鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展(1)

2013年9月9日

摘 要

汶川地震震后重建過程中臨時活動安置房的大量使用，讓我們看到鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件組裝連接建筑結(jié)構(gòu)的前景。鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件組裝連接建筑由于其優(yōu)良的抗震性能和施工優(yōu)勢，必將成為新的建筑設(shè)計施工方向。

關(guān)鍵詞

鋼結(jié)構(gòu) 預(yù)制構(gòu)件 組裝連接 抗震

中國作為地震多發(fā)國家，建筑結(jié)構(gòu)的抗震是一個重要的課題。汶川地震中大量框架結(jié)構(gòu)校舍的倒塌，造成超過50萬的兒童成為受災(zāi)主體。作為建筑行業(yè)的一份子，在積極救災(zāi)的同時，如何更好的提高建筑質(zhì)量，增強建筑抗震能力，成為我們研究的課題。

在汶川地震中被廣泛應(yīng)用的臨時活動安置房（或叫活動板房），如（圖 1）所示，即為采用鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼裝連接建筑，因其良好的抗震性能和快捷的建造速度被廣泛應(yīng)用于災(zāi)區(qū)重建項目上。活動板房是一種以輕鋼為骨架、以夾芯復(fù)合板為圍護材料，以標(biāo)準模數(shù)進行空間組合，構(gòu)件采用螺栓連接，可方便快捷地進行組裝和拆卸，實現(xiàn)了臨時建筑的通用標(biāo)準化、環(huán)保節(jié)能、快捷高效的建筑理念，使臨建房屋進入一個工業(yè)化生產(chǎn)、可庫存、可多次周轉(zhuǎn)使用的定型房屋產(chǎn)品領(lǐng)域。因其為工業(yè)化生產(chǎn)以及采用標(biāo)準標(biāo)準化構(gòu)件，從而具有通用性強、易拆裝重組、建造速度快、周轉(zhuǎn)次數(shù)多的特點。這種建筑目前已經(jīng)大量用于野外作業(yè)的臨時施工用房以及城市市政、商業(yè)及其他臨時性用房。

圖 1 汶川震后臨時活動安置房

我們是否可以將災(zāi)區(qū)校舍這種預(yù)制鋼構(gòu)件建筑推廣到更多的建筑上呢？隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應(yīng)用，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展，我認為鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接結(jié)構(gòu)體系完全可以運用于諸如多高層建筑等更多的具體工程實踐。

1、鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接建筑結(jié)構(gòu)簡述

拼裝連接建筑系統(tǒng)一般可由地基、結(jié)構(gòu)、圍護、空間分割，設(shè)備等組成。可有兩種預(yù)制構(gòu)件連接方案：

方案一 建筑系統(tǒng)完全可以在各層的基礎(chǔ)上，通過空間使用情況進行分格。將每格作為一個獨立的由預(yù)制構(gòu)件組成的吊裝單元彼此相連，并與地基可靠連接。建筑工人在施工時，只需將一個個模塊化的鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件吊裝單元由低到高如“堆積木”一般碼放在指定位置，然后再用高強度螺栓將其同已布置好的鋼結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)連接。只需對外立面進行涂料處理或裝飾以幕墻（與常規(guī)建筑外墻相同）。其結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

圖 2 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件連接方案

落成后的建筑物與普通建筑物并無二致。英國經(jīng)濟型連鎖酒店巨頭Travelodge集團正在倫敦建造全球第一家八層的可回收式酒店就采取了類似的方案：將一個個模塊化的集裝箱由低到高將其彼此拴住。然后裝上門窗，稍作裝飾和布置后，給大樓加“穿”上“外衣”。最后，只需對大樓的外立面稍加裝飾，落成后的“集裝箱酒店”外觀上便與該集團其他330家普通酒店毫無二致。如圖 3所示：

圖 3 集裝箱酒店

據(jù)估算，Travelodge集團以前一座擁有100套客房的普通酒店造價約為500萬英鎊，而“集裝箱酒店”的造價則可減少10%。“集裝箱酒店”還將工程周期縮短了約25%，專家指出，“集裝箱酒店”有望引發(fā)一場“住宿革命”。比如，在某個大型節(jié)日或綜合性運動會開幕時，可以為客人提供一個臨時性酒店。一旦活動結(jié)束之后，又可以迅速將其拆除。

方案二 建筑系統(tǒng)可以用一個個獨立的預(yù)制構(gòu)件，以鋼結(jié)構(gòu)框架為結(jié)構(gòu)主體，各層樓板分段固定在鋼結(jié)構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)上。或者由建筑鋼結(jié)構(gòu)框架及與之牢固連接的受力幕墻形成框筒，與樓面內(nèi)部承重用框架共同組成結(jié)構(gòu)體系。如圖 4所示：

圖 4 鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件連接方案

建筑結(jié)構(gòu)要承受水平荷載、豎向荷載和扭轉(zhuǎn)力矩等多種力的作用，水平荷載作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的決定因素，側(cè)移成為控制指標(biāo)。過大的結(jié)構(gòu)側(cè)移會使結(jié)構(gòu)因P-Δ效應(yīng)而產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，同時結(jié)構(gòu)過大側(cè)向變形還導(dǎo)致隔墻、圍護墻開裂，甚至造成電梯因軌道變形而不能正常運行。為了使預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝式高層建筑能夠適應(yīng)各種自然條件及不同使用要求，在實際工程中組成這些結(jié)構(gòu)的構(gòu)件主要是以下三種基本形式：線性構(gòu)件、平面構(gòu)件和立體構(gòu)件。這三類構(gòu)件均可以做成預(yù)制構(gòu)件，這樣就給構(gòu)件的生產(chǎn)提供的極強的可行性。結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)良抗震能力更是可以更好的減少汶川校舍倒塌悲劇的發(fā)生。

現(xiàn)試以某學(xué)舍類多層建筑為例（該校舍為六層框架結(jié)構(gòu)，屋面為玻璃采光頂，外墻圍護結(jié)構(gòu)為石材幕墻），簡要介紹鋼結(jié)構(gòu)拼接建筑的結(jié)構(gòu)概況：該鋼結(jié)構(gòu)拼接建筑采用鋼框架體系（純框架架構(gòu)），框架的一般柱、梁，采用熱軋或焊接寬翼緣H型鋼，并使用強軸（較大慣性矩）對應(yīng)于柱彎矩較大或計算長度較大的方向；根據(jù)“強連接、弱桿件”的耐震設(shè)計準則，框架節(jié)點采用“柱貫通型”，栓-焊混合連接，如圖 5所示：

圖 5 鋼結(jié)構(gòu)拼接建筑的結(jié)構(gòu)概況

相關(guān)內(nèi)容：

鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件拼接建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展(完)

查看更多集裝箱房屋|集裝箱活動房|住人集裝箱|集裝箱住宅|集裝箱建筑|二手集裝箱論文文獻