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天安門廣場是中國重要的場所,也是中國建筑、建設史上最驕傲和自豪的事情。
天安門廣場介紹:
天安門石板道東西長約400米,南北寬約80米,隨著近幾年交通流量的增加,私家車增多,再加上每分鐘約4.6輛公交車駛過等,使得專用道上的石板出現不同程度的破損,特別是南北兩側公交車道破損嚴重,每年都需要不同程度對其檢修。
天安門的每塊石板長1米,寬50厘米,厚30厘米
當看到天安門石板厚30厘米(300mm)的數據時,筆者有點吃驚,確實很厚。但認真分析和梳理了其中的原因時,又認為這樣的設計是有其道理的。其設計的理論基礎就是筆者曾經介紹 的一個小公式:
三點測試抗彎公式:
σ=(3F*L)/(2b*h*h) =R/h2,其中R=(3F*L)/(2b)*102
F—破壞載荷 (即承受力)
L—跨距
b—寬度
h—厚度
在石板長度、寬度固定的情況下,計算不同厚度下的σ的值。
從上表可知,當石板的厚度為300時,其應力很小了,說明石材越堅固,不容易損壞、破碎。
關于廣場用石材的厚度沒有相應的國家標準。不少廣場用花崗石大多25mm~30mm厚,這個厚度是遠遠不夠的。我們通常看到不少的廣場石材破碎,多是因為石材的厚度不足導致的。圖3是筆者家鄉的一個大型市政廣場,從圖3看這個廣場的石材厚度絕對不超過20mm。國內許多大型市政廣場的石材厚度也多在20mm,這個厚度是遠不能滿足要求的。也正是因為如此,我們看到許多的市政廣場的石材很多開裂、很多破損。
圖4~圖8是深圳東湖公園廣場石材地面,僅是市民行走,沒有任何車、包括電動車行駛。但是筆者卻看到這種僅人行走的地面竟然有許多石材開裂、破損的。既然如此多的石材開裂,只能說明一個問題使用的石材厚度薄了。筆者通過開裂的石材一些碎片看到石材的厚度估計在25mm。
市政廣場石材的厚度如何確定呢?以下是筆者的幾點愚見:
(1)考慮廣場地面的功能
廣場地面功能對石材厚度的影響很大。住宅小區里的廣場石材的厚度如果僅是行人、電動車行駛,筆者認為石材的厚度30mm夠了;而市政廣場因為行人多,石材的厚度要比住宅小區的更厚,最少在35mm以上。
大型市政公園廣場里的石材厚度與市政廣場相同,石材的厚度不能低于35mm。
圖9是深圳東湖公園的廣場花壇地面,這個花壇地面因為使用的石材厚度100mm,沒有任何一件開裂、破損的;圖10與圖11是東湖公園里的地面石材,從圖片看出石材部分開裂了。
廣場如果要通過小汽車的,由于小汽車的質量最少在3000kg,石材的厚度要大大增加了,筆者認為厚度最少就在100mm以上了,必要的話通過有關的力學計算來確定石材的厚度。如果要通過重型汽車的,石材的厚度要大大增加了。像北京天安門廣場為何用300mm的石材,除了天安門廣場的人流量大外,還與定期舉行閱兵儀式有關,因為要通過大型、重型的軍事武器。
圖12~圖15是筆者拍攝于深圳一家賓館入口處及進入停車場地面的石材。從 圖12~圖15看石材破損嚴重了,可以說是非常嚴重的。從圖15看這個車道石材的厚度最多就30mm,這樣厚度的石材如何能承受住重達3000kg以上的汽車的天天震動、顛簸呢?這家賓館的設計師完全是個外行。因為這家賓館離筆者家不遠,筆者看到該處地面的石材經常更換。從地面石材不同的顏色可以看出來石材更換的頻繁了。
(2)石材的理化性質
石材的理化性質對廣場用石材的厚度影響很大。石材致密結構差、風化的石材厚度肯定要比致密結構好、不風化的石材厚度要厚0.5倍以上;吸水率高的石材厚度比吸水率低的石材厚度要高;抗壓強度、抗彎強度低的石材厚度要比抗壓強度、抗彎強度高的石材厚度要厚;凍融系數低的石材厚度要比凍融系數高的石材厚度要高;線性?脹系數高的石材厚度要比線性膨脹低的厚度要高;裂紋石材的厚度比無裂紋的石材厚度要高。一些石材可能就根本不能應用于廣場石材。
(3)廣場的地面地質結構
廣場地面的地質結構對石材的厚度影響很大。圖16可以看出地面石材因為下面的地面地質結構存在問題,石材高低起伏不平了,而且可以看出這些石材是顏色完全不同的石材。因為此處的地面地質結構存在問題使這里的石材破碎嚴重,更換過新的石材。含水量高的地面結構石材厚度要比含水量低的石材厚度要高。
總之,廣場地面石材的厚度不可照搬不變的教條,要依據廣場地面的地質結構來確定石材的厚度。
(4)氣候環境
氣候環境對廣場地面石材的厚度常是設計人員疏忽的一個原因。熱帶環境里因為常年日照時間長、 溫度高,對石材的使用壽命影響極大,因此熱帶環境里的廣場石材厚度要比亞熱帶要高;北方數九寒天、冰天雪地里的石材厚度要比溫暖的江南里的石材厚度高;多雨季節里氣候地區的石材厚度要比少雨季節里的石材厚度要低。氣候環境對廣場石材厚度有很大影響的。
(5)植物、樹木對石材厚度的影響
植物,樹木對石材厚度的影響不會有設計人員去思考的。其實廣場里種植的植物、樹木因為其根系向地面各個方向發展,產生巨大的力量,可以將其周邊的石材頂起來,甚至頂裂。從圖18可以看出樹木的根把花池都頂開了,下面的石材立板因為更換過顏色與以前的不同了。
(6)下水道井蓋的影響
筆者觀察了深圳幾處廣場的下水道周邊的石材,令筆者疑惑的是下水道蓋板、周邊的石材開裂、破損極其嚴重。筆者不明白什么原因,只能在文章中反映出該問題以引起石材廣場設計人員的重視。
(7)石材的安裝結構
無縫安裝的石材厚度要比有縫安裝的厚度要厚,因為無縫安裝的石材熱脹冷縮的影響,石材的厚度要比有縫安裝的厚度適當增加,過薄的石材容易開裂。
從本文的闡述知道,天安門廣場地面石材為何要設計成300mm,是有其科學道理的。其實,天安門廣場的石材厚度以前也不是300mm的,是經過幾百年的歷史之后在1999年改造里才設計成300mm的石材的。
作者:晏輝