木-混凝土组合梁概述.pdf

4 2 江苏建筑 2 0 1 0年第 3 期 ( 总第 1 3 4 期 ) 木一混凝土组合梁概述 彭虹 毅 胡夏 闽 ( 南京工业 大学土 木工程学 院 ， 江苏 南京2 1 0 0 0 9 ) 摘 要 木、 混凝土通过组合概念充分发挥了木材和混凝土的材料性能， 形成了新颖、 高效的结构体系。随着人们更多的 对 生 态的 关 注 、 科 研 工作 的深入 、 应 用 实践 经 验 的积 累 ， 未 一 混 凝 土 建筑 和 桥 梁 在 欧 美 国 家得 到 了迅速 的发展 和应 用。 通过 对木 一 混凝 土 组 合 结构 体 系的研 究， 总 结木 一 混 凝 土组 合 结 构 的特 点， 介 绍木一 混凝 土组 合 结 构的 优 点 。 【 关键 词 木； 混凝土； 组合梁 中图分类 T U 3 9 8 9 【 文献标识码】 A【 文章编号】 l O 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 4 2 0 2 S u mma r y o n W o o d- c o nc r e t e Co mpo s i t e Be a ms P ENG Ho ng yi HU Xi a mi n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a ) Ab s t r a c t ：Wi t h t h e c o n c e p t o f c o mp o s i t i o n， w o o d a n d c o n c r e t e c a n f o r m a n o v e l a n d e f fi c i e n t s t r u c t u r e s t o e x p l o i t t h e i r f u l l o f ma t e r i a l p r o p e r t i e s c o mp l e t e l y As p e o pl e f o c u s mo r e o n t h e e c o l o g i c a l， s c i e n t i f i c r e s e a r c h w o r k i n d e p t h a n d p r a c t i c a l e x p e ri e n c e i n a p p l i c a t i o n o f t h e a c c u mu l a t i o n ， wo o d c o n c r e t e b u i l d i n g s a n d b ri d g e s i n t h e Un i t e d S t a t e s a n d E u r o p e h a s b e e n r a p i d d e v e l o p me n t a n d a p p l i c a t i o n T h r o u g h t h e wo o d c o n c r e t e c o mp o s i t e s t r u c t u r e s t u d i e s ， t h i s a r t i c l e s u mma ri z e d t h e c h a r a c t e r i s t i c o f w o o d c o n c r e t e c o mp o s i t e s t r u c t u r e， i n t r o d u c e d t h e a d v a n t a g e s o f w o o dc o n c r e t e c o mp o s i t e s t ruc t u r e S o t h i s a r t i c e c a n p r o v i d e a s r e f e r e n c e f o r d o me s t i c wo o d c o nc r e t e c o mp o s i t e s t ru c t u r e s r e s e a r c h Ke y wor ds ： wo o d ；c o n c r e t e ；c o mpo s i t e b e a ms 0前言 从 2 0 世纪 8 0年代开始 ，随着生态与人文关怀 的思想 逐渐受到重视 人们 开始更多地关注建筑的生态和可持续 发展。木材作为加工制造能耗 低、 可再生 、 易分解 的天然建 筑材料 ， 再次得 到人们 的重 视 ， 但对于工程结构来说 ， 木构 件依然不适合受拉 ， 因而在跨度 、 结构形式以及造型表现上 都受到限制。 