新型結(jié)構(gòu)體系綜述*

張秀麗 李升才

建筑業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的支柱產(chǎn)業(yè)之一,是相關(guān)行業(yè)賴以發(fā)展的基礎(chǔ)性先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。在當(dāng)今世界發(fā)展的大潮流中,一個國家的建筑是一個國家城市經(jīng)濟(jì)繁榮與社會進(jìn)步的重要標(biāo)志,但我國建筑業(yè)飛速發(fā)展的同時也存在很多問題[1],針對我國人口眾多,各種資源相對缺乏的實際國情,為了改變我國建筑業(yè)結(jié)構(gòu)形式單一,建筑工業(yè)化程度差,勞動生產(chǎn)率低,技術(shù)含量不高,能源和原材料消耗大的問題,我們必須充分應(yīng)用和發(fā)展適合我國國情的新型建筑結(jié)構(gòu)體系?，F(xiàn)就當(dāng)今應(yīng)用比較普遍的一些新型建筑結(jié)構(gòu)體系作簡要介紹。

1 配筋砌體結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)主要以磚、石為主,其材料分布范圍廣,容易就地取材,且較水泥、鋼材和木材的價格便宜,但是它的強(qiáng)度較低,墻、柱的截面尺寸較大、材料用量多,自重大、抗震性能差,應(yīng)用逐漸受到限制,必須利用新技術(shù)、新材料等對其改進(jìn)。

配筋砌體主要指加構(gòu)造柱、水平拉結(jié)筋或芯柱的空心砌塊砌體,它同時具有無筋砌體和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能。

結(jié)構(gòu)特點[2]:1)可根據(jù)設(shè)計要求選擇相匹配的材料強(qiáng)度等級。2)可充分利用礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢料,制成具有保溫節(jié)能效果的砌體。3)塊體在工廠預(yù)制,施工機(jī)械化程度高,施工周期短。

2 鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)[4]

2.1 鋼—混凝土組合梁

鋼—混凝土組合梁是一類通過抗剪連接件將鋼梁和混凝土翼板穩(wěn)定的連接在一起的橫向承重構(gòu)件,它們共同受力,并且無相對滑移,充分利用了鋼材抗拉強(qiáng)度高而混凝土抗壓強(qiáng)度高的特點。混凝土板可作為鋼梁的側(cè)向支撐,對鋼梁的穩(wěn)定性起到有利作用。

2.2 鋼管混凝土

鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而形成的組合構(gòu)件,截面形式主要包括圓形、方形、矩形和多邊形等。鋼管對混凝土的套箍作用使混凝土在受力時處于三向受壓狀態(tài),以至其極限抗壓強(qiáng)度、塑性和韌性都有不同程度的提高。鋼管在混凝土的支撐作用下減小了發(fā)生局部屈曲的可能性,提高了構(gòu)件的整體性能。同時鋼管可作為安裝架設(shè)階段的勁性骨架、灌注混凝土階段的模板,具有良好的施工性能。

2.3 型鋼混凝土

型鋼混凝土(Steel Reinforced Concrete,簡稱SRC)結(jié)構(gòu)是指在型鋼周圍配置鋼筋,并澆筑混凝土所形成的結(jié)構(gòu),也稱鋼骨混凝土或勁性鋼筋混凝土。內(nèi)部型鋼和外包鋼筋混凝土通過一定的措施形成整體共同受力,同鋼管混凝土類似,其受力性能明顯優(yōu)于兩者性能的簡單疊加。外包混凝土可以防止鋼構(gòu)件的局部屈曲,提高其出平面的穩(wěn)定性。型鋼混凝土由于含鋼率大幅度提高,使得與相同截面尺寸的鋼筋混凝土構(gòu)件相比,承載力和延性增強(qiáng),有利于改善結(jié)構(gòu)的抗震性能,同純鋼結(jié)構(gòu)相比,增加了結(jié)構(gòu)的耐久性和耐火性。

3 短肢剪力墻[5]

