时间：2022-03-01 00:30:13
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关键词：混凝土组合结构结构体系发展趋势
一、引言
随着我国钢材产量的逐年增加和高强度、高性能建筑结构用钢的大量生产，我国已进入了大力发展钢结构建筑的新时期。目前，普通钢结构建筑的受力性能分析和设计方法已比较成熟，轻型钢结构和普通钢-混凝土组合结构也处于进一步开发和完善阶段，而轻钢-混凝土组合结构的研究还比较少。轻钢-混凝土组合结构是一种由冷弯薄壁型钢和薄壁钢管与混凝土组合而成的新型结构体系。轻钢─混凝土组合结构具有轻钢结构的优点，同时由于混凝土的存在而提高了结构的刚度和稳定性，并增强了结构的防火性能。
二、轻钢-混凝土组合结构体系
（一）竖向承重结构
结构竖向承重主要以薄壁钢管混凝土柱为主。由于冷成型薄壁钢管的管壁较薄，管内部混凝土可防止钢管发生局部屈曲，还可根据其稳定性要求在管内纵向设肋，从而提高钢管的局部稳定承载力。同时钢管对混凝土有较强的约束作用，提高了混凝土的轴向抗压强度，因此，薄壁钢管混凝土柱的承载力高于钢管和混凝土的承载力之和。由于在钢管内浇筑了热容量较大的混凝土，发生火灾时能够吸收热量，从而延长了钢管的耐火极限。圆钢管轴向受力性能较好，其受弯性能及与其它构件的连接不如方钢管，但方钢管对混凝土的约束能力较差。因此可考虑采用六边形及八边形钢管，以便为梁﹑柱连接提供方便和保证。
（二）楼面结构
轻钢-混凝土组合建筑可选用多种楼面结构形式。它要求楼板必须有足够的刚度﹑强度和整体稳定性，同时应使楼板自重轻﹑厚度小，并提高施工速度。楼面结构可选用如下形式：
（1）压型钢板和混凝土组合楼板；
（2）密肋轻钢─混凝土组合楼板；
（3）现浇预应力钢筋混凝土楼板；
（4）混凝土预制叠合楼板。
其中优先选用1﹑2类型。其主要优点是：
（1）省去楼面模板支撑，节省投资，施工速度快；
（2）压型钢板与轻钢密肋中可布置设备管线，减少吊顶高度；
（3）平面刚度大，房屋有较强的整体性，抗震性能好。主﹑次梁可采用矩形钢管﹑双槽钢﹑冷弯U型卷边槽钢或H型﹑I字型焊接或热轧型钢。I字型钢可以是实腹的也可是空腹的，也可选用卷边槽钢－混凝土组合梁。梁板组合结构通过栓钉及剪力连接件形成整体，共同来承担楼面荷载。目前压型钢板与混凝土组合楼面结构在国内发展已比较成熟。
（三）支撑结构
（1）对于单层工业厂房轻钢─混凝土组合结构，由于采用薄壁钢管混凝土柱承受竖向荷载及吊车荷载，屋架及支撑均可采用轻型钢构件，因而其支撑布置方式与普通钢结构厂房类似。即采用柱间支撑及屋盖水平﹑垂直支撑来保证厂房及屋盖的整体稳定性。
（2）对于多﹑高层轻钢─混凝土组合结构体系，由于其侧向刚度较弱，为抵抗水平地震作用，减小层间侧移，宜在相应位置采用垂直支撑。为满足门窗开洞及其它方面需要，支撑的形式可以灵活多样，如X型﹑M型﹑W型﹑V型﹑单斜杆型﹑人字型支撑等。对位于地震区的通常的钢－混凝土组合梁楼盖宜采用偏心支撑，以便结构在地震作用下具有良好的延性及耗能性能。此外，若采用刚性梁柱节点，对于多层结构可以不设置支撑构件。
（四）维护结构
轻钢-混凝土组合结构与其它钢结构一样，应采用轻质维护材料。墙梁宜优先选用冷弯薄壁槽钢﹑卷边槽钢﹑卷边Z型钢。可采用轻型组合墙体，如：压型钢板加轻型保温隔层墙体﹑压型钢板夹芯板﹑玻纤增强水泥外墙板﹑钢网塑料墙板等。至于屋盖结构，一般采用有檁体系，亦可采用拱形波纹屋顶或轻型网架﹑轻型桁架加铺轻质保温层和彩色压型钢板。其特点是生产工厂化，制作机械化，施工方便﹑速度快﹑工期短。
三、轻钢-混凝土组合结构的发展现状
（一）国外研究现状
国外一些学者已进行了薄壁型钢混凝土组合梁及薄壁钢管混凝土组合柱的试验研究。组合梁中的薄壁型钢主要有冷弯U型型钢﹑百叶薄壁型钢和装配式薄壁型钢等形式。c～h类型均能与混凝土有效地结合，来共同承受外界弯矩和剪力。其中h类型为装配式截面，布置较为灵活，可适用于不同截面尺寸的轻钢组合梁，并可作为标准型材批量生产，但在浇混凝土之前必须用框架固定其形状。a、b类型为箱形薄壁型钢截面，与混凝土的粘结性能较差，一般只起到模板的作用。此外，还可根据实际需要，在薄壁型钢混凝土梁中配置一定数量的纵向钢筋，以进一步提高其抗弯刚度和极限承载力。
国外研究表明，薄壁型钢混凝土组合梁的承载力大小，取决于薄壁型钢与混凝土间的粘结力性能。粘结性能好才能使钢和混凝土两种材料共同工作，充分发挥材料的强度。而薄壁型钢的截面形状及表面有无刻痕是影响粘结力的主要因素。c～h类型，在充分咬合情况下，钢板与混凝土处于完全粘结状态，其应变相同，几乎没有滑移发生。对于不同形状的薄壁钢板，可取用不同的粘结系数，具体数值需要由试验确定。目前，轻钢-混凝土组合梁还正处于研究开发阶段。
薄壁钢管混凝土柱的研究目前主要集中在短柱上,重点研究圆形和方形截面短柱在轴压荷载作用下的力学性能，包括钢壁板的局部屈曲性能，而对于长柱构件在轴压和压弯荷载作用下的性能研究还未见相关报导
（二）国内研究现状
在国内，清华大学和哈尔滨工业大学正在进行轻钢-混凝土组合构件的研究工作。哈尔滨工业大学近期进行了薄壁型钢混凝土组合梁和短柱的试验研究。共对6根梁和22个短柱构件进行了静载试验观测，取得了较为理想的结果。下面对其组合梁、柱试验情况分别加以介绍。
1.薄壁型钢混凝土组合梁试验
薄壁型钢组合梁采用了3种截面类型。试验中所采用的6根梁跨度均为3m,截面尺寸为，梯形截面混凝土翼缘宽为550mm,翼缘高为80mm。每一种截面类型做两个试件，一个为素混凝土组合梁，另一个在下部配有钢筋。在试验中，采用三分点加载，使组合梁中部受纯弯作用。试验结果表明，其中b、c两种类型的粘结性能优于a种，而c种最好。组合梁达到受弯极限承载力时，梁顶部混凝土基本上达到或接近极限压应变，同时梁下部钢板也达到了极限拉应变。这说明该种梁截面类型薄壁型钢与混凝土的粘结性能能够满足受弯承载力要求。构件破坏时，粘结力的丧失与薄壁型钢和混凝土的屈服几乎同时发生。在钢与混凝土界面粘结破坏之前，构件处于弹性阶段。随着粘结的破坏，构件刚度逐步下降，但并不显著；当粘结全部破坏时，外包薄壁型钢与混凝土之间出现了滑移，刚度很快下降。随着滑移的增加，混凝土翼缘板开裂（未配筋试件）或梁腹部的混凝土被剪坏（配筋试件），最后导致构件破坏。由此可见，相对于配筋试件，未配筋试件具有更好的延性，说明薄壁型钢与混凝土间的粘结力对组合梁的承载力起控制作用。
2.薄壁钢管混凝土组合柱试验
在薄壁钢管混凝土短柱试验中，共选用圆柱、方形柱、和八边形柱三种截面类型，同时改变截面尺寸及钢材和混凝土强度进行构件的正交试验设计。钢管壁厚选用1mm和1.5mm，管径（圆形截面）及边长（方形、八边形截面）分别采用100mm、150mm和200mm,试件高度为400mm～1000m；混凝土标号采用C20～C30。试验结果表明，圆柱的受力性能最好，八边形柱次之，方形柱的受力性能最差。这主要是由于圆形钢管对混凝土的约束能力强于其他两种类型的缘故。圆形薄壁钢管混凝土短柱随着荷载的逐渐增大，柱中部首先突起，钢管达到屈服强度，进而出现褶皱，发生较大塑性变形，此时钢管与混凝土均达到极限强度，最后破坏现象为斜向剪切破坏。由于管壁较薄，方形钢管对混凝土的约束作用较小，强度较低。八边形钢管混凝土柱的承载力介于圆形和方形构件之间。比较之下，薄壁钢管混凝土组合柱宜优先选用圆形及八边形截面。
3.节点构造
在轻钢-混凝土组合结构体系中，最关键的部位就是节点。只有节点的构造措施和受力性能得到了解决，才有可能进行结构体系的研究。原哈尔滨建筑工程学院做过大量厚壁钢管混凝土柱节点的试验研究，并在实践中得到了应用，且编入了规范，取得了很好的成果。但是由于薄壁钢管的管壁较薄，易于变形，因此节点构造较难处理。暂时可以将薄壁钢管混凝土梁、柱节点分为刚接和铰接两种形式，对其进行尝试性的理论分析及试验研究，以确定节点的合理形式和局部构造。对薄壁钢管混凝土柱与钢梁相连接的情况，可在节点处的柱子部分局部采用厚壁钢管，上、下分别与薄壁钢管相焊接，这样钢梁与厚壁钢管的连接便可以采用规范中的传统形式进行设计。薄壁型钢混凝土组合梁与其他构件的连接则比较难以处理，可以考虑在混凝土中采用预埋型钢或钢筋来实现连接，但是该种连接形式的抗弯、抗剪等力学性能还有待于研究。根据以上设想，组合梁和八边形柱节点的刚接形式，其它截面柱可采取类似构造。其中，组合梁外的薄壁钢板与柱上外套厚壁钢管焊接，内穿双角钢，并且上部纵向钢筋穿过柱子，梁外钢板与厚壁钢管焊接，薄壁钢管混凝土柱内不配钢筋或少量配筋。组合梁截面可以采用各种截面类型。铰接节点为柱子中只有角钢穿过，组合梁支承于角钢之上，梁柱间既不焊接，也没有钢筋通过，但需设置柱间支撑以承受水平荷载。除轻钢混凝土组合梁、柱体系外，还可以采用薄壁钢管混凝土柱与I字形钢梁体系及钢筋混凝土柱与薄壁型钢组合梁体系，后两者节点连接则更为容易。
四、轻钢-混凝土组合结构发展的几个问题
（一）轻钢-混凝土组合构件的研究。
除压型钢板与混凝土组合板技术比较成熟外，其他轻钢─混凝土组合构件的研究目前仍较少。需对薄壁钢管混凝土柱的极限承载力及薄壁钢管的局部屈曲和不同类型冷弯薄壁型钢混凝土组合梁的受弯﹑受剪状况及整体﹑局部稳定性能进行理论分析和试验研究。
（二）轻钢-混凝土组合结构体系及构造措施的研究。
普通的钢─混凝土组合结构及轻钢结构都已进行了大量的科学研究，取得了丰硕的成果及丰富的实践经验，并制订了相应的规范和规程，我们可以借鉴以上两者的成果及经验进一步进行研究。其中梁柱节点的研究是关键。可进行薄壁钢管混凝土柱与冷弯薄壁型钢混凝土组合梁节点及薄壁钢管混凝土柱与热轧型钢﹑冷弯型钢梁节点的理论分析及试验研究。由于轻钢壁厚较小，一般只有几毫米，可考虑部分构件工厂焊接，部分构件采用现场螺栓连接。
（三）轻钢-混凝土住宅建筑的开发。
在大多数多﹑高层钢结构建筑中，均采用压型钢板─混凝土组合楼盖。如果同时采用薄壁钢管混凝土柱及轻钢混凝土组合梁作为主框架，则必将使结构的受力性能及防火性能得到改善，因此可考虑在钢结构及轻钢结构建筑中尽量多采用组合构件。可重点研究给排水管线及供电﹑供热管线与结构相协调问题，同时研究防火﹑保温﹑隔声及室内外装修等问题。
（四）轻钢-混凝土组合结构计算理论的研究。
在轻钢混凝土组合构件试验研究的基础上，可考虑进行轻钢─混凝土组合结构体系的受力性能与稳定性分析并同时对结构的抗震﹑防火性能进行研究。计算方法上，可由试验及理论分析所得各构件的力学指标及截面模量﹑参数，运用现有的通用计算软件对结构进行计算分析及设计。
（五）施工荷载及围护结构蒙皮效应的研究。
混凝土浇注前，施工荷载对薄壁钢构件变形的影响较大。可考虑在尽可能少设或不设脚手架，使薄壁钢构件的刚度足以承受施工荷载。此外，围护结构的蒙皮效应能够提高结构的承载力，其提高程度有待研究。
五、结论
AtomicNucleusLookingDirectlyStructureZhangGuo-hui
（nnnEngineer，No.8TiexiRd.Liaoyang,LiaoningCHINA111004）
KeyWords
Nuclearkey,nuclearring
Secondneutron
原子核的直观结构(I)
论文摘要
从根本上解决核力问题,进而得到一个自然界的普遍规律,即原子核是由质子与中子较均匀地相间排列,然后首尾相连而构成的核子环,围绕其自身的轴线高速转动而形成的壳层结构的带电液滴球核。核子环的成环张力是由核环上所有质子相互推斥提供的，这样就得到了原子核这个微观量子多体系的直观结构图象----核子环。
关键词：核键核子环次中子
AtomicNucleusLookingDirectlyStructure
ABSTRACT
Toattacktheproblemsofnuclearforceattheroot，thusobtainauniversallawofnature.Thatis,atomicnucleusisanuclearringformedby
protonsandneutronsalternatelyarrangeaskeysinamoreevenorder,thenthehead
andthetailconnect,andtheformingnuclearringcanself-rotateatahigh-speedaboutself-axis,sothatformingashellstructurechargedliquidsphericalnucleus.Theformingring
tensionofnuclearringisprovidedbyprotonsrepeloneanother.SoWehave
obtainedatomicnucleus,thearchitectureofmicroscopicquantummany-body,Lookingdirectlystructureimage-nuclearring.
