浅谈近年来新型建筑结构形式的发展

浅谈近年来新型建筑结构形式的发展

收稿日期:2010 07 04

作者简介:周 白(1984 ),男,硕士,贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳 550003

姜 岚(1986 ),男,硕士,贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳 550003

周白 姜岚

摘 要:本着 安全、合理、先进、经济 的结构设计原则,介绍了近年来出现的各种新型建筑结构形式,阐述了这些新型结

构形式的发展情况,以求能推广和应用,为社会主义现代化建设做出贡献。关键词:新型建筑结构形式,索承网壳结构,新型钢!混凝土组合结构,新型竹结构中图分类号:TU 318文献标识码:A

近年来,为了满足人民对生活条件改善以及基础设施建设的

需求,围绕 安全、合理、先进、经济 的结构设计原则,广大的结构工程师研制和开发出了大批的新型建筑结构形式,为土木工程行业的发展做出了重要的贡献。

1 索承网壳结构

索承单层网壳来源于著名建筑师富勒在1962年提出的由索和杆组成的张拉整体结构全新的结构思想,张拉整体结构体系以其简洁的明确的力学概念为大跨度结构的应用创造了新的奇迹[1]。索承单层网壳结构是由上层单层网壳和下层环索、斜索通过竖杆连接而成,索由网壳节点连接到悬挂于单层球面网壳的竖杆的下端。它充分发挥了单层网壳与索承穹顶结构两者的优点,弥补两者的不足。近年来,全国各地也新建了多个索承网壳结构,例如武汉体育馆,常州市椭球形索承单层网壳(见图1,图2)。

从结构设计基本原则 安全、合理、先进、经济 四方面来看,索承网壳结构满足结构设计四方面基本原则,符合建设设计与结构设计和谐统一,满足科学发展观指导下 建设创新型国家 ,具体实施方针为 循环经济 可持续性发展 节能减排 的要求,是当前大跨空间结构一种优良的结构体系。

2 新型钢!混凝土组合结构

如今,钢!混凝土组合结构已经成为工程领域的重要的结构形式。钢!混凝土组合结构具有承载能力大,刚度大,抗震性能好,截面尺寸小,自重轻,跨越能力大,省脚手架和模板,施工快速方便,易满足一些特殊需求等优点。其唯一的缺点就是需要进行防火处理。

清华大学聂建国教授及其团队近些年来开发出许多新型组

合结构,如组合转换结构、钢管混凝土格构柱、钢板剪力墙、钢板!混凝土组合梁、双钢板型组合结构、大跨钢!混凝土组合空间结构、槽形组合梁。

组合转换结构相对于钢筋混凝土梁式转换结构而言,具有承载力高、自重小、抗裂性好的优点[2]。为研究钢!混凝土组合转换梁与钢管混凝土柱的组合受力性能,清华大学做了组合转换框架的试验[3](见图3)。

双钢板型组合结构,是一种新型的组合结构,具体构造是由两块钢板之间用栓钉连接起来,形成一块 半刚性 的板,施工的时候在板里面浇灌混凝土,形成一种类似 三明治 的结构[4]。这种组合结构具有强度高、延性好、施工方便快捷、没有裂缝。可加工成板、梁、柱、剪力墙,可用于隧道、储水池等对裂缝要求很严格的结构和海洋平台、核电厂等处于复杂环境中的结构。单肢钢管混凝土柱将钢管和混凝土有效组合,充分发挥了二者的材料性能,因而得到了工程界的广泛青睐。但是当荷载偏心或构件长细比较大时,单肢钢管混凝土柱难以发挥其最优性能,构件在轴压下所具有的优势难以体现。而格构式的构件可以保

证单肢接近理想轴压状态,且又具有较大的截面惯性矩,可以充分发挥钢管混凝土原有优势,有效解决圆钢管混凝土柱不利于压弯的问题。钢管混凝土格构柱越来越多地被用于工业厂房、钢管混凝土拱桥等工程结构中,在超高层建筑、巨型结构、桥墩、塔等领域也具有广泛的应用前景[5]。

为了缓解城市交通压力,世界各国都在大力发展轨道交通。轨道交通桥梁的结构形式直接关系到轨道交通的建设费用、城市景观协调、减振降噪等问题。槽形梁(也称为U 形梁)利用底板支承轨道及列车,降低轨道标高,在满足桥下净空的前提下降低了桥梁及车站的高度;结构高度减薄,高跨比减小,结构体量较小,显得轻巧、美观,在很大程度上可减小对周边环境特别是视觉效果的不利影响;主梁的腹板将隔音屏障功能与结构受力的功能合二为一,节省了隔音板。

论现浇楼板与梁协同变形对框架结构内力影响

收稿日期:2010 07 09

作者简介:蒋正跃(1971 ),男,硕士,实验师,云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明 650201

韩 俊(1972 ),女,硕士,讲师,云南文山学院,云南文山 663000

付云松(1962 ),男,副教授,云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明 650201

蒋正跃 韩 俊 付云松

摘 要:提出了楼板、梁协同变形刚度计算方法,模拟工程实例,用三种方法四种模型计算出楼板对框架梁抗弯刚度效应

及对竖向荷载下结构内力影响程度,结果表明该方法在二维简化中较为合理,可为类似工程设计提供可行性依据。关键词:楼板,荷载,刚度,内力,框架中图分类号:TU 375.4

