谈仿生结构——“蜂巢芯”空腹密肋楼盖技术

张 志

(太原市龙城发展投资有限公司，山西 太原 030002)

谈仿生结构
——“蜂巢芯”空腹密肋楼盖技术

张 志

(太原市龙城发展投资有限公司，山西 太原 030002)

简单描述了“蜂巢芯”结构的来源及原理，对“蜂巢芯”空腹密肋楼盖的功能特点作了详细论述，指出“蜂巢芯”空腹密肋楼盖提升了使用功能，降低了层高，隔热性能好，且施工方便快捷。

“蜂巢芯”空腹密肋楼盖，结构，特点，功能

0 引言

大自然中的生物体经过亿万年的进化和优胜劣汰，造就了我们今天这个丰富多彩的世界，其中蜜蜂的巢穴——蜂巢，是自然界中用料省、强度高、稳定性好、受力合理、最耐摔掷、最舒适的蜂类生物建筑巢居，是人类公认的杰出结构作品。如今人们将蜂巢结构原理引用至人类建筑结构中，便形成了一个特殊的仿生结构——“蜂巢芯”结构，“蜂巢芯”空腹密肋楼盖便是建筑行业中此类结构的典型应用。

1 “蜂巢芯”空腹密肋楼盖

“蜂巢芯”空腹密肋楼盖是近年来兴起的一种新型现浇钢筋混凝土结构体系，它是采用“蜂巢芯”系列芯模在现浇钢筋混凝土楼盖中筑塑成众多的双向网格肋单元，形成类似蜂巢受力明确的现浇混凝土密肋楼板。“蜂巢芯”在现浇混凝土结构中应用时，不仅仅是成孔芯模，而且可与现浇钢筋混凝土共同承力，从而提高了楼盖的整体性能。“蜂巢芯”的底板作为饰面板，属于密肋板的范畴。“蜂巢芯”是一个特殊的模壳，它形成的封闭空腔密肋楼盖具有保温、隔热、隔音、消音的功能。“蜂巢芯”的底板的蒙皮效应使密肋板的变形可以减少50%，并提高25%～30%的极限承载力。现浇混凝土密肋板与暗梁、扁梁或明梁结合形成水平结构，构成了刚度正交同性的现浇混凝土双向空腹楼盖体系。

在“蜂巢芯”空腹密肋楼盖中，芯模不仅是一个空腔模构件，其底板可作为密肋间的吊顶装饰板，使“蜂巢芯”底部平坦，达到无梁板的效果，较普通密肋楼盖防火性能更佳，刚度和承载力也有较大提升。

如用在15 m以上大跨度时，为减少空腹楼盖厚度或明(暗)梁厚度，可在“蜂巢芯”空腹楼盖主梁内设置预应力钢筋，还可在“蜂巢”之间混凝土密肋中设置预应力筋。

各种材质的“蜂巢芯”芯模见图1。

2 “蜂巢芯”空腹密肋楼盖的构造及特点

“蜂巢芯”空腹密肋楼盖包括“蜂巢芯”芯模、现浇钢筋混凝土面板、肋梁及框架梁(包括明梁、暗梁)，各梁间彼此纵横相交构成类似蜂巢状的T字形密肋框架结构，外观上不会出现传统的主次框架梁，从而减少了楼盖整体厚度，外形美观；大体量空腔结构的采用减轻了楼盖自重，小截面密肋梁含钢量小，节省钢筋，使结构具有强度高、自重低、刚度大、整体性好、能抗震的特点；而空腔结构使楼盖的节能保温性和上下层的隔音性能也大大提高。