原子核的直观结构(I)
原子核是物质结构的一个层次，它介于原子与粒子之间，是由质子与中子（统称核子）组成的非相对论量子多体体系。此量子多体体系的结构图象是由核内的质子与中子依靠一种短程的强相互作用力来维系的。这种核子间的强相互作用，称为核力或者强力。
目前，对原子核的结构及其运动规律的了解是“多侧面”的：它既具有“独立”核子在由其它核子构成的平均场中运动的性质，而又突出地具有核子间有强耦合的集体运动性质；它既是一个由核子构成的非相对论量子多体体系，而又反映介子、重子乃至夸克自由度的复杂介质；它既是一个有一定量子数的有序物质状态，而又表现出明显的统计性及在一定条件下具有量子混沌的行为，由于核力问题并没有根本解决，各式各样的核结构型虽在一定程度上从某些侧面成功描写了原子核结构所表现出的丰富多彩的多样性，但也都有各自的问题、困难和局限性。〔1〕
因此，我们如何才能用简单、单一的描述来说明原子核这个体系的性质及其运动规律呢？如何使各种核模型统一起来呢？也就是说，各种核子究竟是按一种什么样的规律组合在一起的，原子核的真实直观结构是怎样的，这是从根本上解决核力问题的关键。以下论述是本文作者的一种大胆尝试！
一、核子间核力作用的饱和性
由于核子是有内部结构的粒子，我们把它们想象成象原子或离子那样，能够相互成键。我们把各种核子间形成的核力（近似地说是静态的，与核子速度无关，但存在与速度相关的力），统称为核键，即核子间通过传递、交换兀介子而相互成键（兀介子的静止能量比核内核子的动能大得多），从而出现了兀介子云的叠，就像电子云的重叠那样。这是一种短程吸引力，作用范围小于是10-15米，既使在这么小的范围内，键长也是变化的，一般中子与质子之间形成的核键的键长较短，中子与中子、质子与质子之间形成的键长较长。在原子核内，具有最短键长的核键的单个键能即为核子平均结合能。（8-8.5Mev）。一般成键后的不同核子不能互相转化。
核子间的成键与原子成键相似，很具有饱和性。就是说，一个核子同直接与之接触的不同类核子有核力作用后，同其它核子无核力作用。一个质子最多只能同两个直接与之接触的中子成键，而质子成键达完全饱和键态，即
H，空间平面直观结构可能为“”（-中子，-质子）。而一个中子最多也只能同两个直接与之接触的质子成键达完全饱和键态，即He，空间平面直观结构为“”。中子（质子）之间成键不具饱和性，一个中子同直接与之接触的中子都能成键，但结合得不紧密，是一种弱的束缚，易因中子的激发而被自动破坏。
二、原子核的直观结构
既然核子成键具有饱和性，那么它们是怎样组成稳定的原子核的呢？原来，原子核并不是那种单纯的“核”，而是由质子和中子较均匀地相间排列成键，然后首尾相连而构成的核子环，围绕其自身的轴线高速转动而形成的壳层结构的带电液滴球核。由于核子都集中在核子环上，因此核内是空心的，即原子核具有空虚的质心。核环转动形成的球形核就象乒乓球一样，形成的椭圆形核就象蛋壳一样。核环的成环张力是由核子环上所有质子相互推斥提供的。这样，原子核外观表现为质子间的较大库仑斥力，使核环伸张，内观则表现为核子间的核力，这种强力使核子一个拉着一个，使核收缩，从而产生核的表面张力，但核的表面张力远大于质子间的斥力，之所以能维持平衡，是因为核力具有饱和性的缘故。另外，因核的转动使核子产生离心力。原子核内的斥张力及离心力同核的表面张力的相互抗衡，维持着原子核空间结构的相对稳定存在。
在核子环上，每个核子只与它两侧的核子有核力作用，形成两个核键达饱和，而与其它的核子一般不再有核力作用。这就是核力在原子核内的饱和性，正由于这种饱和性，使原子核这个多体体系的性质从复杂归于简单、单一，核子环成为环上任一核子运动的平均场。
三、原子核的运动形式
原子核的核环上质子均匀排列的空间有序性，与核外电子的规则排布相联系。核子环的自转是环上所有核子独立运动有矢量和，即单粒子运动必须服从或服务于统一的整体转动，这是综合模所描述的——核子在核内单粒子运动与集体运动相耦合。原子核作为一个微观量子体系，核子环的集体转动并非像流体那样作非旋转动，它的集体转动是指原子核势场空间取向的变化。〔2〕
由于核子环整体向一定方向自转（顺时针或逆时针），质子也都相应做环系运动，从而产生环系电流，这样就使原子核中显示出质子的正电移动性——质子流。因此，它们的统一运动产生了相同的磁场，这样核环就有了较固定的旋轴线——核轴线（沿磁极方向，就象地磁线一样）。中子也同样产生中子流，中子流与质子流，它们占据着各自的量子轨道（能级），虽然通过核子——核子相互作用，不断地交换着能量、动量和角动量，但它们大体上保持着相对的独立性，即从总体上看，它们近似地保持着原来的运动状态，这正是独立粒子模型，即壳模型所描述的。核子的高能级轨道是与轴线垂直的核的腰部，核子的低能级轨道是轴线附近的核的端部。这样，核内核子表现出两重性——粒子空穴性，核内核子的填充状态是一种轨道运动的几率分布，不再以费米面作为占据或空缺的自然分界线，这是引入准粒子时所描述的。而核子环转动所形成的相对薄的表面及核子环的变形使核物质有低的可压缩性，正是液滴模型的两个基本假设。〔3〕
核子环上的核子大体上可看成是在同一个平面上，圆面的转动形成了旋转球体的原子核。核环上的核子时时刻刻都在平衡形状附近做或强或弱的形状振动，这种振动从外观上看是原子核体积不怎么变化的表面振动。如果因个别核子的动能（破坏核环形状的）太大，迫使核环发生形变，离开原来的平衡形状，成为椭圆环，它们在转动时就成为椭球体，这样就形成了某些原子核电荷分布的非球对称，而是具有旋转椭圆球的对称性。正是由于核子绕轴线转动形成的对称性，使核子在轨道上运动具有如下特点：在同一能级的轨道上，可能运动着核子环上对应着的一对质子或一对中子。也就是说，在同一量子轨道上运动着一对核子。
四、原子核的稳定性
在原子核中，质子与中子的有机组合构成了原子核真实的直观结构。在核环上有多少个核子，就应有多少个核键，如12C核环上有12个核键，13C则有13个核键。这些核键是一个统一的整体，破坏一个原子核，必须给予其核子环上应有的若干个核键的总能量——总结合能E总。
一些稳定的原子核（包括基态核）的平面直观结构（可能的轴线）如下图所示：
HeLiLiBe
同它们结构相似的又如12C、13C、14N、15N、16O、17O、20Ne、23Na、32S、40Ca等等。
一般情况下，原子核最稳定的结构是中子与质子均匀相间排列的核子环，且N=Z。它们是“具有高度的中子-质子对称性的球形自轭核”，它们的核环上任一核子都达到了完全饱和键态，中子与质子结合得很紧密，电荷分布为球对称，如奇奇核14N和偶偶核16O等。在这样的核环上加入（或去掉）一个或几个中子成键，在核环一处或几处出现了剩余相互作用，即相同核子间出现了不饱和核力，核圆环可能因此变形为椭圆环，从而形成了近球形核。以上正是平均场理论所描述的。〔4〕
对于中子数多于质子数较多的中等核及重核，它们的核环上可每相隔两个中子再排列一个质子，形成的核也是稳定的，即Z≤N≤2Z。但核环上最多一处可排列三个相连的中子，如果中间的那个中子不稳定，具有很大的动能（使核环发生形变的，而非转动的动能）。核环为阻止自身的形变，在核的表面张力作用下，会迫使其发生β-衰变，使其衰变成质子，然后与两侧的中子恰形成饱和核键而达到稳定。或者，此中子虽无大的形变动能，但受到核环上强大的表面张力的压迫、冲击，达到弱作用范围，也会发生β-衰变，这就是重核的β-衰变。
在饱和的核环一处去掉一个中子（可加入一个质子），会使两个质子直接作用，达到了弱作用范围，其中的一个质子会发生β+衰变，衰变成一个质量仅次于质子的中性新粒子——次中子，然后重新形成核键。但次中子是不稳定的，它能吸收光子（γe+e），而转变成中子，如发生β+衰变后的重核伴随着正负电子对的吸收现象，就反映了次中子的这一特性。如果质子不发生β+衰变，也可通过俘获K电子使其中的一个质子转变成中子而重新形成稳定的核键。可见，中子与质了在原子核内互相限制、彼此制约，并且中子在原子核内的作用就是起到连接质子的作用。当中子数少于质子数时，原子核就会不稳定，会发生β+衰变或K俘获。虽然核自由中子会发生β-衰变，但在原子核内与质子成键后的束缚中子不会发生ββ-衰变，这是饱和核力作用的结果。
当核环上的中子与中子直接相连时，两个中子成键均未饱和，出现剩余相互作用，可仍与外来的低能量的中子形成弱的核力，但不在弱作用范围内，不会发生β-衰变。这个中子没有能力加到核子环上去，而是在核环形成很长的核键，因量子运动而形成核的中子晕或核的中子皮，如11Li、11Be、14Be的中子晕及6He、8He的中子皮，这些具有中子晕的或中子皮的原子核是一种弱束缚态的密度不均匀的体系。﹝5﹞
对于重核，中子与中子直接连接处较多，剩余相互作用较大，在核内起主导作用，当核环变形为梭形时，在核的两端尖部会引起α衰变，使核环向圆环状恢复，这样就会发射α粒子。核子环能够变形，与转动频率有关。在较低角动量时，原子核形成一个中等形变的扁椭圆形状，随着角动量的增加，原子核具有长椭球形变或三轴形变。当角动量继续增加时，核环将在剩余相互作用下发生裂变，此时剩余相互作用能克服质子间的斥力及转动引起的离心力，使核子重新组合成两个或多个子核环。以上是由原子核的转动液滴模型所描述的。﹝6﹞
千变万化的核反应，就是使核环上局部的核子间原来的核键被破坏，并重新形成更强的新核键的过程，同时通过发射粒子（或γ射线）进行退激发，使新结合的核环向圆环状恢复（斥力作用），这样就产生了新的稳定的核。在低能时，核反应为熔合蒸发、转移和电荷交换反应；高能时，核反应为散裂、多重碎裂和裂变反应。
五、结束语
真理往往就是那样朴素，重要的是人们要善于发现它。我希望能有更多的人接受本文思想精华，再付诸于实践，我相信对核物理的发展将带为质的飞跃！
附参考文献
1～6丁大钊、陈永寿、张焕乔原子核物理进展
上海：科学技术出版社1997，559
原子核的直观结构（续篇Ⅱ）
五、核反应过程图示浅析
我们知道核反应是遵守质量数和电荷数守恒的，而且核反应不能凭空任意发生，这是由轰击粒子的能量及结构和靶核的结构性质所决定的。由于核子环上的核子都在一个平面上（核子间的表面张力与质子间斥力相抗衡的结果），并且保持圆环状，这样靶核成为一个理想的核子环。由于它的轴线处的核子（端部）在旋转动能最小的低能级轨道上，易与外来粒子结合，成为发生核反应的主要反应道；而与轴线垂直的核环的腰部核子转动动能很大，不易同外来粒子结合成键，如果能够结合，轰击粒子需要更高的能量。由此可以看出，核反应的随机性很大，从而使核反应复杂多变。轰击粒子与靶核的碰撞形式有非弹性的正碰和切碰两种，并且碰撞是随机的。对于能量很高的粒子（速度远大于核环自旋速度），原子核往往表现出通透性，即粒子当时并未碰到核子环面上的核子，只是快速地通过了核子环空虚的中心。
原子核的结构无法从实验中直接看到，但可以从实验结果中反馈出来。以下核反应均为实验所得的结果（大多数反应为熔合蒸发反应，打出准粒子）。由于核反应在瞬间即能完成，可视为核子环的自旋暂时停止（定像），轰击粒子与核子环共面，这样就可以把核反应过程显示在平面上了。一些低能核反应的类型如下：
（一）α粒子所引起的核反应
⑴N+HeO+H，产生的新核是稳定的。正碰过程如下图（注意核子间的相对位置关系，核子间应以饱和成键为原则，使其行为遵守能量最低原理）：
图114N（α，P）17O
在氮-14核轴线上有两种核子——一个质子和一个中子。在此反应道上，α粒了是与其中的质子发生了正碰。氦核的中子首先与轴线处的质子成键，氦核的两个质子也立即与轴线处质子两侧的中子分别同时成键，而原氦核的另一个中子与它本身的两个质子并未解脱核键。这样使新核环16O的核子达到全饱和键态。迅速解脱核键的氘核（接受到α粒子传给的较大动能）与核子环对面轴线处的核子发生第二次碰撞，氘核的质子把轴线处的中子旁边的一个质子撞出核外，而取代了它的位置，并首先与轴线附近的那个中子（非轴线上的中子，高能级优先成键）成键而使质子达饱和（H型），这样就完成了核子环上相同核子的替换过程，我们把这一过程称为核子替换。原氘核的中子随后挤入核子断环，在核表面张力作用下，接合成新的核子环。从而形成了稳定的氧-17核。飞出核外的质子与轰击粒相比，已损失了绝大部分的动能。这个核反应现象可以从布拉凯特的充氮云室照片中看到，分析径迹情况可知，分叉的径迹即为质子的径迹。这已由上图中显示出来。类似此反应的又如B+HeC+H，若这类反应发生的是切碰，则会直接释放氘粒子，无二次碰撞反应，如He+CN+H，产生的14N核是稳定的。
⑵B+HeN+n，在此反应道上，α粒子进攻的是10B核轴线上的中子（正碰），第二次碰撞发生核子替换打出一个中子。但新核13N不稳定，因为有两个质子直接相连成键，原氘核的质子有较大的远离核心的动能，在核的表面张力和斥力的直接作用下，易达到弱作用范围，会发生β+衰变或K俘获。新核衰变方程为NC+e+γe或N+eC+γe。产生的碳-13核是稳定的。整个过程如下图：
图210B（α，n）13N及13N的β+衰变或K俘获
⑶Be+HeC+n，在此反应道上，α粒子必须正碰铍-9核轴线上的中子，产生稳定的碳-12核，如图：
图39Be（α，n）12C
