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1、Text ContContent,3 专业知识与能力,4 工程建设及运营,3 专业知识和综合能力,第三章 专业知识和综合能力,热爱专业终身学习深入实践第3章为专业知识和综合能力，主要对结构工程师执业所需的专业知识和综合能力进行论述，为结构工程师在职业生涯中的知识和能力提升提供参考。,结构设计，用较少的材料来支撑所给定的荷载或封闭给定的空间，或无需用更多的材料即可制造一个具有较大刚度或强度的实体结构的特性与它的规模大小有关。随着结构的规模变大。它的各种各样的性能都会发生变化，且都不以相同的比率改变。巨大就是有一种吸引力和魅力且不受制于美学理论科技与美共同实现人类某些最基本的物质及精神需求,3.1
2、 专业知识,工程材料工程施工工程技术经济设计理论与方法绿色设计信息技术个人知识管理,3.1 专业知识,3.1.1 工程材料,我国古代以石、木、砖、瓦为工程材料现代采用水泥、钢、铝、玻璃等多种材料主要工程材料和三大发展方向 混凝土高强、高性能材料发展 钢材 高强、高性能材料发展 砌体 轻质、节能的新型砌块转变 木材 材质均匀、强度高的胶合材料发展本书只涉及基础分类与常规性能描述,砼化学反应过程等级现行规范将混凝土分为C15C80共14个等级。配合比应经过试配及试验确定。,3.1.1.1 混凝土,混凝土结构施工宜采用预拌混凝土。应满足：强度、耐久性、工作性要求应根据：（级配目标的关键因素）结构形式
3、、运输方式、距离、泵送高度、浇筑方式、振捣方式、工程所处环境条件等确定。现有的高性能混凝土：有高强混凝土泵送混凝土抗渗混凝土大体积混凝土等。上海环球金融中心最高采用C60的混凝土，广州西塔最高采用C90的混凝土，上海中心最高采用C70的自密实和高流态高强混凝土。,3.1.1.1 混凝土,钢筋：强度高，延性好常用钢筋：热轧光圆低碳钢筋：HPB300级热轧普通钢筋：HRB335级，延性较好的HPB300E、HRB400E、HRB500E、HPBF300E、称为“带E钢筋”细晶粒热轧带肋钢筋：HRBF335目前主要推广应用HRB500、HRB400级冷轧带肋钢筋：CRB550级常用于现浇混凝土楼板的
4、配筋,CRB650级及以上冷轧钢筋适于作预应力筋。,3.1.1.2 钢材,钢绞线分类：抗拉强度等级：标准值为1860 MPa，另有1720、1770、1960、2000、2100MPa的强度等级钢丝数量：2丝钢绞线、3丝钢绞线、7丝钢绞线及19丝钢绞线表面形态：光面钢绞线、刻痕钢绞线、模拔钢绞线、镀锌钢绞线、涂环氧树脂钢绞线等,3.1.1.2 钢材,钢材二大常用分类：普通碳素结构钢：较高强度、良好塑性、韧性和可焊性普通低合金高强度结构钢：更好的综合性能和强度型钢热轧型钢：热轧钢厚板、各种薄壁型钢辅材焊丝、焊剂、普通螺栓、高强螺栓、锚栓、铆钉等例如：自攻螺丝也是一种辅材,3.1.1.2 钢材,烧
5、结粘土砖还会破坏耕地，影响环保。常见砌块材料：毛石或块石蒸压灰砂砖蒸压粉煤灰砖蒸压加气混凝土砌块混凝土小型空心砌块烧结型页岩空心砌块砌筑砂浆一般比较关注：强度、和易性。提倡使用预拌（干混）砂浆。,3.1.1.3 砌体材料,Harrford city 体育馆,91m*110m空间网架，倒放4角锥+中间层杆件上弦杆中部斜杆支撑边部上弦杆未考虑平面外稳定计算长度影响1974年建成，5年后坍塌杆件逐步失稳，引起整体失稳且上弦杆形式为4个角钢拼接,木材的分类按取材树种分为2类：针叶木和阔叶木（或硬木）按加工方式分为3类：原木、锯材、胶合材（胶合材是以木材为原料通过施压胶合制成的俄中矩形截面和板材的总称
