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現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)的開發(fā)及其在汶川地震災(zāi)后安置中的應(yīng)用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]


    　摘 要: 本文根據(jù)現(xiàn)代力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)學(xué)等理論，開發(fā)新型竹材結(jié)構(gòu)及材料、建立工業(yè)化生產(chǎn)方法、設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)的綜合技術(shù)，并建設(shè)了現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)別墅、橋梁、活動(dòng)板房等示范工程，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響。汶川震災(zāi)后，開發(fā)出的快速裝配式現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)抗震安置房已在災(zāi)區(qū)安裝和使用。
    　　關(guān)鍵詞: 現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)； 開發(fā)； 震災(zāi)后的應(yīng)用。
    　　
    　　1引言
    　　
    　　2008年5月12日發(fā)生在四川汶川的里氏震級(jí)8.0級(jí)特大地震，大量磚混結(jié)構(gòu)的墻體倒塌，造成預(yù)制樓板坍落，導(dǎo)致大量的人員傷亡，受災(zāi)群眾無家可歸。對(duì)于每一個(gè)搞土木工程的人來說這次地震給我們留下了巨大的遺憾，很多結(jié)構(gòu)的破壞在以往地震中都有過血的教訓(xùn)，以現(xiàn)有的工程設(shè)計(jì)和施工水平本應(yīng)可以在相當(dāng)程度上避免。湖南大學(xué)土木工程學(xué)院及湖南大學(xué)建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在地震發(fā)生后幾乎第一時(shí)間派出了研究人員實(shí)地考察災(zāi)害情況，收集資料。
    　　我們?cè)跒?zāi)區(qū)也對(duì)地震災(zāi)后應(yīng)急處理進(jìn)行了一定的考察，特別注意到災(zāi)后災(zāi)民生活出現(xiàn)了極端的困難，如圖1所示，很多災(zāi)民不得不住在非常簡(jiǎn)陋的自制帳篷里面，有的甚至露宿街頭，生活極為不便。
    　　考察回來后我們迫切的感到需要開發(fā)出低成本的新型快速裝配抗震房，供安置災(zāi)民用。
    　　
    　　2現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)抗震安置房的開發(fā)
    　　
    　　2.1 背景
    　　基于對(duì)竹材性能、竹材資源和建筑業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)，湖南大學(xué)現(xiàn)代竹木及組合結(jié)構(gòu)研究所對(duì)竹結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并率先提出了現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)住宅的新型結(jié)構(gòu)體系[1][2]。基于現(xiàn)代力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)學(xué)等理論，開發(fā)新型竹材結(jié)構(gòu)及材料，建立工業(yè)化生產(chǎn)方法、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)的綜合技術(shù)，并建設(shè)了現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)別墅、竹結(jié)構(gòu)橋梁和竹結(jié)構(gòu)活動(dòng)房等示范工程，在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生了重要影響。課題組考察了災(zāi)區(qū)后，我們基于已有的專利技術(shù)，緊急開發(fā)出快速裝配式現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)抗震安置房，并建設(shè)了樣板工程。這種住宅采用模塊式設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，主要特點(diǎn)是加工快，裝配快，抗震性能好，可拆裝重復(fù)使用，主要建筑材料環(huán)保，保溫隔熱效果好，且造價(jià)低廉。
    　　2.2房屋類型與功能設(shè)計(jì)
    　　快速裝配式現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)抗震安置房屬于預(yù)制裝配式房屋，建筑方式與功能與常用的輕鋼結(jié)構(gòu)活動(dòng)板房基本相同?？焖傺b配式現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)抗震安置房以普通的膠合竹板為基本材料，所用規(guī)格板材均為現(xiàn)在大量生產(chǎn)和銷售的常規(guī)板材，故建筑材料來源廣泛，價(jià)格合理。由于膠合竹板的寬度為1220mm，為了提高材料的利用率，故安置房的基本建筑模數(shù)為1.22m，安置房標(biāo)準(zhǔn)平面為5×2型，可供十戶居住，每戶面積約為17.8m2到22.3m2并可視實(shí)際情況增加每戶面積或增減戶數(shù)。每戶立面上設(shè)置一個(gè)門、兩個(gè)窗，每個(gè)窗戶的自然采光面積為1.5m2，每戶的自然采光面積為3 m2。竹結(jié)構(gòu)臨時(shí)安置教室的平面面積每間約為48m2，如圖2所示。其他設(shè)計(jì)與安置房大致一樣。圖3為安置房在四川廣元市安裝和使用的情況。第一批安置房被作為四川廣元北街小學(xué)的醫(yī)院辦公室和診室。第二批17套安置教室在6月底安裝完畢并作為當(dāng)?shù)馗呖伎紙?chǎng)。