⑷Al+HeP+n，PSi+e+γe或P+eSi+γe。在此反应道上，α粒子必须正碰铝-27核轴线附近两个相连的中子之一。如图4
图427Al（α，n）30P及30P的β+衰变或K俘获
⑸Na+HeMg+H,此反应与⑷并不矛盾，在此反应道上，α粒子正碰的是钠-23核环上的质子，产生的镁-26核（核环上三个中子不一定直接相连）是稳定的。如图5
图523Na（α，P）26Mg
⑹Li+HeB+γ,这是个α粒子的全融合反应。在此反应道上，第二次碰撞时，氘核的质子有能力把对面核子环上中子与中子形成的较弱核键击破并与其中的一个中子成键，而没有发生核子替换打出质子。断环接合成新的稳定的硼核，同时释放成键键能γ光子。如图6
图67Li（α，γ）11B
（二）中子所引起的核反应
⑴N+nB+He，在此反应道上，入射中子把氮核环上的中子击入核内，同时与两个质子成键达饱和。进入核内的自由中子动能减小，已没有能力发生核子替换，而是挤压对面的核子环，使其变形，从而被两个质子（仍与另一个中子成键）捕获重新成键达饱和，这样就产生了一个系统能量很低的全饱和键态的α轻粒子飞出核外，余下的核子恰能接合成稳定的硼-11核。如图7
图714N（n，α）11B
⑵N+nC+H，CN+e+e。正碰过程如下图
图814N（n，P）14C及14C的β-的衰变
从上图可以看出，在此反应道上，入射中子碰撞的是氮核环上的质子，它代替了击入质子的位置，而自由质子与对面核环上的质子有较大斥力作用，使其有能力发生核子替换（也可能切碰发生反应，直接撞出质子，无二次碰撞），而决不能产生α粒子。这样，一个质子从新核中被蒸发出来。但是，由于轰击中子破坏了原来较强的饱和核键，而形成的是三个中子直接相连的较弱不饱和核键，并仍具有入射方向上的较大动能而不稳定，受到核表面张力的压迫而达到弱作用范围，易发生β-衰变，转变成的质子恰能与其两侧的中子重新形成稳固的饱和核键（符合能量最低原理，是原子核要求体系稳定的具体体现），从而产生了新的稳定的氮-14核。
⑶Al+nNa+He,NaMg+e+e。正碰如下图
图927Al（n，α）24Na及24Na的β-衰变
这样，此过程中就有三种射线释放（α、β、γ射线）。若此反应是切碰发生的，则直接蒸发出两个中子，即Al+nAl+2n。又如Be+nBe+2n,BeHe+He,虽然8Be为全饱和键态的核环，但由于它的核环太小，核子在振动时就有可能碰到一起重新组合成键，恰能形成两个饱和的α轻粒子，这种裂变为8Be核所特有。
（三）质子所引起的核反应
⑴F+HO+He，产生的新核是稳定的，正碰过程如下图：
图1019F（P，α）16O
⑵Ni+HCo+He，产生的新核是稳定的，正碰过程如下图：
图1158Ni(P,a)55Co
⑶Si+HP+n，在此反应道上，是切碰发生的（若正碰则打出α粒子），蒸发出的中子是硅-30核环上三个直接相连的中子中间的那个。产生的磷-30核环为全饱和键态，是稳定的。这种切碰也可能发生掇拾反应，如Li+HLi+H等反应。
（四）氘核所引起的核反应
⑴Al+HMg+He,产生的新核是稳定的，正碰如下图：
图1227Al（d，α）25Mg
⑵C+HB+He，产生的新核是稳定的，正碰如下图：
图1312C（d，α）10B
⑴与⑵也可能是切碰打出α粒子，可根据蒸发出的粒子方向来判断它们是如何碰撞反应的。
⑶Cl+HAr+2n,此反应是切碰的削裂反应，氘核的质子打出37Cl核环上三个直接相连的中子中间的那个，并与两侧的中子成键达饱和。氘核的中子解脱核键后沿原方向继续前进。产生的新核是稳定的。这样就有两个中子被蒸发出来。
⑷Mg+HAl+n，此反应是切碰的削裂反应，氘核的质子被核环上直接相连的两个中子捕获成键达饱和，它的中子解脱核键后继续沿入射方向飞出。与此类的反应又如Be+HBe+n,C+HC+H。但有的削裂反应后的新核会发生β衰变，如C+HN+n，NC+e+γe；P+HP+H，PS+e+e。
（五）光致反应
高能γ光子也能破坏核键而击出各种粒子，如切碰击出中子的反应：
O+γO+n；Mg+γMg+n产生的新核都是不稳定的，会发生β+衰变。如果蒸发出α粒子，则是光子正碰核环上的中子，此中子与对面核子不发生二次碰撞反应而产生的。光致反应还能切碰击出P、d、t等轻粒子，实质就是光子切割下核子环的一小片断产生的。
（六）中等离子间的高能反应
中等离子可被加速器加速而轰击核靶，会产生用轻粒子无法获得的不稳定同位素，如Ca+SKr+3n，在此反应道上，由于正碰截面小，轰击离子动能太大，核环上的一个中子把动能直接给同一直线上的靶核的两个对称中子，从而打出三个中子。正碰如下图：
图1440Ca（32S，3n）69Kr
由于新核环上有三处为质子与质子直接相连，会发生三次β+衰变，由于有两处在核的腰部，因转动动能较大，高能量的质子与质子在核表面张力作用下，不会立即达到弱作用范围内，会延缓衰变的现象。又如Si+NiY+3H，正碰如下图，产生的新核是稳定的。
图1528Si（58Ni，3P）83Y
如果反应碰撞截面增大，并且为切撞则会打出两个质子与两个中子，如Ca+GeSn+2H+2n，在此反应道上，因能量太高，碰撞后中子与质子之间的核键被破坏，蒸发出来的核子全部为激发态（不易成键），即单个的质子与单个的中子，而不是d、α粒子。产生的新核环为全饱和键态，是稳定的。切碰过程如下图：
图1640Ca（64Ge，2P2n）100Sn
（七）重核的衰变
如UTh+He，由于铀-238的核子环不稳定，因高速转动而产生较大的形变，在核环一处变形为扁椭状，使不饱和核子间有机会重新组合成一个α粒子释放（在剩余核力的作用下），从而使核环向圆环状恢复，但新核环在接合时，恰有三个中子直接相连碰撞，在强大的核表面张力压迫下迅速达到弱作用范围内，使中间的那个中子发生β-衰变转变成质子，重新与两侧的中子成键达饱和。这也有利于新核环向圆环状恢复，新产生的镤-234核是较稳定的，衰变方程为ThPa+e+e，与此过程相似的又如重核钍-232发生的复杂衰变：ThPb+6He+4e+4e，不同的是其中有两次α衰变后，在接合时只有两个中子直接相连，不具备产生β-衰变的条件。
关键词：超高层智能大楼节点域MST组合梁
一、概况
高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史，1883年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起，到了二次世界大战后由于地价的上涨和人口的迅速增长，以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高，使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大，柱子所占的建筑面积比率越来越大，在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑；同时高强度钢材应运而生，在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。
超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平，也是建设部门财力雄厚的象征。
我国的高层与超高层钢结构建筑自改革开放以来已有20年的历史，并在设计和施工中积累了不少经验，已有我国自行编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98。
二、高层及超高层结构体系
对于高层及超高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定，一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑，建筑总高度超过60m为超高层建筑。
对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。
>东南科技研发中心，建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架—剪力墙或框—筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。
三、材料的选用
钢结构有很多优点，但其缺点是导热系数大，耐火性差。随着冶金技术的提高，耐火钢的研究成功并投入生产，为钢结构的进一步发展创造了条件。
目前宝钢投入生产的有B400RNQ和B490RNQ两种型号的耐火钢，其物理力学指标、化学性能及抗冲击韧性和可焊性，都能达到结构钢的要求。普通钢材当达到600℃的高温时已完全丧失承载能力，宝钢生产的这两个品种钢材当达到600℃时其屈服强度还有150～220Mpa。
一般高层和超高层建筑当采用框—剪、框—筒结构体系时的经济性统计为：钢结构造价=钢材费用（约占40%）+制作安装费用（约占30%）+防火涂料费用（约占30%），防火涂料所占总造价的比重较大。如果使用高强度耐火钢虽价格略有上升，但防火涂料价格有较大幅度下降，可望部分抵消由此带来的成本上升，而且可靠度及安全性有了一定的保障。
四、制作与安装
(一)统一测量仪器和钢尺量具
建造一幢超高层大楼，涉及到土建、钢结构、玻璃幕墙和各类设备的安装，使用的测量仪器和使用的钢尺必须由国家法定的同一计量部门由同一标准鉴定。
高层、超高层建筑施工周期较长，尚需定期对测量仪器和钢尺量具进行定期校验以保证建筑物各项指标符合规定的指标。
一般以土建部门的测量仪器和钢尺量具为准。
(二)定位轴线、标高和地脚螺栓
钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄，在建筑物外部或内部设置控制轴线。本工程高度在100m，设置二个控制桩，以供架设经纬仪或激光仪控制桩的位置，要求以能满足通视、可视为原则。
钢柱的长度以满足起重量的大小和运输的可能性，一般为2～3层为一节，对每一节柱子安装不得使用下一节柱子的定位轴线，应从地面控制轴线引到高空，以保证每节柱子安装正确无误，避免产生累积误差。
柱脚与钢筋混凝土基础的连接，一般采用埋入式刚性柱脚，地脚螺栓是在安装就位第一节钢柱时，控制平面尺寸和标高的临时固定措施。
(三)钢柱的制作与安装
钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件，在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。
100m高的超高层钢柱一般分为8～12节构件，钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形，所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度，即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换，要求对每节钢柱应编号予以区别，正确安装就位。
矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊，不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。
钢柱标高的控制一般有二种方式：
1.按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm，不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形，建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格，这种制作安装一般在12层以下，层高控制不十分严格的建筑物。
2.按设计标高制作安装。一般在12层以上，精度要求较高的层高，应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高，每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。
无论采用何种安装方式，都应在翻样下料制作过程中充分表达出来，并应符合设计要求的总高度。
(四)框架梁的制作与安装
高层、超高层框架梁一般采用H型钢，框架梁与钢柱宜采用刚性连接，钢柱为贯通型，在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。
框架梁应按设计编号正确就位。
为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性，在工厂制造时，在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿)，悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝，腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁（短牛腿）连接，上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝，腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时，腹板的连接板可开椭圆孔，椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0（d0为螺栓孔径），并应保证孔边距的要求。
