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介绍的都不是很详细,在此希望能通过此论题的开始,起到抛砖引玉的作用,一方面为困惑的设计人员深入了解,另一方面彼此交流互相提高弯桥的设计水平目前解决曲线桥梁计算方法有以下几种: 1、空间梁元模型法 2、空间薄壁箱梁元模型法 3、空间梁格模型法 4、实体、板壳元模型法 第一种方法,是不能考虑桥梁的横向效应的,使用时要求桥梁的宽跨比不易太大
第二种方法,是第一种方法的改进,主要区别是采用了不同的单元模型,考虑了横向作用如翘曲和畸变
第四种方法,是解决问题最有效的方法,能够考虑各种结构受力问题
第三种方法,是目前设计及科研中常采用的方法,其特点是容易掌握,且对设计能保证足够的精度,其中采用比较多的方法是剪力-柔性梁格法,能充分考虑弯桥横向的受力特性
弯桥的受力特性如下: 弯桥由于弯扭耦合现象的存在,其应力和变形不再仅仅是弯矩单独的影响,这样使得外梁弯曲应力大于内梁的弯曲应力,外梁的挠度大于内梁的挠度
一般不主张采用加大外腹板高度的箱梁截面形式来改善受力特性
剪力-柔性梁格法的原理 是当梁格节点与结构重合的点承受相同挠度和转角时,由梁格产生的内力局部静力等效与结构的内力
其实质是将传统的一维杆单元计算模式推进到二维计算模型,用一个二维的空间网格来模拟结构的受力特性 有了以上的理论知识后便可以开始弯桥的设计,步骤如下: 1、截面尺寸的拟订 2、模型的划分 3、模型特性的计算 4、结果整理,并根据内力输出结果配筋 5、检算各项设计指标:设置预偏心,支承反力的调整应力、挠度、裂缝宽度、斜截面承载力检算、抗扭检算等
现以一三跨曲线梁桥为例说明以上的设计过程
跨径20m+25m+20m;梁高1.6m,端横梁宽1.0m,中横梁宽度均为2.0m 桥面宽为:净8+2x0.5m(防撞栏);双支座径向距离5.0m,单支座设在横梁中心,曲线半径50.0m,其截面形式如下: 目前弯梁桥在现代化的公路及城市道路立交中的数量逐年增加,应用已非常普遍
尤其在互通式立交的匝道桥设计中应用更为广泛
由于受地形、地物和占地面积的影响,匝道的设计往往受到多种因素的限制,这就决定了匝道桥设计具有以下特点: ⑴匝道桥的桥面宽度比较窄,一般匝道宽度在6~11m左右
⑵由于匝道是用来 实现道路的转向功能的,在城市中立交往往受到占地面积的限制,所以匝道桥多为小半径的曲线梁桥,而且设置较大超高值
⑶匝道桥往往设置较大纵坡,匝道不仅 跨越下面的非机动车道,有时还需跨越主干道和匝道,这就增大了匝道桥的长度
由于匝道桥具有斜、弯、坡、异形等特点,给桥梁的线型设计和构造处理带来很大困难
2弯梁桥的平面及纵、横断面布置 随着高等级公路在路线线形方面的要求越来越高,要求桥梁设计完全符合路线线形,所以桥梁的平面布置,基本上应服从整体线形布置的要求,桥梁纵坡也应服从路线纵坡
为了抵抗梁截面的弯矩和扭矩,在弯梁桥设计中多采用箱形截面
由于桥面超高的需要及梁体受扭时外边梁受力较大的需要,故可在桥梁横向将各主梁布置做成不同的梁高,如图一所示
为了构造简单,方便施工,也可将主梁做成等高度的,其超高横坡由墩台顶面形成
3弯梁桥结构受力特点 3.1梁体的弯扭耦合作用 曲梁在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩,并且互相影响,使梁截面处于弯扭耦合作用的状态,其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多,这是曲梁独有的受力特点
弯梁桥由于受到强大的扭矩作用,产生扭转变形, 其曲线外侧的竖向挠度大于同跨径的直桥;由于弯扭耦合作用,在梁端可能出现翘曲;当梁端横桥向约束较弱时,梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势
3.2内梁和外梁受力不均 在曲线梁桥中,由于存在较大的扭矩,因而通常会使外梁超载、内梁卸载,尤其在宽桥情况下内、外梁的差异更大
