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3册《浦薛凤回忆录》从私人的角度记述了20世纪中国的诸多史实,包括浦青少年时代的成长、在北平清华的求学过程和留学生活、教师生涯以及后来的官宦生活。我个人最感兴趣的是其对于老清华的一些叙述。这些叙述的事情虽细微,却可以见出老清华的真精神。比如,作为政治学系学生(后来又成为政治学系教授)的浦薛凤在事隔多年之后。仍旧对于清华的民主性质的课程记忆犹新:“清华教育重视组织,亦即同时着重‘群育’。以言课程,在中等科时即有‘议事规则’一课,详述主席、发言、提案、辩论、表决、复议等等应守之程序,此盖民主社会中人人应知应守之公正议事规则。”民主生活自有一套规则,老清华精神的可贵就在于,她将民主规则和民主文化通过“公民课程”的方式深深锲入青年学生的心灵世界和日常生活之中。
【中图分类号】TU684【文献标识码】【文章编号】1674-3954(2011)03-0304-01
全球资源日益紧张已然成为现实,在社会环境顺应发展的条件下,我国能源较为紧张。在大力提倡能源节约的同时,在探索节约能源设计的过程中,民用建筑应对电气节能设计进行有效的设计,缓解我国能源短缺现状,特别是以电能供需矛盾的问题进行主要研究。
一、民用建筑的能源浪费表现
1、不合理的设计导致空调能耗高
不合理的建筑设计与建筑通风导致空调冷量过高。在能耗较高的一些办公楼和综合商厦等建筑中发现,由各种方式(如开窗通风、机械排风等)造成的室内外通风换气形成的冷负荷,有时可占总的冷负荷的50%以上。
2、不合理的系统等原因造成空调能耗高
不合理的系统和设备选型以及运行方式,导致空调系统效率过低。不合理的运行制度导致空调能耗高,不合理的运行制度导致空调系统运行时间过长。下班后系统继续运行,或部分设备持续运行,消耗大量电力。
3、其它设备存在着能耗高的现象
采暖、通风、给水、排水等设备都存在设备选型和运行方式的不合理从而导致能耗高的情况。照明系统存在着能耗高的现象,照明光源、控制方式选择的不合理导致照明系统能耗高;照明系统存在着盲目的提高照度标准的情况。
二、民用建筑的电气能耗现状
随着我国社会经济的飞速发展和人民生活水平的提高,居民对建筑的要求也越来越高,如满足空调、电视机、热水器、电脑、各种装饰灯具等的供电需求。此外,在大中城市中出现的高档豪华住宅,户均用电量几倍甚至几十倍与普通住宅。此类高能耗住宅的飞速增多,成为我国建筑能耗增长的一个重要因素。具统计,我国建筑能耗已占全国总能耗的30%左右,因此,建筑节能具有重要的经济和社会意义。《中华人民共和国节约能源法》、国务院《民用建筑节能条例》等相关法规的出台也对民用建筑节能作了强制的规定。为了有效解决建筑能耗问题,需要在民用建筑电气设计时就充分考虑节能设计,结合实际,在有效降低能耗的基础上提高民用建筑电气的可靠性。
三、节能措施在建筑电气设计中的体现
在建筑电气设计中,既要注意节能,又不能降低标准和忽视安全,而应在保证安全可靠的前提下采取合理措施提高资源的使用率,以达到节能的目的。
1、合理的进行电负荷计算
用电负荷计算方法宜按下列原则选取:在方案设计阶段可采用单位指标法,在初步设计阶段及施工图设计阶段,宜采用需要系数法,对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。
2、合理的设置变配电所
变配电所的位置应尽可能靠近负荷中心,以缩短配电半径,减少线路损耗。根据总用电量决定系统的供电电压等级,用电单位总用电量在250kw及以上或变压器容量在160kVA及以上时,宜以10(6)kV供电,以下可用低压供电。合理选择变压器,使其处在经济运行状态。变压器处于经济运行状态时,电力系统的有功损耗为最小。一般变压器的经济负荷系数为0.5~0.7,对于负荷系数长期偏低的变压器,应该考虑换用较小容量的变压器,如果运行条件许可,两台(或两台以上)并列运行的变压器,可考虑在负荷低时切除一台,或者采用在负荷变化自动调整运行台数的装置,对双电源供电系统,宜用两路电源同时工作的方案,以减少线路损耗。
