建筑工程技术上(一建继续教育) .ppt
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1、,一级建造师继续教育培训,建筑工程专业技术(上),一级建造师培训,2.1 建筑技术发展趋势,一、建筑技术的起源与发展二、工程新材料发展趋势三、工程新结构趋势四、工程施工新方法趋势,总体趋势:更安全、更经济、更环保、更高效,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-建筑业是一个古老的行业,约公元前4000年仰韶文化,约公元前6000年河姆渡文化,约公元前3500年苏格兰Knap of Howar,千百年来,建筑之“本”功能变化不大,主要改变的是建筑之“质”性能提升,这主要依赖于科学技术的发展和进步。,一级建造师培训,今天,千百年来,建筑业现场手工作业的方式依旧传统,相对于制造业,高度机械化、模块化的
2、程度仍然不够。,建筑技术的起源与发展-建筑业是一个传统的行业,古代,一级建造师培训,用工:10万,金字塔,约公元前2580年,用工:1.2万,今时今日迪拜塔的建造用工1.2万人。,建筑技术的起源与发展-建筑业是一个劳动密集型的行业,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-建筑业是一个劳动密集型的行业,尤其在中国城市化高速发展的今天,城市建设离不开建筑业。,图片来源:新财富2010.11,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-建筑业项目管理取得的成就,目前,国内外项目管理主要集中在项目的“人与组织”上,经过多年的发展,取得了较大的成就,且人力管理的潜力挖掘已逐渐殆尽。但在效率的提高上仍未得到应有的
3、发展,为什么?,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-建筑业项目管理的特点,国内:三七开,国外:五五开,建造成本的一般构成,目前项目管理重点,目前技术重点,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-建筑业国内外项目管理的困境,月薪5000,由于生活质量日渐提高,再加上工作环境的恶劣,人力成本大幅上升,一级建造师培训,劳动力效率大幅下降,在工资不断上涨的趋势下,建筑工人劳动生产的效率下降必将导致建筑人工成本的实际增幅大于工资反映的表面增幅。,建筑业是一个劳动强度高、工作环境差、手工作业多的劳动密集型行业。完善的社会福利和保障制度、不断提高的生活水平,使得人们追求“享受”、“安逸”的社会属性逐渐显现和
4、强化,建筑工人越来越不能够在“艰苦”的建筑行业表现出“吃苦耐劳”的特点。,建筑技术的起源与发展-建筑业国内外项目管理的困境,一级建造师培训,建筑农民工平均每天工作时间,建筑技术的起源与发展-建筑业国内外项目管理的困境,建筑农民工年龄呈上升趋势,建筑农民工的工作时间长,露天作业,环境恶劣,以至于农二代已逐渐退出建筑行业,导致农民工年龄呈上升趋势。,一级建造师培训,1.7 建筑业项目管理的出路,被遗忘了吗?,70%的成本直接与技术资源相关,“马克思说过,科学技术是生产力事实证明这话讲得很对。依我看,科学技术是第一生产力。”邓小平,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-建筑业项目管理的出路,15天建
5、30层建筑视频,金山在哪里?,项目管理的未来在哪里?,一级建造师培训,建筑技术的起源与发展-科技发展与工程建设,当今建筑工程:建筑高度不断攀升跨度不断增大建设规模不断扩大施工难度不断增加,迅猛发展,集中体现:工程材料结构工程施工技术,发展方向:高、大、轻、柔发展特点:更安全、更经济、更环保、更高效,科学Science,技术Technology,工程Engineering,一级建造师培训,有多高?,世界新高度:迪拜塔(哈利法塔)Burj Khalifa 828m,建筑技术的起源与发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,中国新高度:台北101大楼Taipei 101 508m,有多高?,建筑技术
