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鋼結構的特點(diǎn)以及在住宅上的應用

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]


    本文簡(jiǎn)單介紹了鋼結構的優(yōu)點(diǎn)及其在住宅上的應用，給了給工程設計人員一定的幫助。2001年經(jīng)國家經(jīng)貿委批準，將“輕型鋼結構住宅建筑通用體系的開(kāi)發(fā)和應用”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 )新項目，鋼結構住宅引起社會(huì )各界廣泛關(guān)注。


    　　摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了鋼結構的優(yōu)點(diǎn)及其在住宅上的應用，給了給工程設計人員一定的幫助。

    　　2001年經(jīng)國家經(jīng)貿委批準，將“輕型鋼結構住宅建筑通用體系的開(kāi)發(fā)和應用”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 )新項目，鋼結構住宅引起社會(huì )各界廣泛關(guān)注?，F在，建設部科技司組織的 36 項鋼結構住宅建筑體系及關(guān)鍵技術(shù)研究課題，正在深入開(kāi)展攻克關(guān)鍵技術(shù)、總結試點(diǎn)工程經(jīng)驗進(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(kāi)展低層、多層、高層鋼結構住宅試點(diǎn)工程，已建成 100 多萬(wàn)平米。在鋼結構住宅試點(diǎn)示范工程實(shí)施中，各有關(guān)設計、供應商、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(zhù)的成績(jì)。
    　　
    　　為了凸現鋼結構住宅的優(yōu)點(diǎn)，本文簡(jiǎn)單介紹了鋼結構的優(yōu)點(diǎn)及其在住宅上的應用。
    　　
    　　一、鋼結構的優(yōu)點(diǎn)
    　　
    　　一般來(lái)說(shuō)，材料的特性是推出新型建筑形式的出發(fā)點(diǎn)。鋼結構是用鋼板、熱軋型鋼或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的。和其它材料的結構相比，鋼結構有如下一些特點(diǎn)。
    　　
    　　1.材料的強度高，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，強度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構件和結構。鋼材還具有塑性和韌性好的特點(diǎn)。塑性好，結構在一般條件下不會(huì )因超載而突然斷裂；韌性好，結構對動(dòng)力荷載的適應性強。良好的吸能能力和延性還使鋼結構具有優(yōu)越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強度高，做成的構件截面小而壁薄，受壓時(shí)需要滿(mǎn)足穩定的要求，強度有時(shí)不能充分發(fā)揮。
    　　
    　　2. 材質(zhì)均勻，與力學(xué)計算的假定比較符合鋼材內部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。因此，鋼結構的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計算結果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過(guò)程中質(zhì)量可以得到嚴格控制，材質(zhì)波動(dòng)的范圍小。
    　　
    　　3. 鋼結構制造簡(jiǎn)便，施工周期短鋼結構所用的材料單純而且是成材，加工比較簡(jiǎn)便，并能使用機械操作，因此，大量的鋼結構一般在專(zhuān)業(yè)化的金屬結構廠(chǎng)做成構件，精確度較高。構件在工地拼裝，可以采用安設簡(jiǎn)便的普通螺栓和高強度螺栓，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，對已建成的鋼結構也比較容易進(jìn)行改建和加固，用螺栓連接的結構還可以根據需要進(jìn)行拆遷。
    　　
    　　4. 鋼結構的重量輕鋼材的密度雖比混凝土等建筑材料大，但鋼結構卻比鋼筋混凝土結構輕，原因是鋼材的強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(guò)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。對于需要遠距離運輸的結構，如建造在交通不便的山區和邊遠地區的工程，重量輕也是一個(gè)重要的有利條件。
    　　
    　　當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，在對結構進(jìn)行防護時(shí)費用比鋼筋混凝土結構高。不過(guò)在沒(méi)有侵蝕性介質(zhì)的一般廠(chǎng)房中，構件經(jīng)過(guò)徹底除銹并涂上合格的油漆，銹蝕問(wèn)題也并不嚴重。近年來(lái)出現的耐大氣腐蝕的鋼材具有較好的抗銹性能，已經(jīng)逐步推廣應用，并取得了良好的效果。鋼材長(cháng)期經(jīng)受 100℃輻射熱時(shí)，強度沒(méi)有多大變化，具有一定的耐熱性能，但溫度達 150℃以上時(shí)，就須用隔熱層加以保護。鋼材不耐火，重要的結構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。
    　　
    　　二、鋼結構在住宅上的應用以及推廣價(jià)值與磚混結構、混凝土結構相比，在住宅中應用鋼結構主要具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：
    　　
    　　1. 結構自重輕。
    　　
    　　根據比較，相同的建筑造型，六層鋼結構住宅重量?jì)H相當于四層磚混結構住宅的重量。建筑總質(zhì)量小，地震力效應小，且延性好，相應抗震性能優(yōu)良。歷次大地震災害資料對比都說(shuō)明了這一點(diǎn)。
    　　
    　　2. 材料各向同性，符合力學(xué)假定，提高了設計精度。
    　　
    　　3. 由于工廠(chǎng)化加工制造，精度高，易于保證質(zhì)量，與混凝土相比，更符合結構設計要求。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. 在設計中由于業(yè)主的要求，經(jīng)常要進(jìn)行變更，采用鋼結構較易配合變更。施工時(shí)干式作業(yè)減少了對環(huán)境的污染，且構件運輸方便，費用低。
    　　
    　　5. 可在梁腹板處開(kāi)孔走管道，不像混凝土結構在梁底通過(guò)。因此在樓層高度一樣的情況下，采用鋼結構可提高層間凈高。
    　　
    　　6. 對新疆而言，鋼結構住宅的優(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”具有天然的防護作用。此外，新疆冬季較長(cháng)，不利于施工。鋼結構施工速度快的優(yōu)勢就明顯地體現了出來(lái)，既保證了建筑結構的工期質(zhì)量，又減少了因冬季施工所帶來(lái)的溫度等方面的問(wèn)題。
    　　
    　　7. 輕質(zhì)高強，簡(jiǎn)單實(shí)現大跨與復雜幾何結構，創(chuàng )造開(kāi)放式住宅。傳統結構（磚混、混凝土）由于受材料限制，其開(kāi)間一般在 3.0m、3.3m、3.6m、4.2m.如果需要更大開(kāi)間，則會(huì )造成“肥梁胖柱”，房高也會(huì )受到影響。而在梁高相同的情況下，鋼結構開(kāi)間可比混凝土大 50%.在梁柱等強度條件下，可增加建筑有效使用面積5%～7%. 8. 新疆冬季時(shí)間長(cháng)，室外溫度低，因此室內都通過(guò)暖氣來(lái)取暖，采暖期長(cháng)達半年。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。鋼結構住宅的墻體一般選用與之配套的板材，與傳統的磚墻相比具有較好的保溫性能，在建筑節能方面有明顯的優(yōu)勢。由此可見(jiàn)，鋼結構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，而且它作為一種商品綜合經(jīng)濟效益高，可使買(mǎi)賣(mài)雙方都獲得利益。鋼結構住宅還促進(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(huì )帶來(lái)良好的綜合效益，而與之相比的鋼混和磚混等傳統結構住宅越來(lái)越暴露出它們的缺點(diǎn)，和對發(fā)展的阻礙，取而帶之的鋼結構已經(jīng)到了勢在必行的階段，這也正是現階段發(fā)展鋼結構住宅的原因。