力求配电系统的三相平衡。采用三相四线制供电方式,由于用户较为分散,线路较长,如果三相负荷不平衡,将直接增加电能在线路的损耗:当三相负荷平衡时线损最小;当一相负荷重,两相负荷轻的情况下线损增量较小。当一相负荷重,一相负荷轻,而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大;当一相负荷轻,两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时,不论何种负荷分配情况,电流不平衡度越大,线损增量也越大。为此对三相四线制低压系统来说,保持三相平衡是降损节能的一项有效措施,对于输送距离比较远的配电线路来说,效果尤为显著。对发电机、变压器而言,当三相负荷不平衡时,如控制最大相电流为额定值,则其余两相就不能满载,因而设备利用率下降,反之如要维持额定容量,将会造成负荷较大的一相过负荷,而且还会出现磁路不平衡致使波形畸变,设备附加损耗增加等。
加大无功补偿力度,增加系统的有效输出。无功补偿可以改善电压质量,提高功率因数,是电网采用的节能措施之一。配电网中常用的无功补偿方式为:在系统的部分变、配电所中,在各个用户中安装无功补偿装置;在高低压配电线路中分散安装并联电容机组;在配电变压器低压侧和车间配电屏间安装并联电容器以及在单台电动机附近安装并联电容器,进行集中或分散的就地补偿。当配电系统中的自然功率因数达不到电网规定时,必须进行补偿(国家规定值:高压用户0.95,低压用户0.90)。尽可能改善变配电设备的运行条件。由于变压器、电缆、开关等设备工作时会产生大量热量,如不及时排出,将造成配电设备降容、加速老化等,故在自然通风达不到要求时,应采用机械通风或用空调设备进行降温。
3、合理选择电线电缆的线径
在选择电线电缆的线径时要做到既要满足载流量和电压降的要求,又要留有适当余量,以备后期增加负荷使用,同时可以降低阻抗,减少线损。选择低损耗的节能型变压器,如“9”、“10”、“11”型等系列油浸变压器和“9”、“10”型等系列干式变压器,其中有叠铁心、卷铁心和非晶合金铁心等。此类型的变压器比普通变压器的自身损耗降低达10%以上。选择高效电机。选择光源应从运行能耗、使用寿命、发光效率及价格等多种因素进行综合考虑。
4、运用楼宇自动化系统
楼宇自动化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断,采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理,使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行,在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中,降低各系统造价,尽量节省能耗和日常管理的各项费用,保证系统充分运行。
5、利用太阳能等清洁能源
国家《电力法》规定,鼓励各企业只用清洁能源及可再生能源,如风能、水能、太阳能等,其中利用光伏效应把太阳能直接转化成电能的光伏发电技术是民用建筑中应用较多的节能措施。太阳能光伏发电系统目前主要应用于太阳能热水、太阳能锅炉、太阳能照明(太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等)。随着太阳能光伏发电技术的不断发展完善和日趋成熟,该系统将得到更为广泛的领域。
结论:
综上所述,民用住宅建筑不论是供电系统或用电设备均蕴含着巨大的节能潜力。民用建筑的用电负荷应在变配电系统中进行合理的规划与设计,在新技术的运用与科学管理加以协调,将民用建筑电气的节能有效措施发挥的淋漓尽致。
参考文献:
一、概述
过去,我国钢材年产量较低,建筑行业一直限制钢材的使用,提倡大力发展混凝土结构和混合结构,因此民用钢结构一直发展缓慢。80年代以后,随着经济发展的需要,我国开始引进钢结构房屋,以门式刚架为主,主要用于工业厂房、库房和一些公共设施。多层轻钢结构采用钢骨架和轻质围护结构,自重轻,对地质条件要求低。另外,钢结构构件标准,适合工厂化生产,现场安装,湿作业少,施工占用场地少,速度快。与多层钢筋混凝土结构相比,不仅造价持平甚至略低,而且综合效益明显。随着我国城市对粘土砖的禁用,多层民用轻钢结构越来越受到工程界的青睐,正成为较有竞争力的民用建筑结构体系之一。近几年,上海、北京、长沙、大连、天津等地对多层钢结构房屋进行了有效的尝试,取得了一些经验。但是,目前的示范工程还仍很不多,经验还很缺乏,有关技术规程还没有跟上,工程界对合理的多层钢结构体系还未达成共识。总体上看,多层钢结构的开发还处于启动阶段。本文在对已有的示范工程分析比较的基础上,本着寻求受力合理、用钢量低的原则,对多层民用建筑中的结构体系进行了分析,以供参考。