文献标识码:A

1 概述

由于建筑功能和市场的需要,建筑结构的平面布置和立面布置也越来越复杂,大开洞楼板、有较大凹入的楼板、狭长的楼板在工程中经常出现。在进行这类建筑的结构设计时,如何合理的假定和计算楼板的刚度就成为一个很重要的问题,因为楼板的刚度值直接影响甚至决定内力计算结果的精度,结构破坏体系的形成,结构破坏的类型,结构延性的好坏,最终影响到结构的安全性和实用价值。国内外大量研究表明[3 7],框架上的现浇楼板会增大梁的抗弯能力。

蒋永生等[3]曾做过一组现浇混凝土梁柱节点的对比试验,指出带有翼缘的框架梁由于翼缘内平行于梁肋的钢筋参与受力,使得节点支座处的实际负向屈服弯矩比无翼缘梁的实测值提高了30%左右。

唐九如认为[4],为了合理考虑楼板影响,设计框架时若不计入楼板对梁承载力的提高,则需将柱、梁强度比提高至1.4甚至1.6才能使塑性铰出现在梁端而非柱端。

目前设计上考虑楼板影响的设计主要有两种方法:

一种是应用计算程序进行三维空间分析,采用不同的楼板单元,如需真实计算平面内刚度和平面外刚度的楼板,在S A T W E 中

定义为弹性板[9]

,称为模型一,在ETABS 中定义为壳(shell )单元。 槽形梁内侧易于布置各类通讯、电力等设备,整个截面的空间利用率高;具有列车脱轨时的保护功能,节省了护轮轨,提高了整个轨道系统的安全性。但由于混凝土底板易开裂,施工工艺复杂等问题,这种结构形式一直没有推广应用。清华大学聂建国教授提出一种槽形组合梁结构[6],很好的弥补了上述钢!混凝土槽形梁的缺点。大跨钢!混凝土组合空间结构是利用组合结构的空间受力性能开发的一种组合结构。目前主要有清华大学推广应用的 双向组合梁板结构 [7],贵州大学研制的 钢!混凝土组合空腹夹层板 [8]。其中 双向组合梁板结构 应用面积最大的建筑是武昌火车站,武昌火车站西站房主体3层,平面为246m #56m ,东站房平面为108m #18m,站房总建筑面积为31.4万m 2。 钢!混凝土组合空腹夹层板 应用面积最大的是黑龙江中医药大学训练大楼。

3 新型竹结构

湖南大学的肖岩教授在国内从2005年开始进行新型竹结构的研究[9],并于2009年在湖南大学建起了第一栋轻型竹结构的示范性建筑。这种竹结构采用的是胶合竹和竹夹板用钉或者螺栓连接起来。

这种竹结构房施工方便快捷,既可在工厂预制,也可以在施工现场组装,模块化程度高,适合单体住宅、联排住宅及其他层数

较低的房屋建设,也符合低碳的要求。参考文献:

[1] 董石麟,罗尧治,赵 阳.新型空间结构分析设计与施工

[M ].北京:人民交通出版社,2006.[2] 聂建国,朱喻之.钢!混凝土组合转换梁受弯性能分析[J].

清华大学学报(自然科学版),2008,48(9):20 22.[3] 聂建国,朱喻之,樊健生.钢!混凝土组合转换框架试验研

究[J].建筑结构学报,2009,130(14):8 10.[4] 曾 菁,樊健生.双钢板型组合结构[J].工业建筑,2007,37(4):11 12.[5] 聂建国,廖彦波.四肢钢管混凝土格构柱轴压受力试验[J].

清华大学学报(自然科学版),2009,49(12):33 34.[6] 聂建国,吴丽丽,樊健生,等.槽形钢!混凝土组合梁及其应用前景初探[J].土木工程学报,2008,41(11):69.[7] 聂建国,陶慕轩.大跨钢!混凝土空间组合结构的研究与应

用[J].空间结构,2009,15(4):87 88.[8] 马克俭.U 型钢板!混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板

楼盖:发明专利,ZL 200610200188.X [P].[9] 肖 岩.竹结构轻型框架房屋的研究与应用[J].建筑结构学报,2010,31(6):121 122.

T entative discussion on the devel op ment of ne w buil di ng structure for m i n recent years

ZH OU B ai JI ANG Lan

Abstrac t :In li ne w it h t he struc t ure design pri nc i p l e o f sa fe ,reasonable ,advanced ,econom ical ,this a rti c l e i ntroduces var i ous new building structure for m s appear i ng i n recent years ,expounds t he deve l op m ent situa ti on o f these ne w struc t ure for m s ,so as to promo te their w i de appli ca ti on and to do so m e contr i buti ons for soc iali st modern izati on .K ey word s :ne w bu il d i ng structure for m,cab l e suspended reticu l a ted she l,l ne w stee l concre te composite struct ure ,ne w ba m boo struc t ure