裝配式建筑工程知識(shí)分享：新型建筑結(jié)構(gòu)體系淺談

1. 鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)

鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)是我國目前在高層建筑領(lǐng)域里應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長，前者具有重量輕、強(qiáng)度高、延性好、施工速度快、建筑物內(nèi)部凈空高度大等優(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)為高層建筑的發(fā)展開辟了一條新途徑。統(tǒng)計(jì)分析表明，高層建筑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 I]I Building(36層137m)。我國至20世紀(jì)80年代才將鋼結(jié)構(gòu)用于高層建筑，目前已建成或在建的高層建筑(約有40余幢)中.有一半以上采用的是鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)，其中的典型建筑是上海金茂大廈。鋼一一混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院及住宅等建筑中將有更廣泛的應(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)和巨型分離式結(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)的材料使用正好滿足了盡量開展的原則，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)，是一種非常合理的超高層結(jié)構(gòu)形式;從建筑角度看。巨型結(jié)構(gòu)可以滿足許多具有特殊形態(tài)和使用功能的建筑平立面要求。使建筑師們的許多天才想象得以實(shí)施。

巨型結(jié)構(gòu)作為高層或超高層建筑的一種嶄新體系。由于其自身的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，已越來越被人們重視，并越來越多地應(yīng)用于工程實(shí)際，是一種很有發(fā)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(常見的有PVC類、PTFE類及有機(jī)硅類)及輔助結(jié)構(gòu)(常見的有鋼索、鋼桁架或鋼柱等)通過一定的方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力。并形成應(yīng)力控制下的某種空間形態(tài)。作為覆蓋結(jié)構(gòu)或建筑物主體，并具有足夠的剛度以抵御外部荷載作用的一種空問結(jié)構(gòu)形式。其中基材織物。主要決定膜材的力學(xué)性質(zhì)。提供材料的抗拉強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度等;涂層。主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等。

膜結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：① 多變的支撐結(jié)構(gòu)和柔性膜材使建筑物造型更加多樣化，新穎美觀。同時(shí)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)之美。且色彩豐富;膜建筑屋面重量僅為常規(guī)鋼屋面的1/30，這就降低了墻體和基礎(chǔ)的造價(jià)，同時(shí)膜建筑奇特的造型和夜景效果有明顯的"建筑可識(shí)性"和商業(yè)效應(yīng)，其價(jià)格效益比更高;② 膜工程中所有加工和制作依設(shè)計(jì)均可在工廠內(nèi)完成，在現(xiàn)場(chǎng)只進(jìn)行安裝作業(yè)，與傳統(tǒng)建筑的施工周期相比，它幾乎要快一倍;③ 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，這極大程度上阻止太陽能進(jìn)入室內(nèi)。另外。膜材的半透明性可以充分利用自然光;④ 由于自重輕，膜建筑可以不需要內(nèi)部支撐面大跨度覆蓋空間，這使人們可以更靈活、更有創(chuàng)意地設(shè)計(jì)和使用建筑空間。

