[摘 要]本文主要介紹越來越多應用的幾種新型建筑結(jié)構(gòu)體系，包括：鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)、索張拉結(jié)構(gòu)、索穹頂結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)和高效預應力結(jié)構(gòu)。

[關鍵詞]混凝土混合結(jié)構(gòu) —索張拉結(jié)構(gòu)索穹頂結(jié)構(gòu)

人類從原始社會利用山洞、樹林自然屏障遮風擋雨，到利用天然土、木、石和人工燒制粘土磚、瓦搭建房屋延續(xù)了數(shù)千年。真正意義上的現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系是隨著18、19世紀鋼鐵工業(yè)和水泥工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的，利用熱軋型鋼、鋼板和鉚接技術(shù)及隨后出現(xiàn)的焊接、螺栓連接技術(shù)，形成的建筑排架、桁架、網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)體系，利用混凝上的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能，發(fā)展了鋼筋混凝土技術(shù)，形成了鋼筋混土框架、剪力墻等結(jié)構(gòu)體系。進入20世紀以后，隨著建筑造型、建筑設計和跨度的要求越來越高，對建筑結(jié)構(gòu)的要求更高，從而提出了一些新的結(jié)構(gòu)體系。本文主要介紹越來越多應用的幾種新型建筑結(jié)構(gòu)體系，包括：鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)、索張拉結(jié)構(gòu)、索穹頂結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)和高效預應力結(jié)構(gòu)。

1 鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)是我國目前在高層建筑領域里應用較多的一種結(jié)構(gòu)型式。鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)各有所長，前者具有重量輕、強度高、延性好、施工速度快、建筑物內(nèi)部凈空氣大等優(yōu)點，而后者剛度大、耗鋼量少、材料費省、防火性能好。綜合利用這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為高層以建筑的發(fā)展開辟了一條新途徑。統(tǒng)計分析表明，高層建筑采用鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)和用鋼量約為鋼結(jié)構(gòu)的70％，而施工速度與全鋼結(jié)構(gòu)相當于，在綜合考慮施工周期、結(jié)構(gòu)占用使用面積等因素后，混合結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟指標優(yōu)于全鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟指標。

鋼——混凝土結(jié)構(gòu)最早于1972年用于芝加哥的GatewayⅢBuilding(36層137米)，我國至80年代才將鋼結(jié)構(gòu)用于高層建筑，目前已建成或在建的高層結(jié)構(gòu)建筑(約有40余幢)中，有一半以上采用的是鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)。最近建設部和國家冶金工業(yè)局在頒布的《建筑用鋼技術(shù)政策》中，將鋼——混凝土混合結(jié)構(gòu)列為要大力推廣的建筑新技術(shù)，可以預見，混合結(jié)構(gòu)在高層辦公樓、學校、醫(yī)院及住宅等建筑中將有較廣泛的應用。

2 索張拉結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本受力構(gòu)件有三類：受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件和受拉構(gòu)件。對于受壓構(gòu)件，當構(gòu)件長細比較大時，由于構(gòu)件會發(fā)生整體失穩(wěn)，構(gòu)件的作用不能充分發(fā)揮。對于受彎構(gòu)件，由于構(gòu)件截面應力不均勻，截面邊緣的最大應力往往控制構(gòu)件的設計，使得構(gòu)件材料不能充分發(fā)揮作用，只有受拉構(gòu)件，截面的應力均勻，不會發(fā)生整體失穩(wěn)，如利用高強鋼索做成受拉構(gòu)件，能最大限度地發(fā)揮受拉構(gòu)件的作用，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。

在結(jié)構(gòu)體系中巧妙利用張拉構(gòu)件，結(jié)合少數(shù)剛性受壓構(gòu)件，可構(gòu)成受力合理的高效張拉結(jié)構(gòu)體系，不僅承載力高、剛度大，且能使各種材料的強度均得到很好的發(fā)揮，

3 索穹頂結(jié)構(gòu)索穹頂結(jié)構(gòu)實際上是一處特殊的索——膜結(jié)構(gòu)，是近幾年才發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)效率極高的張力集成體系，其外形類似于穹頂，而主要的構(gòu)件是鋼索，由始終處于張力狀態(tài)的索段構(gòu)成穹頂，利用膜材作為屋面，因此被命名為索頂頂。由于整個結(jié)構(gòu)除少數(shù)幾根壓桿外都處于張力狀態(tài)，所以充分發(fā)揮了鋼索的強度，只要能避免柔性結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)松弛，索穹頂結(jié)構(gòu)便無彈性失穩(wěn)之虞，所以，這種結(jié)構(gòu)重量極輕，安裝方便，可具有新穎的造型，經(jīng)濟合理，被成功地應用于一些大跨度和超大跨度的結(jié)構(gòu)。

