认识实习
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本次实习,我们主要参观和学习了一般民用建筑和混凝土制构件厂、道路工程、桥梁工程、地基及基础工程,初步了解了工业建筑、新结构、新技术、交通工程等内容。
本次实习主要分为以下几块,学习方式以理论与实践相结合的方式进行:
一、建筑材料及预制构件
理论
关于建筑材料,在以前的土木概论学习中,我们已经知道建筑材料主要有石、砖、瓦、混凝土、钢等材料。
在选择这些材料时,我们要考虑其的抗压、抗拉强度以及耐温、耐火性能。
对于砖这种材料,其抗压强度只有10~30MPa,抗拉强度低,但它耐久性、耐高温性、耐
火性好,因此这种材料应用相当广泛。
钢的抗拉抗压强度都很高,且基本相同,大概在
200~400MPa左右,最高可达1860MPa,耐高温(长期
处于100℃而性能基本不变),但它不耐火,且会被腐蚀,
易生锈。钢按外形可分为钢板、型钢和钢筋(如图为工
人在截断钢筋)
钢的连接方式有焊接,镙接,铆接。
关于混凝土,混凝土抗压强度高(20~80MPa,最高可
达200MPa),抗拉强度很低,只有抗压的1/10,耐火但不
耐高温),硬化过程会收缩。这里主要介绍两种,素混凝
土和钢筋混凝土,素砼梁由素混凝土制成,但这种梁一
开裂就破坏,而且无预兆,承载低。而钢筋混凝土梁(左图为剪梁,混凝土梁的一种)就弥补了这一缺陷,它发挥了钢筋与砼的各自优点,混凝土受压,钢筋受拉,可带裂缝工作。因此钢筋混凝土的应用极其广泛,在大型建筑中,它的身影几乎无处不在。
预制构件就是由建筑材料预先制成的相应构件。使用预制构件的好处是很大的,下面我们以钢筋混凝土预制构件为例:
在工厂中预制混凝土构件,最大的优越性是有利
于质量控制,而在现浇混凝土时,由于条件的限制,
很多方面是难以做到的。这种优越性主要体现在以
下几个方面。
(1) 便于预应力钢筋或钢丝的张拉
(2)便于混凝土的质量控制
(3)便于养护
实践
在了解这些材料之后,我们相继参观了南京构件厂和大地普瑞,加深了对建筑材料和预制构件生产工艺的了解。
实践1:
在南京构件厂(该厂为中日合资专业生产外墙装饰用文化石,具美观、仿古、防水、抗冻、无辐射、保温、隔热等特性,另有高级进口混凝土外加剂),我们参观了文化石的生产流程,从模具制作到成品包装。
文化石(图示为文化石的成品)是建筑材料的一种,有人造和天然两种,其材质坚硬、色泽鲜明、纹理丰富、风格各异,但不够平整,一般用于室外或室内局部装饰。图示
为人工制造的文化石。人造文化石是采用硅
钙、石膏等材料精制而成的。它模仿天然石
材的外形纹理,具有质地轻、色彩丰富、不
霉、不燃、便于安装等特点。
文化石本身并不具有特定的文化内涵。但
是文化石具有粗砺的质感、自然的形态,可
以说,文化石是人们回归自然、返朴归真的
心态在室内装饰中的一种体现。这种心态,
我们也可以理解为是一种生活文化。
实践2:
在大地普瑞,我们了解了横梁、楼板等预制构件的工艺流程,在这一工艺流程中,主要体现了先张法的应用,即:
(1)先在台座或钢模上用液压千斤顶张拉预应
力钢筋至预定值并作临时固定(如图右)
(2)然后浇筑混凝土(如下图)
(3)待混凝土达到一定硬度,切断预应力钢
筋,在钢筋回缩时即对已结硬,并和钢筋有足够
粘结强度的混凝土施加预应力。(下图为成品)
此外,还有后张法,后张法是指先浇筑
混凝土构件并预留好孔道,待混凝土达到一
定的强度后在孔道内穿入钢筋,然后直接在
构件上张拉钢筋,最后用锚具在构件两端将
钢筋锚固,阻止钢筋回缩,从而对构件施加
预应力。钢筋张拉完毕并将张拉端锚固后,
预留孔道内应按要求灌浆。(如下图)
(a) 制作混凝土构件;(b) 张拉钢筋;(c)张拉端锚固并对孔道灌浆
先张法、后张法各有优缺点:
先张法生产工序少,工艺简单,施工质量容易保证,不需在构件上设永久性锚具,生产成本低,在长线台座上,一次可生产多个构件。先张法主要适合于工厂内生产中、小型构件。
后张法不需要台座,构件既可在工厂也可在现场制作;后张法构件只能单一逐个地施加预应力,工序多,操作也麻烦;而且需设永久性锚具,成本高;一般用于运输不便的大、中型构件。
二、钢结构
理论
钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。钢结构体系具有自重轻、工厂化制造、安装快捷、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势,与钢筋混凝土结构相比,更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势,在全球范围内,特别是发达国家和地区,钢结构在建筑工程领域中得到合理、广泛的应用。
钢结构分为轻钢结构和重钢结构。
重型钢结构厂房多为框架或排架结构,设有
一台或多台有重型吊车,在厂房内一般布置一层
或多层钢结构平台,钢结构材料大多数为宽翼缘
H型钢,安装方式多为高强螺栓连接,因此焊接
H型钢的构件制作工艺与高强螺栓安装的质量
控制是厂房结构质量的关键。重型钢结构厂房
的主要应用对象有石化厂房设施、电厂厂房、
大跨度的体育场馆、展览中心,高层或超高
层钢结构等(图右为鸟巢)。
轻钢结构即轻型钢结构建筑体系,是以热轧轻型H 钢、轻型焊接型钢、高频焊
接型钢、冷弯薄壁型钢、薄钢板和薄壁钢管等高效能结构钢材和高效功能材料为主,以各类高效装饰连接材料为辅组装而成,能满足建筑特定使用功能和特定空间需求的
轻型全装配钢结构建筑。
轻钢结构(图为轻钢结构厂房)是一种年轻而极具生命力的钢结构体系,已广泛应用于一般工农业、商业、服务性建筑,如办公楼、别墅、仓库、体育场馆、娱乐、旅游建筑和低、多层住宅建筑等领域,还可用于旧房增层、改造、加固和建材缺乏地区、运输不便地区、工期紧、活动式可拆迁建筑等,倍受业主青睐,主要有以下特点:1)采用高效轻型薄壁型材,自重轻、强度高、占用面积小。
2)构配件均为自动化、连续化、高精度生产,产品规格系列化、定型化、配套化。各部分尺寸精确。
3)结构设计、详图设计、计算机模拟安装、工厂制造、工地安装等以较小时间差同步进行。
4)基础以上干式工法没有湿作业,内装饰等易于一次到位。型材经过镀锌、涂层后外观优美且防腐,有利于减少围护和装修费用。
5)便于扩大柱距和提供更大分隔空间,可降低层高和增加建筑面积(住宅实用面积可达92%)。在增层、改造、加固方面优势明显。
6)新墙材应用范围广,大量使用采光带,通风条件好。
7)室内水暖电气管线全部隐蔽在墙体中和楼层间,布置灵活,修改方便。
8)房子可以搬迁、材料可全部回收利用,不会造成垃圾,符合可持续发展战略。
实践
对于钢结构有了相应的了解后,我们相继参观了新蓝天钢构厂和溧水体育中心。
实践1:
新蓝天钢构厂的主要产品有轻钢、重钢、箱型柱、彩钢板(如下图所示)
以下简要介绍一下彩钢板:
彩钢板是近年来出现的一种新型建筑材料.它具有轻质高强,色彩丰富,抗震性好,施工快捷等优点,广泛应用于工业及民用建筑的屋面板,墙板和楼层板,尤其适用于大跨度厂房,粮棉库,库房,活动房的房顶和墙板。
此外,新蓝天钢构厂的厂房就是钢结构。
以下是该厂生产钢构件的某些流程视图:
实践2:
在溧水体育馆,我们参观了看台顶棚的钢框架结构(如右图),了解了V 型柱、剪刀撑、大跨度横梁等钢结构,详细观察了柱支撑处的连接。
看台全景
图中黄色支撑架撑住顶部横梁
柱与柱的连接处
V 型柱支撑处
实践3:
在8.31参观的南京奥体中心也是大型钢结构,南京奥体中心位于南京河西新城区中心区域,主要由主体育场、热身场、体育馆(太空舱形)、游泳馆(海螺形)、新闻中心(桅杆状)、网球中心(莲花瓣)、棒球场、垒球场,以及交通工程、环境景观、能源中心等配套工程,和体育公园组成。奥体五大场馆以体育场为中心连成一个整体,可同时容纳8.7万人(主体育场6.2万人、体育馆1.3万人、游泳馆4000人、网球中心8000人)。奥体中心是2008年前全国最大的体育场,是2005年第十届全国运动会的主会场。
重要钢结构介绍
溧水体育馆位于南京市溧水县,在建,场馆位于看台左侧,看台前是标准田径场。
1、百米观光塔
科技中心的百米观光塔由玻璃和钢材构成,塔
身高145米,是我国第一座钢结构观光塔,也是全
世界最高的体育观光塔。观光塔圆形的观光平台面
积为500多平方米,中部是由落地玻璃围成的休闲
空间,外围则是由栏杆围挡的露天观景平台,可容
纳100人同时观光。
2、体育馆
体育馆曲面玻璃屋顶、玻璃幕墙、镂空金属板、
金属构架、金属隔栅与大型百叶的巧妙组合,白天和
夜晚分别在室内空间和室外空间创造出梦幻般的光
影效果。体育馆主馆场地为标准冰场,地板是活动的,
冰场平时就埋在地板下面。主馆内的活动地板面积近
3200平方米,为国内最大,如果遇到有冰上项目时,
从拆除活动地板到制冰再到成型使用,全过程只需72个小时。
3、第一双斜拱
奥体中心上空,壮观的世界“第一双斜拱”精彩夺
目,这个水平跨度达360余米、斜度达45度的钢拱,
在国际体育设施建筑史上尚属首次。在巨拱内部还
有一条走道,据介绍,这条走道是供工人以后检修、
清洗之用,可以一直通向拱的最高处。看上去走道
仿佛阴森狭窄,但是内部非常宽敞,最高的地方有
15米高的空间,双拱上一共开了22个窗口,在十
运会的开幕式上,大拱上演了空中飞人的精彩表演。
此外,奥体中心还有几处令人瞩目,不得不提:
1、妙笔生花的大平台
奥体中心串联五大场馆的大平台可谓是“妙笔生花”,它既保证了观众进出各体育场馆在交通方面的顺畅,又满足了大平台下各主要空间对通风采光等方面的要求。大平台高7米,宽60米,呈圆形。靠体育场一侧为18米宽的开敞空间,供消防、通风和采光所用。其余42米宽,1300米长的高架平台通过12座桥梁与体育场入口和其他四个场馆相连,形成了高架广场。高架广场从各方向通过坡道与市政道路相接,并设有电梯、楼梯与地面相通。
2、跑遍南京选中“金陵红”
“金陵红”不是深红,也不是淡红,而是介
于两者之间的一种独特的红色,由首席设计
师詹姆斯设计。选用红色,就是因为在南京
的天空下,红色比较鲜亮,而且更能表达体
育运动的活力、热力与动感。金陵红,这个
名字很好地诠释了南京和红色的关系,后来
成了南京奥体主体育场最大的亮点。
实践4:
河西教堂(右图)也是在建的大型钢
结构,其中间是大型支撑,工程完成
时还要拆除,拆除后顶部完全靠四周
钢构件拉住,教堂外围是多根钢柱,
钢柱用工字钢连接固定,有的钢柱之
间还用剪子撑加以连接。
实践5:
整个南京南站占地约1000亩,建筑面积40万平方米,主站房面积8万平方米。和现在的南京站最大的不同是,南京站是落地的,这个车站却是悬在空中的,其实它
就是个高架车站,站台层离地面12米
5高的距离。从图上可以很明显地看到,
南京南站的站台相当于在二楼,候车大
厅则在三楼——南京南站的南北广场
上,各有一个高架与三楼候车大厅相
连,和现在的南京站一样,这是送站平
台,乘客在此下车后即可直接进入候车
室,而在“正负零”的地面上,分别设有
公交车、出租车和社会车辆的停车场。
车站三楼为候车大厅,内有6个普通
候车室、一个无障碍候车室、一个团体
候车室、一个城际换乘候车室和两个贵
宾候车室,还有6个商业区。站房商业区具备可调节性,能随时调整为临时候车室,以应对春运、黄金周期间出现的特大客流。由于这个候车大厅的设计规模较现有南京站要大出许多,大厅内还设置了只有大型机场才广泛使用的自动步道;候车大厅与位于三楼和二楼夹层的进站通道相连,乘客检票后,可通过垂直电梯或自动扶梯下到各个站台。
三、单厂结构
理论
