新型建筑結(jié)構(gòu)體系淺談

1、新型建筑結(jié)構(gòu)體系淺談【論文關(guān)鍵詞】：建造結(jié)構(gòu)體系；鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)；張拉整體結(jié)構(gòu)；膜結(jié)構(gòu) 【論文摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、高強(qiáng)材料的快速進(jìn)展，為建造師們供應(yīng)了豐盛的想象空間，同時(shí)也為新奇結(jié)構(gòu)體系自寺消失發(fā)明了條件。文章主要推薦近年來(lái)應(yīng)用越來(lái)越多的幾種新型建造結(jié)構(gòu)體系。 隨著科學(xué)技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、高強(qiáng)材料的快速進(jìn)展。人們對(duì)建造造型、建造設(shè)計(jì)和跨度的要求越來(lái)越高。對(duì)建造結(jié)構(gòu)的要求更高。為了解決這些問(wèn)題，涌現(xiàn)出了一些新的結(jié)構(gòu)體系。包括：鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)體系、張拉整體結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等。 1. 鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu) 鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)是我國(guó)目前在高層建造領(lǐng)域里應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式

2、。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長(zhǎng)，前者具有分量輕、強(qiáng)度高、延性好、施工速度快、建造物內(nèi)部?jī)艨崭叨却蟮葍?yōu)點(diǎn)；而后者剛度大、耗鋼量少、材料費(fèi)省、防火性能好。綜合利用這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為高層建造的進(jìn)展開(kāi)發(fā)了一條新途徑。統(tǒng)計(jì)分析表明，高層建造采用鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)的用鋼量約為鋼結(jié)構(gòu)的70%，而施工速度與全鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)，在綜合考慮施工周期、結(jié)構(gòu)占用使用面積等因索后?；旌辖Y(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)最早于1972年用于芝加哥的Gateway II Building(36層137m)。我國(guó)至20世紀(jì)80年月才將鋼結(jié)構(gòu)用于高層建造，目前已建成或在建的高層建造(約有40

3、余幢)中.有一半以上采用的是鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)，其中的典型建造是上海金茂大廈。鋼一一混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、小學(xué)、醫(yī)院及住所等建造中將有更廣泛的應(yīng)用。 2. 巨型結(jié)構(gòu)體系 巨型結(jié)構(gòu)是由大型構(gòu)件(巨型梁、巨型柱和巨型支撐)組成的，主結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的次結(jié)構(gòu)共同工作的一種結(jié)構(gòu)體系。 巨型結(jié)構(gòu)按主要受力體系形式可分為巨型桁架結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)、巨型懸掛結(jié)構(gòu)和巨型分別式結(jié)構(gòu)；按材料可分為巨型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、巨型鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、巨型鋼一鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)及巨型鋼結(jié)構(gòu)。 巨型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：從平面整體上看。巨型結(jié)構(gòu)的材料使用正巧滿(mǎn)意了盡量開(kāi)展的原則，可以充分發(fā)揮材料性能；從結(jié)構(gòu)角度看，巨型結(jié)構(gòu)是一種

4、超常規(guī)的具有巨大抗側(cè)剛度及整體工作性能的大型結(jié)構(gòu)，是一種十分合理的超高層結(jié)構(gòu)形式；從建造角度看。巨型結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)意很多具有特別形態(tài)和使用功能的建造平立面要求。使建造師們的很多天才想象得以實(shí)施。 巨型結(jié)構(gòu)作為高層或超高層建造的一種嶄新體系。因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，已越來(lái)越被人們重視，并越來(lái)越多地應(yīng)用于工程實(shí)際，是一種很有進(jìn)展的結(jié)構(gòu)形式。香港匯豐銀行屬于巨型鋼結(jié)構(gòu)體系。是諾爾曼·福爾特設(shè)計(jì)的。 3. 膜結(jié)構(gòu) 膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)體系的一種，它是用多種高強(qiáng)薄膜材料(常見(jiàn)的有PVC類(lèi)、PTFE類(lèi)及有機(jī)硅類(lèi))及輔助結(jié)構(gòu)(常見(jiàn)的有鋼索、鋼桁架或鋼柱等)通過(guò)一定的方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力。并形成應(yīng)

5、力控制下的某種空間形態(tài)。作為掩蓋結(jié)構(gòu)或建造物主體，并具有足夠的剛度以抵御外部荷載作用的一種空問(wèn)結(jié)構(gòu)形式。其中基材織物。主要確定膜材的力學(xué)性質(zhì)。供應(yīng)材料的抗拉強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度等；涂層。主要解決膜材的物理性質(zhì)，供應(yīng)材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等。 膜結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)： 多變的支撐結(jié)構(gòu)和柔性膜材使建造物造型越發(fā)多樣化，新奇美觀(guān)。同時(shí)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)之美。且顏色豐盛；膜建造屋面分量?jī)H為常規(guī)鋼屋面的130，這就降低了墻體和基礎(chǔ)的造價(jià)，同時(shí)膜建造奇特的造型和夜景效果有顯然的"建造可識(shí)性"和商業(yè)效應(yīng)，其價(jià)格效益比更高； 膜工程中全部加工和制作依設(shè)計(jì)均可在工廠(chǎng)內(nèi)完成，在現(xiàn)場(chǎng)只舉行安裝作業(yè)，與傳