由于内、外梁的支点反力有时相差很大,当活载偏置时,内梁甚至可能产生负反力,这时如果支座不能承受拉力,就会出现梁体与支座的脱离,即“支座脱空”现象
3.3墩台受力复杂 由于内外侧支座反力相差较大,使各墩柱所受垂直力出现较大差异
弯桥下部结构墩顶水平力,除了与直桥一样有制动力、温度变化引起的内力、地震力等外,还存在离心力和预应力张拉产生的径向力
故在曲线梁桥结构设计中,应对其进行全面的整体的空间受力计算分析,只采用横向分布等简化计算方法,不能满足设计要求
必须对其在承受纵向弯曲、扭转和翘曲作用下,结合自重、预应力和汽车活载等荷载进行详细的受力分析,充分考虑其结构的空间受力特点才能得到安全可靠的结构设计
4弯梁桥的结构设计 直梁桥受“弯、剪”作用,而弯梁桥处于“弯、剪、扭”的复合受力状态,故上、下部结构必须构成有利于抵抗“弯、剪、扭”的措施
4.1弯梁桥的弯扭刚度比对结构的受力状态和变形状态有着直接的关系:弯扭刚度比越大,由曲率因素而导致的扭转弯形越大,因此,对于弯梁桥而言在满足竖向变形的前提下,应尽可能减小抗弯刚度、增大抗扭刚度
所以在曲线梁桥中,宜选用低高度梁和抗扭惯矩较大的箱形截面
4.2在弯梁桥截面设计时,要在桥跨范围内设置一些横隔板,以加强横桥向刚度并保持全桥稳定性
在截面发生较大变化的位置,要设渐变段过渡,减小应力集中效应
4.3在进行配筋设计时要充分考虑扭矩效应,弯梁应在腹板侧面布置较多受力钢筋,其截面上下缘钢筋也比同等跨径的直桥多,且应配置较多的抗扭箍筋
4.4 城市立交桥中的弯箱梁桥中墩多布置成独柱支承构造
在独柱式点铰支承弯连续梁中,上部结构在外荷载作用下产生的扭矩不能通过中间支承传至基础,而只能通过曲梁两端抗扭支承来传递,从而易造成曲梁产生过大扭矩
为减小弯梁桥梁体受扭对上、下部结构产生的不利影响,可采用以下方法进行结构受力平衡的调整: 4.4.1为减小此项扭矩的影响,比较有效的办法是通过调整独柱支承偏心值来改善主梁受力
4.4.2 通过预应力筋的径向偏心距来消除曲梁内某些截面过大的扭矩,改善主梁的受力状态也是一种行之有效的办法
预应力曲线梁往往产生向外偏转的情况,这是由其结构特点造成的
预应力产生的扭矩分布和自重、恒载作用下的扭矩分布规律有着较大的区别,为调整扭矩分布,可在曲线梁轴线两侧采用不同的预应力钢束及锚下控 制应力,构成预应力束应力的偏心,形成内扭矩来调整曲线梁扭矩分布
4.5下部支承方式的确定
曲线梁桥的不同支承方式,对其上、下部结构内力影响非常大
对于弯梁桥,中间支承一般分为两种类型:抗扭型支承(多支点或墩梁固结)和单支点铰支承
在曲线梁桥选择支承方式时,可遵循以下原则:4.5.1对于较宽的桥(桥宽B>12m)和曲线半径较大(一般R>100m)的曲线梁桥,由于主梁扭转作用较小,桥体宽要求主梁增加横向稳定性,故在中墩宜采用具有抗扭较强的多柱或多支座的支承方式,亦可采用墩柱与梁固结的支承形式
4.5.2 对于较窄的桥(桥宽 B≤12m)和曲线半径较小(一般约 R≤100m)的曲线梁桥,由于主梁扭转作用的增加,尤其在 预应力钢束径向力的作用下,主梁横向扭矩和扭转变形很大
由于桥窄因此宜采用独柱墩,但在选用支承结构形式时应视墩柱高度不同而确定
较高的中墩可采用墩 柱与梁固结的结构支承形式
较低的中墩可采用具有较弱抗扭能力的单点支承的方式
这样可有效降低墩柱的弯短和减小主梁的横向扭转变形
但这两种交承方式都 需对横向支座偏心进行调整
4.5.3墩柱截面的合理选用
当采用墩柱与梁固结的支承形式时就必须注意墩柱的弯矩变化
在主梁的扭转变形过大同时 墩柱弯矩也很大(一般墩柱较矮)的情况下,宜采用矩形截面墩柱
因为矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小,而沿主梁横向抗弯刚度较大,这样既减小了墩柱的配筋 又降低了主梁的横向扭转变形,更适合其受力特点
