建筑工程新結構體系探究

孫義 熊衛

摘要：現階段，隨著社會的發展，我國的科學技術的發展也有了很大的進步。建筑行業的不斷發展以及建筑技術的逐步提高，進入21世紀以來，人們對建筑結構、建筑設計以及建筑質量的要求越來越高，從而提出了一系列新的結構體系。本文結合當代建筑工程的實際發展情況，介紹了目前建筑工程應用最多的幾種新型結構體系。

關鍵詞：建筑工程;新結構體系;探究

引言

近年來經濟的快速發展，使人們對建筑的要求也隨之提高，當前建筑物多以混凝土材料為主，這就導致裂縫問題無法避免，從而影響到建筑物結構的承載力，一旦裂縫過大還會導致鋼筋生銹，降低結構的耐久性，導致房屋滲漏問題發生，并影響建筑物的美觀性。因此針對于這類建筑物需要采取相應的加固措施，以此來確保其質量和安全。

1鋼—混凝土混合結構

20世紀80年代，我國引進芝加哥的鋼—混凝土混合結構，并將其普遍應用于高層建筑當中。我國建設部和冶金工業局非常重視鋼—混凝土混合結構的綜合使用效益，從20世紀末到21世紀初便一直將其列為重點結構綜合使用，尤其在高層辦公大樓、高層住宅建筑、高校建筑以及醫院建筑等方面應用的最為普遍。如今，鋼—混凝土混合結構形式依然遵循最初的建設及應用標準，較多應用于我國高層建筑領域當中，已經成為了當前超高層建筑的主要結構材料。據相關部門調查分析可知：我國高層建筑采用鋼―混凝土混合結構可以大大提高建筑材料的綜合利用比率，相比全鋼結構的使用周期和施工速度，鋼—混凝土混合結構明顯優化了許多，是目前高層建筑建設中最為有效的工程結構形式。鋼—混凝土混合結構主要由三大部分組合而成，分別是：鋼構件、鋼、混凝土組合構件，由于各部件各具特點和建筑優勢，因此它們可以組成各種不同的混合結構形式。具體而言，鋼結構和混凝土結構各自具有建筑優勢，鋼結構重量輕、強度好、建筑施工較為簡便，混凝土結構的剛度大、材料消耗少且防火性能較好，兩種建筑材料各具優勢，將兩者有效結合才能為我國高層建筑建設開辟一條全新的發展道路。簡言之，與其他材料結構相比，鋼—混凝土混合結構的主要優點是整體性能較好，可以灌筑成為一個有效的整體;可塑造性強，可以灌筑成為各種尺寸和形狀的結構;結構強度和防火性能較好，工程造價和維護費用都相對較低。然而，在具體建設過程中，也需要注意混合結構的缺點和不足之處，鋼構件、鋼與混凝土組合構件之間的協作性能還需進一步加強和提高，相應的控制指標還需進一步改善和優化;由于在室外施工，受天氣、氣候和季節的影響較大;新舊混凝土融合度較差，加大了后期的修復難度。

2索張拉結構

20世紀40年代末期，美國著名建筑師Fuller利用“拉壓共存”原理首次提出了索張拉整體體系，強調不連續的受壓構件與連續的受拉構件相互聯系，是一種高效率的鋼壓桿與預應力鋼索整合結構體系。該結構體系可以通過減少受壓狀態而使結構處于連續的張拉狀態，從而實現拉桿與壓桿相互聯系的最佳效應。分析建筑物結構的基本受力情況可知，結構的基本受力構件由受壓構件、受彎構件以及受拉構件三個部分組成。具體而言，受壓構件需要良好的整體配比，當受壓構件整體過長或者是整體過細都不利于有效發揮構件的穩定性，構件失衡便無法發揮自身的使用效益;受彎構件的截面應力不均勻，往往會使得構件無法發揮最大效用;相比而言，只有受拉構件的截面應力相對均勻，不會發生整體失衡的狀態。因此，在建筑工程中最大限度地發揮受拉構件的綜合作用，不僅可以提高構件的承載力和受壓能力，充分發揮各種建筑材料的自身強度，還能切實提高構件的使用效率和經濟效能。下面將通過一個典型的索張拉結構建筑實例———上海浦東國際機場，展示該結構的整體特點。20世紀末上海浦東國際機場正式建成，主要建筑航站樓由主樓和候機長廊兩大部分組成，由兩條信道連接，三層結構建成，總面積高達28萬平方米。該工程主要由主樓、高架進廳、登機長廊三大部分組成，主樓和高架進廳為連接3跨，跨度由東向西約為50m和40m，縱向長度約為410m。根據建筑結構和受力特點，航站樓的屋蓋斜挑鋼結構為國內外罕見的結構體系，主要采用了鋼筋混凝土結構和鋼結構兩大結構體系，標高12米以下的部分主要采用鋼筋混凝土結構體系，12米以上的大空間覆蓋面積主要采用鋼結構體系，兩種結構協調搭配，不但保證了航站樓的穩定性，也保證了其較高的經濟效益和使用效率。上海浦東機場的登機長廊跨度約為50m，縱向長度約為1400m，鋼屋架通過托架梁支撐在兩側不同的傾斜鋼柱上，張弦梁的上下弦均為圓弧形結構，其中，下弦為高強鋼索的梭子型鋼屋架結構體系，高端通過托架梁支撐在傾斜的鋼柱上，低端通過硂框架支撐在大梁上，通過縱向穩定以及橫向堅固措施加強整體結構建設，以此確保該工程成為了索張拉結構的經典之作。