GBF蜂巢芯空心板断面图见图2。

1)提升了使用功能。

与主次梁或井字梁结构相比，“蜂巢芯”空腹密肋楼盖技术外形平整美观，使用经济方便，实现了真正的平板或无次梁平板。楼盖底面无凸出部位，无柱帽，提升了使用功能。

2)使用空间灵活，无需吊顶。

楼盖由于上下完全平整，无凸出底面的主次梁，且空心楼盖的密肋梁可均匀承受隔墙荷载，使楼层的任意分隔成为可能，对办公、会展等有变更隔断要求的公共建筑尤为适用；同时顶板平整无需吊顶，从而提高了净空高度，减少吊顶项目开支(见图3)。

3)降低层高和增加净高。

“蜂巢芯”空腹密肋楼盖在普通荷载作用下结构厚度为跨度的1/22左右，一般框架结构梁高为跨度的1/12～1/15，在保持净高的前提下可降低层高，或在层高不变的情况下增加净高，改善空间效果。

4)提升建筑跨度和开间。

此技术所采用结构体系能大大提升建筑跨度，是目前大跨度结构体系中较为安全和经济的技术方案。如果结合预应力技术，结构最大跨度可达30 m，而一般结构常用跨度为7 m～12 m。

5)隔热性能好，节能保温。

众所周知，空气是热的不良导体，而大体量的封闭空腔结构可有效阻止热能传递，使建筑物的保温隔热性能得到显著提高，尤其对屋面、大型冷库、储物仓库尤为适用，有效减少对能源的消耗，对当前节能型建筑的积极倡导是有力的支持。

6)良好的隔音效果。

大体量封闭空腔结构的使用有效减少了楼盖对噪声的传递，克服了上下楼层间的噪声干扰。有检测结果证实，空腔结构对音波的阻隔效果可提高10 dB～20 dB，对解决医院、图书馆、教学楼和住宅等建筑的噪声干扰问题有很大的帮助，可大大提升建筑使用的舒适度。

7)施工简便快捷，缩短工期。

空腔楼盖由于取消了主次梁，底板为水平面，支拆模时可视同为一块平模板，无标高差异，无侧模和柱帽模，支撑、连接构件少，操作简便，可使支拆模工期减少1/2(见图4)。

8)降低了工程造价。

本技术楼盖由于采用了大体量空腔与小截面肋梁，钢筋、模板、混凝土用量均低于普通框架结构，层高也相应降低。依据跨度和荷载不同，可降低楼盖总造价约5%～10%。

9)提升了抗震性能。

由于“蜂巢芯”空腹密肋楼盖充分利用了空腔结构的优异性能，有效降低了建筑层高、自重；另外空腹楼盖在轴线一定范围内设置实心暗梁，增加了框架梁刚度；同时楼盖中密布的暗肋使上下板之间变形协调，产生“蒙皮效应”，这一切都可明显降低地震作用，提高抗震性能。在5·12汶川地震中，“蜂巢芯”空腹密肋楼盖技术经受住了实践的考验，如使用此技术的都江堰万都大厦、西华大学教学楼等，优异的抗震性能得到了很好的印证。

“蜂巢芯”空腹密肋楼盖技术已被列入国家标准GB 50010-2011混凝土结构设计规范，这对此项技术的推广和应用奠定了坚实的基础。相信在今后建筑技术的快速发展中，“蜂巢芯”空腹密肋楼盖——这一来自蜂巢的仿生结构技术一定能大显身手，发挥出更杰出、更重要的作用。

Discussion on the bionic structure——“honeycomb core” hollow ribbed floor technology

ZHANG Zhi

(TaiyuanLongchengDevelopmentInvestmentCompanyLimited,Taiyuan030002,China)

This paper made brief description to the source and principle of “honeycomb core” structure, discussed in detail the functions and characteristics of “honeycomb core” hollow ribbed floor, pointed out that the “honeycomb core” hollow ribbed floor enhanced the use function, reduced the floor height, had good heat insulation performance, and the construction was convenient and fast.

“honeycomb core” hollow ribbed floor, structure, characteristic, function

1009-6825(2014)15-0036-02

2014-03-14

张 志(1973- )，男，工程师

TU359

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