单厂结构即单层厂房结构,如冶金或机械厂的炼钢、轧钢、铸造、锻压、金工、装配等
车间,一般因设有大型机器
或设备,产品较重且轮廓尺
寸较大,故宜直接在地面上
生产而设计成单层厂房
其按结构材料分为砌体混
合结构、钢结构、钢筋混凝
土结构、钢——混凝土混合结构,按结构形式分为排架结构(如左图)
(等高、不等高、锯齿形)和刚架结构(两铰门架、三铰门架)。
以下介绍单层厂房的某些结构: (1) 屋盖结构
由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成
屋盖结构 ——
由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成, 有时还包括有天窗架和托架等构件
(2) 横向排架结构
由横梁、横向柱列及其基础所组成的平面骨架,是厂房的基本承重结构。厂房承受的竖向荷载及横向水平荷载主要通过横向平面排架传至基础及地基
(3) 纵向排架结构
由连系梁、吊车梁、纵向柱列、柱间支撑和基础等构件组成的纵向平面骨架。作用是保证厂房结构的纵向稳定性和刚度,承受吊车纵向水平荷载、纵向水平地震作用、温度应力以及作用在山墙及天窗架端壁并通过屋盖结构传来的纵向风荷载等
(4)围护结构
位于厂房的四周,包括纵墙、横墙(山墙)、抗风柱、连系梁、基础梁等构件。这些构件所承受的荷载,主要是墙体和构件的自重以及作用在墙面上的风荷载
单层厂房结构中,纵向平面排架和横向平面排架间主要通过屋盖结构和支撑体系相连接而形成空间结构,各构件及其作用为:
构件名称构件作用备注
屋盖结构屋
面
板
承受屋面构造层自重、屋面活荷载、雪荷载、积灰
荷载以及施工荷载等,并将它们传给屋架(屋面梁),
具有覆盖、围护和传递荷载的作用
支撑在屋架(屋
面梁)或檩条上天
沟
板
屋面排水并承受屋面积水及天沟板上的构造层自
重、施工荷载等,并将它们传给屋架
天
窗
架
形成天窗以便于采光和通风,承受其上屋面板传来
的荷载及天窗上的风荷载等,并将它们传给屋架
托
架
当柱距比屋架间距大时,用以支撑屋架,并将荷载
传给柱
屋盖结构屋
架
或
屋
面
梁
与柱形成横向排架结构,承受屋盖上的全部竖向荷
载,并将它们传给柱
檩
条
支撑小型屋面板(或瓦材),承受屋面板传来的荷载,
并将它们传给屋架
有檩体系屋盖
中采用
柱排
架
柱
承受屋盖结构、吊车梁、外墙、柱间支撑等传来的
竖向和水平荷载,并将它们传给基础
同时为横向排
架和纵向排架
中的构件
抗
风
柱
承受山墙传来的风荷载,并将它们传给屋盖结构和
基础
也是围护结构
的一部分
支撑体系屋
盖
支
撑
加强屋盖结构空间刚度,保证屋架的稳定,将风荷
载传给排架结构
柱
间
支
撑
加强厂房的纵向刚度和稳定性,承受并传递纵向水
平荷载至排架柱或基础
围护结构外
纵
墙
山
墙
厂房的围护构件,承受风荷载及其自重
连系梁 连系纵向柱列,增强厂房的纵向刚度,并将风荷载传递给纵向柱列,同时还承受其上部墙体的重量
圈梁 加强厂房的整体刚度,防止由于地基不均匀沉降或较大振动荷载引起的不利影响
过梁 承受门窗洞口上部墙体的重量,并将它们传给门窗两侧墙体
基础梁 承受围护墙体的重量,并将它们传给基础
吊车梁 承受吊车竖向和横向或纵向水平荷载,并将它们分别传给横向或纵向排架
简支在柱牛腿上 基础 承受柱、基础梁传来的全部荷载,并将它们传给地基
实践
关于单厂结构,在参观过程中,我发现新蓝天钢构和土木工程实验室都是单厂结构,这也正符合以上所说,因设有大型机器或设备,产品较重且轮廓尺寸较大,故宜直接在地面上生产而设计成单层厂房。
四、 基础工程施工 理论
受建筑物影响的那部分地层称为地基,与地基接触的建筑物下部的扩大部分称为基础。 地基基础设计的基本要求: 1、地基应有足够的强度。 2、地基不产生过大变形。
3、基础本身应有足够的强度和刚度。
