CN108951838A - 半组合结构体系及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半组合结构体系及其设计方法，包括以下步骤：根据基本构件的防护需求和受力性能，选择外包覆保护层的材料，并确定厚度；在设计荷载作用下，应保证外包覆保护层与基本构件的变形协调，不应出现外包覆保护层与基本构件发生剪切滑移或外包覆保护层开裂的情况；在设计荷载作用下，当进行结构的正常使用极限状态验算时，考虑基本构件和外包覆保护层组合截面的整体刚度；当进行承载能力极限状态验算时，则不考虑外包覆保护层对基本构件或结构强度的贡献；进行罕遇地震作用下的结构验算，允许外包覆保护层开裂失效，不考虑外包覆保护层对基本构件或结构刚度的贡献。本发明具有增大结构阻尼、减小结构的横向位移响应、节省造价等优点。

Description

半组合结构体系及其设计方法
技术领域
本发明涉及装配式建筑领域，特别涉及一种半组合结构体系及其设计方法。
背景技术
工程结构根据建筑材料类型可以分为混凝土结构、钢结构和组合结构三大结构体系，其中混凝土结构和钢结构为传统基本结构体系，钢与混凝土组合结构则是在前两种基本体系前提下发展起来的一种新型结构体系，它兼具普通混凝土结构和钢结构共同的优点，具有承载能力高、刚度大、延性和抗震性能好等优点。组合结构体系不论是在房屋建筑领域，还是桥梁工程领域均得到了大量的应用，但组合结构体系只能整体在现场施工。
建筑工业化是提升中国建筑业建造质量和效率、延长建筑寿命、节约资源、减少环境破坏、实现建筑业转型升级和低碳发展的重要手段，而装配式建筑是建筑工业化发展进程的必然产物。当前装配式建筑主要包括两大类：装配式钢结构建筑（PS）和装配式混凝土建筑（PC）。在装配式建筑领域，目前还未出现过装配式钢与混凝土组合结构建筑。
发明内容
为了填补装配式建筑领域的空白，本发明的目的在于提供一种半组合结构体系及其设计方法，它既能满足构件功能性防护要求，又能部分考虑构件刚度，其作用机理和设计方法与组合结构完全不同。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种半组合结构体系，包括预制装配式构件，所述预制装配式构件是由基本构件和外包覆保护层组成。
作为进一步的优选方案，所述基本构件上预留有用于节点连接的未包覆区。
作为进一步的优选方案，所述基本构件为钢结构构件、铝合金结构构件、钢筋混凝土结构构件或组合结构构件。
作为进一步的优选方案，所述外包覆保护层为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层。
作为进一步的优选方案，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土。
作为进一步的优选方案，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土。
作为进一步的优选方案，所述预制装配式构件包含梁、柱、剪力墙和支撑件中的至少一种。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种半组合结构体系的设计方法，包括以下步骤：
（1）根据基本构件的防护需求和受力性能，选择外包覆保护层的材料，并确定厚度；
（2）在设计荷载作用下，应保证外包覆保护层与基本构件的变形协调，不应出现外包覆保护层与基本构件发生剪切滑移或外包覆保护层开裂的情况；
（3）在设计荷载作用下，当进行结构的正常使用极限状态验算时，考虑基本构件和外包覆保护层组合截面的整体刚度；当进行承载能力极限状态验算时，则不考虑外包覆保护层对基本构件或结构强度的贡献，允许外包覆保护层开裂耗能，即只考虑基本构件的作用；
（4）进行罕遇地震作用下的结构验算，允许外包覆保护层开裂失效，不考虑外包覆保护层对基本构件或结构刚度的贡献，即只考虑基本构件的作用。
作为进一步的优选方案，步骤（2）和步骤（3）中的设计荷载为竖向荷载、风载和多遇地震组合。
作为进一步的优选方案，步骤（3）中的正常使用极限状态的验算指标为变形指标或舒适度指标。
作为进一步的优选方案，所述变形指标包含侧移和挠度。
与现有的组合结构、装配式钢结构建筑和装配式混凝土建筑分别相比，本发明具有以下有益效果：该半组合结构体系及其设计方法不但能使外包覆保护层具备对基本构件的功能性（防爆、防火、防锈等）防护作用，同时又能考虑外包覆保护层在设计荷载作用下对基本构件或结构的刚度贡献，具有可增大结构阻尼、减小设计荷载作用下结构的横向位移响应（如层间侧移、屋顶风振加速度等）、提高居住舒适度、节省造价等优点；此外，外包覆保护层可实现与结构构件同寿命，后期维护成本大幅降低。
附图说明
图1为预制装配式构件的结构示意图。
图中标记：1、预制装配式构件，1-1、基本构件，1-2、外包覆保护层，1-3、未包覆区。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1所示，一种半组合结构体系，包括预制装配式构件1，所述预制装配式构件1是由基本构件1-1和外包覆保护层1-2组成。