框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度，需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核，确定其翻样下料的精确长度。
框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接，目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘，先一端点焊定位，再焊另一端。
腹板则采用高强度螺栓连接，要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。
采用高强螺栓群连接时，孔位的精度十分重要。目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔，前者精度低，后者精度高，应优先考虑采用后者。当采用模板制孔时，应保证模板的精度，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求。如果孔位局部偏差，只允许使用铰刀扩孔。严禁使用气割扩孔，若用气割扩孔，则应按重大质量事故处理。
高强螺栓群应同一方向插入螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧顺序应由中心按幅射方向逐层向外扩展，初拧和终拧都得按预先设定的鲜明色彩在螺帽头上加以表示。
五、楼盖的设计
高层、超高层建筑的楼板和屋盖具有很大的平面刚度，是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件，同时使钢柱与各竖向构件(剪力墙或筒体)起到变形协调作用。
关键词：轻钢结构科技特点蒙皮效应
一、引言
自进入20世纪90年代以来，我国钢结构建筑的发展十分迅速，特别是一些代表城市标志性高层建筑的建成，为钢结构在我国的发展揭开了新的一页。如世界第三高的上海88层、高420m的金茂大厦业已竣工，现已投入运营。据称世界第一高度的上海浦东环球金融中心，95层高460m，建筑面积为31万m2，现正在加紧建设中。由外商投资的大连总统大厦，正在加紧筹建之中，共95层，据称建成后其高度将名列世界前茅。
轻钢结构的发展则更是如火如荼，特别在工业厂房的建设中则更为迅猛。从钢结构制造加施工企业数量的大幅增长就可窥见一斑，如上海市的钢结构制造和施工单位已由原来的几十家一下子发展到现在的400多家，单上海的宝钢地区就有近百家的钢结构制造厂。大好形势下，如何因势利导，抓好设计和施工质量，这是当前一个十分迫切的问题。本文拟就轻钢结构的优点、材料选择和设计中的注意点、塑性设计及腹板屈曲后强度的利用和蒙皮效应等作一概略介绍，利于读者对轻钢结构有一个比较全面的了解。
二、轻钢结问及其适用范围
所谓轻钢结构通常是指由下列钢材所构成的结构：①冷弯薄壁型钢结构；②热轧轻型钢结构；③焊接或高频焊接轻型钢结构；④轻型钢管结构；⑤板壁较薄的焊接组合梁及焊接组合柱而构成的结构。
1．适用范围
根据我国目前情况来看，这种结构由于其用度广、优势明显，已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。对单层工业厂房而言，通常以H型钢，采用焊接连接作为梁柱，以C形或Z形轻钢板作檩条，屋盖系统或楼面系统用压型彩色钢板作面层，上面可浇混凝土，压型钢板既可作为钢筋，必要时也可以再配钢筋。墙面围护也可采用单层或夹层压型钢板，夹层板内部可充填各种保温层。
2．主要优点
⑴施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需45d至2个月，而若采用钢筋混凝土建筑则要8～12个月左右。
⑵综合经济效益好：由于施工周期短，可以提前投入使用，提前获取投资效益；更由于采用色彩鲜艳的彩色压型钢板，美观华丽，改善了周边环境的动态感；因为建筑物本身的自重轻，一般情况下不需要做桩基，可以节省投资；由于采用了聚苯已烯泡沫夹心板或单板加保温棉等措施后，使保温、隔热和隔章等效果良好。彩色钢板是以镀锌为基板又用硅酮作为表面，经两除两烘加工而成，耐久性也较好，根据目前我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构，当厂房的跨度越大时，其优势更为明显，这也是它赖以竞争的一大优势。
⑶抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。唐山地震的惨痛教训应予记起。目前，天津市已正式启动轻钢结构住宅。
⑷宜于拆卸搬迁：一旦业主对所造厂址不满意或外界环境发生意想不到的变化，则整个建筑可在很短时间内拆迁，损失极小，而所有这些是钢筋混凝土建筑所无法具备的。
正是由于轻钢结构的诸多优点，而且随着近年来防火、防腐新产品的不断出现，已较好地解决了轻钢结构抗腐蚀性差的缺点，使得它在工业厂房以及民用设施中获得了广泛的应用。
三、材料选择和设计中的注意事项
轻钢结构作为普通钢结构的衍生结构，其基本计算理论和后者基本相同。详细情况可参见上海市标准DBJ08-68-97《轻钢结构设计规程》和中国工程建设标准化协会标准CECS102：98《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》，这里仅着重强调几点：
⑴在用材上应优先采用“H”形钢，它受力合理，拼接方便，加工容易。对于承重结构宜用Q235钢和低合金钢中的16Mn、15MnV或15MnV钢，但需注意Q235-A钢的含碳量不作为交货条件，可焊性无保证，故不宜采用作焊接结构。对于板厚大于25mm的梁翼缘与柱，现场焊接的梁柱节点不宜用Q235-B.F，应尽量选用Q235-B或Q235-B.b，对于特别重要结构宜选用Q235-C或Q235-D。
⑵对厚度为17～40mm的Q235钢的设计指标比现行GBJ17-88《钢结构设计规范》中的规定值提高5Mpa（上海标准），焊缝强度也作了相应调整。
⑶考虑了技术进步因素，将主要受力构件的壁厚调小了，即在现行GBJ18-97《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的主要受力构件的壁厚不小于2mm调整为不小1.5mm，框架梁柱构件不小于3mm。
⑷在风荷载作用下，门式刚架的侧移按GBJ18-87《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定为柱顶高度的1/150。但在这2个规程中均作了细化规定并作相应调整，但具体数值不尽相同。设计者在使用时宜予以注意。
⑸在设计刚架、屋架和檩条等时，应考虑由风吸力作用所引起构件内力变化的不利影响。此时永久荷载分项系数取为1.0。这一规定主要是考虑到当设计的刚架、屋架、檩条在屋面材料较轻的情况下；若受风吸力作用，构件内力将会变号，会出现拉杆变为压杆的情况。在内力变号时永久荷载起减载作用，叵合肥市将永久荷载分项系数取为1.2，则会造成结构可靠度的降低，导致不安全因素。
四、结构或构件的塑性设计及腹板屈曲后强度
轻钢结构允许采用塑性设计，但仅适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和2层框架结构。采用塑性设计的结构或构件，按承载能力极限状态设计时，应采用荷载的设计值，考虑构件截面内塑性的发展及由此引起的内力重分布，用考虑P-效应的塑性铰理论或简单的塑性铰理论进行内力分析。按塑性设计时，钢材和连接的强度设计值应按规程的有关条款规定的数值乘以折减系数0.9。塑性设计截面板件的宽厚比也应符合有关规定。
门式框架上“工”字形截面构件的腹板允许考虑屈曲后程度，下面我们试通过单向受压四边简支扳回曲后的中面应力分布情况来说明为什么板屈曲后仍能继续承载，且承载力还能显著提高。板屈曲后只要板的四边保持直线，则载荷边的压应力分布为非无均匀分布，两边应力较高，中间应力较低；非载荷边产生垂直于边线的应力，其中部为拉应力。由于拉应力的作用限制了板屈曲变形的发展，提高了板的刚度，因而板屈曲后仍能继续承载。卡门最先提出了有效宽度的概念，即将板件受压边马鞍形应力分布图用二块等效的应力图形代替L等效应力图形的应力水平为fyc于是有
Pu=fybet
Pu=∫σ(x)dx
式中：Pu为板的极限承载力；fy为钢材的屈服强度；be为有效截面宽度；t为板件的厚度。
当Pu通过理论分析和实验确定后，就可用有效宽度来表达受压板件屈曲后极限强度，并进而采用有效截面来考虑板件局部屈曲的影响。利用板面屈曲后的强度进行结构设计最早见机结构中，因为飞机结构设计是在保证一定可靠度的前提下以减轻结构重量为目标。在普通房屋建筑钢结构设计中一般不允许板件产生局部失稳。而冷弯薄壁型钢，其特点之一就是壁薄，壁厚不大于6mm，以极少的材料加工成为宽展的截面，以提高构件的截面刚度和整体稳定承载力，为此，不得不突破钢结构设计规范（GBJ17-88）中对板件宽厚比限值的规定，允许板件产生局部失稳，进而利用屈曲后强度的提高。
轻钢结构门式刚架是主要的承重结构，一般是采用实腹型变截面的柱和梁组成。门式刚架的形成可以单坡、双坡和多坡，多跨建筑的中间柱多采用较接的摇摆柱。门式刚架工字截面钢构件中腹板以受剪为主，抗弯作用不如翼缘有效，增大腹板的高度，可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。但是，在增大腹板高度的同时，如果厚度增之过大，则腹板耗钢量太多，也是不经济的。因此，先进的设计方法是采用高而薄的腹板，而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用。在主要为均布荷载起控制作用的结构中，在允冲击、疲劳、振动等荷载的条件下，可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性，从而使其腹极高厚比限值可以大幅度提高。根据天津大学所作的试验证明，当荷载超过理论计算的屈曲临界载限多时腹板才呈现凸曲变形，且凸曲变形都不大，故适当利用屈曲后强度是可行的。
五、蒙皮效应
压型钢板因其重量轻、强度高、外形美观、安装便捷等优点，而广泛应用，国外不仅用手工业厂房，且很多民用建筑也用它做屋面板和墙板等围护结构。
所谓蒙皮效应是指压型钢板在其平面内的抗剪能力，可称为受力蒙皮作用。如将压型钢板与构件进行可靠连接，则此蒙皮效应可使围护结构同时成为结构的重要组成部分，参与整个结构体系工作，为与之相连的受压、受弯压构件提供连续侧向支撑，从而提高这种构件的刚度及稳定承载力。
美国的设计规范引进了蒙住支撑的设计方法。我国《冷弯型钢受力蒙皮结构设计规范》尚在编制中。
1．蒙皮支撑的轴心受压构件
假设在蒙皮的支撑作用下，构件在荷载作用下没有弯曲变形、没有截面的扭转而仅有轴向压缩变形，则我们称蒙皮可为构件提供完全支撑，此情况下的屈服压力记作Py，则
为考察各种因素对蒙皮支撑构件性能的影响，对该非线性问题用有限元法，取如下构件作分析对象，构件外形尺寸为160mm×50mm×20mm×2.75mm的冷弯薄壁卷边C形槽钢，材料屈服强度为Py=270Mpa，假定荷载的初始偏心为构件几何长度的1/1000，构件长度为3.60m，两端铰接。压型钢板与构件用自攻螺钉相连。当压型钢板之间无连接件时蒙皮抗剪刚度为QL，当荷载偏心距ey=L/1000，ez=L/1000时，对应于不同的蒙皮抗剪刚度值Q，计算了构件跨度中截面转角及剪心的位移，从图中可以看出蒙皮抗剪刚度的变化，并未使构件跨中截面的转角有太大的差别。这说明蒙皮抗剪刚度的增大，并不能增大对构件扭转的约束作用。但是蒙皮抗剪刚度的增大，即能有效地减小构件的侧向变形。必须指出：以上的结果是在不考虑蒙皮对构件提供的扭转约束，即令扭转约束值F=0时所得出的结果。F值因次为N·mm/（mm·rad）。但实际结构中蒙皮总是可以为构件提供不同程度的扭转约束作用，如不考虑这一有利因素，势必会使计算结果过分保守，试验和计算结果都表明，蒙皮为构件提供的扭转约束作用可有效地减小构件的扭转变形，显著提高轴压构件的稳定承载力。通过理论计算所得出
（ey=L/1000，ez=-L/1000）（ey=L/1000，ez=-L/1000）
侧向变形υ（cm）曲线的蒙皮对构件影响。其FL=1437.2N·mm/（mm·rad）是由试验确定。
六、结语
当前，我国钢结构（含轻钢结构）发展的形势很好，我国钢结构年产已超过1亿t，可以预言，21世纪将是钢结构快速发展时期，长期以来，由混凝土结构、砌体结构一统天下的格局将被打破，从事钢结构制造、施工企业前景宽阔，各建筑设计院也面临着新的机遇和挑战。但是，以下几点仍需各方加以重视。
