装配式钢结构建筑的主要结构计算探究,建筑结构论文.docx

装配式钢结构建筑的主要结构计算探究,建筑结构论文摘 要： 为了更好地发展装配式钢构造建筑, 对钢构造技术的适用性进行分析和研究。围绕构造体系、构件设计和防火防腐、连接节点三方面的技术展开讨论, 指出装配式钢构造建筑存在的问题以及技术发展方向, 为其钢构造技术的发展提供一些思路和参考。 本文关键词语： 装配式钢构造建筑; 构造体系; 连接节点; 防火防腐; 近年来, 装配式建筑已经被提到了国家研发层面, 作为建筑业转型发展的重点予以推进。国家及全国各地关于装配式建筑发展的工作目的、扶持政策陆续出台, 装配式建筑项目如雨后春笋般在各地展开。 装配式钢构造建筑以钢构造作为承重构造, 是与装配式混凝土建筑、装配式木构造建筑并行的3种装配式建筑体系之一。钢构造是与围护、内装、设备管线等建筑部品部件的系统集成, 是其主体构造。面对装配式建筑的发展方向, 钢构造技术能否继续适用, 怎样更好地适应需求和发展, 本文从构造体系、构件设计和防火防腐、连接节点三方面进行阐述。 1 构造体系 在寓居和办公类装配式钢构造建筑中常用的构造体系有冷弯薄壁型钢、纯框架、框架支撑、框架剪力墙、框架核心筒构造等, 也有一些异型柱框架和剪力墙构造、纯钢或组合构造, 可解决露梁露柱问题。事实上, 传统的构造形式, 或是构造形式的一些变化, 对于钢构造建筑体系的构成和支撑, 并无突出矛盾。 但是, 假如行业的发展始终躺在 钢构造就是装配式 这一观点上, 那就有些不思进取了。让装配式钢构造建筑的构造体系勉为其难地向传统现浇剪力墙住宅体系靠拢, 简单套用混凝土剪力墙户型的传统钢构造体系, 不仅具体表现出不出优势, 反而会变成劣势。仅仅仅是解决露梁露柱问题, 而不是针对钢构造的特点, 从房型、装修等方面综合考虑用户的接受度, 向钢构造标准化、高效制作与安装发展, 那很难获得大的技术进步。 1.1 分离式构造体系 就钢构造体系而言, 竖向承重和抗侧力分离的构造体系, 对于实现高效装配目的是一个很好的选择 局部构造构成抗侧力体系 (能够是支撑、剪力墙等) , 其余部分的构造无需抗侧能力, 只要具备竖向承重能力即可, 因而构造处理更为方便。这实际上可以能是一种单一抗侧力构造体系。除了钢框架-核心筒混合构造体系 (事实上效率并不低) , 当前国内正在从事新体系的探究。 以支撑框架为代表的单一抗侧力体系, 也是一种不错的选择。典型的例子有日本大和房屋株式会社主推的支撑框架体系:梁贯穿, 梁柱按铰接处理 (半刚性) , 完全由支撑提供抗侧刚度, 实际上是一种分离式构造体系, 经同济大学研发, 构成了整套技术体系, 命名为 分层装配式钢构造体系 1 (见图1) , 用于低多层装配式钢构造建筑, 装配效率可大大提升。 然而, 根据国内现行的GB 50011 2018(建筑抗震设计规范设计, 要求构造宜有多道抗震防线。详细到钢框架-支撑构造中, 框架部分有相应的抗震措施和构造要求, 需保证延性, 并承当不低于总水平地震作用的25% (基本给这种构造体系判了 死刑 ) , 导致梁柱节点必须设计有一定抗弯刚度, 以构成框架来承当部分水平地震力。 图1 分层装配式钢构造体系 这就很尴尬了, 明明是因地震频发的国家广泛应用的构造体系, 怎么在国内就不行了呢?是国内地震设防十分吗?假如讲在日本经过大地震检验是可靠的, 那么根据我们的规范, 却以为是不安全的, 是这个构造体系不合理, 还是我们的规范不合理呢?实际上参考美国的构造规范, 支撑框架作为单一抗侧力体系是允许的。况且, 钢框架-支撑体系中, 即使框架部分全是铰接没有抗侧刚度, 同一方向上的多道支撑事实上也是抗震的多道防线。 1.2 构造体系的其他问题 由于现行的(建筑抗震设计规范关于 强柱弱梁 的要求, 所以直接导致H型截面柱的框架 (横向框架+纵向支撑框架, 或者部分钢柱旋转90 布置实现双向抗侧的纯框架) 无法实现。事实上横向框架+纵向支撑框架的构造形式在工业建筑中一直被普遍应用, 在民用建筑中是不是就真的不可行?H型截面柱的双向纯框架也真的不行?可美国的钢框架这么做的还挺多, 包括特殊抗弯框架。 另外, 远大可建科技有限公司 (远大可建) 因装配高效而引起轰动的钢构造建筑 (见图2) , 构造体系2集合了钢柱、斜撑和集成式组合楼板, 实际上是一种桁架梁支撑框架体系, 但这么多年来构造体系很难被规范和工程界接受, 能否真的不行?或是有其适用的条件、解决的出路? 在装配式钢构造建筑的构造体系方面, 事实上还有很多值得讨论的地方, 不仅仅仅是一些合适装配式建筑的钢构造新体系的研发, 还有我们国家相关规范的梳理和改良。 图2 远大可建的钢构造体系 2 构件设计及防火防腐 2.1 构件设计 建筑工业化的目的是为了解决传统建筑劳动效率和劳动力的问题。钢构造厂的构件加工, 固然实现了工厂预制, 但也存在加工效率的问题。 国外的钢构造普遍使用型钢。由于我们国家有用钢量控制, 另外工程量计算一般是按吨位而不管构件截面形式, 所以导致采用焊接截面的情况普遍。尽可能采用轧制型钢以及成品型材, 少用焊接截面, 是减小构件加工工作量的重要措施。 钢构造加工厂的构件如能实现模数化、标准化, 就是实现了装配式建筑的发展初衷, 而不是停留在 钢构造就是工厂预制的 这一讲法上。如型钢在钢厂经简单处理, 绕过钢构厂, 直接进入现场进行装配, 将是高效装配的解决方案。 2.2 构件的防火防腐 (1) 防火涂料。装配式钢构造会采用防火防腐涂料进行防护。但是, 涂料的寿命一般仅10余年, 业主或用户远远不能接受 (尤其是住宅) 。除了常规的防火涂料之外, 采用防火片材的粘贴包覆, 同时结合装修一体化处理, 在装配式钢构造建筑中, 尤其是精装修住宅中, 是一种很好的解决方案。 (2) 钢构造免涂装和一体化防火方案。这是解决防火防腐问题的根本途径。根据日本的工程经历体验, 多高层钢构造构件在加工厂可不进行防腐涂装, 仅在现场进行防火喷涂作业, 或结合室内装修进行防火包覆, 以保证防火性能。日本的技术人员以为, 建筑物内封闭环境下钢材的腐蚀速度很慢, 完全没必要涂装, 预留一点腐蚀裕量即可, 方便又环保 (见图3) 。 图3 日本钢构造工程现场的防火和防腐做法 (3) 钢构造锈蚀速度有限。根据(色漆和清漆防护漆体系对钢构造的腐蚀防护) M.北京:中国建筑工业出版社, 2003. 7 江磊鑫.一种装配式的新型自锁节点以及性能研究J.施工技术, 2018, 52 (3) :67-69. 8 Prequalified Connections for Special and Intermediate SteelMoment Frames for Seismic Applications AISC 358-16S.