钢结构住宅建筑发展及结构体系分析..doc

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1、在倡导可持续开展与生态建筑理念的今天 , 中国 传统的 “ 秦砖汉瓦 式的砖混构造以及古老的木构造即 将退出历史舞台 , 形成钢构造与钢筋混凝土构造并驾 齐驱之势 。 就建筑开展的趋势而言 , 一是向高层及超高 层方向开展 , 二是向大跨及超大跨度的方向开展 。 在这 两个领域 , 钢构造除了自身强度高 , 塑性韧性好 , 抗震 性能好 , 工业化程度高 , 综合经济效益好等常规优点 外 , 更具有其他构造形式无与伦比的优势 1。近两年来 , 我国钢材年产量突破 1.2亿 t , 属世界钢 材大国 , 建筑行业可采用的钢材也非常充足 。 因此 , 国 家的政策由节约用钢到鼓励用钢 , 以促进建

2、筑上用钢 比例 , 尤其是占建筑比例较大的钢构造住宅建筑已成 为我国重点开展对象 。1国内外钢构造住宅建筑开展国外的应用与开展由于环保意识的加强与木材短缺等因素 , 目前许多国家如美国 、 日本 、 英国 、 澳洲等 , 正积极地推动预制 装配化钢构造中低层住宅的应用与开展 。 美国在 1992年仅 500栋 , 而 1998年就到达 12万栋 , 2000年更到达 20万栋的规模 , 约占住宅建筑总数的 20%。 现在英国的多 层与低层住宅 、 办公楼 、 购物中心 、 学校与其他公共设 施中 , 80%以上都采用轻钢构造或钢构造 。 日本的钢结 构建筑数量最多 , 其新建的 1-4层建筑大

3、都采用了钢结 构 。 在日本 , 人们更重视其良好的抗震性能 , 工业化住 宅已占日本新建住宅的 20%。改革开放以来 , 我国住宅建立开展很快 , 为了满足人民群众日益增长的住房需求 , 推进住宅产业现代化 , 国务院于 1999年在第 72号文件中明确提出 :开展钢结 构住宅 , 扩大钢构造住宅的市场占有率 , 将会加速住宅 产业化过程 , 对我国建筑 、 冶金及相关产业的开展具有 重大意义 。 由此可见 , 钢构造住宅是我国生产力开展到 一定阶段的必然产物 , 必将成为住宅产业的一支新生 力量 。政策方面上 , 建立部于 2001年底发布了 “ 钢构造住 宅建筑产业化技术导那么 , 该文

4、件为标准与促进我国钢 构造住宅建筑的开展 , 探索适合中国国情的钢构造住 宅产业化开展道路 , 提供了有力的政策指导 。 2007年年 初 , 建立部与国家冶金工业局联合组织建筑用钢技术 协调组制定 ? 国家建筑钢构造产业 “ 十五方案 与 2021 年开展规划纲要 ?。 此外 , 国家为加快住宅产业现代化 的步伐 , 采取了一系列的措施 , 不但明确提出要积极合钢构造住宅建筑开展及构造体系分析刘文立 , 郭玉(山东华新房地产开发 , 271219山东新泰 摘要 :介绍钢构造住宅建筑在国内外的应用与开展概况 , 指出钢构造住宅建筑的优点 , 从钢构造承重 、 楼面构造与围护构造三个方面重点讨论

5、钢构造住宅建筑的构造体系组成 , 最后分析钢构造住宅建筑存在的主要问 题与未来开展方向 。关键词 :钢构造 ; 住宅建筑 ; 构造体系 中图分类号 :TU 392文献标识码 :A文章编号 :1000-4726(2021 02-0172-03ANALYSIS ON DEVELOPMENT OF STEEL STRUCTURE RESIDENTIALBUILDING AND STRUCTURAL SYSTEMLIU Wenli, GUO Yu(ShandongHua-xin Real Estate Development Co. LTD, 271219, Xintai, Shandong , Ch

6、inaAbstract:Application and development of steel structure residential buildings both at home and abroad are introduced herein, and advantages of steel structure residential buildings are analyzed. Structural system of steel structure residential buildings is discussed on three aspects, such as load

7、 bearing of steel structure, floor struc -ture and fender structure. Main problems and development trend of steel structure residential buildings are also analyzed.Key words:steel structure ; residential building ; structure system收稿日期 :2021-11-11作者简介 :刘文立 (1971-, 男 , 山东邹城人 , 山东华新房地产开发有限 公司 , 工程师 ,