地基基础具有非常重要的作用,它关系到建筑的安全、经济与正常使用。在历史上因为地基基础的问题而造成严重后果的例子比比皆是,如特朗斯康谷仓、比萨斜塔(见图)。
实践
在9.2我们参观了沙洲镇政府施工工地,实地感受了基础工程的施工。
五、桥梁及隧道施工
理论
桥梁是架在水上或空中以便通行的建筑物。
以下是桥梁的基本结构图:
?上部结构(桥跨结构)
直接承担使用荷载
?下部结构(桥墩、桥台、基础)
将上部结构的荷载传递到基础中去
挡住路堤的土
将桥梁结构的反力传递到地基
?支座
保证桥梁的温差伸缩
?附属结构
桥面铺装(或称行车道铺装) 、排水防水系统、栏杆(或防撞栏杆)、伸缩缝、灯光照明等
如今桥梁设计理论更趋完善和合理,体现在以下几点:
1、自20世纪70年代以来,国际上开始逐步采用以可靠性理论为基础、以分项安全系数表达的概率极限状态设计法,如英国规范BS5400、美国规范AREA(铁路)和AASHTO(公路)、加拿大规范CAN/CSA-S6-88等。
2、与过去采用的容许应力设计和破坏强度设计等方法相比,极限状态设计理论更趋完善和合理。
3、我国公路桥梁已从1985年开始采用极限状态法进行结构设计,新的铁路桥梁设计规
范规也即将颁布实施。
桥梁CAD技术应用也更趋广泛,桥梁CAD技术的主要内容有以下几部分:结构分析、图形绘制、结构优化、工程数据库、专家系统等。目前使用较多的是前三部分。实现快速有效的优化设计和仿真分析;桥梁CAD技术运用智能化制造系统,工厂化生产部件,利用现代控制理论、GPS定位系统、智能遥控技术、计算机处理实现施工控制,预设自动监测和安全管理系统,进行大跨度桥梁运营全过程监控,自动报告损伤部位、提供养护加固对策。在我国,除采用国外商业化通用程序进行结构分析外,还逐步开发了一些桥梁结构分析及CAD专项软件,较大地提高了设计质量和效率。
我国桥梁的发展方向:
1、发展大跨度和特大跨度的桥梁;
2、开发中小跨度预应力混凝土桥的新的截面型式,完善的桥梁的标准设计;
3、提高桥梁建造的机械化、自动化水平,加强科学管理;
4、以极限状态法和可靠性理论为基础指导桥梁设计;
5、新的和高强度材料的应用;
6、准高速和高速铁路桥梁的设计、施工及加固问题;
7、建立桥梁管理系统,提高既有桥梁的养护、评估和加固水平。
实践
在9.3我们有幸参观了大胜关长江大桥,
南京大胜关长江大桥位于南京大胜关,在
南京长江大桥上游约20km,全长约
9.3km,是京沪高速铁路的控制性工程,
也是沪汉蓉铁路及南京铁路枢纽的重要组
成部分。
主桥按六线(京沪高速铁路双线、沪汉
蓉铁路双线、南京地铁双线)设计,设计时
速300km/h,采用
(108+192+336+336+192+108)m六跨连续
钢桁拱布置,主跨2×336m连拱为世界同
类桥梁最大跨径,主拱桁杆件最大轴力
9300t,支座最大反力17000t,采用三桁承重的板桁结合整体桥面结构,引领了当今高速铁路大跨度桥梁发展方向,采用高强度Q420结构钢,将促进桥梁结构钢材的快速发展。
主桥共11个桥墩,均采用空心墩身,钻孔桩基础,主桥深水基础采用锚碇无导向船的双壁自浮式钢围堰平台施工方法,钢桁拱采用吊索塔架辅助双伸臂对称施工和合拢的方法,施工快捷高效,将开创建桥技术的新篇章。
下面是大胜关长江大桥某些安装技术方案:
南京大胜关长江大桥创下了四个第一 ——列车时速最快、桥面载重最大、江中跨度最长、施工水域最深,是中国桥梁史具有划时代的一座铁路桥。
感言
9.4实习结束,本次实习使得我对已学过的有关理论课程内容能与实际相联系,对其加以巩固深化和运用,并为后续课程(如建筑材料、房屋建筑学、土木工程施工、建筑结构、交通工程等)积累感性认识和了解一些基本知识,此外,实习还使我了解了本专业的性质和任务以及它在建筑业、交通中的作用,加深了我对本专业的了解和热爱。总之,本次实习使得我受益匪浅。