一、综述本课题国内外研究动态,说明选题的依据和意义
(一)选题的依据和意义
毕业设计是土木工程专业完成所学基础和专业课程以后所进行的最后实践性教学环节,是对所学知识的一个综合运用和对学生的全面考核,通过毕业设计巩固、深化和扩展所学知识,培养和锻炼学生运用所学专业知识和技术解决工程实际问题的能力。
通过自己对在熟悉任务书的基础上提高自己查阅、搜集有关设计资料的综合能力,提高综合知识的应用能力.熟悉工程设计的全过程,掌握工程设计的基本原则、基本方法、基本程序及基本技术,获得工程设计的基本训练。通过毕业设计对大学期间所学的知识做一个系统的总结和应用,对所学的知识得以系统的深化.掌握结构设计的程序、方法、步骤,为毕业后能尽快地适应本专业工作打下良好的基础。培养我们独立自主的能力,以及认真的学习态度,加强我们的团队合作、敬业的精神。
通过对新型农村安置排屋建筑与结构的设计和分析,新型农村安置排屋建筑设计应以居住者的生活内容为设计依据,满足人的基本空间要求,不只要为人们提供不同类型的,固定的,半固定的和可变动的室内空间环境,而且环境中还要有足够的标识,有形、色、材、光、声、味的变化。表现人的活动,感受真挚的生活情感,在解决使用功能的基础上进行设计,营造一个健康、舒适、愉悦和富于文化品位而个性化的家居氛围。新型农村安置排屋的结构设计要以安全方便为目的。要在让新型农村安置排屋表现出主观美与异形美的同时,新型农村安置排屋的结构应稳定,整体性强,具有良好的耐酸,耐磨性和良好的防水隔燃功能。
本文主要结合新型农村安置排屋的特点,详细论述了在新型农村安置排屋建筑设计与结构设计的关系,并配合本设计课题加以深入阐述。在设计一个私人新型农村安置排屋时,需要我们了解新农人想要的风格和特有地域文化以及新农人的具体要求。只有充分了解这些方面,我们才可以分别从中提取元素进行如何,从而设计出一个具有个性的私人新型农村安置排屋。
(二)国内外研究动态
国外现状:
日本:每年新建低层住宅 20 万幢左右,建筑面积大约 300 万㎡,它们大都是钢结构住宅,尤其是轻钢结构装配式住宅。轻钢结构装配式住宅因 1995 年神户大地震在日本得到普及推广尤其是经历了 1995 年神户大地震后,震中兵库县实施了“不死鸟”计划,要求建筑物遭受 8 级地震不倒;日本政府则提出了“零死亡”计划。因此,抗震性能卓越的轻钢结构、轻质材料等各种最先进的防震手段被广泛应用,所有老式建筑全部采用不同形状轻钢结构框架进行加固。日本这种工业化住宅生产规模比较大的厂家有 7-8 家,主要结构体系大约只如“积水”住宅,钢柱用 3.2mm 厚的 C 型钢组成用工字型口字型(也可采用H 型钢,也有钢管砼柱),梁采用 5.5mm-8mm 的 H 型钢,平均钢骨架用钢量约 60kg/㎡。梁柱采用低合金钢加工,磷铁膜化学处理后再进行树脂涂料电着涂层,需要防火时再采用喷防火涂料或者用板材包裹隔断。
2004 年,日本钢材俱乐部又提出一种钢结构住宅推荐模式:Steel Mansion1000,其大致情况如下:
a.柱间跨度 14.4m,可实现 200 ㎡的无柱空间。其空间中可容纳自由分割住户 1-3 户。
b.设备独立于结构,涉笔的管道维修方便。
c.柱采用钢管砼,梁采用 FR 钢(Fire Resistant Stul),耐火钢可以简化防火处理。
d.地面为 PC 板+现浇 RC 结构,采用倒梁、倒板形成双重地板,使所有的设备管道都容纳在地板下面。
e.外墙采用 ALC 板、轻质的 PC 板的干式施工法。
f.分户墙采用隔音性能高的强化石膏板,干式施工法。
日本政府及企业正在研究:(1)如何提高住宅耐久性以及什么样耐久性比较合适。(2)适应家庭变化和反应对住宅的价值观,研究“构架与住户分离方案”,将主结构部分建造十分牢固,具有 100y 以上耐久性。造成无柱大空间。
英国:二战后,为解决住房荒问题,英国与欧洲其他国家一样采用了工业化方式建设大量住宅,60-70 年代以后则在住宅的结构体系尚出现了多元化的趋势:木结构、钢结构、钢筋砼结构等。1998 年,在“建筑生产反思”报告中提出了通过建筑新产品开发,集约化组织,工业化生产,达到下述目标:成本降低 10%;时间缩短 10%,可预测性提高 20%;缺陷率降低 20%;事故发生率降低 20%;劳动生产率提高 10%;最终实现产值利润提高 10%。
