钢结构建筑与未来建筑发展方向研究28420.pdf

钢结构建筑与未来建筑发展方向研究 2008年，全世界的目光都聚集在中国，关注着在北京举办的第 29 届夏季奥林匹克运动会。这不仅仅是一次世界顶级运动员们的激烈对决，更是一场展现新一代创新型建筑的视觉盛宴。其中一座高逾百米的钢结构建筑中央电视台办公楼，以其精湛的工程技术、个性的外观设计成为京城一个辉煌的建筑记忆。上世纪 50 年代初期，中国还不具备自主设计和生产钢结构的能力，所以钢结构对于当时的中国建筑行业而言属于绝对的奢侈品。但随着国民经济的增长、生产规模的调整，钢铁工业也逐渐发挥出了其巨大的市场潜力。尤其是 1998年钢结构技术作为我国建筑业的重点推广项目，更是引发了业界人士对钢结构的普遍关注。钢结构、工作区间、抗震、施工、造价、可持续发展。概述：当今社会已进入一个节约、可持续发展的阶段。从可持续发展的战略考虑，选用对资源消耗尽可能少、对生态环境影响小、循环再生利用率高的生态环境建筑材料是 21 世纪发展新型建筑体系的大趋势。刚才属于生态环境材料，是人们知道的最易于回收的材料。居不完全统计，20 世纪 60 年代和 70 年代生产的钢约有一半已经被回收再利用。随着工业技术的不断进步，用回收的钢铁炼钢所需能源是直接用铁矿石炼钢所需能源的 1/3左右。钢铁企业的持续不断的环保投资表明，钢能满足现代环境标准，因而钢材是良好的建筑材料。未来建筑结构方面的发展趋势将会是以钢结构为中心，其中的轻型钢结构由于灵活面广，用钢量小，现场安装简便迅速，施工周期短，因而在国内市场中应用越来越广泛，收到广大用户的认可及好评。1、轻钢结构的特点 1.1节约钢材 由于大量采用薄壁构建，能有效的节约钢材，减小自重。自重轻是轻钢结构区别于普通钢结构的特点之一。通常，在外荷载、结构形式、跨度相同的情况下，轻型钢结构的用钢量仅仅是普通钢结构的 60%左右。1.2 安全可靠 轻钢结构采用材质均匀、各项同性、塑性、韧性好的钢材，构件断裂前有较大的延伸变形抗震性能好。特别是对于单层轻型钢结构，由于结构自重轻，地震荷载通常不能起控制作用，故在一般情况下对于单层轻钢结构可以不作抗震验算。1.3 节约工期 轻钢结构建筑的构建通常由工厂制造、工地拼装，运输、安装方便，施工周期短。制造工业化、构件加工精度高，结构自重轻，安装不需大型安装机械，施工周期短，加速了资金周转，综合经济效益好。1.4 使用灵活 轻型刚房屋构建截面远小于混凝土结构，结构占空间小，门架式轻型钢房屋内墙均为非承重墙，用户可根据使用要求，随意划分使用空间。所以轻钢房屋为用户提供了最大、最有效的使用空间。另外轻钢房屋墙面、屋面采用彩色压型钢板或夹芯保温板，建筑外观美观，造型好。2、轻钢建筑的结构体系 2.1 结构体系 2.1.1低层轻钢结构体系 低层轻钢建筑指两层以下的轻钢房屋建筑，主要有实腹式、门式钢架或排架，也可采用格构式构件。其各榀钢架靠墙梁、檩条和各类支撑连系，构成空间的承力体系。门式钢架轻钢建筑是我国当前最常见和最受欢迎的轻钢建筑形式，在国内低层金属建筑中占垄断地位，也是人们通常印象中的轻钢建筑。2.1.2 多层轻钢体系 多层轻钢建筑是另一类很有发展前途的建筑形式，一般可定义为 10 层以下的住宅，总高度小于 24m的公共建筑，20m以下楼面荷载小于 8kPa的工业厂房。