4.6弯梁桥设计中需要注意的其它问题: 4.6.1所有中墩支座,尽可能横桥向位移固定,可采用盆式或普通板式橡胶支座 4.6.2 当桥长较大(如大于100m),梁端支座应能顺桥向自由滑动、横桥向位移固定,可采用盆式橡胶支座,或附加了横桥向位移固定装置的四氟板橡胶支座;此外,梁端间隙和伸缩缝构造,应保证在最大升温条件下,梁能够不受阻碍地自由伸缩变形;当桥长较小时,梁端支座可以采用普通板式橡胶支座
“梁端设普通板式橡胶 支座、所有中墩设横桥向自由滑动的盆式支座”,对曲线梁桥是危险的,应绝对避免
4.6.3当曲线梁桥比较宽、各墩也较宽时,应注意温度变化时由于曲线梁水平弯曲变形在墩顶产生的横桥向水平作用力可能会比较大,尤其是当所有中墩支座均为横桥向位移固定时
节能环保的概念越来越深入人心,而民用建筑的节能又是保证建筑使用经济性的基础
随着设计理念的不断转变,为了达到建筑节能的目标,设计中,对建筑的整体结构、所用材料以及各种设备设施与所处的热环境等方面均有着更高的要求
在考虑建筑的美观舒适以及居住实用性的同时,更是要将节能的理念贯彻深入,使得民用建筑降低能源消耗
【关键词】民用建筑;设计;节能技术 随着我国经济不断发展,建筑行业不断进步,以及市场对房地产业的大量需求,未来建筑工程项目将会越来越多
而近年来通过调查发现,建筑行业的能源消耗量也随之呈逐年升高的态势
如果新的建筑建设项目依旧按照原有的设计理念与设计标准进行设计的话,将增大经济与资源之间的矛盾,从而影响到人民的生活
而国家节能减排政策的提出,以及民间对环保节能问题的逐渐重视,都在促使建筑行业朝向节能目标发展
一、民用建筑节能设计的原则 (一)建筑节能规划 在建筑选址时就对其进行节能规划,包括对阳光的合理利用,可以在冬季替代一部分供暖,使得供暖资源的到节约;对风的合理利用,可以在夏季替代一部分空调或者电扇降温,使得电器耗能得到节约;利用建筑群的保暖功能,以及建筑群在规划设计中所能起到的通风效果,来满足通风降温的需求;在设计中,降低不必要的能源浪费,增加建筑保暖层设计,使得冬季室内温度不会逸散造成热能浪费,而对户型以及窗户进行合理设计,对采光进行调节,降低因采光过好与通风较差所造成的夏季室内温度过高问题,从而降低了夏季空调使用率,减少电能损耗
(二)构造节能规划 在建筑物内部,通过对室内结构尺寸以及房屋朝向等方面进行改造,使得房屋内部与外界的能量交换程度大大降低,从而使得能量损失系数降低
对于房屋采暖与降温两个环节,做有针对性的规划设计,从而在室内结构上,减低能源的损耗
达到节能目的
二、民用建筑节能设计的应用 (一)结构通风设计 民用建筑中通风的设计是一项重要环节,对于室内同空气的合理流通以及空气质量控制具有重要意义
可以改善室内环境,提高人们居住的舒适性
并且通过合理的通风,可以在炎热天气下带走室内高温,降低室内温度,从而减少空调、电扇的使用量,对于电能的节省起到了较大作用
在设计中,要对风压原理合理运用,使得建筑结构的正面与夏季风向一致,由风能引起的压力差会使得建筑内部通风效果明显提高
(二)结构采光设计 在冬季,采光可以代替一部分供暖,所以需要室内阳光照射面积大,照射时间长
在夏季,阳光的直射会使得室内气温急剧升高,增加空调与电扇的使用量,加大能耗
所以,在建筑结构设计时,要对采光问题充分考虑
通过调整建筑间距以及建筑朝向的方法,使得建筑采光合理,适宜人居
建筑朝向设计,应该避免与冬季风向一直,降低冬季时冷空气对室内温度的影响程度
与此同时,还要对阳光的照射进行合理规划,结合当地的气候特点以及光照特点,确保建筑物冬季防风与夏季防热的效果
(三)绿化环境设计 植物的光合作用,可以在一定范围内对空气质量进行改善
所以在建筑的设计中,需要合理运用绿化来实现能源节约
高大的树木可以在冬季对寒风起到一定程度的遮挡与导向作用,在夏季可以降低阳光对地面以及墙体的直接照射程度
并且在阳光强烈时,绿化设计还可以对进入室内的眩光问题,起到有效的抑制作用
落叶科的植物,由于其具有枝叶茂盛的特点,在夏季可以为人们遮挡太阳