8、山东省泰安市高新开发区奥林匹克花园中天商务运动 城 , 271000, e-mail:建 筑 技 术Architecture Technology第 40卷第 2期 2021年 2月Vol.40No.2Feb. 20211722021年第 2期理地扩大钢构造在建筑中的应用 , 还明确规定了被淘 汰建材品种及淘汰的时间表 。近几年来建立部组织 “ 钢构造住宅建筑与关键技 术研究 工程 , 确定了 29个试点工程 , 房地产开发商 、 投 资公司 、 大型钢铁企业与有远见的民营企业纷纷投入 研究开发工作 。 目前 , 北京 、 上海 、 天津 、 山东等省市已 开场进展钢构造住宅的试点工程 , 我

9、国住宅钢构造的 研究与开发进入了实施阶段 。 其中 , 天津市建委已完成 试点工程 , 开场成片开发 ; 莱钢与马钢利用本公司钢材 产品自行开发 , 已建成示范工程 ; 北京赛博思公司在多 层钢构造住宅体系方面已开场承建大批量工程 ; 上海 现代房地产公司投资数千万元进展研究 , 现在已开场 走出国门 , 承接菲律宾钢构造住宅工程等 。2钢构造住宅建筑的优点钢构造住宅建筑是以钢构造作为承重构造并与轻 质墙板体系相配套的一种新型住宅建筑体系 。 从住宅 建筑开展来看 , 钢构造住宅有如下优点 :(1 比传统砖 混 、 混凝土住宅能更好地满足大开间 、 灵活分隔的要 求 , 能更好地满足现代住宅市

10、场的需要 , 同时能增加使 用面积 5%8%;(2 延性好 , 塑性变形能力强 , 抗震性 能好 , 从而大大提高了住宅的平安性与可靠性 ;(3 自 重轻 , 承载力大 , 其重量仅为普通砖混住宅的 2/3左右 , 可大大减少根底造价 , 且施工周期短 , 可缩短资金占用 周期 , 提高投资效益 ;(4 工业化程度高 , 有利于构件标 准化与降低本钱 , 现场湿作业少 , 其材料本身可再生利 用 , 符合环保要求 ;(5 采用与钢构造配套的轻质墙板 、 复合楼板等新材料 , 符合建筑节能要求 。3钢构造住宅构造体系钢构造住宅建筑的构造体系主要由钢构造承重体 系 、 楼面构造体系与围护构造体系等

11、组成 2。钢构造住宅承重体系宜采用钢框架体系 , 因为框 架体系的钢构造住宅自重轻 、 自振周期较长 , 对地震作 用反响不敏感 。 全框架体系属典型的柔性构造体系 , 其 高侧向刚度较小 , 当构造高度或层高较大时 , 需设置各 种侧向支撑 , 或者结合电梯井 、 楼梯间的布置 , 采用钢 框架 混凝土剪力墙 、 钢框架 抗剪钢板剪力墙 、 钢框 架 抗剪桁架构造等体系 , 以确保对构造水平位移的 严格控制 。 钢构造住宅构造体系种类繁多 , 但大致可分 为以下几种体系 。(1 纯钢框架体系 。 这种体系的主要特点在于在 垂直平面上不设斜杆 , 传力路径明确 , 建筑平面布置灵 活 , 制作

12、安装简单 。 其构造各局部的刚度较均匀 , 构造 也较简单 ; 框架构造的梁 、 柱构件易于标准化 、 定型化 、 装配化 ; 但抗侧移刚度较小 。 基于抗震验算要求 , 其建 造楼层一般不应超过 12层 。(2 钢框架 支撑构造体系 。 这种体系是在钢框 架中沿房屋进深方向布置钢支撑 , 或沿房屋进深与纵 向布置 , 有时还可以连接成支撑芯筒 , 以获得较大的抗 侧移刚度 。 这种体系适用于抵抗小震或中震 , 抗侧移刚 度足以承受侧向水平力 。 一般来说 , 此体系较纯框架结 构用钢量少 , 节点构造较其他体系相对简单 。 同时 , 采 用支撑构造能大大增加构造的整体刚度 , 提高抗侧能 力

