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農村適合輕鋼結構住宅推廣嗎?
發表時間: 2015年08月02日   來源:互聯網 點擊:
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1鋼結構住宅投資前景分析

1、鋼結構具有許多優點:首先,重量輕、強度高。用鋼結構建造的住宅重量是鋼筋混凝土住宅的1/2左右;可滿足住宅大開間的需要,使用面積比鋼筋混凝土住宅提高4%左右。


2、抗震性能好,其延性比鋼筋混凝土好。從國內外震后調查結果看,鋼結構住宅建筑倒塌數量最少的。

3、鋼結構構件在工廠制作,減少現場工作量,縮短施工工期,符合產業化要求。

4、鋼結構工廠制作質量可靠,尺寸精確,安裝方便,易與相關部品配合。

5、鋼材可以回收,建造和拆除時對環境污染較少。



2鋼結構住宅結構設計概述

1、結構體系選型


對低、多層住宅,目前國內外常用的結構體系主要有:

(1)冷彎薄壁型鋼體系

構件用薄鋼板冷彎成C形、Z形構件,可單獨使用,也可組合使用,桿件間連接采用自攻螺釘。這種體系節點剛性不易保證,抗側能力較差,一般只用于1~2層住宅或別墅。筆者處理的幾個舊房加層,如薊縣 國稅局、天津港派出所等改造工程,使用了該體系,效果較好。

(2)框架

目前,這種體系在多層鋼結構住宅中應用最廣。縱橫向都設成鋼框架,門窗設置靈活,可提供較大的開間,便于用戶二次設計,滿足各種生活需求。鋼框架考慮樓蓋的組合作用,運用在低多層住宅中,一般都能滿足抗側要求。但是由于目前框架柱以H型鋼為主,弱軸方向梁柱連接的剛性難以保證,因此設計 施工時須慎重處理。

(3)框架支撐體系

在風載或地震作用較大區域,為提高體系的抗側剛度,增加軸交支撐或偏交支撐效果很好。這種體系為 多重抗側體系,而且梁柱節點,柱腳節點可設計成鉸接、半剛接,施工構造簡單,基礎主要承受軸力,體形較小,因此成為人們青睞的對象。

(4)框架剪力墻體系

在低多層住宅中,可以應用傳統的剪力墻體系,如鋼筋混凝土剪力墻或鋼板剪力墻。目前正在研究的空 腔結構板是一種理想的抗側結構。空腔結構板是一種新型的輕質板材,采用黃紙制成具有眾多等邊空腔結構的板狀基架,然后經浸漬而成。該板材與鋼框架可靠連接,便可形成新型剪力墻。 另外美國,澳大利亞等國還開發了交錯桁架體系,比較新穎。

2、 主要構件設計

(1)柱

前已述及,鋼結構住宅一般為大開間,框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩,同時應該考慮強柱弱梁的 要求。而目前廣泛使用的焊接H型鋼或I字熱軋鋼截面,強弱軸慣性矩之比3~10,勢必造成材料浪費。因 此對于軸壓比較大,雙向彎矩接近,梁截面較高的框架柱采用雙軸等強的鋼管柱或方鋼管混凝土柱是適宜的。對于方鋼管混凝土柱,不僅截面受力合理,同時可以提高框架的側向剛度,防火性能好,而且結 構破壞時柱體不會迅速屈曲破壞。因此,盡管平面受力結構中,選用H型鋼或I字鋼在受力上還是合理的但總體上,箱形鋼管柱尤其是方鋼管混凝土柱應得到廣泛應用。方鋼管混凝土柱將是鋼結構住宅發展的 主要方向,但由于缺乏相應的規范、規程,目前在住宅中應用還很少。尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復雜,不利于工廠制作和現場施工,應加大力度開發研究。

(2)樓蓋

在多層輕鋼房屋中,樓蓋結構的選擇至關重要,它除了將豎向荷載直接分配給墻柱外,更主要的作用是 保證與抗側力結構的空間協調作用;另外從抗震角度來看,還應采用相應的技術和構造措施減輕樓板自重。常用的樓蓋結構有:壓型鋼板-現澆混凝土組合樓板,現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。目前,在多層輕鋼房屋整體分析時,還普遍不考慮樓蓋與鋼梁的組合作用,即使設置抗剪鍵,也偏保守地假設鋼結構承受全部荷載,這樣不僅增加材料用量和結構自重,反而會造成強 梁弱柱的不利情況。有一6層算例,考慮樓蓋組合作用對梁剛度以及結構整體剛度的影響。 算例表明,考慮組合作用后主梁的剛度大大增加,使得梁的撓度和地震作用下柱頂的側移大為減少,此 考慮組合作用應予關注。為使樓層高度減到最小,提供更大的空間,組合扁梁樓蓋也成為一種趨勢。

(3)支撐體系

支撐分軸交支撐和近年發展起來的偏交支撐兩種,前者耐震能力較差,后者在強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,目前國內用的還很少,建議在高烈度區首選偏交支撐。常用的EBF偏交支撐形式此所示。剪切型耗能梁段,加勁肋按以下公式設計: a=29tw-d / 5,(γp=±0.09rad)(1) a=38tw-d / 5,(γp=±0.06rad) (2) a=56tw-d / 5,(γp=±0.03rad) (3)式中,a―――加勁肋間距,d―――梁高, ―――腹板厚度,γp―――塑性轉角;彎曲型耗能梁段還需在 梁段端點外1.5bf處加設加勁肋。

