土木工程建设

第三章 土木工程材料 3.1土木工程材料是建筑物的重要物质基础，在任何一项建筑物中，土木工程材料的投资都占有非常大的比重。土木工程材料的品种、性能和质量将直接影响着建筑物的功能、适用性、耐久性、经济性和环保性，并在一定程度上影响着土木工程材料的使用方式和建筑物的施工方法。 新型绿色环保土木工程材料和生态土木工程材料 3.2木材是最早用于土木工程的材料之一 我国现存时代最早、规模最大的木结构古建筑----五台山佛光寺大殿 木材的优点：轻质高强；有较高的弹性和韧性；易加工；承受冲击和振动作用好；导热系数低；保温隔热；具有较好的耐久性；纹理美观，色调温和，风格典雅，装饰效果好；绝缘性能强；无毒性 木材的缺点：构造不均匀，呈各向异性；自然缺陷多，影响了材质和使用率；湿胀干缩，使用不当容易产生干裂和翘曲；存放和使用过程中维护不当，则易腐朽、霉烂和虫蛀；耐火性差，易燃烧 树木的种类很多，常分为针叶树和阔叶树两类 针叶树，又名软木材，树干直而高大，材质轻软，易于加工，表观密度和胀缩变形小，有一点强度，是常用的主要承重结构木材。阔叶树，又名硬木材，大多数树种的材质强度较高，表观密度较大，材质坚硬，加工较难，且胀缩、翘曲、裂缝等较针叶树明显 树木由树皮、髓心和木质部三部分组成 靠近髓心部分颜色较深为心材，靠近树皮部分颜色较浅为边材 在同一生长年中，春天细胞分裂速度快，细胞腔大壁薄，所以构成的木质较疏松颜色较浅称为早材或春材 夏秋两季细胞分裂速度慢，细胞腔小壁厚，构成的木质较致密，颜色较深，称为晚材或夏材 木材的主要物理和力学性质是含水率、湿胀干缩、表观密度和强度 木材常用的强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度 木材是一种非均匀材料，具有各向异性，使木材的强度有很强的方向性 木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多，在工程上均充分利用木材的顺纹强度。理论上，木材强度以顺纹抗拉强度为最大，其次是抗弯强度和顺纹抗拉强度 影响木材强度的主要因素有含水率、密度、颗粒结构、温度和木材缺陷。其中木材的密度是影响木材轻度的最主要因素。一般来说，木材的密度越大，强度越高；木材的密度越小，强度越低 木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置可分为：自由水、吸附水和化学结合水 当木材含水率小于纤维饱和点时，随含水率的增加，强度将下降，尤其是木材抗弯强度和顺纹的抗压强度；当木材含水率超过纤维饱和点时，含水率的变化不影响木材的强度 当温度升高时，木材的强度也会降低 木材的使用温度以50℃以下的正温为宜 结构和装饰用木材一般选用等级较高的木材一般Ⅰ级木材用于受拉或受弯构件；Ⅱ级木材用于受弯或受压构件；Ⅲ级木材用于受压构件及次要受弯构件 木材的缺陷包括木节、腐朽、斜纹、裂纹、髓心及虫蛀等，这些缺陷都会影响木材的强度。如木节使顺纹抗拉强度明显降低，而顺纹抗剪强度有所提高；斜纹使木材的抗弯强度和抗拉强度都有所下降 木材作为土木工程材料最大的缺陷是容易腐蚀、虫蛀和燃烧 木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的 变色菌侵入木材较深，难以除去，损害木材的外观质量 腐朽菌的生存和繁殖，除了靠木材提供养料外，还必须同时具备以下三个条件：适宜的水分、空气和温度。当木材的含水率在35%~50%，温度在25~30℃,木材中又存在一定量的空气，最适宜腐朽菌的繁殖，如果能够破坏其中的一个条件的话，腐朽菌则不能破坏木材 木材的防腐主要采用两种形式，一种是破坏腐朽菌生存繁殖的条件，另一种是把木材变成有毒物质，使其不适于作真菌的养料 木材的防火主要有表面涂敷法和溶液浸注法 我国木材供应的主要形式有原条、原木和板枋三种，原条是指除皮、根、树梢，但尚未加工成规定尺寸的木材。用于搭建脚手架；原木是指除皮、根、树梢的木材，并按一定尺寸加工成规定直径和长度的木材。用于制作屋架；板枋是指原木经锯解加工而成的木材，宽度不足厚度三倍的木材，称为枋材 人造板是以木材、木质纤维、碎木料或其他植物纤维为原料，加入胶黏剂和其他添加剂制成的板材。人造板主要有型压板、层压板和夹心板三种 3.3金属材料包括黑色金属盒有色金属两大类，黑色金属是以铁元素为主要成分的金属及其合金，如铁、钢、合金钢。