随着时间的发展 ， 木结构的发展也 面临着新技 术、 新规范和环境问题 的挑战 ， 而这也带来 了如何设计 未来 木结构房屋 的挑战。我们将面对的不仅是木材的新使用方 法 还有新型的木产品。 对各种木构件性能 的充分利用能够 使建筑设计在形式与功能两方面达到统一 。于是为 了弥补 木结构本身 的不足 ， 设计中经 常采用组合木结构形式 尤其 在跨度较大的建筑中更是如此。常见 的木组合结构是 南木 材 、 钢筋混凝土结合形成 的木一混凝土组合结构 ， 木一混凝 土组合 梁( 如图 1 ) 就是木组合结构 中最基本的类型。它是 使用锚 固的剪力连接件把木材和混凝土连成整体而共同受 力， 扬 长避短 充分利用了木结构和钢筋混凝土结构的各 自 优点 。 目前木一混凝土组合结构正在欧洲和北美地 区流行 ， 用于加固旧木建筑 、 新建木一混凝土组合建筑 和组合桥梁。 1 木一 混凝 土组 合 结 构 的特 点 木一混凝土结构是一种新 型的结构形式 ，它充分发挥 了木与混凝土两种材料的优 良性能 木材具有 良好的抗 拉强度和延性而混凝土则具有优 良的抗压强度和较 大的 刚度 并且混凝土的存在提高了结构 的整体稳定性 。 这意味 着 材料 的强度和刚度都达到了利用的最大优势 。 通过研究 和实践证 明， 木一混凝土组合结构有以下几个特点 ： ( 1 ) 与混凝土结构相 比， 木一混凝土组合 结构具有可再 生 、 加工时低耗能和能储藏炭的优点 ， 使其成为比较生态的 结 构 混凝土板 i i 图 l 收稿日 2 0 0 9 1 1 - 0 6 作者简介】 彭 虹 毅 ， 南 京 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 硕 士 研 究 生 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 3期 ( 总第 1 3 4期 ) 4 3 ( 2 ) 与其它结构相 比， 木一 混凝 土组合结构具有较大 的 的单位重量承 载力 ， 同时弹性 、 韧性好 ， 能承受 冲击 和震动 作用 ， 使建筑具备了坚固耐用的特性 ， 而且密度小 、 质量 轻 、 方 便安装 。 ( 3 ) 与木结构相比 ， 虽然木一混凝土组合结构 的单位 重 量 承载能力 比木结构低 ， 但是组合结构的经济效益更好 。 当 木和混凝土用可靠的剪力连接件连接共 同作用 时 承 载力 大约是传统木结构的 3倍 ，抗 弯剐度是传统木结构 的 6倍 左 右 。 ( 4 ) 木一混凝 土组合结构结构 的 自重较 轻 基础 的建设 费 用 得 以减 少 。 在 施 工 期 间 也 可 以节 省 脚 手 架 和 模 板 ， 缩 短 了施工周期 。综合造价也大大 降低 。 ( 5 ) 木一混凝土结构有 良好的防火性能 ， 与传统木结构 相 比混凝土板是一种 预防火灾有效 的屏 障， 此外 在燃烧时 木材表面会 发生炭化作用而防止 内部燃烧保持其结构上的 整体性 ，这种优越的耐火性能和低传热性使 木一 混凝土组 合结构 比钢或钢筋混凝土更耐火 ( 6 ) 木材属于 内阻尼较大的材料 ， 可有效 降低 楼板撞击 时噪声 的透射 。随着居民生活水平的不断提高和住宅产业 的大规模发展 ， 人们 对住 宅的声环境质量更加重视 ， 也使隔 音 问题更为突 出。 木一混凝土组合 楼板有 良好的隔音特性 ， 能有效 的改善噪声 的传播 。 ( 7 ) 木一混 凝土组合结构还有很 多特殊 的性能 ， 诸 如导 热性差 ， 具有 良好 的保温隔热性能 ， 冬暖夏凉 。良好 的电绝 缘 性 以 及 优 越 的 抗 化学 腐 蚀 性 能 对 突 发 荷 载 和 周 期 性 荷 载产生的疲 劳强度都具有 良好 的承载能力 ，并且木很容易 与建筑周围环境取得 和谐统一 ，使人享受到宁静生活 的愉 悦 。 2木一 混 凝 土 组 合 梁 结构 的 连接 类型 木一 混凝土组合结 构是 利用各种各样 不同 的剪 力连接 件把木 和混凝 土这两种材料结 合成一个整 体共同受力 ， 混 凝 土 承 受压 力 ， 木 梁 承 受 拉 力 。 木 梁 与 昆凝 土 板 的交 界 面 上 存在着纵向剪力 ， 由 昆凝土与木梁之间的凹槽 或者栓 钉 、 螺 钉 、 螺栓 、 带孔金属片等剪力连接件承受 。剪力连接件 的主 要 作用 是传递木梁和混凝土板之间 的纵 向剪力 ， 此外 ， 它还 起着抵抗混凝土板与木梁之间 的掀起作用 。抗剪连接件 的 形式很 多，按照变形能力可分为刚性连接件和柔性连接件 两大类 ， 主要剪力连接 件形 式见 图 2 ， 其 中( A ) 、 ( B) 类 属于 柔性连接 件 ， 组合效果 较弱 ； ( C) 类属 于剐性 连接件 ， 组合 壁 ( ) ， 鏖 圜 ， 酲 z (B ) ， 垦 国 (C ) 国 图 2 主 要 剪力 连 接 件 形 式 图 3剪 力连 接 件 荷 载 一 滑 移 曲 线 效果最好 。 