談仿生結(jié)構(gòu)
——“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋技術(shù)

張 志

(太原市龍城發(fā)展投資有限公司，山西 太原 030002)

談仿生結(jié)構(gòu)
——“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋技術(shù)

張 志

(太原市龍城發(fā)展投資有限公司，山西 太原 030002)

簡單描述了“蜂巢芯”結(jié)構(gòu)的來源及原理，對“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋的功能特點作了詳細論述，指出“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋提升了使用功能，降低了層高，隔熱性能好，且施工方便快捷。

“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋，結(jié)構(gòu)，特點，功能

0 引言

大自然中的生物體經(jīng)過億萬年的進化和優(yōu)勝劣汰，造就了我們今天這個豐富多彩的世界，其中蜜蜂的巢穴——蜂巢，是自然界中用料省、強度高、穩(wěn)定性好、受力合理、最耐摔擲、最舒適的蜂類生物建筑巢居，是人類公認的杰出結(jié)構(gòu)作品。如今人們將蜂巢結(jié)構(gòu)原理引用至人類建筑結(jié)構(gòu)中，便形成了一個特殊的仿生結(jié)構(gòu)——“蜂巢芯”結(jié)構(gòu)，“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋便是建筑行業(yè)中此類結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用。

1 “蜂巢芯”空腹密肋樓蓋

“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋是近年來興起的一種新型現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，它是采用“蜂巢芯”系列芯模在現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋中筑塑成眾多的雙向網(wǎng)格肋單元，形成類似蜂巢受力明確的現(xiàn)澆混凝土密肋樓板?！胺涑残尽痹诂F(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用時，不僅僅是成孔芯模，而且可與現(xiàn)澆鋼筋混凝土共同承力，從而提高了樓蓋的整體性能。“蜂巢芯”的底板作為飾面板，屬于密肋板的范疇?！胺涑残尽笔且粋€特殊的模殼，它形成的封閉空腔密肋樓蓋具有保溫、隔熱、隔音、消音的功能。“蜂巢芯”的底板的蒙皮效應(yīng)使密肋板的變形可以減少50%，并提高25%～30%的極限承載力?，F(xiàn)澆混凝土密肋板與暗梁、扁梁或明梁結(jié)合形成水平結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了剛度正交同性的現(xiàn)澆混凝土雙向空腹樓蓋體系。

在“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋中，芯模不僅是一個空腔模構(gòu)件，其底板可作為密肋間的吊頂裝飾板，使“蜂巢芯”底部平坦，達到無梁板的效果，較普通密肋樓蓋防火性能更佳，剛度和承載力也有較大提升。

如用在15 m以上大跨度時，為減少空腹樓蓋厚度或明(暗)梁厚度，可在“蜂巢芯”空腹樓蓋主梁內(nèi)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋，還可在“蜂巢”之間混凝土密肋中設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋。

各種材質(zhì)的“蜂巢芯”芯模見圖1。

2 “蜂巢芯”空腹密肋樓蓋的構(gòu)造及特點

“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋包括“蜂巢芯”芯模、現(xiàn)澆鋼筋混凝土面板、肋梁及框架梁(包括明梁、暗梁)，各梁間彼此縱橫相交構(gòu)成類似蜂巢狀的T字形密肋框架結(jié)構(gòu)，外觀上不會出現(xiàn)傳統(tǒng)的主次框架梁，從而減少了樓蓋整體厚度，外形美觀；大體量空腔結(jié)構(gòu)的采用減輕了樓蓋自重，小截面密肋梁含鋼量小，節(jié)省鋼筋，使結(jié)構(gòu)具有強度高、自重低、剛度大、整體性好、能抗震的特點；而空腔結(jié)構(gòu)使樓蓋的節(jié)能保溫性和上下層的隔音性能也大大提高。

GBF蜂巢芯空心板斷面圖見圖2。

1)提升了使用功能。

與主次梁或井字梁結(jié)構(gòu)相比，“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋技術(shù)外形平整美觀，使用經(jīng)濟方便，實現(xiàn)了真正的平板或無次梁平板。樓蓋底面無凸出部位，無柱帽，提升了使用功能。