二、结构方案
1.结构体系的选择
结构体系的选择,不仅要从满足建筑的使用功能出发,节约投资考虑,更主要的是取决于建筑的高度,即取决于建筑层数的多少。建筑层数越多,高度越高,则由于风力或地震力引起的侧向力就越大,建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。因此,随着建筑层数的不断增加,结构体系也就需要不断的发展。目前,多层和小高层钢结构建筑常用的结构体系有以下几种。
(1) 纯框架结构体系。纯框架结构体系在地震区一般不超过15层。框架结构的平面布置灵活,可为建筑提供较大的室内空间,且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大的延性,自振周期较长,因而对地震作用不敏感,抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小,由于侧向位移大,易引起非结构构件的破坏,因此不宜建的太高。
(2) 框支结构体系。纯框架在风、地震荷载作用下,侧移不符合要求时,可以采用带支撑的框架,即在框架体系中,沿结构的纵、横两个方向布置一定数量的支撑。在这种体系中,框架的布置原则和柱网尺寸,基本上与框架体系相同,支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置,沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接,形成一个支撑芯筒。采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑来取代由抗弯杆件形成的框架结构,能获得比纯框架结构大的多的抗侧力刚度,可以明显减小建筑物的层间位移。
(3) 框架剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架剪力墙结构体系,这种结构以剪力墙作为抗侧力结构,既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点,又有较大的刚度,可用于40至60层的高层钢结构。当钢筋混凝土墙沿服务性面积(如楼梯间、电梯间和卫生间)周围设置,就形成框架多筒体结构体系。这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度,成为主要的抗侧力构件,承担大部分水平荷载,钢框架主要承受竖向荷载。
2.楼面结构
多层轻钢建筑楼板必须有足够的刚度、强度和整体稳定性,同时应尽量采用技术和构造措施减轻楼板自重,并提高施工速度,组合楼盖是常用的楼盖之一。到目前为止,组合楼盖主要有以下三种形式:(1)压型钢板组合楼盖,其下表面凹凸不平,在民用建筑中需做吊顶,造价较高;(2)现浇整体组合楼盖,其整体性能好,但需要支模板,施工速度慢;(3)钢-混凝土叠合板组合楼盖,其整体性好,还能节省支模和吊顶的费用。
在组合楼板的应用中,为使楼层高度减到最小,提供更大的无柱空间,现在的趋势是把楼板和钢梁合为一体,形成组合扁梁楼盖。
3.支撑和剪力墙形式
多层框架钢结构体系的侧向刚度较弱,随着层数的增加,为了抵抗水平地震作用,减小层间错移,常在墙体内布置垂直支撑,为了方便门窗开洞,支撑形式可以灵活采用,如X型、单斜杆型、K型、M型、W型、V型和人型等。建议多采用偏心支撑,因其在地震作用下具有较好的延性和耗能性能。
剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。钢筋混凝土剪力墙刚度较大,地震时易发生应力集中,导致墙体产生斜向大裂缝而脆性破坏。为避免这种现象,可采用带缝剪力墙。钢板剪力墙是以钢板做成剪力墙结构,与钢框架组合,起到刚性构件的作用。
