我國古代和近代建筑中的鐵結(jié)構(gòu)和鐵構(gòu)件(共7頁)

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