20多亿打造的双子山，其中的创新结构技术能成为主流吗？

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世博文化公园的双子山9月份就开放了，最高峰48米。三个月过去了，本以为游客热度会下降，但 周末的预约依然爆满 。虽是免费公园，但要提前一天预约。

上海市区本无山，双子山实则是一座规模宏大的人造山，占地约30万平方米，总投资超过20亿元。在建设期间，曾每天上班路过，也对其中空结构体系产生了些兴趣，今天就来聊聊这个创新的结构体系。

双子山的技术挑战

在平地上建造如此大规模的假山，难度不容小觑：由于上海的软土地基，为了控制沉降和节省造价，必须尽量减轻结构自重。同时，山上需要种植树木，覆土层较厚（平均有2.5米），这就对下部结构的承载能力提出了很高要求。

• 若采用纯混凝土结构，整体重量过大。
• 若选用纯钢结构，虽然重量较轻，但钢材用量巨大，成本过高。
• 若使用劲性结构，不仅构造复杂，而且混凝土需要现场支模现浇，难以达到40%的预制装配率要求。

经过综合比较，最终选择 了一种创新的钢混组合体系——部分包覆钢-混凝土组合结构（PEC结构） 。

什么是PEC结构？

PEC 是“Partially Encased Composite”的缩写，中文是“部分包覆钢-混凝土组合结构”。 PEC结构是指在开口截面形式的钢构件（如H型钢）外包轮廓范围内填充混凝土，并可根据性能要求选择布置纵筋、箍筋、连杆和栓钉等配件的结构构件。 这种体系源于欧洲，最近几年才在国内落地生根。

PEC结构的特点

这种创新的组合充分发挥了钢结构和混凝土结构的各自优势，使两种材料的性能相互补充。

• ? 构件可在工厂预制生产，现场只需使用常规钢结构栓焊连接，施工比PC更简便且质量更可靠。
• ? 与劲性结构和钢管混凝土相比，其含钢率更高，抗震性能更优异，且截面尺寸可比PC构件更小。
• ? 型钢腹腔内的混凝土填充能有效解决钢结构大部分表面的防火防腐问题。

作为一种新型结构体系，目前主要面临两大挑战：

1. 设计方法尚未像传统钢结构和混凝土那样普及，可能常会在审图时遇到问题；
2. 加工制造要求高、工序复杂，超出一般钢构工厂的能力范围。
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双子山中PEC的具体应用

双子山项目采用空腔堆山建造方法，结构分为两部分：下部规则腔体结构和上部用于山形塑造的表皮结构。其中下部规则结构的框架采用了PEC框架?剪力墙混合结构体系，这是国内首次大规模应用该体系。

在具体应用中，PEC构件设计的首要任务是确保钢材和混凝土能有效组合，这涉及众多复杂的设计细节。

与传统钢结构相比，PEC结构的深化设计面临更多限制因素，需要统筹考虑型钢和钢筋的布置连接、加工工艺、运输条件以及吊装设备等多个方面。

此外，PEC后浇筑节点的施工工艺和质量控制也是重要难点。型钢对接焊、钢筋焊接和支模后浇等环节都需要严格的施工工艺控制，以确保结构的整体组合受力性能。

小结

从论文发表数量来看，PEC结构创新研究仍处于上升期。自2018年首次出现相关论文以来，这一领域持续成为业内的研究热点。如果大家感兴趣，后面我们再展开聊一聊。

欢迎大家一起来交流讨论： 这种创新的PEC体系，是否有潜力成为第五种主流结构体系呢？

参考资料： [1]许安模,丁学全,李艳领,等.世博文化公园双子山装配式部分包覆钢-混凝土组合结构施工技术. [2]刘宏欣,李亚明,贾水钟,等.上海世博文化公园南片区双子山项目主体结构设计[J]. [3]刘宏欣.装配式PEC体系在世博文化公园双子山项目中的应用. [4]《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》T/CECS 719-2020.[5]《部分包覆钢-混凝土组合结构理论研究与工程实践》