一種適用于種植大型喬木的梁柱節(jié)點(diǎn)在某工程上的應(yīng)用

蘇森林

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州510010）

1 工程概況

本建設(shè)工程為包括停車(chē)樓、綜合換乘中心、旅客過(guò)夜用房功能的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)多層建筑?？偨ㄖ叨葹?3.7 m，為地上6 層，地下1 層的建筑，地上建筑面積約89 905 m2。其中，3 層樓面為大面積的室外屋面綠化，覆土厚度為0.5 m，部分框架柱頂區(qū)域需種植高7.8 m 的大型喬木，種植喬木相關(guān)樹(shù)池位置要求覆土1.2 m，樹(shù)池平面尺寸3 m×3 m。

浮萍是單子葉植物綱、浮萍科約30種植物的統(tǒng)稱(chēng)。它們不像常見(jiàn)的花花草草那樣長(zhǎng)有葉片或莖，浮萍的整個(gè)植株都是由小型的葉狀體組成的，還有一種叫作“無(wú)根萍”的浮萍甚至連根都沒(méi)有。不過(guò)可不要小看它哦！無(wú)根萍可擁有一個(gè)“世界之最”的頭銜呢——世界上已知的最小的種子植物。

近年來(lái)，科研人員嘗試設(shè)計(jì)可在眼球玻璃體中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人，但機(jī)器人如何擺脫生物分子黏附，實(shí)現(xiàn)在眼球組織內(nèi)部的相對(duì)長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)，成為瓶頸問(wèn)題。

2 種植大型喬木樹(shù)池的梁柱節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式

對(duì)于傳統(tǒng)的使用大型喬木的屋頂綠化工程，以往進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，只是單單考慮到由綠化植物及種植土的恒活荷載，并沒(méi)有從結(jié)構(gòu)的構(gòu)造型式上給種植的喬木預(yù)留種植空間，這種現(xiàn)象使得結(jié)構(gòu)荷載的傳遞路徑不明確，板、梁等構(gòu)件尺寸過(guò)大，整個(gè)造價(jià)上升［1-3］。由于位于柱頂?shù)臉?shù)池，考慮覆土厚度要求，結(jié)構(gòu)面需下沉1.2 m，考慮下部樓層的凈高要求，使得結(jié)構(gòu)主框架梁在梁端位置的梁高受到嚴(yán)格的限制，若取消框架梁會(huì)使得框架柱孤立，影響結(jié)構(gòu)框架整體的性能，若保留框架梁，因梁高受到嚴(yán)格的限制，同時(shí)需要承受屋面較大的覆土荷載，框架梁往往需要設(shè)置型鋼才能滿(mǎn)足受力要求，而型鋼混凝土梁存在節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)施工困難、施工質(zhì)量難以保證等問(wèn)題。

對(duì)此，本工程根據(jù)實(shí)際情況提出了一種能夠用于種植大型喬木的新型梁柱節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖1），在保留雙向拉結(jié)框架柱的框架梁的基礎(chǔ)上，通過(guò)在柱頭樹(shù)池區(qū)域，增加X(jué) 型的斜撐構(gòu)件，形成錐形柱帽，從結(jié)構(gòu)構(gòu)件具體構(gòu)造型式上承受由綠化引起的較大恒活荷載。該梁柱節(jié)點(diǎn)，通過(guò)形成錐形柱帽，使種植大型喬木的較大荷載直接傳遞給柱帽，傳力路徑明確；同時(shí)屋面綠化覆土的荷載傳遞到相鄰次梁后，可通過(guò)錐形柱帽中的X 型斜撐，將荷載傳遞給框架柱，從而大大減輕主框架梁承受的豎向荷載，在梁高受限的情況下，使得混凝土構(gòu)件的性能得到充分的發(fā)揮，無(wú)需添加型鋼構(gòu)件，大大降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度。

圖1 梁柱節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式Fig.1 Structural Form of Beam-Column Joints （mm）

3 種植大型喬木樹(shù)池的梁柱節(jié)點(diǎn)的計(jì)算形式

采用非線(xiàn)性有限元分析軟件Midas∕FEA 對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域的受力進(jìn)行計(jì)算分析［7-9］（見(jiàn)圖5～圖6），在“1.3 恒+1.5 活”的工況下，樹(shù)池節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋最大應(yīng)力為167.5 N∕mm2，大部分鋼筋的應(yīng)力55.5 N∕mm2，遠(yuǎn)小于三級(jí)鋼筋的的設(shè)計(jì)應(yīng)力。從計(jì)算結(jié)果看出，本樹(shù)池梁柱節(jié)點(diǎn)充分發(fā)揮鋼筋混凝土構(gòu)件的性能，承載力滿(mǎn)足要求，受力性能良好。

