冲击功柱状图,黑色实线表示该钢种设计标准冲击功要求,即≥48J。由图可知,冲击韧性总体变化趋势是随着回火温度的升高,冲击韧性增加,且当回火温度为570℃和580℃时,冲击功未达到标准要求。由图2可知,随着回火温度的升高,材料的韧性增加,因此相对应,材料的冲击功增加,冲击韧性增强。图4为调质处理(回火温度600℃)后材料进行冲击试验后的断口形貌。由于所配制的材质以Cr和Mn为主要合金元素,从元素构成方面看,材质具有严重的高温回火脆性。由于杂质元素在原奥氏体晶界上的聚集,隔断晶界的连贯性,导致回火后晶界强度降低,因而采用回火保温后水冷的方式。水冷的冷速较快,使杂质元素失去了向晶界扩散的动力而来不及聚集,因而获得的晶界表面较为纯净,结合强度高。由图4可知,试样断口韧窝面积大,脆性面积小,二次裂纹数量减少,表面发现少量夹杂物,如图4(b)所示,夹杂物的尺寸约为8μm。综上所述,该新型石油套管钢的调质热处理工艺为:淬火温度920℃,保温时间60min,水淬,然后在590~610℃回火,保温时间120min,回火保温后进行水冷。通过该调质工艺处理的试样其性能满足钢种设计标准要求。 2.2调质处理后材料的显微组织 图5为试样经调质处理后(淬火温度920℃,保温时间60min,水淬,然后在600℃回火,保温时间120min,回火保温后进行水冷)的显微组织。经过调质处理后,由于淬火时原奥氏体晶粒较为细小,回火后组织比较致密。原奥氏体晶粒轮廓下的马氏体组织在回火温度下,经过长时间的保温,发生碳元素的扩散,碳化物的析出,晶界的迁移,以及出现碳化物的聚集。因此,调质处理后试样的组织以细小铁素体为主,在铁素体基体上弥散分布着细粒状碳化物,形成回火索氏体[11-12],碳化物的弥散分布提高了铁素体基体的强度和韧性,使得回火组织具有优良的力学性能。 3结论 1)通过研究不同回火温度下试样的力学性能,较适宜的调质热处理工艺为:920℃保温60min水淬,590~610℃保温120min回火后水冷;2)经优化后的调质工艺处理后,钢种的各项力学性能指标为:抗拉强度882~916MPa,屈服强度798~813MPa,伸长率21%~22%,硬度26.2~27.8HRC,冲击功53~83J;3)调质后得到的组织为回火索氏体,即在铁素体基体上弥散分布着细粒状碳化物,碳化物的弥散分布提高了铁素体基体的强度和韧性,使得回火组织具有优良的力学性能。 作者:曹晶晶 李河宗 李阳 赵文武 单位:河北工程大学机电工程学院 力学性能论文:沥青防水卷材力学性能检测分析 建筑施工对建筑的防水性能有较高的要求,为了使防水施工取得更好的结果,应该选用合适的防水卷材。现在防水工程中常用的防水卷材有沥青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料等,这些防水卷材中沥青防水卷材使用范围最广。沥青防水卷材进行物理力学性检测可以对沥青防水材料的性能做出良好的反映。下面是对沥青防水卷材检测中的力学性能的检测分析。 1影响沥青防水卷材力学性能检测的因素 1.1仪器设备的影响 沥青防水卷次检验中会用到多种仪器设备,这些仪器设备会对检测的结果产生一定的影响。需要使用的仪器设备有拉力机、不透水仪、电热恒温箱等。沥青防水卷材检测中用到的拉力机的测量范围应该是0-1000N,如果拉力机的测量范围大于这个规定值,那么检测的精度就得不到保障。如果测量范围小于这个规定,测量程就满足不了实际要求。检测中使用的不透水仪对测量结果也有一定的影响,不透水仪在使用的过程中密封性应该保持良好,保证其可以长时间承受压力。在检测过程中如果不透水仪存在漏水的情况,那么其就不能保持在规定的压力内,从而影响到不透水仪的检测结果。电热恒温箱也是检测中的一个必备装置,电热恒温箱在使用过程中应该有热风循环装置,运用此装置来保证箱内温度的均衡,保证试件可以均匀受热,如果受力不均匀则会对最终检测结果造成影响。 1.2取样和制样的影响 取样和制样是沥青防水卷材料检测中的重要步骤,取样和制样过程中也极容易对检测结果造成影响。取样时应该选取尺寸、卷重、外观等均合格的产品中选出一卷,纵向上截取50cm,横向上截取250cm作为试验件[1]。选取试验品时要保证沥青防水卷材的表面没有孔洞、裂缝、麻面、露胎等情况,如果出现有这些情况会影响到最终检测的准确性。制样过程切取拉力试件时应该保证切口的垂直整齐,防止切口出现坡口的情况,坡口的情况一旦出现会使最终的检测结果或者偏高或者偏低。如果切口出现不整齐的情况,试件的边缘会出现不平滑的现象,会导致检测结果偏低。另外样品的卷头和边缘的材质在生产的过程中会出现疏松、不匀的现象,这样的情况会对沥青防水卷材的透水性、柔度和耐热性产生一定的影响。 1.3试验条件的影响 沥青防水卷材具有较好的感温性,在检测的过程中容易受到外部环境温度的影响,这也要求式样应该放在干燥的地方,温度保持稳定。一些试验显示在不同的温度下开展试验,沥青防水卷材的检测结果会出现差别,在纵向和横向上温度高的试样所能承受的拉力较小。另外在试验的过程中对试样进行不透水性试验时所采用的水应该是蒸馏水或者洁净的淡水。如果选用了含有较多杂质的水来做试验会导致水中所含的杂质与试件的覆盖层发生反应,使试件的抗渗透性有所下降,同时水中所含的杂质也会阻碍水的自由渗透,导致检测结果最终出现偏差。 2沥青防水卷材力学性能的检测 沥青防水卷材力学性能检测中延伸率的检测是一项重要内容,断裂延伸率可以把拉伸试验后试件完全断开作为断裂延伸率的判断指标,也可以把试件沥青层出现空洞、裂缝等时的伸长率作为断裂延伸率的判断标准。在测量的过程中对试件所处的状态要加以注意,有时试件断裂时所用的拉力不一定最大,当运用最大的拉力时试件也不一定断裂,因此试件测试必须在规定的状态下记行,防止测得的延伸率不准确。对沥青卷材做拉伸实验时断裂在夹具20mm内时试件就应该作废,应该重新取样进行试验。试件进行检测时试件会经常从夹具处断裂,这容易出现内部胎基整体滑移的现象。对于这种情况可以采用缠绕式夹具或者在卷材的两端处缠绕上胶布来增加夹具接触处的摩擦阻力,这样可以有效避免类似问题的产生。检测中一般不同种类的沥青防水卷材有着不同的检测标准,所以在检测的过程中就应该根据防水卷材的种类选好相应的标准。对于同一种卷材的试件而言,不同的规格型号,其物理力学性能的指标也不尽相同。这也要求检验人员在监测的过程中认真区分这些不同的卷材[2]。在很多情况下由于送检单位对卷材的种类了解不清楚,出现了将试样品种填错的情况,这就导致了在检测过程中检测标准运用错,导致最后检测结果出现了不准确的情况。沥青防水卷材进行拉力检测时加荷速度会影响到最终的测试值,如果加荷速度快,测试值则会偏高,反之,测试值就会偏低。因此拉伸速度应该保持在标准所规定的测试速度范围内。 3结语 沥青防水卷材作为防水工程的重要材料在防水工程中发挥了重要的作用。沥青防水卷材的力学性能的检测是对其总体性能的一个反映,应该采取切实措施保证力学性能检测的准确性。对于影响检测结果的因素要努力加以避免,采取正确的方式进行法检测,保证最终检测结果的准确。 作者:夏力哈尔·阿山哈孜 单位:新疆省伊犁州产品质量检验所 力学性能论文:退火温度对超细晶钢力学性能的影响 随着汽车工业的飞速发展,安全、能耗和环境问题越来越受到各国的关注。为了节约能源并且减少汽车尾气排放,先进高强度汽车用钢的开发是主要研究方向[1]。近年来,美国科罗拉多矿校JohnSpeer教授提出了一种新型热处理—Q&P工艺[2-5],成为高强度汽车用钢研究的热点。该工艺通过先奥氏体化退火再淬火至Ms~Mf温度得到一定量的马氏体和残留奥氏体,再在稍高于Ms温度控制C元素从马氏体向残留奥氏体配分,最后淬火得到富集C的残留奥氏体和马氏体的复相组织。由于残留奥氏体的相变诱发塑性(TRIP)效应故Q&P钢具有良好的综合力学性能。Q&P工艺的关键是通过设计合理的成分、制定合理的退火工艺来获得一定量并且具有合适稳定性的残留奥氏体[6]。Q&P工艺按退火温度分有完全奥氏体化Q&P工艺和两相区Q&P工艺,前者室温组织为残留奥氏体+马氏体,后者为铁素体+残留奥氏体+马氏体。本实验通过两相区Q&P退火工艺,在传统Q&P钢成分基础上添加适量Nb和Ni来提高其力学性能。Nb具有细化晶粒的作用[7],而Ni是强烈的稳定奥氏体元素[8],并且Mn钢热轧板室温组织马氏体含量较多,冷轧易出现边裂现象,另外Ni的固溶强化比Mn低,冷轧容易进行,同时添加Ni能改善钢的耐蚀性,故采用少量Ni取代部分Mn。本文模拟连续退火工艺对实验钢在不同退火温度下的显微组织和力学性能进行了对比和研究。 1实验材料与方法 实验用钢采用50kg真空感应炉熔炼,化学成分如表1所示。采用Thermo-Calc软件进行热力学计算实验钢的相变点,其Ac1、Ac3、Ms点温度分别为650、726和170℃。实验钢浇铸成锭并锻造成100mm×60mm×40mm的锻坯,锻坯经1200℃保温1h后热轧,开轧温度1150℃,经五道次轧制,终轧温度为870℃,卷取温度为660℃。热轧板经酸洗除磷后冷轧,冷轧压下率为50%,得到厚度为1.5mm的冷轧板。Q&P热处理工艺示意图如图1所示。先将实验钢在两相区奥氏体化退火,然后淬火至160℃,接着在400℃进行配分处理,最后淬火至室温。连续退火工艺在ULVACCCT-AY-Ⅱ型板材退火模拟试验机上进行,退火温度分别为650、670、690和710℃。根据国标GB/T228.1-2010,将热处理后的钢加工成50mm标距的标准拉伸试样,并在室温下进行拉伸试验,对每种状态的拉伸试样进行两次拉伸测试,性能指标取其平均值。退火后钢板的金相试样经机械抛光和4%硝酸酒精侵蚀后,在ZEISSAX10光学显微镜(OM)和QuantaFEG450热场发射环境扫描电镜(SEM)下观察其显微组织形貌和各相的形态分布。EBSD技术用于决定残留奥氏体相分布,高分辨率EBSD图片在步长为50nm放大倍数为10000×条件下获得,并用HKLChannel5软件进行数据处理。 2实验结果及讨论 2.1退火温度对组织的影响 实验钢经两相区Q&P工艺之后的显微组织如图2所示。其显微组织由块状铁素体+残留奥氏体/马氏体混合组织组成。其中,白色组织为铁素体,深色组织为块状残留奥氏体/马氏体。从图中可以看出,晶粒尺寸达到了亚微米级别,光学显微镜的分辨尺度下很难辨认组织的细节与状态。随着退火温度的升高,白色区域逐渐减少,深色区域逐渐增多。图3为实验钢Q&P处理后的SEM照片。经历两相区退火后,从图中可以看出,深色块状下凹区域为铁素体,细小的碳化物弥散分布在铁素体基体上,白色块状为马氏体或残留奥氏体。在650℃退火时,由于刚到Ac1温度,马氏体/残留奥氏体组织很少,组织中存在大块的冷轧变形的未再结晶区和弥散的未溶碳化物颗粒;高于Ac1退火时,随退火温度升高,未再结晶区和碳化物逐渐减少,马氏体/残留奥氏体逐渐增加。当退火温度为670℃时,形变基体的再结晶程度增加,同时有块状马氏体/残留奥氏体组织增多,说明退火温度已经处于两相区的温度范围;当退火温度为690℃时,超细化的马氏体/残留奥氏体弥散的分布在基本再结晶的基体上,同时未溶解的渗碳体已经很少;当实验钢在710℃退火时,基体中基本不存在碳化物。 2.2退火温度对力学性能的影响 图4为不同退火温度下实验钢工程应力应变曲线。实验钢在弹性变形结束后,出现了不同的加工硬化现象,当退火温度为650℃以及670℃时,实验钢拉伸曲线的塑性变形阶段呈现出双曲的特征,即曲线在塑性变形的初期即开始出现局部变形,拉伸曲线逐渐下降,随后又产生一定的加工硬化,拉伸曲线逐渐上升,直至断裂;当退火温度为690℃时,应力应变曲线出现了吕德斯类型台阶,这与局部应变有关,应变局部存在于狭窄的变形带中[11],当应变约为0.09时,由于应变积累到一定程度,残留奥氏体发生马氏体转变产生加工硬化出现了第一个台阶,当应变积累达到约0.23时,实验钢发生失稳断裂。当退火温度达到710℃时,出现了明显的加工硬化现象,这主要是因为710℃时钢中残留奥氏体含量较多,残留奥氏体相变产生TRIP增塑效应的结果,之后应力应变曲线呈锯齿状,这称为PLC效应,直至失稳断裂。退火温度为650、670和690℃时,随温度升高,断后伸长率逐渐升高,抗拉强度和屈服强度逐渐降低,这是因为随退火温度升高铁素体回复再结晶程度增大,且渗碳体逐渐减少。图5不同退火温度Q&P钢的力学性能Fig.5MechanicalpropertiesofthesteeltreatedbyQ&Pprocessatdifferentannealingtemperatures图5是实验钢不同退火温度条件下力学性能对比。从图看出,随退火温度升高,抗拉强度有下降的趋势,但变化幅度不大,而断后伸长率呈现先上升后下降的趋势,且在690℃达到最大,峰值为23.5%。由图中可知,退火温度为690℃时,强度和塑性达到最佳结合,强塑积最大,达到28GPa•%。 2.3残留奥氏体的XRD测量结果 采用X射线衍射技术对不同退火温度处理后样品中残留奥氏体含量进行了测定。不同温度下的XRD谱如图6所示。由图中可见,退火温度为650℃时,几乎没有残留奥氏体峰,随退火温度升高,残留奥氏体相对衍射强度逐渐增大且(200)γ和(211)γ峰基本以相同比例增加而铁素体峰却逐渐较弱。这主要是因为退火温度升高,两相区得到的残余奥氏体增多,在随后的淬火和配分中,C配分稳定的奥氏体含量大于奥氏体分解或相变的量。留奥氏体体积分数逐渐升高。退火温度为650℃时,奥氏体中碳含量最大,这主要是因为此时残留奥氏体含量较少,因此TRIP效应不明显导致塑性较差,说明此时残留奥氏体体积分数是影响塑性的主要因素。退火温度在650℃以上时,残留奥氏体碳含量先升高后降低,在690℃时达到最大,这和图5断后伸长率表征结果趋势一致,说明当退火温度在Ac1以上时,残留奥氏体中碳含量是影响塑性的主要因素。 3残留奥氏体增塑效应分析 残留奥氏体在Q&P钢中至关重要,其体积分数、化学成分、尺寸、形貌、以及位置都是影响残留奥氏体稳定性的因素。残留奥氏体对塑性有3个效应,一个是TRIP效应,另一个是阻碍微裂纹扩展(BMP)效应,最后是残留奥氏体吸收位错(DARA)效应[12]。图8是通过HKLChannel5数据处理软件得到的FCC相和BCC相分布结果。图中灰色和黑色是由于位错密度等缺陷导致的衬度不同所致,其中灰色为铁素体,黑色为位错密度高马氏体,蓝色块状为残留奥氏体,绿色线条代表2°~15°晶界,一般认为是亚晶界,黑色线条为>15°晶界,一般认为晶界。从图中可以看出,随着退火温度的升高,残留奥氏体的比例逐渐增高,到710℃时,达到最大,这是由于随退火温度升高,退火时两相区奥氏体含量逐渐升高,相当一部分被保留在室温成为残留奥氏体。但是由于710℃时,残留奥氏体块较大且分布不均匀,导致残留奥氏体稳定性下降,因此此温度下塑性较差。而690℃时,残留奥氏体尺寸相近且均匀弥散分布于铁素体基体上,由图7可知,此时奥氏体碳含量也相对较高,因此,残留奥氏体也相对稳定,塑性最好。 4结论 1)实验钢在传统C-Si-Mn钢成分基础上,添加适量Nb和Ni,得到了亚微米级别的晶粒尺寸,并且在室温获得了大量稳定存在的残留奥氏体;2)采用两相区Q&P工艺处理,得到了块状铁素体+块状马氏体+残留奥氏体组织。基体为铁素体,随着退火温度增加,残留奥氏体含量逐渐增多,且残留奥氏体晶粒逐渐增大;3)不同退火温度下实验钢表现出不同的力学性能,在690℃退火时,得到最佳的力学性能。其强度为1195MPa,断后伸长率为23.5%,强塑积达到28GPa•%。 作者:苗丹阳 唐荻 赵征志 丁然 单位:北京科技大学冶金工程研究院 力学性能论文:热处理对微晶玻璃力学性能的影响 过去的几十年我国工业迅速发展的同时,增大了对矿产资源的需求量。而矿产资源开采及选别过程中产生了诸如煤矸石、铁尾矿类大量的工业危险固体废弃物[1],大量废弃物的堆存带来的诸如土壤、空气和水体污染等一系列的问题。长期以来我国的一次能源消耗中70%来自煤炭。大量的煤炭开采、选别过程中产生了占原煤产量10%~15%煤矸石[2],大多数的煤矸石被露天堆放在陆地上,2014年统计数据表明,我国煤矸石的堆存量已经达到50亿吨,占地约1.2万公顷[3-4]。而钢铁行业发展中产生的铁尾矿在工业固体废弃物中的比例也越来越大,来自金属矿山的尾矿堆存超过120亿吨,铁尾矿占到了其中的1/3[5-6]。我国煤矸石和铁尾矿的堆存总量接近100亿吨,已经成为一个紧迫的环境问题,因此对它们进行资源化利用是相当必要的。国内外许多研究机构、生产企业对煤矸石和铁尾矿的资源化利用进行了研究与报道,可大多数研究、应用集中在制备传统的低附加值建筑材料如水泥[7]、砖[8]。微晶玻璃具有高耐磨性、耐腐蚀强和机械性能高的细粒度多晶材料[9-10],被广泛的关注和应用。通常煤矸石和铁尾矿的矿物组成为长石和石英[11-12],主要化学成分为Fe、Al、Si等,以及其它的Na、Ti等次要与元素,这些矿物和化学元素是制备微晶玻璃所必需的条件。同时,煤矸石和铁尾矿组分中SiO2含量可以达到70%,相比较粉煤灰、高岭土和红柱石等工业废料和矿物质,可以成为低成本的硅源生产微晶玻璃。本文采用熔融法浇铸制备微晶玻璃,同时分析微晶玻璃的结晶行为、微观结构和性能,为研究煤矸石和铁尾矿制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃提供理论依据和技术基础。 1实验原料与方法 1.1实验原料 实验选用房山煤矸石(煅烧后)和山西灵丘铁矿尾矿,其化学成分列于表1。由表1可知,煤矸石、铁尾矿原料中SiO2及Al2O3组分总计为79.35%和62.40%,原料中含有的TiO2,为微晶玻璃晶体成核提供了条件。煤矸石煅烧后其矿物成分以石英和钙长石为主,伴有少量白云母、赤铁矿,铁尾矿的矿物成分以石英为主,伴有角闪石、斜长石等。为改善微晶玻璃使用性能和工艺性能,在煤矸石和铁尾矿主要原料的基础上,加入化学分析纯二氧化硅与氧化铝纯作为成分调整剂,NaNO3与Sb2O3化学分析纯作为澄清剂加入,调质后的基础玻璃的化学成分见表1。 1.2实验方法 1.2.1材料的预处理原状煤矸石经预先破碎至-2mm后烘干至含水率在1%以下,用装料量为5kg质量级配为钢球60kg、钢锻40kg的SM500mm×500mm试验用球磨机粉磨,控制磨后细度为0.08mm方孔筛筛余10%以下,用CD-1400X型马弗炉经750℃煅烧3h去除原料有机杂质。1.2.2微晶玻璃的制备实验将一定配比的原料与成分调节剂、澄清剂等原料置于刚玉坩埚,而后置入CD-1700X型马弗炉,在1500℃下充分融化、澄清,保温180min。将均一的熔浆体浇铸成12cm×12cm×4cm的正方体大块并迅速放入650℃的晶化炉保温2h,以1℃/min降至室温以消除玻璃内应力。在马弗炉内升温至1450℃,并保温4h充分澄清、均化。将均一的熔浆体浇铸成12cm×12cm×4cm的正方体大块并迅速放入650℃的晶化炉保温5h,以1℃/min降至室温以消除玻璃内应力。将上述玻璃大块切磨成6mm×10mm×40mm长条试块。分别置于不同的核化温度(680、720、760、800)℃和核化时间3h、晶化温度(920、960、1000、1040)℃和晶化时间1h条件下,进行强度测试。实验所用的强度测试方法按照GB/T6569-2006《精细陶瓷弯曲强度试验方法》进行。DSC分析采用差热分析仪(STA409C/CDNetzschGertebauGmbH,selb);XRD分析仪为M21X超大功率X射线衍射仪,额定管电压20~60kV,最大额定电流500mA;SEM分析所用仪器为聚焦离子束场发射扫描电子显微镜。 2结果与讨论 2.1热分析与组成 差示扫描量热法(DSC)能够精确的测定物质与热量有关的物理化学反应,为微晶玻璃的核化和晶化温度的确定提供了重要依据[13]。将1500℃熔融的煤矸石铁尾矿微晶玻璃浆体急冷水淬,制备成水淬渣,经过烘干、破碎、研磨至74μm基础玻璃粉末进行DSC分析。图1为煤矸石铁尾矿基础玻璃的热分析曲线,从图1中可见DSC曲线上有2处明显的与热相关的反应:即745℃的吸热反应和917℃的放热反应。745℃的吸热峰是转变温度,不是核化吸热,而是在热处理中基础玻璃粉末吸热发生软化变形后微观结构重排引起的。实际上,玻璃转变温度为700~800℃温度区间。为了讨论微晶玻璃制备中核化温度的影响,选择核化温度为680、720、740和760℃。917℃处尖锐的放热峰,为玻璃的析晶放热反应,为了讨论微晶玻璃制备中晶化温度的影响,选择晶化温度为900、940、980和1020℃。 2.2核化温度对微晶玻璃结构和性能的影响 玻璃的主晶相的种类和数量被原料成分控制,而玻璃的结构和性能受热处理工艺制度影响[14]。为了优化玻璃的热处理温度,将微晶玻璃在680、720、740和760℃下核化3h,所得的不同核化温度微晶玻璃X射线衍射结果如图2所示。图2曲线(1)中经核化后的微晶玻璃试样,在2θ=26.48°、29.66°与43.22°处显示有晶体小峰,其主晶相为普通辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6),说明玻璃试样中已经有部分晶核的形成。此外,由于XRD谱中含有数目众多的毛刺小峰,说明微晶玻璃中含有一定数量的玻璃相。曲线(2)~(4)中,玻璃试样经720、760和800℃核化保温3h后,微晶玻璃试样析出晶相种类均为普通辉石,但是随温度从720℃升高到800℃,衍射峰呈现逐渐增强趋势,说明析出的普通辉石晶相数量有变化,曲线(4)中经800℃的核化处理后的微晶玻璃试样,其主晶相衍射峰最强。图3为微晶玻璃经1%HF溶液腐蚀、清洗、干燥并喷碳处理,经用扫描电子显微镜对核化后(680、720、740、760℃)保温2h的4组样品进行了SEM和EDS分析图。从图3的SEM中可以观察到微球状颗粒析出,且随着核化温度的升高,微球状颗粒的分布越来越均匀,致密度也相应的提高。从图3(a)中可以看出,核化温度为680℃时开始出现微晶玻璃的单粒状晶体,也出现了几个粒径较大的球状晶粒,晶粒尺寸约为200nm,其中还存在少数晶粒为30~40nm不等的小晶粒,这些微晶粒的出现,预示着试样结晶的开始。对粒状晶体1进行EDS半定量分析,并结合图2的XRD分析可知,该晶体为普通辉石。图3(b)中经720℃核化处理后,微晶玻璃的晶粒开始变小而且均匀化,晶粒尺寸为30~100nm,视域中可见个别形貌清晰的晶粒凝聚的现象,图中左上角的团簇由若干个30~40nm晶粒凝聚而成约100nm微晶粒,同时在右下角区域可见粒径在100nm以下的微球粒。经760℃核化后的微晶玻璃中出现纳米级别的微晶粒数量增多,遍布于整个视域中,晶粒大小更加均匀,晶粒尺寸为50~100nm,图中可见个别粒径较大的晶粒,由若干个30~40nm晶粒团簇凝聚而成,其粒径约200nm。800℃核化后的SEM图3(d)中,可以观察到晶粒比较典型的凝聚成团的现象,晶粒呈现大量凝聚,纳米级的晶粒边界开始消失[14]。由于弯曲强度离散性小,准确可靠,而且试样容易制备,因而弯曲强度作为考察微晶玻璃强度的主要指标之一[15]。将经过核化保温的4组微晶玻璃试样,以5℃•min-1升温速率匀速升温至900℃后,晶化保温1h,分析核化温度对弯曲强度的影响。经过测得的数据,得到不同的核化温度对微晶玻璃弯曲强度影响的关系图4。从图4中可以看出,在晶化温度为900℃保温1h条件下,试样的弯曲强度呈现为随着核化温度的升高,核化温度为760℃的微晶玻璃试样强度最大,达到204.32MPa。随着核化温度的进一步提高,微晶玻璃的弯曲强度减小,当核化温度达到800℃时,微晶玻璃试样弯曲强度下降到156.47MPa。结合图3可知,随着核化温度的升高,微晶玻璃的晶粒数量呈增大趋势,致密度提高,且晶粒分布越来越均匀,虽然有大量细小均匀的晶粒产生,但微晶玻璃内仍有大量连续的玻璃体存在(由图2可知),微晶玻璃材料的破坏通常是沿着晶界玻璃体进行的,由于基体内玻璃体的存在断裂强度较大,所以微晶玻璃的弯曲强度较低[16]。760℃核化处理后,微晶玻璃基体内晶粒明显增多,其内部玻璃体减少,玻璃体的连续被打破,晶粒间分布均匀致密,此时微晶玻璃有最大的弯曲强度值。而800℃核化后,微晶玻璃内部的微观组织出现缺陷,这可嫩由于过高的核化温度使得晶粒凝聚、重熔导致微晶玻璃内部过大的组织应力而出现微裂纹,从而使微晶玻璃的弯曲强度下降[16]。 2.3晶化温度对微晶玻璃结构和性能的影响 为了确定微晶玻璃优化的热处理温度,将基础玻璃试样在760℃下核化3h,然后在900、940、980和1020℃晶化处理1h,所得微晶玻璃试样的X射线衍射结果如图5所示。由不同的晶化温度得到的XRD可以看出,在900、940、980和1020℃晶化温度下得到的主晶相为普通辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)。在2θ角等于30°和35°时,XRD曲线中有非晶相引起的比较平缓馒头峰,这说明微晶玻璃试样中不仅存在普通辉石的晶态结构,同时也有未完全结晶的非晶成分,馒头峰整体比较平缓,说明晶化处理后的微晶玻璃析晶情况良好。随着晶化温度从900℃升高到1020℃,主晶相普通辉石的衍射峰呈现逐渐增强趋势,曲线(3)中微晶玻璃试样在980℃的晶化处理后,主晶相衍射峰最强,当晶化处理温度升高到1020℃时,曲线(4)中的晶体衍射峰减弱。图6为经900、940、980和1020℃晶化处理后的微晶玻璃试样的SEM图。试样经过核化后,通过晶化处理能够使数目众多的晶核形成。经过900℃晶化处理的图6(a)中,有大量形貌接近于圆形形态的晶粒生成,一些晶粒尺寸30~50nm的晶粒团聚在一起,排列紧密,同时视域中左上角还存在一些尺寸约100nm的晶粒,晶体排列相对疏松。随着晶化温度的升高,940℃晶化处理的图片6(b)中可以观察到晶粒比较典型的凝聚成团的现象,大量尺寸约100nm的晶粒之间排列紧密,晶粒间的边界相对于图6(a)晶粒尺寸增大,其形状更趋向规则化且结构致密。这对提高微晶玻璃的物化性能有利,是比较理想的晶化处理结果。与图6(b)相比较,图6(c)中尺寸约100nm的晶粒间相互接触,但晶粒边界清晰可见,图中区域出现两块大的晶粒凝聚,晶粒间的边界开始消失。在图6(d)中,试样随着温度的升高的延长,在整个空间内出现了晶粒的大量凝聚,在团簇体中的某些区域,已经观察不到纳米晶粒的边界,部分晶粒已发生重熔。图7为晶化后的微晶玻璃试样与弯曲强度的关系。可以看出,随着晶化温度的升高,弯曲强度值呈现先增大而后降低的趋势,在980℃时弯曲强度的最大值达到236.63MPa。当晶化温度为1020℃时,弯曲强度下降到199.27MPa。微晶玻璃的力学性质不仅受晶体粒晶(材料构成)的影响,还受到的气孔、裂纹、微应力,玻璃相和自身空隙等的大小、分布、形状和分布状态等因素影响。如将这些影响因素,可以认为,微晶玻璃的粒晶越小,成核密度越大,则强度越高。结合图6可知,随着晶化温度的升高,微晶玻璃试样形成晶粒数量逐渐增多,晶体含量增加,且晶粒分布越来越均匀,致密度提高。在980℃晶化处理后,微晶玻璃基体内产生了大量细小均匀的晶粒,整体析晶状况良好,此时微晶玻璃有最大的弯曲强度值。而1020℃晶化后,微晶玻璃内部的微观组织出现缺陷,发生了晶粒回收的重熔现象,导致晶体内部结构产生了缺陷,试样的弯曲强度反而降低。 3结论 1)利用煤矸石和铁尾矿为主要原料,可以制备具有优异机械强度的CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系微晶玻璃,其主晶相为普通辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6);2)通过热处理制度对微晶玻璃结构和性能的研究可知,煤矸石铁尾矿在最佳热处理制度为:760℃核化3h,晶化温度980℃,保温1h的条件下,可制备抗弯强度为236.63MPa的微晶玻璃;3)随热处理温度升高,煤矸石铁尾矿微晶玻璃主晶相的种类没有改变,但其衍射峰呈现先增强后减小的趋势。同时,微晶玻璃的弯曲强度会提高,但热处理温度过高内部就会出现晶粒凝聚、重熔导致微晶玻璃内部过大的组织应力而出现微裂纹,从而使微晶玻璃的弯曲强度下降。 作者:王长龙 梁宝瑞 郑永超 刘世昌 杨建 单位:北京科技大学土木与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室 河北工程大学土木工程学院 清华大学材料科学与工程学院先进材料教育部 力学性能论文:水滑石对EVA阻燃及力学性能的影响 乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有良好的耐冲性和耐应力开裂性,在较宽温度范围内有良好的柔韧性,在日常生活中应用相当广泛,但其氧指数仅为19,极易燃烧,且燃烧产物含有一氧化碳,所以对其进行阻燃研究一直是个热门课题[1-3]。目前我国常用的阻燃剂有卤系阻燃剂和无机阻燃剂,由于卤系阻燃剂燃烧时会释放大量烟雾和有毒气体,目前已逐渐被限制使用。无机系阻燃剂具有安全性好、无毒、对环境影响小、应用面广且原料丰富等优点,在市场上所占份额日益增加[4]。氢氧化铝与氢氧化镁是无机系阻燃剂中用量最大的两种[5],Mg(OH)2是一种添加型高抑烟阻燃剂,具有很好的抑烟效果,但其在有机材料中的分散性和相容性较差,无法直接用作阻燃剂[6];而铝化合物阻燃剂必须经过大量的填充,才能起到阻燃效果,从而影响了材料的力学性能[4]。水滑石是一种层柱状双金属氢氧化物(简称LDHs),既兼具了Mg(OH)2和Al(OH)3的优点,又客服了各自的不足[7]。LDHs层间含有CO32-和结晶水,层板上有大量羟基,添加到聚合物中的镁铝水滑石阻燃剂受热分解时,放出的二氧化碳和水能稀释可燃气体浓度并隔绝氧气的进一步侵入,从而减弱火势,达到阻燃的目的[8]。而分解产生的MgO和Al2O3可形成隔热层;同时受热分解时吸收大量的热量,降低燃烧体系的温度。由此可见,LDHs具有阻燃、消烟、填充等多种功能,是一种发展前途广阔的阻燃剂新品种[9]。本文主要通过微波晶化法合成含有不同层间阴离子插层组装的锰镁铝水滑石,与EVA混合制备水滑石含量分别为5%和20%的复合材料,并对复合材料进行阻燃性能和力学性能的测定。 1实验部分 1.1微波晶化插层法制备锰镁铝水滑石 称取5.8g硬脂酸于加入100mL蒸馏水的四口瓶中,在70℃、氮气保护条件下溶解。待完全溶解后,用10mL1.0mol•L-1的Al(NO3)3,39.5mL1.0mol•L-1的Mg(NO3)2及1.0mL0.5mol•L-1的Mn(NO3)2的混合溶液进行滴定,控制滴定速率,使其约1h完成,最后用1.2mol•L-1的NaOH溶液调节pH值为7~8。在70℃下晶化1.5h。最后,将反应浆液倒入干净的大烧杯中,在微波炉中微波30min。微波后的浆液经洗涤,抽滤,干燥,粉碎及过筛之后获得硬脂酸插层的锰镁铝水滑石粉末。采用同样的方法获得硼酸、十二烷基硫酸钠及碳酸根插层的锰镁铝水滑石粉末。其中,碳酸根插层时用Na2CO3和NaOH的混合碱液代替NaOH溶液进行滴定,无需进行氮气保护。采用混合阴离子溶液进行插层的时候,方法与上面相似。将5.8g硬脂酸、6.0g硼酸、6.0g十二烷基硫酸钠一起溶于蒸馏水中,分别用1.2mol•L-1的NaOH溶液和混合碱液进行滴定,以下步骤与上面方法相同。分别获得混合阴离子插层不含CO32-锰镁铝水滑石粉末和混合阴离子插层含CO32-的锰镁铝水滑石粉末。以上晶化法合成的碳酸根插层锰镁铝水滑石,硼酸根插层锰镁铝水滑石,硬脂酸插层锰镁铝水滑石,十二烷基硫酸根插层锰镁铝水滑石,硼酸根、十二烷基硫酸根、硬脂酸根混合插层锰镁铝水滑石,硼酸根、十二烷基硫酸根、硬脂酸根、碳酸根混合插层锰镁铝水滑石,本文分别简写为:LDHC、LDHB、LDHC18、LDHC12、LDHM3、LDHM4。 1.2改性水滑石与EVA制备复合材料 本实验采用转矩测量仪混料,设定温度为150℃,转速60r•min-1,将各种阴离子插层锰镁铝水滑石样品按5%、20%的比例添加到EVA28中,混合后加入到转矩测量仪,混合时间为10min。出料后立即压板,防止产生过多气泡,影响测定结果,取出后压片,热压温度为135℃,热压时间为2min,压力10MPa;之后再冷压,阻燃系数测定板厚为3mm,力学性能测定板厚为1mm,压板后用模具切割出各种尺寸的样条,供性能测试。 1.3FT-IR测定 FT-IR分析技术已广泛应用于获取水滑石层间阴离子、结晶水及层中晶格氧振动及杂质的有关信息。实验所用仪器为美国生产的Avatar360型FT-IR红外分光光度计,测定波数范围为400~4000cm-1。 1.4XRD测定 实验所用仪器为日本理学生产的D/MAX2200VPC型X射线衍射仪,Cu_Kα辐射源,辐射源,管电压40kV,管电流30mA。 1.5氧指数测定 实验所用仪器为江宁县分析仪器厂生产的JF-3型氧指数测定仪。参照GB/T2406-1993的方法测定氧指数,氧指数样条尺寸:长120mm,宽6.5mm,厚3.0mm。根据实验需要设定氧气瓶、氮气瓶气压为0.4MPa,根据实验需要设定氧气、氮气的流量,待各部分气压气流稳定后将标记好长度的样品放入燃烧池,点燃,记录时间,不断调整氧气氮气的百分比,使得样品燃烧的时间恰好为3min,记录氧气百分比。 1.6力学性能测定 此性能测试采用微机控制电子万能试验机,仪器设定为大变形非金属测定,试样速度为50mm•min-1,标距25mm,将样品装入仪器,上下固定牢靠,测定结束后,保存测量结果,调出数据。 2结果与讨论 2.1FT-IR分析 由图1可以看出,产物均在3460cm-1附近出现层中-OH的氢氧键伸缩振动峰[10],这是由于水滑石层间含有大量的羟基。由于样品表面吸附和层间空隙插入了一定数量的H2O,因此,在1634cm-1附近出现结晶水的-OH的弯曲振动峰。从红外谱图可以看出LDHC表面吸附或晶格层间插入的水分子含量最多。波数1562cm-1处为硬脂酸的C=O键不对称伸缩振动峰,波数为1236cm-1出现的吸收峰均为十二烷基硫酸根离子的S=O伸缩振动峰,1365cm-1的吸收峰属于碳酸根中C-O的面内弯曲振动特征峰。从红外谱图(a)分析可知,本实验成功地将碳酸根插层到锰镁铝水滑石。从红外谱图(d)分析可知,本实验成功地将硬脂酸根插层到锰镁铝水滑石。在(e)谱图中的波数1090cm-1、1038cm-1附近的吸收峰为SO42-的特征吸收峰[11],由此可知,本实验成功的将十二烷基硫酸根插层的锰镁铝水滑石。在(f)谱图中的波数1012cm-1、850cm-1处的吸收对应B-O键的伸缩振动[12],由此可知,本实验成功地将硼酸根插层到锰镁铝水滑石。在谱图(b)、(c)中,既含有波数1090cm-1、1038cm-1附近SO42-的特征吸收峰,又含有波数为1562cm-1C=O键不对称伸缩振动峰。所以,可以认为在混合组装插层时,成功地将十二烷基硫酸根和硬脂酸根同时插层到锰镁铝水滑石。 2.2XRD分析 由图2可看出,六种插层组装的水滑石均表现出反映水滑石的层状结构(003)、(006)和(012)晶面的特征衍射峰和反映层板结构的(110)晶面的特征衍射峰[13],说明均成功合成出了锰镁铝水滑石;此外,相比于谱图2(a),其他谱图的(006)晶面衍射峰位置向小角度偏移,而(110)晶面附近的衍射峰位置没有发生变化,说明不同阴离子插层进入层间后,引起了层间距的变化,并没有影响水滑石层板结构。2(d)和2(e)的(003)衍射峰不明显,说明无机相的长程有序结构被破坏,LDH片层被剥离分散形成层离型结构[14]。从图2还可看出碳酸根插层锰镁铝水滑石(LDHC)基线低且平稳,衍射峰峰型窄而尖且无其他杂质峰,表明晶面生长的有序程度最高,结晶度好,晶相单一。 2.3阻燃性能分析 极限氧指数(LOI)是指在规定条件下,试样在氧、氮混合气流中,维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度,以氧所占的体积百分数表示。LOI的大小表示了材料相对的燃烧难易程度。从表1可以看出,六种类水滑石/EVA复合材料的氧指数较纯EVA28都有一定程度的提升,5%LDHB掺杂后提升最低为0.7%,而掺杂20%LDHC后EVA的阻燃性能提升最高,达到6.5%,说明各种阻燃剂对EVA均有阻燃作用。类水滑石受热分解时,由于吸热,会降低EVA表面温度,释放出的水蒸气能稀释可燃气体浓度;同时,由于类水滑石特殊的层状结构赋予其较大的比表面积,可以吸附EVA燃烧过程产生的微粒和有害气体,从而起到消烟作用;分解产生的氧化镁、氧化铝、氧化锌等残余物形成隔热层,并隔绝空气中的氧气,从而起到阻燃作用。除了LDHC12-EVA复合材料外,其他复合材料是均随着水滑石含量的增大而呈增大的趋势,LDHC12-EVA复合材料随着水滑石含量的增大而呈减小的趋势,原因是由于层间插入的十二烷基硫酸根中含有大量碳氢硫,起到了助燃的效果。含量为20%的LDHC-EVA极限氧指数最高,是由于其含有的水分子数量最多,吸热释放的结晶水最多。 2.4力学性能分析 实验所用仪器为深圳市瑞格尔仪器有限公司生产的微机控制电子万能试验机,拉伸速率为50mm/min,间距为25mm。从表2可以看出,复合材料的断裂拉伸强度较纯EVA28均有所提升,掺杂5%LDHC后EVA断裂拉伸强度最高提升12.14MPa,掺杂20%LDHM3后EVA的提升幅度最小,为0.64MPa,掺杂5%LDHC12后EVA的断裂伸长率提高282.1%;随着水滑石含量的升高,复合材料的力学性能有所下降,这主要是由于添加量较高时水滑石在EVA基体中分散性较差,影响了EVA分子之间的结合力,从而对其力学性能产生不利影响;添加量为20%时,LDHM4-EVA的断裂伸长率最小为933.3%,较EVA28下降6.3%,下降幅度较小,可能是因为结晶度增加,对拉伸强度有好处,但结晶程度太高,则会导致断裂伸长率的降低。各类复合材料在提高阻燃效率的同时,它们的机械性能并没有出现明显下降的趋势,所以可以作为良好的阻燃剂。 3结论 1)通过傅立叶红外光谱分析可证明,该实验成功地将硬脂酸、十二烷基硫酸根、硼酸根插层到水滑石层间。同时,LDHM3和LDHM4的谱图相似,基本相同,并没有因为碳酸根的加入有明显变化,所以可以得出结论:硬脂酸、十二烷基硫酸根对水滑石的的插层能力比碳酸根更强。2)XRD谱图分析可表明,插层的水滑石的特征衍射峰与碳酸根型水滑石相比发生明显的小角度偏移,说明硬脂酸、十二烷基硫酸根、硼酸根等阴离子成功的插层到水滑石层间。3)氧指数分析可看出,六种类水滑石/EVA复合材料的氧指数较纯EVA28都有一定程度的提升,掺杂20%LDHC后EVA的阻燃性能提升6.5%,阻燃效果明显。除了LDHC12-EVA复合材料外,其他复合材料的氧指数分别随着水滑石添加量的加大而呈增大的趋势,但是增幅较小。LDHC12-EVA复合材料随着水滑石添加量的加大而呈减小,原因可能是层间插入的十二烷基硫酸根是有机离子,起到了助燃的效果。4)力学性能测试数据分析表明,水滑石的添加量对复合材料的力学性能有一定影响,掺杂5%LDHC后EVA断裂拉伸强度提升12.14MPa,断裂伸长率较EVA28也提高147.3%,而即使掺杂量达到20%,EVA的力学性能也没有受到显著影响,所以相比容易影响材料力学性能的Mg(OH)2和Al(OH)3而言,锰镁铝水滑石可作为良好的阻燃剂。 作者:张晓璐 丁彤 王丽丽 马智 单位:天津大学化工学院 东北林业大学理学院 力学性能论文:微观组织对力学性能的影响 热机械加工工艺在工业部件制造中有着及其重要的作用,其不仅可用来获得预期的加工工件形状,还可得到预期的材料微观结构及织构演变。相比其他强化机制,晶粒细化是唯一一种可以同时提高材料强度和韧性的机制。因此,细化晶粒成为热机械加工工艺的重要研究目的。细化晶粒有很多优点,包括:(1)避免添加贵重的合金元素,从而减少成本,促进再循环;(2)无需额外的固溶时效热处理工艺来提高强度,从而降低了制作消耗;(3)提高了金属的可焊性;(4)为二次加工提供适当温度下的高应变速率超塑性[1-2]。大塑性变形被认为是制备超细晶化材料的重要工艺,因此对大塑性变形制备高性能的金属和合金的工艺参数和流程路线进行了大量的研究,等径角挤压(ECAP)、高压扭转变形(HPT)、多向锻(MAF)以及累积叠轧焊(ARB)等大塑性变形工艺随之被开发。然而,这些工艺中的复杂模具形状限制了其应用范围,因此只能适用于实验室规模。尽管多向锻(MAF)及累积叠轧焊(ARB)具有可开发且适用于大规模工业生产的应用前景,但是由于其自身的间歇批生产工艺,限制了效益最优化。另外,累积叠轧技术只能应用于板材的生产,极大地限制了其应用[3-6]。目前,大塑性变形细化晶粒工艺主要应用于低强度、低塑性的单相金属或合金,然而KumarP等[7]对高强度双相合金的大塑性变形工艺也进行了研究。采用大塑性变形工艺来得到高强度珠光体双相钢的晶粒细化,并分析了对硬度的影响规律。综上所述,大塑性变形工艺可以通过超细化晶粒来显著提高力学性能。铸态钛合金通常要经过一系列热机械加工流程,β相的体积分数会随温度的升高而增加,从而影响合金的力学性能。同时,温度对晶体织构的产生也有重要的影响。温轧作为一种有效细化晶粒的途径可制备高强度低弹性模量的钛合金。HaoYL和ZhangZB等[8-9]通过热模锻和温轧研究Ti-24Nd-4Zr-8Sn合金的晶粒细化过程,并分析了细化晶粒对力学性能的影响。韩雄伟等对钛合金等通道转角挤压时工艺参数进行了数值模拟分析及优化处理,并分析了不同条件下材料的微观组织[10]。考虑到温轧工艺对材料组织性能的综合影响,本文研究目的是通过多道温轧工艺制备超细晶化的Ti-6Al-4V合金,同时研究了工艺参数对组织、力学性能的综合影响,获得较优的轧制工艺。 1实验过程及数据 实验所用原始材料是热锻后直径为Φ150mm的两相Ti-6Al-4V合金棒材,其标定化学成分如表1所示。从原始棒材截取45mm×45mm×200mm的板坯,分别在650,700和750℃下进行温轧,总压下量约92%,总应变为2.6。在轧辊机上多道间歇加热的槽纹轧辊上进行轧制。经过每道轧辊时,板坯旋转1/4圈,从而改变90°的轧制方向,最终,合金经过水淬来保持高温下的组织。沿长度方向取标距为25mm、直径为Φ6.25mm的圆棒作为拉伸试样。试样经过抛光后,用凯勒试剂腐蚀后进行金相观察。采用电子背散射衍射(EBSD)技术测试显微织构,并通过TSLOIM6软件采集分析晶粒取向数据。 2实验结果及分析 2.1显微组织演化 如图1中Ti-6Al-4V合金的扫描电镜下和光学显微镜下所示,原始材料中α相的平均晶粒尺寸为15μm。图2为Ti-6Al-4V合金在650,700和750℃下,均匀累积应变为2.6时的多道次温轧后的合金微观结构。由图2可见,与单一相结构相比,初始微观组织中包含(α+β)双相结构,在轧制过程中将获得完全不同的结果。轧制后的层状双相板材试样中,β几乎不可见。不同轧制温度下,可观察到完整的β相碎片及其在α相中的均匀分布。650℃下,β相非常细小,且均匀分布在试样的横断面上,如图2a所示。随着轧制温度的升高,β相的尺寸呈单调递增的趋势,如图2c和图2e所示。为进一步观察微观组织演化过程,采用EBSD对材料不同成形阶段的相组织进行分析,如图3所示。由图3a、图3c和图3e可分析出变形过程中沿边界部分β相的分布情况。对比两相比例不难发现,随着成形温度的不断升高,β相所占比重逐渐降低,具体数据为650℃占16.9%,700℃占8.8%,750℃占2.2%。α钛的平均晶粒尺寸在3种成形温度下分别为0.25,0.36和0.53μm。IPF图同时显示,大部分α晶粒方向分布在{1011}轧向。 2.2织构演变 不同成形条件下α相的织构演变过程如图4所示。在<1010>面沿轧制方向形成一定的丝织构,且随着成形温度的升高,织构强度逐渐降低。图4中清晰地表现出650℃时大多数晶粒具有沿<1010>面的取向,但随着成形温度的不断升高,一些晶粒会向<2110>方向旋转。 2.3力学性能 图5为Ti-6Al-4V在不同温度下进行多道次温轧所获得的力学性能比较。由图5可以得出,多道次温轧可很大改善该种钛合金的力学性能,最大的屈服强度为1191MPa。650℃、伸长率为10%时的抗拉强度为1299MPa。换言之,多道次温轧时,在无任何塑性指标损失的情况下,抗拉强度提高了50%,屈服强度提高了47%。 3结论 (1)通过多道次温轧工艺,可获得Ti-6Al-4V钛合金的超细晶棒材,且目前已获得直径为Φ12mm的Ti-6Al-4V棒材,材料的长度可达几米,甚至更长,可为具体的工业应用提供了非常好的试验基础。(2)轧制工艺可提高材料的力学性能,如抗拉强度提高50%,屈服强度提高47%。650℃时可获得的抗拉强度为1300MPa,屈服强度为1200MPa。(3)通过多道次温轧工艺,可获得平行于轧制方向的丝织构,且通过改变工艺参数,可对α相的织构进行控制。 作者:凌敏 单位:贵州理工学院 材料与冶金工程学院
高层建筑结构转换层设计研究:探讨高层建筑结构转换层的结构设计 【摘要】在社会发展越来越迅速的今天,我们对各种服务行业的要求也越来越高,特别是高层建筑也得到了迅速的发展,应人们的要求,高层建筑也正向着多样化、复杂、多功能的方向发展,但是,其建设难度也大大增加,本文首先对高层建筑转换层的定义、类型及功能进行了系统的论述,根据分类又进一步的进行了研究,最后提出了一些常见问题以及解决方案,希望对相关部门提供借鉴。 【关键词】高层建筑;转换层;结构设计;类型 1.前言 高层建筑的结构转换层设计是一项非常复杂的工程,在设计施工之前必须要对其进行细致的分析讨论,确定方案无误时才能进行施工,从力学的角度来分析,可以看出高层建筑转换层的上下层内力比较集中,并且地震力集中,设计起来非常困难,这也逐渐成为高层建筑设计的重要问题之一,一直受到国内外的高度重视,为了保证设计的舒适安全,必须要对高层建筑的结构变化处设置转换层,下面我们就对转换层设计进行系统的论述。 2.转换层的定义和功能 高层建筑转换层可以分为两类,一类是结构转换层,另一类是功能转换层,本文主要是对结构转换层进行论述。 结构转换层的定义:对于一些高层建筑来说,结构转换层的设计有一定的难度,高层建筑一般上部用于公司办公或者居民住房,这样需要的墙多柱少,而下部一般用于超市等的商业用处,需要更大的空间,这样需要的就是墙少柱多,所以就必须要对其进行转换,将上部的墙体所承受的内力转移到下面的支柱上,这样的具备转换力的楼层一般被称为结构转换层。 功能:结构转换层的功能有很多,主要是将上下楼层的结构进行转换、改变上下层的柱网和结构类型、对上下层结构类型和柱网一起改变。 3.结构转换层的类型及设计方法论述 高层建筑结构转换层可以分为四种类型:梁式转换层、厚板式转换层、箱式转换层和桁架式转换层。 3.1梁式转换层 特点:梁式转换层分为托柱形式转换梁截面设计和托墙形式转换梁截面设计,这两者是按功能不同来进行划分的。 (1)托柱形式转换梁截面设计。当转换梁承接的是上部的普通框架时,可以按照普通的截面设计进行配筋计算,因为这时的转换梁承受的力基本上和普通梁承受的力是一样的,但是,当转换梁承受的是上部斜杆框架时,就应该按偏心受拉构件进行截面尺寸设计,因为,此时的转换面承受的是轴向拉力。 (2)托墙形式转换梁截面设计。在转换梁的施工过程中,力学问题是一个关键问题,必须要予以重视,当转换梁承受上部的墙体是小墙体时,要采取普通梁的截面设计方法进行配筋计算,且纵向的钢筋也可以放置在转换梁的底部,像普通梁那样布置就可以了;当转换梁承受的是上部墙体且满跨不开洞时,转换梁应采取的截面设计方法是深梁截面设计方法,它的受力特点和破坏形态表现为深梁,不过此时的转换梁跨中较大范围的内力较大,所以其纵向的钢筋就不应该弯曲或者截断了;当转换梁承托上部墙体满跨或者不满跨时,但是剪力墙长度比较大时,应该采取的转换梁设计方法是深梁截面设计方法。 3.2箱型转换结构 当转换梁的截面较大时,可以在转换梁的梁顶和梁底同时设置一层楼板,遍布全层,使得整个楼层都构成“箱子”形式,也因此被称为“箱型转换层。 箱型转换结构也是高层建筑设计中较为常用的一种结构形式,在设计过程中主要要注意支撑体系的合理设置,这是保证建筑施工质量的重要前提,主要特点有:层高大、自重大、混凝土强度高、结构受力比较复杂、墙柱模板支设困难等,主要优点是转换层本身的整体性非常好,但是,它也有其缺点,就是它直接占用了整个楼层的面积,使得这个楼层不能再有其他用途,只能当做设备层使用,还有一个缺点就是上面所提出的自重大、造价高,这也是在实际应用当中很少使用的原因。 3.3厚板式转换层 这种厚板厚梁式转换结构主要优点是布置灵活,整体性比较好,当上、下柱网线错开比较多很难用梁来承托时就需要采取这种形式,做成厚板,厚板的厚度也可以根据上下的结构以及柱网尺寸而定,但是这种厚板式转换层的自重很大,地震作用大,耗费材料多,不仅耗费资金而且还容易发生震害,所以这种方法采用的也不是很多。 厚板式转换层可以采用TBSA等的三维空间分析程序对整体进行内力分析,主要是转换板的不规则边界,这样的一般会采用有效单元法进行内力分析,还可以采用复杂楼板有限元分析软件进行进一步计算,还可以对板在收到竖向压力荷载的受弯和局部压力等的进行计算。 3.4桁架式转换层 桁架可以分为两种,一种是空腹桁架,另一种是实腹桁架,这种桁架式转换层主要是由梁式转换层结构转换而来的,与梁式转换层相比它的受力更加明确、整体性好、抗震能力强、框架支柱柱顶弯矩和剪力更加小一点,这是它主要的优点,但是缺点也比较明显,施工难度大,更加复杂、节点设计难度大。可以对其进行整体结构的内力分析,当高层建筑的下部为大商场时,需要的空间必须要大,上部则是居住办公等的小空间,在这时就可以采用桁架式转换层,特别是在需要设置管道时,更要采取这种方式,一般采用桁架式转换层时应该跨满层进行布置,而且上弦节点要与上部密柱中心对齐。桁架式转换层的重量比较小,所以也减小了下部框架的承重负荷。 4.转换层施工遇到的问题及对策 4.1遇到的问题 (1)转换层的自重大、占用空间大、结构复杂,在施工过程中难度大,材料的占用量也非常大,施工成本也大大增加。(2)在转换层中,有的具有大体积的混凝土施工,这样容易出现升温裂缝的现象。(3)要减小转换层施工对下部的影响。 4.2解决措施 (1)合理的对支撑体系进行布置,要结合下部结构特点进行灵活的布置,采用悬空支撑体系进行支撑,尽量减小对楼板直接的作用力。(2)对于转换层混凝土体积较大,应该采取一定的措施,比如:采用养护措施对温度进行调整、使用低水化热的矿渣、在完成施工拆除支撑体系时,要确保混凝土的干湿程度是否符合要求等等。(3)减小转换层施工对下部的影响主要采取的措施是分层浇灌混凝土,让先浇灌的部分承担一部分的重量,卸载支撑体系的负荷。(4)在钢筋翻详前一定要对设计意图以及熟练程度、审核等进行深一步的了解,熟练掌握相关规定,当转换梁的高度较高时一定要保证钢筋骨架的稳定,这样才能安全方便的进行操作。 5.结语 高层建筑中,结构转换层的设计一直是建筑行业人员十分关注的问题,由于其结构的复杂性和工程量巨大,需要工作人员对其进行充分的了解,合理的设计规划,对于高层建筑转换层的设计要选择合理的、合适的转换层形式,在设计布置时,加强主要构件来增加设计结构的安全性和稳定性。目前高层建筑的转换层设计还不完善,需要我们不断的研究发现,进行深一步的探索。 高层建筑结构转换层设计研究:探讨高层建筑结构转换层设计问题 【摘 要】随着社会的发展以及人们生活的需求,城市高楼越来越多,为了方便使用,很多高楼都会设置转换层。转换层设计作为高层建筑结构设计的关键,直接影响到高层建筑结构转换层设计质量与水平。 【关键词】高层建筑;结构转换层;设计问题 近年来,随着我国经济持续快速发展,人们对高层建筑功能要求趋向于多样化、综合化,较为常见的形式是以上部为小开间的民用住宅,下部为大开间的商场或公共娱乐场所。为满足建筑要求,在上下不同结构体系转换的楼层设置转换层,转换层建筑结构应运而生。本文主要研究高层建筑结构转换层类型,以某工程为例探讨高层建筑结构转换层设计要点,为建筑工程设计单位在高层建筑结构转换层设计方面的进一步开展提供借鉴。 1 常见高层建筑结构转换层类型 不同的建筑结构,其对于建筑结构转换层的需求类型是不一样的,在实际的建筑结构转换层设计过程中,设计单位需要根据本工程或者本建筑的实际需求,采用不同的建筑结构转换层,从而提高建筑工程的需求质量。笔者根据多年的建筑结构转换层设计经验,对于建筑结构转换层常见的类型进行了汇总。总体来讲,常见的建筑结构转换层主要是是以下两大类型: 1.1 梁式转换层 梁式转换层是一种常见常用的高层建筑结构转换层类型,它主要是将上部剪力墙结构设计在框支梁上,然后通过框支柱的支撑作用,使得框支柱可以最大限度的支撑起框支梁,从而形成一种完整的结构受力体系。梁式转换层分为两种,一种是纵向转换,一种是横向转换,特殊情况下,甚至还存在着纵横向同时转换的现象,对于这种纵横向同时转换的情况,设计单位需要采用双向梁布置的方式。这种纵横向同时转换方式,是具有着巨大的优点的,无论是对于设计还是对于施工来说,都是比较简单易行的,而且它的传力放向也是较为准确的,正是因为如此,这种梁式转换层设计结构逐步受到广大建筑设计单位的追捧,是当前我国高层建筑结构转换层设计中,最为常用的结构转换层形式之一。在实际的设计过程中,一般是需要采用较大空间的框支剪力墙结构体系来完成,从而提高梁式转换层设计质量。 1.2 箱式转换层 箱式转换层是另一种常见常用的高层建筑结构转换层类型,它主要是适用于转换梁截面过大的情况。转换梁截面过大,很容易使得楼板满足建筑结构的刚性需求,采用梁式结构的话,容易出现设计理论与实际需求相脱节的问题出现。为了避免这种情况发生,箱式转换层也就应用而生。箱式转换层主要受在转换梁梁顶部与转换梁的底部,同时设置一层楼板,这就是箱式转换层结构。箱式转换层结构不同于梁式转换层结构,它具有着梁式转换层所不具有的优点。箱式转换层结构的关键在于转换梁,它的转换梁的刚度比较大,而且约束性比较强,因此,箱式转换层结构的整体性受力效果也是很好的,尤其是在受力方面,箱式转换层结构上下部受力都是比较均匀的。同时,值得注意的是箱式转换层结构也是存在着缺陷的,那就是施工比较复杂而且它的施工工期比较长,施工成本也是比较大。 1.3 其他类型的转换层 除了以上两种最为常见的转换层之外,还有其他类型的转换层,例如厚板式转换层、桁架式转换层等,这些转换层结构由于无论是在施工上还是在设计上,无论是在经济效益还是在施工质量上,都存在着众多的缺陷,因此这些转换层的运用都是比较少的。 2 某工程高层建筑结构转换层设计 2.1 工程概况 该工程处于某城市的市中心,属于高层建筑商业住楼,建筑面积在2.8万平方米。该高层建筑商业住楼地上有22层,地下有2层,建筑的总体高度是70.4米。该建筑的平面较为复杂,一层和二层主要是由于空间比较大,主要是大型的商场,三层以上则主要是住宅用房,地下二层是设备备用房,地下一层是汽车房。该建筑的结构转换层主要是设置在二层顶楼,转换层以下为框支剪力墙机构,转换层以上为剪力墙结构。 2.2 计算模型 对于该工程进行高层建筑结构转换层设计,选择力学计算模型至关重要。力学计算模型直接关系到转换层设计的精确度与准确度。在实际的高层建筑结构转换层设计过程中,可以选用三种常用的力学计算模型,包括空间杆系模型、平面墙板模型、空间墙板模这三种。该建筑结构的计算模型主要是采用的TBSA空间分析程序,通过运用TBSA空间分析程序对于该建筑的整个建筑结构进行分析,其中的分析方法便是空间杆系模型。该建筑由于实际工程为空间结构,用平面墙板模型有其局限性,应采用空间墙板模型计算,用空问有限单元法分析,鉴于目前尚无空间有限元分析程序,可以在平面有限元分析结果的基础上乘以一个小于1的空间作用分配系数。 2.3 转换层设计 该建筑的转换层设计,需要严格按照规范,将剪力墙设置在框支架梁上,但是需要注意的是,转换层的上下部轴网不能出现重合,否则很容易影响到转换层的设计质量。该建筑则将其设计成高交叉框支主梁,从而满足实际建筑需求。该建筑框支梁的计算采用的是SATWE程序,同时采用FEQ程序进行复核。关于钢筋的配筋率,该建筑采用的配筋率是0.3%,断面是800mm X 1800mm,楼板厚度在180mm以上。通过以上数据监测,这些数据可以满足该建筑结构的实际需求。 2.4 设计注意事项 保证大空间层有足够的刚度,防止沿竖向刚度变化过于悬殊,严格控制转换层上下结构侧向刚度比;结构布置尽量左右对称,加强薄弱部位楼板的厚度及配筋;在结构整体分析中,考虑薄弱部位楼板平面内变形对结构受力的影响;控制风荷载和地震作用下结构层间位移角,地震作用要满足规范对地震基底剪力与重力荷载代表值限制;控制结构底部加强区剪力墙及其他部分剪力墙、框支柱及非框支柱轴压比。 3 总结 综上所述,转换层结构较为复杂且工程量较大,设计人员首先应注重概念设计,这样可以少走弯路;其次通过上述计算和分析可以得知,此类建筑在平面布置上应尽可能规则、对称,减少偏心,优化调整转换层上下结构的布置和刚度;同时应注意框支梁、框支柱等构件的特殊性;最后也应考虑施丁难度大的因素,在设计时尽量考虑施工可行性,以达到最为合理的设计。 高层建筑结构转换层设计研究:高层建筑结构转换层设计研究 摘 要:本文结合多年工作经验,对高层建筑结构转换层设计谈一些看法。 关键词:高层建筑 结构转换层 设计 现代多功能高层建筑常常设置转换层,大震作用下,易形成薄弱层,转换层位置较高时,转换层下部落地剪力墙及框支结构易开裂和屈服,上部墙体易于破坏,从而不利于抗震。本文结合多年工作经验,对高层建筑结构转换层设计谈一些看法。 一、高层建筑结构转换层概念 1、转换层的定义和功能 因建筑物功能的需要,上部需要小开间的轴线布置,需要较多的墙体;下部则希望有尽可能大的空间,柱网要大,墙体要尽量少。因而,上部部分竖向杆件不能直接连续贯通落地。而通过水平转换结构与下部竖向杆件连接,这样构成的高层建筑称为带转换层的高层建筑结构。转换层主要实现以下功能: (1)上层和下层结构类型转换。多用于剪力墙结构和框架-剪力墙结构,它将上部剪力墙转换为下部的框架,以创造一个较大的内部自由空间。 (2)上、下层的柱网、轴线改变。转换层上、下的结构形式没有改变,但是通过转换层使下层柱的柱距扩大,形成大柱网,并常用于外框筒的下层形成较大的入口。 (3)同时转换结构形式和结构轴线布置。即上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为框架的同时,柱网轴线与上部楼层的轴线错开,形成上下结构不对齐的布置。 2、结构转换层常见类型 转换层根据建筑功能的需要,可作为正常使用的楼层,但应有较大的层高作为保证;在层高受限制或设备专业需要时,也可以作为设备层,在结构型式上,转换层在设计常分为以下几种类型: (1)梁式转换层,即将上部剪力墙在框支梁上,再由框支柱来支撑框支梁的结构受力体系。当需要纵横向同时转换时,则采用双向梁布置。其优点为传力3直接、明确,传力途径清楚,受力性能好,构造简单,施工较方便,设计计算较容易,是目前应用最广的转换层结构型式。一般运用于底部大空间的框支剪力墙结构体系。 (2)桁架式转换层。该结构形式是由梁式结构转换层变化而来的,整个转换层由多榀钢筋混凝土桁架组成承重结构,桁架的上下弦杆分别设在转换层的上下楼面的结构层内,层间设有腹杆。由于桁架高度较高,所以下弦杆的截面尺寸相对较小。桁架分为空腹桁架和实腹桁架2种,它可以是钢桁架,也可以是钢筋混凝土桁架,在钢筋混凝土高层结构中常用钢筋混凝土桁架。与梁式转换层相比,它的整体性好,受力性更加明确,自重较小而抗震性能好,而且便于管道的安装与维护等,但在施工上比较复杂,在设计上表现为节点的设计难度较大。 (3)箱式转换层,当转换梁截面过大时,设一层楼板已不能满足平面内楼板刚度无限大的假定。为了使理论假定和与实际相符,可在转换梁梁顶和梁底同时设一层楼板,形成一个箱形梁,箱形梁的这种转换结构,一般宜遍布全层设置,且沿建筑周边环通构成“箱子”,即称箱式转换层。箱式转换层的重要优点在于,转换梁的约束强,刚度大,整体受力效果好,上下部传力较为均匀,还可将其利用作为设备层,其缺点是施工复杂,造价较高。此外,转换层还有厚板式转换层、桁架式转换层等。但大都因受力复杂且施工难度大、经济效益不高而实际应用相对少。 二、高层建筑转换层设计要点 1、高层建筑的转换层结构布置 转换结构可以根据其建筑功能和结构传力的需要,沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置(或是楼层局部布置转换层),且自身的这个空间既可以作为正常使用楼层,也可以作为技术设备层,但应该保证转换层有足够的刚度,以防止沿竖向刚度过于悬殊。当建筑物较高柔(如框架-优秀筒结构),整体刚度可能不足,在结构竖向的一定部位设置水平刚性楼层(加强层),人为地加强结构的整体弯曲效应,这时转换层可同建筑物的加强层、设备层等统一考虑。对大底层上部为多塔的建筑,塔楼的转换层宜设置在裙楼的屋面层,并加大屋面梁、板尺寸和厚度,以避免中间出现刚度特别小的楼层,减小震害。对部分框支剪力墙高层建筑结构,其转换层的位置,7度区不宜超过第5层;8度区不宜超过第三层。 2、高层建筑的转换层结构要保证抗震性能 高层建筑要考虑的层面不是简单的舒适度这样的问题了,还要考虑抵御自然灾害的能力,我国近几年来地震频繁,受灾情况有目同睹,因此在高层建筑的实际中已把这个情况列为首要追踪的关键性问题,下面就对减免自然灾害带来的问题进行思考,找出解决的策略。一方面由于地震震感极强,在高层建筑的转换层设计上就要加强抵御震力的能力,对转换层的上下层次要做重新的设计,尽可能的把上下的竖向构架进行重新的分配,对楼板也要进行剪力的重新构造,减弱平面内的受力状况,加强地震剪力的安置,这是至关重要的,不可忽视。 对带转换层的剪力墙结构及带转换层筒体结构这两类转换结构,通过转换层上下层间位移角及内力变化情况的分析,可得出影响其抗震性能的主要因素,分别是:转换层设置高度、转换层上部与下部结构等效刚度比、转换层结构与其上层结构侧向刚度比。对带转换层筒体结构其主要影响因素表现为转换层上部外筒的刚度、转换层设置高度和内筒刚度对转换层位置较高的带转换层的剪力墙结构仅仅控制转换层上、下楼层的侧向刚度比是不够的,还应控制转换层上部与下部结构等效刚度比,转换层上部与下部结构的等效刚度比越大,转换层上下层间位移角及内力突变情况越明显,设计时应当加以控制,使其尽量接近于1,且不大于1.3。带转换层的筒体结构,如转换层上部的外筒为框架,一般情况下不会发生刚度突变,但建立传力途径的变化仍然存在。 3、高层建筑转换层结构的过度受力及轴压比控制 (1)过度受力。高层建筑转换层的结构设计,不是我们想象的那么简单,在这个过程中,楼层的梁面和柱面分别有两种表现形式,从柱面来看,主要的突出表现有强柱和弱柱,从梁面来看主要由强梁和弱梁。不要轻视这两个构件,它们直接影响着转换层的竖向负载能力以及构架的内力,在高层建筑施工期间,对施工的进度和时间也有一定影响,尤其是在转换层构架与若干层构架同时出现在施工阶段的时候,这个构架的内力变化尤为突出,若不及时采取措施,必会因为施工阶段转换构件的过渡受力而影响高层的进度,造成高层建筑施工延时延工。 (2)控制轴压比。高层建筑中转换层还要注意轴压的比率,尽量控制这个比率,我们知道,转换层的支梁和支柱在内交角的位置,有一个突出的应力表现情况,由于深受水平负载以及垂直负载的双重影响,柱子的横截面,柱子的剪力,以及柱子的弯矩在相对条件下较小,所以轴压力的承受力主要受框支柱所支撑,转换层以上的墙体垂直负载和水平负载差不多都能借助板平面内的刚度传递给落地剪力墙,因此要严格控制框支柱的轴压比。例如,在一高层建筑实处,设计的方案是这样的:抗震设计时框支柱的轴压比小于0.6,砼的强度等级高于C20,但低于C30,采用螺旋箍围绕框支柱全高密度较小,箍筋直径要不足10,问距不足100rnm,这个设计方案,在真正实行的过程中限制了柱箍筋配箍率,减弱了转换层柱的抗剪能力。因此要切合实际的对高层建筑进行科学的检测,确保万无一失。 三、结束语 总之,任何事物的都要根据具体的实际的问题出发,根据客观存在的条件,根据高层建筑中的实际问题,依据不同的特点和特征,适当将物理学中的力学因素参考进来,遵循事物发展的规律,尊重自然的情况下,设计出最佳方案。另外,在设计上不要循规蹈矩,打破以往的设计因素,确保方案设计的全面性、科学性,减少高层建筑施工中的风险和难度。 高层建筑结构转换层设计研究:关于高层建筑结构转换层结构设计的研究 摘要:在现代高层建筑工程项目中,设计是确保工程质量的根本前提,同时也是整个建筑工程项目建设的重要依据。在高层建筑结构中,转换层作为楼层的上下部之间的重要转换结构,且根据建筑功能的需要,不同的楼层的转换层的结构设计也存在较大的差异。而结构又是确保整个工程质量的重要部分,其设计质量的高低与工程质量的高低有着密切的关系。因而作为高层建筑结构设计人员,在高层建筑结构设计中必须注重转换层结构的设计,为最大化的确保设计水平的提升,为整个工程质量的提升奠定坚实的基础。 关键词:高层建筑结构;转换层结构;设计 在高层建筑转换层结构设计中,为了更好地满足高层建筑各部分结构功能的正常发挥,就必须致力于设计水平的提升,才能更好地满足当前高层建筑多元化、复杂化的使用需求。那么作为新时期背景下的高层建筑结构设计人员,应如何在实际工作中加强对其的设计呢?笔者结合自身工作实践,做出以下几点分析。 1.概述高层建筑结构中的转换层结构 1.1加强高层建筑转换层结构设计的必要性 为了更好地设计高层建筑的转换层结构,作为设计人员对高层建筑的转换层结构有一定的认识,并通过查阅相关资料,总结设计过程中出现的问题和不足,在设计过程中尽可能地结合工程实际进行针对性的设计,才能最大化的确保设计的有效性。因此,在此基础上,必须对转换层的定义有一个基本的认识。那么什么是转换层的结构呢? 1.2关于高层建筑转换层结构的定义的分析 随着城市化进程不断的加快,城市土地资源的日益稀缺,高层建筑已成为我国建筑事业发展的重大趋势,而作为新时期背景下的高层建筑转换层结构设计人员,往往为了满足当前人们对建筑功能需求日益增长的现状下,给建筑留下更大的内部空间,促进建筑网状的扩大而降低墙体的修建规模,且为了在建筑结构的上层开设小空间,就必须利用多层墙体而实现,但在实际设计过程中,很多设计人员会发现,由于竖向杆件难以贯通接地,这就难以达到高层建筑结构与功能的衔接,此时就必须利用水平转换结构连接下部的竖向杆件,以此来满足高层建筑对各项功能的需要,而采用的这一建筑结构就是转换层结构[1]。 1.3转换层结构在高层建筑结构中的重要作用分析 通过上述分析,我们对高层建筑的转换层结构的概念有了一定的认识,那么高层建筑的转换层结构有哪些功能呢?通常情况下,一般有以下几种:一是在上下层结构的转换过程中设计,此种结构转换形式主要在剪力墙结构和框剪结构之中,从而创造出较大的内部自由空间,二是在上下层柱网以及轴线变化时应用,虽然转换层的结构没有出现变化,但利用其将下层结构构成较大的柱网,因而主要在下层入口较大的外框筒应用;三是转换结构的形式与轴线的布置,从而在上下层结构中形成不对称的结构。 2.高层建筑结构中不同转换层结构的设计策略 在高层建筑转换层结构中,结构的类型较多,但主要有梁式、桁架式、厚板厚梁式的转换层结构。因而为了确保设计的有效性,笔者结合自身工作实践,就这几种转换层结构的设计策略做出以下几点分析。 2.1高层建筑结构设计中梁式转换层结构的设计策略 在高层建筑转换层结构中,梁式转换层结构是最为常见的一种结构形式。梁式转换层结构主要是为了把墙转换为梁柱,从而在结构设计时为设计人员掌握更多的传力途径。因而在高层建筑结构设计中加强梁式转换层结构的应用具有十分重要的作用,不仅梁式转换层的结构简单,且高层造价低,所以在高层建筑中得到了广泛的应用。因而作为设计人员,必须在设计过程中充分考虑转换梁所承受的来自竖向杆件的荷载力,并结合不同转换梁的结构形式的受力规律,针对性的确定设计方法,并在设计时充分考虑由于转换层结构形式的不同和荷载作用的大小带来的影响,以此从根本上确保梁式转换层结构设计的有效性[2]。 2.2高层建筑结构设计中桁架式转换层结构的设计策略 在桁架式转换层结构设计过程中,其设计的重要的就在于如何设计节点,一旦节点受力较大,则极易导致剪切出现破坏,因而在设计过程中应使得的提高配筋量,与此同时,由于桁架式转换层结构在高度方面的要求十分严格,所以必须对设计的高度进行严格地控制,以最大化的避免由于地震的作用给建筑结构形成破坏。加上此类结构受力规律十分明显,应用过程中具有较强的灵活性和抗震性能,所以我们可以简单地认为其是对梁式转换层结构的升级和改造,而钢筋砼作为转换层的重要组成材料,在转换层的楼面结合层内应设置此类结构的上下杆件,但此类结构的高度较高,且下部杆件界面的尺寸小,因而其虽然具有良好的整体性,在施工方面却处理起来十分复杂。因而一旦在设计过程中节点设计不到位,就会导致建筑结构出现破坏,所以在设计中应十分注重。 2.3高层建筑结构设计中厚板厚梁式转换层结构的设计策略 在现代高层建筑结构设计过程中,经常由于上下柱网的轴线出现较大的错开,而不得不利用厚板用于承重,因而为了满足这一要求,就必须对厚板厚梁式转换层结构进行精心设计。但在设计过程中,必须充分考虑到,虽然利用厚板厚梁式转换层结构能灵活地布置下层的柱网,也不用同下层结构之间相互对其,但是厚板厚梁式转换层结构的自重往往较大,且消耗的施工材料较多,加上在传力过程中难题结算机构,所以必须结合实际针对性地确定结构的厚度,使其在承受荷载的同时保证整个结构运行的安全性[3]。 3.高层建筑结构转换层结构设计应注意的几点问题 在高层建筑转换层结构设计中,除了做好上述几种结构形式的设计外,在实际设计过程中,应结合实际针对性的确定建筑转换层结构的类型,并在设计过程中应注意以下问题: 首先,由于在高层建筑中设置转换层会导致其竖向的刚度出现变化,尤其是在地震的作用下极易形成诸多薄弱的环节,进而导致整个建筑的结构的抗震性能下降,所以,在进行转换层结构设计时应尽可能地减少竖向构件的使用,进而减少转换结构,在降低由于刚度突然变化的情况下带来的影响的同时提高建筑的抗震性能,在此基础上,高层建筑竖向结构的设计应尽量选择位置较低的部位,尤其是在确定结构形式时必须对其传力路径进行确定之后进行选择,进而为结构设计水平的提升奠定坚实的基础。 其次,为了满足高层建筑抗震设计的要求,需要对转换层结构上下层结构的总体刚度进行有效的处理,避免刚度突变地震作用下带来的危害。因此,在设计过程中,通常采用加大截面尺寸、加强混凝土强度、增加剪力墙等方法来强化刚度。 最后,高层建筑转换层结构的刚度要控制在地震作用影响的范围之内,不宜过大,也不宜过小,刚度太大,地震作用下容易增加建筑物地震发应,刚度太小又会影响建筑物上下层结构的受力作用。因此,在结构设计时,刚度的控制是非常重要,同时在材料的消耗方面也要进行有效的控制[4]。 4.结语 综上所述,对高层建筑结构转换层结构设计进行研究具有十分重要的意义。作为新时期背景下的高层建筑转换层结构设计人员,必须充分意识到加强转换层结构设计的重要性,并切实做好各种结构形式的转换层的设计,且结合实际针对性的确定结构的形式,以最大化的确保结构设计的有效性,为整个高层建筑的施工提供科学的施工依据,为整个高层建筑工程质量的提升奠定坚实基础。 高层建筑结构转换层设计研究:高层建筑结构转换层的结构设计 【摘要】随着我国建筑建设技术水平的不断提升,高层建筑成为了当前建筑建设的主要对象,而设计人员在当前对高层建筑进行设计的过程中,开始面临越来越多的转换层的问题。本文介绍了高层建筑结构转换层各种结构形式,探讨了其设计原则和设计要点。 【关键词】高层 结构 转换层 设计 前言 一般而言,当高层建筑下部楼层竖向结构体系或形式与上部楼层差异较大,或者下部楼层竖向结构轴线距离扩大或上、下部结构轴线错位时,就必须在结构改变的楼层布置水平转换构件,即结构转换层。因此,转换结构可根据其建筑功能和结构传力的需要,沿高层建筑高度方向一处或多处灵活布置,且自身的这个空间既可作为正常使用楼层,也可作为技术设备层,但应保证转换层有足够的刚度,以防止沿竖向刚度过于悬殊。对底层大空间多塔楼的商住建筑,塔楼的转换层宜设置在裙房的屋面层,并加大屋面梁、板尺寸和厚度,以避免中间出现刚度特别小的楼层,减小震害。 一、高层建筑转换层结构形式及受力特点 高层建筑转换层的主要结构形式及特点 1、粱式转换 粱式转换层是目前高层建筑中实现垂直转换最常用的结构形式,其传力途径为上部墙—转换粱—下部柱。具有传力直接、明确和清楚的优点,便于工程计算、分析和设计,且造价较为节省,据资料统计,粱式转换层数量约占转换层总量的77%。转换梁的截面高度为0.8- 6m,高层建筑带转换层结构的绝大多数为梁式转换层。 2、箱式转换 是单向托粱和双向托粱同上、下层较厚的楼板浇筑成一整体共同工作,从而形成刚度较大的箱式转换层。 3、板式转换 当转换层上下柱网错开较多。布置又不规则,难以用梁直接承托时,则需要做成厚板,形成板式转换层,从抗剪和抗冲切考虑,转换板厚度往往很大,实际转换板厚度可达2.0- 2.8m,板式转换层的下层柱可以灵活布置,但自重很大,材料耗用多,拖工难度大。 4、桁架转换 桁架分为空腹桁架与实腹桁架两种。桁架转换层与梁式转换相比,受力状态更明确,可使用空间更大,自重小,抗震性能好,但其节点设计难度大,“强斜腹杆、强节点”是桁架转换层设计的基本原则,而节点的受力状态复杂,容易发生剪切脆性破坏,造成计算配筋多,施工不便,限制了桁架转换的应用。桁架转换层设计中应注意以下问题:首先是桁架转换层一般要求高度在3m以上,当层高较小时斜压腹杆形成超短柱,在地震作用时容易产生脆性破坏;其次是要保证上弦节点与上部集中荷载的中心对齐,充分发挥桁架的受力优势;在上下弦和斜拉腹杆中施加预应力,可以显著减小构件截面,经济效果好。 5、斜柱转换 斜柱转换式是较为特殊的一种结构型式,它可以较好地发挥混凝土的受压性能,形成更多更好利用的建筑空间。斜柱转换中会产生较大的水平荷载,在实际工程中可以结合建筑物的平面布置,通过加设圈梁或拉梁,使其以最短的路径相互平衡。转换斜柱尽可能通过较多的楼层,以减小其在上下楼层产生的水平力,使转换层设计更加方便。 6、巨型框架转换 巨型框架是目前国内建筑结构发展的一个重要方向,它由竖向筒体或巨型柱与一道或多道大梁组成,具有良好的抗震性能。也可认为是多次梁式转换。巨型框架要采用模拟施工过程的设计方法,在未形成巨型结构之前应合理地解决临时支撑和保证足够的抗侧刚度;巨型梁以下几层范围内的柱内存在拉应力,应按受拉构件进行设计。 二、转换层的设计原则 1、转换层的竖向布置 带有转换的高层结构可根据其建筑功能和结构传力的路径,可以沿高层建筑的高度方向一处或多处灵活布置;也可根据建筑的使用功能要求,在楼层某些局部布置相应的转换层,可根据自身的特点作为正常使用楼层,也可作技术设备层,在转换层的设计中应确保转换层具有足够的强度和刚度,保证竖向刚度不能过大。如果对大底盘多塔楼的商住建筑,塔楼的转换层宜设置在裙房与塔楼的交接楼面处,并加大楼面转换梁、板的尺寸和厚度,目的是和上下楼层的刚度保持接近,以避免中间出现刚度特别小的楼层,进而地震对高层建筑的危害。 2、高层建筑转换层的结构布置 实验研究证明,底部的转换层设置的越高,转换层所在层上、下层刚度的变化也就越大,在荷载的作用下转换层上、下层内力传递途径的突变就越明显;除此之外,高层建筑转换层的位置越高,落地剪力墙因受弯也就更加容易出现裂缝,从而使框支柱的内力增大,造成转换层附近上部墙体易于破坏。总而言之,高层建筑转换层位置越高对建筑的抗震越不利。对于底部带转换层结构而言,转换层上部的部分竖向构件(如:柱、剪力墙等)久不能直接连续贯通落地,因此,这就要求建筑结构师在设计是必须设置具有更加安全可靠的转换构件。 3、抗震等级 对于一般工程来说,其转换层以下为框架- - 剪力墙结构, 转换层以上为纯剪力墙结构, 是多种结构形式共存的复杂高层建筑, 因而不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级, 而应该严格按照现行规范的不同章节, 有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。该工程属框支剪力墙, 高度98 .7m, 6 度设防, 框支框架等级为二级, 剪力墙底部加强部位为二级, 非底部加强部位剪力墙为三级。 三、结构设计中的问题要点 1、转换层下部主体结构的刚度分布 对于转换层结构来说竖向刚度突变是设计人员不可避免的、也是最复杂的问题。抗震设计时,为了保证转换层结构上下层主体结构的总剪切刚度满足的要求,常常要采用加大转换层下部主体结构竖向构件(主要是优秀筒体)截面尺寸、提高其混凝土强度等级、增设剪力墙等方法。这里由两个问题值得注意: (1)筒体截面尺寸增大导致结构地震总反应增大以及筒体在整个下部结构抗侧总刚度中所占的比重变得更大,筒体所承受的地震荷载呈现级数增大的趋势,此时作为抗震第一道防线的筒体的安全设计更应得到充分重视。 (2)在增设剪力墙来提高抗侧刚度时,要注意整体刚度的均匀分布,保证刚度中心与质量中心尽可能重合,避免由于两者偏心引起的建筑物整体扭转。 2、剪力墙的合理布置对上下刚度传递的影响 前面提到要使上下两种不同结构形式内力得以准确传递,首先要尽量避免转换层上下结构的刚度突变,这个问题可从两方面解决: (1)减少上部刚度,即上部住宅能不设剪力墙的部位就不设剪力墙,墙肢在满足轴压比的前提下尽量短; (2)加大下部刚度,在建筑使用功能允许的条件下,可在大空间层的适当部位设置若干落地剪力墙,同时注意落地剪力墒的布局应均匀、对称,避免过于集中。 3、转换层结构刚度的合理选择 在进行转换层结构设计时,存在着转换层结构刚度合理值的问题。当转换层刚度过大时,一方面引起地震反应和结构竖向刚度的突然增大,使转换层上下层处于更加不利的受力状态,另一方面材料用量增加,结构经济性不合理。当转换层刚度过小时,上部框支部分的竖向构件与其它竖向构件之间可能出现较大的沉降差,从而在上部结构中与该部分竖向构件相连的水平构件中产生明显的次应力,导致其配筋增加。这一点在正交主次转换梁结构中的转换次梁中表现最为突出,此时不仅转换次梁要选用合适的截面尺寸,还要保证转换主梁具有足够的刚度,以减小因转换主梁挠度引起转换次梁的支座沉降而导致上部结构构件产生的次应力。 结论 转换层的结构作为当前高层建筑设计人员普遍面临的一项工作,直接决定着该建筑设计方案对于用户需求的满足程度,并且影响高层建筑的结构设计质量。
结构设计毕业论文:小高层建筑中短肢剪力墙结构设计浅析 【摘 要】小高层建筑在当前社会比较常见,其美观性比较强,符合现代都市人对建筑外形的要求。小高层建筑一般采用的是短肢剪力墙结构,在设计的过程中,一定要保证结构的稳定性,还要做好质量监管工作。本文对小高层建筑中短肢剪力墙结构的优化设计进行了分析,希望对建筑设计人员提供一定帮助,在今后的工作中,可以提高小高层建筑的质量,实现建筑行业的稳定发展。 【关键词】小高层建筑;短肢剪力墙;结构;设计 建筑行业发展比较快,这带动了我国国民经济的增长,随着人们生活水平的提高,对建筑的要求越来越高,建筑除了需要保证实用性,还要保证建筑的美观性,这样才能适应现代社会人们审美眼光的变化。我国人口基数比较大,近年来对建筑物的需求量比较大,为了提高土地资源的利用率,建筑设计逐渐向高层建筑类型转变,小高层建筑有着良好的发展趋势,可以改善我国土地资源紧缺的现状。在小高层建筑设计中,要注意短肢剪力墙结构的设计工作,要掌握设计的要点,这样才能促进小高层建筑的发展与应用。 1.短肢剪力墙概述 短肢剪力墙是一种特殊尺寸的墙体,其长度比较短,一般墙肢截面高度与厚度的比例为7:1左右,是一种特殊的剪力墙结构。短肢剪力墙有着较大的灵活性,其在应用的过程中,要保证短肢剪力墙具有较高的抗震性,这样才能保证建筑使用的安全性。在设计短肢剪力墙结构时,要注意其底部地震倾覆力矩的大小,在应用短肢剪力墙结构时,有时会出现剪力墙偏小的问题,这可能会影响建筑的抗震效果,会影响建筑的使用安全性,所以,施工人员一定要严格按照设计进行操作,保证剪力墙的尺寸符合要求。短肢剪力墙有着较多的优点,其在小高层建筑工程中应用比较多,而且发挥着重要的作用,在高层建筑中有着良好的应用前景,这主要是因为短肢剪力墙自重比较轻,可以减轻建筑的自重,短肢剪力墙还可以分担建筑结构的荷载重力,其墙肢比较短,所以在应用时有着较大的灵活性,可以适应建筑设计的变更。在建筑施工中,有时会遇到突发状况需要对设计进行调整,而应用短肢剪力墙结构,可以有效减少设计变更对建筑企业造成的经济损失。短肢剪力墙还具有良好的延展性,其高度以及宽度都可以根据设计要求进行延长。通过实践发现,应用短肢剪力墙,有效提高了建筑的抗震效果,建筑结构的稳定性得到了有效的保证。 2.短肢剪力墙结构体系的特点 将短肢剪力墙应用在小高层建筑工程中,还需要设置间隔墙,其可以保证短肢剪力墙结构的紧密性,可以优化短肢剪力墙的布置,还可以保证短肢剪力墙功能的正常发挥。在施工时,施工人员需要根据实际对剪力墙尺寸进行调整,还可以根据设计要求增减剪力墙的数量,保证短肢剪力墙位置布置的合理性。施工设计人员要灵活应用短肢剪力墙,还要保证施工人员操作的规范性,做好技术交底工作。短肢剪力墙在布置方面有着较大的灵活性,可以保证支撑作用的发挥,还可以保证建筑结构的稳定性。短肢剪力墙可以保证梁柱连接的可靠性,可以提高建筑的美观性,由于短肢剪力墙尺寸比较小,所以具有隐蔽性,有利于提高建筑外观形象。在应用短肢剪力墙时,一定要保证结构的刚度,使其具有较强的支撑作用,从而在地震力的影响下,结构不会出现严重的变形问题。 3.结构设计 (1)短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中,只需按剪刀墙输入即可,而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型,其中梁、柱为普通空间杆件,每端有6个自由度,墙视为薄壁杆件,每端有7个自由度,考虑了墙单元非平面变形的影响,按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵,引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解,它适用于各种平面布置,未知量少,精度较高。如果设计人员没有考虑薄壁杆件理论对剪切变形的影响,当结构布置复杂时,可能会出现变形不协调问题。 (2)对设有转换层的短肢剪力墙结构,一般都只是将电梯间、楼梯闻、优秀筒和一少部分剪力墙落地,其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡,由于薄壁杆件的连接处是点连接,所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。 4.结构布置中需注意的问题 (1)施工人员在对短肢剪力墙进行布置的过程中。必须保证其均匀性与完整性。并且要将墙的轴向应力控制在合理的范围内。如果是对短肢剪力墙进行竖向布置。墙肢上部分与下部分应该保持一致。一旦发现洞口出现错位情况,就要及时对其调整。 (2)短肢剪力墙结构应该与两侧的梁紧密的连接在一起,使其形成一个竖向平面。与此同时,施工人员还要在短肢剪力墙结构的一侧加置翼缘,这样做的主要目的是为了防止短肢剪力墙出现一字形的情况。 (3)短肢剪力墙应设计成强墙柱弱连梁的体系。所谓强墙柱,是指墙柱可采用强度等级高的混凝土,加强墙柱配筋:尽可能减少连梁高度,使分配的地震力不至于太大,也使短肢剪力墙体系计算更合理。 5.短肢剪力墙结构的构造要求 短肢剪力墙结构的构造要求同一般剪力墙结构。目前我国各设计院在短肢剪力墙的结构设计中,剪力墙端部暗柱的设置有两种形式:一种是端部做暗柱,设置剪力墙水平和竖向分布筋,适于肢长较长的短肢剪力墙;另一种有点类似异形柱的配筋方法,以腹部均匀配筋,腹部钢筋面积根据电算时人为设置竖向分布筋的配筋率来计算,电算出的暗柱钢筋面积放在端部,适于肢长较短的短肢剪力墙,且配筋形式较简化,利于工程施工。 6.结语 本文对小高层建筑中短肢剪力墙结构的设计工作进行了介绍,提出了当前设计中存在的问题,还提出了优化设计的措施,有助于实现小高层建筑短肢剪力墙结构设计方案的不断完善。短肢剪力墙有着较多的优点,其可以减轻建筑的自重,还可以提高建筑的抗震性,在优化设计的过程中,一定要保证短肢剪力墙的强度以及抗震效果。短肢剪力墙由于墙肢比较多,而延展性比较强,所以可以灵活改变其大小,可以根据设计要求,对短肢剪力墙的尺寸进行调整,这有效降低了设计变更对建筑企业造成的损失。 结构设计毕业论文:并购重组中交易结构设计研究 摘 要:丽鹏股份是国内最大的铝板复合型防伪印刷和防伪瓶盖生产企业,产销规模已连续十年占据同行业第一的位置。受国内外复杂多变的经济环境影响,酒类行业进入了深度的调整期和转折期,企业利润空间受到挤压。为寻求新的利润增长点,丽鹏股份实施了对华宇园林的跨行业并购重组。此次并购交易结构设计有诸多创新值得借鉴,有效解决了并购两个不同行业企业融合问题。 关键词:并购;交易结构;设计 纵观中西企业发展史,每一个大型企业的成长都离不开并购。美国经济学家、诺贝尔经济学奖得主乔治・斯蒂格勒对此有过精辟描述:“没有一个大公司不是通过某种程度、某种方式的兼并而成长起来。”而交易结构设计作为并购的优秀环节,对并购活动的影响不仅在于达成并购交易,更重要的是为并购后的企业整合创造有利条件,使并购双方实现共赢。本文通过对丽鹏股份并购华宇园林的案例分析,研究其在并购过程中的交易结构设计创新方式。 一、并购背景分析 1.收购方概况 山东丽鹏股份有限公司创建于1995年,于2010年3月在深圳证券交易所上市,证券代码为:002347,证券简称:丽鹏股份。公司注册资本1.06亿元,主导产品为防伪瓶盖和复合型防伪印刷铝板,是亚洲最大的防伪瓶盖生产基地、最大的复合型防伪印刷铝板集散地、最大的铝板复合型防伪印刷基地。 资料来源:丽鹏股份年报。 2013年受宏观经济运行低迷、行业政策多变等预期等因素影响,酒类行业进入深度调整期,行业增速放缓、盈利空间收窄。丽鹏股2013年净利润同比下降了8.11%。为应对酒类行业持续低迷对公司盈利能力带来的影响,丽鹏股份必须进行产业结构调整,寻求新的利润增长点。 2.被收购方概况 重庆华宇园林股份有限公司创建于2001年,是集园林规划设计、工程施工、绿化养护和花卉苗木生产、营销于一体的综合性、规模化园林企业,注册资金1.075亿元。公司已设立4个专业分公司、9个区域分公司、1个子公司。 资料来源:天健会计师事务所出具的天健审(2014)3-283号审计报告。 华宇园林近三年主营业务总收入保持了30%左右的持续增长,公司综合实力不断增强。但由于园林行业是资金密集型行业,华宇园林在高速发展的同时经营性现金流一直为负,资金需求量巨大已成为制约华宇园林快速发展的瓶颈。 二、并购动因分析 1.传统行业进入调整期,持续盈利能力下降 受国际内外经济环境的影响,酒类行业进入了深度的调整期和转折期。丽鹏股份2013年业绩增速放缓,影响投资者整体回报水平。 2.拟拓展新的业务领域,通过并购实现多元化发展战略 鉴于下游行业的景气度有所下降,丽鹏股份制定了“内涵式与外延式”并举的战略规划,即一方面巩固原有产业,另一方面充分利用资本市场并购工具,通过收购兼并等方式,实现企业转型升级。 3.园林行业迎来跨越式发展的历史机遇,符合跨行并购战略 为谋求尽快实现公司产业转型升级,丽鹏股份对公司的发展战略进行了优化,确定了多元化经营的战略方向。丽鹏股份分别从宏观经济发展趋势、国家产业政策导等方面着手,并结合自身特点综合考量,认为园林行业未来发展前景广阔,拟通过并购进入该行业。 三、并购交易结构设计 丽鹏股份收购华宇园林100%的股权。本次交易由发行股份及支付现金购买资产和配套融资两部分组成。 1.发行股份及支付现金购买资产 丽鹏股份通过发行股份及支付现金方式收购华宇园林100%的股权。丽鹏股份与华宇园林全体58名股东签订了附生效条件的《资产购买协议》,华宇园林100%股权的交易对价为99,860万元。丽鹏股份合计以现金方式支付交易对价的23.02%,计22,983.63万元;合计以发行股份方式支付交易对价的76.98%,计101,553,993股。签订了《盈利预测补偿协议》的5位股东中,其中1位的股份锁定期为三年,另外4位的股份在业绩承诺实现后分三次解除限售,其余53名没有签订《盈利预测补偿协议》股东的股份自本次股份发行结束之日起12个月内不得转让。 2.配套融资 丽鹏股份向9名特定投资者发行股份不超过3,669万股,发行价格7.57元/股(为丽鹏股份审议本次交易事项的第一次董事会决议公告日即2014年7月31日前20个交易日股票交易均价)。锁定期为股份自发行结束之日起36个月。本次募集配套资金不超过27,774.33万元,扣除发行费用之后,拟用于收购58名华宇园林股东持有的华宇园林23.02%的股份,剩余部分将用于补充华宇园林营运资金。 齐鲁定增1号集合资产管理计划(以下简称:资管计划)是9名特定投资者之一,拟由丽鹏股份及华宇园林的部分董事、高级管理人员、业务骨干全额认购,合计不超过5,442.83万元,交由齐鲁证券设立和管理。 3.盈利预测补偿 根据丽鹏股份与华宇园林管理团队等补偿义务人签署的《盈利预测补偿协议》,盈利补偿期间为本次交易完成的当年及其后两个会计年度。在盈利补偿期间内,华宇园林任意一年实现的净利润数低于对应年度的承诺净利润数,交易对方中补偿义务人将按照现金与股份26%:74%的比例履行业绩补偿承诺; 不足部分以现金补偿。 如果承诺期华宇园林实际实现的扣非后净利润总和超出承诺期承诺扣非后净利润,超出部分的一定比例将用于对华宇园林的经营管理团队进行奖励。奖励金额累计不超过1亿元人民币。 四、并购对丽鹏股份的影响 从2014年7月31日丽鹏股份披露拟收购华宇园林股权至2014年10月31日(公告获得中国证监会并购重组委有条件通过日),丽鹏股份的股价由7.96元上涨到11.01元,涨幅为38.32%。 并购完成后,标志着丽鹏股份由单一酒类防伪制造业转变为制造业和园林绿化的双主业,形成了瓶盖、园林双主业比翼齐飞的多元化发展格局。通过本次并购重组,将为上市公司培育新的业绩增长点,降低宏观经济和白酒行业波动对上市公司业绩的影响程度,进一步提高上市公司整体盈利能力,增强公司抗风险能力、进而提升上市公司价值,更好地回报投资者。 五、并购交易结构解析 1.丽鹏股份发展战略转型 为应对宏观经济下行,主营业务单一、市场空间、利润空间进一步受到挤压的影响,丽鹏股份在进行自身产品结构调整、产品升级换代的同时,选择了混合并购进入新兴产业――园林行业的发展战略,以寻求新的利润增长点,提高单一主业的抗风险能力,实现多元化经营战略,完成产业的转型升级。 2.交易结构设计创新 (1)有效解决企业间的融合 在本次并购重组方案中,配套融资的非公开发行对象中设立了由并购双方的部分董事、高级管理人员、业务骨干全额认购的资产管理计划,以此激励管理团队、业务骨干,将员工的利益与公司的发展紧密结合在一起,形成利益共同体。此举有助于解决不同行业企业间的融合问题,提高沟通效率。丽鹏股份在完成对华宇园林的并购重组后,将瓶盖业务与园林业务作为公司的主业,践行双主业发展战略,对园林绿化业务给予大力支持。 (2)对并购企业的有效激励 在本次并购重组方案里,股权收购同股不同价及业绩承诺是对并购企业有效激励的又一创新。在股权收购时给予华宇园林经营管理团队的股权转让价格比普通股东的股权转让价格略高,但同时要求华宇园林的经营管理团队对华宇园林未来三年的业绩进行承诺。这充分体现了丽鹏股份对华宇园林未来发展前景的认可,同时也最大限度的调动了华宇园林经营管理团队的工作积极性,在确保完成业绩承诺的同时可以获得更大的盈利增长。而业绩承诺则体现了华宇园林经营管理团队对华宇园林的发展充满了信心,兑现承诺业绩,达成企业和个人的双赢。 作者简介:赖馨(1994- ),女,汉族,重庆人,美国得雷克大学经济管理学院,研究方向:投资经济 结构设计毕业论文:纽约时报大厦的建筑特色与结构设计挑战 纽约时报大厦具有时尚的现代都市广场气息及丰富的文化体验。从2007年建成至今。一直是纽约的一个重要地标。它是Renzo Piano建筑事务所、Fox Fowle建筑事务所与开发商Forest City Ratner公司及大厦业主纽约时报共同合作的结果。结构设计由宋腾添玛沙帝工程顾问有限公司(Thornton Tomasetti,Inc.简称TT公司)完成。建筑设计中需要考虑业主和设计团队的需求,同时寻找创新和效率的平衡,这些给结构工程设计带来了很多挑战。 Renzo Piano建筑事务所采用具有创造性的欧洲风格的建筑设计,并融合了熟悉纽约当地的设计规范及实践和Fox Fowle建筑师的经验。外露的钢结构是纽约时报大厦的一大亮点,它融合了外观的美感,同时注重结构的合理性、制造安装的实用性。结构设计主要面临的挑战为如何在满足建筑设计要求的前提下,使外部结构的连接能够满足美学要求和施工需要,以及应对温度影响下外部结构的变形需求。本文将在阐述其建筑设计的基础上,重点讲述纽约时报大厦的结构设计。 1.建筑设计理念 建筑的主要设计概念为亮度与比例的表达。建筑师们致力于创造建筑整体的透亮感,整个建筑越到屋顶越为透亮。建筑外墙由透明的玻璃及紧密相隔的陶瓷管组成,使建筑达到透亮感,这种透亮感幕墙延伸到屋顶及锥形塔尖直至天际。此外,该建筑还采用了很多独特的设计理念,比如体量、景观、光感与环境的融合,以及与街道其他建筑的相对关系,最终创造了一个开放的设计,让使用者产生一种被城市围绕的感觉。 设计的挑战主要是来自于太阳光对于建筑的照射。通常的做法是采用小玻璃或者是镀厚膜玻璃,但这会影响外面的人向建筑内观看和建筑内的人向外观看,因此建筑师采用陶瓷管的双面玻璃作为迎光面,从地板到屋顶的内墙采用水白色玻璃。由此,可以通过反射环境的光来增强城市的天际线,建筑幕墙的颜色会随时间、天气的变化而变化,也能够从街道上看到室内空间,这对于增加大堂的明亮度与空间的灵活性起到很大的作用。 为了适应迅速变化的媒体环境,工作空间设计非常灵活多变。大厦内整体空间开阔,布置很多会议场所鼓励部门内部以及部门之间的相互交流。楼梯位于建筑的角部,促进部门间的交流以及建筑内外的沟通。此外,建筑师通过散布电梯井的方式来开放大堂空间,使得超过约106m的大空间都是可见的。 在建筑与结构一体化的思想前提下,建筑师让一部分钢结构、梁和柱子暴露在外,而这些通常是不可见的。这些外露的结构增强了建筑立面的生动性,并衬托出了陶瓷管的亮度及可视性。 2.建筑可持续设计 2.1露天花园 纽约时报大厦采用了很多可持续设计,其中最突出的“绿色”设计是独特的露天花园。花园的四周都由玻璃环绕,种植了几株15m高的白桦树木,地面两种苔藓覆盖。还有优雅的木制天桥,成为繁忙市区中的一片绿洲。 2.2双层幕墙 为了减少热量进入建筑,建筑师在双层幕墙的第二层设计了水平的陶瓷管作为遮阳工具。双幕墙的采用使楼层全高使用超清玻璃成为可能,能够使空间的光线最好,也能使建筑外的人看清楚建筑内部的情况。陶瓷管通过全天反射光线、改变颜色提升了建筑整体的设计感。 2.3照明和阴影 通过与劳伦斯伯克利国家实验室和一流采光专家的合作,以及纽约州能源研究和发展管理局(NYSERDA)的财政援助,纽约时报公司创造了一个非常先进的、可调光的照明系统,同时也具备30%节能的动态遮阳系统。 通过日光采集,最大限度地利用自然光,电照明只是作为补充。整个照明系统中的18000多个电子镇流器(镇流器限制电路中流动的电流量)均在照明系统整合在一个独立的计算机芯片,可以单独控制。这意味着照明水平可以通过调节以满足不同的需求以达到最高效率。 遮阳系统通过采用太阳的位置以及庞大的传感器网络的输入决定提高或降低遮阳比率,一方面防止极强光进入产生晕眩感,另一方面在阳光较少的时候增加光线的通过。照明和遮阳系统的共同工作确保了建筑能够更有效地利用自然光。 2.4能源的共用 纽约时报大厦的所在地有一个利用清洁可燃烧天然气能源的联合电厂,能够提供时代广场40%的电力。此电厂在冬天为时代广场提供暖气,在其他时间段提供冷气。这是一个对比其他设备公司更有效的发电设备,其副产品热能被很好地利用。这种情况在纽约是十分特别的,因为很少在商业区的写字楼中有发电厂。 2.5地面通风 纽约时报大厦拥有一个多功能的、舒适且高效的地板送风系统,该系统不仅可以节省能源,也能确保有一个更舒适的温度调节。在寒冷的日子,可以用地板送风的余热来生成热空间。这是纽约市最大的地板安装系统。 3.结构系统设计 3.1结构平面布置 整个建筑分为两个部分,52层高的塔楼和附在塔楼两侧的5层高裙房。塔楼平面东西方向约44m、南北方向约57m。四个角各有约14m×6m的缺口使塔楼呈十字形状。为了使可租用面积最大化,大厦中心布置了一个约20m×27m的优秀筒用来布置电梯、机房和楼梯间。这样的优秀筒布置使得可租赁空间从优秀筒至外柱的跨度为12m。通过沿着外柱悬挑5英尺的楼板来实现增加额外的办公空间。裙房为东西方向约73m。南北方向约57m。 3.2抗侧力体系 建筑的抗侧力体系主要为带斜撑钢框架优秀筒和外伸臂。在东西方向,沿着电梯井有三个主要的斜撑轴线(轴3,4,6)。每条斜撑轴有两跨布置人字支撑,使结构体更有效。5轴北侧服务电梯需向南侧开门,在电梯开洞处的转换支撑会使支撑体系效率较差,因而取消了5轴处的支撑。 在南北方向,建立有效的支撑轴是非常具有挑战性的,因为支撑无法像东西方向一样放在电梯井内。对于28层以下的楼层,在南北方向有两个支撑轴(轴B和D),每个轴为三跨。端部的跨采用了人字形支撑或偏心支撑的形式,以满足电梯大堂入口的需要。中间跨为两端偏离柱的单斜撑,用来布置机房的通道。28层以上的楼层,低区电梯去掉后能够提供更多的可租赁空间。为了进一步增大可利用空间,斜撑轴B和D取消。单斜撑轴C.2延伸至屋顶,此轴同样为三跨。同样,端部的跨采用了人字形中心支撑或偏心支撑的形式,以满足电梯大堂入口的需要。中间跨为柱与柱之间的单斜撑。 为了使抗侧力体系更加有效,大厦布置了两道外伸臂,加强了外框柱和优秀筒的联系,使其共同作用。外伸臂布置在28层和51层的机电层。每根柱子通过外伸臂与优秀筒相连接,包括柱A.5和E.5,由于轴5没有斜撑来传递外伸臂的剪力,在28、29、51、52层布置楼面水平斜撑,以将外伸臂的力传递至轴4和轴6的斜撑,既提高了结构整体的效率,同时也为结构体提供冗余度。 由于差异压缩变形的影响,连接框架柱和优秀筒的外伸臂在重力下也参与受力。优秀筒柱比外柱刚度明显要高,因而压缩少。外伸臂试图平衡该变形差,实际的作用就是外框柱的部分重力荷载会通过外伸臂转移至优秀筒,TT公司建立了多个计算模型对不同施工顺序进行了分析计算。 除了主要的3个优秀支撑轴以外,在东西抗侧力体系中也包括了另外两个在建筑南北面的×斜撑轴(轴2,7)。由于这些支撑位于楼外,它们的设计主要受建筑师对外观表述的影响。交叉斜撑采用了定制的成对的钢拉杆。直径在64mm(2.5英寸)至100mm(4英寸)之间。支撑轴的斜撑杆、柱梁沿着楼层向上按一定比例减少尺寸。在建筑外部的钢结构需采用防火涂料。放火涂层的数量与构件的表面积有关。小直径的斜撑若杆表面积过小,如防火涂料需达到防火时限的要求,将十分不经济。由于斜撑杆不防火,抗侧力体系需要对两种工况进行设计,一种是正常情况下有斜撑杆,另一种为极端情况下斜撑杆失效。优秀筒支撑在强度上能够支撑结构和侧力,同时外部的小斜撑杆用于帮助结构满足侧移角和加速度的要求。 支撑框架结构的变形大多数是由倾覆力矩与剪切引起的,而柱子在解决倾覆力矩产生的拉力和压力时可产生如弦杆一样的作用。因此,底部的柱子增大可最有效地解决位移角问题。柱子最大尺寸为750mm×750mm,截面由五块钢板焊接在一起形成一个750mm×750mm的实心钢。 在最终的布置下,结构在10年一遇的风载作用下满足位移角1/450的要求。在南北方向和东西方向的周期为6.8s和6.0s。非飓风风暴下建筑加速度小于25milli-g,满足一般的高层办公建筑标准。 3.3重力楼板体系 临近建筑槽口的约20m×6m悬臂端跨是设计中的一个挑战,因为此设计需要与结构、建筑、钢结构安装和幕墙设置协调。从轴B和C方柱子悬挑出楔形梁(CB)。这些梁为定制的宽翼缘工字钢,高度从550mm渐变为450mm,宽为350mm。这些梁的翼缘厚度随楼层上升而减少。 建筑南北面的外幕墙沿着轴B和D的双通道延伸边跨2.5m。结构采用外露的翼梁(WB)用来支撑幕墙。翼梁由一个预制的螺栓焊接到CB的另一端来支撑。中间轴C的跨用空腹桁架来支撑,因为在办公区采用斜杆会影响其使用功能。在整个塔楼,空腹桁架的竖杆均采用W14×257。施工过程中将布置临时支撑链接至该竖杆,以承担施工荷载。 4.外部钢节点 本项目最具特点的结构部分为外部钢结构的使用。这些构件为建筑概念的重要组成部分,为满足建筑美学的要求对节点进行了严格的设计。所有外部焊缝必须打磨光滑,外露的焊接孔是不允许的。外柱为750mm×750mm的预制箱型构件。翼缘厚度按照建筑层数变化,两腹板在翼缘的端部内凹75mm。腹板的厚度沿着楼层向下从25mm增加至175mm,因而增加了柱子面积来承担建筑荷载以及提供侧向刚度。 为了实现建筑师所需的轻盈感,使用了x斜撑杆体系连接,而不是单一笨重的杆件。成对的斜撑杆相互垂直,交错布置。外柱、斜撑杆和水平的XB构件相交处也是本项目的重要节点,两个380mm宽板延长柱翼连接到柱子的腹板。在两块连接板之间由桥板来配合斜撑杆的角度。由于每个斜撑杆转角不同。设计了两种桥板节点。斜撑杆通过单铰与桥板连接。 由于完全无误地安装如此大的钢构件操作起来很难,在合同中要求建立一个全尺寸的螺栓节点大样来测试构件的容许度和实用性,因此合同文件中对于外部结构节点大样的品质要求做了相应的规定。 因为有8根柱子在建筑体的外面,因而与之相连的梁需要穿过建筑立面。建筑师的一个要求为所有的伸出建筑体的梁需要有相同的中心线标高。这些标高将于楼层的梁顶标高不一致。同样。建筑要求外露在建筑外的梁高为400mm。因此,设计出了特殊的“牛腿”节点来解决垂直于外墙的梁高问题。但“牛腿”梁并不是暴露的,外面包裹了面层。 5.外部钢结构的设计 5.1隔热设计 由于外部采用了大量的钢结构,在温度应力作用下的变形和应变是设计中的一个重要部分。外部的构件会受温度影响而伸缩,而内部的构件则不会。根据Rowan Williams Davies and Irwin(RWDI)为纽约市提供的温度历史数据,设计团队应用了30种温度荷载组合来对建筑进行设计。这些荷载组合考虑了辐射加热、冷却以及太阳照射对建筑的影响。 应对风荷载产生的倾覆力矩而布置的外伸臂,也能够帮助抵御内外柱由于温差而产生的变形。然而在建筑东西方向的柱网不需要外伸臂来抗侧力。内外相邻柱的温差引起的变形差不满足规范的要求。为了减少差异引起的影响,两个“温度桁架”被布置在这些柱网上,这些桁架的布置使得柱子的变形能够满足规定要求1/300。 5.2桅杆 建筑的顶部竖了一个90m高的桅杆。此桅杆为一个底部直径为2.4m、顶部直径为200mm的锥形桅杆。桅杆向下延伸至51层机电层,坐落在一个25mm的圆底座上。此底座栓接在一个楼面梁支撑的楼板上,同时在52层的屋顶面对桅杆做了支撑,以确保在底部的稳定性。细长的形状和顶楼的高风压使得桅杆需要进行疲劳验算。设计过程中考虑采用阻尼器来限制金属疲劳。但最终采用了特殊的节点设计来解决。 桅杆在实际建筑上的效果需要被考虑。在51层和52层布置了楼面桁架来传递由桅杆产生的基底剪力。此外,布置了竖向桁架来传递桅杆的自重给柱子。桅杆上附加了若干小的卫星天线装置,因此桅杆的侧向位移需考虑天线装置的允许位移以及结构本身的要求。 结构设计毕业论文:水电站厂房屋面结构设计分析研究 【摘要】水电站的厂房是水电站的主要建筑物之一,厂房中安装有发电机、水轮机等发电设备和各种辅助设备,是一个实现水能转换为电能的综合工程设施。以烟岗水电站工程为实例,介绍了钢网结构在厂房中的应用。有效地解决了屋面建筑冬季施工困难问题,且结构造型美观、灵活、设计简单,施工方便,旨在为以后的水利水电工程厂房屋面结构设计的同行提供参考。 【关键词】水电站;厂房屋面结构;混凝土结构;钢网结构 水电站厂房钢网结构作为一种空间结构,它由许多杆件沿曲面或平面按一定要求组成的空间网状结构。早在上世纪40 年代就由德国首次成功运用于工业建筑上,此后在世界各地得到广泛发展,到目前已形成了很多定型体系,如单杆体系、米罗(MERO)体系、菱形桁架体系(Diamond truss)、空间板体系(Space Deck)、以及诺得斯(NODUS)体系等。直到上个世纪90年代以前,这种结构主要应用于大跨度的展览厅、车站候车大厅以及游泳馆等公共建筑。 1、工程概况 烟岗水电站工程位于四川省凉山州木里县境内,是雅砻江中游右岸一级支流――鸭嘴河水电梯级的第二级水电站。首部枢纽工程位于烟岗峡谷进口处,距木里县公路里程76km,距西昌市公路里程330km,其上游约8km处为该河段水电梯级的第一级水电站―布西水电站。烟岗水电站厂房位于鸭嘴河河口上游的雅砻江的右岸山坡2515m高程处,其尾水接第三级水电站―跑马坪水电站的前池,烟岗厂房距首部枢纽公路里程12km。本工程开发任务为发电,兼顾环境生态用水。 工程由首部枢纽、引水发电洞、压力埋管、电站厂房及尾水渠等主要建筑物组成。总工期36个月。工程静态总投资82311.61万元,总投资91721.61万元。 烟岗水电站采用引水式开发,装机容量120MW,多年平均发电量5.32亿kW.h。 电站主厂房全长54.76m,宽21m,最大高度20.4m。厂房与开关站结合地形条件布置,左侧为安装间,与主机间同宽;主厂房内2台发电机组呈一字形排列。电站于2012年10月正式并网发电。 2、主厂房屋顶设计方案比选 2.1钢网架结构方案 钢网架结构的特点是,施工速度快,安装、维修容易,安全系数高,且可以解决机电安装急需保温的困难。钢网结构比较固定,一般由三部分组成:厂顶网架、网架支撑以及屋面。在材料选择上,屋面采用彩钢夹芯板,檩条采用冷弯溥壁型钢。 2.2钢筋混凝土方案 钢筋混凝土结构在工业与民用建筑中得到了广泛的应用,其主要优点是作为承重构件,其承载力大,施工技术成熟,抗震和防火等方面的性能优越。采用钢筋混凝士框架结构,稳定性可以得到很好的保证。钢筋混凝土梁板结构经历了两个阶段,传统的做法是薄腹梁或混凝土屋架加大型槽型板,后来随着预应力技术的成熟,一些技术公司开发出雁型板项目。值得强调的是屋面板要有保温层、防水以及保护等功能。 2.3房屋方案的比选 为了选出更为合理的方案,应对两种方案的优缺点进行比较。笔者根据工程 的实际情况,主要对以下几个方面做了比较: 施工工期:钢网结构施工工期短,且不受天气的影响,即使是在寒冷的冬季,混凝土无法施工的情况下,钢网仍可进行。且预制构件的施工周期长,养护周期长。 施工人员费用:钢网结构主要的构件厂家已经事先设计好了,电站只需要安装即可,施工时间大大缩短,因此,施工人员费用也比混凝土结构便宜。 工程造价:施工以及装修等工作完成以后,按实际的覆盖厂房面积,经过计算知钢网结构每平米综合造价比混凝土结构节省投资30-40%。 构件制作:钢网结构所需的钢管、螺栓、锥头、板材以及檩条等构件均由设计厂家按要求制作,只需将构件运到现场安装即可完成;混凝土结构方案需要浇注梁以及面板,为了保证预制施工质量,需要事先平整夯实及硬化预制场地[2],特别是在场地受限的水电站工程中,场地条件有时无法保证。 影响因素:钢网架结构施工非常简便,吊装安全并且工作量小,混凝土用量也很少,质量控制比较容易。混凝土结构材料较多,施工受外界条件影响大,尤其冬季施工,加大了施工难度,混凝土质量因而不能很好的保障,准备工作量也非常大。 综合以上几个重要因素的考虑,钢网结构优势非常明显,同时为避免梁板吊装对机电安装造成较大的干扰,确保机组可以按期投产发电,设计最终采用空间钢网架结构方案。 3、钢网结构设计 3.1 结构形式 钢网结构采用正放四角锥网架。支撑形式:下弦支承。节点类型:螺栓球节点网架。平面尺寸大小为38.42m×17m,投影面积共计653.14m2。 3.2 设计依据 荷载标准值:上弦恒载为0.30kN/ m2,上弦活载为0.50k N/ m2,下弦恒载为0.1kN/ m2,基本风压为0.35kN kN/ m2,抗雪压载荷为0.50k N/ m2。设防抗震烈度为6度,场地属于Ⅱ类建筑场地。 3.3 材料选择 选用Q235B钢制作的钢管,采用高频焊接钢管的焊接方式。螺栓螺钉选用40Cr钢,材质应符合《合金结构钢技术条件》GB3077要求,高强螺栓应满足《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1288的规定,其性能等级为10.90s。选用45号钢制作的螺栓球,材质应符合《优质碳素结构钢钢号及一般技术条件》GB699的规定。选用Q235B钢制作的封板锥头,钢管直径超过76时必须采用锥头,连接焊缝海外锥头的任意截面与连接的钢管强度要等同,厚度应保证变形以及强度的要求。选用Q235钢制作的套筒,杆件与截面等同。选用E43焊条对Q235钢与Q235钢进行焊接,选用E50焊条对Q235钢与45号钢进行焊接。采用75mm厚彩钢夹芯板作为屋面板材,采用冷弯薄壁型钢制作檩条。 3.4 加工技术要求 网架杆件需要对氧化皮以及锈蚀等污物进行清除后才可加工。网架的构件(包括杆件、螺栓球、、支座高强螺栓等)需要在专业的厂家定制,并且还得有检验合格证明,对于球以及螺栓的加工,则由厂家按机械行业标准选购或自行加工,但要满足受力和材质要求。焊缝需满足规定标准,构件焊接要达到同等强度,。 3.5 安装以及涂装技术 要求支承面预埋钢板必须保持水平,安装位置准确。,相邻支座高差不超过5mm,最高与最低高差不超过10mm,位移量不超过5mm。对所有构件须都需要作防锈处理,出厂前以及安装后都要涂灰色防锈漆。为了保证使用年限,涂装前需要进行除锈,除锈参考《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等极》GB8923中的Sa2等级,不能低于这个除锈等级。涂装时的环境湿度以及温度,除其产品的特殊要求外,相对湿度不应超过85%,温度应在5D38℃之间。不应在涂装构件的表面出现结露,涂装后4小时内应避免雨淋。荷载必须作用在节点(螺栓球)上,严禁在杆件上悬挂重物,杆件不承受横向荷载。 4、结束语 网架结构的组成比较规则,施工起来方便,厂房屋面结构采用钢网架比采用钢筋混凝土梁、板结构费用小,建设工期短,质量更易于控制,并且对周围环境影响小。因此,在水电站工程中应大力推广应用。 结构设计毕业论文:纵粱式管架结构设计浅析 【摘要】本文着重介绍石化工程中纵梁式管架结构体系的设计方法、注意事项。纵梁式管架是石油化工装置及公用工程设计中常见的结构形式,是装置与装置间以及装置内各单元、建构筑物之间相互连接的重要途径,具有面多量广、形式复杂多样的特点。本文通过对其基本概念、布置原则、荷载分析、计算难点、注意事项等几个方面的阐述并结合工程实践对此类结构的设计作一探讨。 【关键词】纵梁式管架;活动架;固定架;柱间支撑 纵梁式管架是石油化工装置及公用工程设计中常见的结构形式,是装置与装置间以及装置内各单元、建构筑物之间相互连接的重要途径,具有面多量广、形式复杂多样的特点。本文通过对其基本概念、布置原则、荷载分析、计算难点、注意事项等几个方面的阐述并结合工程实践对此类结构的设计进行探讨。 1 纵梁式管架结构概述 在相邻独立式管架间设置纵向联系构件,如纵梁或桁架,构成空间体系的结构称为纵梁式管架。装置内管架一般采用钢结构,公用工程管架柱通常采用钢筋混凝土结构或仅首层采用钢筋混凝土,其余钢结构的组合结构。纵梁式管架安全等级应为二级;支撑输送高度有害和易发生次生灾害介质的管道的管架宜为一级。抗震设防类别为丙类。 2 纵梁式管架结构布置原则 2.1 高度的确定 管架的高度主要由上游专业确定,以满足管道布置为首要条件。结构专业应及时反馈断面信息以便相关专业进行调整。 2.2 纵向柱距的确定 纵梁式管架的纵向柱距宜为9~15m,基本柱距宜采用9m。特殊情况时,纵向柱距可按管道专业布置的实际需要,可不受模数限制。 2.3 伸缩缝的设置 伸缩缝的的间距:钢结构不宜大于120m,混凝土结构不宜大于70m。 2.4 纵向柱间支撑的设置 纵梁式管架在每个温度区划内均应设置纵向柱间支撑体系,增加纵向刚度,同时管道也在补偿器附近设置固定架。通常在工程中两者可合二为一,达到经济的目的。 3 荷载 3.1 竖向荷载 3.1.1 竖向荷载应包括结构自重、管道自重、设备重、附件重、保温重、介质重或充水试压时的水重、顶棚重、电缆和桥架重等。 3.1.2 作用于管架横梁上的竖向荷载,宜按均布荷载计算,当遇有一根管道作用于梁上的荷载大于10kN时,该管道应独立按集中荷载考虑。在计算均布荷载时应考虑预留管道的荷载,而预留管道往往无法确定, 在使用均布荷载对管架进行分析时需要注意:同一柱距范围内主次梁上的管道荷载是不同的。原因在于不同管径的管道跨距各不相同,并不是所有管道都需要在次梁上设置支点。因此在考虑管线均布荷载时,应按管道实际支撑点的布置来确定计算所需的均布荷载。 3.2 水平荷载 纵梁式管架的水平荷载主要包括作用于活动管架,管道受热膨胀时产生的水平推力、作用于固定管架的管道补偿器的弹力、管道内介质不平衡内压力以及活动管架通过管道作用于固定管架的反作用力。除此之外还应包括风荷载。 一般来说,管道补偿器的弹力、管道内介质不平衡内压力由上游专业提供,而管道摩擦力、风荷载则由结构专业依据管道竖向荷载、管径、分布,通过计算获得。 由于纵梁和竖向支撑存在,纵梁式管架的纵向刚度一般较大,因此纵梁式管架中的活动管架一般按刚性活动管架设计。文中所指的活动管架均指刚性活动管架。 管道与结构之间的作用是一个十分复杂的问题,要精确计算,在工程上几乎是不可能的。对于工程设计上的纵梁式管架,可按下式计算管道对活动管架中的横梁产生的摩擦力。 其中Kj为管道牵制系数,Gk为管道竖向荷载,?为主要热管与钢梁间的摩擦系数。活动管架上的管道水平推力作用在梁顶。横梁承受管道的竖向荷载和水平推力,可按双向受弯构件对横梁进行计算。 在计算敷设双层及以上管道的管架时,对管架柱应考虑上、下层间管道的牵制作用,考虑整个管架上的全部管道重量,并从各层主要管道中选用一根起控制作用的主要热管计算kj值。对横梁则仅需考虑本层管道间的牵制作用。 3.3 管道振动荷载 当计算支承振动管道的管架构件(基础除外)及其连接强度时,所有振动管道的竖向荷载应乘以动力系数,并以此计算水平推力。固定管架上支承振动管道时,补偿器反弹力也应乘以动力系数。对于不设限制振动管道,则应根据实际情况确定动力系数。 4 纵梁式管架计算难点 纵梁式管架计算的难点在于计算正常使用状态下管道水平推力对管架的作用。 管道受热膨胀时,管道由固定架处向补偿器方向变形。在应力和摩擦力作用下,使活动管架与管道间产生相对位移(刚性活动管架),最终使补偿器发生变形。由于补偿器的刚度作用,必将产生抵抗压缩变形的反力,这就是补偿器的弹力。事实上,管架对管道的任何限制作用并不会改变管道最终的变形量。固定支架、限位支架最终限制的是管道的变形方向,或者变形形式。 由一个温度区段的纵梁式管架共同承担纵向水平力,在工程上并不容易实现。长达几百米的纵梁式管架,由于纵向构件的压屈、支座螺栓的松动,使纵向力难以顺利的传递和抵消,因此可沿补偿器将一个温度区段内的纵梁式管架切为几段计算。如果计算单元内设置了两个补偿器,左侧补偿器以左的管道水平力Fba由固定架承受,右侧补偿器b以右的管道水平力Fbb由右端固定架承受,补偿器之间的管道水平力由中间固定架承受。由于Fbb和Fba方向相反,中间固定架通常承受的管道水平力很小,因此中间固定架通常可不设置竖向支撑。 纵梁承受的管道水平推力各不相同,最大的水平推力作用于与固定架相连的纵梁上。在摩擦力和应力作用下,中间管架变形趋势同管道一致,使得在补偿器处纵梁受压,而在固定架一侧纵梁承受较大的拉力。最大拉力计算方法如下 对固定架而言,管道传来的各中间管架的摩擦力与纵向构件(纵梁)传来的水平力已相互抵消,仅承担管道的水平弹力。对于有柱间支撑的组合式空间体系结构的固定架,水平弹力最终通过柱间支撑传递至基础。 5 纵梁式管架设计注意事项 1) 由于生产工艺的要求,管道沿纵向需要一定坡度时,各架顶的设计标高成为变数。如采用钢筋混凝土结构,可调整管架基础的埋置深度;对于钢结构管架,设定柱脚底板距地面的净距为150~350mm,以便选择统一柱高度定型管架。 2) 当管架柱全部为钢筋混凝土时,横梁宜尽量选择适宜的跨度,以便采用现浇钢筋混凝土梁。这样横向刚度较好,也便于节点处理。如采用钢梁,梁柱刚接较难实现。在满足管道布置条件的前提下,可在管架横向设置柱间支撑,以增加刚度,保证结构的稳定。应注意,此时节点处纵横向埋件的锚筋应相互错开。 6 结语 纵梁式管架结构作为最常见的结构形式,一直以来就存在量多面广的特点。近年来随着我国石化行业的大发展,装置规模越来越大,纵梁式管架结构也必然朝着大型化、复杂化的方向发展。因此有必要对其进行深入的分析,了解其特性,重视其发展,总结经验,使管架设计在技术上先进、经济上合理、工程上安全可靠。 结构设计毕业论文:房屋结构设计中存在的问题及其对策解析 【摘要】房屋建筑结构的设计是一个全面、系统而且复杂的过程,对于设计师而言,是一项充满挑战的工作。本文笔者对房屋结构设计中存在的问题及其对策进行了探讨,希望对相关从业人员具有借鉴意义。 【关键词】房屋结构设计;问题及对策 前言:作为房屋建筑的设计人员,应根据具体情况作出具体分析,运用已经掌握的专业知识灵活处理实际建筑设计中遇到的各种难题。 一.多层框架结构设计的问题 1.1框架计算简图问题 多层框架结构无地下室,独立基础埋置较深,周围有一个-0.05m拉梁的基础上,需要的基础梁按1层输入。根据《抗震规范》第6.1.2条,当在Vlll度地展区的工程框架结构其抗震等级为二级,在设计的时候按3层框架房屋进行计算,首层为3.35m,即若框架建筑嵌固在-0.05m处的基础拉梁顶面,基础拉梁断面与配筋按构造进行设计,其基础以中心受压进行计算。如上可见,此计算简图并不妥当。原因有: (1)根据构造设计的拉梁不能平衡柱脚弯矩; (2)依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.3.11条规定,框架结构底柱的高度需要取基础顶面至首层楼盖顶面的高度。设计经验表明,如上的框架结构应该按4层整体分析和计算,也就是需要将基础拉梁层应按层1输入,如拉梁上有荷载,需要将荷载同时输入。所以,剪力的首层层高计算为H1=4-0.8-0.05=3.15m,2层高为3.35m,层3,4层高为3.3m.依据《抗震规范》第6.2.3条,多层建筑框架柱底层柱脚弯矩的设计值需要乘以增大系数1.25。在设计拉梁层的时候后,通常要对底层柱的配筋进行比较是由基础顶面截面还是由基础拉梁顶面的截面控制。由于地基土有约束作用,所以计算简图时,要在电算程序总信息的输入中地下室层数应该写为1,同时复算一次,按两个计算结果包络图进行框架结构底层柱的配筋。 1.2设计规范强制性问题 在我国设计规范具有强制性的,对于设计人员来说,规范即为法律,如不违反规范要求,设计出了问题,设计人很可能不负任何法律责任。我国没有明文规定设计人员不能采用高于规范设定的安全度水平,缺乏经验的设计人员有时不善于针对具体工程对象的需求及具体的施工环境条件灵活运用,而是与之相反,有的人就故意钻规范空子沿着规范允许的最低边缘行事,从而达到其不良目的同时推卸贵任。 1.3关于甚础拉梁层的计算问题 若基础拉梁层没有楼板,在用TAT,SATWE等电算程序对框架整体计算的时候,其楼板厚度为零,同时对弹性节点进行定义,并通过总刚分析法分析和计算。但是,有时即使楼板的厚度为零,也定义其弹性节点,而没有通过总刚分析法,在进行程序分析时就自动的根据刚性楼面进行假定计算,与实际不符。 1.4有关基础拉梁问题 通常情况下,当独立基础埋置较浅,或者过去时置虽然深但是采用短柱基础后,因地基不理想或柱子荷载差别明显,或者依据抗震的要求,可在两个主轴方向进行设里和构造基础拉梁。如果拉梁上有填充墙或楼梯柱等作用传来的荷载时,这时拉梁截面就应适当加大,计算出的配筋需要与上述构造配筋进行盛加。构造基础拉梁顶标高一般和基础高或者短柱顶标高是相同的,此情况下,基础按偏心受压基础进行设计。 若框架底层层高不高或埋置不深的时候,应该将基础拉梁的设计设计得为更强大.此时,对于拉梁正弯矩钢筋需要全跨拉通,负弯矩钢筋需要在1/2跨拉通。拉梁的正负弯矩其钢筋在框架柱内的锚固和拉梁箍筋的加密及抗震构造的相关要求跟上部框架梁是相同的,此时的拉梁应该设置在基础顶部,不应该设里在基础顶面之上,基础则可按中心受压设计。 1.5多层框架绪构独立基础设计荷载的取值问题 多层框架结构建筑采用比较多的是柱下独立基础,多层建筑抗震设计规范指出:若地基主要受力层范围内没有软弱粘土层的时候不超过8层而且高度在25m之下的,通常民用框架建筑或荷载相差小的多层框架厂房不需要对地基及基础抗震承载力进行验算,也就是说在Vlll度地展区不少多层的框架建筑可不需要进行地基以及基础抗震承载力的验算,这些在进行基础设计的时候需要注意风荷载具有的影响。所以,在多层框架结构建筑的整体计算与分析过程中需要计入风荷载,不能因为地展区的高层建筑之外的风荷载没有控制作用而不计入。另外,在对独立基础进行设计时,其在基础顶面上的作用外荷载的柱脚内力设计值,仅需要取弯矩设计值、轴力设计值以及无剪力设计值或者轴力设计值,此两种情况会导致配筋偏少,进而影响基础本身及上部结构的安全。 二.多层框架结构设计问题的一些措施 在多层框架结构工程设计中,多数建筑按抗震设防分类属于丙类建筑,如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等,其抗震等级可依据烈度及结构类型与建筑的高度按《抗震规范》表6.1.2确定。 2.1棍架梁、柱箍筋间距 在程序默认的前提下,如框架梁的跨中部位有次梁或者有较大的其他的集中荷载作用而又配两肢箍筋的时候,通常情况下非加密区箍筋间距使用200mm使梁的非加密区配箍不足,所以建议程序内定梁箍筋改成取梁的非加密区间距为200mm。如此,不但能保障梁非加密区的抗剪承载力,还能相应增加梁端箍筋加密区的抗剪能力,梁的强剪性就能充分体现。 若框架内定柱的加密区箍筋间距为100mm的时候,在有的情况下,可能会因非加密区的箍筋间距为200mm导致配箍不足。所以,建议程序内定柱的箍筋间距改为取柱的非加密区的箍筋间距为200mm。此外,在柱、梁箍筋非加密区进行配箍验算的时候,无需考虑强剪弱有的要求,也就是剪力设计值取加密区终点处,其外侧的组合剪力设计值,并且不乘以剪力增大系数。 2.2关于地震力振型组合数问题 关于商层建筑,其振型数为≥9,结构层数多,结构刚度发生突变也较大,振型数应该多取,若结构设计有转换层,顶部设有小塔楼或者多塔结构等等,其振型≥12,但不应该大于房屋层数的三倍:唯有定义弹性楼板需要通过总刚分析,在必要的时候,振型数才能够取更多周。