2)使用空間靈活，無需吊頂。

樓蓋由于上下完全平整，無凸出底面的主次梁，且空心樓蓋的密肋梁可均勻承受隔墻荷載，使樓層的任意分隔成為可能，對辦公、會展等有變更隔斷要求的公共建筑尤為適用；同時頂板平整無需吊頂，從而提高了凈空高度，減少吊頂項目開支(見圖3)。

3)降低層高和增加凈高。

“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋在普通荷載作用下結(jié)構(gòu)厚度為跨度的1/22左右，一般框架結(jié)構(gòu)梁高為跨度的1/12～1/15，在保持凈高的前提下可降低層高，或在層高不變的情況下增加凈高，改善空間效果。

4)提升建筑跨度和開間。

此技術(shù)所采用結(jié)構(gòu)體系能大大提升建筑跨度，是目前大跨度結(jié)構(gòu)體系中較為安全和經(jīng)濟的技術(shù)方案。如果結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)，結(jié)構(gòu)最大跨度可達30 m，而一般結(jié)構(gòu)常用跨度為7 m～12 m。

5)隔熱性能好，節(jié)能保溫。

眾所周知，空氣是熱的不良導(dǎo)體，而大體量的封閉空腔結(jié)構(gòu)可有效阻止熱能傳遞，使建筑物的保溫隔熱性能得到顯著提高，尤其對屋面、大型冷庫、儲物倉庫尤為適用，有效減少對能源的消耗，對當前節(jié)能型建筑的積極倡導(dǎo)是有力的支持。

6)良好的隔音效果。

大體量封閉空腔結(jié)構(gòu)的使用有效減少了樓蓋對噪聲的傳遞，克服了上下樓層間的噪聲干擾。有檢測結(jié)果證實，空腔結(jié)構(gòu)對音波的阻隔效果可提高10 dB～20 dB，對解決醫(yī)院、圖書館、教學樓和住宅等建筑的噪聲干擾問題有很大的幫助，可大大提升建筑使用的舒適度。

7)施工簡便快捷，縮短工期。

空腔樓蓋由于取消了主次梁，底板為水平面，支拆模時可視同為一塊平模板，無標高差異，無側(cè)模和柱帽模，支撐、連接構(gòu)件少，操作簡便，可使支拆模工期減少1/2(見圖4)。

8)降低了工程造價。

本技術(shù)樓蓋由于采用了大體量空腔與小截面肋梁，鋼筋、模板、混凝土用量均低于普通框架結(jié)構(gòu)，層高也相應(yīng)降低。依據(jù)跨度和荷載不同，可降低樓蓋總造價約5%～10%。

9)提升了抗震性能。

由于“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋充分利用了空腔結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能，有效降低了建筑層高、自重；另外空腹樓蓋在軸線一定范圍內(nèi)設(shè)置實心暗梁，增加了框架梁剛度；同時樓蓋中密布的暗肋使上下板之間變形協(xié)調(diào)，產(chǎn)生“蒙皮效應(yīng)”，這一切都可明顯降低地震作用，提高抗震性能。在5·12汶川地震中，“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋技術(shù)經(jīng)受住了實踐的考驗，如使用此技術(shù)的都江堰萬都大廈、西華大學教學樓等，優(yōu)異的抗震性能得到了很好的印證。

“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋技術(shù)已被列入國家標準GB 50010-2011混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，這對此項技術(shù)的推廣和應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。相信在今后建筑技術(shù)的快速發(fā)展中，“蜂巢芯”空腹密肋樓蓋——這一來自蜂巢的仿生結(jié)構(gòu)技術(shù)一定能大顯身手，發(fā)揮出更杰出、更重要的作用。

Discussion on the bionic structure——“honeycomb core” hollow ribbed floor technology

ZHANG Zhi

(TaiyuanLongchengDevelopmentInvestmentCompanyLimited,Taiyuan030002,China)

This paper made brief description to the source and principle of “honeycomb core” structure, discussed in detail the functions and characteristics of “honeycomb core” hollow ribbed floor, pointed out that the “honeycomb core” hollow ribbed floor enhanced the use function, reduced the floor height, had good heat insulation performance, and the construction was convenient and fast.

“honeycomb core” hollow ribbed floor, structure, characteristic, function

1009-6825(2014)15-0036-02

2014-03-14

張 志(1973- )，男，工程師

TU359

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