6、的起源与发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,东京天空树(东京塔、墨田塔)Tokyo Sky Tree 610m,有多高?,建筑技术的起源与发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,广州电视塔(海心塔、小蛮腰)Guangzhou TV Tower 600m,全球最高摩天轮450m,有多高?,建筑技术的起源与发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,伦敦千年穹顶(千禧巨蛋)Millennium Dome 320m,有多长?,建筑技术的起源与发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,重庆奥体中心Chongqing Olympic Sports Center 312m,有多长?,建筑技术的起源与
7、发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,国家在最近几年加强了推行建筑物强制性节能标准,我国建筑平均寿命不到30年,而欧洲建筑的平均生命周期则超过80年;建筑直接和间接消耗的能源已经占到全社会总能耗的46.7%。现有建筑95达不到节能标准,且单位建筑面积能耗是发达国家的23倍。,有多节能?,建筑技术的起源与发展-科技发展与工程建设,一级建造师培训,引言建筑工程材料是建筑工程的基础,古代建筑,木材,木材,木材,石材,石材,石材,中国用木,西方用石,(民建),取材较难,工期漫长(多为上百年),取材较易,工期较短(几年或十几年),重永恒的西方文化和重现世的中国文化,一级建造师培训,引言建筑工程材料是
8、建筑工程的基础,近代建筑,1898年法国Gebweiler游泳馆,1883年美国芝加哥家庭保险公司大厦,阿斯普丁Joseph Aspdin1824,波特兰水泥,贝斯麦Henry Bessemer1856,转炉炼钢,莫尼哀Joseph Monier1865,钢筋混凝土,第一座按现代结构原理建造的高层建筑,钢筋砼,钢材,科技发展推动了建筑材料进步,一级建造师培训,引言建筑工程材料是建筑工程的基础,现代建筑,1903年Ingalls大厦,第一座钢筋砼结构高层,15层钢筋砼,1931年帝国大厦,2010年广州西塔,381m钢材,438m钢管砼+钢筋砼,一级建造师培训,高强钢筋,国内现状:HRB335级
9、(II级)钢筋使用量超60%HRB400级(III级)钢筋使用量约30%国外现状:发达国家400600MPa级钢筋使用量超95%,钢筋高强化意义:节约资源,提高效率HRB335HRB400,理论上节约用钢16.67%HRB400HRB500,理论上进一步节约用钢14.53%,发达国家 主力钢筋级别:400、500MPa级780MPa级在推广,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,取HRB335钢筋设计强度,普通民用建筑:含钢量取50kg/m2,钢筋按5000元/吨估算:,HRB335 HRB400,理论节省8.3kg/m2成本节省41.5元/m2HRB335 HRB500,理论节
10、省14.3kg/m2成本节省71.5元/m2,钢筋高强化带来的经济效益显著,高强钢筋,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,低合金高强度钢的技术经济性,微合金总量不超5%,添加的钒V、铌Nb、钛Ti等一般在0.020.15%,不同等级钢筋的强度价格比,V-N微合金化技术还可使钒合金消耗量最大节约50%,价值工程VF(强度)/C(成本),高强钢筋,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,我国钢筋成分发展,高强化的主要途径,注意:RRB和HRBF系列钢筋都存在强屈比低,焊接性不佳等缺点,冷加工技术:CRB550,主要用于板筋,微合金化技术:添加合金元素,钒V或铌NbHRB
11、400/HRB500,余热处理技术:RRB400RRB500,晶粒细化技术:HRBF335HRBF400HRBF500,高强钢筋,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,发展趋势:高强化高性能化,良好的抗震性:HRBE系列钢筋(强屈比1.25,总伸长率9%)。日本:USD685和USD980超高强度抗震钢筋,良好的施工性:焊接性好(HRB)机械连接性好(HRBF),良好的耐火性、耐蚀性:V-N合金钢筋(600强度降低不大)。欧美:不锈钢钢筋已开始应用,技术先进、经济合理,高强钢筋,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,新规范(GB50010-2010)提出了“优先使用