《抗震规范》指示,比较合适的振型个数通常取总质量达到90%的振型参与质量的振型数,采用SATWE等电算程序能够很方便地输出参与质量的比值。在设计中设计人员对电算程序的应用不太重视,对振型数的选取比较随意,这就需要改进的。此外,通过耦联计算出的剪力一般小于非耦联计算结果,只有结构存在明显扭转时方能采用耦联计算,若有必要应补充非耦联计算结果。 2.3地下室层数的输入处理 多层框架结构建筑也设置地下室因为没有隔断,所以多采用筏板做基础。当电算时,需要将地下室层数及上部结构同时输入,还要在总信息中按实际地下室层数进行填写。并采取对层侧移刚度比进行分析比较,还能够正确判断与对房屋的嵌固位置进行调整,同时对抗震构造采取相应措施,保证其楼板应需的厚度以及最小的配筋率等;若结构为竖向不规侧时,不但对薄弱层进行验算,还要对薄弱层的地震剪力进行乘以1.15的增大系数。 三.结束语 随着我国建筑业的现代化进步和发展多层框架结构设计的要求也越来越高,在设计过程中的问题得到解决与改进,但是新的问题也会不断出现,但是相信在实践中一定会得到解决。 结构设计毕业论文:建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用 【摘要】进行建筑结构的设计优化过程当中,建筑结构设计十分重要,由于一个合理的结构的设计方案不但能够使得建筑工程到达技术上的要求,还能够降低经济上的消耗。但是,建筑结构设计优化是一个十分复杂且具有比较强的综合性的系统性问题,因此我们一定要加大对于建筑结构设计优化方法的深入探究的力度。本文对于建筑结构设计优化方法的应用意义进行了研究,并对建筑结构设计优化的具体的方法与步骤进行了相关的详细介绍, 对于我国的建筑结构设计行业具有一定的建议作用。 【关键词】结构设计;建筑结构;优化技术;应用 1、结构设计优化方法 依据设计的要求,把力学概念与结构优化设计进行有机结合,让参与计算的量部分可以以变量部分出现,进而形成结构设计优化方案域,运用数学手段,在域中找到可以满足要求的结构优化最佳设计方案。由此可见,结构优化设计不仅可以提高整体设计水量及设计质量,还可缩短设计周期,从而降低整体工程造价,提高经济及社会效益。房屋工程分部结构优化设计包括:基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。对以上几个方面的优化设计还包括选型、布置、受力分析、造价分析等内容,在实施过程中,不仅要按照一切从实际出发的原则,更应该结合具体工程的实际情况,围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在满足设计要求后,在进行结构设计时应该尽量缩小刚度、质量中心的差异使平面布置规则,水平荷载就不会使建筑物有太大的扭转作用。为降低应力集中,竖直方向上应避开使用转换层。 结构优化设计的本质以力学理论和数学规划理论为理论基础,以计算机技术为工具,对建筑结构涉及到的各个变量进行寻找优化决策的先进的设计方法,其本质就是求极值问题。(1)优化数学模型。建立正确合理的优化数学模型是结构优化设计的关键步骤,基于正确的优化数学模型是得到正确优化结果的基础。例如,在优化模型中,数学模型中的等式约束个数应当小于设计变量的个数,这样才能求得最优解。(2)优化数学算法和优化迭代控制。对于建立的优化数学模型,虽然可用的优化算法有多种,但是采用不同的优化算法所得到的优化效果和所花费的求解时间会有差别。所以,快速、有效的数学优化算法也是结构优化设计的一项关键技术。(3)结构分析方法。绝大多数的结构优化设计问题难以采用解析法求解,而是采用数值法的方法。数值解的寻优实际上是一个优化迭代过程,而每次优化迭代都需要进行结构分析。实现以上提到的关键技术需要经过建立可靠的优化模型,然后采用适当的优化算法进行求解。这其中选择计算简便且正确率高的优化算法显得尤为重要。 2、民用建筑结构设计和经济性的关系 第一点,结构设计和用地之间的关系。在多层或者高层的民用建筑中,我们常说的总建筑的面积具体讲是每层的建筑面积之和,如果层数越多,那么单位建筑的面积分摊的占地面积相应的就会越小。然而随着层数日益变多,总体住宅高度也会不断上升,随之屋子间的距离也相应的变大。通过这一阐述我们了解到,用地节约的多少并不会根据建筑楼层增加而按一定的约数变高。 第二点,结构设计和造价之间的关系。一般建筑的楼层会在一定程度上影响到单位建筑的面积,但对每部分的结构来讲,具体的影响程度是不一样的。在屋盖的区域,无论有多少层,都统一使用统一相同的房屋盖。它跟层数增加无关,所以对屋盖的资金投入也不会加大。因此,屋盖处的单位面积资金投入会根据层数的不断上升而表现出很明显的降低。在建筑的基础处,每层都共同使用一个基础,因此随着层数不断增加,相应的基础结构承受的荷重就会增加,因此我们必须要增加基本的荷载力。基础地区的单位开销虽然会根据层数的增加而呈现出降低的意思,但是这种意思并不像屋盖那样如此明显。一些承重体,比如墙、梁或者柱等,会随着层数的不断增加而不断地增加荷载能力以及抗震能力等,相应的这些分部的单位房屋造价会有一定的提升。 第三点,高层住宅结构设计与经济性的关系。一般而言,住宅层数高矮将本质的影响住宅开销,其根本原因乃是伴随层高不断上升,墙体面积和柱体积也会慢慢上升,而且会加大结构自重,进而还会增加柱以及基础承受荷载力,于是让电气以及水卫的管线同比例变长。如果将层高降低,那么可以有效地节省材料物资,而且还可以节约能源等,对于抗震非常有利,能最大程度的节约金钱输出。另一方面,减少层高不但可以降低房屋的高矮,有效地缩小建筑和建筑间日照的距离,所以降低层高也在一定程度上对于节约土地资源有很大的作用。 3、结构设计优化技术应用实践 结构方案的建立过程即工程结构设计。伴随急速更新发展的计算机硬、软件产业,凭借计算机、力学、数学一系列方法,将结构设计做到最优化技术推广。结构优化设计及传统结构设计其设计原则和过程是相同的,不同之处在于传统设计缺少安全、经济性作为衡量准则。最优设计则是在安全、经济准则基础之上,利用计算机作为辅助技术,非常便利地实现了分析计算、设计、出效果图等整套程序的自动化,大大提升了设计整体效果及质量。为了达到降低工程造价之目地,在不更改使用性能的基础之上,就要对结构进行最优化设计。由此可见结构设计优化技术的应用已经是较为宽广的课题之一。它不仅应用于项目的前期、整体、抗震设计,在旧房改造期间的各个环境均有广泛应用。结构设计优化技术在应用实践中应注意的问题如下: 3.1前期方案设计期间将结构设计优化参与其中 建筑方案设计前期如有一个优秀的、合理的设计方案,并参与结构设计优化,就会争取到非常优秀的开端。但目前在前期设计方案中结构设计优化参与其中的并不多,如果能对建筑类别有所针对,并进行合理选择结构设计优化方案,将降低建筑的总投资成本,因此在建筑方案设计初期应注意建筑方案的结构优化设计,考虑结构的合理及可行性。 3.2概念设计结合细部结构设计优化 概念设计主要作用于无具体数值量化现象,比如无确定性的地震设防烈度,现实难免与计算式存在区别,那么设计时应采取概念设计方法,使数值成为辅助及参考根据。为达到最佳优化设计效果,设计人员应该灵活运用结构设计优化方案。与宏观把握相对应的,设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化,比如现浇板中的异形板拐角方向容易出现的裂缝,可归结为矩形板。钢筋选择时应注意:I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多,但是他们的极限抗拉力相差却相当大,所以在塑性满足要求的情况下,现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。在做里面设计的时候,外立面上的悬挑板及配筋,应在满足基本规范要求之上,以达到安全、经济之目的。 3.3结构设计优化―――下部地基基础 桩基础类型的选择,要依据现场地质条选择最为合适的结构设计优化方案,以降低工程总造价为目的。例如对灌注桩桩长的选择影响较大的桩端持力层的选择,要多进行比较,最终确定最为合适的方案。 4、结束语 我们常说,建筑是凝固的艺术,好的建筑师总希望可以通过建筑来合理的表达本身设计意图,希望拥有艺术性以及实用性能的美妙融合。建筑结构设计师们应严格遵“安全、经济、合理”的设计理念,努力探索更合理的结构设计方案,保证建筑工程取得良好的经济效益和质量效益。 结构设计毕业论文:抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用 【摘要】随着高层建筑的迅速发展,建筑高度不断增加,高层建筑的结构设计也成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。其抗震设计变得尤为重要,建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念,从场址的选择到建筑物的结构设计,抗震设计贯穿了整个过程。建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。本文作者结合多年来的工作经验,对抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用进行了些研究。 【关键词】建筑结构抗震设计;设计原则;设计方法 在房屋建设的过程中,抗震结构设计是结构设计中最为重要的环节。抗震结构设计是否科学合理直接影响到房屋建筑的质量和安全。我国属于地震多发地区,因此说在建筑设计的过程中更需要关注这一点。 一、建筑结构抗震设计中的基本原则 在进行建筑结构抗震设计的过程中需要遵循一定的原则,讲求方法,才能够确保设计方案的科学性和可行性。为此,设计的过程中需要遵循以下原则。 (一)确保结构构件具有必要的性能 在进行抗震设计的过程中,一定要保证建筑结构构件具有一定的承载能力、稳定性、刚度和延性等性能。结构构件需要遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱构件的设计原则,在设计中对于可能会造成构件相对薄弱的部位,需要采取从事提高其抗震能力,对于承受竖向荷载的主要构件则最好不作为主要的耗能构件。 (二)尽量多的设置抗震防线 一个抗震结构体系需要有多个延性较好的分体系组合而成,并且由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框剪结构就是由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或者多肢剪力墙体系组成的。由于在一次地震之后将会伴随着多次余震的出现,如果在结构设计时只有一道防线,那么在建筑遭到第一次破坏之后再遭余震,就会因为损伤积累导致建筑物坍塌。抗震结构体系应该有最大可能数量的内部和外部冗余度,在设计中需要有意识的建立起一系列分布的屈服区,这样能够使结构吸收和消耗大量的地震能量,从而能够提高建筑的抗震性能。 (三)恰当的处理建筑结构的构件强弱关系 在设计的过程中需要正确的处理好构件的强弱关系,在统一楼层内使主要耗能构件屈服之后,其他抗侧力构件则仍然处于弹性阶段,这样能够使得有效屈服保持较长的阶段,能够保证建筑结构的延性和抗倒塌的能力。需要注意的是,如果在抗震设计中一部分结构的设计超强,那么就会导致结构的其他部位出现相对薄弱的现象,所以说在设计的过程中需要恰当的处理结构的强弱关系,对于不合理的加强的作法或者是在施工中以大代小,改变抗侧力构件配筋的这些做法都需要尽量的避免。 二、建筑结构抗震设计的基本方法 上文中从三个方面分析了在建筑抗震结构设计中需要遵循的原则,下面本文就从具体的设计方法方面进行分析论述。 (一)建筑结构抗震设计中的概念设计方法 建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等因素形成的基本设计原则和设计思想,并根据这些原则和思想进行建筑结构总体设计和细部构造设计的一个过程。由于地震的震动是一个随机的震动,目前对于这种情况的复杂性和不确定性很难把握,要准确的预测出建筑物所遭到的特性和参数还有一定的难度,而在结构设计方面,也不能够充分的考虑到结构空间的作用,所以说在抗震设计过程中不能够完全的依赖于计算的结果,而是需要结合实际情况,并立足于抗震基本理论和长期的经验进行设计。 利用该设计方法进行设计,首选需要确定建筑的选址,在选址的过程中需要避免抗震的危险地段,需要选择对抗震有利的场地和地基,并需要根据工程的需要掌握好地震活动的情况和工程地质的相关资料,设计者要综合考虑作出相关的评价,并在选择时选择坚硬土或是开阔密实均匀的中硬土等有力的地段。需要注意的是,一定要避开软弱土、液化土以及河岸或者是边坡的边缘,平面分布上成因、延性以及状态不均匀的土层也需要避开。 其次要合理的进行平面的布置。一般情况下,建筑物的动力性能取决于它的建筑布局和整体结构设计,建筑布局简单合理,在结构设计中符合抗震原则,就能够保证建筑物具有良好的抗震性。建筑物的平面布置需要具有对称性,质量和刚度的变化要均匀,防止出现楼层错层的现象。在实际的设计中需要根据相关的规定进行,例如《高层建筑混凝土结构技术规程》中对地震区高层建筑平面的形状做了相关的规定,并且提出了对平面的凹角处需要采取加强措施。因此说在实际的结构抗震设计中,对于地形较为复杂的建筑物要合理的设置变形缝,在结构设计时要进行水平地震作用的计算和内力调整,对于较为薄弱的部位需要采取加强措施。 在结构选型和布置的过程中,需要根据建筑物的重要性、设防烈度、地基、基础以及场地等因素进行考虑,制定经济合理的设计方案。从抗震的角度来讲,一个好的结构形式能够使得建筑物的延性系数提高,匀质性变好,构件的连接更具有整体性和连续性,并且更能够充分发挥材料的强度。结构布置过程中要确保平面布置的对称性,使构件的分配力较为均匀,防止出现薄弱层,并且要尽量的降低房屋的重心。 (二)抗震构造措施 抗震构造措施在结构设计中是一个重要的环节,构造设置是否合理直接影响到建筑结构的抗震性能。建筑上部主体的结构类型不同,其构造的措施也就不一样。对于砖混结构的建筑,需要设置沿楼板标高的水平圈梁,加强内外墙的连接,以增强房屋的整体性。圈梁能够有效的约束预制板的散落,降低了砖墙出平面倒塌的可能性。除此之外,圈梁作为边缘构件,还能够提升楼和屋盖的水平刚度,这样在地震的作用下,就能够很好的避免墙体的倾斜和开裂度的眼神,减轻了不均匀沉降对于建筑的影响。 (三)结构消能减震和隔震设计方法 一般情况下,建筑结构的抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵抗地震的强度的,从现实意义上来讲这是一种较为被动的抗震方法,在实际的抗震设计中,需要寻求主动的抗震对策,减震和隔震设计就是有效的抗震设计方法。该方法是在结构体系中设置一个隔震层,以此来阻隔地震带来的能量,或者是在抗侧力结构中设置一个消能器,以此来达到削减地震能量的作用。该方法的主要应用原理就是在房屋的底部设置橡胶隔震支座以及阻尼器等设备,以此来延长构件的自震周期,并且增大阻尼,通过局部变形来提供附加阻尼,以削减地震的能量,达到保护建筑上部结构的目的。 结束语:当前人们对于建筑的安全性和稳定性的要求越来越高,为了能够进一步提升建筑物的安全性能,在设计的过程中一定要注意建筑结构的抗震设计,本文就以此为重点,从设计要遵循的原则和设计的基本方法两个大方面进行论述,希望能够为今后的抗震设计提供帮助,更好的提升建筑物的整体抗震性能,保证其安全性和可靠性。 结构设计毕业论文:防水板的结构设计 【摘要】随着计算机技术和有限元分析技术的发展,有限元计算分析已经广泛应用于工程设计领域,防水板的计算也可以采用计算机进行有限元分析。本文通过分析抗浮锚杆抗拔刚度和防水板厚度的关系,得出抗浮锚杆抗拔力的取值方法以及在抗浮锚杆作用下防水板抗浮荷载的取值方法,其中抗浮锚杆刚度的确定尤为重要,合理的确定抗浮锚杆的抗拔刚度,在结构安全和建筑工程造价的控制上有重要意义。 【关键词】防水板;抗浮锚杆;有限元;抗拔刚度。 1、防水板的受力特点 独立基础加防水板这种基础形式具有良好的经济性,并且传力简单,在实际工程中的应用越来越广泛。其计算假定为独立基础承担全部上部结构荷载,防水板只用与抵抗地下水浮力,不承担地基反力[1]。计算的时候,独立基础和防水板分别单独计算。 通常情况下,作用在防水板上的荷载有:地下水浮力 、防水板自重G以, 为底板面积。建筑物的在使用过程中,根据水位的不同,防水板的受力情况可分为以下三种情况: 1)当 时,建筑物的全部重量将由独立基础全传递给地基。 2)当 且未采取其他抗浮措施时,防水板对独立基础的地基反力有一定的分担作用,此时基础的地基反力减小,减小部分的地基反力以水浮力的方式作用于防水板板底,在防水板板跨较大或者抗浮水头较高的情况下,将会对独立基础的底部剪力和弯矩有放大的作用。 3)当 同时采取其他抗浮措施(假设抗浮措施为设置抗浮锚杆)时,防水板对独立基础的地基反力同样有一定的分担作用,此时基础的地基反力减小,减小部分的地基反力以水浮力的方式作用于防水板板底以及抗浮锚杆。 在独立基础加防水板这种基础形式中,由于水浮力的作用,防水板将水浮力传递给独立基础,减小了基底反力,同时由于独立基础作为防水板的支座,防水板将会传递由于地下水产生的弯矩和剪力给独立基础,增加了独立基础的弯矩及剪力值。 2、防水板的设计方法 防水板通常情况下可以简化成四角支承在独立基础的双向板,受力方式类似于板柱结构,而独立基础则可以近似认为是柱帽,计算方式上防水板和板柱结构也有相通之处。因此,防水板的计算方法也可采用板柱结构中无梁楼盖双向计算的经验系数法,将防水板划分为柱下板带和跨中板带。随着计算机技术和有限元分析技术的发展,防水板的计算也可以采用计算机进行有限元分析。 在分析独立基础的受力情况时,合理考虑防水板浮力对独立基础的影响,是独立基础计算的关键,在工程设计中可采用包络设计的原则,按以下方法计算: 1)当 时,建筑物的全部重量将由独立基础全传递给地基,此时独立基础可以直接按《建筑地基基础设计规范》B50007-2011的相关规定进行计算。 2)当 G且未采取其他抗浮措施时,防水板对独立基础的地基反力有一定的分担作用,此时基础的地基反力减小,减小部分的地基反力以水浮力的方式作用于防水板板底,防水板将会传递剪力和弯矩给独立基础。 通过分析发现,在独立基础加防水板基础中,独立基础和防水板不一定同时由相同的荷载效应组合起控制作用,如:防水板通常由水浮力控制的效应组合设计,独立基础则按由永久荷载效应控制的组合设计,两者采用不同的荷载效应组合设计值,而在独立基础的设计中又离不开防水板传来的荷载,因此,在独立基础加防水板基础的设计中,要严格分清荷载的不同效应组合是有困难的,同时从工程设计的角度去看也是不必要的。从工程设计的实际出发,采用适当的包络设计方法,其结果相差不大,故可以按各自的最不利情况计算。 3、抗浮锚杆刚度的研究分析 从理论上说,不管采用“压”还是“拉”的方法抵抗水浮力,水的浮力是均匀作用在底板上,而结构抗浮力作用(除底板自重外)都具有不均匀性,并不是在整个地下室底板区域均匀分布的,可能是集中在一个点上(即柱、桩和锚杆)或一条线上(即墙、梁),因此,分析其传力途径尤为重要。 由于与柱、墙相连的梁板一定范围内具有一定的刚度,水浮力可直接与上部结构自重平衡,而上部自重很难传递至远离梁、柱、桩、墙的区域。因为,中间区域的锚杆实际受力不会是减去上部自重的水浮力,上部建筑自重是集中在一个点(即柱)或一条线(即墙、梁)上的,要达到将自重均匀分布到底板上的假定,底板必须具备两个条件,一是完全按自重抗浮,底板的梁板采用倒置楼盖计算,保证水浮力传至柱上或墙上,二是做到底板刚度无穷大,才有可能将点线作用力均匀分布与锚杆共同抗浮。 在实际工程中,墙、梁影响区域和纯底板抵抗区域和防水板的刚度、抗浮锚杆的刚度有很大关系,不同的柱网、不同的板厚以及不同的地质情况对墙、梁影响区域和纯底板抵抗区域的范围确定都会造成不确定性。 因此,确定抗浮锚杆的刚度显得尤为重要,根据成都部分地区抗浮锚杆抗拔试验的P~S曲线,初步统计可得到抗浮锚杆抗拔刚度的标准值的范围基本在35000kN/m~45000kN/m之间。 通过对比以上结果,可以发现在相同的荷载效应作用下,对于板厚较小(250mm)的情况,抗浮锚杆抗拔刚度对防水板内力影响很大,其板底最大弯矩的比值为1722/1348=1.278,即计算结果相差27.8%;板面最大弯矩的比值为128/107=1.196,即计算结果相差19.6%。对于板厚较大(500mm)的情况下,抗浮锚杆抗拔刚度对防水板内力影响则不大,其板底弯矩的比值1775/1728=1.027,即计算结果相差2.7%;其板面弯矩的比值为175/168=1.042,即计算结果相差4.2%。 而对抗浮锚杆刚度相同而防水板厚度不同的情况,锚杆承受的抗拔力差别很大,防水板厚度越大,抗浮锚杆承受的抗拔力则越小,其抗拔力的比值为290/140=2.07,即计算结果相差107%。 因此,抗浮锚杆刚度的确定尤为重要,合理的确定抗浮锚杆的抗拔刚度,在结构安全和建筑工程造价的控制上有重要意义。但由于现阶段抗浮锚杆刚度的确定与工程地质情况、施工质量都有关系,所以抗浮锚杆的刚度一般都是通过经验积累以及抗拔试验来确定。 除了通过经验或试验数据确定抗浮锚杆刚度,还要通过增大抗浮防水板的刚度来协调抗浮锚杆所承受的抗拔力,即首先计算出需要的抗浮锚杆的数量,然后确定抗浮锚杆所承担的等效均布荷载,再用底板承受的水压力(扣除防水板以及防水板以上的永久荷载)减去抗浮锚杆所承担的等效均布荷载(其中对该荷载需要乘以0.7)的折减系数,才得到地下室底板抗浮设计的荷载,即提高的防水板的承载能力和变形能力,以协调抗浮锚杆群承受的荷载。 4、独立基础加防水板的构造措施 根据独立基础加防水板这种基础形式的受力特点是独立基础承担全部的结构荷载,同时承担由防水板传递的剪力和弯矩,防水板只承担水浮力。所有的计算均在此假定成立的情况下进行。由于基础在上部荷载作用下会有一定变形,独立基础和防水板为现浇整体性基础,独立基础发生变形的同时,防水板也会由于变形而承担地基反力,为确保防水板不承担或者只承担少量的地基反力,防水板下应设置软垫层。软垫层除了有一定的变形能力外还应具有一定的承载能力,至少应能承担防水板混凝土浇筑时的重量及其施工荷载,并确保在混凝土达到设计强度前不会产生过大的压缩变形。 在工程设计中软垫层的做法大致有一下几种: 1)在防水板下设置炉渣垫层,、最近几年来,由于炉渣在市场上的供应量逐步减少,且价格较高,在实际工程中的应用越来越少。 2)在防水板下设置粗砂垫层,粗砂的采购较为容易,经济性也比较好,使用比较广泛。但是,粗砂在施工过程中成型难度比较大,容易受扰动。 3)在防水板下设置聚苯板,、由于聚苯板来源稳定、施工方便快捷且价格低廉,在工程中获得比较满意的技术和经济效益。 在防水板的设计中,软垫层的设置关系到独立基础加防水板的计算假定是否成立受力是否合理,垫层的如“软”是相对的。,的铺设范围为防水板板底满铺但应扣除独立基础的范围。 防水板的集水坑、变标高以及变板厚的做法可参照《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》(独立基础、条形基础、筏形基础及桩基础)11G101-3图集。 5、结语 独立基础加防水板这种新型的基础形式现阶段在相关结构设计规范中并未列出,上述结构做法的设计原则和构造措施均为成都地区实际工程经验的总结和体会,读者可在具体的设计过程中参考。 结构设计毕业论文:钢结构在建筑结构设计中存在的问题及解决措施分析 摘要:随着社会经济的发展,建筑行业也不断迅速进步,促进了钢结构在建筑业中的广泛应用。随着建筑功能的多样化和建筑造型的不断变化,人们对于钢结构设计的要求逐渐提高,钢结构在建筑结构设计中的问题日益突出,本文阐述了建筑工程钢结构的优点、钢结构在建筑设计中存在的问题以及解决措施,以供参考! 关键词:钢结构;建筑结构设计;问题;解决措施 引言 钢结构是我国建筑工程钢结构体系中的一种,具有很多优势,所以钢结构的设计应该选择最佳的设计方案,才能有效得利用钢结构的优势并且确保设计的合理性。对于钢结构节点的设计决定了工业建筑的安全性,所以节点设计的合理性需要充分考虑。此外,在建筑设计中,设计人员还需要不断学习专业知识,提高自身的专业技能,为钢结构设计质量的提高奠定坚实的技术基础。 一、建筑工程钢结构的优点 建筑施工的钢结构是在原有的土木建筑结构基础上改良的,钢结构性能较高,能够满足建筑施工的设计需求。钢结构的抗压性好,钢结构的组成材料是各种型号的钢筋,抗压抗震的性能好,在建筑施工中用钢筋作为加固的材料,使建筑的整体结构性能更完善,面对地震时能够较好的发挥防御作用;钢结构的安全性比其他材料的要好,以钢结构为主体的建筑,起到的加固效果很好,能延长钢结构建筑的使用寿命;钢结构建筑还有一个优势就是经济性,投资成本较低,混凝土结构的建筑损耗的材料多,这在建筑成本上也相对较高,而钢结构的使用性能高,并且在结构组合上还更加简单,使用材料的成本消耗明显降低,给建筑施工带来了更多的收益。 二、钢结构在建筑结构设计中存在的问题 1、设计质量下降 钢结构部门专业综合项目及工艺的计划费用较高且设计任务比较繁重,再加上其费用低花费人力大所以钢结构设计起来就显得十分困难,所以设计院对这一类的任务不太善于接受。导致了有些设计单位于是就将房结构的设计工程承包出去,那是因为在钢结构的设计方面缺少经验,但如果承接单位的设计资质不够再加上当前建筑行业的设计市场十分混乱,就会给钢结构的设计质量带来很大的影响。另外,没有准确到位的监督机制也没有针对性的法律法规对其进行规范,就很容易出现事故,其后果的产生是很严重的。 2、参与建设人员的素质相对不高 不但设计人员钢结构设计工程中的技术水平参差不齐,现场的施工人员和监理人员的专业素质和职业道德,跟民用建筑钢结构的发展水平相比也有差距。从业人员就不能适时的适应民建钢结构的发展需求原因是缺乏专业的知识作为支撑。例如有些专业技术,对于非专业的工作人员来说是难以达到的障碍,而技术人员则必须要下苦工才能完全掌握其技巧,所以钢结构建筑中,施工人员及监理人员的相关专业知识和素养都有待于提高。 3、钢结构的设计方案存在问题 由于钢结构设计在资金上存在问题,往往由承接单位和设计单位分包进行设计,这在很大程度上降低了钢结构设计的深度。在有些设计方面不能满足原来设计的要求,存在错误的柱脚设计问题。柱脚设计的类型有三种,分别是埋入式设计、外包式设计和外露式设计,其中在民宅设计中使用的设计类型是外露式设计。 三、钢结构在建筑结构设计中存在的问题的解决措施 1、设计人员要尽力合理设计 对于设计人员来说,钢结构住宅设计是要充分考虑实际情况进行精密计算的,但在实际情况中,会出现很多突发性问题,此时设计人员就应该具体问题具体分析了。只有设计者把设计工作渗透到日常的钢结构设计中,才能提高设计能力从而有效的提高工程质量。同时,要充分考虑钢结构部分设计对整体影响和建筑材料的选取。要根据楼层的高度来选择合适的建筑体系,对于选取材料方面也要根据每个设计环节的特点进行选择。 2、加强设计中的监督机制 由于钢结构设计存在特殊性,所以在进行设计之前需要对承包商和设计单位的设计资质进行审查,检查钢结构的构件质量和相关单位对于钢结构结构制作的能力,还要对施工安装能力进行检查。此外,钢结构设计有热属性,工程主管部门应该加强管理严格进行审查,帮助建筑单位做好一切准备工作。 3、加深钢结构的设计深度 在进行钢结构设计之前,需要先确定设计图纸应用规范是否齐全、正确。如有的设计说明使用了过时的、已经废止的标准;有的材料牌号、等级不全、高强螺栓、普通螺栓和焊接连接点的标记不明确或未显示。对各类高强螺栓、普通螺栓、栓钉、拉铆钉及其垫圈的规格、型号、性能没有具体标明,而这些均已列入了钢结构施工质量验收规范,并作为强制性条文要求,如果设计图纸未加说明,施工和验收就缺乏依据,造成盲目施工和无法验的后果。只有设计秉持精益求精的态度,才能更好的提高建筑工程的施工质量。 3.1柱脚的抗震设计是深度设计的一部分,钢结构柱脚分为埋入式柱脚、外包式柱脚和外露式柱脚3 种。 3.1.1埋入式柱脚是指将钢柱固定在混凝土的基础梁上,外包式柱脚是指钢柱脚被钢筋混凝土包住,外露式柱脚是指混凝土基础表面固定钢柱脚。埋入式柱脚需要考虑的关键因素就是埋入深度,对于轻型工字型柱来说,埋深与柱截面高度比不得低于2,对于H 形柱和箱型柱来说,其比值不得低于3。 3.1.2外包式柱脚设计时,外包层的高度与柱截面宽度之比应不低于2.5,从而保证柱脚具有足够的刚度和承载力。另外,柱脚的箍筋需要满足相关设计要求避免外包层出现斜裂缝。 3.1.3外露式柱脚的力学特性研究目前还不是很充分,端点的约束对上部框架的结构整体影响的程度还不是特别清楚。当柱剪切荷载较大而抗震要求不高时,可以选用外露式柱脚,如果抗震要求高,则不采用该柱脚形式。 3.2同时,防腐设计也应该被重视,通常是采用涂抹防腐涂料的措施。对于钢结构构件也有不同的要求,例如有的构件在出厂前需要涂刷一层底漆。在钢材上涂抹防腐涂料就目前来看是最为有效的防腐措施。但是这样做只是基础性的防腐,因而为了提高钢结构的防腐效果,就必须选用耐候钢作为钢结构建筑的首选材料,并利用热浸镀锌技术对其进行处理,利用镀层,达到保护钢结构不被腐蚀,尤其是应加强有机涂料配套技术的应用,以及阴极保护技术的应用,才能更好地确保其防腐性能得到有效的提升。 3.3防火性能的设计也是非常重要的,钢结构建筑在防火性能上要弱于钢筋混凝土结构建筑,通常在钢结构建筑设计中采用的防火措施有以下两种:第一种,采用保全板,将其合理设置在钢结构建筑中,以此起到防火作用;第二种,在钢结构的不同部位涂抹厚薄不均的防火涂料,并采用装饰漆涂抹露明部位。 结束语 尽管钢结构在建筑施工中被广泛的应用,然而,在设计中的有些问题仍需重视。只有在钢结构设计中消除那些存在的隐患,才能整体上提高钢结构的工程质量。解决钢结构设计中遇到的难题,坚持国家对建筑业材质要求的可持续发展战略,提高城市化建筑水平,起到了积极的促进作用。 结构设计毕业论文:轻型门式钢架结构设计关键要点研究 摘 要:在轻型钢结构中,轻型门式刚架建筑具有施工周期短、结构自重轻、综合经济效益好等优点。随着我国经济发展,工业和民用建筑中对轻型门式刚架的需求日益增加,所以在结构的设计过程中,结构参数和结构样式的选择是结构安全和经济的关键。本文就对轻型门式钢架结构设计作简要分析论述。 关键词:轻型门式;钢架结构;设计; 0.引言 轻型门式刚架房屋钢结构是现阶段国内轻钢结构的代表,但是门式刚架结构的不合理建筑尺寸往往会导致结构用钢量的增加。目前,国内门式刚架设计一般采用试算法:初定结构的参数(门式刚架的结构布置和各种构件的截面形式),然后根据约束条件(依据设计规范:构件的强度、刚度、稳定性条件)选择截面的尺寸,并通过结构计算作适当修正后,一般就可以作为最终方案,所以对门式刚架进行截面优化方面的计算分析,得出了优化结构用钢量及截面尺寸的关系,并根据分析结果提出了合理优化设计的建议有重要的意义。本文结合门式钢架结构的基本特点,对轻型门式钢架结构设计展开深入探讨。 1.结构特点 (1)质量轻 围护结构由压型钢板、玻璃棉及冷弯薄壁型钢等轻质材料组成,恒载相对小,基础比较小,整体结构自重轻。 (2)工业化程度高 施工周期短,主要构件和配件均为工厂制作,构件之间的连接多采用高强度螺栓连接,工地安装方便。除基础施工外,基本没有湿作业,现场施工人员配置很少,劳动强度轻。 (3)柱网布置灵活 柱网布置不受模数限制,柱距大小主要根据使用要求和用钢量最省的原则来确定,空间布置灵活,可广泛用于大中小跨度、工业民用建筑。 2.结构设计 2.1柱网布置的确定 轻钢厂房结构设计中首先要配合工艺要求进行柱网的平面布置。在尽可能满足生产工艺和使用功能上,根据房屋的高度确定合理的跨度。通过大量计算发现,对门式刚架设计过程中柱网布置得出以下结论。 (1)当檐高6m、柱距为7.5m,荷载情况完全一致下,跨度在18~30m之间的刚架单位用钢量(Q235B)为18~28kg/m2,当跨度在21~48m之间的刚架单位用钢量为25~40kg/m2,当檐高为12m、跨度超过48m时宜采用多跨刚架(中间设置摇摆柱),其用钢量较单跨刚架节约18%左右,因此设计门式刚架时应根据具体要求选择较为经济的跨度,不宜盲目追求大跨度。当刚架跨度较小时,刚架用钢量甚至占总用钢量的50%以上,而其它各单用钢量,特别是墙架梁、柱间支撑、屋面支撑,其用钢量所占比例较小,因此,在设计门式刚架时应精确设计,合理使用。 (2)随着柱距增大,其它各部分结构的用钢量均随柱距的增加而增加,特别是吊车梁,由于柱距较大,须采用格构形式,其用钢量所占比例较大,并最终超过了刚架的用钢量。其次是檩条,由于长细比的要求,用钢量增加也较快。 2.2门式刚架荷载取值 门式刚架房屋上作用的荷载一般有:竖向荷载(结构自重、雪荷载、积灰荷载等)和水平荷载(风荷载、吊车刹车力),还有地震荷载(水平和竖向)。荷载应根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)国家规范规定作相应的取值。 2.3刚架内力和侧移计算方法 (1)内力计算方法:对于变截面门式刚架,应采用弹性分析方法确定各种内力,只有当刚架的梁柱全部为等截面时才允许采用塑性分析方法。变截面门式刚架的内力通常采用杆系单元的有限元法(直接刚度法)编制程序上机计算。地震作用的效应可采用底部剪力法分析确定。根据不同荷载组合下的内力分析结果,找出控制截面的内力组合,控制截面的位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。 (2)侧移计算方法:变截面门式刚架的柱顶侧移应采用弹性分析方法确定,计算时荷载取标准值,不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移刚度不满足要求,需采用下列措施进行调整:放大柱或梁的截面尺寸,改铰接柱脚为刚接柱脚。 2.4檩条、拉条和撑杆设计 (1)檩条属于双向受弯构件,在进行内力分析时应沿截面两个形心主轴方向计算弯矩。设计时,应对檩条进行强度计算、整体稳定计算、变形计算。檩条设计时,要考虑檩应为冷弯薄壁构件,受压板件或压弯板件的宽厚比大,在受力时要屈曲,强度计算应采用有效宽度,对原有截面要减弱。同时强度计算要用净断面,要考虑钉孔减弱。这种减弱,一般达到6~15%,对小截面窄翼缘的梁影响较大。刚架整体分析采用的是全截面,如果强度计算不用净截面,实际应力将高于计算值。檩条设计时,应考虑檩条不仅仅是支撑屋面板或悬挂墙面板的构件,而且也是刚架梁柱隅撑设置的支撑体,设置一定数量的隅撑可减少刚架平面外的计算长度,有效的保证了刚架的平面外整体稳定性。 (2)拉条的设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关,对于侧向刚度较大的轻型H型钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条,为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转,保证整体稳定性,一般需在檩条间设置拉条,作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时,可计算要求确定是否需要设置拉条;当屋面坡度i 1/10,檩条跨度 4时,宜在檩条的跨中位置设置一道拉条;当跨度 6m时,宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑竿,在檐口处还应设置斜拉条和撑杆。拉条的直径为8~12mm,根据荷载和檩距大小选用。 2.5屋面支撑和柱间支撑设计 (1)屋面支撑受力较小,杆件截面通常可按容许长细比选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计,可采用单角钢,非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计,可采用双角钢组成十字形或T形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且风压较大时,杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时,可假定在水平荷载作用下,交叉斜杆中的压杆退出工作,仅由拉杆受力。 (2)柱间支撑,对厂房来说,分为上层支撑和下层支撑。上层支撑计算时,为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力,支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢,较大时应采用角钢或槽钢。为了提高厂房纵向刚度,当吊车较大时,应交叉斜杆应按拉杆设计。 3.小结 门式刚架轻型钢结构房屋行业的飞速发展,尤其在沿海地区,新建工厂的增长促使轻型钢结构房屋加工安装的厂家如雨后春笋般的发展起来,门式刚架轻型钢结构房屋的制作安装质量也逐步提高,建筑造型也越来越美观新颖。门式刚架轻型钢结构是一项最有发展前途的结构型式,门式刚架轻型房屋在各行各业各种类型的厂房仓库、商店、体育馆、展览馆等各个领域都得到非常广泛的应用,说明其未来发展的美好前景。 结构设计毕业论文:关于大底盘多塔结构设计的探讨 摘要:在现代建筑设计中大底盘多塔结构已经得到广泛应用,尤其是用作住宅小区中的商品房建筑。这种设计结构占地面积小,对地上空间利用率高,极大拓宽了楼体的使用功能。大底盘多塔结构在抗震和抗沉降方面有很好的效果。本文针对如何设计大底盘多塔结构进行了深入的研究探讨。 关键词:多塔结构 抗震 大盘设计 目前,高层建筑不再将住宅和商用办公区分开,在住宅小区的是商用的商场或办公楼,呈现出民用商用综合并存的发展趋向,大盘多塔结构也随之成为高层建筑的流行模式。在设计大盘多塔结构时,应注意整体结构的防震和地下结构防开裂等问题。 一、大底盘多塔结构的分类 总体来讲,大底盘多塔结构可以初步分为三大类: 1.1. 简单型多塔结构 简单型的多塔结构指的是在一个较大的底盘上建造多栋高层建筑,有时出于安全和实际情况的考虑,也可以只在大底盘上建造单栋高层建筑。底盘一般包括地下室和低下停车场等配套设施,变截面的柱长一般设计成标准的阶形柱,底盘的裙房在设计时一般也采用较大的空间,此类多塔结构常见于较大的综合型住宅小区。 1.2.复杂型多塔结构 复杂型多塔结构是在简单型多塔结构的基础上,增加建筑内部的钢结构,在确定结构内的长度系数时一般采用铰接其中的排架柱的方式,在模型中把顶部进行连接,再改造钢结构中的连接部位,对得出的结果参考相关条件做相应的校正修改,便可以得出排架柱的长度系数。 1.3.带缝型多塔结构 带缝型多塔结构指的是在设计建筑结构时,增添建筑内部的伸缩缝、抗震缝和抗沉降缝等。这种结构设计主要出现在层楼间距较小的高层建筑结构中,属于比较特殊的多塔结构,不是常用类型。 二、大底盘多塔结构的设计 2.1. 计算模型 目前,在进行多塔结构计算时,一般采用两种计算模型:整体模型和离散模型。整体模型指的是在对多塔结构进行计算时,将底盘和塔楼二者作为一个统一的整体,对这一整体进行分析计算;离散模型指的是在对多塔结构进行计算时,将每一个塔楼都作为一个独立的个体进行分析计算。在现实应用中,由于整体模型计算较为简单便捷,实用性更强,所以一般采用整体模型计算较多。目前在进行整体模型计算时多采用SATWE软件,最新版本的SATWE软件能够将多塔结构的大多数参数作为一个整体进行统一计算设计,如层间的刚度比、层载比和剪重比等。而有些设计却不能用整体模式计算,只能采用离散模型进行计算分析,如塔楼的位移比和周期比等的计算。对这些参数进行计算时,不能采用整体计算,而是将整体的结构切分成一个个的独立结构模式,以方便对各个单独塔楼进行独立抗震设计的计算。此外,当塔楼的建筑造型和层数存在较大差别时,采用整体模型计算时不仅要求分析人员要有较高的综合水平,而且在分析各塔楼间的扭转特性参数时很难得出确切的参考数据,这种情况下,采用离散模型计算分析可以较为便捷的得到准确数据。 2.2.抗震设计 目前大底盘多塔结构中常用的抗震设计方法可以分为三大类:动力时程分析法、振型分解反应谱发和底部剪力法。 2.2.1动力时程分析法 动力时程分析法是采用预先对结构进行地震波检测处理后,再对其进行地震中的动力分析研究,进而设计出抗震方法的原理。采用动力时程分析法可以检测出整体结构的薄弱环节,可以对此环节实施针对性的调整,升级结构的抗震极限和防裂等级,在设计不规则结构或较为复杂的建筑结构时常用此方法检测调整结构整体的薄弱环节。该方法主要从三方面(层模型、杆系层模型和空间杆系层模型)对结构进行动力分析得出结论。在采用动力时程分析法时,一般用SPA84软件积分计算塔楼的灵活自由度,用SPA2000软件积分计算结构底盘建筑的抗震弹性,最后用TAT软件进行修改调整。 2.2.2振型分解反应谱发 振型分解反应谱法是目前采用较为广泛的一种用于计算结构抗震性能的方法。在大多数情况下,阵型低阶的参与系数在设计多塔结构中一般不予考虑,基本可以忽略不计,这是因为振型阶数和振型参与系数之间呈反比例关系,也就是说振型阶数越大,振兴参与系数越小。在对称的多塔结构中,由于阵型参与系数较小,可以忽略不计,一般采用SRSS阵型组合方法,而对于塔楼不对称的结构,因结构中存在双向偏心的问题,导致结构在水平方向上产生平扭藕联振动,所以一般采用CQC阵型组合方法。 2.2.3底部剪力法 底部剪力法是根据地震反应谱理论,利用整体结构底部的总地震剪力和等效质点的水平地震作用相等的原理,计算结果抗震作用的方法。底部剪力法的适用条件:一是建筑结构总高度不超过40m,二是结构的质量和刚度在竖直方向分步均匀,三是结构在地震中以剪切变形为主等。目前,该方法因限制条件较多,一般很少采用。 三、地下室防裂设计 大底盘多塔结构的地下室面积较大,一般超过一万甚至两万平方米,其设计长度已经远超伸缩缝的最大间距,这就需要大底盘多塔结构的地下室设计沉降缝用以配合伸缩缝的不足之处。考虑造成混凝土产生裂缝的各种因素,发现在结构中留缝不是唯一的设计手段,增加多塔结构的地下室抗裂性能,可以从以下几方面入手:一是控制砂石骨料的配比和降温,减小混凝土在降温硬化过程中的受力;二是控制混凝土强度等级,在满足防水和承载力要求的前提下,混凝土强度控制在C25--C35之间为最佳;三是在浇注方法上采用分层浇注,每层混凝土要严格控制在初凝前完成上层浇注,采用阶梯式进行。 四、结论 目前我国建筑领域内,越来越多的人接受并采用大底盘多塔结构模型。在大底盘多塔结构中,根据结构的实际情况不同,在综合计算设计结构的抗震和抗地下部分开裂方面采用适当的方法,已经可以达到很好的效果,但在一些细节方面,如弹塑性动力分析还存在不尽人意之处,需继续研究改进。 结构设计毕业论文:浅析框剪结构设计中的几个问题 【摘要】 简要分析了框架剪力墙结构设计过程的几个难点。 【关键词】 框架剪力墙 嵌固端 连梁 一、工程简况 本工程为上海市嘉定区的一栋高层商务办公楼,结构高度为53米,地上十二层,地下二层。标准层结构布置图如下: 横向柱间距为8.4米;为了形成大空间办公布局,所以纵向柱间距为3.3米和8.8米,楼梯和卫生间都位于短跨柱距间。采用钢筋混凝土框架剪力墙体系,框架抗震等级为三级,剪力墙抗震等级为二级。 二、结构布置总结 由于业主要求灵活的办公空间,Y方向大跨度柱距间尽量不设剪力墙隔断,所以Y向剪力墙全部设于短跨柱间,一共四道。楼梯处两道横墙作为X方向的主要抗侧构件。在Y向端部的大跨度柱间设置八字型柱间支撑增加结构的抗扭性能,采用H型钢。不考虑偶然偏心的位移角和规定水平地震力作用下考虑偶然偏心的位移比: 三、嵌固部位的选择 嵌固部位在地下室顶面是最合理最经济的选择,此时应满足下列条件: (1) 地下室顶板与室外地坪的高差不能太大,一般宜小于本层层高的1/3(高差过大对水平力的传递不利)。 (2) 地下室顶板应为梁板体系,楼面的框架梁应有足够的抗弯刚度,地下室顶板的梁截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际承载力之和。 (3) 地下室结构的布置应保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度和承载力,能将上部结构的地震作用传递到所有地下室抗侧力构件上,为此地下室顶板的厚度不宜小于180mm,且该层楼面不得留有大洞,混凝土强度等级不得小于C30,并双层双向配筋,每个方向的每层配筋率不小于0.25%。 (4) 地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用,地下室楼层剪切刚度不小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2倍。 (5) 地下室柱截面每侧配筋面积除应满足计算要求外,不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积,地下室剪力墙的配筋也不应少于地上部分。 本工程由于地下车库的入口需在地下室顶板开大洞口(最右边一跨),而且首层楼板标高为0.8米,与室外地面的高差为2.2米,地下一层层高为3米,地下室顶板与室外地面的高差大于地下室层高的1/3,不能满足地下室顶板作为结构嵌固部位的要求,所以选择地下一层的底板作为结构的嵌固端。见图(二) 地下室一层的底板作为嵌固端时,除了满足以上所提到的条件,还必须满足下列条件: (1) 地下一层的剪切刚度应大于地上一层的楼层剪切刚度; (2) 地下二层的楼层剪切刚度应大于地上一层的楼层剪切刚度的2倍 而不必满足高规中规定的当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。以本工程的计算结果举例: 地下一层的剪切刚度大于地上一层的剪切刚度,且地下二层的剪切刚度大于地上一层的2倍,所以地下一层的底板满足作为结构嵌固端的条件。地下室外墙尽量只参与地下二层的剪切刚度计算, 而不增加地下一层的剪切刚度,为了满足这个计算假定,地下室外墙与地下一层的顶板结构尽量不发生关系,所以采用图(三)节点处理方法。 注意:此时地下室一层外墙即作为剪力墙受剪又作为挡土墙受弯,地下一层底板与外墙连接处需加强平衡地下室外墙的弯矩。 四、连梁超筋处理 在本工程中,连梁超筋现象很明显。如果根据超筋的数量来确定是否对连梁进行处理是不合适的,规范建议的处理方法如下: 1) 连梁的调幅处理:抗震设计剪力墙中连梁的弯矩和剪力可进行塑性调幅,以降低剪力设计值。但是在结构设计中已对连梁进行了刚度折减时,调幅范围应限制或不再调幅。 2) 减小连梁的截面,主要是降低连梁的截面高度,从而达到减小连梁计算内力的目的,同时加大剪力墙的地震效应设计值。 3) 连梁铰接处理:连梁不作为次梁或主梁的支承梁时,可将连梁按两端铰接梁进行计算,即假定该连梁在大震下的破坏,对剪力墙按独立墙肢进行二次多遇地震作用下的结构内力分析,墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计,以保证墙肢的安全。 上述1)、2)的方法相近,应优先考虑。当采用前两种方法仍然不能解决连梁的超筋超限问题时,可采用3)的处理方法。 连梁超筋处理小结: 1) 处理目的:在确保连梁强剪弱弯的前提下,尽可能充分利用连梁的有效截面和刚度吸收地震能量并耗能,达到既满足抗震设计要求又经济的目的。 2) 处理方法:依据连梁截面抗剪承载能力反求连梁所能承担的最大弯矩(此处与弯矩承载力控制的梁端塑性铰不同的是:塑性铰是在梁端抗剪承载力足够的情况下,寻求梁端的最大抗弯承载力,形成以梁端抗弯承载力控制的塑性铰),寻求的则是与连梁梁端最大抗剪承载力相匹配的最大梁端弯矩,形成以梁端抗剪承载力控制的塑性铰。 3) 由于目前计算程序不具备“剪力铰”计算功能,可以采用变通的解决方法,即通过采用减小连梁计算截面高度进行试算。在连梁的计算剪力不大于实际连梁截面抗剪承载力的前提下,连梁的最大计算弯矩。 五、结束语 混凝土框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两种结构重新组成的结构体系,框架和剪力墙一起承担竖向荷载,水平荷载由具有较大抗侧刚度的剪力墙来承担。在框架剪力墙结构中,剪力墙的布置非常关键。在满足建筑功能的前提下,总的布置原则为“均匀、对称、分散、周边”。 高层结构的嵌固端从工程角度看是一个区域,只有相对的嵌固,没有绝对的固定。一般情况下,应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面。地下室顶板作为上部的嵌固部位时,结构的加强部位明确,地下室结构的加强范围高度较小,结构设计经济性好。为节省工程造价采用降低嵌固部位的方法是错误的,这样没有考虑应采取相应的结构措施,是不合适也不安全的。 结构设计毕业论文:高层建筑转换层结构设计中的问题分析 摘要:在当前的高层建筑设计中,针对转换层结构的内容是至关重要项目,其设计方案和设计水平直接决定整个高层建筑的设计水平。本文主要介绍了高层建筑转换结构在受力方面的主要特点,阐述了关键结构层的存在形式和显著特征,详细分析了设计中的不足,提出了行之有效的解决策略。 关键词:高层建筑 转换层结构 设计 问题 对策 当前,高层建筑的显著特征是功能种类多、作用体现综合性。很多高层建筑在直线方向的作用不尽相同,例如,顶部的用途是住宅,中部是商务办公,下部功能为娱乐、餐饮等。也就是说,整个建筑不同位置,设置不同的功能,体现不同的作用。这就需要设置不同的结构,根据需要,采取不同的形式。以建筑功能方面的区别为依据,上部通常采取轴线布置的方式,安排小开间,同时,增加墙体数量,目的是满足用户在住宅方面的特殊需求;对于用作办公用途的中部,房间通常为小型或者中型大小的房间,因此,公共部分如果能够体现更明显的自由,那么必然能够提升建筑效果,为此,要设置较大的柱网,尽量降低墙壁的数量,甚至避免墙体的存在。为了更大程度达到这种设计需要,就要在发生结构变换的楼层设计转换层,目的是保证受力的恰当转换和传递,否则会不利于受力的合理性,影响结构尺寸的科学性。 1 对结构受力特征的分析 在建筑工程中,经常遇到含有转换层的结构样式,也就是底层为大空间的剪力墙结构。在整个结构中,剪力墙落地,在底部变为一定形式的框架结构,其主要受力特征为: 1.1 结构受力的主要特征 1.1.1剪力墙结构将转换层作为界限,上部的剪力墙具有类似的变形曲线。对于受到外力影响的楼层剪力,会由于剪力墙等效刚度比例的不同分配,使得其下部侧向刚度出现迅速变小的情况,最终导致底层框架需要承担的水平力出现急剧降低,但是,底层剪力墙的水平力会出现迅速提升。 1.1.2水平力在底层出现的分配变化是通过转换层实现的,主要利用了其刚性楼板在力传递方面的功能。当转换层完成对楼层间的力的传递和分配之后,它在平面领域受到了很大的冲击力,出现严重的平面变形,对楼板在平面范围的刚度产生影响。 1.1.3如果水平力受到底层框支柱和落地剪力墙的刚度分配之后,鉴于框支柱侧向刚度较小,在具体核算过程中,它所承担的力量极小。但是,一旦转换层的楼板出现变形,那么,在框支柱范围内,其在水平方向的位移变化就会达到最大值,也就是说,支柱实际受力要大于理论值,而且相差很大。通过上述分析可以认识到,位于转换层周围的受力比较多变和复杂,在进行设计的时候,要为剪力墙和框支柱设置安全储备。 1.2高层建筑转换层的结构类型和主要特征 1.2.1梁式转换介绍 在当前的高层建筑转换层设计中,梁式转换层是使用比较广泛的类型,传力的流程为上部的墙壁,而后转换梁,最后为下部柱。在力的传递方面,比较直接,方向明确,能够进行方便的工程核算,便于设计,同时,成本支出不高,因此,这种转换层样式在建筑中比重较大。 1.2.2箱式转换层介绍 这种类型是将单向和双向托梁、较厚的上下层楼板进行统一浇筑,而后形成一个整体,实现统一作业,这种方式所形成的刚度较大。 1.2.3 板式转换介绍 如果转换层的上下柱网呈现错开的样式,布局错乱无章,很难借助梁进行承载,那么,需要厚板的协助,也就是板式转换层。由于需要较大的抗冲力,所有其厚度要求高。对于下层柱,设计可以更加灵活,但是由于其自重较大,需要大量的材料,很容易出现工期延误的情况。 1.2.4桁架式转换介绍 桁架主要分为空腹型和实腹型。与梁式转换类型相比,其在受了方面更加清楚,能够提供更加广泛的使用空间,同时其自身重量不高,因此,具有较强的抗震能力,但是,其缺点是,节点设计存在较大难度。在采取这种方式的时候,其基本设计原则是要保证斜腹杆和节点的强度。鉴于节点受力的复杂性,很容易出现脆性损伤,给施工带来不便,增加了这种方式使用的难度。在运用这种方式的时候,要注意以下几个问题:首先是要保证桁架转换层的高度,通常在3米以上,一旦高度不达标,就会导致超短柱的出现,造成脆性破坏;其次,要实现上弦基点与其对应荷载的对齐,发挥桁架在受了方面的特定优势;再次,将预应力应用在上下弦和斜腹杆,那么就会有效减小截面,节省费用,比较经济实用。 1.2.5 斜柱转换式介绍 这种方式比较特殊,能够最大程度发挥混凝土在受压方面的特点,增大建筑空间。这种方式会产生较大的荷载,在进行具体设计的时候,可以参考平面布局的特点,借助梁来实现路径的缩短,在最小范围内达到均衡。在运用的时候,转换站要尽可能通过较多的楼层,目的是减小水平力,便于设计。 1.2.6 巨型框架转换介绍 巨型框架转换是当前建筑结构发展的趋势,主要是将巨型柱与大梁进行连接,抗震效果极佳。它是梁式转换的多次操作。其主要设计方式是进行多次模拟,在巨型结构形成之前,要完成临时支撑的设计。 2高层建筑转换层结构设计中需要注意的几个问题 2.1 设计遵循的主要规则 2.1.1 在对转换层结构进行设计的时候,要减少竖向构件的使用数量,竖向构件的数量越少,需要进行的转换设计就越少,刚度变化的几率降低,有利于结构在抗震方面功能的实现。 2.1.2将转换层结构在竖向的位置设置在较低的范围。 2.1.3 注重对转换层结构的不断优化。对于转换层样式的选择,要明确具体传力的方向,目的是实现与工程项目的有机集合,保证质量。鉴于安全和经济性的考虑,宜将其刚度控制在较小的范围内。 2.2 结构设计中的重点分析 2.2.1刚度在转换层下部的主要分布状况。 在进行转换层架构设计的时候,要高度重视刚度值的合理性。如果刚度较大,地震反应和结构竖向刚度会出现急速膨胀,转换层上下受力都不均衡,材料使用量也增加,在经济性上也不科学。如果刚度过小,沉降差出现,次应力产生,配筋增加,尤其在转换次梁中更加突出。因此,在转换层设计过程中,竖向刚度的变化是经常遇到的问题,彰显复杂性。在进行抗震设计考虑的时候,要保证位于转换层主体结构的剪切刚度达到技术标准,这样,较大的竖向转换构件就会被派上用场,主要的包括加大混凝土强度以及增加剪力墙等方式。此时,较为突出、值得注意的问题是:筒体截面的扩大使得其在下部结构的总刚度比重增大,需要承载更大的地震荷载,因此,需要高度重视筒体的安全设计,以实现更强的抗震性;在运用剪力墙的时候,要保证刚度在整体上的均衡性,使得刚度与质量中心能够重合,避免出现建筑物的变形。 2.2.2 剪力墙对上下刚度传输产生的作用。 为了实现不同结构之间内力的传递,要避免二者刚度的突然变化,可以立足以下两个方面实现解决:首先,在上部,要保证较小的刚度值,减少剪力墙,缩短墙肢;其次,增大下部刚度。在保证使用效能的前提下,设置若干剪力墙,保证布局合理、对称,防止出现集中的情形。 2.2.3 合理确定转换层结构的刚度值。在进行转换层结构设计的时候,一个重要的值就是转换层结构的刚度值。一旦出现刚度超标的现象,地震反应就会出现,竖向刚度会急剧增大,使得上下层不利于受力和均衡性,另外,材料的需要增加,经济上比较不合理。如果转换层的刚度较小,那么竖向构件之间会出现沉降差,在结构与构件之间形成次应力。此时,就要选择合适的次梁截面尺寸,保证其刚度达标。 2.3 将转换层结构与建筑专业进行结合 高层建筑转换层设置的目的是为了迎合建筑实际用途,要在结构上充分考虑建筑物自身的特征。首先,充分考虑建筑物外观特点,例如,巨型框架、拱形等,保证受力合理,同时还能满足外观的需要;其次,转换层的结构特点要以建筑物功能为前提,设备层兼顾转换层,要保证转换层空间足够,此时适合使用实腹或空腹桁架代替梁式转换。 结束语: 在高层建筑中,转换层结构至关重要,需要高度重视。设置转换层的目的是最大限度满足建筑不同功能的需要,需要将此部分设计与整个建筑设计思路进行结合,二者积极配合。要重视对转换层结构的理解,掌握设计原则和思路,保证结构在平面和竖向都具要整体性,保证建筑物的安全性和经济性。 结构设计毕业论文:地铁基坑的支护结构设计探究 【摘要】随着城市交通的日渐繁荣拥堵,城市轨道交通的正常运营起到了至关重要的作用,我国轨道交通行业发展不断深入,基坑工程设计作为地铁前期施工的重要环节,需要进行完善合理的设计,使基坑工程的设计达到更加令人满意的程度。 【关键词】 地铁;深基坑;支护结构设计;施工技术 一、常用基坑支护类型 1、放坡开挖 特点:施工方便,造价低,场地条件要求较高,防护强度不高,受气候影响较大。适用范围:在基坑开挖深度较浅时,若施工现场不需考虑相邻构筑物安全和正常使用时,可以优先考虑采用该种方法。该方法适用于周围场地开阔,地下水位较低,周围无重要的构筑物,基坑位移控制要求不严格,只要求稳定的工程。但当地下水位较高时,就必须结合井点或隔水帷幕等措施共同使用。 2、地下连续墙 特点:支护刚度大,止水效果好,但造价较高,需专业的设备。适用范围:适用于地质条件差和复杂,基坑深度大,周围环境要求较高的基坑。条件允许的情况下配合上部结构进行整体设计,既起到了基坑支护的作用,当基坑施工结束后还可以作为上部结构的一部分,既安全又节约。 3、深层搅拌水泥土围护墙 作为一种原位土体加固方法,深层搅拌水泥土围护墙应用广泛。深层搅拌水泥土是利用深层搅拌机械在软弱地基内,边钻进边往软土中喷射浆液或者雾状粉体,同时借助搅拌轴旋转搅拌,使喷入软土中的浆液或雾状粉体与软土能充分拌和在一起,形成强度比天然土体高得多,并具有整体性和稳定性的桩体,由若干这种桩体和桩周围土构成水泥挡土墙。 二、基坑工程勘察和支护设计准备 1、基坑工程勘察 为了能够正确的对支护结构进行设计,同时能够合理的对基坑工程施工进行组织。事先必须要对基坑及其周边的各种环境进行勘察。应该提供的数据和相关情况有:地下层视见水位和静止水位;地下施工风险过程中各层水位补给情况分析,同时把其与附近水体连通状况进行分析:对基坑底以下承压水含水层和水头高度界面进行分析:对分析过程中出现的水位变化情况进行研究。同时需要对支护结构和周边的环境进行控制,采取相应的处理措施。 2、岩土勘察 在建筑工程项目详细勘察阶段,需要根据时间安排对基坑工程施工的具体内容进行有效的勘察。勘察的范围主要是由场地的岩土工程条件和开挖深度决定的。需要在边界的开挖深度1-2倍范围内进行勘察点布置,如果是软土勘察其勘察点布置的范围要更大一些。勘察点的间距一般情况下为15-30m,如果地层变化比较大的时候,应该根据勘察点的情况查明相关的分布规律,基坑周围勘察点的深度一般不小于1倍的开挖深度,如果处于软土地区应该穿越软土层。 3、水文地质勘察 应该根据相关的情况和数据进行分析,其主要包括地下水层的静止水位和视见水位,还要根据其补给情况和动态变化状况;地下水位的动态变化状况,因此其与周围水体的联通情况进行分析:基坑底下承压水的水位变化和支护结构也会对周围环境产生一定的影响;分析水位变化情况,同时还要对支护结构进行设计,采取相关的措施解决问题。 4、基坑周边环境勘察 其主要包括以下内容:查明影响范围内的建筑物层数、类型、埋深和基础类型。同时需要对上部结构和基础负荷大小进行分析。查明基坑周围的各种地下基础设施,主要包括排水、给水、煤气、电缆、雨水、污水、热力等分布状况和管线状况。同时还要查明基坑周围道路状况和车辆载重情况,查明四周或者临近的地区汇水流状况和排泄状况。同时还要考虑地下水泄露状况对基坑开挖产生的影响。 5、支护设计装备 进行支护结构设计之前,需要对地下结构设计资料和设计方案进行有效的处理。针对主体工程地下室建筑杆线和平面布置相对位置进行分析,这样对支撑布置和选择支付结构类型有着一定的关系。主体工程的桩位布置图设计,此问题与支撑体系中立柱位置有着很大的关系。尽量采取工程柱做为立柱从而降低工程成本。主体结构各层楼板、地下层、底板的布置与标高和地面都有一定的关系,这样可以很好的确定开挖深度,能够很好的选择围护墙和换掌等。 三、工程概况与特点 1、工程概况 某火车站综合改造基坑工程是目前某地区建设规模最大、技术含量最高、施工难度最大的工程,需要进行专项支护的工程有:地下空间基坑工程、隧道交通基坑工程、轨道交通基坑工程,项目整体形成了一个平面叠置、立面分层、同步进行的大型基坑群。 1.1地下空间基坑工程 位于某火车站南侧,为全埋式2层地下室,局部3层。平面尺寸为111.0m×597.0m,呈“一”形,基坑开挖深度为地面下11.0m-16.0m,开挖面积约72000m2。 1.2隧道交通基坑工程 地下1层隧道位于预留轨道交通上方,紧邻地下空间南侧布置。基坑开挖深度为地面下9.0m-11.0m,局部为18.15m,基坑开挖长度为1340m,宽度随深度变化,开挖面积约9522.7m2。 1.3轨道交通基坑工程 整体全明挖,地下1层为一条市政隧道,地下2层,3层分别为地铁站厅、站台层,车站总长228m,轨面埋深约21.3m,基坑开挖深度为地面下16.0m-26.0m,局部27.0m。 2、地质条件 2.1工程地质条件 基坑开挖深度内自上而下主要为杂填土、卵石、细砂、强风化层、中风化层、微风化层。其中杂填土层下部以粉土为主,内含石膏颗粒,干强度低,韧性低;强风化层节理裂隙发育,遇水极易软化,长时间暴露在空气中易崩解。 2.2水文地质条件 场地含水层主要为卵石层,稳定水位埋深为2.8m-4.5m,属于第四系松散岩类孔隙潜水。地下水由西南流向东北,季节性变化明显,年水位变幅0.5m-1.0m左右,水量比较丰富。 3、基坑支护方案优化 该基坑工程量较大,不同的支护方案在工期、造价及施工便利性等方面差异很大,如何在满足基坑安全的前提下降低工程造价、提高经济性以及施工的方便性成为基坑支护方案选型的重要问题。 原基坑支护方案为:开挖较浅且环境条件允许的部位,采用二级放坡土钉墙,坡率1∶1.5,面板厚150;开挖较深的坑中坑部位,采用三、四级放坡+格构式锚索(杆)支护体系。排桩直径为1m,桩心距为1.8m,桩顶冠梁为1.2m×0.5m。格构式预应力锚索支护结构的格构梁间距为2.5m×2.5m;设置锚杆2排-3排压力型锚索,杆芯选用4×Φ15.2mm型钢绞线。钢筋网双层双向Φ16.0@200×200,混凝土强度为C30。从安全稳定方面看,此支护方案有一定的优越性,但从施工工艺、经济效益等方面看,却过于保守。 根据该地区支护设计经验和土压力原位试验,将原基坑支护结构总体设计方案优化为:开挖较浅且环境条件允许的部位,采用不同坡率的二级放坡土钉墙,坡率为1:1和1:0.5,面板厚80;对开挖较深的坑中坑部位,采用排桩加锚杆支护体系,排桩上部能放坡的尽量放坡,对于无放坡空间、环境条件较为紧张的部位,垂直开挖,并对桩锚支护结构进行合理优化。第一道锚杆设于桩顶(冠梁),与桩形成整体,使其传力路径更为明确,可有效控制基坑开挖过程中产生的变形。 4.基坑监测结果 为确保施工安全,在基坑开挖过程中进行了位移、沉降和内力等项目监测,作为信息化施工的必要手段,客观反映了被观测实体所处的状态,为预测险情、优化方案提供依据。根据位移监测结果分析可知,基坑整个施工过程一般位移为10mm-20mm,仅P016点最大位移为29.12mm,未达到警戒值3cm;目前,基坑主体结构已基本完工,未出现异常。说明优化后的支护方案满足了安全、经济性要求。 四、结束语 随着城市轨道交通的大量兴建和建设事故的不断发生,地铁深基坑支护已逐渐成为岩土工程领域重要的研究课题。近年来随着城市发展,地下轨道交通越来越多被采用,受城市空间制约,地铁“宽、深、大”基坑出现频繁,基坑施工设计显得尤为重要。本文以某火车站基坑工程为例,对基坑支护设计与优化做一简要说明,仅供参考。
混凝土道路设计探讨:水泥混凝土道路设计中的因素探索 作者:宋高嵩 于晓坤 徐闯 单位:黑龙江工程学院 东北林业大学 公路设计院 1水泥混凝土路面设计选用可靠度理论的意义 路面的结构可靠度是指在规定的时间内,在规定条件下,路面使用性能满足预定水平要求的概率。新水泥路面设计规范选定的水泥混凝土结构设计方法,仅考虑满足路面的结构性能要求,并以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计标准。因而,混凝土路面结构可靠度也可定义为,在规定的设计基准期内,在规定的交通和环境条件下,行车荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力的总和不超过混凝土弯拉强度的概率。水泥混凝土路面结构是由各种混合料构成的组合结构,一般包括土基、基层、垫层和面层组成一个整体结构。因此,这个整体结构在使用过程中,任何一个部分受到损害,都将影响整体结构的性能。从路面结构设计的功能要求来看,必须使路面整体结构具有足够的强度和刚度、足够的稳定性和耐久性、良好的表面平整度和表面的抗滑性能等要求。以往的路面结构设计方法是输入给定的材料和结构参数、交通参数以及环境参数,通过结构分析,得到在设计年限内满足预定使用要求所需要的结构层厚度的确定值。然而,由于路面结构是用混合材料在现场修筑而成的,材料性质的不均匀性及路面结构(几何尺寸和特性)的不均匀性,使路面结构的物理力学性能和使用性能有很大的不确定性;同时,路面结构设计理论和计算公式,同路面结构实际使用状况很大差异。运用结构可靠性理论分析路面结构可靠度,对上述的各种不确定性因素都加以合理的考虑,使其结构设计更符合实际。 2水泥混凝土路面设计参数变异水平等级确定 水泥混凝土路面结构的参数主要有路面厚度(几何尺寸)、混凝土弯拉强度、弹性模量、基层顶面综合回弹模量和结构的疲劳寿命等。水泥混凝土路面结构层厚度的变异性,可以通过水准仪测厚和钻芯测厚的方法取得基本数据。在此基础上进行分析,它的变异系数值分为低、中、高3级水平,其数值列于表1,面板厚度的概率分布类型,可采用正态分布或对数正态分布。混凝土弯拉强度和弹性模量的变异性,可采用标准小梁试件测强法和钻芯测劈裂强度,以及标准小梁试件测弯拉模量等取得基本数据。基层顶面综合回弹模量可采用弯沉测定。水泥混凝土强度бs和弹性模量Ec的相关性对路面结构可靠度的影响很明显,Ps随着бs-Ec的相关系数的增大而增大。若бs-Ec的相关系数为0~1时,路面结构可靠度Ps相差2~8个百分点。因此,бs-Ec的相关性应予以考虑,其相关系数一般可取为0.5。动荷效应参数S变异性水平与路面结构可靠度Ps关系是只有当其它结构参数变异性较小(或者说Ps值较大)时,S的变异性对Ps的影响稍明显。但若动效应的变异系数δs变化5个百分点时,使Ps的变化仍不足0.5个百分点。因此,运荷效应实测结果的分析,其变异系数δs在0.20~0.25。基层顶面综合路基回弹模量Er的变异性对路面结构可靠度Ps的影响比水泥混凝土强度和模量以及板厚的变异性影响小得多,若地基回弹模量的变异系数δ在0.20~0.50范围内时,对Ps的影响只有1个百分点。 3水泥混凝土路面设计中的问题浅析 3.1水泥混凝土路面设计目标可靠度的分析公路工程结构的设计安全等级为3个等级,路面工程的安全等级仅考虑高速公路、一级公路和二级公路的路面,相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。为三级和四级公路路面增加一个设计安全等级———四级,并规定了相应的设计基准期为20a;而设计安全等级为四级的路面结构的目标可靠指标和目标可靠度,系按前三级的数值级差递降得到的。按施工技术、施工质量控制和管理要求达到和可能达到的具体水平,选用其他等级。降低选用的变异水平等级,须增加混凝土面层的设计厚度要求;而提高选用的变异水平等级,则可降低混凝土面层的设计厚度或混凝土的设计强度要求。可通过技术经济分析和比较予以确定。但对于高速公路的路面,为保证优良的行驶质量,不宜降低变异水平等级。材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级,按施工技术、施工质量控制和管理水平分为低、中、高三级。由滑模或轨道式施工机械施工,并进行认真、严格的施工质量控制和管理的工程,可选用低变异水平等级。由滑模或轨道式施工机械施工,但施工质量控制和管理水平较弱的工程,或者采用小型机具施工,而施工质量控制和管理认真、严格的工程,可选用中低变异水平等级。采用小型机具施工,施工质量控制和管理水平较弱的工程,可选用高变异水平等级。设计时,可依据各设计参数变异系数值在各变异水平等级变化范围内的情况选择可靠度系数。目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平。它的选取是一个工程经济问题:目标可靠度定得较高,则所设计的路面结构较厚,初期修建费用较高,但使用期间的养护费用和车辆运行费用较低;目标可靠度定得较低,初期修建费用可降低,但养护费用和车辆运行费用需提高。通常采用“校准法”来确定目标可靠度。“校准法”是对按现行设计规范或设计方法设计的已有路面进行隐含可靠度的分析,参照隐含可靠度制定目标可靠度,则所设计的路面结构接纳了以往的工程设计和使用经验,包含了与原有设计方法相等的可接受性和经济合理性。 3.2交通量计算取值的分析轴载换算公式是以等效疲劳断裂损坏原则导出的。对于同一路面结构,轴载和标准轴载产生相同疲劳损耗时,才能等效换算。在交通调查分析双向交通的分布情况时,应选取交通量方向分配系数,一般可取0.5;并依据设计公路的车道数,确定交通量车道分配系数(应剔除2轴4轮以下的客、货车交通量),即为设计车道的年平均日货车交通量ADTT,然后用轴载当量换算系数法或车辆当量轴载系数法求得Ns,再根据设计基准期t和轮迹分布系数、交通量增长率求得累计作用次数Ne,确定交通分级。 3.3水泥混凝土路面结构组合的设计分析对于路基用土,高液限粘土及含有机质细粒土,不能用做高速公路和一级公路的路床填料或二级和二级以下公路的上路床填料;高液限粉土及塑性指数大于16或膨胀率大于3%的低液限粘土,不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。因条件限制而必须采用上述土做填料时,应掺加石灰或水泥等结合料进行改善。对于基层材料选择时,特重交通适宜贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土时,设计计算应按复合式路面分析,且强度以试验为准。对水泥混凝土面层下基层的首要要求是抗冲刷能力。不耐冲刷的基层表面,在渗入水和荷载的共同作用下,会产生唧泥、板底脱空和错台等病害,导致行车的不舒适,并加速和加剧板的断裂。混凝土面层下采用贫混凝土基层,主要是为了增加基层的抗冲刷能力,并不要求它有很高的强度。高强度的贫混凝土并不能使面层厚度降低很多,反而会增加混凝土面层的温度翘曲应力,并产生会影响到面层的收缩裂缝。另外,新规范取消了基层顶面综合模量的规定值的要求。对于面层板来说,我国绝大部分混凝土路面的横向缩缝均未设传力杆。不设传力杆的主要原因是施工不便。但接缝是混凝土路面的最薄弱处,唧泥和错台病害,除了基层不耐冲刷外,接缝传荷能力差也是一个重要原因。同时,在出现唧泥后,无传力杆的接缝由于板边挠度大而容易迅速产生板块断裂。此外,接缝无传力杆的旧混凝土面层在考虑设置沥青加铺层时,往往会因接缝传荷能力差易产生反射裂缝而不得不加大加铺层的厚度。为了改善混凝土路面的行驶质量,保证混凝土路面的使用寿命,便于在使用后期铺设加铺层,新规定了在承受特重和重交通的普通混凝土面层的横向缩缝内必须设置传力杆。另外,新规范仅强调了在邻近桥梁或其他固定构造物处设置胀缝,取消了变坡点、小半径曲线设胀缝的限制,使行车更顺畅。 4结束语 综上所述,在公路水泥混凝土路面设计中,还有许多问题,只有认真研究设计规范,并结合生产实际,才能设计出经济合理的路面结构。 混凝土道路设计探讨:混凝土道路设计与维修方法简析 作者:杨建义 道路的主体部分,一个是路基,一个是表面。前者属于一段规定了填充材料的道路内在基础部分,被外层混凝土所包裹,与路面一起承受上方的压力。路面则是这样一层坚硬的外壳,由两层以上的材料组成。一方面它保护着里面的路基免受雨水和不平均压力的伤害,另一方面,内部的土层为外层提供后备支撑,并减少了混凝土的作业量,减少成本,也具有一定保护环境的意义,因为混凝土的使用实际上是一种对资源的消耗,越少使用越好。 1水泥混凝土路面设计中应该注意的几个问题 1.1混凝土路面结构设计设计的目的一个是保证通车情况,另一方面在不影响使用水平的前提下节省不必要的浪费,使各种性能达到最优。这也是路面设计是否合格的一项重要标准。设计要参考2002年出台的一项道路规范,这里总结了过去几年对于道路设计的一些先进经验和科学的处理方法,对于老旧的施工方法做出修整,一些计算公式也增加考虑了实际因素的一些数值。能够更贴近真实的道路施工需要,总结吸收了近年来最新的研究成果,主要增加了路面结构可靠度设计和加铺沥青面层的设计方法,并针对重荷载,修正了应力计算公式,拓宽了应力分析使用范围,充实了连续配筋混凝土面层配筋方法,细化了路面结构组合和材料组成性质参数要求,修改了旧混凝土路面调查和评定方法,还补充了交通分析方法。由于路面的主要破坏性因素与必须面对的还是行车的时候造成的重力挤压。路面设计着重要考虑最大能够承受的重力。超过这个数值就会出现路面下沉,扭曲变形,甚至断裂,塌陷。以下是道路路面需要使用的材料和成分比例,这是通常情况下道路需要遵守的操作比例和构成形式,具体数值(表略)。水泥混凝土路面结构设计的任务是以最低的寿命周期费用提供一种在设计使用期内满足预定使用性能要求的路面结构。路面的设计使用期是指新建或改建的路面从开始使用至使用性能退化到预定的最低标准时的时间段。路面使用性能包括结构性能和功能性能,在路面的使用期内随行车荷载和环境因素的不断作用而逐渐衰减,路面在使用末期内不一定损坏到无法使用,而是必须采取重大的措施(例如加铺面层等)以恢复其使用性能。路面使用初期的使用性能主要与施工技术水平和施工质量有关,在行车荷载和环境因素的综合作用下,其使用性能退化的速率主要与路面结构的物理性质有关。水泥混凝土路面结构的设计内容主要包含结构、材料和表面特性,主要分为以下七部分:(1)行车道路路面结构的组合设计。根据当地的环境条件、交通要求和材料供应等情况,选择路面的结构层次、各结构层次的类型和厚度以组合成能提供均匀、稳定支承、减轻或防止卿泥和错台等病害、承受预期车辆荷载作用、满足路面设计使用性能和运营费用要求的路面结构。(2)面层接缝构造和配筋设计。确定面层板块的平面尺寸,选择和布置路面接缝的类型和位置,设计接缝的构造(传荷装置和填封),确定板内的配筋用量和钢筋布置。(3)路面排水设计。选择路面内部排水系统的布设方案,确定各项排水设施的构造尺寸和材料规格要求。(4)路肩铺面结构层组合设计。选择路肩的结构层次、各结构层的类型和厚度。(5)面层厚度设计。确定为满足设计使用期内要求所需的混凝土面层厚度。(6)各结构层材料组成设计。选择合适的组成材料,进行配合比设计以提供满足各结构层性能要求的混合料。(7)路面表面特性设计。进行路面结构的路面抗滑和降噪设计,提供满足抗滑、低噪声要求的路面表面的技术措施。 1.2结构厚度设计方法步骤考虑混凝土路面的极限承载能力时,路面结构的设计流程和方法与普通水泥混凝土有所不同,基本可遵循下述步骤进行:(1)收集并分析交通参数。采集初始年日平均交通量和交通组成、轴载谱、历年交通量及交通组成,确定方向分配系数和车道分配系数。在此基础上计算轴载换算系数和设计车道标准轴载日作用次数,选定设计使用期和交通量平均增长率,计算设计使用期内标准轴载的累计作用次数。根据重载车辆的轴载分布特征,通过概率统计的方法,推算设计期内对应不同出现概率的最大轴载值。(2)确定最不利车辆轴载值和温度梯度值。根据公路所在自然区划,按规范给定的最大温度梯度值,绘制该区的日温度梯度频率分布曲线。综合考虑车辆轴载与温度梯度,得出一定总体保证率下对应的最不利车辆轴载值和温度梯度值。(3)初拟路面结构。按交通状况、环境(气温和降水)、土基(土质、地下水位)和材料供应等条件,选择路面结构层次组合及各层的类型和材料组成,拟定各结构层的厚度、面层板的平面尺寸及接缝类型和构造。(4)混合料组成设计及设计参数确定。设计面层和基层混合料的配合比,试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量以及基层、垫层和土基的回弹模量。 2水泥混凝土路面维修技术 公路随着时间增长问题就会依次暴露。因此除了做好循环修护工作之外,加强保养,创造新的保护措施也是十分积极的做法。对于已经产生的问题,具体问题具体来对待,对一些小的坑洞填平修护,对于大型问题必要时要阻塞一部分路段,制定时间和方案彻底性的修护达到可靠标准再进行放行。做好路障和标语措施,一定要明显醒目。否则昏暗的天气或傍晚时,由于能见度低,可能会造成交通事故。一些重力承受较大,交通量频繁的地段,道路表面在必要时可以再加一层。这需要考虑资金、外部环境、道路寿命、是否有新建计划等方面来看,加铺之前也有一些情况要调查,大致如下:(1)公路修建和养护技术资料。路面结构和材料组成、接缝构造及养护历史等;(2)路面损坏状况。损坏类型、轻重程度、范围及修补措施等;(3)路面结构强度。路表弯沉、接缝传荷能力、板底脱空状况、面层厚度和混凝土强度等;(4)已承受的交通荷载及预计交通需求,交通量、轴载组成及增长率等;(5)环境条件。沿线气候条件、地下水以及路基和路面的排水状况等。特别要注意的是,混凝土路面材料与材料中间会有施工必然会留下的缝隙,留下的原因是对于热胀冷缩做一个缓冲,防止道路内部压力不平均而断裂。这个缝隙是比较脆弱的,会在使用过程中最先劳损破败,这要求对于缝隙的填充材料要优质选择并且及时更补。不然会出现的状况有:在气温较冷的天气和季节,混凝土自身收缩后孔隙变大,降水和异物会趁机进入孔隙,残留在里面,腐蚀内部环境,而在夏季膨胀的时候内部的异物与材料边缘互相争抢空间,最终边缘将受到损害。修理办法也就是清除内部的残缺的填充液体和异物,冲刷干净后加入新鲜的填充物。抹平。这个工作要制定一定的提前修理方案,在一定的周期内完成。等到发现问题再处理,往往就太晚了。填料应当操作的季节是春天和秋天,其他季节应选择温度适中而干爽晴朗的天气。其他问题如坑槽,意外的孔和洞产生的原因可能是混凝土自身不够纯净,里面夹有木头碎屑,垃圾等等,行车通畅程度因此减弱。处理方法比较灵活,对于较严重的伤害的一般针对聚集存在,尺寸小于3cm的损伤直接用沥青混凝土抹平。 混凝土道路设计探讨:混凝土道路设计中的安全知识探讨 作者:潘英炬 潘万峰 吴彪 赵春生 近年来,各地修建了不少水泥混凝土路面,但从实际使用情况看,很多路面都未能很好地服务到设计使用年限,较早地出现了裂缝、断板、麻面、露骨、错台和脱皮等损坏现象,严重影响了道路的使用性能,在安全方面存在很大的交通隐患。这里除各种自然因素的影响和施工质量问题外,还应从设计构造、设计理论的角度加以完善。因此,如何提高水泥混凝土路面的安全使用性能,必须要从安全角度去思考水泥混凝土的路面设计。 一、重视路基设计 1、路基是路面的基础。密实、稳定和均质的路基是保证路面使用质量的先决条件。为此,在设计中保证路基具有足够的强度和稳定性是十分必要的。我们东北所在地区尤其要充分考虑由于冻融循环作用土基强度与稳定性会随时间衰减等问题。2、重视和加强工程地质、水文地质勘察工作。在设计中必须掌握详细的水文、地质等设计基础资料,认真、慎重地对不良地质地段进行彻底处置,明确技术处理方案。①地质条件为土壤天然含水量高、透水性差、压缩性大、抗剪强度低、固结慢的软土地基(一般软弱层在3m以上),视公路等级、软土物理力学指标、工期安排等实际情况,在设计上采取必须经济、合理、行之有效的处置方法。②路线在沼泽、湿地、水塘、鱼池及水田区等经过的不良地段(软弱层在3m以下),在设计上应采取抛石挤淤、彻底清淤换填及加铺土工格栅等方案。确保路基的稳定。③对地下水位高的路段,要增加土基抵抗冻融循环的作用。3、路基填土的土质对路基稳定性影响很大,为此在选定取土场时要选用土质水稳性和抗冻融性好的土场。如不具备条件时,采用膨胀土或自然含水量大的粘性土填筑,设计中要掺拌一定比例的石灰,以保证路基的密实,防止不均匀沉陷。4、针对路基存在的质量通病问题,在设计中必须提出切实可行的根治处理措施。①低填浅挖路段和填挖交界处在处理上要保证路基受力区的强度。②半填半挖和横断面横坡大的路段,在处理上要保证路基的稳定性。③处治桥头跳车及涵顶下沉采取彻底清淤,保证桥、涵头回填区基底承载力,采用“水沉砂”分层填筑。5、排水不及时是造成公路病害的主要诱因之一,必须认真做好道路的系统排水设计。①排水设计必须考虑与农田、水利建设相配合,同时要考虑沿线的河流、水系情况。在穿过村镇时,还必须考虑与供、排水设施及建设规划相协调,以保证排水顺畅;②填方路基无论是高路堤还是低路堤都必须设置边沟或排水沟,地面自然纵坡较大的路段还必须设石砌边沟或跌水、急流槽等。尤其是经过水田区、湿地的路段更应设置合适的排水沟,使路基免遭水的浸害;③为排除挖方段路面垫层内积水及横向来水,采取设置纵向盲沟措施;④为排除通过路面的接缝、裂缝或空隙,或者由路基或路肩渗人并滞留在路面结构内的自由水,针对不同的路面结构组合可沿路面边缘设置边缘排水系统,或者在路面结构层内设置排水基层或排水垫层排水系统;⑤对路基范围内出露地下水(如泉水)或地下水位高的路段,要进行详细水文调查,对不同地下水类型和补给来源采取设置暗沟、暗管及渗沟等地下排水设施,将水引至路基以外.防止冬季形成涎流冰,危害路基。 二、合理设计垫层和基层 1、垫层在路基水温状况不良的路段上,路基与基层之间宜设垫层。从面改善土基的湿度和温度状况,保证混凝土面板和基层的强度、稳定性及抗冻胀能力;扩散由基层传来的荷载应力,减少土基的应力和变形。此外,垫层还能阻止路基土挤入基层中,以保证路面结构的稳定性。垫层材料的强度要求不一定要高,但其水稳性、隔热性能要好。垫层材料以就地取材为原则,一般采用颗粒材料(砂、砂砾、炉渣等)。垫层的最小厚度为15cm,其宽度应比基层每侧至少宽出25cm,当路基为膨胀土或路面排水不良时,垫层应与路基同宽。在北方冰冻地区,为了防止不均匀冻胀,要求路面的总厚度应不小于混凝土路面防冻最小厚度,否则,应通过设置垫层补足。(1)在本地区,为了保证水泥混凝土面层板不产生冻胀裂缝和错台等破坏现象,在路面结构设计中,对路基水温状况不良的中、潮湿路段,在按强度要求计算出路面厚度的基础上,尚应增设一定厚度的防冻层。(2)防冻层厚度应根据最大冻深及路基的土质、土的平均稠度、路基水文状况而确定,防冻层材料必须选用粗颗粒材料。2、基层混凝土面板下设置基层,不仅为混凝土面板提供均匀而稳定的支承,且能防止错台、冻胀等路面病害,保证路面的整体性,延长路面的使用寿命。基层应具有足够的刚度和稳定性,且断面正确,表面平整。基层材料根据交通等级,当地条件和经济性等因素选用贫混凝土、沥青混合料、水泥稳定土、石灰稳定工业废渣、级配碎(砾)石、填跟碎石等。(1)水泥混凝土路面各种接缝较多,接缝处易产生渗水现象,并逐渐浸蚀基层和土基。为此在确定基层时必须选用具有足够刚度及水稳定性好、耐冲刷的基层类型。(2)在基层设计中,要达到防卿泥、防冰冻、防水、提高结构层承载力的目的,在高等级公路上以采用水泥稳定砂砾、二灰稳定碎石较为理想。(3)为减少混凝土面板与基层的摩阻系数,预防混凝土面层开裂,宜采用有一定透水或吸水能力的基层,不宜在原有旧水泥混凝土路面或黑色路面上加铺水泥混凝土层,如必须利用旧路面时,应加砂类松散材料垫层。(4)水泥稳定类基层厚度不宜小于18cm,二灰结构不宜小于25cm,否则形成不了板体。同时材料的级配、含泥量等其他指标必须严格执行设计规范要求。 三、完善面层设计 混凝土面层直接承受行车荷载和自然因素的作用,直接体现使用功能的好坏,同时又是混凝土路面的承重结构。混凝土面板应保证表面平整、耐磨、抗滑。1、面层在设计中必须保证面层具有足够的结构强度、良好的温度稳定性、耐磨、抗滑、平整和不透水,杜绝因设计考虑不周导致路面在使用期限内产生裂缝、断板、露骨、麻面及脱皮等破坏现象。2、对路用水泥要加以选择,应采用抗折强度高、收缩小、耐磨性强、抗冻性好的道路硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。3、控制砂石质量,特别要控制含泥量指标。据有关研究资料表明:含泥量增加1%,混凝土的强度将会减少10%。为此,含泥量决不允许超标,并且规定:砂子含泥量要控制在2%以内,碎石含泥量不允许超过1%。同时对碎石中针片状颗粒含量也要严格控制,不允许大于10%,以保证混凝土路面的强度和耐久性。砂石材料的其他指标要符合设计规范。4、要重视混凝土路面各种接缝的设置。混凝上面层是由一定厚度的混凝土面板组成的,具有热胀冷缩的性质。由于东北地区四季气温的变化明显,混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。白天和夜间温差较大,以及板自重和车轮荷载等的约束,造成板的断裂或拱胀破坏。为了避免这些缺陷,水泥混凝土路面需要设置纵缝和横缝,接缝设计应满足规范要求。5、对特殊路段、特殊部位,如路基填挖交界处、圆管涵及箱涵处或板下埋有地下设施等土质不均匀容易产生路基不均匀下沉的路段,宜加设钢筋网,使这些部位受力均匀,缓解和防止路基不均匀下沉,从而避免混凝土板开裂。 四、线型设计 针对原有道路改造的特点,在道路设计中原则上尽量利用原有的道路结构层。但个别路段,如视线不良、急弯、陡坡等就必须进行规范调整,以满足行车安全舒适要求,避免发生各种交通事故。 混凝土道路设计探讨:基于地区特点的水泥混凝土道路设计的一些探讨 摘要: 水泥混凝土道路是我国交通运输的重要支柱,在我国经济建设和人民生活中起着极为重要的作用。但随着经济的发展,公路交通负荷越来越大,且呈现出越来越为明显的地区差异,原有设计理论和施工工艺的很多缺陷被暴露出来。本文以《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)为基准,以广东省江门市为例,就基于地区特点的水泥混凝土道路设计策略进行简要的探讨。 关键词: 新版规范 ,交通负荷, 水泥混凝土路面设计 ,软土路基 1 引言 作为我国交通运输的重要支柱,水泥混凝土道路在我国经济建设和人民生活中起着极为重要的作用。近年来,随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,公路交通负荷越来越大,且呈现出明显的地区差异。面对越来越大的交通负荷,原有设计理论和施工工艺的已经不能满足新时期公路交通运输的需求。为此,中交公路规划设计院有限公为根据交通运输部有关要求,负责了原规范的修订编写工作,根据国内外近年来水泥混凝土路面科研成果和技术资料,在对我国已建和在建公路水泥混凝土路面全面技术调研的基础上,广泛征求了广大专家和业界的意见,完成了《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)(以下以《新规范》简称)的编写工作,给予水泥混凝土路面的设计以更为科学的指导。下面,本文以《新规范》为基础,结合广东地区特点,以广东江门市滨江新区新南路东段项目为例就如何针对地区特点设计水泥混凝土道路进行简要的探讨。 2 项目地区特点 江门市滨江新区位于江门市北部,定位为具有现代化气息、功能完善、环境优美的滨水园林新城区。滨江新区距广州、珠海、澳门均不足100公里,且江门市内有客运码头,周边还有3个包括可泊万吨级远洋货轮的新会港在内的货运码头。中江、江珠、江鹤三条高速公路在区内交汇,珠三角城际轻轨快线在区内预设站点,再加上港珠大桥的规划建设,江门市将成为港澳通往西南的重要交通中转站。气候方面,江门市属南亚热带海洋性季风气候,夏秋盛吹偏南风,常有台风侵袭且夹带暴雨,风力最高可达12级,冬春季节则多吹偏北风,常受寒潮影响出现霜冻或低温阴雨天气。根据资料统计显示,年平均降雨量在1800mm左右,汛期为4月至9月,集中了全年80%左右降雨量。项目所处地貌属于三角洲边缘淤冲积地带,多为鱼塘、农田,孔口标高在+2.05~+3.19m(黄海高程)之间,场地附近有江门断裂和木朗断裂,地震基本裂度为Ⅶ度,具有“频度高、震级小”的特点,场地和地基属于稳定类型。项目场地内地下水和地表水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋结构均无腐蚀性,但对钢结构具有弱腐蚀作用。 3 新南路东段水泥凝土路面设计方案策略 3.1 结构组合设计 在2002版规范中,在结构组合设计方面仅规定了路床填料、路堤设计标高、路基压实度等设计标准,路基压实度也是以《公路路基设计规范》(JTJ013)作为标准执行,随着《公路路基设计规范》(JTJ013)的废止,《公路路基设计规范》JTGD30的推行使路基设计要求更为明确,但依然存在许多模糊的地方。2011版新规范明确指出了不同交通荷载等级下路床顶面综合回弹模量值要求,考虑新南路承担交通出行和货运交通的功能和未来服务能力,应当保证路基综合回弹模量值达到60Mpa以上,并采用重型击实标准保证路基压实度。同时还应考虑在面层加铺热沥青混凝土增强纤维,提高路面抗性,减少路面开裂等现象,延长路面使用寿命,以免因后续维修影响城市交通正常运行。为了避免4~9月份汛期集中全年80%左右降雨量所带来的地表冲刷和渗入影响,应当加设地下排水措施并加设排水垫层,同时采用抗冲刷能力强的材料进行稳定处理。为进一步提高排水效果,避免产生积水,路拱横坡应有2%左右坡度,路肩横坡应有3%左右坡度,同时设置纵向集水沟和集水管,提高路面排水能力。 3.2 纵横断面和接缝设计 新南路东段项目多处鱼塘、农田等地块,项目沿线需要大量填方,其现状道路标高为4.29m,主要交叉口规划标高均为4.0m,周边土地利用规划标高在3.63~5.50m之间,人工水系最高水位为2.0m,设计行车速度为60Km/h。充分考虑交叉路网、平纵组合、土方平衡、排水顺畅、地下管线、节省投资、用地规划等因素,为了避免不当的平纵组合,构建出安全什么的行车平纵线形,根据2011版规范,整个项目2.98km路面共设9个变坡点,最小坡度为0.3%,最大纵坡1.142%,以满足排水要求。 在横断面设计时,必须考虑景观要求、远期交通量、道路衔接、沿路两侧用地规划等。新南路东段属于城市道路,且滨江新区定位为滨水园林城区,景观要求较高,同时随着地区经济的发展,未来交通量变化极大,必须为增加车道留下余地,同时还需要同新南路西段横断面衔接,因此采用2.5m(预留用地)+2.0m(人行道)+1.0m(绿化带)+3.0m(非机动车道)+4.5m(边分隔带)+15.5m(机动车道)+3.0m(中央分隔带)+15.5m(机动车道)+4.5m(边分隔带)3.0m(非机动车道)1.0m(绿化带)+2.0m(人行道)2.5m(预留用地)=60.0m(道路红线宽度)的标准横断面布置。 江门区气温变化不大,但考虑冬春季节容易受寒潮影响出现霜冻或低温阴雨天气,需要路面具有较好的伸缩性,路面采用矩形板块布局的形式,设置横向接缝和纵向接缝。由于新南路段交通负荷较大,横向接缝应当采用传力杆假缝形式进行处理,同时对路面与路肩之间的纵向接缝设置螺纹钢筋作为拉杆。此外,为了避免汛期雨水冲刷和渗水造成路面损害,还应当采用同接缝槽壁黏结力强、回弹性好,能适应板块收缩的填缝材料进行填缝处理,如硅酮、聚氨酯类填缝材料。 3.3 路基设计 由于本项目均为填方路基,根据2011版规范相关标准,应当优先采用砾类土、砂类土等粗粒土作为填料,严禁采用强膨胀土、淤泥和有机土填筑路堤。对于渔塘、农田等浸水部分路基要禁止采用粉质土填筑,宜采用渗水性较好的土作为填料。桥涵台后和填控方交接处要设置过渡段,并采用碎石、砾类土、砂类土来填筑,同时采用分层压实的方法,保证压实度不低于96%。考虑全线道路填方高度大,且沿线多规划为居住用地和自然村,边坡防护宜采用草灌护坡进行临时防护,对于容易受洪水冲刷路段,则采用植物与浆砌片石结合的方式进行防护。 4 结束语 总的来说,在水泥混凝土路面设计时,应当详细分析地区地质、水文、气候特点,并根据公路等级和交通荷载强度,尤其是未来荷载强度发展趋势,严格按照2011版《新规范》设计公路结构组合、接缝、配筋等,避免无意中走进2002版规范的误区引用老标准进行设计,只有这样才能真正保证公路质量和使用寿命,提高其交通运输承受能力。
1引言 对工程项目的质量检测,需要严格遵循国家出台的法律法规,严格按照工程建设的强制性要求以及设计的文件等进行检测,对于建设工程中所使用到的材料、装置以及其使用性能等,都要进行详细的检查和多次的试验,这样才能保证其质量问题。这几年以来,我国的经济得到了不断的发展,相应的建筑工程数量也在不断的增加,因此,相关的从业人员应该加强对质量检测工作的重视。 2相关的工程检测方式 2.1破损性的检测方式 所谓的破损检测,就是要求对建筑项目采取科学有效的检测方式,还能够对其他一些建筑的部位采取破坏性的试验活动,从而达到良好的检测效果。这种破损性的检测方式在具体的项目工程建设的过程中,还要根据建筑项目的实际情况来作进一步的确定,要严格按照标准规范检测的过程。由于破损性检测存在一定的不足之处,所以在检测工程项目的时候,在一定程度上会对建筑工程结构带来破坏。因此在实际的操作过程中,一切都要根据具体的情况来分析,从而增强工程检测的控制。 2.2无损性的检测方式 无损检测是一种间接性的检测方式,它在工程质量检测中具有很重要的作用,其通过检测建筑项目中一些不同的物理量,然后对相关的一些信息参数做进一步的计算,按照建筑工程项目的施工设计的标准,判断其施工的质量是否符合标准。这种无损性的检测方式对建筑项目的结构不会造成破坏,其检测的准确度较高,因此对于建筑项目中的很多部位都能够采用无损性的检测方式。 3建筑工程质量检测中存在的不足之处 3.1检测部门工作落实不到位、检测设施落后 对于建筑工程检测部门来说,其主要是依赖专业技能和素质高的工作人员,和相关的一些检测设施来展开工作的,但是,由于检测部门过于依靠各监督的部门,因此直接影响了各检测部门在有关设备中的更新工作,对于相关的工作人员也缺乏专业知识的教育和训练。相关机构对质量检测工作的重视程度不够,导致一些检测工作人员在工作中缺乏积极性,导致其检测效果不佳。如果检测的结果出现了误差,而检测的设施又较为落后的情况下,可能会导致不合格的材料顺利通过检测,进而导致建筑工程的质量问题无从找到质量的依据和保障。 3.2建筑工程质量检测的市场不规范 由于建筑工程检测的市场不规范,导致在市场上出现一些违反市场规则,开展一些恶性竞争的企业和个人。因为检测市场的体制机制不健全,导致在工程质量检测的过程中,那些不良企业和个人对施工方出示虚假的报告,这种情况在市场上经常能看到。另外,还有些一些检测单位在工作中所收集的数据不够精确,在处理数据的时候不认真。这些恶性问题都是由于检测市场的不规范造成的,检测部门没有发挥其重要的监督作用,从而导致工程的隐患。 4工程质量检测在建筑工程中的作用 4.1增强结构实体检测性能 在建筑工程施工的场地,进入施工地点的所有成品以及材料在通过质量检测之后,一定要强化其结构实体的检测,综合建筑工程项目的实际情况,按照施工设计的相关标准,在正常的维护和使用的情况,以及满足施工设计的要求下,务必要确保建筑工程符合性能高、持久性强、安全性高等要求。建筑工程的施工会受到很多不同因素的影响,从而给建筑项目的使用性能带来损害。在检测建筑项目的结构实体的过程中,要合理评估建筑项目的可靠性,增强建筑结构的持久性以及安全性,保证建筑项目的施工质量。 4.2节能性检测 这几年以来,我国在建筑领域方面实现了一个较为迅速的发展,在可持续发展这个大环境下,节能检测成为了建筑项目检测过程中一个重要的内容。在具体的检测过程中,主要是对建筑项目的分户墙以及外墙的保温、门窗性能等展开节能性的有效检测,检测采暖空调设施的使用性能,以及其构成材料和隔热保温系统的性能,在综合建筑项目的实际情况,完善建筑节能的项目规划,按照建筑项目的节能设计要求,采用符合条件的节能的产品以及节能的材料。 4.3减少造价 在建筑工程检测的过程中,有关工作人员要认真排查建筑材料,挑选出符合要求且性价比较高的材料,从而减少建筑项目所需要花费的资金。另外,还要根据工程检测出来的结果,采取相应的措施解决建筑项目中存在的质量问题,避免出现返工的情况。另外,不仅要展开合理有效的工程质量检测,而且还要针对性地进行指引和创造一个规范文明的市场环境,从而促进建筑项目的不断发展。 4.4提升工程的效率 通过科学有效的工程质量检测,在建筑项目施工的过程中,采取相应的解决措施和方法,增强对质量的控制,可以减少施工的时间,尤其是在建筑项目施工的过程中,依照工程检测出来的结果,有利于建筑项目施工的相关工作人员做出一个较为准确的规划,进而加快施工的速度,提升建筑项目施工的效率。 5结束语 对于建筑工程的质量控制,要选择合理有效的工程检测方式,相关的督促单位也要对存在的问题进行及时的处理,另外,在具体的工程检测中,还要综合考虑建筑项目的实际情况,规范工程检测的过程,强化对建筑项目的质量检测,进而提高建筑项目的质量。 参考文献 [1]杨显志.刍议工程质量检测在建筑工程中的作用[J].建筑与装饰,2018(7):107,110. [2]吴亦军.建筑工程桩基检测技术实践与探析[J].建材发展导向(上),2017(8):284-285. [3]王文忠.工程检测对建筑工程质量控制的影响及重要性分析[J].中国新技术新产品,2015(16):135. [4]黄良平.浅谈工程检测对建筑工程质量控制的重要性[J].城市地理,2016(02):127. [5]奚俊峰.探讨工程检测对建筑工程质量控制的重要性[A].《建筑科技与管理》组委会.2015年4月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].《建筑科技与管理》组委会,2. [6]叶晓雁.建筑工程桩基静载试验检测存在的技术问题分析[J].中国房地产业,2017(22):125. 作者:赵小强 邹大圣 陈登科 陈 霞 王世俊 单位:重庆信达工程检测技术有限公司
作为保障路桥工程施工建设耐久性功效的目标,会因防水施工技术优劣而出现不同效果。基于此现状,相关建设人员应从实践角度出发,即要明确损坏问题出于何种原因,也要找出防水施工技术优化控制的方法策略,才能够获得良好施工实践效果。 1道路桥梁施工中防水施工技术应用必要性 道路桥梁施工中防水施工技术应用必要性体现在许多不同方面,以下从减少不良环境影响、提高施工整体质量、增强设计合理性、确保材料合理配置等方面出发,对于道路桥梁施工中防水施工技术应用的必要性进行了分析。 1.1减少不良环境影响 道路桥梁施工中防水施工技术应用对于减少不良环境对于施工的负面影响有着很大帮助,大量技术研究表明,对于道路桥梁工程项目来说,渗水现象的出现,直接会影响地基结构的作用稳定性,从而导致路面发生裂缝或是翘皮等病害。这种情况,不仅会降低道路桥梁工程建设使用的安全稳定性,还会降低其耐久性。为此,相关建设人员施工技术角度,做好的防水工艺控制,保护路基结构不受路桥施工建设不良环境的影响。值得注意的是,道路桥梁施工中防水施工技术的应用效果,应在明确当前损坏问题出现原因的基础上找出技术控制工作的开展方向,从而使工程建设采取的措施方法具有一定针对性与适用性。 1.2提高施工整体质量 道路桥梁施工中防水施工技术应用能够提升施工的整体质量。这本身也是提高道路桥梁工程项目施工建设整体质量的重要课题,研究人员应将其技术优化成果服务于当前现代化经济建设背景下的交通运输业,以缓解其所面临的车流量压力。这种情况若有道路桥梁工程的整体性能果降低,进而影响各部分结构使用寿命达不到设计要求,防控整体质量风险,应用道路桥梁施工中防水施工技术就有了很强的时效性。 1.3增强设计合理性 道路桥梁施工中防水施工技术应用可以增强设计本身的合理性。在道路桥梁的设计阶段中,常因设计人员的工作经验欠缺以及与工程建设实际情况的结合脱节,而使结构的防水要求未得到充分满足。这种情况下,路桥就会受负载以及冷热环境的作用影响,出现不同程度的裂缝与开裂问题。而与之对应的防水结构欠缺,相应的使用寿命也会随着破损而下降。因此对于道路桥梁工程项目的防水结构施工,相关技术人员要严格遵循相关的设计操作规范进行施工,并提升结构基本功能的应用持续性。 1.4确保材料合理配置 道路桥梁施工中防水施工技术应用还能够确保施工材料配置的合理性,因此相关建设人员应在此基础上找出施工材料应用的控制方法。在道路桥 梁施工过程中,施工材料的性能质量直接影响其作用效果的发挥。为此,相关人员在采购防水施工材料时,要将黏滞力、无缝式防水性能、拉伸性能以及吸持表面体性能等作为重要的选择依据。此外,由于道路桥梁工程所处市场环境的多元化发展,使得各类具有先进性应用效果的新型防水材料投入施工使用。然而,此类施工材料的应用会加大建造成本,因此防水施工技术人员要结合工程建设的实际情况,把好钢用到刀刃上,在适当的位置以及不稳定影响因素较大的位置,应用新型施工材料,从而提高道路桥梁工程项目整体的安全稳定效果。 2道路桥梁施工中防水施工技术应用 道路桥梁施工中防水施工技术应用并不是一项简单的工作,以下从增强技术应用综合性、完善施工方案编制、构建系统化防水体系、强化后续养护工作等方面出发,对于道路桥梁施工中防水施工技术应用进行了分析。 2.1增强技术应用综合性 道路桥梁施工中防水施工技术应用有助于增强施工的综合效果。道路桥梁施工中,防水施工技术应用过程出现的材料性能质量问题、设计问题以及技术局限,使得结构作用效果与工程建设需求存在一定差异,这就降低了路桥工程建设使用的安全性与耐久性。为此,研究人员应结合当前施工建设过程所处的市场环境以及实际施工情况,通过科学配置防水施工材料、规范施工方案编制环节以及构建防水体系,来解决目前结构在实践过程中出现的裂缝以及开裂问题。事实证明,防水施工技术人员应细化道路桥梁施工中的每个环节,进而降低外界不良因素以及材料和技术等内部因素给结构带来的不良影响 2.2完善施工方案编制 道路桥梁施工中防水施工技术应用的关键是完善施工方案编制工作。针对道路桥梁工程编制施工技术应用方案的不合理问题,相关建设人员应通过提高施工方案编制环节的规范性,避免工程项目因未全面考虑具体施工情况的限制,而降低路桥结构稳定性。以排水功能的设计过程为例,工程建设人员应根据路桥工程项目所处的实际情况,将科学技术应用于施工方案的规划编制工作当中。这样一来,不仅本工程项目的施工设计方案得到了大幅度的优化,还能为其他工程的施工建设提供借鉴,进而找出与实际情况相符的防水施工技术应用策略。此外,由于目前市场环境中的防水材料种类较多,施工技术人员要根据工程建设的实际情况选用防水材料,以提高结构作用的整体效果。 2.3构建系统化防水体系 道路桥梁施工中防水施工技术应用离不开系统化防水体系的支持。由于道路桥梁施工中的防水系统质量与工程项目建设使用的稳定性有着密切关联。为此,施工技术人员在构建防水体系的过程中,要通过控制两方面影响因素来实现体系应用的目标实现。一方面,相关人员要保证路桥施工使用材料的监督管理实效,即保证材料满足设计使用要求。另一方面,相关建设人员还要注重施工工艺的应用控制,将现有的科学技术充分利用起来,以提高施工工艺水平。 2.4强化后续养护工作 道路桥梁施工中防水施工技术应用还需要后续养护工的支持。对于实际施工过程的运输作业,不能在完成拉毛处理的混凝土表面上进行。如难以避免,则应采取行之有效的防控措施,来避免结构可能出现的破损问题。当防水层施工完成后,应在沥青混凝土结构铺装层施工前,注重对其的养护。即保证结构表面严禁进行倒车或是急刹车操作。此外,在对道路桥梁喷涂防水涂料时,要对防撞墙进行遮挡,而且防撞墙的底部涂刷作业,应采用辅助人工的方式来提高施工操作的灵活性。保证路面的清洁与平整,这是保证路桥防水施工质量的关键。 3结语 这是实现当前现代化经济建设背景下道路网络建设可持续性目标的关键,施工技术人员应将其作为重点研究对象,并且实际进行施工前,施工技术人员要对路面的平整效果进行检查,即是否存在污渍或是泥沙等现象。如不合格,则要采取必要的控制措施来满足施工要求,毕竟打好基础才能够为道路桥梁施工水平的提升起到关键性的助益。 参考文献: [1]袁豪杰.道路桥梁施工中防水施工技术浅析[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2018,7(5):21-23. [2]杜娜娜.道路桥梁施工中防水的施工技术[J].交通世界.2017,11(5):34-35. [3]卢清水.道路桥梁施工中防水的施工技术分析[J].低碳世界.2017,3(25):71-72. [4]田琳琳.道路桥梁施工中防水的施工技术[J].中国新技术新产品.2016,6(25):22-24. 作者:高凯 孙英阁 杨蕾 单位:河南瀚州建设工程有限公司
1引言 随着城市经济和城市化进程的发展,对社会公共服务质量要求逐渐提升,而地下管廊施工技术就是有效优化城市发展问题的途径。 2城市地下管廊建设原则和现状分析 2.1地下城市管廊的基本原则 第一:遵循严格施工标准原则。在管廊地下施工过程中,整体的施工结构、施工设计以及施工细节都需要按照最高施工标准进行,这样才能优化每个环节城市地下管廊的质量,确保工程的安全性和稳定性。在进行地下管廊规划时,还需要综合分析城市规划和发展,确保管廊、管线以及断面尺寸能够与城市发展需求有效适应,为城市发展奠定优质的基础。与此同时,城市地下管廊是一项隐蔽性工程,工程使用年限非常久,一般是一百年以上。因而在管廊施工中,为了城市管廊施工需求,应该确保地下管道施工质量,完善施工的耐久性和抗震性。这样既可以提升城市地下管廊的使用年限,而且还能减少管廊维护费用,提升工程经济效益。第二:坚持科学规划设计原则。在城市地下管廊施工中,相关部门需要全面分析地下管廊情况,结合综合性分析评估方法和数据,优化城市地下空间的管理和控制,为城市管廊施工奠定基础。与此同时,城市地下管廊规划设计人员还需要确保管廊建设的可行性,构建合理规划目标、完善附件设施、强化投资评估等环节,为城市地下管廊的后期运行提供保障。第三:坚持共同协作、共同监督的原则。在城市化发展的进程中,综合性城市管廊结构对城市发展局势有着重要影响。因而在实际的建设规划中,需要结合城市地下交通、地下隧道以及地下空间的规划设计,综合考虑城市管廊的规划和设计,进一步提升管廊施工的合理性。另一方面,还需要全面优化地下管廊施工的各方协作,强化施工协作、施工投资以和施工管理等方面的合作,落实法律法规在规划管理的应用,进一步保障城市管廊建设的发展。 2.2城市地下管廊施工技术要素分析 在当前的城市地下管廊施工中,各种施工技术和方法都存在优缺点,直接影响着地下管廊施工质量。明挖现浇法就具有施工费用低、工期短的优势,但是对交通影响较大,影响城市发展。与此同时,城市地下管廊施工要点还包括:断面形式分为包含矩形和圆形;隔断形式包含单腔和双腔;施工方法包含明挖现浇法、明挖预制拼装法以及盾构法施工技术等。另一方面,在传统的城市地下管廊施工中,管线敷设和地下管廊两种方式是主要的建设方式。传统管敷设方式的开挖直埋、夯管、定向钻等都具有各自的优缺点,对建设施工有一定影响。例如,开挖直埋的建设方式的工作范围较广,需要较多的人力资源和设备资源,成本消耗较大。同时,开挖直埋方式还存在破坏环境、工期长的施工难题,不利于距离较长的管廊铺设施工。反正,城市地下管廊施工方式就具有比较大的优势,不仅可以提升城市地下空间利用效率,落实城市管廊的分散管理,而且还能为管道检修和维护提供便利,为城市发展奠定优质的地下管廊环境。 3明挖现浇法城市地下管廊的具体施工工序 3.1城市地下管廊维护结构施工工序 首先:选择合理的围护结构,奠定结构基础。在城市地下管廊的发展中,需要根据管廊顶板、侧壁厚度以及基坑面积,采用合理的管廊维护结构,这样才能确保管廊维护质量。例如,当施工区域地下管廊顶板侧面厚度薄、基坑面积和深度不足的时候,就不能利用钻孔灌注桩以及SMW等大规模维护方法,影响管廊维护结构的施工质量。其次:拉森钢板桩及H型钢围檩施工技术。在城市地下管廊中应用明挖现浇法技术,可以充分考虑管廊的标高和地下水位,综合利用拉森钢板桩及H型钢围檩,可以进一步避免基坑底部隆起,保障基坑施工的安全性,提升地下结构的承载力。最后:根据城市地下管廊施工状况,选择合理的钢管支撑。如果城市地下管廊施工中,管廊底部土地的水分过足、承受力小等情况,就需要适当降低围檩和支撑高度,进一步避免基坑底部隆起、拉森钢板桩位移现象的发生。另一方面,为了有效保障城市地下管廊侧墙顶板浇注的质量,完善其整体结构的防水功能,可以有效利用底板换撑的方式进行施工,提升混凝土的养护强度,确保管廊钢管支撑质量。 3.2城市地下管廊主体构造的施工工序 在进行城市地下管廊施工过程中,不仅需要全面掌握施工环境的分析和勘查,而且还要合理落实每个环节、每个时间段的施工技术,这样才能保障地下管廊施工的顺利进行,确保工程建设进度,避免过度影响城市交通和发展。当城市地下管廊施工中采取明挖现浇法时,需要对城市交通设施进行隔断处理,对施工周边区域进行保护,构建优质的施工环境。例如,在城市地下管廊明挖现浇法施工进行模板和混凝土施工时,模板可以采取传统的木模+木檩条+钢管撑的结构方式,在拉螺杆的中间部位衔接止水钢铁片,这样不仅可以巩固地下防水结构,而且还能提升防水质量。当城市地下管廊的模型混凝土拆模后,需要及时切断拉螺栓的突出部分,再利用水泥浆进行修补和维护,确保模型结构的完整性。通过这样的方式,可以进一步强化混凝土模型的结构质量,确保混凝土的密度,为地下管廊施工提供保障。另一方面,在进行城市地下管廊明挖现浇法施工中,还需要全面掌握施工缝的伸缩方向,综合考虑混凝土结构的伸缩变形趋势,采用合理有效的可拆卸式止水伸缩缝,保障城市地下管廊明挖现浇法施工质量。在管道安装前需要有效完善混凝土结构的缺陷处理、优化钢板表面的光洁度,综合利用压块固定橡胶止水带,全面实现伸缩缝结构的处理。与此同时,在进行下阶段的伸缩缝混凝土浇筑前期,还应该将挤塑聚苯板贴合两端混凝土的衔接部位,这样可以有效避免混凝土的伸缩变形,还能够巩固橡胶止水的作用,提升混凝土结构的强度。通过这样的方式,可以为城市地下管廊明挖现浇法施工提供良好的混凝土结构质量,强化明挖现浇法施工基础强度,全面提升地下管廊施工质量。另外,地下管道防水性是管廊质量和性能的评估要点,对管道的正常运行有着重要影响。通过结合明挖现浇法施工技术,完善自防水和外部防水的综合性能,进一步提升管廊两道的防水质量。例如,在明挖现浇法施工应用中,可以利用C35P6的防水体系,在地下管廊侧壁穿管处安装防水钢板,在管道衔接处利用橡胶防水带,提升管道自身防水质量。同时,在进行外部防水施工时,可以合理利用非固化沥青防水涂料,对混凝土的空隙和裂缝进行填补,进一步提升混凝土的防水质量。通过这样的方式,可以全面优化地下管廊施工的质量,为管廊的正常运行提供优质保障。最后,在城市地下管廊的建设中,如果涉及大规模的开挖方式,可以有效结合井点降水的施工方法,全面路落实土石的挖掘以及管道铺设。通过这样的方式,可以避免围护结构施工,提升管道施工时间和质量,提升了管道施工的效率。另一方面,城市地下管廊的施工中,还可以利用屏风式施工技术,落实“随挖随撑”的施工原则,对管廊基坑进行合理的挖掘。同时,在基坑挖掘的过程中,还应该合理规划基坑的排水降水措施,与地下水区域保持适度的距离,避免发生渗水的现象。通过这样的方式,可以进一步提升明挖现浇法施工价值,提升城市地下管廊施工质量,为城市运行提供保障。 4明挖现浇法在城市地下管廊施工应用途径 在城市化进程中,为了全面提升城市地下管廊的运行质量,推进城市经济和环境的全面发展,可以从几个途径进行落实:第一,全面优化标准化建设目标,落实地下管廊施工的严格性和规范性。城市地下管廊是城市发展的命脉,对城市未来发展和规划有着重要意义。因而,城市地下管廊规划设计需要具有前瞻性,需要综合分析城市发展趋势,合理优化城市地下空间,为城市发展奠定良好的管道布局。第二:进一步强化城市管道的拼接技术,提升管道的运输质量。在明挖现浇法技术的应用中,需要重视管廊模块的衔接,确保管廊长度得到有效的控制,进而实现长距离管道施工。第三:城市地下管廊施工技术是工程建设的保障,通过协调相关科学技术,落实地理信息技术的监督管理作用。这样不仅可以实现地下管廊信息的共享,进一步提升城市管廊的管理规划质量。 5结束语 总而言之,在城市地下管廊发展过程中,全面利用明挖现浇法技术优化管道施工质量,提升城市的地下发展空间,为城市规划营造良好环境。通过优化城市地下管廊结构、防水性能,可以提升管道的使用年限,提升管道工程的经济效益。 参考文献: [1]佚名.明挖现浇综合管廊防水设计与施工技术探讨[J].中国建筑防水,2018. [2]李文峰,董小三,宋立明.城市地下综合管廊防水施工技术要点[J].智能城市,2017(6):99. [3]姚守龙,王志鹤.关于城市地下综合管廊的施工技术研究[J].绿色环保建材,2017(1):111. 作者简介:吴博(1986—),男,汉族,海南海口人,本科,助理工程师,研究方向路桥。
儿童玩具是指专供儿童游戏使用的物品。根据心理学家关于儿童发展规律的研究,在人一生的认知发展过程中,玩具对人——尤其是儿童认知能力的提高起到非常好的促进作用。根据AyresA.J对脑功能研究成果以及其1972年提出的感觉统合理论(SensoryIntegrationTheory),儿童的注意力不集中、学习成绩差、做作业拖拉、多动、紧张、胆小、退缩、爱哭、不合群、吃饭挑食或暴饮暴食等性格障碍都是由于儿童大脑对身体感觉统合的障碍所造成的。感觉统合理论认为,人类生存需要的最基本、最重要的感觉是触觉、前庭觉、运动觉。其中,触觉是指分布于人的身体皮肤上的神经细胞接受外界温度、湿度、疼痛、压力及震动的感觉;前庭平衡觉是利用内耳的三对半规管及耳石来探测地心引力,控制头部认知方向、保持身体平衡。运动觉是来自于人的身体内部肌肉、关节的感觉,是了解肢体位置与运动的感觉。当人的大脑和身体相互协调的学习过程没有感觉统合时,大脑和身体都将停止发展。因此,玩具设计对于儿童早期,尤其是7岁之前儿童的生理、认知和情绪的发展都有着不可替代的重要作用。玩具设计不仅能够帮助儿童调动大脑的思考和身体的运动,还能够让儿童在玩的过程中培养积极、主动的探索能力,在多人共玩的情境中培养社会认知和情感的全面发展。材料作为玩具设计的载体,对玩具结构的实现和功能的最优发挥起到直接的影响。玩具设计的选材不仅要考虑儿童的需求,玩具的工艺结构特点,还需要考虑经济成本、安全等问题。本文在探讨儿童玩具设计选材影响因素的同时,针对金属玩具分析儿童玩具设计中的各种金属材料特征、金属材料应用的结构特点、金属玩具的连接形式、以及玩具产品中金属材料的加工工艺,以期为未来交互性玩具设计提供指导。 一、儿童玩具设计选材影响因素 产品的设计选材受到使用安全、环境保护、功能结构、用户体验等多个方面的影响。以下主要从产品性能(抗腐蚀、抗冲击、轻量化、化学安全性)、加工工艺(着色、成型)、以及用户体验(清洁、科学趣味性、安全性、可操作性)三个方面展开对儿童玩具设计选材影响因素的探讨。 (一)产品性能 (1)腐蚀儿童尤其是婴幼儿在进行玩具娱乐时,经常伴随舔咬方式,与此同时,酸性饮料等儿童身边的其他物品也会有腐蚀玩具的可能性,因此儿童玩具需要考虑具有较好的抗腐蚀性。(2)冲击儿童由于各种原因,会经常扔、摔玩具,所以玩具需要基本的抗冲击能力,以使其即使在儿童不断反复扔打的情况下也不会发生开裂,断裂,或者有小毛刺的情况。(3)重量儿童身体力量比成年人要小得多,并且有50%的木玩具是设计给婴幼儿使用的,所以对于那些要经常拿起来玩的玩具(除一般不移动,或者不能拿起搬起的玩具)要使用比较轻的材料,避免伤害儿童的肌肉。如松木、橡胶木等都是较轻的木材。(4)化学安全性由于木材材料自身可能会有致敏因子,板材、塑料玩具里面的胶粘剂也可能会含有甲醛、苯等影响儿童健康成长的化学物质,所以儿童玩具选材时应该尽量选择那些不含有化学物质,或者含有不伤害人体的物质、无毒无味的材料。 (二)加工工艺 (1)着色儿童玩具的一大特点就是色彩缤纷,鲜艳的颜色能够吸引儿童玩并且叫家长购买,所以玩具经常需要色彩涂饰。易着色的材料在生产过程中将能够很大地提高生产效率。同时,着色效果好容易使得产品更加美观,更能吸引儿童以及成人消费者。(2)成型材料在加工过程中如果结构造型易得出,可以很好地提高生产效率。玩具通常都有各种不同的形状,一个玩具生产商不会只生产一种形状的玩具。所以,选择容易加工成各种形状的材料,通过最简单的步骤就能得出结构,是商家减少时间成本的一个好方法。 (三)用户体验 (1)清洁儿童玩具会被儿童舔咬,又会被他们带到各种场所,自然会滋生很多细菌。所以方便家长清洁的材料能使家长更加轻松。选择一些表面光滑,能够耐受清洁剂的材料就显得至关重要了。(2)科学趣味性儿童玩具的设计应当立足于开发有利于儿童身心健康和提升儿童智力。玩具外观的设计除了应当具有较强的功能语意,还应该具有较好的意义所在。在培养儿童创造力和兴趣的同时,能够充分调动儿童之间相互互动的积极性,以及调动儿童探索大自然、探索科学的积极性,是进行玩具趣味性语意表达、构成玩具意义的重要方面。因此,儿童玩具的设计选材还应该在满足产品性能和使用安全等基本需求的同时,从材料的趣味性语意表达出发进行设计。(3)安全性玩具的消费者一般是适龄儿童,而这些人群是比较弱小的,在身体和心智上的不成熟使得他们最易受到伤害,所以要重视玩具的安全性。为保障儿童的安全,给幼儿的玩具尽量不要含有可拆卸的碎小部件,以防止儿童吞食。玩具的选材、材料加工方式、玩具的结构等因素是保障玩具安全性的重要条件。在玩具设计的用材中,塑料玩具和木材玩具更容易因为材料的安全性问题造成使用隐患,带给儿童家长不安全的心理疑虑。(4)可操作性儿童玩具的可操作性主要是指儿童在使用玩具玩耍过程中,不会认为玩乐太过困难而放弃、不会因为不懂如何玩乐而沮丧、不会因为不明白玩具如何操作而丧气。因此,玩具设计需要针对每个年龄层儿童的认知、生理和社会情感的特点,进行玩具的可操作性设计,以便儿童在使用玩具时不会有太大困难,或者可以根据指导完成操作或使用行为。根据瑞士儿童心理学家皮亚杰的儿童认知发展理论,儿童的认知发展包括感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段。由于每一阶段儿童的活动和认知方式都不同,因此儿童玩具的可操作性需要根据认知发展理论考虑如何设计玩具帮助儿童理解世界。 二、玩具设计中的各种金属材料特征分析 根据市场调查,玩具的适用年龄已经从低龄儿童扩大到了更广泛的年龄群体。大多数的金属玩具设计中的金属材料都避免了使用重金属材料。由于玩具的大部分受众仍然是0-14岁的低龄儿童,根据玩具的不同需要,大多金属质地较软且不含重金属。且由于使用者年龄问题,这类金属玩具通常不会设计易造成伤害的棱角或破坏性功能。根据玩具的娱乐特性,儿童玩具可以分为竞技性玩具和娱乐类玩具。在竞技型玩具中,金属材料的耐磨性更强,寿命更长,为玩具提供了强大的抗冲击能力,使其更适合比赛。而娱乐类玩具由于小孩子经常会使玩具掉落或者敲打玩具,金属材料也赋予了其更强的抗击打能力,使用寿命相比传统的木材材料、塑料材料更长。以下分析儿童玩具中的常见金属材料。 (一)铁材料 传统的铁材料已经被玩具产业淘汰,因为一般的铁材料容易生锈,使用寿命和使用环境都对玩具体验造成了影响。市场上的大多数金属玩具都采用了不锈钢材料,而不锈钢的适用范围非常广,由于不锈钢材料具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性,制造出来的玩具不易损坏变形破裂。在使用过程中对使用者和使用环境的要求较低。但不锈钢过于笨重,只适用于大型玩具或者小型娱乐型玩具。同时,由于铁具有磁性,铁材料可以制造小型的益智玩具,如磁铁积木等。 (二)铝材料 玩具中采用的铝材料大多是铝合金。铝合金材料具有许多优点,包括密度低、比强度高,塑性好,可加工成各种形状的型材,并且具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。且铝合金相较不锈钢更为轻盈,适用于各种类型的玩具。目前铝合金材料在玩具设计中已经广泛使用,材料使用量仅次于不锈钢。 (三)铜材料 铜材料质地较软,有良好的导电性,且成本低廉,益智玩具中常常使用铜材料,但铜材料耐磨性太差,且易变形,使用寿命不长,因此使用铜材料的玩具并不多。 三、玩具产品中的金属材料应用的结构特点 (一)折叠式 在金属玩具中,折叠式结构经常使用于益智玩具中,折叠结构是生活中很常见的一种结构,充当着“多功能”和“空间整理”的角色。在儿童玩具设计中,折叠结构通常将大体积玩具进行收纳压缩,或者将儿童玩具中的多功能性融为一体。金属赋予了这种结构十分坚固的特性,在使用过程中玩具不易损坏,且折叠中不易产生磨损,极大地培养了使用者的动手能力,且折叠式结构提供了玩具玩法的多种可能性,使金属材料在这其中极大地发挥了其应该有的作用和特点。 (二)固定式 固定式相较于折叠式显得呆板乏味,但金属材料的稳固性在这时得到了体现,固定式的金属部件使玩具本身更富有质感且抗冲击,在使用过程中,固定式设计相较折叠式更坚固,不易损坏,且由于其本身的固定设计,这种玩具使用寿命更长,突出了金属材料的坚固性。 (三)拆装式 拆装式的金属玩具较少,但仍有部分高端玩具在制造时使用了金属材料,因为拆装式玩具对材料耐磨性要求较高,使用过程中金属材料能够很好地贴合且不易变形,缺点是拆装式玩具较为危险,小部件容易被低龄儿童吞咽下去。 四、金属玩具产品中的连接形式分析 (一)焊接式 大部分金属玩具,例如赛车等一体式玩具都采用了焊接的工艺,采用了加热加压的方法,使金属之间结合紧密不易损坏,但同时焊接后造成的接缝会破坏玩具的整体美观度。焊接式也是大部分金属玩具中都会使用的连接形式。 (二)磁性连接 在金属玩具中,有很多采用了磁性连接的形式,在材料制作过程中加入磁铁材料,使部件之间的连接更加平滑,使用更方便,常常应用于积木等产品。这种磁性连接方式使得本来不稳固的部件之间有了作用力,使用体验更好。 (三)螺纹联结和螺旋传动 金属玩具中螺纹联结和螺旋传动的连接方式同样广泛,这种连接方式所提供的稳固性不比焊接差,且由于金属材料的耐磨性,使得这种连接方式在金属玩具中发挥了巨大作用。但缺点在于长时间不旋紧密会造成松动,且需要定期保养连接部位巩固润滑性。 五、玩具产品中金属材料加工的工艺 儿童玩具中的金属材料常见的加工工艺有铸造、轧制、切削加工、以及表面抛光和镶嵌等。 (一)铸造 铸造是将熔融态的金属浇入铸型后再使其冷却凝固,从而成为具有一定形状的铸件的工艺方法。但它容易造成内部缺失,主要用于制造小型金属玩具的零部件和大型玩具中的某个具有固定形状的小型部件。大多数玩具产品采用的是压力铸造,这种方式制造出来的铸件尺寸精确且表面光洁,组织致密且生产效率比较高,适用于大多数小型玩具及其部件。 (二)轧制 轧制是利用两个旋转轧轮的压力,使金属材料在一定空间内产生变形,这种工艺过程通常用在最初的加工部件或简单的部件上,按轧制温度分为热轧和冷轧。热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制,冷轧则是在室温下对金属材料进行轧制。热轧与冷轧相比,前者的变形抗力小、变形量大、生产效率高,因此热轧更适合于轧制较大断面的部件,以及塑性较差或变形量较大的金属材料;后者的变形抗力大、变形量小,轧制的产品尺寸精确、表面光洁、机械强度较高,因此冷轧更适合于轧制塑性好、尺寸小的金属玩具部件。 (三)切削加工 切削加工是利用切削刀具在切削机床上或手工将金属工件的多余加工量切去,从而达到规定的形状、尺寸和表面质量的工艺。切削加工通常适用于大型的金属玩具部件比如金属飞机模型的机翼等。 (四)表面抛光和镶嵌 表面抛光是利用机械或手工以研磨材料将金属表面磨光的方法。金属材料的表面抛光包括磨光、镜面、丝光和喷砂等效果,这些加工工艺可以让儿童玩具的表面视觉效果更好,看上去更加美观。金属表面镶嵌是指先在金属表面刻画出阴纹,然后嵌入金银丝或金银片等质地较软的金属材料,最后打磨平整、呈现纤巧华美装饰效果的一种金属表面处理手法。经过金属镶嵌的儿童玩具不适宜较小儿童使用。 六、总结 根据以上对玩具产品中的金属材料应用的结构特点、玩具产品中的金属连接形式以及玩具产品中金属材料加工的工艺的分析,可以发现金属玩具由于金属材料的易加工成型特征可以设计成形态各异的玩具形态,在玩具创新设计中有巨大的潜力。尤其在对儿童的认知发展方面,可以有更大的贡献。首先,金属材料有化学着色、阳极氧化着色、电解着色、镀覆着色、涂覆着色、热处理着色等丰富且成熟的着色工艺,加上金属材料本身对光线的反射特点,可以在视觉上给儿童强烈的图案和颜色刺激。其次,金属材料有表面锻打、镶嵌、蚀刻、切削和研磨抛光加工、拉丝等表面加工工艺,在触觉上可以具有丰富变化,给予儿童通过身体触觉的各种肤觉刺激。最后,金属抨击时的叮当声音及其变化,可以从听觉上给予儿童声音刺激。以上金属玩具带来的视觉、听觉和触觉感觉通道刺激,都对儿童的认知发展有推进作用。在儿童玩具设计中,甚至可以考虑在金属材料中加入嗅觉和味觉感觉变化,从而丰富金属材料设计方式,在提高趣味性的同时,增强儿童通过五感通道接触世界、提高认知能力。 作者:李晶 季尊良 单位:南京林业大学