1．应加大推广钢结构建筑的宣传力度
目前，钢结构行业的竞争非常激烈。这种竞争，不仅来自于各行业，、各企业之间，更重要的还来自于钢结构和钢筋混凝土结构这两种建筑之间的竞争。日本等发达国家，钢结构建筑要占整个建筑的50%以上，而我国只占5%还不到。差距甚远。
对于钢结构与混凝土结构的造价问题，应有一个全面、综合的认识，不能笼统地认为钢结构造价比混凝土贵，从而排斥于比较方案之外，这一点对广大设计人员尤为重要。事实上一个高层建筑的工程总投资、包括工程造价、动迁费、征地费等方面，工程造价只占工程总投资的50%。而工程造价又包括结构造价、装饰费、设备费等，结构造价只占工程造价的30%左右。而结构造价又分上部结构和基础造价，上部结构造价仅占基础造价的50%～70%。而钢结构只是指工程的上部结构，在工程总投资中仅占10%还不到。因此，高层建筑采用钢结构与采用混凝土结构间的差价所占工程总投资的比例将更小，一般不到工程总投资的4%。如果再考虑到采用钢结构因其自重轻、基础造价低；因其强度高、可啬建筑有效使用面积；施工速度快及抗震性能好等诸多优点，那么钢结构的优势是不言而喻的。
2．推广应用住宅钢结构应提到重要位置
建筑钢结构虽然发展很快，但在住宅领域还是空白。全国每年要建数千万平方米的住宅建筑，但采用钢结构的几乎没有。当然这和我国传统思想、观念以及对钢结构的认识偏差有关。可喜的是，天津市政府已率先垂范，决定于今年启动轻型钢结构建筑，将建设10万m2的轻钢住宅，其示范效应将不可低估，希望各地有关职能部门及广大设计人员应有超前意识，作出响应，对轻钢住宅建筑的发展作出应有贡献。
3．应积极提高各钢结构制造、施工企业、设计院所等技术人员的业务水平
我国在较长的一段时间内，由于钢结构使用很少，各设计院所、建筑企业大多从事单一的混凝土结构工程的设计和施工。目前应大力加强和提高各级技术人员的钢结构业务水平。应充分发挥各高等院校、学术团体等举办钢结构技术讲座、规范培训班等。
[论文摘要]财务管理理论是指导财务管理实践的基础，构建合理的财务管理理论体系对财务管理学科的发展和财务管理实践具有十分重要的作用。文章在现有研究的基础上，提出了基于财务管理环境为逻辑起点，包括财务管理基础理论、财务管理应用理论和财务管理环境理论等部分的财务管理理论结构体系。
一、引言
财务管理理论结构是人们基于对财务管理实践活动的认识，通过思维活动对财务管理理论系统的构成要素及其排列和组合方式所作的界定。国内外财务管理学者对于财务管理理论结构体系的研究取得了一定的成果，如何构建适合我国国情的财务管理理论体系仍需要进一步研究，有必要构建与现代财务管理发展水平相一致、结构严谨的财务财务管理理论体系，本文在借鉴和总结已有研究成果的基础上。对财务管理理论结构体系进行整体性探讨。
二、财务环境是财务管理理论结构体系构建的逻辑起点
环境决定一切，财务管理理论的发展离不开环境的影响和制约。一切事物都是以时间、地点等环境决定的。财务管理理论告诉我们，有什么样的财务管理环境，必然有什么样的财务管理理论与之相适应。财务管理本质、目标，他们都是在一定的经济环境中人们对财务管理的一种认识。财务管理环境决定了财务管理的本质，进一步决定了财务管理的内容与方法。财务管理环境是财务管理理论体系赖以生存的土壤，是财务管理理论体系产生的基础，没有财务管理环境，就无从说财务管理理论体系。所以，以财务管理环境为出发点来构建财务管理理论结构符合推理逻辑。而且，理财环境还具有高度的综合性，它包含了财务管理实践的全部内容，孕育着财务管理理论要素的全部“胚胎”，以此为起点构建的财务管理理论结构可以揭示财务管理发展过程的全部因素和客观规律，因而是全面的、完整的财务管理理论结构，所以，以财务管理环境为财务管理理论结构体系的逻辑起点，最符合财务管理理论的发展要求。
三、以环境为起点的财务管理理论结构体系构成要素分析
从财务管理理论结构体系的逻辑起点选择出发，财务管理理论结构体系主要包括由财务管理环境、财务管理假设、财务管理目标、财务管理程序和方法、财务管理原则、财务管理内容、财务管理运行、财务管理机制、财务管理组织等内容构成要素。
1、财务管理环境
财务管理环境是企业财务管理赖以生存的土壤，是企业展开财务管理的舞台，企业的财务决策、财务策略的制定都离不开环境的认识和把握。它主要研究理财环境的内涵、构成要素及其对财务管理理论和实践的影响、制约及要求等问题。财务管理环境是财务管理理论研究的逻辑起点，财务管理环境是客观存在的，具有客观性的特点，财务管理内外环境息息相通不断进行着物质、能量和信息的交换，共同构成研究意义上的财务管理发展的整体环境，即理财环境，或称财务管理环境，深刻认识和认真研究理财环境，从理论上讲，有助于正确认识财务管理的性质、特点及其发展变化的原因和内在规律，塑造科学的财务管理目标，并围绕该目标确定一套与理财环境相适应的理财观念和制定一套具有现实意义的理财原则、程序与方法；从实践上看，有助于企业做出正确的财务决策，选择和规划企业财务管理行为，增强企业财务管理的适应性和有效性。
2、财务管理假设
科学源于种种假设，这是因为对于任何科学的研究产生一系列未被确知难以直接论证的问题，因而科学的产生都要要依赖于某种特定的假设。假设是在两种情况下提出来的：一是现在无法证明这一命题；二是多种命题可供选择时选择其中一种，至于为什么样这样做，或无法证明或现实条件有限。美国学者坎宁在《会计的基本假设》中把会计基本假设看成是会计赖以存在的经济、政治和社会环境的基本前提或基本假设。坎宁对会计基本假设的定义对财务管理同样是适用的。我们可以将财务管理假设定义为，财务管理假设是财务赖以存在的经济、政治和社会环境的基本前提或基本假设，财务管理假设可以说是人们主观认识作用客观财务环境的结果，它取决于人们的认识水平，具有主观性特点，这也是目前对于财务管理假设的认识有不同观点的主要原因；同时，财务管理假设由具有客观性的特点，因为财务管理环境是客观存在的，这也是所有研究者都纳入财务管理理论的重要原因。管理财务管理假设可以由若干独立假设共同组成的连贯一致的体系。这个体系应该符合合理性、独立性、非矛盾性、可检验性等条件。
3、财务管理目标
目标是一项或一系列活动预期希望达到的境界和结果，目标是人们针对其活动预先设定的，是人们努力的方向，具有一定的主观性。财务管理目标是人们从事财务管理实践过程中所希望实现的目的，它所回答的问题是财务人员为了什么做。财务管理目标主要揭示财务管理职能如何具体化为财务管理目标，以及财务管理目标实现的内在规定性，为财务管理系统运行提供一个规范性的概念框架。财务管理目标理论在财务管理理论结构中处于承上启下作用，有了该层次财务管理理论结构才具有整体性和目的性。财务管理目标是构建财务运行机制的方向和标识，是人们赖以选择各种理财手段的依据和标准。它是财务管理理论和实务的导向，是在认真研究财务管理环境和已经确立的财务管理假设的基础上确定的，既对财务管理的内容、财务管理的原则、财务管理方法等基本理论问题起导向作用，也对财务管理的通用业务理论和特殊业务理论起导向作用。
4、财务管理原则
财务管理原则是管理者在对财务管理环境有了更加深刻认识的基础上制定的，它是将已经形成的对财政管理的理性认识在回到财势管理实践中去的过程，是从认识到实践、从精神到物质的过程，是认识过程的第二次飞跃。财务管理的原则将具体地承担起指导财务管理实践的任务。财务管理原则可以根据财务管理假设和财务管理目标来推演，有效市场假设可以推演出市场中心原则、双方交易原则、信号传递原则、引导原则、交易行为自利原则、比较优势原则等财务管理原则；财务主体假设可以推演出性性理财原则、风险成本与收益均衡原则、货币时间价值原则、资源配置原则等原则；持续理财与财务分期假设可以推演出财务分期原则、可持续理财原则等原则；委托假设可以推演出财务关系协调原则、财务约束和财务激励原则等原则。
5、财务管理程序和方法
财务管理方法，也称财务管理工具，它是为了实现财务管理目标，完成财务管理任务，在进行理财活动是所采取的各种是手段。财务管理的程序是财务管理过程中相互配合、紧密联系、有序的管理环节，包括预测、决策、计划、分析、控制五个环节。财务管理程序和言法属于财务实践层次，它受到财务管理原则的指导和约束。
6、财务管理内容
在研究财务管理理论结构体系时，首先应该确定财务管理应该包括的基本内容是什么，或者说是基本要素是什么，只有这样，才能确保研究的范围因此研究财务管理内容要从财务管理环境和财务本质人手。一般认为，财务管理的基本内容是企业财务活动，而财务活动又分为企业筹资引起的财务活动、企业投资引起的财务活动、企业日常经营引起的财务活动和企业分配引起的财务活动。因此，财务管理的内容包括企业筹资管理、企业投资管理、营运资金管理和企业分配管理四个方面。
小学数学教材简单应用题认识结构呈现的“序”是按以运算关系为小整体的“滚雪球”的有序扩展。让学生的个体解题技能的水平发展也呈有“序”的发展，是低年级应用题教学的关键。在低年级的应用题建“构”教学中，始终要注意这个“序”，切不可进行单一式的解题活动。
由于应用题具有概念的密集型特征（即使是简单的应用题也不例外），因此在数学教学中必须让学生获得（应是指小学生对概念的真正理解，而并非是机械认识）已学的概念与数量关系。尤其是低年级学生的认知心理特点是以形象思维为主体，言语结构水平低而语词又贫乏，所以注意让学生从形象化的认识提高到形象化的抽象认识理解已学的数学概念，是简单应用题教学的必要的前提。在教学中，要注意切不可让学生死记硬背概念或死记数量关系式。
对简单应用题结构特征的认识是应用题教学的重要一环。对一个问题与相关联的两个条件的逻辑联系的认识教学，是简单应用题教学的重要组成部分。教师在教学中必须充分利用这个关系，培养学生的初步逻辑推理方法与能力。既要让学生熟练掌握依据已知的两个相关联的条件说出可求出的哪一个问题，还要让学生从低年级开始就逐渐学会从所求问题入手去寻找必须知道的哪两个条件的推理思维方法。要在教学中注意两种思路的并列训练，以提高学生的认知水平。
为了让学生更好地掌握简单应用题的结构特征，在教学中还必须注意加强如下四种形式的训练：（1）进行使应用题完整的练习。此项训练的重要一点是要学生补充相关联的条件，培养学生的逻辑思维能力。（2）改变问题的练习。问题与条件具有依存关系，但改变了问题而有时所要的条件却相同。这样的变题练习将使学生不至于产生慢性的解题思路，有利于培养学生思维的灵活性。（3）依算式编题练习。此项训练的抽象思维水平要求很高，既有利于提高学生对应用题结构特征的认识水平，又有利于促进学生思维抽象化。（4）对比性的说理训练。从低年级开始就注意让学生日头叙说应用题的结构特征（具体到指定题目问题与条件），将有利学生结构特征认识上升到内化阶段，以至于掌握。对比性的说理，则指让学生从相同的条件与所求不同问题的题目中说出相同与不同点，从而使学生真正达到熟练掌握水平。
学习解答复合应用题，是学生个体思维水平发展过程的重要阶段。从不同点来看，最主要的是寻找问题与已知条件的联系线上的中间问题，即教育心理学上所说的心理中介因素。但不管是简单应用题还是复合应用题的教学，不管是学习整数应用题还是学习分数（小数、百分数）应用题，也不管是一般应用题还是典型的应用题，都要紧紧抓住数学思维的整体性这一核心进行教学，否则学生解题技能的形成便会受影响。学生即使懂得某些应用题的解答，也仅是“散件”，难以纳入个体解题认识结构，而复合应用题的教学更要从注重整体性这一角度去进行。所以，复合应用题的教学必须坚持“三主”的原则----即教师为主导、学生是主体、思维整体性。
不管是两步解答的复合应用题入门教学，还是多步复合应用题的学习，间接推理能力总是学生解答应用题的心理中介因素。在教学中，教师必须十分重视这一能力的培养，并要注意在教学中运用不同形式、不同途径，以使学生的这种能力得以形成与提高。以两步应用题的入门教学为例，我认为教学中必须着重于问题与条件对应关系的分析探索方法的指导，以勾联问题与条件的中间问题为瞄准点（教学时可打破原教材的“一课一例一练”的类型束缚，第一教时即可出现运用“加减”或“减加”，甚至是“连加”、“连减”运算的两步应用题）进行探寻与表述说理训练，从而让学生从大量的中间问题的探索中“悟”出解题的关键，以促进个体的解题心理中介因素的形成，并逐渐使个体的间接推理能力得以培养与发展。
学生从两步应用题的人门课题的学习逐渐扩展到多步复合应用题的学习这一阶段，教学的实质是为学生自身良好的认知结构的形成而展开教学，所以教学的总体安排必须有利于学生思维整体性的培养与形成。在教学中要注意抓好“两大步、三小步”的整体思维训练。“两大步”，指把复合应用题分为两步与多步应用题的解题分析能力训练，先抓好两步应用题的分析解题及综合训练，再注意逐渐拓展上升到多步。“三小步”，是指在每大步内必须按“整体----部分----整体”的呈现程序安排好思维训练，以达到思维整体的发挥。
在复合应用题教学中应重视学生的迁移能力的培养，注意及时抽象概括，这将有利于学生解题认知结构的形成。小学生在应用题的学习中，解题技能的迁移水平是十分重要的，尽管情节的变化与语词结构的变式给学生的解题带来障碍，但在克服了这些困难后进入实质性的解题思维活动，更需要学生能应用已掌握的基本数量关系来解决新问题，也需要学生解题的迁移能力。学生学到众多的基本数量关系后，必须在教学的适当阶段引导学生去进行转化、简缩、抽象概括。
