鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性能發(fā)展
關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)住宅；特點(diǎn)；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用。
前言
鋼結(jié)構(gòu)住宅是以工廠化生產(chǎn)的H型鋼梁、鋼柱(包括H型鋼柱、鋼管柱、箱形柱、鋼骨混凝土柱或圓、方或矩形鋼管混凝土柱)為承重骨架，同時(shí)配以新型輕質(zhì)的保溫、隔熱、高強(qiáng)的墻體材料作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并與功能配套的水暖電衛(wèi)設(shè)備和部品優(yōu)化集成的節(jié)能和環(huán)保型住宅。同傳統(tǒng)的磚混和混凝土結(jié)構(gòu)住宅相比，鋼結(jié)構(gòu)住宅是一種更符合“綠色生態(tài)建筑”特征的結(jié)構(gòu)形式。它具有自重輕、地基費(fèi)用省、占用面積小、工業(yè)化程度高、外形美觀、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環(huán)境污染少等優(yōu)勢(shì)，具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
一、輕鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能
1、重量輕、抗震性能好
鋼結(jié)構(gòu)住宅是以工廠化生產(chǎn)的鋼梁、鋼柱為骨架,同時(shí)配以輕質(zhì)墻板等新型材料作為維護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔墻建造而成。它與同面積的建筑樓層相比，鋼結(jié)構(gòu)住宅樓的重量可減輕近30%。由于輕鋼結(jié)構(gòu)住宅自重輕,一般情況下不需要做樁基,可減少地基處理的費(fèi)用,且抗震性能好。因?qū)儆谌嵝越Y(jié)構(gòu)、自重輕,因而能有效地降低地震響應(yīng)及災(zāi)害影響程度,有利于抗震。我國(guó)是一個(gè)多地震區(qū)國(guó)家,在地震區(qū)建筑中應(yīng)推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)住宅,可以大大減少地震災(zāi)害和人員傷亡。同時(shí),由于鋼材具有較強(qiáng)的延展性,能較好地消除地震波力,放震性能好,尤其適用于高層建筑。
2、占地面積小,具有良好的空間感，凈使用面積大
鋼結(jié)構(gòu)住宅布局靈活,凈使用面積大。利用型鋼優(yōu)良的承載性能,可以靈活布置大開(kāi)間、大柱距的建筑平面；非承重輕質(zhì)墻體的設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)師和住戶提供了根據(jù)不同用途靈活布置室內(nèi)空間的可能；型鋼構(gòu)件接點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)潔,在垂直方向可方便地布置躍層和錯(cuò)層體系,結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面較小,相對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案,其凈使用面積提高5%～8%,得房率高。
3、工業(yè)化程度高,設(shè)計(jì)制造安裝周期短
現(xiàn)代輕鋼建筑的設(shè)計(jì)、制造和安裝借助網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)手段,可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工安裝一體化,具有極高的效率和精確度,項(xiàng)目建設(shè)周期短可縮短工期1/2～1/3。這樣將極大地減少投資融資成本,使業(yè)主或建筑開(kāi)發(fā)商在享受回報(bào)上具備很大的優(yōu)勢(shì)。
4、符合產(chǎn)業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展的要求
鋼結(jié)構(gòu)配件制作工業(yè)預(yù)制化和機(jī)械化程度高,商品化程度高,減少了施工現(xiàn)場(chǎng)的加工量,現(xiàn)場(chǎng)主要為干作業(yè),能減少施工用水、噪聲、垃圾污染,施工速度快,施工周期可大大縮短。鋼結(jié)構(gòu)在超出正常使用期限后的處理過(guò)程,無(wú)論是鋼材還是與之相配套的建筑物品,都具有可重復(fù)利用性和可降解性,適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)保要求。
二、鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系和主要構(gòu)件
1、結(jié)構(gòu)體系