1框架剪力墙结构工程概述 框架剪力墙结构简称为框剪结构,这种结构内拥有布置一定要求的数量的剪力墙的体系,形成了较为自由灵活的空间,能够满足人们对于建筑多样化的需求,顺应了现代化社会发展中的多样化和个性化的潮流。在现代化的建筑工程中,为了能够满足人们对于建筑的功能的不同需求,施工人员利用足够的剪力墙和相当规模的刚度为基础,开展制定和处理的施工工作,将框架发挥这两种结构的优势。框架剪力墙结构体系应用广泛,是现在一种最常见的建筑工程结构模式。 1.1剪力墙结构 将传统的框架中存在的梁柱结构替换成钢筋混凝土,即为剪力墙结构。这种结构不仅仅可以承受主要的负荷重力致使内力的现象,而且有利于控制建筑结构中存在的结构水平力。由于钢筋混凝土具有较高的承载力,可以提高建筑房屋的坚固度,进而提高建筑的整体性能,因此,被广大的人民群众所关注喜爱,受到的重视度高。 1.2框架结构 由于框架剪力墙结构的施工是由两种不同的结构体系共同组成的结果,所以,采用的框架结构与纯框架结构体系中的框架有所不同,这种结构当中剪力墙占据着不可替代的重要作用,框架结构对于剪力要求相当高,可是与传统意义上的剪力墙结构的模式又存在着不同,。在建筑工程当中,建筑的下部楼层的剪力墙位移较小,按照一般的施工方法不能开展施工工作。因此,对于施尾部荷载和剪力墙结构存在着附加的要求,在给剪力墙施工时应该增添一个框架的附加水平力,这样一来,有利于保证上层结构空间的整体性。 2框架剪力墙结构的特征 为了能够有效地将框架剪力墙结构的施工技术运用到建筑工程当中,施工的人员应该对该结构的自身的特征有详细地掌握,对其开展深入的研究,全面系统地理解其特点。框架剪力墙结构的形式特点主要有:受力、抗震和刚度,以下对这些展开分析。(1)受力性。从框架的外构成观察得,可以发现,框架剪力墙结构是一个在地面上完全垂直的结构体。在受到外界的作用力时,由于框架结构的垂直方向的承受力度强,而水平承载能力较弱,剪力墙却与其恰恰相反,水平承载能力较好,但是垂直受力弱,这样一来,整体的框架剪力墙中空腹悬臂梁受着两者的共同作用,致使结构出现弯曲,呈现一种弯曲的曲线形态。框架剪力结构受力影响,形成一种弯曲受力模式。(2)刚度性。框架剪力墙结构的受力反应与纯框架结构基本上相同,但是如果基底的弯矩达到20%时,该框架的刚度会发生很大的变化。一般情况下,施工人员会对于框架剪力墙的抗震的等级进行设置。当框剪结构自身的弯矩达到是弯矩的80%之后,框架的相关刚度也会不断地缩小,为了能够防震抗震,施工人员采取科学的技术手段强化框架剪力墙结构。依据国家对于建筑抗震设计的相关文件的要求,设计人员要处理好框架和剪力墙的刚性比例,确定框架剪力墙的结构抗震的等级。 3建筑工程当中框架剪力墙结构的施工举措 3.1放线的测量 在框架剪力墙结构工程的施工中,放线测量是施工前期的准备工作,放线测量的精确性与绘制的建筑工程图纸的质量息息相关,如果精确性不达标,致使图纸的绘制出现偏差,会间接出现施工错误的行为,为此,对于放线测量这个环节,施工人员应该谨慎地对待处理。为了能够有效地开展放线测量工作,建筑工程的相关部门应该做到如下几点:首先,该责任单位应该选择具备较高的测量技术的专业人员,开展测量工作,以此来保证放线测量的质量;其次,负责单位保证放线测量的设备的优良性能,让工作人员能够利用质量检测合格的放线测量设备开展工作,避免出现测量出现较大的误差,从而提高测量的精确度;最后,由测量人员进行测量工作,要努力做到精准地测量,保证测量的误差在标准的范围之内,记录下测量数据,提交上级部门。放线测量工作遵循这几点,可以有效地保证精确度,为施工工程提供有效的数据作为参考,有利于建筑工程施工做出合理的设计决策。 3.2框架剪力墙结构设计的要点 为了能够有效地开展框架剪力墙结构的施工,设计人员应该对剪重比和刚重比进行合理的设计。刚重比指的是建筑结构的刚度与承受的重力的比重,在框架剪力墙设计过程占据着重要地位,它的设计的合理提高结构的稳定性。设计人员设计时,要将建筑工程的设计标准与工程的实际状况有效地结合,设计出既科学有恰当合理的刚重比。剪重比是建筑的抗震设计的一个非常重要的参数,它的合理与否影响着框架剪力墙当中的剪力墙的作用,对于建筑工程的开展至关重要。设计剪重比时,设计人员要充分考虑地震系数,由于该系数的波动较大,而且下降的出现比变化速度快,在设计剪重比的数值时,大大地增加了难度,设计出的数值的结构效应可能出现不能契合实际的情况。为此,建筑设计人员设计框架剪力墙结构的设计时,要依据当今中国对于对各个建筑楼层预测的水平的地震力系数,确定出剪重比的最小值,如果出现无法满足的现象,设计人员要及时做出相应的调整,这样一来,可以大大地提高建筑工程的安全与质量。 3.3推进模板工程 模板工程作为框架剪力墙结构施工的重要组成部分,提高模板工程的质量不但可以提升混凝土的成型质量,而且利于后期进行装饰装修的施工。开展模板工程,施工人员要依据建筑工程的特点恰当地选择合适模板的类型,从而加快工程的周转速度,推进工程工期的缩短,而且还可以减少物力资源的浪费。另外,针对建筑工程,设计出模板的实施方案,确保模板工程强度、刚度与稳定性。除此之外,模板和钢筋之间应该悬挂或者垫设垫块,以此来达到保护钢筋的保护层的厚度的目的。 3.4加强钢筋工程的施工 钢筋工程在框架剪力墙结构施工中占据着重要的部分,一般来说,开展钢筋工程的施工分三步走:选取恰当的钢筋材料选,钢筋的成型与钢筋布置。(1)选取钢筋材料。材料采购人员应该坚持优选的原则来采购钢筋,严格保证所选购的钢筋的性能与质量。在资金条件允许的情况下,尽量地采选拥有质量与性能双优良的钢筋材料。另外,相关的人员应该对于钢筋材料做好检测检验工作,保证钢筋材料的质量性能,不允许测验未达标的材料进入施工场地使用;(2)钢筋成型。为了能够让钢筋顺利地成型,工作人员应该着重于下料与制作这两道工序的处理,努力地控制住钢筋材料的下料数量,采取科学制作工艺的方法,保证钢筋的质量;(3)布置钢筋。施工人员对于施工现场的钢筋安装和施工,在布置时应该遵守适用合理的原则,采用科学的布置方式,使得钢筋的布置与安装合理。 4结束语 建筑工程施工过程中,框架剪力墙结构发挥着极大的作用。框架剪力墙结构集合了剪力墙与框架的共同的优势,拥有灵活的使用空间,而且加固建筑的结构,是一种很优越的技术。建筑施工单位应该积极地将这种结构运用到实践当中,从而提高建筑的质量水平,为自身带来巨大的经济效益,进一步推动我国经济的发展。 参考文献 [1]王海平.建筑工程框架剪力墙结构主体工程施工技术的探究[J].资源信息与程,2018,33(03):130~131. [2]崔秀丽,李广洲.框架剪力墙结构建筑施工技术在建筑工程中的应用[J].建材与装饰,2018(10):14~15. [3]高祥.框架剪力墙结构的建筑施工技术分析[J].住宅与房地产,2018(05):181. [4]吕知鑫.建筑工程中的框架剪力墙结构工程施工技术探究[J].四川水泥,2015(08):282. 作者:赵刘杰
电动汽车论文:电动汽车电池管理系统论文 1电动汽车的电池管理系统 电动汽车的电池管理一直是电动汽车关键技术中的一大难题。电池管理系统(batterymanagementsystem,缩写BMS),主要对象是二次电池。二次电池存在下面的一些缺点,如存储能量少、寿命短、使用安全性、电池电量估算困难等。为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态,BMS主要用于对电动汽车的动力电池参数进行实时监控、故障诊断、SOC估算、行驶里程估算、显示报警,充放电模式选择等,并通过CAN总线的方式与车辆集成控制器或充电机进行信息交互,保障电动汽车高效、可靠、安全运行。 2电池管理系统存在的问题 在电动汽车普及的进程中,电动汽车的电池充电管理是重要的一个环节。在硬件方面要求电池管理系统和充电机之间单独使用一路CAN总线,该CAN总线独立于动力系统控制之外。而现有的电池管理系统只有两路CAN接口,其中一路用于电池管理系统内部通讯,另一路用于和动力系统控制通讯,没有多余的CAN接口和充电机之间通讯,需要制定解决方案,包括电池管理控制箱结构、BMS系统硬件和充电机之间的硬件连接信号、电气配线等电池管理系统硬件的更改;而在软件方面,则要进行充电机与电池管理系统间通信协议的开发,包括与道路车辆控制系统的通信网络兼容,通信协议的物理层、数据链路层、数据帧格式遵循的规定;充电机和BMS对电压、电流和温度等参数的监测与设置等。 3电池管理系统的改进设计 3.1BMS系统硬件实现 本文所述系统采用专用的电池控制芯片LTC6802实现系统的分布式管理;重新设计电池的参数采集模块、均衡控制模块、数据处理模块、通讯模块、故障处理模块等;系统内部采用SPI总线进行数据和控制命令的传输,主控芯片通过CAN总线实现与整车控制器的通讯。(1)参数采集模块:LTC6802电压检测芯片可以对电池电压进行实时检测;有输入引脚专门用于温度传感器的输入;采用ACS758LCB-050B电流霍尔传感器进行电流检测,可采用直流、交流电流,并且强电侧与电子电路边具有很强的隔离作用,性能稳定。(2)均衡控制模块:若电池管理系统检测到的电池电压在正常范围内,系统根据设定的SOC估计算法对电池进行SOC估计,当电池组中出现电压异常时,控制系统就会根据设定的均衡算法进行均衡控制,由控制器LTC6802完成,通过对其控制字的写入,控制LTC6802引脚S的开关动作,实现均衡开关矩阵的控制。(3)数据处理模块:以单片机编程的模式进行数据处理。根据系统具有的功能分为若干子程序,包括:SOC估计、故障分析、信号监控、报警等。(4)通讯模块:采用CAN总线通讯协议。包括内部通讯和外部通讯,内部通讯对参数采集模块所采集的数据进行记录后传给数据处理模块,并将数据处理结果反馈给数据采集模块及故障处理模块;外部通讯通过CAN总线与PC机进行数据交互,使用户更直观的对BMS内部的数据进行监控及处理。(5)故障处理模块(保护电路):控制LTC6802的引脚对故障信息做出相应的处理,利用红绿二极管对于告警及保护信息进行光警报,并输出报警信息,自动控制调节充、放电或切断电路。 3.2BMS系统上位机软件实现 PC机通过CAN总线与下位机进行通讯。下位机的采集模块所采集上来的电压、电流、温度数据等上传给上位机,上位机对采集上来的数据进行保存、处理及显示。(1)上位机软件数据存储模块:由于电池组数据量比较大,监控数据的记录采用占用空间比较小的二进制流进行存储。XML提供了更强有力的数据存储和分析能力,而且XML极其简单,XML的简单使其易于在任何应用程序中读写数据。(2)上位机软件通讯模块:上位机与下位机之间采用CAN通讯,协议采用CAN协议2.0B扩展帧格式;通讯速率为100Kbps;物理层匹配电阻120Ω。上位机呼叫BMS并下发命令,BMS收到命令后返回响应信息。PC等待500ms后如尚未接收到BMS响应或接收响应信息错误,则认为本次通信过程失败。 4结语 电池管理系统的改进设计已在电池厂商、充电机厂商和电动汽车生产厂商中得到应用,当前研发的电池管理系统都已具有多路CAN接口(最少3个),充电机与电池管理系统通信协议已按统一标准进行了设计与测试,解决了电动汽车的充电问题,能够推进电动汽车的普及进程。 作者:王刃峰 单位:黑龙江农业工程职业学院 电动汽车论文:电动汽车故障诊断无线通信论文 目前,世界范围内都在推动电动汽车技术的研究与使用,但在电动汽车的使用过程中,由于其控制系统部分比传统汽车复杂,故障诊断需要综合电池、电机及整车的参数来进行综合判断,目前还依赖于有经验的工程师到现场进行诊断与维修,因此汽车故障诊断技术应用而生。文章详细阐述了一种集本地和远程诊断于一体的手持式故障诊断仪,该诊断仪参考了ISO和SAE的标准进行设计,可以对某些参数进行标定。 1故障诊断仪系统结构与功能 1.1结构 图1示出电动汽车用手持式故障诊断仪的系统架构图。由图1可以看出,该诊断仪的系统架构及工作方式为:手持式故障诊断仪通过CAN总线读取电动汽车ECU单元中的故障码,现场维修人员可以选择是否将该故障码通过无线网络发送给远程故障诊断服务器。如果选择不发送,现场人员则根据故障码对现场的故障进行诊断排查,故障排除后清除ECU单元中的故障码,如果选择远程故障诊断,现场维修人员需等待远程故障诊断服务器返回给现场维修人员的维修意见,从而指导现场人员的工作。 1.2功能 1.2.1本地和远程诊断功能 该诊断仪读取电动汽车ECU单元中的故障码,现场维修人员通过故障诊断仪的显示屏幕读取故障码,通过该故障码确定故障的部位或故障级别,对故障进行检查排除。同时将该故障码及故障处理方式通过无线网络远程发送给远程故障诊断服务器,用于指导其它远程故障诊断,同时清除ECU单元中的故障码。如果现场维修人员读取的故障码不能进行故障排除,可将该故障码上传至远程故障诊断服务器,远程故障诊断服务器将诊断数据库中对应于该故障码的诊断信息反馈给现场人员,现场人员通过该信息进行故障诊断。 1.2.2本地和远程标定功能 本地和远程标定功能类似于本地和远程故障诊断功能,当现场维修人员对一些参数进行标定时,可以通过手持式故障诊断仪的标定功能对电动汽车进行现场标定,如果对一些标定参数不能确定,可以请求远程故障诊断服务器进行远程标定协助。 2硬件系统架构 可以看出,该诊断仪的硬件电路设计,主要包括CPU控制与电路设计、CAN网络接口电路设计、可靠性保障电路设计及电源电路设计等。 手持式故障诊断仪通过电源电路给整车设备供电,并通过CAN网络接口读取ECU单元的故障码,该故障码可以通过USB接口进行存储,也可以通过无线通信模块发送给故障诊断服务器。 3软件系统架构 基于无线通信的电动汽车用手持式故障诊断仪的软件系统架构,包括手持式故障诊断仪与远程故障诊断服务器软件架构两部分。 可以看出,该诊断仪软件架构包括:读取和清除故障码、诊断数据库和软件升级等。其中软件和诊断数据库升级以及请求远程标定功能均需在无线通信功能使用的情况下才可以使用,否则该手持式故障诊断仪仅仅是由现场使用人员操作的一款诊断设备。 远程故障诊断服务器的软件系统为了配合手持式故障诊断仪的使用,主要包括:远程故障诊断、远程标定、手持式故障诊断仪诊断数据库升级、软件升级以及自身的数据库升级与更新。 软件系统的总流程,如图4所示。通过图4可以看出,该软件有诊断、升级及标定模式3种。这3种模式是互斥的关系,现场人员需根据具体情况对功能进行选择。 4结论 文章基于无线通信的电动汽车用手持式故障诊断仪的设计,实现了高效率的诊断和排除故障。该设计在提高工作效率的同时,大大缩短了维修人员的培训周期,由于其设计的先进性及功能的多样性,有利于节省电动汽车保养及维修方面的人力、物力及时间。 作者:于兰 李志平 辛明华 周能辉 单位:天津清源电动车辆有限责任公司 电动汽车论文:纯电动汽车设计论文 1驱动系统参数匹配 驱动系统是纯电动汽车的优秀,其基本特性参数的选配必须满足整车动力性能要求。通过计算,合理选择动力系统各部件的参数,并将其进行有效匹配,才能设计出高性能的纯电动汽车。 1.1电机最大功率计算 为满足纯电动汽车整车性能,通过3种方法计算电机最大功率Pnmax,即:根据汽车最高车速确定的功率即额定功率Pne;爬坡度确定的功率Pna;加速性能确定的功率Pnc。根据整车设计参数,可计算出上述3个功率值,取其中最大者作为电机最大功率选取参考值,即Pnmax≥maxPne,Pna,P[]nc。根据表1、2所给出的参数,由以上公式(1)—(3),计算求得Pne为22.64kW,在坡度为20°,以35km/h的车速爬大坡时,Pna为55.66kW,同时求得Pnc为45.78kW。因此,取Pna的值作为电机最大功率选取的参考值。 1.2电机功率与转矩选择 电机在工作时,其性能分为连续工作性能和短时工作性能。电机的额定值决定了其连续工作特性,短时工作特性是电机过载一定倍数之后的转矩功率特性。在电机转速与转矩选择时,通常以纯电动汽车的常规车速来确定电机的额定转速(电机通常运行的转速),再通过电机的额定功率和额定转速求出电机的额定转矩。 1.3电池组参数设计 动力电池是纯电动汽车唯一的动力源,其携带的总电量是整车动力性和续驶里程的基本保证。电池组的总电量与电池单体的容量和组合形式有关,而动力电池的单体电压和组合形式又直接决定了其为电机提供总电压的大小。动力电池参数匹配主要包括电池类型的选择、电池组电压和容量的选择。根据纯电动汽车对目标性能的要求,综合考虑整车所需的动力电池总电量、动力电池单体类型以及其组合形式后,计算确定动力电池单体数量。 2底盘系统设计 在纯电动汽车底盘系统中,动力系统需要重新架构,因此总布置方案改变较大。目前,电动汽车底盘设计主要运用2种方式,即:根据设计需求,在传统车平台基础上进行局部改制;开发“电动化、模块化、智能化、集成化”全新理念的底盘系统。本文采用的方式是基于原有车型平台进行局部改制。底盘系统中,大部分子系统的工作原理没有发生变化,改制后需对底盘及整车进行重新总布置,重新计算轴荷分配对悬架系统性能造成的影响,然后对悬架系统做出相应调整。 2.1电机、减速器布置 电机、减速器的布置在原发动机前舱布置的基础上进行,布置时应考虑如下几个因素(以下X、Y、Z方向为车辆坐标系坐标轴方向,即当车辆在水平路面上处于静止状态,坐标原点与质心重合,X轴平行于地面指向正前方,Y轴指向驾驶员右侧,Z轴通过汽车质心指向正上方):1)电机、减速器外轮廓距离左右纵梁的空间宽度应一致,以便于安装悬置;2)减速器输出轴中心线布置在满载前轮中心线附近,差速器输出轴与前轮中心连线尽量接近;3)减速器后部应与副车架、转向机构都留有安全距离;4)电机三相线进线与控制器出线方向位置相协调;5)半轴在YZ平面内与Y方向夹角,空载时应小于15°,满载时小于7°;6)电机布置位置应在整车满载条件下确定。确定减速器输出轴位置后,电机定位可绕减速器输出轴旋转,电机的轮廓上限不超过纵梁上平面,电机右侧为3相线接口,电机控制器放置于电机正上方;电机位于减速器右侧,如图2所示(以下示意图均是通过对各元件的简化建模后得到)。差速器中心平面相对XZ平面偏左200mm,电机减速器集成体外轮廓距左侧纵梁最小170mm,距右侧纵梁最小60mm。该设计方案中,根据电机减速器集成体的尺寸分布,将差速器中心平面布置与整车中心平面基本重合,左右半轴通过万向节将车轮与减速器的输出轴连接起来,在YZ平面上,左右半轴与前轮中心线的夹角相等,在核算半轴与前轮中心线夹角时计算一侧即可,如图4所示。装配时电机、减速器集成体与车架的连接点一共有3个,分别位于左侧纵梁、右侧纵梁、副车架。左侧纵梁悬置轴线平行于Y方向,限制X和Z方向运动;右侧纵梁悬置轴线平行于X方向,限制Y和Z向运动;副车架上的悬置轴线平行于Y方向,限制X和Z方向运动。 2.2前后舱元件布置 如上所述,将电机、减速器布置在原发动机前舱位置,同时DC/DC、电机控制器、空调压缩机等相应电气装置均布置在前舱。可利用各元件的外形尺寸将各元件简化为长方体模型进行布置,从车辆前舱上方往下俯视,如图5所示。原车的后舱容积约为0.43m3,将车载充电器、电源管理器、配电箱、直流空气开关布置在后排座椅背后,并且设计拱形支架,使其不影响备胎的放置,布置示意图如图7所示。同时,可设计一个大盖板,将这几个器件盖住,以达到从后面看车内美观的效果,后舱电器盖板采用塑料件制成,以减轻整车质量。 2.3动力电池布置 本设计将电池单体集中布置于一个电池包中,动力电池包中共布置了100个电池单体,包内电池单体总共分为6排,沿车辆X方向,前部3排电池卧放,后部3排电池立放,以保证其与后排座椅地板形状相统一,同时通过串联形式将所有单体进行连接,如图8所示。电池包采用无上盖结构,利用车身地板及四周安装板和加强板形成电池包的上盖。电池包外壳可采用钣金件折弯和焊接的工艺形成箱体,翻边形成安装板,可实现在安装孔定位时与车身地板的模具统一起来。同时,电池排布上充分利用车身地板下方空间,与车身地板的形状一致,以最大程度节省空间,为避开后轮摆臂安装座和后轮罩在电池包后部两边开有2个缺口,如图9所示。动力蓄电池布置在座椅地板下方,并且尽量保留了车身地板形状,该布置的电池包是车辆的最小离地间隙位置,如图10所示。该布置保证了驾乘人员安全,给货仓和备胎留下了一定的空间,同时还考虑了电池包整体快速更换原则,方便电池包的整体更换。该动力电池单体质量为3.1kg,电池单体共310kg,加上电池包壳体及加强等附件结构,电池包总质量约385kg。该布置后电池包重心位置距离前轴水平距离为1558mm,前、后轴轴荷比例分别为49.4%和50.6%,满足GB7258—2012中关于轴荷的要求。 3车身设计 纯电动汽车车身设计是整车设计的重点之一,其设计效果对整车性能(如续驶里程、加速时间、爬坡性能等)的影响显著。同时,车身必须达到足够的结构强度以及满足其他性能指标(如安全、耐久性、NVH、工艺等)。国内外对纯电动汽车车身设计研究较多,目前主要是应用多种轻量化材料,同时集成结构设计优化和先进制造技术及工艺等手段进行设计[8]。基于以上所述,本例中电池包安装在车身地板下方,其外壳设计及电池单体布置时尽量与车身地板的形状一致。同时,电池包布置时考虑了整体快换原则,根据设计需要及电动汽车相关安全规定,上车体可直接由原传统车平台提供,但原车身地板在结构上必须做出相应更改。 3.1更改因素 为满足要求,设计地板时考虑的因素如下:1)电池包安装于车身地板下方,根据电池实际布置,为达到电动汽车安全法规相关要求,需抬高地板高度;2)车身地板下方要根据电池包外壳的形状设计密封的加强梁,用于安装电池包,并且与电池包共同形成电池包空间;3)车身地板下方需焊接3个支撑杆,该支撑杆用于支撑电池包中部变形产生的载荷,同时也用于安装时的定位;4)车身地板上方需设计螺孔,用于安装中央通道盖板;5)设计中后排地板高度升至与前座椅安装支架一致,需在车身地板上重新设计凸台结构用于座椅安装;6)车辆地板结构发生变化,侧碰刚度发生变化,需重新校核,车身地板的承载能力同时也需要校核;7)新设计车身地板与周围钣金件的连接与原车不同,需重新设计。 3.2结构设计 根据以上设计需求,从车身底部右后边向上斜看改进后的车身地板结构如图12所示,其侧面剖视示意图如图13所示。图13中的台阶面从左至右依次表示:后排座椅安装面、后排座椅脚地板及前排座椅安装面、前排座椅脚地板。车身地板与电池包安装梁通过车身焊装构成车身的一部分,而中央通道盖板在整车装配线束后,再通过螺钉或螺栓固定在地板上,用于构成线束的通过空间。本例中由于车身地板在电池包的基础上进行了抬高和展平,使得后排座椅的H点与脚地板的垂直距离减小,从原车的400mm以上减少至250mm左右,但是仍然符合一般乘用车布置设计要求。座椅下方安装板展平后,重新设计了小的安装支架结构,使得坐垫底座轻微改动。本设计在适当的地方加强了车身地板设计刚度,以满足整车碰撞法规要求和承载要求。综上所述,前后舱、动力电池包及与车身地板之间的布置关系如图14所示。 4整车性能 改制后的纯电动汽车整车基本性能可通过理论计算求得。将以上计算选取的各项参数导入Matlab软件,并通过编程获得部分相关性能曲线,结果如图15—18所示。图15是不同车速电机需求功率曲线。可知,在整车运行过程中,电机的需求功率随整车车速变化,其大小随车速增加而增大。其中,车速为50km/h时,电机满足整车基本要求的需求功率为6.02kW;当车速为80km/h时,电机的需求功率达到13.41kW。图16所示是不同爬坡度的电机功率曲线。图16是在35km/h的车速匀速爬坡情况下获得,曲线反映出电机需求功率与爬坡度成正比例关系。在爬坡度为零时,电机功率为0.47kW;当爬坡度为14.05%(8°)时,电机功率为24.63kW;当爬坡度达到36.40%(20°)时,电机需求功率最大,达到55.66kW。图17是在电机额定功率、整车空载状态下,整车的百千米加速时间曲线。由图可见,车辆从原地起步加速至50km/h时,时间为5.66s;(50~80)km/h所用时间为6.16s;整车车速达到100km/h时,共用时为19.34s。图18是不同条件的加速度与时间的关系曲线。可以看出,车辆在实验质量-电机额定功率、车辆空载状态、车辆满载状态下,其起步加速度大小不同。在车辆起步时,加速度的值最大,图中3种条件下分别为2.63、2.41和0.84m/s2。在车辆起步后的一定车速范围内,加速度大小基本保持不变;当车速达到一定值后,加速度开始逐渐减小,最后变为零,此时车速达到最大。其他数据,如等速(60km/h)续驶里程大于260km,最小转弯半径小于11m,整车满载时最小离地间隙为147mm等。这些理论计算数据均达到了前期设计的性能目标要求。 5结束语 纯电动汽车在能源利用率、减少排放污染、降低噪声方面所具备的显著优势,对目前能源危机、环境污染问题均可起到有效缓解作用。本文针对基于传统汽车平台的纯电动汽车改制进行了重新设计,各总成布置合理,将选配的数据导入matlab程序获得了相应的车辆性能曲线。结果显示,所有性能数据能够满足本文所提出的整车目标性能要求,将为该纯电动汽车下一步整车优化提供有效参考。 作者:何勇彭忆强王子江王海单位:西华大学交通与汽车工程学院四川汽车工业股份有限公司新能源汽车研究院 电动汽车论文:电动汽车技术论文 一、旧技术体系的不适应性 汽车发展的历史表明,上个世纪前三十年曾经兴盛一时的电动汽车与燃油汽车的市场地位发生了逆转,燃油汽车后来居上成为欧美发达国家千万家庭的宠儿,电动汽车则沦为在特定封闭区域使用的专用工具。导致这一逆转的原因与当今电动汽车遇到的困难并无二致。近百年来,电动汽车技术虽然在电池、电机、电控等各个方面都有长足的发展,其根本技术架构却无大的改变。在此期间燃油汽车不仅自身技术日臻完美,与其相配套的道路、停车场、加油站等服务设施也日益完备。今日,正像“汽车社会”、“汽车文化”等学术用语所蕴含的那样,汽车(主要是燃油汽车)不仅已经成为现代社会的生活必需品,也被赋予了丰富的文化内涵。在此背景下如果无视电动汽车现存的诸多不便,奢望人们放弃燃油汽车改用电动汽车就等于要他放弃原有的生活习惯和价值观念,无异于让人弃用智能手机改用固定电话,让人弃液晶电视而改用黑白电视,其难度可想而知。因此,在发展电动汽车已经确立为国家战略的当下,重新谋定发展路线和发展策略应该成为当务之急。在我国这样一个汽车普及率不及美国的十分之一、三分之二的新车出售给初次购车者的发展中大国,电动汽车或许只有面向家庭的首辆车,也就是说能满足跨区域远程行驶需求才有出路。既然源于十九世纪的现行电动汽车技术架构无法满足这种需求,何不回到原点从零开始进行顶层设计,创造一个新的技术体系。 二、新技术体系探讨 在续航里程短、充电时间长这两个妨碍电动汽车远程行驶的关键障碍中,续航里程虽然受电池技术制约难以比肩燃油汽车,但续航150公里~200公里还不难实现。这个距离相当于在高速公路上驶过三四个服务区或大多数人日常行驶两三天的路程,只要电力耗尽时快速得到供给,驾驶电动汽车500公里一日往返、1000公里朝发夕至亦非难事。如此,快速电力供给就成为问题的焦点。既然沿用先开发出电动汽车而后为其配套电力供给体系的传统发展策略不能解决问题,那么运用一下逆向思维,先规划一个满足需求且容易实现的电力供给体系,然后再开发适应这一电力供给体系的电动汽车会怎样。出现总理所讲的“颠覆性技术”也未可知。说到快速电力供给,首先需要界定电力供给的快与慢。多年来,人们已经习惯于燃油汽车加油所需的数分钟时间,电动汽车的快速电力供给采用这一标准顺理成章。从物理学原理来看,现存的三种电动汽车电力供给方式中,快速充电相对来讲接近这个标准但也需数倍于加油耗时的30分钟(80%),普通充电所需的数小时可说是天壤之别,只有换电方式符合标准。有报道说特斯拉换电站一分半钟可以完成一次换电操作。自从曾经的明星换电运营商BetterPlace破产以来,支持换电的观点似乎已经销声匿迹。但是,既然特斯拉又开始换电了,事情看来尚存回旋余地。多数专家认为BetterPlace的换电方式一是换电站建设运营成本高,二是电池不能在多种车型间通用,使其最终走向破产。BetterPlace的失败说明它的换电方案和商业模式行不通,但是如果据此断定换电方式行不通特斯拉首先不会认同。达成一个既定目标从来都不止有一种方法,能否成功在于能否寻找到技术可行、经济合算的解决方案,将问题简单化的最有效手段莫过于“分解”。例如古代印刷书籍采用雕版印刷技术,一页印版雕成书页的内容布局、字的形状、大小无法更改,一部书的雕版需要具有高超技艺的雕刻工匠耗费大量时日,因而书籍昂贵。活字印刷技术普及之后,一套字模可以反复用来铸造铅字,而后随意排成印版,字模和铅字的通用性保证了印刷成本的低廉。如果说快速电力供给是电动汽车的必然选择,BetterPlace失败的主要原因是没有实现电池通用化,而将雕版上的字符分解为一个个铅字可以破解通用化难题,那么何不尝试一下将电动汽车的大箱电池组分解,代之以多个(比如说十个2kWh的)参照电动自行车锂电池标准的小箱电池。以小箱电池为基础可以构建一个简单的快速电力供给体系。只要电池体积和重量都适合人力搬动,而且借用电动自行车锂电池适合快速装拆的安装结构,换电作业就可以采用纯人工方式。从人工换电出发,继而将换电站的充电功能剥离出去,剩下的数个收纳电池的专用周转货架和两三个操作人员就能构成一个典型的简约换电站。接下来要做的是,将从各个换电站剥离出来的充电服务汇集到一个大型的储能电站,充分利用夜间电网的低谷电力为电池充电。最后用货运车辆在换电站与储能电站之间往返穿梭,为各个换电站运来充满的电池并带走放空的电池。在这样一个类似WI-FI无线局域网架构的电力供给体系中,如果说换电站好比WI-FI热点、储能电站好比无线路由器、货运车辆好比无线电波,一个个标准电池好比“无线电波”所携带的数字信号,那么电动汽车就相当于移动终端。可以预见,流通的商品从电转化为标准电池、消费者支付满电电池和空电电池之间的差价,上述电力供给体系各个利益相关方都能获得显而易见的经济收益。第一个受益者是电动汽车的购买者,不为电池付费却可以尽情享用别人提供的电,自然也就无需关心电池的价格寿命几何。电池制造者则不再因百来个“鸡肋”般的订单而苦恼,可以日复一日地生产同样的电池。电动汽车制造者不再为选用多大的电池而殚精竭虑,可以按自己的喜好灵活设计续航里程,只需考虑如何将所需个数的电池塞进车里。城市的管理者不必再为从哪里挤出充换电站的建设用地、为如何压迫小区物业放行充电桩安装、为可能到来的配电网增容改造而苦恼,只需将电动汽车的基础设施建设交给电力供给体系的运营者就万事大吉。电力供给体系的运营者的收益则更大。先是从“先有鸡还是先有蛋”的无休止口水官司中脱身,不说“鸡”也不说“蛋”,转而建造一个相当于自然界中“野生原鸡”进化地位的储能电站,先收获着电网峰谷电价差的利益,随着电动汽车拥有量的增加逐步转身为充电工厂,等到流通中标准电池寿命期来临梯级利用自然而然地发生,充电工厂再一次转化为储能电站。其次电力供给体系运营者不必烦恼换电站如何“建”只需筹划“搁”在哪里,只要能腾出几十平米的场地,加油站、公共停车场、居民小区、工厂商场都可以加入换电站的行列。 不仅如此,这些换电站的数量、换电站的地点和容量可以随时根据形势的发展任意调整。长远看,不仅这样的储能电站很容易与风力光伏电站相融合,如果将标准电池看作一个大的“充电宝”其应用领域甚至可以涵盖日常生活、生产的方方面面。有了电力供给体系和适合人工换电的小箱标准电池,接下来的课题就是能否将这些标准电池用于电动汽车的电源系统。其关键在于处理好三个问题:一是电池的安装位置,二是电池固定可靠便于快速更换安装结构,三是电池与电机之间的电气连接关系。对于采用一个大箱电池的电动汽车而言,考虑到车内空间和车辆重心、轴荷,其安装位置大多利用座椅下的空间安装在车辆下部中间位置。当采用多数个标准电池时,安装位置不仅可以在前后座椅下面还可以在引擎仓或者行李箱的边角处分布安装,设计者的选择自由度大大提高。若说电池安装结构,QB/T4428-2012《电动自行车用锂离子电池产品规格尺寸》所定电池外壳滑槽及配对的安装滑道是现成可用的,既安装可靠又方便插拔。至于电池与电机间的电气连接关系则需要多些文字加以说明。电动汽车以数个小箱标准电池为电源,除去上面所述种种以外还可为解决高电压触电风险、简化整车电池管理系统、简化电池热管理等电池相关问题创造机会。通常的电动汽车为在限制过大电流的条件下保证驱动电机的输出功率,单个大箱电池的工作电压多在300V以上。将电压分解给十个小箱标准电池,每个标准电池的电压就低于40V,处于安全电压范围内。如果不将这些电池串联一起而是分别经逆变器接入驱动电机,高电压的弊端就可以彻底根除。驱动电机可以相应地将定子绕组分解为十个分绕组,工作时各个分绕组产生的磁通势相叠加与原绕组相当。各个标准电池分别接入驱动电机还可以带来一个好处,电池均衡的对象不再是整个电源系统而转化为各个标准电池,所涉单体电池数量仅为整体电池的十分之一。更有意义的是,十个标准电池分别经逆变器接入具有十个分绕组的驱动电机,其功效相当于用十个小电机共同承担电动汽车的驱动。从理论上讲可以分别控制每个分绕组参与或者不参与驱动,利于电动汽车应对多种复杂工况。尤其是在电动汽车起步或者加速时确保全部分绕组参与驱动抑制大电流冲击,巡航行驶时控制各个分绕组逐次停歇方便相应的小电池散热,当某个分绕组或者为其供电的标准电池发生故障时其余分绕组继续工作就能避免电动汽车突然失速。 三、总结 总之,既然欠缺远途行驶能力是源于十九世纪的现行电动汽车技术架构的系统性缺陷,那么基于现有电池技术构建新的、技术可行经济合算的、涵盖电力供应和电源及驱动系统的电动汽车技术架构,或许是化解电动汽车诸多难题的有效路径。 作者:庄森 禹茜 单位:郑州大学 电动汽车论文:电动汽车产业经济论文 一、发展规律 1.环境可承载规律。 决定汽车产业的发展规律中环境的可承载规律也影响重大。随着现在各大城市的污染逐步加深,越来越多的人开始将环境恶化的原因归结到汽车的使用上。因此,必须找到一种低污染或零污染的交通工具,这样才能解决实质问题。 2.技术推进规律。 电动汽车作为新一代的交通工具其技术组成不仅包含了原有的机械技术、驱动技术和控制技术,还使用了最新的电力电子技术和信息技术等高端科技,这些技术的全面发展是推动电动汽车产业化的重要因素,并且为其发展打下基础。 3.市场拉动规律。 每一个产业的发展都离不开产品的实际使用价值,只有产品的使用价值得到认可才能够促进产品的再生产,而产品的使用价值是需要通过销售市场来体现的,任何一个产业都会遵循这个规律。当今世界经济全球化的浪潮高涨,想要推动电动汽车的产业化发展必须要注重对其市场的培育和开发。 二、与我国国情相结合 我国的国情有着非常明显的区别于他国的特点,具体表现在:人口数量大、人均资源量小、经济增长方式以粗放型为主、市场体系尚不完善、相关法规尚不健全等。电动汽车的产业化发展要做到主动与我国的国情相结合,改变以往被动适应的固有方式,让产业和经济两方面和谐发展,以科学的发展理念为指导,依照国情制定合理的产业化途径。 1.与我国能源现状相结合。 随着近些年我国汽车保有量的迅速增长,年均石油进口量不断上升,汽车燃油消耗量逐年增加,发展电动汽车产业首先要解决能源消费结构的问题,缓解我国的能源危机,保证能源的安全稳定。 2.与我国环境现状相结合。 新时期越来越多的人已经注意到了人与自然和谐发展对人类的重要性。进行产业化的电动汽车发展过程要注重其与环境的适应能力和相互融洽程度,适应我国的环境特点,发展零排放的低能耗工程。 3.与我国汽车工业的技术水平相结合。 面对目前我国汽车技术依旧没有实现完全的自主知识产权的国情,电动汽车产业在发展之初,要牢牢把握住各国均处于发展初级阶段的情况,积极地加大研究投入,让产业化带动我国的电动汽车技术走在世界的前列,增强我国的汽车工业国际竞争力。 4.与我国汽车市场现状相结合。 近10年,我国汽车产业呈现狂飙式发展,汽车销量从2001年占全球4.3%,到2010年攀升至23.5%,成为全球第一汽车生产和消费大国。未来10年我国汽车将进入第二个高速增长期,我国将逐渐步入“汽车社会”,迎来汽车消费大众化的时代。据专家预计,至2015年国内汽车的产能将达到3800万辆,消费量将达到3000万辆,我国汽车消费将占全球汽车总消费的25%左右。这为电动汽车产业发展提供了巨大的市场需求。电动汽车产业在开始发展之初,认清我国汽车市场的现状和经济规律,充分利用汽车市场的竞争机制,减少国家政策对市场竞争的过度干预,在短期内促进电动汽车产业按照市场规律得到最快发展。 5.与我国汽车法律法规体系相结合。 因此,在实际操作中要从社会的角度出发,在维护汽车产业利益的同时努力把产业的附加影响降到最低。促进我国汽车产业相关法律体系进一步完善。从政策层面看,我国已经将新能源汽车列入战略性新兴产业,国家颁布实施的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》提出,2020年中国将构建起支撑电动汽车大规模产业化的关键零部件产业体系,这必将为促进我国整个电动汽车产业健康发展奠定坚实基础。 三、与国际电动汽车产业接轨 为了发展汽车工业常常需要通过市场来换取技术,中国市场的发展受制于别国的先进技术。因此在电动汽车产业发展之初,应当积极投入电动汽车技术的研发,争取在世界上取得超前的地位,从以下几个方面做好相应的工作。 1.以技术研发为基础。 首先,要将优秀技术作为追求的主要目标和研究投入的主要方向。只有掌握了产业的优秀技术才能够真正掌握产业的“命脉”,实现产业链的水平分工,给产业的进一步发展提供充足的动力。 2.注重调整汽车产业结构。 将结构调整贯穿于电动汽车产业发展的始终,在产业化发展的全过程中,要注意到产业结构的调整和优化问题,政府部门不要将注意力集中在劳动密集型和资本密集型的产业上,而是多关注高科技的优秀产品和技术,通过充分的思考来指导产业的健康发展。 3.积极进行产业转移。 产业化的发展不仅需要全球的资源,更需要全球的市场。从国内外环境看,国际汽车产业呈现由汽车制造向汽车研发转移的趋势。我国作为新兴国家的代表,将从电动汽车产业研发转移中获取更多机会。我们需要适时地制定出产业发展的规律和策略,不失时机地走“引进来、走出去”的特色发展道路。 四、市场经济体制下推动电动汽车产业发展的措施 1.必须坚持“两条腿走路”的方针。 对于未来电动汽车产业的发展,必须采取一定的措施和制度,也要结合中国国情,从实际出发,必须坚持“两条腿走路,双管齐下,两手抓、两手都要硬”的方针。一方面,要以空前的热情和努力大力推动电动汽车产业发展;另一方面,高度重视传统汽车的技术进步和技术升级。 2.加快优秀部件的技术研发力度,尽快掌握优秀技术。 政府应以更大的力度支持电动汽车的技术开发,毫不放松地紧跟世界前沿技术,巩固己有的优势地位,加大科研的力度,走一条“吸收-引进-创新”的道路,形成国内电动汽车优秀技术,防止产业发展在技术上受制于人。 3.培育国内消费市场,提高消费者成熟度。 促进电动汽车消费的关键是降低产品价格。从汽车市场看,我国已经是世界上汽车产业发展潜力最大的地区之一,目前北京、成都等5个城市的汽车保有量超过200万辆,巨大的消费潜力是我国电动汽车产业不断发展的基本保证。推广电动汽车需培育国内消费市场,电动汽车只有在消费者的广泛使用中才能不断得到改进,其社会效益也才能得到体现。 五、结语 纵观电动汽车行业的发展,电动汽车的发展已不单单是在汽车行业内部的经济发展,而是上升到了国家战略高度,它的发展也将带来一场低碳环保的技术革命和创新。所以我们应该合理应用各方面的推动力量,最大限度的发挥国家政策和市场的巨大推动力,不断的革新电动汽车技术,满足市场的新需求,优化产业的资源合理利用,促进电动汽车产业良性发展。 作者:干波单位:西南财经大学 电动汽车论文:电动汽车热泵空调管理论文 摘要: 介绍研制的电动汽车热泵空调系统及其配用的双工作腔滑片压缩机的性能,依据测试样式机的试验结果分析了转速对该空调系统制冷量、输入功率及COP等性能的影响。若轿车顶盖全部布满太阳电池,所产生的电能约为225W,可以使空调系统的制冷量增加8%左右,同时还能降低汽车空调冷负荷的峰值。 关键词:汽车空调;热泵;太阳能 0引言 现代流行的燃油汽车不仅消耗大量的石油资源,而且还严重污染大气环境,危害人类健康。据统计排放到大气的污染物中,汽车的废气(主要是氮氧化物、碳氧化物及碳氢化合物等)约占42%。鉴于此,许多国家政府通过立法逐步限制这种高污染产品。电动汽车具有无任何排泄物、不污染环境、低噪声及节省石油资源等特点,再次引起全世界的广泛关注。世界汽车工业发达国家都投入大量的人力、物力进行电动汽车开发和研制,取得了大量的成果,一批批先进的电动汽车不断面市,有的已形成商业化规模生产。与燃油汽车一样,电动汽车也要创造一个舒适的驾驶和乘座环境,即要配备相应的空调系统,提高其中舒适性和竞争力。在开发和研制电动汽车同时,也对配套的空调系统进行了开发与研制。热电空调系统因效率太低而无法被电动汽车所接受[1]。采用直流电动机驱动蒸汽压缩制冷系统的电动货车空调系统的试验结果表明,其性能与普通燃油汽车空调系统基本相当[2]。90年代初又对采用环保制冷剂的电动货车空调系统进行了试验研究[3]、[4]。 我国也制定了电动汽车的研究与开发计划,并正在逐步实施。本课题组对电动汽车配套的空调系统进行研制,开悄磁直流无刷电机直接驱动旋转压缩机的电动汽车热泵空调系统,本文介绍该系统及对其所进行的试验研究。 将太阳电池布满整个车顶可以起到两个作用;一是给电动汽车空调系统提供部分能量,使其取自车载蓄电装置的动力减少;二是可将电动汽车所需冷量的峰值减少40%[5],从而使空调系统取自蓄电装置的动力进一步减少。根据Sekurit公司太阳能盖板的产品介绍,20组100mm×100mm单晶硅电太阳电池在完全曝晒时可产生25W的电能,对于小型轿车有1.81m2(19.5ft2)车顶面积[6],这个空间安装的光电池在完全曝晒时能产生大约225W的电能。这种方案非常适合电动汽车使用,因为它在不加大车载蓄电装置容量的条件下,使电动车的有效行驶距离增加。本文也对太阳电池在电动汽车空调系统中的应用进行探讨。 1电动汽车热泵空调系统 电动汽车热泵空调系统的工作原理如图1所示,压缩机由直流无刷电机通过皮带驱动,空调系统的制热/制冷运行方式由四通换向阀转换,实线箭头表示制冷运行方式,这时向车室内吹冷气,使车内降温冷却;虚线箭头表示制热运行方式,这时向车内吹热风使车内升温加热或对挡风玻璃除雾/霜。通过感受车室温度,逆变器调制电动机电源的脉冲宽度来控制压缩机转速的大小,从而改变空调系统的冷(热)量大小,以满足各种环境条件下车室的舒适性及除雾/霜要求。从原理上讲,该系统与普通的热泵空调并无区别,但由于该空调系统是用于电动汽车这一特殊场合,该系统所用的主要部件都有其特殊性。为此,我们配套开发了双工作腔滑片压缩机,专门制作直流无刷电动机和逆变器控制系统。 1.压缩机2.驱动电机3.逆变器4.车室温度传感器 5.平行流换热器(车外单元)6.四通换向阀7.轴流风阀 8.膨胀阀9.平等流换热器(车内单元)10.离心风扇 11.制热工作方式12.制冷式方式 图1电动汽车热泵空调系统 Fig.1Heatpumpairconditioningsystemforelectricvehicle 专门研制的双工作腔滑片压缩机的结构原理如图2所示,圆形转子同心地安装在扁圆形气缸内,五个滑片置于转子上开设的槽中并能来回滑动,原动机驱动转子转动时,滑片靠离心力被甩出,紧贴在气缸内表面上,在气缸内腔分隔成若干个随转子转角变化其容积的小空间(称为基元),随着转子转动,基元容积的大小周期性变化,从而完成了气体的吸入、压缩、排出等工作过程。该压缩机具有以下特点: 1.气缸2.转子3.滑片4.吸气口5.排气阀 图2双工作腔滑片压缩机 Fig.2Schematicviewofvanecompressorwithdouble-actingchambers 1)结构简单,零部件少,加工与装配容易实现。 2)运转平稳。由于无偏心转动零部件,动力平衡性能好,尤其在高转速运动时振动和噪声很小。 3)起动冲击小。滑片在起动时逐步伸出,静摩擦转矩小,因而起动转矩缓慢上升,减少了起动冲击。 4)效率高。由于没有吸气阀,余隙容积小且余隙膨胀不直接影响吸气基元,因而使吸气损失减少,容积效率提高。 5)体积小,重量轻,便于狭窄空间安装,因而比较适合汽车空调使用。 6)压缩机每转完成两次吸、排气,输气量大且脉动性小。 表1列出了所研制双工作腔滑片压缩机的主要尺寸,图3为它与电装(Denso)公司容量相同的汽车空调用涡旋压缩机制COP[4]比较,从图中可以看出:转速低于2500r/min时,涡旋压缩机的COP低于双工作腔滑片压缩机,这主要是由于涡旋压缩机的内泄漏间隙比较长,低转速时其内泄漏量较大的缘故;转速高于2500r/min时,涡旋压缩机的COP则高于双工作腔滑片压缩机,但高出的幅度并不很大,这主要是因为双工作腔滑片压缩机随转速的升高摩擦功率增加比较快的缘故。考虑到其它因素:如加工简单、高转速下的振动和噪声很小、起动冲击小等,双工作腔滑片压缩机是适合电动汽车空调系统使用的压缩机。涡旋压缩机虽然也有优良的性能,但对加工和装配等的要求都比较高,国产设备还不能完全满足其技术要求。 2试验装置与测试条件 研制的电动汽车热泵空调样机在按照国际标准建造的全自动汽车空调系统试验装置上进行了测试,主测采用蒸发器侧进出口空气焓差法,辅测采用冷凝器侧液体制冷剂流量计法。测试时,主辅测制冷量偏差应小于5%,并以主测数据为准。试验方法及数据处理均依据中国汽车行业标准QC/T72.1-93《汽车空调制冷装置性能要求》和QC/T72.2-93《汽车空调制冷装置试验方法》,所有测试所用仪表均符合QC/T72.2-93的规定。 由于压缩机由直流电机直接驱动电机的转速就可连续改变压缩机的转速,厂商的测试工况,试验中压缩机转速分别1000、2000及3000r/min;工质采用条件为:蒸发器侧干球温度(27±0.5)(19.5±0.5)℃,冷凝器侧干球温度(35±0.5)℃。样机的试验结果整理成如图4~6所示的性能曲线,这些曲线未计入太阳电池所产生的能量。 图6示出了空调系统的COP随转速的变化,从图中可以看出;转速较低(<1500r/min时,COP随转速的增加有较快地增长,当转速增长到一定程度(>2000r/min)后,COP随转速增加而定不变,这说明低转速时,转速的增加可使压的密封效果得到很大改善,致使制冷量速度较快,高转速时,压缩机的内泄漏再增加转速已使密封效果改善不大,所以长速度趋于稳定,而压缩机制输入功却一直比较稳定速度的增长。 作者研制的电动汽车空调系统与目前正在使用的燃油汽车空调系统(用斜盘压缩机)的性能比较如图6所示。电动汽车空调系统的COP在转速较低时(<1500r/min)略低于燃油汽车空调系统,而在高转速时(>2000r/min)却明显于燃油汽车空调系统。这主要由于斜盘压缩机工作腔的密封性能较好且几乎不受转速的影响,而滑片压缩机的工作腔密封性能受转速的影响较大,转速升高可以明显改善其工作腔密封性能。压缩机由独立电机驱动后,其转速不再受汽车动力机的影响,可以恒定在较高的转速下运转。因此带双工作腔滑片压缩机的热泵空调系统的性能优于现有的燃油汽车空调系统,能够满足电动汽车空调的。 4太阳能的应用 将电动汽车整个车顶布满太阳电池,所产生的电能使电动汽车空调系统制冷量增加的情况见表电能使电动汽车空调系统制冷量增加的情况见表2。表2中制冷量增加量是用光电池产生的电能乘以各转速下空调系统COP所得的结果,相对增加量为制冷量增加量与不利用太阳能时空调系统制冷量的比值。从表中可以看出,利用太阳能可使空调系统制冷量增加200W以上,且转速较高时的增幅较大,这是由于空调系统低转速时的COP较低、高转速时势COP较高的缘故;制冷量的相对增加量为6%~27%,且COP越低(对应的转速也低),增加的效果越明显。电动汽车空调系统采用独立电动机驱动后,压缩机转速不再受怠速的影响,可以稳定COP较高的转速(约为2500r/min)下工作,这时,可以增加制冷量350W以上,相对增加量约为8%,大家知道,汽车在太阳下曝晒时空调系统的冷负荷最大,当车顶布满光电池后,这时不仅能最大限度地产生电能,而且可以有效地阻止太阳辐射热通过车顶进入车室内,使保持车室舒适所需的冷量大幅度降低,从而使空调系统消耗蓄电装置的电能降低。总之,利用太阳能可以有效地减少空调系统取自车载蓄电装置的动力,增加电动汽车的有效行驶距离。 5发展展望 车载蓄电池提供的直流电是电动汽车唯一的动力源且很有限,辅助设备消耗的电力减少了电动汽车的行驶蹁,开发高效的电动汽车空调系统乃是电动汽车在商业上能够被接受的关键一步。压缩机和电动机做成共用主轴的封闭结构后不仅能大幅度提高效率,而且还可以杜绝制冷剂的泄漏、安装更加灵活;直流电驱动又使压缩机采用封闭结构成为可能,因此,高效节能将决定电动汽车空调未来的发展,采用封闭压缩机是未来电动汽车空调不可逆转的趋势。我国目前作为汽车空调的制冷工质,发达国家已于1996年1月1日全部采用对臭氧层安全的R-134a,但R-134a的温室效应系数较大,在不久的将来还可能会被更符合环保要求的制冷工质所取代,不管制冷工质如何变化,电动汽车空调必须符合环保要求的这一发展趋势将不会改变。采用人工智能技术开发先进的传感-控制系统,使创造的车室环境更加符合人体皮肤的感觉,进一步提高舒适性,也是电动汽车空调未来的发展方向。随着太阳电池效率提高和成本降低,其在电动汽车空调系统中的应用会成为可能,并且会逐步得到普及。 6结论 从以上分析可以看出,作者面向电动汽车开发的热泵空调系统具有良好的性能,适合电动汽车使用。分析样机试验结果得出以下结论: 1)空调系统的制冷量/制热量、输入功率随转速增加基本呈线性增长关系;空调系统的COP在转速较低时随转速增加有较快的增长,而在转速较高时,则受转速的影响较小。 2)所开发的双工作腔滑片压缩机,低转速时的COP高于容量相同的涡旋压缩机,而高转速时的COP低于涡旋压缩机,但所低出的幅度并不很大。综合考虑性能、加工及安装等因素,双工作腔滑片压缩机是比较适合电动汽车空调系统使用的压缩机。 3)与目前使用的燃油汽车空调系统相比,电动汽车空调系统的低速性能略差,但它却具有较好的高速性能。 4)若轿车顶盖全部布满太阳电池,所产生的电能约为225W,可以使空调系统的制冷量增加8%左右,同时还能降低汽车空调冷负荷的峰值。 致谢:广东省电动汽车实验专门为本项目研制驱动电机,并指导电控系统的设计;试验得到广州豪华汽车空调器有限公司质检科的支持和配合,在此一并致谢。 电动汽车论文:电动汽车制动能量管理论文 摘要:电动汽车的驱动电机运行在再生发电状态时,既可以提供制动力,又可以给电池充电回收车体动能,从而延长电动车续驶里程。对制动模式进行了分类,并详细探讨了中轻度刹车时制动能量回收的机制和影响因素。提出了制动能量回收的最优控制策略,给出了仿真模型及结果,最后基于仿真模型及XL型纯电动车对控制算法的效果进行了评价。 关键词:制动能量回收电动汽车镍氢电池Simulink模型 电动汽车(EV)的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的。在EV性能提高并逐步迈向产业化的过程中,提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。尽管蓄电池技术有了长足进步,但由于受安全性、经济性等因素的制约,近期不会有大的突破。因此如何提高EV能量利用率是一个非常关键的问题。 制动能量回收问题对于提高EV的能量利用率具有重要意义。电动汽车采用电制动时,驱动电机运行在发电状态,将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电,对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。国外有关研究表明,在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下,有效地回收制动能量,可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分之三十。 目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。制动能量回收要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充电特性等多方面的问题。研制一种既具有实际效用、又符合司机操作习惯的系统是有一定难度的。本文对上述问题作了一些积极的探索,并得出了一些有益的结论。 1制动模式 电动汽车制动可分为以下三种模式,对不同情况应采用不同的控制策略。 1.1急刹车 急刹车对应于制动加速度大于2m/s2的过程。出于安全性方面的考虑,急刹车应以机械为主,电刹车同时作用。在急刹车时,可根据初始速度的不同,由车上ABS控制提供相应的机械制动力。 1.2中轻度刹车 中轻度刹车对应于汽车在正常工况下的制动过程,可分为减速过程与停止过程。电刹车负责减速过程,停止过程由机械刹车完成。两种刹车的切换点由电机发电特性确定。 1.3汽车长下坡时的刹车 汽车长下坡一般发生在盘山公路下缓坡时。在制动力要求不大时,可完全由电刹车提供。其充电特点表现为回馈电流较小但充电时间较长。限制因素主要为电池的最大可充电时间。 由于电动汽车主要工作在城市工况下,所以本文将研究重点放在中轻度电刹车上。 2制动能量回收的约束条件 实用的能量回收系统应满足以下要求: (1)满足刹车的安全要求,符合驾驶员的刹车习惯。 刹车过程中,对安全的要求是第一位的。需要找到电刹车和机械刹车的最佳覆盖区间,在确保安全的前提下,尽可能多地回收能量。具有能量回收系统的电动汽车的刹车过程应尽可能地与传统的刹车过程近似,这将保证在实际应用中,系统有吸引力,可以为大众所接受。 (2)考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力。 电动汽车中常用的是永磁直流电机或感应异步电机,应针对不同的电机的发电效率特性,采取相应的控制手段。 (3)确保电池组在充电过程中的安全,防止过充。 电动汽车中常用的电池为镍氢电池、锂电池和铅酸电池。充电时,避免因充电电流过大或充电时间过长而损害电池。 由以上分析可得能量回收的约束条件: (1)根据电池放电深度的不同,电池可接受的最大充电电流。 (2)电池可接受的最大充电时间。 (3)能量回收停止时电机的转速及与此相对应的充电电流值。 本项目原型车为XL型纯电动车,驱动采用异步交流电机,额定功率为20kW,峰值功率为60kW,额定转矩为53Nm,峰值转矩为290Nm,持续输出三倍额定转矩时间不小于30s,额定转速为3600r/min,最高转速为9000r/min。蓄电池采用24节100Ah镍氢电池,其瞬时充电电流可达1.5C(C为电池放电倍率),即150A。在充电电流为0.5C时,可持续安全充电。实验表明,在电机转速为500r/min时,充电电流小于6A。可设此点为电刹车与机械刹车的切换点。 3制动能量回收控制算法 3.1制动过程分析 经推导可得,一次刹车回收能量E=K1K2K3(ΔW-FfS)。 特定刹车过程中,车体动能衰减ΔW为定值。特定车型的机械传动效率K1和滚动摩擦力Ff基本上是固定的。对蓄电池来说,制动能量回收对应于短时间(不超过20s)、大电流(可达100A)充电,因此能量回收约束条件(2)可忽略,充电效率K3也可认为恒定。对于电机来说,在制动过程中,其发电效率K2随转速和转矩的变化而变化。制动距离S取决于制动力的大小和制动时间的长短。 由以上分析可知,如果电池状态(包括放电深度、初始充电电流强度)允许,回收能量只与发电机发电效率和刹车距离有关。在满足制动时间要求的前提下,通过调节电机制动转矩可以控制电机转速。 3.2控制算法 控制策略可描述为:在满足刹车要求的情况下(由中轻度刹车档位决定),根据能量回收约束条件(1)和(3)的不同值,确定最优制动力,使回收的能量达到最大,即电流对时间的积分达到最大。为了与平常的刹车习惯相符合,令制动力随刹车时间呈线性增长,即Fj=Fo+Kt。问题转换为寻找最优的制动力初值Fo和制动力增长系数K。 我国常用的轿车循环25工况规定,汽车最高速度不超过60km/h,加速度变化范围为-1.5m/s2~1.5m/s2。为了体现城市工况下汽车制动的典型性,同时保证安全性和平稳性,考察如下制动过程:电制动初始速度为60km/h(对应电机转速为4500r/min),电制动结束速度为5.4km/h(对应电机转速为500r/min),要求加速度的绝对值小于2m/s2,速度曲线尽量平滑。中度档位刹车时规定制动时间为8s~12s,轻度档位刹车时规定制动时间为12s~18s。下面只讨论中度档位刹车情况,轻度档位刹车情况与之类似。 镍氢电池(100Ah)在常温以0.5C放电时,电池单体电压变化范围为12~15V,但电池主要工作于平台段,即12.2~13V。为讨论问题方便,认为电池单体端电压为12.5V,总电压等于300V。据此假设,计算所得的充电电流误差不超过6%。 电机在不同的转速与转矩运行时,实测的效率曲线类似指数函数。为了处理方便,可将效率曲线分三段线性拟合成如下函数(拟合误差不超过5%,其中n为电机瞬时转速): 与此相对应,可将制动过程分成三个阶段: 第一阶段:电机转速变化范围为4500r/min~3600r/min,电机发电效率为0.9,要求制动时间t1≤3s。 取制动转矩为60Nm,即F0=1860N,K=20,可得t1=2.62s,平均加速度约为-1.29m/s2。计算可知,充电电流I单调减小,IMax=It=0=75.75A。 第二阶段:电机转速变化范围为3600r/min~1500r/min,电机的发电效率变化范围为0.9~0.82,要求制动时间t2≤5s。 此时问题归结为在约束条件下的最优控制问题。经仿真计算可知,回收能量值随F0、K的增加而单调增加,并且主要由F0决定。当F0较小时,K的变化对制动时间的影响较大。由于电机可运行在三倍过载(140Nm)的情况下,可得最大制动力为4300N。当F0=4300N、K=30时,回收能量取最大值,为274.3(单位:安秒/As),平均加速度为-2.83m/s2。为了满足刹车平稳性的要求,取F0=2300N、K=50。制动时间为4.71s,此时回收能量为262.8As,较最大值减少4.2%,而平均加速度为-1.68m/s2,仅为最大值的59.3%。此阶段充电电流最大值为76.9A。为了准确描述能量回收的效果;引入了一个新的单位“安秒/As”(即时间以秒为单位对电流的积分)来衡量能量的大小。 第三阶段:电机转速变化范围为1500r/min~500r/min,电机的发电效率变化范围为0.82~0.6,要求制动时间t3≤2s。 仿照第二阶段的分析方法可得,取F0=3000N、K=30时,制动时间为1.88s,回收能量为42.1As,平均加速度为-2.01m/s2。此时回收能量较最大值减少2.3%,而平均加速度为最大值的74.1%,此阶段充电电流最大值为35.9A。 4仿真模型及结果 根据汽车动力学理论并结合其它相关方程可得仿真模型: 驱动力合力:Ft=Ff+Fj+Fi+Fw 其中,Ft为作用于车轮上的驱动力合力,Ff为滚动摩擦力,Fj为加速阻力,Fi为坡度阻力,Fw为空气阻力。在城市工况下,Fi和Fw可忽略。 其中,车体质量为M,瞬时车速为V,制动初始车速为V0,电制动结束时车速为V1,充电电流为I,电池端电压为U。其它符号含义与前相同。 在Simulink环境下建立仿真模型,可得电机转速曲线如图1所示,充电电流曲线如图2所示,回收能量曲线如图3所示。 5制动能量回收控制算法功效的评价 以初始速度为60km/h的电制动典型过程为例,经仿真计算可得,回收能量占车体总动能的65.4%,其余的34.6%为机械刹车和电刹车过程中的损耗。以我国轿车25循环工况为例,考虑到摩擦阻力及各部分效率的问题,回收能量占总耗能的23.3%。 实验证明,本文提出的制动能量回收控制策略是简洁有效的。在典型城市工况下,配备能量回收系统的XL型纯电动轿车运行可靠,可以延长续驶里程10%以上。 6其它相关问题的讨论 锂电池由于比能量高,也是EV常用的动力源。实验证明国内研制的锂电池瞬时(20s)充电电流上限可达1C,对常用的80Ah锂电池而言,其最大充电电流为80A左右。但是出于安全方面的考虑,如果把制动能量回收系统用于锂电池系统,需要严格的限流措施或将电刹车与机械刹车同时作用。 制动能量回收的另一种情况是汽车下长缓坡。我国规定城市道路坡度不超过8%,在此条件下,如果EV下坡速度为30km/h(n=2200r/min,效率=0.847),则制动充电电流为37.6A,对镍氢电池来说不到0.4C,可以安全地持续充电。 尽管本课题针对纯电动车,但由于混合动力车与纯电动车的能量回收规律相似,因此以上讨论同样适用于各种混合动力车,主要区别在于电池放电倍率大小不同。 电动汽车论文:电动汽车应用管理论文 这种电力电子系统的两个特征是压接技术和机械高度集成化,这两者都是混合多动力电动汽车的里程碑技术。 2004年5月25日,纽论堡--来自于赛米控为混合动力和电动汽车开发的优化模块SKAITM,由于其特殊的压接技术以及机械集成度,满足了汽车工业的高可靠性需求。就产品性能而言,和以前开发的产品相比SKAI™模块取得了长足的进步。 SKAI™是一个三相逆变模块,用于将直流电源(来自于燃料电池)转变成交流电源(供给电机)并可附带能量回馈电路。该系统含集成的DSP控制器,驱动和保护电路,直流稳压电容,半导体,绝缘体,传感器,液体冷却回路以及和汽车通信的CAN总线接口。 该功率电子模块包含两种拓扑结构。其一IGBT模块设计有600V/1200V,500A/400A规格的输出能力,适合50~200KW功率的电机,而第二种拓扑MOSFET模块设计有75V/100V/150V,700A/600A/500A规格的输出能力,适合3~20KW功率的电机。 SKAI™是赛米控在其以往主要用于汽车领域的专利压接技术--SKiiP 技术的基础上发展起来的。事实上,得益于其SKiiP 技术,赛米控享誉电池汽车的功率电子系统专业供应商的殊荣已有十余年的历史,特别是在叉车领域中。这种用于所有电气接触和热接触上的压接技术,能延长产品寿命并提高温度循环能力。与焊接不同,压接技术对冲击、震动以及高环境温度不敏感,并能确保热直接扩散到散热器。“正是这种压接技术帮助我们在汽车工业立稳了脚跟”,赛米控国际营销/市场总监PeterFrey先生说道,“它为高要求,低成本,安全第一的汽车工业提供了服务保障”。 SKiiP 技术早已使用在很多电动汽车上,如OpelZafira,BMWE1,FordThink(其前身为Pivco),FiatSeicentoElettra,DaimlerChryslerA-Class,AudiDuo,混合动力公交工程,VWPowerGolf,ChryslerEpic。除了混合动力汽车和燃料电池汽车外,SKiiP 技术在叉车、平板传输带,社区汽车以及拖拉机上都得到广泛应用。 就赛米控产品策略的背景,PeterFrey先生表示:“对我们而言,如今内燃机最具潜能的替代品就是混合动力电动汽车和氢燃料电池汽车。这种想法事实上在19世纪就业已存在,出而非新近才出现。“燃料电池电动引擎不产生有害的排放物,噪音低,能量利用效率高。如此多的优点使得我们在该领域进行研究和开发的时候始终保持着昂扬的激情。” 电动汽车论文:电动汽车锰酸锂电池寿命的研究 本文作者:曹建华 高大威 宣智渊 魏解元 单位: 清华大学汽车工程系 前言 作为混合动力车辆的车载能源,锂离子电池的性能是车辆重要的参数之一。混合动力城市客车对于电池的要求很高,因其起停和加减速工况占总工况的很大一部分,电池工作电流区间跨度大,且电流变化率也非常大,这无疑会缩短电池寿命;而混合动力城市客车行驶特性则要求电池具有良好的寿命,以保证其经济效益。所以,对于车用电池使用寿命的研究很有现实意义。国内外学者对于混合动力车用电池寿命的研究主要在两个方面:一是锂离子电池循环寿命测试,包括分析影响电池寿命的因素等[1-4];二是电池寿命预测模型的建立[5-6]。研究结果显示,锂离子电池在55℃的环境下存储之后容量衰减加剧,表明高温下的工况测试对电池寿命的影响更大[7]。目前对锂离子电池的研究更多的是围绕单体电池进行的,而对单体电池成组之后的寿命研究较少。但电池成组对电池寿命有一定的影响,比如本来能够充满的单体电池成组后只能充入单体电池容量的95%[8]。本文中根据北京市混合动力城市客车的实际运行数据提取出一个电池充放电循环,作为电池使用寿命试验研究的工况,然后进行电池循环寿命试验,评估了锰酸锂电池的寿命;分析了影响电池使用寿命的因素,提出了合理的电池运行工况。通过电池寿命强化试验,可得到不同应力水平下电池寿命衰减的关系,给出了在大的应力水平下进行电池寿命试验和缩短试验时间的方法。 1车用锰酸锂电池寿命试验的介绍 1.1电池寿命试验研究平台电池使用寿命试验研究平台包括电池试验台、主控计算机系统和动力电池等,如图1所示。研究对象为某型号车用锰酸锂电池组,其主要参数见表1。电池组中各单体电池排列顺序见图2。电池试验台是美国Arbin公司生产的专业电池测试仪器,该仪器可对电池以恒流、恒压或者恒功率等手段充放电,并可进行工况测试。电池运行时的各种数据由电池管理系统采集,通过CAN总线和主控计算机实现通信,以监控试验状况,并记录数据。 1.2电池寿命的试验方法 1.2.1电池充放电工况循环的制定试验用的同型号电池搭载在混合动力客车上,在北京的某线路上进行了4000km的测试。分析试验过程数据可知,电池在运行过程中重要的3个参数:电压和SOC变化不大;电流的变化非常剧烈。最大充电电流达到120A,最大放电电流达到150A。所以,车辆对于电池系统的实际功率需求是随电流变化而变化的,在制定电池充放电工况循环时,可默认电压被限制在某一个固定值附近,而电流值的改变则对应了电池功率的改变。工况的时长是5min,如图3所示。工况提取的操作如下。(1)将充电电流从0到最大值等分成10个区间,统计落在各个区间的电流平均值和电流持续时间占总时间的比例。(2)将放电电流从0到最大值等分成10个区间,统计落在各个区间的电流平均值和电流持续时间占总时间的比例。(3)统计电流为0的持续时间占总时间的比例。(4)工况各脉冲电流值即是步骤(1)和(2)中的平均值,电流持续时间比例保持不变。(5)采用充电、静止和放电循环的步骤构成脉冲序列,充放电电流依次增大。由于工况参数都是混合动力客车运行时实测数据的平均值,该工况循环在很大程度上能模拟真实道路上电池的工作情况。 1.2.2试验方法工况循环试验共进行了5000个循环的测试,每个循环时长5min。每1000个循环之后进行1次电池全容量充放电,测量电池的容量。测量电池容量时参照汽车行业标准《电动汽车用锂离子蓄电池(QC/T743—2006)》,测定电池容量的流程见图4(电压判断标准是平均单体电池电压达到极值,I3=5.33A)。 2锂离子电池寿命的初步评估 一般认为当电池容量衰减至额定容量的80%以下时[1],电池不再适合动力系统或整车的需要,试验参考QC/T743—2006国家标准,也以电池容量衰减为额定容量的80%作为电池寿命终结的标志。电池寿命一般都是通过强化试验来缩短试验时间,但是强化试验须知道各种应力水平下的电池寿命试验结果的关系,这非常复杂。而如果给电池施加的电流应力水平是其工作时的水平,试验将会持续非常长的时间,同样不可取。在本文中,电池寿命试验采取了试验加模拟的方法,通过部分试验得到电池容量的衰减情况,模拟出电池容量衰减曲线,从而计算出电池的寿命值。电池每1000个循环后的容量测量结果见表2。从表2中第3栏的数据可见,与前面的4个1000循环相比,第5个1000循环的电池容量衰减率明显增加,显示出一定异常。在监测电池单体电压的过程中发现,4000个循环之后,电池组中24号单体电池出现电压明显下降的问题,并且随着试验的进行,它与其他电池的电压差距越来越大,因而断定是由于24号单体电池过度亏电导致电池组衰减速率加快。图5为5000个循环之后全容量放电时,24号单体电池与其他单体的电压曲线对比。为消除因24号单体电池原因造成电池组容量衰减速率的加快,在进行数值拟合时,舍去了5000循环后的数据,分别进行1阶以及2阶的拟合,并将其外推,来预测电池寿命,结果如图6所示。电池失效时的容量为标称容量的80%,即12.8A•h,按1阶拟合结果,电池可以使用21450个循环,折合时间为1787.5h。以混合动力客车实车数据统计得到的客车平均速度为18km/h计算,在电池失效前,车辆可行驶3.22万km;按2阶拟合结果,电池可使用15410个循环,折合1284.2h,行驶里程为2.31万km。对比这两种拟合方式,2阶拟合结果更接近随着电池使用时间延长容量衰减率加快的实际情况。 3温度和单体电池的一致性对电池寿命的影响 3.1温度对电池寿命的影响电池在工作时会伴随着电极和电解液的分解,锂离子也会在电极上沉积形成氧化物,这些反应导致了电池容量的减小。而温度和反应速率存在如下关系[9]。式中:K为电极衰减反应速率,mol/s;Ea为反应的活化能,kJ/mol;R为气体常数,R=8.31451J/kmol;T为温度,K;B为频率因子,A/(mol•s)。可见温度对于电池寿命有很重要的影响,表3为单体电池最高温度和容量衰减率之间的关系。从表3可知,在试验的不同阶段,控制试验中的单体电池最高温度略有差别,则电池的容量衰减率也不一样。随着单体最高温度的升高。容量衰减率也呈上升趋势。 3.2单体电池一致性对电池寿命的影响由于生产流程和工艺等方面的原因,单体电池间容量等参数会出现细微的差别,但使用环境会加大这种不一致性。因电池风道设计的缺陷,电池中的某些单体电池始终要比其他单体电池的温度高很多。这种温度的不一致性主要通过内阻的不一致来影响电池寿命。因为不同的单体电池温度会导致其内阻不一样,这样单体电池的电压也就不同。在整个试验过程(包括工况循环试验及下文所述的强化试验和容量补充试验)中,总共进行了17次充放电,按照时间先后顺序标示为试验1~17号。对电池进行容量测试时的起始放电和起始充电电压数据进行分析,发现它们随着试验的进行呈现出一定的规律,如图7和图8所示。从图7和图8可见,随着试验的进行,电池的起始充电电压越来越大,起始放电电压越来越小,说明每次电池在全容量充放电的过程中,充入的电量变少,且放出的电量更少,即电池的容量在逐渐减小。分析试验中电池充放电电压范围变小的原因可知,在充电过程中,某些单体电池的电压高于其他单体电池,当其电压达到4.2V时,很多单体电池的电压仍未达到4.2V,这导致后续放电电压降低;在放电过程中,某些单体电池的电压远低于其他单体电池,当其电压降至3.0V时,仍有很多单体电池的电压大于3.0V,这导致后续充电电压升高。随着试验的进行,单体电池的电压差距在增大,充放电电压范围就逐渐减小了。所以在电池工作时要保证每个单体电池不过充过放,每个单体最大电压不超过4.2V,最小电压不小于3.0V。单体电池的电压不一致还会造成充放电过程中的部分单体电池过充和过放,损坏单体电池。在试验中,24号单体电池由于过度放电导致其电压降低,进而影响了整个电池组的寿命。 4电池寿命强化试验 4.1电池寿命强化试验方法电池的强化试验就是对电池采用一些比较苛刻的试验条件,比如大电流、宽SOC范围充放电和电池处在较高的温度下等。这些极端的情况,会导致电池容量衰减加速,从而缩短电池寿命试验的时间。通常情况下,还须寻找这些极端情况试验和普通工况试验之间的关系,及二者对于电池影响之间的换算系数,从而可由强化试验的结果推导出电池在一般工况试验下的结果。把各种参数简化为对电池的作用应力值,电池强化试验的基本思路就是利用高应力水平下的寿命特征去推导出正常应力水平下的寿命特征,所以应先研究应力值和容量衰减率之间的关系。此次试验选取了电池充放电电流和电池SOC范围两个应力条件。首先,分别统计了实车试验数据中充电和放电电流的平均值,充电电流为40.71A,放电电流为35.43A。为考查两个因素对电池寿命的影响,采用控制变量法进行试验。选定两种不同电流应力水平,第一种是以80A电流充电,70A电流放电;第二种是以120A电流充电,105A电流放电。考虑到SOC在试验仪器中不可控制,以电压范围代替SOC范围,第一种是从320~400V;第二种是从340~380V。用控制变量法一共要进行4组试验,见表4。试验时每一应力水平下,进行多次充放电循环,之后进行一次全容量放电,测定该时刻的电池放电容量,计算这一循环过程的容量衰减率。为提高试验精度,采用了多次测量取平均值的方法。 4.2试验的结果分析将电池容量衰减情况列于表5中。可求得不同组别的容量衰减率:第1组为2.52×10-2A•h/h;第2组为0.108A•h/h;第3组为2.06×10-2A•h/h;第4组为0.114A•h/h。强化试验之前的工况循环试验按其平均容量衰减率为0.16A•h/103cycle计算,每个循环时间为5min,容量衰减速率换算为1.92×10-3A•h/h。分析试验结果,可得到的规律如下。(1)对于同样的电压变化范围,大电流强度容量衰减率远大于小电流强度。(2)对于同样的电流强度,不同电压范围应该是电压范围越大,容量衰减率越大。但是试验结果没有看出明显的规律。工况循环的电压变化范围一般在350~390V,从之前得到的数据来看,电压范围变化对容量衰减率变化的影响远不及电流强度变化的影响,因此本文中只考虑电流强度的影响。如果分别设工况循环电流强度和容量衰减率为x和y,则第1、3组强化试验电流强度应力水平为2x,第2、4组强化试验电流强度应力水平为3x;第1、3组强化试验容量衰减率为11.93y;第2、4组强化试验容量衰减率为57.81y。令P为强化试验电池电流强度和工况循环电流强度之比,C为强化试验电池容量衰减率和工况循环下电池容量衰减率之比。在P=1时,lnC=0的约束条件下进行2阶拟合,得到图9的曲线。拟合方程式为lnC=-0.4505P2+3.8305P-3.38(2)这样若得知电流强度为I2的强化试验条件下的容量衰减率为ΔC2时,则可按下式求得电流强度为I1的正常工况循环下的容量衰减率ΔC1。ln(ΔC2/ΔC1)=-0.4505(I2/I1)2+3.8308(I2/I1)-3.38(3)温度对于容量衰减的影响是不能忽略的,但是由于缺少相关的试验设备,温度部分的工作暂时未能进行,因此上述有关强化试验的结论有待今后进一步完善。 5结论 (1)所采用的工况循环测试方法能更真实地体现电池的实际工作状况,试验测得的电池循环寿命更加接近电池在实车环境中的寿命。(2)温度升高虽然会使容量有所上升,但是容量衰减率大大增加,导致了电池寿命的缩短。(3)单体电池不一致性导致容量测试时,起始充电电压增大,起始放电电压减小,从而导致电池能够释放的电量减少,使电池寿命缩短。(4)电池强化试验表明,电流强度是影响电池寿命的主要因素,由大的电流强度下的试验结果可推导出小的电流强度下的试验结果,为缩短电池寿命试验时间提供了依据。 电动汽车论文:新能源电动汽车电池技术探讨 摘要:电动汽车是最具发展潜力的新能源汽车,以电力为驱动,有着噪声低、低排放、效率高等特点,应用前景广阔。本文围绕新能源电动汽车对其电池技术进行了讨论。 关键词:电动汽车;比能量;可靠性;锂离子电池 0引言 由于传统内燃机汽车所造成的环境和能源问题愈加突出,汽车行业发展受阻。目前我国科研机构和汽车制造企业都加大了对新能源电动汽车的研发力度,以期解决现存电动汽车电池技术难题。 1新能源电动车电池技术 根据能源供给类型的不同,电动汽车可分为纯电动车、混合电动车和燃料电池电动车,且这三种电动车电池技术均面临着技术难题,较难量产推广。电池技术是影响新能源电动车推广和广泛应用的重要因素,所以迫切需要解决电池的容量和能源补充问题。 2新能源电动车电池技术对比 (1)铅酸蓄电池。铅酸蓄电池是由浸入稀硫酸电解液的正极板(PbO2)和负极板(Pb)组成。充放电反应方程式:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。该种电池的性能指标中的比能量和比功率均较低,电池的循环使用寿命也较短,充电所需时间较长,这些特点致使其在电动车领域的推广受到很大制约。同时,该种电池技术较为成熟,可以大批量生产,其造价也低,所以这种电池也具有一定的应用空间,目前是被用于行驶里程短,重点要求较低的场合,例如目前已投入使用的电动观光车、电动叉车、短途电动公交车等。 (2)镍氢电池(NiMH)。由镉镍电池发展而来的镍氢电池是由电解液(KOH)、碱式氧化镍(NiOOH)组成的正极和吸氢合金(MH)组成的负极构成。充放电反应方程:NiOOH+MH⇋M+Ni(OH)2。镍氢电池充电时间短、容量大、放电深度大,更有着耐过充和过度放电等优点,但是由于金属镍价格较昂贵对其在在电动车领域的推广和应用。镍氢电池与锂离子电池相比,能量密度较弱但可靠性高、成本低。在不久的将来镍氢电池会成为混合动力电动车的主流电池。 (3)燃料电池(FuelCell,FC)。燃料电池由正极、负极(不包含活性物质)和电解质隔膜组成。目前研究以氢燃料电池为主,充放电反应方程:2H2+O22H2O。作为被汽车制造商重点投资的燃料电池,仅须补充燃料与空气即可,并不需要充电储能的过程。氢燃料电池不仅供电效率高、功率密度高,也有着无污染和可循环利用的优点。但是其造价太高、启动时间过长,制造和存储代价高且氢燃料电池加氢站的建设有着很大的难度。就目前来说,燃料电池电动车只是处于研发阶段,尚存在较多技术难题,在短期内很难进行大规模的推广。基于燃料电池绿色环保的作用,燃料电池未来肯定会成为解决能源危机的动力电池,有着较为广泛的前景。 (4)锂离子电池。锂离子电池主要包括正极(锂离子金属氧化物LiMO2构成)、负极(焦炭或石墨C构成)和有机溶液(溶有锂盐)。充放电反应方程:LiMO2+nC⇋Li1-xMO2+LixCn。锂离子电池的性能要优于前两种电池性能,有着体积小、寿命长和自放率低的优点,锂离子电池并不存在传统蓄电池出现的“记忆效应”,该电池无污染,所以该种电池一直被看好,是最具有实用价值的电动车电池。但锂离子电池在快速放电性能、价格、过放电保护方面有着不足之处。而大容量、高功率的锂离子电池在安全方面有着一定能够隐患,使其大规模推广受到限制,现在主要被用于容量较小、功率较低的电动汽车的应用中。目前各国汽车生产商都在重点研究锂离子电池技术,主要围绕如何降低电池成本,实现快速便捷放电,确保大容量的电池安全性为研究重点。 3锂离子电池技术 (1)锂离子电池材料技术。该种电池正负极材料体系很丰富。用于动力电池的NCM三元层状正极材料,其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的应用比较成熟,而拥有较高容量的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2已被批量应用。近几年铝掺杂的锂镍钴氧电池将被用于驱动电动汽车,与锰酸锂混合也可用于制造车用动力电池。磷酸铁锂电池生产已满足客车和专用车辆的应用。用于负极的材料石墨、硬/软碳和合金负极材料,其中石墨应用最为广泛,无定形硬碳或软碳与石墨混合已经逐渐被应用。钛酸锂负极材料倍率性和循环性佳,但比能量低、成本高,适用于大电流充电。将纳米硅或硅氧化物作为负极材料已有小批量应用,但还需研究出解决因锂嵌入硅后造成的体积膨胀导致使电池循环寿命减少问题的方法。锂离子电池电解液中六氟磷酸锂及其它新型锂盐、溶剂提纯、电解液配制、功能添加剂技术不断进步,而如何提高电池工作电压,如何改善电池高低温性能是现在研究方向,目前安全型离子液体电解液以及固体电解质均在研制中。聚烯烃微孔膜是现如今锂离子电池隔膜销售中的主要产品,而耐高温、高电压隔膜将会是未来的主要发展方向。 (2)单体电池技术。单体电池形状主要有圆柱、方形金属壳(铝/钢)和方形软包散装,而车用电池组容量大、电池数量多、管理系统复杂。目前圆柱电池技术并不能满足车用电池需求;方形电池电芯制作方式较多(正极包膜叠片、卷绕+叠片、叠片+卷绕等),制作出的电池容量大,适用于软极片电池(磷酸铁锂和三元材料的电池)。叠片式电池在各材料体系中均适用,可靠性高,与卷饶电池相比寿命较长,例如日产Leaf纯电动汽车、Volt插电式混合动力汽车电池均采用叠片式。软包电池电芯的制作则与方形金属壳电池类似。总体来看,我国单体电池生产正在由半自动向着全自动大规模制造迈进。 (3)电池系统技术。我国动力电池系统产品存在功能简单、数据采集可靠性较弱,SOE估算精度、热管理、均衡、安全管理等有待提升,而优秀元器件则差距大。电池系统应从结构设计优化与材料选型两个方面入手结构抗振、抗冲击以及轻量化集成优化设计进行研究,并从故障诊断预测、热安全监测预警和防控三个方面进行关键技术的开展。 4结语 综上所述,对于新能源电动汽车来说镍氢电池性能要优于铅酸蓄电池,燃料电池和锂离子电池比与镍氢电池相比性能性能更佳,但都有着各自难以突破的技术难题。基于锂离子电池各项性能和目前技术研究程度,不久的将来锂离子电池会被广泛应用于纯电动汽车。 作者:姬超 单位:山东中实易通集团有限公司 电动汽车论文:纯电动汽车的故障诊断思路探究 摘要:随着国家经济水平与科技水平的不断提升,纯电动汽车技术正在不断成熟和发展,逐渐步入产业化进程。目前汽车故障诊断技术探索大多数是针对传统发动机汽车而进行的,对于纯电动汽车的故障诊断研究少之又少。我国与国际上汽车故障诊断水平先进的国家来说,仍处在起步阶段,因此对于纯电动汽车的故障诊断发展需要不懈的努力。对纯电动汽车的常见故障进行了阐述,并探索了故障诊断思路。 关键词:纯电动汽车;故障诊断;思路 纯电动汽车指的是整体运动全部通过蓄电池来提供电力驱动的电动汽车,尽管纯电动汽车已经经历了一百多年的历史,然而其一直限制在某些特殊环境下使用,面对的市场有限。造成这种情况的关键原因在于各种类型的蓄电池,大都存在成本高、工作期限低、外观较大、质量高、充电时间较长等明显缺陷。除此之外,纯电动汽车的故障诊断技术尚不发达,不仅仅是查找问题存在困难性,而且在处理故障的时候比之传统动力汽车更为复杂和危险。国内的纯电动驱动系统开发刚刚起步,出现故障的概率相当大,安全性能需要着重提升。同时,既有的汽车以及电机系统的故障诊断技术和智能检测技术大多数难以直接用在电驱动系统中,而且部分电驱动系统特有的问题同样缺少对应的诊断措施,所以非常有必要对纯电动汽车的故障诊断思路进行探索。 1纯电动汽车系统构造分析 由于生态与环境的压力和政府的大力支持,使得纯电动汽车正在渐渐走入大众的视野中并接受人们的考验。为了确保高压电安全,需要严格按照有关标准进行设计。电动汽车整车控制系统可以称作是汽车的指挥中心,通过它来统筹协调汽车每个部位运行,是整车控制系统的中心枢纽。随时能够正确诊断每个系统出现的故障且做出科学的解决方案,是确保汽车稳定运行的重要技术。纯电动汽车是通过组合多个子系统而形成的一个复杂系统,不但有低压电气组织,而且还有强电压、高电流的高压动力组织,其中任意一个部件故障都将导致整车不能稳定行驶,特别是对于电压高达上百伏的供电系统,假如产生漏电问题,将很可能给驾驶人员的生命带来威胁。本文设计了某纯电动汽车动力系统结构和控制机制,其中发动机、电池等各个零构件都配有相对独立的控制系统,并且利用控制器局域网络把数据传送给整车控制设备,同时利用控制器局域网络接收整车控制系统的控制命令,整车控制系统所采集到的零构件数据和采集的油门踏板数据、档位数据等乘坐人员数据,由此获得控制对象的信息,此外还可以利用控制器局域网络总线发送和直接操作继电系统,以此来保证汽车安全、稳定地依据乘坐人员需要工作。在进行控制的环节里,及时地判断各个系统故障且在出现问题时选择合适的处理手段,是确保整车稳定、可靠行驶的关键。 2纯电动汽车常见故障诊断思路分析 2.1纯电动汽车绝缘故障的诊断和查找 纯电动汽车是通过纯电池动力来为汽车提供动力的车辆类型,该类型车辆的动力电池的输出电压通常保持在DC/72V与DC/600V之间或者超出此范围。通过有关标准的规定可知,一般人的安全电压强度通常指的是不能导致人类直接死亡或者残废的电压强度,而通常环境条件下许可长时间触碰的安全最低电压为DC/36V。可以说纯电动汽车动力电池产生的电压强度已然大大超出了此安全电压范围,因此对纯电动汽车绝缘故障的诊断是相当重要的工作。同时纯电动汽车发生该故障的概率并不低,经过对诊断过程的归纳,累积了一些经验:首先对于绝缘故障警报来说,通常纯电池汽车的最小警报绝缘电阻额值度设置在500千欧左右,通过电池控制系统来负责检查功能,假如检查到的绝缘电阻额度不高于此值时,电池控制系统将把相应的绝缘问题代码发送给上位机设备,整车方面利用综合仪表来实现代码读取与故障提醒。如果综合仪表上出现故障代码或者警报提醒时,就意味着该汽车产生了绝缘问题,需要及时进行故障诊断,以此避免出现人身安全事故;其次要初步判断绝缘警报,按照实际汽车的情况来分析,故障的类型与故障零件多种多样,可以按照一定的步骤来实现初步判断。假如汽车的仪表可以正常工作,且真实反映出车辆是否存在故障,则表明电池控制系统绝缘监测自身是没有问题的。假如汽车的仪表提示的是绝缘没有连接,那么此时需要检测低压控制路线是不是正确连接或者已经松脱。当经过检测得知低压连接路线没有故障,就应该检查控制器局域网络线路的通信问题,测试终端电阻数值是不是合理,一般情况下数值是60欧,假如测试结果低于该数值,则表明信号被阻隔了,会致使控制器局域网络通信失常。除此之外,还应当对高压部件进行检测,确定了系统线路连接正常,则可以把注意力放着高压部件的绝缘过低方面。通过这种方式,可以高效提升诊断速度且正确找到故障部位。 2.2纯电动汽车高压电故障诊断和安全管理 纯电动汽车使用动力蓄电池与电动机作为驱动装备,产生的电压能达到数百伏。如果出现高压电路绝缘故障,则将直接威胁到乘坐人员的生命财产安全和车载物品的安全。所以纯电动汽车高压电故障诊断技术已经变为纯电动汽车设计人员首先要处理的关键问题之一。纯电动汽车高压电故障诊断和安全控制的意义在于处理纯电动汽车的高压电安全问题。纯电动汽车高压电系统线路的短路、漏电等问题都会给车辆的高压用电安全带来不可预测的损害。对于纯电动汽车高压电结构的配置,为该结构可能出现的故障实现分析,其中纯电动汽车高压电部位故障能够分成动力蓄电池系统问题、短路问题、绝缘问题、高压环路问题等,任意一种故障都是纯电动汽车的潜在威胁。为了真正处理电动汽车所面对的各种故障问题,保证电动汽车的高压用电安全,国内纯电动汽车安全规范对车载能源储存设备、性能安全与问题预防和驾驶员触电保护都做了明确的规定,为纯电动汽车高压电路设计与生产提出了科学的设计与测试规定,且提供了比较详细的硬件设计试验检查程序。然而,这只是高压电系统自身设计和生产层次上的保障手段。因为纯电动汽车工作环境复杂,故障的出现具有很大程度的随机性,单单依据高压电系统自身可靠性设计和生产仍不足以让电动汽车具有预防各样高压危险事故突发的能力。 2.3纯电动汽车电驱动故障诊断分析 以往的故障诊断系统是利用一套整车管理控制器局域网络实现通讯的,而整车控制器局域网络中通常会设置很多控制单元,于是就比较容易导致总线荷载过高,系统即时反应速度缓慢,故障分析数据难以获得快速的反应。本文针对该问题构思了一种独立的故障分析控制器局域网络,这种网络的特征是能够在整车控制器局域网络中获得数据,但是没有传送数据的能力。通过加工后的故障数据是应用故障诊断结构传送至独立的故障诊断控制器局域网络中的,继而通过故障诊断控制器局域网络传送到每个控制器,这种方式不但能够提升故障反应速率,还能够防止多个控制器局域网的互相扰动。在纯电动汽车的电驱动故障诊断系统中,整车控制器与电动机控制器把电压、电流、热度等数据以文字形式发送到故障诊断系统,故障诊断系统依据诊断规范分辨其是否为故障后,再以文字的形式传送出去。电驱动系统包含了驱动电路与电动机自身。该文中的电动机使用的是效率明显的永磁同步电机。 驱动系统包括了控制电路、驱动维护系统、电力供给系统和传感系统等。电驱动系统的故障一般出在控制器方面与电机自身方面。对于纯电动汽车电驱动故障诊断分析方法通常有两种,一种是自测试手段、另一种是在线诊断方法。直流母线系统线路中的电容是一种能够在自测时期处在非静态输出的零件,在自测试的结束阶段应当对母线电容进行充电,在充电环节里电容的接入电流和电压都是非静态的参数,应用这个特征能够实现电容故障的检查。在线诊断方法通常包括IGBT模块开路故障在线检测、电机绕组匝间短路故障在线诊断与位置传感器偏转误差故障的在线诊断。该方法具备工程实用性高、诊断迅速的优势。 3结语 电子信息技术在汽车领域的使用让车辆故障测试和诊断变得更加繁复,以往的经典修理手段已经难以满足实际需求,所以汽车故障诊断系统和专门的诊断设施的开发有着十分巨大的发展空间,故障诊断技术正在渐渐朝着自动化的方向发展。国内已经有部分研发机构对纯电动汽车故障诊断技术进行研究,并且获得了比较乐观的成绩。尽管目前纯电动汽车的故障诊断系统仍旧处在起步阶段,然而随着科技水平的持续提升,相信故障诊断系统必定会越来越完善。 作者:白彩盛 单位:甘肃金城理工中等专业学校 电动汽车论文:电动汽车复合电源控制研究 摘要: 针对蓄电池单独作为汽车电源不能满足纯电动汽车短时间功率的需求问题,可采用超级电容与双向DC/DC串联再与蓄电池并联的复合电源来满足汽车功率的需求。利用模糊控制工具箱设计对于复合电源功率分配的模糊控制器,搭建整车复合电源控制策略模块,应用Cruise软件快速完成整车模型的搭建,将控制策略添加到整车模型中。仿真结果表明,纯电动汽车复合电源控制策略能够有效地分配蓄电池和超级电容的功率,从而使超级电容充分发挥“削峰填谷”的作用。 关键词: 纯电动汽车;复合电源;模糊控制;联合仿真 0引言 动力汽车要求其车载电源具有充放电功率大、充放电效率高、使用寿命长、容量衰减小等特点[1-2]。而蓄电池单独作为汽车的电源时存在充电时间长、比功率太低,不能满足汽车短时间功率需求问题,严重影响汽车的加速、爬坡、制动性能及能量回收效率,不能完全满足汽车对车载电源的要求[3-5]。超级电容充放电迅速,可瞬间大电流充放电,充放电能力比蓄电池要高100多倍,动态特性很好,循环寿命在10万次左右[6-7]。一种新的汽车电源是将超级电容与蓄电池结合起来使用,由蓄电池提供整车运行期间电机需求的平均电功率,而超级电容则提供电机需求的峰值功率,这样可以充分发挥蓄电池比能量大和超级电容比功率高的优点[8]。针对超级电容和蓄电池构成的复合电源系统,实现能量的合理分配是关键。模糊控制利用人的经验、知识和推理技术及控制系统提供的状态条件信息,不依赖物理过程的精确数学模型,具有较好的鲁棒性,控制性能高,简化了复杂的控制问题[9-12]。Cruise是研究汽车动力性、燃油经济性、排放性及制动性能的高级模拟分析软件,灵活的模块化理念使得Cruise可对任意结构形式的汽车传动系统进行建模和仿真[13]。本文采用Cruise/Simulink联合仿真的形式,在基于传统电动车模型的基础上,添加超级电容模型和双向DC/DC模型,利用Cruise搭建整车模型,在Matlab/Simulink中设计了针对复合电源的模糊控制策略,将控制参数进行模糊化处理,并通过MatlabDLL方式进行联合仿真,实现复合电源功率的合理分配,并对模糊控制策略和整车性能进行研究分析。 1复合电源的结构 复合电源主要由蓄电池、超级电容和双向DC/DC组成。复合电源的拓扑结构有很多,例如:蓄电池和超级电容直接并联,蓄电池与双向DC/DC串联,再与超级电容并联[14-15]。本文选择的是超级电容与双向DC/DC串联,再与蓄电池并联共同向负载电机提供电能的方式。复合电源的工作模式为:当汽车正常行驶,需求功率低时,由蓄电池单独向电机供电;当汽车需求功率较高时,蓄电池和超级电容共同给电机供电,并且由蓄电池提供平均功率,超级电容提供峰值功率。当汽车制动时,超级电容优先回收制动能量,在超级电容不能再回收时由蓄电池回收能量。控制策略通过控制双向DC/DC的升降压来控制超级电容的充放电。复合电源组成结构如图1所示。功率总线的功率信息,蓄电池和超级电容SOC(Stateofcharge)等状态信息为模糊控制器控制的输入,经过控制器对功率进行分配。由于汽车在整个运行过程中会经历多种工况,而且交通状况复杂,汽车状态切换频繁,且各种工况下的电机功率、蓄电池、超级电容的状态都各不相同,需要制定合理的功率分配控制策略,使得在保证整车动力性的前提下,利用超级电容高比功率,能够瞬时大电流充放电的特性,为蓄电池“削峰填谷”,减小大电流对蓄电池的冲击,延长蓄电池的使用寿命,提高充放电效率,并且最大限度地回收制动能量,提高整车的效率和经济性[16-18]。 2模糊控制策略模型 利用Matlab中提供的模糊控制工具箱设计了对于复合电源功率分配的三输入、单输出的模糊控制器,输入为汽车的需求功率Preq,蓄电池荷电状态BSOC,超级电容荷电状态SSOC。输出为蓄电池功率分配因子(Kcap)。汽车的驱动电机有电动和发电两种工作模式,在这两种工作模式下系统需求功率大小和波动范围有较大差别,控制的侧重点也不同[19]。因此,在正常行驶与制动两种工作模式下应分别制定复合电源控制策略,即需要两个模糊控制器,它们的模糊控制规则不同,但是两个模糊控制器都是三输入单输出且输入变量和输出变量相同。因此,在Preq>0和Preq<0时各设计一个控制器,分别为模糊控制器A和模糊控制器B。当Preq>0时,设输入量Preq的论域为[04],模糊集为{S、MS、M、MB、B},分别表示{小、较小、中、较大、大}。动力电池BSOC的论域为[0.20.9],模糊集{S、M、B},分别表示{小、中、大},超级电容SSOC的论域为[0.11],模糊集{S、M、B},分别表示{小、中、大}。输出量为动力电池功率分配因子Kcap,其论域为[01],模糊集{S、MS、M、MB、B},分别表示{小、较小、中、较大、大}。各输入结果如图2所示。当Preq<0时,设输入量Preq的论域为[-10],模糊集为{B、M、S},分别表示{大、中、小}。蓄电池和超级电容的SOC论域、模糊集、隶属度函数和Preq>0时是一样的。输出量为蓄电池功率分配因子Kcap,其论域为[01],模糊集{S、M、B},分别表示{小、中、大},输入输出量的隶属函数如图3所示。根据前面设计的模糊控制器,在Matlab/Simulink环境下建立复合电源模糊控制策略模型如图4所示,模糊控制器根据输入变量的变化调节输出比例因子Kcap,从而得出蓄电池所分配的功率,因为汽车的需求功率由蓄电池和超级电容共同提供,所以汽车需求功率减去蓄电池所分配功率得到超级电容分配功率。 3整车模型的搭建 将建好的控制策略添加到Cruise中主要有MatlabDLL和MatlabAPI两种方法。联合仿真的结果都可以直接从Cruise获得。但是用MatlabDLL方法仿真的时间比采用MatlabAPI方式短很多。因此,本论文中采用的是MatlabDLL方式。在控制策略模型建好之后,需要进行模型编译,编译完成后生成controler.dll文件,在Cruise模型中放入MatlabDLL接口模块,进行接口模块的参数设置,完成以上设置后,在Cruisedatabus中完成相应的数据通信,即可实现Cruise与MatlabDLL方式联合仿真[19-20]。在进行信号通信时实际上是一个数据交换过程,Cruise通过数据接口将动力蓄电池和超级电容SOC值、电机转速、负载信号、超级电容电压值等信息传递给Simulink中的模糊控制策略模型,之后Simulink模型将超级电容电流、转换开关信号反馈给Cruise模块中的电气终端、电机及驾驶员,以建立Cruise和Simulink之间的数据通信。AVLCruise软件中含有简捷通用的模型部件、易懂的管理系统、可以与Matlab、C、Fortran接口完成复杂控制算法的设计和离线仿真,也可与DSPACE等硬件接口,展开实时仿真,真实模拟车辆传动系统,完成对复杂动力传动系统的仿真分析,整车仿真模型如图5所示。在进行整车建模时,从模块库中直接拖拽部件模块来搭建整车模型。修改部件属性来快速完成整车模型的参数设定并进行部件间的机械连接、电气联接和信号联接。 4仿真结果与分析 采用中国城市道路工况作为本文的循环工况。中国城市道路工况是中国汽车技术研究中心根据我国各大城市的行驶特征研究出的更加适合我国的城市工况。中国城市道路工况如图6所示,工况总运行时间是1304s。工况中最大速度达60km•h-1,其中怠速时间占工况总时间的28.8%,除去怠速部分之后平均车速则为22.6km•h-1。从图6可直观的看到我国交通系统中存在车辆怠速时间长、总体的均车速低、车辆的速度变化频繁等特点。图7是在中国典型城市道路工况下车辆行驶的当前车速度与期望速度变化曲线。从图中可以看出两条曲线基本保持一致,速度没有出现大的波动,这说明车辆的跟随性和平顺性都比较好。图8是在中国典型城市道路工况下,蓄电池和超级电容所需提供的功率曲线图。从图中可以看出在车辆运行过程中由超级电容和蓄电池共同供电,电池提供的功率比较平稳,在6kW左右。在制动时由超级电容吸收峰值功率,最大峰值功率达到10kW。超级电容充分发挥“削峰填谷”的作用,从而验证制定的模糊控制策略的有效性。 5结论 在纯电动汽车的基础上,借助Cruise软件搭建了带有复合电源模块的整车模型。详细介绍了通过联合仿真的方法将Simulink里搭建的策略模块加入到整车模型中的步骤。其他用户可以根据类似方法开发自定义策略和车型。提出超级电容与双向DC/DC并联再与电池串联的复合电源结构。用模糊控制工具箱设计对于复合电源功率分配的模糊控制器,搭建整车复合电源控制策略模块,使得超级电容充分发挥了提供瞬时功率的作用,避免了蓄电池过充和过放,提高了复合电源系统的循环使用寿命。此设计方案和仿真结果对于纯电动汽车复合电源系统的研究具有一定的参考价值。 作者:周美兰 胡玲玲 张宇 单位:哈尔滨理工大学电气与电子工程学院 哈尔滨职业技术学院电气工程学院 电动汽车论文:电动汽车充放电控制研究 摘要: 大规模电动汽车入网参与电网调度需要在某一区域设置一个机构,作为电力公司调度部门和电动汽车的中介。针对机构对所管辖电动汽车的控制,首先,以1天为1个周期把电动汽车可能被控制的区域分为办公区、居住区和超市购物区。然后,机构根据各电动汽车状态信息把各区域的电动汽车分为充电集群和放电集群。之后,机构根据可调度容量、可调度时长、电动汽车车主违约度制定评价体系对集群内电动汽车在每个时段的充电或放电的顺序进行排队。最后,在保证电动汽车车主行驶和电池安全约束的情况下,对电动汽车进行充放电调度,使机构充放电尽可能满足电力公司调度部门的调度计划。 关键词: 电动汽车;机构;分区;充放电集群;评价体系;充放电顺序 0引言 能源危机、环境污染和气候变化是当今人类面临的三大挑战,为了应对挑战新一轮的能源变革势在必行,基本方向是以实施清洁替代和电能替代为重点,加快能源结构从以化石能源为主向以清洁能源为主的根本转变[1]。电动汽车是以电能替代化石能作为驱动能源,是电能替代的重要内容。随着电池技术的逐渐成熟、充电站修建的不断完善和成本的不断降低,在不久的将来电动汽车将大批量替代燃油汽车[2-3]。对汽车行驶行为模式的研究表明,1天之中90%以上的时间电动汽车是处于停驶状态,可以与电网互动(vehicle-to-grid,V2G)[4],文献[5]围绕电动汽车与电网互动的调控技术、市场机制和基础设施这3方面的关键问题进行了分析。文献[6]针对电动汽车与电网互动对配电网规划的影响进行了分析。另外研究表明,电动汽车具有规模大、接入点分散、单机容量小的特性,电动汽车V2G服务若采用集中控制将对调度系统的复杂性、通信能力、计算处理能力提出很高的要求。同时,允许用户参与电力市场的门槛通常为MW级,而单辆电动汽车并不达到此容量级[7-8]。基于此,文献[9]提出了电动汽车集群的概念,也可称为电动汽车机构。电动汽车机构管辖着某区域内一定数量的电动汽车,具有一定容量的可调度负荷和储能容量,可以作为调度部门和每辆电动汽车的中介。目前,针对电动汽车集群并网对电网的影响及电动汽车集群的约束研究相对较多也比较完善[10],但是,针对机构对每辆电动汽车控制的研究虽相对较多但侧重点不同,有待完善和深入。文献[11]为实现电动汽车机构与电动汽车之间的互动策略,在计及电动汽车用户用车便利性的前提下,建立了基于优先权的电动汽车集群充放电优化模型。文献[12]对停驶的电动汽车根据状态进行分群,对可控状态的电动汽车的充电行为进行控制。文献[13]设计了一种用于协调电动汽车充电的多机构。文献[14]把电动汽车分为充电集群和放电集群,然后根据需要动态管理每个电动汽车集群。文献[15]提出了一种电动汽车根据自身以及附近电动汽车的信息进行决策的分布式控制策略。文献[16]提出了一种停车场通过管理电动汽车参与V2G进行套利的调度模型。文献[17]对电动汽车进行本地控制,为电力系统提供调频辅助服务。虽然,上述文献考虑了每辆电动汽车的影响,但是,并未全面考虑每辆电动汽车的调度优先顺序、每次调度时每辆电动汽车的调度功率和车主违约对调度的影响。以1天为1个周期对电动汽车进行充放电调度,需要机构管辖的区域包括电动汽车1天所有可能长时间停驶的区域。研究表明,除了个别时间个别车辆远距离行驶外,大多数车辆都是在一定区域内的办公区、居住区、超市购物区循环行驶的。因此,本文把机构管辖的区域分为办公区、居住区、超市购物区3个停驶区域,3个区域都是以充放电站的形式对电动汽车进行充放电管理。机构根据电动汽车的停驶区域和停驶时申报的停驶起始时刻、终止时刻、停驶时荷电状态、结束时荷电状态,把停驶区域内的电动汽车分为充电集群和放电集群,每辆电动汽车在每个停驶处只能选择充电或放电,因为研究表明随着充放电切换次数的增多,电动汽车的寿命会加速衰减[14]。除此之外,本文还制定一个评价标准对充电集群和放电集群的电动汽车在每时段调度的顺序进行排列。最后,在考虑约束条件的情况下,使机构充放电尽量满足调度计划。 1机构的控制结构 机构有2方面的功能:一方面把自已管辖的电动汽车信息上传给电力公司调度部门,并执行调度部门的调度计划,从而从电力公司获得收益;另一方面协调控制所辖各区的电动汽车充放电,为系统稳定运行、提高电能质量等创造条件,同时给予所管辖电动汽车车主一定收益。机构与各电动汽车只进行信息与资金交流,不进行能量交流,电动汽车与电网间的能量交换是通过现存的电力网络进行的[18]。考虑到电动汽车由于紧急情况可能需要快速充电,所以机构具备一定的零散快速充电桩,但是,由于需要快速充电的电动汽车数量少且接入电网时间短,不适合于调度[19]。所以本文只考虑接入办公区、居住区和超市购物区的选择慢速充放电的电动汽车。机构具体控制框图如图1所示。 2充放电集群的划分机构 给所管辖的每个区和每辆电动汽车都设置一个编号,作为区和电动汽车的标识。每辆电动汽车在1天中任意时段可以在任意区做长时间停驶,停驶开始时,车主把电动汽车停驶的状态信息告知机构,电动汽车车主提供给机构的状态信息为S=[m,n,TS,TE,eSOC0,eSOCmin](1)式中:m为电动汽车停驶区域编号;n为电动汽车编号;TS和TE分别为停驶的起始时刻和终止时刻;eSOC0为停驶起始时刻时电动汽车电池的荷电状态;eSOCmin为电动汽车停驶结束时刻用户设置的电动汽车电池的最小荷电状态。机构根据每辆电动汽车的状态信息可把在每个区的每辆电动汽车划分为充电集群或放电集群,划分的依据为:若eSOC0≤eSOCmin则把电动汽车划分为充电集群,至于充电起始时刻及充电结束时的电池荷电状态视调度计划和优先顺序而定,但是在停驶区间内充电结束时刻电池的荷电状态必须大于等于eSOCmin以保证电动汽车用户出行;若eSOC0>eSOCmin则把电动汽车划分为放电集群,放电起始时刻及放电结束时的电池荷电状态同样视调度计划和优先顺序而定,但放电集群中的电动汽车在停驶区间,放电终止时的荷电状态应该大于等于eSOCmin,以满足用户用车。通过充放电集群的划分可以使电动汽车在某一区的停驶时间内,只进行充电或放电,减少充放电切换次数,这样有利于对电池寿命衰减的减缓,维护电动汽车车主的利益。 本文针对机构对所管辖的电动汽车充放电控制进行了研究,首先机构把电动汽车调度区域分为办公区、居住区、超市购物区,然后机构根据电动汽车车主上传的电动汽车状态信息,把各区的电动汽车分为充电集群、放电集群,之后针对电动汽车在某时段充放电顺序问题,提出并建立了基于可调度容量、可调度时长、车主违约度的电动汽车优先级综合评价体系,确定充放电顺序。最后根据调度计划及充放电约束条件确定每辆电动汽车充放电情况。由于存在调度偏差和车主违约的可能,所以机构在设计过程中应具备一定常备储能设备。 作者:李文华 范新涛 孔梅娟 单位:河北工业大学电气工程学院 电动汽车论文:电动汽车充电桩服务营销策略 【摘要】 环保电动汽车充电桩是在传统充电桩概念中加入风能及太阳能的电能输入概念的新兴电动汽车充电装置。该文在于利用服务营销策略对于新型环保电动汽车充电桩进行市场营销。结论:提出了利用服务营销进行产品市场开拓及推广,在确保电能运行稳定情况下,不同等级客户区别对待,充电流程的电子化管理,开拓信息功能,关注用户体验,让用户享受方便,及时,快捷充电服务。 【关键词】 环保;充电桩;市场;服务营销 1.环保电动汽车充电桩简介 1.1输入模块电网供电:通过电力网直接供电。风力供电:通过风力带动发电机运转,产生直流电,储存在电池中,也可通过逆变器逆变成交流电直接供电。太阳能供电:通过太阳光经过太阳能电池板产生直流电,储存在电池中,也可通过逆变器逆变成交流电直接供电。 1.2输出模块直流/交流电,根据充电桩的类型输出相应电压类型。 1.3刷卡计费系统刷卡登陆,启动充电系统,选择充电类型及充电金额等。 1.4充电模块通过充电电路,变压器,逆变器等相应电力电子器件,输出安全的,快速的,稳定的充电参数。 1.5安全模块保护电路,防止过充,线路短路等等安全性问题,保护充电桩及汽车的安全。 1.6通讯模块通过无线/有线通信,使用户登录,传输用户指令行为,反馈充电桩的运行状态等信息。 1.7充电枪与汽车充电接触的接口,目前已出台国标统一标准。 2.环保电动汽车充电桩的产品竞争优势 环保电动汽车充电桩服务营销策略文/阮玉洁环保电动汽车充电桩是在传统充电桩概念中加入风能及太阳能的电能输入概念的新兴电动汽车充电装置。该文在于利用服务营销策略对于新型环保电动汽车充电桩进行市场营销。结论:提出了利用服务营销进行产品市场开拓及推广,在确保电能运行稳定情况下,不同等级客户区别对待,充电流程的电子化管理,开拓信息功能,关注用户体验,让用户享受方便,及时,快捷充电服务。 (1)由传统的电能供应,变成由风光能互补发电系统和电能结合供电; (2)具有通用性,具有多种充电接口; (3)具有普适性,适合目前市面上的大部分电动车。 3.环保电动汽车充电桩市场需求分析 电动汽车充电桩市场空余量很大,在未来五年的时间内至少有1万座充换电站需要被建成。然而市场上的电动车充电桩企业还是一片蓝海,大型企业如特斯拉的销售价格为60万人名币以上,普通消费者无法独立承受,而且其电动车桩的适配性较低,只能适配其专属的电动车。小型企业虽然价格有所降低,但是在运行监控和售后服务方面还存在很大的缺陷。面对这个市场,环保电动汽车充电桩潜力巨大。 4.环保电动汽车充电桩服务营销策略 4.1确保电能运行稳定现今的电动汽车充电桩市场,产品同质化现象明显。据此,从产品中提升经济效益具有很大难度,产品应该在保障产品质量的基础上,努力完善产品服务,进而扩大产品销售范围,以期更大的经济效益。首先,应该做到不断完善电力网络,太阳能与风能极易受环境因素的影响而导致诸多不稳定因素,应该考虑合理适配电力网,进而保证电能的优质与稳定。 4.2充电流程的电子化管理由于市场对于充电桩的性能的要求不同,所以在销售时因及时关注目标客户群体的不同需求,环保电动汽车充电桩的建筑占地面积较大,发电效能较高,可能不适用普通个体消费者,需要连结多个个体消费者形成消费网络群体,这就需要有营销技术服务管理系统对于掌握不同群体的不同需求并在此基础上有需求预测,报修投诉,电费管理等不同模块功能,尽可能实现充电流程的电子化管理,便于个体消费者及时找到消费网络群体享受充电桩服务,同时可以利用电子化管理掌握用户在用电过程中的困难与限制,并及时反馈以便于调整服务内容,创建高效,便捷的服务标准,最大程度满足电动汽车用户的充电需求。 4.3开拓信息功能开发环保电动汽车充电桩的APP系统,给用户提供方便,及时,快捷信息服务平台,例如用户可以通过APP及时了解电动汽车充电状态及完成充电的剩余时间,在行驶途中及时掌控附近环保电动汽车充电桩的所在位置进行及时充电。APP开发模式主要可以借鉴一下两种:(1)借助已有微信平台进行服务营销。微信作为更快速的即时通讯工具,传播到达率100%,使沟通更灵活、更智能。微信的用户基数大,用户关注快,且可以享受运营上为其量身定做的有针对性的服务,其实用性最强。(2)自主开发产品APP进行服务营销。前期用户市场开拓及资金投入较大,对于新兴产品不建议使用此种模式,在后期客户量增大后可以根据实际需求进一步开发自主APP软件应用。 4.4关注用户体验对用户使用信息资源进一步深入精细加工,充分揭示其中隐含、分散、动态的信息,促使信息情报化,实现信息的增值性,达到提高产品质量的目的。通过APP平台及时掌握用户消费体验状况,定期对固定用户进行电话回访,派专业人员定期对于环保电动汽车充电桩进行定期检查,让顾客在购买此产品后感到物有所值,让消费不仅仅是一次性购买,还帮助推销产品,建立产品与终端之间、终端与终端间的良性关系。同时,利用现有营销“大数据”,实现用能在线监测掌上运用,开发需求响应互动功能,为用户提供灵活双向互动服务。有针对性地服务平均电价高、能效水平低的用户赠送移动服务终端,为大型企业免费提供能效诊断服务,对不合理的企业用电进行指导。 5结论 电动汽车充电设施是七大新兴产业领域里很重要的一个方面,而此前由于电动汽车规模较小,充电设施建设投资巨大,投资短期效益不明显,因此充电设施建设速度较慢,现在则进入到一个很好发展时期。与传统电动汽车充电桩相比,环保电动汽车充电桩具有能源利用效率高和环境污染少(或无污染)的特点。就宏观来看电动汽车充电设备市场将会具有强烈的竞争,国内一些大型的国企对这个市场已经虎视眈眈,并且也做了相当的准备。环保电动汽车充电桩应利用强大的市场空间进入这个领域,推广服务营销,实现物联网效应占领一定范围内的市场。 作者:阮玉洁 单位:上海海洋大学 电动汽车论文:空气动力学下的电动汽车造型设计 摘要: 本文对基于空气动力学的电动汽车造型设计进行了讨论,对电动汽车的发展和普及起到一定的促进作用。 关键词: 电动汽车;造型设计;空气动力学 1电动汽车车身造型特点 电动汽车是未来汽车发展的主要方向之一,目前,电动汽车的发展才刚刚起步,而电动汽车车身造型的设计师大部分参与过传统汽车造型的设计工作。因此,汽车造型的特点及发展趋势,将会对电动汽车造型发展的趋势产生极大的影响,但是电动汽车由于本身结构特点的限制,与传统汽车的特点存在一定的差异,这些特点对于电动汽车的造型设计非常重要,下面进行了详细的分析[1]。 1.1结构和空间布局不同 相对于传统汽车,电动汽车在结构方面的最大差异是驱动方式的差异,传统汽车依靠汽油机和柴油机燃烧花式燃料产生能量,然后通过离合器、变速器以及传动装置传递能量,实现汽车的行驶,而电动汽车则依靠电池进行能量的储存和供给,通过将电池储存的能量传递给电机,实现对汽车的驱动。因此,电动汽车上减少了体积庞大的机械师传统系统,而由体积更小的电动机取代传统汽车发动机占据的空间。因此,相对于传统汽车来说,电动汽车的前悬距离大大缩短,前围到挡风玻璃的车头部分也有一定的缩短,车身比例更加协调,同时能够省略传统汽车进气格栅结构,只需对前悬结构进行包覆为设计师留下了更大的创作空间。 1.2集成化 集成化是电动汽车技术发展的主要方向之一,通过线控技术的应用能够使电动汽车底盘传动系统的结构极大简化,提高电动汽车的空间利用效率,底盘平整度提高,也为电动汽车的造型设计留下了更大的自由度。线控电子技术还能实现对电动汽车各种电子系统的电子控制,通过设计出类似软件接口的扩展插口,即可实现车身与底盘的连接,减少传统机械控制系统对空间的占用,同时还使车身与底盘的设计融合度提高,实现两者的模块化拼接,提高车身造型设计的自由度。 1.3智能化 智能化同样也是未来电动汽车发展的主要方向之一,从家喻户晓的EBD、ESP等,再到逐渐普及的智能泊车系统、只能制动系统等,在提高汽车安全性方面发挥了重要作用[2]。电动汽车智能化的持续发展,将不断降低交通事故发生的概率。现在的汽车造型设计中,包含了大量被动的安全性设计,包括前后防撞钢梁以及车身前后端预留的缓冲区域等。而随着智能行车系统的发展,这些被动安全设计可以逐渐减少,这对车身的整体造型必然会产生较大程度的影响,也为电动汽车的造型设计提供了更大的发挥空间。 2电动汽车的空气动力学设计 对电动汽车来说,良好的空气动力学性能能够提高电动汽车的操控性能和谐有效果,并且能够使电动汽车获得更好的续航能力,因此,电动汽车的空气动力学设计非常重要。 2.1电动汽车空气动力学设计原则 虽然电动汽车的造型在未来必然会呈现出多样化的发展趋势,但是从空气动力学的角度来看,仍然需要遵循以下几方面的原则:1)车身的简洁性,这一原则主要是要求减少车身表面的凸起物、减少不必要的进气口,确保车身的整体性,避免凸起物和进气口增加空气阻力,保证气流通过车身受到的阻力尽量要小。2)流线型车身,该原则是要求气流在流过车身时,尽量避免出现分离现象,图1给出的大众XL1概念车就属于典型的流线型外观。 2.2电动汽车空气动力学设计 针对电动汽车造型的空气动力学设计,需要注意以下几个方面的问题: 1)车头高度设计。电动汽车车头的高度将会直接影响到整车的启动阻力系数CD。通常,车身启动阻力系数与车头高度成正比。对于传统汽车来说,由于发动机舱内部结构的特殊性,车头高度必然会达到一定的值,而电动汽车由于省略了发动机舱,因此,车头高度能够得到降低,对于降低车身的气动阻力系数具有作用,也为车头设计提供了更大的空间。 2)车身尾部造型设计。汽车尾部造型与空气的流动关系非常复杂,通常很难对各种尾部造型的优劣进行准确的评价。从理论分析来看,小斜背的造型具有更低的气动阻力系数。因此,在进行电动汽车尾部造型设计时,首先把握好大方向的基础设计,然后经过复杂的工程分析之后,再对最初的设计方案进行不断优化。 3)车身底部离地高度设计。从相关的试验数据来看,光滑的汽车底板结构,为了实现更好的空气动力学性能,存在一个最佳离地高度。图2给出了汽车底板结构离地高度与气动阻力系数之间的变化关系。从图中可以看出,VW-Van、VW-Por-sche914和CompetitorF2-2这3种车型的气动阻力系数与汽车底板离地高度成正比;而Citroen-ID19车型由于车身底部属于光滑结构,存在一个最佳离地高度[3]。电动汽车的底板结构能够被设计为光滑的行驶,因此,在设计过程中需要结合工程分析的数据确定最佳离地高度,从而获得最佳的空气动力学性能,但是需要注意满足车辆的通过性要求。 4)前后扰流器设计。扰流器包括前后扰流器两个部分。由于电动汽车自身结构特点,其造型的设计更为灵活多变,扰流器的设计应该结合电动汽车的整车造型风格能够设计,同时这种风格应该以追求良好的空气动力学性能为主要目标。但是在实际设计时,尾翼与车身表面的高度参数非常重要,同时尾翼的高度也可能影响整车造型风格。通常情况下,利用尾翼与汽车表面的高度和尾翼弦长之比来描述,当这一比值大于1时,升力系数达到最小值,且不再继续变化。现代汽车的唯一更多的是与侧后围高度结合到一起,其作用不会过度凸显出来。 5)车轮与轮腔的设计。从相关实验可以看出,有轮腔覆盖的车轮通常比完全暴露在空气中的车轮具有更好的空气动力性能。对于前后车轮均存在轮腔包覆时,车轮的大小及轮腔间距的影响非常明显。通常情况下,如果车轮高度与直径之比大于0.75,则气动阻力系数与升力系数最小。当然,由于前轮存在专项问题,其空腔应大于后轮,空腔对外部气流更为开放,因此,前轮所受的气动阻力与气动升力比后轮更大。 3结语 空气动力学设计在未来电动汽车造型设计中占据着至关重要的地位,其设计水平将会直接影响到电动汽车的操作性能和节油性能。本文结合对电动汽车造型特点的分析,提出了基于空气动力学的电动汽车造型设计原则,并从多个方面提出了电动汽车空气动力设计需要重点注意的内容,通过本文的讨论,希望能够对进一步提高电动汽车造型设计水平,对电动汽车的发展和推广起到一定的促进作用。 作者:单承标 单位:中国第一汽车股份有限公司青岛汽车研究所 电动汽车论文:电动汽车产业发展战略 摘要: 在十八大“推动战略性新兴产业、先进制造业健康发展”精神的指引下,发展节能环保、新能源等新兴产业,已成为各地新一轮经济发展的重大战略。作为新中国汽车工业的摇篮,汽车工业是吉林省的支柱性产业,从长远来看,寻找石油的替代品,发展电动汽车不仅是节能环保的必然选择,也是吉林省汽车产业的发展趋势。发展电动汽车不仅对吉林省转变经济发展方式,建立现代产业体系,具有十分重要的现实意义,同时也能带动国内汽车市场的整体跃升。 关键词: 电动汽车;产业发展;战略 1吉林省电动汽车产业发展现状 在节能与环保的双重压力下,吉林省电动汽车项目起动较早,制定并实施了一系列发展电动汽车的计划和行动。纯电动客车于2007年底开始立项研制。项目由一汽客车公司、吉林大学、东北师范大学、辽源彤坤公司共同承担;一汽集团一直都在进行有关电动汽车项目的开发及课题研究,长春市基本具备混合动力汽车的部件和整车开发能力。汽车电子形成集群发展。重大专项实施以来"在纯电动+混合动力和燃料电池汽车的整车集成技术动力系统集成技术以及动力总成关键零部件技术方面取得重要技术突破"同时也在专利战略和技术标准平台建设方面为自主知识产权新能源汽车产业化奠定了良好的基础。不难看出吉林省现已具备发展电动汽车的技术、市场、人才、环境等综合产业优势。但将科技成果进行商品化与产业化转化过程与世界发达国家和地区还存在相当差距,竞争力仍然较弱。另外,吉林省在混合动力轿车、客车和纯电动客车的开发上也取得了一定进展,具备了一定的技术力量和生产基础,2009年年末,20辆锂源纯电动车供应给辽源市,作为城市公交车及往返长春的客车。这是吉林省首次批量下线的电动车辆;2012年,华奥纯电动公交车已于去年在长春开始运行,创造出电动公交车在世界最高纬度、高寒地区运行的纪录;2014年7月,欧朗纯电动轿车下线,欧朗EV的成功下线,不仅使一汽集团新能源汽车产品线更加完善,同时也是吉林汽车产业实施新能源汽车战略规划的重要行动之一。虽然吉林省在电动汽车产业取得一定发展,但从总体上看,目前仍处于研发阶段或小批量试制阶段,距离成熟的批量化生产尚有一定距离。 2吉林省电动汽车产业发展存在的问题 虽然吉林省电动汽车行业目前发展得如火如荼,并取得了阶段性的成果,但应该清醒地看到该行业目前尚存在以下问题: 2.1研究的单位、企业较少,缺乏协作,信息交流不畅 目前,整车厂和零部件厂商发展电动汽车由于合作主体与技术路线的不同,可能形成若干个不同的新能源汽车产业联盟,以及相应的新能源汽车标准。各个联盟之间应该能够通过竞争与交流,实现技术水平和研发实力的全面提升,拉动产业升级。吉林省在汽车零部件配套企业方面,涉足电动汽车动力系统的企业很少,支持力度不足。国内主要新能源汽车动力系统生产企业均分布在江浙、广东和北京等地区,吉林省在这方面处于明显弱势,在吉林省新能源汽车战略规划中仅有辽源雷天从事锂电池的研发和生产,并且与一汽的合作仅限于电动客车领域。本地的电动汽车动力系统配套企业不完备的问题将影响新能源汽车的整车研发进程,也将成为吉林省发展新能源汽车的一大瓶颈。 2.2研发起点较低,与国内外尚有差距,并且存在重复研究,现有资源没有合理配置和使用从汽车企业来看,除一汽集团外,省内绝大部分企业不具备自主开发能力。从产品来看,自主品牌产品尚在培育之中;零部件企业的配套产品开发仍依赖主机厂或购买国外技术,开发手段落后,周期较长,技术人员比重较低。在国内对新能源汽车的研发中,包括吉林大学汽车工程学院在内的长春本地研究机构,实际上被排除在国内第一集团军之外,上海和北京的一些研究机构抢占了足够的先机,在经费支持、人才准备方面,吉林省内的研究机构与京沪两地相比,还有较大差距。 2.3跨行政区划的产学研合作较少目前,跨行政区划的产学研合作项目还很少。