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鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及在住宅上的應(yīng)用

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]


    本文簡單介紹了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及其在住宅上的應(yīng)用，給了給工程設(shè)計(jì)人員一定的幫助。2001年經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，將“輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑通用體系的開發(fā)和應(yīng)用”作為我國建筑業(yè)用鋼的突破點(diǎn)，正式列入國家級重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，鋼結(jié)構(gòu)住宅引起社會各界廣泛關(guān)注。


    　　摘要：本文簡單介紹了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及其在住宅上的應(yīng)用，給了給工程設(shè)計(jì)人員一定的幫助。

    　　2001年經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，將“輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑通用體系的開發(fā)和應(yīng)用”作為我國建筑業(yè)用鋼的突破點(diǎn)，正式列入國家級重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，鋼結(jié)構(gòu)住宅引起社會各界廣泛關(guān)注。現(xiàn)在，建設(shè)部科技司組織的 36 項(xiàng)鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體系及關(guān)鍵技術(shù)研究課題，正在深入開展攻克關(guān)鍵技術(shù)、總結(jié)試點(diǎn)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步推廣階段。目前在北京、天津、山東萊蕪、安徽馬鞍山、南京、上海、廣州和深圳等地開展低層、多層、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)工程，已建成 100 多萬平米。在鋼結(jié)構(gòu)住宅試點(diǎn)示范工程實(shí)施中，各有關(guān)設(shè)計(jì)、供應(yīng)商、房地產(chǎn)公司等克服了各種困難，做了大量工作，取得了顯著的成績。
    　　
    　　為了凸現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點(diǎn)，本文簡單介紹了鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及其在住宅上的應(yīng)用。
    　　
    　　一、鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
    　　
    　　一般來說，材料的特性是推出新型建筑形式的出發(fā)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的。和其它材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)有如下一些特點(diǎn)。
    　　
    　　1.材料的強(qiáng)度高，塑性和韌性好鋼材和其它建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比，強(qiáng)度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。鋼材還具有塑性和韌性好的特點(diǎn)。塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會因超載而突然斷裂；韌性好，結(jié)構(gòu)對動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)。良好的吸能能力和延性還使鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強(qiáng)度高，做成的構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時(shí)需要滿足穩(wěn)定的要求，強(qiáng)度有時(shí)不能充分發(fā)揮。
    　　
    　　2. 材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合鋼材內(nèi)部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過程中質(zhì)量可以得到嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動(dòng)的范圍小。
    　　
    　　3. 鋼結(jié)構(gòu)制造簡便，施工周期短鋼結(jié)構(gòu)所用的材料單純而且是成材，加工比較簡便，并能使用機(jī)械操作，因此，大量的鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)廠做成構(gòu)件，精確度較高。構(gòu)件在工地拼裝，可以采用安設(shè)簡便的普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓，有時(shí)還可以在地面拼裝和焊接成較大的單元再行吊裝，以縮短施工周期。此外，對已建成的鋼結(jié)構(gòu)也比較容易進(jìn)行改建和加固，用螺栓連接的結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)需要進(jìn)行拆遷。
    　　