有色金属是以其他金属元素为主要成分的金属及其合金，如铜、铝、铅等金属及其合金 土木工程中用的钢材主要有各种型钢、钢板、钢管和各种钢筋、钢丝、钢绞线 在土木工程中，使用最多的金属材料是钢材 钢材在土木工程中的应用： 1. 土木工程结构钢 土木工程结构使用的钢材主要有碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢 碳素结构钢又称普通碳素结构钢，适用于一般结构和工程 低合金高强度结构钢是在钢材中加入规定数量的合金元素而产生的，用以提高钢材的使用性能。常用的合金元素有硅、钒、钛、锰、铬、镍和铜 优质碳素结构钢应对有害杂质含量严格控制，其中S<0.035%，P<0.035$% 2. 钢结构用钢 品种主要有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、热轧钢板、钢管、钢丝绳和钢绞线 对于厚度为1.5mm~6mm的冷弯型钢也称为冷弯薄壁型钢，冷弯型钢属于高经济截面，由于壁薄、刚度好，能有效的发挥材料的作用，节约钢材 3. 钢筋混领土用钢 主要有热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和预应立筋 4. 专门结构用钢 1）.桥梁结构钢，具有较高的强度，良好的塑性、韧性、可焊性和较高的疲劳强度，桥梁结构钢都采用平炉或氧气转炉镇静钢 2）.钢轨钢 不仅具有较高的强度以承受较高的压力和抗剥离能力，而且还要具有较高的耐磨性、冲击韧性和疲劳强度。一般应选用含碳量较高的平炉或氧气转炉镇静钢进行轧制 钢材的防腐 1. 涂敷保护膜：以隔离空气或其他介质 2. 电化学防腐：采用阳极保护或阴极保护的措施 3. 制成合金钢 3.4 1824年，英国的约瑟夫.阿斯普丁制成了水泥，命名为：波特兰水泥 水泥加水拌合后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化 水泥按其组成可分为两大类，常用水泥和特种水泥 水泥是由水泥熟料、混合材和石膏按一定比例混合而成 硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量如下：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四 钙 水泥混合材主要有活性混合材和非活性混合材两大类 3.5根据混凝土中所用的胶凝材料的不同分为水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、树脂混凝土、沥青混凝土，使用最广泛的是水泥混凝土，属于水泥基复合材料 混凝土的优点：具有较高的强度和耐久性，可以通过调整其组成，使其具有不同的物理力学特征，以满足各种工程的不同要求；混凝土拌合物具有可塑性，便于浇筑成各种形状的构件或整体结构；能与钢筋牢固地结合成坚固、耐久、抗震且经济的钢筋混凝土结构；经久耐用，维修费用低 混凝土的缺点：抗拉强度低，一般不用于承受拉力的结构；在温度、湿度变化的影响下最容易产生裂缝 养护条件的好坏是决定混凝土性能的一个重要环节 混凝土的主要技术性质有：混凝土拌合物的和易性、凝结特性、硬化混凝土的强度、耐久性 混凝土的组成：水泥、骨料（粒径大于5mm的称为粗骨料，粒径小于5mm的称为细骨料。天然砂分为河砂、海砂、山砂。粗骨料有碎石和卵石）、水（有抗冻要求的混凝土，水灰比应降低到0.5以下）、混凝土外加剂、矿物掺合剂、纤维、聚合物 混凝土配合比的基本步骤：1.计算初步配合比 2.试拌调整，得出基准配合比 3.经过混凝土强度和耐久性等的检验，确定混凝土配合比 3.6砂浆是由胶凝材料、细骨料、外加剂和水等材料按适当比例配制而成 砂浆按功能分为普通砂浆和特种砂浆；按生产形式分现场搅拌砂浆和商品砂浆 砂浆和混凝土一样，今后的发展方向是商品化生产和供应 用于砖石砌体的砂浆成为砌筑砂浆；用于墙面、顶面抹灰的砂浆称为抹灰砂浆；用于地坪处理的砂浆称为顶面砂浆 按胶凝材料不同，砂浆分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆 影响砂浆强度的因素：材料性质、配比、施工质量、被粘结块体材料表面吸水性的影响 3.7沥青具有良好的防水、抗渗、耐化学腐蚀性，主要用于生产防水材料、防腐材料和铺筑沥青路面 工程上使用的沥青材料主要是石油沥青和煤沥青，石油沥青应用最广 按照工程应用特性，石油沥青分为道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青 道路石油沥青标号越高，则黏度越小，延展性越好，温度敏感性越高 在北方地区应选用低粘度的石油沥青，以保证沥青路面在低温下仍有一定的变形能力，减少低温开裂。