6、）木材的构造宏观构造：从纵向、径向和切向三个切面进行剖析树皮、木质部、髓心、年轮和脊线微观构造：木材的细胞，而针叶木与阔叶木有较大区别,3.1.1.4 木材,木材与钢材、混凝土等在力学性能比较：强度重量比高显著的变异性和不均匀性各向异性（性能取决于木纹的方向）性能受含水率影响强度显著地受到荷载持续时间的影响变形明显的随时间增长。,3.1.1.4 木材,3.1.2 工程施工,工程施工内容非常广泛，以房屋类建筑的施工为例包括：土方与基坑支护工程地基处理与桩基础工程钢筋混凝土工程（模板、钢筋、混凝土）钢结构工程及砌筑工程等施工技术主要介绍以上各类分部的施工方法，重点是设计与施工中共同关注的施工技术,
7、基础工程一般分为4个部分 土方工程 土方开挖：机械开挖，人工修整 土方回填：碾压法，夯实法，振动法*山地经常会遇到土方平衡问题，节省土方运输费 基坑排水降水：集水坑排水法，井点降水法（轻型井点，深井点）,3.1.2.1 基础工程,基坑支护：方法：土钉墙，排桩，地下连续墙，水泥土墙目的：利用支护结构保护坑周边土体稳定，保护坑内施工的安全，保护坑外邻近的道路、建筑物和地下设施的安全；阻止地下水渗入坑内，使坑内保持干燥，让坑内挖土、基础和地下室的施工能够顺利进行。逆作法施工技术,3.1.2.1 基础工程,地基处理：采取一定措施的天然地基目的：排水、固结常用方法：换土垫层法强夯法排水堆载预压法砂石桩挤
8、密法水泥土搅拌桩加固法,3.1.2.1 基础工程,桩基础按竖向受力情况：端承型桩和摩擦型桩按施工方法不同：预制桩和灌注桩按成型时挤土效应：挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩。（往往预制桩是挤土桩，灌注桩是非挤土桩）,3.1.2.1 基础工程,桩基础灌注桩：沉管灌注桩，挖孔灌注桩，爆扩孔灌注桩钻（冲、磨）孔灌注桩：其选择是根据1.岩、土地质情况；2.施工机械与工艺可能性；3.经济价格预制桩,3.1.2.1 基础工程,桩基础桩基施工质量检测项目的4个方面：桩的平面位置、垂直度、标高；桩长及桩端持力层；桩身质量完整性及混凝土强度；单桩承载力常用的检测方法有：采用超声波检测法、小应变或大应变动测法判定桩身混
9、凝土质量完整性，大应变动测法还可以估测单桩极限承载力；采用静载法确定单桩极限承载力；采用钻芯法检查大直径灌注桩混凝土质量和桩底持力层。新的检测技术不断涌现,3.1.2.1 基础工程,上海中心大厦基础工程的施工工艺概括如下：深厚砂层钻孔灌注桩成孔施工技术采用正反循环结合钻孔工艺，上部黏土层（30m以上深度）正循环成孔，下部砂土层泵吸反循环成孔。桩端后注浆施工技术采用注浆量、注浆压力双控原则，桩身均匀设置3根注浆管，与超声波检测管共用，2用1备。超深地下连续墙施工技术包括抓铣结合技术和套铣接头技术。超大超深基坑工程施工技术包括中部区域主楼顺作法圆环形无支撑基坑施工技术和周边区域裙房逆作法基坑分区对
10、称施工技术。,3.1.2.1 基础工程,模板是在混凝土施工中用以使混凝土成型的构造设施。模板体系分：水平模板体系和竖向模板体系。由模板、支撑及配件三部分组成目前有有三大系列：组合式模板工具式模板永久式各类压型钢板、塑料模壳（免拆）模板。模板工程应编制专项施工方案并附计算书模板拆除时，可按先支先拆、后支后拆，先拆非承重模板、后拆承重模板。底模及支架应在混凝土强度达到设计要求后再拆除。,3.1.2.2 模板工程,钢筋混凝土工程包括钢筋工程和混凝土工程。钢筋工程包括：下料、加工及安装，以手工操作为主，是目前工厂化程度和施工效率较低的环节。D28以上的钢筋在采用各类机械接头后，工厂化预制率较高混凝土工
11、程：混凝土宜采用搅拌运输车运输。在商品砼规定下，多采用此方法。混凝土的浇筑，应预先制定施工方案，由远而近，连续作业，振捣密实，避免出现施工冷缝、蜂窝麻面等质量问题。混凝土早期塑性收缩和干燥收缩较大，应采取养护措施补充水分或降低失水速率，防止混凝土产生裂缝。常见的养护方法有：浇水（或覆盖麻袋、草帘洒水）自然养护、蒸汽养护（多见于混凝土预制构件厂）和特种养护（如涂刷养护剂、覆盖保护膜或抽真空等）。,3.1.2.3 钢筋混凝土工程,混凝土工程：施工后浇带的位置在设计时应在施工图中明确。分为沉降后浇带和收缩后浇带。后浇带的接缝形式有平接式、企口式和台阶式。大体积混凝土常采用斜面分层浇注法主要温控措施有