    　　4. 鋼結(jié)構(gòu)的重量輕鋼材的密度雖比混凝土等建筑材料大，但鋼結(jié)構(gòu)卻比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕，原因是鋼材的強(qiáng)度與密度之比要比混凝土大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過鋼筋混凝土屋架的1/3 至1/4，冷彎薄壁型鋼屋架甚至接近1/10，為吊裝提供了方便條件。對于需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，如建造在交通不便的山區(qū)和邊遠(yuǎn)地區(qū)的工程，重量輕也是一個(gè)重要的有利條件。
    　　
    　　當(dāng)然任何一種材料都不是十全十美的，鋼材的耐腐蝕性和耐火性就較為欠缺，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)時(shí)費(fèi)用比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高。不過在沒有侵蝕性介質(zhì)的一般廠房中，構(gòu)件經(jīng)過徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問題也并不嚴(yán)重。近年來出現(xiàn)的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗銹性能，已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用，并取得了良好的效果。鋼材長期經(jīng)受 100℃輻射熱時(shí)，強(qiáng)度沒有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達(dá) 150℃以上時(shí)，就須用隔熱層加以保護(hù)。鋼材不耐火，重要的結(jié)構(gòu)必須注意采取防火措施。例如，利用蛭石板、蛭石噴涂層或石膏板等加以防護(hù)。
    　　
    　　二、鋼結(jié)構(gòu)在住宅上的應(yīng)用以及推廣價(jià)值與磚混結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)相比，在住宅中應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)主要具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：
    　　
    　　1. 結(jié)構(gòu)自重輕。
    　　
    　　根據(jù)比較，相同的建筑造型，六層鋼結(jié)構(gòu)住宅重量僅相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)住宅的重量。建筑總質(zhì)量小，地震力效應(yīng)小，且延性好，相應(yīng)抗震性能優(yōu)良。歷次大地震災(zāi)害資料對比都說明了這一點(diǎn)。
    　　
    　　2. 材料各向同性，符合力學(xué)假定，提高了設(shè)計(jì)精度。
    　　
    　　3. 由于工廠化加工制造，精度高，易于保證質(zhì)量，與混凝土相比，更符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。同時(shí)施工速度快，工期縮短 40%以上，可使建筑物更早的投入使用，提早產(chǎn)生效益。
    　　
    　　4. 在設(shè)計(jì)中由于業(yè)主的要求，經(jīng)常要進(jìn)行變更，采用鋼結(jié)構(gòu)較易配合變更。施工時(shí)干式作業(yè)減少了對環(huán)境的污染，且構(gòu)件運(yùn)輸方便，費(fèi)用低。
    　　
    　　5. 可在梁腹板處開孔走管道，不像混凝土結(jié)構(gòu)在梁底通過。因此在樓層高度一樣的情況下，采用鋼結(jié)構(gòu)可提高層間凈高。
    　　
    　　6. 對新疆而言，鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)勢更為明顯。鋼材的耐腐蝕性較差，而新疆氣候干燥，降水少，蒸發(fā)量大，對于鋼材的“濕腐蝕”具有天然的防護(hù)作用。此外，新疆冬季較長，不利于施工。鋼結(jié)構(gòu)施工速度快的優(yōu)勢就明顯地體現(xiàn)了出來，既保證了建筑結(jié)構(gòu)的工期質(zhì)量，又減少了因冬季施工所帶來的溫度等方面的問題。
    　　
    　　7. 輕質(zhì)高強(qiáng)，簡單實(shí)現(xiàn)大跨與復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造開放式住宅。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)（磚混、混凝土）由于受材料限制，其開間一般在 3.0m、3.3m、3.6m、4.2m.如果需要更大開間，則會造成“肥梁胖柱”，房高也會受到影響。而在梁高相同的情況下，鋼結(jié)構(gòu)開間可比混凝土大 50%.在梁柱等強(qiáng)度條件下，可增加建筑有效使用面積5%～7%. 8. 新疆冬季時(shí)間長，室外溫度低，因此室內(nèi)都通過暖氣來取暖，采暖期長達(dá)半年。這就要求外墻要有良好的保溫措施，否則對能源是一種很大的浪費(fèi)。鋼結(jié)構(gòu)住宅的墻體一般選用與之配套的板材，與傳統(tǒng)的磚墻相比具有較好的保溫性能，在建筑節(jié)能方面有明顯的優(yōu)勢。由此可見，鋼結(jié)構(gòu)住宅不僅加快了國家和城市的發(fā)展速度，帶動(dòng)了與之相關(guān)的其它行業(yè)的發(fā)展，還提高了住宅質(zhì)量和人們的居住水準(zhǔn)，而且它作為一種商品綜合經(jīng)濟(jì)效益高，可使買賣雙方都獲得利益。鋼結(jié)構(gòu)住宅還促進(jìn)了住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程，尤其是使用材料的環(huán)保性，給社會帶來良好的綜合效益，而與之相比的鋼混和磚混等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)住宅越來越暴露出它們的缺點(diǎn)，和對發(fā)展的阻礙，取而帶之的鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)到了勢在必行的階段，這也正是現(xiàn)階段發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)住宅的原因。