各种剪力连接形式 南推 出件试验得到的荷 载一 滑 移 曲线如图 3所示 ，图 3所示 曲线也 明显的反映 了各种剪 力连接件刚度的大小。刚性抗剪连接件通常用于不考虑剪 力重分 布的结构 ( 如桥梁结 构) ， 而柔性抗剪连 接件则可用 于一般房屋建筑 中 3 木一 混凝土组合梁设计 方法 到 目前 还没有针对 木一 混凝土组合梁的设计规范指导 一 些 文 献 ( 1 9 9 7年 S t a l n a k e r和 Ha r r i s ， 1 9 7 3年 Gu r fi n k e 1 ) 建 议使用 钢一 混凝 土组 合梁 的换算截面法进行设计 。 但这种方 法没有考虑木梁和混凝 土板之 间的滑移效应 ，所以按换算 截面法得到的组合梁 刚度较实际刚度偏大而变形值较实测 值偏小 。在欧美实际工程中常采用 欧洲规 范 5附录 B中对 木一 木剪力连接 的设计公式设计木一 混凝土组合梁 近似地 将组合梁作为弹性体考虑 对 于跨 度为 f 的简支木一 混凝土组合 粱的有效 弯 曲刚 度 ( ) ： 2 ( 肼 ) ( El i+ y iE iA ) ( 1 ) 三 兰 一一 一一 一一 一 日 图 4 木一 混凝土组合 梁计算模型 根据 图 4可知 i = 1 和 2分别表示组合梁的组成部分 E是弹性模量 ， ， 是惯 性矩 ， 是横截 面面积 ， 。是各部分重 心轴到 组合截 面重心轴 的距离 ， y是无量 纲的剪力 连接折 减 系数 ， y的取 值范围在 0 ( 完全 不连接 ) 到 l ( 完 全剪力连 接 ) 之 间 。 1 y 1 = 一，T 2 = 1 0 ( 2 ) l + 牡 K f 其中 s是 剪力连接 件的间距 ， Z 是梁 跨 ， 是剪力连 接 件的刚度( K值可由推出件试验得到 ) 。 y l E I A l 1 + 2 + 2 t ) 2 丁 一 2 。 。 l l ( 3 ) ( 下转第 1 2 0页 ) 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 0 苏建 筑_ Q 苎 ! 趸 萁 j 勺 j 亍为的 律百栗都要南公司承 条件下合同管理的认识， 进一步转变观念和更新思想。 同时 担。所 以 现场管理人员应当恪守职责 ， 尽到勤勉 、 谨慎 、 注 提高合 同管理人员的综合素质。 建设单位可根据实际 ， 组织 意的义务 ， 严格按照 岗位分工 ， 履行 自己的合同义务和工作 合同管理人员在职学 习。 建立健全企业合同管理体系， 加强 职责 合 同履 约 过 程 的 动态 管 理 。 其次是 公司相应管 理职能部 门及其人 员要有 风险意 施工合同管理是对工程项 目施工过程 中所发生的或所 识 。 如销售 、 技术 、 财务 、 合约等部门都应 当在履行各 自的职 涉 及到 的一 切经济 、 技术合 同的签订 、 履行 、 变更 、 索赔 、 解 责时 ， 充分 意识 到每个工程 、 每个合 同可能存在 的风险 ， 注 除 、 解决争议 、 终止与评价的全过程进行管理的工作 。建设 意并指导现场管理人员在具体工作中避免风 险。各管理部 单位在合同管理活动中， 应该健全和完善合同管理制度 ， 全 门在处理工程 、合 同的相关 工作 中应当互相通气 ，信息交 面履行工程合 同与合同管理工作 ，运用动态管理的科学手 流 ， 上下、 内外均应保持一致 。遇到纠纷或者有发生纠纷可 段 ， 实行全过程包括合同订立前 、 合同订立时 、 合同履行 中、 能的事， 任何部 门、 人员切忌 自说 自话 乱表态 ， 更不 町随意 合同发生纠纷时的跟踪监督 ， 及时处理合 同争议和纠纷 ， 有 对外 出具书面的东西。 必须对外出具有关纠纷材料 的， 应 当 效 预防违约行为 ， 积极推行合 同管理 目标 制， 在提高管理水 统一归 口一个部门( 如办公室) ， 经慎重研究后具体操作。 平的同时 ， 避免造成企业 的经济损失 ， 以确保合 同目标能够 合同双方的任何往来 ， 都必须采用 书面形式 ， 切不可轻 顺利实现。 信对方的口头表态 和承诺。凡是对方 口头上答应而又坚决 参考文献 不肯采取书面形式 的， 一定是不可靠 的， 一定是 日后产生纠 f 1 1 李启明 土木 工程 合同管理 M 南京： 东南大 学出版社， 纷的风险所在。所 以， 在合 同履行过程 中， 必须严格地按照 2 0 0 4 书面的合同、 协议 、 承诺等的约定履行 ， 坚决杜绝 口头承诺。 