3索穹頂結構

索穹頂結構來源于美國著名設計師Fuller的“張拉結構”思想，經過美國工程師Geiger和Levy的相繼改造，索穹頂結構在不斷發展中愈加完善，在美國、韓國等國家的體育館建設中得到了具體的實踐應用。20世紀80年代，我國從國外引進索穹頂結構，自從索穹頂結構引入中國，便以合理的受力、經濟的造價和簡便的施工等顯著優點贏得了廣大工程師的厚愛，發展至今，國內已經建成了三個索穹頂標志性工程，索穹頂結構無疑成為了近年來炙手可熱的建筑工程研究熱點之一。具體而言，索穹頂結構是效率極高的張力集成體系，主要的構件是鋼索，因其利用膜材作為屋面，始終處于張力狀態的索段構成穹頂而得名為索穹頂。索穹頂建筑結構體系將鋼索的強度特性發揮的淋漓盡致，不但有效避免了柔性結構的松弛狀況，而且整體材料較為輕薄，便于正常建設與施工，堪稱建筑界的“經濟造價之王”，普遍適用于跨度較大的結構之中。值得一提的是，索穹頂結構中的預應力鋼索壓桿少而短，極大提高了建筑鋼材的拉力和預應力。然而，索穹頂結構普遍存在索網平面外剛度不足、容易失穩等固有缺點，在建筑過程中，需要提出進一步的完善舉措。下面將通過一個典型的索穹頂結構建筑實例———天津理工大學體育館，展示該結構的別樣之處。天津理工大學體育館是第13屆全國運動會的競賽場館之一，是國內第一個跨度超過100米的長短軸馬鞍形索穹頂結構，也是目前天津市在施場館中難度最大的一項工程。天津理工大學體育館是一座綜合性很高的體育場館，該項目用地面積43045m²，項目總建筑面積17100m²，主要由中心場地、訓練館及配套用房組成。該場館采用鋼筋混凝土框架結構，外墻采用蒸壓加氣混凝土砌塊，屋面采用鋁鎂錳合金板防水屋面、雙層膜結構及花崗石屋面，建筑物的使用年限以及安全系數都達到了同類建筑物之首。該場館不僅造型獨特，還兼顧了采光、牢固、實用等多重功效，體育館的屋蓋采用了膜結構和金屬結構相結合的建造方式，采用質量極佳的上好材料膜，實現了大跨度建筑材料的完美應用，充分保證了場館白天的采光性能。然而，由于屋蓋罩面采用的是異形結構，兩個坡坡面能夠在一點實現交匯，在交角處實現平滑過渡，才能保證索穹頂結構的良好使用功效，這一建設特點也加大了施工難度。

結語

隨著高性能預應力材料的進一步發展以及先進建筑理論的合理應用，新型、實用、高效的預應力結構體系將會在我國建筑行業發揮越來越重要的建設作用，應該加強對高性能預應力建筑結構體系的綜合應用，從而實現建筑工程的快速發展和進步。

參考文獻

[1]陳孝堂.超高層建筑結構體系方案優選[J].建筑結構，2010，6：182～188

[2]宋浩，潘欽.深圳寶安體育場索張拉結構精度控制的若干措施[J].空間結構，2012，3：68～74