13、 , 因而建筑高度可以提高到 40层左右 。(3 钢框架 剪力墙构造体系 。 这种体系中 , 一般 在钢框架内采用带竖缝的钢筋混凝土抗震墙板或内埋 钢支撑的预制钢筋混凝土墙板 , 它可与室内横隔墙结 合布置 , 形成房屋的主要抗侧力构件 , 抗侧移刚度大 。 假设在房屋的楼梯间 、 电梯间或卫生间布置钢筋混凝土 墙体 , 那么可与外周钢框架形成框架 多筒构造体系 。 (4 钢 混凝土组合构造体系 。 这种体系采用钢 管 (方钢管或圆钢管 混凝土柱 、 H 型钢梁或钢骨混凝土 梁组成抗侧力体系 , 必要时亦可设置钢支撑或剪力墙 构件 , 以增加抗侧移刚度 。(5 空间错列桁架构造体系 。 这种体

14、系是由高度 等于楼层高 , 跨度等于房屋总宽度的桁架 , 支撑于房屋 外侧的纵列柱上 , 相邻上 、 下层错列布置 , 中间无柱 , 楼 板分别搁置在左 、 右桁架析架的上弦与下弦上 。 由于桁 架有一层楼高 , 其横向抗侧移刚度大 ; 又由于该体系中 的纵柱主要承受轴力 , 其柱截面强轴可布置在纵向 , 故 其纵向抗侧移刚度亦很大 。 这种体系通常为 1520层 , 但也曾用到 3540层的建筑物中 。楼面构造由钢梁与楼面板组合而成 。 楼面主次梁 应采取紧凑型构造措施 , 并与楼面板严密联系 , 以保证 钢梁的整体稳定性 。 作为民用住宅构造 , 楼板必须有足 够的强度 、 刚度与整体稳定

15、性 , 还要具有较好的隔声 、 防水与防火性能 。 为减轻楼板自重 , 便于管线敷设 , 提 高施工速度 , 减少现场湿作业量 , 目前主要采用的楼板 形式如下 。(1 压型钢板 -现浇混凝土组合楼板 。 压型钢板 通过栓钉固定在钢梁上 , 可作为永久性模板并参与共 同工作 , 省去了支模板的不便 。 现浇混凝土板假设采用轻 骨料混凝土 , 可大大降低组合楼板的自重 。(2 预制预应力混凝土叠合楼板 。 将预制的预应 力混凝土薄板与钢梁连接 , 上浇混凝土以组成叠合板 ,刘文立 , 等 :钢构造住宅建筑开展及构造体系分析 173建 筑 技 术 第 40卷这种叠合楼板同样无需模板 , 施工方便

16、, 且省去了压型 钢板 , 可降低楼板造价 。(3 钢骨架轻质保温隔声复合楼板 。 这种楼板具 有承载能力大 、 轻质 、 保温 、 节能 、 隔声 、 不开裂 、 防火 、 管线暗敷 、 工厂化生产 、 无模板施工等综合功能 。 (4 密排托架 -现浇混凝土组合楼板 , 双向轻钢密 肋组合楼盖 。 楼面次梁采用密排托架 , 与混凝土楼板组 合工作 。 各类设备管道可从托架腹中穿过 , 节约净空 。 (5 现浇钢骨混凝土大跨度空心楼盖 。 有两种形 式 :梁式钢骨混凝土空心楼盖 , 框架梁为钢骨混凝土明 梁 ; 无梁 (暗梁 钢骨混凝土空心楼盖 。 楼板中埋设 GBF 轻质高强复合薄壁空心管

17、。为减轻构造自重 , 满足建筑节能要求 , 充分发挥钢 构造的优势 , 围护墙体应采用轻质材料 , 如外墙可采用 蒸压加气混凝土墙板 (ALC板 、 SRC 复合保温墙板等工 厂预制的标准化轻质墙板 、 玻璃纤维加强水泥外墙板 与玻璃幕墙等 。 内墙可采用轻钢龙骨石膏板 、 加气混凝 土轻质墙板 、 ALC 轻质砌块与轻质改性石膏砌块等 。 屋盖系统尽量采用有擦体系 , 屋面材料可与楼面 一样 , 也可采用彩色压型钢板防水屋面系统 , 该系统有 良好的防水效果 , 屋面隔热保温性能好 , 并丰富了建筑 物的外形 。4钢构造住宅建筑存在问题及开展方向就国内外的研究及应用现状而言 , 美国 、 日