在本实施例中，所述基本构件1-1上预留有用于节点连接的未包覆区1-3。
在本实施例中，所述基本构件1-1为钢结构构件、铝合金结构构件、钢筋混凝土结构构件或组合结构构件等构件形式。
在本实施例中，所述外包覆保护层1-2为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层等外包类型。在实际应用时，所述外包覆保护层1-2的材料和厚度可以根据基本构件1-1的防护需求和受力性能进行设计，使外包覆保护层1-2既具备特定的防护功能，同时又能与基本构件1-1具有相同的设计使用年限。
在本实施例中，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土。其中，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土等。
在本实施例中，所述预制装配式构件1包含梁、柱、剪力墙和支撑件等构件或部件中的至少一种。
该半组合结构体系可以在预制厂（如钢构厂）加工制作，然后运到施工现场进行拼装，多个预制装配件的基本构件1-1分别在相应的未包覆区1-3进行节点连接，任意两个预制装配件的节点连接后，再在现场对未包覆区1-3进行施工补上外包覆保护层1-2。
如图1所示，一种半组合结构体系的设计方法，包括以下步骤：
（1）根据基本构件1-1的防护需求（如防火等级、防火极限等需求）和受力性能，选择外包覆保护层1-2的材料，并确定厚度；
（2）在设计荷载作用下，应保证外包覆保护层1-2与基本构件1-1的变形协调，不应出现外包覆保护层1-2与基本构件1-1发生剪切滑移（错动）或外包覆保护层1-2开裂的情况；
（3）在设计荷载作用下，当进行结构的正常使用极限状态验算时，考虑基本构件1-1和外包覆保护层1-2组合截面的整体刚度；当进行承载能力极限状态验算时，则不考虑外包覆保护层1-2对基本构件1-1或结构强度的贡献，允许外包覆保护层1-2开裂耗能，即只考虑基本构件1-1的作用；
（4）进行罕遇地震作用下的结构验算，允许外包覆保护层1-2开裂失效，不考虑外包覆保护层1-2对基本构件1-1或结构刚度的贡献，即只考虑基本构件1-1的作用。
在本实施例中，步骤（2）和步骤（3）中的设计荷载为竖向荷载、风载和多遇地震组合。
在本实施例中，步骤（3）中的正常使用极限状态的验算指标为变形指标或舒适度指标。其中，所述变形指标包含侧移和挠度等。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种半组合结构体系，其特征在于，包括预制装配式构件，所述预制装配式构件是由基本构件和外包覆保护层组成。
2.根据权利要求1所述的半组合结构体系，其特征在于，所述基本构件上预留有用于节点连接的未包覆区。
3.根据权利要求1所述的半组合结构体系，其特征在于，所述基本构件为钢结构构件、铝合金结构构件、钢筋混凝土结构构件或组合结构构件。
4.根据权利要求1所述的半组合结构体系，其特征在于，所述外包覆保护层为钢筋混凝土外包层、钢丝网混凝土外包层、防火砖外包层或防火板外包层。
5.根据权利要求4所述的半组合结构体系，其特征在于，所述钢筋混凝土外包层或钢丝网混凝土外包层采用的混凝土为普通混凝土或高性能混凝土。
6.根据权利要求5所述的半组合结构体系，其特征在于，所述高性能混凝土为钢纤维混凝土、活性粉末混凝土或防火混凝土。
7.根据权利要求1所述的半组合结构体系，其特征在于，所述预制装配式构件包含梁、柱、剪力墙和支撑件中的至少一种。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的半组合结构体系的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据基本构件的防护需求和受力性能，选择外包覆保护层的材料，并确定厚度；
（2）在设计荷载作用下，应保证外包覆保护层与基本构件的变形协调，不应出现外包覆保护层与基本构件发生剪切滑移或外包覆保护层开裂的情况；
（3）在设计荷载作用下，当进行结构的正常使用极限状态验算时，考虑基本构件和外包覆保护层组合截面的整体刚度；当进行承载能力极限状态验算时，则不考虑外包覆保护层对基本构件或结构强度的贡献，允许外包覆保护层开裂耗能，即只考虑基本构件的作用；
（4）进行罕遇地震作用下的结构验算，允许外包覆保护层开裂失效，不考虑外包覆保护层对基本构件或结构刚度的贡献，即只考虑基本构件的作用。
9.根据权利要求8所述的半组合结构体系的设计方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（3）中的设计荷载为竖向荷载、风载和多遇地震组合。
10.根据权利要求8所述的半组合结构体系的设计方法，其特征在于，步骤（3）中的正常使用极限状态的验算指标为变形指标或舒适度指标。
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