4 膜結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)體系的一種。它以具有優(yōu)良性能的柔軟織物為膜材，由膜內(nèi)的空氣壓力支承膜面(充氣式膜結(jié)構(gòu)或所承式膜結(jié)構(gòu))，或利用鋼索或風性支承結(jié)構(gòu)向膜內(nèi)預施加張力(張力膜結(jié)構(gòu))，從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)采用的薄膜的材料，大多采用涂層織物薄膜，分為兩部分，內(nèi)部為基材織物，主要決定膜材的力學性質(zhì)，提供材料的抗拉強度、抗撕裂強度等；外層為涂層，主要解決膜材的物理性質(zhì)，提供材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等，常用膜材一般為聚酯織物涂敷氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機硅樹酯涂層膜材。膜材并接的結(jié)構(gòu)接縫多采用熱焊，非結(jié)構(gòu)接縫采用縫合，

膜結(jié)構(gòu)具有如下特點：造型活潑優(yōu)美，富有時代氣息；自重輕，適合大跨度的建筑，充分利用自然光，減少能源消耗；價格相對低廉。施工速度快；結(jié)構(gòu)抗震性能好。

充氣膜結(jié)構(gòu)有單層、雙層、氣肋式三種形式，亢氣膜結(jié)構(gòu)一般需要長期不間斷地能源供應，在低拱度大跨度建筑中的單層膜結(jié)構(gòu)必須是封閉的空間，以保持一定氣壓差。在氣候惡劣的地方，空氣膜結(jié)構(gòu)的維護有一定的困難，不少建筑曾遭意外的漏氣而下癟。

5 高效預應力結(jié)構(gòu)體系高效預應力結(jié)構(gòu)是指用高強度材料、現(xiàn)代設計方法和先進的施工工藝建筑起來的預應力結(jié)構(gòu)，是當今技術(shù)最先進、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。目前，世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結(jié)構(gòu)都采用了高效預應力技術(shù)，如，大型公共建筑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺等幾乎全部采用了這一技術(shù)。

與傳統(tǒng)預應力相結(jié)構(gòu)相比，高效預應力結(jié)構(gòu)具有以下一些特點：#廣泛采用高強度材料：目前國內(nèi)預應力混凝土結(jié)構(gòu)中常用的混凝土強度等級從c40-C80，甚至達到C100以上，預應力鋼絞線的極限抗拉強度可達1860Mpa；#按照現(xiàn)代設計理論設計：如抗震設計理論、延性設計理論等，通過合理確定結(jié)構(gòu)預應力度和截面配筋指數(shù)，大大改善了高效預應力結(jié)構(gòu)的抗震性能、正常使用性能等；#先進施工工藝的開發(fā)：近年來高噸位、大沖程千斤頂?shù)膽煤投喾N錨固體系的開發(fā)等，為高效預應力結(jié)構(gòu)的大規(guī)模推廣應用提供了技術(shù)基礎；#適用范圍廣：高效預應力結(jié)構(gòu)適用于大跨和超大跨度、重載以及使用性能高的結(jié)構(gòu)，其應用范圍拓展到高層以結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、鋼結(jié)構(gòu)、基礎、路面等結(jié)構(gòu)領域。

近年來，高效預應力技術(shù)在我國發(fā)展迅速，已制定專門的預應力結(jié)構(gòu)設計、施工規(guī)程、工程中應用的預應力結(jié)構(gòu)體系也很豐富。典型工程實例有：面積最大的單體預應力工程是首都國際機場新航站樓工程，每層建筑面積約8.8萬平方米，總建筑面積約35平方米，在混凝土板、墻、框架、柱以及鋼屋架、鋼梁和鋼管網(wǎng)架中大量采用了預應力技術(shù)；柱網(wǎng)最大的預應力工程是深圳車港工程，標準層平面尺寸159x 103.5米，標準柱網(wǎng)16x 25米，總建筑面積9.5萬平方米；最在的預應力鋼桁架工程是北京西站主站房工程，，該預應力鋼桁架跨度45米，桁架上承40米高的中式門樓，門樓總重5400余噸；層數(shù)最多的預應力工程是廣東國際大夏主樓，總計63層；高度最高的預應力工程是青島中銀大廈，總高度241米，58層，等等。限篇幅，本文重點介紹首都國際機場新航站樓工程和北京西客站主站房工程。

首都國際機場新航站樓工程全面采用了高效預應力技術(shù)，僅無粘結(jié)預應力筋量就達4000余噸堪稱本世紀國內(nèi)最大的預應力工程之一。新航站樓的基礎為整體預應力平板片筏基礎，上部結(jié)構(gòu)采用了預應力框架、剪力墻體系和預應力板柱、剪力墻體系，部分屋面采用了預應力空間焊接鋼管屋架。

可以預計，隨著高性能預應力材料(高強混凝土、高強預應力筋、新型纖維塑料筋等)的推廣應用以及結(jié)構(gòu)設計理論和設計的不斷發(fā)展，新型、高效應力結(jié)構(gòu)體系將在我國二十一世紀大規(guī)?；窘ㄔO中發(fā)揮越來越大的作用。