澳大利亚:澳大利亚早在上世纪 60 年代就提出了“快速安装预制住宅”的概念,但由于市场尚未成熟,并未得到很好发展。到了 1987 年,高强度冷弯薄壁钢结构出现,澳大利亚与新西兰的联合规范AS/NZS4600 冷弯成型结构钢规范于 1996 年发布实施。这种钢材承载力刚,与相同承载力的木材相比,只是木材的 1/3 重,表面经镀锌处理,在面免大修的情况下,耐久性可达 75y。另外,他还发展了一种称为“速成墙”(Rapiwall)系统,它是一种中间挖空的板材,在工厂制造时已完成装修,主要成分为石膏板、玻璃纤维和水密聚酯材料等的混合体,重量为 38kg/㎡。标准板尺寸为长 13m*宽 2.85m*厚 12mm。它也可以剪裁成任何长度和高度的组合件。在其中空洞处灌注混凝土,则可以起到较好的防火、隔声、放热作用。他可以用于内外墙体。
其他国家,比如北美和大洋洲的住宅建筑以木结构为主,因为当地木结构取材方便价格低所以上述地区国家的木结构住宅技术体系很成熟。
国内现状:
从我国的情况来看,未来10 年,全国农村新建住宅将达到 60 亿平米,其中地处采暖地区的住宅将达到 50 亿平米。长期以来,我国广大农村甚至少数城镇生活用能是以生物能源为主。为了 维持生计,取暖、做饭用燃料主要依靠柴草和农作物秸轩,煤炭富产区也有用 烧煤取暖的。本来收获后的秸秆应还田改土或用于畜牧,却当作薪柴取暖,耗 能量巨大,既造成资源浪费又污染了环境。随着人们生活水平的改善和提高, 特别是在住宅面积达到一定的水平后,如何提升农村住宅品质就成为农村住宅 建设的重要内容。
虽然我国从上世纪 80 年代就开始建筑节能工作,但直到现在建筑节能状况仍然不理想。特别是建筑能耗提高的速度远远超过建筑节能水平提高的程度,也就是能源使用效率很低。那时候的问题慢慢积累到今天,特别是一些老旧建筑, 不但建筑能耗明显不合理,其室内环境品质和安全也成问题。
长期以来,广大农村特别是寒冷地区,能源供应不足,农村住宅外墙、屋面和门窗等仍采用常规做法,房屋围护结构保温性能差,外墙和屋面传热系数分别比建筑节能设计标准大 50%以上,致使采暖耗能浪费严重。夏季采光面积过大、通风不利,有些住宅采暖甚至出现安全隐患等缺点。这就要求我们从实际出发,
针对农村技术力量不足的情况,改变不合理的平面布局,在继承当地农民的优良传统中要有所创新,因地制宜,就地取材,创造农村住宅的新面貌。
农村住宅建筑节能落后,建筑能耗达到同等气候条件发达国家的 5 倍以上, 而且舒适度差,具体表现在以下几个方面:
(1)没有节能意识:受我国传统思想的影响,多数农内朋友对我国国惰的认识是地大物博,认为我国的能源取之不尽、用之不竭,没有意识到我国乃至全世界的能源问题有那么严重。所以也就很少在农村建筑上关心节能问题。
(2)缺少节能技术:农民朋友们很少懂得从多个方面采取节能措施。比如平房 建筑的体形系数本来就较城市的多层建筑大,在同等保温条件下能耗就比城市多 层建筑多 1O-30%,再加上围护结构过于单薄,外墙部分是 240mm 厚砖墙, 屋顶几乎没有任何保温隔热措施,门窗大都是单层大玻璃门,大玻璃窗,本身就不利于保温 隔热,许多农民朋友为了省钱大都选用十分劣质低价的门窗材料, 使农村居住建筑的保温隔热性能更是不容乐观。
(3)建筑构造技术较为落后,能源利用率偏低:其中经济落后是农村住宅节能 改造措施推广最大的制约因素。因此研究和探索一种前期投入少,回报周期短, 又符合节能要求并能提高居住舒适度的住宅节能改造措施是十分重要。
(4)目前农村主要以薪柴和秸秆为生活燃料:这类燃料的利用率很低,热效率 一般仅 10%左右。即使采用节能灶,利用率也不到 30%。大量的灶台余热以烟气、 热辐射等形式向环境传播,造成巨大的热量损失和资源浪费,并增加了对环境的污染。
通过以上的论述,可以发现农村住宅节能改造的形势十分的严峻,首先要做的是节能意识的官传,而这在我国是有深远的历史的,勤俭节约的民风应得到科学的肯定,同时也应建设一批示范工程,引导广大农村的居民改善他们的居住环境,切实的实施节能改造与民生问题的结合,推动新农村的建设。
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