关键词：半刚性基层沥青路面结构设计
1概述
我国90%以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用半刚性材料。半刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。
在七·五期间，国家组织开展了“高等级公路半刚性基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”的研究工作，对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性，沥青面层的开裂机理、车辙和疲劳、抗滑表层设计和应用、半刚性基层材料的强度特性和收缩特性，组成设计要求等进行了深入的研究工作，提出了较为完整的研究报告，为高等级公路半刚性基层沥青路面的设计和施工提供了理论依据和技术保证。
由于现行的《柔性路面设计规范》颁布于1986年，随着国家对交通运输业的日益重视和人们筑路经验的不断提高，一致认为1986年版的《柔性路面设计规范》已不能满足高等级公路半刚性基层沥青路面的需要。由于对半刚性基层认识不足，使得设计结果具有一定的盲目性，设计结果要么过分保守，要么因路面结构设计不当而产生早期破坏，造成很大的经济损失。因此，如何利用七·五国家攻关项目取得的成果，结合近十年来半刚性基层沥青路面的设计和施工经验，根据实际使用效果，提出适合本地区特点的路面结构，对路面结构设计方法的更新和路面实际使用效果的改善具有重要的意义。根据江苏、安徽、浙江高等级公路的实际，江苏在镇江、无锡、苏州、徐州、连云港共计4线10段进行调查，安徽在合肥、马鞍山、淮南三市调查了3线8段，浙江在嘉兴和杭州调查了2线5段共计9线23段。调查的路面结构具有一定的典型性。
2国内外研究概况
2.1国外国道主干线基层的结构特点
国外国道主干线基层结构有以下特点：
(1)多数采用结合料稳定的粒料(包括各种细粒土和中粒土)及稳定细粒土(如水泥土、石灰土等)只能用作底基层，有的国家只用作路基改善层。法国和西班牙在重交通的高速公路上，要求路面底基层也用结合料处治材料。
(2)使用最广泛的结合料是水泥和沥青，石灰使用得较少。此外，还使用当地的低活性慢凝材料和工业废渣，如粉煤灰、粒状矿渣等。
(3)有的国家用沥青稳定碎石做基层的上层，而且用沥青做结合料的结构层的总厚度(面层+基层的上层)常大于20cm。
经过几十年的总结，国外在半刚性基层沥青路面结构组合上虽有所改进，但半刚性材料仍是常采用的基层和底基层材料。
2.2国外典型结构示例
国外沥青路面结构设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的设计方法，并且许多国家提出了典型结构设计方法，表1给出了法国典型结构一个范例。
表1
土的等级
交通等级
PF1
PF2
PF3
To(750-2000)
7BB+7BB+25GC+25GC
7BB+7BB+25GC+20GC
7BB+7BB+25GC+25GC
T1(300-750)
8BB+25GC+25GC
8BB+25GC+20GC
8BB+20GC+20GC
T2(150-300)
6BB+25GC+22GC
6BB+22GC+20GC
6BB+20GC+18GC
T3(50-150)
6BB+22GC+20GC
6BB+18GC+18GC
6BB+15GC+15GC
注：(1)交通等级栏下括号内的数值指一个车道上的日交通量，以载重5t以上的车计；
(2)PF1，PF2和PF3指土的种类和土基的潮湿状态，PF1相当于一般的土基；
(3)BB指沥青混凝土，GC指水泥粒料；
(4)表中数字单位为cm。
一些国家在高等级公路上实际采用过的半刚性基层沥青路面结构见表2。
一些国家在高等级公路上实际采用过的半刚性基层沥青结构表表2
国家
沥青层厚度(cm)
半刚性材料层厚度(cm)
备注
日本
20～30
水泥碎石，30～20
荷兰
20～26
水泥碎石，40～15
西德
30
贫混凝土，15
另有防冻层
英国
9.5～16.9
贫混凝土，15另
有底基层
瑞典
12.5
水泥粒料
南非
17.5
水泥砂砾，30
西班牙
8
水泥粒料
当前的规定
2.3其它高速公路路面结构
沥青路面典型结构设计表3
道路名称
长度
(km)
路面结构
面层(cm)
基层(cm)
底基层(cm)
广佛路
15.7
4中粒式
5细粒式
25水泥碎石或
31水泥石屑
25-28水泥土
沈大路
375
4中粒式
5细粒式
6沥青碎石
25水泥碎石
京津塘
142.5
5中粒式
6细粒式
12沥青碎石
25水泥碎石
30石灰土
京石
14
4中粒式
8沥青碎石
15二灰碎石
40石灰土
济青路
15-18开级配中粒式
38-40二灰碎石
42石灰土
正在建设的沪宁高速公路路面结构如表4。
表4
标段
结构
层
A1
B4
B5
B7
C1
C4
C5
C2
D1
D6
D7
D9
E1
E5
F1
F6
F7
G1
G2
G4
G5
G6
面层
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
基层
30
LFA
30
LFA
25
LFA
25
LFA
40
LFA
38
LFA
30
LFA
20
LFA
18
LFA
20
LFA
20
LFA
底基层
30
LF
30
LFS
33
LS
33
LFS
18
LF
20
LFS
33
LFS
40
LFS
36
FS
40
LFS
40
LFD
注：AC-沥青面层(4cm中粒式，6cm粗粒式，6cm中粒式)；
LFA-二灰碎石，LF-二灰，LS-石灰土；
LFS-二灰土，LFD-二灰砂。
国内七·五期间修筑的主要几条试验路的结构、实体工程及正在建设的一些高等级公路的结构表明，半刚性基层是沥青路面最主要的结构类型，同时，不同设计人员所提出的结构组合相差较大，甚至，对同一条路，不同设计单位设计的路面结构相差也很大。因此，根据设计与施工经验提出的适应不同地区的典型结构具有一定的理论意义和实践意义。
3路面结构调查
典型结构调查要求选择的路线及路段具有典型性，公路等级要求是二级或二级以上的半刚性基层沥青路面，施工质量达到一定的水平，或者由专业队伍承担施工任务。施工质量检查比较严格，如有相应的试验路段，尽可能根据当时试验目的及原始测试数据进行跟踪调查。选择的调查路段使用年限应达到三年以上，并有一定的交通量。路段应包括不同的路基结构(即填控情况)不同的地带类型，不同的路面结构(含不同材料和不同厚度)，不同的使用状态(如完好，临界和破坏)和不同的交通量。被选择的路段的基层结构应符合《公路路面基层施工技术规范》的规定，即不是用稳定细粒土或悬浮式石灰土粒料做的基层。路段长度在100～500m之间。为此，浙江、江苏和安徽分别选择320国道嘉兴段，104国道萧山段，206国道淮南段，205国道马鞍山段，合蚌路，312国道镇江、无锡、苏州段，310国道新墟段、徐丰线进行全面的调查和测试。
根据选择路段的基本情况，本次典型结构调查路段选择具有以下特点：
(1)反映了不同地区，不同的道路修建水平；
(2)反映了不同地区，不同的路面结构组合类型；
(3)包括了表处，贯入式等一般二级公路采用的结构，也包括了高速公路采用的结构；(4)包括中间夹有级配碎石连结层的路面结构；
(5)反映了经济和地区水平的差异；
(6)包括了不同地区主要使用的半刚性基层材料。
3.1路段测试内容及测试方法
本次路况测试主要包括：外观、平整度、车辙、弯沉、摩擦系数及构造深度。外观测试是裂缝、松散、变形等破坏的定量描述；弯沉由标准黄河车(后轴重10t)及5.4m(或3.6m)弯沉仪测试；摩擦系数由摆式摩擦系数测定仪测试；构造深度由25ml标准砂(粒径0.15～0.3mm)摊铺得；平整度为3m直尺每100m路段连续测10尺所得统计结果；车辙是3m直尺在轮迹带上所测沉陷深度。
3.2数据采集方法
(1)合理性检验。由于实测数据存在偶然误差，因此，在进行误差分析之前，须去除观测数据中那些不合理的数据，代之以较合理的数据，进行合理性检验。
实际工作中常用3σ原则和戈氏准则，3σ原则较近似，戈氏准则较合理。
(2)代表值的确定。代表值是在最不利情况下可能取得的值：
97.7%的保证率，α取2.0；95%的保证率，α取1.645。
在后面计算中，代表值确定如下：弯沉取；平整度、车辙为；摩擦系数、构造深度为X=-1645S。
3.3路面使用品质分析
3.3.1平整度
根据公路养护技术规范，不的道路等级对平整度有不同的要求。但本次调查结果表明：各路段的平整度与结构层组合与施工组织状况有关。由于选择路段路面结构使用了沥青贯入式，沥青贯入式是一种多孔隙结构，整体性较差，在行车荷载的重复作用下被再压实，导致纵向出现不平整现象。同时施工时各层纵向平整度的严格控制对路面表面平整度控制有十分重要的意义。
3.3.2车辙
沥青路面车辙是高等级公路重要病害之一。国外设计方法中AⅠ法以控制土基顶面压应变为指标，shell设计方法则通过分层总和法直接从沥青面层厚度及面层材料诸方面控制车辙。我国还没有采用车辙指标，作为设计控制值，而是通过材料动稳定度或其它指标达到减少车辙的目的。对半刚性基层沥青路面，由于土基顶面压应力较小，在重复荷载作用下土基产生的再压实的剪切流动引起的。在调查路段，沥青贯入式结构由于其级配较差，在重复荷载作用下极易产生剪切流动和再压实，同时其高温稳定性较差，调查路段车辙量较大。
3.3.3抗滑能力
沥青路面抗滑性能评价方法主要是测定面层的摩擦系数和纹理(构造)深度。沥青面层纹理深度与矿料的抗磨能力(磨光值指标)和沥青混合料高温时的内摩阻力和粘聚力有关。纹理深度达到要求必须合理选定矿料级配、沥青材料满足高等级道路石油沥青技术标准。
调查路段面层矿质材料为石灰岩，磨光值只有37左右，达不到高等级公路和大于42的要求。面层磨擦系数普遍较小，不满足抗滑性要求。
3.4路面结构强度分析
调查路段经过两年的弯沉及交通量实测，结果表明：不同调查路段由于承受的交通量不同，虽然路面结构相同，但强度系数不同。因此，只有根据强度系数才能判别路面结构是否达到使用寿命。同时，有些路段其路面结构组合及厚度明显不符合设计要求或施工质量较差，因此必须调整设计厚度及结构组合。
3.5沪宁高速公路无锡试验路综合调查
沪宁高速公路无锡试验路段是本次调查唯一针对高速公路特点的路面结构，通过近三年的运行和观察，对高速公路设计与施工提出了许多有益的结论。
(1)半刚性基层路段弯沉在(2.13～8.25)(1/100mm)范围，级配碎石段(X、XⅠ)弯沉为0.122mm和0.135mm，但在裂缝边缘弯沉值明显大于没有裂缝处的弯沉，裂缝边缘弯沉最大达20(1/100mm)。因此，在试验路段弯沉绝对值能满足高速公路强度要求，但必须注意裂缝对半刚性路面结构强度影响。
(2)路面平整度基本没有改变，并能满足要求。
(3)1994年夏季高温持续时间长，对沥青路面高温稳定性提出了严峻的考验。1994年观测结果表明，试验路段车辙较1993年基本没有变化。
(4)路表面在行车碾压作用下，行车带渗水很小或根本不渗水。
(5)从路面构造深度和摩擦系数二方面分析，面层摩擦系数较1993年减少约(9～14)，在1993年新铺路段，摩擦系数从65.4(LK-15A)，61.9(LH-20Ⅰ’)分别减少到35.4和32.0，减少约30。对同一级配来说，LH-20Ⅰ’玄武岩径一年行车碾压后的摩擦系数值比行车碾压二年后砂岩(LH-20Ⅰ’)的摩擦系数值还要小，说明玄武岩的抗摩擦能力小于砂岩。对LK-15A加铺层段，LK-15A段的摩擦系数LH-20Ⅰ’加铺层路段摩擦系数大。
(6)对比英国产摩擦系数仪，英国产摩擦仪测试结果较国产摩擦仪增大范围是：(16.6～23.65)平均约21.0，其回归关系式为
f上=1.13×f东+16.9。
式中：f上为上海测试值；f东为东南大学测试值。
(7)半刚性路面裂缝较为严重，经二年运行，裂缝间距宽约为70～90m，窄的约为15～25m。裂缝宽度在1～10mm之间。而在''''层的开裂是面层开裂的主要原因。
3.6调查路段综合结论
(1)本次调查涉及高速公路结构，一级公路、二级公路，因此，调查工作可靠，对提出典型结构具有指导意义。
(2)调查路段路面结构有许多贯入式结构。虽然这种结构整体稳定性不好，但调查结果表明，由半刚性材料引起的反射裂缝也相应减少。
(3)对高速公路路面结构，面层厚度12～16cm，基层底基层厚度50～60cm。
(4)对一级公路路面结构，面层厚度8～12cm，基层底基层总厚度40～55cm1。
(5)对二级公路路面结构，面层厚度6～10cm，基层底基层厚度35～45cm。
4土基等级划分
土基是影响沥青路面结构承载能力、结构层厚度和使用性能的重要因素。土基的强弱直接影响路表弯沉值的大小和沥青路面使用寿命的长短。路面力学计算结果表明，沥青路面的回弹弯沉值绝大部分是由土基引起的。合理划分土基等级，保证土基施工质量对路面弯沉控制有重要的意义。
