探討建筑結構形式的發展

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧，沈陽，110006）

【摘要】本著“安全、合理、先進、經濟”的結構設計原則，介紹了近年來出現的各種新型建筑結構形式，闡述了這些新型結構形式的發展情況，以求能推廣和應用，為社會主義現代化建設做出貢獻。

【關鍵詞】新型建筑結構形式，索承網殼結構，新型鋼—混凝土組合結構，新型竹結構

近年來，為了滿足人民對生活條件改善以及基礎設施建設的需求，圍繞“安全、合理、先進、經濟”的結構設計原則，廣大的結構工程師研制和開發出了大批的新型建筑結構形式，為土木工程行業的發展做出了重要的貢獻。

1 索承網殼結構

索承單層網殼來源于著名建筑師富勒在1962年提出的由索和桿組成的張拉整體結構全新的結構思想，張拉整體結構體系以其簡潔的明確的力學概念為大跨度結構的應用創造了新的奇跡。索承單層網殼結構是由上層單層網殼和下層環索、斜索通過豎桿連接而成，索由網殼節點連接到懸掛于單層球面網殼的豎桿的下端。它充分發揮了單層網殼與索承穹頂結構兩者的優點彌補兩者的不足。近年來，全國各地也新建了多個索承網殼結構，例如武漢體育館，常州市橢球形索承單層網殼。從結構設計基本原則“安全、合理、先進、經濟”四方面來看，索承網殼結構滿足結構設計四方面基本原則，符合建設設計與結構設計和諧統一，滿足科學發展觀指導下“建設創新型國家”，具體實施方針為“循環經濟”“可持續性發展”“節能減排”的要求，是當前大跨空間結構一種優良的結構體系。

2 新型鋼—混凝土組合結構

如今，鋼—混凝土組合結構已經成為工程領域的重要的結構形式。鋼—混凝土組合結構具有承載能力大，剛度大，抗震性能好，截面尺寸小，自重輕，跨越能力大，省腳手架和模板，施工快速方便，易滿足一些特殊需求等優點。其唯一的缺點就是需要進行防火處理。

清華大學聶建國教授及其團隊近些年來開發出許多新型組合結構，如組合轉換結構、鋼管混凝土格構柱、鋼板剪力墻、鋼板—混凝土組合梁、雙鋼板型組合結構、大跨鋼—混凝土組合空間結構、槽形組合梁。組合轉換結構相對于鋼筋混凝土梁式轉換結構而言，具有承載力高、自重小、抗裂性好的優點。為研究鋼—混凝土組合轉換梁與鋼管混凝土柱的組合受力性能，清華大學做了組合轉換框架的試驗。

雙鋼板型組合結構，是一種新型的組合結構，具體構造是由兩塊鋼板之間用栓釘連接起來，形成一塊“半剛性”的板，施工的時候在板里面澆灌混凝土，形成一種類似“三明治”的結構。這種組合結構具有強度高、延性好、施工方便快捷、沒有裂縫。可加工成板、梁、柱、剪力墻，可用于隧道、儲水池等對裂縫要求很嚴格的結構和海洋平臺、核電廠等處于復雜環境中的結構。單肢鋼管混凝土柱將鋼管和混凝土有效組合，充分發揮了二者的材料性能，因而得到了工程界的廣泛青睞。但是當荷載偏心或構件長細比較大時，單肢鋼管混凝土柱難以發揮其最優性能構件在軸壓下所具有的優勢難以體現。而格構式的構件可以保證單肢接近理想軸壓狀態，且又具有較大的截面慣性矩，可以充分發揮鋼管混凝土原有優勢，有效解決圓鋼管混凝土柱不利于壓彎的問題。鋼管混凝土格構柱越來越多地被用于工業廠房、鋼管混凝土拱橋等工程結構中，在超高層建筑、巨型結構、橋墩、塔等領域也具有廣泛的應用前景。為了緩解城市交通壓力，世界各國都在大力發展軌道交通。軌道交通橋梁的結構形式直接關系到軌道交通的建設費用、城市景觀協調、減振降噪等問題。槽形梁(也稱為U形梁)利用底板支承軌道及列車，降低軌道標高，在滿足橋下凈空的前提下降低了橋梁及車站的高度;結構高度減薄，高跨比減小，結構體量較小顯得輕巧、美觀，在很大程度上可減小對周邊環境特別是視覺效果的不利影響;主梁的腹板將隔音屏障功能與結構受力的功能合二為一，節省了隔音板。

槽形梁內側易于布置各類通訊、電力等設備，整個截面的空間利用率高;具有列車脫軌時的保護功能，節省了護輪軌，提高了整個軌道系統的安全性。但由于混凝土底板易開裂，施工工藝復雜等問題，這種結構形式一直沒有推廣應用。清華大學聶建國教授提出一種槽形組合梁結構，很好的彌補了上述鋼—混凝土槽形梁的缺點。大跨鋼—混凝土組合空間結構是利用組合結構的空間受力性能開發的一種組合結構。目前主要有清華大學推廣應用的“雙向組合梁板結構”，貴州大學研制的“鋼—混凝土組合空腹夾層板”。其中“雙向組合梁板結構”應用面積最大的建筑是武昌火車站，武昌火車站西站房主體3層，平面為246m×56m，東站房平面為108 m×18 m，站房總建筑面積為31. 4萬m2。“鋼—混凝土組合空腹夾層板”應用面積最大的是黑龍江中醫藥大學訓練大樓。

3 新型竹結構

湖南大學的肖巖教授在國內從2009年開始進行新型竹結構的研究，并于2011年在湖南大學建起了第一棟輕型竹結構的示范性建筑。這種竹結構采用的是膠合竹和竹夾板用釘或者螺栓連接起來。這種竹結構房施工方便快捷，既可在工廠預制，也可以在施工現場組裝，模塊化程度高，適合單體住宅、聯排住宅及其他層數較低的房屋建設，也符合低碳的要求。

參考文獻

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