本站原创（辽宁省水利水电勘测设计研究院,辽宁,沈阳,110006）
【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
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.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.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.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.
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.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.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.
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,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”,贵州大学研制的“钢―混凝土组合空腹夹层板”.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m2.“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2009年开始进行新型竹结构的研究,并于2011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.