短肢剪力墻也稱短肢抗震墻,或簡稱短肢墻,采用的墻板比一般剪力墻的短,主要布置在間隔墻的交點處,其形式靈活多樣,常用的截面形式有T形、L形、Z形、“十”字形、“一”字形等。短肢墻的數(shù)量和肢長主要由豎向荷載和抗側(cè)力決定,墻肢截面高度與厚度之比一般為5～8,墻厚不小于200 mm,肢長為1.0 m～2.5 m,廣泛用于中高層住宅建筑。通常利用中部的豎向交通區(qū)(樓梯、電梯間)設(shè)置較多的鋼筋混凝土剪力墻,組成一個基本完整的核心筒體,作為承受豎向荷載和抗側(cè)力的主要部分。短肢剪力墻的開洞較大、墻肢較短、連梁截面高度較小,是一種強(qiáng)肢弱梁型的結(jié)構(gòu)。水平載荷作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)移比較大,抗側(cè)剛度比普通剪力墻小,在水平地震作用下,其振動周期較長而地震作用較小,延性提高,具有良好的抗震性能。

4 異形柱框輕結(jié)構(gòu)體系

區(qū)別于傳統(tǒng)的矩形截面柱,異形柱框輕結(jié)構(gòu)體系主要是由異形(T形、L形、“十”字形)柱組成框架,由輕質(zhì)墻體作內(nèi)隔墻或保溫、隔熱、節(jié)能的圍護(hù)墻所組成的一種主要用于多層及中高層建筑中的結(jié)構(gòu)體系。柱肢腹板厚度最適宜取用與墻體厚度相同,一般為200 mm～250 mm。它最大的特點是室內(nèi)不凸出柱楞,改善室內(nèi)觀瞻、少占建筑空間、增大使用面積。墻體質(zhì)量輕,地震作用小,并且框架的彈塑性好,構(gòu)件和節(jié)點有一定的延性,因此在低烈度地震區(qū)有一定的發(fā)展前景,但是由于其截面形狀復(fù)雜,施工困難,因此施工周期長,造價高。

5 CS板式結(jié)構(gòu)體系

CS板式結(jié)構(gòu)體系是以CS承重外墻板、CS承重內(nèi)墻板、CS樓面板和屋面板為主要預(yù)制構(gòu)件并配以混凝土基礎(chǔ)、異形構(gòu)造柱和圈梁而建成的整體板式結(jié)構(gòu)房屋。它能保證結(jié)構(gòu)的整體性、抗震性,能充分滿足外檐立面造型和形體變化的要求,并為電氣、暖通、給排水各專業(yè)管道、部件等的敷設(shè)與安裝提供良好的條件,可適用于各種低層和多層建筑,實現(xiàn)了承重、保溫、隔熱、隔音一體化和構(gòu)件產(chǎn)品工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化生產(chǎn)、裝配化施工,具有創(chuàng)新性。CS板式結(jié)構(gòu)住宅是綠色環(huán)保、節(jié)能型、高舒適度的房屋,具有建筑平面布置靈活,建筑造型隨意組合的特點,可為用戶提供CS房屋菜單,供用戶選擇定做,滿足不同的房屋消費,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

6 節(jié)能砌塊隱形密框結(jié)構(gòu)

節(jié)能砌塊隱形密框結(jié)構(gòu)是根據(jù)混凝土小型空心砌塊結(jié)構(gòu)及配筋砌體結(jié)構(gòu),針對多層及中高層住宅建筑研制開發(fā)的新型結(jié)構(gòu)。節(jié)能砌塊隱形密框墻板是結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件,由熱阻節(jié)能砌塊與隱形密肋框架構(gòu)成,以隱形密肋框架為主要承載部分,以熱阻節(jié)能砌塊為輔助承載部分。由石粉、爐渣、粉煤灰等為主要原料制成的輕型保溫砌塊作為墻板主要構(gòu)件,在孔洞中澆筑鋼筋混凝土隱形柱和隱形梁,從而形成隱形密肋框架,在縱橫墻交接處以及墻和樓板交接處加大肋梁和肋柱配筋量,這樣在小框架外又形成了大框架,結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度和受力性能得到顯著的改善,使得一般框架結(jié)構(gòu)[6]以整體剪切變形為主進(jìn)而變?yōu)橐詮澢冃螢橹?減小了結(jié)構(gòu)的整體變形,提高了材料的利用率,有利于結(jié)構(gòu)抗震。因此它具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性好、造價低、保溫、隔音和施工方法簡單的特點。