6、統(tǒng)建造的施工周期相比，它幾乎要快一倍； 膜材有較高的反射性及較低的光吸收率，并且熱傳導(dǎo)性較低，這極大程度上阻擋太陽(yáng)能進(jìn)入室內(nèi)。另外。膜材的半透亮性可以充分利用自然光； 因?yàn)樽灾剌p，膜建造可以不需要內(nèi)部支撐面大跨度掩蓋空間，這使人們可以更靈巧、更有創(chuàng)意地設(shè)計(jì)和使用建造空間。 膜結(jié)構(gòu)由以下三種形式： 充氣式膜結(jié)構(gòu)：通過(guò)空氣壓力支撐膜體來(lái)掩蓋建造空間。它形體單一，運(yùn)用較少； 張拉式膜結(jié)構(gòu)：通過(guò)鋼索與膜材共同受力形式穩(wěn)定曲面來(lái)掩蓋建造空間，它是索膜建造的代表和精華，具有高度的形體可塑性和結(jié)構(gòu)靈巧性；骨架式膜結(jié)構(gòu)：通過(guò)自身穩(wěn)定的骨架體系支撐膜體來(lái)掩蓋建造空間，骨架體系確定建造形體，膜體為掩蓋物。同國(guó)際先

7、進(jìn)水平相比，中國(guó)在膜結(jié)構(gòu)方面有相當(dāng)大的差距。但近年來(lái)在理論研究方面已做了不少工作。也開(kāi)頭消失一些實(shí)際的工程項(xiàng)目。如上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)的看臺(tái)挑篷是用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)。是我國(guó)首次在大型建造上采用膜結(jié)構(gòu)，但所用膜材是進(jìn)口的，設(shè)計(jì)、施工安裝也由外國(guó)公司舉行。 4. 高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系 高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是指用高強(qiáng)度材料、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的施工工藝建造起來(lái)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有進(jìn)展前途的一種建造結(jié)構(gòu)型式之一。目前。世界上幾乎全部的巍峨精尖的土木建造結(jié)構(gòu)都采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如大型公共建造、大跨重載工業(yè)建造、高層建造、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站平安殼、海洋平臺(tái)等幾乎

8、所有采用了這一技術(shù)。 與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力相結(jié)構(gòu)相比，高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有以下一些特點(diǎn)： 廣泛采用高強(qiáng)度材料：目前國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)從CA0 C80。甚至達(dá)到C100以上； 根據(jù)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)。大大改善了高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗震性能、正常使用性能等； 近年來(lái)開(kāi)辟了先進(jìn)的施工工藝為高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的大規(guī)模推廣應(yīng)用供應(yīng)了技術(shù)基礎(chǔ)。如高噸位、大沖程千斤頂?shù)膽?yīng)用和多種錨固體系等； 高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)適用范圍廣?？蛇m用于大跨和超大跨度以及使用性能高的結(jié)構(gòu)，并可拓展到高層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、鋼結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、路面等結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。 近年來(lái)。高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)進(jìn)展快速，已制定特地的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)程、工程中應(yīng)用

9、的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系也很豐盛。典型工程有面積最大的單體預(yù)應(yīng)力工程一首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓工程?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著高性能預(yù)應(yīng)力材料(高強(qiáng)混凝土、高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋、新型纖維塑料筋等)的推廣應(yīng)用以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)展。新型、高效應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系將在我國(guó)21 lit紀(jì)大規(guī)模基本建設(shè)中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 5. 開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu) 開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)是一種在很短時(shí)光內(nèi)部分或所有屋蓋結(jié)構(gòu)可以移動(dòng)或開(kāi)合的結(jié)構(gòu)形式，它使建造物在屋頂開(kāi)啟和關(guān)閉兩個(gè)狀態(tài)下都可以使用。它是將屋蓋系統(tǒng)分成若干個(gè)可動(dòng)和固定單元，通過(guò)可動(dòng)單元按一定軌跡移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，使之各單元之間搭接、迭放來(lái)實(shí)現(xiàn)屋蓋的開(kāi)合。 開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 將屋蓋開(kāi)啟使人感覺(jué)回歸自然，

10、情緒舒暢；遇有雨雪天氣，可將屋蓋關(guān)閉，從而使室內(nèi)活動(dòng)不受氣候影響；依據(jù)結(jié)構(gòu)體系，開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)可分為；柔性結(jié)構(gòu)的索膜和鋼結(jié)構(gòu)膜屋面開(kāi)合結(jié)構(gòu)； 空間剛性網(wǎng)格屋蓋單元開(kāi)合結(jié)構(gòu)； 可綻開(kāi)的開(kāi)合結(jié)構(gòu)； 氣膜開(kāi)合結(jié)構(gòu)。 開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)不僅用于體育館。而且廣泛用于飛機(jī)庫(kù)、商場(chǎng)、廠(chǎng)房及需要晾曬的倉(cāng)儲(chǔ)建造。到目前為止，世界上面積超過(guò)10 000m 的大型開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)已超過(guò)10座。這些大規(guī)模的開(kāi)合結(jié)構(gòu)的建成產(chǎn)生了十分好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，其應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。 6. 張拉整體結(jié)構(gòu) 張拉整體結(jié)構(gòu)是由一組繼續(xù)的拉桿和繼續(xù)的或不繼續(xù)的壓桿組合而成的自應(yīng)力、自支撐的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。其中"不繼續(xù)的壓桿"的含義是壓桿的端部互不接觸，即一個(gè)節(jié)點(diǎn)上只銜接一個(gè)壓桿。張拉整體結(jié)構(gòu)是美國(guó)建造師R.B.Fuller首先提出的一種結(jié)構(gòu)思想，他認(rèn)為宇宙的運(yùn)行就是根據(jù)張拉整體的原理舉行的，即萬(wàn)有引力是一個(gè)平衡的張力網(wǎng)。各個(gè)星球是這個(gè)網(wǎng)中的一個(gè)個(gè)孤立點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)體系中的索網(wǎng)就相當(dāng)于宇宙中的萬(wàn)