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現(xiàn)代竹結構的開發(fā)及其在汶川地震災后安置中的應用

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:15 [收藏]


    　摘 要: 本文根據(jù)現(xiàn)代力學、材料學、結構設計及試驗學等理論，開發(fā)新型竹材結構及材料、建立工業(yè)化生產方法、設計、施工及維護的綜合技術，并建設了現(xiàn)代竹結構別墅、橋梁、活動板房等示范工程，在國內外產生了重要影響。汶川震災后，開發(fā)出的快速裝配式現(xiàn)代竹結構抗震安置房已在災區(qū)安裝和使用。
    　　關鍵詞: 現(xiàn)代竹結構； 開發(fā)； 震災后的應用。
    　　
    　　1引言
    　　
    　　2008年5月12日發(fā)生在四川汶川的里氏震級8.0級特大地震，大量磚混結構的墻體倒塌，造成預制樓板坍落，導致大量的人員傷亡，受災群眾無家可歸。對于每一個搞土木工程的人來說這次地震給我們留下了巨大的遺憾，很多結構的破壞在以往地震中都有過血的教訓，以現(xiàn)有的工程設計和施工水平本應可以在相當程度上避免。湖南大學土木工程學院及湖南大學建筑安全與節(jié)能教育部重點實驗室在地震發(fā)生后幾乎第一時間派出了研究人員實地考察災害情況，收集資料。
    　　我們在災區(qū)也對地震災后應急處理進行了一定的考察，特別注意到災后災民生活出現(xiàn)了極端的困難，如圖1所示，很多災民不得不住在非常簡陋的自制帳篷里面，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，供安置災民用。
    　　
    　　2現(xiàn)代竹結構抗震安置房的開發(fā)
    　　
    　　2.1 背景
    　　基于對竹材性能、竹材資源和建筑業(yè)發(fā)展趨勢的認識，湖南大學現(xiàn)代竹木及組合結構研究所對竹結構技術進行了系統(tǒng)的研究，并率先提出了現(xiàn)代竹結構住宅的新型結構體系[1][2]?；诂F(xiàn)代力學、材料學、結構設計及試驗學等理論，開發(fā)新型竹材結構及材料，建立工業(yè)化生產方法、結構設計、施工以及維護的綜合技術，并建設了現(xiàn)代竹結構別墅、竹結構橋梁和竹結構活動房等示范工程，在國內外產生了重要影響。課題組考察了災區(qū)后，我們基于已有的專利技術，緊急開發(fā)出快速裝配式現(xiàn)代竹結構抗震安置房，并建設了樣板工程。這種住宅采用模塊式設計和生產，主要特點是加工快，裝配快，抗震性能好，可拆裝重復使用，主要建筑材料環(huán)保，保溫隔熱效果好，且造價低廉。
    　　2.2房屋類型與功能設計
    　　快速裝配式現(xiàn)代竹結構抗震安置房屬于預制裝配式房屋，建筑方式與功能與常用的輕鋼結構活動板房基本相同?？焖傺b配式現(xiàn)代竹結構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)在大量生產和銷售的常規(guī)板材，故建筑材料來源廣泛，價格合理。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，安置房標準平面為5×2型，可供十戶居住，每戶面積約為17.8m2到22.3m2并可視實際情況增加每戶面積或增減戶數(shù)。每戶立面上設置一個門、兩個窗，每個窗戶的自然采光面積為1.5m2，每戶的自然采光面積為3 m2。竹結構臨時安置教室的平面面積每間約為48m2，如圖2所示。其他設計與安置房大致一樣。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?shù)馗呖伎紙觥?





    2.3結構設計
    　　竹結構抗震安置房的抗震設計采用了北美木結構住宅設計的方法，單層安置房可以簡化為單自由度體系，在輕型竹結構中，側向力抵抗系統(tǒng)（LFRS）包括剪力墻、橫隔層（即屋蓋）以及它們的互相結合，形成了基本抗側向力機構。剪力墻的設計應包括：
    　?。?）墻面板抗剪
    　　（2）連接件與墻端構件抗傾覆
    　?。?）連接件傳遞剪力墻的剪力。
    　　本文采用容許應力設計方法（allowable stress design），假定安置房位于美國規(guī)范的3度區(qū)（seismic zone 3），相當于中國的9度設防。
    　　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。橫隔的設計應包括：
    　　（1）面板抵抗側向剪力
    　?。?）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向力
    　　竹屋架是輕型竹結構安置房中的主要受力構件，它的承載能力關系著整個結構的安全性能。為了驗證安置房的安全性能，課題組進行了一系列的靜力試驗，如圖4所示。
    　　模擬雪荷載的均布荷載試驗表明，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。
    　　屋架靜力試驗結果表明，輕型竹屋架在設計荷載下有很好的工作性能，試驗得到的平均極限承載力約為設計荷載的1.7倍，竹屋架具有較大的強度儲備。輕質高強的竹屋架是一種經濟、可靠、環(huán)保的結構體系。
    　　2.4 其他試驗
    　　針對竹結構安置房，課題組邀請有資質的測試機構進行室內空氣質量的測定，結果完全滿足國家相關標準。安置房的防火設計采用內貼石膏板，按照計算滿足30min的耐火極限，近期將進行實測。
    　　
    　　3安置教室
    　　
    　　如圖5所示，由湖南大學師生以及美國藍月基金捐資生產的17套50m2竹結構臨時教室以及3套16m2的安置房已于2008年6月底在四川廣元北街小學安裝完畢，并投入高考和正常的教學。
    　　
    　　4結論
    　　
    　　竹材是一種重要的森林資源，我國的竹林種植面積和竹材產量均居世界首位，中南地區(qū)竹材資源極為豐富。將竹材這一自然資源應用于土木工程，作為主要的結構材料使用，發(fā)展新型竹結構體系，符合建設“兩型社會”和建筑可持續(xù)發(fā)展的要求，極有希望成為土木工程領域中變革的突破點。竹材與竹結構具有以下幾點特性：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?shù)氐呢S富竹資源，課題組開發(fā)出現(xiàn)代竹結構抗震安置房并在四川災區(qū)安裝，使用效果良好。此外，課題組還開發(fā)了竹結構永久住房，抗震性能好并符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求，是災后重建的一個良好選擇。發(fā)展現(xiàn)代竹結構技術，一方面，可以發(fā)展“綠色建筑”體系，促進“兩型社會”建設；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，提升竹產業(yè)的層次，提高豐富竹材的利用率、利用水平和經濟價值，開拓竹材利用的新空間和新市場，增加農民收入，促進和諧社會和新農村建設。
    　　
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