12、400MPa级钢筋,积极推广500MPa级钢筋”。,高强钢筋,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,耐火耐候钢材,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,耐火钢要求在高温下(600)13小时内,其屈服强度不低于常温的2/3的钢材。美国的USS公司首先研制成功了抗腐蚀高抗拉性能的低合金钢COR-TEN钢。,一级建造师培训,高强高性能混凝土(HSC/HPC),高强度:国内一般认为是强度等级超过C50的砼,美国认为是单轴抗压强度超过8000psi(55.16MPa,相当于约C65)的砼。,国内:150150150立方体,国外:直径6inch(152)12inch(305)圆柱体,两者比值约
13、0.790.875,国内现状:梁、板多为C30C40,柱多为C30C60,目前,建筑上应用最高达C120国外现状:发达国家20世纪80、90年代,建筑用混凝土抗压强度已达100MPa(约C115)以上,最高已超过150MPa(约C170)混凝土高强化的意义:节约资源,提升功能,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,混凝土高强化对梁、板等受弯构件承载力贡献不大,主要在柱这类受压为主的构件中发挥作用。,HRB400,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,高强高性能混凝土(HSC/HPC),一级建造师培训,钢筋混凝土柱在设计时主要由轴压比控制,C30C50,单柱截面积减少0.11m2,理
14、论增加有效面积共47.39m2C30C60,单柱截面积减少0.14m2,理论增加有效面积共59.71m2C30C80,单柱截面积减少0.16m2,理论增加有效面积共68.24m2,以14层,35.5m高的民用建筑为例,框-剪结构,二级抗震,总建筑面积5000m2,单柱柱底轴力最大为3600kN,柱共30根,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,高强高性能混凝土(HSC/HPC),一级建造师培训,C30C50,单柱理论节省钢筋251.54kg,全楼共省钢筋7.55吨C30C60,单柱理论节省钢筋316.94kg,全楼共省钢筋9.51吨C30C80,单柱理论节省钢筋362.21kg,全楼共省钢筋10
15、.87吨,钢筋混凝土柱设计由轴压比控制后,多按最小配筋率进行的构造配筋,柱截面的减小有利于减少钢筋用量。最小配筋率按0.8%取,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,高强高性能混凝土(HSC/HPC),一级建造师培训,高强混凝土的技术经济性,添加外加剂(减水剂)掺量一般不超5%,节约用水530%,强度提高525%;添加掺合料掺量一般大于水泥重量的5%,价值工程VF(强度)/C(成本),不同等级混凝土的强度价格比,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,一级建造师培训,高强化的主要途径,减水剂技术:降低水灰(胶)比提高强度降低用水量,矿物掺合料:改善和易性提高耐久性(抗冻性、抗渗性等)降低水泥用量,鲍
16、罗米公式,硅灰,提高早期强度,提高后期强度,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,高强高性能混凝土(HSC/HPC),一级建造师培训,发展趋势:高强化高性能化,高工作性:可泵性免振/微振捣性,高耐久性:抗渗性、抗冻性抗碳化,“三高”混凝土 高强度+高工作性+高耐久性,目前常用的泵送混凝土坍落度范围:120180mm,C100级超高强混凝土(UHPC),2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,高强高性能混凝土(HSC/HPC),一级建造师培训,轻骨料混凝土,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,轻骨料混凝土的干表观密度不超过1950kg/m3,表观密度限制1900kg/m3;普通混凝土的密度约为2400