《柔规》规定土基必须处于中湿状态以上，Eo的建议值根据土的相对含水量及土质确定。实际上，土基的回弹模量(Eo)值随土的特性、密实度、含水量、路基所处的干湿状态以及加荷方式和受力状态的变化而变化。土基回弹模量Eo值规定以30径刚性承载板在不利季节测定、在现场测定。柔性路面设计规范中的Eo建议表，就是根据全国各地旧路上不利季节在路面完好处，分层得出E1，E0，并在土基测点中心钻孔取土测ρd、WWP，同时用手钻在板旁取W校正，得出80cm范围内的平均值，整理得出EP的建议值。该表采用6g锤的液限值，现改用100g锤测定液限。
如果用相对含水量确定土基的回弹模量，对重型击实标准，可将原建议值提高30%。如华东地区中湿状态土基加强弹模量最小值23MPa。则高等级公路路基的回弹模量最小值为23×1.3=30MPa这再一次证明土基回弹模量低限取30MPa是合理的。如果路基回弹模量最小值达不到要求，要求采取某种处治方法进行处治。
第二种确定土基回弹模量的方法是通过压实度和土的稠度来计算土基的回弹模量。对比土的相对含水量与稠度的关系曲线，当Wc=1.0，0.75和0.50时，相当于地下水对路基湿度影响有关的临界高度的分界相对含水量W1、W2、W3，即当Wc＜0.5时，相当于过湿状态，Wc=0.5～0.75时，相当于潮湿状态，Wc=0.75～1.00时，相当于中湿状态，Wc＞1.00时，相当于处于干燥状态。
土基强度等级划分结果表明：必须使土基处中湿成干燥状态，否则要作适当处理。如果根据CBR确定土基回弹模量，则第三种方法根据室内试验，用E0=6.4CBR确定土基回弹模量值。
综上所述，土基强度等级划分为S1、S2、S3三个等级与各参数间相互关系见
表5
土基强度等级表5
土基强度等级
回弹模量范围(MPa)
承载比范围(CBR)
S1
30～45
4.5～7.0
S2
45～65
7.0～10.0
S3
＞65
＞10.0
5交通量等级的划分
影响一条公路的交通量的因素既多又复杂，每个因素的不确定性又较大。因此，不可能较准确地知道公路开放时的平均日交通量，也不可能较可靠地确定交通组成和各自的平均年增长率。其结果是实际交通量与路面结构设计时预估的交通量有很大差异。
5.1高等级公路交通量取值范围
高等级公路泛指二级汽车专用道以上的公路，二级汽车专用道第一年日平均当量次最小值一般为500，如以8%的增长率增长，15年累计作用次，对于小于该作用次数的公路将不作高等级公路处理。对高速公路而言，通行能力(混合交通)应大于25000辆/日，标准轴次一般为6000～8000辆/日，因而，若以5%的增长率增长，5年最大累计作用次数一般为15～1806次左右。
5.2划分办法及具体结果
交通等级划分将以累计标准轴载作用次数对容许弯沉的均等影响为依据进行划分。交通量等级划分结果见表6。
交通等级划分结果表6
等级
标准
T1
T2
T3
T4
累计标准轴次(次)
第一年日平均当
量轴次(次)
＜500
500～800
800～1200
＞1200
注：第一年日平均当量轴次由标准累计作用次数计算得，设计年限取为15年，增长率取为8%，
且以单车道计。
6典型结构图式
6.1典型结构推荐的基本原则
结合结合调查路段的路面结构和实际的使用状况，以及国内外半刚性基层沥青路面实体工程设计成果，半刚性基层沥青路面的承载能力主要依靠半刚性基层。因此承载能力改变时主要通过改变基层的厚度来实现。沥青面层的厚薄主要考虑道路等级(交通量)的影响，为此，可得出半刚性基层沥青路面典型结构沥青面层、基层、底基层厚度改变的基本原则。
(1)沥青面层总厚度控制在6～16cm。对相同交通等级，不同的路基等级，基层(或底基层)厚度不同，不同的交通等级，相同的土基等级改变沥青面层的厚度。
(2)基层(或底基层)厚度变化尽可能考虑施工因素，即施工作业次数最小。
(3)不同的交通等级，主要改变基层或底基层的厚度，并且综合考虑造价因素。
(4)材料选择应结合华东片区实际，基层采用二灰碎石和水泥稳定粒料，底基层则采用石灰土和二灰土(二灰)
(5)为减少面层开裂，推荐结构提出采用级配碎石过渡层。
6.2半刚性基层沥青路面典型结构
根据参数分析，推荐的基本原则及国内外路面结构设计原则，对半刚性基层沥青路面共推荐60种典型结构，供有关单位设计时直接选用，表7是其中之一。
重交通道路沥青路面典型结构图表7
交通量
土基强度
等级
T1
T2
T3
T4
S1
8～10AC
20LFGA
30LFS
10～12AC
20LFGA
35LFS
12～14AC
20LFGA
37LFS
14～16AC
20LFGA
40LFS
S2
8～10AC
18LFGA
30LFS
10～12AC
20LFGA
30LFS
12～14AC
20LFGA
32LFS
14～16AC
20LFGA
35LFS
S3
8～10AC
20LFGA
20LFS
10～12AC
18LFGA
30LFS
12～14AC
18LFGA
32LFS
14～16AC
20LFGA
32LFS
注：AC——沥青混凝土；LFGA——二灰碎石；LFS——二灰土。
6.3构推荐和验算的几点说明
(1)沥青面层厚度在8～15cm之间，这主要根据调查结果及我国道路建设的现状和水平。
(2)基层和底基层的厚度充分反映了结构的受力特性和结构层的经济合理性要求。
(3)推荐的底基层厚度在三种验算方法计算厚度之间，并反映了当前我国路面结构的现状和水平。
(4)基层采用二灰碎石或水泥稳定粒料。由材料的变形特性的分析(见第8节)可知，水泥稳定粒料干缩、温缩系数均大于二灰碎石，从减少开裂的角度以而言，建议优先选用二灰碎石。
(5)从施工最小工序数，公路投资最小的角度，尽可能通过改变底基层厚度
来满足结构强度要求。
7结论
本课题通过对3省9线22段及沪宁高速公路无锡试验段(11000m)的调查、测试、分析和总结，提出高等级公路半刚性基层沥青路面典型图及其它注意事项。
主要结论如下：
(1)详细、全面地分析了国内外高等级公路沥青路面采用半刚性材料作基层或底基层的经验，进一步说明在现阶段半刚性基层沥青路面仍是高等级公路路面的主要结构类型。
(2)调查路段结构及功能状况表明：沥青贯入式结构不宜作为高等级公路沥青路面的某一结构层，但沥青贯入式结构对减少反射裂缝有益；石灰岩不能用作高等级公路沥青路面上面层，否则不能保证抗滑要求；必须采用中粒式沥青混凝土作为沥青路面上面层，且其孔隙率应在3～6%的范围之内；裂缝问题是半刚性基层沥青路面十分重要的问题，它直接影响路面结构强度、使用性能及渗水状况；级配碎石有利于延缓反射裂缝的产生；南方地区，半刚性基层的收缩与温缩而形成的反射裂缝是沥青路面裂缝产生的主要原因。
(3)结合调查结果、室内试验及理论分析提出了土基模量分级及土基模量的三种确定方法，即野外承载板、CBR及现沥青路面设计规范取值放大30%。
(4)室内通过CBR试验及弹性模量试验，提出了CBR与E0的关系，即E0=6.4CBR
(5)根据调查结果及强度验算，提出了沥青路面典型结构图，选择典型结构时应根据土基、交通量状况及路面使用材料确定典型结构。
关键词：预应力板施工
1前言
在预应力混凝土技术愈来愈广泛应用的今天，不仅在大跨度建筑结构上，而且在高层建筑结构上也经常采用预应力混凝土技术，特别是后张无粘结预应力混凝土平板结构，由于具有工序少、施工速度快且建筑布置灵活、可减少楼层高度的优点，深受房地产开发商和购房人士的钟爱。此外，在施工上，由于后张无粘结预应力混凝土平板楼盖除边梁外，没有别的梁存在模板的钉装、钢筋的绑扎和混凝土的浇注工作简单了许多，对加快施工速度很有利，是一种很有前途的建筑结构。
在后张无粘结预应力混凝土楼盖的施工中，预应力筋的铺放施工是一个比较复杂的问题。特别是对于无梁双向平板结构，双向均布预应力筋相互交叉影响，错综复杂，如果不处理好预应力筋放置的上下位置关系和顺序，施工时将会眼花缭乱，既浪费时间，又容易做错，导致返工而影响工期。由于平板的厚度比梁高要小很多，预应力筋抛物线的矢高也相应的少了很多，按照《无粘结预应力混泥土结构技术规程》的规定，无粘结预应力筋曲线形的垂直偏差在板内为±5mm。如果两条相交叠的预应力筋上下位置颠倒了，由于预应力筋的直径一般大于18mm，那无论如何摆置，要么是两条预应力筋的垂直偏差都大于9mm，要么是一条预应力筋符合要求，另一条偏差大于18mm，这已经远远超出规程的要求。一般平板楼盖的板厚为180—220mm，预应力筋的抛物线矢高只有60—90mm左右。如果预应力筋的偏差值有9mm，就已经达到矢高的1/10～1/7，这么大的偏差对预应力筋在结构中的作用影响很大，会削弱结构的抗裂性能甚至是结构的承载力。但是，如果两条交叠的预应力筋的上下位置没有颠倒，则总有办法将它们都调到设计要求的高度。可见，正确确定预应力筋上下位置对于保证施工质量有很大作用。
2一般的施工方法
在施工过程中，处理好预应力筋布置的先后顺序有很大意义。如果能把处于下方的预应力筋先铺下去，再铺上方的，那就可以保证预应力筋的上下位置不会放错，且避免预应力筋穿束象织布一样穿上穿下极为麻烦，大大加快施工速度。
以往我们对于平板结构的双向均布预应力筋的施工方法大致如下：首先根据图纸上的数据确定两个抛物线方程，然后确定两个方向预应力筋的交叉点位置(横座标)，计算在该位置上预应力筋高度(竖坐标)，最后将同一位置的两个高度进行比较，每一个交叉点都要进行计算比较，确定预应力筋的上下关系。当上述工作完成后，施工过程中就可以根据所得数据，决定预应力筋何处在下方，何处在上方。
这种方法可以做到准确施工，但有一定的局限性：(1)计算工作量较大，且如果抛物线不同就要进行重新计算。(2)结果不直观，不利于一般施工人员尽快掌握。(3)不便于工人施工，容易出错。当然第(1)点可以通过编制程序，由电脑完成，但第(2)、(3)点还是一个难以解决的问题。我们在施工过程中，通过分析总结得出一些施工经验，在这里整理出来，与各位同行探讨。
3简便的施工方法
对于双向均布预应力筋，如果X、Y方向的跨度相近(双向板)，配筋相近，且预应力筋抛物线的矢高相同(一般都相同)，则可以遵照以下的操作顺序进行施工。首先，在模板上确定每条预应力筋的水平位置，最好是一前一后都定好位，以免偏差过大。当纵横两个方向都定位了，则先在板纵向(或横向)的两边最边缘位置各布置一条预应力筋。这两条筋是所有预应力筋中位置最低的，故而一定要先放。接着，在板横向(或纵向)的两边又布置两条筋，这两条横向筋压在纵向筋的上方。(如果保护层小于40mm时，纵横向的预应力筋哪个在上、哪个在下，要根据板底普通钢筋的纵横走向来确定，与板底上排钢筋同向的预应力筋应先铺放，与板底下排钢筋同向的须应力筋应后铺放。这样布置可以充分利用空间，保证矢高。当预应力筋的保护层大于40mm时，这个问题也可以忽略)。然后，又在纵向(或横向)布置两条预应力筋，这两条筋又压在两条横向(或纵向)筋上，依次重复布置，就可以完成布筋。在施工过程中，所有预应力筋都是以“放”的方式进行安置的，既不用去比较哪个点高，哪个点低，也不用把预应力筋穿上穿下，施工速度很快，且不易弄错。当然，施工员在确定横纵向铺放的先后次序的确定也是必要的，但一且次序确定了，以后的施工过程都很容易掌握，工人只需经过简单的培训就可以胜任。
这种施工方法在“佛山购物中心四区商场工程”中应用过了，结果施工快速简便，效果非常之好。该工程的第四层天面有一个游泳池，池底是一块16．5m×16m的无梁平板，板厚300mm，两个方向均布置了间距为244mm的预应力筋，长方向有66条，短方向有68条。施工前，如果要进行计算比较的话，共有66×68÷4＝1122个点，可见工作量确实不少。当时我们应用了这种简便的施工方法，不需要任何计算。我们先按图纸要求安置固定架，然后把开好料的不同长度的预应力筋分开堆放，避免混淆。安排甲乙两组工人，甲组取长的预应力筋。乙组取短的预应力筋。先由乙组工人在最靠近两条短边的位置各布置一条短筋，再由甲组工人在最靠近两条长边的位置各放一条长筋，然后又轮到乙组在靠短边第二条筋的位置备放一条短筋，如此交叉进行，由板边向板中间逐步靠拢布置，有条理的顺利完成了这块大板的编网布筋，整个施工过程没有出现任何错误，且施工速度相当快。
布置完毕之后，通常还要进行预应力筋高度调整、固定，这时就更加体现出这种方法的优点：无论任何一条筋向正确的方向调整，都不会受到别的预应力筋所阻碍，上下两条筋都可以达到其正确的位置。所以，在施工过程中，无需担心有哪个点的高度得不到保证，也无需边铺放边就位(太早就位会受到以后工作的干扰，如管线、板面钢筋等)，可以减少一些工作量。铺放完毕，待板面普通钢筋绑扎后，再进行一次调整、固定就可以。
4应用范围的推广
这种布置双向预应力筋的方法，不仅仅适用于单块近似正方形的板，而且对于单块矩形板(长短边相差较大，X、Y方向预应力筋相差较多)和多块连续板同样适用，只需根据“由边至中，交叉进行”的原则，稍加变化即可。
