现代无金属结构在地铁建筑中应用的若干观点和建议

1、现代无金属构造在地铁建筑中应用的假设干观点和建议【摘要】本文在分析现代无金屑构造的民族化和高科技特征根底上提出了这种传统的新型构造在中国现代地铁建筑中广泛应用的建说并讨论了应用的可行性和合理性，结果说明，现代无金属构造在地铁建筑中应用会具有明显优点，可以很好地解决构造高强度、大跨度、耐腐、防火、防水、无磁、抗震、抗爆等重要需求，并有益于通风、采光、保温、抗疲劳、构造智能化等。【关键词】现代无金屑构造，地铁，纤维混凝土构造，纤维砌块构造1现代无金属构造的根本概念地铁建筑属于近代土木工程的范畴，受中华传统土木工程理念和技术的影响不大。随着我国经济实力的逐渐强大，高科技应用带来明显经济效益，也给中华

2、民族优秀传统观念的工程应用提供了有利条件。本文将就中华传统土木工程理念和技术与地铁建筑构造相结合进展初步研究。土木，“谓建筑之事也，如筑屋，架桥，筑堤，开路等工事是也国语晋语九。也就是说土木工程构造本意就与金属无关，是无金属构造，符合中华古代“五行理念。在中国古代，万千年来为什么土木工程中不用金属，最重要的原因之一就是金属不耐腐蚀工程假如使用了金属必然是短寿的。在近代，钢铁、合金等金属材料大量应用于土木工程，使中华“营造法式落伍了，但是，“有金属建筑构造是短寿的却得到了充分地证明。?建筑构造设计统一标准?规定的建筑设计基准期仅为50年，因此，现代土木工程工作者所从事的是大都是“半百年大计，这明

3、显“今不如昔。另一方面，在土木工程中的水坝建立上，大多是不用金属的，但其尺寸显得非常笨大。地铁技术明显属于兴旺国家输出的城市交通技术，其建筑构造必然以大量钢铁为主要材料，然而并不能保证很“长寿，因为使用钢铁带来很多弊端。我们研究纤维增强聚合物(FRP，FiberREinfredPlyers)应用已有五个年头，经过这一阶段的研究，开场继承中华民族土木工程传统理念，大力倡导现代无金属构造。所谓现代无金届构造，就是用FRP替代构造中的金属，或仿制、增强非金属材料，得到新型无金属构造。其概念明显含有民族科学文化内涵，具有广阔的应用前景。十年前，“冷战完毕，FRP得以民用开发，国内外大都用于土木建筑补强

4、加固，其建筑加固市场实小，但可见营造市场宏大。经我辈努力研究，已建成两处无磁建筑，“现代无金届构造在新世纪开场已有实物(见图1)。现代无金属构造中“现代是区别于“古代和“近代所采用的。2001年6月央视?东方时空?公开征集山西应县木塔维修方案，因此我们献策现代无金属构造的纳米FRP技术修复，很受各界重视。图1FRP替代钢筋的地下纤维混凝土建筑正在施工现代无金属构造根本上有三类主要形式，即(1)纤维混凝土构造，(2)纤维砌块构造仿木构造。在地铁建筑构造中，前两种形式更为重要。纤维混凝土构造是针对替代钢筋混凝土构造和钢构造提出的，因此可使其变成五金属构造。根本方法就是用复合纤维材料替代钢筋或钢丝，

5、得到新型占构，且具有更强、更轻、加工更简便的特点，其中钢筋绑扎问题可用尼龙绑扣替代，钢材焊接问题可用高强环氧树脂胶粘结解决。纤维砌块构造是针对替代砌体构造提出的，砌体构造不再采用圈梁和构造柱，不再用水泥砂浆砌筑，而是利用复合纤维复合之机直接进展砌筑，这不仅更分布均匀地起到了圈梁和构造柱的加强整体性作用，其砌筑缝隙的强度将明显超过水泥砂浆，甚至砌块本身的强度。纯复合纤维构造可以仿制或替代木构造，也可以仿制或替代型钢、钢索等构造，因此，这些现代无金属构造主要形式一般可以覆盖交换现有各种有金属构造形式，使将来构造形式开展到只有无金属构造一类，完全恢复“土木工程名符其实的合理面目。2现代无金属构造在地