應(yīng)用于多層鋼結(jié)構(gòu)住宅的體系可分為:冷彎薄壁型鋼體系、純鋼框架體系、框架--支撐體系、鋼框架--混凝土剪力墻體系、周圍抗側(cè)力體系等。
①冷彎薄壁型鋼體系。構(gòu)件采用薄鋼板冷彎成C形、Z形構(gòu)件,可單獨(dú)使用,也可組合使用,桿件間連接采用自攻螺絲。這種體系節(jié)點(diǎn)剛性不易保證,抗側(cè)能力較差,一般只用于1～2層住宅或別墅。
�、诩冧摽蚣荏w系。目前,這種體系在多層鋼結(jié)構(gòu)住宅中應(yīng)用最廣,純框架體系常用于4～8層住宅�？v橫向都設(shè)成鋼框架,門窗設(shè)置靈活,可提供較大的開(kāi)間,便于用戶二次設(shè)計(jì),滿足各種生活需求。
�、劭蚣�—支撐體系。該體系主要由焊接工字型梁柱組成,多數(shù)情況下,這種體系為橫向承重,梁柱節(jié)點(diǎn)在橫向上為剛接,縱向?yàn)殂q接。因此,結(jié)構(gòu)在縱向相當(dāng)于排架,抗側(cè)移剛度很低,需設(shè)置側(cè)向支撐抵抗水平荷載,限制結(jié)構(gòu)的水平變形。
④框架—混凝土剪力墻體系。用鋼筋混凝土剪力墻部分或全部代替鋼支撐,就形成了框架—鋼筋混凝土剪力墻(筒)體系。它適用于小高層住宅,一般將樓梯或電梯間設(shè)計(jì)成鋼筋混凝土墻(筒),這樣既有效地加強(qiáng)了建筑物的側(cè)向剛度,又解決了樓梯間的防火問(wèn)題。
⑤周圍抗側(cè)力體系。這種體系在歐美國(guó)家的商業(yè)和民用建筑十分流行。它的特點(diǎn)是剛架柱的強(qiáng)軸與其相交的建筑軸線垂直,形成外筒,抵抗水平荷載,將之傳遞到基礎(chǔ)。它適用于建筑外型接近于正方形的結(jié)構(gòu),可以將這種思路應(yīng)用到框架—支撐體系中。把縱向的支撐去掉,將原有位置的剛架柱扭轉(zhuǎn)90°,梁柱由鉸接變?yōu)閯偨�。這樣,剛架柱同時(shí)起到抗風(fēng)柱與豎向支撐的作用。
2、主要構(gòu)件
鋼結(jié)構(gòu)住宅是以鋼結(jié)構(gòu)作為承重骨架,以輕質(zhì)體材料作為內(nèi)外墻,與功能配套的水暖電衛(wèi)設(shè)備和部品優(yōu)化集成的節(jié)能、環(huán)保型住宅鋼結(jié)構(gòu)住宅,可采用工業(yè)化生產(chǎn)方式,易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,符合可持續(xù)發(fā)展原則。
①梁、柱。鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為強(qiáng)柱弱梁形式,梁柱均取等截面形式。梁主要選用高頻焊接和熱軋H鋼,它是工字鋼的升級(jí)換代產(chǎn)品,具有抗彎性能好,翼緣寬,側(cè)向剛度大,翼緣表面相互平行,構(gòu)造方便等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)目前采用的H鋼梁大多為Q235和Q345鋼,翼緣寬度為60～180mm,截面高度為100～800mm。
鋼結(jié)構(gòu)住宅一般為大開(kāi)間,框架柱在兩個(gè)方向都承受較大的彎矩,同時(shí)應(yīng)該考慮強(qiáng)柱弱梁的要求,目前廣泛使用焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面。對(duì)于軸壓比較大、雙向彎矩接近、梁截面較高的框架柱,采用雙軸等強(qiáng)的鋼管柱或方鋼管混凝土柱。方鋼管混凝土柱不僅截面受力合理,同時(shí)可以提高框架的側(cè)向剛度,防火性能好,而且結(jié)構(gòu)破壞時(shí)柱體不會(huì)迅速屈曲破壞。
�、跇前濉前褰Y(jié)構(gòu)的選擇至關(guān)重要,它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外,更主要的作用是保證與抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)調(diào)作用。所以,樓板必須有足夠的承載力、剛度,并且與鋼框架實(shí)現(xiàn)可靠連接,確保結(jié)構(gòu)體系的整體剛度和穩(wěn)定性。另外從抗震角度來(lái)看,還應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)和構(gòu)造措施減輕樓板自重。同時(shí)樓板還要應(yīng)該滿足住宅功能的要求,如防顫動(dòng)、隔音、隔熱等。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)住宅的樓板,一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)體系的傳統(tǒng)做法。常用的樓蓋結(jié)構(gòu)有:壓型鋼板-現(xiàn)澆混凝上組合樓板,現(xiàn)澆鋼筋混凝土板以及鋼-混凝土疊合板,而以第一種最為常用。
③支撐體系。支撐分軸交支撐和近年發(fā)展起來(lái)的偏交支撐兩種,前者耐震能力較差,后者在強(qiáng)震作用下具有良好的吸能耗能性能,而且為門窗洞的布置提供了有利條件,目前國(guó)內(nèi)用得還很少,建議在高烈度區(qū)首選偏交支撐。