实际上,东北三省及上海和广州等企业、高校和科研机构各具优势,但高校与高校,科研机构与科研机构,企业与企业,科研院所与企业,高校与企业,科研院所与企业之间也都有较强的互补性,存在较大的跨区划的产学研合作空间。 3吉林省电动汽车产业发展的对策建议 3.1完善吉林省电动汽车产业创新机制科技创新必须以企业为主体,目前吉林省企业由于投入不足和人才紧缺等原因"导致以企业为主体的创新体系尚未完全形成"在以往的产学研合作中企业基本处于被动接受成果的地位。成功的实践证明"建立以企业为主导的新型产学研联盟"学科链结合产业链"通过全方位的战略合作能够有力提升企业自主创新能力。 3.2制定发展电动汽车产业的总体规划由于缺乏发展电动汽车产业的总体规划,目前对发展电动汽车产业感兴趣的企业和研发机构很多,致使研发方向、资金投向分散,导致有限资源没有发挥最大效率,政府的引导和协调作用没有完全发挥出来,因此,应尽快制定电动汽车产业发展的总体规划,促进吉林省电动汽车产业的发展。 3.3建立吉林省电动汽车产业产学研合作机制电动汽车是高新技术的集中载体,具有研发投入大,技术含量高等特点,因此,依靠强强联合形成聚合能量,分摊研发成本并提高该项技术上的竞争优势,已成为新能源汽车发展的一个新趋势。吉林省汽车产业的生存和发展除了企业自身的发展壮大,更应注意产、学、研间的有效结合,建立产学研合作机制,通过生产企业、大学、科研院所在社会范围内依照各自的优势建立的,以共赢为目的的一种合作关系,最终形成基础研究或理论研究(学)、应用与开发研究(研)、商品化与产业化(产)的一体化,使产业系统、教育系统和科研系统相互融合的有机整体,实现优势互补,共赢的格局。此外,需要政府出台相应的扶持和优惠政策。只有这样,才能给电动汽车产业营造出一个良好的发展和应用氛围,才能发挥出电动汽车应有的作用。 作者:孔繁娟 单位:吉林工商学院 电动汽车论文:电动汽车商电力市场竞价 1电动汽车充放电模型 电动汽车商通过对所辖范围内居民区、充电站以及充电桩所接入电动汽车进行充放电调度控制。所有车辆统一安排在最后一次行驶结束后和次日出行前进行充放电。商根据所管辖车辆的行驶需求,通过制定报价策略,决定次日各时刻电动汽车的充放电功率,并满足次日车辆的电量需求。其充放电约束条件如下:1)电动汽车充放电功率约束。电动汽车的充放电功率主要受到车载电池以及充电设备所允许的电压电流限制。2)电动汽车蓄电池充放电等式约束。电动汽车蓄电池t时刻荷电状态与t+1时刻荷电状态关系式。 2电动汽车商电力市场报价模型 笔者所提模型考虑电动汽车用户侧和市场出清2个不同层面的优化问题,既要使电动汽车充放电用电效益最大、成本最小,同时也要考虑市场出清电价交易机制。下层优化模型以电动汽车用电效益最大化目的,并考虑其各个商管辖内电动汽车的行驶特性,以及各物理特性约束条件。上层优化模型主要为市场出清模型,电动汽车用户根据自身用电情况,向所属商申报次日电量需求。电动汽车商通过把每时段接入系统的电动汽车用户申报电量信息进行统计,并预测每时刻各发电商报价水平,以及各竞争对手报价,从而决定自身的报价策略。市场出清机制根据各方所报价格决定各参与者电量(发电量和用电量)。商根据市场竞价获得的用电量,从而优化所管辖区内电动汽车的充放电功率。该文主要考虑发电侧与电动汽车商竞价,不考虑其他可控负荷参与市场竞价。 3原对偶内点算法 原对偶内点算法是基于对数障碍函数法,由于原对偶内点算法的提出,故对数障碍函数法被重新用来求解线性规划问题。原对偶内点算法在数学上描述。 4数据仿真分析 4.1电动汽车参数笔者采用含电动汽车商参与电力市场竞价来说明该文所提模型的有效性和求解方法的可行性。假设某区域电动汽车商5000辆私人电动汽车参与市场竞价,获得各时段电动汽车充放电电量,其电动汽车型号为RAV4SUV[16],各项参数如表1所示。根据美国交通部联邦公路管理局对全美国家庭私人开车出行进行调查的结果[17],从统计数据中获得其私人电动汽车平均最后一次出行结束时间、有效充放电时间段以及平均日行驶里程,其数据如表2所示。 4.2发电商数据参数考虑到电动汽车行驶特性,电动汽车一般在夜间交由商进行充放电控制。因此,笔者将报价策略周期设置为中午12∶00至次日中午12∶00,调度周期以小时(h)为单位。假设在该电力市场中有3个常规机组发电商与1个风电发电商,其发电机组Pmint,k=0,Pmint,k=50MW。根据PJM公司公布发电商报价数据,选取3个发电商各时段平均报价数据[18]为预测发电商报价,如图1所示。风电不参与市场竞价,各时段风电出力预测采用文献[19]数据。 4.3电动汽车商报价策略分析在系统中各时段不可控负荷曲线如图2所示。笔者主要设计2种充放电模式,模式I参与电力市场竞价获得市场出清电价以及电动汽车充放电电量;模式II为自由充放电,当电动汽车接入系统时,便以额定功率先进行放电,然后对其充电,直至充满,不进行市场竞价,采取的是不灵活充放电模式。电动汽车各时段报价策略如图3所示,可以看出,电动汽车平均接入系统时间为18∶00,而在18∶00—24∶00期间,系统中不可控负荷用电量最大,为峰荷时段,各发电商报价也最高。因此,商选择在这几个时刻进行放电,报价比其他时刻高,获得放电收益。而在24∶00—07∶00期间,不可控负荷用电量减少,此时为系统谷荷时段,各发电商报价较低,因此,选择在这几个时段进行充电电量的竞价。模式I,II的充放电成本分别为1091.4,1305.3$,电动汽车商进行竞价所获得的充放电成本比不灵活充放电模式降低213.9$/MW。充分说明电动汽车参与市场竞价有效地降低了电动汽车充放电成本,验证了所提模型的可行性。由于电动汽车具有放电的功能,若电动汽车只针对充电参与市场竞价,其报价策略如图4所示。电动汽车商将主要集中在24∶00—07∶00时段参与竞价,并获得充电电量。笔者所提充放电报价策略模型和文献[20]所提模型所得充放电成本分别为1091.4,1507.8$,其充放电成本能有效降低416.4$/MW。 5结语 随着电动汽车的广泛投入使用,如何有序控制以及整合系统中分散的电动汽车参与市场竞价,将成为未来电力市场发展一个值得研究的问题。基于电力市场竞价框架,笔者提出了电动汽车商参与市场竞价的双层优化模型,上层以社会效益最大化为目标,下层以电动汽车充放电效益最大为目标。通过KKT条件将双层优化模型转化为单层优化模型,为了能快速求解,采用非线性互补函数将非线性不等式约束转化为等式约束,并通过原对偶内点算法求解模型。最后,通过含电动汽车商参与竞价的电力市场竞价机制,对所提模型进行仿真分析,验证了该文所提模型的有效性和可行性,为电动汽车参与市场竞价提供了理论基础。 作者:杨亚雄 杨洪明 张俊 单位:长沙理工大学 智能电网运行与控制湖南省重点实验室 电动汽车论文:电动汽车的驱动系统设计 1电动汽车控制系统中矢量控制技术 电动汽车系统控制电路中系统功率部分采用直-交电压型电路,功率回路有蓄电池、滤波电路和智能功能模块IPM逆变电路组成。系统控制器采用TI公司推出的TMS320LF2812-DSP作为控制主芯片,用它来完成电子差速算法、及高阶控制器离散化的鲁棒控制器,它们的实现需要记忆大量的历史数据,且完成电动机矢量控制系统的转速控制器、电流控制器的算法、以及电压空间矢量PWM的产生、A/D转换以及坐标变换等。辅助电路由速度检测电路、电流检测电路以及故障检测电路等组成。实现异步电机的转速检测、电流检测以及转速和电流的双闭环控制。DSP控制器负责将电动汽车驾驶员根据自己的意图与行车线路给定目标车速Vc、方向盘转角信号、刹车信号、电机转速、蓄电池电压、电容储能状态等进行A/D转换,应用电子差速算法计算电机的转速和位置,最后应用矢量控制算法和鲁棒控制算法,得到电压空间矢量PWM的控制信号,经过光电隔离电路后,驱动IPM功率开关器件。DSP控制器还负责整个系统的保护和监控,一旦系统出现过压、过电流、欠压等故障,DSP将封锁SVPWM输出信号,以保护IPM模块。异步电动机矢量控制基本思想就是把异步电机的电子电流分解为直轴电流分量ids和交轴电流分量iqs。矢量控制策略是当转子磁通恒定时,电磁转矩与定子电流的q轴分量成正比,通过控制定子电流的q轴分量就可以控制电磁转矩。这样由定子电流d轴分量控制转子磁通,q轴分量控制转矩实现了系统的完全解耦控制,形成经过SVPWM逆变调制信号,将期望电压矢量值供给逆变器,对异步电机进行供电,一旦控制器的参数设定好后,在电机的运行条件不发生改变的前提下,这个控制系统具有较好的动态响应性能。但由于电动汽车在行驶过程中道路工况复杂,且驾驶模式多变,那么电机的自身参数也随之改变,如果不对速度控制器的参数和输出不进行校正,驾驶性能会变差,所以利用通过脉冲编码盘获得的电机速度n反馈值,与经过电子差速算法输入的速度参考量refn和转向信号形成闭环。同时编码盘的另一个作用是获得转子的绝对位置,从而通过磁通观测环节,输出正确的磁通角θ以实现精确的PARK逆变换,这样对输出进行及时的校正,使真个系统在运行条件发生变化时,加快动态响应过程。为了抑制干扰对控制误差的影响,使得闭环控制系统正常工作,系统中的速度调节器采用H∞鲁棒标准控制问题的混合灵敏度设计算法以加强内部稳定性。采用矢量控制方案的交流异步电机的系统结构如图1所示。 2控制器硬件电路设计 控制系统的任务是根据驾驶员根据由方向盘、驱动踏板和制动踏板设定的指令信号,以及车辆当前的运行状态,即电机转速、蓄电池电压、电容储能状态等。首先调节主回路使其工作于某一特定的状态,然后调节相应功率器件的占空比,使电机电枢电流或者储能器件的充电功率满足驱动或制动踏板设定的指令值。控制系统硬件部分为以美国德州仪器(TI)公司的TMS320F2812型DSP(数字信号处理器)芯片为优秀的控制电路板和相应的电路构成,如图2所示。系统主回路的电压、电流信号及驱动和制动踏板位置信号经传感器采集后,通过信号调理电路由DSP的A/D转换模块进行模数转换。控制系统的输出为多路SVPWM信号,电路中采用Avago公司的HCPL-316J门驱动光电耦合器对SVPWM信号进行处理,经光耦隔离处理后接入IGBT的门极。IGBT的故障信号经光耦隔离后接入DSP的功率驱动保护中断引脚。在主回路进行相应的调整后可用于电机的驱动和再生制动控制,霍尔传感器检测到的电机转子位置信号经信号调理电路接入DSP的捕获单元。制动系统由电机和能量储存器件,即超级电容或者高速飞轮组成。车辆制动时,电机在驱动控制系统的调节下工作于发电机工况,将车辆的部分动能或重力势能转化为电能经过控制储存在超级电容或飞轮中。这部分能量在车辆加速和爬坡时释放出来,协助电池向电机供电,使回收的能量得到再利用。超级电容通过双向DC/DC连接到直流母线,和电池并联通过电机控制器向电机供电。电机控制器在刹车踏板被踩下后,使电机工作于发电机工况,将回馈能量送至直流母线;双向DC/DC作为超级电容充放电控制器使用。车辆制动时将直流母线上的电机回馈能量进行电压变换后向超级电容充电;车辆起动或加速时使电容放电,电容储存能量经电压变换后送至直流母线,和电池并联向电机供电,一方面改善车辆加速性能,另外还可以避免电池大电流放电,延长电池寿命。控制系统电路主要包括PWM输出与IGBT故障信号输入光耦隔离电路,主回路电压、电流信号调理电路,以及电机转子位置检测信号调理电路。 3控制系统软件设计 控制系统软件设计采用基于空间磁场定向控制策略,即在速度控制器采用H∞鲁棒标准控制问题的混合灵敏度设计算法,系统q轴、d轴电流环采用PI控制器。利用TMS320F2812强大的实时算术运算能力,对异步电机的速度、转矩进行实时控制。系统控制软件先完成系统的初始化工作,包括DSP的内核初始化,模数转换(ADC)子模块的初始化,以及PWM输出子模块的初始化和数字输入输出(DIO)子模块的初始化。系统初始化完成后进入等待定时器周期中断循环状态。控制软件主程序如图3所示。图3控制器主程序流程图主回路的电压、电流和车辆的驱动、制动指令经滤波电路输入到DSP中,在定时器周期中断服务子程序中,首先对这些信号进A/D转换和数字滤波,在控制系统对车辆的运行状态做出判断后,运行相应的控制算法,并用控制量,即IGBT的占空比设置相应的PWM模块及PWM引脚的输出。中断处理模块程序流程图如图4所示。 4实验结果 以7.5KW电动汽车用交流异步电机为控制对象,其最大功率15KW、额定电压72V、额定扭矩为32N.m、最大转速为5600rpm、效率95%,根据异步电机的技术指标得到在MTS-II电机测试台架上的测试结果如表1,电机及其控制器外特性曲线如图5。将给定目标车速cV、方向盘转角信号、刹车信号、电机转速检测信号、蓄电池电压、电容储能状态等进行A/D转换的信号输入到上述设计的驱动控制系统中,相应交流电机侧得的技术参数如电压为72V、输入功率为6.6KW,转矩得到11.9N.m、转速为4609rpm、输出功率为5.7KW、均低于额定值。根据实验结果表明,电动汽车异步电机驱动控制器具有较好的系统稳定运行性能,较快的转速响应速度、达到预期的设计效果。 5结论 选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素,因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。本文从选择合适的交流选择异步电机,设计基于矢量控制的变频调速系统,采用H∞鲁棒标准控制问题的混合灵敏度设计算法,解决复杂系统在不确定条件下维持系统可靠性和稳定性;采用的新型的PWM调制方式——空间电压矢量(SVPWM)脉宽调制原理与实现直-交PWM电流源型异步电机变频器控制器,提高了能量的利用效率;同时采用电子差速控制技术,解决电动汽车发展瓶颈中的电机及其控制系统中需要协调控制电机差速,实现倒退,转弯等功能。通过以上技术应用与传统PID控制器相比,非线性方法具有更好的控制效果,改善了电动车运行的稳定性和可靠性,而且在制动过程中可以回收更多的能量,提高了整车的能量利用效率,并且再生能源方便地回馈到电动汽车的蓄电池中,实现了能量回收。 作者:黄英 殷军 单位:江苏省光伏风电控制工程技术研发中心 苏州经贸职业技术学院 苏州秉立电动汽车科技有限公司 电动汽车论文:电动汽车产业发展措施建议 镇江市发展电动汽车产业拟采取相应措施宜基于上述SWOT分析得出的战略定位,重点针对其劣势与机遇,充分发挥政府、大学及科研院所、企业、科技中介等机构主体协同联动效应,合理配置技术、人力、资金、公共服务、基础设施等科技资源,形成政务、商务、研发,科技服务等“组合拳”,大力推动镇江科技电动汽车产业取得长足进展。 1.完善新能源电动汽车技术创新研发体系 目前世界各国电动车发展真正进入产业化阶段的只有日本丰田,美、法、德、英紧随其后。研发技术虽已取得一些进展,依然存在不少瓶颈有待突破,如若不能在降低燃料电池和氢气存储系统成本上有所突破,那么燃料电池汽车至少在2030年前不具备大规模产业化成熟条件;我国政府在“863计划”中明确提出电动汽车发展重点:确立“燃料电池汽车发展居首位,第二为混合动力电动汽车,纯电动汽车兼顾的基本原则”。为此,可考虑由政府牵头,联合本地江苏大学、江苏科技大学在北汽集团镇江公司建立企业工作站,尤其江苏大学汽车学院在汽车研发方面具备一定技术研发实力与实践经验积累,应尽早让科研机构与高校介入企业研发,弥合产业与学术届信息不对称隔阂,使技术研发与北汽二期开发生产电动汽车在时间与空间上实现无缝对接,及早形成多方协作的科研创新合力。在企业工作站基础上组建部级创新平台,结合本地研发实力与要素资源重点突破动力电池、驱动电机、电子控制、快速充电设备等关键技术;推动产学研联盟建设,逐步形成集整车制造、关键部件与新材料、配套技术应用等为一体的研发设计机构;抢先进行相关技术专利申报,积极参与全国新能源电动车技术标准制定,争取创建部级新能源汽车研发平台和产业示范基地。 2.加强新能源汽车发展各项政策扶持力度 基于省市原先政策措施如:《江苏省新能源汽车产业发展规划纲要》,《镇江“十二五”发展规划》,《镇江市城市总体规划》,《镇江市综合交通规划》,《镇江市公交规划》等政策文件,进一步加强相关政策扶持力度。电动汽车研发成本与售价均较高,可适当采取政府补贴方式,对企业研发和个人购买电动汽车予以支持;鉴于人们对传统汽车依赖的思维惯性,在原先预计基础上,可以公交为突破口推进示范推广,适当将镇江市2015年公交电动汽车保有量提高至20%-30%。此后逐步推进并培育私家与出租电动汽车消费市场;通过政策引导电动汽车消费与日常维保新商业模式,比如电动机车与电池价格均较高,可以借鉴其他地区一些做法,探索“车电分离”运营模式,通过在政策和资金方面扶持充电设备运营商及融资租赁机构,由特许经营商将“裸车”租赁给公交公司,提供电池并保障其使用年限,从而缓解公交企业一次性支付压力;通过政策引导,适当降低车贷利率,并提供相应优惠电价,以促动人们消费积极性。 3.形成促进新能源汽车推广应用长效机制 通过电视、网络、报刊等媒体,积极宣传低碳环保理念,使环保意识深入人心,令各方潜在消费群明确新能源电动汽车是人类未来交通工具发展趋势;积极进行充电桩配套设施及电动汽车日常维保方面认证、规划和建设。在总结积累基础上,形成相应技术与运营方式特有模式。鉴于国内外在电动汽车纯技术方面研发及标准设定已走在本市前列,但我们在充电配套及日常维保方面的技术与商业运作模式依然有望形成标准化系列配套模式并推广至其他省市,为镇江电动汽车产业在全国乃至世界范围内推广与销售奠定坚实支撑。以北汽落户镇江为发端,由政府机构牵头组成招商团,加快产业园区基础实施建设,给予一定政策优惠。进一步积极引进电动整车、配套部件、电极材料、充电设备和其他相关系列生产厂家投资。比如:整车领域的比亚迪、五龙等,动力电池、电机、总控领域有沃特玛、长河动力、汇川科技、航盛电子等,充电设备有奥特迅、巴斯巴;电池隔膜、正负极材料方面有星源材质、惠程电器、贝特瑞等。这样有助于本市产业结构升级由粗放型转入深度精细化,有望最终形成以龙头企业带动,关键零部件及相关材料和配套产业有机整合的新能源汽车产业链群体系。这是镇江电动汽车产业发展由扭转型战略跃迁至增长型战略的关键,使其成为我市振兴地方经济的又一绿色高科技支柱产业。 4.推进人才培育引进与金融支撑 21世纪谁掌握了关键人才与技术,谁就把控了某一行业发展先导与契机,为此加快人才培养与引进步伐刻不容缓。电动汽车行业发展不仅需要各种高精研发人员,对于各类销售、生产线操作、生产工艺、后期维保等各层级相关工程管理技术人员需求量也很大。结合当地现有高等、高职院校及技师学院教育布局,各高校可根据自身科研基础与办学特点,针对产业发展实际需求,分层分类培养各种工程技术与管理、销售人员。比如江苏大学与江苏科技大学可以开辟与整车、各项零部件生产及充电设备有关的研究生层面研发人员,及工业工程专业本科生;镇江高专正积极筹建汽车学院,培养电动汽车管理、销售及日常维保方面的技术与管理人员;交通技师学院和镇江技校可以相应培养电动车维修、充电站维护、生产线操作等技术工人等。然而,人员培养有其滞后性,尤其高端人才培育很难一蹴而就,为此有必要从全国乃至海外引进高端技术人才,政府机构及用人单位应在工作条件、收入待遇、配偶随调、研发费用、生活设施、子女入学等方面给予适当倾斜,这样才能留住并用好人才。鉴于新能源电动汽车前期研发,生产及配套充电站建设等方面资金投入颇巨,仅一座大型充电站建设动辑上千万,资金缺口较大。可以采取梯度投资,逐步完善,使配套设施投资规模与投产速度相匹配。此外,汽车厂商由于巨额投资及技术和市场开发不确定性,囿于传统车型既得利益,对新能源电动车研发与生产积极性不高。这一心态亦会蔓延至金融领域,使电动汽车在研发、生产、配套设施建设,销售等方面的信贷规模与流向受到制约。为此政府要对各金融机构做适时引导,使其明确:加大相应信贷力度,支持科技型新能源交通“功在当代,利在千秋”,不能只顾眼前利益而忽视长远发展。此外应加强电动汽车在生产、研发、推广、日常维护等方面安全管理,促进信息化全面升级,以利于以电动汽车为龙头的新能源高新产业链逐步成形。 作者:凌峰朱冬林范灵单位:镇江市高等专科学校南京理工大学经济管理学院镇江市高等专科学校 电动汽车论文:电动汽车换电定价建议 《宁夏电力杂志》2014年第六期 1电动汽车的能耗成本 电动汽车的能耗成本主要包括建设成本、运营成本及电池折旧成本[1](电池由国家电网公司提供,但电池的折旧费用要摊到能耗成本之中)。在这里我们以单个换电站作为研究对象,假定电动汽车数量很多,换电站满负荷运营,计算出换电站的最大服务能力即能提供的最大能源补给的公里数,用以摊薄建设成本和运营成本。 1.4电动汽车换电成本将电动汽车能耗成本作为其换电成本,以上计算结果如表2所示。从表2可以看到,大客车的换电成本价格为5.25元/km,其中电池折旧所占比重最大。乘用车的换电成本价格为0.6元/km。 2电动汽车换电定价建议 2.1换电服务定价策略从市场情况分析来看,现阶段电动汽车能耗成本很高(电动大客车5.25元/km,而燃用天然气大客车则是1.42元/km,享受政府补贴的天然气公交车只需0.8元/km),如果按成本价格定价就无法吸引用户使用电动汽车。况且,现阶段银川地区的电动汽车充换电站仅有9座,而银川地区却有近40座天然气加气站,两者在服务便捷性上存在差距。但是,从可持续发展和绿色环保的角度看,电动汽车能耗成本下降存在很大的空间:随着电池技术的进步,2013年的电动汽车动力电池招标采购价格已经比2011年的采购价格下降25%,保守估计5年后还能下降50%~70%。如表3所示,随着国家推动电动汽车发展的相关政策逐步落实及政府对充换电网络建设提供资金补贴,电动汽车能耗成本会大幅度下降。而天然气作为不可再生能源,随着时间的推移储量将会越来越少,能耗成本会大幅上升。从表3中可以看到,如果能争取到50%的建站补贴,即电动汽车换电站建设成本降低一半;5年后,电动汽车动力电池价格下降70%,天然气价格上涨1倍以上;这几个条件同时实现的话,则电动汽车能耗成本均低于天然气车辆的能耗成本,电动汽车换电站比天然气加气站更具有竞争优势。因此,宁夏地区电动汽车换电服务的定价策略应是:积极争取政府补贴,先以具备市场竞争力的换电价格推动电动汽车的市场占有率,降低充换电网络经营风险,随着电池技术进步,换电价格逐步下降和竞争对手天然气价格的上升,在一定的时间范围内,最终实现充换电站的盈利。 2.2换电定价选择天然气车辆作为主要的竞争对手,电动汽车换电价格与天然气车辆的能耗成本价格挂钩,按约90%的比列收取。参考文献[2]的做法,根据实际情况,建议宁夏地区电动汽车换电价格如表4所示。电动公交车换电价格为0.8元/km。主要是争夺公交市场,虽然价格持平,但通过宣传电动汽车绿色无污染可以具备一定的竞争优势。普通电动大客车换电价格为1.25元/km。小型乘用车的换电价格为0.225元/km,都比天然气价格略低,以增加市场竞争力,吸引用户。 3效果和意义 (1)电动汽车换电定价建议已面向社会进行了意见征求:银川市公交公司对这个换电定价较为认可,在行驶成本基本相同的情况下,考虑到电动汽车环保、节能的优越性,愿意尝试使用电动公交车。银川地区的私家车主和出租车司机也表示,该换电定价比较具有吸引力。所以定价建议具有一定的市场可行性。(2)目前宁夏回族自治区经济和信息化委员会正在编写“‘十二五’期间宁夏电动汽车发展规划”,电动汽车换电定价建议可为其制定提供参考,对尽快实现规划目标有积极的促进作用。(3)电动汽车换电定价建议有助于实现电动汽车充换电站网络的市场化运营。 4结论 (1)电动汽车换电定价建议是通过调查、分析市场情况,综合考虑了宁夏地区交通车辆不同的能耗方式,论证了电动汽车换电服务网络的市场定位后提出的。(2)电动汽车换电定价建议具有可行性。虽然电动汽车换电服务的运营前期需取得政府补助,但随着电动汽车达到一定规模后,电池技术的不断进步,换电能耗成本将下降,预期5~7年后,电动汽车充换电价格可以不依靠政府补助参与市场竞争。(3)石油、天然气是不可再生能源,随着储量的下降,价格会越来越高,且以其为燃料的车辆还会产生环境污染问题。而电动汽车在节能环保、无污染零排放方面具有无可比拟的优势。所以电动汽车必将取代汽、柴油及天然气车辆,是未来交通工具的必然选择。 作者:刘德鹏单位:国网宁夏电力公司银川供电公司,
建筑节能绿色环保探讨:建筑节能的绿色环保论文 1外墙保温 (1)框架建筑节能体系:由框架承重、外墙采用轻质非承重材。主要有加气混凝土砌块、陶粒砌块、混凝土空心砌块、超轻陶粒耐水石膏隔墙板、水泥隔墙板等,另加复合保温材料,适合高层或小高层和多层结构体系。(2)轻钢结构建筑节能体系:护结构采用彩色钢板压型板,中间复合保温板或玻璃棉、岩棉、硬质聚氨酯泡沫等,墙厚100mm。(3)外墙外保温做法:将绝热材料复合在承重墙外侧其建筑热稳定性好,可避免冷桥,有利于提高墙体的防水和气密性,使墙体潮湿情况得到改善室温保持稳定。外墙保温技术的发展与节能材料的革新是密不可分的,建筑环保节能必须以发展新型节能材料为前提,有足够的保温绝热材料做基础。节能材料的发展又与外墙保温技术相结合,真正发挥其作用。外墙保温技术的优越性受到人们的重视。在使用外墙保温技术的同时,加强环保节能材料的利用,综合上述考虑石嘴山市大武口区,采暖期间室外平均温度为零下4℃以下,对护结构保温性能提高了要求。外墙外保温做法较符合石嘴山地区气候条件。节能目标,通过采用增强建筑外墙围护结构保温隔热性能和提高采暖的节能措施,在满足以下要求的室内环境指标的前提下,与未采取节能措施前相比,采暖、能耗应节约50%:①冬季暖室内热环境设计指标,应符合下列要求:卧室、起居室室内设计温度取16-18度;换气次数取1.0次/h;②夏季空调室内热环境设计指标,应符合下列要求:卧室、起居室室内设计温度取26-28度;换气次数取1.0次/h。实践证明在夏季墙体的外保温做法还能减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面换热,隔热效果也优于内保温做法。而在采暖期间采用适当厚度保温材料的外保温节省75%的热损失。仅此可增加集中供暖的住宅1500平方米。 2电厂循环水余热城市集中供暖 能源是国民经济发展的基础,深入开展节能工作是缓解能源矛盾和保障国家经济安全的重要措施。目前我国城市普遍存在着集中供热热源不能满足问题,随着迅速增加的供热需求的情况,而新建大型热源投资高、建设周期长并受到城市环境容量的强烈制约。为了缓解供热紧张的局面,一些地方使用小型燃煤锅炉房,严重恶化了城市的大气环境;一些城市利用燃气采暖、甚至电热采暖,带来高采暖成本的同时,也引发了城市的燃气和电力资源的紧张。石嘴山市大武口区改造前:(1)是城市周边的火力发电厂在发电过程中,通过冷却塔将大量的低品位热量排放到大气中,造成了巨大的能源浪费和明显的环境湿热影响及污染。(2)小型燃烧煤炭的锅炉房,家庭燃烧煤炭的土暖气炉,燃烧天燃气来采暖严重恶化了城市的大气环境污染。这样的系统则造成大气环境严重污染和煤炭能源的严重浪费,一个冬季燃烧煤炭而浪费17多万吨煤炭,向空气中排放了大量的二氧化碳、二氧化硫等污染物。因此石嘴山市大武口区电厂与石嘴山市热力公司,将热电厂的循环冷却水余热用于到供热采暖,不仅能够减少电厂冷却水散热而造成的水蒸发损失和环境的热污染,而且能够缓解采暖带来燃烧煤炭资源浪费局面。同时实现能源的利用节约,提高能源综合利用率。 3结束语 对人居环境的探讨,一直是建筑界所关注的问题。无论在建筑节能降低建筑能耗还是在提高人居舒适度,创造新型的住宅建筑取得了成效。但是面对这个庞大的建筑领域,建筑能耗是显而易见的,细微的能耗变化都将决定对能源的如何分配。当然建筑节能是很复杂的工程,涉及方方面面的问题。上文所提及的只是其中的一部分,它们往往被被忽视,会造成建筑室内能量的浪费。通过以上调研调查分析发现,努力创造高效率绿色环保节能的建筑,从而真正地实现建筑绿色的环保节能势在必行。 作者:耿智勇魏子东董茜单位:宁夏大学土木与水利工程学院 建筑节能绿色环保探讨:建筑节能视域下的绿色环保论文 1节能环保技术在建筑施工中的重要性 建筑施工中的节能主要是指在施工时有效合理使用现有能源的同时科学开发利用新能源,这样能提高能源的利用率同时降低能耗。在如今到处扬尘,垃圾遍地的时代,人们迫切需要舒适干净的生活环境。在建筑施工时若能使用新型环保材料,不仅可以减少资源消耗和废弃物排放,还可以改善人们的生活环境,对人们的居住环境以及健康水平都十分有益。同时有助于对生态环境的改善,对于各种濒危物种也起到一定程度上的保护作用。在建筑施工中应用节能环保技术,缩短了施工周期,加快了进程,从而降低工程建安成本。建筑施工中应用节能环保技术,对于建筑施工技术会有相应改善,可以提高工作效率以及施工质量,创造极大的经济效益和社会效益,是推动建筑施工进步的需要,顺应时展的需求。 2建筑施工中节能环保方面存在的问题 首先,部分较为落后的建筑施工单位设备老化却仍在使用。企业管理层只考虑更新换代施工基础设施增加的施工成本,却没有考虑施工中使用老化设备带来的水、电、材料等的浪费,以及设备效率低下带来的资源浪费和对施工进程的影响。第二,企业的节能绿色环保管理机制不够完善。如果没有建立健全科学合理的节能环保管理机制或是现有的管理机制漏洞太大的话,不对责任进行有效落实,不做好考核和监督,以致真正的节能环保很难落到实处。第三也是最重要的一点就是企业的节能环保意识不强,这使得节能环保技术不能有效发挥其在企业发展中的作用,而管理层对国家的相关法律法规疏于执行,对已有的节能绿色环保技术不能很好地利用,都是较为常见的现象。再有就是政府的监督惩罚措施不够明朗,对节能环保技术的实施与推广有着严重阻碍。 3建筑施工中的节能绿色环保技术应用 3.1建筑施工中新型节能环保材料 建筑节能对贯彻可持续发展战略有着其不可或缺的作用。建筑材料的应用是建筑施工的重要组成部分,现代绿色建材质量优异、性能好、环境协调性高。具有使用过程中相对安全、使用之后污染较小、一定程度上可以重复利用的特点。现代建筑中使用的绿色建材种类很多。先简要介绍其中几种。一是现代绿色混凝土材料。混凝土是现代建筑的主要用材,绿色混凝土的使用是发展绿色建筑的重要体现。混凝土具有优良的适用性、工作性、耐久性、以及稳定性、经济合理性以及各种力学性能。也有着许多分类,高性能混凝土材料、废弃混凝土重新利用产生的绿色混凝土、加气混凝土、合成纤维混凝土、多空预制块植栽混凝土等等,它们除了共有的优良特性之外,各自还有着自身独特的良好性能,对节约资源、保护环境都有好处。二是木材,现代建材中的木材也有着许多特别的种类,比如彩色木材,分先天着色和后天着色两种,瓷化木材、塑化木材、疏水木材等,分别在不同的场合有着很好地应用。三是保温隔热材料,保温隔热材料根据不同状态可分为板块状和浆体状两种,按照它在围护结构的不同使用部位又可以分成内、外保温隔热材料2种。四是防水材料,现代绿色建材不仅要有防水功能还需要具有去污、保温对环境影响小等其它功能。聚合物水泥防水涂料、渗透结晶型防水材料、塑料防渗补漏剂、聚乙烯双面复合防水卷材等等都是很好的防水材料。木材、石材、粘土砖、混凝土和钢材都是传统的建筑材料,现在结构用材主要是混凝土和钢材。木材可再生但速度慢,石材耗资源但耐久性好,都有着绿色建材的特征但也有其局限性,其有效后备资源是竹材人造板。粘土砖能耗低但是使用它需要以破坏良田为代价,如今已经禁止生产使用了,它的绿色替代建材是工业废渣,工业废渣有着丰富的来源,力学性能相比于粘土砖更优,应用前景广阔。钢材具有不可替代性,因而低能耗、少排放的“绿色钢材”的研发迫在眉睫。绿色钢材的使用是对传统建材使用的突破,优越性不言而喻。 3.2节能绿色环保技术措施 首先是完善管理机制。当前建筑施工企业对于环保节能监督不力、管理不严,针对这种情况,新时期的建筑施工企业必须不断完善建筑节能环保技术的管理机制,以确保节能环保技术在建筑施工企业能够有效应用。在建立健全管理机制的基础上应再建立相应的约束和惩罚机制,以确保已建机制的有效运行。其次,针对部分施工单位仍旧使用老化设备,浪费资源的现象,应对这些效率低、耗能大的设备进行淘汰,引进节能环保的新型设备,对待企业的发展要有长远的眼光。第三,对于建筑施工产生的废弃物要能够再次利用。建筑废弃物有着巨大的可再生利用空间,应加大对其综合利用的技术开发和扶持力度,借鉴前人的先进经验,对施工方案的每一步都要有很好的节能环保措施,加强监管,减少废弃物的产生量,提高建筑材料的利用率。第四,在建筑施工中使用节能环保技术应坚持以下原则:一是不能以牺牲建筑功能为代价来推行建筑节能技术,二是要结合实际、坚持以人为本,确保建筑中节能施工的有效性,保障和提高节能建筑的舒适性以及综合性。第五,在建筑施工中应用节能绿色环保技术需要施工人员具有一定的专业技术,因此应加强对建筑施工人员的专业技术培训,提升他们的专业技术水平。第六,现代建筑企业的施工需要利用现代科技,因此对建筑节能环保技术要有不断创新和完善以促进其应用水平的提升,要加快高性能材料的推广和应用,提升资源利用率;选用具有节能型的技术,降低能耗;此外还要加强应用清洁能源技术,杜绝使用污染性材料,控制对有害物质的排放。第七,所有节能环保措施和技术的应用都需要企业管理人员以及建筑施工人员有很强的节能环保意识,只有施工人员深刻理解节能环保的重要意义,主动投入学习和利用而不是被动接受,才能保证节能环保技术的有效使用。因此,各阶层人员都应深化其节能环保意识。 4结语 建筑施工中的节能环保是贯彻可持续发展战略的重要手段,节约资源、保护环境的同时,有助于企业和社会的发展,顺应了当前全球的发展大趋势。随着人们生活水平的显著提高,大家对良好的环境条件也有了更高的要求。以往只追求社会经济发展,不注意提高环境效益,造成对环境的污染极其严重,浪费了有限的自然资源,破坏了以往良好的生活环境,不仅反过来影响了经济的发展,制约了社会的可持续发展,还影响了自身的生活水平,污染的环境对自身健康还有一定的影响。建筑领域在环保与能耗中占有重要地位,若能在建筑施工中实行节能环保措施,有助于解决当前的环境问题,改善生态环境,创造巨大的效益。相关企业应有长远的眼光,有效利用节能绿色环保技术,为促进企业的发展和稳固打下坚实的基础。 作者:李仕林邹金宝单位:云南省建筑材料科学研究设计院 建筑节能绿色环保探讨:绿色环保建筑节能论文 一、绿色环保建筑与高档和高成本没有必然联系 在进行楼盘销售的过程中,很多房地产商都喜欢用绿色环保建筑的概念来进行炒作,将那些高档楼盘与绿色环保建筑生拉硬扯到一起,以至于让很多人都认为绿色建筑与高档建筑是可以划等号的,只有那些有钱人才能够享受。 这是一种在错误的引导下产生的错误的观念。绿色建筑是一个广泛的概念,但是却与高档和高成本没有必然的联系。例如延安的窑洞具有冬暖夏凉的效果,如果将这些窑洞改造为具有中国特色的绿色环保建筑,那样所需要花费的成本就不会很高;在新疆也有一种很有特色的建筑,其墙壁是采用当地的石膏和具有良好透气性的秸秆组合而成的,具有很高的保温性,再加上具有当地特色的屋顶,就是一种很典型的乡村绿色环保建筑;还有过去农村的那些土房屋,其墙壁是由泥坯堆积、夯实而成,尖尖的屋顶是由木骨架、泥土和厚厚的稻草铺成或者是采用小青瓦,采用尖屋顶是为了利于排水。 近几年,我国的老百姓虽然收入有了显著的提高,但是面对房价的快速增长,其收入的增加就显得是微不足道了。因此,老百姓对房价和房屋的成本仍然是非常敏感。绿色建筑所采用的技术、产品与设施,都必须要对成本进行考虑,不能够对房地产的整体价格产生过大的影响。房地产商不能够对民众进行误导,要帮助民众突破“现代化的、高科技的和高价的就是绿色的”这个认识误区。在我国只有大力发展中国式、普通老百姓式、适用技术式的绿色环保建筑才是正确的道路。 二、绿色环保建筑的相关因素分析 在绿色建筑中的建筑热量平衡,指的就是通过各种措施的使用来最大限度的减少建筑中的能量损失,并使得建筑中的能源能够得到最大限度的有效利用,从而使能源的利用率大大提高。建筑热量平衡在北方主要需要考虑的就是采暖,南方需要考虑的是隔热。 (一)对保温材料的选择 绿色建筑想要做好隔热,就需要对保温隔热材料进行选择。绿色建筑应该要根据建筑的具体使用要求、结构、所在地的气候等各种因素对材料的选择与使用进行充分的考虑。但是,通常情况下,保温材料都需要具有以下的特性:吸水率低、表观密度与热导率小、具有一定的强度。绿色建筑应该采用矿物棉、玻璃棉及泡沫塑料等具有优良性能的保温材料。这些材料因为其优良的性能,具有较广的用途,可以用于墙体、屋顶以及地面等处,可以有效的降低建筑围护结构中各部分的传热系数。 在确定保温材料后,影响建筑保温性能的决定性因素就只有保温层的厚度。通常情况下,建筑围护结构的绝热性能会随着保温层厚度的增加而得到提高。这样虽然能够减少采暖成本,但是却会增加围护结构的建造费。因此,绿色建筑必须要根据建筑气候分区、建筑体形系数来确定出最小传热系数,从而对保温层厚度进行合理的确定,达到以最低的费用取得最佳保温效果的目的。 (二)建筑节能构造 围护结构的保温隔热性能是影响绿色建筑节能的主要因素之一。如何通过对建筑护结构的设计来有效的解决建筑的保温与隔热问题进行解决,是在建筑构造设计中需要重点考虑的问题。 1、外墙构造 现在,外墙节能主要是采用复合墙的构造。这里的复合墙指的是在墙体的不同位置来设置具有良好保温效果的隔热层。通常采用的做法有外墙内保温、外墙夹心保温以及外墙外保温这三种。 外墙内保温是将保温材料置于外墙的内侧,这种方法的施工比较容易,对保温材料的防水、耐候性指标的要求也不是很高,但是却容易出现饰面层开裂的现象。采用这种方法,会占用一定的室内使用面积,将不利于用户的二次装修与饰物吊挂。同时使用这种方法,主墙体越薄,其保温层就会越厚,而相应的热桥的问题就会越严重。 外墙夹心保温指的是将保温材料置于外墙的中部,而内外侧墙都可以采用传统的砖、砼砌块等。这种方法因为使用了传统的材料,而这些传统的材料具有良好的防水、耐候性能,对内侧墙和保温材料能够形成良好的保护。这一类的墙体较厚,因为保温材料置于中部,从而将结构墙体分为了内外两层,两层墙体之间就必须要采取可靠有效的拉结措施,这就加大了施工难度,而且其施工质量也很难控制,因此应用较少。 外墙外保温则是将保温材料置于外墙的外侧,这种方法适用于有采暖和空调要求的建筑。这种方法有着十分明显的优点例如可以避免热桥的产生,有利于使建筑物达到冬暖夏凉的效果,同时还能够延长主体墙体的使用寿命,具有较广的适用范围与良好的综合效益。 2、门窗节能 门窗具有采光、通风等作用,同时在建筑造型艺术的处理上也有着十分重要的作用,但是门窗却是造成能量大量损失的重要部位。因此,门窗的低传热性与高密封性就显得十分的重要,特别是在绿色建筑的节能方面。在进行设计时就必须要对门窗的比例进行合理的控制,同时还必须要考虑到门窗的气密性,良好的气密性可以有效的减少冷风渗透和传热损失这两种因素引起的能量损失。对于外门可以设置门斗,这样能够有效的减少因人流出入而造成的热量损失。在窗扇之间可以采用双道密封条来进行密封处理,同时还必须对窗框与墙体之间存在的缝隙进行处理。 3、屋面节能 屋面是建筑的主要围护构件,屋面所能够起到的保温与隔热的作用要比其他的界面更有效。一般的做法是建筑屋面时,进行双层保温、双层防水措施的处理。在进行处理的过程中,可以选用聚氨脂PU硬泡喷涂工艺,在屋面上直接喷涂聚氨脂硬泡,在找坡层上设置苯板保温层。通过这种双保温的屋面构造可以有效的提高屋面的保温能力。 (三)绿化环境设计 绿色植物的蒸腾和光合作用对于调节局部区域内的气温与空气湿度都有着十分明显的作用。有效的绿化措施,能够起到节约能源、减轻城市大气污染、改善城市人居环境小气候等方面都有着十分显著的作用。 在建筑外墙面进行绿化可以有效的对夏季阳光的辐射进行遮挡,从而达到降低建筑物墙体表面温度4℃以上,室内温度则可以明显降低1℃以上的作用。在冬季时却又不会影响到墙面的太阳辐射热,附着在墙面的枝条还可以成为一层天然的保温层,同样能够起到节约能源的作用。同时外墙面的绿化,还能够有效的减轻墙面经阳光暴晒所引起的热胀冷缩和风吹雨淋所造成的风化作用,对建筑物表面有较好的保护作用。 进行绿化设计时应遵循以下几项原则:(1)要尽可能的优先选用乡土植物,多采用维护较少、耐候性较强的植物,从而能够减少日常维护费用的支出;(2)多种绿化方式进行结合,对绿化中所选用的乔木、灌木和攀缘植物等进行合理的搭配,从而能够形成多层次的复合生态结构,并要能够达到植物群落自然和谐的效果,同时起到遮阳、降低能耗的作用;(3)绿化地配置需合理,以能够达到对局部环境进行气候调节、保持水土、降低污染和隔绝噪音的效果为最终的目的。 (四)可再生能源的使用 建筑中可应用的可再生能源主要包括有太阳能、浅层地能、风能和生物质能等。绿色建筑要能够达到节能的效果,就应该多使用可再生能源。这里简单的介绍太阳能热水系统与建筑一体化技术及地源热泵技术。 太阳能热水系统与建筑一体化技术是将太阳能利用设施与建筑进行有机结合,利用太阳能集热器来替代屋顶覆盖层或替代屋顶保温层,这样做既能够消除太阳能对建筑物形象的影响,又避免了重复投资,降低了成本。该技术可以用于宾馆、医院、学生公寓等公共建筑和住宅,即使是高层住宅也能够有多种系统可供选用。 地源热泵就是一种在技术上和经济上都具有较大优势的解决供热和空调的替代方式。它是利用地下浅层地热资源来供热与制冷的高效节能环保型空调系统。该种技术的应用可以大大的节省能源的损耗。 总之,绿色建筑之中有很多因素都会影响到能源的节约。这里所讲到的只是其中的一部分。对于“绿色建筑还有哪些因素会对节能进行影响?”这需要我们广大的建筑工作者来进行研究、探索。 建筑节能绿色环保探讨:建筑节能绿色环保技术发展研究 摘要:随着科技水平的提高,节能环保的绿色建筑材料应运而生。我国的绿色环保建筑技术还处于发展阶段,在建筑行业的应用过程中仍存在许多弊端。因此,建筑企业需要大力推广建筑节能绿色环保技术。 关键词:建筑企业;节能绿色环保技术;施工效率;建筑工程 1应用节能绿色环保技术的必然性 建筑行业的节能主要体现在对建筑原材料的合理配置和优化配置以及新建筑能源的开发利用,从而提高建筑材料的利用率,减少建材的浪费。建筑项目工地周边常堆放有垃圾,进而影响了周边的环境。目前,建筑工地的杂乱现状严重影响了自然环境和人们的出行。将节能绿色环保技术应用于建筑施工项目中,能提高工程项目的施工效率,缩短建筑工程的工期,从而降低建筑工程的成本。 2建筑项目施工过程中存在的问题 节能绿色环保技术在我国建筑行业中的应用还不成熟,未形成完善的管理机制,对节能环保工作的考核未形成体系,不利于考核和监督工作的开展。部分建筑企业的节能环保意识淡薄,使节能绿色环保技术在建筑企业中的推广工作受到了限制。此外,政府部门缺乏对节能绿色环保技术的相关支持,使已有的节能绿色环保技术未得到充分利用。 3建筑节能绿色环保技术的应用 3.1新型建筑环保材料的使用 建筑企业应积极使用节能环保建筑材料。建筑材料是建筑项目施工过程中必不可少的组成部分之一,其质量、性能、协调性决定了建筑工程的质量,影响着节能绿色环保技术的推广。现代绿色环保建材的种类很多,具有环境协调性好、性能良好、安全系数高等特点。建筑行业普遍采用的绿色环保建材主要有绿色混凝土、木材、保温隔热材料、防水材料四大类。绿色混凝土是建筑节能绿色环保技术发展渐趋成熟的产物,具有适用性、耐久性、稳定性、经济性、合理性等。绿色混凝土建材又可细分为合成纤维混凝土、废弃混凝土回收利用制成的绿色混凝土等。建筑施工过程中使用的木材多为彩色木材、塑化木材等新型节能绿色环保建材。保温隔热材料是目前建筑工程施工过程中普遍使用的建筑材料,可起到很好的保温隔热的作用,从而降低矿产资源的消耗量。建筑工程中使用的防水材料除了具备防水的效果外,还具有去污和保温的作用,且对环境的污染较小。传统的建筑材料主要有石材、木材、钢筋、混凝土和黏土砖,而目前的建筑工程多使用钢材和混凝土。木材的再生速度比较慢,石材的耗能性较大,这些均不符合节能绿色环保技术的发展要求,因此,其继续使用的意义较小。钢材在建筑工程中有着不可替代的地位,因此,相关单位需要研发耗能低、污染小的绿色钢材。 3.2完善节能绿色环保技术的相关措施 为了促进节能绿色环保技术的推广,建筑施工企业需要建立完善的管理机制,且管理机制要与奖罚机制配套形成管理体系,从而加大企业对节能绿色环保工作的监督和管理力度,促进节能绿色环保技术的发展。建筑企业应淘汰陈旧、破损严重的机器设备,购进新型的环保节能设备,并回收利用施工过程中产生的废弃物,从而减少建筑垃圾的堆放,提高建筑材料的利用率。在建筑行业中应用节能绿色环保技术需要遵循2项原则:①在推广节能环保技术的同时,要保证建筑物自身的功能和质量;②节能环保技术的推广要以人为本,并符合建筑施工的实际要求。节能环保技术的发展需要建筑施工人员具备一定的专业技能。因此,建筑企业需要对施工人员进行培训,提高其技术水平。节能环保技术在建筑行业的应用需要科学技术的支持,因此,相关单位应不断研究和开发高性能建材,并及时推广。此外,建筑企业应多选用清洁材料,从而减少有害物质的排放;建筑企业的管理人员和施工人员应增强自身的节能环保意识,不断加深对节能环保知识的认知水平,认识到建筑行业应用节能绿色环保技术的重要性和必要性,积极学习节能环保技术,积极参与节能绿色环保技术在建筑行业中的普及工作。 3.3建筑智能化系统的应用 建筑企业出于对自身经济成本的考虑,未及时更新基础设施、设备。陈旧的施工设备在使用过程中可能会因老化严重而造成水、电、建筑材料的浪费,还会因低下的工作效率而影响工程项目的施工进度。因此,建筑企业应采用新型的环保材料,从而减少污染物的排放和建筑材料的浪费,为人们提供舒适、健康、干净的生活环境。随着科学技术的发展,在建筑行业的节能绿色环保工作中,可采用智能化系统,比如建筑能耗监控系统,该系统可通过计算机系统分析建筑中设备消耗的能源,并建立科学的用电模型,从而实现智能化的能源监控管理。这样不仅能避免建筑资源浪费现象的出现,还能提升电力能源、热力能源的利用率。 4结束语 建筑行业可持续发展的重要手段之一为节能绿色环保技术的推广和普及,其不仅能起到保护环境、节约资源的重要作用,还能使建筑企业的发展融入全球化的潮流中。节能绿色环保技术在建筑行业中的应用是必然趋势,因为它可满足人们对居住环境的高要求,减小建筑行业对自然环境的污染力度,实现经济发展与保护环境的有机统一,为建筑企业的稳定发展奠定稳固的技术基础。 作者:周迎 单位:浙江浙电物业管理有限公司 建筑节能绿色环保探讨:建筑节能绿色环保技术的应用 摘要:环保是全球当前所关注的主要问题,全民参与环保已经成为当前主要公益话题。建筑与人们生活息息相关,也是对环保事业具有重要影响的其中一个领域,绿色建筑是当前建筑领域的优秀导向,如何应用环保能源以及绿色材料替换传统建筑材料或建筑模式是当前建筑企业需要关注的首要问题。随着现代科技的快速发展下,多种绿色能源以及环保材料得以出现,而将这些能源与材料应用到建筑中,将会有效推动绿色建筑的发展进程。本文对当前建筑节能绿色环保技术的应用状况加以总结,并分析其未来发展前景。 关键词:建筑;节能绿色环保技术;应用现状 1前言 建筑事业的发展深受经济以及社会文化发展的影响,在当前全球大力发展环保事业的大背景下,建筑事业也必将受到影响,向绿色环保建筑方向发展。建筑物在建筑过程中首先占据了大量的土地资源,其次在设计过程中大量的应用玻璃等材料严重影响环境,为此,大力推动建筑领域的绿色环保化进程,对全球环保事业的发展具有重要意义。下文中将对绿色环保技术概念以及绿色环保在工程中的应用价值进行阐述,同时总结当前建筑领域环保技术的应用状况,并提出环保技术在建筑中应用的发展前景。 2节能绿色环保技术概述 节能绿色环保技术在大方向来讲是基于节能、保护生态环境等原则所开发的多种技术。在全球环保的大背景下,节能绿色环保技术得到大力开发,并广泛的应用在各个领域,而其中建筑领域便是其中之一。就建筑领域而言,绿色环保技术所指的是工程项目建设过程中,在确保工程质量的基础,不断提升工程管理水平,引进先进技术以及建筑工艺,实现节能、环保的目的。在近几年环保政策的全面落实下,提出了绿色建筑要求,绿色建筑具体所指的是确保整个工程建筑能符合到节能、节水、节电等要求[1]。 3节能绿色环保技术在工程中应用的必然趋势 建筑领域的环保主要展现在对建筑材料的合理应用以全新建筑能源的开发利用方面,由此提升建筑材料的可利用率,减少建筑材料的资源浪费。建筑工程施工期间,工程周围垃圾任意堆放成为普遍现象,严重影响周边环境,针对此,在工程施工过程中引进绿色环保技术能够有效提升工程施工效率,缩短工期,减少工程垃圾的产生量,同时减少施工对周边环境的影响周期。另外,传统工程建设中会应用到大量的玻璃或其他影响自然环境的材料,而引入绿色环保材料或建造技术则能够减少这种不利于环保的建筑材料应用量。无论给予何种方向的考虑,绿色建筑都将是建筑领域发展的必然趋势[2]。 4节能绿色环保技术在建筑中应用现状 4.1外墙保温工程中节能技术的应用 外墙保温节能技术是在建筑物的外墙设置保温层,由此达到节能功效。外墙保温技术具有一定的连续性,由此能够规避传统墙体常见的断桥现象,同时,外墙保温技术所应用的聚苯板导热系数相对较小,能够减少工程室内热度的损失。另外,外墙保温技术的应用能够减轻墙体的重量与厚度,由此增加了建筑的可应用面积。外墙保温技术参与到建筑中,不仅不会影响到整个建筑的质量,反而由于其增加的蓄热功能提升了建筑物的舒适度[3]。 4.2建筑工程中光电、光热节能技术的应用 在建筑中应用的光电与光热技术主要是光电节能技术与光热节能技术,而应用能源主要来自于太阳能的转化,将太阳能转化为可利用能源,提供建筑所需的热能与电能。光电与光热节能技术的应有优势在于太阳能属于可再生资源,这种能源的可持续应有性较强,且不存在任何危害,适合长久应用,在提供便利能源的基础上实现建筑物的节能功效。另外,太阳能不需要进行运输或繁杂的转化过程,可直接在建筑物设置转化装置,便能够实现太阳能的应用,减少了过程费用。但是,值得注意的是太阳能随着季节的变化以及地区因素不能够长期维持在一个平衡的量上,属于阶段性应用能源,还具有一定的未来开发潜力。 4.3建筑工程中地源热泵节能技术的应用 地源热泵也就是常被称之为地热的一种制冷与供热技术。地源热泵技术的应用能够为建筑物在冬季提供暖气供应,在夏季提供制冷功能,实现对建筑物的智能调节,具有一定的现实意义,也是当前建筑物中比较常见的应用技术。地源热泵技术在建筑中的应用优势在于,所占面积小、布局紧凑等。同时地源热泵节能技术的应用能够防止建筑物地面沉降问题的出现,而此项技术当前发展已经成熟,施工也较为简单,能够提供长期稳定的热能与制冷供应。 5节能绿色环保技术在建筑中应用发展前景 环保节能是当前社会发展所面临的首要问题,减少资源浪费、提升各种资源的可利用率、加强环保能源与材料的开发等。在环保这一大背景下,建筑行业作为主要领导产业必然需要作出带头作用,为环保事业的发展作出一份贡献。就绿色环保技术的应用来讲,在建筑工程中具有较大的发展潜力,建筑绿色化这一概念的提出,必然会涉及到建筑模式以及材料应用的改革,而改革过程中势必会涉及到环保能源以及环保材料的应用,基于此,环保技术在建筑领域中具有较大的应用价值以及发展前景。 6结论 综合上文所述,在环保这一大背景下,绿色建筑成为未来发展的必然趋势,环保建筑或绿色建筑的实现,将涉及到大范围环保新能源的应用。当前建筑工程中常见的环保技术包括外墙保温工程中节能技术、中光电、光热节能技术、地源热泵节能技术等,在多种绿色环保技术的应用下,推动了绿色建筑的发展进程,而远观未来这一概念也必将成为主流发展方向。 作者:甄军芳 姜海航 单位:济南四建(集团)有限责任公司
地下建筑空间探讨:浅究地下建筑空间特点及设计时应注意问题 【摘 要】随着城市化进程的不断加快以及城市人口的不断增长,城市用地面积变得日益紧张。为了更好的适应城市化的进程,地下建筑及空间的开发逐渐受到人们的重视。地下建筑空间的开发和利用是建设集约型城市以及实现城市可持续发展的重要途径。本文结合地下建筑空间特点,对地下建筑设计应注意的问题以及如何合理利用等方面展开了全面的分析探讨。 【关键词】地下建筑;空间特点;设计;注意问题 1 地下建筑空间的环境特点分析 1.1 地下建筑易受土壤及其结构的影响 人们的工作与生活通常被建筑物护结构分割成不同的部分,建筑工程也是一样。和一般的建筑工程相比,地下建筑空间更容易受到土壤及其围护结构的影响,将相当于地面建筑容易受到室外气候的影响一样。 1.1.1 土壤或岩体温度作用 土壤的热作用与地面自然环境的热作用差别很大。一般认为从地面到地下10m左右的土壤是依靠太阳供给热量的。随着深度的增加,热量对土地的影响也相应增加。白天,太阳的热量影响到土壤的很浅的深度,通常在5~7cm 之间,但这种热量在一个大约 10m 的深度内作持续的季节性运动。土壤隔热性好而蓄热量大,因而能在严酷多变的外界气候条件下保持相对稳定的温度。土壤的热稳定性使得地下建筑的围护结构拥有相对稳定的外界温度, 对于一些需要恒定季节性温度和恒定昼夜温度的特殊建筑,地下建筑将更具优势。 1.1.2 土壤或岩体湿度作用 在湿度方面, 地下建筑的围护结构受到土壤、岩石、地下水位高低等的影响,有时会出现较为严重表面散湿现象,再加上缺少阳光照射,和有效的自然通风,围护结构往往比地面建筑潮湿。 1.2 地下建筑室内热湿环境 地下建筑中属于室内的气候因素主要包括三个方面:进入室内的阳光、空气温湿度、生产和生活所散发的热量和水分。 1.2.1 进入室内的阳光和地上建筑相比,地下建筑由于其围护结构的限制,一般难以通过侧窗获取阳光,虽然可以通过采光天窗、采光井等方式进行自然采光, 但大多数情况下仍无法与地面建筑相比。自然光线的不足对地下建筑室内环境造成了不利影响,如潮湿、阴暗。 1.2.2 空气温度湿度 地下空间中的空气温度随季节变化及昼夜变化的波动幅度较小,相对于地面,有着十分明显的滞后现象。地面温度变化引起地表层发生的热波,由于地下建筑覆盖层及周围岩土的衰减作用,对室内空气温度影响不大。当覆盖层厚度超过10m,这种影响可忽略不计,这对创造恒定的室内温度十分有利。在夏季,地下建筑内温度比室外空气温度低,室外空气进入地下建筑后,温度下降,相对湿度升高,当壁面温度低于露点时,即出现凝结水,致使地下建筑夏季雨季潮湿问题十分突出。 1.2.3 生产和生活所散发的热量与水分 地下建筑中的生产活动与生活同样会散发热量和水分。由于地下建筑的封闭性较强,很多情况下难以通过自然通风排除热量与湿气,因此,地下建筑空间内的生产和生活过程中所散发的热量和水分会增加地下空间的温度和湿度。 2 地下建筑的主要能耗分析 分析地下公共建筑的环境特点及热工性能可知,其围护结构的保温隔热性能优于地面建筑,并且不需要遮阳。地下建筑主要能耗主要包括:采光能耗、空调能耗、动力能耗。根据徐州时尚大道地下商业街的能耗进行了测量, 表明最大的能量消耗是在有高制冷负载的8月份。另一个最大值是在有高取暖负载的2月份。年耗能的最大份额是照明,占 45%;第二位是空调能耗,占 44%;电梯及其他能耗占11%。 可见地下建筑中的采光能耗占的比例巨大,空调能耗也十分惊人。我国的空调能耗中,新风能耗占空调能耗的25%-38%,在地下建筑中这个比例会更高。因此,自然采光与自然通风对地下建筑的节能意义重大。 3 地下建筑节能策略 3.1 充分利用自然采光 在地下建筑中应可能地利用自然采光,天然采光不仅节约了照明能耗, 更重要的是能满足人们的心理需求。在地下空间可以采用以下多种建筑形式来进行自然采光。 3.1.1 天窗式 天窗采光适合于埋深较浅、地面部分为广场或绿地的地下建筑, 阳光可以通过顶棚的天窗很容易到达室内,采光效率高,并可选择各种形式的天窗,如:平天窗、锯齿形天窗等。天窗采光适合用于公共建筑和工业建筑, 如展览建筑、工业厂房等。 3.1.2 庭院式 对于规模不大的地下建筑,可采用庭院式自然采光。地下建筑的各部分功能围绕一个小庭院布置, 并在与庭院相邻的围护结构上开设大面积玻璃门窗,从而可以摄取阳光和景观。庭院式采光方法较适于规模不大的文化娱乐建筑。 3.1.3 下沉广场式 对于城市中面积较大的开敞空间,常常使地面一部分下沉一定高度, 使广场出现空间形态变化,并且结合地下建筑(如地下商业建筑、地下交通建筑等)形成多层次的复合空间,同时还为广场周围的地下建筑提供大量的自然光线。 3.1.4 地下中庭式 对于大深度的地下工程,地下中庭是一种改善空间环境的重要方法。中庭顶部可以由各种形态的空间网架加上采光玻璃面构成。中庭内可以种植植物,布置景观,从而形成丰富的内部空间。因此, 多层地下建筑可以通过共享中庭获得自然光线以及景观效果。 3.1.5 技术应用 很多情况下, 地下建筑没有条件通过天窗、侧窗或中庭等引入自然光线, 此时就需要采用一些特殊方法将太阳光引入地下空间, 这种采光方法同样可以使地下空间获得阳光照明, 从而达到节能的目的。常见的方法有:导光管采光、棱镜导光装置、光导纤维、光电效应间接采光等。 3.2 自然通风 自然通风是利用室内外温度差所造成的热压或风力作用所造成的风压来实现换气的一种通风方式,是对自然能源的有效开发和利用。经过合理设计的自然通风, 对改善室内空气质量和节约能耗都有重要意义。自然通风与建筑设计关系密切,平面布局、风井的设置及风帽的选择等都会影响自然通风效果。 地下建筑空间探讨:简析地下建筑空间现状分析及有效利用 摘要:随着经济的快速发展,人口人数的倍增,对于政府而言,维持城市生活的宜居性是一大挑战。开发地下空间对城市建设至关重要,因为基础设施以及各类建筑物的空间布置在常规的城市规划中己经越来越难。地下空间的利用为城市的基础设施、生活服务设施提供了新的空间,且不以消耗宝贵的地面空间为代价,因此城市可以保留其珍贵的地面公共空间,即使地面利用了,也可以开发地下空间。此外,城市之外的大规模国土资源也有很大地下空间开发利用的潜力。无论是建筑师还是城市规划师,现在都在着眼于地下空间的利用,这能使他们为开发新空间而一展身手。 关键词:地下建筑空间、设计、有效利用 一、前言 地下建筑空间的开发利用是保证城市可持续发展的充分和必要条件。当一个城市的经济水平发展到了一定的程度时,城市就有了对地下空间开发利用的需求,不同的城市规模和城市扩展方式则会对城市地下空间的利用方式和开发规模有不同的选择。对于地下空间的利用,人类己经有了较为丰富的经验,如用于交通、市政公用设施、公共服务、防灾、生产、储藏等的各种利用形式,其中用于交通是城市开发利用地下空间的主要目的。随着城市发展要求的不断提升及施工技术的不断完善,大型的地下综合体己经成了未来城市地下空间开发利用的方向。众多功能不同的地下设施构筑在一起,对地下建筑空间的布局也提出了更高的要求。 二、国内外地下建筑空间利用现状 地下空间是有别于传统的地上空间的,在城市空间的开发利用上有其独特的优势。比如地下空间在恒温性、恒湿性方面有其独特的优势,在隔热性、遮光性、气密性等方面比地上空间更容易做到,在隐蔽性、空间性、安全性等诸多方面也远远优于地上空间。 国外在地下空间的利用上也是多方面的、广泛的,很多设施被置于地下。通过点、线、面的有机结合将城市地下空间组合起来,形成网络状结构。其中生活设施有地下住宅及复式住宅,可以节约采暖、空调费用;城市设施除地下商业街、地下铁、道路隧洞外,还有半地下式大学,即可以满足与自然比较协调及对采光的要求,还能兼顾更新城市机能及节约能源;贮藏设施除食品贮藏外,保存放射性废料的设施也在研究开发的规划之中;交通设施有道路隧洞、地下停车场等;而地下核防护设施堪称世界之最。 我国在地下空间利用方面与发达国家相比,存在较大的差距。在60,70年代,我国建设了一批地下工厂、早期人防工程,同时期还建造了北京、天津地下铁道。但大规模城市地下空间的开发利用还是近年来的事情,随着经济的发展以及城市功能的需要,发达城市加快了开发和利用城市地下空间的步伐。虽然我国在大规模城市地下空间的开发利用上起步较晚,但预计规模和前景巨大,远超世界发达国家大城市现有的发展程度。 三、地下建筑空间有效利用的意义 开发利用城市地下空间对于城市建设是至关重要的,因为受困于城市建设用地的限制,传统的基础设施以及各类建筑物的空间规划己经越来越难。地下空间的开发利用在不以消耗宝贵的地面空间为代价的前提下,不但为城市的基础设施、生活服务设施提供了新的空间,还可以为城市保留极其珍贵的地面公共空间。 地下建筑空间的开发利用对于城市可持续发展和环境改善的贡献是多方面的。如:节省了大量的自然资源;减少了空气污染和不必要的视觉和噪音污染;为建设低耗能、低废弃城市提高了可能性;地下结构相对稳定,不易受地震等自然灾害影响;能改善地面景观,提高地面环境质量。 地下建筑空间的开发利用可以为城市提供更好的交通和一些地表无法修建的公用基础设施,特别是城市的中心区,从而实现城市的可持续发展。在城市中广泛开发利用地下空间可以建立独立的通讯和服务空间层,成为增强城市凝聚力和韧性的关键设施。相对于地表高架基础设施,地下交通空间的使用可以避免对城市社会结构的有害影响。 四、我国地下空间开发利用存在的问题 1、规划体系不完善 在传统的规划体系中,地下建筑公共空间缺乏系统规划的指导,需要在地下建筑空间规划中进行重点研究。地下建筑空间规划的主要任务是统筹协调地下公共活动、地下道路交通、地下市政、民防等功能系统的关系,处理好各系统的避让和衔接,保证各系统顺利和高效运转。在地下空间的主要功能系统中,市政、道路交通以及民防均由专业部门编制专项系统规划,指导系统的建设。地下建筑空间规划系统的内容、技术要求均相对独立,城市规划主要着眼于专项系统与城市整体系统的衔接,经过长期实践,己经形成了较为稳定的沟通机制和工作方法,保证专项规划的要求可以在城市规划中得到合理体现和落实。而在传统的城市规划体系中,对于城市公共空间的研究主要针对地上空间,相关的规划内容在公共设施、绿地、景观等系统中均有反映,但并不构成一个独立的系统规划,使地下公共空间缺少系统性的规划指导。因此,在地下空间规划中,有必要将地下公共空间作为一个完整的功能系统进行深入的研究。 2、法律体系不健全 谈到地下建筑空间的规划就不得不提到地下空间利用权。所谓地下建筑空间利用权,是指权利人依法利用地表以下一定范围的空间并排除他人干扰的权利,土地作为一种自然资源和社会财富,土地是人类赖以生存繁衍的生活载体,也是人类社会得以发展的物质前提。随着科技的进步,人们对土地的利用逐渐从地表延及地表上空,而后延至地表以下。但是由于相关空间利用立法的不完善,我国的地下空间利用处在一个貌似繁荣实则无序的紊乱状态中,具体表现在: (1)产权关系不明确 由于现行法律未对地下管线、建筑物、构筑物的产权关系进行明确,投资者建设地下管线建筑物、构筑物后拿不到产权证,导致城市地下设施的产权不清,主体不明确,引发了很多不必要的纠纷,投资者的相关权益无从保障,同时又给有关部门的管理工作带来了困难。 (2)规划不统一我国城市地下建筑空间的开发缺乏统一的、详细的规划,各行业按照各自的发展需要自行建成的地下管线和建筑,缺乏整体性、系统性,上下不协调,矛盾较多,综合效益不明显。 五、地下建筑空间的设计 地下建筑规划的根本目的是根据城市的社会、经济目标,合理分配城市空间,从而提高人们的生活水平,促使城市健康发展。当代的城市规划设计必须将城市地上空间开发与地下空间开发相结合,充分发挥各自优势,共同促进城市发展。在现代城市的整体规划中,城市地下空间的规划与设计己经被规划设计人员列入城市发展计划当中。即便在短期内没有具体实施的地下建筑空间工程项目,在长期规划设计中也会有地下建筑空间工程的计划方案。 由于地下建筑空间、与地面空间、上部空间在开发利用方面存在不同,所以建设城市地下空间是相当有技术含量的,规划时应遵循的大原则如下:首先,应符合国家的有关方针、政策,并且为生产力发展创造条件;第二,必须从实际出发,具体问题具体分析,贯彻勤俭建国的方针;第三,应贯彻建设与环境保护和可持续发展相结合的原则,同时体现出城市的艺术品位、文化素养、民俗历史。 六、结语 地下建筑空间的开发利用己经成了现代城市可持续发展的重要保证。作为承担城市多种功能的重要场所,地下建筑空间在城市中的开发利用规模会越来越大,但就目前来看,我国在规划和开发利用地下建筑空间的过程中,仍存在很多问题,因此在今后的开发利用过程中,详细调查、充分论证是规划和决策的重要保证。另外,我国在地下建筑空间权属的确定上还存在立法滞后的现象,这将在很大程度上限制我国对地下建筑空间的利用和发展。我们应充分借鉴国外发达城市对地下建筑空间开发利用的成功经验,努力提升我国开发利用地下建筑空间的水平。 地下建筑空间探讨:地下建筑空间设计论文 1外向性空间。 外向空间的本质是利用不同位置所创造的空间之间相互交融,在扩大整体空间容积的同时又进一步削弱了地下空间中会带来给使用群体心理方面的不利因素。外向空间的营造有以下几种途径: a.水平方向的交融。在地下建筑中利用多种元素和材质,例如玻璃墙、镜面或透明玻璃等,对空间进行水平方向的界定,使其具有一定的视觉通透性,形成良好的面向建筑内部、中庭甚至更远方向的景观渗透。 b.垂直方向的交融。空间的融会贯通可以通过楼梯、夹层、中庭等竖向空间使地下建筑内部空间数层之间相互穿插。 2动态性空间。 在地下建筑空间中,可以营造动态来对地下空间进行破解。动态性空间的营造可以使用这些手法: a.径直利用固有的一些建筑内含动态元素,例如将一些观景电梯、垂直扶梯等交通动向功能放在中庭中,再配合流水、动态雕塑等要素来制造出流动的空间效果。 b.利用使用者的活动本身。对使用群体活动的流线进行一定的组织,能够在建筑中衍生出一个人为的“人看人”的空间。 c.光影。光线在不同时段当中被照射进来产生的光影效果,可以给地下空间带来一定的变化和动感。使得空间有多重复合的效果。在地下建筑空间的设计要素中,重点分成以下几个部分: 1)下沉式庭院。 下沉式庭院能够为地下建筑空间提供阳光、景观及和其他空间的横向纵向联系,并在建筑内部加强方向感。并且从地下建筑空间之中能够享受一些外向性的庭院也可以带给使用群体舒适感受。对于下沉式庭院适用尺寸的确定取决于它所预期达成的功能特点。若想使下沉式庭院成为地下建筑的主要休闲处和构成深刻印象的地方,那么首先就应考虑使中庭规模尽可能地扩大。而如果只是希望眼睛能聚焦于远处,那么宽度达到5m左右就能满足要求。在确定尺度之后,还应在下沉式庭院中创造出良好景观。这些景观应当有这几个特征:内容丰富,可以包括建筑外立面、天空、地平线等,尽量利用自然景象。在下沉式庭院中广泛应用绿化是比较理想的。植物可柔化由硬性材料构成的庭院围合界面,与此同时还能加强下沉式庭院作为一个过渡体的形象。人自身在下沉式庭院中的活动也能构成景观,因此为鼓励人们进入到其中就应当提供可满足休憩、就餐、娱乐等功能设施,提高庭院易达程度,并将其放在活动流线与开放区域的交集部分,使主要行走通道毗邻下沉式庭院,这能使人们在地下建筑空间中活动时察觉到其存在,并有机会从其中大量穿过。 2)中庭空间。 在地下建筑中,中庭空间是一种常用的设计要素。它常常成为地下建筑空间中的优秀地标,并构建出整个地下建筑的内在形象。由于其外向发射的空间特征,人们往往在很短的体验时间内就能从中庭空间里感受良多,这使得建筑的设计理念更易于被接受。与此同时,在一个内向封闭空间环境中,多种释放信息必须通过在竖向楼层分离的体察中才能得到。中庭可以是主要活动动线的一部分,可以是一个节点,它可以内含标志物或自身就是一个标志物。 3)独特区域。 在大型地下建筑空间中应营造具有明显特征的区域来加强方向感,而富含个性的空间也能令建筑自身更与众不同。在功能比较单一的地下建筑中,区域可以用地点来区分(如在南端或在较高一层),或是与建筑的某个明显特征相挂钩(如围绕有绿化的边庭),但不管采取何种手段,这个区域应能被明确地表现。除此之外,还可以在某个较大区域中划分若干个个性化的较小区域。在地下建筑空间设计中,应制造出简单明了的室内格局以加强方向感,并应当强调出不同的应急出口,空间应营造清晰的形象以弥补外部景象的缺乏,在室内外环境中提供视觉上的连续性,提供愉悦的室内环境体验。 作者:阳海辉单位:南华大学设计与艺术学院 地下建筑空间探讨:地下建筑空间节能策略研究 摘 要:地下建筑的热工环境与地面建筑有着诸多不同,因此在建筑耗能方面也有其特殊性。从地下建筑的热工环境入手,分析了地下建筑的耗能特点,并从自然采光、自然通风、可再生能源利用三方面提出针对地下建筑的节能策略。 关键词:地下建筑;热工环境;节能策略 1引言 随着地下建筑的不断发展,城市里出现了多种功能类型的建筑形式,如:从公共建筑、交通建筑、办公建筑、体育建筑以及居住建筑等。人类在地下建筑中的活动日益增加。我们一方面需要改善地下建筑内部空间环境,使其达到一定的舒适度标准,从而保障地下建筑的正常运行,另一方面也要有效控制地下建筑的运行能耗,节约运行成本。 地下建筑空间环境与地面建筑相比较,有非常显著的特点,其中包含了一些有利因素与不利因素。我们在对地下建筑空间进行节能设计时,需要根据地下建筑空间的特点,有针对性地进行设计。 2地下建筑热工环境分析 地下建筑空间环境受到室外和室内的双重热湿作用。与地面建筑不同的是,地下建筑围护结构所接触的是土壤或岩石,而不是地面环境中的太阳辐射、室外空气的温湿度、风、雨、雪等。土壤或岩石对地下建筑围护结构的作用与地下建筑的热工性能有密切关联。 2.1地下建筑室外热湿环境 建筑物护结构将人们的生活与工作空间分为室内和室外两部分,对地下建筑而言,土壤对其围护结构的影响便相当于室外气候对地面建筑的影响。 2.1.1土壤或岩体温度作用 土壤的热作用与地面自然环境的热作用差别很大。一般认为从地面到地下10m左右的土壤是依靠太阳供给热量的。随着深度的增加,热量对土地的影响也相应增加。白天,太阳的热量影响到土壤的很浅的深度,通常在5~7cm之间,但这种热量在一个大约10m的深度内作持续的季节性运动[1]。土壤隔热性好而蓄热量大,因而能在严酷多变的外界气候条件下保持相对稳定的温度。土壤的热稳定性使得地下建筑的围护结构拥有相对稳定的外界温度,对于一些需要恒定季节性温度和恒定昼夜温度的特殊建筑,地下建筑将更具优势。 2.1.2土壤或岩体湿度作用 在湿度方面,地下建筑的围护结构受到土壤、岩石、地下水位高低等的影响,有时会出现较为严重表面散湿现象,再加上缺少阳光照射,和有效的自然通风,围护结构往往比地面建筑潮湿。 2.2地下建筑室内热湿环境 地下建筑中属于室内的气候因素主要包括三个方面:进入室内的阳光、空气温湿度、生产和生活所散发的热量和水分。 2.2.1进入室内的阳光 地下建筑由于其围护结构的限制,一般难以通过侧窗获取阳光,虽然可以通过采光天窗、采光井等方式进行自然采光,但大多数情况下仍无法与地面建筑相比。自然光线的不足对地下建筑室内环境造成了不利影响,如潮湿、阴暗。 2.2.2空气温度湿度 地下空间中的空气温度随季节变化及昼夜变化的波动幅度较小,相对于地面,有着十分明显的滞后现象。地面温度变化引起地表层发生的热波,由于地下建筑覆盖层及周围岩土的衰减作用,对室内空气温度影响不大。当覆盖层厚度超过10m,这种影响可忽略不计,这对创造恒定的室内温度十分有利。 在夏季,地下建筑内温度比室外空气温度低,室外空气进入地下建筑后,温度下降,相对湿度升高,当壁面温度低于露点时,即出现凝结水,致使地下建筑夏季雨季潮湿问题十分突出。 2.2.3生产和生活所散发的热量与水分 地下建筑中的生产活动与生活同样会散发热量和水分。由于地下建筑的封闭性较强,很多情况下难以通过自然通风排除热量与湿气,因此,地下建筑空间内的生产和生活过程中所散发的热量和水分会增加地下空间的温度和湿度。 3地下建筑的主要能耗分析 分析地下公共建筑的环境特点及热工性能可知,其围护结构的保温隔热性能优于地面建筑,并且不需要遮阳。地下建筑主要能耗主要包括:采光能耗、空调能耗、动力能耗。根据徐州时尚大道地下商业街的能耗进行了测量,表明最大的能量消耗是在有高制冷负载的8月份。另一个最大值是在有高取暖负载的2月份。年耗能的最大份额是照明,占45%;第二位是空调能耗,占44%;电梯及其他能耗占11% (见图1) 。 可见地下建筑中的采光能耗占的比例巨大,空调能耗也十分惊人。我国的空调能耗中,新风能耗占空调能耗的25%-38%[2],在地下建筑中这个比例会更高。因此,自然采光与自然通风对地下建筑的节能意义重大。 4地下建筑节能策略 4.1 充分利用自然采光 在地下建筑中应可能地利用自然采光,天然采光不仅节约了照明能耗,更重要的是能满足人们的心理需求。在地下空间可以采用以下多种建筑形式来进行自然采光。 4.1.1天窗式 天窗采光适合于埋深较浅、地面部分为广场或绿地的地下建筑,阳光可以通过顶棚的天窗很容易到达室内,采光效率高,并可选择各种形式的天窗,如:平天窗、锯齿形天窗等。天窗采光适合用于公共建筑和工业建筑,如展览建筑、工业厂房等。 4.1.2 庭院式 对于规模不大的地下建筑,可采用庭院式自然采光。地下建筑的各部分功能围绕一个小庭院布置,并在与庭院相邻的围护结构上开设大面积玻璃门窗,从而可以摄取阳光和景观。 庭院式采光方法较适于规模不大的文化娱乐建筑。 4.1.3下沉广场式 对于城市中面积较大的开敞空间,常常使地面一部分下沉一定高度,使广场出现空间形态变化,并且结合地下建筑(如地下商业建筑、地下交通建筑等)形成多层次的复合空间,同时还为广场周围的地下建筑提供大量的自然光线。 4.1.4 地下中庭式 对于大深度的地下工程,地下中庭是一种改善空间环境的重要方法。中庭顶部可以由各种形态的空间网架加上采光玻璃面构成。中庭内可以种植植物,布置景观,从而形成丰富的内部空间。因此,多层地下建筑可以通过共享中庭获得自然光线以及景观效果。 4.1.5 技术应用 很多情况下,地下建筑没有条件通过天窗、侧窗或中庭等引入自然光线,此时就需要采用一些特殊方法将太阳光引入地下空间,这种采光方法同样可以使地下空间获得阳光照明,从而达到节能的目的[3]。常见的方法有:导光管采光(如图2)、棱镜导光装置、光导纤维、光电效应间接采光等。 4.2自然通风 自然通风是利用室内外温度差所造成的热压或风力作用所造成的风压来实现换气的一种通风方式,是对自然能源的有效开发和利用。经过合理设计的自然通风,对改善室内空气质量和节约能耗都有重要意义。自然通风与建筑设计关系密切,平面布局、风井的设置及风帽的选择等都会影响自然通风效果。 4.2.1 平面布局 平面布局决定着自然通风系统的风路组织,直接影响自然通风效率。风路设计的重点是如何将新风引入地下建筑,与室内空气进行置换后排出室外。在布置地下建筑平面时应尽量保证风路畅通,减少死角,避免气流短路。 4.2.2 风井设置 在地下建筑设计中,中庭的应用十分普遍。中庭受到阳光照射,会产生温室效应,产生热压作用,有利于空气排出。因此我们可以将其作为排风风井,必要时设置机械装置,辅助排风(如图3)。 进风井应根据自然通风的风路组织需求,围绕作为排风井的中庭设置。进风井风口部分应该考虑周围地面环境的影响,避开有空气污染的位置,同时要加装空气净化装置[4]。为了有利于空气进入,可以在风口内部设置冷却装置,促使空气下沉。风口要尽量利用风压,根据需要安装进风型风帽或排风型风帽。 5可再生能源利用 可再生能源利用是近年来的热点。可再生能源包括风能、太阳能、生物能、地热能和海洋能等,它对环境无害或危害很小,资源分布广泛,适宜就地开发利用。适合在地下建筑中使用的可再生能源主要有太阳能利用、风能利用和地热能利用。 5.1 太阳能应用 通过建筑设计手段和技术手段,可以利用太阳能为地下建筑提供自然照明。有条件接受较多阳光照射的地下建筑,同样可以借鉴地上建筑利用太阳能的方式,为内部空间提供采暖所需的热量。例如在共享中庭内部设置太阳能集热装置,在冬季为地下建筑冬季采暖提供热量补充,在夏季可以起到除湿的作用。 5.2 风能利用 风能的利用主要有两方面:一是通过风压作用辅助地下建筑空间进行自然通风,二是通过风力发电装置进行发电。风力发电装置要求有较好的风力资源,常见的做法是将发电装置至于高处,因此适宜应用在附建于高层建筑的地下建筑。风力发电装置可安装在地面建筑顶部,以捕获得更多的风力资源,但必须控制噪声对周围环境的影响。 5.3 地源热泵应用 地源热泵系统与传统的空调系统相比有很多不同,如不需要冷却塔、不需要锅炉、不需要机房等,这些特点有利于地源热泵系统在地下建筑中的应用,但同时也需要增加一些设备和投资,如土壤热交换器、循环水泵、低温型热泵机组等。对于较深的地下建筑,有足够的空间敷设土壤热交换器,非常适合用地源热泵系统代替传统的空调系统[5]。 6结语 地下建筑的应用日趋广泛,人们在其中的活动逐渐增多,能耗问题不容忽视。建筑师在方案设计阶段就应该考虑节能因素,将节能设计作为方案设计的一个重要部分。我们要通过借鉴先进的生态节能设计方法,结合地下建筑的特点,有针对性地进行研究,在保证舒适度的同时,最大限度地降低建筑能耗。 地下建筑空间探讨:地下建筑空间节能 随着地下建筑的不断发展,城市里出现了多种功能类型的建筑形式,如:从公共建筑、交通建筑、办公建筑、体育建筑以及居住建筑等。人类在地下建筑中的活动日益增加。我们一方面需要改善地下建筑内部空间环境,使其达到一定的舒适度标准,从而保障地下建筑的正常运行,另一方面也要有效控制地下建筑的运行能耗,节约运行成本。 地下建筑空间环境与地面建筑相比较,有非常显著的特点,其中包含了一些有利因素与不利因素。我们在对地下建筑空间进行节能设计时,需要根据地下建筑空间的特点,有针对性地进行设计。 2地下建筑热工环境分析 地下建筑空间环境受到室外和室内的双重热湿作用。与地面建筑不同的是,地下建筑围护结构所接触的是土壤或岩石,而不是地面环境中的太阳辐射、室外空气的温湿度、风、雨、雪等。土壤或岩石对地下建筑围护结构的作用与地下建筑的热工性能有密切关联。 2.1地下建筑室外热湿环境 建筑物护结构将人们的生活与工作空间分为室内和室外两部分,对地下建筑而言,土壤对其围护结构的影响便相当于室外气候对地面建筑的影响。 2.1.1土壤或岩体温度作用 土壤的热作用与地面自然环境的热作用差别很大。一般认为从地面到地下10m左右的土壤是依靠太阳供给热量的。随着深度的增加,热量对土地的影响也相应增加。白天,太阳的热量影响到土壤的很浅的深度,通常在5~7cm之间,但这种热量在一个大约10m的深度内作持续的季节性运动[1]。土壤隔热性好而蓄热量大,因而能在严酷多变的外界气候条件下保持相对稳定的温度。土壤的热稳定性使得地下建筑的围护结构拥有相对稳定的外界温度,对于一些需要恒定季节性温度和恒定昼夜温度的特殊建筑,地下建筑将更具优势。 2.1.2土壤或岩体湿度作用 在湿度方面,地下建筑的围护结构受到土壤、岩石、地下水位高低等的影响,有时会出现较为严重表面散湿现象,再加上缺少阳光照射,和有效的自然通风,围护结构往往比地面建筑潮湿。 2.2地下建筑室内热湿环境 地下建筑中属于室内的气候因素主要包括三个方面:进入室内的阳光、空气温湿度、生产和生活所散发的热量和水分。 2.2.1进入室内的阳光 地下建筑由于其围护结构的限制,一般难以通过侧窗获取阳光,虽然可以通过采光天窗、采光井等方式进行自然采光,但大多数情况下仍无法与地面建筑相比。自然光线的不足对地下建筑室内环境造成了不利影响,如潮湿、阴暗。 2.2.2空气温度湿度 地下空间中的空气温度随季节变化及昼夜变化的波动幅度较小,相对于地面,有着十分明显的滞后现象。地面温度变化引起地表层发生的热波,由于地下建筑覆盖层及周围岩土的衰减作用,对室内空气温度影响不大。当覆盖层厚度超过10m,这种影响可忽略不计,这对创造恒定的室内温度十分有利。 在夏季,地下建筑内温度比室外空气温度低,室外空气进入地下建筑后,温度下降,相对湿度升高,当壁面温度低于露点时,即出现凝结水,致使地下建筑夏季雨季潮湿问题十分突出。 2.2.3生产和生活所散发的热量与水分 地下建筑中的生产活动与生活同样会散发热量和水分。由于地下建筑的封闭性较强,很多情况下难以通过自然通风排除热量与湿气,因此,地下建筑空间内的生产和生活过程中所散发的热量和水分会增加地下空间的温度和湿度。 3地下建筑的主要能耗分析 分析地下公共建筑的环境特点及热工性能可知,其围护结构的保温隔热性能优于地面建筑,并且不需要遮阳。地下建筑主要能耗主要包括:采光能耗、空调能耗、动力能耗。根据徐州时尚大道地下商业街的能耗进行了测量,表明最大的能量消耗是在有高制冷负载的8月份。另一个最大值是在有高取暖负载的2月份。年耗能的最大份额是照明,占45%;第二位是空调能耗,占44%;电梯及其他能耗占11%(见图1)。 可见地下建筑中的采光能耗占的比例巨大,空调能耗也十分惊人。我国的空调能耗中,新风能耗占空调能耗的25%-38%[2],在地下建筑中这个比例会更高。因此,自然采光与自然通风对地下建筑的节能意义重大。 4地下建筑节能策略 4.1充分利用自然采光 在地下建筑中应可能地利用自然采光,天然采光不仅节约了照明能耗,更重要的是能满足人们的心理需求。在地下空间可以采用以下多种建筑形式来进行自然采光。 4.1.1天窗式 天窗采光适合于埋深较浅、地面部分为广场或绿地的地下建筑,阳光可以通过顶棚的天窗很容易到达室内,采光效率高,并可选择各种形式的天窗,如:平天窗、锯齿形天窗等。天窗采光适合用于公共建筑和工业建筑,如展览建筑、工业厂房等。 4.1.2庭院式 对于规模不大的地下建筑,可采用庭院式自然采光。地下建筑的各部分功能围绕一个小庭院布置,并在与庭院相邻的围护结构上开设大面积玻璃门窗,从而可以摄取阳光和景观。 庭院式采光方法较适于规模不大的文化娱乐建筑。 4.1.3下沉广场式 对于城市中面积较大的开敞空间,常常使地面一部分下沉一定高度,使广场出现空间形态变化,并且结合地下建筑(如地下商业建筑、地下交通建筑等)形成多层次的复合空间,同时还为广场周围的地下建筑提供大量的自然光线。 4.1.4地下中庭式 对于大深度的地下工程,地下中庭是一种改善空间环境的重要方法。中庭顶部可以由各种形态的空间网架加上采光玻璃面构成。中庭内可以种植植物,布置景观,从而形成丰富的内部空间。因此,多层地下建筑可以通过共享中庭获得自然光线以及景观效果。 4.1.5技术应用 很多情况下,地下建筑没有条件通过天窗、侧窗或中庭等引入自然光线,此时就需要采用一些特殊方法将太阳光引入地下空间,这种采光方法同样可以使地下空间获得阳光照明,从而达到节能的目的[3]。常见的方法有:导光管采光(如图2)、棱镜导光装置、光导纤维、光电效应间接采光等。 4.2自然通风 自然通风是利用室内外温度差所造成的热压或风力作用所造成的风压来实现换气的一种通风方式,是对自然能源的有效开发和利用。经过合理设计的自然通风,对改善室内空气质量和节约能耗都有重要意义。自然通风与建筑设计关系密切,平面布局、风井的设置及风帽的选择等都会影响自然通风效果。 4.2.1平面布局 平面布局决定着自然通风系统的风路组织,直接影响自然通风效率。风路设计的重点是如何将新风引入地下建筑,与室内空气进行置换后排出室外。在布置地下建筑平面时应尽量保证风路畅通,减少死角,避免气流短路。 4.2.2风井设置 在地下建筑设计中,中庭的应用十分普遍。中庭受到阳光照射,会产生温室效应,产生热压作用,有利于空气排出。因此我们可以将其作为排风风井,必要时设置机械装置,辅助排风(如图3)。 进风井应根据自然通风的风路组织需求,围绕作为排风井的中庭设置。进风井风口部分应该考虑周围地面环境的影响,避开有空气污染的位置,同时要加装空气净化装置[4]。为了有利于空气进入,可以在风口内部设置冷却装置,促使空气下沉。风口要尽量利用风压,根据需要安装进风型风帽或排风型风帽。 5可再生能源利用 可再生能源利用是近年来的热点。可再生能源包括风能、太阳能、生物能、地热能和海洋能等,它对环境无害或危害很小,资源分布广泛,适宜就地开发利用。适合在地下建筑中使用的可再生能源主要有太阳能利用、风能利用和地热能利用。 5.1太阳能应用 通过建筑设计手段和技术手段,可以利用太阳能为地下建筑提供自然照明。有条件接受较多阳光照射的地下建筑,同样可以借鉴地上建筑利用太阳能的方式,为内部空间提供采暖所需的热量。例如在共享中庭内部设置太阳能集热装置,在冬季为地下建筑冬季采暖提供热量补充,在夏季可以起到除湿的作用。 5.2风能利用 风能的利用主要有两方面:一是通过风压作用辅助地下建筑空间进行自然通风,二是通过风力发电装置进行发电。风力发电装置要求有较好的风力资源,常见的做法是将发电装置至于高处,因此适宜应用在附建于高层建筑的地下建筑。风力发电装置可安装在地面建筑顶部,以捕获得更多的风力资源,但必须控制噪声对周围环境的影响。 5.3地源热泵应用 地源热泵系统与传统的空调系统相比有很多不同,如不需要冷却塔、不需要锅炉、不需要机房等,这些特点有利于地源热泵系统在地下建筑中的应用,但同时也需要增加一些设备和投资,如土壤热交换器、循环水泵、低温型热泵机组等。对于较深的地下建筑,有足够的空间敷设土壤热交换器,非常适合用地源热泵系统代替传统的空调系统[5]。 6结语 地下建筑的应用日趋广泛,人们在其中的活动逐渐增多,能耗问题不容忽视。建筑师在方案设计阶段就应该考虑节能因素,将节能设计作为方案设计的一个重要部分。我们要通过借鉴先进的生态节能设计方法,结合地下建筑的特点,有针对性地进行研究,在保证舒适度的同时,最大限度地降低建筑能耗。
电力工程施工论文篇1 1研究背景 电力工程中的施工技术。由于电力工程的分布范围较为广泛,因此在建设过程中时常因不同地质条件的约束而影响到地基结构的稳定性,在此情况下则需对地基土质进行相应处理,结合地基土质的实际情况采取与之相适应的土建施工技术加以处理,以此改善地基土质性能、增强地基结构的稳定性。就电力杆塔土建项目而言,电力杆塔的自重大、结构体系庞大,如若地质性能不达标,则会影响杆塔地基的牢固性,如若没有采取相应措施加以完善,那么在杆塔施工及后续使用过程中则极易收到外界不稳定因素的影响而出现倾斜、倒塌等问题,如此一来不仅会影响电力工程的运行质量,严重时还会引发安全事故,造成人员伤亡等现象。基于此,在电力工程土建施工中应重视地质问题的有效处理,及时改善不良地质,提高地基结构的性能指标,确保电力工程基础施工项目的质量[1]。一般情况下,电力工程地质优化措施同土建加固方式相同,常见的地质处理技术有灌注桩夯实地质法,但需要注意的是,为了保证地质处理的有效性,确保土建施工质量,在电力工程施工中应依照实际情况选择针对性地质处理方法进行操作,强化地质处理技术的适应性。 2电力工程施工中的技术问题 地质改善技术缺陷。在电力工程施工中,想要保证工程结构的稳固性,应对施工区域内的地质条件进行全方位分析,并对其进行相应处理。然而,根据电力工程土建技术的操作情况来看,部分电力工程的土建施工技术的操作水平不高,对于地质条件复杂及特殊地质等情况,无法进行有效应对,导致地质改善效果不佳,施工地基的性能指标达不到电力工程的建设标准。另外,在以岩石为主的地质条件下,岩石空隙较大、稳定性差,并不利于施工人员直接采取土建施工技术开展具体操作,就以往常见的浆液浇灌法来说,由于浆液浇灌较为集中,其作用力大多倾向于地质中一小部分的土体结构,无法对整个施工区域的地质进行有效改善,进而会影响到电力工程基础施工的质量,尤其对特殊及复杂地质的电力工程而言,更是在一定程度上增加了施工难度。防水技术缺陷。地下水位及水文地质条件也是影响电力工程土建施工技术操作质量的重要因素。在水文相对丰富的地质区域中,电力工程的桩基结构和土体在长时间影响下极易被地下水腐蚀,进而会降低工程地基结构的稳定性,影响整体电力工程的施工质量[2]。因此,为了降低水体对电力工程整体质量的影响,需要在土建项目施工中采取相应的水体防护措施加以处理,但传统单一的排水技术无法已经无法满足当前大规模电力工程的防水处理要求,虽然排水技术能有效排出积水,但土体本身含有一定水分,在处理环节仅将地下水排出无法增强土体结构的强度性能,还容易埋下安全隐患,影响电力工程的正常运营。 3应对的措施 全面改善地质施工技术。地质施工技术的应用质量是保障电力工程整体结构稳固性的关键,在全面提升电力工程土建施工技术的过程中应优先开展地质施工技术的改善工作,切实做好工程基础保障工作。针对地质环境特殊、山体结构复杂的施工环境,应加强现代化工程管理意识,有效利用换填土等现代化技术对区域地质进行处理。在对施工地质进行处理时,施工人员应对现代化换填土技术进行充分了解,确定其同传统单一的换填土法的区别。在具体操作过程中,电力工程施工人员应先整平施工场地,然后依照技术操作标准铺设一定厚度的卵石层,借助卵石层对复杂、特殊的地质结构进行空缝填补,以此增强区域地质的强度性能[3]。完成卵石层的铺设工作后,施工人员需将砂砾、细土混合料均匀铺设至卵石层上,进一步将卵石层的缝隙予以填充,如此一来通过双层换填方式改善不良地质,加强电力工程土建结构的性能参数,全面提升电力工程土建施工技术的操作效果。防水技术的应用。基于地下水位对电力工程的影响,在对电力工程土建项目的防水技术加以提升时,应先做好地质勘查工作,充分了解地下水位的变化情况和地基含水量等基本信息,同时结合实际情况对防水技术进行综合选择。施工人员可将传统排水技术同现代化防水技术相结合,由此在提升电力工程土建结构对水体的防护能力。对于地下水位上涨幅度较大的区域,施工人员可在合适位置设置暗渠或排水沟,及时将地下水和积水进行排出,避免水体继续上涨侵蚀地基钢筋,以防持续性降低地基结构的强度性能。在此基础上,施工人员可有效应用挤密法控制地基土中的水分,通过规范化操作将土体内含有的多余水分挤出,进而增强土体密实度,提升土建结构的稳固性。需要注意的是,在采取挤密法实施操作时,施工人员要合理控制操作时间,以防时间过久导致土体水分过于流失,也要防止时间太短水分存留过多的问题。另外,完成挤密操作后,还应对土体中的含水量进行详细检测,确保地基土质的各项性能参数均在标准范围内,以此强化防水技术的提升效果,充分体现出挤密法的效用价值。提升浇筑施工技术。地基浇筑施工技术的应用质量是评价电力工程土建项目施工质量的关键指标。当前,电力工程呈大型化、规模化方向发展,而基础设施的安装操作是保证电力工程长效运行的基础,而这类基础设施的安装及电力工程土建项目的施工作业都以混凝土结构为基础方能顺利开展施工操作。为了保证地基结构的施工质量,在电力工程土建项目施工中,混凝土浇筑作业需要一次性连续浇灌,由此才能强化地基结构的整体性,确保混凝土的浇筑质量。鉴于此,在电力工程土建项目施工中,施工人员要根据电力工程的质量标准、土建项目的设计指标、结合现场实际情况明确混凝土浇筑要求。在此基础上,选择合适的混凝土原材料进行严格配制,保证混凝土混合料的配制比例符合工程设计指标,确保混凝土混合料的各项性能均能满足电力工程土建项目的施工要求[4-6]。在实际浇筑环节,施工人员要严格控制混凝土的浇筑速度和振捣时间,以便有效应对突发状态,避免影响到混凝土的浇筑质量。此外,施工人员在开展电力工程土建混凝土浇筑施工技术时,应确保施工环境同混凝土浇筑技术、工序的相适应性,由此才能有效把控施工因素,减少不良因素对电力工程土建混凝土浇筑项目的影响,切实将电力工程施工技术质量管控工作落实到位,为顺利完成电力工程土建项目的施工任务提供可靠保障。 4结语 电力工程施工的重要环节中,施工技术是工程建设的第一生产力,在当前电力工程不断扩大建设规模的经济环境下,建筑企业应重视施工技术的有效应用,加强现代化工程建设意识,充分认识到施工技术对整体电力工程结构的影响,强化电力工程土建项目施工技术水平的提升。在工程建设环节,应以增强电力工程施工质量为目标,通过综合分析明确土建项目的施工技术操作要点,在传统施工技术的基础上有效结合现代化施工技术增强电力工程土建项目各施工技术的应用效果,全面提升各项施工技术操作水平,为电力工程长效运营提供可靠的基础保障。 作者:秦方迪 单位:江苏省送变电有限公司 电力工程施工论文篇2 因此,在建设火力发电厂时,必须建立健全的安全管理体系,对整个工程的施工过程进行有效的控制,通过对现有工程施工安全管理的分析,可以有效地解决施工中存在的潜在安全隐患,优化设备配置,减少工程造价,提高施工效率,符合现行建筑施工安全规范的要求。在研究过程中,需要以电力企业安全管理的角度出发,对影响电力企业安全管理的因素进行了分析,制定合理有效的安全管理办法。 1火力发电厂建设中的安全隐患分析 火力发电项目是一项系统性的建筑工程,其建设过程涉及到多个方面的协同与合作,除施工单位的施工组织安排以外,还包括施工单位的具体施工和第三方验收。与此同时,由于火电机组工程量大、工程设备多、结构复杂、投资费用高、工期长等特点,使得火力发电土建工程施工安全管理工作的难度较大,其影响因素主要有以下几个方面。 1.1管理因素作为电力建设“业主”的火力发电厂,其管理体制的失败将导致一系列的安全隐患。施工单位以业主提供的工程量清单为基础进行建设,即便是在中标后拿到了承包权,但作为建筑公司依然拥有对项目施工方案的绝对控制权。由于工作人员的随意性、操作人员素质低、没有资格的人员进入、监督管理不到位等原因,因此必须本着对项目负责的态度,对建设单位进行有效的资质审核。 1.2安全投入建筑工程吊装设备、人员安全防护措施、工地警告标志等,施工单位聘请、基坑工程施工、防雷击、易燃易爆物品的管理等,因安全投资不足而造成的安全风险。 1.3工序因素火力发电厂的建筑工程量很大,种类也很多,而且各个项目都是相互联系的,所以在工作的时候,要对作业区域进行合理的划分,对基坑的安全进行保护,这些都是非常复杂的,所以为了确保工程的安全,施工单位必须严格执行每个项目的内部施工程序,并确保各个项目间的工作程序。但是,由于施工人员对这一环节的重视程度不够,没有严格按照设计的工艺流程来进行操作,不但会造成工程质量问题,还会触发安全事故[1]。 1.4技术因素在火力发电厂的土建工程中,现场施工是保证工程质量、安全的关键。先进的施工工艺不但在成本控制、工程效率上得到了提高,而且在施工的安全性上也得到了提高。因此,采用先进的施工工艺既能减少工程造价,又能加速项目的工期,保证工程质量,又能保证施工的安全。先进的施工技术保证了建筑的安全,一方面可以减少对施工场地的环境要求,另一方面可以减少工程质量不合格的可能性,防止重复的返工和整改造成的安全风险。 1.5监理因素工程监理不仅要监督项目的质量,还要监督项目的建设安全。除规范工程建设项目的常规施工,在施工单位变更工程量清单时,特别要注意相应的施工管理方案,为了保证工程建设的安全,必须对潜在的安全隐患进行排查,并各方协调共同给出合理的解决方案。 2火力发电企业建设安全管理对策研究 2.1优越的管理体制(1)审核建筑工程单位的资质。首先是为投标阶段做好准备。近年来,随着我国建设项目数量的迅速增长,在巨大的利益驱动下,大量的工程项目公司应运而生,但由于缺乏健全的监督体系和信用体系,使得施工企业的资质参差不齐,为使施工程序的标准化、安全性得到最大程度的保证,施工企业要建立自己的诚信数据库,对施工质量、安全进行分级,绝不与缺乏诚信、不正规的施工单位进行合作。(2)建筑前的场地计划。如前所述,火力发电厂的土建工程施工周期长、工作量大、原材料、设备、施工场地多,在施工现场划分场地、调配资源(工程原材料的存储、大型工程设备的进场等方面)都要做好详细的计划,这样才能使工地得到最大限度的利用,减少不必要的人力资源调配,减少工程的安全事故。(3)施工用电管理。如果是临时用电工程,应当按有关规定组织施工,并将其送交有关部门,主要设备、工序应当登记;电源开关柜必须采用一系列的安全措施,如漏电保护等,电线要整洁、美观;在雨季时,要对接地和防雷设施进行检查,并对测试结果进行详细的记录,并作好记录[2]。 2.2先进的施工技术先进的施工技术是减少安全隐患的一种有效途径,因此,施工单位要加强技术研发和培训,尽早掌握先进的施工技术,以提高安全生产的安全系数。例如,改善混凝土结构的施工技术,提高电站建筑物的抗病能力。 2.3便捷的操控设备大型火力发电厂的建设需要大量的机械设备,要减少工程建设中出现的安全事故,一方面要加强对施工人员的工程技术培训,另一方面要增加基础设施购置的投入,方便的操纵装置能减少作业环节,并减少作业失误率。 2.4专业的作业人员很多安全事故都是因为操作者的疏忽或者管理者的松懈造成的,要想加强安全管理,必须对有关施工人员进行完善的专业训练和安全教育,强化安全生产责任制,增强工程技术人员的职业素质与责任意识,掌握突发事件的应急处置技巧,制定应急处置方案,降低安全隐患。 2.5实行必要的奖励和惩罚措施在该项目中,我们将按照里程碑的进度进行分解,将每个月的里程碑进度都细化到每个月的评价节点,并建立严格的进度评估制度,利用经济杠杆的调控功能,保证项目按时完工。 2.6安全监督网络例会在对施工现场进行监控的同时,还要建立安全监控网络,以达到更大范围、更广泛的多方参与,确保工程安全管理的透明性。安全监管网络例会作为一个很好的交流桥梁,传达施工安全文件、政策,了解施工进度、施工中存在的安全隐患,及时发现、处理,并定期进行检查、验收,确保工期的实时监控[3]。 3新型火电厂电气施工的安全保护措施 火力发电厂在进行电力建设时必须在工地周围设置围栏,防护栏可用来保护施工场地,可以避免不相干的人进入工地,以防造成安全隐患和事故等。 3.1本实用新型提供一种技术方案现在的防护栏栅栏的长度是固定的,在使用过程中不能进行折叠,在进行移动或搬运时,栏体所占用的区域很大,不便于移动和运输,从而降低护栏的使用效率,因此本文在火力发电厂的电力建设中,提出了一种安全防护设备。这种应用于火力发电厂的安全防护设备由两个支柱2,栅栏、两个防护网6,所述栅栏包括第二栅栏14和第一栅栏7,第二栅栏14和所述第一栅栏7之间设有两套折叠机构,折页机构可以在使用时将所述栏板折叠从而使得栅栏的面积减小;所述折叠机构包括圆形板11和连接板4,圆形板11与第一栅栏7相连接,当螺杆10的工作末端插入螺钉孔13中之后,第一栅栏7能够被紧紧固定,在所述连接板4上设有旋转轴12,在折叠过程中旋转轴12能够使连接板4绕所述旋转轴12旋转,并且所述联接板4能够垂直放置,在折叠时不会与第一栅栏7发生干扰现象,并且利用旋转轴12使连接片4和第二栅栏14可旋转地连接,第二栅栏14和第一栅栏7之间由两个组合页旋转地连接;在所述连接板4的内侧设有螺孔9,圆形板11的表面设有带螺纹的开口13,螺杆10位于所述螺钉9的内侧,螺钉10能够锁定所述展开的防护栏,提高所述防护栏使用期间的稳定性,螺钉10的工作端部穿过带螺纹的开口13的内侧,并且在第一栅栏7的前面安装有圆形板11,并且螺钉10和螺孔9之间用螺纹连接。采用此种折叠机构,能方便地将围栏上的栏板折叠起来,在搬运时可以缩短栏板的长度,折叠栏板可以减小栏板的面积,使得搬运或搬运时更为方便[4]。装置构造原理如图1、图2、图3所示。图1,图2,图3中:1、固定件;2、支柱;3、警示贴;4、连接板;5、内框;6、防护网;7、第一栅栏;8、固定板;9、螺孔;10、螺杆;11、圆板;12、转轴;13、螺纹口;14、第二栅栏。 3.2本实用新型的工作原理与操作程序本实用新型设备使用时,手持螺杆10向外旋转,随后螺杆10的工作端部与螺纹孔13分离,并将其自由端沿旋转轴线12向下旋转90°,此时可以绕着所述合页旋转所述栏体上的第一栅栏7,可使第一栅栏7与第二栅栏14折叠在一起,然后所述栅栏可以被移动或者运送,在需要时将栏体上第一栅栏7打开,然后根据以上所述的反向操作可以将第一栅栏7打开并锁住,这样就可以使用防护栏了。在防护网6受损时,将紧固板8的螺栓拧下,然后拆卸防护网6上的内框架5,然后,根据以上的反向原理,将新的防护网6上的内框架5进行安装。 4结语 总之,在进行火力发电企业的电力建设中,要根据实际施工情况,制订一套完善的安全管理方案,提高施工员工的安全意识,并对整个施工过程进行监控,以消除安全隐患,确保工程施工的顺利进行。 作者:李刚建 单位:四川广安发电有限责任公司 电力工程施工论文篇3 一、注重水利工程中的电力施工实际,阐述了地基施工的基本方法 在水利工程的电力施工过程中,地基施工是整个工程中最首要也是最重要的基础环节,高效的地基施工技术与优质的地基施工质量能够为后续的施工过程提供坚实保障。因此,在该书的开篇章节便对电力施工的地基施工技术及工艺流程进行了综合阐述。具体而言,地基施工包括导截流施工、基坑排水、地基开挖、爆破施工、岩基处理、土基处理等多个工程环节,且各个环节之间的衔接顺序与处理方式均会对后续的建筑过程带来显著影响。该书通过理论知识讲解的方式对各个地基施工流程及应用技术进行了细致剖析,可有效辅助读者构建知识体系、了解技术概要。 二、考虑水利工程中电力施工的业务场景,讲解了不同情境下的施工方案 在实际水利工程的电力施工阶段,针对不同的施工业务场景,工程人员常需要采用不同的施工方案及施工工艺,以充分应对不同场景下的业务需求与任务要求,如土石坝施工、混凝土坝施工、隧洞施工等。该书对不同情景下的电力施工流程进行了细致讲解,并针对性地阐述了各场景下电力施工技术的发展前沿。以混凝土坝施工为例,该书对工程所使用的混凝土生产与运输、模板施工、钢筋施工、脚手架施工、常态混凝土坝体施工、混凝土特殊季节施工、混凝土施工质量控制、混凝土坝接缝灌浆、混凝土坝温度控制等工程技术核心内容进行了展开讲解,为实际施工过程提供了重要的技术参考。 三、探讨水利工程中电力施工的细节流程,分析了具体的工程施工技术 该书对水利工程中电力施工的细节问题进行了拓展性探讨,并对具体的施工工艺及施工技巧进行了全面分析。例如,在水电站厂房的建设过程中,下部混凝土结构施工与上部结构施工会采用各不相同的施工方法,且对施工顺序有严格要求,这需要受到水利工程施工人员的重点关注,以保障工程的施工质量。综上,水利水电工程是现代社会建设与发展中必不可少的一类重要工程,其在保障水利电力资源调配、实现水利电力资源管理、完成勘测规划任务等多个方面具有重大意义。因此,该专业学生、研究人员及相关从业者应进一步加大对施工技术的研究与拓展,并逐步实现技术的升级与创新,为我国水利电力工程领域的发展做出实质性贡献 作者:陈磊 单位:重庆涪陵电力实业股份有限公司
最近这些年来,计算机技术一直都引起了人们的广泛关注,随着经济的发展,计算机的系统也变得越来越复杂,我们要不断加强计算机系统的管理。由于虚拟化技术在计算机系统里面的应用,一定程度上解决了我们计算机系统所出现的一些管理问题。因此,虚拟化技术在计算机系统的应用给我们的计算机系统带有划时代的意义。 一、虚拟化技术概述和分类 从上个世纪的60至10年代开始,我们的虚拟化技术就逐渐亮相在众人面前。这个时代的虚拟化技术主要是用来给计算机的一些软件提供支持的环境。随着社会经济的发展,我们的科学技术也在不断的发展,计算机也在我们的日常生活中得到了普及,但是我们的计算机的安全性也就变得比较脆弱。刚开始虚拟化技术是我们的科研人员为了处理和解决计算机系统的问题。我们所讲的虚拟化技术是把我们的一些运行程序放在虚拟机上运行,虚拟机之间是有间隔性的,这样可以有效的提高计算机的安全性。根据虚拟化技术的应用不同,我们对虚拟化技术主要分为以下几类: (一)平台的虚拟化 平台的虚拟化主要是说把我们计算机系统中的服务器和操作系统进行虚拟化。那么所讲的服务器虚拟化是把我们的计算机系统中的物理层进行分割,然后把这些分配到每个虚拟机中。在分类上来讲,我们的服务器虚拟化主要又可以分成硬件的虚拟化和软件的虚拟化两大类。 (二)资源虚拟化 在虚拟化中计算机系统使用的资源,这就是我们的资源虚拟化,这里面主要有网络的虚拟化和存储的虚拟化。网络的虚拟化是把我们的网络带宽进行分割,分割成许多的独立的通道,以此来控制和提高带宽的使用率。存储虚拟化主要是说在计算机的系统中有许多的物理存储单元,把这些存储单元看成是一个统一的存储地。。但是对于我们的用户来讲是看不到具体的存储磁盘的,因此为存储虚拟化。 (三)应用虚拟化 把我们的应用程序从操作系统中分离出来,看似在操作系统中吗,但是应用却又不依赖我们的操作系统。这就是我们专门为应用程序提供的虚拟运行环境这就是我们所讲的应用虚拟化。 (四)表示层虚拟化 表示虚拟化是在我们的用户在运行应用程序时,没有真正在我们的操作系统上面运行,而是在服务器上面运行,用户那边也只显示程序的界面和用户进行的操作,这就是我们讲的表示虚拟化。 二、虚拟化技术在计算机系统的应用 虚拟化技术的应用主要是在我们的高性能计算机中,这些计算机利用虚拟化技术进行资源整合。在我们的科学技术中我们已经在研究把我们的虚拟化技术运用在虚拟环境的搭建,这种研究的目的是利用虚拟化技术来减少我们系统出错。在虚拟化技术中我们还可以对我们的代码进行运行,提高真正的系统的性能。以下主要是对虚拟化技术在计算机系统应用的趋势。 (一)构建专门的虚拟环境 运行环境对我们的计算机功能的发展有着特别重要的作用,在不同程度上影响着我们计算机的功能。虚拟化技术可以利用一些规模比较小的系统来开发出运行环境比较大的系统,这样就可以保证我们的计算机应用程序的最佳运行,使得计算机系统也可以更加方便的操作。因此,在我么进行高性能计算机的研发时,我们的虚拟化技术可以支持我们的研发,从而提高我们的计算机的功能。 (二)实现资源的整合 随着科学技术的发展,我们的计算机结构也在不断的向不同结构方向发展,我们需要利用我们的虚拟化技术的优势来克服我们计算机系统中的一些问题。可以利用虚拟化技术来隐藏我们的硬件的资源存储,这样就能让我们的用户在同一个环境中使用不同结构的系统。 (三)强化系统的可靠性和容错性 一般性能比较高,规模比较大的高性能计算机中,我们计算机的机构也在不断的变得复杂,这样我们计算机出现问题的可能性也在不断增加。因此,使用虚拟计算机技术可以隔离我们的虚拟内存,能够有效的避免由于软件的操作错误而引起的对虚拟内存的影响。虚拟化技术可以快速的恢复我们正在使用的程序,防治引起运行中断。 (四)增强系统的安全性 虚拟化技术可以提高我们计算机系统的安全性能,虚拟机能够对我们的应用程序进行检查,可以有效的避免病毒长时间对我们的计算机的影响,最大程度的保证了我们系统运行的安全性。 三、虚拟化技术在计算机系统应用中的问题 (一)虚拟机协同问题 性能比较高的计算机一般使用的虚拟化技术的服务器都会比较复杂,没有仅仅只停留在底层的硬件设备的问题上。在一些多维结构的计算机我们需要从多个节点来建立虚拟机,这样可以利用虚拟化技术,让我们的多个虚拟机进行协同工作来构建比较庞大的系统,这样也会得我们的计算机系统性能比较高。 (二)虚拟内存的问题 在我们的计算机应用发展过程中,我们需要一次性的设置许多个虚拟内存,这样才能促进和支持我们计算机的发展。与传统的计算机系统不同,这样比较大的计算机内存需要我们考虑很多实际的问题,如应该如何部署这些虚拟机的位置,以及内存的分配和系统的管理这些都是给我们的计算机系统研究带来了很大的问题。 (三)系统兼容性问题 现在的高性能计算机对系统的兼容性的要求都比较高,利用虚拟化技术可以把我们的计算机系统的硬件抽象出来,形成更多的计算机资源的形态,我们的研究人员为此研究出更加适用的编译器和函数模型,让我们的用户使用更加方便。 四、总结 虚拟化技术可以促进我们计算机的发展,也会给我们计算机系统与其他领域的融合带来促进作用,我们要不断优化虚拟技术在我们计算机中的应用,为我们的计算机发展不断做贡献,这也就要求我们的研究人员要不断的提高自己的技术水平,更好的促进人类文明的发展。 作者:杨军 单位:电子信息与电气工程学院天水师范学院
建筑工程结构探究篇1 1建筑结构设计的要点概述和分析 1.1整体分析对于建筑结构设计而言,主要指的就是结合建筑物各个构件的实际受力情况对建筑物进行合理的分析与设计,力求能够从结构设计层面入手保证建筑物结构具有较为良好的稳定性与安全性,这一方面保证了建筑物的整体质量,同时对于保证人们生活水平也会起到积极促进。建筑物施工完毕之后,必然要投入日常运营,此时建筑物会受到各种力的综合影响,不同作用力对建筑物结构稳定性所产生的效果也会有所差别,如果整体建筑结构设计水平没有满足国家相关标准要求与规定,那么就可能会因为个别构件承载力不足而导致其自身的作用力显著降低,导致建筑物的社会效益与经济效益受到消极影响。而在建筑物整体结构设计的过程中,减震设计是一项十分重要的内容,特别是近些年来我国接二连三发生了几起严重的地震地质灾害,也给建筑物产生较大影响。为了能够更好地防止自然灾害所造成的影响,在开展建筑物结构设计的过程中必须对减震设计给予高度关注与重视,尽可能地对建筑物所在地的地质情况加以详细的调查与统计,之后在进行整个建筑物结构设计的过程中,需要使用满足本地区实际需求的一系列减震技术手段,这种方式对于提升建筑物的抗震性能有积极意义,同时还可以保证建筑物后期使用时可以安全运行,为维护社会稳定创造了良好的基本条件与价值。在进行建筑结构设计的过程中必须要对整个建筑物中的各个危险构件进行详细设计,通过数据计算得到各个构件所能够承载的荷载极限值。在开展具体设计的过程中,必须要始终坚持稳定性与安全性原则,结合建筑物使用需求对其进行综合规划与设计。整个建筑设计的核心内容就是要保证建筑物结构具备良好的稳定性,这样建筑物在遇到外力的影响下,也可以具备良好的抵御能力,进而保持建筑物原有的使用状态,降低了外界作用力对建筑物产生的影响。在进行建筑结构设计的过程中需要综合考虑墙柱、梁板、楼梯等各个部件,这些构件不但是建筑物的框架组成部分,同时也是建筑物的主要受力构件。在建筑物整个受力体系当中,以上构件之间都会出现作用力相互传递的情况,因此会承受竖向或者水平方向的力作用,因此就对构件的抗震、减震性能提出更高要求与规定,只有保证了建筑物构件具有较高稳定性,才可以保证建筑物安全性能满足使用要求。 1.2结构控制结构整体控制也是一种十分常见的减震途径,其是在整个建筑物结构以及建筑形式都已经被得到了良好控制以后,设计人员需要从系统角度出发加强有效控制。在应用这种控制方式的过程中需要满足预期需求,最为关键的一点就是希望可以令建筑物内容所有构件自身的强度与延展性都可以满足建筑物所在地地震设计烈度要求。设计人员在设计过程中要充分考虑建筑物自身的实际特征以及具体使用用途,进而对整体结构加以合理控制,保证建筑结构在大地震来临以后可以体现自身价值,不断提高建筑物的稳定性。 1.3梁结构延性设计结构设计在建筑物设计中扮演着十分重要的角色,其中梁作为水平作用力的主要传递构件显得尤为重要,设计人员应当采取措施保证梁在受力作用下的挠度满足要求,保证其延展性满足要求,可以最大程度上抵御地震影响。另外,还应当合理控制梁两段的延性系数,这对于提升滞回曲线饱和度有积极价值。在进行设计过程中如果发现梁的跨高比率较低,那么此时梁自身的延性也会受到影响,梁在受力作用下的变形也会产生变化。如果在建筑物使用过程中梁体结构整体延性、强度没有达到实际需求,那么梁体在水平作用力影响下可能会发生破坏,进而影响整个建筑物的稳定性。对于这种情况而言,设计人员可以借助的手段比较多,例如可以在钢板链接位置设置水平缝,并在缝隙两侧位置设置钢板结构,并在其上开设螺栓孔,使用高强度螺栓连接。这种方法不但可以满足延性需求,同时还可以在刚度保持不变的前提下,最大程度上降低地震所产生的影响。 1.4柱的延性设计结合以往地震灾害之后的实地调研结果发现,如果建筑物受到地震作用力较小,那么一般柱不会产生较大破坏,柱子在地震力作用下,其自身延性也可以得到充分发挥。但是如果地震力较大,那么柱子自身的延性可能就会受到影响。所以,在对主体结构进行设计过程中可以适当地加装螺旋箍筋结构,一方面可以保证箍筋强度得以提升,另外还可以对已有材料配置进行不断优化,这种设计方式的好处就是可以提高建筑的整体抗震性能,因此结合建筑物实际情况进行合理开展柱子的延性设计是尤为关键的。 2建筑结构设计中的主要隔震措施 2.1建筑物地基要尽可能采用特殊材料进行隔震控制地基是地震对建筑物产生影响最直接的部位,同时也是地震作用力最直接的作用区,因此关键所在就是要不断加强地基的基础设施,力求能够获得良好的隔震效果,这也是最便捷、最直接的手段。对于建筑物隔震而言,主要指的就是对建筑物部分基础设施进行特殊化的处理,可以铺设一些垫层实现对地震作用力的逐层削弱,进而减轻地震对建筑物所产生的破坏作用。这种方法虽然是一种比较传统的方法,但是其作用效果却十分理想。这种方法的原理就是通过减弱地震波的影响,通过中介物质不断地削弱地震波能量,进而实现对建筑物的保护作用。在我国建筑历史发展过程中,甚至曾经还有人使用糯米作为原材料设置建筑物基础部分,力求可以减轻地震对建筑物所产生的损害,虽然这种方法听上去可能不靠谱,但是在当时的历史情况下,也是一种比较良好的技术创新,而且研发人员也已经认识到了地基材料选择应当具备一定的黏着性,只有借助这种方式,才能够获得较为良好的隔震效果。而随着我国科学技术水平发展速度的不断加快,越来越多先进的材料被使用到了建筑物地基建设当中。而经过不断的研究与试验,一些研究学者发现沥青作为一种特殊材料,将其应用到建筑物地基当中,会获得较为良好的减震效果。 2.2建筑物层间隔震的主要措施分析对于一些正在进行改建的老旧建筑物而言,也需要对其进行隔震设计,一般情况下所使用的都是层间隔震的方式。这种方法的施工可操作性较强、较为便利,因此被广泛地应用到了工程施工领域。而与建筑物基本物质设置隔震装置对比而言,层间隔震的效果并不是十分理想,而且减震作用范围也比较小,因此层间隔震的方式的方法很难能够大规模地应用到建筑物设计结构当中,与其他方法对比而言,其所可能产生的减震作用也不是十分理想。这种方法更多情况下所依靠的还是设置在建筑物结构各个层间间隔的减震设施对地震能量进行逐渐吸收与削弱,进而减小地震对建筑物所造成的危害程度,但是整体效果并不是十分好。 2.3建筑物结构悬挂隔震悬挂隔震结构也是目前比较常见的一种隔震构造,其是将建筑物大部分或者整个建筑物悬挂起来,在建筑物构件受到地震力荷载冲击时,地震的能量就不会传递到已经经过悬挂处理的结构,进而达到减少损坏、传递能量效果,对于这种结果而言,一般比较常用于一些钢结构当中。但是这种设计模式对结构设计人员的专业知识要求较高,需要将建筑物主体框架与子结构框架充分结合在一起,这种结构及时在地震来临时,子结构框架也不会受到地震荷载影响。从其主要原理上看,就是在地震荷载来临之前主框架会随着地震波方向产生摇摆,但是框架与主框架之间是能够进行灵活运动的标杆,因此地震能量在达到各个构件之后,就已经受到了一定的削弱与简化,不会直接传递到建筑物主体结构当中。这种结构设计方式的主要优势就是具有良好的隔震效果,同时对于降低建筑物损伤也起到了积极帮助。但是这种结构设计方式的整体成本造价比较高,大量的钢结构将会导致整体工程的施工成本出现不断降低情况,因此通常情况下被使用到民用建筑结构当中。 2.4其他常见隔震设计手段对于建筑减震设计而言,就是希望能够最大限度地令建筑结构在建筑物当中具有良好强度。通过以上论述可以发现,可以选择的减震结构设计方法比较多,在选择具体方法过程中应当结合整个建筑物的具体使用要求。但是在具体设计时,可能会出现某个部位延性或稳定性不理想的情况。为了解决这个问题,在设计时就可以从两个角度出发对建筑物特点进行研究,进而保证建筑结构减震设计效果满足实际需求。所以,减震结构谁应当被进行大范围的推广,在不同类型的建筑物结构当中都进行合理使用。(1)吸震设计。对于这种设计方式而言,是结构安装过程中所选择的一种比较特殊的方式,另外还可以在建筑物当中安装附加结构,该结构可以适当地吸收地震力所产生的能量,这种方式可以缓解建筑物所产生的损害。一般情况下目前比较常见的做法就是在适当位置预留分隔缝,通过内外筒之间所产生的吸引作用对地震能量加以有效吸收,保证建筑物的使用安全与寿命。(2)阻震设计。对于这种方式而言,笔者认为可以适当地增加阻尼器的数量,阻尼器在地震来临之后可以有效降低地震所产生的能量,降低地震荷载所产生的振动效应。如果阻尼器自身的性能比较理想,那么对于缓解地震作用力有积极意义。一般情况下,对于高层建筑结构而言,可以在高层框架核心筒体连接位置增设弹簧钢杆摩擦减震器等。(3)隔震设计。隔震设计在最近几年也受到了人们的关注,也是目前比较常用的一种设计方法,其主要原理就是在整个建筑物的防震结构位置合理设置隔震层,通过这种结构降低地震能量的影响。在进行隔震设计过程中应当明确较为阻震特征,使用这种方式的主要作用在隔震层当中安装特殊材料。(4)结构的动力优化设计。无论是在进行结构设计还是在减震设计当中都应当结合实际情况对结构加以合理优化,例如在选择吸振器过程中应当综合考虑相关参数以及具体的安装位置,这些都是需要关注的重点,只有通过这种方式才可以保证结构具有良好的合理性。以下就将框架减震墙结构作为研究对象对结构优化的相关问题加以阐述与分析。对于框架结构而言,在遭遇中震时,塑性铰仅仅是出现在梁结构的两段,而在遭遇大震时则会在柱子根部出现塑性铰,最终形成梁式侧移结构,因此无论是在任何情况下节点都始终处于弹性状态。而对于抗震墙结构而言,在中震时塑性铰仅仅是出现在梁结构的两段,只有在遭遇大震动情况下才会在墙体根部位置产生塑性铰。而从地震实际情况以及试验所得到结果中可以发现,墙体一般是先于框架破坏。 3结束语 综上所述,在开展工程建设的过程中,工作人员结合建筑物所在地地震烈度情况合理开展减震结构设计是十分关键的。可以使用的减震方法有很多,但是不同设计方法有着各自的优势与不足,因此笔者认为设计人员一方面可以结合建筑物具体情况选择合理的减震设计方法,同时也可以将几种不同方法综合结合在一起,真正实现趋利避害,进而获得比较理想的减震设计效果,不断提升建筑物的整体稳定性,保障人民生命财产安全。 作者:时德瑞 单位:重庆长厦安基建筑设计有限公司济南分公司 建筑工程结构探究篇2 1项目概况 沙县城东幼儿园建设项目位于福建省沙县城东天后、城市至尊项目西侧,整个建设内容和规模为:校园规划用地面积为6725m2,规划建筑面积为4950m2,主要建设3层教学综合楼1栋,班级活动场所、室外景观及活动场所、道路及管网等教育配套设施。开办12个教学班,可容纳360名学生就读。整个工程结构具有一定的复杂性,在实际施工中,经常面临各种施工难点问题。沙县城东幼儿园建设项目示意图如图1所示。 2建筑主体结构工程施工操作关键点 2.1技术重难点在结合建筑主体结构工程施工需求的基础上,实现对钢梁结构和屋盖悬挑结构的规范化、合理化安装,施工人员在实际施工期间,通常会面临各种施工技术难点,为此,施工人员要确定工程安全施工的目标,并将各种先进、新型装备科学、有效地应用到工程中[1]。例如:钢梁工程在进行施工期间,经常会用到大量的履带吊装置进行施工,增加施工工作量和施工操作难度,为了解决这一问题,施工人员要结合现阶段工程施工需求,加强对建筑主体结构的构建,并科学、合理地应用各种新型施工技术。 2.2钢结构施工钢结构施工作为建筑主体结构工程的重要施工内容,为了保证钢结构施工质量,施工人员要严格遵循施工质量把控原则,完成对精品化工程的科学打造,并将数字化技术科学、有效地应用到钢结构施工中,确保整个工程施工向数字化、智能化方向不断发展[2],另外,在进行钢结构施工期间,施工人员要重视对BIM技术的应用,确保整个工程施工工作落实到位。例如:通过利用BIM技术,构建建筑模型,通过利用这一可视化筑模型[3],确定一套行之有效的工程统筹施工方案。在BIM技术的应用背景下,确保施工人员结合实际施工需求,选用合适的方法和设备,全面地了解和掌握整个主体结构和施工作业开展情况[4],便于后期对施工作业进度的实时化、有效化监控,从而提高工程施工效率和效果。另外,在进行施工期间,施工人员要借助BIM技术,全面地分析和挖掘全生命周期相关数据信息,为主体结合设计工作开展提供重要的数据支持,确保工程施工管理向智能化、精细化、高效化方向不断发展。 2.3混凝土工程施工技术混凝土工程施工技术作为建筑主体结构工程施工中常用技术,在实际应用中,要结合本次施工作业需求,加强对混凝土原材料质量的有效检验和把控,及时更换不合格的材料,并提出相应的优化材料选用方案。现阶段,工程施工所使用的施工材料主要以预制混凝土为主,并确定出合适的材料配合比,确保施工材料达到最佳状态[5],使得工程施工质量得以大幅度提高。另外,在进行混凝土浇筑施工期间,施工人员要结合实际施工需求,严格按照所制定好的浇筑施工方案,全面地把控和落实每个施工细节,确保混凝土浇筑的均匀性和合理性。在此基础上,还要做好对混凝土工程施工温度的科学控制,避免因温度控制不合理而降低混凝土整体浇筑效果。例如:为了保证水化热控制效果,施工人员要尽可能地降低水泥的添加量,此外,还要采用降温处理的方式[6],避免混凝土因温度过高而出现裂纹现象。此外,当混凝土浇筑作业结束后,施工人员还要从洒水、覆盖等环节出发,做好对混凝土的保养工作。 2.4钢筋工程施工技术钢筋工程在实际施工中,要保证所选用的钢筋质量达标,从而确保建筑墙体的稳固性。首先,要优先选用高质量的钢筋材料,此外,要与供应商积极交流和沟通,然后,从供应商中采购经济性高、质量达标的钢筋材料。在采购钢筋期间,要全面检查其结构、尺寸等规格参数的合格性[7],确保所采购的钢筋材料能够完全符合相关技术标准,避免因钢筋材料不达标而影响后期正常使用。其次,在使用钢筋期间,施工人员还要加强对对钢筋尺寸规格的科学调整和控制,并选用合适的连接方式。 3建筑主体结构工程施工技术应用质控策略 为了充分发挥和利用施工技术的应用优势,缩短工程施工周期,保证工程施工质量,施工人员要严格按照如图2所示的施工技术应用质控流程,不断地简化工程施工流程,提高工程施工质量。 3.1实施技术标准化管理为了进一步提高建筑主体结构工程施工操作的规范性和合理性,施工人员要严格按照相关技术标准,做好对工程施工各个环节的把控,确保施工技术应用效益和应用优势得以充分体现,同时,还要结合工程实际施工需求,全面地分析所使用施工技术的重点、难点,并提出一系列行之有效的优化方案,确保工程施工质量和效率得以大幅度提高。此外,还要做好对技术指标的制定和完善,确保工程标准化管理工作落实到位,使得施工作业能够有章可循、有据可依。另外,在正式进入施工之前,要做好对相关实际技术交底工作,确保所有施工人员能够全面地了解和把握技术应用要点和应用方法,并针对施工作业中遇到的技术问题,选用合适的技术应用方案,不断提高工程施工作业实施效果,最后,为了提高工程施工作业操作的规范性,还要组织专业技术人员全面地检查施工现场,确保钢筋绑扎、混凝土工程施工技术浇筑等施工作业落实到位。 3.2贯彻技术精细化管理在开展建筑主体结构工程施工期间,通常会用到大量的新技术、新设备,为了提高施工技术的应用效果和应用价值,施工单位要做好对施工技术的精确化管理。首先,在应用新技术期间,要制定和优化新技术应用方案,并借助动画模拟技术,将新技术交底工作落实到位,此外,还要加强对施工人员技术知识培养,不断地提高他们的专业技能和技术水平,确保施工安全风险降到最低。避免因施工人员掌握新技术不全面、不充分而降低工程施工质量。在使用新工艺开展施工工作期间,施工人员要在保证施工材料达标的前提下,利用所制定好的技术应用标准,做好对施工设备的维修和保养,从而延长施工设备的使用寿命。 3.3搭建技术应用信息化管理平台为了实现对建筑工程的规范化、科学化管理,施工单位要引导相关部门和专业技术人员全面参与到建筑主体结构工程施工工作中。目前,建筑工程在实际管理中,经常出现数据信息分享不及时、共享不高效等问题,为了解决这一问题,专业技术人员要结合实际实践工作经验,做好对技术应用管理平台的科学搭建,充分发挥和利用信息化技术的应用优势,在此基础上,还要根据建筑主体结构设计需求制定和完善主体结构设计标准,并借助信息化平台,向各个部门人员发送和共享所制定好的主体结构设计标准,确保施工人员严格按照这一标准开展施工工作,从而提高施工工作操作的规范性和合理性。最后,还要将二维码和其他信息化系统搭建和部署在工程施工现场,确保施工人员通过扫二维码的方式,及时地获取和了解工程施工图纸信息以及相关施工技术指导信息,为促进工程施工工作能够正常、稳定、有效地开展,提高工程施工社会效益和经济效益创造了良好的条件。 3.4做好结构施工现场的监督检查建筑主体结构工程在实际施工中,要全面检查和清除施工现场可能存在的安全隐患问题,不断提升建筑施工技术在主体结构工程中的应用价值和应用效益,此外,还要设置专门的工作小组,由工作小组负责监督和检查工程施工现场,从而及时、有效地了解和掌握施工作业开展情况。另外,还要不断强化工程施工作业操作规范性[8],并组织专业人员及时地分析和讨论施工技术应用难点,然后,提出一套行之有效的施工技术应用方案,确保建筑主体结构工程施工质量得以显著提升。 4结束语 为了进一步提高建筑主体结构工程施工质量和效率,施工人员要在落实化精细化管理工作的基础上,切实保证混凝土工程施工技术、钢筋工程施工技术等各种施工技术应用效果与效益,此外,还要根据施工技术操作要点,将施工技术科学地应用到信息化管理平台的搭建上,并全面化监督结构施工现场,确保施工现场的安全性和有序性,以达到降低工程施工成本、缩短工程施工周期的目的,使得施工单位的知名度和影响力得以大幅度提高,为后期科学开展建筑主体结构工程施工工作打下坚实的基础。 作者:瞿宜思 单位:福建省二建建设集团有限公司 建筑工程结构探究篇3 1钢结构的优势 1.1构件性能优、使用便捷钢结构构件的整体质量较好,与其他材料的融合度较高,它们的弹性性能在所有建筑材料中最为理想。此外,相较于其他建筑工程结构构件,钢结构构件的安装和使用也更加便捷。在生产加工方面,钢结构构件通常在工厂内部完成加工后便直接运送至施工现场进行组装。这种处理方式,不仅能够缩短施工周期,避免给施工区域的环境带来较大的负面影响,还完全符合文明施工、绿色施工的要求。 1.2造价成本较低在建筑设计领域,钢结构的应用能够在保证建筑工程安全性、可靠性的前提下,有效地控制成本,保证企业的经济效益。与传统的钢筋混凝土结构相比,钢结构的成本更低。另外,钢结构的重量轻于钢筋混凝土,这有利于减少运输费用。此外,因为钢结构施工具有便捷性,所以采用钢结构能够加快施工进度,有利于减少人工成本。 2钢结构设计原则 2.1保证结构的稳定性在设计钢结构时,设计人员必须加强与相关部门的联系,同时深入了解业主的需求与施工方的技术水平,综合考虑各种影响因素,加强对现代信息技术的应用,从而提高设计方案的可行性与科学性,避免数据出现误差。此外,为进一步保证钢结构的稳定性,设计人员可利用BIM(建筑信息模型)等先进技术或软件进行辅助设计,实现设计方案的最优化。 2.2坚持“强柱弱梁”的原则一旦发生地震,建筑就会承受极大的外界应力,这种应力会严重破坏建筑物的梁柱结构。若柱结构损伤较大,则极有可能导致整个建筑坍塌。为此,设计人员必须按照“强柱弱梁”的原则落实钢结构的设计和建造工作。实践证明,坚持“强柱弱梁”的设计原则可在一定程度上减小柱结构的荷载。在工程中,设计人员可以将塑性铰安装在梁结构上,从而避免在地震发生时,柱结构首先受到冲击。因此,这一设计原则符合建筑抗震设计的要求。通常,在地震灾害发生时,柱结构坚持的时间越长,建筑物的整体稳定性就越好,就越不容易发生变形、坍塌等问题,进而更好地保证人们的生命财产安全。 2.3全面分析斜柱的受力情况当前,我国建筑行业正保持着迅猛发展的态势,形状不规则的建筑逐渐增多。这类建筑在给大众带来新奇感的同时,也对斜柱的应用以及钢结构的稳定性提出了更高的要求。设计人员除了要在设计图纸上明确标注斜柱的位置外,还应充分考虑其受到的水平荷载和垂直荷载,进而在此基础上科学计算出该构件的压力值。受力分析越全面、越准确,钢结构设计方案就越完善,斜柱的受力就越平衡。 3地震灾害对钢结构的影响 结合实际情况来看,在面对强震时,建筑物通常会陷入强度有余而刚度不足的困境。在多次地震后,钢结构也会出现明显的损伤,其表现形式如下。第一,结构坍塌。当钢结构竖向刚度分布不均匀时,楼层承受荷载的能力会受到不利影响。在这种情况下,楼层就会出现明显的薄弱层,最终导致结构坍塌。第二,梁柱节点破坏。笔者分析实际情况后发现,这种破坏形式的出现频率非常高,其主要原因可能是钢结构的自身缺陷。在实际施工过程中,螺栓连接不牢固、钢筋焊接不合理等问题,使梁柱节点普遍存在受力不均匀、应力集中等问题。在这种情况下,如果梁柱节点受到地震力的冲击,那么钢结构就很容易出现开裂、脱落等问题。第三,竖向支撑整体或局部失稳。竖向支撑主要为建筑结构提供较大的侧向刚度,并在面对强大地震力的冲击时支撑建筑结构。通常,竖向支撑需要承受较大的轴向力,并且一旦轴向力超过临界值,就会出现局部失稳的情况。出现这种情况的主要原因是梁柱翼缘的截面尺寸不合理导致构件扭曲。第四,柱脚破坏。出现这种情况的主要原因是柱脚埋置的实际深度难以满足建筑结构的实际需求,而一旦面临较大的水平力,柱脚将会因抗剪力分布不均匀以及外界各种因素的影响而出现拔出或者破碎等问题,进而影响整个建筑结构的稳定性。 4钢结构抗震设计要点 4.1优化建筑抗震性能在对建筑结构进行优化设计时,设计人员首先需要重点考虑钢结构的抗震性能,这是因为钢结构的抗震性能通常直接决定着整个建筑结构的稳定性和可靠性。所以,为了能够从根本上提高建筑结构的设计水平,延长建筑的使用寿命,设计人员必须合理优化钢结构的抗震性能,为后续工程的顺利进行打下良好的基础,从而提高工程建设质量。此外,在建筑工程的设计环节,设计人员应明确工程的建设目标,同时深入施工现场进行实地考察,为后续的设计工作积累参考数据,从而保证设计方案的可行性。需要注意的是,在进行钢结构设计时,设计人员还需要及时更新设计理念,进一步优化钢结构设计方案,最大限度地提高整体结构的抗震性能,进而从源头上降低地震灾害对建筑结构的影响,为人们营造更加安全、舒适的居住环境。 4.2施工材料选择施工材料是建筑工程的物质基础,合理选择施工材料是提高建筑结构抗震性能的关键。当前,建筑市场上有各种各样的施工材料,它们的质量参差不齐。因此,在采购施工材料时,采购人员必须全面了解不同产品的具体性能和质量。在施工材料运抵施工现场后,管理人员应采取抽样检测的方式来保证施工材料的质量和性能。此外,管理人员还应根据施工材料的类型来分类保管,以免影响其使用性能。总之,相关人员只有从采购、质检、保管等多个环节着手,不断加大管控力度,才能更好地保证建筑工程的建设质量。 4.3抗震计算方式地震作用计算是结构抗震设计中的重要一环,也是进行构件断面设计的基础。在对钢结构进行抗震计算时,设计人员大多采用振型分解反应谱法。但如果钢结构的整体结构形式较为特殊或复杂,那么设计人员需要采用时程分析法进行补充计算。在具体的设计环节,设计人员需要根据当地的抗震设计要求进行合理设计,然后结合建筑工程的实际情况以及该地区的地质结构进行优化设计,从而全面保证钢结构的安全性。需要注意的是,对于甲类、乙类建筑,设计人员还需要进行内力计算,调整抗震措施。 4.4相关节点设计(1)柱脚节点设计。一般情况下,柱脚的形式可分为外包式、埋入式和外露式。在高层建筑中,设计人员应优先使用埋入式柱脚,因为这种柱脚可以直接埋入基础(基础梁)内部,且锚固效果较好。但是,受到钢柱的影响,基础钢筋施工难度较大。所以,在确定好柱脚埋藏深度后,设计人员必须根据建筑工程的具体建设需求以及受力情况,准确计算出相关参数。而对于建筑高度不高、抗震设防烈度较低的建筑,设计人员可以采用外包式柱脚。外包式柱脚对基础钢筋施工方面的要求较为宽松,多用于单层建筑。(2)节点设计。一般来说,节点主要采用铰接和刚接这两种方式。①铰接。在使用铰接来连接钢柱节点时,设计人员主要利用栓柱将梁腹板和柱翼缘连接在一起,从而为栓柱两端提供足够的转动能力。在具体的连接过程中,设计人员需要注意控制好连接端板的厚度,以保证梁端和钢柱之间存在一定宽度的缝隙。同时,设计人员还需要保证计算假定和构造要求相一致。②钢接。在此环节,设计人员需要采用全焊接或者栓焊混接的方式来连接梁柱节点。这种连接方式简单便捷,能够很好地保证各个结构的安全性。在对钢结构进行抗震设计时,设计人员通常需要采用“强节点、弱构件”、在上下翼缘添加盖板、增加楔形板等方式来增加焊缝的整体厚度和长度,从而保证各个构件在屈服状态下不会轻易遭到破坏。 5结语 总而言之,科学、合理的钢结构设计方案能够有效提高建筑结构的安全性和稳定性,延长建筑结构的使用寿命。因此,设计人员必须充分认识到抗震设计的重要性,加大研究力度。在实际工作中,设计人员应结合施工现场的实际需求,加强对相关节点设计的重视程度,同时做好施工场地、抗震类型、施工材料的选择以及相关计算工作,从而增强钢结构的抗震效果,为人们创造良好的居住空间。 作者:孙杰 王飞