对于单向板，两个方向的跨度相差较大，如果两个方向的矢高一样高时，考虑到在跨中有部分须应力筋会在最低点交叠，至少一个方向的预应力筋会放得高些。根据单向板的受力特性、应把短跨方向的预应力筋放在下面，长跨方向的最后一条预应力筋放在上面。由于长短方向的预应力筋的数量通常是不同的，长方向的少，短方向的多。若是按上面的方法长短方向一条一条间隔放置，则长方向的预应力筋全部放置完毕后，短方向的还剩许多未安放，这显然是不合理的。正确的方法是先算出长短方向的跨度比n＝L长／L短(当预应力筋间距不等时应用预应力筋数量比n＝N短／N长代替)，然后在两个方向的板边各放置一条预应力筋。长向每放置两条预应力筋，短方向应放置完2n条筋。如果n不是接近一个整数，则把1/n化为最小的整数比十(a、b都是整数)，然后两个方向布置预应力筋的速度按长方向每布置a条筋、短方向则布置b条筋进行，这样做就可以保证预应力筋各就其位，不会互相影响摆放高度。长跨方向的中间那条筋等所有筋都铺好了才铺上，对于多跨连续平板，且板的两个跨度大小相差不大时，预应力筋的铺放顺序则显得尤其重要。多跨连续平板相对于单块板来说，有更多的板边，且有的预应力筋跨越几块板，不相连的板的预应力筋也互相影响，只要有一条筋提前铺放下去，就会造成许多交叉的筋要穿其下而过，不然就不能各就其位了，严重影响了施工速度。但只要加以全盘考虑，合理地安排施工顺序，同样可以做到快速正确地施工。广州美东纽约经济文化交流中心是多跨连续预应力平板结构，我们在该工地应用了这种布筋方法。整个布筋施工过程无需进行预应力筋高度的比较计算。我们先在模板上定出预应力筋间距，在各高度控制点(如最高点、最低点、反弯点)烧焊同定架，然后在图纸上按此布置原则标出布筋顺序，就可由工人按照布筋顺序号，选取相应规格的预应力筋进行铺，完全避免了工人引着预应力筋穿上穿下的麻烦和由此极易造成的错误，节省了大量的劳动力，加快施工速度，有效地提高了劳动效率。施工完毕，施工员、质检员还可利用这一原则进行检查判断，看工人有否做错。
关键词：钢结构住宅
1、引言
钢结构应用于高层建筑已有数十年的历史。首先采用钢结构建造高层建筑的是美国,战后经过经济恢复，高层钢结构工程建设再度兴起，随着炼钢技术和成型制造工艺的发展，给钢结构工程的应用带来新的活力，工程建设日益增加，相应又推动了钢结构设计与施工技术的不断进步积完善，特别是1960年以来，高层钢结构工程迅速发展，钢结构已成为高层建筑设计选型的主要对象。
随着中国国民经济发展和人口城市化进程加快，我国住宅建设持续空前发展，人们的居住条件逐步提高，并对居住质量的要求也越来越高。中国已成为第一产钢大国钢结构住宅适宜工厂大批量生产，工业化、商品化程度高，可以将设计、生产、施工、安装一体化，提高住宅产业化水平。由于上述优势，钢结构在住宅市场必将有良好的发展前景。
通过百花小区1#楼高层住宅钢结构体系的应用研究，更好地提高钢结构体系在住宅产业当中的应用技术，推动国内钢结构在房地产业中的采用，为钢结构体系的发展做出贡献
2、工程概况
百花小区1#商住楼位于济南市高新技术产业开发建设总公司建设的百花小区内，建筑面积为3.3万平方米，地下一层，地上26层（其中地下为立体式车库，1～3层为公建，4层以上为住宅楼）。承重框架为箱形截面柱及H型梁，柱采用马钢生产的Q345B型钢车间加工制作。内、外墙板采用南京产ALC（蒸压轻质加气混凝土板），外墙直接在ALC板刷涂料。公建部分外窗采用无框窗；住宅外窗采用60系列PVC塑钢窗，中空玻璃。楼面为现浇混凝土现场浇筑，屋面采用PVC卷材防水聚乙脂发泡保温屋面。住宅内水电均走暗线，与梁交叉处走梁腹板预留孔。水、电分户计量，宽带入户。采暖用进口美国原装金玛克电暖器。室内精装修，空间大，效果好，充分体现了钢结构的结构优势。
3、主要施工方法
3．1钢结构加工制作箱型柱采用钢板，在钢构件加工车间加工、钢结构构件的除锈、焊接完成。
3．1．1箱型柱制作工艺
1)钢板拼接
由于每段柱高在12米以下，为保证下料后钢板的直线度，首先将两块钢板拼接。钢板两端开坡口。
2)划线下料
按排料图划线，划线宽度方向留余量3mm，长度方向留余量50mm。中间隔板划线不留余量。
长度方向沿划线每隔5m钻Φ8mm孔。
用两台半自动切割机（或双头）沿划线中心同时切割，每隔5米留100mm不切割，待冷却后再切割。
3)组装焊接
用H型钢作临时组装平台，组装前用水准仪将平台找平并将H型垫实固定。在两腹板上划组装线，组装焊接衬板。
定位焊。在衬板内侧每隔300mm焊10-20mm焊缝。
将一腹板与隔板组对，定位焊。
组对两盖板。定位焊。
组装腹板，定位焊。
用三根同尺寸的箱体并排，并两点焊。用两边箱体作自动焊机轨道用。
焊接：用两台埋弧自动焊沿同一方向焊接两条焊缝。焊缝两端加100mm引弧板和熄弧焊。
焊完一层后将箱体翻身，焊接另一面两条焊缝。焊接方法同上。待焊接完毕后再翻身施焊另一面两条焊缝。
焊接完毕，即将引熄弧板在离母材5mm处切断，并用砂轮机修磨平整，切不可用锤击落；并修磨后的切割面进行检查。
焊缝无损检测，使用超声波探伤。探伤长度为每条焊缝的20%，按JB11345的规定不低于Ⅱ级。
3．1．2、梁及连接板加工及组焊
1)下料
型钢采用型钢切割机下料，钢板采用半自动切割机下料,下料后应进行清渣修磨，编号归类放置；
2）钻孔
先在构件上用划针和钢尺划出孔的中心和直径，在孔的四周（90°位置）打四只冲孔，钻孔后检查；
3）高强度螺栓摩擦面处理
喷砂处理高强度螺栓摩擦面的表面粗糙度：喷砂压力约6Kg/cm2，石英砂的粒度1.5∽4mm，加工后的钢材表面呈现灰白色；
用电动砂轮机打磨钢板的表面，砂轮打磨的方向与受力方向垂直，打磨范围不应小于4倍螺栓直径，打磨时不应在钢材表面磨出明显的凹坑；
3．2钢结构安装
3．2．1箱型柱安装：箱型柱在实际施工过程中按照材料采购、加工、运输、吊装、连接（加固）工艺完成。所有钢结构制品，在刷防锈油漆前，必须将构件表面的毛刺、铁锈、油污及附着物清除干净。手工除锈达到St2，机械除锈达到Sa2。本工程四层以下裙楼立柱为48根，主楼立柱为37根。立柱单根最短4.5米，最长12.5米。截面形状为箱形。单根立柱最大设计重量为3.5吨，最小设计重量为1.88吨。剪力墙框架立柱为150*150H型钢。吊装顺序采用由中心向四周扩展的原则，以保证安装过程中框架的对称性和稳定性。立柱安装吊装采用QTZ-80型塔式起重机，利用柱顶临时设计连接耳板为吊装吊点进行吊装。立柱连接采用临时连接板和临时螺栓进行连接，形成稳定的单元框架后调整焊接及UT检测。
3．2．2钢梁安装钢梁的安装分主梁、次梁和外挑梁的安装；主梁材质为Q345B轧制H型钢。主梁在立柱形成单元后采用捆绑串吊施工，根据该工程的设计特点吊装数量2~4根；次梁和剪力墙框架梁由于空间和接点的实际情况，一般采用单根吊装。
3．2．3高强螺栓安装高强螺栓是目前建筑钢结构最先进的连接方法之一。它的特点是施工方便，可拆可换，传力均匀。根据本工程的设计方案高强螺栓采用摩擦型连接。紧固办法采用专用棘轮扳手和扭矩扳手经初拧和终拧完成。
3．2．4.栓钉焊接栓钉焊接是高层钢结构施工中不可缺少的一个环节，常见的栓钉焊接分为直接焊接在钢梁上和穿过压型钢板后焊接在钢梁上两种方式。本工程采用直接焊接在钢梁上。
3．3混凝土施工
本工程中混凝土部分主要是核心筒筒壁和现浇混凝土楼面两个部分。混凝土的运输。混凝土竖向运输主要通过砼泵泵送。楼面模板支撑方案，根据本工程的结构特点，利用H型梁下翼缘支撑小规格H型钢，在H型钢上铺设竹胶板、钢筋。箱型柱内浇混凝土采用顶升法，利用混凝土泵的压力将混凝土由下向上压入箱型柱。在混凝土顶升前，会同设计方对顶升入口处的管壁进行详细、严格的强度验算，确保顶升压力在要求的强度范围内，同时在柱下部侧壁安装特种压力表，随时观测柱内混凝土的压强变化。另外，对顶升用混凝土的配合比要严格要求，保证混凝土的坍落度不小于200MM。
3．4外墙板安装
外墙板采用南京旭建产175MM厚度ALC板。该板材全部采用工厂化加工，运输到现场吊装，吊装设备为塔吊。外墙墙板共计约9780块，其中TU平板4600多块，TU艺术板5180块。按照厂家提供图集施工，由墙板内侧膨胀螺栓固定在楼面的通长角钢和ALC板上的专用联结杆连接，缝隙用嵌缝砂浆和密封胶密封。于床连接处在窗四周另加角钢。
3．5内墙板安装
内墙板均采用南京产C型125厚度ALC板。工厂化生产，现场安装。施工工艺简单，不受天气等情况的制约。内墙的安装基本与外墙类似。卫生间、厨房等部位的墙板采用特殊PVC密封胶。
4、主要的技术成果
1)、箱型砼柱
箱型柱－砼柱是在箱型柱内灌注高强度（C50）等级砼，在箱型柱中间内部加隔板支撑，形成两种材料相辅相成共同工作的机理，解决了在荷载作用下，强度尚未达到极限时率先发生变形过大的问题。它具有承载力高、抗震性能好、施工简捷的特点，一般每四层（每节长12米左右）为一个制作安装单元，整根钢管柱一次吊装就位，为主体结构安装创造了流水作业的条件。箱型柱－砼外包防火板后，钢管混凝土柱耐火极限大于三小时，满足高层建筑的防火要求。
H型梁的加工，栓钉的焊接，采用合理的工艺，尽量减少由于焊接产生的残余应力，并采用合理的手段校正误差。
高强螺栓的型号，高强螺栓的接触面要求先用砂轮打磨，打磨方向与构件受力方向垂直，安装时用钢丝刷清除浮锈，并根据规范做摩擦面的抗滑移系数试验，要求抗滑移系数不得小于0.35。
2)、H型梁
H型钢梁均采用轧制H型钢，其变形能力强，抗震性能好，承载力高。H型钢梁外刷防腐漆、外包防火板，解决了钢结构的防腐、防火问题。施工时钢梁有较大的承载力，可大大节省模板工作量。所用梁均在工厂加工，后运输到县现场吊装，大大减少了现场的工作量，缩短了工程工期。
3)、抗侧力支撑砼筒结构
电梯、楼梯位置形成钢筋混凝土核心筒，作为剪力墙抗侧力支撑，提高了结构稳定性，对于优化抗侧刚度，改善抗震性能起到了积极的作用。
4)、现浇钢筋混凝土楼盖
利用钢框架梁下翼缘作为支模板材撑，上铺竹胶板，再按设计铺设钢筋，浇筑C30混凝土。节省模板材，缩短施工工期。
5)、节能型复合外墙板
墙板尤其是外墙板从某种意义上讲，它比结构体系更为重要。因为住宅建筑的主要功能是靠外墙板实现的。工程采用的复合外墙板是列为“国家住宅建设推荐产品”的南京旭建蒸压轻质加气混凝土（ALC）板，该墙板由加气混凝土与钢筋龙骨组合而成。墙板工厂化预制生产，现场安装，基本取消了湿作业。加工尺寸精确，施工快速，简单，大大缩短了施工周期；由于质轻并有相当的强度，可简化工程基础；优良的保温性能可减少墙身厚度，增大建筑的使用面积。同时在地震中大大降低建筑的破坏程度，减少灾害造成的损失。墙板板缝的抗渗、墙板的防火也都满足国家相应标准的要求。
ALC板的主要性能：
1、轻质：比重为0.5，为混凝土的1/5，空心砖的1/3。减轻建筑的自重，减少了经济投入，提高了施工质量。
2、隔热性：导热系数为：0.11W/m·k。
3、耐火性：耐火极限达到4小时。
4、隔音性：有隔音与吸音双重性能。
5、承载能力和抗震性能优越。
6、绿色环保，无放射性。
ALC板的施工安装便捷，板材完全机械化生产，精度高，可按现场需要切割成任何形状，施工工艺简单，劳动强度低，解决了传统的砌块施工中的一系列施工质量问题，施工工期可可缩短三分之一，大大提高了施工效率。
6)、高层住宅钢结构体系节能采暖方式的研究；
节能住宅在大的方面上能够节约能源，保护环境；在小的方面上可以为业主节省生活成本。据有关调查表明：随着人们对节能住宅的认识，有超过七成的人愿意购买节能住宅。因此在本工程中，也充分考虑了节能技术的应用：
首先，在设计上充分减少建筑墙体、屋面、窗体等部位的热传导。采用建筑低能耗围护结构设计方案，使用新型低能耗的围护材料。一至三层裙房外墙墙体采用200厚加气混凝土砌块，四层及以上住宅外墙采用175MM厚节能墙板。新建屋面在防水卷材上铺设膨胀珍珠岩，增加了屋面的保温效果。外窗除裙房办公区安装无框落地玻璃外，其他均采用PVC系列塑钢窗，其物理性能达到A类，中空玻璃内腔气体层厚度不小于12MM。热水系统采用太阳能集中供热系统。减少投资，同时保护了环境。本工程的采暖除裙房部分外均为电暖采暖方式，踢脚线安装型玛克尔智能温控电暖气。电采暖的特点是：环保无噪音、无污染，不产生废气，同时热效率高，热转化率能达到99%。
其次在建材的采购上，严格控制质量，确保严格按照设计要求使用建材。
环保节能在施工工艺上也充分考虑。本工程的钢管混凝土柱的浇筑，采用新型泵压顶升技术，很少振捣甚至不用振捣，混凝土达到了设计要求，减少因振捣而引起的噪声污染，同时此工艺减少了混凝土的浪费，大大减少了建筑垃圾的产生；钢结构梁柱的采用，减少了截面积，节省了模板材的使用，节省资源的同时保护了环境；墙板安装采用焊接或螺栓连接方式，在钢结构柱和梁上焊接预埋件，用专用连接钢筋和钢板（螺栓）固定，与结构梁或柱结合处缝隙专用密封膏密封。墙板安装工艺基本取消了现场湿作业。
本工程在节能环保及采暖方面改变了建筑保温隔热单一节能的技术观念，结合了太阳能开发及利用新型电能采暖技术，同时在施工时采用减少湿作业量的施工工艺，保护环境在开发新能源和节约使用能源上具有超前意识，为环保节能在住宅产业的采用起到了推动作用。
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