等到植物叶落之时,又可以促进秋冬季节的采光,所以,其天然的落叶时间在很大程度上,解决了建筑的采光问题
(四)保温隔热设计 建筑墙体的外围结构,是实现室内外能量交换最为频繁的地方
在夏季承受高温,在冬季抵御严寒
所以对建筑的外墙进行保温隔热设计,对于改善室内保暖,调节室内温度具有十分重要的意义
通常采用将保温材料砌入屋面板与防水层之间,实现高效的保温隔热功能
这种方式,要求其使用的保温材料具有高强度,重量轻,导热系数低以及具有不吸水的特性,在工程施工中,这种加设保温材料的方法通常被称作正铺法
与正铺法相对应的是一种名为倒铺法的设计施工方法,其具体的操作方式为在保温层以下设置防水层
使用这种倒铺法,可以将保温材料的保温隔热特性充分发挥出来,与此同时也可以降低建筑外空气温度变化对室内温度的影响程度
(五)门窗节能设计 在门窗的设计中,存在门窗比的概念
所谓门窗比,就是指建筑室内墙面面积与窗口大小的比例
经研究表明,门窗比过大的话,会增加空调电扇的使用量,从而增加室内电能消耗
其科学合理的门窗比比值,东西方向门窗比应不大于30%,南方,门窗比不大于35%,北方门窗比不大于25%
门窗在建筑整体结构中属于具有较高使用率的结构之一,因此容易出现各种损坏的情况
而在门窗的使用过程中,又是室内外能量交换发生的过程,会流失掉室内能源所提供的热能
所以,在建筑设计中,要充分考虑到门窗的损坏问题以及热量流失问题
注意门窗结构的整体保温性能,在对住户的需求进行满足的同时,需要尽可能的降低门窗面积,以保障室内能量不会流失,从而达到节能的目的
在实际设计过程中,要结合建筑所在地的日照特点,对门窗结构进行一定的遮阳保护措施
这种做法可以对室内采光进行调节,降低阳光直射程度
对于门窗结构的密实性,当前采用的措施多为双层夹真空玻璃结构,使用这种窗体结构,可以有效降低室外温度与室内之间的相互影响,避免热量流失情况
而采用铝合金结构的窗体,更能使其密实性得到保证
(六)外墙节能设计 在建筑节能问题上,外墙的节能一直是保障建筑整体节能的关键环节
所以,外墙的保温以及隔热,对整体的建筑结构保温具有十分重要的意义
在建筑建设施工时,选用保温隔热效果较好的材料,作为外墙墙体材料
而室内则可以使用节能环保的涂料,结合环保并且轻型的板材实现节能效果
对建筑进行节能改造设计,可以在不改变建筑的基本形式的前提下,通过增设外墙保温材料的方式,实现民用建筑的节能
目前所采用最多的节能材料为聚氨酯,通过建筑施工以及改造实践表明,相对于传统的浇筑聚苯板以及粘贴聚苯板等墙体保温措施来说,聚氨酯的隔热性能更为优越
其最高节能效果可以达到65%
对于建筑外形有较高要求的话,可以使用外墙内保温技术与外墙隔热措施相结合的手段,对原有的建筑墙体进行保温加固,并在外墙内部增设保温材料
使得建筑外部结构美观
(七)新型能源分析 对于房屋采暖以及降温,不论是从结构入手还是从材料入手,都是在末节上下功夫
真正能解决节能与环保问题还是需要从能源本身着手,例如当前兴起的地源热泵与地板散热相结合的供暖结构
以及光伏发电技术的应用等
总结 为了探讨民用建筑设计的节能应用,本文通过对建筑设计中节能的原则以及具体节能措施进行深入分析,提出了建筑结构通风、建筑结构采光、以及保温隔热与门窗节能设计、外墙节能设计几方面的问题与具体应用措施
并对新型能源的使用进行探讨,希望能为民用建筑在节能方面的设计提供一定借鉴
参考文献: 【1】马利辉
浅谈建筑电气设计中的节能技术应用【J】.黑龙江科技信息,2011,(8):250-250. DOI:10.3969/j.issn.1673-1328.2011.08.245 【2】郭冯媛
民用建筑电气设计中节能技术的应用【J】.建材与装饰旬刊,2011,(9):355-356. 【3】赵玉凤
浅谈暖通节能技术在建筑设计中的应用【J】.城市建设理论研究:电子版,2011,(15):356-356.
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