三、 工程实例分析
1.工程概述
分析以典型的办公楼布置为基础,平面尺寸为72m×14.4m,基本柱网尺寸为8.4m×7.2m,跨度为6m,柱距为7.2m,内走廊宽2.4m,层高为3.2m,层数考虑3至18层。采用钢框架结构体系,若不满足侧移要求,适当加一些支撑。主梁采用焊接工形截面,柱采用焊接箱型截面。框架的横向和纵向梁柱按刚性连接设计,现场采用摩擦性高强螺栓和焊接连接,次梁为工字型截面单跨简支梁。外墙正立面为240厚瓷砖饰面的混凝土砌块,主要隔断内墙为200厚混凝土砌块,次要内墙为轻钢龙骨石膏板轻质隔墙。楼盖采用钢-混凝土叠合板组合楼盖,设计主次梁时充分考虑楼盖与钢梁的组合作用。
2.计算参数及计算软件
本工程设计主要依据国家有关设计规程、规范,如《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)、《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)、《钢结构设计规范》(GBJ17-88)、《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)、《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)等。所有梁柱均采用Q345钢,基础和负弯距受拉钢筋为Ⅱ级,楼板及分布筋Ⅰ级,楼板混凝土标号为C40。
结构上作用活荷载包括楼面活荷、风荷和地震作用,横荷载包括楼板和墙体自重,均按《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)取用,梁柱自重按实际重量取用;基本风压按北京地区0.35kN/m2取用;设计地震烈度为8度,Ⅱ类场地。
计算软件采用通用有限元软件ANSYS,它是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型软件包。主要利用ANSYS软件提供的结构静力分析模块,采用三维beam4梁单元和shell93壳单元按空间模型进行计算载荷引起的位移和应力,并按照《钢结构设计规范》验算构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定性。同时采用通用结构分析软件SAP93进行结构复验计算分析。
3.计算工况既及说明
计算时考虑以下主要的3种工况:1.2恒荷+1.4活荷、1.2恒荷+1.4×0.85(活荷+风荷)以及地震作用。在计算地震作用时,12层以下采用底部剪力法,13至18层采用振型叠加法,考虑前5个自振周期。
四、 计算结果及分析
1.层数对结构体系及平面布置的影响
3至6层建筑物的设计是由竖向荷载控制着结构布置和构件截面尺寸的选择,由于其侧移很容易满足,为了节省钢材,可以抽去靠近走廊的一排柱子,每榀刚架布置3根柱子。
随着层数的增加,尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响,但水平荷载却起着决定性的因素,控制着构件截面的选择。此时,为了满足侧移要求,要么保持3排柱子布置不变,增大柱子截面尺寸;要么改3排柱子为4排。两种方案分析比较发现改为4排柱子更为经济。
当房屋层数达到15层时,其顶点位移和层间位移已经非常大,欲满足设计要求,仅仅靠增大柱截面已经不经济了,这时沿横向和纵向在边跨和中跨适当的布置一些支撑反而更节省钢材。
2.主要构件的截面尺寸
根据计算分析结果,对梁和柱截面规格尺寸进行了优化和归并,以节约钢材和减少构件种类,3至18层的梁柱截面尺寸见表1。
表1 3-18层主要构件的尺寸
结构体系 主梁 次梁 柱 备注
3-6层 纯框架 I350×200×8×6 I300×200×8×6 350×350×10×10 三排柱布置
7-9层 纯框架 I400×200×8×6 I300×200×8×6 400×400×14×14 四排柱布置
10-14层 纯框架 I400×200×8×6 I300×200×8×6 450×450×14×14 四排柱布置