6、铁建筑中应用的建议和讨论地铁建筑构造中的钢筋混凝土构造应该用纤维混凝土结沟来代替。地铁建筑构造中的钢构造应该用纤维混凝土或纤维仿木构造来代替地铁中的砌体构造应该用纤维砌块构造来替代。2.1高强度、大跨度的问题现代无金属构造应用于地铁构造的明显优势就是纤维的强度高。我们曾经在天津和北戴河地下工程采用了纤维混凝土构造进展建造，其碳纤维的抗拉强度为4000Pa左右，经过环氧树脂复合成碳纤维棒材的抗拉强度为3000Pa左右，我们取用的没计值比拟保守，为2000Pa，这抗拉强度约是普通钢材的20倍。考虑到碳纤维的比重是18t/3，约是钢材的四分之一，所以，目前看来，一吨碳纤维可以等效于40t钢材。强度高

7、必然引起体积孝重量轻，而用纤维替代钢铁的重量仅为原来钢铁的25，在土木工程中显然这一重量是可以忽略不计的。构造构件的重量轻，首先为安装构件带来了方便，可节省大量的安装费用。更重要的是重量的减轻，可明显减少地震力，或者在强度不变的条件下明显进步构造抗震等级才能。正是由于重量轻，假如用于构造加固，就根本不会改变构造原设计的重力荷载，因此这一优点备受构造补强加固者的青睐。在地下构造中，由于荷载大，配筋率也很高，有时混凝土浇注后很难振捣到位。为了保证不超筋，就要加大混凝土构件的体积，假设我们采用现代无金屑构造，用复合纤维替代钢筋，就可以轻而易举地解决这个问题。体积孝重量轻的现代无金属构造显然是地铁建筑

8、中大跨度构造的首选构造形式，尤其是在箱体的顶盖或高架桥中的应用。22耐腐蚀问题土木工程构造腐蚀问题是个很普遍的问题，在地面以上可以看到的构造中金属的腐蚀已是触目惊心，在地面以下的地下构造工程腐蚀必然会更加严重。现代无金属构造中的复合纤维具有明显的优势，其耐腐性能明显强于混凝土或砖、石。因此在地铁中采用现代无金属构造会明显延长地铁的寿命，为进步地铁建筑的设计基准期提供了难得的前提，必然将中华土木工程的理念与现代的地铁建筑相结合，这是地下铁道土木工程的重要开展战略。由于地铁建筑金属腐蚀的另一特点是地铁机车由电力牵引，这就带来了构造钢筋的电解腐蚀了防止这个破坏构造的现象，我们常常在底板中参加辅筋，这

9、无疑造成了浪费，并且也无法检测果我们使用了现代无金属构造，这一问题就不存在了。天津经济技术开发区就建立在“盐滩上，地下构造中的金属腐蚀极为严重，女贿强地震发生，必将引起重大损失，明知如此，我们却没有很好的溯卸力怯，只能“听天由俞，假如采用现代五金属构造进展建造就不存在金属腐蚀的灾害问题了，那么，天津的地铁就可以长寿的驰骋在天津经济技术开发区。西部大开发，盐湖地区的化工原料的开发前景是非常诱人的，但历史上为什么没有得以大规模开发?原因之一就在于盐湖对建筑的腐蚀作用，不仅钢铁会受到盐的强腐蚀，甚至混凝土也禁受不起盐的强腐蚀，因此采用现代无金属构造解决盐湖中建筑的抗腐蚀问题，就不能采用混凝土包裹和保

10、护纤维棒材的形式，而应采用纤维片材包裹和保护混凝土的形式。这样一来，西部的地铁和城市轨道交通才能不惧盐碱地段，西部大开发开展战略才能真正落在实处。海洋潮汐是取之不尽的能源，构造防腐问题未解决，尚不能大规模开发。现代无金属构造为构造防腐带来了新契机，在地铁建筑中尝试使用现代无金属构造进展防腐，总结经历，这也会为大规模向海洋进军做良好的准备。转贴于论文联盟.ll.23防火、防水问题美国“911事件最说明钢构造怕火的致命缺点，火克金。地铁是一处人流密度大、工程防火等级高，且发惹事故不易处理的特殊建筑，那么，怎样解决防火问题早以提到日程。而现代无金属构造材料在防火方面有独到之处，它可以在上千度的温度下

11、不燃烧，且不丧失强度，这样，问题就迎刃而解了。在地铁工程中，防水问题是重中之重。而现代无金属材料中的复合纤维就是一种闭水材料，但是作为防水材料目前显得造价过高，但是可以作为构造材料兼顾防水的性能。而我们，现今采用的防水树脂卷材就是我们现代五金属构造所提倡使用的。24抗震、抗爆问题地铁工程自身属于人防工程，因此地铁构造要求有良好的抗震、抗爆性能，而抗震、抗核爆均系抗侧力问题，无疑是建筑构造最难研究的系列之一。至今国内没有保险公司设立“地震保险险种，对于地铁这种大投资的公益性建立工程也同样如此，显然，地震平安社会保障体系尚无法在中国建立。现代无金属构造将从强度高和重量轻出发，根本解决构造抗侧力问题