    　　三、鋼結(jié)構(gòu)布置鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是：
    　　
    　　結(jié)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，整個(gè)結(jié)構(gòu)安全可靠；結(jié)構(gòu)應(yīng)符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；結(jié)構(gòu)方案盡可能節(jié)約鋼材，減輕鋼結(jié)構(gòu)重量；盡可能縮短制造、安裝時(shí)間，節(jié)約勞動(dòng)工日；結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)便于運(yùn)輸、便于維護(hù)；在可能條件下，盡量注意美觀，特別是外露結(jié)構(gòu)，有一定建筑美學(xué)要求。按照上述原則，根據(jù)實(shí)際案例原建筑設(shè)計(jì)的布置和功能要求，綜合考慮了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和施工合理性等因素，采用鋼框架?支撐和鋼框架??剪力墻結(jié)構(gòu)體系，并分別進(jìn)行了布置。
    　　
    　　1.梁柱體系平面采用普通梁格體系。梁采用熱軋焊接 H 形截面鋼梁，柱為焊接箱型鋼柱。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成剛性框架結(jié)構(gòu)，豎向荷載由梁、板、柱承擔(dān)。框架的梁與梁、梁與柱、柱與基礎(chǔ)均按剛性連接設(shè)計(jì)，現(xiàn)場連接采用高強(qiáng)螺栓與焊接共同作用。次梁為 H 形截面單跨簡支梁，設(shè)計(jì)主次梁時(shí)均不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用。
    　　
    　　2.抗剪體系分析計(jì)算表明，在全部水平風(fēng)荷載和地震力作用下，上述結(jié)構(gòu)體系局部剛度較弱，因此鋼框架?支撐結(jié)構(gòu)體系通過布置中心支撐來抵抗水平荷載。鋼框架?剪力墻結(jié)構(gòu)體系的中間部分電梯井與樓梯間布置鋼筋混凝土剪力墻，來抵抗水平外力的沖擊。
    　　
    　　3.樓蓋體系一般各層樓（屋）蓋均采用鋼筋混凝土樓（屋）蓋，樓板厚度依結(jié)構(gòu)計(jì)算定為110mm，140mm.在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，認(rèn)為樓蓋剛度足夠大，符合平面內(nèi)無限剛性的假定。
    　　
    　　4.基礎(chǔ)形式鋼框架?支撐采用柱下獨(dú)基，鋼框架?剪力墻采用柱下獨(dú)基與筏板基礎(chǔ)。
    　　
    　　5.內(nèi)外墻體系框??剪采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板材（簡稱 ALC 板材），外墻板厚為 200mm，內(nèi)墻板厚 100mm.框-支采用陶粒?砌塊。
    　　
    　　總之，鋼結(jié)構(gòu)住宅符合國家住宅產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)，符合可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略，并對保護(hù)耕地、提高城市建設(shè)水平有較大作用。有了國家政策的支持、技術(shù)的保證，鋼結(jié)構(gòu)住宅具有光明的前景。
    　　
    　　參考文獻(xiàn)：
    　　
    　　劉玉株 鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)問題討論。建筑創(chuàng)作，2003年2月
    　　
    　　陳祿如等 攻克關(guān)鍵技術(shù)推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展。建設(shè)科技，2003年12月
    　　
    　　馬飛宇 鋼結(jié)構(gòu)住宅?我國住宅工業(yè)化的發(fā)展方向。鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003年6月
    　　
    　　張小玲 鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑體現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。建設(shè)科技，2003年12月
    　　
    　　溫耀中 新疆地區(qū)鋼結(jié)構(gòu)小高層住宅結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用研究，2005年11月



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