    2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    　　竹結(jié)構(gòu)抗震安置房的抗震設(shè)計(jì)采用了北美木結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)的方法，單層安置房可以簡(jiǎn)化為單自由度體系，在輕型竹結(jié)構(gòu)中，側(cè)向力抵抗系統(tǒng)（LFRS）包括剪力墻、橫隔層（即屋蓋）以及它們的互相結(jié)合，形成了基本抗側(cè)向力機(jī)構(gòu)。剪力墻的設(shè)計(jì)應(yīng)包括：
    　　（1）墻面板抗剪
    　?。?）連接件與墻端構(gòu)件抗傾覆
    　　（3）連接件傳遞剪力墻的剪力。
    　　本文采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法（allowable stress design），假定安置房位于美國(guó)規(guī)范的3度區(qū)（seismic zone 3），相當(dāng)于中國(guó)的9度設(shè)防。
    　　屋蓋中橫隔的作用和工字形梁類似，其面板可作為工字形梁的腹板抵抗剪力，邊界桿件可作為工字形梁的翼緣抵抗彎矩。橫隔的設(shè)計(jì)應(yīng)包括：
    　?。?）面板抵抗側(cè)向剪力
    　?。?）周邊骨架抵抗橫隔邊界桿件的力
    　?。?）連接件傳遞樓蓋或屋蓋的側(cè)向力
    　　竹屋架是輕型竹結(jié)構(gòu)安置房中的主要受力構(gòu)件，它的承載能力關(guān)系著整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性能。為了驗(yàn)證安置房的安全性能，課題組進(jìn)行了一系列的靜力試驗(yàn)，如圖4所示。
    　　模擬雪荷載的均布荷載試驗(yàn)表明，在均布荷載為500N/m2的情況下，屋架及其屋面板的變形很小，能夠滿足規(guī)范要求，在2倍的雪荷載1000N/m2的情況下，屋架及其屋面板還能保持很好的工作性能。
    　　屋架靜力試驗(yàn)結(jié)果表明，輕型竹屋架在設(shè)計(jì)荷載下有很好的工作性能，試驗(yàn)得到的平均極限承載力約為設(shè)計(jì)荷載的1.7倍，竹屋架具有較大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。輕質(zhì)高強(qiáng)的竹屋架是一種經(jīng)濟(jì)、可靠、環(huán)保的結(jié)構(gòu)體系。
    　　2.4 其他試驗(yàn)
    　　針對(duì)竹結(jié)構(gòu)安置房，課題組邀請(qǐng)有資質(zhì)的測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量的測(cè)定，結(jié)果完全滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。安置房的防火設(shè)計(jì)采用內(nèi)貼石膏板，按照計(jì)算滿足30min的耐火極限，近期將進(jìn)行實(shí)測(cè)。
    　　
    　　3安置教室
    　　
    　　如圖5所示，由湖南大學(xué)師生以及美國(guó)藍(lán)月基金捐資生產(chǎn)的17套50m2竹結(jié)構(gòu)臨時(shí)教室以及3套16m2的安置房已于2008年6月底在四川廣元北街小學(xué)安裝完畢，并投入高考和正常的教學(xué)。
    　　
    　　4結(jié)論
    　　
    　　竹材是一種重要的森林資源，我國(guó)的竹林種植面積和竹材產(chǎn)量均居世界首位，中南地區(qū)竹材資源極為豐富。將竹材這一自然資源應(yīng)用于土木工程，作為主要的結(jié)構(gòu)材料使用，發(fā)展新型竹結(jié)構(gòu)體系，符合建設(shè)“兩型社會(huì)”和建筑可持續(xù)發(fā)展的要求，極有希望成為土木工程領(lǐng)域中變革的突破點(diǎn)。竹材與竹結(jié)構(gòu)具有以下幾點(diǎn)特性：第一，原材料來源廣，可再生；第二，竹材具有良好的物理力學(xué)性能和加工性能；第三，外形美觀，耐久性好。
    　　利用中南地區(qū)和四川當(dāng)?shù)氐呢S富竹資源，課題組開發(fā)出現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)抗震安置房并在四川災(zāi)區(qū)安裝，使用效果良好。此外，課題組還開發(fā)了竹結(jié)構(gòu)永久住房，抗震性能好并符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求，是災(zāi)后重建的一個(gè)良好選擇。發(fā)展現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)技術(shù)，一方面，可以發(fā)展“綠色建筑”體系，促進(jìn)“兩型社會(huì)”建設(shè)；另一方面，可以發(fā)展中南和四川地區(qū)的自然資源的合理利用，提升竹產(chǎn)業(yè)的層次，提高豐富竹材的利用率、利用水平和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開拓竹材利用的新空間和新市場(chǎng)，增加農(nóng)民收入，促進(jìn)和諧社會(huì)和新農(nóng)村建設(shè)。
    　　
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