建筑节能设计论文:建筑节能设计论文 1规划与节能设计 在以往的规划设计中,设计人考虑的往往是容积率、日照间距、空间形态、以及建筑与周边环境协调等问题,而很少从节能的角度来指导设计,节能设计只有在单体方案设计阶段才有所重视,从而产生了许多单体设计难以解决的问题。所以,提倡建筑节能首先应该重视规划节能。规划节能是指在规划设计当中充分考虑建筑与外部环境的关系,以节能作为指导规划设计的主要原则,充分利用自然资源,实现从总体上为建筑节能创造先决条件的设计方法。其中,规划节能对于居住建筑尤为重要。 影响居住区气候环境及建筑舒适性的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流动(即风流)。因此,通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果是规划节能的主要方向。由此,建筑朝向、建筑间距以及建筑的相互组合关系将是规划节能设计的重点。首先,建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向(我国大部分地区以南北向或接近南北向布局为宜),利于自然通风,提高居住的舒适度。同时,南北朝向的建筑物在夏季所受到的太阳辐射也相对东西朝向建筑要少很多,可以节省夏季空调的用量;而在冬季时,建筑受到太阳辐射的情况刚好与夏季相反,从而节约了建筑保温所需的能耗。第二,居住建筑的间距应在满足当地规划部门的日照间距要求上适当加大。增加建筑物的间距有利于居住区内的空气流动——风量增大、风速提高,从而使建筑物与空气的热交换增加,有效降低建筑物的温度,从而降低建筑能耗。这需要规划师在节约土地与合理的建筑间距之间找到最佳的平衡点,优化节能设计。第三,居住建筑群的组合应充分考虑整体的节能效果,以有利于居住区内的自然通风。具体应注意以下几点:①居住区规划应确保“风道”的畅通,建筑群的入风口和出风口应结合主导风合理设置,使空气流通。②按照夏季盛行风向作为建筑的主要朝向,排列建筑物应遵循南小北大、南低北高的原则(见图1),确保居住区内建筑对自然风的共享性,同时也使北面高大的建筑成为人工的风障,这样的建筑群体在夏季能迎合南风、引导空气穿越,冬季又能阻挡寒冷北风的侵袭,较好地适应气候的变化[1]。③减少采用封闭式建筑组合,平面组合成“U”型的居住建筑组团,开口应尽可能朝向夏季主导风向,保证“U”型内部建筑的空气流通。④在规划阶段充分利用计算机进行三维模型的日照模拟运算,在满足采光、日照、防火等要求下,利用建筑物的自遮挡和建筑群间的相互遮挡,减少太阳辐射对居住建筑的影响。 2建筑单体的通风与节能设计 建筑市场中,住宅开发商为了达到土地最大利用率的目的,往往要求建筑师按容积率的最高值进行设计,甚至超值设计,这样导致许多新建住宅多为一梯六户、一梯八户,甚至一梯十户以上都有。这种住宅单体平面在实际使用中通风将十分不利,特别是在夏季,室内积聚的热量难以散失,必须采用人工通风或空调降温,大大增加了建筑使用的能耗。而且目前的许多住宅设计,建筑立面窗户的设计主要是从立面造型方面考虑——采光面积大,可开启窗户面积小,这样的设计不但对隔热不好,对通风就更加不利。这都是因为忽视建筑单体的通风设计所造成的。所以,一定要做好建筑单体的通风设计,而且要从平面和剖面两方面考虑。 平面的通风设计应注重以下几个问题:第一,平面设计尽可能按有利于空气的贯穿进行考虑。建筑的进深应有效控制,避免建筑体型过于臃肿。房间的门窗位置应合理安排,窗户的朝向应有利于形成穿堂风,从而增加房间内的空气流动,利于室内换气。第二,从通风的角度来讲,窗户可通风面积的大小是决定室内风速的关键,但前提是必须要保证进风口和出风口的同时存在,才能由于正负风压的作用而形成空气的流动。研究表明,空气流动的平均速度取决于较小尺寸的开口。因此,单方面增大进风口或出风口面积,并不能对室内气流平均速度有太大影响,而为了增强室内穿堂风的效果,必须同时增大进风口和出风口。这样也有利于室内保持较为稳定的风速和均匀的流场,提高人体舒适度。第三,窗户的开启形式对通风面积和气流的流场均产生较大的影响。如推拉窗与平开窗比较(相同窗户面积),平开窗的最大通风面积是推拉窗的两倍,通风效果明显优胜。上悬窗与平开窗对比,两者的最大通风面积相同,但由于两窗的窗叶开启形式不同,所引导空气产生不同的流场,造成的通风效果也明显不同。因此,从通风的角度考虑,对于有利于建筑通风的窗户应尽可能采用提高通风面积的形式,窗户开启的角度和位置要慎重考虑,科学设计,将室内空气主流场控制在房间剖面的主要使用高度。第四,当建筑内部不具备形成穿堂风的情况下,有必要通过导风板的设计尽可能增加形成空气流通的条件。如一个房间只能单侧墙开窗时,可考虑在此墙上相距一定距离开设两个窗户,两窗之间设置垂直挡风板(见图2)。当主导风在水平方向上与该挡风板夹角较大时(60o~90o),在挡板的两侧就会形成明显正负风压区,气流就会从第一个迎风窗进入而从另一窗户流出,实现单侧开窗的通风[2]。因此,此做法较为适合在房间朝向与当地主导风向夹角较大时采用。 除了平面设计时应对通风重点考虑之外,建筑剖面的通风设计其实也十分重要,一般应注意以下两点:其一,进出风口的高低决定了室内空气流动的方向,对人体的舒适度影响较大。因此,一般应结合房间的实际使用功能设计剖面的通风高度。如办公室,通风高度应设在人坐姿的头部位置;住宅内的通风高度控制可按不同功能要求确定,起居室、书房、餐厅应以坐姿为参考,厨房应以站姿为参考,卧室可以卧姿为参考。窗台的高度应按实际通风要求进行相应调整,才能获得较为理想的通风效果。其二,运用文丘里管原理,在建筑物剖面的上部设置出风口,使平面面积较大的建筑物也有良好的通风效果。具体做法可在大进深的建筑物中部设置若干贯通的垂直空间,此空间应高于建筑物屋面,并设置相应数量的出风口,由于太阳辐射的加热作用使该空间形成烟囱效应,促进气流上升,实现热压通风散热,这就是所谓的“太阳能烟囱”。建筑内部设置了“太阳能烟囱”,可实现无风状态的自然通风,室内温度得到了有效的降低,换气次数得到了明显的增加[3],在节能方面有很好的成效(见图3)。该技术已被日本的文教建筑广泛采用,在我国积极倡导节能的大形势下,很值得我们借鉴。 3建筑外遮阳的运用与节能设计 随着节能技术的推广,业界对建筑外遮阳也越来越重视。建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的结构,特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内,从而有效降低室内温度,达到节能的最终目标。在实际设计中,设计师经常会为了达到造型效果而刻意增加立面上的装饰构板,这些构件由于并非从遮阳方面考虑,所以形式作用大于实际功能。这并不符合设计的经济原则和节能原则。所以笔者认为,建筑立面设计应与建筑外遮阳设计相结合,并注意三方面的问题:一是要明确各种外遮阳的适用性。建筑外遮阳的设置与太阳的位置、建筑物的朝向都有着密切的关系。在窗户遮阳方面,实践证明:水平遮阳能遮挡高度角较大、从上方入射的太阳光,适用于南向的窗户;垂直遮阳能遮挡高度角较小、从侧面斜入射的太阳光,适用于东北向、西北向和正北向的窗户;综合遮阳(或称栅格遮阳)则综合了水平与垂直遮阳的优点,适用于东南向、西南向和正南向的窗户。此外,挡板式遮阳、帘式遮阳、百叶遮阳等方式对于窗户遮阳都有非常好的效果,但对建筑采光则有一定的影响。而对于建筑墙体和屋面的遮阳,目前较为有效的方法是通过栅格遮阳和绿化遮阳。随着社会经济水平的不断提高,建筑遮阳技术已越来越趋向智能化、自动化、高效化。二是要从构件的设计上合理处理好遮阳与隔热的问题。传统的实体构件——水平、垂直和综合遮阳与墙体相连,其吸收的热量会直接传递给外墙,而且容易构成半开放式空间,遮阳构件受太阳辐射后温度上升,其一部分热量通过表面传热由空气带走并向上传递,但由于其它遮阳构件的阻挡,反而容易产生积聚现象,在风的作用下通过窗户导入建筑室内,从而不利于隔热(见图4)。解决的方法是——在水平遮阳构件的选择上采用通透性的构件,如金属百叶、混凝土栅格板等,使上升的热空气能有效地散失,减少对室内的影响。目前较为先进的双层玻璃幕墙系统中,为了利于热空气的上升,其两层玻璃幕墙间的空气夹层往往是一个可连续的整体,即垂直方向上的间隔均为通透的金属构件,确保热空气能上升并带走热量。因此,在遮阳构件的选择上要细致研究,不断更新设计。三是要合理设置遮阳板,避免影响室内空气的流动速度。因为遮阳板的存在会对建筑物周围的风压产生影响,当其角度与风向不一致时,风速将会大大降低。实践证明,由于设置了遮阳板,室内风速会减弱22%~47%。而且,遮阳的设置方式也会对气流产生不同的影响。如实体水平遮阳板直接连接在窗顶,气流进入室内后会上升,不利于房间中下部的通风。若在实体板与墙体间增加空隙,或在遮阳板上部的墙体流出通风口,又或将遮阳板设在高于窗顶一段距离的位置,都能使得气流的方向得到有效的调节,使房间中部和下部均得到良好的通风,提高室内环境的舒适性。而对于垂直遮阳来说,由于风向是经常变化的,所以固定的垂直遮阳板应顺应所在地夏季的主导风来设置相应的角度,而更好的方法是采用可调节的垂直遮阳板,使建筑最大限度地适应气候的变化。目前较为先进的智能建筑,其外遮阳构件都是根据太阳辐射、风向等气候因素变化由电脑控制自动调节,具有相当高的气候适应能力。 4热桥问题与节能设计 建筑围护结构对建筑保温起到决定性的作用,但其中的热桥问题往往是人们所最容易忽略的。当代建筑由于追求造型的变化,立面上的凹凸进退增多,突出墙体、屋面的构件也越来越多,外飘窗得到了广泛的使用,这些设计手法丰富了建筑造型,却无形中增加了热桥的产生,对建筑节能带来不利的影响。产生热桥的原因主要有两个:一是因为该部位的传热系数比相邻部位的传热系数大得多,热阻小,保温性能较差;二是因为该部位的受热面积远小于其散热面积,从而失热过多,内表面温度较低。围护结构中钢筋混凝土梁、柱、板的相互交接处,外墙与外墙、内墙、以及窗户的连接处,保温门窗中的金属门框,以及突出屋面的女儿墙、排气孔与屋面交接部位等,都是围护结构中热桥形成的主要部位[4]。在寒冷的季节,室内的热能就会通过热桥大量地流失。不妥善处理好这个问题,对于建筑节能会造成很大的影响。因此,在需要考虑冬季保温的地区,必须要做好外墙、屋面以及门窗的保温,构件自身的物理性能应满足节能标准的要求。在防止热桥产生的构造处理方法上,墙体的外保温比内保温更为有效,可避免室内外温差加大,保持较为稳定的室温和舒适度,防止保温层受潮,避免热桥的产生。实践证明,在采暖期采用相同厚度保温材料的外保温要比内保温减少约1/5的热损失,而在夏季,墙体的外保温做法还能减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面换热,隔热效果也优于内保温做法[5]。对于建筑中使用较多的铝合金门窗,解决热桥的方法是改采用新型的断热桥型铝合金门窗或铝塑复合门窗,且应同时配置三玻中空玻璃或Low-E中空玻璃,这样就能保证门窗达到节能65%的要求[6]。其它的如屋面、外墙角、挑出构件与主墙体的连接位等热桥部位,应严格按照国家规范要求加强建筑局部的保温措施,防止热散失。从总体上讲,防止热桥的产生就要平衡建筑围护结构的传热,控制各组成部分的传热系数相接近,保证各部位的传热均匀。这就需要建筑师熟悉各种建筑材料的物理性能,在设计时对用材要仔细研究,合理配置,从根本上减少热桥的产生,最终达到节能的目的。 5结语 当然,建筑节能是一个复杂的系统工程,涉及方方面面的问题。上文所提及的四方面问题只是其中的一部分,它们往往不被重视甚至被忽视,这会造成许多的设计漏洞,使建筑物能耗增加。所以,笔者专门把它们选出来进行探讨,正是为了抛砖引玉,希望同行们能多加指正,集思广益,共同探讨建筑节能设计的新方法,在今后的设计中多研究、多尝试、多积累、多总结,在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合,使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则,努力创造低成本、高效率的节能建筑。 建筑节能设计论文:农村建筑节能设计论文 论文关键词:农村建筑节能;节能设计;能源综合利用 论文摘要:分析了我国北方农村地区建筑现状,针对农村建筑的特点,提出一些建筑节能设计措施以及能源综合利用方式。强调农村建筑规划体系建立和建筑节能的管理,以期为北方广大农村农民提供一个健康、舒适的节能建筑。 随着现代化建设的发展,我国农民的生活水平不断的提高,他们对自己的居住条件的要求也越来越高。长期以来,我国北方农村地区建筑特点是占地多,建造技术水平低,缺乏科学性,甚至是忽视最基本的建筑热工性能和舒适性要求,特别是缺乏统一的建筑规划,能源利用率低,导致其建筑土地利用率低,保温隔热性能差,能耗大,舒适度低。因此,为了提高农民生活质量,应以改善居住条件为重点,科学制定农村建筑规划体系,因地制宜地在广大北方农村地区推广建筑节能技术,发展节能建筑。 1农村建筑节能设计 1.1北方农村建筑现状分析 我国北方地区农村建筑要适应日常居住生活和农副业生产的双重需要,居民建筑类型大多为单户、双户以及多户并联的建筑类型。长期以来,我国农村建筑大多为个人建造,农民随意建设,农村建筑缺乏规划和设计,造成建筑的功能划分不合理,用地浪费。在房屋建设的过程中,由于技术和施工条件的限制以及经济条件的制约,农民建房时多选用一些落后的建材,围护结构的设计仍采用传统的做法,致使其建筑能耗大,不利于节能。 1.2建筑规划布局 我国北方农村大多地区冬季寒冷,夏季炎热。建筑规划选址中应充分利用当地的自然地理优势,根据当地的气候特点,合理地安排建筑与周围环境因素之间的关系。在建筑平面的布局时,要充分考虑当地农民的生活习惯,合理地安排建筑物功能分区。 1.2.1建筑选址应避免在山谷、沟底等区域,这主要考虑冬季气流在这些区域里形成对建筑物的“霜洞”效应,会使其能耗增加。建筑朝向应根据当地的地理条件和气候条件,选择最有利的自然采光和通风的区域,注意冬季防风和夏季有效利用自然通风,减少能耗。 1.2.2建筑类型上应多采用两户或多户并联的布置形式,减少建筑体系系数,有利于降低建筑能耗。 1.2.3根据当地农民生活习惯,将居住建筑和农副业生产用房进行合理的划分。例如将卧室、大堂宜布置在南向,饲养室、农副产品加工室宜布置在北向。 1.2.4规划中应注重绿化环境。绿化可以改善建筑群体的气候条件,可以调节气温、降低温室效应、隔热遮阳、减少噪声,是优化建筑室内环境、减少建筑能耗的有效措施。 1.3建筑围护结构节能设计 1.3.1外墙 外墙散失的热量约占整个围护结构总能耗的25~28%,因此应在寒冷地区的北方农村建筑外墙设计中应采用外墙外保温。依据当地已有的原材料,合理选择建筑外墙材料,推广使用空心砖或混凝土空心小砌块等节能砖。同时在建造时灵活选取构造措施,利用农村地区容易获得的材料(稻壳,麦秸等)作为外墙保温材料,使外墙获得良好的隔热效果。 1.3.2屋面与地面 北方地区农村建筑屋面散热量占总散热量的15%左右,地面约为6%。在屋面建造时应采用坡屋顶,设置架空层或平屋顶,设置吊顶层。选用导热系数小,吸水率低,易于就地取材的保温材料。重视地面保温,在地面垫层下铺设廉价的炉渣等其他保温材料,并注意地面防潮设计,减少地面散热量。 1.3.3门与外窗 长期以来,北方农村建筑的门窗建造较为简陋,大部分为单层,而且密封性较差。外窗的热损失量,约占整个房屋的30%。为了减少外窗的热损失,在满足自然通风和采光的要求下,减少窗墙比,应采用双层窗或单框双玻璃窗,增强其密封性,以此来提高窗的总热阻。外门应采用双层,若采用单层应作保温处理,提高外门的隔热性能。尺寸较大的门窗应在室内加装门窗帘,也有利于减少门窗的热损失。 2能源的综合开发与应用 2.1太阳能开发与应用 北方农村地区有着丰富的太阳能资源,建造太阳能综合利用建筑,在屋顶放置太阳能利用设备可提供生活热水、采暖系统以及照明等综合应用。特别是近年来太阳能低温地板辐射采暖系统的应用,适合应用在无集中供暖的农村建筑。在过渡季节,利用太阳能热水还可以强化自然通风。 2.2沼气开发与应用 沼气是一种清洁的可再生能源。在北方广大农村地区各种农作物的秸秆,牲畜的粪便等都可以作为产生沼气的原料。沼气不仅用来解决农村燃料缺乏问题,也可以应用沼气进行采暖和照明等综合利用。另外沼液和沼渣可以作为有机肥料,施在农田和果园里。沼气建设与种养殖业结合,通过资源的优化配置,延伸了经济链,使能源得到有效的循环利用。目前我国农村大多采用单户的沼气建设,受技术条件的限制经常沼气产量不足,而且安全性较差。建议采用多户集中建造高效的沼气设施,集中管理,有效利用资源,这样能使沼气设施能源利用率高,便于为广大农民提供高效、洁净、安全的沼气能源。2.3其他能源的开发与应用 我国有着丰富的浅层地热能源,在北方农村地区可以开发利用当地的地热资源,为集中规划建造的村镇建筑群提供热源,宜于集中热水供应和采暖设施建造,从而节约燃料的使用。在北方农村的一些地区风能资源也较为丰富,利用其建造风力发电,供应日常的生活和照明用电,既方便又廉价,节约用电。 3农村建筑节能管理 农村建筑的节能不仅仅是在体现在节能设计,节能管理也是很重要的一方面。建立健全建筑节能管理机制,是落实建筑节能规划设计的前提。首先,在新建农村建筑时应注重改变观念,统一规划建设,进行初期的建筑项目可行性论证报告以及综合利用能源的可行性方案设计。要按照节能设计和规范进行建造,加强节能设计,充分利用当地易于取得的廉价又节能的建筑材料。其次,在建筑建成后注重农民节能意识培养,统一管理一些集中的公用能源设施,例如集中的沼气设施或采暖系统。 4结束语 目前,在我国北方农村地区由于经济条件的制约,多数农村建筑未能使用节能设计,这就需要国家和当地政府提供政策和经济支持,开发出适合在农村地区的廉价节能的建筑材料和能源利用设备,树立可持续发展观念,建立农村建筑规划管理体系,在农村地区大力推广节能建筑,为广大农民创造一个健康、舒适的居住环境。 建筑节能设计论文:建筑节能设计分析论文 早在20世纪70年代,建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的中心是减少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同时,建筑节能需以不影响人们感觉舒适度为前提,即室温冬季不低于18摄氏度,夏季不高于26摄氏度。时隔30年,2004年,围绕着石油与能源问题的“大事件”再次集中发生,而我国的能源问题更是显露无遗:石油消耗量仅次于美国、燃煤紧张、拉闸限电、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上调成品油价格…… 本文将在总结国际与国内能源现状的基础上,分析建筑节能的必要性与紧迫性,同时通过调研目前国内建筑节能设计实例,评判建筑节能设计的经济效益,希望能够使社会各界意识到,建筑节能不单是发达国家的问题,我国正面临一场真正的能源危机,建筑节能迫在眉睫。 一、国际能源危机加剧 1、能源储量减少,石油仅供开采41年 目前,石油、煤炭、天然气这三种传统能源占能源消费约90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源统计年鉴的最新数据显示,世界石油总储量为1.15万亿桶,仅供生产41年;全球天然气储量为176万亿立方米,仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明,全球煤炭埋藏量10316亿吨,可开采231年;核反应原料铀已探明储量436万吨,可供72年使用(海水中的铀可供使用1万年,利用钚为燃料的增值核反应堆可使用100万年);利用热核反应,海水中的锂能源可开采年限为1600万年。可见,全世界最为依赖的能源——石油与天然气,在21世纪的前半,就将日趋枯竭。科学家们预计2040年石油消费将达到最高峰,2100年石油消费将减少到不足能源消费总量的5%%.而从2050年开始,核能、生物能、水利地热、风力、太阳能的比率大大上升,达到总能源消费的1/3,热核能源将达到总能源消费的1/4. 因此,在世界能源供给结构转轨的大趋势下,不考虑建筑节能而建造的房屋,终有一日会因为没有能源可用,终被社会淘汰。呼吁建筑节能,很重要的一点就在于减少使用石油、天然气等不可再生资源,通过科学合理的建筑节能措施,采用可再生新能源,使建筑可持续发展。 2、能源需求不断增加,价格无法下降 根据美国能源部能源资讯署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消费形势如下: 全球能源总消费量将增加60%,其中亚洲及南美州发展我国家将增长1倍(每年增长4%,相比发达国家每年增长1.3%)。 石油:石油预计增长59%(年增长率为2.2%)。此外,石油将维持占全球能源总消费量40%以上的比例。 天然气:争议较小的天然气将是需求增长最快的能源,预计增长一倍。天然气占全球能源消费量比重也将由23%升至28%. 煤:由于空气污染及二氧化碳排放等问题,煤炭占全球能源总消费量的比重将由22%降至20%. 核能:在政治问题影响下,全球核能发展情势尚难确定,但保守估计全球核能消费量将比现在略为增长。 可再生能源(包含大水力):预估将增长53%.但由于现阶段数量过少、成本高、能源密集度低且供应不稳定,所以占全球能源总消费量的比重将由9%下降到8%.不过预计更远的未来,随着技术的进步,比重将上升较快。 以上预测在2004年阿拉伯石油输出国的12月月报中已经得到体现,它指出截止到2020年,世界石油需求量将以年平均1.7%至2%的速度增长,日需求量逐渐从目前的8200万桶到近1.07亿桶。 可见,由于核能与可再生能源的替代性迟迟无法实现,石油、天然气的需求量仍会不断增加,但能源储量是有限的,这种供需关系导致了石油、天然气等能源价格不会下降。 同时,恐怖活动增加了石油以天然气运输风险及成本。自美国发生“9.11”恐怖攻击事件后,全球恐怖活动升温,而保护措施较为不足的石油及天然气供应等能源基础设施成为恐怖分子攻击目标的可能性提高。例如2001年10月斯里兰卡一艘油轮遭受其境内恐怖组织攻击;2002年10月法国油轮在叶门遭受不明恐怖分子攻击;……各国为了预防恐怖攻击,正大兴土木加强能源设施的保护工作,而随着防范设施、人力及保险费用的增加,能源使用价格也面临逐渐上涨的压力。 面临能源价格,尤其是天然气价格逐步上涨,居高不下,很多高耗能建筑开始出现因承担不起昂贵的能源维持费用而被迫停用,或者售价、租金一降再降的现象。因此,建筑尤其是高层住宅与办公楼、大型共建正面临着一场新的革命,建筑节能节能势在必行。 3、美国企图掌控全球石油供给,强力遏制我国、欧洲的发展 许多石油生产地区,尤其是中东地区,由于拥有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及军事的动乱。在近期较大规模的战争有1980年两伊战争、1990年波斯湾战争、1994年俄国出兵车臣、2001年阿富汗战争和2004年的美伊战争,而其他小型区域冲突也非常多,都是围绕着石油资源而展开的。每次争夺石油资源引发的动荡,使众多石油进口国家经济发展及能源安全受到威胁,牵动整个世界的经济。从这个意义上说,哪个国家能掌握全球的石油、天然气能源,就如同握紧全球经济命脉。 因此,美国攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不仅是要赚回为之付出的巨额战争费用,还要建立起有利于美国的世界石油市场“新秩序”:一来拉低美元汇率、弥补贸易逆差、打压欧元;二来美国可以时时掌控我国、俄罗斯、印度等国家石油进口价格与能源供给量,遏制这些国家的经济腾飞。 面临美国今后可能采取的能源阻扰政策,我国除了争取更多的与石油出口国的贸易协议外,能源节约是最关键的一步。 二、我国所面临的能源挑战 1、人均储量少,先天不足,但能耗效率却低。 我国能源总量丰富,但人均能源可采储量远低于世界平均水平。2000年人均石油可采储量只有2.6吨,人均天然气可采储量1074立方米,人均煤炭可采储量90吨,分别为世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最终可采储量居世界第41位。因此,一旦平均到个人消费量,我国能源并非地大物博,实际上存在先天不足的弱势。 从能源利用效率来看,目前国内能耗高,能源效率低。2001年,我国终端能源用户能源消费的支出为1.25万亿元,占GDP总量的比例为13%,而美国仅为7%.同时,我国单位产品的能耗水平较高,目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%,而这8个行业的能源消费占工业部门能源消费总量的73%.这造成了很大社会能源浪费。 2、我国成为能源消耗大国,进口依赖度提高。 2003年我国已经成为世界上仅次于美国的第二大石油消费国。全年原油消费量达到2.5亿吨以上。其中全国原油产量约1.69亿吨,进口原油8900万吨,分别占世界石油需求增长总量的41%、32%,约每天60万桶和260桶。 2004年原油消费需求量仍以10%以上的增速增长,约达到2.75亿吨,进口原油数量超过1亿吨。同时,煤炭消耗量占世界总量的40%以上,天然气供暖需求量也一直在增长。预计到2020年,我国石油需求量为4.5亿吨,年均递增12%;天然气在一次能源消费中,所占比例将由目前的2.7%增长到10%以上;我国对海外能源的依赖程度将达到55%以上。 可见,我国能源消耗需求旺盛的同时,进口依赖度提高,这使得国内经济受中东动乱及石油危机冲击的概率上升,危及我国能源供应安全,存在较大风险。 3、能源成为我国经济命脉所在,威胁国家稳定安全 2004年全国电荒、煤荒集中爆发。上半年,27个省份全面告急,国家线网被迫拉闸电线80多万次。下半年,今年北方供暖的城市无一例外都面临能源紧张的考验。以吉林省为例,往年到9月底供热企业储煤应达年用煤总量的80%,而今年供热用煤的储量不足40%;长春市每年锅炉供热用煤为306万吨,截至10月底只有总量的40%入库;在吉林市,每年锅炉供热用煤为46.5万吨,今年到10月底也才入库42%;吉林省其他城市同样存在紧缺情况。就连首都北京也难逃厄运。预计北京冬季煤炭需求为1460万吨。受全国煤炭资源紧、运输难、价格高等因素影响,北京市电煤库存一直在警戒线以下运行,到10月底锅炉及民用燃煤库储煤率不足45%.而为防止大气污染,北京城区的燃煤锅炉大多变为燃气或燃油。随着石油价格的上调,北京冬季供暖承受着巨大的压力,2005年3月,北京油价再次上调,93号汽油每升上涨了0.26元。 能源的供给直接影响到人民生活与国民生产。一次拉闸对平常老百姓无关大要,但对于长期依赖电力生产的工厂、企业来说,损失可能是上百上千万;而全国27个省份同时出现问题,这种经济损失就根本无从计算,直接关系到国家经济命脉。而冬季供暖的短缺,导致很多底保户和困难企业失去基本生存条件,威胁到国家稳定安全。 三、建筑节能要求十分紧迫 1、建筑能耗约占社会总能耗的1/3 我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断,国家建设部科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。 2、高耗能建筑比例大,加剧能源危机 直到2002年末,我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。目前,我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑,总量庞大,潜伏巨大能源危机。正如建设部有关负责人指出,仅到2000年末,我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6%,而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%.因高耗能建筑比例大,单北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨,直接经济损失达70亿元,多排二氧化碳52万吨。如果任由这种状况继续发展,到2020年,我国建筑耗能将达到1089亿吨标准;到2020年,空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力,这将会是一个十分惊人的数量。 据分析,我国目前处于建设鼎旺期,每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速,预计到2020年,全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。因此,如果现在不开始注重建筑节能设计,将直接加剧能源危机。 3、我国建筑节能状况落后,亟待改善 在70年代能源危机后,发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术,而我国却忽视了这一方面的问题。时至今日,我国建筑节能水平远远落后于发达国家。举例说明,国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.5至4.5倍,外窗为2至3倍,屋面为3至6倍,门窗的空气渗透为3至6倍。现在,欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6升油,大约相当于每平方米8.57公斤标准煤,而在我国,达到节能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要达到12.5公斤,约为欧洲国家的1.5倍。例如与北京气候条件大体上接近的德国,1984年以前建筑采暖能耗标准和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤标准煤,但到了2001年,德国的这一数字却降低至每平方米3.7至8.6公斤标准煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京却一直是22.45. 因此,与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比,我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上,与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言,全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成,我国却没有那样强有力的能源后盾支持,在这样的国情下,建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。 建筑节能设计论文:建筑节能设计研究论文 早在20世纪70年代,建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的中心是减少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同时,建筑节能需以不影响人们感觉舒适度为前提,即室温冬季不低于18摄氏度,夏季不高于26摄氏度。时隔30年,2004年,围绕着石油与能源问题的“大事件”再次集中发生,而我国的能源问题更是显露无遗:石油消耗量仅次于美国、燃煤紧张、拉闸限电、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上调成品油价格…… 本文将在总结国际与国内能源现状的基础上,分析建筑节能的必要性与紧迫性,同时通过调研目前国内建筑节能设计实例,评判建筑节能设计的经济效益,希望能够使社会各界意识到,建筑节能不单是发达国家的问题,我国正面临一场真正的能源危机,建筑节能迫在眉睫。 一、国际能源危机加剧 1、能源储量减少,石油仅供开采41年 目前,石油、煤炭、天然气这三种传统能源占能源消费约90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源统计年鉴的最新数据显示,世界石油总储量为1.15万亿桶,仅供生产41年;全球天然气储量为176万亿立方米,仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明,全球煤炭埋藏量10316亿吨,可开采231年;核反应原料铀已探明储量436万吨,可供72年使用(海水中的铀可供使用1万年,利用钚为燃料的增值核反应堆可使用100万年);利用热核反应,海水中的锂能源可开采年限为1600万年。可见,全世界最为依赖的能源——石油与天然气,在21世纪的前半,就将日趋枯竭。科学家们预计2040年石油消费将达到最高峰,2100年石油消费将减少到不足能源消费总量的5%%.而从2050年开始,核能、生物能、水利地热、风力、太阳能的比率大大上升,达到总能源消费的1/3,热核能源将达到总能源消费的1/4. 因此,在世界能源供给结构转轨的大趋势下,不考虑建筑节能而建造的房屋,终有一日会因为没有能源可用,终被社会淘汰。呼吁建筑节能,很重要的一点就在于减少使用石油、天然气等不可再生资源,通过科学合理的建筑节能措施,采用可再生新能源,使建筑可持续发展。 2、能源需求不断增加,价格无法下降 根据美国能源部能源资讯署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消费形势如下: 全球能源总消费量将增加60%,其中亚洲及南美州发展我国家将增长1倍(每年增长4%,相比发达国家每年增长1.3%)。 石油:石油预计增长59%(年增长率为2.2%)。此外,石油将维持占全球能源总消费量40%以上的比例。 天然气:争议较小的天然气将是需求增长最快的能源,预计增长一倍。天然气占全球能源消费量比重也将由23%升至28%. 煤:由于空气污染及二氧化碳排放等问题,煤炭占全球能源总消费量的比重将由22%降至20%. 核能:在政治问题影响下,全球核能发展情势尚难确定,但保守估计全球核能消费量将比现在略为增长。 可再生能源(包含大水力):预估将增长53%.但由于现阶段数量过少、成本高、能源密集度低且供应不稳定,所以占全球能源总消费量的比重将由9%下降到8%.不过预计更远的未来,随着技术的进步,比重将上升较快。 以上预测在2004年阿拉伯石油输出国的12月月报中已经得到体现,它指出截止到2020年,世界石油需求量将以年平均1.7%至2%的速度增长,日需求量逐渐从目前的8200万桶到近1.07亿桶。 可见,由于核能与可再生能源的替代性迟迟无法实现,石油、天然气的需求量仍会不断增加,但能源储量是有限的,这种供需关系导致了石油、天然气等能源价格不会下降。 同时,恐怖活动增加了石油以天然气运输风险及成本。自美国发生“9.11”恐怖攻击事件后,全球恐怖活动升温,而保护措施较为不足的石油及天然气供应等能源基础设施成为恐怖分子攻击目标的可能性提高。例如2001年10月斯里兰卡一艘油轮遭受其境内恐怖组织攻击;2002年10月法国油轮在叶门遭受不明恐怖分子攻击;……各国为了预防恐怖攻击,正大兴土木加强能源设施的保护工作,而随着防范设施、人力及保险费用的增加,能源使用价格也面临逐渐上涨的压力。 面临能源价格,尤其是天然气价格逐步上涨,居高不下,很多高耗能建筑开始出现因承担不起昂贵的能源维持费用而被迫停用,或者售价、租金一降再降的现象。因此,建筑尤其是高层住宅与办公楼、大型共建正面临着一场新的革命,建筑节能节能势在必行。 3、美国企图掌控全球石油供给,强力遏制我国、欧洲的发展 许多石油生产地区,尤其是中东地区,由于拥有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及军事的动乱。在近期较大规模的战争有1980年两伊战争、1990年波斯湾战争、1994年俄国出兵车臣、2001年阿富汗战争和2004年的美伊战争,而其他小型区域冲突也非常多,都是围绕着石油资源而展开的。每次争夺石油资源引发的动荡,使众多石油进口国家经济发展及能源安全受到威胁,牵动整个世界的经济。从这个意义上说,哪个国家能掌握全球的石油、天然气能源,就如同握紧全球经济命脉。 因此,美国攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不仅是要赚回为之付出的巨额战争费用,还要建立起有利于美国的世界石油市场“新秩序”:一来拉低美元汇率、弥补贸易逆差、打压欧元;二来美国可以时时掌控我国、俄罗斯、印度等国家石油进口价格与能源供给量,遏制这些国家的经济腾飞。 面临美国今后可能采取的能源阻扰政策,我国除了争取更多的与石油出口国的贸易协议外,能源节约是最关键的一步。 二、我国所面临的能源挑战 1、人均储量少,先天不足,但能耗效率却低。 我国能源总量丰富,但人均能源可采储量远低于世界平均水平。2000年人均石油可采储量只有2.6吨,人均天然气可采储量1074立方米,人均煤炭可采储量90吨,分别为世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最终可采储量居世界第41位。因此,一旦平均到个人消费量,我国能源并非地大物博,实际上存在先天不足的弱势。 从能源利用效率来看,目前国内能耗高,能源效率低。2001年,我国终端能源用户能源消费的支出为1.25万亿元,占GDP总量的比例为13%,而美国仅为7%.同时,我国单位产品的能耗水平较高,目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%,而这8个行业的能源消费占工业部门能源消费总量的73%.这造成了很大社会能源浪费。 2、我国成为能源消耗大国,进口依赖度提高。 2003年我国已经成为世界上仅次于美国的第二大石油消费国。全年原油消费量达到2.5亿吨以上。其中全国原油产量约1.69亿吨,进口原油8900万吨,分别占世界石油需求增长总量的41%、32%,约每天60万桶和260桶。 2004年原油消费需求量仍以10%以上的增速增长,约达到2.75亿吨,进口原油数量超过1亿吨。同时,煤炭消耗量占世界总量的40%以上,天然气供暖需求量也一直在增长。预计到2020年,我国石油需求量为4.5亿吨,年均递增12%;天然气在一次能源消费中,所占比例将由目前的2.7%增长到10%以上;我国对海外能源的依赖程度将达到55%以上。 可见,我国能源消耗需求旺盛的同时,进口依赖度提高,这使得国内经济受中东动乱及石油危机冲击的概率上升,危及我国能源供应安全,存在较大风险。 3、能源成为我国经济命脉所在,威胁国家稳定安全 2004年全国电荒、煤荒集中爆发。上半年,27个省份全面告急,国家线网被迫拉闸电线80多万次。下半年,今年北方供暖的城市无一例外都面临能源紧张的考验。以吉林省为例,往年到9月底供热企业储煤应达年用煤总量的80%,而今年供热用煤的储量不足40%;长春市每年锅炉供热用煤为306万吨,截至10月底只有总量的40%入库;在吉林市,每年锅炉供热用煤为46.5万吨,今年到10月底也才入库42%;吉林省其他城市同样存在紧缺情况。就连首都北京也难逃厄运。预计北京冬季煤炭需求为1460万吨。受全国煤炭资源紧、运输难、价格高等因素影响,北京市电煤库存一直在警戒线以下运行,到10月底锅炉及民用燃煤库储煤率不足45%.而为防止大气污染,北京城区的燃煤锅炉大多变为燃气或燃油。随着石油价格的上调,北京冬季供暖承受着巨大的压力,2005年3月,北京油价再次上调,93号汽油每升上涨了0.26元。 能源的供给直接影响到人民生活与国民生产。一次拉闸对平常老百姓无关大要,但对于长期依赖电力生产的工厂、企业来说,损失可能是上百上千万;而全国27个省份同时出现问题,这种经济损失就根本无从计算,直接关系到国家经济命脉。而冬季供暖的短缺,导致很多底保户和困难企业失去基本生存条件,威胁到国家稳定安全。 三、建筑节能要求十分紧迫 1、建筑能耗约占社会总能耗的1/3 我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断,国家建设部科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。 2、高耗能建筑比例大,加剧能源危机 直到2002年末,我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。目前,我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑,总量庞大,潜伏巨大能源危机。正如建设部有关负责人指出,仅到2000年末,我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6%,而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%.因高耗能建筑比例大,单北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨,直接经济损失达70亿元,多排二氧化碳52万吨。如果任由这种状况继续发展,到2020年,我国建筑耗能将达到1089亿吨标准;到2020年,空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力,这将会是一个十分惊人的数量。 据分析,我国目前处于建设鼎旺期,每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速,预计到2020年,全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。因此,如果现在不开始注重建筑节能设计,将直接加剧能源危机。 3、我国建筑节能状况落后,亟待改善 在70年代能源危机后,发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术,而我国却忽视了这一方面的问题。时至今日,我国建筑节能水平远远落后于发达国家。举例说明,国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.5至4.5倍,外窗为2至3倍,屋面为3至6倍,门窗的空气渗透为3至6倍。现在,欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6升油,大约相当于每平方米8.57公斤标准煤,而在我国,达到节能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要达到12.5公斤,约为欧洲国家的1.5倍。例如与北京气候条件大体上接近的德国,1984年以前建筑采暖能耗标准和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤标准煤,但到了2001年,德国的这一数字却降低至每平方米3.7至8.6公斤标准煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京却一直是22.45. 因此,与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比,我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上,与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言,全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成,我国却没有那样强有力的能源后盾支持,在这样的国情下,建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。 建筑节能设计论文:建筑节能设计存在问题研究论文 摘要:我国正大力倡导可持续发展的发展原则,节能型建筑已成为今后城市建设的发展方向。但从建筑节能设计的实际情况分析,仍存在一些容易被忽视的问题有待进一步深化认识。它们涉及到建筑规划、建筑通风、建筑外遮阳和建筑热桥四个方面,本文就此进行探讨,以加深共识、完善设计。 关键词:建筑节能;规划节能;单体通风;外遮阳;热桥 目前,我国正积极倡导节约能源,可持续发展。建设节能型建筑已被建设部纳入今后城市建设的重点发展方向,相关的指引、标准和法规也相继出台,建筑节能设计已成为今后建筑设计的重要组成部分。纵观当前的设计市场,结合自身以往设计的经验教训,笔者认为有一些问题与建筑节能有密切关系,但又容易在设计中被忽视。它们涉及到建筑规划、建筑通风、建筑外遮阳和建筑热桥四个方面,对这些问题进行深入探讨有着重要的现实意义,因此本文将就这四个方面逐一进行论述: 1规划与节能设计 在以往的规划设计中,设计人考虑的往往是容积率、日照间距、空间形态、以及建筑与周边环境协调等问题,而很少从节能的角度来指导设计,节能设计只有在单体方案设计阶段才有所重视,从而产生了许多单体设计难以解决的问题。所以,提倡建筑节能首先应该重视规划节能。规划节能是指在规划设计当中充分考虑建筑与外部环境的关系,以节能作为指导规划设计的主要原则,充分利用自然资源,实现从总体上为建筑节能创造先决条件的设计方法。其中,规划节能对于居住建筑尤为重要。 影响居住区气候环境及建筑舒适性的最主要的两个因素是太阳辐射和空气流动(即风流)。因此,通过降低太阳辐射、增强建筑的自然通风效果是规划节能的主要方向。由此,建筑朝向、建筑间距以及建筑的相互组合关系将是规划节能设计的重点。首先,建筑的主要朝向应迎合当地夏季的主导风向(我国大部分地区以南北向或接近南北向布局为宜),利于自然通风,提高居住的舒适度。同时,南北朝向的建筑物在夏季所受到的太阳辐射也相对东西朝向建筑要少很多,可以节省夏季空调的用量;而在冬季时,建筑受到太阳辐射的情况刚好与夏季相反,从而节约了建筑保温所需的能耗。第二,居住建筑的间距应在满足当地规划部门的日照间距要求上适当加大。增加建筑物的间距有利于居住区内的空气流动——风量增大、风速提高,从而使建筑物与空气的热交换增加,有效降低建筑物的温度,从而降低建筑能耗。这需要规划师在节约土地与合理的建筑间距之间找到最佳的平衡点,优化节能设计。第三,居住建筑群的组合应充分考虑整体的节能效果,以有利于居住区内的自然通风。具体应注意以下几点:①居住区规划应确保“风道”的畅通,建筑群的入风口和出风口应结合主导风合理设置,使空气流通。②按照夏季盛行风向作为建筑的主要朝向,排列建筑物应遵循南小北大、南低北高的原则(见图1),确保居住区内建筑对自然风的共享性,同时也使北面高大的建筑成为人工的风障,这样的建筑群体在夏季能迎合南风、引导空气穿越,冬季又能阻挡寒冷北风的侵袭,较好地适应气候的变化[1]。③减少采用封闭式建筑组合,平面组合成“U”型的居住建筑组团,开口应尽可能朝向夏季主导风向,保证“U”型内部建筑的空气流通。④在规划阶段充分利用计算机进行三维模型的日照模拟运算,在满足采光、日照、防火等要求下,利用建筑物的自遮挡和建筑群间的相互遮挡,减少太阳辐射对居住建筑的影响。 2建筑单体的通风与节能设计 建筑市场中,住宅开发商为了达到土地最大利用率的目的,往往要求建筑师按容积率的最高值进行设计,甚至超值设计,这样导致许多新建住宅多为一梯六户、一梯八户,甚至一梯十户以上都有。这种住宅单体平面在实际使用中通风将十分不利,特别是在夏季,室内积聚的热量难以散失,必须采用人工通风或空调降温,大大增加了建筑使用的能耗。而且目前的许多住宅设计,建筑立面窗户的设计主要是从立面造型方面考虑——采光面积大,可开启窗户面积小,这样的设计不但对隔热不好,对通风就更加不利。这都是因为忽视建筑单体的通风设计所造成的。所以,一定要做好建筑单体的通风设计,而且要从平面和剖面两方面考虑。 平面的通风设计应注重以下几个问题:第一,平面设计尽可能按有利于空气的贯穿进行考虑。建筑的进深应有效控制,避免建筑体型过于臃肿。房间的门窗位置应合理安排,窗户的朝向应有利于形成穿堂风,从而增加房间内的空气流动,利于室内换气。第二,从通风的角度来讲,窗户可通风面积的大小是决定室内风速的关键,但前提是必须要保证进风口和出风口的同时存在,才能由于正负风压的作用而形成空气的流动。研究表明,空气流动的平均速度取决于较小尺寸的开口。因此,单方面增大进风口或出风口面积,并不能对室内气流平均速度有太大影响,而为了增强室内穿堂风的效果,必须同时增大进风口和出风口。这样也有利于室内保持较为稳定的风速和均匀的流场,提高人体舒适度。第三,窗户的开启形式对通风面积和气流的流场均产生较大的影响。如推拉窗与平开窗比较(相同窗户面积),平开窗的最大通风面积是推拉窗的两倍,通风效果明显优胜。上悬窗与平开窗对比,两者的最大通风面积相同,但由于两窗的窗叶开启形式不同,所引导空气产生不同的流场,造成的通风效果也明显不同。因此,从通风的角度考虑,对于有利于建筑通风的窗户应尽可能采用提高通风面积的形式,窗户开启的角度和位置要慎重考虑,科学设计,将室内空气主流场控制在房间剖面的主要使用高度。第四,当建筑内部不具备形成穿堂风的情况下,有必要通过导风板的设计尽可能增加形成空气流通的条件。如一个房间只能单侧墙开窗时,可考虑在此墙上相距一定距离开设两个窗户,两窗之间设置垂直挡风板(见图2)。当主导风在水平方向上与该挡风板夹角较大时(60o~90o),在挡板的两侧就会形成明显正负风压区,气流就会从第一个迎风窗进入而从另一窗户流出,实现单侧开窗的通风[2]。因此,此做法较为适合在房间朝向与当地主导风向夹角较大时采用。除了平面设计时应对通风重点考虑之外,建筑剖面的通风设计其实也十分重要,一般应注意以下两点:其一,进出风口的高低决定了室内空气流动的方向,对人体的舒适度影响较大。因此,一般应结合房间的实际使用功能设计剖面的通风高度。如办公室,通风高度应设在人坐姿的头部位置;住宅内的通风高度控制可按不同功能要求确定,起居室、书房、餐厅应以坐姿为参考,厨房应以站姿为参考,卧室可以卧姿为参考。窗台的高度应按实际通风要求进行相应调整,才能获得较为理想的通风效果。其二,运用文丘里管原理,在建筑物剖面的上部设置出风口,使平面面积较大的建筑物也有良好的通风效果。具体做法可在大进深的建筑物中部设置若干贯通的垂直空间,此空间应高于建筑物屋面,并设置相应数量的出风口,由于太阳辐射的加热作用使该空间形成烟囱效应,促进气流上升,实现热压通风散热,这就是所谓的“太阳能烟囱”。建筑内部设置了“太阳能烟囱”,可实现无风状态的自然通风,室内温度得到了有效的降低,换气次数得到了明显的增加[3],在节能方面有很好的成效(见图3)。该技术已被日本的文教建筑广泛采用,在我国积极倡导节能的大形势下,很值得我们借鉴。 3建筑外遮阳的运用与节能设计 随着节能技术的推广,业界对建筑外遮阳也越来越重视。建筑外遮阳能有效地阻隔部分太阳光直接照射到建筑物的结构,特别是防止太阳辐射穿过窗户直接进入室内,从而有效降低室内温度,达到节能的最终目标。在实际设计中,设计师经常会为了达到造型效果而刻意增加立面上的装饰构板,这些构件由于并非从遮阳方面考虑,所以形式作用大于实际功能。这并不符合设计的经济原则和节能原则。所以笔者认为,建筑立面设计应与建筑外遮阳设计相结合,并注意三方面的问题:一是要明确各种外遮阳的适用性。建筑外遮阳的设置与太阳的位置、建筑物的朝向都有着密切的关系。在窗户遮阳方面,实践证明:水平遮阳能遮挡高度角较大、从上方入射的太阳光,适用于南向的窗户;垂直遮阳能遮挡高度角较小、从侧面斜入射的太阳光,适用于东北向、西北向和正北向的窗户;综合遮阳(或称栅格遮阳)则综合了水平与垂直遮阳的优点,适用于东南向、西南向和正南向的窗户。此外,挡板式遮阳、帘式遮阳、百叶遮阳等方式对于窗户遮阳都有非常好的效果,但对建筑采光则有一定的影响。而对于建筑墙体和屋面的遮阳,目前较为有效的方法是通过栅格遮阳和绿化遮阳。随着社会经济水平的不断提高,建筑遮阳技术已越来越趋向智能化、自动化、高效化。二是要从构件的设计上合理处理好遮阳与隔热的问题。传统的实体构件——水平、垂直和综合遮阳与墙体相连,其吸收的热量会直接传递给外墙,而且容易构成半开放式空间,遮阳构件受太阳辐射后温度上升,其一部分热量通过表面传热由空气带走并向上传递,但由于其它遮阳构件的阻挡,反而容易产生积聚现象,在风的作用下通过窗户导入建筑室内,从而不利于隔热(见图4)。解决的方法是——在水平遮阳构件的选择上采用通透性的构件,如金属百叶、混凝土栅格板等,使上升的热空气能有效地散失,减少对室内的影响。目前较为先进的双层玻璃幕墙系统中,为了利于热空气的上升,其两层玻璃幕墙间的空气夹层往往是一个可连续的整体,即垂直方向上的间隔均为通透的金属构件,确保热空气能上升并带走热量。因此,在遮阳构件的选择上要细致研究,不断更新设计。三是要合理设置遮阳板,避免影响室内空气的流动速度。因为遮阳板的存在会对建筑物周围的风压产生影响,当其角度与风向不一致时,风速将会大大降低。实践证明,由于设置了遮阳板,室内风速会减弱22%~47%。而且,遮阳的设置方式也会对气流产生不同的影响。如实体水平遮阳板直接连接在窗顶,气流进入室内后会上升,不利于房间中下部的通风。若在实体板与墙体间增加空隙,或在遮阳板上部的墙体流出通风口,又或将遮阳板设在高于窗顶一段距离的位置,都能使得气流的方向得到有效的调节,使房间中部和下部均得到良好的通风,提高室内环境的舒适性。而对于垂直遮阳来说,由于风向是经常变化的,所以固定的垂直遮阳板应顺应所在地夏季的主导风来设置相应的角度,而更好的方法是采用可调节的垂直遮阳板,使建筑最大限度地适应气候的变化。目前较为先进的智能建筑,其外遮阳构件都是根据太阳辐射、风向等气候因素变化由电脑控制自动调节,具有相当高的气候适应能力。 4热桥问题与节能设计 建筑围护结构对建筑保温起到决定性的作用,但其中的热桥问题往往是人们所最容易忽略的。当代建筑由于追求造型的变化,立面上的凹凸进退增多,突出墙体、屋面的构件也越来越多,外飘窗得到了广泛的使用,这些设计手法丰富了建筑造型,却无形中增加了热桥的产生,对建筑节能带来不利的影响。产生热桥的原因主要有两个:一是因为该部位的传热系数比相邻部位的传热系数大得多,热阻小,保温性能较差;二是因为该部位的受热面积远小于其散热面积,从而失热过多,内表面温度较低。围护结构中钢筋混凝土梁、柱、板的相互交接处,外墙与外墙、内墙、以及窗户的连接处,保温门窗中的金属门框,以及突出屋面的女儿墙、排气孔与屋面交接部位等,都是围护结构中热桥形成的主要部位[4]。在寒冷的季节,室内的热能就会通过热桥大量地流失。不妥善处理好这个问题,对于建筑节能会造成很大的影响。因此,在需要考虑冬季保温的地区,必须要做好外墙、屋面以及门窗的保温,构件自身的物理性能应满足节能标准的要求。在防止热桥产生的构造处理方法上,墙体的外保温比内保温更为有效,可避免室内外温差加大,保持较为稳定的室温和舒适度,防止保温层受潮,避免热桥的产生。实践证明,在采暖期采用相同厚度保温材料的外保温要比内保温减少约1/5的热损失,而在夏季,墙体的外保温做法还能减少太阳辐射热和室外热空气与外墙的表面换热,隔热效果也优于内保温做法[5]。对于建筑中使用较多的铝合金门窗,解决热桥的方法是改采用新型的断热桥型铝合金门窗或铝塑复合门窗,且应同时配置三玻中空玻璃或Low-E中空玻璃,这样就能保证门窗达到节能65%的要求[6]。其它的如屋面、外墙角、挑出构件与主墙体的连接位等热桥部位,应严格按照国家规范要求加强建筑局部的保温措施,防止热散失。从总体上讲,防止热桥的产生就要平衡建筑围护结构的传热,控制各组成部分的传热系数相接近,保证各部位的传热均匀。这就需要建筑师熟悉各种建筑材料的物理性能,在设计时对用材要仔细研究,合理配置,从根本上减少热桥的产生,最终达到节能的目的。 5结语 当然,建筑节能是一个复杂的系统工程,涉及方方面面的问题。上文所提及的四方面问题只是其中的一部分,它们往往不被重视甚至被忽视,这会造成许多的设计漏洞,使建筑物能耗增加。所以,笔者专门把它们选出来进行探讨,正是为了抛砖引玉,希望同行们能多加指正,集思广益,共同探讨建筑节能设计的新方法,在今后的设计中多研究、多尝试、多积累、多总结,在有限的条件下将建筑功能与艺术和技术更好地结合,使建筑设计的各个方面都能体现节能的原则,努力创造低成本、高效率的节能建筑。 建筑节能设计论文:高层建筑节能设计研究论文 【摘要】:文中叙述了高层建筑节能与气候、地理条件的关系。同时分析了建筑位置、朝向与接受太阳辐射热能的关系及高层围护结构墙体的保温、隔热存在的问题及今后发展方向。 【关键词】:高层建筑;围护结构;节能; 复合墙体节能是我国的国策,建筑节能是节能中的重中之重,应该列为我国建设工作中的重要位置。建筑能论文耗在我国整个能耗中的地位也越来越重要。1996年中国建筑年消耗3·3亿吨标准煤,占能源消耗总量的24%,到2001年已达到3·76亿吨,占总量消耗的27·6%,年增长比例千分之五;随着建筑业的高速发展和人民生活质量的改善,建筑能耗占全社会总能耗的比例还会继续增长。据有关数据显示,我国当前的房屋建设规模堪称世界第一。目前全国房屋数量有400亿m2左右,房屋建筑规模看来已超过所有发达国家,仅去年一年房屋竣工面积是19·7亿m2,这几年差不多都是接近这个数字。而据预测,到2010年,我国房屋总建筑面积将达到519亿m2,其中城市171亿m2。然而,截至到去年,我国节能建筑的总面积还只有2·3亿m2,在每年近20亿m2的竣工面积当中,只有五六千万平方米是节能建筑,只占3%左右,也就是说有97%属于高耗能建筑。我国的高层建筑有近七十年的历史,然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分,城市设计是一项十分复杂的工作,我国在这方面的经验不多,而且管理机制尚不健全,往往受一些因素的影响,工作不甚周密和协调,甚至失去控制,有许多的问题等待我们去解决,有待于探索和改进,所以说,今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。 高层建筑体形庞大,如容积率过高,相邻建筑互相遮挡、不通透,形成大面积阴影区,城市人居环境质量下降,市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外,近些年在某些城市建高层建筑已成风气,设计者往往贪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄,造成高能耗、低效益,影响常年使用,浪费巨大。 建筑节能包含两部分内容,一部分是加强围护结构的保温隔热能力,另一部分就是从供暖、供冷的热源、输送渠道及实现方式来节约能源。一般的房子里,30%的热量从窗户跑掉了。如果选用双层玻璃,中间再充上惰性气体,就可在一定程度上阻断热量散发。35%热量从墙体散发,如采用隔热材料,增加保温层,节能效果就很明显。智能化建筑首先要达到节能的标准和良好的居住舒适度,其次才是家具的智能化和安全保卫的智能化。实际上,智能化建筑不一定就是豪华的,但它必须是低能耗的。美国有些智能化建筑造价比普通建筑还低15%,因为它们追求合理的结构,讲究实用功能和外观的简洁,利用了可回收材料,而不追求豪华装饰。还可以充分利用地热泵技术,如冰岛等国家,建筑房子时先在地上打两个洞,通过电泵将地下水循环起来,为整座房子供热。惟一耗能的就是电泵。而在丹麦等国,由于地处海边,太阳能和风能的利用条件得天独厚,使用热泵技术时结合风能与太阳能,用风能与太阳能来带动电泵就可以做到“零能耗”。所以建筑节能不仅是建筑本身的节能,且由城市的综合环境、气候条件、总体布局;建筑物的形体变化、朝向;护结构保温、隔热的性能;门窗质量等许多综合性因素构成,因此,高层建筑的节能首先应为设计者重视。 1优化建筑位置及朝向设计高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求,阳光有着巨大辐射能量。据有关资料分析,地球每年接收的能量有60亿亿千瓦,这么大能量弃之可惜,从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器,阳光不仅对人的身体健康有着很大影响,对建筑的节能也有着十分重要意义。城市规划应注重应用日照原理,合理的确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,因此,建筑的方位与节能有着直接关系。如,在北纬40°~45°度地区,冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍,而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2·5倍,不同朝向,不同季节,建筑物所得到的太阳辐射热能量不同,热损失也不同,尤其是在冬至前后,由于太阳高度角低,房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。 2优化围护结构墙体设计(1)外墙是围护结构的主体部分,高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋,前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重,因此,围护结构属于填充材料,为了减轻荷载,达到保温、隔热要求,采用轻质高效保温材料,目前在寒冷地区常用的墙体做法有:页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多,节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更为妥些。 (2)高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板),岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年,多则上百年,材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体,笔者认为存在以下不足之处:1)抗震能力差,易松散,与结构构件结合不好,整体性能差。2)不能承受外部装修贴、挂荷载,如:贴石材,安装装饰构件等。3)不能承受有振动的凿、刨的装修,如:剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。4)墙表面易出现裂纹。除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节。据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%~13%,因此应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。(3)国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温,欧、美各国取得不少先进经验。如:美国研制的TB型保温隔热复合砌块;波兰的咬合式保温砌块,两块组合成320厚墙体,在空心砌块内填入高效保温材料,墙体传热系数K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬兰研制的一种空心砌块,空隙之间填入聚胺脂保温材料,300厚,传热系数K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。 3影响建筑节能的其他因素(1)高层建筑护墙体耗能量较大,占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一,体形系数越大耗能越多,国外的一些高层建筑造成圆塔形,比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53号办公楼都是圆型或椭圆形,我们知道,相同的面积,圆的周长最短,这样使建筑外露面积较小。因此,基于能量损耗的考虑,高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。(2)高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。在冬季,风力对建筑的热损失很大,增大冷空气的渗透量,使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当,墙体内部易产生冷凝水。因此,建筑保温材料的选用,建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。3·6恢复补偿功能将试件放入水中养护14天测其膨胀率,然后放空气中任其干燥28天。失水后的试件产生微量干缩,重新放入水中后试件恢复失去的膨胀和自应力值,经试验,第一天恢复20%~30%;第3天恢复40%~50%,14天基本全部恢复。3·7微小裂缝自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墙板由于某种原因出现微小裂缝,膨胀纤维防水剂中部分成分的AI3+和SO42-在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成针柱状钙矾石晶体。当重新接触水后继续增长,经过一段时间会发生物理和化学的结合,晶体大量填充缝隙,使裂缝愈合。 4微膨胀聚丙烯纤维混凝土的施工4·1材料①水泥:天瑞P·O42·5级。②外加剂:“神翔”缓凝高效减水剂,减水率15%,缓凝时间约6h。③膨胀纤维:凯吉凯祥KJ-LZB膨胀纤维。④细集料:鲁山产中粗河砂,细度模数2·6。⑤粗集料:郏县产碎石5~25mm,连续级配。⑥掺合料:姚孟电厂F类Ⅱ级粉煤灰,细度模数15·1,需水量比102kg/m3,烧失量1·43,含水量0·20。4·2配合比强度等级水泥水砂碎石掺合料减水剂膨胀纤维C303561807501050408·718·8C4041018068010604010·321·54·3施工注意事项(1)加强混凝土养护。不能因为掺了膨胀纤维而放松对混凝土的养护,膨胀纤维防水剂在混凝土早期养护过程中必须有充足的水分,才可以发挥作用,如早期养护保湿不当,过早曝露于干燥空气中,则其膨胀作用会停止,主体施工阶段,在楼面混凝土浇注约4h后,开始二次抹面、拉毛,随即覆盖塑料膜,终凝后覆盖毡布,浇水养护,柱子养护采用包裹塑料布,喷水养护,为了充分发挥膨胀纤维防水剂的补偿收缩作用,潮湿环境下的养护时间不少于14d。(2)适当延长混凝土搅拌时间,膨胀纤维混凝土与普通混凝土的施工工艺相差不大,但由于加入了聚丙烯纤维,为保证它们在混凝土中的均匀分散,搅拌时间比普通混凝土适当延长90s,但不宜搅拌时间过长,否则会损坏纤维。(3)重视振捣。加入膨胀纤维,并不改变混凝土的施工工艺,混凝土一定要振捣密实,不能过振或漏振,杜绝出现蜂窝、麻面。(4)加强抹面。当混凝土初凝后,终凝前进行二次抹压收光,使混凝土的面层再次达到密实,同底部结合牢固,整个抹压时间控制在混凝土终凝前完成。 5结语膨胀纤维混凝土在平顶山市行政服务综合楼工程中进行了全面施工应用,现浇板没有出现有害裂缝,混凝土浇注质量优良。在混凝土中掺入膨胀纤维,配制成膨胀聚丙烯纤维混凝土,不仅能显著提高混凝土的抗裂、抗渗性能,还能增加混凝土的抗冲击、抗弯曲、耐磨、延性、韧性、抗疲劳等性能,膨胀纤维混凝土不仅用于土建工程,还可用于市政工程的水厂、污水处理厂、道路桥梁等,应用前景非常广阔。 建筑节能设计论文:住宅建筑节能设计论文 摘要:本文分析了我国发展节能住宅建筑的意义,提出了节能建筑设计应贯彻的设计原则,并对节能设计在我国住宅建筑中的应用措施进行了简要分析。 关键词:节能住宅设计能源 一、发展节能住宅建筑的意义 在建筑领域,人类从自然界所获得物质原料的50%用来建造各类建筑及附属设施,建筑能耗在人类总能耗中所占比重约为1/4。在经历了数次能源危机以及对矿物能源资源的不可恢复性和温室效应对生存环境负面影响的认识越来越清楚之后,世界各国提出了控制矿物能源用量的增长,提高能源使用效率,开发新能源和可再生能源的目标。作为耗能大户的建筑业节能受到极大的关注。建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本趋势,也是当代建筑科学技术的一个新生长点。随着人们物质生活水平的不断改善,对住宅建筑的环境质量要求也日益提高。我国是一个经济快速增长、人口占世界20%的大国,也是能源相对匮乏的大国,已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国。目前我国每年建成房屋面积已超过所有发达国家一年建成建筑面积的总和。建筑在生产和使用过程中要消耗全球资源中能源总量的50%,产生的污染也十分惊人。所以建筑节能和保护环境是摆在人们面前的紧迫课题。 二、节能建筑设计应贯彻的设计原则 各地区的节能建筑,必须适应本地区的气候特征,既不能照搬严寒地区的建筑型式,也不能照搬夏热冬暖及海洋性气候地区的建筑型式,更不能照搬四季如春的温和气候地区的建筑型式,一般说来设计时应遵循以下原则: (1)建筑物尽量采用南北朝向布置。否则,须加强建筑围护结构的保温隔热性能而需增大建筑成本。 (2)建筑群之间和建筑物室内,夏季要有良好的自然通风,建筑群不应采用周边式布局型式。低层建筑应置于夏季主导风向的迎风面;多层建筑置于中间;高层建筑布置在最后面,否则,高层建筑的底层应局部架空并组织好建筑群间的自然通风。 (3)按相关设计标准的规定,尽量加大建筑物之间的间距,尽量减少建筑群间的硬化地面,推广植草砖地面,提高绿地率,加强由落叶乔木、常绿灌木及地面植被组成的空间立体绿化体系,以便由树冠和地面植被阻档、吸收大部分的太阳直射辐射,减小地面对建筑物的反射辐射。 (4)应控制建筑物的体形系数不超过节能设计标准的规定。即尽量减少外墙的凸凹面和架空楼板,坡屋顶宜设置结构平顶棚或降低坡度,应采用封闭式楼梯间等。当体形系数超过标准的规定时,应加强围护结构的热工性能,计算建筑物的采暖空调能耗并不得超过标准的规定。 (5)不应设置大窗户,窗户大小以满足采光要求为限。门窗玻璃应采用普通透明玻璃或淡色低辐射镀膜玻璃的中空玻璃,居住建筑和办公建筑不应采用可见光透光率低的深色镀膜玻璃或着色玻璃。还要求外门外窗具有良好的气密性、水密性、不小于30分贝的隔声性能和不小于2.5kea的抗风压性能。 (6)屋顶和外墙既要保温又要隔热,其保温隔热性能应符合建筑节能设计标准的规定,还要防止保温层渗水、内部结露和发霉。屋顶和外墙,不能采用单一的轻质材料和空心砌块材料,最适合采用厚实材料加轻质材料的复合构造做法。 (7)屋顶和外墙的外表面,宜采用浅色饰面层,不宜采用黑色、深绿、深红等深色饰面层,否则应加大屋顶和外墙保温隔热层的厚度,计算其夏季的内表面计算温度不超过36.9℃,宜低于35℃。 (8)加强分户墙和楼地面的保温性能,使其符合建筑节能设计标准的规定。居室及办公室楼地面面层的吸热指数还应符合民用建筑热工设计规范的规定。 (9)设有集中采暖、空调的节能建筑,应选用高效、低能耗的设备与系统,不得采用直接电热式采暖设备和装置,应设置分室温度控制装置。除上述9点之外,节能建筑还应具备设计规范所要求的隔声性能等适用性能、安全性能、耐久性能和环境性能。 三、节能设计在我国住宅建筑中的应用措施 (一)屋顶保温隔热的节能设计 在住宅建筑屋顶构造设计中,应使用高效保温材料、架空型保温、倒置保温等进行合理的保温和隔热设计,这样可以很好地保证在冬季低温地区、夏季高温地区给室内提供适宜的生活温度,同时为冬季的暖气用能、夏季的空调降温用能节省出大量能源。我国冬季的采暖大多数地区还在用煤,夏季的降温一般都是用电,合理的屋顶保温和隔热设计可省出大量的能耗。 (二)门、窗系统的节能设计 外门窗是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位,其面积约占建筑外维护结构面积的30%,其能耗约占建筑总能耗的2/3,其中传热损失为1/3,所以门窗是外维护结构节能的重点。在节能措施上,首先在保证日照、采光、通风、观景条件下,要尽量减少外门窗洞口的面积。其次,可采用外廊、阳台、挑檐、遮阳板、热反射窗帘等遮阳措施减少阳光直接辐射屋顶、墙、窗及透过窗户进入室内。再次,加设密闭条是提高门窗气密性的重要手段之一,提高门窗气密性。最后,在经济状况允许的条件下,可考虑使用新型保温节能门窗,能耗低的节能材料制造的新型保温节能门窗可大大提高热工性能。 (三)建筑外墙节能设计 以往以实心粘土砖为墙体材料,保温性能不能满足设计标准,按照新标准在单一材料墙体中,只有加气混凝土能满足要求,所以应发展复合墙体技术。设计中主墙体可采用混凝土空心砌块、空心砖墙体、空心砌块墙体、现浇混凝土墙体,然后加以轻质高效保温层和耐候饰面层。保温层可放在承重层外侧,特别提到的是复合结构中常采用单层或多层封闭空气间层与带反射材料的封闭空气间层,在增大热阻、满足保温的同时还可以减轻围护结构的自重。 四、结语 在建筑节能设计方面,通过以上几方面的优化设计不仅可以解决国家的能源问题,同时也可以促进建筑技术和建筑产业的发展,为合理利用资源、保护生态环境、提高人民生活水平起到一定的作用。 建筑节能设计论文:建筑节能设计论文 早在20世纪70年代,建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的中心是减少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同时,建筑节能需以不影响人们感觉舒适度为前提,即室温冬季不低于18摄氏度,夏季不高于26摄氏度。时隔30年,2004年,围绕着石油与能源问题的“大事件”再次集中发生,而我国的能源问题更是显露无遗:石油消耗量仅次于美国、燃煤紧张、拉闸限电、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上调成品油价格…… 本文将在总结国际与国内能源现状的基础上,分析建筑节能的必要性与紧迫性,同时通过调研目前国内建筑节能设计实例,评判建筑节能设计的经济效益,希望能够使社会各界意识到,建筑节能不单是发达国家的问题,我国正面临一场真正的能源危机,建筑节能迫在眉睫。 一、国际能源危机加剧 1、能源储量减少,石油仅供开采41年 目前,石油、煤炭、天然气这三种传统能源占能源消费约90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源统计年鉴的最新数据显示,世界石油总储量为1.15万亿桶,仅供生产41年;全球天然气储量为176万亿立方米,仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明,全球煤炭埋藏量10316亿吨,可开采231年;核反应原料铀已探明储量436万吨,可供72年使用(海水中的铀可供使用1万年,利用钚为燃料的增值核反应堆可使用100万年);利用热核反应,海水中的锂能源可开采年限为1600万年。可见,全世界最为依赖的能源——石油与天然气,在21世纪的前半,就将日趋枯竭。科学家们预计2040年石油消费将达到最高峰,2100年石油消费将减少到不足能源消费总量的5%%.而从2050年开始,核能、生物能、水利地热、风力、太阳能的比率大大上升,达到总能源消费的1/3,热核能源将达到总能源消费的1/4. 因此,在世界能源供给结构转轨的大趋势下,不考虑建筑节能而建造的房屋,终有一日会因为没有能源可用,终被社会淘汰。呼吁建筑节能,很重要的一点就在于减少使用石油、天然气等不可再生资源,通过科学合理的建筑节能措施,采用可再生新能源,使建筑可持续发展。 2、能源需求不断增加,价格无法下降 根据美国能源部能源资讯署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消费形势如下: 全球能源总消费量将增加60%,其中亚洲及南美州发展我国家将增长1倍(每年增长4%,相比发达国家每年增长1.3%)。 石油:石油预计增长59%(年增长率为2.2%)。此外,石油将维持占全球能源总消费量40%以上的比例。 天然气:争议较小的天然气将是需求增长最快的能源,预计增长一倍。天然气占全球能源消费量比重也将由23%升至28%. 煤:由于空气污染及二氧化碳排放等问题,煤炭占全球能源总消费量的比重将由22%降至20%. 核能:在政治问题影响下,全球核能发展情势尚难确定,但保守估计全球核能消费量将比现在略为增长。 可再生能源(包含大水力):预估将增长53%.但由于现阶段数量过少、成本高、能源密集度低且供应不稳定,所以占全球能源总消费量的比重将由9%下降到8%.不过预计更远的未来,随着技术的进步,比重将上升较快。 以上预测在2004年阿拉伯石油输出国的12月月报中已经得到体现,它指出截止到2020年,世界石油需求量将以年平均1.7%至2%的速度增长,日需求量逐渐从目前的8200万桶到近1.07亿桶。 可见,由于核能与可再生能源的替代性迟迟无法实现,石油、天然气的需求量仍会不断增加,但能源储量是有限的,这种供需关系导致了石油、天然气等能源价格不会下降。 同时,恐怖活动增加了石油以天然气运输风险及成本。自美国发生“9.11”恐怖攻击事件后,全球恐怖活动升温,而保护措施较为不足的石油及天然气供应等能源基础设施成为恐怖分子攻击目标的可能性提高。例如2001年10月斯里兰卡一艘油轮遭受其境内恐怖组织攻击;2002年10月法国油轮在叶门遭受不明恐怖分子攻击;……各国为了预防恐怖攻击,正大兴土木加强能源设施的保护工作,而随着防范设施、人力及保险费用的增加,能源使用价格也面临逐渐上涨的压力。 面临能源价格,尤其是天然气价格逐步上涨,居高不下,很多高耗能建筑开始出现因承担不起昂贵的能源维持费用而被迫停用,或者售价、租金一降再降的现象。因此,建筑尤其是高层住宅与办公楼、大型共建正面临着一场新的革命,建筑节能节能势在必行。 3、美国企图掌控全球石油供给,强力遏制我国、欧洲的发展 许多石油生产地区,尤其是中东地区,由于拥有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及军事的动乱。在近期较大规模的战争有1980年两伊战争、1990年波斯湾战争、1994年俄国出兵车臣、2001年阿富汗战争和2004年的美伊战争,而其他小型区域冲突也非常多,都是围绕着石油资源而展开的。每次争夺石油资源引发的动荡,使众多石油进口国家经济发展及能源安全受到威胁,牵动整个世界的经济。从这个意义上说,哪个国家能掌握全球的石油、天然气能源,就如同握紧全球经济命脉。 因此,美国攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不仅是要赚回为之付出的巨额战争费用,还要建立起有利于美国的世界石油市场“新秩序”:一来拉低美元汇率、弥补贸易逆差、打压欧元;二来美国可以时时掌控我国、俄罗斯、印度等国家石油进口价格与能源供给量,遏制这些国家的经济腾飞。 面临美国今后可能采取的能源阻扰政策,我国除了争取更多的与石油出口国的贸易协议外,能源节约是最关键的一步。 二、我国所面临的能源挑战 1、人均储量少,先天不足,但能耗效率却低。 我国能源总量丰富,但人均能源可采储量远低于世界平均水平。2000年人均石油可采储量只有2.6吨,人均天然气可采储量1074立方米,人均煤炭可采储量90吨,分别为世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最终可采储量居世界第41位。因此,一旦平均到个人消费量,我国能源并非地大物博,实际上存在先天不足的弱势。 从能源利用效率来看,目前国内能耗高,能源效率低。2001年,我国终端能源用户能源消费的支出为1.25万亿元,占GDP总量的比例为13%,而美国仅为7%.同时,我国单位产品的能耗水平较高,目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%,而这8个行业的能源消费占工业部门能源消费总量的73%.这造成了很大社会能源浪费。 2、我国成为能源消耗大国,进口依赖度提高。 2003年我国已经成为世界上仅次于美国的第二大石油消费国。全年原油消费量达到2.5亿吨以上。其中全国原油产量约1.69亿吨,进口原油8900万吨,分别占世界石油需求增长总量的41%、32%,约每天60万桶和260桶。 2004年原油消费需求量仍以10%以上的增速增长,约达到2.75亿吨,进口原油数量超过1亿吨。同时,煤炭消耗量占世界总量的40%以上,天然气供暖需求量也一直在增长。预计到2020年,我国石油需求量为4.5亿吨,年均递增12%;天然气在一次能源消费中,所占比例将由目前的2.7%增长到10%以上;我国对海外能源的依赖程度将达到55%以上。 可见,我国能源消耗需求旺盛的同时,进口依赖度提高,这使得国内经济受中东动乱及石油危机冲击的概率上升,危及我国能源供应安全,存在较大风险。 3、能源成为我国经济命脉所在,威胁国家稳定安全 2004年全国电荒、煤荒集中爆发。上半年,27个省份全面告急,国家线网被迫拉闸电线80多万次。下半年,今年北方供暖的城市无一例外都面临能源紧张的考验。以吉林省为例,往年到9月底供热企业储煤应达年用煤总量的80%,而今年供热用煤的储量不足40%;长春市每年锅炉供热用煤为306万吨,截至10月底只有总量的40%入库;在吉林市,每年锅炉供热用煤为46.5万吨,今年到10月底也才入库42%;吉林省其他城市同样存在紧缺情况。就连首都北京也难逃厄运。预计北京冬季煤炭需求为1460万吨。受全国煤炭资源紧、运输难、价格高等因素影响,北京市电煤库存一直在警戒线以下运行,到10月底锅炉及民用燃煤库储煤率不足45%.而为防止大气污染,北京城区的燃煤锅炉大多变为燃气或燃油。随着石油价格的上调,北京冬季供暖承受着巨大的压力,2005年3月,北京油价再次上调,93号汽油每升上涨了0.26元。 能源的供给直接影响到人民生活与国民生产。一次拉闸对平常老百姓无关大要,但对于长期依赖电力生产的工厂、企业来说,损失可能是上百上千万;而全国27个省份同时出现问题,这种经济损失就根本无从计算,直接关系到国家经济命脉。而冬季供暖的短缺,导致很多底保户和困难企业失去基本生存条件,威胁到国家稳定安全。 三、建筑节能要求十分紧迫 1、建筑能耗约占社会总能耗的1/3 我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断,国家建设部科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。 2、高耗能建筑比例大,加剧能源危机 直到2002年末,我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。目前,我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑,总量庞大,潜伏巨大能源危机。正如建设部有关负责人指出,仅到2000年末,我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6%,而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%.因高耗能建筑比例大,单北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨,直接经济损失达70亿元,多排二氧化碳52万吨。如果任由这种状况继续发展,到2020年,我国建筑耗能将达到1089亿吨标准;到2020年,空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力,这将会是一个十分惊人的数量。 据分析,我国目前处于建设鼎旺期,每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速,预计到2020年,全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。因此,如果现在不开始注重建筑节能设计,将直接加剧能源危机。 3、我国建筑节能状况落后,亟待改善 在70年代能源危机后,发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术,而我国却忽视了这一方面的问题。时至今日,我国建筑节能水平远远落后于发达国家。举例说明,国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.5至4.5倍,外窗为2至3倍,屋面为3至6倍,门窗的空气渗透为3至6倍。现在,欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6升油,大约相当于每平方米8.57公斤标准煤,而在我国,达到节能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要达到12.5公斤,约为欧洲国家的1.5倍。例如与北京气候条件大体上接近的德国,1984年以前建筑采暖能耗标准和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤标准煤,但到了2001年,德国的这一数字却降低至每平方米3.7至8.6公斤标准煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京却一直是22.45. 因此,与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比,我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上,与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言,全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成,我国却没有那样强有力的能源后盾支持,在这样的国情下,建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。 建筑节能设计论文:住宅建筑节能设计体会论文 摘要:建筑是用能大户,建筑节能是发展建筑业的需要。在发达国家,适宜的室温已经成为一种基本的需要。新疆作为我国北方采暖地区是属于福利型供暖,九十年代以前采暖用能及节能与用户经济利益无关,致使用户并不大关心建筑节能问题。近几年住宅节能的重要意义已逐步受到建筑师重视,如何在住宅建筑设计中,更好地利用自然能源,提高住宅建筑中能源利用效率,则是建筑师需要探讨的课题。 关键词:住宅建筑节能设计 近年来,随着全球能源问题的日益严峻和“可持续发展”理念在国内的推广,建筑节能设计越来越引起我国广大建筑工作者的重视。许多发达国家先进的建筑节能理念、技术、材料,以及应用成果被介绍到国内,向人们展示了通过优秀设计和高新科技相结合所创造的优雅、舒适且节能环保的新型建筑发展前景。但是,这些大量应用高科技的节能措施往往成本很高,一次性投入比较大,连发达国家目前也难以大规模推广。我们还应当注意到,目前发达国家的建筑节能技术主要是针对当地的气候特点开发的,而这些技术本身也不是十分完善,在其他地区是否能达到预期的效果还没有十足的把握。 一、节能住宅的概念 随着能源危机的出现,越来越多的开发商开始重视节能住宅。节能住宅需要通过对建筑的合理设计、合理选材,最大限度的把室内自然温度控制在人体舒适温度范围内,从而为居住者提供健康、舒适、环保的居住空间,降低建筑物的运行能耗。 北京锋尚在国内率先整合了欧洲先进的技术系统为一体,建造的高舒适度、低能耗住宅,达到了发达国家的居住标准。其优秀技术概括为八大子系统:第一,混凝土采暖制冷系统。该系统是将聚丁烯(PB)盘管预埋在钢筋混凝土中,夏季管中送20℃、冬季送28℃的水,能使室内温度保持在20℃-26℃的合适范围内。第二,健康新风系统。通过统一空气净化和冷热处理后新风经“下送上回”进入室内,无须开窗即可保持新鲜空气不断更换。第三,外墙系统。外墙采用欧洲标准加厚外保温方式,能有效阻挡冷热辐射和雨雪侵蚀。外饰面采用干挂砖墙面,干挂砖幕墙与保温板之间有一个流动空气层,可以保持保温板的干燥。第四,外窗系统。窗采用德国SCHUCO断热铝合金窗和LOW-E低辐射中空玻璃。第五,屋面及地下系统。对屋面及地下墙体的特殊处理,保证了顶层和一层与标准层舒适度的均好性。第六,防噪音系统。通过外墙系统、ALULUX卷帘、楼板处理、同层后排水系统,防止来自室外、楼上、下水道的噪音。第七,垃圾处理系统。垃圾处理系统有中央吸尘、食物垃圾处理和可回收分类垃圾周转箱三部分组成。第八,水处理系统。小区设中水处理系统,将社区生活用水处理用于浇灌绿地、冲洗和补充人工湖水。 二、国外节能已成风尚: 在国外,建筑师采用多种形式和方法来节能: (1)、资源回收利用:日本1997年建成了一栋实验型“健康住宅”。除了整个住宅尽可能选对人体无害的建筑材料外,墙体还被设计成双重结构,每个房间建有通风口,整个房屋系统的空气采用全热交换器和除湿机进行循环。全热交换器能够有效地回收热量并加以再次利用,其过滤器可有效地收集空气中细小的尘埃,从而能够抑制霉菌等过敏生物繁殖。这种资源的回收利用,不仅变废为宝,而且减少了环境污源,节约了能源。 (2)、新能源开发利用: 德国建筑师塞多·特霍尔斯建造了一座能跟踪阳光的太阳房屋。房屋被安装在一个圆盘底座上,由一个小型太阳能电动机带动一组齿轮。房屋底座在环形轨道上以每分钟转动3cm的速度随太阳旋转。当太阳落山以后,该房屋便反向转动,回到起点位置。它跟踪太阳所消耗的电力仅为房屋太阳能发电功率的1%,而所吸收的太阳能则相当于一般不能转动的太阳能房屋的2倍。 三、中国建筑能耗基本情况 我国的建筑能耗量约占全国总用能量的1/4,居耗能首位。近年来我国建筑业得到了快速的发展,需要大量的建造和运行使用能源,尤其是建筑的采暖和空调耗能。据统计,1994年全国仅住宅建筑能耗在基本上不供热水的情况下为1.54×108t标准煤,占当年全社会能源消耗总量12.27×109t标准煤的12.6%。目前每年城镇建筑仅采暖一项需要耗能1.3×108t标准煤,占全国能源消费总量的11.5%左右,占采暖区全社会能源消费的20%以上,在一些严寒地区,城镇建筑能耗高达当地社会能源消费的50%左右。与此同时,由于建筑供暖燃用大量煤炭等矿物能源,使周围的自然与生态环境不断恶化。在能源的利用过程中,化石类燃料燃烧时排放到大气的污染物中,99%的氮氧化物、99%的CO、91%的SO2、78%的CO2、60%的粉尘和43%的碳化氢是化石类燃料燃烧时产生的,其中煤燃烧产生的占大多数。燃煤产生的大气污染物中SO2占87%、氮氧化物占67%,CO2占71%,烟尘占60%。由于我国是主要以煤而不是以油、气等优质能源作为主要能源消耗的国家,每年由于燃烧矿物燃料向地球大气排放的二氧化碳仅次于美国居世界第二,预计到2020年,中国将取代美国成为世界二氧化碳排放第一大国。因此,中国对于全球气候变暖承担着重大的责任,而作为耗能大户的建筑,其节能也就成为关系国计民生的重大问题。 四、住宅设计最基本的节能意识: 新疆冬季严寒漫长,因此,住宅建筑设计中,主要空间朝向南,或向南偏东,或向南偏西,历来被认为是合理的设计,这是最基本的节能意识在住宅建筑设计中的应用。在我国的大部分冬冷夏热地区住宅的总体规划和单体设计中,为住宅的主要空间争取良好朝向,满足冬季的日照要求,充分利用天然能源,无疑是最基本的改善住宅室内热环境的设计,是最基本的节能措施。因此,我国现行国家标准《住宅设计规范(GB50096-1999)》中规定“每套住宅至少应有一个居住空间能获得日照,当一套住宅中,居住空间总数超过四个时,其中宜有两个获得日照。”在现行国家标准《城市居住区规划设计规范(GB50180)》中,规定了住宅的日照标准的最低时限。 五、节能设计思路 (一)建造内保温复合节能墙体 复合节能墙体通常由绝热材料与传统墙体材料或某些新型墙体材料复合而成。如果绝热材料复合在建筑物外墙的内侧,则称为内保温复合墙体。 1.墙体结构层:系指混凝土现浇或预制品的外墙,内浇外砌或砖混结构的外砖墙。以及诸如承重多孔砖外墙等其他承重外墙。 2.空气层:空气在0℃时导热系数为0024VV/(m·k)。在25℃±5℃时为00256W/(m·k),即使在200℃的情况下仍有00:384W/(m·k)。由此可见,空气也是一种优良的保温材料。因此,在建筑物中常用材料围成的空气隔离层,不但可以保温隔热。而且具有切断液态水份的毛细渗透、防止保温材料受潮的功能,因为一般外侧墙有吸水能力,而其内表面常因温度低而出现的冷凝水。可被结构材料吸入且不断向室外转移和散发。 3.保温隔热层:这是节能墙体的主要功能部分,常用绝热材料可分为有机、无机金属等三大类。出于导热系数、抗压强度、蒸汽渗透率、燃烧性能等方面的考虑。此处选用挤塑型聚苯板(XPS)为保温材料。 4.保护层:主要功能是防止保温层受破坏,并阻止室内水蒸汽侵入保温层。出于防火、抗冲击和环保等方面的考虑,宜选用A级无机防火板为保护层材料。 5.?饰面层:由于A级无机防火板具有优良的表面亲和特性,所以各种饰面材料均可使用,选用的内墙涂料和粘贴瓷砖都有良好的效果。 结合各地的气候和地理环境,借鉴各方面成功和失败的经验,在优化组合的基础上开发的墙体内保温板,具有保温、隔热、隔音、防潮抗冲击、抗震、呼吸等功能,已在工程中应用。 (二)改善门窗性能 外门窗是住宅能耗散失的最薄弱部位,其能耗占住宅总能耗的比例较大,其中传热损失为1/3,冷风渗透为1/3,所以在保证日照、采光、通风、观景要求的条件下,尽量减小住宅外门窗洞口的面积,提高外门窗的气密性,减少冷风渗透,提高外门窗本身的保温性能,减少外门窗本身的传热量。其节能措施有: 1、控制住宅窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值,JGJ26-1995《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》对不同朝向的住宅窗墙比做了严格的规定,指出“北向、东向和西向、南向的窗墙比分别不应超过20%、30%、35%”。 2、提高住宅外窗的气密性,减少冷空气渗透。如设置泡沫塑料密封条,使用新型的、密封性能良好的门窗材料。而门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料(如毛毡)、弹性密闭型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及边框设灰口等密封;框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等;扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等;扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。 3、改善住宅门窗的保温性能。户门与阳台门应结合防火、防盗要求,在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板,以增加其绝热性能;窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗,这样可避免金属窗产生的冷桥,可设置双玻璃或三玻璃,并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃,有条件的住宅可采用低辐射玻璃;缩短窗扇的缝隙长度,采用大窗扇,减少小窗扇,扩大单块玻璃的面积,减少窗芯,合理地减少可开启的窗扇面积,适当增加固定玻璃及固定窗扇的面积。 4、设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设有一中间层次,这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透,减少外墙、外窗的热耗损。在住宅中,将北阳台的外门、窗全部用密封阳台封闭起来,外门设防风门斗,防止冷风倒灌,楼梯间设计成封闭式的,对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能收到良好的节能效果。 (三)使用节能的绿色建筑材料 建筑外维护结构的保温隔热性能直接关系到室内环境的热稳定性和舒适性,对降低建筑能耗起着至关重要的作用。国内目前通行的做法是在外维护结构完成后再在上面附加保温层,以改善热工性能。这种方法虽然可以达到一定的效果,但各种高效保温材料价格不菲,而且其生产加工过程也会大量消耗各种能源。因此,建筑节能不应当只着眼于建筑建成后在使用过程中的能耗,还应当从整体系统的观念出发,关注建筑全寿命周期的能源消耗。从这个角度出发,建筑材料就不但要有出色的保温隔热性能,其加工生产过程也应当简单易行,节省能源。位于美国加州霍普兰德山谷中的太阳生活中心(RealGoodsSolarLivingCenter,Hopland,California)创造性地利用稻草垛作为墙体材料。其具体做法是先将稻草加压打捆,再把它们砌成墙体,然后在墙体上喷涂一种8~10cm的土质护面灰来代替水泥砂浆。完成后的墙体不但具有良好的保温隔热性能,而且兼有较强的防火性,并且无毒无害。无独有偶,美国建筑师塞缪尔·默克比(SamuelMockbee)设计的布赖恩特(Bryant)住宅也采用了类似的墙体做法,只是具体构造略有不同。需要指出的是,这栋面积为79m2的住宅是建筑师无偿为美国阿拉巴马州黑尔县的一对贫困黑人夫妇而设计的,项目经费全部靠募捐筹集,十分有限。建成后的布赖恩特住宅在各方面都达到了设计要求,并深受使用者的喜爱,他们给这座房子起了一个有趣的绰号——“干草捆住宅”。 实践表明,这种使用农业副产品作为建材的方法可以使多方受益:农民因出卖稻草获利,建造方可以减少材料造价,节省建材能源开支,燃烧秸秆所产生的温室气体也大大减少。由此可见,创造性地采用新型建材往往可以变废为宝,减少污染和能源浪费,从而达到一举多得的效果。新型建材的思路可以是废物的升级利用,当然也可以是科学上的合成,但如果加工处理过程中的能源消耗过大,或工艺过于复杂,也会得不偿失,这一点应当引起注意。 (四)充分利用太阳能资源 太阳能作为一种天然的洁净能源,也是居住建筑设计上广泛推广的节能设计之一。从近年来的能源使用和发展情况来看,煤、电、油的供应紧张已经不容忽视,太阳能应该由“补充能源”向“替代能源”发展。特别是太阳能热水器经过20年的发展,产品的生产研发技术日臻成熟,越来越受到消费者的青睐。另外,从使用效果和居卫的淋浴费用和投资回收周期来看,太阳能热水器也具有较大的成本优势。然而由于各方面原因,目前太阳能热水器仍以一家一户的零散安装使用方法为主,存在破坏建筑结构、热水温度不稳定等因素。要解决这些问题就必须将太阳能利用装置纳入到建筑设计规范当中,在设计时将太阳能热水器设备纳入到建筑设计之中预留太阳能设置位置,特别是在厨房卫生间内。如果太阳能热水器能够充分加以推广应用,就可以大大节省常规能源,也是建筑节能的发展方向。 六、总结 总之,只要按照节能新标准严格把好节能设计关,监督好施工节能用材关,就能有效提高居住建筑节能效率,降低建筑能源耗费,节约居家生活成本,为住户打造真正的环保节能、舒适、健康、方便的高品质住宅,为国民经济可持续发展做出贡献。有效地节约土地和能源,是中国可持续发展的战略。将建筑热工技术与恰当应用新材料、新构造相结合,搞好节能建筑设计和施工,促进建筑节能和利用自然能的进一步发展和建筑热功能的进一步改善,是我国建筑工作者进人21世纪的重要任务。 成熟,越来越受到消费者的青睐。另外,从使用效果和居卫的淋浴费用和投资回收周期来看,太阳能热水器也具有较大的成本优势。然而由于各方面原因,目前太阳能热水器仍以一家一户的零散安装使用方法为主,存在破坏建筑结构、热水温度不稳定等因素。要解决这些问题就必须将太阳能利用装置纳入到建筑设计规范当中,在设计时将太阳能热水器设备纳入到建筑设计之中预留太阳能设置位置,特别是在厨房卫生间内。如果太阳能热水器能够充分加以推广应用,就可以大大节省常规能源,也是建筑节能的发展方向。 建筑节能设计论文:高层建筑节能设计论文 【摘要】:文中叙述了高层建筑节能与气候、地理条件的关系。同时分析了建筑位置、朝向与接受太阳辐射热能的关系及高层围护结构墙体的保温、隔热存在的问题及今后发展方向。 【关键词】:高层建筑;围护结构;节能; 复合墙体节能是我国的国策,建筑节能是节能中的重中之重,应该列为我国建设工作中的重要位置。建筑能论文耗在我国整个能耗中的地位也越来越重要。1996年中国建筑年消耗3·3亿吨标准煤,占能源消耗总量的24%,到2001年已达到3·76亿吨,占总量消耗的27·6%,年增长比例千分之五;随着建筑业的高速发展和人民生活质量的改善,建筑能耗占全社会总能耗的比例还会继续增长。据有关数据显示,我国当前的房屋建设规模堪称世界第一。目前全国房屋数量有400亿m2左右,房屋建筑规模看来已超过所有发达国家,仅去年一年房屋竣工面积是19·7亿m2,这几年差不多都是接近这个数字。而据预测,到2010年,我国房屋总建筑面积将达到519亿m2,其中城市171亿m2。然而,截至到去年,我国节能建筑的总面积还只有2·3亿m2,在每年近20亿m2的竣工面积当中,只有五六千万平方米是节能建筑,只占3%左右,也就是说有97%属于高耗能建筑。我国的高层建筑有近七十年的历史,然而城市中任何建筑都是城市设计、规划的一部分,城市设计是一项十分复杂的工作,我国在这方面的经验不多,而且管理机制尚不健全,往往受一些因素的影响,工作不甚周密和协调,甚至失去控制,有许多的问题等待我们去解决,有待于探索和改进,所以说,今天的高层建筑设计仍处在一个不太成熟的阶段。 高层建筑体形庞大,如容积率过高,相邻建筑互相遮挡、不通透,形成大面积阴影区,城市人居环境质量下降,市中心人口膨胀、交通拥挤。除此之外,近些年在某些城市建高层建筑已成风气,设计者往往贪大求高,大部分精力放在追求立面形式和使用功能上,而往往忽略生态环境的保护、建筑设计节能意识淡薄,造成高能耗、低效益,影响常年使用,浪费巨大。 建筑节能包含两部分内容,一部分是加强围护结构的保温隔热能力,另一部分就是从供暖、供冷的热源、输送渠道及实现方式来节约能源。一般的房子里,30%的热量从窗户跑掉了。如果选用双层玻璃,中间再充上惰性气体,就可在一定程度上阻断热量散发。35%热量从墙体散发,如采用隔热材料,增加保温层,节能效果就很明显。智能化建筑首先要达到节能的标准和良好的居住舒适度,其次才是家具的智能化和安全保卫的智能化。实际上,智能化建筑不一定就是豪华的,但它必须是低能耗的。美国有些智能化建筑造价比普通建筑还低15%,因为它们追求合理的结构,讲究实用功能和外观的简洁,利用了可回收材料,而不追求豪华装饰。还可以充分利用地热泵技术,如冰岛等国家,建筑房子时先在地上打两个洞,通过电泵将地下水循环起来,为整座房子供热。惟一耗能的就是电泵。而在丹麦等国,由于地处海边,太阳能和风能的利用条件得天独厚,使用热泵技术时结合风能与太阳能,用风能与太阳能来带动电泵就可以做到“零能耗”。所以建筑节能不仅是建筑本身的节能,且由城市的综合环境、气候条件、总体布局;建筑物的形体变化、朝向;护结构保温、隔热的性能;门窗质量等许多综合性因素构成,因此,高层建筑的节能首先应为设计者重视。 1优化建筑位置及朝向设计高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响容积率过高很难满足日照要求,阳光有着巨大辐射能量。据有关资料分析,地球每年接收的能量有60亿亿千瓦,这么大能量弃之可惜,从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器,阳光不仅对人的身体健康有着很大影响,对建筑的节能也有着十分重要意义。城市规划应注重应用日照原理,合理的确定建筑位置与朝向,使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能,因此,建筑的方位与节能有着直接关系。如,在北纬40°~45°度地区,冬天建筑的朝向所得到的辐射能量几乎比夏天多两倍,而在夏天东、西向所得到的能量比南向多2·5倍,不同朝向,不同季节,建筑物所得到的太阳辐射热能量不同,热损失也不同,尤其是在冬至前后,由于太阳高度角低,房间所接收的太阳光线的面积比夏天多得多。在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况,按其太阳高度角做出日影响图,以确定冬季每天的日照时间,建筑南向开窗面积尽可能大些,在满足采光条件下,北向、东向窗尽可能小些,从而获得更多的太阳光线,减少热损失,保持室内舒适的温度环境。 2优化围护结构墙体设计(1)外墙是围护结构的主体部分,高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋,前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重,因此,围护结构属于填充材料,为了减轻荷载,达到保温、隔热要求,采用轻质高效保温材料,目前在寒冷地区常用的墙体做法有:页岩陶粒混凝土空心砌块;粘土空心砖与实心砖复合墙体;粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多,节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧,在寒冷地区的同一气候条件下,由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同,为防止墙体内产生冷凝水,保温层设在外侧更为妥些。 (2)高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板),岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年,多则上百年,材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体,笔者认为存在以下不足之处:1)抗震能力差,易松散,与结构构件结合不好,整体性能差。2)不能承受外部装修贴、挂荷载,如:贴石材,安装装饰构件等。3)不能承受有振动的凿、刨的装修,如:剁斧石面层、予留洞、槽易出现冷桥。4)墙表面易出现裂纹。除此之外,复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入,墙体内容易造成冷桥,是保温、隔热的薄弱环节。据测定,高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5%~13%,因此应引起设计者重视,采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。(3)国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温,欧、美各国取得不少先进经验。如:美国研制的TB型保温隔热复合砌块;波兰的咬合式保温砌块,两块组合成320厚墙体,在空心砌块内填入高效保温材料,墙体传热系数K=0·1209W/m2·k~1100W/m2·k;芬兰研制的一种空心砌块,空隙之间填入聚胺脂保温材料,300厚,传热系数K=0·25W/m2·k~0·28W/m2·k。某些欧美国家50%左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好,又具有一定强度,避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。 3影响建筑节能的其他因素(1)高层建筑护墙体耗能量较大,占整个建筑耗能的25%左右。建筑的形体变化是建筑外露面积的主要因素之一,体形系数越大耗能越多,国外的一些高层建筑造成圆塔形,比如美国洛杉矶的好运饭店、法国戴高乐机场候机楼、纽约第三大街53号办公楼都是圆型或椭圆形,我们知道,相同的面积,圆的周长最短,这样使建筑外露面积较小。因此,基于能量损耗的考虑,高层建筑的形体变化不宜过多、复杂。(2)高层建筑的“风环境”是影响建筑耗能因素之一。在冬季,风力对建筑的热损失很大,增大冷空气的渗透量,使室内热损失加大。由于建筑某些部位处理不当,墙体内部易产生冷凝水。因此,建筑保温材料的选用,建筑构造的合理性应建立在科学、可靠的基础上。3·6恢复补偿功能将试件放入水中养护14天测其膨胀率,然后放空气中任其干燥28天。失水后的试件产生微量干缩,重新放入水中后试件恢复失去的膨胀和自应力值,经试验,第一天恢复20%~30%;第3天恢复40%~50%,14天基本全部恢复。3·7微小裂缝自愈合性能如果蓄水池或建筑物地下室墙板由于某种原因出现微小裂缝,膨胀纤维防水剂中部分成分的AI3+和SO42-在CaSO4、Ca(OH)2溶液中形成针柱状钙矾石晶体。当重新接触水后继续增长,经过一段时间会发生物理和化学的结合,晶体大量填充缝隙,使裂缝愈合。 4微膨胀聚丙烯纤维混凝土的施工4·1材料①水泥:天瑞P·O42·5级。②外加剂:“神翔”缓凝高效减水剂,减水率15%,缓凝时间约6h。③膨胀纤维:凯吉凯祥KJ-LZB膨胀纤维。④细集料:鲁山产中粗河砂,细度模数2·6。⑤粗集料:郏县产碎石5~25mm,连续级配。⑥掺合料:姚孟电厂F类Ⅱ级粉煤灰,细度模数15·1,需水量比102kg/m3,烧失量1·43,含水量0·20。4·2配合比强度等级水泥水砂碎石掺合料减水剂膨胀纤维C303561807501050408·718·8C4041018068010604010·321·54·3施工注意事项(1)加强混凝土养护。不能因为掺了膨胀纤维而放松对混凝土的养护,膨胀纤维防水剂在混凝土早期养护过程中必须有充足的水分,才可以发挥作用,如早期养护保湿不当,过早曝露于干燥空气中,则其膨胀作用会停止,主体施工阶段,在楼面混凝土浇注约4h后,开始二次抹面、拉毛,随即覆盖塑料膜,终凝后覆盖毡布,浇水养护,柱子养护采用包裹塑料布,喷水养护,为了充分发挥膨胀纤维防水剂的补偿收缩作用,潮湿环境下的养护时间不少于14d。(2)适当延长混凝土搅拌时间,膨胀纤维混凝土与普通混凝土的施工工艺相差不大,但由于加入了聚丙烯纤维,为保证它们在混凝土中的均匀分散,搅拌时间比普通混凝土适当延长90s,但不宜搅拌时间过长,否则会损坏纤维。(3)重视振捣。加入膨胀纤维,并不改变混凝土的施工工艺,混凝土一定要振捣密实,不能过振或漏振,杜绝出现蜂窝、麻面。(4)加强抹面。当混凝土初凝后,终凝前进行二次抹压收光,使混凝土的面层再次达到密实,同底部结合牢固,整个抹压时间控制在混凝土终凝前完成。 5结语膨胀纤维混凝土在平顶山市行政服务综合楼工程中进行了全面施工应用,现浇板没有出现有害裂缝,混凝土浇注质量优良。在混凝土中掺入膨胀纤维,配制成膨胀聚丙烯纤维混凝土,不仅能显著提高混凝土的抗裂、抗渗性能,还能增加混凝土的抗冲击、抗弯曲、耐磨、延性、韧性、抗疲劳等性能,膨胀纤维混凝土不仅用于土建工程,还可用于市政工程的水厂、污水处理厂、道路桥梁等,应用前景非常广阔。 建筑节能设计论文:建筑节能设计论文 早在20世纪70年代,建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的中心是减少建筑耗能,提高建筑中的能源利用效率。同时,建筑节能需以不影响人们感觉舒适度为前提,即室温冬季不低于18摄氏度,夏季不高于26摄氏度。时隔30年,2004年,围绕着石油与能源问题的“大事件”再次集中发生,而我国的能源问题更是显露无遗:石油消耗量仅次于美国、燃煤紧张、拉闸限电、北方冬季供暖受阻。2005年3月23日,北京上调成品油价格…… 本文将在总结国际与国内能源现状的基础上,分析建筑节能的必要性与紧迫性,同时通过调研目前国内建筑节能设计实例,评判建筑节能设计的经济效益,希望能够使社会各界意识到,建筑节能不单是发达国家的问题,我国正面临一场真正的能源危机,建筑节能迫在眉睫。 一、国际能源危机加剧 1、能源储量减少,石油仅供开采41年 目前,石油、煤炭、天然气这三种传统能源占能源消费约90%以上,其中石油占一半以上。然而2004年BP世界能源统计年鉴的最新数据显示,世界石油总储量为1.15万亿桶,仅供生产41年;全球天然气储量为176万亿立方米,仅供开采63年。日本权威能源研究机构也申明,全球煤炭埋藏量10316亿吨,可开采231年;核反应原料铀已探明储量436万吨,可供72年使用(海水中的铀可供使用1万年,利用钚为燃料的增值核反应堆可使用100万年);利用热核反应,海水中的锂能源可开采年限为1600万年。可见,全世界最为依赖的能源——石油与天然气,在21世纪的前半,就将日趋枯竭。科学家们预计2040年石油消费将达到最高峰,2100年石油消费将减少到不足能源消费总量的5%%.而从2050年开始,核能、生物能、水利地热、风力、太阳能的比率大大上升,达到总能源消费的1/3,热核能源将达到总能源消费的1/4. 因此,在世界能源供给结构转轨的大趋势下,不考虑建筑节能而建造的房屋,终有一日会因为没有能源可用,终被社会淘汰。呼吁建筑节能,很重要的一点就在于减少使用石油、天然气等不可再生资源,通过科学合理的建筑节能措施,采用可再生新能源,使建筑可持续发展。 2、能源需求不断增加,价格无法下降 根据美国能源部能源资讯署2002年3月出版的“InternationalEnergyOutlook2002”,1999—2020年全球能源消费形势如下: 全球能源总消费量将增加60%,其中亚洲及南美州发展我国家将增长1倍(每年增长4%,相比发达国家每年增长1.3%)。 石油:石油预计增长59%(年增长率为2.2%)。此外,石油将维持占全球能源总消费量40%以上的比例。 