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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上建筑結(jié)構(gòu)小論文我國古代和近代建筑中的鐵結(jié)構(gòu)和構(gòu)件 鐵是古代就已知的金屬之一。鐵礦石是地殼主要組成成分之一,鐵在自然界中分布極為廣泛,但人類發(fā)現(xiàn)和利用鐵卻比黃金和銅要遲。首先是由于天然的單質(zhì)狀態(tài)的鐵在地球上非常稀少,而且它容易氧化生銹,加上它的熔點(diǎn)(1812K)又比銅(1356K)高得多,就使得它比銅難于熔煉。人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵是從天空落下來的隕石,隕石中含鐵的百分比很高,是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物,在融化鐵礦石的方法尚未問世,人類不可能大量獲得生鐵的時候,鐵一直被視為一種帶有神秘性的最珍貴的金屬。 我國從東周時就有煉鐵,至春秋戰(zhàn)國時代普及,是較早掌握冶鐵技術(shù)的國家之一。
2、1973年在我國河北省出土了一件商代鐵刃青銅鉞,表明我國勞動人民早在3300多年以前就認(rèn)識了鐵,熟悉了鐵的鍛造性能,識別了鐵與青銅在性質(zhì)上的差別,把鐵鑄在銅兵器的刃部,加強(qiáng)銅的堅韌性。經(jīng)科學(xué)鑒定,證明鐵刃是用隕鐵鍛成的。隨著青銅熔煉技術(shù)的成熟,逐漸為鐵的冶煉技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。我國最早人工冶煉的鐵是在春秋戰(zhàn)國之交的時期出現(xiàn)的。這從江蘇六合縣春秋墓出土的鐵條、鐵丸,和河南洛陽戰(zhàn)國早期灰坑出土的鐵錛均能確定是迄今為止的我國最早的生鐵工具。生鐵冶煉技術(shù)的出現(xiàn),它對封建社會的作用與蒸汽機(jī)對資本主義社會的作用可以媲美。生鐵一般指含碳量在2.11-6.69%的鐵的,又稱鑄鐵。生鐵里除含碳外,還含有硅、錳
3、及少量的硫、磷等,它可鑄不可鍛。我國古代建筑主要以生鐵為主。1、 古代建筑中的鐵結(jié)構(gòu)1).鐵橋做為較早發(fā)明煉鐵技術(shù)的國家之一,早在戰(zhàn)國時期,我國的煉鐵技術(shù)已很盛行了。在河南輝縣等地出土的大批戰(zhàn)國時代(公元前475前221年)的鐵制生產(chǎn)工具說明這點(diǎn)。公元65年(漢明帝時代),已成功地用鍛鐵為環(huán),相扣成鏈,建成了世界上最早的鐵鏈懸橋-蘭津橋。此后,為了便利交通,跨越深谷,曾陸續(xù)建造了數(shù)十座鐵鏈橋。其中跨度最大要數(shù)1705年(清康熙四十四年)建成的四川瀘定大渡河橋,橋?qū)?.8m,跨長100m,由9根橋面鐵鏈和4根橋欄鐵鏈構(gòu)成,兩端系于直徑20cm、長4m的生鐵鑄成的錨樁上。該橋比美洲1801年才建造
4、的跨長23m的鐵索橋早近百年,比號稱世界最早的英格蘭30m跨鑄鐵拱橋也早74年。 蘭津橋 大渡河橋 2)鐵塔 鐵鏈懸橋以外,我國古代許多鐵建筑物,如公元694年(周武氏十一年)在洛陽建成的“天樞”,高35m,直徑4m,頂有直徑為11.3m的“騰云承露盤”,底部有直徑約16.7m用來保持天樞穩(wěn)定的“鐵山”,相當(dāng)符合力學(xué)原理。又如公元1061年(宋代)在湖北荊州玉泉寺建成的13層鐵塔,目前依然存在。所有這些都表明,我們中華民族對鐵結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,曾經(jīng)居于世界領(lǐng)先地位。當(dāng)陽鐵塔共13層,彷木結(jié)構(gòu)閣樓式,平面八角形,屬古代最高鐵塔,塔座為雙層須彌座,臺座
5、八角各筑托塔力士8尊。據(jù)稱塔重53.3噸,用鐵38600kg。全塔由44件構(gòu)件逐層鑄造疊裝組成,以克服無法運(yùn)輸?shù)跹b的難題。廣州光孝寺鐵塔為五代南漢劉全長所建,鐵塔彷木結(jié)構(gòu)四方塔形,具唐塔風(fēng)格,每層塔身分為塔檐和塔體兩節(jié),由分別鑄造的17件構(gòu)件逐層疊裝而成,各構(gòu)件相連處有凹凸相見的定位結(jié)構(gòu),以使組裝牢固。據(jù)樣分析,鐵塔成分為中磷,低硅,低硫,即白口鑄鐵,在城市濕熱污染下的耐腐蝕性極強(qiáng)。 當(dāng)陽鐵塔 光孝寺鐵塔 2.古代建筑中的鐵構(gòu)件我國的古建筑主要以木材為原料建造而成,千百年來,它們能歷經(jīng)各種自然災(zāi)害而完整保存下來,這與木材良好的抗彎,抗壓,及抗震性能密切相關(guān)。然而,由于木材又有徐變大,彈性模量低
