钢-混凝土组合薄壳屋盖地研究进展.pdfVIP

第三届全国现代结构工程学术研讨会 钢一混凝土组合薄壳屋盖的研究进展 滕锦光1 赵 阳2 王汉铤1 王增春3 董石麟2 (1香港理工大学土木系；2浙江大学孛间结构研究中心，杭州310027；3卜海交通大学空间结构研究中心，卜海200030) 摘要：钢一混凝土组合薄壳屋盖——c伽皓heu屋盖体系，是将混凝土浇注入作为永久模板并替代钢筋的薄壁加劲钢底壳 而成形的。薄壁钢底壳由包括底板及周边板的模块化无盖扁盒状单元通过螺栓连接而成，为两个方向均带薄壁加劲板的钢 壳。这一新体系保留了混凝土薄壳屋盖的所有优点，叉不需要使用临时模板，并大幅减少临时支撑。目前本文作者正在对这 类组合薄壳屋盖的结构性能与设计方法进行系统深入的研究。本文首先对这种新型结构体系进行简单介绍，然后对该体系 各种可能破坏模式的研究进展进行总结。 关键词：薄壳屋盖，混凝土薄壳，组合结构，模块化结构，屈曲 一、引言 混凝土薄壳结构作为大跨度屋盖的一种形式在世界各地得到了大量应用，但近二三十年来其应用逐渐 减少。主要原因在于混凝土薄壳的施工需要架设I临时模板、而薄壳成形后又需将其拆除，此外混凝土浇注时 还需设置临时支撑，因而施工过程需要大量的劳动力而且成本很高。另一方面，随着计算技术的发展，对复 杂骨架式空间结构的分析越来越容易，也使得混凝土壳体不再像以前那样具有竞争力。 近几十年来，针对混凝土薄壳的建造方法也进行了一些新的尝试，旨在省略临时模板的使用，但总的说 结，并指出“混凝土薄壳屋盖的施工成形仍存在巨大的、尚未解决的问题。应当毫无偏见地探索各种新的方 法”。混凝土薄壳屋盖成形技术的必威体育精装版发展是由文献[2]提出的Comshell体系，相信这一新型结构体系的开 发将为解决混凝土薄壳的施工难题提供一种非常有效的方法。本文首先对Comshell体系进行简单介绍，然 后对该体系各种破坏模式的研究进展进行总结。 二、COMSHELL屋盖体系 Comshell屋盖体系是将混凝土浇注入作为永久模板及并替代钢筋的薄壁加劲钢底壳而成形的一种钢一 混凝土组合薄壳屋盖。钢底壳由模块化单元件通过螺栓连接而成，单元件则为由平底板或微弯底板以及周 边板组成的顶部敞开的盒子(图1)。采用不同形状的底板可以形成不同形式的壳体，本文讨论仅限于圆柱 面屋盖，这是采用模块化方法最容易建造的壳体形式。 建造圆柱面屋盖的模块化单元，其中的两块周边板应与底板呈一定的倾角，这样当它们通过螺栓组装后 就可形成一定曲率的曲面形状(图1，图2)。单元件的周边板上钻有螺栓孔以方便相邻单元的螺栓连接，而 由螺栓连接起来的周边板则构成了壳体两个方向上的加劲板(图2)。壳体的曲面可近似地由平底板的单元 件构成，也可由微弯底板的单元件精确构成，采用微弯底板时所有周边板均与底板垂直。实际上，底板可以 是凸的，也可以是凹的，若有需要还可以是小波纹状的，从而提高底板的局部稳定性。 Comshell体系具有以下特点：(1)单元件在工厂大批量生产，只需几种标准尺寸及曲率的单元件就可方 便地构成一定跨度及曲率的壳体；(2)运输及搬运容易，单元件可由螺栓连接形成较大的曲面(如半跨的拱 片)后进行提升；(3)由单元件构成的钢底壳具有许多由周边板形成的薄壁加劲板，从而大幅提高壳体的屈曲 承载能力，施工过程中的l临时支撑可大大减少；(4)加劲板可防止湿混凝土沿壳体表面下流；(5)加劲板及螺 栓共同作为钢壳与混凝土之间的剪力连接件，因此通常不再需要焊以附加的剪力键；(6)由于加劲板的上端 与壳体上表面十分接近(仅有必要的混凝土保护层)，加劲板能提供一定的抵抗负弯矩的能力。加劲板也为 工业建筑2003年增刊 第三届全国现代结构工程学术研讨会 铺设配筋(通常用钢筋网片作为构造配筋即可)起到准确定位的作用。 图1模块化单元件及螺栓连接 图2由模块化单元件构成的钢底壳 ≮j一 通过采用适当的小波纹，模块化单元件的底板通常只需采用1—2mm厚的钢板就足以承受湿混凝土产 生的荷载，而不致产生过大的变形、应力并避免局部失稳。由于钢板厚度很小，单元件可方便地通过冲压成 形，确保精确的几何控制。单元件可在地面组装成拱片再进行提升，以保证对拼装后壳体几何形状的严格控 制，同时减少对f晦时支撑的要求。 三、破坏