7 筒體結(jié)構(gòu)

由一個或數(shù)個筒體(密柱框架或剪力墻組成)作為主要抗側(cè)力構(gòu)件而形成的結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu),它適用于平面或豎向布置繁雜、水平荷載大的高層建筑,主要有核心筒結(jié)構(gòu)和框筒結(jié)構(gòu)。

核心筒結(jié)構(gòu)一般由布置在電梯間、樓梯間及設(shè)備管線井道四周的鋼筋混凝土墻所組成。為底端固定、頂端自由、豎向放置的薄壁筒狀結(jié)構(gòu),其水平截面為單孔或多孔的箱形截面,它既可以承受豎向荷載,又可以承受各個水平方向上的側(cè)向力作用,是一個空間受力結(jié)構(gòu)。在高層建筑平面布置中,為充分利用建筑物四周作為景觀和采光,電梯等服務(wù)性設(shè)施的用房常常位于房屋的中部,核心筒也因此而得名,有時也稱為“實腹筒”。

框筒結(jié)構(gòu)是由周邊密集柱和高跨比很大的窗裙梁所組成的空腹筒結(jié)構(gòu)。從立面上看,框筒結(jié)構(gòu)猶如由4榀平面框架在角部拼裝而成,角柱的截面尺寸往往較大,連接兩個方向框架。框筒結(jié)構(gòu)在側(cè)向荷載作用下,不但與側(cè)向力相平行的兩榀框架(常稱為腹板框架)受力,而且與側(cè)向力相垂直方向的兩榀框架(常稱為翼緣框架)也參加工作,形成一個空間受力體系。

8 膜結(jié)構(gòu)

膜結(jié)構(gòu)是用多種高強(qiáng)薄膜材料及輔助結(jié)構(gòu)通過一定的方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力,形成應(yīng)力控制下的某種空間形態(tài),作為覆蓋結(jié)構(gòu)或建筑物主體,承受一定的外荷載作用的一種空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)受力特性大致可分為充氣式、張拉式、骨架式膜結(jié)構(gòu)等幾大類。膜結(jié)構(gòu)不僅限于體育或展覽建筑,現(xiàn)已向房屋及景觀建筑等各個方面擴(kuò)展。

9 結(jié)語

通過以上對我國主要新型結(jié)構(gòu)體系的分析,可以發(fā)現(xiàn)其種類趨于多元化,不會有某一種結(jié)構(gòu)占據(jù)主導(dǎo)地位,單一的結(jié)構(gòu)形式無法滿足目前人們對住宅體系越來越高的要求。鑒于此,同時也為了響應(yīng)國家對于新型結(jié)構(gòu)體系的相關(guān)政策,加快住宅產(chǎn)業(yè)化的需求,實現(xiàn)住宅業(yè)可持續(xù)發(fā)展,必須開發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性好、造價低、保溫(隔熱)隔音效果好且施工方法簡單的住宅結(jié)構(gòu)體系。我們要大量引進(jìn)國外先進(jìn)新型結(jié)構(gòu)體系,但更重要的是加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力,研發(fā)適合我國國情的新型結(jié)構(gòu)體系,縮短與先進(jìn)國家在建筑業(yè)上的差距。

[1] 劉志峰.促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)化發(fā)展[J].城市開發(fā),2005,(2):26-27.

[2] 王旭冉.我國砌體結(jié)構(gòu)的發(fā)展與展望[J].天津建設(shè)科技,2007(sup):13-14.

[3] 佟京陽.鋼管混凝土節(jié)點設(shè)計[J].山西建筑,2008,34(16):65-66.

[4] 胡 利.鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報,2009(2):131-132.

[5] 盧 敏.淺談短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系及其應(yīng)用[J].工業(yè)技術(shù),2007(22):47-48.

[6] 王振武,張 偉.混凝土結(jié)構(gòu)[M].第 3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005:150-168.