南方用高粘度的，以保证夏季沥青路面有足够的稳定性 3.8高分子建筑材料的主要形式有：塑料制品、橡胶制品、涂料、胶粘剂、密封剂、玻璃钢、防水材料 聚氯乙烯是最常用的一种高分子材料，用聚氯乙烯制造的高分子建筑材料和制品有塑料墙纸、塑料地板、门窗、装饰板、管材和防水卷材 3.9墙体材料主要有砖、砌块、板材 墙体砖按所用原料不同分为黏土砖和废渣砖；按生产形式不同分为烧结砖和非烧结砖；按砖的外形不同分为普通砖、多孔砖和空心砖

第四章 建筑工程 4.1建筑本身的特点： 1.任何一个建筑产品都处在一个特定的地点，固定在地面上不能移动，由于不同的地点具有 不同的地貌和地质条件，因此有必要针对每个建筑作专门的地基和基础设计 2.建筑产品应是多功能的，从而满足用户的多种需要，包括使用功能、规模、结构形式、风格、舒适性和经济性 3.建筑产品的尺度在长度、宽度、高度三者之一或者全部都要比其他产品大得多 4.建筑会受到许多形式的荷载或力的作用 建筑工程的施工特点 1.需要一定规模的人力、机械设备和大量的建筑材料，并且需要很长一段时间才能完工 2.没有固定的地点，经常一个地方到另一个地方的流动 3.露天作业，很容易受到自然环境的影响和干扰 建筑工程项目管理的特点 1.需视作一个项目来运作，应有明确的目标、详细的工作内容、规定的施工进程、成本预算、质量标准等细节，制定一个完备的项目管理计划是十分重要的 2.一个建筑项目常常需要若干个阶段才能完成，将涉及许多施工部门和专业人员，很多不确定事件、因素会影响到项目的运作进程 4.2建筑的组成：基础、墙或柱、楼面、屋盖、楼梯、门、窗户、阳台，这些构件可分为围护结构和承重结构两大类 建筑物的功能是通过围护结构来达到的，墙、门、窗、屋檐、围栏、雨篷等都属于围护结构 建筑中能承受这些荷载并将它们传递到其他部位的结构成为承重结构，由承重结构组成的体系称为结构体系，例如梁、板、柱、屋架、承重墙、基础，作用在建筑上的荷载从上往下传递 基础：是一栋建筑最下面的部分，基础将承受整栋建筑的荷载，并将其传递给地基 墙：外墙是外面的围护结构，将建筑里面的房间与外界的风、雨、热、声音隔开，免遭它们的影响，内墙：分隔成多个区域或房间，同时起到隔热和隔声的功效 墙分为承重墙和非承重墙 楼盖：楼盖是水平布置的构件，不但能承受竖向和水平荷载外，还能起到隔声、防火和防水的作用 屋盖：一栋建筑的顶部称为屋盖或屋顶，屋盖既是围护结构又是承重结构，承受屋面自重和各种活荷载。平屋盖、坡屋盖、曲面屋盖是屋盖的三种基本外形 楼梯：除了楼梯，电梯和自动扶梯也是竖向交通设备，楼梯是最基本、最经济的日常交通设备，也是紧急情况时人们撤离的通道。即使安装的电梯或自动扶梯的建筑仍有必要设置楼梯 窗与门：窗的功能是让阳光和空气进入，让人们看到室外；门用来供人在各独立房间之间进与出，同时也像窗那样具有日光照明和通风的功能 阳台：建筑底层以上的外墙上平台 4.3建筑按照用途分为生产性建筑和民用性建筑，生产性建筑又可次分为工业建筑和农畜业建筑，民用建筑也可次分为住宅建筑和公共建筑 建筑可用不同的材料来建造，按照材料不同可分为木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构。按照楼层数目分类：1~3层：低层建筑；4~6层：多层建筑；7~12层：中高层建筑；高于12层：高层建筑；对公共建筑来说，高度大于24m，就属于高层建筑，不管是住宅建筑还是公共建筑，高度大于100m的建筑都称为超高层建筑 4.4结构：结构的简单定义就是建筑中承重的骨架，承受建筑的自重和外界的各种荷载，并将它们传递到建筑的地基上 依据基本的几何形状，构件大致可分为线状和面状构件，两者可分为平面状和曲面状，基于刚度可分为刚性构件和柔性构件 按照构件的空间布置分为单向结构体系和双向结构体系