鋼結構預制構件拼接建筑結構的應用和發(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，讓我們看到鋼結構預制構件組裝連接建筑結構的前景。鋼結構預制構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計施工方向。

關鍵詞

中國作為地震多發(fā)國家，建筑結構的抗震是一個重要的課題。汶川地震中大量框架結構校舍的倒塌，造成超過50萬的兒童成為受災主體。作為建筑行業(yè)的一份子，在積極救災的同時，如何更好的提高建筑質量，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，即為采用鋼結構預制構件拼裝連接建筑，因其良好的抗震性能和快捷的建造速度被廣泛應用于災區(qū)重建項目上?；顒影宸渴且环N以輕鋼為骨架、以夾芯復合板為圍護材料，以標準模數進行空間組合，構件采用螺栓連接，可方便快捷地進行組裝和拆卸，實現了臨時建筑的通用標準化、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、可庫存、可多次周轉使用的定型房屋產品領域。因其為工業(yè)化生產以及采用標準標準化構件，從而具有通用性強、易拆裝重組、建造速度快、周轉次數多的特點。這種建筑目前已經大量用于野外作業(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。

汶川震后臨時活動安置房

圖 1 汶川震后臨時活動安置房

我們是否可以將災區(qū)校舍這種預制鋼構件建筑推廣到更多的建筑上呢？隨著鋼結構建筑的廣泛應用，建筑鋼結構設計的發(fā)展，我認為鋼結構預制構件拼接結構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、鋼結構預制構件拼接建筑結構簡述

拼裝連接建筑系統一般可由地基、結構、圍護、空間分割，設備等組成?？捎袃煞N預制構件連接方案：

方案一建筑系統完全可以在各層的基礎上，通過空間使用情況進行分格。將每格作為一個獨立的由預制構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構預制構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構柱網連接。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）。其結構如圖 2所示。

鋼結構預制構件連接方案

圖 2 鋼結構預制構件連接方案

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：

集裝箱酒店

圖 3 集裝箱酒店

據估算，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%?！凹b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。一旦活動結束之后，又可以迅速將其拆除。

方案二建筑系統可以用一個個獨立的預制構件，以鋼結構框架為結構主體，各層樓板分段固定在鋼結構的框架結構上?；蛘哂山ㄖ摻Y構框架及與之牢固連接的受力幕墻形成框筒，與樓面內部承重用框架共同組成結構體系。如圖 4所示：

鋼結構預制構件連接方案

圖 4 鋼結構預制構件連接方案

建筑結構要承受水平荷載、豎向荷載和扭轉力矩等多種力的作用，水平荷載作為高層建筑結構設計的決定因素，側移成為控制指標。過大的結構側移會使結構因P-Δ效應而產生較大的附加內力，同時結構過大側向變形還導致隔墻、圍護墻開裂，甚至造成電梯因軌道變形而不能正常運行。為了使預制鋼結構構件組裝式高層建筑能夠適應各種自然條件及不同使用要求，在實際工程中組成這些結構的構件主要是以下三種基本形式：線性構件、平面構件和立體構件。這三類構件均可以做成預制構件，這樣就給構件的生產提供的極強的可行性。結構體系的優(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。

現試以某學舍類多層建筑為例（該校舍為六層框架結構，屋面為玻璃采光頂，外墻圍護結構為石材幕墻），簡要介紹鋼結構拼接建筑的結構概況：該鋼結構拼接建筑采用鋼框架體系（純框架架構），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）對應于柱彎矩較大或計算長度較大的方向；根據“強連接、弱桿件”的耐震設計準則，框架節(jié)點采用“柱貫通型”，栓-焊混合連接，如圖 5所示：

鋼結構拼接建筑的結構概況

圖 5 鋼結構拼接建筑的結構概況