    　　三、鋼結構布置鋼結構設計的基本原則是：
    　　
    　　結構必須有足夠的強度、剛度和穩定性，整個(gè)結構安全可靠；結構應符合建筑物的使用要求，有良好的耐久性；結構方案盡可能節約鋼材，減輕鋼結構重量；盡可能縮短制造、安裝時(shí)間，節約勞動(dòng)工日；結構構件應便于運輸、便于維護；在可能條件下，盡量注意美觀(guān)，特別是外露結構，有一定建筑美學(xué)要求。按照上述原則，根據實(shí)際案例原建筑設計的布置和功能要求，綜合考慮了結構的經(jīng)濟性、建筑設計的特點(diǎn)和施工合理性等因素，采用鋼框架?支撐和鋼框架??剪力墻結構體系，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)結構設計成剛性框架結構，豎向荷載由梁、板、柱承擔?？蚣艿牧号c梁、梁與柱、柱與基礎均按剛性連接設計，現場(chǎng)連接采用高強螺栓與焊接共同作用。次梁為 H 形截面單跨簡(jiǎn)支梁，設計主次梁時(shí)均不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用。
    　　
    　　2.抗剪體系分析計算表明，在全部水平風(fēng)荷載和地震力作用下，上述結構體系局部剛度較弱，因此鋼框架?支撐結構體系通過(guò)布置中心支撐來(lái)抵抗水平荷載。鋼框架?剪力墻結構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(lái)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，樓板厚度依結構計算定為110mm，140mm.在結構計算中，認為樓蓋剛度足夠大，符合平面內無(wú)限剛性的假定。
    　　
    　　4.基礎形式鋼框架?支撐采用柱下獨基，鋼框架?剪力墻采用柱下獨基與筏板基礎。
    　　
    　　5.內外墻體系框??剪采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板材（簡(jiǎn)稱(chēng) ALC 板材），外墻板厚為 200mm，內墻板厚 100mm.框-支采用陶粒?砌塊。
    　　
    　　總之，鋼結構住宅符合國家住宅產(chǎn)業(yè)化的目標，符合可持續性發(fā)展的戰略，并對保護耕地、提高城市建設水平有較大作用。有了國家政策的支持、技術(shù)的保證，鋼結構住宅具有光明的前景。
    　　
    　　參考文獻：
    　　
    　　劉玉株 鋼結構住宅技術(shù)問(wèn)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)鋼結構住宅發(fā)展。建設科技，2003年12月
    　　
    　　馬飛宇 鋼結構住宅?我國住宅工業(yè)化的發(fā)展方向。鹽城工學(xué)院學(xué)報，2003年6月
    　　
    　　張小玲 鋼結構住宅建筑體現狀和發(fā)展趨勢。建設科技，2003年12月
    　　
    　　溫耀中 新疆地區鋼結構小高層住宅結構體系應用研究，2005年11月



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