6、,易老化變形等缺點(diǎn),這使得外力作用下的古建筑易產(chǎn)生各種破壞。鐵件材料由于具有體積小,強(qiáng)度高等有點(diǎn),因而自古以來便成為古建筑木結(jié)構(gòu)加固的重要手段。1) 鐵箍主要用于梁,柱加固。柱子長期受上部荷載,將產(chǎn)生過大裂縫,對此采取的加固技術(shù)為:對于開裂的柱子直接用扁鐵包裹,然后用鉚釘固定;古建工藝稱之為墩借。對于梁而言,梁開裂時,也用鐵箍對梁身進(jìn)行包裹,然后用鉚釘固定,用鐵箍的核心約束作用來提高構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度。 柱加固 梁加固2).鐵片主要用于榫卯節(jié)點(diǎn)加固。對于用于梁柱連接的燕尾榫節(jié)點(diǎn),通常采用厚約515mm的鐵片連接,然后用鉚釘固定。對于半榫節(jié)點(diǎn),由于柱的卯口完全被貫穿,且插入的榫頭為可以容易拔榫的直
7、榫形式,因而用520mm厚的鐵片從卯口上下端分別拉結(jié)榫頭,然后用鉚釘固定。 燕尾榫節(jié)點(diǎn)加固 半榫節(jié)點(diǎn)過河拉扯做法3).鐵鉤主要用于頂棚及藻井爬梁加固。古建筑頂棚一般由帽兒梁,小龍骨和天花板組成,帽兒梁為頂棚主要承重構(gòu)件一般帽兒梁的兩端采用鐵鉤加固,鐵鉤的一端固定在帽兒梁上,另一端固定在與帽兒梁連接的承重梁上,方式為:鐵鉤端頭削尖直接釘入構(gòu)件,或端頭打卯孔再用鉚釘固定在構(gòu)件上,通過鐵鉤端頭或鉚釘約束力來提供部分抗剪承載力。 檁頭節(jié)點(diǎn)加固 頂棚加固4).鐵釘鐵釘主要包括固定角量的穿釘,固定山花板的蘑菇釘,固定連檐,椽子的鑷頭釘,用于墻板連接的兩尖釘?shù)龋饕糜谛⌒蜆?gòu)件的拉結(jié),方法為:用鐵釘將這些小
8、型構(gòu)件進(jìn)行拉結(jié),鐵釘承擔(dān)部分拉,壓,彎,剪力。鐵件加固技術(shù)雖然可以在一定程度上提高古建筑結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度,但也存在一定的問題如銹蝕,破壞木結(jié)構(gòu)和不可逆性等,在之后的發(fā)展中逐漸改造或淘汰,通過其他材料代替及合理的加固方式變換等方法使得構(gòu)件更好的作用于房屋建筑之中。對于歐美等國家中最早將鐵做為建筑材料的是英國,但直到1840年以前,還只采用鑄鐵來建造拱橋。1840年以后,隨著鉚釘(rivets)連接和鍛鐵技術(shù)的發(fā)展,鑄鐵結(jié)構(gòu)逐漸被鍛鐵結(jié)構(gòu)取代,1846-1850年間在英國威爾士修建的布里塔尼亞橋(Brittania Bridge)是這方面的典型代表。該橋共有4跨,跨長分別為70-140-140-7
9、0m,每跨均為箱型梁式橋,由鍛鐵型板和角鐵經(jīng)鉚釘連接而成。隨著1855年英國人發(fā)明貝氏轉(zhuǎn)爐煉鋼法和1865年法國人發(fā)明平爐煉鋼法,以及1870年成功軋制出工字鋼之后,形成了工業(yè)化大批量生產(chǎn)鋼材(steel products)的能力,強(qiáng)度高且韌性好的鋼材才開始在建筑領(lǐng)域逐漸取代鍛鐵材料,自1890年以后成為金屬結(jié)構(gòu)的主要材料。20世紀(jì)初焊接(welding)技術(shù)的出現(xiàn),以及1934年高強(qiáng)度螺栓(high-strength bolts)連接的出現(xiàn),極大地促進(jìn)了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。除西歐、北美之外,鋼結(jié)構(gòu)在前蘇聯(lián)和日本等國家也獲得了廣泛的應(yīng)用,逐漸發(fā)展成為全世界所接受的重要結(jié)構(gòu)體系。用精煉而成的比較純的鐵