15-18层 框支 I400×200×8×6 I300×200×8×6 480×480×14×14 四排柱布置
由上表可以清楚地看到,随着层数的增多,为了满足侧移要求,柱截面增加很多,整个设计和截面的尺寸由侧移控制。当增加到15层时,还必须适当布置一些支撑,这时结构侧向刚度突然增大,地震作用也增大很多,柱的受力加大,整个设计由柱的稳定控制。
3.3至18层的单位用钢量
为了比较用钢量与层数的关系,我们对各层的单位用钢量进行了统计,见表2,其中15-18层包含了支撑的用钢量。
表2 3-18层各层主要构件单位用钢量(单位:kg/m2)
3-6层 7-9层 10-14层 15-18层
柱 13.1~15.2 18.9~20.8 25.5~27.2 28.6~32.4
主梁 17.7~19.4 19.6~20.7 19.6~20.7 19.6~20.7
次梁 9.7 9.7 9.7 9.7
支撑 0 0 0 4.70
合 计 40.5~44.3 48.2~51.2 54.8~57.6 62.6~67.5
前面我们谈了国民和政府的关系,那是一种自愿的、相互合作的关系,政府提供国民需要的公共产品,国民付给相应的报酬,在那里我们是把所有国民看作一个主体。可是,国民之间的关系是错综复杂的,既有一致性,又有矛盾性;既有合作性,又有冲突性。为了在博弈中使得每个国民的利益都得到提高,为了使互利性始终在社会博弈中占主导地位,大家就必须协商制定互利性规范。国民们要协商制定规制大家行为的法律法规,协商决定大家的公共事务。员工们要和企业家协商决定公司的利益分配制度,城市居民要和农村居民协商决定户籍政策,沿海地区要和内地省分协商确定招商引资的安排,男性公民要和女性公民协商要不要在夫妻间建立相互公开财产的法律,一个村里的人要协商决定要不要大家出钱建一座小桥,一个城市的人要协商决定要不要把教育资金的一大部分投给重点中学,乞丐们要和衣食无忧的人协商决定要不要设立禁讨区,低收入的人要和高收入的人协商决定如何建立税收制度。
协商的目的是要取得共识,以达成一个双方都接受、认可、赞同、奉行的规范或社会决策,仅从达成规范或进行社会决策这一点而言,协商和强制并无不同。但它的过程和效应则和强制天差地别。协商是相互沟通、相互理解,既各自坚持,又相互妥协,各方通过协商充分了解了对方的心态、动机、意愿、能力。当一个人用协商的方式和别人打交道时,他不仅仅是要和对方达成某种共识,而且是要达成更有利于自己的共识。强制对方(如果能成功的话)所达成的共识,经常比和对方协商所达成的共识,对自己更不利。一位丈夫总是对妻子声色俱厉乃至拳打脚踢,妻子忍气吞声逆来顺受,丈夫的收入都是自己花,妻子的收入则全部上交,共识倒是有共识,可是这位丈夫能享受到家庭的温暖吗?
协商是要达成一个对双方都比较有利的共识,但协商完全可能达不成共识。一对男女如果不能情投意合,可以一拍两散;两个商人谈不拢条件可以不签合同。三个朋友在周末商量去哪里玩,两个说想去游山,一个说想去玩水,想去玩水的人完全可以不和前两个人达成共识,自己玩自己的。可是,对一个社会体的人们而言,他们之间有着千丝万缕的联系,他们有着一些必须要达成的行为规范。随地吐痰允许不允许?乱闯红灯应该不应该?自己的住房受不受保护?冒用别人的商标受不受处罚?因此,协商归协商,但不能没完没了,否则社会生活就无法正常进行。所以,到了一定时候,就必须定出规范;规范一旦作出,个人意见虽然仍可以保留,但在行为上必须服从刚达成的规范,否则就要受罚。
我们都知道,这个达成规范的原则,就是少数服从多数,这是一种程序性原则。假设一个梵蒂冈那样的小国,假设它有一万人,其中10个人不喜欢天主教的生活,移民到其他国家,那么真正的国民是9990人。这里面又有10个人不同意少数服从多数原则,但没有移民,那么我们仍然视他们接受了少数服从多数原则,这样,少数服从多数原则就成为梵蒂冈现在所有国民的共识,这一共识是基础性的。然后,有80%的人认为同性恋违背人的自然性,所以不能结婚,虽然另外20%的人持相反意见,但因为少数服从多数原则是基础性的,所以这20%的人接受了同性恋不能结婚的法律。因此民主立法就是使用少数服从多数原则制定法律,民主选举就是使用少数服从多数原则任命行政人员。
二、两个必要条件