12、，使五金属构造充满活力。对于抗震的耐倒塌问题，我们主要靠进步钢筋混凝土构造的延性来解决，钢筋混凝土构造的延性系数一般为46，而纤维混凝土构造的延性可到达1012，具有成倍的抗倒塌才能储藏。中国尚未有地震保险的原因是建筑设计标准低，中震、大震构造就坏了，保险公司赔偿不起或收取的保险费过高而无法实现地震保险。由此引发一系列问题，地震区财产平安无社会保障，社会互惠互利的保险功能不能发挥作用，震灾只能靠社会各界捐助，“杯水车薪，抗震技术报告失去了作为地震保险根底技术资料的作用。特别是“西部大开发，中国东西部破坏性地震发生的频率比约为1：4，在西部，没有地震保险，私企投资必然慎重，将严重影响西部大开发成

13、功，国企也饱尝没有地震平安保障，损失宏大的苦头。现代无金属构造可以在不增加建筑造价的前提下，明显进步抗震才能，使建筑抗震设计标准有明显进步，地震保险可在现代五金届构造技术根底上施行，两者互相促进，建筑地震平安分级管理不再有大障碍，地铁的寿命会更加延长。25构造无磁问题现代交通趋向于快速，因此磁悬浮列车已经开场进入了地铁的历史舞台，市区地铁与城际磁悬浮列车必然要相接轨。我们地铁建立能符合磁悬浮列车对建筑设施的无磁要求，这显然是一个非常重要的战略问题，以往这一问题是依赖于玻璃钢来解决，由于玻璃钢不耐老化，问题解决得并不是非常理想。现代无金属构造经过两个地震观测室建造的理论，已经获得了优良的无磁效果

14、，必将为磁悬浮列车建筑设施要求提供技术保障。26智能控制问题构造智能控制是现代建筑的又一研究热点。利用导电FRP既作为构造的无金属材料，又作为构造性能监测传感器，现代无金属构造很容易实现智能控制，这方面在构造力学监测、交通流量检测、银行防盗墙报警系统、地下水管漏水检测等都已获得实效。对于地铁来说，建筑物的主体均位于地下，属于“隐蔽工程，受到太多不可预知因素的影响。因此，应该充分认识到地钦构造智能化的重要性。而我们要是采用现代无金属构造，就很容易实现了。27通风、采光、保温问题每每走出北京地铁站时，我们都会被出站口强烈的大风吹得很难受，这说明现代地铁的通风问题解决的并不能令人满意，为理解决通风问

15、题，往往需要征地修建专门的通风口，这无疑造成了浪费。现代无金属构造中的纤维砌块构造具有空心砌块砌筑的特点，由于用纤维进展砌筑墙体具有很好的整体性和稳定性，该空心应该加以利用。我们可以把空心用来进展地铁的通风，使通风的通道明显的增多，通风的途径可多种多样，这样便可防止通风通道过于集中，给地铁中的人带来的不适。地铁的采光往往利用电灯，这也是不能令人满意的。现代的光纤不仅有很强的通讯才能，不仅能传输激光，也可以很好的传输自然光。因此利用光纤可以在地铁中使用到自然光，关键问题是在地铁构造设立众多光纤通道，这需要重大的花费同时又时非常费事的，那么纤维砌块构造的空心局部便自然为光纤预留了通道，使地铁采用自

16、然光顺理成章，这将在地铁的长期使用中大大节省能源，对长期在地铁中的工作人员和乘客的身体安康起到有益的作用。空心砌块的进一步利用是通过对空心内填加适当的保温材料进展保温，完全可以克制混凝土热传导才能过高的缺点。例如，我们地铁的墙体采用两排空心砌块构造建造，就应该利用外面一排砌块的空心进展保温，利用里面排的空心进展采光和通风。28耐振动疲劳问题地铁总是处于繁忙的运营状态，振动疲劳问题是非常明显的，由于金属材料会有缺陷，即使在很小荷载的反复作用下也会在缺陷面发生应力集中，有裂纹扩展，逐渐出现疲劳破坏。而现代无金属构造中的复合纤维材料往往是由碳纳米管组成的，也就是说该材料在原子量级上都是较为均匀的，因此具有奇异的强度，同时也有优越的抗疲劳才能。3完毕语本文建议在地铁建筑中采用现代无金属构造，上述讨论说明，这不仅是非常必要的，而且是可行和合理的。地铁建筑必将从中获得宏大的经济效益，明显进步地铁建筑的档次。我们首先直接使复合纤维进入建筑构造建造领域，在无磁地下工程建立中得到创造性的应用，因此本文进一步提