天然气:争议较小的天然气将是需求增长最快的能源,预计增长一倍。天然气占全球能源消费量比重也将由23%升至28%. 煤:由于空气污染及二氧化碳排放等问题,煤炭占全球能源总消费量的比重将由22%降至20%. 核能:在政治问题影响下,全球核能发展情势尚难确定,但保守估计全球核能消费量将比现在略为增长。 可再生能源(包含大水力):预估将增长53%.但由于现阶段数量过少、成本高、能源密集度低且供应不稳定,所以占全球能源总消费量的比重将由9%下降到8%.不过预计更远的未来,随着技术的进步,比重将上升较快。 以上预测在2004年阿拉伯石油输出国的12月月报中已经得到体现,它指出截止到2020年,世界石油需求量将以年平均1.7%至2%的速度增长,日需求量逐渐从目前的8200万桶到近1.07亿桶。 可见,由于核能与可再生能源的替代性迟迟无法实现,石油、天然气的需求量仍会不断增加,但能源储量是有限的,这种供需关系导致了石油、天然气等能源价格不会下降。 同时,恐怖活动增加了石油以天然气运输风险及成本。自美国发生“9.11”恐怖攻击事件后,全球恐怖活动升温,而保护措施较为不足的石油及天然气供应等能源基础设施成为恐怖分子攻击目标的可能性提高。例如2001年10月斯里兰卡一艘油轮遭受其境内恐怖组织攻击;2002年10月法国油轮在叶门遭受不明恐怖分子攻击;……各国为了预防恐怖攻击,正大兴土木加强能源设施的保护工作,而随着防范设施、人力及保险费用的增加,能源使用价格也面临逐渐上涨的压力。 面临能源价格,尤其是天然气价格逐步上涨,居高不下,很多高耗能建筑开始出现因承担不起昂贵的能源维持费用而被迫停用,或者售价、租金一降再降的现象。因此,建筑尤其是高层住宅与办公楼、大型共建正面临着一场新的革命,建筑节能节能势在必行。 3、美国企图掌控全球石油供给,强力遏制我国、欧洲的发展 许多石油生产地区,尤其是中东地区,由于拥有全世界2/3油藏,一直存在政治、外交及军事的动乱。在近期较大规模的战争有1980年两伊战争、1990年波斯湾战争、1994年俄国出兵车臣、2001年阿富汗战争和2004年的美伊战争,而其他小型区域冲突也非常多,都是围绕着石油资源而展开的。每次争夺石油资源引发的动荡,使众多石油进口国家经济发展及能源安全受到威胁,牵动整个世界的经济。从这个意义上说,哪个国家能掌握全球的石油、天然气能源,就如同握紧全球经济命脉。 因此,美国攻打伊拉克,拿伊拉克石油做文章,不仅是要赚回为之付出的巨额战争费用,还要建立起有利于美国的世界石油市场“新秩序”:一来拉低美元汇率、弥补贸易逆差、打压欧元;二来美国可以时时掌控我国、俄罗斯、印度等国家石油进口价格与能源供给量,遏制这些国家的经济腾飞。 面临美国今后可能采取的能源阻扰政策,我国除了争取更多的与石油出口国的贸易协议外,能源节约是最关键的一步。 二、我国所面临的能源挑战 1、人均储量少,先天不足,但能耗效率却低。 我国能源总量丰富,但人均能源可采储量远低于世界平均水平。2000年人均石油可采储量只有2.6吨,人均天然气可采储量1074立方米,人均煤炭可采储量90吨,分别为世界平均值的11.1%、4.3%和55.4%.排名上,2004年,人均石油最终可采储量居世界第41位。因此,一旦平均到个人消费量,我国能源并非地大物博,实际上存在先天不足的弱势。 从能源利用效率来看,目前国内能耗高,能源效率低。2001年,我国终端能源用户能源消费的支出为1.25万亿元,占GDP总量的比例为13%,而美国仅为7%.同时,我国单位产品的能耗水平较高,目前8个高耗能行业的单位产品能耗平均比世界先进水平高47%,而这8个行业的能源消费占工业部门能源消费总量的73%.这造成了很大社会能源浪费。 2、我国成为能源消耗大国,进口依赖度提高。 2003年我国已经成为世界上仅次于美国的第二大石油消费国。全年原油消费量达到2.5亿吨以上。其中全国原油产量约1.69亿吨,进口原油8900万吨,分别占世界石油需求增长总量的41%、32%,约每天60万桶和260桶。 2004年原油消费需求量仍以10%以上的增速增长,约达到2.75亿吨,进口原油数量超过1亿吨。同时,煤炭消耗量占世界总量的40%以上,天然气供暖需求量也一直在增长。预计到2020年,我国石油需求量为4.5亿吨,年均递增12%;天然气在一次能源消费中,所占比例将由目前的2.7%增长到10%以上;我国对海外能源的依赖程度将达到55%以上。 可见,我国能源消耗需求旺盛的同时,进口依赖度提高,这使得国内经济受中东动乱及石油危机冲击的概率上升,危及我国能源供应安全,存在较大风险。 3、能源成为我国经济命脉所在,威胁国家稳定安全 2004年全国电荒、煤荒集中爆发。上半年,27个省份全面告急,国家线网被迫拉闸电线80多万次。下半年,今年北方供暖的城市无一例外都面临能源紧张的考验。以吉林省为例,往年到9月底供热企业储煤应达年用煤总量的80%,而今年供热用煤的储量不足40%;长春市每年锅炉供热用煤为306万吨,截至10月底只有总量的40%入库;在吉林市,每年锅炉供热用煤为46.5万吨,今年到10月底也才入库42%;吉林省其他城市同样存在紧缺情况。就连首都北京也难逃厄运。预计北京冬季煤炭需求为1460万吨。受全国煤炭资源紧、运输难、价格高等因素影响,北京市电煤库存一直在警戒线以下运行,到10月底锅炉及民用燃煤库储煤率不足45%.而为防止大气污染,北京城区的燃煤锅炉大多变为燃气或燃油。随着石油价格的上调,北京冬季供暖承受着巨大的压力,2005年3月,北京油价再次上调,93号汽油每升上涨了0.26元。 能源的供给直接影响到人民生活与国民生产。一次拉闸对平常老百姓无关大要,但对于长期依赖电力生产的工厂、企业来说,损失可能是上百上千万;而全国27个省份同时出现问题,这种经济损失就根本无从计算,直接关系到国家经济命脉。而冬季供暖的短缺,导致很多底保户和困难企业失去基本生存条件,威胁到国家稳定安全。 三、建筑节能要求十分紧迫 1、建筑能耗约占社会总能耗的1/3 我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到近年的27.45%.而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断,国家建设部科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此庞大的比重,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。 2、高耗能建筑比例大,加剧能源危机 直到2002年末,我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。目前,我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑,总量庞大,潜伏巨大能源危机。正如建设部有关负责人指出,仅到2000年末,我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6%,而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%.因高耗能建筑比例大,单北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨,直接经济损失达70亿元,多排二氧化碳52万吨。如果任由这种状况继续发展,到2020年,我国建筑耗能将达到1089亿吨标准;到2020年,空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力,这将会是一个十分惊人的数量。 据分析,我国目前处于建设鼎旺期,每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速,预计到2020年,全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。因此,如果现在不开始注重建筑节能设计,将直接加剧能源危机。 3、我国建筑节能状况落后,亟待改善 在70年代能源危机后,发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术,而我国却忽视了这一方面的问题。时至今日,我国建筑节能水平远远落后于发达国家。举例说明,国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。外墙的传热系数是他们的3.5至4.5倍,外窗为2至3倍,屋面为3至6倍,门窗的空气渗透为3至6倍。现在,欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6升油,大约相当于每平方米8.57公斤标准煤,而在我国,达到节能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要达到12.5公斤,约为欧洲国家的1.5倍。例如与北京气候条件大体上接近的德国,1984年以前建筑采暖能耗标准和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤标准煤,但到了2001年,德国的这一数字却降低至每平方米3.7至8.6公斤标准煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京却一直是22.45. 因此,与当前发达国家建筑能耗已经大大降低的情况相比,我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上,与发达国家存在较大的差距。而对于美国而言,全球石油资源的战略布局以及石油的开采区域和运输线路等关键点的调整工作已基本完成,我国却没有那样强有力的能源后盾支持,在这样的国情下,建筑节能水平的改善实际上应该比发达国家更为紧迫。 建筑节能设计论文:建筑节能设计管理论文 我国20世纪60年代中期至70年代,由于片面的强调降低基本建设的造价和减轻结构自重,导致一再削弱维护结构的保温隔热水平,采暖和空调能耗大,经济和社会效益都很差。现我国建筑用能已接近全国能源消费总量的1/3。 建筑在我国分为工业建筑和民用建筑。工业建筑本身能耗不大,所以国家还未对工业建筑作节能方面的要求。民用建筑又分为两大类:居住建筑和公共建筑.在各专家编写规范之前的社会调查阶段中由电业总局与燃气公司提供的数据显示:就目前中国居民的消费水平和消费习惯而言,居住建筑能耗与公共建筑或国外居住建筑相比是非常少的。居住建筑提倡节能设计,目的是提高人们生活的舒适性。而公共建筑提倡节能设计才是建立集约型社会的关键环节。公共建筑分为以下几类:办公建筑(写字楼、政府部门办公楼),商业建筑(商场、金融建筑),旅游建筑(旅馆、娱乐场所),科教文卫建筑(文化、教育、科研、医疗、卫生、体育),通信建筑(邮电、通讯、广播)以及交通运输(机场、车站等)。有数据显示:就政府部门办公楼每年所消耗能量相当于全国八亿农民全年全部的能耗:办公室里夏天穿毛衣御寒、冬天衬衣短袖解署、白天亮灯办公、热水机饮水机下班后没人关。现在全球范围内已开始能源紧张,尤以中国较为严重,随着中国经济的高速发展,对能源的使用和节约就更加迫切了。 其实建筑节能并不是一个新的课题,而是建筑基础学科—建筑热工学的一个部分,我国也早在1993年颁布了相应的规范《民用建筑热工设计规范》,1996年颁布了《民用建筑节能设计标注(采暖居住建筑部分)》,2001年颁布了《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》,这些规范的颁布,也反应了我国建筑节能的发展轨迹:由北向南,由居住建筑到公共建筑。但由于种种原因,这些规范的条款未列入国家强制性条文范围内,各地也未政府令加以强调,所以执行力度也未达到应有的效果。但2005年7月1日颁布实施的《公共建筑节能设计标准》中有许多条款被列入国家的强制性条文内,相应的各地政府了具有地方法律效力的法令,上海市在2005年6月13日的政府令第50号:《上海市建筑节能管理办法》强制规定:自2005年7月15日起新建住宅与政府投资的公共建筑必须进行节能设计。《办法》的第九条与第十条分别对设计单位与图纸审查机构提出具体的要求。所以,对于建筑设计单位,建筑的节能设计已经进入了一个全新的时期! 以下着重介绍《公共建筑节能设计标准》对有关建筑部分的要求。《标准》比刚才提到以往的有关规范要严格些,按照本标准设计,与未采取节能措施前相比,全年能耗应减少50%。《标准》的章节不多,共7页17条,但简明扼要,省去了复杂的热工公式,归纳总结出来几点要点,强调了规范的实用性。涉及到的基础知识及术语结合规范本身展开叙述: 一,热工设计的分区:按照我国的气候条件,划分为五个分区:严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区以及温和地区。 热工分区的基本规律是:严寒地区和寒冷地区基本是我国的三北地区:东北,华北,西北。这些地区的地域辽阔,面积大,建筑节能设计起步也比较早,经验相对来说比较丰富,主要考虑的是冬季保温。夏热冬冷地区大体上是长江中下游地区,如:成都、武汉、南京、上海等,这些地区的建筑的节能设计由于历史原因起步较晚,面积虽然不是最大,但人口密度高,也是我国经济最发达地区,可以说这一地区的节能潜力最大,效果也会最明显。设计考虑的是冬季保温与夏季防热兼顾。夏热冬暖地区大体上是华南地区:福州、广州、南宁、台北等。这些地区的建筑设计主要考虑的是夏季防热。温和地区,冬暖夏凉,四季如春,如:昆明、西昌、元江等。一般可不考虑夏季防热,部分地区注意冬季保温。《公共建筑节能设计标准》在这五个分区的基础上根据公共建筑节能的设计特点作了些调整:把严寒地区细分为严寒A区与严寒B区,而温和地区不强制执行节能设计标准。 二,体形系数:即建筑的外表面积与体积之间的比值.体形系数越小就越有利于节能,减少外表面与室外空气的接触,就能减少散热。与以往的规范不同,新的《标准》中弱化了体形系数的概念,只在4.1.2条规定严寒地区与寒冷地区对体形系数的限制是≤0.4,其他地区该系数对建筑的节能体现不明显,所以不作限定。 三,热传导系数:这个概念是本标准的优秀名词.所有的围护结构:门、窗、外墙、屋顶以及地面都围绕这个概念展开的。图纸审查或政府检查部门的抽查也是这个数据。她的名词解释为:围护结构两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位W/m2.k。简单的说便是热量在某种材料里传递的速度,速度越小,那么这种材料的隔热性能也就越好。怎样求得这个数据呢?传热系数K0=1/R0。 R0,传热阻:R0=Ri+∑R+Re单位:m2/K.W Ri与Re分别是材料内外表面的换热阻。他们是固定数据,可由表差得:0.11m2/K.W0.04m2/K.W。 ∑R是各层材料的热阻之和。某单层材料的热阻R=δ/λ,δ为该材料的厚度,单位是m,λ为该材料的导热系数,单位是W/m.K。λ为此公式求值过程中的关键数据,也是每种材料的固有的属性。她的名词解释为:1m厚的物体,两侧空气温度差为1℃,1h通过1m2面积传递的热量,单位W/m.k。通常把导热系数λ小于0.3W/m.K并能用于绝热工程的材料,叫做绝热材料。导热系数是绝热材料的最重要最基本的热物理指标。例如:普通混凝土λ=1.74W/m.K,钢筋混凝土λ=1.51W/m.K,多孔砖λ=0.58W/m.K,聚乙烯泡沫塑料λ=0.047W/m.K,聚氨酯硬泡沫塑料λ=0.0216W/m.K,(这种材料在全球范围内尤其在欧美等发达国家作为建筑绝热工程中最普遍使用的材料),而铸铁λ=49.9W/m.K。实际的工程应用中,卡特比勒办公楼的外墙部分设计采用聚异氰脲酸酯(PIR),这种更新型的材料λ=0.020W/m.K,属绝热材料。这便是维护结构的传热系数K值的求解过程。 下面结合《公共建筑节能设计标准》对上海地区的各部分围护结的隔热要求构逐一探讨: 1.屋面:K≤0.70W/m2.k 我们的习惯做法一般可以满足这个要求。例如:120厚现浇混凝土楼板+20厚水泥砂浆找平层+泡沫混凝土找坡层最薄30厚+40厚的λ=0.03W/m.K挤塑板(XPS)+防水层+20厚水泥砂浆保护层,这样的做法就可以达到K≤0.60W/m2.k。须注意关键的保温层一般应选用40厚挤塑板,若选用聚苯板,厚度应增加至60。 2.外墙:K≤1.0W/m2.k 不作外墙保温的习惯做法是绝对达不到这个新规范要求的。例如:20厚水泥砂浆+240厚多孔砖+20厚水泥砂浆的无外墙外保温的传统构造传热系数K=1.66W/m2.k,即便在前段时间简易的外墙保温做法-保温砂浆,也达不到规范的新要求。经计算得知:在墙体与外墙砂浆之间增加20厚的λ=0.03W/m.K挤塑板,这样的构造使得外墙整体的传热系数K=0.86W/m2.k 1.0W/m2.k。这叫做外墙外保温技术,是业界内公认的一种效果很好的做法。他的优点是技术成熟,产品寿命较长,也可使外墙的主要部分受到保护,大大降低温度应力的起伏,提高结构的耐久性。但他的缺点是在高层建筑中有安全隐患,外墙面砖的做法受到限制。外墙内保温的做法不能很好的解决建筑热桥的问题,同时房间内部使用和改造都受到很大的限制,所以现在工程上已很少用这种做法了。还有一种做法叫做中间保温,做两层墙,中间夹保温材料,这种做法效果好,是建筑保温的发展趋势,国外的工程中这种做法早已普及,在我国的发展受到限制主要是因为一造价高,二构造做法与现行的做法差别太大,影响面广,难以一时普及。 3.外窗部分 由于外窗在建筑中变化丰富,窗框材料、玻璃品种,有无遮阳等都会严重影响建筑热工性能,所以,规范在这部分的规定并没有一刀切。根据窗墙比系数的不同,对窗体的要求分成不同的几类。所谓窗墙比,并非窗和墙的面积的比值,而是窗与其所在墙体的面积之比。规范在保证外窗自然采光的范围内鼓励窗的面积越小越好,即窗墙比越小越好。因为就现在已知能做到的最好的窗:双玻中空双腔充惰性气体40厚,铝合金断热型材,这种窗体构造的传热系数K=1.5W/m2.k,而普通的单玻铝合金窗的传热系数K=6.4W/m2.k,是墙的6倍。据统计,通过窗流失的热量占建筑能耗的46%,因此控制窗墙比是个有效的节能手段。《标准》中强制规定“建筑每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不应大于0.7”,此规定一出,必将会极大的影响建筑外观,金茂大厦或者东方艺术中心等全玻璃的建筑势必会大大的减少。夏热冬冷地区(上海)是这样详细规定的:当窗墙比≤0.2时,窗的传热系数K≤4.7W/m2.k。在实际工程的应用中,塑钢单玻窗或铝合金双玻窗可以满足要求,但钢铝单玻窗不满足要求。由此可见,在任何情况下,普通铝合金单玻窗是达不到要求的,必将会面临被淘汰的境地;当窗墙比在0.2和0.3之间时,窗的K≤3.5W/m2.k。双玻铝合金中空(16厚空气层)的传热系数K=3.6W/m2.k,同样不满足要求,若改为断热桥的铝合金型材便满足。当窗墙比在0.3和0.4之间,窗的传热系数K≤3.0W/m2.k。断热桥铝合金中空玻璃可以满足要求。当窗墙比在0.4至0.5之间,窗的K≤2.8W/m2.k。当窗墙比在0.5至0.7之间,窗的K≤2.5W/m2.k,一般情况下中空充惰性气体玻璃镀膜断热桥铝合金的窗体构造可满足要求。 以上为《公共建筑节能设计标准》对窗的要求,窗体构造部分是平时总结的一般规律,规范并未提及,在遇到实际工程应进行具体分析和计算。《标准》除了对窗的传热系数做了具体规定外,还有另外一个有关窗的概念影响建筑的热工性能:遮阳系数,SC值。简言之,对太阳光的遮挡程度。共两种形式:有外遮阳式,无外遮阳式。并不是一提到遮阳就得在室外设置外遮阳挡板,无外遮阳时,通过玻璃的镀膜,也会产生遮阳的作用,当然规范提倡在夏热冬冷地区设置外遮阳措施。《标准》这样规定:有外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数;无外遮阳时,遮阳系数=玻璃的遮阳系数。遮阳系数越小,阻止阳光进入室内的效果就越好。外遮阳系数虽有很复杂的公式,但很容易理解。无外遮阳时,玻璃的遮阳系数是这样求得的:以3mm的标准白玻璃的太阳光透过率0.89为基数,建筑物所使用玻璃的太阳光透过率除以0.89得出的数字就是玻璃的遮阳系数。《标准》规定窗墙比≤0.2时,外窗玻璃的SC不作要求,其他情况的窗墙比要求SC在0.4和0.6之间,东南西向的玻璃鼓励镀膜。 至此《公共建筑节能设计标准》的主要的硬性内容就总结完成了,最后,《标准》还提到了一个软概念:权衡判断,为尊重建筑师的创意,在设计过程中,即便有违反强制性条文的做法,也不一定会因此不能通过审查,可以通过提高建筑其他部分的的性能来满足整体建筑的计算能耗。 建筑节能设计论文:BIM技术建筑节能设计论文 1我国建筑节能设计的发展状况 建筑节能就是要实现能源的循环利用,但在我国由于节能的意识不强,再加上我国建筑技能和设计理念的落后,都制约着我国建筑节能设计的发展。我国建筑师多注重建筑的外观和功能的建设,很多的节能设计方案多是沿用已有的资料,很少有人会考察施工地点,修改设计方案,这就使得我国的建筑节能性不强,能源消耗大。在建筑节能设计上,需要经过很多数据的定量分析,这些都要在建筑之前,通过人工和专业软件进行操作。但在我国这些工作多是在施工之后才开始进行能量分析,最后因施工问题无法进行修改,即使能在施工前进行数据分析也因为缺少软件的专业操作人员而无法进行。总的来说,无法进行专业数据定量分析,很难设计出好的节能方案,这与我国缺少专业过硬的建筑设计师有关,这也限制着我国节能设计的发展。建筑产生的本来意义就是为人们提供安全舒适的环境,这也是所有建筑都要遵循的原则,为了实现生态建筑这一目标,建筑节能设计就显得尤为重要。 2BIM技术的概念 BIM技术将建筑的物理元素和功能元素用数字的形式表达出来,也就是将建筑数字化,这样就可以在软件上对建筑进行一系列的设计检测。数字化的建筑可以在软件上进行全方位的观察,所有的建筑过程都可以监控。立体空间模型的建立,便于网络信息共享,各种设计方案在模型上都可以快速实施,便于发现问题,及时解决。BIM技术已经在建筑的各个过程得到广泛应用。 3BIM技术的应用 将BIM技术应用到建筑设计中,可以快速创建建筑的虚拟数据模型,将与建筑相关的一系列数据直观的展现在设计者面前。有了BIM技术的融入,数据化的建筑就可以在各种软件中快速进行数据分析。在进行能量分析时只需将数据输入到专业的软件中就可以得出详细的分析结果。在进行能量分析时可以应用建筑信息模型和分析工具来简化操作步骤,工作效率也会大幅提升,计算机的加入使得能量分析更快速更准确。在进行流体力学分析时,BIM技术可以自动根据已有数据进行风环境分析,还可以提供太阳辐射分析,方便设计人员对建筑的外表面进行技术优化,提高建筑的生态效应。BIM技术随着科技的进步在不断地完善,连窗子位置变化对光的影响都可以进行分析,精准度越来越高。 4BIM技术在建筑节能设计上的应用 4.1协同设计 采用BIM技术可以建立建筑信息模型,模型中汇集建筑工程施工所需的全部信息。可以取读水泵的尺寸、水泵的用电量等信息,而且需要读取跨专业的信息时,可以直接取读。在水泵进行修改电量的时候,可以对负荷的计算进行同步的更新。采用BIM模型,全部的专业必须找模型中检查操作,这样可以简化工作的流程,提高建筑节能设计工程的联动性。在使用BIM技术时,设计的工作是在BIM模型中进行的,参与设计的任意方修改了设计,其他人员可以及时的看到,可以进行研究讨论,这样就提高协同设计的效率。 4.2参数化设计 对于Revit模型而言,明细表、三维视图、二维视图等可以在建筑模型中表现出信息的形式,如果修改Revit模型的参数化,Revit模型的引擎可以对平面、明细表、模型视图、等不同的位置的设计进行修改,并且及时的把修改后的信息进行更新,确保模型的处于正常的运作状态。例如建筑节能专业在进行平面设计布置时,需要合理的配置喷头、消火栓等,并且这些设备的数量可能会发生变化,因此需要在材料表中解决此问题,这样节能设计过程的设计质量才可以有效的提高。在建筑工程中引起参数化设计,对于BIM引进计算机能够起到辅助作用。例如在给排水工程的设计中,对于水力的计算,需要专业技术人员利用一定的软件进行计算,而采用BIM技术可以直接的读取卫生器具和设备的信息,并且如果设定管道水力特性,BIM模型可以对管径的设计进行自动的修改,这样可以提高了设计的效率。 4.3可视化设计 在建筑工程的设计中,传统的设计方式通常是采用CAD信息平台,这样给排水设计人员需要汇集平面图、立体图和剖面图的信息,对建筑图形进行复原,在分析和设计中调整建筑的结构和梁高位置的信息。采用CAD信息平台,对于结构复杂、工期短的工程,在信息的传递中往往造成信息失真的现象,这样就会影响到建筑工程的施工。在现代化的给排水设计中大多采用BIM技术,这种技术通常是在建筑工程中建筑信息模型,利用信息模型可以直观的读取信息,这样可以有效的降低信息传递中的失真现象,提高信息的完整性和有效性。另外给排水的施工项目模型不同于土建项目的设计模型,它是在土建项目模型的基础之上,设计给排水系统,这样就需要对局部的设计模型进行修改,但是如果修改就会影响到楼层的平面设计,多数情况下采用以楼层为基础的设计,但是这样的设计扰乱了系统内部之间的联系。而采用BIM技术在设计模型中进行修改,可以充分的把握给排水工程设计的整体性,修改工作简单、操作性强。 4.4安装模型的设计 在BIM模型中引入安装模型设计,可以对建筑工程进行有效的指导。在具体的施工中,需要把时间维度引入BIM模型中,并且编制安装进度表,并且可以利用模型实现项目预先可视化的效果。编制合理的工程进度表,可以对给排水工程进行整体把握,全局规划,这样可以简化安装和设计的流程,降低设计变更率,提高给排水工程的施工效率。 5结束语 BIM技术通过信息化技术将建筑工程变成虚拟的数字化模型,实现从设计到竣工建筑工程的全方位检测分析,完成了建筑信息的共享,提升了建筑节能设计的效率。BIM技术功能强大,但很多时候只被当成BIM软件被推广应用。很多设计人员都没有了解BIM技术的真正含义,只是应用软件进行简单的数据处理,忽略了BIM技术带来的多方协作的先进理念。BIM技术需要融入到建筑管理当中,只有重视BIM技术,真正使用BIM技术,才能提高建筑节能设计的质量和整个建筑工程的质量。 作者:吕松娥单位:哈尔滨万达城投资有限公司 建筑节能设计论文:节能量估算下建筑节能设计论文 1建筑的节能设计标准及重点 影响建筑能耗的建筑因素有三种,首先是,围护结构,如:门、窗、墙等,这些建筑结构所处的地理环境不同,其节能要求不同;其次,生活方式,建筑的设计结构、温度湿度要求、建筑功能、功能模块的设计结构等;最后,设备系统,当发生突发事件时,建筑的自我保护能力、独立运行能力都要符合一定要求。上述因素,在建筑施工过程中要想有效控制极为困难,即便有法律条文规定、限制,但依然有许许多多不确定的因素,干扰着正常的施工建设。为此,利用建筑节能设计标准计算建筑节能量,明确建筑强制性能的参数是非常重要的。 2基于建筑节能标准估算节能量 2.1建筑节能设计标准估算节能量的成立条件 节能量是指节能改造之后建筑物能耗的减少量所反映出的收益增加量。依照建筑节能标准,确定节能量,需明确计算、分析条件,方能进行。如:拥有100%的能耗基准值的内容,建筑所有的节能要素都要被算在内。以居民建筑为例,东北地区主要的节能要素是采暖,而南方地区主要的节能要素是空调能耗,不同地区选取的节能要素是不同的。 2.2举例说明 以大连富豪小区为例,该居民建筑所处严寒地区,其节能设计标准为JGJ26-1995,节能目标50%,基准值和能耗标准与传统节能要素能够相互配合,节能要素是采暖能耗、成立条件是全空间、全时间。在计算节能量时,技术人员统一调查了当地居民的生活方式,资料显示,居民为获得较为舒适的生活环境,会按照假定方案,消费采暖能耗,并使用相应的设备系统,如电、水、空间能量等。围绕建筑的设计标准和现实建筑情况,对建筑所属的集中供热系统设备进行能量考核发现,同一地区,居民建筑的平均能效没有较大差别,与节能百分比完全相符。综上分析,大连富豪小区完全符合节能设计标准估算节能量的条件,以整个小区建筑面积为5300×104m2来计算的话,节能设计能耗为50%,则该小区的居民建筑的平均耗能为24kgce/m2,用它来估算居民建筑的节能量。再加上供热系统官网系统的运行功率、热源的传播效果、建筑功能设计的配合度等因素的影响,便可准确估算出整个富豪小区的年节能量为53.23×104tce,且相关指标数据在标准范围内。分析上述案例可知,建筑的节能设计要素大体相同,无非是采暖能耗和空调能耗,电、水、空间的能耗都是固定的,不会随着地区建筑的变化而变化。与居民建筑相比,公共建筑在节能设计方面,考虑的问题和因素更多,依照《公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)提出的观点可知,只要按照建筑的节能设计标准施工,保证其室内环境参数、结构指标在标准范围内,其节能量不会少于建筑总节能量的50%。从这一点看,以节能设计标准为节能量的估算依据是相对科学的,因为在一个计算公式中,标准是不变量,节能设计、节能要素是变化量,节能量是因变量,这种估算方式,符合统计科学。 3结语 通过上文对建筑节能设计标准与节能量估算等相关内容进行系统分析可知,“节能”是建筑工程最看重、最具挑战的施工任务,在经济时代,它不但能节约大量的建筑资源、不可再生能源,还能有效完善、维护居民的生活状态,使其在一个环保、节能、安全的环境下快乐的居住生活。从某种程度讲,根据节能设计标准估算建筑的节能量,是相对科学的,只要拥有明确100%能耗基准值的内容、计算条件,明确节能百分比的成立条件,就能精准的计算出节能百分比目标,建筑施工设计目标方能实现,因此,其实践价值与意义重大。 作者:张涛朱建雯单位:新疆农业大学草业与环境科学学院 建筑节能设计论文:绿色住宅建筑节能设计论文 1绿色住宅及节能设计的概念和特点 现代所谓的“绿色住宅”,并不仅仅只是指住宅周围环境的高绿化率,屋顶建设的绿色花园这么简单的要求,他已经发展成为了一种全新的理念或是象征,主要是指建筑整体要对环境没有危害,能够充分的利用周围的自然环境资源,并且能够达到不破坏周边生态平衡这样的一种建筑物,我们也可以称之为可持续发展建筑或是生态建筑。它的主要特征就是:一是在生态环境方面具有敞开性,可以与环境很好的融合,充分利用自然资源;二是建筑主要采用的是无污、无害的环保型的建筑材料,降低对环境的破坏的程度;三是立体绿化率高,周边的生态环境稳定,生活环境舒适;四是充分利用清洁型能源,环境污染少,住宅能耗低;四是富函生态文化与艺术气息,淳朴的生活气息浓郁,环境宜人。而节能设计经常是与绿色住宅串连在一起的设计理念,所谓的“节能设计”主要是指在建筑的过程之中,要处处体现节能的原理,充分的利用节能的材料及建筑工艺,最大程度地降低对自然资源的损耗,达到节能环保的目标。因此节能设计主要体现的是一种原则,它的主要设计理念就是:一是采用无害、无毒的建筑材料,降低环境破坏程度;二是减低不可再生资源的使用程度,保护环境协调;三是尽可能的利用可再生能源和清洁能源,降低环境污染,保护生态和谐。由此,我们可以看出,绿色与节能是现代建筑的一体两面,缺一不可,我们在现实的建设之中既要注重节能设计,保护生态环境,降低环境污染,同时我们也要关注绿色建筑,维持环境生态平衡,促进社会和谐、可持续发展。要以人、自然环境与建筑住宅的协调发展为目标,利用天然的条件和人工的创新手段,创造良好、健康的居住环境,尽可能的控制和减少对大自然的使用与破坏,力求在向大自然的索取和回报之间争取平衡。 2节能设计在绿色住宅建筑中的重要地位 绿色住宅概念是现代人们生活追求的基本目标,也是人们生活水平提高的重要标准,对于绿色住宅我们的理解白不要仅仅的局限于对绿化面积的要求,更多的是要专注与生态环境的整体和谐,节能是绿色住宅设计的重要指标之一,节能设计是住宅更加趋向真正意义上的绿色住宅的重要方式之一,对于节能设计在绿色住宅建筑中的重要地位我们可以大体归纳为以下几点: (1)节能设计有利于降低绿色住宅的能耗,减少资源的浪费。通过在设计之初,我们就把节能的概念贯彻到住宅建设之中,通过修建各种现代化的设施,利用现代科技手段,通过各种方式加大住宅对可再生资源的利用率,如利用太阳能发电,利用沼气取暖等等各种方法,从而有效的降低传统住宅对非可再生资源的使用数量,降低能耗数量,真正的做到绿色无污染。 (2)节能设计有利于保护生态环境,促进绿色住宅人与自然的和谐。通过在住宅中大量的使用太阳能、沼气及风能等各种可再生的、无尽的自然资源,我们可以有效的减少传统住宅对煤、天然气等非可再生资源的消耗,从而减少了二氧化碳等温室气体的排放量,环节我们现在日益紧张的环境压力,真正的起到保护人类的生态环境的功效,发挥绿色住宅建筑的环保功能。 (3)节能设计有利于绿色住宅建筑新美学的产生。随着社会的发展,人们的要求也不再不断地提高,科技也在飞速的发展,为了更好的发挥绿色住宅节能环保的功效,我们就必须要及一切的努力去设计更符合人们要求的节能建筑结构,通过不断地实践与探索,我们对住宅的建筑模式也会不断地进步,进而会促进建筑新美学的迅速发展,提升绿色住宅建筑的整体美的理念与设计,满足人们日益增长的心理需求和生活需求。 3绿色住宅建筑中节能设计的主要表现方面 绿色住宅的建筑设计不是仅仅表现在一个方面的,而是表现在设计、建筑及后期使用的方方面面,节能作为绿色住宅的一个重要标准,它在整体建筑中也表现在了住宅的前期、中期、后期的各个方面上,不仅包括规划的节能,而且包括建筑施工中的节能以及建筑使用中的节能等等各个方面。具体可以解释如下: (1)在绿色住宅规划设计之初就充分体现节能意识。在设计绿色住宅的设计图纸的时候,我们要尽可能的减少对纸张等的浪费,减少不必要环节造成的各种资源的浪费,而是切实的贯彻节能的理念,缩减设计图纸的打印次数,尽可能的利用现代的电子技术,实现信息化的传播与共享,减少对资源的浪费。同时在设计之中,我们要合理地对门窗体、屋顶、墙体以及建筑结构进行布局设计,尽可能的最小程度的使用不可再生的资源,最大化的实现结构的合理布局及对空间的合理利用,减少不必要的空间浪费,提高整体建筑物的整体利用效率。 (2)使用绿色无污染的环保节能建筑材料,减少环境污染。我们在建设绿色住宅建筑的时候要时刻保持节能环保的设计理念,在建筑施工的过程中,我们要尽可能的去选择采用那些无污染的、清洁的可再生资源去进行,减少对一些有害物质材料的使用,如在粉刷墙体的时候,我们要选择甲醛含量低甚至是没有的油漆材质进行粉刷,因为甲醛是一种有害的物质,他不仅对大气环境造成破坏,更是会影响人们的生命安全,引起白血病等严重的疾病。因此在绿色住宅建筑施工的过程中,我们也要坚持环保节能的建筑材料,减少建筑材料的不必要浪费。 (3)绿色建筑建设中要设计新能源使用设备,完成后提高可再生资源的利用效率。现在太阳能、风能、沼气等新型能源越来越受到广大民众的青睐,因此在建设绿色住宅的时候,我们要充分的利用上这些新能源,建设适合的配套设施,尽可能的为新能源的利用提供有效的设备。同时在绿色住宅建成之后,我们要大力的倡导住户使用绿色的新能源,实施有效的鼓励政策,从而使我们的绿色住宅建筑真正的发挥生态环保的功能,为我们共建人与自然的和谐发展做出贡献。 作者:龚万灯单位:厦门市住宅设计院有限公司 建筑节能设计论文:我国民用建筑节能设计论文 一、我国民用建筑主要节能设计 我国民用建筑节能设计需要考虑整体及外部环境等因素,如选址、规划、外部环境和建筑物体型设计等都为建筑节能创造了条件。国家提出新型民用建筑节能50%的要求,若将这50%定义为1(即100%)的参数,那么民用建筑中围护结构耗能比例减少50%左右,建筑高效设备耗能比例减少30%以上,建筑电气、电器耗能比例减少10%以上,所以围护结构设计是主要因素。建筑围护结构部分包括墙体、门窗、地面、屋顶等。若将民用建筑中围护结构耗能比例减少50%左右也定义为1(即100%)的参数,那么墙体耗能比例为30%左右,门窗耗能比例为50%左右,地面、屋顶耗能比例为20%左右,建筑围护结构部分的墙体、门窗、地面、屋顶的设计是主要部分。 1、墙体节能设计 墙体的主要功能是承重、防水、防潮、隔热、保温,是建筑护结构的主体。外墙应采用低传热值的新型节能墙体材料,如加气混凝土砌块、新型建筑模网、外墙保温材料等。墙体复合保温方式主要包括内保温和外保温两种。内保温是指在外墙内侧增加保温措施,施工简便宜行。内保温热稳定性差,室内温度调节的速度快,适用于间歇使用的空调房间。外保温即保温材料在墙体的外侧,有利于室内水蒸汽通过墙体向外散发,可避免墙体受潮,对保护建筑结构有利,能够延长建筑物的使用寿命,墙体可以作为蓄热材料且能解决维护结构通常存在的冷桥问题。其特点是热稳定性好,室内温度调节的速度慢,适用于连续采暖、空调的房间。相比较而言,推荐外保温作为墙体保温的首选措施。此外,空气也是一种优良的保温材料,在建筑物中常用材料围成的空气隔离层,不但可以保温隔热,而且具有切断液态水份的毛细渗透、防止保温材料受潮的功能。 2、门、窗节能设计 相对墙体而言,门、窗的保温隔热性能较差。普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物夏季降温及冬季保温能耗的50%-60%以上,所以改善其绝热性能是节能设计的重点,主要措施有: (1)控制建筑窗墙比。住宅窗墙比是指住宅窗户洞口面积与住宅立面单元面积的比值。 (2)提高建筑外窗的气密性,减少冷空气渗透。门窗框与墙间的缝隙可用弹性松软型材料、弹性密闭型材料、密封膏以及边框设企口等密封。框与扇的密封可用橡胶、橡塑或泡沫密封条以及高低缝、回风槽等。扇与扇之间的密封可用密封条、高低缝及缝外压条等。扇与玻璃之间的密封可用各种弹性压条等。 (3)改善建筑门窗的保温隔热性能。户门、阳台门除应结合防火、防盗要求外,在门的空腹内填充聚苯乙烯板或岩棉板,以增加其隔热性能。窗户最好采用钢塑复合窗和塑料窗,这样可避免金属窗产生的冷、热桥;可设置双玻璃或三玻璃,并积极采用中空玻璃、镀膜玻璃,低辐射玻璃。合理地设计可开启的窗扇面积,保证南方地区室内自然通风和降低北方地区室外冷风的直接渗透。 (4)设置“温度阻尼区”。所谓温度阻尼区就是在室内与室外之间设立一个中间层次,这一中间层次象热闸一样可阻止室外冷风的直接渗透,减少外墙、外窗的热耗损。在北方地区住宅中,采用密封阳台,外门设防风门斗,防止冷风倒灌,将楼梯间设计成封闭式,对屋顶上人孔进行封闭处理等措施均能取得良好的节能设计效果。 3、地面节能设计措施 在建筑围护结构中,通过地面向外传导的热(冷)量约占围护结构传热量的3%-5%。目前楼、地面的保温隔热技术一般分为两种:一是采用地板辐射采暖的楼地面,在楼地面基层完成后,在该基层上先铺保温材料,将聚乙烯管固定在保温材料上,然后回填细石混凝土,经平整振实后铺设地板。二是在办公楼地面周边地区2米范围内作6厘米厚挤塑聚苯板保温。 4、屋顶节能设计措施 近年来在城市建设和居住小区开发中,坡面屋顶发展较快。据调查坡屋顶与平屋顶的顶层房间,室内温度可相差5℃左右。这就表明在室内热环境相同时,坡屋顶建筑的使用能耗比平屋顶少。屋顶应当采用传热系数、热惰性指标符合标准的、高效的保温隔热屋面。目前用于屋顶保温的各种材料的开发和应用发展较快,保温材料有整体的、块状的以及松散的。屋顶保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料,也不适宜选用吸水率高的保温材料以防保温层大量吸水,降低保温效果。 5、建筑物细部的节能设计 建筑物围护结构细部的节能设计对于建筑物的整体节能设计也非常重要,应从以下各部位着手: ①热桥部位应采取可靠的保温与断桥措施。 ②外墙出挑构件及附墙部件,如阳台、雨罩、靠外墙阳台栏板、空调外机搁板、附壁柱、凸窗、装饰线等均应采取隔断热桥和保温措施。 ③窗口外侧四周墙面,应进行保温处理。 ④门、窗框与墙体之间的缝隙,应采用高效保温材料填堵。 ⑤门、窗框四周与抹灰层之间的缝隙,宜采用保温材料和嵌缝密封膏密封,避免不同材料界面开裂,影响门、窗的热工性能。 ⑥采用全玻璃幕墙时,隔墙、楼板或梁与幕墙之间的间隙,应填充保温材料。 二、结语 实现我国民用建筑节能50%的要求,建筑设备选用及运行同样不可忽视。例如北方地区供暖设计中采用效率可达80%左右的锅炉,风机、水泵采用了变频技术,在用户附近建设了换热站,使循环水量、软化水减少,锅炉结垢也减少,从而提高了锅炉效率,降低供热成本。从发展的角度来看热电联产、集中供热、综合利用热能是节能设计的方向。南方地区民用建筑的空调设计,尽可能采用集中、中央空调及冷却塔技术、太阳能技术、变频技术、冷热能利用回收等技术节约能源。再如照明方面采用的高效LED光源、声光控、电磁、徽波、光波等技术。建筑用水采用循序设计、排水采用分流设计等节水系统,提高水的再利用率。热能方面采用太阳能技术、纳米涂料技术等。全面的建筑节能是一项系统工程。目前国家已制定了《公共建筑节能设计标准》、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》等行业标准,对建筑节能做出了明确的政策规定;在具体实践中还必须从设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节,按照国家的节能政策和节能标准、规定,全面地、严格地采取节能措施,让每一位公民真正树立起全面的建筑节能观,将建筑节能真正落到实处。 作者:毛长海单位:新疆冶金建设技工学校 建筑节能设计论文:工业建筑节能设计理念论文 1工业建筑节能设计理念重要性 1.1有效减少能耗 有效减少能耗是工艺建筑节能设计理念的重要优势之一。众所周知降低工业建筑的耗能在本质上减少工业企业的生产成本,并且还能够在建筑物在使用和建造过程中尽可能合理地使用和利用能源,从而能够在满足同等需要或达到相同目的的条件下做到尽可能的降低能耗。除此之外,有效减少能耗主要还体现在可以有效的面对能源危机和潜在的能源资源价格上涨,并且建筑节能的技术途径主要是依靠减少维护结构的散热并且合理的提高供热、制冷系统的热效率两个方面。即通过这两方面的有效加强节能设计理念可以有效的减少相应的能耗。 1.2资源循环利用 资源循环利用可以让工业企业在生产过程中占据非常大的优势。众所周知工业生产需要大量的资源支援,因此资源的循环利用可以有效避免大量宝贵的不可再生的能源资源在建筑、生产过程中被浪费。例如由于工业厂房的冬季内采暖计算温度与室内外的冬季采暖计算温度差(tn—twn)和民用建筑相比,要小10%~20%,热损失自然也相应减少。除此之外,在资源循环利用的过程中节能设计理念的应用可以有效减少其整体资源的消耗,从而能够在此基础上促进其生产水平的有效提升和社会效益、经济效益的不断进步。 1.3提升生产效率 节能设计理念的应用可以有效的提升工业企业的生产效率。众所周知工业建筑物的护结构是其热量损失的主要通道之一。因此通过节能设计理念的应用设计人员可以促进建筑物的墙体、屋顶及地基周围等处使用高效保温隔热材料,并且能够使建筑物围护结构中各部分的传热系数大大降低,这最终就能促进企业生产效率的有效提升。除此之外,节能设计理念对于生产效率的提升主要还体现在了其能够有效降低生产设备和机械的运行强度,从而能够有效延长生产设备的使用寿命和使用效率,从而能够在此基础上促进工业企业生产效率的有效提升。 1.4减少腐蚀损失 减少腐蚀损失也是节能设计理念自身具备的优越性之一。众所周知工业企业在生产过程中其厂房和设备都容易受到腐蚀问题的影响。因此在工业厂房的建筑单体设计中,设计人员应从厂房的平剖面布置阶段开始就纳入设计应考虑的范围中。例如设计人员可以通过对于空调降温的面积范围和室内温度进行有效的计算,来尽可能的避免不适当的大面积、大空间采暖和全空调,这可以有效避免机械设备生锈腐蚀的可能性。并且当工业还间内有散发大量生产余热余湿甚至腐蚀性气体时,设计人员在设计时应当考虑有效的自然通风来保证室内的正常生产环境,从而能够促进腐蚀的有效减少。 2工业建筑节能设计理念应用 2.1根据工业特点设计 根据工业特点设计是工业建筑节能的设计理念应用的基础和前提。在根据工业特点进行设计的过程中设计人员应当确保工业建筑围护结构节能设计特点符合工业生产的实际需求。例如设计人员可以建在工业建筑物的墙体和屋顶以及地基周围等处使用高效保温隔热材料,从而能够可以使建筑物围护结构中各部分的传热系数大大降低并且有效减少热量的损耗。除此之外,在根据工业特点设计的过程中设计人员应当确保操作人员和运输工具活动的高度范围内具有良好的工作环境,因此在设计时不应当采用机械强度偏低的内保温材料,并且在厂房内湿度大或又含有腐蚀性介质的条件下,不宜选用孔隙率、吸水率大的保温材料,从而能够在此基础上促进工业建筑节能的设计理念应用水平的有效提升。 2.2合理选择材料 合理选择材料对于工业建筑节能的设计理念应用的重要性是不言而喻的。在合理选择材料的过程中设计人员应当确保建筑外墙用的材料具有合适的厚度,从而能够在减少热量损失的同时促进建筑内部保持较为良好的通风。除此之外,在合理选择材料的过程中设计人员应当可以从之前的节能设计建筑选取适用的构造和所需的材料。并且根据工业建筑的设计特点,要求控制各朝向的窗墙比为35%~20%。从而能够更好地确保工业建筑的通风条件和采风条件,从而在减少电能消耗的前提下促进工业建筑节能的设计理念应用效益的不断进步。 2.3优化建筑结构 优化建筑结构是工业建筑节能的设计理念应用的优秀内容之一。在优化建筑结构的过程中设计人员应当注重减少建筑的开窗面积,即尽量减少开窗面积始终是工业建筑节能设计的重要手段。根据相关研究表明,不同性能的外窗自身的传热系数可能存在3倍左右的差距。除此之外,在优化建筑结构的过程中设计人员可以通过选用保温与密闭性能好的多层窗来促进工业厂房节能水平的有效提升。例如设计人员可以选用聚苯板和以膨胀珍珠岩为主要原材料的防水保温板以及沥青珍珠岩板等多种节能效果明显的材料,然后合理的设计建造的防水层、保护层等构造,从而能够在此基础上促进工业建筑节能的设计理念应用可靠性的持续进步。 2.4.增强节能意识 增强节能意识是工业建筑节能的设计理念应用的重中之重。在增强节能意识的过程中设计人员应当督促自己具备更加高度的节能意识,这与此同时也是促使工业建筑节能设计工作能够顺利开展并且能够收到良好效果的重要保证。除此之外,在增强节能意识的过程中设计人员应当通过采用其他人员提出的具体意见和细节意见,来促进节能标准得到有效的保障,从而能够在节省土建工程量和降低造价,减少护结构面积的同时促进工业建筑节能的设计理念应用精确性的不断提升。 3结语 随着我国国民经济整体水平的不断提高和工艺建筑发展速度的持续加快,工业建筑节能设计理念的应用得到了越来越多的关注。因此在这一前提下工业建筑设计人员应当对于节能设计理念的内容有着清晰的了解,从而能够在此基础上通过设计实践的进行来促进我国工艺建筑整体设计水平的有效提升。 作者:杨宏单位:西安建筑科技大学 建筑节能设计论文:BIM技术下建筑节能设计论文 1、BIM技术在建筑节能设计中的实践应用 在应用BIM技术时,只要把获取到的相关设计数据移入到使用的设计软件中,就能够通过这些数据得到分析之后的准确结果。在进行建筑节能设计时,如果使用那些传统的建筑节能设计软件会浪费设计师很多的时间及精力,这时设计师就会常常出现顾此失彼的设计情况。而在建筑节能设计中应用BIM技术,则能够有效的节约设计师的时间,并且让设计师能够有很多的精力去进行别的方面的设计。BIM技术应用在建筑节能设计上时,可以通过相关的建筑信息模型及设计软件进行分析,从而能够对建筑能力的分析过程进行优化,缩短设计所用的时间,有利于设计师解决那些比较困难复杂的问题。在进行建筑节能设计的过程中,如果符合当地的建筑标准以及有关的规定时,则能够将BIM技术和GBS技术相结合起来,并且进行建筑类型的设定。在BIM的相关模型中,能够将GBS技术直接导入其中,并且根据模型中的有关建筑信息进行热模型的建立,并且把该模型的格式转化为XML形式。为了将有关的数据进行全面的展示,可以使用DOE技术来实现不同时间段的实时模拟。在此过程中,为了得到所需要的建筑数据,仅仅需要将建筑设计有关的地理坐标和建筑类型输入到GBS中即可。在进行建筑节能设计时,可以通过BIM技术和GBS技术的结合进行相关模型的建立,从而能够获得和建筑有关的详细节能数据分析结果,使得实际的建筑施工能够节约很大的能源。不仅仅GBS能够和BIM技术相结合,Riuska软件也能够和BIM技术通过使用。在这二者相互结合使用时,通过BIM技术模型的导入,设计师则能够取得很多建筑信息,方便建筑节能设计的进行。BIM技术在建筑节能设计中的应用是非常重要的,促进了建筑设计事业的快速发展。目前,建设行业发展的趋势就是建筑节能设计,只有在建筑设计中融入节能设计,才能够使得建筑更加的节约能源,避免的资源的浪费。建筑的能耗在全球能耗中占据了很大的比例,对建筑设计进行节能优化,是降低温室效应的重要手段。 2、BIM技术对建筑节能设计的价值 在建筑节能设计中,BIM技术的应用对其有着非常的的价值,主要包括碰撞检查、精确施工和计划及协同提升效率等几方面。在进行一些比较复杂的建筑节能设计时,工程师和设计师有时候根本不能够查找出二维蓝图中涉及的冲突问题。在实际施工中,每一项工程都可能会由于碰撞问题而不符合要求,需要重新进行建筑节能的设计,进行返工。但是重新设计施工的损失是非常大的,不仅损失材料,还会损失机械台班,出现窝工现象。而然在进行建筑节能设计时,应用BIM技术进行BIM模型的创建,系统则能够自行进行有关碰撞的检查,即使是全碰撞情况也能够检测出来。BIM技术的应用能够为设计者提供准确的碰撞检查结果,并且得出最优的解决方案,防止碰撞造成的损失。在进行项目施工计划时,手工进行预算工作会使得工作的准确性降低,不能够准确的计划出相关的资源,不精确的计划会造成很大的资源损失。而在建筑节能设计时,应用BIM技术,则能够使得施工和计划非常的精确,优化施工,避免资源的浪费。在施工计划上,利用虚拟的施工模拟能够准确的分析出建筑时所用的资源和设备情况,最大限度的节约资源。在进行建筑节能设计时,可能会因为该项工程非常的复杂,并且项目团队是临时组成的,就会严重的影响工期,造成损失。而应用BIM技术一则能够实现信息资源的共享,获得精确的数据;二则在BIM模型上直接做节能设计和节能计算可以避免设计人员的重复建模从而提高设计工作效率,也使得项目各阶段的工作比较的协调,加快从设计到施工阶段的时间。BIM系统其优秀是通过三维设计获得工程信息模型和几乎所有与设计相关的设计数据,可以持续即时地提供项目设计内容、进度以及更改信息,这些信息完整可靠,质量高并且完全协调。 3、总结 综上所述,在社会经济快速发展的今天,建筑节能已经成为了建筑设计的一个重要内容。一个合理的建筑节能设计能够有效的节约能源,避免过大的能源消耗。而BIM技术则能够有效的优化建筑节能设计,使得建筑设计更加的节能。BIM技术已经在一些比较复杂的建筑设计中被应用,为了更好的在建筑节能设计中应用BIM技术,就需了解该技术的特点,并且了解该技术的相关实践。BIM技术对建筑节能设计有着非常大的价值,因此必须加强对BIM技术在建筑节能设计中应用的研究。 作者:马晓云单位:广西大学设计研究院
设计理论论文:冻土区公路设计理论论文 1多年冻土地区公路能量平衡设计的主要研究内容 1.1公路工程的稳定性与能量变化过程的相互关系 以目前青藏公路二级公路(路基宽度为10.0m)为研究对象,进行数值模拟计算(见表1),结果表明:路基基底吸热/放热比为3.71[20],当路面宽度增加1倍后,路基基底热流量将增加60%;而这部分“有害”能量的过多导入,导致下伏多年冻土地基退化过程加快0.6倍[21],引起冻土地基承载力下降,变形过大,严重影响上部结构的稳定性.除此之外,公路工程的建设还会引发公路基底热流分布的不均匀,使得下伏多年冻土退化差异较大.例如,公路路基下形成的融化盘;由于路基阴阳坡效应引发的融化盘偏移;由于桥涵通风作用使小桥涵中部多年冻土上限上升,而桥梁后台及涵洞进出口端部上限下移等.反映到公路工程的稳定性,都将会诱发公路不均匀变形、差异沉降、路基边坡滑塌、桥梁两端和涵洞洞口产生开裂下沉等病害.图2为青藏公路波浪病害和涵洞地基退化差异引发冻胀病害.因此,阐述公路工程引发的外界能量导入和分布,及与工程稳定性的相互关系是该设计理念的首要问题. 1.2工程措施对于冻土地基能量状态的调节程度 这部分内容主要是从冻土地基能量收支角度,研究工程措施对于打破平衡后的冻土地基能量状态的调节修复程度.为了保证公路工程的稳定性,必须改善工程活动影响下冻土地基的能量状态,使其维持相对稳定的状态,延缓或弱化多年冻土的退化过程.在工程中,常采用各种被动或主动冷却措施(图3,4)保障冻土地基的稳定性[22].青藏公路整治改建工程中在纵向裂缝较为发育的楚玛尔河平原设计了热棒路基,用以确保路基工程的稳定性.2004-2011年的监测资料表明,热棒路基年度传输能量在1400~1900MJ[23],有效的导出冻土地基内的“有害”能量,路基下人为上限在运营期内保持在天然上限水平,保证了路基工程的稳定性.片块石路基、通风管路基等多年冻土区广泛应用的特殊结构措施的作用本质都是对冻土地基中“有害”能量的导出.除此之外,工程措施对冻土地基能量的调节还包括对公路基底不均匀热流的调整.如针对阴阳坡效应路基设置的阳坡侧遮阳板、碎石护坡、单侧热棒路基等,在涵洞基础洞口设置的热棒等,见图5.此类调整可以有效改善基底多年冻土发育的不均匀性,改善公路工程的局部稳定性. 1.3多年冻土公路工程设计的目标和影响因素 多年冻土公路工程的设计目标是根据公路工程的稳定性与能量变化过程的相互关系,通过工程措施对冻土路基能量的调节作用,阻止“有害”能量的导入或者将其导出,维持冻土地基能量的相对稳定状态,从而确保公路工程的稳定性.其设计目标主要通过时间和空间两个维度实现.1.3.1时间维度主要有短期、中期和长期目标,时间维度的不同,对稳定性的要求也有所差异.短期目标主要通过合理选择(换)填筑材料、控制路基开挖断面、规范路基施工工艺以及选择轻便快速施工的桥梁结构和涵洞形式等技术手段,确保公路工程施工期的稳定性,对冻土地基能量的平衡状态要求相对较低.中期目标为确保采用常规维护即可达到公路工程设计年限内的使用要求,一般为20a,对于冻土地基能量平衡即依此选择有针对性的强化路基、主动降温或被动保温的工程措施.长期目标即是通过冻土病害的预警预报,加强道路的预防性养护,保证公路在50a以上全球升温背景下的全寿命周期的使用要求.冻土地基的能量状态调整也应充分考虑气候变化的影响,综合选择合适的工程措施或规避多年冻土的影响.1.3.2空间维度主要通过路基高度、宽度等路基尺度的变化,全幅和分幅等修建方式的异同,以及路基与桥涵、隧道等构造物等建设形式的不同调节冻土地基的能量状态,使其维持相对稳定.需要指出的是,时间维度和空间维度的需求通常不是孤立的,二者是互相联系的,也经常与受到其他因素的影响(工程的投资、工程等级、冻土地质条件等).如对于埋藏较浅、厚度较薄的多年冻土,若在短期和中期对公路的通行要求不高,则可以主要在时间维度进行处理,如铺设简易路面通行,待3~5a后多年冻土融化,再进行处理建设.若在时间纬度上要求较高,则主要在空间纬度上处理,如设置架空桥梁或挖除换填等.因此,在具体的设计中,需要综合考虑当地的实际情况,分析各种因素,在时间和空间两个维度中寻找一个平衡点,以最优的设计方案确保冻土-公路工程体系的能量平衡,满足设计要求. 2空间维度能量平衡过程 作为线性工程,构筑于冻土层之上的道路工程必然改变一定面积原天然地表的性状,有时甚至深入到一定深度的地基.这些地表和地基在空间上的人为变化都会引起下部冻土吸热特征的变化.以路基工程为例阐述路基尺度对冻土能量平衡特征的影响,模型见图6.影响冻土能量平衡特征的路基尺度因素包括路基高度、路基宽度、路基坡度以及保温护道等,选取路基高度和路基宽度作为代表,采用数值分析的方法分析路基尺度对冻土能量平衡特征的调节作用[24].路基高度的变化直接影响着路基顶面所吸收热量的传递过程.数值计算结果,下部冻土吸热量随填土路基高度的变化曲线如图7所示.图7显示,路基越高,热阻越大,通过其进入地基的“有害”能量就越少.可见,加高路基能够延缓地基冻土吸热,延缓和阻止地基冻土吸收的“有害”能量.冻土工程中常用的保温板路基就是以导热系数远小于路基填料的保温材料来等效一定厚度的填料.以XPS保温板为例,其导热系数为0.0258W·m-2,按照热阻等效原则,取路基填料导热系数为1.8W·m-2,则10cm厚的XPS保温板大约相当于6.9m高的路基填料[7].XPS保温板对下部地基平衡能量的调整能力与6.9m厚的路基填土相当,其原理就是增加路基高度,阻止外界“有害”能量的进入.因此,加高路基和采用保温板都是有效的在空间维度上减少“有害”能量吸入的方式.路基宽度对冻土能量平衡特征的影响主要体现在路基加宽后,沥青路面吸热面增大,通过路基基底进入地基的“有害”能量增大,路基中心区域的聚热效应加剧,基底能量分布不均匀,造成冻土地基形成融化盘等不均匀退化现象.图8所示下部冻土吸热量随填土路基宽度的变化曲线说明,路基宽度对冻土吸热量的影响小于路基高度的影响.基于这一规律,对于工程应用中的宽幅路基,可以将全幅修建转化为分幅修建方式.在多年冻土区分幅建设高速公路现已应用于共和至玉树高等级公路,见图9,相对于全幅修建形式,分幅修建形式的本质是减小了路基宽度,削弱了路基中心区域的聚热效应,不仅减小了“有害”能量总量,而且减小了融化盘的深度.数值模拟结果发现,将23m宽的全幅路基改为间距为2m,幅宽均为10m的分幅路基形式后,下部冻土吸热量减少了15.8%.在极不稳定的高温高含冰量冻土地区,冻土地基对吸热量极为敏感,工程活动极易破坏冻土地基的能量平衡状态,而增高路基、减小幅宽和特殊处置措施等路基措施难以维持冻土地基的稳定性.在这种情况下可以考虑“以桥代路”的旱桥方案,图10为青藏铁路通过高温多年冻土区的旱桥.以桥梁工程通过多年冻土区,桩基对冻土地基的扰动明显减小,且无黑色路面的吸热作用,冻土地基回冻过程明显缩短,这也是典型的在空间维度上实现冻土地基的能量平衡过程[25-27]. 3时间维度能量平衡过程 在时间维度上,依据工程建设的需求目标,主要有短期目标、中期目标和长期目标.时间维度的不同,对稳定性的要求也有所差异.短期内的外界热量来源主要是施工扰动,能量平衡目标主要为确保施工期的稳定性,只要确保施工期内公路工程建设顺利完成即可,对冻土地基能量的平衡状态要求相对较小.因此,对该阶段消除“有害”能量的特殊处置措施的要求是适应性强、降温迅速,能够在较短的冻融循环周期内有效平衡“有害”能量.例如,在隧道施工中,洞口开挖后,冻土直接暴露于空气中,极易受热融化而造成边坡热融滑塌,为了维持短期的施工安全、稳定性,就需要利用热棒的快速制冷作用在短期内解决能量平衡问题[16,22-23,28].中期的吸热来源为工程构筑物上边界的吸热以及气候变暖的影响,能量平衡目标为确保公路运营期内的稳定性,保证在公路运营期内,日常维护即可满足使用要求,对于冻土地基能量的平衡也以此确定.该阶段吸热过程一般较为缓慢和稳定,且对冻土环境、水文环境和地质环境等依赖性较强.因此,该阶段的能量平衡目标是尽量减少“有害”能量的进入.该阶段的特殊处置措施应该易于养护、具有较好的长效降温能力、适应性强、能够一定程度适应气候变暖和可靠性高等特点.工程中常用到的通风管、块石层等路基形式由于其结构简单、对气温条件的适应性强、长期降温效能良好等特点,适用于中期阶段的能量平衡[29-32].对于块碎石层路基,基于实测数据的推算表明,高度为3m,宽度为10m的路基在采用厚度为1.5m的块碎石层后,考虑外界气温升高的影响,其结构损坏程度低,降温效能较为稳定,每年消除路基吸入的“有害”能量约为200MJ,运营20a后的片块石路基下冻土上限基本维持在天然上限附近,中长期降温效果明显,块石层路基以其在气温升高的条件仍能有效消除“有害”能量而适用于中期阶段.长期的吸热来源则主要考虑气候变暖的影响,能量平衡目标为保证在公路远景设计年限外,通过正常的升级改造,就可以满足新的运营要求,冻土地基的能量状态调整也以远景升级改造需求确定.对该阶段平衡能量的特殊处置措施的要求是可靠性高、易于维修和升级改造、能够抵抗气候变暖. 4结论 (1)基于多年冻土地基与公路工程间能量变化过程,提出了多年冻土公路能量平衡设计理论,重点研究多年冻土地基的能量收支过程及工程措施的能量调节程度,以解决保证工程构筑物稳定性所需的冻土地基能量平衡状态为设计目标.(2)多年冻土公路能量平衡设计理论主要包括3个方面的内容:公路工程的稳定性与能量变化过程的相互关系;工程措施对于冻土地基能量状态的调节程度;多年冻土公路工程设计的目标及其影响因素.(3)能量平衡设计目标主要通过时间和空间两个维度实现.时间维度上,主要依据公路工程短期、中期和长期稳定性要求的差异进行能量平衡设计.空间维度上,则主要通过路基高度、宽度等路基尺度的变化,全幅和分幅等修建方式的异同,以及路基与桥涵、隧道等构造物等建设形式的不同调节冻土地基的能量状态,使其维持相对稳定. 作者:汪双杰 陈建兵 金龙 董元宏 陈冬根 单位:中交第一公路勘察设计研究院有限公司 多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室 设计理论论文:建筑幕墙设计理论论文 1建筑幕墙的基本设计理论 正如上文提及的,建筑幕墙的用途虽然是作为建筑物的装饰美观,但是在设计建筑幕墙时,必须要综合考虑各方面的因素。 (1)概念设计阶段。 所谓概念设计,就是在设计初始从全局的角度做一个基本的构想,建立可行性方案。在这个阶段,需要做很多先期的准备:①确定所选用的支承结构体系的类别,不同类别的支承结构体系针对不同的功能用途,对于结构和承重等方面的要求也各有不同;②确定基本的构建和架设方案,针对主墙的结构以及实际的施工环境和情况进行详细的调研,再根据调研结果设计构建和架设方案;③确定面板的连接方法,根据主墙体的实际结构和角度,结合安装的需要进行合理的连接方法设计。设计外观装饰效果,在最大程度上满足客户需求的同时,还需要充分考虑环保节能。 (2)技术设计阶段。 在技术设计阶段,我们主要的工作就是将之前的概念设计中的构想具体落实到详细的参数和计算中来,形成完整的指导图纸和步骤说明。一般来说,以下几点是需要重点关注的方面:①最主要的步骤就是结合实际的建筑需要和主墙的结构,对概念设计形成的构想进行修正,建立正确清晰的参数设计尺寸分格图;②幕墙整体设计时需要考虑刚性要求和稳定性要求,确保幕墙可以承受足够的重力及风荷载等外力。同时,还需要所选择的的材料的防水性能和密封性能,避免发生漏水或隔音不良等情况的出现。同时,还需要充分的考虑幕墙与主墙体之间留有足够的空间的要求,防止幕墙由于主墙体的伸缩位移而受损。同时也需要保证幕墙自身具备一定的可伸缩性,上下之间一般建议留出不小于15mm的空间距离。当然,作为建筑体系的一部分,幕墙设计必须要充分考虑安全性的要求。一般而言,主要需要关注于防火安全和防雷安全。防火安全设计主要体现在对防火规范的严格遵循,重点在幕墙空间和节点位置采用岩棉等不可燃材料作为填充材料;而防雷安全设计则主要体现于要注意将幕墙的防雷措施与主建筑的防雷系统相连接,使两者组合成一个完整的防雷体系,提高安全系数。一般而言,幕墙的顶部接闪器应采用不小于2.5mm的铝制单板,将雷击电能导入地下。另外,由于幕墙是一种可更换可移动式装饰墙体,所以必须考虑幕墙部件的使用年限和备用更换件。一般而言,使用年限介于25-50年之间为佳,同时,主墙的使用年限也是一个重要的参考依据。 (3)施工设计阶段。 该阶段就是依照之前总结出的所有数据进行具体的实际操作,出详细的施工图纸供现场安装使用;并根据施工图纸进行提料、出加工图、框架组装图等,配合采购、制造、运输、安装甚至维护等各个环节。需要注意的是,在这个环节并不是单纯的按照图纸做工程,而应该在施工中不停地验证设计的可靠性,不断地进行修正和改进。 2我国建筑幕墙行业的发展历程及发展趋势 2.1建筑幕墙的发展历程与行业现状 我国建筑幕墙从1978年开始起步,经过了30多年的发展,到目前已进入了高速发展的阶段,自2001年开始,每年以750万平方米左右的速度增长。尽管我国的建筑幕墙行业发展蓬勃兴旺,但其中也存在一些值得我们重视的隐患和问题:(1)建筑幕墙设计图纸不规范,图纸审核不够严密;(2)过分以追求装饰效果为主,忽略基础因素的严格监控和限定;(3)施工材料和施工设备的质量依然有待提高;(4)产品层次和技术水平还有待提高。 2.2建筑幕墙的发展趋势 随着经济水平的快速发展和人们审美理念、生活需求的不断变化,以及高层建筑甚至超高层建筑的大量增加,建筑幕墙行业必然会在兴旺发展的同时有新的变化和发展,基于个人的一点看法和经验,节能环保理念作为当前的重点,也是政府和社会广泛宣传和推广的热点问题之一,极有可能成为未来建筑幕墙行业的发展趋势。其实在建筑幕墙行业,很早就有了关于节能的构想和实施。目前阶段,建筑幕墙已经成功实现对太阳能的利用,将太阳光转向照明技术和光电幕墙技术。下面简单介绍一下这两项技术:(1)太阳光转向照明技术,即在幕墙上装设光线反射装置,将日光反射到市内天花板,再通过天花板上架设的设备将光线反射到工作区域和生活区域。(2)光电幕墙技术,就是将太阳能光电板集成到幕墙材料中,在接受太阳光照的同时,使用太阳能发电技术将太阳光转化为电能,进行储存和利用。 3结束语 经济全球化迅猛发展,我国市场经济和建筑行业的行业模式也发生着迅猛的变化,可以预见的,依附建筑行业而愈加壮大的建筑幕墙领域将越发兴盛。对于身处这个行业中的我们来说,深入的了解建筑幕墙的设计内涵,掌握足够的设计理论和设计实践经验,并把握住当前建筑幕墙的需求,以及未来的发展趋势和发展方式是让自身发展壮大的唯一途径。我相信,建筑幕墙的发展会随着时间的推移而更加多元化,牢固的底层理论基础和多样化的创新,必然成为这个行业未来的主流理念。 作者:周谦 单位:广州江河幕墙系统工程有限公司 设计理论论文:证券设计理论状况诌议 作者:于辉 证券设计理论,是在资本结构理论的基础上发展起来的,也是近年来金融经济学最重要的理论前沿问题,Winton(1995)对证券设计理论的研究内容进行了探讨。认为委托理论、信息经济学和契约经济学是其三大理论来源,其研究的优秀问题,在于如何设计或寻找最优现金流配置和控制权配置的金融契约。目前,该理论的发展已形成了几个主要的模型,包括成本模型(incentive-basedmodels)、信号传递模型(signalingmod-els)和控制权模型(corporatecontrol-basedmodels)。对此,本文将展开评述。基于成本的证券设计理论研究JensenandMeckling(1976)建立了成本起决定作用的金融契约模型,并开创了在金融契约理论中考虑委托关系的研究。此后,很多经济学家也将此作为研究的起点。这些模型强调的是融资结构与经营者行为之间的关系。1.JensenandMeckling模型及相关研究在委托理论的情况下,JensenandMeckling(1976)具体考虑了两类融资冲突,即由于经理没有拥有100%的剩余索取权,而造成的股东与经理之间的冲突,以及由于股权人与债权人风险收益分摊的非对称性而导致的二者之间的利益冲突。该模型研究认为,发行者需要在股权成本和债权成本之间进行权衡,随着债务融资比例的增大,股权成本将降低,债务的成本将增大。因此,最优的融资契约应是通过总成本最小化而得到。2.Townsend和Diamond模型及相关研究最早从金融契约设计角度分析问题的是Townsend(1979)。他认为只有外部投资者支付验证成本c时,外部投资者的收入才与企业的收入流有关。在Townsend模型中,融资契约规定一个企业每期应向投资者支付固定金额F,在实行过程当中,企业根据实际现金流y的大小来决定是否履行契约。Diamond(1984)采用对企业违约的惩罚p来Townsend(1979)模型中的c,并推导出最优契约为,是面值为h,非金钱惩罚为实际偿还额低于面值额部分的一个债务契约。h为保证债权人预期收益R的最小面值。该模型的重要意义在于,通过模型研究证实了金融中介机构存在的意义。3.其他相关模型研究GaleandHellwig(1985)通过一个简单的借贷契约模型,分析了竞争大额资本市场条件下最优金融契约的形式和特征。他们认为,最优的借贷关系是一个标准的、含有破产机制的债务型契约。在他们的模型中,破产起到了对企业投资收益的事后状态进行验证的功能。BoltonandScharfstein(1990)建立了基于问题的金融契约掠夺理论,而HartandMoore(1989)建立了一个债务动态模型。他们都假设经理可能占用投资者的收入而不支出,经理对投资者的收益支付,是为了避免企业的清算(代替了上面模型中的核实成本或惩罚)。外部投资者有权在企业违约时对企业进行清算,并且获得清算收益。但是破产清算是一种次优选择,那么,企业不能偿还时有可能与投资者进行重新谈判。因此,可能导致的结果是清算或者债务的重新安排。 基于非对称信息的证券设计理论研究 成本虽然也是起因于非对称信息,但是它的着眼点,是金融契约事后信息不对称和利益冲突问题。而非对称信息模型,着重考虑金融契约事前非对称信息对企业价值的传递和影响问题。与成本模型不同,信息不对称并不导致激励问题,而只是导致企业市场价值的扭曲和无效率的投资。此处的分类参考了HarrisandRaviv(1992)的观点。1.Ross模型及相关研究Ross(1977)认为,信息不对称使投资者不能确认质量高(H)、低(L)两类企业(收益分别为a,b,a b),并且,市场套利的结果使得两类企业价值相等。打破套利均衡的方法,是在企业价值和企业经营者之间建立激励和约束机制。假设投资者将企业债券面值F作为企业类型的信号,同时,对所有企业债券面值平均水平评估为F*,如果F F*,则该企业为H企业,若F≤F*,则为L企业。Ross认为,通过有效设计经理报酬补偿机制,可使信号真实传递,其关键在于要使得L企业模仿H企业时,其传递虚假信息成本大于传递虚假信息收益。其他关于债券信号比例发送,Heinke(l1982)的假设是,较高质量也有较高总价值而不是较低质量的债券;而Poitevin(1989)的模型,则包括了现有企业与新进入企业之间的潜在竞争。2.LelandandPyle模型及相关研究LelandandPlye(1977)从企业经营管理者和投资者之间,关于企业投资事前预期收益的信息不对称和经营管理者风险厌恶的角度,探讨了资本结构的信息传递机能问题。在该模型中,经理掌握好消息时就会持有企业更多的股票,而掌握负面信息时,就不愿意持有股票。如果内部信息是正面的,企业还会提高财务杠杆来增加内部股票的比例,把预期高额利润中更大一部分转移给内部股票持有人。Ross认为,拥有上乘投资项目的经理可以通过发行更多的债券来传送这一信号,而拥有劣质项目的经理不会这样做。因为,这样可能会导致企业违约,从而不留任何财产给经理。3.MyersandMajluf模型及相关研究受到Masulis(1980,1983)关于企业股权和债权转移能够向市场传递有关企业价值及其风险状况信息等分析的启发,MyersandMajluf(1984)提出了一个优序融资的模型。在该模型中,证券契约设计是为了缓和由于信息不对称而导致的企业投资决策的无效率性。该模型认为,融资证券设计是企业为新项目筹资的愿望驱使下形成的,融资首先通过内部资金进行,然后,再通过低风险的债券,最后,才不得不采用股票。Myers(1984)称之为优序融资理论(PeckingOrder)。之后,许多学者进一步拓展了该模型。其中Krasher(1986)在企业选择新投资项目及相应的股票发行规模的情况下,证实了该模型,并且还得到了“股票发行越多,传递的信号越差,企业股价下降越厉害”的结论。HeinikelandZenchne(r1990)证明,当信息不对称仅涉及新项目时,可能出现投资过度。当然,也有学者对此类模型提出了质疑,比如BrennanandKraus(1987)、Noe(1988)、ConstantinidesandGrundy(1989)等。他们总体认为,企业并不总是更偏好发行直接债券而不喜欢股票。投资不足的问题可以通过更多的融资选择的信号传递而得到解决。他们的研究,虽然对MyersandMajluf(1984)的结论提出了质疑,但是,却进一步丰富了非对称信息博弈模型的研究。 基于控制权的证券设计理论研究 受契约经济学的影响,特别是并购活动的增强,理论界开始重视公司控制权与金融证券设计的研究。其研究可分为早期的传统控制权模型和不完全契约分析框架下的控制权模型。1.早期基于控制权的证券设计模型早期的关于控制权的模型,主要关注的是公司控制权的转移和争夺,开始初步考虑到了控制权的收益问题。其代表性的研究包括:HarrisandRaviv(1988)、Stulz(1988)和Israel(1989)等。HarrisandRaviv(1988)把股票和债券的投票权结构视为外生,并强调了资本结构对公司控制权竞争的重要性。因为,较高的财务杠杆使得竞争对手能以较低的成本获得公司的控制权。该模型强调,权竞争会迫使争夺双方考虑其他股东的利益,并强调:接管争夺的结果如何通过管理者改变自身的股权结构而得到改变。Stulz(1988)的研究,则探讨了经营者收购股票导致股价溢价,经营者必须选择合理股权比例。而Israel(1989)则分析了企业并购三个比较静态结果。总体而言,传统的基于控制权模型的研究重点,在于企业原管理者与竞争者能力给定的情况下,考察何种资本结构对企业实现收入最大化最优。2.基于不完全契约的证券设计模型上述证券设计理论的研究,主要关注于委托人如何选择或设计最优的金融契约(证券)来克服问题。由于这些最优金融契约已经包含了几乎所有情况及其行动对策,所以,在本质上属于不需要事后再谈判的完全契约。其研究基本不考虑控制权的配置问题,因此,也存在明显的缺陷。Hart就曾指出,这些模型不能回答:为什么一个标准的委托问题不能用激励机制解决,而要用金融契约的方式解决。GrossmanandHar(t1986)和HartandMoore(1990)通过对不完全金融契约的分析,而建立了GHM分析框架,突破了完全契约理论的分析框架,同时,研究了最优的现金流和控制权的动态配置,从不完全契约和控制权动态配置的角度来研究证券设计。之后,很多学者对此也做出了重要的贡献,其中最具代表性的是AgihonandBolton模型和Hart模型。(1)AghionandBolton(1992)最早把GHM分析框架引入证券设计理论研究中,并从股权封闭公司中金融契约不同参与方之间控制权分配的角度,探讨了公司证券的最优设计问题。他通过在GrassmanandHar(t1986)分析企业纵向一体化问题的不完全契约模型中,导入企业家财富约束要素,构建了不完全金融契约理论的基本分析框架,并分析了不同收益状态和投资行为下,不同的企业控制权配置,对企业融资和投资的可能产生的影响。他认为,一个状态依赖的控制权转移的债务金融契约模型是最优的。他的研究表明,为了实现总收益的最大化,最优的控制权结构应该是在货币收益(或企业家的私人收益)与总收益之间单调递增的时候,投资者(或企业家)单边控制可以实现最优;如果货币收益(或企业家的私人收益)与总收益之间不是单调递增,那么,控制权的相机转移是最优的,即企业家在企业经营状态好的时候控制,否则投资者控制。他还认为,如果最优的控制权,是依据某个信号而状态依存的,那么,采用的融资方式可以是债券融资、可转债融资、或者可转换优先股融资。值得指出的是,卡普兰和斯特龙伯格(KaplanandStromberg,2001)的实证研究成果,对AgihonandBolton的模型结论给出了有力的支持。(2)Hart接受AgihonandBolton(1992)的观点,并应用于最佳债务契约研究中(HartandMoore,1994;Hart,1995)。哈特(Hart,1995)对阿洪和博尔顿模型做出了进一步的发展,它明确指出了不同情况下,公司最优债务融资规模的大小。哈特的文章在金融契约不完全的前提下,将经理人与外部投资者之间的利益冲突集中表现在:“公司到底是应该继续经营,还是被清算”的问题上。经理人为了维护自己的既得利益--控制权收益,就有可能在公司需要清算的时候,还继续维持公司的经营;或者外部投资者有可能在公司还可以继续经营的时候却将其清算掉,以便从清算中获得更大的经济利益。在契约不完全的条件下,哈特认为,债务融资可以起到比激励契约更好的约束作用,以避免上述情况的发生。哈特分析金融契约的思路很具启发性,他不再将研究的视角局限于税收和信息不对称这些观点上,而是在契约不完全的条件下,引入公司继续经营与公司被清算的矛盾,具体探讨公司资本结构的最优债务规模的确定。 结论与启示 而金融契约所研究的问题则更深入,探讨投资者向企业提供资金的时候,什么因素决定了金融契约(证券)的具体形式,以及该金融契约的内容和特征。从本质而言,资本结构将证券作为一个外生变量进行研究,而融资契约理论则是将其作为一个内生变量进行研究,开创了通过逐步引入一些现代分析工具如博弈论、信息经济学、委托理论、契约经济学等,在内生性的金融契约模型中,对证券设计的具体形式与主体行为展开分析的新视角。特别是随着不完全契约的引入,更是极大地丰富了证券设计理论的研究,使得金融契约的研究不仅仅考虑现金流的配置,同时考虑到了控制权的配置。证券设计理论的发展,是伴随着资本市场和融资工具的成熟而逐步成长起来的。对于我国高速发展的证券市场来说,上市公司融资需求频繁而且旺盛,什么样的融资公司能够更好地服务于上市公司的融资行为,更好地实现社会福利的帕累托改进,是实业界和理论界所需要考虑的现实问题。从国外的经验来看,通过金融工具创新来解决上述问题,是一个理想的渠道。证券设计已经不单单是一种可供公司筹集发展资金的工具,更是一种有助于实现有效公司治理和公司控制权合理配置的方式。虽然我国目前证券市场工具较单一、融资渠道有限,但是可以预见的是,随着我国资本市场改革逐步推进,各种创新的金融工具必将不断推出,而证券设计也必将成为一个焦点问题。因此,结合我国资本市场的实际,尤其是考虑到公司治理的实际要求与具体特征来开展设计,其相关的理论研究,对于我国资本市场的监管者、融资者和投资者都具有非常重要的现实意义。 设计理论论文::国内模板设计理论的进步透析 作者:熊耀莹 其实任何理论都应该顺应自然的法则,并不取决于我们主观的思维。稿成后编写组在香山会议上又遭到外部专家带着某上峰的观点意外的无情的围堵:坚决反对忽视扣件的半刚性的作用。其充分理由是脚手是临时构筑物,不考虑扣件的半刚性是一种浪费。这一协调过程更为艰巨,结果意见始终未能统一,此后因我国脚手架发生连续重大伤亡事故(如北京西四工程),其围堵‘几何不变铰接理论计算体系’的声音才销声敛迹。现在回顾碗扣式国家行业标准规范的问世为我国脚手架理论上进步的曙光,也还是有许多粗糙和不完善之处:如脚手架部分就有几种几何不变构造形式未能分别说清,空间几何不变体系概念不清所致;有些部分还留着过去理论的阴影,如悬挑件部分的计算;在架子整体内力计算上也缺少方法指导:当每步架纵横至少有一个斜杆即可形成几何不变体系,假如我们使用了两根以上斜杆就形成造静定结构体系,计算还是很繁。其简化计算内力方法也应向读者指示———可将水平分力平均作用到斜杆上,因各斜杆刚度相等;几何不变理论体系随着计算理论的深入发展,必然还涉及到更多的问题,如何更合理科学地设置斜杆,使立杆不至于应力集中也是不可回避的问题之一。这也因为编写人员因经费问题很分散,意见集中仅主要依靠书面进行,真正集中碰头见面的机会太少,一大堆问题出现又因为时间上参与主编企业单位要赶快出版,这就形成了粗制滥造。6.2011年1月28日中华人民共和国行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011在一片非议中颁布并将在12月1日实施。客观评价新规范的颁布相比与JGJ130-2001来说不能说没有进步,特别是试验内容上有一些突破和进步:在计算内容上提供了新的(原老规范没有涉及的计算因素)影响脚手架承载力的因素,而这些因素正是原规范的肇事陷阱。但新的行业标准最大的问题是保留了原来的构造方法,找不到理论的归宿,一味走老路通过试验来决定计算系数而步入死胡同。对此我们不得不进行科学方法与哲学思想的讨论。 关于科学方法问题 人在实践检验真理的过程中想走实践的独木桥是走不通的,总是离不开人类所掌握的大量理论知识来共同对真理的检验:人和动物的根本区别。所谓“真理是检验真理的唯一标准’是所有科学工作者不容忽视的偏见。我国有位哲学家在中央台访谈中只敢承认“实践是检验真理的唯一性”而不敢承认“实践是检验真理的绝对性”(《光明日报》1978.5.11曾经在特约评论员署名的“实践是检验真理的唯一标准”文章内容中报刊编辑又加上了“绝对的”用词)其实绝对与唯一两词并无很大距离,我国哲学界已经把“实践是检验真理的唯一标准”而成为一个铁的真理。诚然《光明日报》的该文章使我国快速进入改革的大道,功不可没(回避了与教条主义的纠结)。实践失去与理论的统一(实践的表面性也需要经得起理论的判别)就可能形成经验主义;理论失去实践的经验就可能形成教条主义。人类认识客观真理的过程总是实践与理论紧紧相结合的过程。“实践是检验真理的唯一标准”的偏见也将影响我国改革的可持续发展。实践过程中的局限性与表面性是每个科学工作者所不容忽视的问题。特约评论员文章中所说“理论”不能证明“理论”的论点也是不成立的:科学家在理论的进程中从来没有用同一理论互相证明的例子。特约评论员把彼此不同内涵的彼此“理论”混为一谈,是有逻辑上偷换概念之嫌。可惜本文不可能与哲学家、特约评论员来很详细讨论这一问题,我有兴趣以后有机会再专题深入讨论。我们现在还是就有关模板支架的具体技术问题来讨论。从一开始国家行业标准《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001对模板支架的构造采取水平与垂直剪刀撑不均匀间隔加固方法,这一举措迫使规范走试验的道路来决定计算系数方法,而难以以基础理论来左右形势。为此建筑科学院的研究人员与哈工大教授因试验理论方法不同而导致试验数据不同(其实两种方法并无本质的差别),双方各执一词而规范“难产”———上世纪八十年代初规范立项,直至21世纪初才迟迟统一意见。但还是犹抱琵琶半遮面,许多问题并没有充分揭示。结果从规范出版后每年安全事故层出不穷仅次于我国煤矿安全事故的发生。由于理论基础不牢许多影响模板支架的安全因素也难以显露。通过10年来各学术团体不断探索试验了解更多的影响脚手架承载力的因素(n):扣件拧紧力度(扭矩)、架子宽度、高度、高宽比、步距、纵向杆距、横向杆距、水平剪刀撑、垂直剪刀撑、立杆上端悬挑高度、水平约束等因素,在《建筑施工扣件钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2001中仅介入了个别的因素去影响脚手的试验计算程序。如水平约束、剪刀撑、支撑悬挑高度。而漏掉许多当时还未察觉的影响脚手架承载力的因素,而这些漏洞正是安全事故的陷阱。新规范JGJ130-2011的编者仅选取了剪刀撑(不加型、普通型、加强型三个工况)、立杆间距(纵横杆距相同六个不同工况)、步距(五个工况)、高宽比(仅一或两个工况介入,不大于2或2.5)、最少跨数(仅两个或三个工况介入4、5或8)、上端悬挑高度(两个工况a=0.5m与a==0.2m)等六个影响因素(n=6,扣件扭矩和中间约束等未纳入,杆距纵横选取相同值)进入试验程序。而工况介入试验的选择就更少。在附表录C‘满堂脚手架与满堂支撑架立杆计算长度系数μ中:表C-1至表C-5列出μ值126个,按照有限的工况和不完整的影响因素应做196次试验,而表中空格数却有76个。我能了解编者的苦衷,仅能使用有限的工况数(X)和有限的影响因素(n)来介入试验计算程序:如果填满空格的数据可能还要多花费几百万试验费,因而可做可不做的试验只能减免;委屈读者空格处不做选项。但假如读者遇到高宽比为2以下时没有意见(仅有点浪费);高宽比为3时读者又何去何从呢:人们在规范上就找不到答案,计算就无法继续进行。新规范还是没有把已知的影响因素全部纳入试验研究的对象。那么我们要进行多少次有效的试验才能满足施工的要求?这也是我们不能回避和重视的研究的关键问题。在新规范JGJ130-2011版本中正如规范附录C表编者把影响因素压缩到五个n=5(立杆间距、高宽比、步距、最少跨数、上端悬挑高度a);工况(X)也进行压缩:立杆间距为x=4或6、高宽比X=1或2、步距X=4或5、最少跨数X=2或3、悬挑高度X=0或2。就这样根据不完整的影响因素与极少的变化的几个工况的组合按编者的意图附录C表应做196次试验求出196项系数(μ)而在C表中仅做121次试验:缺项77次。要填补这些空项还须数百万元,编写组已难以承受经济压力。但读者就苦了,无所适从。我们如果设想把影响因素和工况变化的数字再提高以适应更广泛的使用实际价值以消除事故的陷阱,我们们必须研究要做多少试验。如果把工况变化次数X=5并不算高;我们再把已知的影响因素定为n=10或8。要做多少次试验(Y)?这不得不以数学逻辑方法求得这一计算式:Y=Xn。我们仅设X=5,n=10则Y=97655625次。也就是说我们要做近100万次试验。如果降低标准:设n=8、X=5时:Y=Xn=78125次,这不仅花费数万亿或数十亿元经费,而一个人的一生也不可能完成这一实践(一个人的一生有效工作日还不足1.5万天),当然这经济费用也是我国任何企业不可能承受的。单纯以实践来检验真理是行不通的:实践在检验真理时必需与理论统一并紧紧相结合才能事半功倍。科学发展观才是可持续发展之路。新规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011在前我也从编者网上发给我的文件里看到,并与主要编写人刘群同志讲过我的意见还是尽快争取。我之所以这样想是因为扣件脚手架新规范时间与经费上不可能再以其它理论体系来转向。新规范虽然有不尽如人意之处(包涵许多问题与漏洞),但通过新规范编写组现有的大量试验也揭示了前规范所没有能发现的重大问题,故新规范再迟迟不发表全国读者也等不及,但读者使用新规范时未列入试验承载力影响因素的几个方面(如水平约束、纵横杆距不同、扣件拧紧力矩、乃至剪刀撑上用多少扣件都应认真对待)和表上未列项或空白处要特别注意。又讯中国建筑工程总公司已着手在按铰接几何不变体系模板支架的安全技术标准规范的编制已进入试验过程中;新规范JGJ130-2011对模板支架的指导作用仅是过渡时期的事。 宏观管理问题 在改革开放的过程中建设部规定凡特级施工单位必需主编国家行业标准规范的硬指标,这一要求旨在提高施工单位技术水平。这一规定使我国的规范标准有了空前数量的提高,编制经费也获得前所未有的改善。企业愿意花几十万或数百万甚至千万来投资,原来部里给每项规范的科研经费仅五万至几十万。我国前所未有的规范数量也成跃进的姿态猛增,千家万户在编规范,而各企业高端科研人员增加的速度就达不到这个要求,在企业资格审查时间并不以编制进度为标准,而是以年度审查时间为标准,企业就把编制进度放在首位:资质是企业的生命,而编制质量就顾不上许多。由于施工企业时间紧迫,催逼规范审批的压力下,规范审核过程也就很匆忙。对此我们呼吁不是谁有钱谁就有资格来主编修订国家技术法规,这是技术进步的假象,当前企业以重金来购买规范主编权的现象应予制止,否则对规范的长期管理也带来无穷的后患;而真正参编的主要科技人员也应相对稳定,年纪大的应有接班人,部里不仅要抓规范的出版还应重视规范的长期管理的战略措施。 模板支架设计理论进步与构造方法的改进迫在眉睫 在碗扣式脚手架施工规范编制过程中我们曾批判了传统的扣件钢管脚手架的构造方法:不均匀剪刀撑加固法而导致难以以理论来系统处理脚手架的理论计算陷入“实践是检验真理唯一标准”的怪圈中。一旦使用铰接几何不变理论构造措施:忽视扣件的半刚性作用我们可以避开许多附加系数的纠缠和以理论来取代无休止的试验。正像人们一直忽视钢屋架节点的全刚性而顺利的解出杆件应力。使用几何不变体系理论与构造方法还可以顺利落实在侧向荷载作用下在理论上求解出对立杆的影响计算成为现实:以结束模板支架计算方法的模糊性。如前文所叙碗扣式规范的问世也还是有许多不健全之处,需要进一步完善,但其理论的战略大方向是正确的。如何保证几何不变理论体系的计算可靠性在细小零件上也应予以认真重视否则功亏一篑。在几何不变理论体系中斜杆对架子几何不变起关键作用斜杆所使用的万向铸铁扣件不应再使用:误差太大。我国已发明了先进的万向扣件可以取代现有的铸铁万向扣件。我国生产了许多锻钢扣件性能很好,可是国内无人问津,全部出口甚至供不应求也是极不正常现象。从新规范中试验说明中了解到架体整体失稳的波形中上部大于下部的信息,这说明上部直接承压端部引起很大的偏心力矩。这就意味着必须改善立杆承压端部的构造。可调托撑上的托板不能与托撑焊牢:应加球面座以消除偏心矩。(假如钢管直接支撑模板,钢管端部不能达到绝对与模板全部吻合,其偏心距离最大也就是钢管的半径,钢管边缘直接承受压力),而承托板与可调撑焊牢则将引起较大的压力偏心距离而引起较大的偏心力矩(因托板的尺寸较钢管的直径大很多)。改进悬挑杆件端部的构造会使架子的承载力增加。与此同时悬挑杆件的根部或上部采取加固措施,使其偏心力矩不至影响到下部步高杆件的计算长度。(参见碗扣式架子试验报告)加强对上海地方规程中提出的诱发荷载的研究(国外同仁对此问题也引起高度重视);分静载与动载两个部分。这一课题并没有在其它规范中引起重视,但侧向荷载是客观存在的,容不得我们不予理睬。人们忽视动荷载这一现象是由于把动荷载引入难以定量而未能引入,上海提出的诱发荷载计算方法还没有得到业内同仁认可而搁置。但动荷载部分还有风荷载勉强有荷载规范对模板支架结构形式近视计算,但浇捣过程中砼输送泵的富裕能量的(输送机的能量设置总是大于可输送的高度和路线长度)连续作用在浇捣的楼面上的动力效应的积累(振动效应)的研究还是一个计算难题,现在我们希望在设定输送机能量的设置不要过于富裕来减轻动力效应。这就理应把砼布料机的计算也应纳入模板支架设计内容的计算日程。静荷载相对来说较容易解决,如搭设误差荷载容易定量。另一方面我们也应进行扣件在砼浇捣前后的拧紧力矩的变化测试研究,因为有些工程坍塌是在砼浇捣结束后发生(从广西质检总站曾提供的录像资料)。与此同时应进行模板支架浇捣前后的变形研究。在构造上我们可以将上部顶层加水平剪刀撑以大大分散动力荷载分散对局部的强力作用。顶层上部水平支撑的作用不可小视。结语:模板支架规范已跨过世纪一直困惑我们。我在《中国建设报》也曾发文呼吁“以基础理论来支牢模架”。在国家经济大好的形势下,实践与理论紧紧结合起来,未来还是光明的:既重视理论宏观的把握又重视及细小的零件问题,模板支架安全的灰色时代将一去不复返。 设计理论论文:土桥设计理论及方法诌议 作者:徐勋倩 刘振清 高强 钱国超 刘清泉 单位:南通大学 交通部公路科学研究院 江苏省交通运输厅 当环氧沥青最佳用量为0.8kg/m2时,随组分B用量的增加,环氧沥青黏结层的拉拔强度先增大后减小,且编号HY3拉拔强度最大,表明国产环氧沥青黏结性能最好的组分A∶组分B最佳配比为1∶3.0。路用性能根据混凝土桥面薄层铺装结构力学分析结果可得知,在本研究参数取值范围内,黏结层最大拉应力为0.307MPa、最大拉应变为1237με、最大剪应力为0.164,考虑动力放大系数为1.5、剪切疲劳衰减安全系数为2.0。结合环氧沥青黏结层的剪切和黏结性能试验、温度观测分析及已有桥面铺装环氧沥青黏结层研究成果,提出混凝土桥面薄层铺装环氧沥青黏结层的路用性能要求,如表3所示。根据环氧沥青黏结层的剪切强度和黏结强度路用性能试验结果,提出三白荡特大桥试验段混凝土桥面铺装黏结层采用国产环氧沥青(组分A∶组分B=1∶3.0),经检验(20℃剪切强度为1.18 MPa、拉拔强度为3.64MPa)满足表3中路用性能要求。建议环氧沥青用量控制在0.8kg/m2左右,喷砂处理后的水泥混凝土调平层表面构造深度为0.3~0.5mm。环氧沥青黏结层的材料指标试验混凝土桥梁上部结构参数、调平层厚度与模量、铺装层厚度与模量、交通荷载与气候条件不同,对黏结层材料指标要求不同,而不同组分与配比环氧沥青黏结层材料指标差别大,应通过试验确定满足桥面铺装黏结层材料指标要求的环氧沥青组分与配比。用作混凝土桥面铺装黏结层的环氧沥青应满足固化时间、拉伸性能、柔韧性、耐热性等材料指标要求。固化时间试验环氧沥青固化时间直接影响着沥青混凝土铺装层铺筑与开放交通时间,要求在保证混凝土桥面铺装环氧沥青黏结层性能要求下缩短固化时间,可采用不同类型与掺量的固化剂来实现。国产环氧沥青固化时间一般为24h,即环氧沥青黏结施工后24h可以摊铺沥青混凝土面层,不会导致黏结层环氧沥青挤压与迁移,拉伸试验采用环氧沥青作为混凝土桥面铺装黏结层材料,其本身性能对桥面铺装的使用性能有较大影响。拉伸试验用以反映环氧沥青黏结层材料受拉破坏的应力和应变,测得的主要指标为拉伸强度和断裂延伸率。环氧沥青黏结层材料拉伸强度越大,其黏结强度和抗剪性能越好;环氧沥青黏结层材料断裂延伸率越大,其抵抗荷载变形的能力越强。将试模清理并涂刷隔离剂后,放入120℃的电热鼓风干燥箱中养生4h,将配制好的环氧沥青倒入试模中,并在120℃的电热鼓风干燥箱中养生4h,脱模后切成I型哑铃状试件。拉伸试验时试件在所需的试验温度下保温4h。拉伸试验结果受试件成型厚度、拉伸速度、试验温度等的影响很大。试验中成型试件的厚度控制在(3±0.5)mm范围内,拉伸速度为500mm/min,试验温度为(20±2)℃。表1中的3种不同性能的国产环氧沥青拉伸性能试验结果。编号HY3拉伸强度与断裂延伸率最大,即该配比环氧沥青黏结层抗拉性能最好、抵抗荷载变形的能力最强。柔韧性试验环氧沥青柔韧性直接影响着黏结层的低温抗裂性能,通过添加不同类型与掺量的增塑剂来实现。国产环氧沥青-20℃温度时的弯曲未出现脆断现象。耐热性试验环氧沥青是一种由环氧树脂、石油沥青及其他助剂等组成的一种高性能热固性复合材料,耐热性好。国产环氧沥青200℃温度时未出现明显流淌现象,完全能满足各种沥青混凝土铺装层高温摊铺而不流淌要求。材料指标要求根据环氧沥青材料指标试验、施工技术要求及已有桥面铺装黏结层环氧沥青研究成果,提出混凝土桥面薄层铺装环氧沥青黏结层的材料指标要求。 混凝土桥面薄层铺装力学分析 分析铺装层及黏结层受力特性,建立其力学指标与计算参数的多元回归模型,并用于基于环氧沥青黏结层的混凝土桥面薄层铺装结构优化设计。基本假设混凝土桥面薄层铺装结构力学计算时做如下基本假设:(1)混凝土桥面铺装结构均匀、连续和材料线弹性;(2)混凝土桥梁体、调平层、黏结层和沥青混凝土铺装层处于无缝工作状态;(3)水泥混凝土调平层与沥青混凝土铺装层间完全连续黏结,且黏结层完好无破损;(4)混凝土桥梁体、调平层、黏结层和沥青混凝土铺装层共同承受行车荷载的作用。计算模型及荷载作用位置混凝土桥面薄层铺装结构力学分析采用局部梁段作为计算对象,即将桥梁上部结构、水泥混凝土调平层、黏结层和沥青混凝土铺装层作为完整的力学分析结构。计算荷载采用标准轴载BZZ-100(轴载为100kN)的一侧轮胎加载,同时考虑30%冲击荷载作用[11],车轮与沥青混凝土铺装层的接触面积为460mm×200mm。计算模型和荷载横向作用位置如图5所示。由于车辆在桥面上行驶时有加减速、制动,加之桥面纵坡作用,轮胎与桥面沥青混凝土铺装层之间会产生较大的水平荷载。取水平荷载为轮胎接地压力的30%。力学特性指标敏感性分析引入正交设计方法,进行混凝土桥面薄层铺装结构力学特性指标敏感性分析。特性指标有黏结层最大剪应力与最大拉应力/应变、沥青混凝土铺装层最大拉应力/应变,试验因素包括水泥混凝土调平层厚度与模量、黏结层厚度与模量、沥青混凝土铺装层厚度与模量。根据混凝土桥面薄层铺装结构设计及经验,选取每个试验因素水平数为3个,选择正交表L27(36),安排27个试验方案进行数值计算。采用大型通用软件ANSYS,建立混凝土桥面薄层铺装结构有限元模型进行数值计算。施加荷载作用分别考虑对混凝土桥面沥青混凝土铺装层及黏结层受力的最不利位置,得到了黏结层及沥青混凝土铺装层最大剪应力与最大拉应力/应变。分析计算结果可得到如下结论:(1)随着混凝土桥面铺装层厚度与模量增大,黏结层最大剪应力和最大拉应力减小;随着黏结层模量、调平层模量与厚度增加,黏结层最大剪应力和最大拉应力先增大后减小。(2)随着混凝土桥面铺装层模量与厚度、调平层厚度增大,黏结层最大拉应变减小;随着黏结层厚度与模量、调平层模量增加,黏结层最大拉应变先增大后减小。(3)随着混凝土桥面调平层厚度和铺装层厚度增大,铺装层表面最大横向拉应力减小;随着铺装层模量、调平层模量和黏结层模量增加,铺装层表面最大横向拉应力增大。(4)随着混凝土桥面铺装层模量与厚度、调平层厚度与模量增大,铺装层表面最大横向拉应变减小;随着黏结层厚度与模量增加,铺装层表面最大横向拉应变先增大后减小。力学特性指标多元回归分析对黏结层最大拉应力/应变、铺装层最大拉应力/应变和黏结层最大剪应力进行多元回归分析。(1)最大拉应力多元回归分析。由混凝土桥面薄层铺装结构铺装层和黏结层最大拉应力与相关影响因素正交分析结果可以得知,该力学性能指标的关键因素为:调平层厚度T1、铺装层模量E2、调平层模量E1、铺装层厚度T2、黏结层模量E0。分析得出混凝土桥面铺装层表面最大横向拉应力与设计参数之间的回归模型为:(式略)分析结果表明,回归偏差平方和所反映的波动明显比剩余偏差平方和所反映的波动小,即回归效果显著;式(1)的相关系数R值为0.9065,式(2)的相关系数R值为0.9132,即相关性显著,基本反映了混凝土桥面薄层铺装结构的铺装层表面最大横向拉应力和黏结层最大拉应力与设计参数之间的变化规律。(2)最大拉应变多元回归分析。由混凝土桥面薄层铺装结构铺装层和黏结层最大拉应变与相关影响因素的正交分析结果可以得知,该力学性能指标的关键因素为:铺装层模量E2、调平层厚度T1、铺装层厚度T2、调平层模量E1、黏结层厚度T0和黏结层模量E0。分析得出混凝土桥面铺装层表面最大横向拉应变与设计参数之间的回归模型为:(式略)分析结果表明,回归偏差平方和所反映的波动明显比剩余偏差平方和所反映的波动小,即回归效果显著;式(3)的相关系数R值为0.9011,式(4)的相关系数R值为0.9134,即相关性显著,基本反映了混凝土桥面薄层铺装结构的铺装层表面最大横向拉应变和黏结层最大拉应变与设计参数之间的变化规律。(3)黏结层最大剪应力多元回归分析。根据计算结果,无法分析得出混凝土桥面铺装黏结层最大剪应力与关键影响因素之间的回归模型,后续优化设计只能根据计算结果建立其与单因素的回归模型。 混凝土桥面薄层铺装设计方法 (1)分析混凝土桥面铺装结构的使用条件,包括气候与环境条件、交通条件和桥面铺装结构的受力状态。(2)调查与分析混凝土桥面铺装结构可能出现的主要破坏类型,提出的混凝土桥面铺装结构设计指标为:①层间剪应力τ;②沥青混凝土铺装层表面最大拉应力σ/应变ε;③沥青混凝土铺装层车辙RD。(3)选取混凝土桥面铺装结构设计的标准荷载为沥青混凝土路面设计的标准轴载BZZ-100,提出基于疲劳等效的混凝土桥面铺装结构轴载换算方法。(4)通过标准试验方法确定混凝土桥面铺装结构设计材料特性参数。(5)以调平层与铺装层间容许最大剪应力和铺装层表面容许最大拉应力/应变作为混凝土桥面铺装层厚度设计的控制标准。(6)根据预估的车辙深度与容许车辙深度,验算混凝土桥面铺装结构抗车辙性能是否满足使用性能要求。设计方法在上述的分析与研究基础上,提出混凝土桥面铺装结构设计方法,设计步骤如下。(1)分析混凝土桥面铺装结构的气候与环境使用条件,主要明确混凝土桥面沥青混凝土铺装的温度使用条件和动力荷载响应。(2)分析混凝土桥面铺装结构的交通使用条件,计算设计年限内一个车道上标准轴载BZZ-100的累计当量轴载作用次数Neq。(3)确定混凝土桥面沥青混凝土铺装材料方案,按有关规范规定的试验方法实测黏结层和沥青混凝土铺装层材料特性参数。(4)明确混凝土桥面铺装结构设计必须控制的主要破坏形式,从而确定混凝土桥面铺装结构设计控制指标和验算指标。(5)应用通用有限元软件,分别计算调平层和铺装层间最大剪应力τmax及铺装层表面最大拉应变εmax,并建立该计算值与铺装层厚度的回归拟合模型。(6)计算得到调平层与铺装层间容许最大剪应力τR和铺装层表面容许最大拉应变εR。(7)选定混凝土桥面铺装结构及桥面结构系统的各项参数,确认铺装层沥青混凝土材料设计的合理性,满足疲劳性能要求。(8)在条件许可情况下,进行混凝土桥面铺装结构可靠度分析与设计。设计实例以沪苏浙高速公路江苏段三白荡大桥(双向六车道)为例,混凝土连续箱梁桥面铺装结构为:水泥混凝土调平层厚度为80mm、模量为210GPa,国产环氧沥青(组分A∶组分B=1∶3.0)黏结层厚度为0.8mm、模量为210 MPa,SMA-13沥青混凝土铺装层模量为1200MPa。混凝土桥面铺装结构设计使用年限为15年,设计年限内一个车道上标准轴载BZZ-100的累计当量作用次数Neq为1851.6万次。拟定4个混凝土桥面沥青混凝土铺装层厚度h分别为40mm、50mm、60mm、70mm,应用通用有限元ANSYS软件分别建立有限元计算模型,计算并建立层间最大剪应力与铺装层厚度的回归拟合模型为:(式略)根据疲劳方程和设计年限内一个车道上标准轴载BZZ-100的累计当量作用次数Neq,可以计算调平层与铺装层间容许剪应力τR=0.0733 MPa、铺装层表面容许最大拉应变εR=156.3με。令τR=τmax成立,求得混凝土桥面沥青混凝土铺装层厚度h=57mm;令εR=εmax成立,求得混凝土桥面沥青混凝土铺装层厚度h=67mm。因此,建议三白荡大桥混凝土连续箱梁桥面沥青混凝土铺装层厚度为60mm。通车后的试验段检测与分析三白荡特大桥于2008年1月12日全线建成通车,同年7月15日和2009年6月30日,两次对通车后的左幅桥面铺装试验段运行状况进行跟踪检测,检测指标为平整度、车辙深度和病害。2008年7月15日采用3m直尺分别检测3个车道平整度和车辙深度,检测频率为1处/(车道•100m);2009年6月30日采用激光断面仪分别连续检测3个车道平整度,采用人工铺砂法分别检测3个车道构造深度。检测结果(见表11)表明,通车一年半的试验段平整度和运行状况良好,未出现任何明显的病害。 设计理论论文:行人过路设施设计理论和方法透析 作者:刘文 吕坤 单位:西安市政设施管理局 实际上,每增加一个冲突点,交叉口的通行效率就会大大降低,同时增加一个潜在的交通事故黑点。交通信号设置不合理现状平面交叉口信号配时较少考虑慢行交通中行人过街时间需求,导致现状交叉口中经常出现行人在绿灯时间内未能完全通过交叉口,此时存在行人和机动车的冲突,若行人信号的红灯时长超过了行人的可容忍等待时间时,闯红灯的可能性大大提高。交通信号设置不合理对交通弱势群体过街造成了严重的威胁,也大大降低了交叉口的运行效率。通过安全性和通行效率分析可知,有行人二次过街设施比没有行人二次过街设施更加安全。 行人二次过街设计理论与方法 二次过街设置的条件尽管采取行人二次过街方式能够使得行人更方便的穿越道路,但并不是所有的道路都适合设置行人二次过街设施。二次过街方式适合于有较宽中央分隔带的新建城市道路及在有较宽两侧辅道的高架桥下设置,具体的设置条件如下:(1)空间条件:设置行人二次过街的路段路面要足够宽敞,机动车道宽度大于25m,无条件修建行人天桥或地道,且有足够设置安全岛的空间,中央驻足区的大小应该满足行人等待较好服务水平的所需空间。(2)信号配时条件:设置行人二次过街后必须满足某段人行横道允许行人通行的连续相位时间总和不小于行人通过该段横道的最短时间。(3)行人条件:在平面交叉口处,当一个进口道横过马路的人流量超过5000P/h,且同时在交叉口上双向当量小汽车交通量超过1200pcu/h,应考虑设置天桥或地道设施[10]。反之,设置行人二次过街。基于安全和效率的行人二次过街设计理论与方法平面交叉口的交通冲突类型按使用者划分,可分为机动车与机动车冲突、机动车与非机动车冲突、机动车与行人冲突三大类。由于三种冲突形式行驶方向各不相同,交叉口处存在着大量干扰和冲突。在没有非机动车和行人的情况下,仅机动车在无信号交叉口冲突数:交叉点为16个,合流点和分流点均为8个。若计入行人、非机动车,则冲突点总数目要提高几倍,本节重点无信号灯控制交叉口冲突数、传统两相位信号配时交叉口冲突数和结合行人二次过街配时交叉口冲突数,结合行人二次过街配时方案与无信号灯控制交叉口和原来二相位配时方案交叉口冲突数比较,冲突数明显减少,使交叉口的交通运行更加安全。基于相位嵌套的行人二次过街设计理论与方法行人二次过街设计理念是通过充分利用信号相位资源,合理划分机动车与行人的使用空间和时间,提高行人过街的安全性、便利性和通过能力。仅仅设置行人二次过街设施并不能很好的解决行人过街问题,在大型信号控制交叉口应结合优化信号相位使得交叉口发挥最大的交通效率。本节提出基于相位嵌套的行人二次过街设计方法,将行人二次过街镶嵌在机动车相位中。基于相位嵌套的行人二次过街信号配时实现方法表述如下:在一个信号周期内,第一相位为南北方向机动车左转和右转,同时将非机动车和行人相位嵌套在该相位中,基于安全,使行人流在安全岛上驻足等待;第二相位为南北方向机动车直行和右转,同时将非机动车和行人相位嵌套在该相位中,基于效率,行人流在此相位中可以安全到达对面,完成二次过街;第三相位和第四相位为南北方向,同第一相位和第二相位的设计。根据我国学者[6-7]对行人过街速度的研究,适合大多数普通人的过街速度为1.19m/s,适合大多数老人过街的速度为1.07m/s。由此则可以根据路口宽度和信号相位各个方向的绿灯时间,考虑行人是否可以在一个绿灯相位内通过人行道,确定是否需要二次过街安全岛,并设置相应的专用信号灯。行人二次过街信号相位的设置与各个方向的车流密切相关,主要涉及道路情况、左转车流量的大小和该相位绿灯时间的长度。基于相位嵌套的二次过街配时方案将行人二次过街相位嵌套在机动车相位中,总的周期时长不改变的条件下,基于嵌套在机动车相位的信号配时方案优于单独给行人专用相位的信号配时方案,行人过街更加安全,总延误减少。 实例验证 行人延误本节以西安市小寒东路—翠化路平面交叉口调查数据为例,对前面行人二次过街安全性和效率进行仿真验算。仿真模型方案针对不同的机动车流量和行人流量分别进行仿真,其中机动车流量为1000pcu/h、2000pcu/h,行人流量分别为1000P/h、1500P/h、2000P/h、2500P/h、3000P/h,共10种组合。根据小寒东路—翠化路平面交叉口实地调研情况,在仿真过程中,将行人一次过街违章率设定为1:3,行人二次过街违章率设定为1:9,违章率降低67%。仿真效果见图3。由VISSIM仿真模拟可以得出,增设行人二次过街设施后,行人在整个信号周期内的过街机会和可利用的过街时间将增加,行人过街效率提高。在各类相位相序排列组合中,行人二次过街延误情况为变化较平稳,较行人一次过街小,且总延误低于一次过街延误。在一次过街信号下,行人的可通行时间不足且等待绿灯时间长,使得行人违章过街比率较大,受到的机动车干扰较大,行人延误相对增加,与之相比,行人实现二次过街后,违章率会相应降低,与机动车之间的干扰减小,延误减小。但若过街行人量过大的路口,行人体的面积过大,当二次过街时,安全岛的面积不足全部等待行人站立的情况下,则不适合设置行人二次过街设施及信号。另外,由于实例平面交叉口的机动车流量及行人流量均较大,行人若一次过街将会因等待时间过长,超出行人心理极限,行人违章率将增加;而设置行人二次过街后,行人过街时间和机会增多,行人违章率将有所减小。这均是行人延误和机动车延误产生的重要原因。信号配时相对于传统的行人过街,行人二次过街在人行横道中央设置安全岛,并在中央安全岛加设信号灯。行人二次过街相位在传统设计方法的基础上,左转相位上添加了行人相位,将行人过街分为两段进行。相对应的行人相位形成了互补,使得人行横道上的行人能安全到达中央驻足区。在现有的信号配时相位设置情况下,小寨东路的行人过街最短绿灯时间为40s,交叉口设计通行能力为5859pcu/h,饱和度为0.85,服务水平E级。采用行人二次过街的方法设置相位后,小寨东路的行人过街最短绿灯时间为23s,交叉口设计通行能力为6953pcu/h,饱和度为0.73,服务水平升级为D级。通过以上分析,使用VISSIM软件进行交叉口高峰时段现状模拟和行人二次过街优化设置模拟。模拟结果数据显示,对于行人来说,行人过街平均延误时间减少,平均等待人数也相应减少。行人延误的减少也大大减少了机动车的延误。可见,行人二次过街可以减少行人和机动车延误,从而提高交叉口通行能力。 结论 (1)二次过街比一次过街更加安全行人作为人车冲突系统的重要一方,其运行效率降低会导致整个交通系统能力未能有效利用。特别是在信号控制大型交叉口,过街行人往往无法在绿灯信号内一次过街,造成行人与机动车冲突,导致行人过街效率和安全性降低。而行人二次过街措施可增加行人过街的绿灯时间。在平面交叉口处,基于二次过街的安全性比一次过街安全性高。(2)二次过街能提高行人的通行能力及机动车运行效率行人一次过街时,行人过街时间不足、行人违章过街影响机动车运行,行人可过街时间未充分利用;行人二次过街后,能有效避免行人与机动车的冲突,且充分利用交叉口信号相位。在信号控制交叉口处,基于信号嵌套的行人二次过街比单一给出行人信号相位时仿真效果更优。 设计理论论文:空间设计理论透析 作者:白鹏 建筑与其他艺术形式区别开来的特征就在于它所使用的是一种将人包围在内的三维空间“语汇”,我们建造有形的建筑实体是为了形成围合起来的空间,人们的行为活动也是在建筑“空”的部分中进行,那么,室内设计的重点无疑应该是建筑中的“无”。空间应当是室内设计的主角,这是合乎规律的,在没有考虑空间意义的前提下,对空间界面做出的任何装饰,只能算成是“徒有其表”。强调空间是室内设计的灵魂,并不意味着对室内设计的评价体系完全建立在空间效果上。每一个空间设计都可以用许多方面的价值来评判:经济的、社会的、文化的、技术的、功能的、审美的、空间的和装饰的等,应该是所有因素的总和。只靠空间本身也不足以完成对室内设计的评价。但空间却是我们评价的基础,只有充分认识到空间意义之所在,以室内空间的真实表达为目标,通过对空间的整体把握,在满足空间使用功能并充分表现材料的内在潜力和外部形态的基础上,才能使空间使用者得到多感官的愉悦,使空间的感染力得到升华。 室内空间的多维度特性 面对一个室内空间,我们可能只看到形成空间的围合物,感受到被围合而成的空间形态,除了对这些进行“包装”外,形成设计品质的过程中不可否认存在着其他更多的空间特性,它们以各自的多样性统一于空间整体之中,并各自发挥着作用,我们可将其称作空间的“多维度”特性。室内设计因其为人服务的特征,空间的多维度特性必然依附于人自身的特性,每个维度都是以人为基点出发,最终再回归到人类自身。丹麦心理学家英格丽特•格尔在《生存环境》一书中,将人的生存需求分为生理需求、安全需求和心理需求三个部分,其中与建筑室内空间有关的是睡眠、休息、卫生、光、空气、太阳、一般居住安全、安全防卫、噪声控制、交往、私密、活动、玩、建造和美感。多维度室内空间特性借鉴了以上因素并结合人类的社会属性及环境属性,将室内空间设计归结为人与空间、空间与环境这两方面关系的协调和统一,强化如何以人性化设计思想满足人对空间的需求,满足人与人、人与自然的交流和亲和,提高室内空间的品质与环境的品质。 室内空间多维度特性的具体内涵 多维度室内空间特性的主要划分依据是基于设计中对空间、人、环境三者的思考。首先,由于室内空间为人服务的特点,决定了它的第一个特性是与人的空间感官息息相关的,也就是人的感知特性,即包括人的视觉、听觉、嗅觉、触觉等生理感知力。这个特性强调针对人们的感官需求与变化来控制室内空间设计,过程中强化对人生理感官的关注。第二个空间特性是从人对空间的心理需求出发而划分出的,包括人对空间的距离需求、私密需求、交往与联系需求、依托需求、导向需求、求新与求异需求和纪念性与陶冶心灵需求等。第三个空间特性体现在人作为具有情感的生命体,在有外部空间环境因素刺激的条件下,借助自身的联想与感知会引发自身情绪或心理的变化,影响人对空间的认知,所以,室内空间应该通过设计媒介实现与人情感的交流和沟通,使空间成为情感的承载者,实现与人情感的共鸣。第四个空间特性,人们的空间体验,不是静态或“定格”的视觉感受所能完成的,而是需要通过连续的视角变换才能感受其魅力。这种观看视角在时间轴上的移位,给空间增添了新的特性——时间特性。第五个空间特性体现在空间与环境的关系上。这里的环境指的是自然环境和社会环境两个方面。在人类意识到尊重自然与可持续发展的重要性后,室内空间设计应强调可持续发展的设计,是一种生态理论和生态美学共同驾驭的生态室内设计,同时,室内设计作为一门实用艺术,还要依托与社会、政治、经济、文化等相关因素的关系,受其发展的影响,两者需相互促进,协调发展。室内空间多个特性的划分是对空间本质的全新剖析,是以人类多感官空间体验为基础,突出人在设计中的主体地位,强调人在空间体验过程中的时间性及空间自身的生态性。这种全新的室内空间理论,可以让我们不被可读性较强的视觉表象所束缚,不再只局限于对空间围合实体的规划与构想,而是更多考虑在此基础上多维度特性的参与。 多维度室内空间理论的意义 多维度室内空间理论的提出源于对室内设计的灵魂——空间本质的追溯。室内设计发展到今天,单纯追求空间功能的合理性早已不能满足人们对高品质生活空间的需求。设计中,除了功能以外,人们已开始朝着强调文化与艺术内涵、注重人的情感体验、崇尚个性化设计、尊重自然和社会规律等多角度的思考模式发展,而多维度室内空间理论,正好符合当前这一发展趋势。空间的表现,不仅是光线、色彩、造型、材质等因素的集合,还是一个多维度特性共同协作的结果。它不仅为设计的表现方法提供了可参考的理论依据,也为表现形式提供了多种实现的前提。多维度室内空间理论将给室内空间发展的推动机制以新的动力并保持它的正常运转,它会使一些最初不在人们注意力范围内或根本不在选择之列的事物成为新的关注点。通过它会使室内空间的魅力淋漓尽致地展现在人们面前,从而促进室内设计本源的回归。 结束语 空间的魅力是无法抗拒的,即使我们可能忽略它,室内设计中无法抗拒的美感还是源于空间之中。只有空间才是动态的、有生命的,它与人产生互动,进而完成与受众的交流。在人们的思想意识中唤醒对空间重要性的认识,使室内设计在其灵魂——空间设计的可持续发展中实现人们对高品质生活空间的需求愿望,这是设计师的责任,也是设计师的义务。 设计理论论文:通用设计理论的视觉传达论文 一、通用设计的定义及时代的需求 1.什么是通用设计通用设计又名全民设计、全方位设计或是通用化设计。它所传达的意思是:如何能被失能者所使用,就更能被所有的人使用。通用设计这一概念近几年开始逐步兴起,与工业化时代的设计效率优先不同,通用设计倡导的是人与人,人与人造物,人与设计品之间和谐有效的沟通,更加注重用户的情感体验。最早提出通用设计概念的人是美国建筑师,罗恩梅斯,他也是首先使用‘UniversalDesign’通用设计一词的人。 2.通用设计的基本原则原则一:公平地使用。原则二:可以灵活地使用。原则三:简单而直观。原则四:能感觉到的信息。原则五:容错能力。原则六:尽可能的减少体力上的付出。原则七:提供足够的空间和尺寸。通用设计的理念并不等同于无障碍设计。无障碍设计是专为身障者考量的设计,而通用设计所考量的对象不仅仅是身障者,而是更广阔的使用族群,并且关注使用时的心理诉求。 3.非物质化社会的需要美国市场营销专家菲利普•科特勒认为人们的消费行为变化可分为三个阶段:一是量的消费阶段,二是质的消费阶段,三是情感消费阶段。而非物质化社会对自我实现需求更为强烈。在马斯洛需求层次论中,人类的需求层次从生理需求、到安全需要、到归属与爱的需要、尊重需要、自我实现的需要,这几种需要总是相互连结相互影响。而我们所处于的非物质化社会中,消费者尤其对情感层次的消费需求更为强烈。人们在选择商品时,产品的功能已经日趋饱和,所以商品的造型、包装、色彩、附加功能、所包含品牌精神价值,就成为了消费者们选择产品的依据。通用设计的理念可以更好的满足这些需求。 二、通用设计理论下的视觉传达设计 1.视觉传达设计通用化需求在信息传播方式渠道多样化,信息内容互联爆炸式传播的时代,视觉传达设计的通用化需求是适应时代的必须。以传统的印刷品为例,用通用设计的理论考量的话,绝不仅仅是调整字符的尺寸,使之可以更清晰的阅读就可以的。在面临多文化背景的阅读者时,怎样的版式、色彩、符号的使用,可以尽量小的避免歧义的产生。特别是随着国际沟通交流的日益紧密,怎样进行内涵丰富、信息传达准确,并且可以得到更多人喜爱的视觉传达设计,才是视觉传达设计通用化的需求。在传播方式上,也需要在通用设计的理念下进行更有效的传播。如怎样既能有效生动的传达企业的讯息,引发兴趣,又不会使受众在接受信息时产生厌烦、紧张、恐惧等负面情绪。广告文案的用词也应多注意对老年人、弱势或特殊群体的尊重。在进行视觉传达设计时,要将所传递的内容进行归纳梳理,采用更丰富鲜明的视觉语言,易懂易用的图形符号设计。要基于受众的文化背景,思维方式,视觉逻辑习惯进行设计,才能便于信息传达与识别。并非越简单概括就越易认知。这一设计的过程,需要洗练生动的反应客体的基本特征以及符号含义,才能做到视觉信息有效的传播。 2.多感官通道的传播方式视觉传达设计有时也被称作沟通设计,正是设计师需要使相对复杂的信息变得更易被受众理解。视觉符号的传播不仅仅是单方向的,更是互动的,多方位的。基于通用设计理论下的视觉传达设计,不仅是从视觉上传递信息,更是从视、听、触、味、嗅多感官渠道进行信息的通感传递。多通道的媒介传播,可以让大脑捕获等多维度的信息,让信息接受者对事物获得更多方位的认知,使信息更有效的传播。 3.适应各类使用者的视觉传达设计对于视障弱势等在视觉识别上有一定障碍或缺少视觉传达接受渠道的人群,在进行视觉传达设计时,可以进行多维度的刺激,辅助更多的传播方式。如为避免视障人群的误食,通过突起的盲文,可以使视障人群感知饮料或食物中可能会导致过敏的成分。进行公共导视系统的设计,如救灾、避难的导视设计时,通用设计就尤为重要了。这类视觉设计可以通过立体的视觉符号、鲜明的颜色、夜光材料、声音的配合使用去适应各种突发状况。随着老龄化社会的趋势,如老年人使用的手机、阅读的报纸、电子界面等等,都是视觉传达设计通用化的方向。在进行地铁导视系统设计时,设计师在选择色彩时主要是选择对比强烈,鲜艳舒适的色彩进行线路的区分。有一类特殊人群——色盲患者却被忽略。色盲患者眼中,色彩的区分度很低,尽管选择色相区分度高的色彩,但色彩的明度区域一致,这就造成了读图的障碍。设计师在进行视觉设计时,选择的颜色在色相及明度上都有所区分,就可以适应更多的人群,从而达成视觉通用设计的目标。 三、通用设计理论下的视觉传达设计研究总结 视觉传达设计的意义不只是提供内容,丰富人们的精神生活,带来舒适的情感体验。同时也通过优秀的视觉传达设计提升、引导受众的习惯观念。通过对基于通用设计理论的视觉传达设计的研究,在视觉消费成为人类消费的主要特征之一的时代,通用设计这一概念,不仅能帮助人类建立良性的社会生活环境,并且也是最为先进的设计理念设计趋势。在满足使用者日趋多元化需求的同时,可以更好的适各类使用者。随着老龄化社会的到来,从人本出发的通用设计,其相关思想与技术的结合也更显重要。基于通用设计理论方法的视觉传达设计是在通用设计理论下,引导从设计师到大众,创造属于大众的爱与关怀的力量。更是为我们生活的世界,建立一种全新的,善意的,以人为本的全新观察与生活方式。 作者:刘永畅单位:清华大学美术学院 设计理论论文:生态设计理论的低碳景观设计论文 一、关于生态设计理论 生态设计最早提出见于1969年,伊恩•伦若克斯•麦克哈格(LanLennoxMcHarg)在《设计结合自然》一书中提出“设计尊重自然”,将生态学思想运用到景观设计中,从而让现代景观设计有了新的理论基础和指导。这种生态设计意味着设计尊重自然环境的原貌,即物种多样性,减少对环境的破坏性改造及对自然资源的掠夺,维持动植物生长环境的质量。而生态设计的概念是西蒙.范•迪.瑞恩(SimvanderRyn)和斯图亚特•考恩(stuartCown)于1996年定义的:任何与生态过程相协调,尽量使其对环境的破坏影响达到最小的设计形式都称为生态设计[2]。一般说来,生态系统具有很强的自我恢复能力和逆向演替机制,但是,今天的环境除了受到自然因素的干扰之外,还受到剧烈的人为因素的干扰[3]。由于环境问题越来越突出,人们意识到景观生态设计在城市环境建设中所起的作用,因此生态设计越来越被人们所熟知并重视。如果说景观设计的本质就是对人类生活环境的生态设计,那么生态设计原理应该成为景观设计的优秀。但是目前的景观设计都是以人类本身为优秀,以实现经济效益为重点,很多时候“生态”都要为“人”让步。这种做法只会让人类越来越背离自然和生态,背离人与自然和谐的初衷,从而导致环境的恶化,从近年来困扰我国各地的雾霾天气就可窥见一斑。生态设计的提出和被重视表明了人类对于自身的反思和对未来社会发展目标的渴望,景观设计不再是人类单方面的工作,还让自然环境、生态参与设计。有些学者对生态设计的原则和设计手法进行了深入的研究。如最少干扰原则、尊重场地生态发展原则、4R原则[4]。又如自然优先原则、最小干预最大促进原则[5]。以及地方性原则、保护与节约自然资本原则、让自然做功原则、暴露自然原则[1]。这些原则都集中体现了生态设计在作用于环境时对自然环境的尊重与避让,说明只有在对场地现状进行足够的研究的基础上做出的设计才是适宜的,才是对人类有益的。设计手法包括保留原有场地元素和尊重场地原有生态发展过程;生态优先,尽量减少对原有自然环境的干扰;对可再生能源的循环利用;利用自然的自我维持和自我恢复能力实现生态系统的恢复和再生[6];等等。 二、生态语境下的低碳景观设计的特征 (一)低碳景观设计 低碳景观设计是近年来才提出的新的概念。低碳,是指较低或者更低的温室气体(二氧化碳为主)排放[7]。而低碳景观设计是以低能耗、低污染为目标宗旨的绿色景观设计[8]。低碳景观作为景观学领域的新概念,其内涵也包括“低碳社会”、“低碳经济”等概念相对应的基本层面的低碳含义,那就是减少景观建设过程中的碳排放[9]。在景观的设计和施工中我们倡导节约其过程中所需的能源和减少碳的排放量,维护大自然的生态平衡、让人与之共存[10]。因此低碳景观设计也是一种可持续发展的设计理念,符合生态语境下当今社会对景观设计的要求。在生态设计理念的指导下,低碳景观设计有了长足的发展。宏观上,景观工作者本着尊重自然、可持续发展等目的,充分理解和尊重场地,让设计符合环境,充分让自然做工。微观上,低碳景观在规划、设计、施工、使用及维护的整个过程中都注重减少碳的排放,促进形成和谐发展的景观体系,这也是生态设计理念的具体体现形式。但是,低碳景观设计并不就是生态设计,它与生态设计有相类似的方面,但也有不同之处。