其中多层轻钢住宅尚处于开发研究阶段，而公共建筑如工厂厂房类、综合楼类多层轻钢建筑则常见。多层轻钢建筑适宜采用三维框架体系，此时则须加强个榀钢架的连系与支撑。框架体系轻钢建筑自重轻，自振周期较长，对地震作用不敏感。框架体系侧向刚度小，需设置各种侧向支撑，或结合电梯井布置，采用框架抗剪桁架结构、框架抗剪网架墙体、框架抗剪钢板剪力墙、框架钢混剪力墙等新体系，确保对结构水平位移的扭转作用，竖向体形应力求规则、均匀，避免结构刚度的突变，避免采用大的内收和外挑，避免在单体建筑中设伸缩缝、抗震缝和沉降缝，结构柱网设置宜在 6m 至 9m 房屋高宽比不宜大于 6，主要是钢接或半钢接的梁柱体系，一般设计为强柱弱梁形式，梁柱均取等截面形式。2.2 围护体系 轻钢建筑的墙体应采用轻质材料，墙梁宜优先选用冷弯薄壁槽钢、卷边槽钢、卷边 Z型钢。在柱网间距较大时，也可采用各种热轧和焊接型钢或托架，或在跨中或 1/3跨处设立拉条。墙体主要有两类：非自重式轻型墙体，如压型彩钢夹加轻型保温隔层墙体，压型彩钢夹芯板，玻纤增强水泥外墙板，以及玻璃幕墙；自承重轻型墙体，主要采用各类轻质填充材料，如空心砌体、加气混凝土块、预制预应力土多空板，以及长尺压型钢板、钢网塑料墙体、轻钢龙骨加面板墙体等，有时玻璃幕墙也可做成半自承重的变化和发展。3、轻型钢结构建筑在我国的发展 3.1 轻钢结构的使用 20 世纪 80 年代引进的新型轻钢结构建筑包括世界上很多著名厂家的各种工、农业、商业和民用建筑。这些引进的轻钢建筑都能迅速投入使用，与采用传统的砌体混凝土结构建筑相比，使用效果好，综合技术经济效益高，深受用户的欢迎，发挥了样板建筑的作用，为我国轻钢结构建筑的发展提供了丰富的经验和技术，推动了我国轻钢建筑材料和零配件的生产以及轻钢建筑设计和施工技术的发展。3.2 轻钢材料的研制 在引进国外先进轻钢材料的基础上，国内有关部门和企业也积极探索轻钢的研发之路，并已应用于相关工程建设。由冶金部建筑研究院总院引进、研发的隔热夹芯板已用于亚运会等体育场管的屋面。在压型钢板上粘贴聚苯乙烯泡沫板在粘贴玻璃布和聚合物砂浆的增强纤维保温复合板，具有较好的防水和保温性能，很适用于在北方地区推广使用。80 年代以来我国已经能够生产轻型钢结构建筑所需的各种连接件、零配件及密封、嵌缝材料。需要指出的是，目前我国在轻钢结构构建的主要用钢 H 型钢方面的生产远不能满足轻钢结构的发展需要。H 型钢是第三代热轧型钢。目前，我国在北京、上海、深圳等地有六个焊接 H 型钢生产线，可以供应各种规格的焊接 H 型钢，但仅能生产小尺寸热轧 H 型钢，大尺寸H 型钢只能采用焊接 H 型钢或依赖进口。目前 H 型钢主要依赖进口。新型轻钢结构建筑的迅猛发展是现代建筑发展的新潮流，对我国来说，大力发展轻钢结构不但适应国内外现代建筑的需求，而且对调整建筑业“产品”结构，发展建筑业至关重要。发展轻钢结构对我国庞大的钢铁企业更新产品结构，开展刚才深加工，增加产品附加值，搞活钢铁企业乃至搞活国民经济都有重大的战略意义。4、心得体会 轻钢结构主要包括低层轻钢结构和多层轻钢结构两种体系，它们均具有节约钢材、利于回收、结构安全、使用灵活、建设工期短等优点，已经在我国得到了广泛的应用，但仍存在一定的问题。在详细分析的基础上，初步提出了建立绿色造价评价体系、提高业务水平和完善行业标准、在住宅领域推广使用、在西部大力发展轻钢结构等轻钢结构的发展建议。