圖2 樹(shù)池梁柱節(jié)點(diǎn)的Midas/Gen模型Fig.2 Midas/Gen Model of Beam-Column Joints

作為應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)體系的主體，高校起到了至關(guān)重要的作用。首先，高校應(yīng)該重視大學(xué)生應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育，將應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育作為一門(mén)必修課列入學(xué)校教學(xué)系統(tǒng)中，設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)培訓(xùn)教育資金，切實(shí)將應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)在全體在校大學(xué)生中進(jìn)行普及。高?？梢蚤_(kāi)展豐富多樣、循序漸進(jìn)的應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育，先利用軍訓(xùn)的機(jī)會(huì)向新生進(jìn)行基礎(chǔ)性的應(yīng)急救護(hù)培訓(xùn)教育，再通過(guò)專(zhuān)門(mén)的應(yīng)急救護(hù)必修課進(jìn)一步加強(qiáng)教育，在選修課中采用理論加實(shí)踐的教育模式，在體育課中也可以增設(shè)有關(guān)應(yīng)急救護(hù)實(shí)踐的課程，全方位讓學(xué)生們掌握應(yīng)急救護(hù)知識(shí)與技能。針對(duì)每個(gè)班級(jí)，挑選出成績(jī)優(yōu)異的同學(xué)進(jìn)一步教育、培養(yǎng)，讓他們獲得資質(zhì)，成為急救員，保證每個(gè)宿舍都有一名急救員。

從分析結(jié)果可以看出（見(jiàn)圖3～圖4），豎向荷載作用為控制工況，在“1.3 恒+1.5 活”的不利工況下，傳統(tǒng)布置方式樹(shù)池四周梁的彎矩存在明顯的突變，采用內(nèi)置X 型斜撐的梁柱節(jié)點(diǎn)，樹(shù)池四周梁的彎矩有效減緩下來(lái)，且主框架梁在柱端位置的彎矩減少約30%，大大降低主框架梁承受彎矩，使主框架梁在梁高受限的情況下仍能處于合理配筋率的受力狀態(tài)，無(wú)需配置型鋼。

圖3 傳統(tǒng)布置的計(jì)算彎矩Fig.3 Calculation Bending Moment of Traditional Layout

圖4 組合形式梁柱節(jié)點(diǎn)的計(jì)算彎矩Fig.4 Moment of Composite Beam-Column Joints

采用有限元軟件Midas∕Gen 和常用設(shè)計(jì)軟件YJK，對(duì)上述梁柱節(jié)點(diǎn)及傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行受力分析和對(duì)比（見(jiàn)圖2），模擬在使用階段的荷載作用下（考慮豎向荷載、地震作用及風(fēng)荷載）的受力情況［4-6］。

圖5 樹(shù)池梁柱節(jié)點(diǎn)的Midas/FEA模型Fig.5 Midas/FEA Model of Beam-Column Joints

圖6 樹(shù)池梁柱節(jié)點(diǎn)在正常受力工況下的鋼筋應(yīng)力Fig.6 Reinforcement Stress of Beam-Column Joints under Normal Stress Condition

4 種植大型喬木樹(shù)池的梁柱節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)

本工程采用的種植大型喬木樹(shù)池的梁柱節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖7），從結(jié)構(gòu)構(gòu)件具體構(gòu)造型式上考慮由綠化屋面及種植大型喬木引起的較大荷載對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的影響。其通過(guò)在樹(shù)池區(qū)域形成錐形柱帽，并在柱帽內(nèi)設(shè)置X 型斜撐構(gòu)造，在確保構(gòu)件截面尺寸不變的情況下，顯著的提升節(jié)點(diǎn)的承載能力、耗能能力和延性以及框架的整體性能，并且通過(guò)調(diào)整荷載的傳遞路徑，大大減輕主框架梁的受力需求，在截面受限的情況下充分發(fā)揮混凝土構(gòu)件的性能且無(wú)需加設(shè)型鋼構(gòu)件，相對(duì)于型鋼混凝土和鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)，其構(gòu)造更為簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工也更加方便。在結(jié)構(gòu)工程方面，解決傳統(tǒng)鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)同等條件下承載能力較低的問(wèn)題，同時(shí)解決了鋼骨混凝土等新型節(jié)點(diǎn)施工困難等問(wèn)題［10］。防水措施采用種植屋面防水做法，設(shè)置耐根穿刺高分子防水卷材，防水層上方依次設(shè)置保溫層、保護(hù)層、過(guò)濾層、疏水層后再進(jìn)行覆土。

圖7 樹(shù)池梁柱節(jié)點(diǎn)施工完成Fig.7 Construction Completion of Beam-Column Joints

5 結(jié)論

通過(guò)上述分析顯示，該適用于種植大型喬木的梁柱節(jié)點(diǎn)，其受力性能良好，并在本工程的大型種植屋面中成功的運(yùn)用，取得了較好的效果，該節(jié)點(diǎn)充分發(fā)揮鋼筋混凝土的性能特點(diǎn)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，方便現(xiàn)場(chǎng)施工，可在其它工程項(xiàng)目上作為參考。