生态设计主要针对于环境而言,主体是环境,生态设计的主要目的是减少人类活动对环境的破坏,而低碳设计可以应用于人类生活的方方面面,主体是人和人类活动。因此低碳景观设计不只是注重设计对环境的作用,也注重人的活动本身。它是研究人类和人类活动在作用于景观时所产生的碳的排放量的问题,更低的碳排放量是低碳景观设计所追求的目标。因此,从对坏境的影响上而言,低碳设计与生态设计有共同之处,但是它们的侧重点不同。生态设计更加注重目的,而低碳设计更加注重过程的低碳。生态设计更宽泛,而低碳设计注重结构的优化和细节的处理,因而更容易见效,也更容易被普通大众所理解和接受。 (二)低碳景观设计的特征 在生态设计理论的影响下,低碳景观设计体现出如下一些特征。第一,更加尊重场地,设计结合自然。在生态设计理论的指导下,低碳景观设计尽量利用场地的有利条件,协调和解决场地的不利条件甚至变不利为有利。利用场地已有条件和物质基础必定会减少景观设计和施工过程中的碳排放量。尊重场地是低碳景观设计的基本特征。结合场地的自然条件进行设计而不是“归零设计”,那种仅凭技术而无视场地现状的肆意妄为的做法是对资源的巨大浪费,我们已经付出了沉重的代价。第二,景观生态系统的动态平衡。景观生态系统包括景观与外部系统、景观内部各元素之间、景观元素内部的结构与功能之间、景观生命体与其环境之间以及人类与景观生态系统之间的生态关系都是动态平衡的关系[11]。生态系统的跨尺度性要求低碳景观设计力求平衡这些关系,并在此过程中减少碳的排放,而景观生态系统达到动态平衡之后也会达到减少碳排放的目的。第三,生态设计指导下设计生态。生态可以被设计,低碳景观设计在生态设计原则的指导下设计生态。众所周知生态系统是个很复杂的系统,它包含很多子系统,每个子系统又包涵了很丰富的内容并自成体系,因此生态系统不能被设计也很难被设计,但是设计可以发挥作用,人工设计的生态应该被纳入自然生态系统,是自然生态系统的一部分。因此在低碳景观设计过程中实际上是设计生态,是模仿自然设计生态的过程。只有如此设计出来的景观设计,在项目完成之后才能形成良好的生态循环。第四,减法设计,节约人力物力。低碳景观设计主张做减法设计,不浪费精力。不但在景观项目的方案设计初期,在项目设计和施工过程中,都秉承能少则少,节约人力物力的原则。要减少碳的排放量,只有更大程度地减少人力物力的损耗。低碳景观设计在整个过程中都注重节约人力物力,以达到更少的碳排放的目的。第五,尽量降低能源消耗,减少碳排放。低碳景观设计以尽量降低能源消耗,减少碳排放为原则。很多低碳设计打着低碳的旗号,事实上并不低碳。说低碳并不低碳的例子很多,如为了打造更好的自然效果,千里迢迢去找材料,或为了一两种植物跑几个省份。以及不珍惜资源,随意浪费能源,这些做法只注重了目的性,而忽视了过程的低碳,也不是低碳景观设计的正确做法。这也是生态设计和低碳设计最大的不同。 三、低碳景观设计的应用模式研究 低碳景观设计的应用模式的理论基础是生态学和景观生态学。基于生态设计理论的低碳景观设计目前的应用模式有以下几种。 (一)自上而下的模式与自下而上的模式 我国景观设计的现状和国外有很大区别,国外的景观设计项目一般而言要通过社区居民讨论,规划师、建筑师也要加入到景观项目的设计和施工中。而在我国则是政府行为,先立项,政府通过了之后到达主管部门,主管部门之后才进入到景观设计师手中。但是很多景观项目实际上负责人都不是景观行业从业人员,这给景观设计的具体开展带来了难度,甚至出现一个设计方案改十几次或几十次的情况。由于低碳景观设计很多时候并不是在第一时间就能够体现经济效益,在讲究效率和效益的现实条件下,低碳景观设计开展起来也困难重重。如果管理者(包括政府和相关主管部门)重视民众的声音,尊重设计师,给设计师更大的权限和空间,景观项目由自上而下的模式转变为自下而上的模式,这样才有可能给低碳景观设计带来新的局面。 (二)千层饼模式 这是一种叠加模式。设计师麦克哈格在景观设计时尊重自然,提出了强调“土地适宜性”的“千层饼模式”。千层饼模式是将影响景观设计的自然因子都列举出来,进行叠加,然后可以从叠加模式中看出垂直自然生态过程,并可据此判断出该设计与环境适不适合。到了设计阶段,将要做的设计分层进行,叠加之后成为一个完整的方案。然而该模式仅注重垂直的自然生态过程,而忽略了水平生态过程,因为设计的各要素之间不是孤立的而是相互联系相互作用的。如此势必割裂部分与整体的关系,使低碳景观设计成为形而上学的一种模式而达不到低能耗、低污染以及降低碳排放的目的。 (三)场地拼嵌模式 随着近些年来研究的深入,形成了分析景观的一个基本模式,即“斑块—廊道—基质”[12]。这是一种场地拼嵌模式,是利用景观生态学原理,将景观场地分为斑块—廊道—基质的形式,斑块-廊道-基质模型是构成景观空间结构的一个基本模式,也是描述景观空间异质性的一个基本模式。这一模式为比较和判别景观结构,分析结构与功能的关系和改变景观提供了一种通俗、简明和可操作的方式。这个模式也有缺点,有可能注重局部而忽视了整体,而且并不是每个景观场地一定包含这三个内容。就这几种模式而言,有景观设计程序上的,有方法上的,但是低碳景观设计并不是单一的或机械的使用这些模式。低碳景观设计应该以生态整体性为基本原则,灵活运用各种模式进行设计,要根据项目的实际情况选择合适的设计模式,也可以以一种模式为主,结合其他的模式进行研究或设计。 四、景观设计要素的低碳应用方法及实例解析 对于具体的景观设计项目而言,在以上几种应用模式的指导下,景观设计要素的低碳设计和应用,具体而言有以下几个关键点。这其中,水的处理在景观设计中是一个难点,也是施工和后期维护中碳排放高的部分。目前低碳的水处理方法主要是采取绿色生态水循环技术。包括废水的就地再生技术、雨水收集技术、地表水循环技术、污水处理技术等;道路系统设计方面,尽量设计步行系统,尤其是景区内的道路系统。除此以外,还可设自行车专用道、电瓶车道,尽量减少高碳排放的出行方式[13]。因此景观设计不但是一种环境的营造,也不仅是供人们生活的场景,还能引导人们的行为,使人们在生产生活的过程中产生较少的碳排放。对于废弃材料的利用,残砖废石、生活废料都能成为景观再造中的良好材料再利用[14]。桂林市的五号公馆小区在低碳设计方面做出了很好的示范。在最大限度利用原有场地的基础上进行景观设计。如小区大门入口处有一棵大樟树,最初的建筑规划在樟树所在位置是建筑,但是为了保留这棵樟树,开发商将建筑面积减少了十多个平方。材料利用方面,了解到用黄蜡石或青石等景观石不但造价高,还得远距离运输,因此经过调查,最后采用了桂林本地的铁锈石,景观效果也很不错,完全可以代替黄蜡石等景观石。在植物造景方面,大胆采用了野茅草、野生水草、野生树如梧桐、乌桕甚至构树等,营造出了出人意料的怡人效果。废料利用方面,将废弃的枕木用做道路铺装和亲水步道,不但解决了废料的处理问题,还营造出了很好景观效果。在进行低碳景观设计时,还要注意以下几点。第一,低成本景观不等于低碳景观,要避免施工时的低成本造成完工后的高额维护费用。第二,绿化越多不代表低碳景观,现代景观设计不是做乡村景观或森林景观。第三,高科技不代表低碳景观,如绚丽的灯光处理、花样迭出的水处理,会造成高昂的使用和维护费用,应多使用节能灯。在生态设计理论的指导下,低碳景观设计发展得愈发快速和成熟,也有更多的专家学者投入到此项研究来。对于一般民众而言,重要的是低碳生活方式的培养,而对于设计者而言,要让低碳景观设计成为一种意识,在设计时处处体现低碳精神,只有让低碳理念成为人们生活不可分割的一部分,地球的低碳理想才能得以实现。 作者:龙渡江工作单位:桂林旅游高等专科学校旅游与休闲管理系 设计理论论文:艺术设计理论审视论文 摘要:市场经济的实践,要求艺术设计教育努力适应社会需求,尽快建立起适合中国传统文化与现代科学技术相结合的艺术设计教育体系。为此,我们应重新审视艺术设计理论,研究艺术设计教育。 关键词:市场经济艺术设计教育思考 随着社会主义市场经济体制的逐步完善,我国经济进入了持续高速发展的阶段。经济的繁荣带动了社会各个行业的发展,也使得人才的需求日益增加。为了适应社会需求,高等教育规模不断扩大,呈现出由精英教育向大众教育迈进的发展趋势。而艺术设计作为热门学科,全国艺术设计类考生逐年攀升,全国兴起了艺术设计的热潮。然而,艺术设计教育在我国,只有短短的二十几年的历史。由于现代设计教育在我国的历史比较短,发展还不够完善,与国际先进水平相比还有一定的差距,加上这几年的扩招,实际教学过程中存在着一些问题。诸如:培养目标不够明确,教育思想和方法比较陈旧,课程体系和教学内容不够完善,教学质量有待提高等。所以,我们一定要静下心来重新审视艺术设计理论,研究艺术设计教育。 笔者从事艺术设计教育十多年,目睹了社会主义市场经济体制对艺术设计教育的巨大影响,以及艺术设计教育对市场经济的反作用,以自己切身体验谈谈对艺术设计教育的一些思考。 一、顺应市场需求,转变教学思路 社会主义市场经济体制是要让市场在资源的优化配置中起主导作用。随着我国社会主义市场经济体制的逐步完善,学校也被逐步推向市场,并逐步向产业化方向转化,这也是在市场经济体制运作下完成教育资源优化配置的必然要求。由原来的国家包培养、包分配,逐步转向交费上学,毕业后自主择业。这就必然要求我们改革培养模式,改革教学内容和课程体系,制订新的教学管理制度以适应社会和学生的多样化选择。我国的艺术设计,是随着市场经济在中国的兴起而兴起的,是为了适应市场经济的需要而产生的。应该说,艺术设计在中国从诞生的那天起,就与市场经济发生了割不断的联系。 因此,面向市场需求,随时调整专业设置和课程设置是高校艺术设计教育改革的首要任务。再以理念的突破和更新为先导,在教育实践上引起巨大的变革,在当前实施素质教育的实践过程中,构造并树立系统的现代教育观念。高校要扎扎实实地办学,不懈地努力,应努力培养高素质、复合型、一专多能、紧贴市场需求的人才。要基础知识与技能培训并重,全方位提升学生素质,从而造就适应市场需要的职业英才。同时,在硬件设施基本完善后,逐步控制学校的规模把工作重心转移到强化内部管理机制、增强凝聚力和竞争力上面来,努力为学生创造良好的学习环境和生活环境,为将来的生活和就业打下坚实的基础。 二、打破文理界限,培养宽口径人才 我国艺术设计教育脱胎于纯美术教育,原来只在艺术院校和轻工院校里设置,现在综合大学、工科院校和师范院校中也纷纷开设设计专业。在现行的教育体系中,艺术设计教育基本上按照两种模式进行。一种是在综合性大学、专业美术院校和师范院校;另一种是在各种工科院校,如建筑、机械、轻工、纺织等。前者偏重美术理论和美术基础训练,后者偏重不同专业的工艺与专业技术训练。这一点可以从开设的不同的课程上明显看出来。这两种教育模式本来可以互相借鉴,互相补充,但因为现存的教育管理体制,如一些综合性大学隶属教育部门,一些专业美术院校隶属文化部门,一些工科院校隶属各产业主管部门。我国的高校招生,历来分文理两大类,演变到今天,这种体制已经波及到基础教育的中学分科问题。而艺术设计学科,也因为这个招生体制,被人为地割裂开来。所以,以文科考试进入美术院校的学生,得不到良好的工艺与技术训练,以理工科考试进入工科院校的学生,得不到良好的美术理论和美术基础训练。这个问题早已经在我们的社会上,即学生就业的工作岗位上反映出来。 在这个问题上,笔者认为我们可否转变一下思维方式,打破文理科界限,把艺术设计教育统一起来,不论其设在什么学校,工科也好,文科也好,都用一个标准确定教育对象和教学方法。这样既能避免学生接受知识上的偏差,也能衡定各类学校的师资和教学水平。同时,也使学生来源得到合理配置。现在,由于实行“三加X”考试,这一点在招生上基本上没有障碍,主要是思想再解放一点,把这种选择学生的方式再向前推进一步,就可以达到这一目的。在市场经济的作用下,社会分工越来越细,对人才的要求也越来越高,同一个专业同一个班毕业的同学找工作的差异性越来越大。高校已经成为一个提高个人综合素质和修养的平台,具有较高综合素质的人才日益受到社会的青睐。这一现象逐渐受到高校教育工作者的重视,提倡学科合并交叉,培养适应多项工作的宽口径人才成为艺术设计教育新的发展方向 三、广泛吸纳社会力量,积极整合教育资源 随着社会主义市场经济的不断发展,社会对艺术设计专业人才的需求越来越大,艺术设计专业办学规模也随之不断扩大。然而,有限的教育资源和师资力量始终是制约我国艺术设计教育深入发展的瓶颈。一方面,高校要有计划地引进或培养既有系统的理论修养,又有丰富艺术设计实践经验的“双师型”教师;另一方面,要广泛吸纳社会力量,充实艺术设计的师资力量,可以采取长期或短期聘用的方式,邀请国内外室内设计行业的精英或专家来校讲学、授课,力争将最新的行业知识和信息传达给学生。 经过近二十年的发展,艺术设计教育在软硬件方面已经取得了长足的发展,但是,仍然无法满足经济高速发展和办学规模不断扩大的需要。高等院校为了要办出质量和特色,以培养大批适应市场需求的的高级人才,使出了浑身解数,以致有些高校因为基础建设的不断扩大,而债台高筑。短时间内,仅仅依靠高校自身力量已经无法满足社会对人才的需求。根据艺术设计应用性极强的特点,我们要把设计教育从大学的课堂里解放出来,交给企业家,作为企业发展的武器,交给民众,成为生活的必需。积极整合教育资源,坚持多样化办学,拓展以学养学,滚动发展之路,最终变“学校办社会”为“社会办学校”,主动适应社会经济发展的全面需要。令人欣慰的是,许多高校已经先行一步,积极与企业取得联系,将企业变成了高校实验室和实习基地。学校解决了实验场地的问题,降低了教学成本,企业也取得了很好的经济效益,达到了双赢的目的。 四、校企联手,促进就业 高校毕业生就业历来都是学生和家长十分关注的问题,尤其是随着高等教育的普及以及高校连年的大规模扩招,高校毕业生的就业形势日益严峻,并呈现出“两高一低”的现象,据有关资料统计:一高是指毕业生总人数高:2003年212万,2004年280万,2005年338万;二高是指待就业毕业生总人数高:2003年52万,2004年69万,2005年已经达到了79万。一低是指毕业生签约率低:据教育部的统计,2005年应届毕业的338万普通高校学生中,在毕业时的签约率仅为33%,即使到了2005年末,仍有近1/4的毕业生还没有找到工作。 为了解决就业问题,大部分有艺术设计专业的高校采取“主动出击,外引内联”的就业政策,在全国各地建立少则几十个,多达上百个的就业实习基地,与全国成百上千家企业建立长期联系,形成了庞大的就业网络,数以万计的学生在这些企业找到了位置,取得了很好的效果。另外,积极推进校企合作,采取“订单式”培养,也不失为一个好办法。学校与企业签订合同,企业为学校提供资金和教学场地,学校根据企业需求进行有针对性的教学和训练,学生毕业后直接到企业就业。艺术设计是一门应用型学科,学生毕业后如果不能就业,必将造成教育资源的浪费。国家已将就业率作为高校评估的重要指标,高校必将在推荐和引导学生就业中发挥越来越重要的作用。 五、结语 改革开放以来,我国取得了举世瞩目的成就,特别是建立社会主义市场体制以后,高等学校已由原来的在计划经济体制下形成的国家高度集中计划、政府直接管理的旧体制逐渐形成国家统筹规划、宏观管理,高校面向社会,自主办学的新体制。市场经济的实践,要求艺术设计教育努力适应社会需求,尽快建立起适合中国传统文化与现代科学技术相结合的艺术设计教育体系。 设计理论论文:现代住宅给排水设计理论论文 随着近年来我国经济的发展,人民生活质量水平不断得到提高。人们在购买住宅时,除了关注住宅的楼层、面积、平面布置等因素外,同时也将更多的注意力放在了住宅设备上。给排水系统作为住宅设备的重要组成部分,其系统设计是否合理,对今后住户的装修、日常使用与维护将产生重要影响。现结合本人在住宅设计过程中的一些经验与体会,谈谈住宅给排水系统设计中的一些特点。 1.水表设置及给水支管敷设: 1.1关于水表设置。长期以来,我国住宅水表均设于室内厨房或卫生间等用水集中处,对于用水点较多且分散的住宅,有时甚至一户内设多个水表。近年来,水表设于户内而引发的诸多问题日益引起人们的重视:入户抄表扰乱人们的正常生活及可能导致的入户抢劫,使住宅私密性及安全性得不到保障:管理人员抄表不易且抄表劳动强度大:个别用户偷水而管理部门无法制止及处罚等。由于这些问题 的产生,水表出产已成为必然的选择。为此,新修订的国家规范(建筑给水排水设计规范》GBJ15--88第2.5.8条规定:住宅建筑应装设分户水表,分户水表或分户水表的数字显示宜设在户外。水表出户一般有以下几种方式: a.分户水表集中设于屋顶(水箱供水)或底层空间内(变频供水)。这种方式常用于多层单元式住宅中。一般一个单元梯位水表设一个水表井(箱),分户水管沿室内管井或建筑外墙引入户内。其优点为;抄表方便,抄表人员劳动强度低,可以杜绝用户的输水行为。缺点是:管材耗量大,管道水头损失大,需占用较大空间的管道井,如设于外墙则易影响建筑外观,分户支管不易检修。 b.水表设于楼梯休息平台处。给水立管设于平台处,每户设一水表箱;将水表箱嵌入休息平台两侧墙体中。其优点为:分户支管短,较节约管材,管道水头损失也较小,缺点是:水表分散设置,抄表人员劳动强度较大;通常室内消火栓箱也明设于休息平台处,因而使本来就拥挤的休息平台更为局促,给住户通行带来不便。 c.水表每层集中设于水表间内,分户水表整齐靠于墙面。其优点同方式b相同,缺点是:分户管道必须沿公共走道楼板下引入室内,因而走道内要求设吊顶。 d.将传统的普通机械式水表改换为远传水表或IC卡智能型水表。远传水表计算准确且无需抄表,此卡表需用户预存入一定数额水费,将充值后的IC卡插入水表的读码器中即可用水。由于远传水表和IC卡表价格相对昂贵且在技术上仍存在一定问题,因而在实际工程中尚未得到广泛应用。 以上几种水表出户方式,各有其优缺点,具体在工程实际设计中采用何种方式,应由设计入员根据住宅的性质、档次及当地行业管理部门的要求确定。 1.2给水支管布置与敷设。目前,新建住宅中一厨两卫已很普遍,有的住宅甚至配有一厨三卫、一厨四卫,且厨房、卫生间、阳台各用水点位置均较分散。分户支管至用水点间管道如沿室内楼板下吊设,必然要求设室内吊顶,管外壁还应有防结露措施,给住户装修带来不便,毕竟不是所有住户都想设吊顶。(建筑给排水设计规范)GB15-2000(送审稿)第3.6.18条规定,给水支管宜敷设在楼(地)面的找平层或沿墙敷设在管槽内,敷设在找平层或管槽内的给水支管外径不宜大于25mm。实际上,如果将接往两个或两个以上用水点给水支管串接在一起,其支管外径均会超过25mm。因此,为了满足规范的要求,给水支管入户后即接入分水器,分水器暗设于厨房或卫生间墙体内,通过分水器后接往各用水点支管管外径均可控制在25mm以下。但应注意:设于找平层内给水支管施工完毕后,应在其位置做上明显的标记,以免住户装修时破坏给水管道。 2.排水管道敷设: 《住宅设计规范》GB50096—1999第6.16条规定;住宅的污水排水横管宜设于本层套内。虽然规范有此规定,但在笔者所了解的大部分住宅设计中,由于存在各种问题,真正能做到这一点的尚不多见。于是在日常生活中,经常出现上下层住户因排水管道漏水而导致的各种纠纷、影响邻里关系。作为工程设计人员,应在设计时努力解决这一问题。在此,笔者提出一些做法以探讨解决问题的办法。 2.1厨房排水管道设置。厨房洗涤池排水支管可直接在楼板上接入排水立管。而对于厨房是否设地漏,目前还存在较大争议。笔者建议厨房内不设地漏:现代生活中厨房地面一般已很少用水冲洗,少量的溅水用抹布就可完成地面的清洁,厨房地漏由于长时间无水补充,水封内存水蒸发后臭气反由地漏进入室内。同时,取消地漏还可避免地漏排水支管进入下层户内空间。 2.2卫生间排水管道设置。为了不使卫生间污水横管进入下层户内空间,排水管道的敷设一般采用以下几种方式: a.卫生间地面楼板下沉,污水横管设于下沉室内。这种方式对排水管道的施工较为方便,但检修管道则十分不易。在实际工程使用过程中,经常发生下层住户靠卫生间处楼板及侧墙发生渗漏现象。由于无法查找出漏水的原因,……上层住户只能将整个卫生间地面凿开重新翻修,凿开后才发现下沉室内积满水,积水经侧墙渗入下层。分析产生积水的主要原因有:卫生间地面防水未处理好,地面水渗透入下沉室;部分给排水管道漏水进入下沉室。针对以上原因采取的措施有:严格做好卫生间地面的防水处理及下沉室四周的防水处理;卫生间内所有给排水管道应经严格试压住水试验后方可暗封管道:建议在下沉室侧面设置侧排地漏,以排除可能出现的积水。 b.采用侧排方式。卫生间采用后出水式座便器,侧排地漏,将浴盆或淋浴房垫高,各卫生器具排水横支管沿卫生间地面墙脚处引至外墙。器具存水弯、排水横管及立管均设于建筑外墙处。采用这种方法,可避免出现下沉式积水的状况,但应注意几点:首先,尽可能将洁具特别是座便器设于靠外墙处:其次应与建筑专业密切配合。由于排水横管及立管均设于外墙,不可避免影响到建筑外观,因而在建 筑方案设计阶段,给排水专业人员就应介人,将卫生间布置于建筑凹槽处,尽量降低对建筑立面的负面影响。 除此之外,当然还有别的做法。在福州凯旋花园(公寓)的设计中,由于建筑立面的要求,不宜将排水横管及立管设于外墙而必须设于室内管井中。由于管并尺寸的限制,无法在管井内设器具存水弯,为此笔者在设计中大胆采用高水封直埋地漏,将排水支管直埋于结构板内。排水管直埋于结构板中对施工质量要求很高,一且排水支管施工质量不佳将很难维修。目前凯旋花园已施工完毕,但尚未验收投入使用,因而无法评价这种做法在实际应用中是否理想,提供这种做法仅供同行参考。 3.室内消火栓系统: 3.1室内消火栓箱的设置:对于单元式住宅来说,由于平面位置限制,消火栓一般只能明设于楼梯休息平台,安装于此处的弊病显而易见:休息平台变小,住户通行不便,特别是搬运大件家具时:消火栓箱棱角突出,对住户特别是小孩的人身安全构成极大的隐患。为解决以上问题,可考虑采取栓箱分设,即消火栓栓口明设,而将附属的龙带、水枪及箱体暗装于休息平台侧墙处,以腾出休息平台空间。箱体尺寸建议采用450×600×200。 3.2屋顶十分钟火灾初期消防用水量储存问题。住宅设计中通常的做法是将消防前期十分钟用水与生活用水并存于屋顶生活消防共用水箱中,生活出水管上设虹吸破坏口以保证消防用水不被挪作他用。这样可以防止消防用水因长期不用而变成死水。《建筑给水排水设计规范》GBJ12-2000(送审稿)第3.2.8条规定生活饮用水池(箱)应与其它用水的水池(箱)分开,专门设置。因此,应将消防用水单独设置消防水箱,并设专用补水泵(由于水表管理方式的改变,不应由生活水泵向消防专用水箱中补水,这一点容易被设计人员所忽略),补水泵应从消防水池而非生活水地中取水。为了防止消防水箱中的水长期不用水质恶化,可在消防水箱另设出水管供住宅绿化、道路用水。 4.结束语 住宅给排水系统看似简单,但它与我们的日常生活息息相关。作为工程设计人员,应本着技术、安全、经济性原则,在实践中努力创新,寻求最佳的给排水设计方案,适应住宅设计发展的新要求,满足人民群众不断提高的物质文化要求。 设计理论论文:B-Slim教学设计理论论文 摘要:本文探究了英语教学过程中的课堂教学设计及效果反馈的联系,指出了当前英语教学中存在的教学设计和教学效果之间的不协调问题,从而引出B—Slim的教学设计理论。 关键词:B-Slim理论;有效教学;教学实践 一、问题的提出 根据《普通高中英语课程标准》,学生必须获得“用英语进行交流的能力,用英语进行思维的能力。”所有这些能力的形成都取决于英语教师的教学思想、教学观念和教学方式,而教学方式就体现在课堂教学的活动设计中,教学效率也依据教学活动任务的完成质量。但目前的实际情况是:学校的生源状况和师资条件、管理水平、教学设备和语言环境、班级大小的差异非常大,教学效果当然不可能一样。所以不能只有一种教学方法、一种教学模式。 随着新教材的使用和课改的进一步深化,英语教学开展了轰轰烈烈的改革。越来越多的教师在思考如何上好新课程理念下的英语课堂教学,提高教学的实效性。在英语课堂教学中,经常能看到教师设计的课堂活动一个接一个,轰轰烈烈、热热闹闹,学生积极参与。这样的教学设计背后出现的问题是:重能力,轻双基;重输出,轻输入;重表演,轻内涵;重功能,轻结构;重流利,轻精准;重归纳,轻演绎等。英语课堂教学效率普遍不高仍然是教师们深感困惑的问题。我们都知道:巧妙的教学设计是有效教学的良好开端,灵活的知识呈现能使新知识更加具体、直观地展现在学生面前,语言的活动能促使学生习得语言相关知识。但是,这些看似行云流水的教学过程有时未必具有良好的教学实效。针对这一现象,笔者欲从在国外亲自体验的B-Slim(成功语言指导模式)理论中论述设计有效的课堂教学活动,提高教学效率。 二、B--SLIM教学理论 笔者有幸在2006年到加拿大北阿尔伯塔省理工学院学习B—Slim理论。有幸聆听了B—Slim理论的创始人Blash博士对其理论的诠释。而且笔者在加拿大学习期间教师的授课也是B—Slim理论实践。通过亲身体验,笔者认识到:B—Slim理论能反映出教师如何在理论的指导下设计教学,在顺序渐进、多样化教学活动中使不同层面的学生获得成功。同时,这理论也为教师设计教学、组织教学和开展教学活动提供了一个平台、一个模式。通过这个模式能反映出教师的教学效果。 三、有效教学 在英语教学中,课堂教学是学校这个特定空间中以学生身心的全面发展为目标,教师和学生共同参与的社会活动。但是英语课堂教学的多样化并没能使学生对英语学习有足够的兴趣和动机,教学效率不高仍是广大英语教师深感困惑的问题。也有种情况是教师课前不进行课堂教学设计,上课缺乏目标意识,随意性大,造成教学时间的隐性浪费。 笔者所指的设计不同于过去的教学计划。过去的教学计划大部分是以教师的直观感觉和主观经验为基础,缺乏目标意识,所关注的是教师的主讲作用,忽视了学生在学习过程中的主体作用。而现在的设计是根据学生的认知规律和记忆规律、并有明确的教学目标,着眼于激发并促进学生的主体学习,充分发挥每一个学生的特点和智力优势,从而习得语言,这就要求教师除具备良好的英语运用能力外,还要求具备系统的英语学科的理论知识。这样才能深刻领会教学大纲的精神及教材内容的设计,才能根据教学对象的不同,设计并运用恰当的教学设计组织课堂教学,同时要求教师加强先进理论的学习、探索教法、大胆创新,帮助学生达到预定目标,并通过评价反馈来强化学生的学习。 对于有效教学,巴班斯基曾经提出最优化教学的四个重点:一是用最优化的观点选择教学方案;二是衡量学生实际的学习可能性;三是考虑现有的教学条件和可能性;四是针对不同程度的学生设计教学任务。这就要求教师在设计教学任务时充分考虑学习环境、学生水平与需求、班级人数等。所设计的教学过程清晰、内容难易适度、教学步骤衔接自然、时间安排合理,调控教学节奏、调动学生积极性、减少学生的情感焦虑、保证学生的参与并有助于发展学生的语言运用能力。 我国英语课程标准清楚地提出教学设计的标准及一般原则:教学设计应基于学生的生活经验和兴趣,以帮助学生获取语言知识、培养语言技能和语言能力,促进跨学科的学习和培养学生的综合能力。任务设计的原则是:任务必须有清晰的目的和可行性,应具有意义和接近真实生活,应包括获取、处理和转换信息的过程。学生应该使用英语做事情,当任务完成时应有具体的结果。 有效性教学就是用科学的方法和手段有效地达到教学目标的教学活动。根据《普通高中英语课程标准》的要求,教师在设计教学任务时,要根据教学目标和学生的实际水平,开展有助于学生学习英语知识和发展语言技能的教学活动,并通过设计和实施各种教学活动提高学生的语言运用能力,使学生的思维能力、想象力、合作能力及创造力等综合素质得到发展。这就要求教师思考以下问题,以提高教学的有效性: 1.本节课的教学目标是什么?学习哪些语言知识?提高哪些技能? 2.开展哪些教学活动?目的是什么?怎样体现整体参与性的原则?怎样体现单个学生的学习效果? 3.运用什么方法和手段开展教学活动?怎样组织活动使其达到最佳效果? 4.怎样帮助学生形成良好的学习策略、提高教学效率? 5.如何激发学生的学习兴趣?如何开发学生的创新思维? 要“因材施教”“课堂有效率”,教师的教学设计应注意以下方面: 1.教学目标全面。这是指根据学生的实际情况而设,包括知识、技能、方法、情感和多维目标。 2.教学情境激励。这是指通过创设各种问题和活动情境,激发学生的思维欲望,鼓励学生运用旧知识与新知识的联系。 3.教学结构有序。这是指科学设计教学内容的呈现顺序,合理安排学习和复习。 4.教学活动民主与合作、主体与互动。这是指尊重学生的主体地位,了解他们的心理需求,给予关怀和帮助。 5.教学反馈及时。这是指教学前和教学后的反馈,前的反馈可以了解学生对学习内容的知识准备和心理准备;后的反馈可以及时检测效果,判断教和学的有效性。 四、教学活动设计 依据B—Slim理论,教师课堂活动设计应包括:教学时间、教学资源及教学活动。它要求教师应根据不同的教学目的设计不同形式的教学活动。可以是发散思维、直觉思维、想象思维和归纳思维等。适合学生实际的和贴近学生生活的灵活多样的教学活动是进行创造思维的具体手段,是培养创造力的途径。活动和能力是相互作用的。学生会在不同的活动中得到不同程度的尝试和提高,使教学活动更具开放性,给学生的参与和思维扩展提供更广阔的空间。 笔者认为教学活动设计要有明确的目的并具有可操作性,设计活动要以学生的生活经验和兴趣为出发点,内容和方式尽量自然,设计的活动应有利于学生学习英语知识,发展语言技能,进而提高实际语言运用能力。 实践证明,科学地选用教学设计能够调动学生学习的积极性和主动性,激发学生学习兴趣和求知欲望;能在不加重学生负担的情况下,完成教学目标任务。 当今的新教材确实能让人耳目一新。教材的版面设计、插图、知识结构、文化背景,教学内容以及语言运用等方面,都具有真实性和趣味性等特点,这些为英语教学提供了丰富的资源,同时也对教师的“教”和学生的“学”提出了更高的要求。教学的关键是教师。提高教师的专业水平,加强科研,促进教师的发展,这是根本。用高水平的语言能力和娴熟的教学技能来感染和影响学生。勤钻研,勤反思是教师进步的源泉。通过对老观念的再创造和乐于接受和尝试教学新理念的态度,加上自身的不断探究教法,在课堂有限的时间内创造最大的教学效率,所以我们有理由相信只要教师在教学研究中多学习、多留意、多思考、多尝试,教师的“输入”到位,就会让英语课堂“活”起来,让学生“动”起来,学生就能自由地“输出”,真正达到提高教学效率的目的,中国的英语教学也会迈向一个新台阶。 设计理论论文:机制设计理论与经济问题论文 【内容提要】机制设计理论是最近二十年微观经济领域中发展最快的一个分支,在实际经济中具有很广阔的应用空间。机制设计理论实际上就是委托理论或信息经济学理论。本文论述了信息经济学理论在社会经济各个方面的应用,并对国有企业的激励问题作一简单探讨。 【关键词】激励机制设计信息经济学 一.信息经济学的基本要点 1.信息与激励。信息经济学是近年来最重要和充满活力的经济研究领域,它研究决策者拥有不同信息的状况。信息的非对称性在很多领域存在,所谓非对称信息是指某些参与人拥有而另一些参与人不拥有的信息。例如:银行不可能了解借贷者未来收入的全部信息,拍卖人并不知道潜在客户所愿支付的全部信息,政府在不太了解个人和企业纳税能力时必须制定税收政策等,这类现象称为外生信息不对称。公司的所有者并不全部了解经营者资产营运信息,行政管理者也不了解下属是否在认真扎实地履行职责等,这类现象称为内生信息不对称。不完全、非对称分布的信息会带来很严重的后果,尤其当信息优势经常被有策略的利用起来,因此,信息经济学研究集中在如何才能制定出能处理非对称信息下不同激励和控制问题的契约和制度。在外生信息不对称的情况下,决策者通过设计一个激励合同或契约,以获得真实、有用的信息,诱导他人“讲真话”;在内生信息不对称的情况下,决策者通过设计一个激励机制,以诱使另一方当事人采取正确的行为,形成“不偷懒”。这使我们能更好的理解保险市场、信用市场、拍卖、公司内部组织、工资结构、税收系统、社会保障、竞争条件、政治制度等等问题。信息经济学研究信息与激励的一个基本结论是,任何一种制度安排或政策,只有满足个人的“激励相容约束”才是可行的。威廉·维克里(WillianVickrey)的研究关注不同类型的拍卖者的特性以及他们如何被最优设计以创造经济效率。他的努力为一个充满活力的研究领域奠定了基础,并且这一领域已经扩展到实用范畴,如:财政部发售公债等。20世纪40年代后期,维克里设计了一个模型表明能通过设计所得税获取效率与公平的平衡。25年后,詹姆斯·米尔利斯(JamesMirrlees)找到了能更彻底地解决最优所得税问题的办法。米尔利斯很快认识到他的方法能被应用到很多其它的类似问题。这已经成为现代关于复杂信息和激励问题分析的一个重要组成部分。米尔利斯的方法在不能观测到其他人行为的情况下尤为有价值,即所谓的道德风险。要回避由于非对称信息所产生的道德风险,关键是要设计一些最优的契约或机制。 2.所得税。很久以来,哲学家、经济学家和政治学家一直在研究所得税原理,不同的公平原理决定了税收结构。在20世纪40年代中期,维克里分析中强调累进税率安排将会影响个人努力工作的积极性,因此他重新定义这个问题时注意到了以下两个方面:激励问题——每个个人在选择工作努力程度时会考虑税收安排,非对称信息——实际上个人的生产力对政府来说是未知的,他定义了解决的总原则,但并未成功地掌握其精确因素。直到25年后,这个问题才被米尔利斯重新考虑,他通过建立一个范例(样本),来分析具有广效性的以非对称信息为主要组成部分的经济纠纷,解决了这一问题。米尔利斯定义了一个严格的条件(单一交叉点),大大简化了问题,使问题有可能解决。他的分析中含有揭示原则——一个普遍原则的萌芽思想。根据这一原理,在非对称信息条件下的激励问题能从相对有限的分配机制集合中找到解决方法,这种分配机制能导致个人在不与自身利益冲突的情况下暴露出真实的私人信息。通过这一机制,制定最佳条约以及对激励问题的其它解决办法变得容易多了。 3.道德风险。在经济活动中,往往存在着这样的现象,即某些人在最大限度地增进自身利益时,往往作出不利于他人的行动。这就是所谓的道德风险。如保险业存在显著的问题是被保物品的损坏不仅仅依赖于天气、偷盗这些外部因素,而且依赖于投保人对被保物品的管理,这一点使保险公司付出了昂贵代价。健康和残疾保险等社会保障体系中也出现类似问题。保险项目会加大风险承担并影响到个人管理被保物品的办法。在分析这些所谓的道德风险问题时面临的主要困难与维克里强调,米尔利斯解决的所得税问题很类似。20世纪70年代中期,通过简化问题定义,米尔利斯为日益有力的分析铺平了道路。他注意到人的行为间接暗示了对可能发生的各种结果可能性的选择。因此,最佳补偿协议的条件提供了人选择可能性信息及保险保护必须被限制在一定范围以提供商合适的激励因素。在设计激励方案时,委托人必须考虑激励人的成本与委托人利益的一致性。人对处罚的敏感度越高,人对结果选择的信息量越大,成本越低。合约中规定,人承担不受欢迎结果的部分成本或者获取令人满意结果中的部分利润。投保人像保管未保险物品一样保管被保险物品,执行者像管理自己的公司一样管理公司。 4.拍卖。拍卖的基本功能有两个:一是提示信息,一是减少成本。非对称性也是拍卖的一个重要组成部分。拍卖时,潜在的购买者对出售的财产或权力了解不多。1961年、1962年维克里在两篇论文中分析了不同类型拍卖的特点。维克里根据治理交易的制度规则,把拍卖分成四种类型:英式拍卖、荷兰式拍卖、第一价格拍卖和第二价格拍卖(即次高价拍卖)。他着重研究了现在被称为维克里拍卖的次高价拍卖。在这种拍卖中,物品根据封闭价被拍卖。出价最高者以次高价购买拍卖品。这是一种能引出个人真实意愿的机制实例。如果出价比自己所愿支付的更高价格,一个人需冒其他人也同样行为的风险,则不得不亏本购买拍卖品。相反,如果一个人出比自己愿意支付的低的价格,他冒着也许其他人能比他自己所愿意支付的更低价格购得拍卖品。因此,在此类型拍卖中,真实报价对个人最为有利。这种拍卖具有更高的社会效率。维克里的分析不仅仅对拍卖理论有着重要意义,并且为设计能提供社会激励的资源分配机制带来了深入的洞察力。詹姆斯·米尔利斯和威廉·维克里共同荣获了1996年诺贝尔经济学奖,奖励他们在非对称信息条件下的激励理论领域作出的重要贡献。下面分别介绍他们的主要理论贡献。二.经济中的非对称信息以及相关问题 在劳动力市场中,雇主和雇员的信息是非对称的。雇主无法了解雇员能力的信息,只能根据雇员的社会平均能力制订工资标准,导致雇员的“逆向选择”,直接造成高能力的雇员离职,公司多为低素质雇员,给公司造成一定损失,不能实现资源配置的帕累托效率,甚至会造成“低素质员工驱逐高素质员工”的现象。为了改变这种状况,公司必须选择某些易于辨别的信息。目前,教育水平作为显示能力的主要信息之一,即不同能力的个人接受教育的成本不同,高素质人才通过选择接受教育把自己与低素质人才区分开,但教育成本与能力具有非相关性,低素质的人才可以模仿高素质人才选择相同的教育水平,从而使教育水平信息失真,导致“逆向选择”。信息甄别成为解决“逆向选择”的关键。这方面的研究和理论在模型上虽有重大进展,但它的实证性有待继续测定。非对称信息在产品市场中的表现与劳动力市场有相似之处,只不过是卖方更清楚成本、质量、价格等内在属性,但不清楚买方愿意支付的价格、需求、市场的定位等;而买主正好与之相反。存在的隐患也主要是“逆向选择”,问题的关键是信息传递。改善这种状况的途径,彭斯认为,如果较高质量的卖主能够寻找到某种途径向买主传递自身产品质量的信息,而为此付出的成本要比低质量产品的卖主低,使劣质产品卖主的模仿成本太大而不具有模仿的动机。总之,无论信息质量的优劣,只要高质量产品卖主的信息边际成本小于低质量产品卖主的信息边际成本,就可实现资源配置的帕累托改进。目前产品的广告宣传、商品的退赔、维修等保证,都是信息传递的简单运用。 80年代西方学者把信息非对称理论运用到金融市场,极大地丰富了金融中介理论和货币政策的传递机制,但同时也带来了严重的“逆向选择”和“道德风险”。由于信息的非对称状态,就鼓励了信贷资金向低信用企业流动,抑制信贷资金向高信用企业的流动,即信用质量越差的企业,越可能取得信贷资金。这种不合理的资金分配机制对金融市场的资源配置效率具有极不利的影响。在完成交易之后,又引来了严重的“道德风险”,即放款人的利益受到侵害或损失,具体表现形式为:违背借款协议,改变资金用途,私自用于投机性交易或高风险项目;隐瞒投资收益,逃避偿付义务;对资金的使用效益漠不关心,不负责任,致使借入资金发生损失。为什么金融市场中信息非对称的表现与普通商品、劳动力市场有重大差别呢?因为金融市场具有不同于其他市场的重要特征。一般市场的交易是钱物交易,钱物两清后,交易双方基本上没有后续权利和义务;而金融市场的交易大都是放款人放出资金后并不能马上从借款人手中得到任何等价物质,他所得到的只是在未来某个日期偿还本息的承诺。由于信息的非对称,不同的借款人,甚至同一借款人在不同条件下作出承诺的可靠性,都不可能一样,致使出现了严重的“道德风险”。如何解决这个问题,西方著名学者罗斯进行了大量开创性研究,他直切问题的优秀,即企业的金融结构与市场价值的关系,这就是响誉世界的MM定理。他主张只根据企业负债比来测定企业的市场价值,他的分析方法虽没有全新的结论,但他的方法是崭新的,给人一种全新的境界。为了进一步规范金融市场,笔者主张在罗斯分析的基础上,应完善以下机制:加强对证券持有人的约束;健全防止管理人员向外输出错误信息的内在机制;严惩证券持有人贿赂管理人员,输出错误信息,使自己谋利的非法行为;加快防止故意制造“道德风险”的立法工作。上述机制的完善和规范,都需要不断地探索和实践。 信息非对称理论在证券市场运用中所引发的“逆向选择”和“道德风险”的表现则更为严重。从某种意义上讲,在证券市场上没有办法解决“逆向选择”和“道德风险”。因为要减少“逆向选择”和“道德风险”,基本条件是改善信息的非对称状态,要改善信息的非对称状态,必须花费一定的信息成本进行调查、分析和监督,然而证券市场的高度分散性,“搭便车”行为普遍存在,抑制了信息投资。目前,我国证券市场机构大户操纵市场,银行违规资金入市,证券机构违规透支,新闻媒介推波助澜,误导误信股民跟风等,都是信息传递机制不畅,功能存在障碍的具体表现。西方学者普遍认为,在证券市场的信息传递模型中,除非有严格的约束条件,否则不存在唯一均衡。只有提高企业自己的信息成本,才能实现有效的分离均衡,才能使信用差的企业放弃模仿信誉好的企业的动机,但均衡的唯一性仍是一个有待继续解决的问题。结合我国的证券市场,其优秀是保证信息传递畅通、充分、准确,从而逐步趋于完全对称。具体措施是:实现国有股和法人股的上市流通,以利健全信息传递机制,改善市场结构,减少信息扭曲,提高信息质量,发挥信息显示器的正常功能。信息是一种特殊的商品,需求者实际上无权选择,一旦信息质量存在问题,信息使用者的利益将无法挽回。因此规范和完善上市公司信息传递机制,降低信息成本,规范会计职业是十分必要的。一方面要加强对注册会计师的管理,提高其风险度;另一方面加强行业自律,提高其约束自己的行为的能力。信息成本的存在使非对称信息的产生成溪必然。 另外一个热点问题是:中国国有企业由于经营不善,面临倒闭,在新的政策下,国企拍卖成为社会关注的焦点,如何使国有企业的拍卖更为有效是一个很值得研究的问题。拍卖前必须先清楚两点:一是被拍卖企业的经营现状;二是评估该企业的资产。拍卖理论的优秀内容是弄清投标者对被拍卖企业的真实评价。这就需要投标者花一定的时间与精力去调查该企业的资产状况,同时,拍卖者也要尽力弄清投标者对企业的真实评价。在欧洲,许多拍卖者得到的价格都低于投标者对企业的真实评价,因为,常常有这样的集团,由于他们比别人更了解该企业,掌握了有关该企业的更充分的信息,从而压低了该企业的价格。为了解决这一问题,可以进行二级密封价格拍卖法,即通过投标者之间的竞争,由出价最高者以次高价格购买,从而激励投标者说真话。不过,拍卖者有时也会与投标者合谋,从而使拍卖失效,尤其是在拍卖公益企业时。故而,应采取一种更为公开的拍卖方式,让更多的投标者竞争。比如,英国就把一些公共事业企业卖给法国(如水利系统)和美国(如电信系统)。中国不一定要采取这样的方式,但一定要使信息更为公开,拍卖更为公正,这样,才能使拍卖成功。在经济转轨时期,国有企业的所有者是由政府代表的全体人民,但在实际操作中,不同的企业隶属于不同的政府部门。因此在企业兼并时会常伴随有“一定的道德风险”问题。这一问题很有意义,其优秀是产权问题。两个归属不同政府部门的企业兼并时,兼并合同会偏向哪一方或保持中立是很难给出清楚明确的解释的,因为两个政府部门有不同的利益目标。这与委托—理论略不同。委托—理论告诉我们,对于一个委托人、一个人的情形,委托人应该为人设计一种有效的激励机制,比如高工资,与工作绩效挂钩的奖金等使人更有效地工作。一般来说,为了控制风险,一个人不允许同时有两个委托人。在这种情况下,“兼并”是一种有效的激励机制。由于受到“兼并”的威胁,人即经理会更努力地经营企业,使企业的资产不断增殖。通常情况下,经理并不希望“兼并”发生,除非其经营状况相当糟。事实上,通过对兼并制度的分析及对兼并实例的考察,我们认为,“兼并”的作用与效果并不像我们想象的那么好。如前所言,分属两个政府部门的企业之间的“兼并”则有所不同。在这种情况下,至少存在两个委托人,其中一个委托人会控制兼并合同的签订,从而弱化另一个委托人的权力。三.国有企业的激励问题分析 国有资产是通过层层的关系才到达企业的,而中国国企的委托关系具有无限循环的特性。在委托—链条上的当事人既是委托人又是人。从理论上讲,国有资产属于全民,工人阶级是全民的优秀代表,是初始委托人,委托政府作为国有资产的人,而政府又作为委托人委托经理来管理国有企业;经理是国企的人同时他又作为委托人,委托车间主任管理生产经营;车间主任是人同时又是委托人,委托工人进行生产。工人这时成为最低层次的人与最高层次委托人扣成一个环。因此,解决这种委托问题的关键就在于规避道德风险与逆向选择,即使委托人和人的利益趋于一致。也就是委托人要在全社会设计一套对人的激励相容约束机制的方案,使人在追求自身利益最大化的过程中必须维护委托人的长远利益。变“损人利己”为“双赢”是这套机制的优秀所在。当对人付出的努力不能进行完全的检验,从而人有可能试图只付出少于他能够付出的努力时;当一个只根据行动而不兼顾结果支付报偿的契约建立时,潜在的道德风险立即产生。对委托人来说,人行动是不可预测的,委托人的问题是如何根据可观测到的信息(资产增值率、利润率、市场占有率、同行业企业家正常利润等)来奖惩人,以激励其选择对委托人最有利的行动。我们用A表示人所有可能选择的行动的集合,a∈A表示人的一个行动,可以是任何维度的决策变量如a=(a1、a2……),a1、a2表示人在数量和质量上的工作时间或代表固定资产投资和开发研究等。θ是外生变量称“自然状态”,a、θ决定一个可观测的结果π(a、θ),如产出。委托人的问题是设计一个激励合同S(π),根据观测的产出π对人进行奖惩。设人努力的负效用为C(a),委托人的期望效用函数为V=π(aθ)-S(π),人的期望效用函数为U=S(π)-C(a)。前面已经提到委托人和人的利益是冲突的,因此除非委托人能对人提供足够的激励,否则,人不会如委托人希望的那样努力工作。委托人的问题就是选择a和S(π)最大化,即上述自己期望效用函数。但这样做的时候面临着来自人的两个约束。第一个约束是参与约束即人接受合同得到的期望效用不能小于不接受合同得到的最大期望效用U(由其他市场机会决定),可以表示为S(π)-C(a)≥U。第二个约束是激励相容约束,在任何激励合同S(π)下,人总是选择使自己期望效用最大化的a,因此任何委托人期望的a都只能通过人的效用最大化行为实现。如果a是委托人希望的行动,a′∈A是人可以选择的任何行动,那么只有当人从选择a中得到的期望效用大于从选择a′中得到的期望效用,人才会选择a,激励相容约束的数学表述如下:s〔π(aθ)-C(a)〕≥S〔π(a′θ)-C(a′)〕a′∈A,这就是解决道德风险的基本简化模型。当然要得出最优解需经过一系列的数学变换,还要考虑a、θ的分布密度,这里从略。 下面讨论逆向选择模型。根据显示原理,我们只需要考虑能使人出于自身利益真实显示他所属类型的契约,并根据声称自己具有的属性来决定按契约支付报偿。a为人的内在属性(不是道德风险模型中委托人希望选择的行动),a′是人声称的属性,W为委托人为人设计的契约,U为人的效用,则防范逆向选择的模型为:U〔W(a),a〕≥〔W(a′)a〕aa′∈A上述激励相容约束机制模型从表面看,在企业利润的蛋糕上政府似乎分得了较少的份额,其实在这种机制的运作下的委托关系会创造循环的创新支力,会使企业利润的蛋糕越做越大,国家、政府会得到长期的不断增长的利润“蛋糕”。在以上的模型下需要对企业的分配制度进行改革。人的收入一定与企业的业绩挂钩与职工分配基金脱钩,体现出按劳分配与按要素分配的结合。尤其是智力要素价值要得到实现,得到蛋糕的份额与其努力程度成正比。同时,企业的激励相容约束机制也需要一个规范化的市场环境。环境对人的约束是刚性的、使他别无选择。市场的评价约束着人,公司的经营状况基本取决于经理的能力,公司一旦破产,经理的人力资本价值在市场上就一贬到零,甚至可能从此断送经理生涯。这种来自人力资本市场的约束是最硬的行为约束。而资本市场对人的约束是来自股东(委托人)的间接控制,使人不得不考虑委托人的利益和要求。企业激励相容约束机制的运作需要法律的保障,企业经理的任用要通过法律程序,另外上级主管部门对企业的督查要法制化。还要建立企业内部职工举报奖励制度,这样才能使国企委托——关系处于良性的循环之中,使这个环紧紧地围住国有资产,使国有资产保值增值。 四.结语 客观上讲,非对称信息的研究目的在于如何设计一种有效的经济机制,选择满足委托人、人参与约束和激励相容的约束激励合同以期最大化自己的期望效用函数,促使资源的帕累托最优。这方面研究理论和现实还有差距,但就约束、激励的某一方面研究和实践都取得了重大突破,可二者的相容仅表现为模型。特别是在我国改革开放以来,激励理论和实践呈现出日新月异,而约束的理论和实践则相对滞后,使激励机制发生扭曲,甚至有人认为监控就是惩罚。必须改变这种传统的思维定式,实现激励约束相容,二者不可偏颇。这方面我们有丰富的经验,又有深刻的教训。今天,我们正在构筑社会主义市场经济体制的框架,许多问题有待信息经济学去参与研究,如保险业、拍卖业、旧货市场、棘轮效应、国企改革、税收、财政、制度变迁以至产权等等。信息经济学是一门新型的经济学科,它适应信息社会的需要,体现知识经济的发展,最能实现帕累托最优。 设计理论论文:抗震设计理论研究论文 摘要:对基于性能的抗震设计理论的发展史作了回顾,总结了当今国内外对这一理论的研究现状,提出了一些需要解决的问题。 关键词:抗震设计,基于性能的抗震理论,性能水平,评价指标,基于位移的抗震设计 1结构的抗震设计局限 由于地震和地面运动有很大的不确定性,导致结构在其使用期限内可能遭遇预期强度等级的地震,也有可能遭遇远远大于预期强度等级的地震,这就使结构工程师很难准确了解结构的抗震需求。当前,多数国家对结构抗震设计原则为:对于一般的工程结构,设计时以本区域内多遇地震作为结构弹性阶段承载力和变形验算依据,以保证结构在小震作用的结构正常使用功能;同时以大震作为结构在极限状态下的验算依据,以满足在结构在强震下不至于倒塌危及生命安全。虽然这种设计方法较为简单,设计结果较为经济,但也在某种局限了结构的抗震设计。首先,仅仅以正常使用状态和极限状态作为设计阶段,并不能保证结构在除此两状态之外的处于其它状态时的损伤程度和功能完整性,这就要求我们对结构的其它状态的性能水平进行更深入的研究。其次,这种设计仅仅要求结构满足基本的抗震设防目标,局限了业主对结构抗震方面提出更高的设防要求,安全度已与目前的经济和社会发展不符,故我们有必要对结构的设防目标进入更进一步的研究。因此,对结构采用多级性能水平和多级抗震设防目标的基于性能的抗震设计具有重要的理论意义和实用价值。 2结构的地震反应分析了方法 自1899年日本学者大森房吉首次提出用于结构抗震设计的静力法以来,结构的地震反应分析方法经历了从静力法到动力的反应谱法和动力时程分析法这三个阶段的演变过程,在动力阶段中又可分为弹性与非弹性(非线性)两个阶段。根据所考虑的地震动特点,结构地震反应分析方法可以分为确定性方法和随机振动方法。确定性方法利用地震记录或由其他方法确定的地震波进行结构的地震反应计算,随机振动方法则把地震视为随机过程,把具有统计性质的地震动作用在结构上来求出结构的反应。到目前为止,国内外的抗震设计规范绝大多数都采用确定性方法,因此本文也仅考虑确定性方法。 由大森房吉提出的弹性静力法理论假设结构各个部分与地震动具有相同的振动,因此,地震力等于地面运动加速度与结构总质量的乘积;在大森房吉之后,佐野利器于1916年提出震度法,认为以结构10%的总重量作为水平地震力来考虑地震作用。该法把结构的动力反应特性这一重要因素忽略了,具有很大的局限性,只有当结构可近似地视为刚体时,该方法才适用。 由于缺乏对地震动特性的认识和结构振动分析理论的了解,基于动力学的地震反应分析理论一直未能得到发展;直到1930年之后,人们逐渐认识到地震动特性对确立合理的抗震设计方法的重要性,从1931年起,美国开始进行地震观测台网的布置,并在1940年ImperialValley地震中成功地收集到了包括El-Centro地震记录在内的大量地震记录资料,为抗震动力学方法的发展提供了宝贵的资料。1943年,M.A.Biot提出了反应谱的概念,并给出了世界上第一条弹性反应谱曲线。G.W.Housner于1948年提出基于加速度反应谱曲线的弹性反应谱曲线,1956年N.M.Newmark率先将该法应用于实际工程设计,并在实际地震中得到了验证,自1958年第一届世界地震工程会议之后,反应谱法被许多国家所接受,并逐渐被采纳应用到结构抗震设计规范中。我国1959年的抗震规范草案就采用了反应谱理论并在以后的各次规范修订中不断完善和发展。在弹性反应谱的概念提出不久之后,就提出了非线性反应谱的概念,试图将这一简单的概念应用于非线性地震反应分析中,目前,除新西兰抗震规范采用非线性反应谱以外,非线性反应谱基本没有直接得到应用。 动力时程分析方法是将地震动记录或人工地震波作用在结构上,直接对结构运动方程进行积分,求得结构任意时刻地震反应的分析方法,根据是否考虑结构的非线性行为,该法义可分为线性动力时程分析和非线性动力时程分析两种。该方法是借助于强震台网收集到的地震记录和模拟电子计算机,于20世纪50年代末由美国的G.W.Housner提出的:日本于20世纪60年代初,在武藤清教授的领导下,也开始了这项研究工作。随着计算机的发展,该方法在国外于20世纪60、70年代得到了迅速的发展。我国于20世纪70年代末和80年代初在这方面开展了大量的研究工作。随着计算手段的不断发展和对结构地震反应认识的不断深入,该方法越来越受到重视,特别是对体系复杂结构的非线性地震反应,动力时程分析方法还是理论上唯一可行的分析方法,目前很多国家都将此方法列为规范采用的分析方法之一。 3对性能的抗震设计的不同定义 “基于性能”一词源于英文Performance-based。基于性能的抗震设计(PBSD)理论是20世纪90年代由美国科学家和工程师首先提出的,最早应用于桥梁抗震设计中。基于性能抗震设计的基本思想是使被设计的建筑物在使用期间满足各种预定功能或性能目标要求。这一思想影响了美国、日本和欧洲地震工程界。各国同行表现出了极大的兴趣,纷纷展开多方面的研究。 SFAOCVision2000对PBSD的定义是“性能设计应该是选择一定的设计准则,恰当的结构形式、合理的规划和结构比例。保证建筑物的结构与非结构构件的细部构造设计,控制建造质量和长期维护水平,使得建筑物在遭受一定水准地震作用下,结构的损伤或破坏不超过某一特定的极限状态”。 ATC-40对PBSD的定义为“基于性能的抗震设计是指结构的设计准则由一系列可以实现的结构性能目标来表示,主要针对钢筋混凝土结构并且建议采用基于能力谱的设计原理”。显然,ATC-40建议使用能力谱方法对钢筋混凝土结构进行抗震设计。 FFMA273和FFMA274对PBSD的定义为基于不同设防水准地震作用,达到不同的性能目标。在分析和设计中采用弹性静力和弹塑性时程分析来实现一系列的性能水准,并且建议采用建筑物顶点位移来定义结构和非结构构件的性能水准,不同的结构形式采用不同的性能水准。而且FFMA273利用随机地震动概念提出了许多种性能目标.,适合于多级性能水准结构的分析与设计方法从线性静力延伸到弹塑性时程分析。 1995年的Kobe地震后,日本启动了“建筑结构现代工程开发”研究项目,对性能设计涉及的内容进行了概述;1996年,日本建筑标准法按照基于性能的要求进行了修订;1998年,日本的建筑标准法加入了能力谱方法。 我国一些学者也对PBSD进行了定义:“基于性能的结构抗震设计是指根据建筑物的重要性和用途确定其性能目标;根据不同的性能目标提出不同的抗震设防标准,使设计的建筑在未来地震中具备预期的功能。” PBSD已成为近几年美国、日本、新西兰等国家在抗震方面的主要研究课题。美国学者认为,基于性能的抗震设计方法应该编成指南或规定,而不是规范提供给设计人员和业主,从现行的以保障生命安全为宗旨的抗震设计规范向基于性能的抗震设计规范的选择性设计规定的转变应该是“演进”而不是“革命”,其基本思想还可以通过每三年一次的规范修订融入现行规范中去。美国国际规范委员会(ICC)1997年5月出版国际建筑规范2000(InternationalBuildingCode.IBC)草案已强调了与性能要求有关的内容。近年来,基于性能的抗震设计思想及研究成果已经纳入美国大学本科生和研究生的结构抗震设计课程教学工作中,主要内容即以Vision2000为基础。日本也在多方资助下于1995年开始了为期3a的“新建筑结构体系开发”研究项目,成立了由国内著名学者参加的新建筑构造体系综合委员会。该委员会下设性能评价、目标水准和社会机构3个分委员会。为推进和协调这一项目的进程,还建立了“新构造体系促进会议”,讨论、规划和协调各方而的工作。英国等欧洲国家和智利等拉美国家也对PBSD开展了研究。1996年在中美抗震规范学术讨论会上也对PBSD进行了交流,提出了把PBSD引入到结构优化设计领域的概念。有学者建议,中国21世纪的抗震设计应顺应国际发展的趋势,发展适合于中国国情的PBSD。 4目前国内外地震工程界学界对PBSD开展的研究工作 (1)多级性能水准的确定与统一。生命安全水准、结构损伤水准和确保使用功能水准为当前规范普遍接受的3级性能水准。生命安全水准要求建筑在罕遇地震作用下不倒塌;结构损伤水准要求建筑损伤控制在可修复的范围内;确保使用功能水准要求结构不产生影响建筑直接使用的变形等。PBSD要求细化这3级性能水准并建立相应的结构设计准则。 (2)多级地震设防水准的确定与统一:当前规范普遍采用3级性能水准所对应的最高设防水准。在建筑使用期内遭遇一次地震危险的水准和可能遭受多次地震危险的水准3级地震设防水准。PBSD同样要求细化这3级地震设防水准。 (3)可行的结构设计与分析方法:PT3SD要求建立适合于在多级水准地震作用下实现多级性能水准的结构设计与分析方法。 (4)结构安全性评估方法的完善:当前由静力推覆分析方法和能力谱分析方法结合形成的静力弹塑性方法被普遍用来评估罕遇地震作用下建筑的抗震性能。 基于性能的抗震研究是一个非常庞大和复杂的问题,就目前的发展水平,还存在以下问题需要进一步研究解决。 在结构性能方面,虽然提出了不同性能水平,但只是对结构和非结构性能的破坏程度的描述,对结构“不坏、可修、不倒”定义模糊,未给出明确的量化指标,是本文主要研究问题之一,有待进一步研究。 在结构多级性能目标方面,如何进一步考虑建筑场地特征和近震的影响,以及设防水平与震后重建时间、费用之间的定量关系。 对于高层建筑或沿高度侧向刚度有变化的建筑,采用何种目标侧移曲线,侧向力分布模式是否考虑高阶振型的影响,都需要作进一步深入的研究。 如何针对复杂的混合塑性铰分布破坏机制建立位移延性和曲率延性的转化关系,从而获得结构曲率延性需求,有待进一步研究。 设计理论论文:经济机制设计理论管理论文 【内容提要】机制设计理论是最近二十年微观经济领域中发展最快的一个分支,在实际经济中具有很广阔的应用空间。机制设计理论实际上就是委托理论或信息经济学理论。本文论述了信息经济学理论在社会经济各个方面的应用,并对国有企业的激励问题作一简单探讨。 【关键词】激励机制设计信息经济学 一.信息经济学的基本要点 1.信息与激励。信息经济学是近年来最重要和充满活力的经济研究领域,它研究决策者拥有不同信息的状况。信息的非对称性在很多领域存在,所谓非对称信息是指某些参与人拥有而另一些参与人不拥有的信息。例如:银行不可能了解借贷者未来收入的全部信息,拍卖人并不知道潜在客户所愿支付的全部信息,政府在不太了解个人和企业纳税能力时必须制定税收政策等,这类现象称为外生信息不对称。公司的所有者并不全部了解经营者资产营运信息,行政管理者也不了解下属是否在认真扎实地履行职责等,这类现象称为内生信息不对称。不完全、非对称分布的信息会带来很严重的后果,尤其当信息优势经常被有策略的利用起来,因此,信息经济学研究集中在如何才能制定出能处理非对称信息下不同激励和控制问题的契约和制度。在外生信息不对称的情况下,决策者通过设计一个激励合同或契约,以获得真实、有用的信息,诱导他人“讲真话”;在内生信息不对称的情况下,决策者通过设计一个激励机制,以诱使另一方当事人采取正确的行为,形成“不偷懒”。这使我们能更好的理解保险市场、信用市场、拍卖、公司内部组织、工资结构、税收系统、社会保障、竞争条件、政治制度等等问题。信息经济学研究信息与激励的一个基本结论是,任何一种制度安排或政策,只有满足个人的“激励相容约束”才是可行的。威廉·维克里(WillianVickrey)的研究关注不同类型的拍卖者的特性以及他们如何被最优设计以创造经济效率。他的努力为一个充满活力的研究领域奠定了基础,并且这一领域已经扩展到实用范畴,如:财政部发售公债等。20世纪40年代后期,维克里设计了一个模型表明能通过设计所得税获取效率与公平的平衡。25年后,詹姆斯·米尔利斯(JamesMirrlees)找到了能更彻底地解决最优所得税问题的办法。米尔利斯很快认识到他的方法能被应用到很多其它的类似问题。这已经成为现代关于复杂信息和激励问题分析的一个重要组成部分。米尔利斯的方法在不能观测到其他人行为的情况下尤为有价值,即所谓的道德风险。要回避由于非对称信息所产生的道德风险,关键是要设计一些最优的契约或机制。 2.所得税。很久以来,哲学家、经济学家和政治学家一直在研究所得税原理,不同的公平原理决定了税收结构。在20世纪40年代中期,维克里分析中强调累进税率安排将会影响个人努力工作的积极性,因此他重新定义这个问题时注意到了以下两个方面:激励问题——每个个人在选择工作努力程度时会考虑税收安排,非对称信息——实际上个人的生产力对政府来说是未知的,他定义了解决的总原则,但并未成功地掌握其精确因素。直到25年后,这个问题才被米尔利斯重新考虑,他通过建立一个范例(样本),来分析具有广效性的以非对称信息为主要组成部分的经济纠纷,解决了这一问题。米尔利斯定义了一个严格的条件(单一交叉点),大大简化了问题,使问题有可能解决。他的分析中含有揭示原则——一个普遍原则的萌芽思想。根据这一原理,在非对称信息条件下的激励问题能从相对有限的分配机制集合中找到解决方法,这种分配机制能导致个人在不与自身利益冲突的情况下暴露出真实的私人信息。通过这一机制,制定最佳条约以及对激励问题的其它解决办法变得容易多了。 3.道德风险。在经济活动中,往往存在着这样的现象,即某些人在最大限度地增进自身利益时,往往作出不利于他人的行动。这就是所谓的道德风险。如保险业存在显著的问题是被保物品的损坏不仅仅依赖于天气、偷盗这些外部因素,而且依赖于投保人对被保物品的管理,这一点使保险公司付出了昂贵代价。健康和残疾保险等社会保障体系中也出现类似问题。保险项目会加大风险承担并影响到个人管理被保物品的办法。在分析这些所谓的道德风险问题时面临的主要困难与维克里强调,米尔利斯解决的所得税问题很类似。20世纪70年代中期,通过简化问题定义,米尔利斯为日益有力的分析铺平了道路。他注意到人的行为间接暗示了对可能发生的各种结果可能性的选择。因此,最佳补偿协议的条件提供了人选择可能性信息及保险保护必须被限制在一定范围以提供商合适的激励因素。在设计激励方案时,委托人必须考虑激励人的成本与委托人利益的一致性。人对处罚的敏感度越高,人对结果选择的信息量越大,成本越低。合约中规定,人承担不受欢迎结果的部分成本或者获取令人满意结果中的部分利润。投保人像保管未保险物品一样保管被保险物品,执行者像管理自己的公司一样管理公司。 4.拍卖。拍卖的基本功能有两个:一是提示信息,一是减少成本。非对称性也是拍卖的一个重要组成部分。拍卖时,潜在的购买者对出售的财产或权力了解不多。1961年、1962年维克里在两篇论文中分析了不同类型拍卖的特点。维克里根据治理交易的制度规则,把拍卖分成四种类型:英式拍卖、荷兰式拍卖、第一价格拍卖和第二价格拍卖(即次高价拍卖)。他着重研究了现在被称为维克里拍卖的次高价拍卖。在这种拍卖中,物品根据封闭价被拍卖。出价最高者以次高价购买拍卖品。这是一种能引出个人真实意愿的机制实例。如果出价比自己所愿支付的更高价格,一个人需冒其他人也同样行为的风险,则不得不亏本购买拍卖品。相反,如果一个人出比自己愿意支付的低的价格,他冒着也许其他人能比他自己所愿意支付的更低价格购得拍卖品。因此,在此类型拍卖中,真实报价对个人最为有利。这种拍卖具有更高的社会效率。维克里的分析不仅仅对拍卖理论有着重要意义,并且为设计能提供社会激励的资源分配机制带来了深入的洞察力。詹姆斯·米尔利斯和威廉·维克里共同荣获了1996年诺贝尔经济学奖,奖励他们在非对称信息条件下的激励理论领域作出的重要贡献。下面分别介绍他们的主要理论贡献。 二.经济中的非对称信息以及相关问题 在劳动力市场中,雇主和雇员的信息是非对称的。雇主无法了解雇员能力的信息,只能根据雇员的社会平均能力制订工资标准,导致雇员的“逆向选择”,直接造成高能力的雇员离职,公司多为低素质雇员,给公司造成一定损失,不能实现资源配置的帕累托效率,甚至会造成“低素质员工驱逐高素质员工”的现象。为了改变这种状况,公司必须选择某些易于辨别的信息。目前,教育水平作为显示能力的主要信息之一,即不同能力的个人接受教育的成本不同,高素质人才通过选择接受教育把自己与低素质人才区分开,但教育成本与能力具有非相关性,低素质的人才可以模仿高素质人才选择相同的教育水平,从而使教育水平信息失真,导致“逆向选择”。信息甄别成为解决“逆向选择”的关键。这方面的研究和理论在模型上虽有重大进展,但它的实证性有待继续测定。非对称信息在产品市场中的表现与劳动力市场有相似之处,只不过是卖方更清楚成本、质量、价格等内在属性,但不清楚买方愿意支付的价格、需求、市场的定位等;而买主正好与之相反。存在的隐患也主要是“逆向选择”,问题的关键是信息传递。改善这种状况的途径,彭斯认为,如果较高质量的卖主能够寻找到某种途径向买主传递自身产品质量的信息,而为此付出的成本要比低质量产品的卖主低,使劣质产品卖主的模仿成本太大而不具有模仿的动机。总之,无论信息质量的优劣,只要高质量产品卖主的信息边际成本小于低质量产品卖主的信息边际成本,就可实现资源配置的帕累托改进。目前产品的广告宣传、商品的退赔、维修等保证,都是信息传递的简单运用。 80年代西方学者把信息非对称理论运用到金融市场,极大地丰富了金融中介理论和货币政策的传递机制,但同时也带来了严重的“逆向选择”和“道德风险”。由于信息的非对称状态,就鼓励了信贷资金向低信用企业流动,抑制信贷资金向高信用企业的流动,即信用质量越差的企业,越可能取得信贷资金。这种不合理的资金分配机制对金融市场的资源配置效率具有极不利的影响。在完成交易之后,又引来了严重的“道德风险”,即放款人的利益受到侵害或损失,具体表现形式为:违背借款协议,改变资金用途,私自用于投机性交易或高风险项目;隐瞒投资收益,逃避偿付义务;对资金的使用效益漠不关心,不负责任,致使借入资金发生损失。为什么金融市场中信息非对称的表现与普通商品、劳动力市场有重大差别呢?因为金融市场具有不同于其他市场的重要特征。一般市场的交易是钱物交易,钱物两清后,交易双方基本上没有后续权利和义务;而金融市场的交易大都是放款人放出资金后并不能马上从借款人手中得到任何等价物质,他所得到的只是在未来某个日期偿还本息的承诺。由于信息的非对称,不同的借款人,甚至同一借款人在不同条件下作出承诺的可靠性,都不可能一样,致使出现了严重的“道德风险”。如何解决这个问题,西方著名学者罗斯进行了大量开创性研究,他直切问题的优秀,即企业的金融结构与市场价值的关系,这就是响誉世界的MM定理。他主张只根据企业负债比来测定企业的市场价值,他的分析方法虽没有全新的结论,但他的方法是崭新的,给人一种全新的境界。为了进一步规范金融市场,笔者主张在罗斯分析的基础上,应完善以下机制:加强对证券持有人的约束;健全防止管理人员向外输出错误信息的内在机制;严惩证券持有人贿赂管理人员,输出错误信息,使自己谋利的非法行为;加快防止故意制造“道德风险”的立法工作。上述机制的完善和规范,都需要不断地探索和实践。 信息非对称理论在证券市场运用中所引发的“逆向选择”和“道德风险”的表现则更为严重。从某种意义上讲,在证券市场上没有办法解决“逆向选择”和“道德风险”。因为要减少“逆向选择”和“道德风险”,基本条件是改善信息的非对称状态,要改善信息的非对称状态,必须花费一定的信息成本进行调查、分析和监督,然而证券市场的高度分散性,“搭便车”行为普遍存在,抑制了信息投资。目前,我国证券市场机构大户操纵市场,银行违规资金入市,证券机构违规透支,新闻媒介推波助澜,误导误信股民跟风等,都是信息传递机制不畅,功能存在障碍的具体表现。西方学者普遍认为,在证券市场的信息传递模型中,除非有严格的约束条件,否则不存在唯一均衡。只有提高企业自己的信息成本,才能实现有效的分离均衡,才能使信用差的企业放弃模仿信誉好的企业的动机,但均衡的唯一性仍是一个有待继续解决的问题。结合我国的证券市场,其优秀是保证信息传递畅通、充分、准确,从而逐步趋于完全对称。具体措施是:实现国有股和法人股的上市流通,以利健全信息传递机制,改善市场结构,减少信息扭曲,提高信息质量,发挥信息显示器的正常功能。信息是一种特殊的商品,需求者实际上无权选择,一旦信息质量存在问题,信息使用者的利益将无法挽回。因此规范和完善上市公司信息传递机制,降低信息成本,规范会计职业是十分必要的。一方面要加强对注册会计师的管理,提高其风险度;另一方面加强行业自律,提高其约束自己的行为的能力。信息成本的存在使非对称信息的产生成溪必然。 另外一个热点问题是:中国国有企业由于经营不善,面临倒闭,在新的政策下,国企拍卖成为社会关注的焦点,如何使国有企业的拍卖更为有效是一个很值得研究的问题。拍卖前必须先清楚两点:一是被拍卖企业的经营现状;二是评估该企业的资产。拍卖理论的优秀内容是弄清投标者对被拍卖企业的真实评价。这就需要投标者花一定的时间与精力去调查该企业的资产状况,同时,拍卖者也要尽力弄清投标者对企业的真实评价。在欧洲,许多拍卖者得到的价格都低于投标者对企业的真实评价,因为,常常有这样的集团,由于他们比别人更了解该企业,掌握了有关该企业的更充分的信息,从而压低了该企业的价格。为了解决这一问题,可以进行二级密封价格拍卖法,即通过投标者之间的竞争,由出价最高者以次高价格购买,从而激励投标者说真话。不过,拍卖者有时也会与投标者合谋,从而使拍卖失效,尤其是在拍卖公益企业时。故而,应采取一种更为公开的拍卖方式,让更多的投标者竞争。比如,英国就把一些公共事业企业卖给法国(如水利系统)和美国(如电信系统)。中国不一定要采取这样的方式,但一定要使信息更为公开,拍卖更为公正,这样,才能使拍卖成功。在经济转轨时期,国有企业的所有者是由政府代表的全体人民,但在实际操作中,不同的企业隶属于不同的政府部门。因此在企业兼并时会常伴随有“一定的道德风险”问题。这一问题很有意义,其优秀是产权问题。两个归属不同政府部门的企业兼并时,兼并合同会偏向哪一方或保持中立是很难给出清楚明确的解释的,因为两个政府部门有不同的利益目标。这与委托—理论略不同。委托—理论告诉我们,对于一个委托人、一个人的情形,委托人应该为人设计一种有效的激励机制,比如高工资,与工作绩效挂钩的奖金等使人更有效地工作。一般来说,为了控制风险,一个人不允许同时有两个委托人。在这种情况下,“兼并”是一种有效的激励机制。由于受到“兼并”的威胁,人即经理会更努力地经营企业,使企业的资产不断增殖。通常情况下,经理并不希望“兼并”发生,除非其经营状况相当糟。事实上,通过对兼并制度的分析及对兼并实例的考察,我们认为,“兼并”的作用与效果并不像我们想象的那么好。如前所言,分属两个政府部门的企业之间的“兼并”则有所不同。在这种情况下,至少存在两个委托人,其中一个委托人会控制兼并合同的签订,从而弱化另一个委托人的权力。 三.国有企业的激励问题分析 国有资产是通过层层的关系才到达企业的,而中国国企的委托关系具有无限循环的特性。在委托—链条上的当事人既是委托人又是人。从理论上讲,国有资产属于全民,工人阶级是全民的优秀代表,是初始委托人,委托政府作为国有资产的人,而政府又作为委托人委托经理来管理国有企业;经理是国企的人同时他又作为委托人,委托车间主任管理生产经营;车间主任是人同时又是委托人,委托工人进行生产。工人这时成为最低层次的人与最高层次委托人扣成一个环。因此,解决这种委托问题的关键就在于规避道德风险与逆向选择,即使委托人和人的利益趋于一致。也就是委托人要在全社会设计一套对人的激励相容约束机制的方案,使人在追求自身利益最大化的过程中必须维护委托人的长远利益。变“损人利己”为“双赢”是这套机制的优秀所在。当对人付出的努力不能进行完全的检验,从而人有可能试图只付出少于他能够付出的努力时;当一个只根据行动而不兼顾结果支付报偿的契约建立时,潜在的道德风险立即产生。对委托人来说,人行动是不可预测的,委托人的问题是如何根据可观测到的信息(资产增值率、利润率、市场占有率、同行业企业家正常利润等)来奖惩人,以激励其选择对委托人最有利的行动。我们用A表示人所有可能选择的行动的集合,a∈A表示人的一个行动,可以是任何维度的决策变量如a=(a1、a2……),a1、a2表示人在数量和质量上的工作时间或代表固定资产投资和开发研究等。θ是外生变量称“自然状态”,a、θ决定一个可观测的结果π(a、θ),如产出。委托人的问题是设计一个激励合同S(π),根据观测的产出π对人进行奖惩。设人努力的负效用为C(a),委托人的期望效用函数为V=π(aθ)-S(π),人的期望效用函数为U=S(π)-C(a)。前面已经提到委托人和人的利益是冲突的,因此除非委托人能对人提供足够的激励,否则,人不会如委托人希望的那样努力工作。委托人的问题就是选择a和S(π)最大化,即上述自己期望效用函数。但这样做的时候面临着来自人的两个约束。第一个约束是参与约束即人接受合同得到的期望效用不能小于不接受合同得到的最大期望效用U(由其他市场机会决定),可以表示为S(π)-C(a)≥U。第二个约束是激励相容约束,在任何激励合同S(π)下,人总是选择使自己期望效用最大化的a,因此任何委托人期望的a都只能通过人的效用最大化行为实现。如果a是委托人希望的行动,a′∈A是人可以选择的任何行动,那么只有当人从选择a中得到的期望效用大于从选择a′中得到的期望效用,人才会选择a,激励相容约束的数学表述如下:s〔π(aθ)-C(a)〕≥S〔π(a′θ)-C(a′)〕a′∈A,这就是解决道德风险的基本简化模型。当然要得出最优解需经过一系列的数学变换,还要考虑a、θ的分布密度,这里从略。 下面讨论逆向选择模型。根据显示原理,我们只需要考虑能使人出于自身利益真实显示他所属类型的契约,并根据声称自己具有的属性来决定按契约支付报偿。a为人的内在属性(不是道德风险模型中委托人希望选择的行动),a′是人声称的属性,W为委托人为人设计的契约,U为人的效用,则防范逆向选择的模型为:U〔W(a),a〕≥〔W(a′)a〕aa′∈A上述激励相容约束机制模型从表面看,在企业利润的蛋糕上政府似乎分得了较少的份额,其实在这种机制的运作下的委托关系会创造循环的创新支力,会使企业利润的蛋糕越做越大,国家、政府会得到长期的不断增长的利润“蛋糕”。在以上的模型下需要对企业的分配制度进行改革。人的收入一定与企业的业绩挂钩与职工分配基金脱钩,体现出按劳分配与按要素分配的结合。尤其是智力要素价值要得到实现,得到蛋糕的份额与其努力程度成正比。同时,企业的激励相容约束机制也需要一个规范化的市场环境。环境对人的约束是刚性的、使他别无选择。市场的评价约束着人,公司的经营状况基本取决于经理的能力,公司一旦破产,经理的人力资本价值在市场上就一贬到零,甚至可能从此断送经理生涯。这种来自人力资本市场的约束是最硬的行为约束。而资本市场对人的约束是来自股东(委托人)的间接控制,使人不得不考虑委托人的利益和要求。企业激励相容约束机制的运作需要法律的保障,企业经理的任用要通过法律程序,另外上级主管部门对企业的督查要法制化。还要建立企业内部职工举报奖励制度,这样才能使国企委托——关系处于良性的循环之中,使这个环紧紧地围住国有资产,使国有资产保值增值。 四.结语 客观上讲,非对称信息的研究目的在于如何设计一种有效的经济机制,选择满足委托人、人参与约束和激励相容的约束激励合同以期最大化自己的期望效用函数,促使资源的帕累托最优。这方面研究理论和现实还有差距,但就约束、激励的某一方面研究和实践都取得了重大突破,可二者的相容仅表现为模型。特别是在我国改革开放以来,激励理论和实践呈现出日新月异,而约束的理论和实践则相对滞后,使激励机制发生扭曲,甚至有人认为监控就是惩罚。必须改变这种传统的思维定式,实现激励约束相容,二者不可偏颇。这方面我们有丰富的经验,又有深刻的教训。今天,我们正在构筑社会主义市场经济体制的框架,许多问题有待信息经济学去参与研究,如保险业、拍卖业、旧货市场、棘轮效应、国企改革、税收、财政、制度变迁以至产权等等。信息经济学是一门新型的经济学科,它适应信息社会的需要,体现知识经济的发展,最能实现帕累托最优。
改革开放以后,我国经济加速发展,人们的生活质量也在不断改善,人们对现代建筑设计提出了更高要求,不仅建筑质量要符合相关标准,其功能也要更为齐全,且在建筑艺术形态上也有着更新的要求。仿生学作为一门相对独立的学科,随着社会的进步其相关技术日趋成熟,将其与艺术设计融合起来,能够更好的提升建筑美感,凸显时代风格。 1仿生学的含义 仿生学主要研究的是生物体的工作原理、功能以及结构特征等内容,属于一种边缘性科学。在现今工业快速发展中,通过仿生学的应用,能够更好的进行技术创新,实现设备仪器的改良与优化,有效的改善生产质量和效率,增强我国的综合竞争实力。将仿生学应用到设计领域中,能够更好的开拓人们视野,增强设计作品的生命力,尤其在建筑设计领域中的应用,能够将生物自身的结构、性能等特征引入其中,完善整体建筑的美观性、功能性和实用性,并减少资源的过度浪费,实现建筑设计的优化改革。 2仿生学与建筑设计的关系 仿生学同建筑设计之间是相辅相成,共同依存的关系。仿生学主要研究生物的一些体征、结构等内容,将这些特征应用到建筑设计中,能够起到丰富和促进建筑设计发展的作用。同时仿生学具有一定的生命体征,能够为建筑设计带来新的活力,进而在满足建筑基本要求的前提下,更好的提升其美学效果,优化建筑整体设计风格,符合时展特征。在近几年的发展中,一些城市的商业街建筑开始将仿生学应用其中,其不仅在外观上能够带给人较大的视觉冲击,在结构造型上,也能够给人们一种耳目一新的感觉,提升整体的审美层次。另外,在建筑设计中应用仿生学概念,还能够为仿生学的发展提供一个更好的平台和方向,实现人、自然和社会三者之间的共同发展,为和谐社会的建设提供帮助。随着社会节奏的加快,人们的生活压力也逐渐增大,对于建筑的要求也更加趋向于同自然之间的连接方面,以缓解发展本身的压力。而通过仿生学的应用,则能够有效的实现这一目标,进而为仿生建筑的进步提供充足动力。 3建筑设计中仿生学的应用 3.1建筑形式仿生 现代建筑形式不再仅局限于对美学的表达,也更加追求对现代城市发展趋势的阐述。通过仿生学的应用能够为设计者们提供更多的创作灵感,丰富设计内容,在赋予建筑以灵魂的基础上,给人们不同的视觉享受。从设计手法上来看,目前建筑形式中的仿生学类型,其实际主要可以分为以下两种:1)象形仿生设计。这种仿生设计方法对自然界的生物体外观进行艺术加工,并将加工后的元素应用于现代建筑设计中。例如,北京的鸟巢体育场就是将自然界的鸟巢直接应用到现实中的典型例子;或者美国芝加哥的玛丽娜城大厦,也是将自然界中玉米的形象应用其中,被人们誉为玉米楼。该类型仿生设计的优势在于:一方面能够加强建筑空间布局的灵活性,另一方面也丰富了建筑的造型设计,2)抽象仿生设计。抽象仿生设计是在确保建筑外形设计的基础上,赋予建筑更深层次的内涵。可以说这些设计风格是将当地的文化风俗同建筑设计紧密的融合在了一起,进一步凸显了城市的文化。例如,美国的自由女神像,就是直接利用人体艺术形态展现人们对自由、和平的向往;希腊的多利克柱式建筑集中展现了男性阳刚之美,爱奥尼克柱式建筑则体现了女性的阴柔之韵。 3.2建筑结构仿生 建筑结构仿生设计的应用能够为建筑设计提供更加多变、合理、有效的结构形式,为建筑空间布局和设计提供更多有利条件。现阶段的建筑仿生发展中,建筑结构仿生设计主要有六种形式,分别为筒体结构、螺旋结构、悬索结构、网架结构、壳体结构和膜结构。以下就将对悬索、壳体以及膜结构予以简要分析。1)悬索结构。这种结构主要应用柔性拉索承受建筑荷载,常用材料有钢丝绳、钢丝束和钢索等,这些材料具有共同的特点,其受拉性较强,故而也可采用其他性能类似的材料。这种结构在体育馆、厂房和桥梁的建设之中应用较为广泛,如生米大桥等。通过拉索自身力学特征的发挥,可以承受桥梁所受到的所有荷载,以此保证桥梁的稳定性。而这一理念的设计灵感则来源于自然界中的蛛丝和藤条。2)壳体结构。壳体结构的灵感主要来源于自然界中蛋壳和贝壳等物质形态,由于这类材料具有壁薄、张力好等特征,在外力的作用下,能够更好的将外力沿着不同方向进行分解,减少破损等问题的出现。将其应用在建筑设计中,能够更好的提高建筑的整体性能和美观度。例如,悉尼歌剧院,一个半径在75m左右的球面上就有近13个壳体群,这不仅带给人们不一样的视觉感受,还更好的提高了建筑的实用价值。同时,通过这些蛋壳和贝壳类材料的建筑造型,还可大大增强建筑的独特性,更好的凸显建筑的仿生设计。3)膜结构。由于自然界中存在较多的膜结构,如细胞膜、肥皂泡沫等,而这些膜结构在外力的作用下,能够形成一种胀压模式,保护自身结构的稳定性。将其应用在仿生建筑设计中,能够更好的将外力予以化解,将力均匀的呈现在结构表面上。同时由于膜结构自身的重量较轻,使用的材料也较少,能够有效降低其对地基的压力,保证空间结构的质量。如北京水立方游泳馆就是膜结构的代表性建筑。 3.3建筑功能仿生 建筑功能仿生主要是对自然界中生物的功能原理进行研究,并将其应用在实际建筑中。例如,竹子是一种空心的植物形态,其自身的功能不仅仅是承受自身荷载的一种承重“构件”,也是运输养分的“管道”,竹子的这种结构功能在筒体结构形式的建筑中应用相对广泛。建筑功能仿生以自然界生物功能研究为基础,科学地将原理应用于现代建筑设计中,如竹子是一种空心植物,竹子本身是能够承重的构件,同时其也是运送养料的主要路径。竹子的这种结构特点在建筑设计当中也有着较为广泛的应用。与建筑结构仿生相比,建筑功能仿生起步晚,在仿生建筑设计方面还不够完善,不过随着社会发展以及人们生活质量的提升,其在建筑设计中也将得到更好的应用,而这对增强建筑功能性以及满足人们对物质文化的需求有着显著意义。例如,法国孚日山区朗香教堂的设计,其屋顶的设计灵感主要来源于蟹壳,通过降屋顶的设计,使屋顶像蟹壳一样向上弯曲,让薄材料自身的力学张力和坚韧性能得到延展,提升整个屋顶的效果。同时,该教堂的平面是通过对人耳的模拟来实现的,象征着上帝可以倾听信徒的祈祷,该类型的设计结构可为人们营造一种神秘高贵的氛围。 3.4建筑材料仿生 在建筑行业快速发展的今天,建筑材料也得到了一定的进步。建筑材料仿生是通过对自然界中生物躯体结构以及物质形态的仿照,研究出的新型建筑材料,从而实现建筑节能效果。比如,通过对蚁穴等建筑形态的研究,创造出的加气混凝土、泡沫混凝土等材料,将其应用在建筑墙体施工中,不仅能够有效减轻隔墙自重,还起到了良好的保温隔热、降低噪声污染的作用;而将这类材料应用在梁板结构施工中,除了可以减轻结构自重外,还可以减少混凝土的用量,实现资源节约的目的,减少成本支出。此外,将自然界中的纤维素类物质应用在建筑材料设计中,能够创造出更多的高分子材料。这主要是由于纤维素自身具有较高的强度、质量轻、塑性韧性较好等特征,通过加工后,能够使建筑材料具有较高的耐火和耐用性,有效提高建筑质量。例如,美国研制了一种玻璃纤维瓦,其结构材料是由有机纤维玻璃薄垫物构成的,故而有较好的耐用性及耐火性。 4 结语 将仿生学应用在建筑设计中,不仅可以为建筑设计提供更多的灵感和素材,还能充分展现建筑的美学效果,赋予建筑更多的内涵,促进建筑、人与自然之间的有效融合,从而实现城市的发展以及文化的传承。虽然目前仿生学的应用还处在初级阶段,不过相信在未来的发展中,其将会成为建筑设计的主流趋势,为实现节能化、智能化、生态化的建筑目标贡献力量。 参考文献: [1]鲍轶.论仿生学在建筑中的应用[J].建筑工程技术与设计,2016(13):89-93. [2]苏若溪,李昌盛.建筑设计中仿生构思法初探[J].门窗,2017(3):102-103. [3]赵敏.建筑设计中绿色建筑设计理念应用之研究[J].居业,2018(10):201-202. [4]陈卉佼.陈卉佼建筑设计作品选[J].武汉理工大学学报(社会科学版),2012(4):14-16. [5]邓玲霞,钟晖.基于创新角度思考建筑设计的发展[J].大众文艺,2018(20):213-215. 作者:段少飞 单位:山西中方森特建筑工程设计研究院
住宅建筑节能设计研究:住宅建筑节能设计研究 摘要: 随着全球能源消耗的急剧增加,建筑节能开始受到人们的广泛关注。建筑节能是指通过采取合理的建筑设计和选用符合节能要求的墙体材料、屋面隔热材料、门窗、空调等措施它倡导最大限度的节约资源,保护环境,减少能耗。本文主要阐述住宅建筑技能设计的意义以及方法,以期为建筑节能设计提供有价值的参考。 关键词: 房屋建筑:节能设计:因素:方法: 引言 房屋建筑设计是一种符合科学发展观点的建筑设计方式,在我国资源日益竞争、建筑行业市场化程度日益提高的背景下,加强房屋建的节能设计不仅可以缓解我国日益短缺的资源形式,也是我国建筑行业未来必然发展的方向。因此,有必要对房屋建筑的节能设计进行深入研究,分析影响房屋建筑设计的影响因素,再结合当前房屋建筑节能设计技术水平以及我国有关房屋建筑节能设计标准,完善房屋建筑节能设计,以实现我国经济可持续发展以及行业可持续发展对节能设计的要求。 1 我国房屋建筑节能设计的意义 随着人与自然关系研究的深入,人们逐渐认识到人并不是地球的主宰者,人类社会的发展方式也不是一味的向自然索取,粗放的经济发展方式已经不适合当前以及未来社会发展的要求,而是应在社会经济发展中协调与自然的关系,在房屋建筑设计中注重节能设计正是符合人与自然协调发展的要求。因此,房屋建筑要重视节能设计,以最少的资源消耗满足人们对房屋建筑的需求,减少对环境的破坏,形成和谐城市、和谐社会、和谐自然,为我国建成能源节约型社会打下坚实的基础。而且我国是一个人口大国,我国经济发展对资源的消耗更加严重,建筑能耗增加会进一步加剧我国能源紧缺的局势,导致我国经济发展缺少持久动力,影响经济的可持续发展。最后,从建筑行业以及建筑企业自身角度来看,我国建筑行业市场化程度日益提高,建筑企业面临的市场竞争也越来越高。建筑企业要在市场上占据一席之地,甚至在市场中取得优势,必须重视建筑节能设计,降低建筑能力,提高建筑产品的质量,满足社会、国家和人民对降低建筑能耗的需求。提升建筑产品的市场竞争力,提高建筑企业的效益,促进建筑行业的绿色发展。 2 建筑节能设计的影响因素 2. 1 环境影响因素 环境影响因素主要指日照、降雨以及空气流通三个。日照对住户的舒适度有很大的影响,过度的阳光暴晒以及过度缺乏阳光会导致房屋温度过高和过低。而且我国处于疾风气候,由南向北,大陆性特点对季风气候的影响更强,夏季高温干燥和冬季低寒冷的情况更为明显。一旦光照不足或者光照过于强烈,造成室内温度引起人体不适,则需要大量采用认为气温调节方式,如空调和风扇。而大量使用家电降温也然消耗更多的电能。而降雨对节能的影响主要表现在水资源的利用率。水资源是人们生产和生活中的必备资源,如何提高雨水资源的利用率,更好的服务于人们的日常生活是每个房屋建筑设计重视的问题。空气流通主要通过影响温度方式影响能源消耗,不同的建筑设计方式会造成空气流通性能不同,例如高度相似的建筑物两列建于街道两旁会形成风漏现象,使风速提高,加速建筑热损耗。 2. 2 节能工艺 节能材料包括隔热和蓄能材料两种。隔热是通过某种方式降低物体表面热转移系数和固体导热系数,而隔热材料则是指表面热转移和固体导热系数低的材料。通过运用隔热材料可以降低室内外热量传递,以达到保温和隔热的效果,将室内环境控制在适宜居住的温度。减少各种空气调节设备的使用,从而降低能源消耗。蓄热材料是指延缓日照对室内温度的影响,降低室内温度因较大室外温差而出现较大的温差,降低温度损耗,节省能源。 3 房屋建筑节能设计研究 ( 1) 控制建筑物的体形系数是一项重要的节能措施。研究资料表明: 体形系数每增加1%,耗热量指标增加2. 5%。合理的建筑体形能够减少建筑物与外界的热量交换,在其他条件相同时,体型系数越大,单位面积散热量也越大,所以,建筑物的外形越简单,其外表面积越小,热交换量亦越少。因此,建筑物的造型宜简洁、完整,尽量避免复杂的轮廓线。 ( 2) 合理规划平面布局。建筑平面的巧妙布局常能获得较为满意的节能效果。如将电梯、楼梯、管道井、机房等布置在建筑物的南侧或西侧,可以有效阻挡日射,利用自然通风降低温度。改善居住环境是炎热地区节约空调电耗的重要方法,恰当的平面布置有助于形成理想的通风作用,通过建筑物门窗的合理设置,形成通风口,组织并诱导自然通风,既起到节能作用又克服了空调室内空气品质差的弱点。 ( 3) 3. 2 外墙保温设计 我国房屋结构热损耗较大是我国房屋建筑节能设计存在主要问题之一,而外墙又是房屋建筑的主要部分,因而做好外墙的保温设计对提升整个房屋建筑的节能性能有重要的作用。传统外墙保温设计方式多使用保温隔热性能好的外墙体建筑材料。而且房屋建筑外墙保温设计可以应用于已有房屋建筑,而且可以不改变原有建筑的基本形式。保温涂料和轻型保温板是常用的外墙保温材料,但是随着技术大发展,更加高效的绝热材料以及更加完善的隔热施工技术也在不断推广。如聚氨酯保温材料及其施工技术,经过大量的施工实践证明,聚氨酯保温材料的保节能性能高于65%,其保温性能高于传统保温体系。对于 部分对外形有重点要求的房屋建筑,可采用保温材料以及保温施工技 术相结合的方式,通过对原有外墙体结构的保温加固处理,再采用各种外墙保温材料辅助保温,并配合相应的保温门窗,从整体上提升建筑的外墙保温效果。 (4)房屋屋面节能设计 做好房屋屋面是影响整个房屋建筑能耗的重要组成部分,做好屋面节能设计可以极大程度降低房屋能耗。房屋屋面的节能设计多采用质量好、强度高、吸水率低的保温材料该层的才能满足要求。保温材料的铺设方法有正铺法和倒铺法两种。一般房屋屋面的保温材料多采用正铺法,高层施工采用倒铺法。倒铺法通常使用质量轻、高轻度、低吸水率的聚苯板的保温材料在防水层上设计保温层,这种设计方式可以最大限度的发挥保温材料的保温效果,并降低防水材料受外界温度变化的影响;减少材料施工过程中的损坏,提高防水材料使用寿命以及增加防水材料的节能效果。此外,屋面节能设计采用浅色系斜坡设计方式,一是提高隔热效果及降低能耗;二是方便排水和预防屋面渗漏。 (5)门窗的节能设计 传统门窗多为单层玻璃结构,这种门窗设计方式的密实性不高,造成保温性能也不高,室内容易出现较大的温差变化,进而消耗更多的能源。房屋门窗节能设计可以采用铝合金门窗,并采用节能建材,采用中空玻璃作为密封建材增强密实性。与此同时还可以采用多片板玻璃,作分离和密封处理,使玻璃之间形成干燥的气体空间,预防水汽在外层玻璃形成雾气,提高门窗的透明度、洁净度和整体保温效果。最后,根据玻璃的保温性能以及对穿墙比例综合设计门窗大小。《民用建筑热工设计规范》GB 50176-93 中规定:居住建筑各朝向的窗墙面积比,北向不大于0.2;东西向不大于0.25;南向不大于0.35。只有保持科学的窗墙比例,才能最大限度提升门窗的保温效果,又节省能源。。 ( 6) 绿化与节能。近年来由于城市绿地不断减少,加之空调的大量使用,导致“热岛效应”,空气环境日益恶化,给建筑节能带来负效应。1 块草地和1 块沥青地面的表面温度差可达14℃以上。绿地每天蒸发大量水份,带走大量热量,为建筑物创造了十分有利的周围环境条件,同时美化了城市,改善了空气品质。因此,在城市规划与建设的同时,大力发展庭院绿化、创造优美环境是造福人类的大事。 结语 总而言之,建筑节能设计不但使建筑节约资源,更给人们带来绿色健康的生活环境,应在房屋建筑中积极应用各种节能材料和节能工艺。同时政府要加强宣传、制定相应的鼓励政策,促使人们加快新工艺和新材料的研发、应用,改变建筑行业高能耗现状,从而促进行业和国家经济持续发展。 住宅建筑节能设计研究:住宅建筑节能设计的必要性和措施分析 【摘 要】文章结合笔者的实际工作实践,简要地就建筑节能设计的必要性进行了阐述,从而针对住宅建筑节能设计的措施进行了总结与分析,以供大家参考。 【关键词】住宅建筑;节能设计;必要性;措施 近年来,随着我国建筑数量的日益增多,建筑的能源消耗量增大,能源问题也变得日益严重,已制约国家经济建设和社会的发展的需要,因此,如何节约建筑能源成为人们首要关注的焦点。对目前来说,我国建筑耗能居于世界之首,而住宅建筑与人们的生活密切相关,如果在住宅建筑节能设计能降低能耗,促进能源节约和合理利用,就可以实现城市建设的可持续发展。因此,如何做好建筑节能设计工作势在必行。 1 建筑节能设计的必要性 随着我国城镇化进程的不断发展,住宅建筑建设规模巨大,建筑能耗在整个商品能耗中占有相当大的比重,特别是我国改革开放的巨大变化,国民经济的快速发展和人民生活水平日益提高,其所占比例也越来越大。而前期的住宅建筑由于单纯强调建筑造价低廉,没有可供参考的建筑热工和建筑节能等方面的国家或地方标准规范,致使住宅建筑的围护结构不科学,严重影响了建筑本身的固有功能和居民的舒适度,导致住宅采暖耗能、空调耗能等较高。但通过更新建筑保温内部结构建材和工艺,保温效果将明显提升,因此,实施住宅建筑节能具有重要的意义。 2 住宅建筑节能设计的措施 2.1 建筑规划节能设计 城市建筑都是自成建筑群或是与相邻建筑构成群体关系。通过合理的设计布局,可以最大限度的取得自然通风采光等自然条件,从而减少建筑内人工能源的消耗,甚至不需要消耗额外能源就可以满足人们使用的各种要求。建筑布局时要考虑到周围建筑环境对建筑用地的各种影响,总平面布置时统筹设计,尽量用自然条件来满足主体建筑使用中的各种采光通风需要。例如,在某住宅小区规划时,将高层板式的楼布置在西北方位,阻挡住深入小区中心的寒冷西北风。而将点式楼布置于东南向,中间交错布置多层与小高层,就可以较好地组织夏季穿堂风。同时住宅小区环境设计时,引入水体和植被,夏季临近水面的空气温度低3~4度, 可以形成局部温差,促成空气积极流动,达到调节住宅楼温度的效果。 2.2 建筑造型的节能设计 城市建筑设计既要注意自身形象外观设计,同时也要注意建筑造型对建筑节能的影响。 建筑节能规范里的建筑体型系数这一指标就是通过表面积与围合体积的比例,控制建筑体量的凹退,从而降低散热面积。譬如设计采用南向弧线的形式,增加南向的表面积,同时减少北向门窗面积,可以较好的利用南向阳光的自然条件,同时减少北向的热量损失。在城市建筑设计时,应该控制不利因素,创造积极因素,使造型与节能二者协调一致,互相促进。再譬如,同一建筑物的顶部分别设计为坡顶和平顶。相比之下,坡顶的造型既可以丰富天际轮廓线,还可以增加一个缓冲层,降低顶层用户屋顶与外界交换热量而导致的温度变化幅度。 坡顶部分如果设计为通风顶,能更好地降低夏季建筑吸热。在通风顶棚空间里铺设一层保温材料,将取得比平顶保温构造更好的保温效果。因为大多松散质地的建筑保温材料性能好, 但是遇到水和水汽就会失去保温作用,而搁置在通风坡顶夹层正是最好的选择。平顶的造型一般要选择憎水型的保温材料,否则屋面直接曝露于大气,长久风吹日晒,容易导致保温效果降低。 2.3 建筑细部节能设计 节能型城市建筑设计也要贯彻到建筑细部的处理,从而真正达到节能效果。建筑的墙体和屋面等对外部位用保温材料包裹,尤其混凝土构件这些薄弱的“冷桥”构件部位加厚保温材料等方法降低能量损失。保温材料的运用可以提高建筑墙体的热阻,降低通过墙体和屋面的热量交换,节约建筑采暖或制冷的能耗。屋面以及墙面等太阳直射的建筑部位还可以增做通风隔板的细部构造措施,利用室外空气换热带走吸收的热量,避免夏季吸热升温,从而节约空调制冷的建筑能耗。 2.4 附加设施节能设计 每一个城市建筑单体就是一个能源细胞,共同构成了城市这一能源消耗主体,如果能充分发掘城市建筑自身的占地优势,附加设施生产能源,就能将城市建筑变成一个个能源生产体,补充自身消耗的能源。国内城市建筑幅员广阔,占据城市的大部分面积,如果利用太阳照射的各处受光面,譬如在建筑的屋面和停车场顶棚等处加设光电转化的光电池板,将太阳能转化成电能,供城市建筑使用,不失为一种增收节能的途径。 2.5 住宅单体节能设计 2.5.1 合理地使用面积 每户面积标准的提高,应与经济发展水平和能源基础条件相适应。超越当前现实,过分追求大面积的住宅,购房热刺激下的互相攀比,均不应提倡。应提倡节约型住宅。合理的使用面积,是当前最有效的节能措施。可以节约建材、节约劳动力和建造、使用、维护过程中的大量能源。 2.5.2 合理布置平面 在住宅设计中,首先要确定卧室、起居室、餐厅、厨卫等功能空间的合理尺度、面积、开间和进深,当前有盲目扩大起居室面积,每套住宅设大小几个卫生间。进户过厅和景观平台等的奢华倾向。要关注功能空间的紧凑性,避免与功能无关的空间尺度,出现过多的交通面积等。应尽可能多地布置主要居住空间于南向,并做好日照、通风和空气对流(表1)。 2.5.3 提高住宅的层数 提高住宅层数与提高居住区的容积率,成正比关系。但是,节地的曲线,并非始终直线上升。当住宅达到一定数量的层数,容积率增加就显得缓慢,因为住宅用地由住宅基底用地和住宅日照间距用地两部分组成,住宅层数增加只能重复利用住宅基底用地,随着层数的增加,日照间距仍要扩大。所以.一般由低层升至多层,节地效果最为明显,至中高层,效果尚可,至高层,节地效果并不明显,节地曲线呈平缓状。不同层数住宅,优缺点的比较。①低层:居住环境较好,建设用地耗量大。②多层:节地效果较好,能营造较好的居住环境。③中高层:节地效果最明显.当18层以下布置―个安全出口、使用一部电梯时,影响造价较小,登高远眺、视线扩大。④高层:能节省建设用地,做好居住区的环境,外部空间通透.视野开阔。但是建设投资大,建设周期长,日常维护费用大。高层住宅中的居民,有远离地面、束之高阁的心里感受。因此,在城市边缘地段、III坡地、风景区宜建低层住宅;中小城市宜建多层住宅,少量中高层住宅;中大城市宜建巾高层住宅,少量多层住宅;特大城市宜建高层和中高层住宅。 2.5.4 合理控制体形系数 规范规定了不同气候地区的体形系数标准值,以控制护结构的面积。为调节体形系数的超限,允许以加强护的保温隔热措施来弥补。夏热冬暖地区为增加自然通风流量适当多些可以理解,但应避免因追求建筑阴影或立面凹凸变化,所造成的过大的体形系数。 2.5.5 合理控制窗墙面积比 应从地区、朝向和房间功能出发,合理选择窗面积的大小。窗面积过大,并不反映建筑现代化。应强调不同朝向、不同功能房间、多层和高层住宅的开窗有别,不能随意开设落地窗、飘窗、多角窗、低窗台。 3 结论 总之,住宅建筑节能设计不仅要满足居住环境的舒适度,而且要在保证环境质量的前提下进行节能设计。通过对住宅建筑整体进行合理的布局,做好绿化节能设计,并对住宅建筑结构、门窗及过渡空间等进行有效的节能保温设计,以达到节能降耗的目的。 住宅建筑节能设计研究:住宅建筑节能设计的应用分析 【摘要】随着社会的不断发展,人民对住宅建筑的需求已发生变法。住宅建筑节能设计是一个社会趋势,人们的所望。因此我们作为设计者的一员,要充分考虑实际情况,并加强自身的专业水平,从而才能做好这一工作,圆满完成设计任务。本文结合节能技术在建筑设计中的作用及应用现状,对节能技术在建筑设计中的应用展开了讨论,希望能为建筑行业的发展提供一些帮助。 【关键词】节能技术;住宅建筑设计;措施 1、建筑节能设计的必要性 住宅建筑是人类主要的生活空间,它在建设和使用过程中会消耗很多的能源和能量,如施工过程中的材料、施工和运输和使用中的冷暖、水电能耗等。我国的建筑能耗远比发达国家高出很多,且再生资源利用技术和手段比较落后。据统计,我国的建筑采暖和外墙能耗为发达国家的4倍,外窗能耗为他们的两倍,门窗透气能耗是他们的5倍左右,屋顶能耗平均是它们的4倍。究其原因,乃是国内建设行业节能意识的缺乏,对节能的重要性认识不足,而对利润的过分追求也限制了新型能源和材料的利用和开发。此外,节能技术不够完善也影响了它的使用,如结构保暖技术由于不太完善导致其应用范围狭窄,进而导致建筑设计的节能保暖目标难以实现。因此,为了缓解能源危机,实现经济社会的可持续发展,建筑节能已经成为降低能耗的重要组成部分,建筑行业也成为社会上最具降能潜能的节能行业,建筑节能具有十分重大的现实意义。 3、住宅建筑节能设计规划措施 3.1正确选择住宅朝向 充足的阳光和良好的通风环境,有利于打造节能、舒适的室外居住环境。我国绝大多数地方地处温带,受季风影响较大,因此,住宅建筑选择正向朝南或南偏东、南偏西的走向最好,这样冬季可以有温暖的阳光,夏季有流畅的空气,有利于更好地实现节能减排。 3.2重视绿化 住宅绿化和水面可以有效调节气候、增加湿度,改善住宅区内的小气候,也可以遮阳乘凉,美化环境。以此,合理栽种绿色树种和水面建设,可以起到事半功倍的节能效果。值得注意的是,住宅区内树种的选种一定要根据当地的气候、土壤和湿热条件合理选择,不可盲目栽种名贵树种和大片观赏花卉,应以环境绿化为首要目的。水面设施建设要在充分尊重、利用当地水资源条件的基础上来开展进行,水域面积不宜过大,水面建筑也不宜过于复杂。 4、房屋建筑节能设计措施分析 4.1结构节能 墙体保温有建筑内保温和建筑外保温两种。与外墙内保温比起来,外墙外保温的保温效果更好,取暖成本也较低,并可完全避免热桥。因此,在经济条件允许的情况下,采用外墙外保温是明智的选择。外墙的保温系统的应用较为广泛,在实际的建筑设计应用中,外墙体主要有以下构造要求: (1)主墙体设计和构造。实心砖墙的使用范围越来越小,轻质保温墙体越来越受到人们的青睐,逐渐成为建筑墙体的主力军。砌砖或混凝土承重墙与绝热材料的配合,表面要保持平整、牢固,达到粘贴聚苯板的条件。在混凝土墙外侧表面留有预埋铁件时,要涂刷防锈材料。常见的复合墙体有内保温墙、中间层保温墙和外保温墙,前者是将绝热材料复合在外墙的内测。中间层保温墙是保温材料设计在外墙和内墙之间的保温方式。外保温墙是保温材料粘合在承重墙的外层,这种保温方式可以有效对抗恶劣的天气和温度变化,因此在北方使用范围极广。 (2)门窗构造。轻薄的门窗材料,决定了门窗是导热的薄弱环节,据统计,单层玻璃窗的能耗损失占整个建筑夏季降温和动机保暖能耗的一半,因此,在节能设计中要合理安排墙窗的比例和位置。此外,在材质选择上也要充分考虑从节能的需求,做到经济合理的有机统一。在砖砌复合墙的门窗构造上,窗口过梁要做出槽口,这样方便聚苯板贴到窗边,混凝土复合墙在门窗口四周也要留出槽口,沿槽口贴聚苯板。窗口下的内外窗台之间做一道保温层,这样做是为了避免窗口四周出现热桥。 (3)檐口构造。檐口是外墙和屋面相交的部位,外墙在此收头。屋面排水的方式与一般挑檐屋面做法一致,要求屋顶保温层搭过墙身,与外墙保温层交接,这样可以有效防止顶棚四角结露。 (4)勒脚和首层处构造。在勒脚和首层处的装饰保温层要增加一道纤维增强层,并要将玻璃纤维增强层包括底边。 4.2 建筑光条件设计 建筑设计人员在实际的设计中,可以根据业主的要求和当地的自然环境条件,灵活应用不同类型的采光和遮阳措施。具体主要可以做到以下几点要求: (1)因地制宜的原则。由于各地的地理纬度、气候的差异,各地建筑的遮阳时间不尽相同。夏热冬冷地区不仅夏季炎热,而且冬季寒冷,采光保温与夏季遮阳同等重要,应遵循夏季遮阳不能遮挡冬季阳光的原则。 (2)合理的平面布局。在平面布局中,为防止夏季受强烈的太阳辐射的影响,房间应避免东西向。在总体布局时,可利用建筑物之间相互遮挡的方法,尽量减少遮阳结构配件的使用。 (3)房间功能的差异性。性质不同的房间,卫生、光线摄入标准不一样,对遮阳要求也不同,不能一概而论。建筑内部设计要确定各功能住房的合理尺度、面积,将主要居住空间尽量南向,如卧室、厨房等,这样有利于通风、透气和采光,而书房、储物室往往对阳光有一定的限制,所以在功能空间的布局上要做到有张有弛、合理分配。 4.3 合理运用能源 (1)尽量节约常规能源。建筑住宅的主要能耗除了水电,还有取暖用热能和生活用燃气,家住设计中要采取必要措施减低常规能源的能耗量。在用电方面,应合理设计建筑的电气规划,并采取措施减低配电系统的线损和能损,提高用电效率。在供暖上,集中供暖、供热有利于降低额外能耗,而供暖管道线路的合理设计则能大大提高热量的利用效率,减少了能源浪费。 (2)充分开发利用新能源。太阳能和风能是最为广泛和清洁的新型能源。对太阳能的利用,已经成为住宅建筑上普遍关注的问题。因为近些年来我国能源供应越来越紧张,太阳能可以有效缓解能源紧张的局面,为人们的生产和生活提供便利。太阳能热水器、太阳能电池的应用已经走向成熟,住宅建筑行业要将太阳能与日常供电和供暖结合起来,从整体上提高建筑节能的效益。 4.4 普及钢建筑结构体系 钢材属于可循环使用的材料,同时钢结构住宅体系复合墙体系统中大部分材料也可以重复使用,钢结构建筑有强度高、自重轻、平面布置灵活、造型美观、施工速度快、工期短、环保、满足可持续发展原则等诸多优点。这些优点,也就决定了其在建筑施工过程中的能耗将比混凝土结构要少。钢结构体系有利于降低成本实现可持续发展,可大力普及应用。 4.5其他节能措施 (1)加强建筑内余热、余冷的回收利用。 (2)重视可再生绿色能源的开发和利用,如浅层土壤热能、地表水体热能、风能等。 (3)提高房屋的舒适度:浮筑楼板技术、双层架空地面系统、洁具同层后排水技术、中水处理及回用系统、智能楼宇自控系统等,可以提高房屋的舒适度,缓解人们对能源的依赖心理。 5、结束语 能源危机引发了人们对自身生活方式和生活环境的深层思考。节能建筑的概念就是在这样的背景下提出的,它的内涵主要体现在经过科学的设计,利用各种可再生资源和新型的材料来提高建筑的节能性能,提高能源的利用效率,从而为居住者提供健康、环保、舒适的生活空间。节能建筑的优秀技术主要体现在建筑外墙体系、采暖制冷体系、防噪采光系统、通风保暖系统、水处理系统和垃圾处理系统的设计和建设上。 住宅建筑节能设计研究:基于住宅建筑节能设计中的相关要素分析 【摘 要】文章通过笔者的实际工作经验,简要地介绍了建筑节能设计的重要性,从而进一步从规划设计、主体设计和太阳能利用等方面就住宅建筑节能设计中相关要素进行了总结与分析,旨在为建筑设计人员提供参考与借鉴。 【关键词】住宅建筑;节能设计;规划设计;主体设计;太阳能利用 随着我国建筑业的迅速发展,建筑能源消耗量也不断增加,导致我国面临着严峻的能源短缺形势。随着我国住宅节能设计的推广和应用,大大降低了我国建筑能源的消耗量,缓解了我国紧张的能源短缺问题,有效提高了住宅建筑的经济效益和社会效率,促进我国建筑节能设计的发展。本文结合笔者的工程实践,主要就住宅建筑节能设计要点进行了论述。 1 建筑节能设计的重要性 随着我国能源消耗量不断增大,已制约国家经济建设和社会的发展的需要,充分利用能源和节约能源成为现代的焦点话题。当前,建筑耗能位居首位,而和人类活动关系最为密切的是住宅建筑,如果在住宅建筑节能设计中能降低能耗,促进能源节约和合理利用,就可以实现城市建设的可持续发展。目前,我国已实行了一系列的国家和地方节能标准,并出了不少相应节能标准构造图集和技术措施以及建立了相应的监管机制。但是,节能并非侧重于施工和监管,节能理念应当贯穿于住宅建筑设计全过程当中。 另外,随着我国人均能源不丰富,以及社会经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高,能源消耗引发的问题已经逐步凸现。据统计,如果综合考虑住宅使用中的耗能和建材耗能,住宅总能耗占全国能耗的37%,这一比例正在逐年加大。这使得行业不得不对行业的发展标准作出规范和要求。 2 住宅建筑节能设计要素分析 2.1 规划节能设计 2.1.1 平面节能设计 住宅建筑平面规划设计是住宅建筑节能设计的重要组成部分,对整个住宅建筑节能设计起着至关重要的作用。住宅建筑平面设计主要从建筑选址、道路布局、建筑布局、建筑间距、建筑朝向、太阳辐射及风向等方面进行考虑,并充分利用自然条件,以优化住宅建筑的居住环境,达到良好的节能效果。 2.1.2绿化节能设计 住宅建筑绿化节能设计不仅可以改善住宅建筑环境,同时可以提高空气质量,减少空气粉尘污染,降低住宅建筑室外温度,对住宅建筑节能降温起着重要作用。通过在住宅建筑中设置绿化空间,并充分利用绿化空间功能,以达到降温节能的效果。例如,在住宅建筑间设置绿地或者绿化广场等,同时穿插种植花草、乔木及灌木等绿化植物。这样既可以为住户提供良好的纳凉场所,同时也可以对住宅建筑起到良好的遮阳、降温、节能的作用。 2.1.3单体节能设计 住宅建筑单体节能设计主要体现在单体平面设计和单体立面设计两个方面。 (1)单体平面设计。在进行单体平面设计时,需对其室内空间组合进行充分的考虑,使得住宅建筑每个房间均能有穿堂风,以实现自然通风的作用,有效降低室内温度,减少能源消耗量。而室内光照也是住宅建筑节能降耗的重要手段,住宅建筑室内朝南,使得室内获得充足的日照,一方面可以满足白天室内的取暖要求,一方面可以降低能源消耗量。 (2)单体立面设计。主要是依据地区气候条件,从建筑墙体角度进行改善,使得住宅建筑能够适应当地气候,充分利用当地自然资源,以达到节能降耗的作用。例如,位于住宅建筑内倾斜位置的南墙面可以得到充足的日照,而外倾斜位置的南墙面则可以获得更宽的遮阳面。 2.2 主体节能设计 2.2.1护结构节能设计 (1)墙体节能保温设计。实现住宅建筑节能保温效果的方式有两种,其一,对住宅建筑优化墙体保温性能,将墙体保温与承重相结合,例如,利用空心砖或者加气型的混凝土砖块等保温材料,对墙体起到良好的保温作用。其二,墙体内保温或者外保温设计,主要是在建筑外墙内侧或者外侧增加保温层,采用的保温材料必须具有耐蚀性强、防火、不易受污染等优点。 (2)地面节能保温设计。住宅建筑地面节能保温设计主要有两种,其一,若住宅建筑与周围地区土壤直接接触,则应该沿着住宅建筑外墙周围自外墙内侧2米范围内,对地面进行保温设计。主要是在地面垫层下方放置厚度适宜、吸湿性小、松散状、抗压性强的保温层。其二,若住宅建筑地下室未进行采暖设计,则应该在其地板底面设置保温材料,如聚苯板,以起到良好的节能保温作用。 (3)屋面节能保温设计。住宅建筑屋面应该采用质地轻巧、性能稳定、吸水性小的保温材料,如聚苯扳、加气型混凝土条板、聚苯乙烯型泡沫板等。不仅能够满足住宅建筑屋面保温需求,同时可以达到节能降耗的目的,改善住宅建筑室内环境。 2.2.2建筑门窗节能设计 相关资料显示,住宅建筑门窗所消耗的热量占总消耗热量50%的比例,由此可见,住宅建筑门窗是住宅建筑节能设计的重点。其节能保温设计措施主要有: (1)窗墙比合理设计。窗墙比主要是指住宅建筑房间立面面积和窗户开口面积的比值,其比值大小对住宅建筑室内环境及热量消耗率起着至关重要的作用。因此,在保证住宅建筑室内通风和日照需求条件下,对朝向不同的住宅房间窗墙比进行合理的设计,如东西向:0.3;南向:0.35;北向:0.25。 (2)合理应用门窗保温材料。塑钢门窗是现阶段应用较为广泛的门窗保温材料之一,其不仅能够起到良好的隔音、保温效果,同时可以实现住宅建筑节能保温的效果,可节省30%至50%的能源。中空玻璃保温材料是一种新型的保温材料,不仅可以减少室内辐射热消耗量,同时也能对门窗起到良好的保温作用。 2.2.3建筑过渡空间节能设计 住宅建筑过渡空间主要包括地下室、阳台、坡屋顶、楼梯间等,都是住宅建筑传热的关键部位。因此,在对住宅建筑进行节能设计时,需对这些过渡空间进行合理的保温设计,以减少冷空气的渗入,降低住宅建筑热损失量。 (1)地下室。目前地下室已经成为住宅建筑不可缺少的一部分了,它不仅可改善住宅建筑底层住户生活环境,同时还扩大了建筑储藏空间。由于住宅建筑地下室不能进行取暖措施,因此在进行地下室节能保温设计时,可通过合理应用保温材料,或者提高门窗气密性等措施,达到保温节能的效果。 (2)阳台。若是封闭性且朝北的阳台,则应在阳台上设置栏板,以避免冬季西北风进入室内,对室内起到良好的保温效果。若是朝阳阳台,则应适当缩短其外伸的长度,以防止对其他住户冬季遮阳造成影响。 (3)坡屋顶。由于坡屋面与平屋面相比,具有良好的保温作用,且外观较好,因此成为住宅建筑屋面的有效保温措施之一。住宅建筑屋顶最好不要设置通风窗,若设置有通风窗,在冬季时期,应对屋顶通风窗采取有效的密封措施,使得屋顶底部空间形成一个密封的保温区间,对室内起到良好的保温作用。 (4)楼梯间。可将住宅建筑开敞式的楼梯间设计成为封闭式的楼梯间。在朝北楼梯间入口处设置门斗,以防止冬季时期冷风进入。 3 结束语 总之,我国随着能源危机的不断加剧与建筑业的日益状大,出现了很大的能源消耗。因此,设计人员必须依据当地气候、环境及自然资源,对住宅建筑进行合理的设计和规划。通过对住宅建筑整体进行合理的布局,做好绿化节能设计,并对住宅建筑护结构、门窗及过渡空间等进行有效的节能保温设计,以达到节能降耗的目的。 住宅建筑节能设计研究:住宅建筑节能设计要点剖析 【摘要】伴随着我国能源供求矛盾不断升级,作为能源消耗大户的建筑业来说,如何解决建筑节能已成为刻不容缓的大事。这要求我们在建筑设计中要充分考虑建筑节能问题,为建筑节能事业的发展做出应有的贡献。本文主要就住宅建筑中节能设计中的规划设计、平面设计及门窗设计等具体设计进行了分析。 【关键词】住宅建筑;节能设计;整体设计;门窗设计;屋面设计 建筑在使用过程中会大量消耗自然资源,直接影响到人类社会的可持续发展。我国作为世界能耗大国,对于发展可持续发展的生态建筑,减少建筑能耗更是刻不容缓。而建筑节能是养活建筑能耗的有效方法,同时也是最经济的方法。也因此建筑节能得到了广泛的应用。建筑节能即是通过建筑护材质的加强、节电用电设备的选用等设计,最大限度地减少对地球资源和环境的负荷和影响,利用已有资源,达到节约能耗、保护环境的目的。下面将就住宅建筑节能设计进行具体论述。 一、住宅建筑的整体设计 建筑的整体设计包括建筑的外观结构、房屋的门、窗、阳台、屋顶、玻璃等设施,这些基本设施都对住宅建筑的节能损耗有很大影响。其中建筑外观的保温材料在保温、吸热方面如何,对冬季取暖、夏季降温在空调使用率方面有直接影响。据某些资料显示,能源节省所需的费用完全可以用来提高围护结构用以保温、隔热。因此住宅建筑节能的重中之重就是采用热工性能优良的护系统。 门窗是太阳辐射的重要的吸热、散热设施,是能量消耗的重要途径。其中门窗的传热系数为墙体外观的3-4倍,其实,门窗也是节能的重要途径,有利有弊。因此现在的住宅设计中应尽量的少用飘窗或者落地窗,对其合理使用。保证门窗在夏季合理自然的通风调节,同时还要注意冬季寒风的侵袭,保证室内气温,增加居室的舒适度。向阳居室的窗户可设计成开窗形式,另有遮阳板和窗帘(窗帘镀有特殊金属,增强热反射),既美观又实用。 目前,铝合金塑材、塑钢是导热系数较低的材料之一,在使用中注意,门窗的牢固性,安装良好了才可更好的隔热。另外,使用中空镀膜玻璃,在中空气层填充氩气等等某些惰性气体,也可改善玻璃的热工性能。 二、住宅建筑的平面节能设计 2.1住宅平面设计中首要问题是确定适当的套型面积。因为适当的建筑面积不但可以节约用地(建筑行业“四节”之一)还可以大大节约建筑用材,减少营造、维护与使用过程中的能耗。另外,建筑平面的巧妙布局亦能获得较好的节能效果。 2.2由于我国地处北半球,太阳高度角和方位角变化规律使南朝向为最为节能的建筑朝向,此朝向夏季可减少太阳辐射得热,冬季可增加太阳辐射得热,而且此朝向建筑与我国夏季盛行的东南风差不多成垂直关系,容易形成穿堂风,而又避开了冬季盛行的西北风。因此,将住户长时间活动的居住空间(如厅、主要卧室)设于日照通风条件最佳的南向位置,利用自然环境使室内达到最大的舒适度,为住户节约采暖和空调的能耗。而南北向建筑可以获得最多的南朝向房间,所以建筑平面谊设计成南北向。对于日照、通风条件较差的北朝向与长时间接受太阳辐射的东西向可布置些平面功能比较次要的电梯、楼梯、管道井、机房、卫生间、厨房等,以挡住日照直接照射主要房间,避免冬季西北风灌入。经调查,在其他条件相同的情况下,南北向的多层建筑的传热耗热量比东西向可降低5%左右。 三、住宅外墙的节能设计 3.1墙体是住宅的主体部分,是建筑室内外热交换的主要介质,建筑节能50%,其中就有约25%是通过建筑围护结构外墙的保温隔热性能来实现的。使用节能外墙与使用普通外墙室内温度相差可达4~10度,所以墙体的设计是不容忽略的一个方面。外墙除了应具有基本的承重、安全围护等功能外,还应考虑选用保温隔热性能好的墙体材料,对传热性好的墙体或墙体中传热性好的部位应加设保温隔热层。 3.2在建筑物受太阳辐射的各个外表面中,屋面是接受太阳直射时间最长的部位,因此受辐射得热也是最多的,相当于东西向墙体的2~3倍,所以它的保温隔热也显得尤为重要。保温隔热的材料宜选用密度大、导热系数小、憎水或吸水率较小的材料(如膨胀型泡沫聚苯板)。采用倒置式屋面将憎水性保温材料设于防水层上,可有效防止传统屋面构造中防水层容易老化从而影响保温隔热效果的问题。此种方法施工简易,可广泛采用。 3.3利用屋顶种植花卉、灌木(如彩叶草、三色堇、麦冬草等)形成生态型屋面,既可阻挡热源,减少温室气体的排放,达到保温隔热,又可美化环境,改善城市气候,做到一举两得。种植的土壤在吸水饱和后会自然形成一层憎水膜,可起到滞阻水的作用,有利于屋面的防水,而且土壤导热系数小,有很好的热惰性,不随大气气温骤然升高或下降而大幅波动,有利于屋面的保温隔热。同时,在屋面蓄水,形成蓄水型屋面,也是节能屋面的有效措施。利用水蒸发可带走大量的热,从而有效减弱屋面的传热量和降低屋面温度。据测试,蓄水、种植屋面土壤表面温度与一般屋面表面温度比较,温度可低27℃。此外,采用平坡屋顶结合的构造形式,在屋面保温隔热层上做架空层,通过空气流通来散热也是个不错的办法。 四、住宅门窗的节能设计 外门窗是耗热的重要渠道,它既是太阳辐射的得热部件,又是主要的失热部件,传热系数约为墙体的3~4倍,是节能的重点部位,所以合理确定窗墙面积比是节能的重要措施之一。对于住宅设计应避免少做落地窗、飘窗等。外墙门窗设计除满足自然通风外,设计中应该强调东西南北开窗有别,不同功能房间开窗有别。面对冬季主导风向的立面,应尽量减少开窗面积。设置外窗部位,应提高外窗的密封性能(如选用胶条密封而不是毛条),选用好的窗型(如平开窗气密性相对较好),门窗配件,提高窗框的隔热性能(如采用塑料型材、铝合金断热型材、玻璃钢型材、铝木复合材料等),减少窗框的外露面积,采用保温隔热性能好的玻璃(如中空玻璃、镀膜玻璃等)。根据国内外大量应用经验证实,采用双层玻璃塑料钢窗是较好的选择。外门窗除了采光,通常也是建筑自然通风的渠道。所以,外门窗的开启也是夏季通风节能的必要条件。夏季迎风面可作为主要的开窗部位,引进自然风,增加夏季的渗透通风。但同时,外门窗的设计应减少冬季寒风的渗透,有利于室内保温,改善生活环境的舒适度。对于向阳的地方,可采用凹式开窗设计,外加遮阳板及镀有特种金属的热反射窗帘,这种设计既美观又兼有较好的遮阳效果。 五、建筑屋面的节能设计 屋顶是建筑围护结构的一个重要组成部分,也是室内保温不可缺少的一个重要部分。房顶的结构安排和材料使用对室内环境的影响也很明显。在设计的过程中应该使用更高效的保温材料,或使用架空保温屋面的设计,保温材料密度的选择不宜过大,热传导不应太高,吸水率也不能太高。随着科学研究的进一步发展,一些新的保温材料已广泛应用于屋面的节能建设中。良好的保温材料可以克服在日常实践中的一些缺点,而且还具有保温效果好,价格实惠,具有良好的环境保护特性,是屋面进行节能设计选用的最佳材料。 结语:建筑节能对建筑业的发展有着至关重要的作用,抓好房屋建筑的节能设计更是建筑工程的重中之重,合理有效地利用建筑能源,提高建筑能源的利用效率,对于经济的可持续发展具有重大的意义,因而,对于房屋建筑的节能规划和设计工作要做到位,切实做好墙体节能设计、门窗节能设计和屋面节能设计,以期促进房屋建筑节能技术的改进,从而提高经济和社会效益。
在建筑工程运行中,地震带来的危害极大,对此,在建筑结构设计中,为保障建筑工程质量与施工效率,降低地震对建筑该工程的破坏,设计人员应重视抗震设计,提高建筑工程抗震能力[1]。笔者认为,在抗震设计中,设计人员应严格把握设计要点,确定建筑工程的抗震性能,提高建筑使用性。 1建筑结构设计中抗震设计的重要性 近几年,我国生态环境遭到较大破坏,地震灾害明显增多,为建筑结构带来较大破坏,危害了人们人身财产安全。多年来,地震的发生,严重损伤了建筑物,危害了人们的生命安全,如:唐山大地震、汶川地震、玉树地震等,使几十万人失去了宝贵生命、健康身体,甚至于,为人们带来了较大的心理创伤。我国经济在不断发展,城乡一体化建设不断深入,高层建筑已经成为我国城乡标志性建筑,人口密集度进一步提升,由此可见,一旦发生地震,带来的损失将难以估量[2]。对此,加强抗震设计,已经成为建筑结构设计的重点。几次大地震的发生,人们已经意识,地震带来的危害难以估量。然而,科技水平不断提高,却仍然无法准确判断地震发生时间、发生地点,以便人们做好防护工作。对此,加强建筑物的抗震设计,地震到来时,尽量拖延建筑物倒塌时间,为人们提供充裕的逃生时间,已经成为建筑工程建设重点。在建筑结构设计中,抗震设计的加入,有效保障了建筑工程的稳定性,提高了建筑工程的质量与寿命。当地震发生时,若建筑工程具有较强的抗震能力,能够有效保障人们的人身安全与财产安全。另外,在建筑工程进行抗震设计时,设计人员必须考虑建筑工程的主要用途、所处地理位置等,以此进行抗震设计,能够有效保障建筑抗震能力与工程实际情况相符[3]。另外,在抗震设计中,应考虑建筑工程的实用性、抗震等级的实现性,为保障建筑结构稳定、建筑整体安全奠定基础,保障人们的生命财产安全,降低地震带来的危害。总之,在建筑工程设计中,地震设计是不可缺少的一项设计,在建筑结构设计中发挥着重要作用。 2建筑结构抗震设计应遵循的原则 2.1建筑结构构件应具备以下功能 在建筑结构的抗震设计中,设计人员应保障建筑结构的承载能力、刚度与稳定性。并且,在抗震设计中,建筑结构应严格遵守以下原则:强剪弱弯,强节点弱、强柱弱梁[4]。在工程建筑设计中,设计人员应根据自身经验,判断建筑中可能存在的薄弱部位,提前做好应对措施,如:增加厚度、配筋等,提高薄弱环节的强度,提高建筑整体结构的抗震性能。 2.2尽量多的设置抗震防线 一般情况下,抗震结构良好的工程多是由延性良好的数个分体系构成,如:建筑框架-剪力墙结构,具有较高的抗震性能,由延性框架、剪力墙构成[5]。根据实际情况可知,当某地区发生大型地震后,多会在一段时间内,连续发生数起余震,为建筑工程质量带来较大影响。在建筑工程设计中,为预防地震以及余震带来的灾害,应尽量多的设置抗震防线,以此一层防线倒塌,第二层防线仍坚守,第二层防线倒塌,还有第三层防线保护人们的安全。相反,若仅设置一层防线,相关人员能够保障防线坚守完地震灾害,却很难保障其能够有效预防多次余震的危害,长时间余震,极易导致房屋倒塌,带来不必要的灾害。 2.3合理设置建筑结构构件间的关系 在房屋建筑结构设计中,建筑构件的强弱关系直接影响着工程的整体性,设计人员必须合理处理不同构件间的关系,保障建筑工程的整体性,提高建筑工程抗震能力。在建筑构件设计中,合计人员应保障,在统一楼层中,若主要耗能的构件屈服,其他抗震侧构件仍然具备较高弹性,以此保障工程屈服维持较长时间,为人们逃生提供安全保障。总之,在抗震设计中,设计人员必须科学对待建筑结构构件的强弱关系,若构件不科学或整体性欠佳,应及时改正,提高建筑工程抗震性能。 3建筑结构设计中的抗震设计 3.1房屋结构设计 房屋结构设计的合理性直接影响着工程的整体质量,影响着工程的抗震等级。在房屋结构设计中,设计认为应重视竖向与平面的布设。因为,就房屋的整体结构而言,墙、柱、平面等所处位置直接影响着建筑整体结构。对此,在房屋构设计中,为满足地震等级,应做到以下几点:①保障房屋平面与竖向构件的整齐,且房屋质量中心与刚度中心一致;②在设计房屋结构的竖向时,房屋的重心应适当降低,避免错落设计方式的应用;③设计人员应严格把控房屋墙、柱、面的刚度与强度,保障房屋结构设计的整体性。在房屋设计中,若设计人员采用不规则设计方式,相关人员应以实际情况为主,针对性采取措施,提高建筑工程抗震等级。 3.2地理位置的合理选择 众所周知,地震的发生,是地壳运动时板块之间发生碰撞导致,为建筑物带来极大损坏。对此,在建筑工程中,选择工程建设位置,能够有效降低地震的破坏。须知,地质运动是导致地震发生、建筑物损毁的主要原因,对此,选择抵抗地震能力较强的地质,设计建筑工程,能够有效提高建筑工程抗震能力。笔者认为,在地理位置选择中,应遵循以下两点:①地质较为坚硬,承载能力较强,能够有效避免地震到来时的塌陷问题;②地势平坦、广阔的位置,能够有效保障建筑物的稳定性,并为人们提供避难场所,降低地震带来的损坏。 3.3选择适当的建筑结构形式 建筑行业的飞速发展,建筑结构逐渐向多样化发展。当前,我国常用的建筑结构形式有:砖混结构、钢结构、框架-剪力墙结构等。在建筑过程中,无论选择何种结构进行施工,相关人员应保障,建筑工程必须满足抗震需求。实际上,不同的建筑结构,抗震能力相应不同,砖混结构所使用的主要材料为砖砌体,建筑工程主要以该种脆性材料构成,直接影响了建筑工程的抗震能力;钢结构,以钢筋混凝土为主要材料,承载能力、抗震能力等较强,且生产过程便利、施工相对简单,能够充分利用,被广泛应用于我国建筑工程中。在工程建筑中,若建筑工程设置在四川、台湾等地震多发区,选择钢结构为建筑结构较好,有效提高建筑工程的抗震等级。 3.4抗震等级应合理明确 在建筑工程抗震设计中,只有明确抗震等级,才能不断向既定方向前进,保障工程整体质量。对此,在建筑工程中,相关人员应根据建筑工程特点,设计适当的抗震等级,为后续抗震设计奠定基础。当前,我国抗震等级的主要依据时建筑物的使用功能,抗震等级主要有四类:甲类、乙类、丙类、丁类,其中,丙类多用于高层住宅与写字楼建筑,在建筑工程中应用较为广泛。 3.5抗震防线设计 在建筑工程设计中,存在薄弱环节,一旦薄弱环节出现问题,极易影响建筑工程整体质量。对此,为避免建筑物局部缺陷影响建筑整体结构,应对薄弱环节进行抗震设计。如:在建筑工程设计中,框架作为薄弱环节,为避免其在地震中受损危害人们健康,可设置抗震墙,一旦框架受损,抗震墙可作为第二框架存在,减缓建筑倒塌时间。另外,可设置木质楼梯,因木材具有较大的延展性,可作为逃生通道使用,当地震发生时,为人们增加逃生机会。在人流量较多的建筑群中,如:高层住宅、商业大楼等中,应建立特殊通道,以便地震发生时,人员能够快速疏散。 4总结 综上所述,在当前社会,城市化的进程,高层建筑成为人们生活、工作中的主要建筑物,一旦发生地震,高层建筑极易坍塌,危害人们的生命安全,带来重大损失。对此,在建筑工程设计中,应重视地震设计,充分考虑房屋结构的设计,选择适当的地理位置与建筑结构形式,明确建筑等级,重视抗震防线设计,提高建筑工程抗震能力,保障人们生命财产安全,推动我国建筑行业向前发展。 参考文献 [1]燕全志.建筑结构设计中抗震设计研究[J].绿色环保建材,2018(1):85. [2]邵伟.探析建筑结构设计中的抗震设计[J].房地产导刊,2014(24):176. [3]安然.建筑结构设计中的抗震设计探究[J].中华民居(下旬刊),2014(8):58. [4]董建启.房屋建筑结构设计体系选型及抗震设计分析[J].大科技,2015(14):107. [5]李金果,李伟建.抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用研究[J].四川水泥,2015(12):135. 作者:陈晶晶 王呈志 单位:河南省城乡规划设计研究总院有限公司