12、：控制水泥的水化热，控制搅拌用水的温度，控制混凝土入模温度等，低温入模可有效降低温度应力。必要时可铺设内部管道通入循环冷却水。预应力混凝土构件按施加预应力的方式：先张法、后张法按预应力钢筋与混凝土之间的作用：有粘结与无粘结预应力混凝土。优点是：能有效利用高强度钢丝和高等级混凝土的优良性能；能有效提高构件的抗裂性、刚度和耐久性；能减小构件截面，减轻自重，节约材料。先张法适用于在混凝土预制构件厂生产中小型预应力构件，后张法适用于大跨度、大柱网、大型的现浇混凝土结构。,3.1.2.3 钢筋混凝土工程,钢结构工程包括钢结构制作和安装。施工单位对设计文件的工艺性审查：加工工艺、加工余量、公差配合、构件运
13、输和吊装等工程经济因素绘制加工详细图，节点设计：确定连接板规格，焊接尺寸，安装用连接板，吊耳，混凝土浇筑孔，排气或排水孔、大跨构件的预起拱、运输与吊装的分段分节。*节点设计应由设计单位完成，具体放样可由施工深化完成。钢结构安装应选择合适的起重机械和吊装方法应在构件出厂前进行预拼装（例：方钢管空间结构），采用实体预拼装和计算机辅助模拟预拼装法。钢结构安装、校正时，应分析温度、日照和焊接变形等因素对结构变形的影响；应进行施工验算，保证结构的整体稳定和局部稳定。（例：施工胎架与拆撑）*【实例】某超高层建筑钢结构安装,3.1.2.4 钢结构工程,“四节一环保”节材、节水、节能、节地和环境保护地基与主体
14、结构施工工程中绿色施工技术措施：（1）优化基坑施工方案；分类处理垃圾，动态管控污染。（2）推广循环使用模板及脚手架体系。（3）推广使用高强钢筋，优化钢结构制作、安装，减少施工措施用材量等。（4）推广使用预拌混凝土和预拌（干混）砂浆，使用高性能混凝土；采用中水搅拌，养护,3.1.2.5 绿色施工,绿色设计（生态设计、环境设计或环境意识设计）考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性和可重复利用性等）。满足环境目标，产品功能、使用寿命、质量等要求。对象：结构体系方案、结构布置方案和构件方案衡量指标：碳排放及其他环境指标、绿色材料用量、绿色设计方法和技术的运用等。,3.1.5 绿色设计,评价方法
15、：生命周期评价。从原材料的获取、能源和材料的生产、产品制造和使用、到产品生命末期的处理以及最终处置。碳排放包括：隐含碳，运营碳，生命末期碳排放*结构碳排放在运营碳中所占比例相对减少。不同国家或机构对于隐含碳的统计范围定义不同。,3.1.5 绿色设计,【办公建筑基于隐含碳的结构体系选型】西安某商业中心区域超高层办公楼，地下3层，地上45层，结构总高度为186.3m，标准层建筑面积1998.01m2。采用两种结构方案对比高层建筑两种典型结构形式的环境成本与经济成本。方案一采用框架-核心筒结构体系，外围框架柱采用型钢混凝土柱，第16、32层设伸臂桁架作为加强层，伸臂桁架构件采用箱型截面钢结构B12005003535；方案二不设置伸臂桁架，采用密柱框架-筒体（框筒）结构，筒体外围布置了间距4m的钢筋混凝土柱。两方案的各项结构指标均满足规范要求。,3.1.5 绿色设计,【办公建筑基于隐含碳的结构体系选型】,方案一设备层结构平面布置图 方案二设备层结构平面布置图,3.1.5 绿色设计,【办公建筑基于隐含碳的结构体系选型】,结构方案隐含碳对比（单位t） 结构方案经济性对比（单位万元）,由此可见其经济性主要在与 是否设置伸臂桁架，本书不讨论设置伸臂桁架的技术必要性，仅展示结构体系、经济成本与绿色设计的关系,