f 2 成虎 工程 合 同管理 M 1 北京 ： 中国建筑 X - 业 出版 社， 如某工程 中分包单位本来答应承担支付现 场总包单 2 0 0 5 位配合管理 费用的 ，当时分包单位和建设单位的关系 比较 f 3 1 何立红 工程招标投标与 合同管理 M】 北 京： 石油工业 好 ， 建设单位就没有要求对方 留个书面依据 。后来 ， 双方打 出版社， 2 0 0 8 官司了 ， 对此分包单位赖得一千二净。 建设单位因没有 书面 f 4 刘钦 Y - 程招投标 与合 同管理f M】 北京： 高等教 育 出版 证据所 以就无法主张这块费用 ， 吃了一 次亏 。 社。 2 0 0 8 以上案例生 动地教育了我们 ，如果 缺乏相应的法律知 1 臧漫丹 工程合 同法律 制度f M1 上海： 同济大 学出版社， 识 ， 又没有风险防范意识和起码的警惕性 ， 就会被别人钻空 2 0 0 5 子 ， 就会上 当吃亏 ， 打起 官司来就会处处被动 ， 教训 实在 是 6 1 孙书阁 建筑工程施工合同管理与 实务 M1 郑 州： 黄河水 太深刻 了。建设单位可以利用有利的竞争地位和起 草合 同 利 出版社， 2 0 0 6 的便利条件，特意聘请有经验的法律专家和 _ 程技术顾 问 f 7 1 殷时奎 建设工程施工合 同法律风险及 防范f M 1 北 京： 起草合同。 建设单位领导要学习 建筑法 、 合同法 及有关 中国商业 出版社， 2 0 0 7 法律法规 ， 增强法制观念， 树立 良好 的法律意识 ， 依法经营 ， 8 1 高正文 建设X - 程法规与合 同管理f M 1 北京： 机械 工业 出 学会用法律手段来保护企业的合法权益。加深对市场经济 版社。 2 0 0 8 ， 船业 业 盥 业船业, -Ne - 坐妇避船 船啦船- Ne盛- - -N6 - 业, -Ne 业业啦 业 业 , ： l r - ： t t , 业坐 ( 上 接 第 4 3页 ) - c+ T iE lal+ 等 E t c4 竿 李 言 薯 ,T =O r c r h tn- 一 h 2 t ( 5 ) 会 效 益 兰 著 ， 是 具 有 广 阔 应 用 前 景 的 新 型 结 构 体 系 之 一 。 、 、 参 考 文 献 一J = 产 I啦 一 T 譬 ( 6 ) 1 N a tte r e r J ， H a m m J & F a V r e P A _ C o m p o s ite w o o d c 。 n 组合梁的最大剪应力出现在组合截面的中性轴 N A处 。 。 n 。 。 f o r m l i 一 。 r y b “ i l d i “ g s R - P r 0 c 。 d i n g 。 f h e 4 t h 2T， I n t e r n a t i o n a l Wo o d E n g i n e e r i n g C o n f e r e n c e ，Ne w O r l e a n s ，2 8 ， h a + h J 2 ( 7 一3 1 Oc t o b e r 1 9 96 ：3： 431 44 3 木与混凝土交界面单位长度上的水平剪力 口 ： 2 C e c c o t t i A - T i m b e r c o n c r e t e c o m p o s i t e s t r u c t u r e s T j m 1E l 0 ， b e r E n g i n e e r i n g ， S T E P 2 ， C e n t r u m H o u t ( N L ) ，1 9 9 5 ； E l 3 1 一 E1 3 1 2 4 结论 3 】 G u t k o w s k i R M，C h e n M T T e s t s a n d a n a l y s i s o f mi x e d 木一混凝土组合结 构是结构工程领域近年来研究发展 c o n c r e t ew o o d b e a m s f R 】 P r o c e e d i n g s o f t h e i n t e r n a t i o n a l 的新方向， 欧美各国已经将木混凝土组合结构应用于许多 w o o d e n g i n e e r i n g c o n f e r e n c e ， N e w O r l e a n s L a ， O m n i p r e s s ， 民用建筑及桥梁结构。工程应用实践证明 ， 木一混凝 土组合 Ma d i s o n ， Wi s c o n s i n ， U S A ； 1 9 9 6 P 3 4 3 6 3 4 4 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m