10、。含碳量在0.02%以下,又叫、純鐵。熟鐵質(zhì)地很軟,塑性好,延展性好,可以拉成絲,強(qiáng)度和硬度均較低,容易鍛造和焊接。由于我國長期處于封建主義統(tǒng)治之下,束縛了生產(chǎn)力的發(fā)展,1840年鴉片戰(zhàn)爭以后,更淪為半封建半殖民地國家,經(jīng)濟(jì)凋敝,工業(yè)落后,古代在鐵結(jié)構(gòu)方面的技術(shù)優(yōu)勢早已喪失殆盡。我國在1907年才建成了漢陽鋼鐵廠,年產(chǎn)鋼只有0.85萬噸。日本帝國主義侵略中國期間,曾在東北的鞍山、本溪建設(shè)了幾個鋼鐵企業(yè),瘋狂掠奪我國的寶貴資源。1943年是我國歷史上鋼鐵產(chǎn)量最高的一年,生產(chǎn)生鐵180萬噸,鋼90萬噸,絕大部分是在東北生產(chǎn)的。這些鋼鐵很少用于建設(shè),大部分被日本帝國主義用于反動的侵略戰(zhàn)爭。3.中國近
11、代建筑中的鐵結(jié)構(gòu)黃河鐵橋黃河鐵橋建于宣統(tǒng)元年,由清政府花巨資從德國買進(jìn)材料,整個造橋過程完全由德國控制。鐵橋建成之前,這里設(shè)有浮橋橫渡黃河。浮橋始建于明洪武年間(公元一三六八至一三九八年),名叫鎮(zhèn)遠(yuǎn)橋,今尚存建橋所用鐵柱一根高達(dá)三米,重約數(shù)噸,上有"洪武九年"字樣.,橋建成后共厚50米,外由加厚鐵托板托起。黃河鐵橋也代表了中國近代的建筑狀況,大批有著外國技術(shù)的建筑物在中國制造,而我國自己的技術(shù)發(fā)展卻幾乎為零,一方面受到列強(qiáng)的壓迫沒有發(fā)展的能力和空間,另一方面清政府的盲目自大造成了中國技術(shù)的停滯不前。 黃河鐵橋 新中國成立后,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)曾起過重要作
12、用,如第一個五年計劃期間,建設(shè)了一大批鋼結(jié)構(gòu)廠房、橋梁。但由于受到鋼產(chǎn)量的制約,在其后的很長一段時間內(nèi),鋼結(jié)構(gòu)被限制使用在其他結(jié)構(gòu)不能代替的重大工程項目中,在一定程度上,影響了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。生鐵、熟鐵、鋼的比較一般含碳量小于0.02%的叫熟鐵或純鐵,含量在0.02-2.11%的叫鋼,含量在2.11-6.69%的叫生鐵。熟鐵軟,塑性好,容易變形,強(qiáng)度和硬度均較低,用途不廣;生鐵含碳很多,硬而脆,幾乎沒有塑性。鋼材具有以下優(yōu)點(diǎn):強(qiáng)度高,結(jié)構(gòu)重量輕;材質(zhì)均勻,且塑性韌性好;良好的加工性能和焊接性能;密封性好;可重復(fù)使用;耐熱但不耐火;耐腐蝕性差;低溫冷脆。主要應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu),工業(yè)廠房等。 讀塔斜拉
13、橋海河大橋 輕鋼工業(yè)廠房門式鋼架 上海金茂大廈自1978年我國實(shí)行改革開放政策以來,經(jīng)濟(jì)建設(shè)獲得了飛速的發(fā)展,鋼產(chǎn)量逐年增加。自1996年超過1億噸以來,一直位列世界鋼產(chǎn)量的首位,2003年更達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.2億噸,逐步改變著鋼材供不應(yīng)求的局面。我國的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)政策,也從“限制使用”改為積極合理地推廣應(yīng)用。近年來,隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷完善,鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝企業(yè)像雨后春筍般在全國各地涌現(xiàn),外國著名鋼結(jié)構(gòu)廠商也紛紛打入中國市場。在多年工程實(shí)踐和科學(xué)研究的基礎(chǔ)之上,我國新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017和冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB50018也已發(fā)布實(shí)施。所有這些,為鋼結(jié)構(gòu)在我國的快速發(fā)展創(chuàng)造了條件。參考文獻(xiàn):譚德睿;當(dāng)陽鐵塔我國古代著名鑄鐵建筑;特
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