膜結(jié)構(gòu)由以下三種形式：① 充氣式膜結(jié)構(gòu)：通過空氣壓力支撐膜體來覆蓋建筑空間。它形體單一，運(yùn)用較少;② 張拉式膜結(jié)構(gòu)：通過鋼索與膜材共同受力形式穩(wěn)定曲面來覆蓋建筑空間，它是索膜建筑的代表和精華，具有高度的形體可塑性和結(jié)構(gòu)靈活性;③骨架式膜結(jié)構(gòu)：通過自身穩(wěn)定的骨架體系支撐膜體來覆蓋建筑空間，骨架體系決定建筑形體，膜體為覆蓋物。同國際先進(jìn)水平相比，中國在膜結(jié)構(gòu)方面有相當(dāng)大的差距。但近年來在理論研究方面已做了不少工作。也開始出現(xiàn)一些實(shí)際的工程項(xiàng)目。如上海八萬人體育場(chǎng)的看臺(tái)挑篷是用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)。是我國首次在大型建筑上采用膜結(jié)構(gòu)，但所用膜材是進(jìn)口的，設(shè)計(jì)、施工安裝也由外國公司進(jìn)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)的施工工藝建筑起來的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。目前。世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結(jié)構(gòu)都采用了高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)，如大型公共建筑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺(tái)等幾乎全部采用了這一技術(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)：① 廣泛采用高強(qiáng)度材料：目前國內(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;② 按照現(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;③ 近年來開發(fā)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)用提供了技術(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;④ 高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)適用范圍廣。可適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。高效預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國發(fā)展迅速，已制定專門的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工規(guī)程、工程中應(yīng)用的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系也很豐富。典型工程有面積最大的單體預(yù)應(yīng)力工程一首都國際機(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)的不斷發(fā)展。新型、高效應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系將在我國21 lit紀(jì)大規(guī)模基本建設(shè)中發(fā)揮越來越大的作用。

5. 開合屋蓋結(jié)構(gòu)

開合屋蓋結(jié)構(gòu)是一種在很短時(shí)間內(nèi)部分或全部屋蓋結(jié)構(gòu)可以移動(dòng)或開合的結(jié)構(gòu)形式，它使建筑物在屋頂開啟和關(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、迭放來實(shí)現(xiàn)屋蓋的開合。

開合屋蓋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：① 將屋蓋開啟使人感覺回歸自然，心情舒暢;②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，開合屋蓋結(jié)構(gòu)可分為;③柔性結(jié)構(gòu)的索膜和鋼結(jié)構(gòu)膜屋面開合結(jié)構(gòu);④ 空間剛性網(wǎng)格屋蓋單元開合結(jié)構(gòu);⑤ 可展開的開合結(jié)構(gòu);⑥ 氣膜開合結(jié)構(gòu)。 開合屋蓋結(jié)構(gòu)不僅用于體育館。而且廣泛用于飛機(jī)庫、商場(chǎng)、廠房及需要晾曬的倉儲(chǔ)建筑。到目前為止，世界上面積超過10 000m 的大型開合屋蓋結(jié)構(gòu)已超過10座。這些大規(guī)模的開合結(jié)構(gòu)的建成產(chǎn)生了非常好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，其應(yīng)用會(huì)越來越廣。

6. 張拉整體結(jié)構(gòu)

張拉整體結(jié)構(gòu)是由一組連續(xù)的拉桿和連續(xù)的或不連續(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"不連續(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)上只連接一個(gè)壓桿。張拉整體結(jié)構(gòu)是美國建筑師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)行就是按照張拉整體的原理進(jìn)行的，即萬有引力是一個(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)于宇宙中的萬有引力，獨(dú)立的受壓桿。張拉整體結(jié)構(gòu)符合自然規(guī)律，可以最大限度地利用材料和截面的特性，因而可以用盡量少的鋼材建造超大跨度建筑。

7. 折疊結(jié)構(gòu)

折疊結(jié)構(gòu)是將剪式桿單元或伸縮式單元與張力膜融為一體，具有可重復(fù)使用，折疊后體積小，便于運(yùn)輸、施工等特點(diǎn)。

在日常生活中我們常見的折疊帳篷和折疊雨傘都屬于折疊結(jié)構(gòu)。

裝配式建筑作為一種新興的建筑施工方法，其很多優(yōu)點(diǎn)都是傳統(tǒng)建筑無法比擬的。以上內(nèi)容就是“裝配式建筑工程知識(shí)分享：新型建筑結(jié)構(gòu)體系淺談”，更多精彩內(nèi)容可繼續(xù)關(guān)注環(huán)球網(wǎng)校!點(diǎn)擊下方免費(fèi)下載，可領(lǐng)取裝配式精華考點(diǎn)/課程講義。