18、本 、 澳 大利亚及加拿大等国在钢构造住宅领域已开展了多年 的理论与实验研究 , 形成了自己的完善体系 , 并已新建 了一大批示范性建筑 。 我国的钢构造住宅目前尚处于 启动阶段 , 虽然近年来在上海 、 北京 、 天津 、 山东等地探 索性地兴建了一批钢构造住宅 , 积累了经历 , 但系统性 的研究尚属空白 3。 我国钢构造住宅建筑的主要问题可 归纳为以下几点 :(1 钢构造住宅的材料不完善 , 缺乏 技术创新 ;(2 体系的技术与产品不配套 , 性能较差 , 施 工处于粗放阶段 ;(3 住宅建立标准化程度低 , 住宅产 品部件生产缺乏标准化指导 ;(4 有关的钢构造住宅标 准 、 标准不完

19、善 , 致使构造体系设计缺乏统一标准 ;(5 体系的最终产品单一 , 缺乏灵活性与适应性 , 不能满足 住房市场的需求 ;(6 钢材防火 、 防腐及保温 、 隔声 、 抗 震等技术还不够成熟 , 需要不断完善与创新 。随着我国国民经济的开展 , 人民物质文化生活有 了很大的改善 , 为了解决上述问题 , 必须研究钢构造住 宅建筑体系 , 创造出良好的居住空间 , 使居民住得更 好 、 更舒适 。(1 强柱弱梁设计 :柱与梁连接宜改为半刚接或 铰接 , 这样易于施工 , 且吊装工期大大加快 , 也使构造 内力分布更合理 。(2 楼群整体施工 :为表达钢构造施工速度快的 优势 , 降低造价 , 增

20、加效益 , 住宅小区应区域性施工 , 场 地集中组装构造吊装空间单元 , 利用同一台可移动塔 吊吊装 , 有利于化解围护构造施工慢的矛盾 , 从而提高 钢构造住宅的竞争力 。(3 加快围护构造产品研究与开发 :只有开发生 产保温 、 隔热 、 吸声 、 强度高 、 施工方便 、 工厂化生产 、 成 本低的围护构造产品 , 才能表达钢构造住宅的优越性 , 才能给住宅建立带来历史性的变革 。(4 选择合理的钢框架截面形式 :考虑到房屋的 使用功能要求 , 在满足构造构件强度 、 刚度 、 延性等要 求的前提下 , 应尽量选取截面较小的构造构件 , 为用户 提供更宽阔的生活空间 。 一般来讲 , 对

21、不超过 6层的钢 构造住宅 , 可以不设支撑 , 梁柱截面可以选取与填充墙 同厚度的尺寸 ; 对超过 6层的建筑 , 可以把电梯间作为 抗侧力构件的一局部 。(5 加强抗震研究 :优化钢构造体系与相应节点 构造 , 提高构造抗震性能 , 特别是对住宅钢构造节点的 延性性能研究 , 不仅在构造工程研究领域具有很高的 价值 , 而且是现阶段较为紧迫的课题 。目前 , 我国住宅建立正面临着由重型构造向轻型 构造的转变 。 可以预言 , 21世纪将是钢构造快速开展的 时期 , 钢产量的大幅度提高 , 新型建筑材料与建筑技术 的开发 、 引进应用以及钢构造工程实践经历的积累 , 都 为钢构造体系的应用奠

22、定了根底 , 钢构造住宅体系已 经显示出极好的开展前景 。钢构造住宅建筑是一种环保型绿色建筑体系 , 它 符合住宅产业化的开展趋势 。 可以预期 , 钢构造住宅将 以其强度高 、 自重轻 、 用料省 、 外形美观 、 施工迅速 , 符 合环保以及适应产业化生产等明显的技术经济综合优 势 , 继续迅速开展 。参考文献1沈祖炎 , 李国强 , 陈以一等 . 钢构造学 M. 北京 :中国建筑工业出版 社 , 2005.2郑廷银 , 马梦寒 . 钢构造住宅体系初探 J. 南京工业大学学报 , 2003, 25(2:98-103.3刘 玉 株 . 钢 结 构 住 宅 技 术 问 题 探 讨 J. 建 筑 创 作 , 2003(2:101-112.174第 10 页