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全国首座!“木-混凝土组合结构”多高层建筑!

全国首座!“木-混凝土组合结构”多高层建筑!

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近日,江苏省土木建筑学会组织召开了由中建五局华东建设有限公司、南京工业大学等单位完成的“多高层木-混凝土组合结构建造关键技术研究与应用”科技成果鉴定会。


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江苏省康复医院:全国首座“木-混凝土组合结构”多高层建筑


课题依托江苏省康复医院等项目,在多高层木结构领域,提出了木-混凝土组合结构体系,开展了建造关键技术系统研究,取得了如下创新性成果:


1)创新了多高层木混凝土组合结构抗侧体系,研发了高性能的木结构连接节点,解决了多高层木混凝土组合结构建筑抗震关键问题;


2)创新了钢板条增强木-混凝土组合楼盖技术,提升了楼盖面内刚度,确保了地震作用下竖向抗侧构件的协同工作;


3)提出了进口针叶材与国产速生材混合组坯胶合木构件的力学和抗火性能提升技术,攻克了针叶材滚剪强度低、速生材尺寸稳定性差的技术难题。


成果成功应用于国内首座高层木-混凝土组合结构建筑,实现了很好的社会和经济效益,研究成果创新性突出,应用前景广阔,达到国际领先水平。


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江苏省康复医院项目


中建五局华东建设有限公司承建的江苏省康复医院是江苏省首家规模化康复医院,肩负着打造“健康中国”样本的使命,项目在住院楼屋面构架及医技楼7-8层采用胶合木材料,是全国首例在多高层区域应用木-混凝土组合结构的建筑,项目建成将为未来在双碳战略下发展装配式木结构建筑奠定坚实基础。


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江苏省康复医院项目效果图


木结构是中国传统建筑文化重要的代表符号,我国在木结构的研究和运用上有着悠久历史,木材的低碳、可降解性和可再生性等特性,也让它成为一种公认的绿色建材。


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木-混凝土组合结构施工


在2021年全球十大低碳建筑中就有3座国外建筑采用了与江苏省康复医院相同的CLT板建造而成。所引用的GLT(胶合木)梁柱、NLT板(层板钉合木)、CLT板(正交胶合木)是新型轻型绿色建材代表,出色的强度重量使木结构可以达到与钢结构、混凝土结构相同的强度效果,其自重更轻、空间变换更灵活,同时加工生产每单位体积的木结构使用的化石燃料能源大幅降低,这意味着木材具有超低碳足迹。


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屋顶木结构


国内第一座

多高层采用木-混凝土组合的建筑


结构体系:创新性地采用了木结构与混凝土结构的上下与水平混合的组合方式。混凝土结构具有良好的抗侧性能及防火性能,而木结构材质轻,在抗震、环保、节能和施工效率方面具有显著优势,充分发挥了两种材料的性能优势,实现木与混凝土两者特性的融合。在顶部两层水平混合结构体系中,木结构部分仅承受所在区域的竖向荷载,不设置抗侧墙体,结构通透、利于使用。核心区域以及考虑消防要求的楼梯间区域的混凝土框架则同时承担楼层所有的水平作用及所在区域的竖向荷载。


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结构上下混合


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结构水平混合


为有效地将木结构部分的地震作用传递至混凝土框架,木结构区域采用正交胶合木组合楼盖,胶合木楼板顶部铺设拉结钢板条,采用自攻螺钉与木楼盖固定,再浇注50mm厚的细石混凝土层,确保地震作用下结构的协同工作。


绿色智能建造

助力装配式木结构高质量发展


木-混凝土组合结构在多高层建筑中应用,全国基本无先例,新工艺全新领域国内也无施工经验。由于技术的创新性,没有典型的经验可供项目团队参考。


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结构BIM模型


项目建造过程采用全过程BIM技术,通过多高层胶合木-混凝土组合装配式技术研究,并对该施工工艺提炼与总结,形成了“基于 BIM 技术的多高层木-混凝土组合装配式体系施工工法”。采用工厂化加工,构件尺寸、质量得以保证,木-混凝土组合结构装配式施工效率得以提高。


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现场实施效果图


通过过程施工,总结木-混凝土组合结构预埋件精准安装定位技术,成功解决装配式木结构定位难,误差大的问题,提升装配式木结构整体智能建造水平。


理论与试验结合

为装配式木结构建造提供理论与实践参考


作为国内自主设计、建造的木-混凝土组合结构建筑,旨为同类木混结构建筑的设计分析与建造提供理论与实践参考。


项目通过对整体结构的时程分析,现场正交胶合木(CLT)楼盖的原位测试,研究了设计理论结果与现场试验结果对比分析,人致振动下正交胶合木楼盖的振动性质。


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现场静载试验照片


试验一:正交胶合木(CLT)楼盖静载试验

通过正交胶合木(CLT)楼盖静载试验,采取五级堆载法施加荷载,研究分析其在竖向荷载作用下挠度变化情况。试验结果发现:正交胶合木楼板挠度逐渐增加,呈线性增长,挠度变形实测值与设计理论值误差在10%之内。


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现场人致振动试验


试验二:正交胶合木(CLT)楼盖动力特性及人致振动试验

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为了进一步研究正交胶合木楼盖的振动特性,对其进行动力特性试验,经过对实测时程曲线分析处理,得到正交胶合木楼盖的一阶自振频率;此外,还进行人致振动下的试验,通过分析不同工况下的峰值加速度,并与动力特性试验得到的一阶自振频率,最终评估正交胶合木楼板振动适度性问题。试验结果表明:不同运动频率下各测点处的峰值加速度随着运动频率的增大而逐渐增大。


科技创新成果积累

推进“四新技术”全面发展


康复医院在木-混凝土结构体系创新技术加持下,创造了全国第一座多高层采用木-混凝土组合的建筑。项目团队在木结构应用及实施建造过程中,积极进行创新研究总结。


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截止目前已获得木-混凝土组合结构应用成果:江苏省工法2项、企业级工法3项、中施企协工法大赛获奖1项,参编标准规范3篇,发明专利受理4项,实用新型专利授权5项、受理2项,核心期刊2篇、学会论文获奖1篇,开发计算机软著2项,QC质量成果省部级2项,国家级1项,局级1项。


木-混凝土结构创新应用

助力低碳建筑、零碳建筑全面推行


康复医院木结构整体应用面积约为1.8万㎡,量约3000m³,这种全实木材料,被称为“会呼吸的房子”,室内空气中含有大量的芬多精和被称为空气维他命的负离子。


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吸收温室气体约1200t,木材中储存的CO₂约3100t,总体潜在碳效益约4300t,约相当于900辆小汽车一年的碳排放量,对于双碳战略的发展有十分重要的现实意义。


项目对木结构的设计与应用研究有利于振兴发展现代木结构建筑,有助于节约资源能源,降低温室气体和污染物排放,促进建筑产业、林业产业转型升级,推动生态文明建设。


(责任编辑:何雯丽)




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[责任编辑:Susan]

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