建筑结构设计论文:建筑结构设计管理论文 提要 结构设计的安全问题是所有从事结构设计与研究的人们一生都要面对的问题,本文作者结合自己的工程设计实践,简述了当代建筑师的设计思维对结构设计安全所提出来的挑战,并且,通过一个结构设计师对当今建筑设计潮流的感悟与认识,提出了保障结构设计安全所必须坚持的基本原则。文章最后,对参与当代中国结构设计实践的结构设计工作者们提出了一些期望。 前言 一段时间以来,由法国巴黎戴高乐机场2E侯机厅通道部分倒塌事故引起的对结构安全问题的讨论成为业界甚至各种传媒的热门话题,由之引起的对国家大剧院以及各奥运在建项目进行结构安全再认识的声音也不时传起。特别是对正在设计施工中的奥运项目,按照政府决策部门的意见,建设单位组织结构有关专家逐个项目地进行了更为严格的结构设计安全评估。 结构设计安全是我们所有从事结构设计与研究工作者必须面对和回答的问题,巴黎戴高乐机场事故是结构在其设计使用寿命初期(投入运营一年),在常规荷载作用(没有恐怖袭击、没有恶劣的区域突发自然灾害)的情况下发生的,就是说,一定是在结构设计或施工的某个环节给结构留下了致命的内部缺陷才造成的,这一缺陷既可能是结构设计理论方面的,也可能是结构设计构造方面的,既可能是结构材料使用方面的,还可能是建造过程中的施工质量控制方面的,等等。无论什么原因,这种结构破坏形态都是结构设计原则所不允许的,引起我们的警觉也是应该的。 另一方面,我们也还是应该理性地、科学地、全面地分析和把握结构设计的安全问题。其实,追溯人类改造自然、改造世界的历史足迹,我们还是有理由对当代结构设计理论和建造技术的发展水平感到自豪的。虽然我们现在感觉是越来越累,越来越难,但是在力学和材料科学发展的有力支撑下,我们所从事的结构设计与建造技术的发展还是基本上满足了那些满脑子求新求奇,求高求广的所谓当代建筑师的表达欲望与需求的。 世界上没有自由的结构设计师,但假如没有我们,也就没有建筑表达的自由 建筑师设计东西,无非表达两种需求,一种是传统意义上的功能需求,另外一种就是表达建筑情感,或者说是通过建筑表达情感。这种情感表达方面的需求可能是来自公众的,也可能是来自政府或领导意志的,还可能就是直接来自建筑师的美学修为的。建筑师可以利用建筑特有的元素,比如建筑材料的材质、装饰材料的色彩等进行其建筑情感的表达,但是这种表达的效果和能力是有限的,建筑师更重要的手段则是借助结构的能力完成这一表达需求,从这个意义上说,建筑师丰富的想象力既给结构设计提出了课题、带来了挑战,同时也就给结构工程师带来了风险。 国家大剧院超大超深的地下结构体量,椭球抛物面壳体屋顶和围绕壳体的环形水池都是安得鲁实现其剧院功能需求与其情感表达需求的手法和元素。为了在不超越人民大会堂的限定高度内,完成剧场功能对竖向尺度的需求,“深入地下”是其自然的(也许是无奈的)选择;椭球抛物面壳体屋顶罩住其下的三个功能剧场是建筑师进行区域空间整和的一种手段,在这块区域上的建筑物进行这样的整和处理我认为是必要的;建筑师设置环形水池的目的在于其制造区域宁静气氛的需要,这种建筑情感表达上的需求也是必要的。 国家大剧院 同样的,在建的国家体育场(简称“鸟巢”)以及国家游泳中心(简称“水立方”)等标志性建筑,她们不单单是承载着满足举办奥运会各单项体育功能方面的需求,也还要承载着通过其“别样”的建筑形象来表达全国人民百年奥运梦想成真的情感需求,承载着要为最出色的一届奥运会留下最出色的“建筑遗产”的使命。 自然的,建筑师是无法单独承担这样的使命的,必须依靠结构工程师的支持来实现其“特别”的表达需求。或者说,结构工程师在这个时侯是没有选择的自由的,只有绞尽脑汁为建筑师的这种需求寻找“解决方案”,于是,百年之前的理论物理学命题“泡沫理论”被结构师拿来经过有趣的数学变换,最终成了表达建筑师“看似无序的水分子结构”的最好载体。 国家游泳中心总平面图 建筑结构形式的争议多半不是“好与不好”的问题,而是“值与不值”的问题 为了满足建筑师们的“浪漫”需求,在传统的结构构成方式无能为力的时候,结构设计师就必须探索新的、非传统的结构构成方式。结构系统的基本形式,可以说已经被我们认识的差不多了,但是,这种说法只是限于基本体系,并不意味着创造新的结构形态可能性的减少,在拥有无限多样的物种的丰富多彩的世界里,限定结构形态的类型显然是不恰当的。 结构工程师的任务就是在既要保证结构安全同时又要满足建筑美学需求的杠杆上寻找一个平衡点。只是,世界上终究没有免费的午餐,当各种或是张扬的、或是陌生的结构形态出现的时候,在结构材料科学还没有长足的发展的时候,在我们还不得不用传统的结构材料去实现这样一个个“浪漫”的需求的时候,对结构安全的关注也就从来没有象现在这样引起一端又一端的“争议”。 从一个结构设计与研究工作者的角度看待这些“争议”,我认为很多时候我们是可以在力学或规范的原则内寻找到这个“平衡点”的,随后的问题是,这会要我们付出多大的“代价”,或者说要我们支付多大的“结构成本”?我认为对这个我们要支付的成本“值与不值”的不同看法是对建筑结构形式“争议”的焦点问题。 其实,作为一个结构工程师,常常是不能判断建筑的形象与情感“效益”与结构实现的“成本”之间到底谁高谁底的,因为前者是很难量化的。我们所能做的就是在保证建筑功能与美学需求的诸种可选择的结构实现方式中找到成本较低的解决方案。 国家游泳中心南北剖面图 国家大剧院南北剖面图 例如,在国家大剧院工程结构的第一轮初步设计时,法国ADP公司确定的结构底板的顶面标高为-26.0米,这个标高受到了中国建筑与结构工程师的质疑,如此深的基槽,且不说开挖与降水的成本会很高,结构寿命期内的抗浮设计成本更是一项很大的投入,为此,我们建议在保证其建筑功能需要的前提下,尽可能提高建筑底面标高,法方在修改后的初步设计中将这一标高提高到了-22.0米。 与上述情形相反,国家游泳中心工程的建筑设计由于采用了ETFE双层充气膜,这种膜材的造价很高,所以,在相对深挖(增加基础开挖与结构抗浮成本)和抬升建筑总高度(增加围护膜材的用量)的比较选择中建筑师完全依赖的就是综合成本最小化的原则。 结构工程师要给浪漫的建筑师和建筑师的浪漫设定一条底线 作为一名结构工程师,我们还应该清醒地认识到,结构科学和材料科学的发展远没有达到可以令建筑师们的“浪漫思维”无约无束的境地。在实际结构的建造过程中影响结构安全的因素众多,一方面,建筑结构理论归根结底是一门实验科学,理论与实际的偏差不可避免,另一方面,建造技术的发展水平和区域差异以及施工质量控制等等方面的诸多因素,都会给实际建造完成的建筑结构安全性能带来某种程度的不确定性。 所以,建筑师们在通过建筑表达其美学或情感需求的时候,结构工程师们还是要给他们设定一条底线。这条底线不仅依赖于当代人类对自然界的认识水平,而且还依赖于现代结构技术与材料科学的发展水平,依赖于结构分析技术的发展水平。在某种程度上,我们可以允许他们突破某些“规范”条文的底线,但是不能允许他们突破“基本力学准则”的底线。尤其是当我们面对国外建筑师的时候,这一点做起来很难,譬如在和安德鲁的法国ADP团队合作设计国家大剧院的过程中,我们就经历了多次的“争执与说服”的过程。 国家游泳中心的设计过程也给了我们很多启示,在建筑师浪漫的创意和结构的可实现之间还是有较长的一段路要走的,因此,我们投入很多精力进行了这种新型多面体空间钢框架结构的试验研究,最终才可以保证这种结构的安全、可靠。 钢骨架结构效果 ETFE充气枕结构 不能认为结构设计安全与结构设计的创造性是永远的矛盾 实际上,对结构设计安全性的忧虑往往会束缚住我们结构设计创造性探索的步伐,虽然这种忧虑不是多余的。发生巴黎机场结构倒塌事故后,我们听到的几乎都是对安德鲁主持设计的建筑的一片怀疑之声,结构设计工程师们,尤其是从事重要公共建筑结构设计的工程师们更是增添了更多的谨慎与小心。 我认为,结构设计的任务始终是:按照建筑的功能与美学需求确定安全、合理的结构体系;进而依据建筑结构可靠度设计有关标准所确定的原则对结构作用效应与结构抗力进行符合结构实际工作条件(性能)的分析;最终应做到在规定的结构设计使用年限内,在现行规范规定的各种荷载作用下,所设计的结构是安全可靠、经济合理、技术先进的。 为了实现这样的使命,对结构设计安全的自始至终的关切无疑是必要的,另一方面,结构设计的创造性不但是当今建筑设计发展的必然要求,同时也是结构设计技术自身发展的要求。国家大剧院、国家体育场、国家游泳中心以及新中央电视台等建筑在结构设计方面的创造性探索可以为我们跟踪当今世界先进的结构设计理念提供一些线索,也可以让我们检视一下很多经验的、传统的结构设计思维是否还适应现代结构设计发展的要求。 “水立方”内外效果图 因此我认为,结构设计工程师们在关注所设计的建筑结构是否安全的同时,也还是应该为结构设计技术的创造性发展做一些探索。这两者不总是矛盾的,虽然在各种新结构的实践过程中或是发生了很多争议、或是走过了很多曲折的道路,但我始终认为没有结构设计师参与的所谓建筑设计理念的创新都是无源之本,从这个意义上讲,结构设计师在确定建筑设计发展方向上的作用是举足轻重的。 尤其是当代中国的结构设计工作者,国家建设的飞速发展给我们提供了前所未有的结构设计实践机会,在这个实践过程中,我们是始终跟在所谓“西方世界先进的结构设计思维”后面,亦步亦趋,无所建树,还是通过我们不断的设计实践与探索,争取走在世界结构设计技术发展的前列,这确实值得我们认真去思考。 建筑结构设计论文:建筑结构设计安全论文 提要 结构设计的安全问题是所有从事结构设计与研究的人们一生都要面对的问题,本文作者结合自己的工程设计实践,简述了当代建筑师的设计思维对结构设计安全所提出来的挑战,并且,通过一个结构设计师对当今建筑设计潮流的感悟与认识,提出了保障结构设计安全所必须坚持的基本原则。文章最后,对参与当代中国结构设计实践的结构设计工作者们提出了一些期望。 关键词建筑表达结构设计安全建筑情感争议结构设计实践 前言 一段时间以来,由法国巴黎戴高乐机场2E侯机厅通道部分倒塌事故引起的对结构安全问题的讨论成为业界甚至各种传媒的热门话题,由之引起的对国家大剧院以及各奥运在建项目进行结构安全再认识的声音也不时传起。特别是对正在设计施工中的奥运项目,按照政府决策部门的意见,建设单位组织结构有关专家逐个项目地进行了更为严格的结构设计安全评估。 结构设计安全是我们所有从事结构设计与研究工作者必须面对和回答的问题,巴黎戴高乐机场事故是结构在其设计使用寿命初期(投入运营一年),在常规荷载作用(没有恐怖袭击、没有恶劣的区域突发自然灾害)的情况下发生的,就是说,一定是在结构设计或施工的某个环节给结构留下了致命的内部缺陷才造成的,这一缺陷既可能是结构设计理论方面的,也可能是结构设计构造方面的,既可能是结构材料使用方面的,还可能是建造过程中的施工质量控制方面的,等等。无论什么原因,这种结构破坏形态都是结构设计原则所不允许的,引起我们的警觉也是应该的。 另一方面,我们也还是应该理性地、科学地、全面地分析和把握结构设计的安全问题。其实,追溯人类改造自然、改造世界的历史足迹,我们还是有理由对当代结构设计理论和建造技术的发展水平感到自豪的。虽然我们现在感觉是越来越累,越来越难,但是在力学和材料科学发展的有力支撑下,我们所从事的结构设计与建造技术的发展还是基本上满足了那些满脑子求新求奇,求高求广的所谓当代建筑师的表达欲望与需求的。 世界上没有自由的结构设计师,但假如没有我们,也就没有建筑表达的自由 建筑师设计东西,无非表达两种需求,一种是传统意义上的功能需求,另外一种就是表达建筑情感,或者说是通过建筑表达情感。这种情感表达方面的需求可能是来自公众的,也可能是来自政府或领导意志的,还可能就是直接来自建筑师的美学修为的。建筑师可以利用建筑特有的元素,比如建筑材料的材质、装饰材料的色彩等进行其建筑情感的表达,但是这种表达的效果和能力是有限的,建筑师更重要的手段则是借助结构的能力完成这一表达需求,从这个意义上说,建筑师丰富的想象力既给结构设计提出了课题、带来了挑战,同时也就给结构工程师带来了风险。 国家大剧院超大超深的地下结构体量,椭球抛物面壳体屋顶和围绕壳体的环形水池都是安得鲁实现其剧院功能需求与其情感表达需求的手法和元素。为了在不超越人民大会堂的限定高度内,完成剧场功能对竖向尺度的需求,“深入地下”是其自然的(也许是无奈的)选择;椭球抛物面壳体屋顶罩住其下的三个功能剧场是建筑师进行区域空间整和的一种手段,在这块区域上的建筑物进行这样的整和处理我认为是必要的;建筑师设置环形水池的目的在于其制造区域宁静气氛的需要,这种建筑情感表达上的需求也是必要的。 国家大剧院总平面图 同样的,在建的国家体育场(简称“鸟巢”)以及国家游泳中心(简称“水立方”)等标志性建筑,她们不单单是承载着满足举办奥运会各单项体育功能方面的需求,也还要承载着通过其“别样”的建筑形象来表达全国人民百年奥运梦想成真的情感需求,承载着要为最出色的一届奥运会留下最出色的“建筑遗产”的使命。 自然的,建筑师是无法单独承担这样的使命的,必须依靠结构工程师的支持来实现其“特别”的表达需求。或者说,结构工程师在这个时侯是没有选择的自由的,只有绞尽脑汁为建筑师的这种需求寻找“解决方案”,于是,百年之前的理论物理学命题“泡沫理论”被结构师拿来经过有趣的数学变换,最终成了表达建筑师“看似无序的水分子结构”的最好载体。 国家游泳中心总平面图 建筑结构形式的争议多半不是“好与不好”的问题,而是“值与不值”的问题 为了满足建筑师们的“浪漫”需求,在传统的结构构成方式无能为力的时候,结构设计师就必须探索新的、非传统的结构构成方式。结构系统的基本形式,可以说已经被我们认识的差不多了,但是,这种说法只是限于基本体系,并不意味着创造新的结构形态可能性的减少,在拥有无限多样的物种的丰富多彩的世界里,限定结构形态的类型显然是不恰当的。 结构工程师的任务就是在既要保证结构安全同时又要满足建筑美学需求的杠杆上寻找一个平衡点。只是,世界上终究没有免费的午餐,当各种或是张扬的、或是陌生的结构形态出现的时候,在结构材料科学还没有长足的发展的时候,在我们还不得不用传统的结构材料去实现这样一个个“浪漫”的需求的时候,对结构安全的关注也就从来没有象现在这样引起一端又一端的“争议”。 从一个结构设计与研究工作者的角度看待这些“争议”,我认为很多时候我们是可以在力学或规范的原则内寻找到这个“平衡点”的,随后的问题是,这会要我们付出多大的“代价”,或者说要我们支付多大的“结构成本”?我认为对这个我们要支付的成本“值与不值”的不同看法是对建筑结构形式“争议”的焦点问题。 其实,作为一个结构工程师,常常是不能判断建筑的形象与情感“效益”与结构实现的“成本”之间到底谁高谁底的,因为前者是很难量化的。我们所能做的就是在保证建筑功能与美学需求的诸种可选择的结构实现方式中找到成本较低的解决方案。 国家游泳中心南北剖面图 国家大剧院南北剖面图 例如,在国家大剧院工程结构的第一轮初步设计时,法国ADP公司确定的结构底板的顶面标高为-26.0米,这个标高受到了中国建筑与结构工程师的质疑,如此深的基槽,且不说开挖与降水的成本会很高,结构寿命期内的抗浮设计成本更是一项很大的投入,为此,我们建议在保证其建筑功能需要的前提下,尽可能提高建筑底面标高,法方在修改后的初步设计中将这一标高提高到了-22.0米。 与上述情形相反,国家游泳中心工程的建筑设计由于采用了ETFE双层充气膜,这种膜材的造价很高,所以,在相对深挖(增加基础开挖与结构抗浮成本)和抬升建筑总高度(增加围护膜材的用量)的比较选择中建筑师完全依赖的就是综合成本最小化的原则。 ■结构工程师要给浪漫的建筑师和建筑师的浪漫设定一条底线 作为一名结构工程师,我们还应该清醒地认识到,结构科学和材料科学的发展远没有达到可以令建筑师们的“浪漫思维”无约无束的境地。在实际结构的建造过程中影响结构安全的因素众多,一方面,建筑结构理论归根结底是一门实验科学,理论与实际的偏差不可避免,另一方面,建造技术的发展水平和区域差异以及施工质量控制等等方面的诸多因素,都会给实际建造完成的建筑结构安全性能带来某种程度的不确定性。 所以,建筑师们在通过建筑表达其美学或情感需求的时候,结构工程师们还是要给他们设定一条底线。这条底线不仅依赖于当代人类对自然界的认识水平,而且还依赖于现代结构技术与材料科学的发展水平,依赖于结构分析技术的发展水平。在某种程度上,我们可以允许他们突破某些“规范”条文的底线,但是不能允许他们突破“基本力学准则”的底线。尤其是当我们面对国外建筑师的时候,这一点做起来很难,譬如在和安德鲁的法国ADP团队合作设计国家大剧院的过程中,我们就经历了多次的“争执与说服”的过程。 国家游泳中心的设计过程也给了我们很多启示,在建筑师浪漫的创意和结构的可实现之间还是有较长的一段路要走的,因此,我们投入很多精力进行了这种新型多面体空间钢框架结构的试验研究,最终才可以保证这种结构的安全、可靠。 钢骨架结构效果 ETFE充气枕结构 不能认为结构设计安全与结构设计的创造性是永远的矛盾 实际上,对结构设计安全性的忧虑往往会束缚住我们结构设计创造性探索的步伐,虽然这种忧虑不是多余的。发生巴黎机场结构倒塌事故后,我们听到的几乎都是对安德鲁主持设计的建筑的一片怀疑之声,结构设计工程师们,尤其是从事重要公共建筑结构设计的工程师们更是增添了更多的谨慎与小心。 我认为,结构设计的任务始终是:按照建筑的功能与美学需求确定安全、合理的结构体系;进而依据建筑结构可靠度设计有关标准所确定的原则对结构作用效应与结构抗力进行符合结构实际工作条件(性能)的分析;最终应做到在规定的结构设计使用年限内,在现行规范规定的各种荷载作用下,所设计的结构是安全可靠、经济合理、技术先进的。 为了实现这样的使命,对结构设计安全的自始至终的关切无疑是必要的,另一方面,结构设计的创造性不但是当今建筑设计发展的必然要求,同时也是结构设计技术自身发展的要求。国家大剧院、国家体育场、国家游泳中心以及新中央电视台等建筑在结构设计方面的创造性探索可以为我们跟踪当今世界先进的结构设计理念提供一些线索,也可以让我们检视一下很多经验的、传统的结构设计思维是否还适应现代结构设计发展的要求。 “水立方”内外效果图 因此我认为,结构设计工程师们在关注所设计的建筑结构是否安全的同时,也还是应该为结构设计技术的创造性发展做一些探索。这两者不总是矛盾的,虽然在各种新结构的实践过程中或是发生了很多争议、或是走过了很多曲折的道路,但我始终认为没有结构设计师参与的所谓建筑设计理念的创新都是无源之本,从这个意义上讲,结构设计师在确定建筑设计发展方向上的作用是举足轻重的。 尤其是当代中国的结构设计工作者,国家建设的飞速发展给我们提供了前所未有的结构设计实践机会,在这个实践过程中,我们是始终跟在所谓“西方世界先进的结构设计思维”后面,亦步亦趋,无所建树,还是通过我们不断的设计实践与探索,争取走在世界结构设计技术发展的前列,这确实值得我们认真去思考。 建筑结构设计论文:高层商业建筑结构设计论文 一基础设计 商业楼基础设计等级为甲级,采用桩加防水板基础。根据前期试桩检测报告结论,采用Φ700钻孔灌注桩,抗压兼抗拔桩。基础埋深12.1m,远大于建筑结构高度的1/18。经复核,风荷载及水平地震作用下基底均不出现零应力区,可满足高层建筑结构抗倾覆稳定要求。 二地下车库设计 地下车库采用框架剪力墙结构,局部增加的剪力墙,主要有两个作用:一是为了使得地下1层与地上1层的剪切刚度比大于2,满足正负零作为地上单体嵌固端的要求,二是为了更好地保证室内外高差处水平力的传递。商业楼室内及室外相关范围内,正负零零层采用梁板式结构,板厚180~250,双层双向配筋,且配筋率不小于0.25%。 三上部结构设计 (1)超限情况的判定 根据“住房和城乡建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知(建质〔2010〕109号)”,对商业楼的超限情况判定如下:①商业楼结构高度29.2m,采用现浇钢筋混凝土框架结构,属于A级高度高层建筑,高度不超限。②商业楼3层以上竖向构件缩进大于25%,属尺寸突变(立面收进);③商业楼地上楼层存在多处楼板有效宽度小于50%,开洞面积大于30%的情况;④商业楼3层和4层之间质心相差达18m,大于相应边长的15%,同时,考虑偏心扭转位移比大于1.2,小于1.4。综合以上分析,商业楼属于超限高层建筑。 (2)上部结构计算分析 在小震作用下,全部结构处于弹性状态,构件承载力和变形应该满足规范的相关要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.1.12条的要求,本工程采用SATWE与PMSAP两种不同分析软件分别进行了整体内力及位移计算,两种软件的计算结果基本一致,结构体系满足承载力、稳定性和正常使用的要求。楼层最大位层间移角小于1/550,满足JGJ3-2010第3.7.3的要求;在刚性楼板假定下,虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值均小于1.4。根据建筑抗震设计规范GB50011-2010第5.1.2条,对不规则建筑应采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。本工程所选的三条波为TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每条时程曲线计算得到的结构底部剪力均大于CQC法的65%,三组时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于CQC法计算得到的底部剪力的80%,故所选三条波满足规范要求。时程分析的结果表明,结构体系无明显薄弱层,时程分析法包络值较CQC法计算结果小,故结构的小震弹性设计由CQC法计算结果控制。根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010第5.1.13条的要求,对商业楼采用弹塑性静力分析方法进行了补充计算。两个方向罕遇地震下性能点最大层间位移角均小于1/50,小于规范弹塑性位移角限值,因此宏观上商业楼所用结构体系能保证大震不倒的设计要求。在通过二阶段设计实现三个水准的基本设防目标以外,针对本工程的具体情况,提出了以下抗震性能化目标:①设防地震作用下,中庭连廊等薄弱处楼板内双层双向钢筋不屈服;②设防地震作用下,悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱斜截面抗剪按弹性设计,正截面抗弯按不屈服设计;PMSAP楼板应力分析结果表明,中庭连廊根部、平面凹口阴角位置一般为应力集地区域,在多遇地震作用下,楼板主拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值,楼板不会开裂,在设防地震作用下,应力集中位置楼板主拉应力略大于混凝土抗拉强度标准值,但适当加大楼板配筋,即可满足楼板内钢筋不屈服。在设防地震作用下,利用SATWE进行弹性设计和不屈服设计,分别校核悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱的箍筋和纵筋,并与多遇地震计算结果一起进行包络设计。计算结果表明,配筋值均在合理范围,配筋切实可行。通过以上性能化设计措施,在对结构的经济性影响较小的情况下,提高了结构的抗震性能,增加了建筑的安全性。 (3)上部结构设计 针对偏心布置和扭转不规则,设计时,尽量使结构抗侧力构件在平面布置中对称均匀布置,避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏离;加强构件的刚度,增强结构的抗扭性能。计算时,考虑偶然偏心的影响,设计时适当加强受扭转影响较大部位构件的强度、延性及配筋构造。通过调整结构布置,将考虑偶然偏心下的最大位移比严格控制在1.4以下,第一扭转周期和第一平动周期比严格控制在0.9以下。针对立面收进带来的扭转不利影响而采取的抗震措施详第(1)条。构造上,对收进楼层(4层)加厚至140mm且双层双向加强配筋,配筋率不小于0.25%,但为减小大跨部分楼板自重,室内大跨度区域楼板厚120mm,屋面大跨度区域楼板厚130mm,收进部位上下层楼板(3层和5层)厚度不小于120mm,并双层双向加强配筋。根据《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》的相关规定,体型收进部位上、下各两层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级,框架柱在此范围内箍筋全高加密,提高纵筋配筋率;收进部位以下两层结构周边竖向构件配筋加强。针对因开洞形成楼板不连续情况,整体计算时按实际开洞情况建模,并将以上楼层定义为弹性膜,以考虑楼板不连续对结构的影响;同时,构造加厚连廊等薄弱区域楼板至130mm厚,并双层双向配筋,配筋率不小于0.25%。 四结语 本文对某超限高层商业楼的结构设计进行了简要介绍,主要的设计要点可总结如下:(1)结合建筑功能和结构布置合理设缝,规避平面布置的不规则;(2)优化布置结构抗侧力构件,适当加强外圈构件的刚度,提高结构的抗扭性能;(3)采用两种软件进行多遇地震弹性分些,结构应满足相应的强度和刚度要求;(4)对结构进行多遇地震下的弹性时程分析,验证结构体系的合理性,并与振型分解反应谱法进行包络设计;(5)补充罕遇下的静力弹塑性分析,控制性能点层间位移角不大于规范要求;(6)根据工程的具体情况,提出合理的抗震性能化设计目标;(7)利用概念设计原理,结合规范要求,对薄弱部位进行构造加强。 作者:黄均亮 单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 建筑结构设计论文:超限高层商业建筑结构设计论文 1工程概况 某工程由1栋6层商业楼,4栋超高层住宅楼,1栋59层超高层办公楼组成。本文以6层商业楼为例,分析总结超限高层商业建筑的结构设计方法。结合6层商业楼的建筑功能和结构平面布置的特点,设两道防震缝将其分为A、B、C三个区,分区后仅A区属超限高层,故本文主要介绍商业楼A区,下文所提商业楼均指商业楼A区。本工程所在地区基本设防烈度为6度,设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅱ类,场地特征周期,多遇地震为0.35s,罕遇地震为0.40s。商业A区结构单元抗震设防类别为重点设防类,应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施,故商业楼框架抗震等级应为2级。多遇地震计算时结构阻尼比取0.05,风振计算时结构阻尼比取0.02。 2基础设计 商业楼基础设计等级为甲级,采用桩加防水板基础。根据前期试桩检测报告结论,采用Φ700钻孔灌注桩,抗压兼抗拔桩。基础埋深12.1m,远大于建筑结构高度的1/18。经复核,风荷载及水平地震作用下基底均不出现零应力区,可满足高层建筑结构抗倾覆稳定要求。 3地下车库设计 地下车库采用框架剪力墙结构,局部增加的剪力墙,主要有两个作用:一是为了使得地下1层与地上1层的剪切刚度比大于2,满足正负零作为地上单体嵌固端的要求,二是为了更好地保证室内外高差处水平力的传递。商业楼室内及室外相关范围内,正负零零层采用梁板式结构,板厚180~250,双层双向配筋,且配筋率不小于0.25%。 4上部结构设计 (1)超限情况的判定根据“住房和城乡建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知(建质〔2010〕109号)”,对商业楼的超限情况判定如下:①商业楼结构高度29.2m,采用现浇钢筋混凝土框架结构,属于A级高度高层建筑,高度不超限。②商业楼3层以上竖向构件缩进大于25%,属尺寸突变(立面收进);③商业楼地上楼层存在多处楼板有效宽度小于50%,开洞面积大于30%的情况;④商业楼3层和4层之间质心相差达18m,大于相应边长的15%,同时,考虑偏心扭转位移比大于1.2,小于1.4。综合以上分析,商业楼属于超限高层建筑。(2)上部结构计算分析在小震作用下,全部结构处于弹性状态,构件承载力和变形应该满足规范的相关要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第5.1.12条的要求,本工程采用SATWE与PMSAP两种不同分析软件分别进行了整体内力及位移计算,两种软件的计算结果基本一致,结构体系满足承载力、稳定性和正常使用的要求。楼层最大位层间移角小于1/550,满足JGJ3-2010第3.7.3的要求;在刚性楼板假定下,虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值均小于1.4。根据建筑抗震设计规范GB50011-2010第5.1.2条,对不规则建筑应采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。本工程所选的三条波为TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每条时程曲线计算得到的结构底部剪力均大于CQC法的65%,三组时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于CQC法计算得到的底部剪力的80%,故所选三条波满足规范要求。时程分析的结果表明,结构体系无明显薄弱层,时程分析法包络值较CQC法计算结果小,故结构的小震弹性设计由CQC法计算结果控制。根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010第5.1.13条的要求,对商业楼采用弹塑性静力分析方法进行了补充计算。两个方向罕遇地震下性能点最大层间位移角均小于1/50,小于规范弹塑性位移角限值,因此宏观上商业楼所用结构体系能保证大震不倒的设计要求。在通过二阶段设计实现三个水准的基本设防目标以外,针对本工程的具体情况,提出了以下抗震性能化目标:①设防地震作用下,中庭连廊等薄弱处楼板内双层双向钢筋不屈服;②设防地震作用下,悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱斜截面抗剪按弹性设计,正截面抗弯按不屈服设计;PMSAP楼板应力分析结果表明,中庭连廊根部、平面凹口阴角位置一般为应力集地区域,在多遇地震作用下,楼板主拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值,楼板不会开裂,在设防地震作用下,应力集中位置楼板主拉应力略大于混凝土抗拉强度标准值,但适当加大楼板配筋,即可满足楼板内钢筋不屈服。在设防地震作用下,利用SATWE进行弹性设计和不屈服设计,分别校核悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱的箍筋和纵筋,并与多遇地震计算结果一起进行包络设计。计算结果表明,配筋值均在合理范围,配筋切实可行。通过以上性能化设计措施,在对结构的经济性影响较小的情况下,提高了结构的抗震性能,增加了建筑的安全性。(3)上部结构设计针对偏心布置和扭转不规则,设计时,尽量使结构抗侧力构件在平面布置中对称均匀布置,避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏离;加强构件的刚度,增强结构的抗扭性能。计算时,考虑偶然偏心的影响,设计时适当加强受扭转影响较大部位构件的强度、延性及配筋构造。通过调整结构布置,将考虑偶然偏心下的最大位移比严格控制在1.4以下,第一扭转周期和第一平动周期比严格控制在0.9以下。针对立面收进带来的扭转不利影响而采取的抗震措施详第(1)条。构造上,对收进楼层(4层)加厚至140mm且双层双向加强配筋,配筋率不小于0.25%,但为减小大跨部分楼板自重,室内大跨度区域楼板厚120mm,屋面大跨度区域楼板厚130mm,收进部位上下层楼板(3层和5层)厚度不小于120mm,并双层双向加强配筋。根据《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》的相关规定,体型收进部位上、下各两层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级,框架柱在此范围内箍筋全高加密,提高纵筋配筋率;收进部位以下两层结构周边竖向构件配筋加强。针对因开洞形成楼板不连续情况,整体计算时按实际开洞情况建模,并将以上楼层定义为弹性膜,以考虑楼板不连续对结构的影响;同时,构造加厚连廊等薄弱区域楼板至130mm厚,并双层双向配筋,配筋率不小于0.25%。 5结语 本文对某超限高层商业楼的结构设计进行了简要介绍,主要的设计要点可总结如下:(1)结合建筑功能和结构布置合理设缝,规避平面布置的不规则;(2)优化布置结构抗侧力构件,适当加强外圈构件的刚度,提高结构的抗扭性能;(3)采用两种软件进行多遇地震弹性分些,结构应满足相应的强度和刚度要求;(4)对结构进行多遇地震下的弹性时程分析,验证结构体系的合理性,并与振型分解反应谱法进行包络设计;(5)补充罕遇下的静力弹塑性分析,控制性能点层间位移角不大于规范要求;(6)根据工程的具体情况,提出合理的抗震性能化设计目标;(7)利用概念设计原理,结合规范要求,对薄弱部位进行构造加强。 作者:黄均亮 单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司 建筑结构设计论文:高层居民建筑结构设计论文 1高层居民建筑断肢结构墙结构的概述 建筑设计在进行高层居民建筑墙建筑时,在建筑断肢结构墙之前,必须满足以下的几个条件:一方面,在对结构墙进行地震设计时,应该确保断肢结构墙所承担的最低层振底部地震的破坏力不能超过种地不的一半;另一方面,对于断肢结构墙的下限,在断肢结构墙数量较少的情况下,如果不能满足底部地震抗拒力,应该把断肢结构墙当作一般结构墙来进行设计;最后,如果在结构墙的结构中,只存在少数的小墙枝,设计时应该对小墙枝进行一半的结构墙处理。 2高层居民建筑短肢结构墙的结构设计 对高层建筑断肢结构墙进行结构墙的设计之前,首先要对建筑的整体的结构墙进行设计规划,以确保合理、足够长度的长肢结构墙与短肢结构墙共同构建高层建筑。设计师在进行设计时,应该对短肢墙进行异形柱的设计,也就是断肢结构墙的变形特征框剪结构。设计师在经过准确的计算以及测量后,仅仅只有结构墙的结构形式符合短肢架构墙的条件而且应该将结构墙的参数设定为段式结构强的标准参数。由于是在居民建筑房间的间隔墙教会胡设置成断肢结构墙,因为是依据建筑间隔墙的位置进行规划设计所以断肢结构强对建筑产生不了阻碍。在短肢墙输两天不变的情况下,应该根据建筑结构的抗压力进行确定。不要把断肢结构墙设计的过多或者过少,这样都会使建筑变得太过软或硬,要坚持适度的原则,而且短肢墙的布置要均匀,以保障建筑结构钢心与质心相统一。在某些情况下,往往会出现高层民居进驻负荷过重或者是造型不规则的情况,断肢结构强应该被设计在平面之外的边角或者是建筑结构的周边,进而使建筑架构的整体性稳固,保持结构刚度的适度。另外,应该保证墙肢的厚度薄厚适宜,使间隔墙的表面没有突出的墙肢。最后,设计师要按照高层居民建筑平面抗侧刚度的标准,设计适合的中心剪力抢在高层建筑结构构中。 3高层居民建筑短肢结构设计中的要点 3.1对短肢墙的轴压比进行合理的控制 现阶段,在进行建筑设计的过程中,如果短肢结构墙在负荷的作用下,小偏差的条件下,说明短肢结构墙的延性交差,如果是大的偏压就是在大的轴压的情况下。因此,在进行施工建筑时,要特别关注混凝土的约束力以及裂缝情况。 3.2提高短肢结构墙的抗震性能 高层居民的建筑结构中,建筑的外边缘、角点的短肢结构墙的抗震性能相对较弱,在地震来临的时候就会遭到破坏。在高层短肢结构发生变形时,结构墙原有的变形就会得到加剧,进而导致墙体的裂缝。在进行设计的时候,设计师应该着重注意短肢结构的结构性能,采取科学合理的措施进行有效的防范。比如:设计师应该减少高层建筑边角周围短肢结构墙的轴压比例,增加钢筋的配筋率,适当的对小墙肢的抗震能力进行加强,以保障建筑结构的安全与实用。 3.3正确判断短肢结构墙结构内梁的属性 在短肢结构墙的墙梁设计过程中,假如墙开洞时墙梁的跨高比小于五,应该依据梁的实行对梁进行设计。在墙梁跨高比大于五的情况下,应该依据框架梁进行设计。因为高层家主结构的整个刚度以及抗侧度都是受到短肢墙墙梁的刚度影响的,因此,有关短肢墙梁的截面选择、梁的配筋以及设计都必须科学合理,进而提高建筑结构抗震性能。在高层居建筑短肢结构墙的结构设计中,建筑设计师可以对短肢墙的刚度进行适当的减少,使短肢墙的设计符合梁截面的要求,以保障短肢结构墙结构的稳定性与安全性。 4结语 综上所述,在城市现代化进程日益加快的今天,高层居民的建筑技术越来越高端。现阶段,为了满足居民对高层建筑强度现代化作用要求,建筑设计师应该采用短肢结构墙的结构设计方案。在进行高层居民建筑墙设计的过程中,建筑设计师应该在充分利用科学信息技术的前提下,不仅仅要做好对短肢墙的轴压比进行合理的控制、提高短肢结构墙的抗震性能、正确判断短肢结构墙结构内梁的属性等工作,而且要紧跟时展的步伐,明确人民群众对房屋建筑的需求,顺应社会发展的潮流趋势不断的对高层居民建筑短肢结构墙的结构设计技术进行改革与创新,进而在保障建筑质量安全的前提下,满足人民群众对建筑的居住要求。 作者:于毅 单位:湖北省建科建筑设计院 建筑结构设计论文:剪力墙建筑结构设计论文 1.剪力墙建筑结构设计中的基本概念及其分类 1.1剪力墙结构设计的概述 通常来说,一般剪力墙结构的建设规模较大,可实际厚度较小。因此,这种特点也决定了剪力墙结构的具体形状以及承受能力的大小。其中,剪力墙结构的组织形状相似于板状,自身具备了较高的承受能力,与柱子的受力程度非常相似。然而,在其他方面上,这两者有着十分明显的差异。并且,剪力墙结构是建筑结构中不可或缺的优秀部分,设计人员在对其进行设计时,不仅要充分发挥剪力墙结构固有的承载力大和平面内刚度大的优点,还应该按照不同场所要求,设计出科学合理的剪力墙结构设计方案,使其发挥最大化的使用性能。 1.2剪力墙结构的分类 (1)虽然实体墙与截面剪力墙在某些方面,有着较大的差异。可是,这两者的开通面积与不开通面积是基本相同的。并且,这种剪力墙结构形式在发生变化时,也是呈现了曲线状态,是一种固定不变的形态。 (2)即使剪力墙开口不大,但因为剪力墙开通面积已经远远超出了规定范围。所以,此时的剪力墙结构呈现的是弯曲状态,并且无任何的阻挡点,从而导致其位置和形态均发生了不同程度的变化。 2.剪力墙建筑结构的厚度和长度的选取 剪力墙墙肢截面的高度就是剪力墙墙肢的长度,这个长度一般不应超过8m。在剪力墙结构设计中应确保剪力墙结构的延性,为了避免脆性的剪切破坏,可将高宽比大于2的细高剪力墙设计成弯曲破坏的延性剪力墙。但是有的墙体长度很长,为了确保墙体的高宽比值大于2,就要采取开设洞口的方法将长墙分成均匀的、长度较小的连肢墙,而其洞口则最好采用约束弯矩比较小的弱连梁。 3.剪力墙建筑结构设计计算的原则 设计人员在对剪力墙结构进行设计时,应该遵守相应的设计原则,真正做好考察工作,坚决不可以采用盲目的设计方法。只有这样,才能确保剪力墙结构设计的规范性,这也是保证建筑结构安全可靠性的重要表现。 3.1楼层之间最小剪力系数的调整原则 一般情况下,为了防止安全隐患的发生,减轻建筑结构的自身重量,设计人员在对建筑工程进行设计的过程中,可以采用减少剪力墙布置的方法。但是,这种设计形式有一个必要的前提条件,那就是短肢剪力墙的力矩必须保持在规范的标准要求内。同时还可以应用大开间的剪力墙结构,以此来提高建筑结构的强度,充分保证楼层剪力系数的安全性,并从一定程度上,大大降低了工程造价成本。 4.剪力墙结构优化设计的几点建议 我们知道,剪力墙结构作为建筑结构设计中至关重要的一个环节,其设计质量的好坏将会对建筑工程建设质量产生非常大的影响。而这种建筑结构形式因为具备较高的强度以及良好的延展性的优点,因此得到了十分广泛的应用,充分发挥了自身的有效价值。但是,在实际应用过程中,由于建筑工程存在很多的不确定性,当剪力墙结构发生明显的变化状态时,常常会受到一些外力因素的破坏,使得剪力墙结构的抗震性能遭到了一定的影响,同时也大大降低了建筑结构的稳定性。一般情况下,剪力墙结构最大的优点是具备了十分理想的承载能力。并且,在剪力墙结构的侧面部分,也拥有着较大的平面内刚度,这就充分保障了建筑物的安全性。另外,在建筑内部的剪力墙结构设计中,石柱与房梁都是隐蔽起来的,有效的提高了建筑室内的美感。但是,剪力墙结构也存在着较大的缺陷,无法为人们提供更多的可利用空间,经常会给人们的日常生活造成许多的不便。通过相关调查数据表明是刚韧性较强的剪力墙,在地震发生时,房屋所受到的损坏是最小的。但是,建筑设计人员一定要注意将其控制在合理的范围内,不允许其随意的扩散发展。从而确保剪力墙结构设计工作的质量和效率。其次,由于剪力墙结构成本费用较高,这无疑会对建筑工程建设成本上造成一定的压力。因此,建筑企业要采取及时有效的解决对策,尽可能减少工程成本的浪费,促剪力墙结构能够正常运行。 5.结束语 综上所述,可以得知,剪力墙结构在建筑结构设计中占据着重要的地位,对于建筑物整体结构的安全稳定性起到了重要的作用。因此,建筑企业要高对重视剪力墙结构问题,不断优化剪力墙结构设计方案,逐步提高剪力墙结构设计水平,相关设计人员要充分做好现场施工的勘察分析工作,根据实际的施工情况来制定最终科学合理的剪力墙结构设计方案,加强对剪力墙施工质量的监管力度,建立完善的施工管理体系,注重对施工人员安全意识的培养,使其能够严格按照规范的操作流程进行施工作业,确保建筑物整体的使用质量,从而促进我国建筑行业的蓬勃发展。 作者:邵杰 单位:哈尔滨市建筑设计院 建筑结构设计论文:建筑结构设计煤炭工业论文 1煤炭工业矿井建筑结构设计的重要性 煤炭工业中的建筑是煤矿生产需要配置的设施,具有多方面的用途,对结构建筑的设计能够在综合建筑各方面需要的同时强化建设的合理性,使煤炭工业建筑的综合效应达到最大化。建筑的实际建设完成,必须有整体的规划,结构设计既起到了对建筑的规划作用,并实现了与煤炭工业特点的结合,使建筑与工业相适应,增强建筑的价值体现。通过设计方案的对比,形成最优设计方案,能够降低建设成本,在性能上也更加有技术保障,同时各项建筑指标的达成,也确保了建筑的安全性,满足了煤炭工业的生产要求。随着煤炭工业的现代化发展,煤矿生产方式不断发生新变化,煤炭工业建筑理念也在不断更新,建筑结构设计能够及时运用最新的理念,加以体现到具体的施工建设当中,确保煤炭工业建筑的现代性,使其适应生产,保障矿区的人身安全和财产安全[2]。 2煤炭工业矿井建筑结构设计中的改进措施 煤炭工业中的建筑结构设计必须体现安全性,因而其设计要求较一般的建筑设计高出很多,同时由于以往建筑设计对功能、安全等指标的过于注重,而忽视了其他方面的考虑,使得设计上存在一些问题,需要在具体设计中加以改进,以实现更高的发展要求。 2.1明确建筑结构设计指标,建立标准模型 煤炭工业建筑设计的成型由各项具有重要作用的指标数据决定,这也是在设计中的重要参考依据,对设计方案的最终完成有着重大影响[3]。建筑设计的各项参数包括目标参数、控制参数等的设定都要结合煤矿的实际情况,将波动幅度小的参数选择出来,作为指标形成参照标准,能够在设计中更加精准地得出与目标参数相符的数据。在设计中,建筑材料以及结构构件尺寸、面积等指标需要在建设前设定出来,对各项参数前处理。相似的函数应当设计多组,以便在比较中找出最优化的方案。通过函数分析煤炭工业建筑结构的性质,为工程建设最大限度地节省了时间、材料等。同时,建筑结构的稳定安全性与使用年限等的硬性规定,设计要权衡约束条件,结合力学等科学确定架构的刚性、结构形变限度等,确保符合规定标准。当设计各项重要指标都确定之后,以此为参考建立标准模型,使结构设计更加直观化,有助于煤炭工业建筑的最终建设。 2.2综合计算数据,选择最佳设计方案 煤炭工业的建筑结构设计除了庞杂的数据确定外,还设计多项计算程序的运行,这也是改进设计的一个重要环节[4]。由于煤炭工业建筑要求高,变量复杂,多种设计条件在其中需要综合考虑,因而对其进行数据的计算,以实现建筑建构的精确化。在计算当中,结合实际需要,采取不同方法对数据进行演算,转化约束条件,节省时间,恰当的计算方式能够推动程序的最优化,使其用途更加齐全,运行更加高效,多个小程序的有机组合,形成程序的综合化,使结构设计更有保障。通过程序的运算,结合计算结果,在模型的矫正下,根据现实要求,选择煤炭工业建筑结构设计最佳的方案。通过对这个方案进行可行性的评估以及安全性等的结合,进行具体实施建设。同时,在以往建设中对煤矿建筑美观因素考虑不足的具体情况下,将外观等参数置入计算当中,在方案中加以体现,从而提高结构设计的人性化。 2.3综合分析计算结果,保证结构设计质量 由于在结构设计中参数的复杂性,导致计算结果也多样化,主要的设计人员要将计算结论加以统计,进行综合分析,通过各个设计方案优劣的比对,形成科学的认识[5]。在此基础上,从多个角度抓住方案细节,分析异同点,避免因疏忽而遗漏了关键点,致使出现结构设计的漏洞。煤炭工业的建筑建设是一项综合的工程,需要动用大量的资源,因此,设计上必须精益求精,在考虑节省成本的同时,对建设技术也要相应地加以改进。通过对数据计算结果的综合分析,设计方案的比对,消除了建设中的各项弊端,使结构设计更加趋于科学性,从而保证了建筑结构设计的质量,为设计的优化提供了重要的保障。 3结语 煤炭工业的建筑结构设计需要科学地综合建筑的多项指标,考虑煤炭工业生产的许多因素,因而在设计上要保证其合理性,应当加强在设计过程中对各项数据指标的精确化处理。结合力学、建筑学等多种学科知识,将现代化建筑设计理念运用其中,在首要考虑安全性的同时,加强煤炭工业建筑结构设计中其他功能价值的置入,能够推动煤炭工业建筑的健康发展。同时,随着工业生产的深刻变化,建筑结构设计的人性化要求日益强烈,在当前的煤炭工业建筑上,应当加强新理论的指导,最大限度地带动煤矿建筑朝现代化转变。 作者:马路滨 单位:山西晋煤集团勘察设计院有限公司 建筑结构设计论文:工业建筑结构设计优化论文 [摘要]随着我国社会主义现代化建设的加快推进,社会生产力也得到了飞速发展。在现代工业体系中,工业建筑的结构是直接影响工业生产力的关键性因素。不断增长的生产力对工业建筑结构的工艺布置、工艺流程提出了更高的要求。同时,随着职业卫生安全体系的不断健全,工业建筑在保证生产过程平稳运行的同时还要保证工作环境的安全性与舒适性。这些全新的理念对原有的工业建筑结构设计水平带来新的发展机遇的同时也带来了新的挑战。如何优化工业建筑结构设计,让生产工作安全、高效运行的同时满足现代社会发展理念,成为了工业生产部门思考探索的重点问题。 [关键词]现代工业体系;工业建筑;结构设计;优化设计 工业建筑是维持工业生产安全平稳进行的重要保障,工业建筑的结构设计对于企业来说至关重要。工业建筑结构在很大程度上决定着企业的生产、管理效率。工业建筑结构的合理性缺失必将导致企业增加生产运营成本,无法有效的利用人力物力,使企业发展陷入困境。好的工业建筑结构应该综合企业的生产模式、工艺流程、设备选型、管理方式等,针对企业自身的特点进行结构性优化,实现生产环节的最优化设计,从而降低企业生产运营成本,提高企业利润率。 1工业建筑结构设计 工业建筑结构设计应秉承安全性强、建设成本合理、结构质量高三个基本原则,并严格按照国家的规范标准,结合企业自身生产模式、工艺流程、设备选型、管理方式等进行系统化设计。首先,根据企业对建筑强度的要求,合理选择钢材型号。选用钢材必须通过国家质量检测体系的认证,确保钢结构的强度与质量。在合理选用钢材型号的同时,对钢结构进行防腐防锈处理也是保障其刚度及强度的重要措施。根据所选的钢材型号,对建筑结构进行系统的应力分析,选择对应的焊条,保证其焊缝的结构强度。同时也不能忽视结构附件的性能要求,应按照实际需求及相关规范进行选型配备。此外,还应格外注意对地基的处理,根据建筑结构进行针对性的地基处理,确保工业建筑结构的稳定性与抗震等级要求。 2工业建筑结构设计的优化 2.1工业建筑结构设计优化概念 现代工业建筑结构设计优化概念较之以往有很大不同。与传统工业建筑结构设计优化只重视建筑结构的分析、设计相比,现代工业建筑结构设计优化更加注重对生产模式、工艺流程、设备选型、管理方式等进行多方面多角度综合评价、分析,权衡性能、成本、结构、舒适度等多方因素,确立科学、合理的工业建筑结构设计方案。通过对工业建筑结构设计进行最大程度优化的方式,达到有效提高企业生产效率、管理效率,降低企业生产运营成本,提高企业利润率的目的。 2.2工业建筑结构设计优化中存在的问题 结构优化与建筑美学的矛盾在当前工业建筑结构设计优化过程中尤为突出。通常在结构设计中很难做到对结构强度、建筑性能、实用性与现代设计理念、建筑美学兼顾。过多关注设计理念与建筑美学的优化,会造成设计方案对结构布局、工艺流程的考虑不足,使得优化方案缺少实用性,对工业生产的提升效果不明显,很难得到企业的认可。另一个主要问题是工业建筑结构设计方案中工程造价优化与结构强度优化的矛盾。钢结构的设计除了要保障刚度、强度的同时还要做到兼顾经济合理性。如何在保证设计要求的情况下尽可能优化结构工程造价、减少钢材使用量,也是设计人员在工业建筑结构设计优化中主要考虑的问题。 3工业建筑结构设计优化的探讨 3.1建立工业建筑结构设计优化模型 科学、合理的开展工业建筑设计优化工作离不开一个好的结构设计优化模型。在工业建筑设计优化过程中,针对重点变量进行函数模型的建立,对多种结构参数进行模拟、分析。函数模型的建立与运用有助于实现设计参数的最优化,从而根据实际需要,找出最科学的优化方案。在工业建筑结构优化模型的建立中,针对工程的基础结构、屋盖系统、围护结构三个重要方面进行重点优化,对其进行选型分析、受力分析、工艺分析、造价分析等全面评价,确保优化方案的有效性。工业建筑结构设计优化模型构建的重点在于确定参数变量,根据约束性条件与结构设计的主要影响因素确定模型中的参数内容。参数内容确定后,应根据企业对工业建筑结构设计的优化目的与优化方向选定合适的函数模型,确定最终的优化方案。 3.2完善工业建筑结构设计管理体系 在工业建筑结构设计优化中,常因为缺乏指导性的优化理念与量化标准,使得结构优化方案有很大的变动性,并对设计管理与施工管理造成不利影响。为了保障工业建筑结构设计优化工作的有效进行,满足现代工业建筑结构设计优化的需要,必须完善与之相匹配的管理体系,建立专业的指导思想与量化标准。对工业建筑结构设计的优化活动进行有效的管理与评估,采取针对性措施对优化进行规范管理,根据相关标准规范与思想理念对设计人员的工作进行指导和考核,实现对工业建筑结构设计优化的质量控制。 4结语 工业建筑的结构设计是一项专业性强、内容复杂的工作,对设计人员的专业素养与综合能力都有着很高的要求。必须充分结合企业自身特点,综合考虑生产模式、工艺流程、设备选型、管理方式等进行多种因素,对设计方案的性能、成本、结构、舒适度、建筑美学等多方面进行科学合理的取舍,选择合适的参数变量,根据优化方向针对性选择函数模型,确立科学合理的参数内容,做出最佳的工业建筑结构设计优化方案,实现设计的最优化。 作者:李雷 单位:山东省冶金设计院股份有限公司 建筑结构设计论文:装配式建筑结构设计论文 1装配式建筑概述 装配式建筑是指用预制的构件在工地装配而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快,受气候条件制约小,节约劳动力并可提高建筑质量[1]。装配式建筑最初出现于上世纪初期,并不需要现浇作业,只需要现场装配即可,同时,这种建筑中的构件成本并不高,性价比也很好,且带有绿色建筑特点。在生态环境保护备受重视的今天,装配式建筑因具有绿色环保特征,受到人们的青睐。 2装配式建筑结构体系 2.1种类划分 对于装配式建筑来说,拥有多种类型,按照形式划分有剪力墙形式、框架与优秀筒形式、框架与剪力墙形式等;按照高度划分有多层混凝土式、高层混凝土与低层混凝土式[2]。在我国应用最多的装配式建筑结构形式为剪力墙结构,但在商场等建筑项目中多采用框架式。 2.2抗震性能 在自然灾害频发的今天,任何建筑最重要的一点莫过于具有良好的抗震性能。通过研究可以发现,装配式混凝土建筑结构大致可以分为两种,一种是全装配式;另一种是半装配式,无论哪种装配形式,其装配程度的高低不会影响到建筑整体刚度,能够影响结构刚度的只有受力构件刚度与节点刚度,如果它们的刚度不达标,那么在地震等自然灾害发生以后,建筑使用者的安全将受到极大威胁,因此,应提升受力构件与节点刚度[3]。同时,在装配式建筑中有多个节点形式,不同结构刚度所带来的影响也不会不同,尤其是抗震性能存在一定差异,所以,在装配式建筑结构体系设计过程中,应加强与现实情况的联系,提升建筑结构的抗震性能。 3装配式建筑结构设计 3.1框架结构体系设计 对于装配式建筑框架结构体系来说,在我国商场建设中应用较多,也是应用力度较大的装配式建筑结构。之所以采用这种结构体系,主要是由于该体系质地相对较轻,便于运输,同时它属于综合性能相对较好的高层框架。在利用框架结构体系的过程中,无论是叠合板还是合梁都会在工厂内部完成,然后利用运输设备将这些框架运输到施工场地,再在现浇处理节点或梁端键槽等方式的作用下完成下一阶段的设计。为提高框架结构体系装配式建筑的受力能力,在实际设计中还需要关注以下几点问题:一,强度等级控制。无论是柱混凝土还是预制框架柱底的强度等级至少要达到C30左右;二,平面设计原则。在设计梁柱中心线的过程中应做到竖向平面相同,且呈现对齐形式,在纵向上也要以对齐为主;三,预埋件的处理。对于框架结构体系设计来说,预埋件属于不可缺少的一部分,所以,在实际设计过程中应保证处于不同区域的预埋件能够很好的连接在一起,无论是承受轴力还是剪力都处于良好状态。 3.2剪力墙结构体系设计 剪力墙结构体系在我国居民保障住房中的应用较多,在设计这种结构体系的装配式建筑时,可以根据需求与工厂实际情况选择剪力墙结构,既可以是半预制式,也可以是全预制式,无论哪种形式都能满足设计需求。为确保装配式建筑结构质量,满足使用需求,应关注以下几点内容:一,设计好承重墙板。承重墙是装配式剪力墙结构体系设计中不可缺少的一部分。为做好承重墙设计,保证建筑质量,需要将承重墙搭建在两侧的山墙上。同时,做好内力计算结果与抗侧力设计。此外,在结构竖向抗侧力设计的过程中,应保证现浇方式能够将竖向主承力钢筋浆锚与连接带组合在一起,并做好抗震设计与连接设计,以便提升建筑结构的整体性,避免出现中断的情况;二,控制好钢筋直径与强度。在剪力墙结构体系设计中应保证各个预制构建间的连接性处于良好状态。在实际设计的过程中不仅要确保传力良好,还要提高构造的可靠性。如果发现该结构的抗震能力较差,应适当提升钢筋直径与强度;三,注意与现场吊装环境的联系。对于剪力墙结构体系来说,如果在设计中采用的是分块设计,那么在实际设计中应注意与现实情况的联系,如房间构造、拼接位置等。对于竖向接缝的部位,应做到避免应用到暗柱中,且尽量避免在同一个建筑结构中应用多个构件。此外,在实际设计中应严格按照相关要求操作,做好验算,避免出现配筋变形等情况,只有这样才能保证设计合理,满足人们实际需求。 4结语 通过以上研究得知,装配式建筑是现代建筑中应用较多的一种形式,它不仅可以降低劳动强度,还有利于生态环境保护,但不同的装配式建筑在结构体系与设计上的方式并不相同,注意要点也存在差异,因此,本文联系实际情况,分别对框架式装配式建筑与剪力墙装配式建筑的结构设计进行了研究,希望能为相关人士带来有效参考,加大装配式建筑在我国的设计与应用力度。 作者:黎静 单位:青岛博雅置业有限公司 建筑结构设计论文:建筑结构设计工程造价控制论文 摘要:工程造价控制是以提高建筑工程项目资金投入合理性的有效措施,是降低建筑投资成本的关键,而很多建筑工程中对工程造价控制方面的重视度还不够高,尤其是在建筑结构设计中的工程造价控制更是存在忽视的态度,进而导致工程造价控制管理过程中问题层出不穷,如:实际施工项目使用资金与工程造价设计不符,严重超出的情况,最后导致建筑工程资金投入过高,浪费情况普遍,影响到建筑企业的发展,基于建筑结构设计的工程造价控制进行研究。 关键词:建筑结构设计;工程造价控制;变量问题;控制措施 从建筑结构设计工程造价控制方面来分析,该阶段的工程造价控制对整个建筑项目工程造价控制的影响非常大,可以说结构设计的影响已超出总工程造价的50%以上;而从建筑结构设计周期来分析,其阶段的设计周期仅占总工程建设周期的20%,可见建筑工程结构设计阶段对总工程造价的影响有多大。就现阶段建筑工程结构设计的工程造价来看,值得建筑企业相关部门给予高度重视,并采取有效的控制措施,以保证建筑结构设计工程造价合理。 1建筑结构设计的工程造价 1.1建筑结构设计、工程造价基本概念。一个完整的建筑工程项目,前期工程规划以及结构设计环节非常重要,是整个工程项目施工的围绕优秀,从建筑结构设计中能够充分显示出施工技术与工程造价之间所存在的关系,并予以有效的施工方案实现施工顺利、成本合理的目的,这样对工程造价来说也能够提高控制能力。建筑结构设计的主要目的就是以满足建筑方案要求,确保建筑项目整体设计合理,以达到建筑工程竣工后安全可靠、经济适用的目标,促进建筑企业可持续发展。建筑项目工程造价是指整个建筑工程施工、决策、设计等各环节投入成本的总额度。1.2建筑结构设计与工程造价之间存在的影响关系。工程设计的过程实际上就是将建筑工程中技术与经济两个元素从对立的走向转变成统一走向的过程,目的是以提高建筑工程技术能力的同时,降低建筑工程施工成本的投入,在以保证质量的基础上实现经济效益的提高。建筑工程项目中的各个成本投入环节非常多,在经过合理规划后,并取得决策确认,就可以作为控制建筑工程施工质量与工程造价的重要依据,因此,建筑结构设计的合理性、科学性非常重要。经过多年对工程造价的了解与分析,工程结构设计与工程造价之间的影响关系非常明显,以达到百分之五十左右的影响率。可见建筑结构设计对工程造价好坏的影响非常大。 2建筑结构设计阶段工程造价难以控制的变量问题 2.1工程造价机构配置不合理所引起的变量问题。就当前建筑项目设计中,结构设计环节至关重要,相应的工程造价结构配置也需要具备科学性与合理性,而现阶段,在建筑工程结构造价控制机构配置不合理已成为影响总工程造价的直接因素之一。在建筑工程项目中,造价管理部门与其他管理部门处于平等关系,甚至还有很多建筑工程中对工程造价部门的存在不够重视,并没有设立专门的管理与执行部门,因此在工程造价管理过程中,由于权限与独立性问题、部门地位问题、结构配置不合理问题导致造价管理工作中存在的各种问题居多,就拿独立性问题来说,直接影响数据的准确性,极容易发生后续工程造价的问题与误差,导致资金投入过大,浪费情况居多,不合理利用成本现象普遍,最后导致工程资金投入加大的问题。2.2控制造价环节缺乏执行力所引起的变量问题。执行力是一个任务是否能够有效完成的关键,在建筑工程造价控制过程中,其相关部门的执行力也一样重要,而现阶段在很多建筑工程项目中造价控制与管理的执行力严重缺乏,部分建筑企业对造价控制的重要性不够了解,也没有意识到造价控制的执行力会直接影响到总工程造价的结果。因此在建筑工程造价控制措施上仍是以传统的方法为主,不具备科学性,造价控制管理人员对工作的态度也不够认真,造价控制数据的准确性也有待审核与验证,进而造成资金使用不合理的情况发生。2.3缺乏准确的目标所引起的变量问题。在建筑项目结构设计环节中工程造价过程缺少一个明确的控制目标已成为影响工程造价控制重要因素,没有明确的目标就意味着工程造价控制处于盲目的状态中,这是一种级不负责任的问题。这个问题的具体表现是施工企业在确定设计阶段工程造价的目标时,不根据实际的情况来制定目标,不能形成一个有机地整体,对工程造价目标的一致性十分不利,降低后期施工工作的完成效率。 3实现建筑结构设计阶段工程造价控制的具体措施 3.1制定一个明确的工程造价控制目标。通常情况下,建筑设计阶段的工程造价的控制目标一般是采用制定方案的初步估算来制定所谓工程造价控制阶段的初步目标,对于包含具体技术设计的建筑工程将使用初步设计概算作为建筑结构设计阶段工程造价控制的目标,对于没有具体技术应用的建筑则可以不经过修改直接将初步设计概算作为工程造价的控制目标。3.2完善建筑结构设计阶段工程造价控制制度。完善的建筑结构设计阶段工程造价控制制度是有效实现建筑结构设计阶段工程造价的关键因素,要建立完善的建筑结构设计阶段工程造价控制制度需要保障已经制定的工程造价控制制度要完的工程造价控制的绩效评价体系,提升整的执行下去,其次要建立一套合理性工作人员的工作积极性,做到奖惩分明,最后是要明确建筑结构设计阶段工程造价控制的各阶段的目标和具体责任人,明确的目标和职责是工程造价控制工作的重要前提,也是提高建筑结构设计阶段工程控制的最有力的保障。3.3合理选择建筑设计阶段工程造价的控制方法。科学合理的工程造价控制方法是保障建筑结构设计阶段工程控制的关键因素,当前应用最广泛也是最有效的工程造价控制方法是采用价值工程的数据信息来对工程价值的工作内容进行科学分析,并使用限额设计的方式实现建筑结构设计阶段工程造价控制的规范化。尽管限额设计的方法对工程造价的控制产生了一定的作用,但是该方法在设计阶段的方案的制定和施工管理以及设计概要等方面还存在较大的局限性,在实际应用中会出现一些不合理或者运算错误的地方,要及时的发现并解决,以保证工程造价控制方法的合理性。3.4实现建筑结构设计阶段的工程造价的数字化。科学技术是第一生产力这句话十分适用于建筑结构设计阶段工程造价的控制,科技的进步带动了建筑结构设计阶段工程造价的控制方法数字化的发展,当今社会先进的网络计算机技术的发展更是为工程造价的控制带来了无限的上升空间,要合理使用现在互联网中庞大的信息资源,建筑结构设计阶段工程造价的控制的数字化发展是未来工程造价控制发展的必然趋势。设计研究专门的工程造价控制的计算机软件仍是提升工程造价控制方式数字化发展的重要方法。数字化条件下的工程造价控制必然会提高工程施工中的管理质量和控制效率。 尽管各大施工企业都具备比较完善的工程造价的控制方法,但是在具体的实施过程中还是会发生一定的问题,要加强行业交流和技术水平的探讨,取长补短,全面提高工程造价控制措施的科学性,促进建筑业的可持续发展。 作者:聂鸿魁 单位:秦皇岛维拓建筑设计有限公司 建筑结构设计论文:高层建筑结构设计课程教学改革论文 摘要:高层建筑结构设计课程教学内容的选择与组织,应以应用型人才能力培养为目标,理论与实践并重,并注意兼顾不同学习基础的学生。根据该课程实践性和操作性强的特点,教学中教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线,整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学,将“教、学、做”有机结合起来;要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升,广泛开展探究性学习和协作学习;应做到教师讲授、学生自学、课堂讨论相结合,课内学习与课外学习相结合,理论教学与实践教学相结合;应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践,从而不断提高学生的实践应用能力。 关键词:高层建筑结构设计;教学内容;教学方法;教学手段 高层建筑结构设计课程的教学内容涉及混凝土结构、结构力学、结构抗震等知识的综合应用,作为培养从事土木工程设计、施工、预算、招投标工作的高级工程技术人才的土木工程专业,一般将高层建筑结构设计课程设置为一门专业限选课。土木工程专业毕业生的就业方向主要有结构设计、工程施工技术管理、预算和招投标等岗位,这些工作岗位都与高层建筑结构设计具有密切联系。土木工程结构设计岗位的主要工作内容已由多层建筑设计转变为高层建筑设计;从事土木工程施工管理工作,必须掌握高层建筑结构的识图与读图等知识,清楚高层建筑中哪些是主要受力构件,哪些是构造构件,在施工过程中遇到一些简单的高层事故应如何处理,等等,这些都有赖于该课程的学习;土木工程预算和招投标管理工作中大量的分析计算都要靠计算机来完成,要求工作人员要在看懂图纸(很多是高层建筑图纸)的基础上建立分析模型,做到不多算、不漏算,这也有赖于该课程的学习。工程专业开设该课程的意义由此可见。但是,由于种种因素的影响,目前该课程教学中还存在不少现实问题。鉴于此,本文拟从教学内容、教学模式、教学方法、教学过程等方面探讨高层建筑结构课程的教学改革问题,希望能为该课程教学质量的提高提供参考。 一、课程教学内容规划 随着我国经济的发展,土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高,企业欢迎的是具有完备知识结构又具备较强工程能力的人才。高层建筑结构设计课程涉及很多计算,教学内容十分丰富,但该课程的学时往往十分有限,因此,合理选择教学内容就显得尤为重要。该课程教学内容的选择应以应用型人才能力培养为目标,理论与实践并重,并注意兼顾不同学习基础的学生。土木工程专业一般将该课程安排在大学四年级第一学期,主要内容包括绪论、高层建筑结构的体系与布置、高层建筑结构的荷载和地震作用、高层建筑结构的计算分析和设计要求、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架―剪力墙结构设计、高层建筑地下室和基础设计等,与先修课程混凝土结构、混凝土结构与砌体结构、基础工程、工程结构抗震等有紧密联系,也存在一定的内容重复现象。为了保持教学内容的系统性,教师处理与已开设课程重复的内容时,应做到“重复的内容讲差别,相似的内容讲典型,突出重点”[1]。例如:荷载计算部分的一些内容与混凝土结构课程的相关内容相似,按照相似的内容讲典型的原则,对该部分内容,教师应重点讲解高层建筑结构的风荷载计算(考虑风震系数),而活荷载计算可不考虑不利布置;框架结构设计部分的一些内容,与混凝土结构与砌体结构等课程的相关内容存在重复现象,按照重复的内容讲差别的原则,对该部分内容,教师应重点讲解在框架结构设计中如何调整位移比、周期比、轴压比、相邻层刚度比、层间位移角、层间受剪承载力比等高规参数;高层建筑结构基础设计部分的一些内容,与基础设计和基础工程课程存在内容重复现象,按照重复的内容讲差别的原则,教师可重点讲解高层建筑“筏板基础”“桩基+筏板”设计中的常见错误及其原因。 二、课程教学模式 在开设高层建筑结构设计课程时,学生已具备一定的专业技能,但综合能力还有待提高。采用多元化教学模式是近年来该课程教学的主要特点之一。根据高层建筑结构设计课程实践性和操作性强的特点,教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线,整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学,将“教、学、做”有机结合,着力体现应用性、实践性和开放性的课程理念。将“教、学、做”一体化的教学模式有机融入教学过程,有利于处理“懂”与“会”的关系,学生可以先懂后会,也可以先会后懂或边懂边会。此外,教师还可以把课堂搬进实验室、建筑设计院、工程施工现场等场所,广泛开展直观教学,实现课堂教学与实习实训的一体化,从而有效提升学生的综合能力。 三、课程教学方法与教学手段 高层建筑结构设计课程的教学环节分为课堂教学、PKPM软件应用、工程设计实践和考核[2]。以下从四个方面探讨该课程的教学改革。 (一)课堂教学 课堂教学应以讲解高层建筑结构设计的基本设计理论、抗震规范、高层混凝土结构技术规程等内容为主;要有明确的教学目标、有效的教学策略和具体的学习评价指标;要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升,广泛开展探究性学习和协作学习;要注意培养学生终身学习的观念,力促学生自主发展和可持续发展。在高层建筑结构设计课程教学中,还应做到课堂讲授、自学、讨论相结合,课内学习与课外学习相结合,理论学习与实践环节相结合[3]。第一,课堂讲授与自学相结合。教师在课堂教学中应重点讲授基本概念、基本原理和难点,并向学生指定课外自学的内容和思考题,以培养学生的自学能力,化解教学内容多而课时有限的矛盾。第二,开展课堂讨论,启发学生开展积极的思维活动[4]。大学生思想独立性强,思维灵活,喜欢独立思考问题。因此,在全班或小组内围绕一个问题开展讨论,让学生各抒己见,相互启发,有利于发挥学生学习的积极性和主动性,充分提高教学效果。如在高层结构选型内容的教学中,可让学生以某“高层设计采用哪种结构体系较合理”为题在班级范围内开展讨论,让学生在愉快的氛围下通过主动思考掌握高层结构体系的有关知识。就课堂讨论的方式来讲,教师可先提出问题,让学生在小组讨论的基础上,选出代表到黑板前陈述意见,这样既可活跃课堂气氛,提高教学效果,也可提高学生的表达能力。第三,课内学习与课外学习相结合。在每次课结束前,教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题。对于较抽象的教学内容,教师应组织学生开展课堂讨论或课外学习小组(宜以宿舍为单位)讨论。教师还可结合单元教学内容,组织开展以高层结构设计基本理论知识和常规应用为基础的小型竞赛活动,如PKPM建模大赛等,以锻炼提高学生的知识运用能力。第四,理论教学与实践教学相结合。笔者的调查表明,很多学生在学习过程中都感觉到“高层建筑混凝土结构技术规程”难以理解,难以联系具体工程实例;结构设计只是停留在单个构件上,不明确结构整体设计的思路。因此,教师在教学中应结合具体教学内容引入工程实例,通过对工程实例的详细讲解,使学生加深对理论知识的理解,提高应用能力。比如,对高层建筑常用的三种结构,即框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构,教师可借助实际工程项目,依次详细讲解抗侧力构件的布置、主要高规参数的控制、平面的布置、施工图的绘制,通过实例讲解使学生理清结构设计的整体思路,加深对规范条文的理解。需要说明的是,教师教学中选用的案例可以来自企业生产实践,也可来自教师指导学生完成的工程设计实践项目。教师指导学生进行工程设计实践(包括结构选择、结构建模、施工图绘制等),是提高高层建筑结构设计课程教学质量的有效手段。 (二)PKPM软件应用教学 PKPM软件应用教学的重点是理解和掌握高层建筑结构设计的基本过程,主要有以下三个教学步骤:(1)结构布置的讲解与练习。在此步骤中,要通过讲解和练习,使学生掌握运用PKPM软件建模的技巧,理解“抗规”关于结构平面和竖向布置的基本要求。结构平面布置要求平面形状简单、规则、对称、质心和刚心重合[5]30−31;结构竖向布置的要求主要是抗侧力构件沿竖向不突变等。(2)PKPM基本计算参数输入练习。在此步骤中,应要求学生按照相关要求,结合工程结构的实际情况输入PKPM相关参数,并理解基本风压、基本雪压、设计地震分组、抗震设防烈度、连梁刚度折减系数等参数的含义。(3)PKPM计算结果的分析判断和参数调整。在此步骤中,应指导学生通过对计算结果的分析,判断结构的周期比、位移比、剪重比、相邻层刚度比、轴压比、整体稳定是否满足要求,并对不满足要求的参数进行调整。 (三)工程设计实践教学 开展高层建筑结构设计课程实践教学,有利于学生强化工程概念和感性认识,激发学习主动性,提高创新能力。在工程设计实践教学中,教师可以组织学生分组参观调查当地已建高层建筑,了解其构型、结构体系、存在的施工问题等;可以让学生以小组为单位完成高层建筑的建模,如15层以下教学楼、办公楼、宾馆等框架结构的建模,20层以下住宅楼等剪力墙结构的建模,20层以下写字楼、公寓等框架―剪力墙结构的建模。 (四)课程考核 高层建筑结构设计课程的常规考核方法是笔试成绩与平时成绩相结合,但笔试成绩一般占总成绩的80%,这容易导致学生只重视理论而忽视实践,不利于学生应用能力的提高。该课程的考核应着重考核学生综合运用知识的能力,可采用笔试、上机操作、实践环节相结合的考核方式。其中,笔试成绩占总成绩的50%,试卷的制作可参考国家“注册结构工程师专业资格”考试;上机操作成绩占总成绩的20%,可以给定房屋建筑平面图和立面图,让学生在规定时间内运用PKPM软件完成满足结构设计规范要求的结构建模;实践环节成绩占总成绩的30%,内容包括考察报告的撰写情况、在分组建模实践教学中的表现等。 四、教学过程的组织 如前所述,在每次课结束前,教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题,其中预习的内容可以是参观现有高层建筑结构,调查了解其结构形式、结构设计、施工中存在的问题等,并形成文字。导入新课时,教师可用5分钟左右的时间了解学生的预习情况,并通过总结引出新课题。在讲授新课的过程中,教师应突出重点,把握难点,可按照理论讲授―例题解析―学生练习―归纳总结的步骤组织教学。如在讲解高层建筑的结构体系时,可先分述每种结构体系的概念,再举例分析典型的结构体系布置,然后让学生画出附近教学楼等高层建筑的结构,最后归纳总结常见建筑结构体系的选择。课堂讨论教学环节一般可采取学生自由发言与教师总结相结合的方式,而在安排有小组前期调研的情况下,应紧紧围绕小组代表的汇报发言开展现场提问。另外,教师在课堂教学中还应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践,以实现学以致用,不断提高学生的实践应用能力。例如,为了提高应用型技术人才培养质量,黄淮学院在其大学生创新创业园设置了建筑设计院校内实践基地,为土木工程、建筑工程等专业学生的工程实践提供了良好的平台,教师引导学生到这里结合教学内容参观实践,无疑能够有效地促进学生实现所学理论知识的内化和实践应用能力的提升。 作者:邵莲芬 单位:黄淮学院 建筑结构设计论文:土木工程建筑结构设计论文 摘要:土木工程结构设计是一个全面的建筑体系设计工作,需要通过扎实的理论基础,之后加入灵活的创新思维,以严谨认真的工作态度完成整个设计过程。土木工程设计过程中要保证设计的合理性、安全性。根据平时工作中的设计、建设经验来完成整个设计过程。我国目前的土木工程建筑结构设计在设计策略和设计安全性考量上还存在着一定的问题。本文根据现阶段存在的问题提出具有针对性的意见,使土木工程设计在合理性和安全性上更好的适应我国现代化发展的需求。 关键词:土木工程;结构设计;安全性 1土木工程结构设计概述 土木工程的结构设计在设计过程上大致可以划分为三个阶段,即结构方案阶段、结构测算阶段、施工图设计阶段。在结构方案阶段中,主要是根据要施工的地区的地质勘测报告设计相应的工程公安,包括抗震防裂程度、工程高度、工程结构形式等等。当工程设计方案相对确认下来狗,就根据方案的具体要求进行下一步的布置和测算工作。在结构测算过程中,主要是对工程负载的情况进行计算。包括外部负载和内部负载的计算。负载的计算主要根据负载的要求确定相应工程配件的使用,根据组合值系数和标准值系数的测定来确定施工参数,构造施工措施要求。对于内力的测算,来完成构件截面参数的确定。内力的测算要根据构件截面、负载值确定。这包括弯矩、剪力、扭矩等等。最后,根据构建的计算、要根据之前确定的内力计算的要求,保证测算构件是否达到了相关要求。这时也可针对需求对构件截面参数加以调整。在施工图设计阶段,就是根据前两步的结构方案设计阶段、结构测算阶段,进行施工图的设计。在此过程中要将设计者的要求和设计意图通过图纸表达出来,施工图是施工的依据,施工图中要包括建设项目各部分工程的详图以及零件使用、、结构部件明细表、验收标准方法等。民用的工程施工图应具备设计图纸、包括图纸目录必要的设备、材料表、工程预算书。施工图设计文件,应满足设备材料采购,非标准设备制作和施工的需要。 2土木工程结构设计中存在的问题 土木工程结构设计中存在的问题主要集中在两个方面、一方面是专业角度的问题、另一方面是安全角度的问题,下面将分别从这两个方面进行阐述。从专业角度来说在土木工程设计中,箱、筏基础底板挑板的设计过程、梁、板的跨度计算、摩擦角区域的处理、抗震缝距离的设计、基础板厚度的确定都需要进行测算考量。对于箱、筏基础底板挑板的设计,首先要假设出挑板可以将边跨底板钢筋进行调整,出挑板后,能降低基底附加应力,当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时,加挑板就可能采用天然地基。从土木工程建设角度来说,如果取消挑板,能够方便柔性防水的处理,在建设多层建筑时,结构设计中可兼顾到下层建筑。梁、板的跨度计算中,梁、板的跨度计算计算跨度,又叫计算长度,应当根据计算时要求、构件的组成形式、支承端约束刚度、支承反力等因素综合考虑,摩擦角区域的处理,内摩擦角,是土的抗剪强度指标,是工程设计的重要参数。基层开挖时,会应用到摩擦角区域处理的问题,如果魔草叫区域中边基地的土会受到影响较小,不会反弹。但中心部位,基土反弹情况较为明显,回弹部分需要人工进行清除。抗震缝距离的设计中,主要通过增加抗震缝的距离来对地震时产生的结构碰撞的风险降低。基础板厚度的确定要根据房间设计的不同大小来选定相应的基础板厚度。如果基础板的厚度都按照大房间的标准进行设计、势必会造成浪费。如果都按照小房间的标准进行设计则会造成安全问题。所以实际的应用中,通常是在大房间中垫聚苯,小房间设定基础板的厚度。从安全角度来说,目前土木工程设计中存在的问题有:(1)工程设计规范的安全水平比较低,与国际同类作业相比,由于没有设定规范的视屏问题,会造成工程施工的进行难度的加大,最终导致了施工质量较低;(2)工程设计规范的整体牢固性差;(3)土建结构工程的耐久安全性差、正确使用与维护意识相对较差。 3加强土木工程建设的建议和对策 从具体而言可以从两方面进行考虑:从设计的安全性上,应从管理首要保证设计的安全性,尽量选择资质等级较高、管理先进、实力雄厚的设计单位进行设计、这样就可以掌握先进的设计方法和设计理念,设计设备也会较好、设计人员的素质和专业能力强、设计经验丰富,设计出的建筑安全性较高。再设计时也要加强理论学习,使设计人员和施工人员对于设计理论和设计标准能够很好的掌握。对于设计过程中,涉及到工程造价、工程量的统计、计算、所以在此类工程量计算过程中,要严谨、认真,对于每一笔数据都要认真核对。设计图纸要详细,以便施工者能够根据设计图纸准确掌握设计意图,从而进行施工,这样能够降低因图纸问题造成的施工不明确的现象,避免了事故的产生。在施工过程中,要注意过程监管,设计单位与施工单位要保持联系,对于设计图纸中不明确的问题,要进行及时的沟通和设计核对,以便发现错误。设计人员对于施工人员提出的建议,要给予足够的重视。从土木工程行业标准角度来说,要根据全面性因素来对土木工程结构设计的方案进行评估。因为土木工程的方案是工程实施的基础,对设计方案的评估要满足安全性、经济型合理性。等等。可通过对设计方案屏蔽、论证的方法,提高设计的水平。设计过程中,不一味的追求标准图,虽然采用标准图能够减轻工作量,加快设计进度,但为了保证设计的安全性,设计人员应该认真的对设计方案进行审核,对于可能存在压缩费用的过程进行仔细的成本核算,在保证基础、满足行业标准的前提下,保证设计的合理性、高效性、创新性。 4总结 本文首先对土木工程设计的基本情况进行了概要阐述,根据工程设计的几个阶段展示了土木工程的工作范围和工作要求。之后提出了现阶段我国土木工程设计中还存在的问题,从具体设计过程和安全性两个角度提出了相关的问题。最后在此基础上,根据存在的具体问题对土木工程的建设提出了建议和相应的对策。本文的研究对我国土木工程结构设计的发展提供了一种新的思路。 作者:董旭 单位:徐州工业职业技术学院 建筑结构设计论文:办公楼绿色建筑结构设计论文 1工程概况 某办公建筑平面呈长方形,长为156m,宽为29m,地上五层,局部六层,总建筑面积21511m2。建筑内部空间主要为大空间的办公区域,因为需要营造绿色生态的办公环境,整栋建筑物内有大量的绿化面积,并且分布在不同楼层。首层入口处有8根“7字形”装饰柱,柱子高度为五层楼高,支承在五层的一根30m跨的横梁上;另外有一个高出屋面约25m,平面呈正方形的拔风塔,塔中央有一根准800直径的圆柱。 2结构选型 国家规范《绿色建筑评价标准》和《广东省绿色建筑评价标准》中均给出在保证安全、耐久的前提下,采用资源消耗低和环境影响小的建筑结构体系的要求,规范指出符合要求的结构体系主要包括轻钢结构体系、砌体结构体系和木结构体系。因此该工程在方案阶段确定结构体系时,根据建筑使用功能要求,进行了多方案的比较:方案1:木结构体系。工程所在地区不是木材出产地,需要从外地运进木材,这样规模的商务办公楼,如果采用了木结构,一方面会消耗大量的森林资源,另一方面,单纯的木结构也不能完全满足建筑的使用功能要求。这个方案不可取。方案2:砌体结构体系。工程所在地区属于抗震设防烈度7度区,该结构体系对于纵横墙间的距离是有要求的不能太大,同时墙体的开窗面积是有限定的。这样就很难满足现在建筑的功能要求,而且这种体系的抗震性能较差,因此不采用该方案。方案3:钢框架与钢筋混凝土组合楼盖结构体系。根据过往的设计经验,在多层建筑中采用框架结构既能很好满足建筑功能要求,又对抗震设防方面有利,同时又是合理、适用的体系。采用钢结构可以减少对周边的环境影响,满足绿色建筑的要求。但是这个方案又存在一个问题:因为存在大量的绿化面积,给钢结构防水措施提出了更高的要求,在这方面的材料消耗相应增多;也会增加使用阶段的维护成本,不符合规范在建筑全寿命周期内,最大限度地节约资源的要点,该方案不是绿色建筑最佳的结构方案,因此也未被采用。方案4:钢筋混凝土框架与部分钢结构组合体系。该方案是在方案3的基础上把钢框架改为钢筋混凝土框架结构,保留部分结构采用钢结构。对照规范的内容综合各方面的因素,因地制宜,进行多方案比较,确定符合规范要求的结构体系,达到经济、合理、适用、节约资源的目标,并且根据工程实际情况,尽可能采用可再利用的建筑材料。通过方案比选,本工程选用方案4:钢筋混凝土框架与部分钢结构组合体系。 3结构设计要点 ①入口处的8根“7字形”装饰柱以及其连接的横梁,8根柱子建筑要求外观尺寸为700×1300,有16m高,横梁跨度为30m,建筑外观尺寸要求为800×1500,结构设计上构件采用钢结构,一方面构件自重轻,可以减小地震作用,另一方面在处理横梁与框架柱的连接节点上也变得容易。在工程成本上,采用钢结构较现浇钢筋混凝土结构,能够节省人工、外脚手架、模板及支撑系统费用,另外工期效益显著。②中庭屋盖部分,建筑设计为不上人的采光屋面,该屋面跨度为30m,三边支承。一方面因为跨度比较大,如果采用钢筋混凝土,其自重必然较大,其次从建筑空间效果来看,在二层平台花园以及其他各层均可以看到该屋盖,如果采用钢筋混凝土结构,不够轻盈。所以设计结构设计上决定采用钢网架结构。网架结构平面布置图如图7所示。③对于两处从二层平台花园上三、四楼的楼梯,因为建筑要求做成悬臂形式,中间不加柱子,从节省材料以及造型美观考虑,把它做成钢木组合楼梯(钢骨架木踏步楼梯),从而达到既美观轻巧又相对省材的目的。 4优化设计 结构专业在绿色建筑设计中最突出的内容是节材,因此该工程在设计图纸出来以后,根据绿色建筑的要求,为了达到进一步节材的目标,对主体钢筋混凝土结构部分的设计图纸作了进一步的优化,其中优化的内容主要是通过调整次梁的布置,相对原设计一个房间三道次梁改为两道次梁,从而增大板的跨度,使其在尽量不增加截面厚度以及钢筋量的基础上,达到最大优化值。优化前与优化后的18~28轴三层结构平面布置图如图8、图9所示。根据结构计算得出,前后两个设计成果在混凝土用量上基本持平,而在钢筋用量上,前一个含钢量为35.63kg/m2,而后一个为33.40kg/m2,这一优化节省了6%钢筋用量;同时因为减少了一道次梁,在建筑模板方面也会相应减少材料损耗。另外,拔风塔中央的准800直径的圆柱也作了优化,由原来C25,配18根25钢筋的混凝土柱改为准800×10的钢管柱,这样既节省混凝土8.8m3,钢材量用量也从原来的1.35吨,减少为0.434吨,并且节省人工、模板及支撑系统费用,工期效益显著。综上,优化后的本工程符合国家规范《绿色建筑评价标准》和《广东省绿色建筑评价标准》中,对建筑工程提出的资源消耗低和环境影响小的要求,节省了钢筋用量,减少材料损耗。 5结语 结构专业在进行绿色建筑设计时,除了满足国家相关规范要求外,在确定结构体系进行多方案比较时,应对照绿色建筑的标准和要求,综合各方面的因素,因地制宜,采用经济、合理、适用与节约资源的最佳方案。并应重视对设计进行优化,使结构设计达到资源消耗和环境影响小的目标。本工程对照《绿色建筑评价标准》中与结构专业有关的内容,做到符合规范的要求,为项目获得国家公共建筑三星级绿色建筑设计标识,结构专业起到了应有的作用。 作者:孔德欣 单位:广东启源建筑工程设计院有限公司 建筑结构设计论文:高层建筑结构设计论文 1高层建筑结构设计受力分析 1.1高层建筑结构受力特征 高层建筑结构在模型上一般可以假想为一个从地基出发并不断上升的悬臂构件。高层建筑主要承受水平作用效应和竖向作用效应,水平作用效应一般指风荷载,在抗震设防地区还包括水平地震作用。竖向作用效应则一般由结构自重荷载产生,在抗震设防烈度为8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑,还应考虑竖向地震作用。在这些作用效应下,结构整体及主体构件均需具有足够的承载能力、刚度和延性,整体的设计注重概念,应符合相关规定中对于建筑形体的规则性要求,包括平面布置的规则性及竖向布置的规则性。结构在抵抗弯曲方面来说,结构体系务必满足:不能使建筑物产生倾覆;在承受荷载时,它的支撑体系的某些部位不应被压屈、压碎或者直接被拉伸破坏;同时弯曲侧移不能超出弹性极限的范围。而结构在抵抗剪力方面来说,结构体系务必满足:建筑物不至于发生剪切破坏;同时结构的整体剪切侧移不能超过弹性极限的范围。最后对于结构的地基和基础来说,由于高层建筑一般是高次不静定结构,所以结构体系在支承点处应避免较大的不均匀变形,从而可以防止出现较大的二次内力。 1.2高层建筑结构的传力路线 高层建筑的竖向平面结构和水平平面结构都必须有明确的传力路线。以某个作用在楼面上的重力荷载为例,它要通过楼盖构件的弯曲传递给竖向结构的某个构件,直到建筑物的基础和地基。传力路线的模式根据结构的类别和布置而异。高层建筑的底层往往只允许有少量的立柱,以便有足够的空间可以设置宽敞的入口、前厅或广场。这时,有较密柱间距的上层结构的重力荷载,就要通过另一种结构体系传给底层立柱以及底层立柱基础。当高层建筑的楼层平面有突变时(如楼层有收进,或由矩形平面变成其他形状的平面时),或结构体系有变化时,它们的传力路线也会发生改变,这时往往既要有竖向的转换结构,也要有水平方向的转换结构。在高层建筑结构传力路线中还有一个区别于底层建筑结构的特殊问题,那就是高层建筑的每个立柱都承受着上层传来的重力荷载,要考虑它们各自在施工和使用过程中竖向压缩量的差异。这既要在设计中加以考虑,也要在施工过程中及时加以调整,以保证各层楼面的水平度,减小因不同柱的压缩量有过大差异而引起的结构内力。 2概念设计 2.1抗关于侧力构件合理布置规定 对于一个单独的结构单元,在设计上的通常做法是,一般会尽力避免设计出应力集中的缩颈和凹角部位;而且尽量不要在这些部位设置楼、电梯间。整个结构外形也要避免外挑,尺寸内收也不宜过急,避免在结构上形成薄弱部位。最大限度地防止因局部结构或构件破坏,而出现全部结构失去承载力的情况。 2.2关于高宽比的规定 高宽比的规定是对结构整体刚度、整体稳定、抗倾覆能力、承载能力以及经济合理性的综合考虑,是长期工程经验的总结,根据当前的实际工程来看,这一限值是比较经济合理与实用。但随着目前高层建筑的快速发展,设计师们发现其实高宽比并不是必须要满足的。实际工程已有一些超过高宽比限制的例子(如深圳京基100大厦高441.8m,共100层,高宽比为9.5,天津117大厦,高597m,共117层,高宽比为9.7),当然高宽比超过限值时,应对结构进行更加准确的受力分析,并施加可靠的构造措施。 2.3短肢剪力墙的设置问题 在新的规范中,将墙肢截面高度与厚度比为5-8的剪力墙定义为短肢剪力墙,且根据试验数据和实际经验,对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制。比如在剪力墙设计等级为四级,短肢剪力墙的配筋率要求是1%以上,而普通剪力墙则为0.2%。高厚比较小的构件的脆性破坏较大,不利于抗震。所以,在具体的高层结构设计里,设计师们应该充分利用其它现有构造形式来代替短肢剪力墙,减少不必要的麻烦。 2.4嵌固端的设置问题 在结构计算模型的选择上,如何准确地确定嵌固端位置是一个十分关键的问题,这直接关系到实际的受力状态与选择的计算模型是否符合以及内力等相应计算结果是否无误。因为现在高层结构通常会设有一层或者是二层的地下室(可以当作人防工程来使用),而嵌固端的选择,可以结合各层的刚度变化,再根据它的实际布置状况,可以选择在一层顶板的位置,也可以是二层顶板的位置,同时在地下室其他楼层等部位也是有很大可能的。但是在这个问题上,结构设计师们往往会忽略了一系列需要注意的问题,例如嵌固端的设置和刚度比的限制等问题,忽视这些问题将会对工程的质量和后期数据的分析造成很大的隐患。 3地基与基础结构设计 在基础的具体设计中,应根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度来确定基础设计等级。首先,地基计算应满足承载力计算的有关规定;其次,由于高层建筑的基础设计等级均为甲级或乙级,因此均应按地基变形设计;若地下室存在上浮问题时,还应进行抗浮验算。下面就高层建筑中不同的基础类型分别阐述在设计计算中应注意的事项:在对箱基和筏基的梁板进行配筋计算时,务必相应地扣除底板上直接作用的梁板荷载和自重,当出现箱筏的四边区格和地基反力过大的情况,这时要对梁板进行加强配筋;而在进行箱基结构设计时,要考虑洞口上下的连梁的影响,验算其截面面积,若洞口的位置或者大小有变动,要复核连梁的抗剪强度和抗弯强度;若是进行整体箱基和筏基的设计,必须考虑桩土的因素,其共同工作会对结构造成一定程度的影响。 4结构计算与分析 4.1结构整体计算的软件选择 当前比较常用的计算软件一般包括:建科院PKPM其中的SAT-WE,MIDAS,ANYSYS,ETABS,SAP等。由于各个软件使用的计算模型有一定区别,所以在各个软件计算结果上就会有或大或小的差异。实际工程中,务必考虑结构类型和计算模型的具体特点,在进行整体分析时选择最恰当的软件,并使用不同软件进行对比分析计算,从不同软件计算的相差较大的结果中,选择最接近工程实际情况的数据。若不能选择合适的计算软件,不但会消耗大量的时间和精力,更重要的是会对结构埋下安全隐患,造成日后的工程问题。所以为了保险起见,通常在布置复杂的高层设计中,宜使用不少于两种不同的模型来进行内力分析和计算。 4.2剪力墙底部加强部位墙厚的确定 在进行抗震设计时,剪力墙的底部加强部位一般采取增加边缘构件箍筋和墙体的布筋来防止地震荷载的影响,预防结构出现脆性破坏,从而能够比较有效的改善结构的抗震性能,在现行的规范中,明确指出剪力墙结构底部加强部位的高度可以参考墙肢的1/8和底部两层二者中的较大值;而部分框支剪力墙结构底部的取值,可考虑以上两层的高度及墙肢总高度1/8中的较大值。一般情况下,高层建筑结构底部加强部位的剪力墙截面厚度bw的取法按照以下规定,按照一、二级级抗震标准的情况,bw宜选择剪力墙无支长度的1/16或层高;按照三、四级抗震标准的情况,bw宜选择剪力墙无支长度的1/20或层高。但在墙底受力较小且结构层高相对较高的情况下,其厚度还按上述要求取值,就显得很不经济。所以,根据具体的工程实践,厚度可以适当减小,而且必须按照下面的公式计算稳定性。 5结束语 本文主要对高层混凝土结构设计中若干问题做了详细的介绍和阐述,重点分析了结构的概念设计、地基与基础设计以及结构的计算与分析等方面的内容。在实际的工程设计中,应充分考虑这三个方面的影响因素,不断将各项工作落实到位,从而进一步推动高层建筑结构设计不断向前发展。 作者:叶宜成 单位:福建省南平市建筑设计研究院 建筑结构设计论文:BIM技术下建筑结构设计论文 一、BIM技术概述 在建筑形式和数量不断增多的前提下,工程项目中所涉及的信息量也越来越大,这些信息如果得到及时收集,并加以利用,那么对于其他建筑工程的建设将会具有极大的推动作用。不但能够缩短工期,还能够加有效节约成本,提高施工质量,除此之外还能够更好的避免很多施工事故的发生,因此,信息技术在我国建筑工程中的优势非常显著。但是现阶段,我国还是应该采取一定的措施更好的发展和推广这项技术,这样才能够将次技术的优势充分发挥出来,有效的节约成本,提高施工效率以及施工安全保障。在这个基础之上,我国相关技术人员应该全方面,高效率的对BIM技术的优秀技术原理进行研究,可以说,此项技术是我国建筑设计领域的新起点,是一次革命性的开始,因此具有非常巨大的现实意义。 二、BIM模型所包含的设计项目 1.构件方面 BIM技术在建筑结构构件设计中具有非常重要的作用,其中内容很丰富,包括构建材料、几何尺寸以及荷载等信息,这些信息能够非常直观的显示出来,相关的设计人员能够随时进行使用和分享。尤其是在结构节点设计方面,BIM技术的使用,能够快速和直接进行构件作用的判断,将梁、板以及墙、柱等部分的信息进行定义,同时能够对连接构件做出更加合理的判定,这样是为了更好的将其与节点的进行匹配,这样就能够将所建立模型的信息进行科学地参数计算。比如,建筑设计中的混凝土构件,BIM技术能够将其使用量的多少以及钢筋的用量进行准确预测,并将其现实在模型信息中。 2.整体层次关系 使用BIM技术,必须要建模,而模型的构件需要大量的信息数据,在虚拟的条件下,模型能够非常正确完整将结构进行优化调整,为人们提供最合理、最具可行性的施工方案,同时,还可以缓解施工过程中所产生的突发问题,协调各部分施工之间的关系,BIM技术可以及时搜集并整理各种施工信息,并实现分享,施工人员以及技术人员在需要的时候可以随时进行查阅和使用,为建筑结构整体分析计算提供更多依据。 三、BIM模型的层次应用 1.BIM模型的集成化应用 BIM模型采用的是参数化的描述方式,这种方法是目前最合理的信息单元描述方式,能够非常准确的将建筑结构中的梁、墙以及柱等部分建立模型,在建立模型的时候,建筑物实际上就是真实的展现过程中,其内部信息以及内涵都会被描述出来。另外,在建立模型的这个过程中,系统还会对结构中大量物理信息进行全面的分析,进行分类处理。技术人员能够更加直观,便捷、多方位的对建筑物的构造情况进行了解,从而有效避免很多设计上失误,以及事故的发生。 BIM技术的优秀就是利用数据库模型体现出各个设计参数,这使很多结构模型都和实体结构参数相互一致,参数在形成模型化后,会根据不同的构件特征形成相互的规则性,使模型设计能够和实际施工相互联系。 3.信息共享和交换 在结构设计完成后,BIM模型能够直接读取结构设计中的信息,并且结合这些信息建立完整的结构分析模型。三维模型的结构布置保持与分析模型相互一致的状态,使结构状态得到高度的统一,建筑信息模型在传统的模型分析上往往以数据作为基础,BIM在读取数据的过程中,使数据文件转换为自身的结构形式,最终实现设计流程中的资源共享,以此提高资源的协调应用能力。 四、结构设计中BIM应用的难点 1.应用BIM技术的三维设计工具软件(Revit釆等)用了较多的模块参变量和系统参数,与二维创建视图技术有很大的不同,软件需要兼顾与二维设计习惯的一致性,所以模块参变量和系统参数比常规工具软件要复杂很多倍,这就使得应用中因为系统参数设置不当或参数与参数之间不匹配而导致很多意想不到的问题。 2.在进行结构设计时,很多结构形式十分特殊,这就需要特殊的结构模块对其进行控制,但是三维图形和剖面视图不能形成理想的施工效果,很多设计者会因此放弃BIM技术,而使用原始的二维绘图设计方案 3.结构工程师在建立BIM模型时,注重的问题主要是物理模型能否自动生成平法施工图文档,以及能否正确转化为可以被结构分析软件认可的结构分析模型。在结构设计中,安全性分析计算是首要环节和重要问题。BIM建立的是完全的数据库式模型,从理论上来说,实现BIM物理模型与结构分析模型之间的双向链接是完全可行的。 五、BIM在结构设计中的处理办法 1.建立完整的项目样板 在建筑结构设计中,项目样板是所有设计中的基础,而项目样板设计所包含内容很多,具体为标准化处理的线型、字体以及符号等方面。而BIM技术的应用,能够快速有效的建立完整的样板,并且能够避免很多必要的重复,减少无用功,提高工作效率,现阶段,我国已经建立了一套符合我国实际情况的设计标准,这项标准能够对我国结构设计中的各个环节进行监控并能够更具不同用户的需求,有针对性的进行指导。 2.设计符合要求的结构构件 在建筑结构中,梁、柱以及楼板等都是非常重要的基础部件,因此这些部件对于建筑来说,有着非常重要的支撑作用,通常来说,它们一般为预制部件、现浇部件以及各种更结构部件等。设计的时候,要从建筑物的实际情况出发,根据不同需要进行设计。在这些形式中,比较常用的就是现浇部件。设计的时候,设计人员应该严格进行设计方案的选择,部件功能不同,浇筑的方式也不同,要最大限度减少不同因素之间的冲突反映。保障结构部件的作用能够得以有效发挥。 3.钢筋混凝土结构中的平法表示 在钢筋混凝土施工图绘制中,通常采用平面方法进行表示,在图纸上采取特殊的标点符号进行标注,施工技术人员通过工艺转换形成样图。BIM技术可以使平面表示法的内容多环节和多角度展示,BIM模型能够更加轻松的提取出关键数据和优秀信息,以满足施工时间和放样需求。 六、结束语 建筑的结构设计之所以越发重要,是因为我国的建筑数量不断增多,同时楼层数量以及高度都在增加,这意味着建筑的抗震性能以及稳定性必须要不断加强,因此科学的进行结构设计、确保建筑结构能够承受各种环境下的外力作用,这样才能够确保国家以及人们的生命财产安全。BIM技术的合理应用,能够有效提高设计的合理性,可行性同时兼具经济性,最大限度提高建筑质量,为国家和人们的利益提供保障。 作者:彭宝莹杨志杰李娜单位:青岛万达东方影都投资有限公司青岛腾远设计事务所有限公司 建筑结构设计论文:建筑结构设计成本管理论文 1建筑结构设计 几何特征使用几何特征描述设计信息,制定工艺规划,按照产品生产环节作业估算,拥有较高的精度。成本估算还可以应用近些年出现的专家系统和神经网络方法。神经网络较高的容错性和自动纠偏功能能够根据较小的工程信息量迅速的完成结构设计。 2建筑结构设计成本优化算法 (1)设计阶段优化的成本优化。有限元法是复杂结构优化的可靠而强大的分析手段,运筹学和计算机技术的应用能够为有限元法提供运算的平台,使有限元法成为了一种有效精准的工具。优化设计要求在相同使用性能下获得尽可能低的成本,但是不能够忽略建筑结构、设备等多种影响因素,把集成化和串行式设计为并行式,保证建筑使用要求的同时实现成本的优化。(2)结构设计成本优化。进行设计要选择设计变量,包括结构形状参数和使用材料等,通常情况下选取因素越多效果越好,但是设计变量越多工作量也越多,施工工程设计过程中要把优化效果不明显的参数作为预定量,选择设计量要根据客观实际制定一定的范围,数据并不是任意的。(3)选择设计变量之后根据变量建立目标函数,按照设计变量表示追求的指标的表达式或者由设计变量决定的无法用解析式表示的某种指标。目标函数是评定结构方案合理性的技术指标,包括体积、承载能力、造价、变形等都可以是优化设计的目标函数。(4)约束条件。约束条件是和优化变量有关的不能忽略的限制,约束条件需要尽量简化。但是进行结构设计时往往有很多的约束条件,最主要有两种:一种是设计标准参数,例如混凝土配筋率和梁的最小宽度等;另一种则是保证结构功能正常发挥的参数限制,主要有强度、刚度和稳定性等,这些约束条件和设计变量之间相关性不大,往往需要在复杂的结构计算之后才能够得出。(5)优化算法。优化算法要具有收敛速度快并且计算相对简化的特点,需要选择合理的优化算法模型,可以简化理解为在约束条件下求目标函数的极值或者最优的数学问题。在工程实际优化过程中约束条件和目标函数之间的关系是非线性并且是隐形函数,优化算法还需要根据优化问题的层次进行适当调整。 3建筑结构成本优化措施 对建筑成本的研究始自上个世纪60年代,主要形式是采用成本管理思想方法提供有助于决策的成本信息,有目标分析、作业分析等内容。之后我们对建筑成本、建筑方法功能、价值管理和生命周期等技术进行了归纳总结,认为只有更加精准和富有活力的施工成本预测才能更好的提供早期成本建议和市场预测。我们认为未来建筑成本的研究优化发展方向将是建筑成本优化实际工作的更深程度和工艺对市场、定额更好的适应性,这也是我国建筑结构的设计成本优化的工作目标。 3.1建筑设计阶段的成本优化 建筑的主体是建筑结构,建筑成本主要包括建筑结构、土石方、设备安装、地基处理等,建筑结构的成本超过了建筑总成本的50%,所以保证建筑结构的科学合理是控制建筑成本的关键,而建筑结构的成本控制,除了施工阶段外,设计阶段的工作也十分重要,建设过程中要采用科学有效的措施优化建筑成本,进而为整个建设工程节约成本。 3.1.1建筑设计阶段的成本优化 常见的建筑设计阶段通常采用的成本管理方法主要是限额设计,具体实现方法以及途径是目标成本的分解和工程量的控制,专家采用类似工程建设成本比例把成本估算按照比例分配到各个项目中,但是建筑工程成本的影响因素很多,采用经验分析的方法会造成较大的差异性,不能实现最优成本分配。建筑结构是建筑主体和支撑,进行结构设计的主要目的是满足建筑物的建筑功能,还要保证建筑结构拥有一定的承载能力,拥有一定的安全性、适用性和耐久性,这些都需要通过合理的设计成本来提高建筑结构的工程性能来实现。 3.1.2建筑结构的规划设计的成本优化 要遵循安全适用、经济美观的科学原则,还要通过合理的结构规划为施工提供便利,保证各项工程要素之间能够相互配合,保证设计水平的整体提高。进行结构设计要注意结合建筑设计的整体特征,避免产生彼此之间的矛盾。进行建筑设计要保证整体结构的安全性和经济性,因为建筑结构的设计规划是对建筑结构设计的根本层面,只有真正重视起这个工作环节才能为建筑工程后续的施工发展创造良好的条件,以下是建筑结构规划设计中的成本管理主要工作内容:(1)保证结构的合理性。结构方案是施工主要的参考资料基础,相同的建筑如果在不同方案基础上会产生不同的效果,设计者要保证施工方案的科学合理。结构方案要能够处理好结构和构件之间的关系,保证受力结构能够保持最佳状态,还要保证建筑结构的承载力和刚度。在设计方案中要注意简化受力途径,还要提高建筑结构抗风险能力,降低工程整体造价。设计者制定的设计方案要能够保证结构件的协调一致,保证设计达到最佳标准,建筑师和设计师之间要进行充分的沟通,创新结构设计形式,保证各项基础建筑功能,构建完善的结构设计体系。(2)保证结构设计的准确性。建筑工程是一项复杂的系统工程,安全性和舒适性是建筑工程的建设目标,进行设计要把设计者的经验充分利用起来,并利用计算机技术保证运算的准确性,减小计算和设计误差。同时还要保证计算参数的准确性,通过计算机程序进行计算时要和建筑的工程实际相结合,不能把所有设计过程都依赖电脑完成,设计者需要根据设计结构概念以及自身工作经验判断设计方案的合理性。 3.2施工建设过程中的成本管理 (1)结构材料的选择。建筑结构的基本属性是具有一定的承载能力,建筑物的承载力依靠优质的建筑材料和合理的施工设计方案完成,选择建筑材料需要遵循一定的原则,材料的使用要能够提高建筑本身的整体强度、刚性等参数,设计人员进行设计时要结合施工实际确定选择钢筋混凝土还是预应力混凝土,保证建筑物的安全性和经济性。混凝土变形和配筋率需要合理设定,降低工程间接成本。(2)基础形式的合理化。建筑工程基础的建设成本占到了总成本的30%,合理的基础结构设计对于建筑成本优化有着显著的作用。进行基础结构设计时如果存在承载能力较强的天然地基,而高层建筑为剪力墙结构形式时合理的基础形式应该是墙下条基和小筏板,通过这种形式减小基础的工程量。 3.3建筑整体设计成本优化提高 建筑的功能性和安全性需要把全局观念和整体意识灌输到每一个工程技术人员的观念中,合理配合整体结构和构件,保证建筑整体性的最佳受力状态和单独构件的最佳受力状态的协调统一,提高建筑刚性和延展性。 4结束语 建筑结构设计成本优化分析的主要内容有对结构设计方案正确性的提高、材料的选择、建筑整体性协调性的提高等,建筑结构设计的成本优化主要措施是对建筑结构设计方案的调整,通过对设计方案的调整改进,发挥各项建筑材料的最大功能,在保证建筑基本功能的前提下增强建筑结构的经济性,这样才能实现建筑结构设计的成本优化,节约社会资源。 作者:黄逢萍单位:贵州劲嘉房地产开发有限公司 建筑结构设计论文:世界建筑结构设计论文 一、捆住地震内力的结构体系 1、现行建筑结构抗震(理论)技术存在的错误:世界各国采用的抵抗地震破坏的建筑物体的基本类型,都是以吸收地震能量为主的插入式整体结构(对地球而言),即将建筑物的基础和上部结构设计为绝对不可分割的刚体插入地球,因而建筑物抵抗地震破坏力的受力分析和设计,就不得不从结构整体考虑建筑物的抗震性能,地震破坏力是通过土层和岩石冲击建筑物的基础并直接将冲击力传递给上部结构,上部结构的作用力(荷载)加上地震产生的内力又反作用于基础,因而建筑物基础的强度设计要求,应是地震力和上部结构反作用力的叠加。 地震破坏力是往覆水平剪切力,上部结构的反作用力是垂直于地面的。这样两个方向互相垂直,并处于运动冲击状态的作用力,在一个平面上会交了。地震破坏力以强大的往覆水平推动力,推动着(抓住)建筑物基础做水平往覆运动,因而很容易分析,在这两种力的会交面上,实质上形成了远大于地震破坏力的往覆剪切力。因此,建筑物的抗震能力在插入式整体结构中是很难达到实际抗震设计要求的,现在的建筑物一般都是偏于保守的理想设计和建造,因而投资也在大大增加,即便如此,在实际的地震灾害中,建筑物受破坏的程度依然是很严重的,进而也无法摆脱和减轻地震灾害,给人民的生命和财产造成的巨大损失。 历史的教训足已充分说明,插入式建筑结构体系受到了严峻的检验,即似地球为相当好的惯性参考系,又将建筑物体插入地球,形成不可分割的刚体。在过去的年代,建筑物还处于低层范围时,问题还不严重,而在现代化高层、重型建筑中,仍然是采用插入式刚箍捆住内力的结构,在实际的地震灾害中存在着严重的隐患。插入式整体建筑物结构体系在正常情况下,即非地震静止状态,是没有问题,而在地震灾害爆发时,插入式整体建筑物体系的结构受力传力路线明显发生混乱,建筑结构设计的极其重要的力学原则: (1)、不论在任何情况下,结构的传力路线必须清楚。 (2)、以当地的最不利外界因素为设计依据,如很多地区必须考虑可能发生的最大地震破坏力。这就是说建筑物抵抗地震破坏的正确条件是:运动中建筑结构内力的传递必须正确、清楚。 插入式整体建筑结构在地震时,将地震破坏力直接传递给上部结构,使上部结构发生摇晃,由于上部结构是刚箍捆住内力的结构,因而在摇晃中产生的巨大能量没有释放点,而被迫返回基础,地震又很快的不断的冲击建筑物的基础,向上部结构输送地震能量。这样上部结构返回的作用力,同基础传来的地震内力发生冲撞,冲撞最厉害的集中点,就是能量集中释放的突破点,也是结构的破坏点,通常都在基础与上部结构的交面上,破坏的形式是剪切破坏,而整个建筑物不是倒塌就是倾斜。 目前,许多国家在高层建筑的抗震设计方案中,已经出现了新的结构,如:美国纽约的42层高层建筑物,建在于基础分离的98个橡胶弹簧上,日本的建在弧型钢条上防地震建筑物,前苏联的建在与基础分离的沙垫层上的建筑物,以及在中国已经获得了美国、中国和英国发明专利权的,刚柔性隔震、减震、消震建筑结构与抗震低层楼房加层结构,都十分成功的应用于工程实践中,都明显的在建筑结构体型上,改变了传统的插入式刚箍捆住内力(吸收地震能量)的结构体系。总之都在建筑设计的结构方面设法摆脱在地震灾害时,严重威胁着人们的生命安全的插入式刚箍捆住内力的结构体系。其实质都反映了对“似地球为相当好的惯性参考系”为指导理论,所制定的现行抗震硬抗、死抗地震打击设计规范的动摇,本质上也是改变了建筑结构受力体系,而不在似地球为绝对静止不动的惯性参考系了。 1、现行建筑结构抗震设计与地震场地效应的问题现行建筑结构的抗震设计,是根据结构力学和建筑结构设计的理论基础而来的。结构力学和结构抗震设计规范,将地震破坏力简化并规定为在建筑物上部结构中的水平运动力,对建筑物的水平作用力与反作用力的硬抗平衡,这一规定实质上存在着严重的问题和错误。 其一:地震爆发时,首先是大地在做往覆水平运动,由于建筑物基础插入大地,因而必然随大地的往覆水平运动而运动,建筑物上部结构也因此被迫运动,但是建筑物上部结构的运动形式不是水平运动(因而根本就没有受水平的作用),而是因基础在受地震水平力运动中,产生的运动力传递到上部结构,迫使上部结构沿地震受力方向,作反方向S形式倾斜摆动; 其二:地震爆发时的冲击波只有两个方向,而现在所有城市的建筑物的规划设计,是根据城市的道路按东西南北方向和建设的需要各自排列的。将建筑物上部结构视为受水平运动,也只能有30%的建筑物的结构抗震设计受力方向与地震冲击波受力方向相同,而70%的建筑物的抗震设计受力方向与实际地震冲击波的冲击方向,处于非常不利的位置,当地震爆发时,只有少数正好与地震冲击波方向协调一致的建筑物不一定破坏,而大多数与地震冲击波方向不一致的建筑物,自然就很难逃脱地震冲击破坏倒塌的后果。地震对建筑物的冲击破坏,主要是对建筑物基础产生的水平往覆冲击剪切力,从而使基础被冲击破坏失去稳定后,造成上部建筑物的破坏和倒塌,地震冲击波首先是破坏了基础,而不是破坏上部建筑结构,所谓万丈高楼从地(基)起,就是这个道理。基础都破坏了,上部建筑自然就保不住了; 其三:城市中建筑物的类型是多种多样的,主要反映在超高层、高层、多层和轻重型建筑之分,而这些不同类型的建筑,又以基础深度的差别体现在地震冲击波的大小上,基础越深、越大,受地震冲击波的冲击自然很大,在加上城市地下建筑设施不少(如:地下建筑、地铁、地下大型管道等),都是构成城市地震场地效应发生互相变化的种种直接因素。现行抗震设计中,都没有考虑地下建筑设施的自身抗震,以及对地面建筑物基础和地基的地震场地效应所产生的严重问题。 2、现行建筑结构抗震桩基设计与地震场地效应的严重问题现行抗震设计中的桩基础的设计有两种类型,一种是端承桩类型,另一种是摩擦桩类型。端承桩是将深层的地基反作用力通过桩传递给地面,构成对上部建筑物作用力(压力)的平衡。摩擦桩是通过桩基础与一定深度的地基土层十分紧密的挤压结合中产生足够的反作用力,通过桩传递到地面,构成对上部建筑物的作用力(压力)的平衡。这里必须指出的是,这两种类型的桩基础在对上部建筑物的作用力(压力)构成平衡的充分条件是:静力荷载,即在没有外力的作用下成立的。 在端承桩中,端桩是反作用力的顶点,桩身是传递反作用力的通道,桩身四周的土层是给桩身起到了极其重要的稳定作用,由此,可以定义:桩端的承载力,桩身的强度是和桩身四周的土层构成了端桩基础的整体,缺一不可。 在摩擦桩中,桩身的强度与桩身四周土层紧密挤压所产生的反作用力,构成了摩擦桩基础的整体,也是缺一不可的。这两种类型的桩基础在地震爆发时,强大的地震水平往覆冲击波,完全改变了上述状态,使端承桩在地震冲击波中,使端承桩的承载力发生水平往覆运动,不但失去对桩身的稳定,反而对桩身构成了往覆水平冲击,其结果:端承桩不是破坏,就是下沉失稳。随着端承桩的破坏和失稳,建筑物上部结构自然也就处于破坏倒塌的危险境地,而摩擦桩的危险就来的更快了,地震冲击波迫使摩擦桩桩身必须与四周土层与桩基松开,失去摩擦桩身必须与四周土层紧密挤压的必要条件,并且土层对桩身构成水平冲击力,随着摩擦桩中四周土层与桩身摩擦力的解除和改变,桩不是破坏就是失稳,其上部建筑物随之处于时刻会破坏和倒塌的危险之中。 3、现行予应力建筑结构在地震中的严重问题所谓予应力建筑结构,是人为的在建筑结构的主要承力构件中,对主要承力构件中混凝土施加予应力,一般是通过对结构中承力构件的钢筋进行张拉,利用钢筋的回弹力挤压混凝土来实现的。根据对承力构件中钢筋的张拉,与混凝土的先后关系,又可分为先张法和后张法两大类。 从建筑结构中的予应力构件,到予应力结构的发展,已经有较长的时间了,在建筑结构中应用予应力构件和发展予应力结构的优势,在很多城市的建设中,得到了较广泛的应用。在城市建设和发展中,推广和应用予应力构件和予应力结构,的确能起到一定的积极作用。但是,有一个十分重要的结构动力学问题需要特别注重,所谓建筑结构动力学方面的问题,也就是地震爆发时,地震冲击波迫使建筑结构产生振动的动态反应,地震冲击波冲击建筑结构,使其产生的内力在结构中传递,而予应力构件和予应力结构的力学模型是:1)予应力张拉两端的固端成支座,是不允许有任何改变的;2)予应力构件或予应力结构在使用过程中,其构件和结构是不允许发生水平推动,振动弯曲和上下振动的。也就是说,予应力构件和予应力结构,只有在没有任何外力的情况下,才能达到予应力构件和予应力结构设计的使用要求。因此可以定义:予应力构件和予应力结构的安全使用条件,是不能承受任何外力(尤其是地震冲击力)的静力使用状态。 地震冲击波在建筑结构中,将无情的迫使建筑结构中的所有梁、柱、板、墙体等受力构件发生变形,即地震冲击力能完全改变予应力构件和予应力结构的两端边界条件,使其构件和结构中的予应力偿失。任何在使用中的予应力构件和予应力结构,当予应力衰退和偿失后,其构件和结构必然破坏。因此,在地震设防城市的建设中,是不能使用予应力构件和予应力结构的。但是,现在许多城市的建设中都使用了予应力结构,这是十分危险的。因此,应尽快在地震爆发之前,采取补救措施,否则,后果一定是十分严重的。 综上所述,现行世界各国所实行的建筑结构体系,是与地震冲击波相对抗、硬抗(死抗)的捆住地震内力的结构体系。从结构动态平衡的根本原理来分析,这种与地震力相对抗的结构体系的静态平衡在地震中完全破坏了。也就是说,现行的建筑结构体系,只能满足静态(无地震冲击波)状况下的作用力与反作用力的平衡。当地震爆发时,建筑结构内力的静态平衡被破坏了。这就是现行建筑结构体系抵抗不了地震冲击破坏的根本原因所在。现行建筑结构的抗震设计,只是加大了建筑结构的刚变,使其增加了对地震冲击力的对抗力(死抗力),没有从结构动态平衡的基础上去寻求,建筑结构与地震冲击波的动态平衡,建立一个与地震内力相适应(不是相违背)的“释放地震内力的建筑结构动态平衡体系”。 总之,几百年来,人类所推行的静态(加大刚度)的建筑结构体系,违背了地球地震的客观规律。因此,给人类自己造成了巨大的灾难。人类为了在地球上更好的生存和发展下去,就得从根本上解决适应地球地震客观规律的建筑结构体系。因此,一种与地震力相适应的“释放地震内力的建筑结构动态平衡体系”的动态平衡的力学理论的建立,并制定新的建筑结构释放地震冲击波的设计标准(在也不是对抗的标准),将是人类发展的方向和目标。 二、释放地震内力的建筑结构体系1、释放地震内力建筑结构体系的理论基础我们从现代地球物理学家关于地球板快运动理论的力学分析中,以及对地震客观规律的不断揭示,更进一步对地球的认识,有了新的力学见解,我们认为地球是一个在运动中自身求得内力平衡的结构体系,它有两个阶段的运动规律: (1)、地球内力的平衡阶段:地球结构体,在自转和围绕太阳周转运动的过程中,所产生的内力,在平衡阶段,地表运动处于内力平衡,地球运动处于静止状态,此阶段可似地球为惯性参考系阶段。 (2)、地球结构体系处于内力平衡阶段后,其内力仍然在不断的增加,而地球结构体不能承受日益增大的内力,而在运动中,通过地球板快的运动,地震和火山等形式释放出来,以求得新的内力平衡,这个阶段是地表的活跃阶段。其不断增加的内力将在地球内力集中点释放出来,此阶段可似为非惯性参考阶段。地球内力平衡过程中的这两个阶段,在地球内部不断循环下去,形成了地球生态平衡的必然规律。 人类是在地球生态的环境中生存的,因此,人类必须遵循地球生态环境中的各种自然规律去发展。从人们开始认识到对过去认识的不足,即理论上的不足和错误,又不断的在生活实践中,提高了对地球生态环境的认识,进而不断的揭示自然规律,掌握和运用规律为现代人类和将来造福。应该明确的指出,人类对地球认识的提高和深化,其指导人类如何适应地球生态的科学理论,也就随之进入了更高的阶段。 2、释放地震内力建筑结构体系新技术的应用:已经获得中国、美国和英国发明专利权的新技术“建筑物抗震减震装置”、“建筑物消震装置”和“高层建筑隔震消能装置”完全改变了传统的插入式刚箍捆住地震内力的建筑结构体系,将建筑物整体有机的隔离成两个受力体系,这样地震破坏力的传递媒介改变了,由直接传递转化为间接传递。不言而喻,“建筑物抗震减震装置”将大大减少地震对上部结构的冲击,反之,上部结构对基础的作用力也大大减小。 新技术的设计依据是以柔克刚的动态平衡原理,该技术的主要特点是:能十分有效的大大减弱地震灾害对建筑物的打击破坏。目前,发展中国家和发达国家的科学家们在研究抵抗地震灾害方面,都从过去只是单纯考虑建筑结构加大刚度的硬抗(死抗)方式,而向建筑结构隔震减震的方面发展了。原因十分清楚,过去几百年来建筑物硬抗地震灾害方法的不断失败,告诉和启发人们要寻求一种适应地震客观规律的抗震方式。用一句通俗的话来讲,以柔克刚,才能达到建筑物在地震冲击中的动态平衡,而不被破坏,反之,以硬抗来对抗地震的打击,即以刚克刚设计的建筑物是根本抵抗不了地震的打击的。因为人们设计建筑物的刚度,不可能达到(保证)比地震破坏力还要大得多的程度。否则现代的专家们去研究建筑物的消震、隔震与减震,不就失去意义了吗? “建筑物消震装置”发明专利技术,就是要从根本上解决地震爆发时对建筑物基础的安全保护,其形式是沿建筑物四周一定距离内,在基础底面到地面的位置,设置“建筑物消震装置”,该装置的作用是从任一方向完全切断地震波冲击基础的传力路线,使基础处于安全保护之中,基础都安全了,上部建筑自然也就安全了。如果是高层建筑,还要结合采用另一项“建筑物抗震减震装置”发明专利技术,将更加有效的保护高层建筑的安全使用。该技术还可以用于50—80年代旧建筑物的消震保护,特别是对大会堂、大礼堂、展览馆、影剧院等,对无法抗震加固的大型建筑和古建筑的消震保护是十分有效的。该发明专利技术是在不影响旧建筑物的继续使用,不用搬迁的情况进行,比常规抗震加固安全,还节省40%左右的投资,用于新建筑中,比常规设计节省20%左右,并能完全达到地震设防要求。该专利技术已经成功的应用于中央党校、国务院二招等旧建筑的加高和消震减震工程中。创新科技经评审已列为中国北京市重大科技成果推广计划,国家科委成果办发文向全国推广,中央电视一台、二台、十台均新闻和专题报道。 “建筑物抗震减震装置”和“建筑物消震装置”完全适应于新建筑结构,也适应于使用中的已建成的建筑结构的抗震、减震和消震措施。即适用于工业和民用建筑、铁路桥梁和公路桥梁、塔式和倒摆式结构、大型水库的大坝以及地面和地下的建筑物。地震给人类造成的灾害,使人类越来越清醒的认识到,科学技术的不断发展是人类在地球生态环境中生存和发展的需要,人类为了更好的在地球生态环境中生存和发展下去,就必须不断的认识地球的生态环境及自然规律,不断的提高科学理论和更先进的技术水平,使人类建造的、赖以生存和发展的建筑物适应地震破坏力的能力不断增强,以减免地震灾害时人民的生命和财产的巨大损失。