17、-2500kg/m3。,一级建造师培训,2.1钢材、混凝土等传统材料的改进,纤维混凝土(FRC),普通钢纤维混凝土的纤维体积率在1%2%之间,较之普通混凝土,抗拉强度提高40%80%,抗弯强度提高60%120%,抗剪强度提高50%100%,抗压强度提高幅度较小,一般在05%之间,但韧性却大幅度提高,国内纤维混凝土工程应用实例,一级建造师培训,基体材料:树脂为主增强材料:碳纤维(Carbon Fiber)、玻璃纤维(Glass Fiber)、芳纶纤维(Aramid Fiber)等为主优点:轻质、高抗拉强度、良好的耐腐蚀性缺点:弹模较低、抗剪强度低、强度离散性大、防火性能较差(300),纤维增强复
18、合材料(FRP),加固工程中的碳纤维布 FRP筋,2.2新型结构材料的出现,一级建造师培训,常用纤维增强材料物理及力学性能与钢材的比较,轻质高强,比强度高,但延伸率低,纤维增强复合材料(FRP),2.2新型结构材料的出现,一级建造师培训,纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称 ECC)。其生产工艺类似与纤维混凝土,但不使用粗骨料,纤维体积含量一般不超过 2%,前沿纤维增强水泥基复合材料,ECC材料像金属一样变形,详见视频,抗震性能试验,普通RC,ECC,普通砼,ECC,应力应变曲线对比,2.2新型结构材料的出现,一级建造师培训,2.2
19、新型结构材料的出现,ALC(Autoclaved Lighweight Concrete,蒸压轻质加气混凝土)墙板技术及应用,制作简单、规模生产、节能环保ALC墙板:可规模生产,工艺成熟,质量仅为混凝土预制板的1/3,减少了资源损耗。,绿色墙体材料,一级建造师培训,建设项目的生命周期评价(LCA),经济账不能只算眼前,必须立足长远可持续发展,建筑材料作为工程建设基础,其生产、运输、维护的能耗巨大。,2.3建筑工程材料的绿色环保化发展,一级建造师培训,传统工程材料的环境负荷,HRB400、HRB500钢筋用量不到钢筋总用量的50%高强混凝土累计使用量不到1500万m3,不足混凝土年消耗总量的1%
20、,不同等级混凝土内含环境负荷,钢材内含环境负荷,粉煤灰混凝土,发展高强材料,有利于实现材料的减量。,2.3建筑工程材料的绿色环保化发展,一级建造师培训,传统工程材料的环境负荷,以鸟巢工程为例,消耗混凝土18万m3,钢材4.2万t,则对环境的负荷按上表中数据估算,2.3建筑工程材料的绿色环保化发展,混凝土,钢材,一级建造师培训,工程材料的绿色环保化,人类期待“3R”的建筑材料:Reduce减量化原则:减少各种资源和不可再生能源的使用;Reuse再利用原则:在结构允许的条件下重新使用旧材;Recycle再循环原则:利用回收材料,设置废弃物回收系统。,2.3建筑工程材料的绿色环保化发展,一级建造师培
21、训,工程材料的绿色环保化,普通混凝土:不可再生,回收困难,附加效应(大量木模的使用)绿色化途径:提高材料利用率(高强高性能化),发展外加剂和掺合料(工业废料的利用),发展再生混凝土。,钢材:不可再生,可回收,无需模板绿色化途径:提高材料利用率(高强高性能化),发展耐侯耐火钢,增加钢结构建筑比例(钢结构住宅产业化)。,2.3建筑工程材料的绿色环保化发展,一级建造师培训,绿色高性能混凝土(GHPC),吴伟中院士(1997)认为GHPC 应具有下列特征:(1)熟料水泥不再成为最大的胶凝组分;(2)更多地掺加工业废渣为主的细掺料;(3)更大地发挥高性能的优势,减少水泥与混凝土用量;(4)扩大 GHPC
22、 的应用范围。,新规范(GB50010-2010):“水灰比”变化为“水胶比”,说明掺合料所占胶凝组分的比例越来越大。,国内粉煤灰利用率约为60%,而欧美国家已经达到8090%,普通建材偏多结构材料偏少,国内粉煤灰使用情况,2.3建筑工程材料的绿色环保化发展,一级建造师培训,再生骨料混凝土(RAC),再生骨料混凝土((Recycled Aggregate Concrete)指将废弃混凝土块、砌块等经过破碎、清洗与分级后,按一定的比例与级配混合形成再生混凝土骨料,部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料)配制而成新的混凝土。,目前应用主要集中在非承重构件、混凝土楼面、道路路面等,2.3建筑工程
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