(4)節點抗震計

框架梁柱節點一般采用兩種連接方法,根據"常用設計法",即翼緣連接承受全部彎矩,梁腹板只承受全部剪力的假定進行設計。震害表明,這種設計不能有效滿足"強節點弱桿件"的抗震要求,在高烈度區隱患 很大。改進框架節點設計,在梁端上下翼緣加焊楔形蓋板或者將梁端上下翼緣局部加寬蓋板面積或加大的翼緣截面面積主要由大震下的驗算公式確定:式中:為基于極限強度最小值的節點連接最大受彎承載力,全部由局部加大后的翼緣連接承擔; 為梁件的 全塑性受彎承載力; 為基于極限強度最小值的節點連接最大受剪承載力,僅由腹板的連接承擔;為梁的凈跨;為梁在重力荷載代表值作用下按簡支梁分析的梁端截面剪力設計值。



3鋼結構住宅存在的幾個問題

1,一些鋼結構住宅的設計不是以建筑本身為主,因此,開發的住宅不太好用。目前,有些鋼結構住宅的開發中,把鋼結構的問題視為最重要的,因此,以結構專業為主,這是一種誤區。無論是何種結構建筑,買主關心的不是用什么結構,而是房子是否好用,布置是否合理,住在里面是否舒適,是否實用,功能是否齊全。所以一棟鋼結構住宅能否有市場競爭力,能否被用戶(消費者)所認可,最終取決于鋼結構住宅是否技術先進、適用美觀、經濟合理,即“質優價廉”。住宅應該關注的是人,設計要以人為本。鋼結構住宅是住宅,而不是住宅鋼結構,因此,鋼結構住宅的開發設計還是要以建筑師為主,要遵循建筑設計的規律,更多地關注其使用功能、建筑效果以及節能環保等。你看加氣混凝土砌體。

2,鋼結構住宅的配套設施和圍護結構的材料不完善。鋼結構住宅體系是一個綜合的、復雜的技術體系,它涉及墻體材料、屋面材料、廚衛系統、管線系統等一系列配套體系。這方面最突出的問題是外墻結構體系。現有墻體材料性能和安裝方法很難滿足鋼結構住宅在防熱、保溫、通氣、防滲以及耐久性等方面的要求。連接的配件及方法,也不很完善,使用不方便。


3,鋼結構住宅要求應用大量的新技術,我國現在還缺乏這方面的人才。我國專門研究鋼結構住宅的人員較少,大多數設計和施工單位在傳統結構體系方面有專長,而在鋼結構住宅方面缺乏相關的人才。由于我國鋼結構住宅尚處于開發階段,施工技術工人更是奇缺。培訓技術人員是發展鋼結構住宅的重要環節。

4,全國沒有統一、系統的推廣鋼結構住宅的方式方法,各單位的研究工作均是從頭開始,經驗不能很好地借鑒、傳承,經驗推廣工作做得不夠理想。對于鋼結構住宅的總的發展規范還不夠,因此,發展比較亂。有關部門,在總結以前的經驗,指出未來的發展方向上做得還不夠。

5,宣傳力度還不夠,與地產商的聯系還不夠,許多地產商認為鋼結構住宅要貴得多,因此不敢做。其實,這是一個誤解。鋼結構住宅和其他住宅比較起來,一般情況下造價并不高,與混凝土結構基本持平,但是它的使用面積會增加不少,一般達到5%,綜合造價還是比較低的。



4鋼結構住宅建筑需認真研究的幾個問題

1、鋼結構住宅建筑要以建筑設計為主導,其他專業緊密互動配合。鋼結構住宅建筑除要遵循住宅建筑設計一般原則外、要注重解決:


(1)如何發揮鋼結構的優勢?梁跨度可增大、開間更靈活、為住戶創造更大的空間。但又如何避免鋼結構帶來的建筑平、立面單調呆板。

(2)要解決鋼結構住宅建筑防火、防腐蝕問題。做到成本增加不多而效果較好,足使建筑師、結構工程師大動一番腦筋。

2、選擇和開發外墻板,是鋼結構住宅建筑推廣中的關鍵問題之一。除滿足外墻板的各項技術要求外,還要做到墻板原材料應地之宜、工廠化生產、運輸、安裝連接方便。

3、鋼結構要做到安全合理、節點構造方便可靠、并為構件制作、運輸、吊裝創造條件。

4、建筑設備與鋼結構住宅配合,是住戶首先遇到的問題。要選用和開發適合鋼結構住宅的各項設備,采用先進的技術和設備用于鋼結構住宅。

5、鋼結構住宅的造價是房地產開發商最關心的問題。鋼結構住宅應定位于中、高擋住宅,鋼結構住宅建筑是一項系統工程,應從設計、制造、運輸、安裝、維修和管理等環節著手加強管理和協調,以降低成本,提高綜合經濟效益而不僅僅著眼于多用或少用幾公斤鋼材。



5鋼結構住宅研究新進展

1、本體系的主要構成及關鍵技術


(1)外墻:

方案一:采用輕質復合墻板,可為蒸壓輕質加氣混凝土板、鋼絲網水泥夾心板,GRC夾心復合板、鋼筋混凝土夾心復合板等。

方案二:砌塊填充,采用加氣混凝土砌塊,輕骨料混凝土小型空心砌 塊,或混凝土小型空心砌塊等。

(2)內墻:

方案一:采用輕質板材,如紙面石膏板,纖維石膏板,加氣混凝土板,玻璃纖維增強水泥板等。

方案二:復合板材,如鋼絲網架水泥夾心板,發泡夾心聚苯乙烯復合墻板。

方案三:砌塊填充。

(3)防火處理:

鋼柱:采用防火板包裹,或厚涂型防火涂料,可以根據實際情況及價格比較進行選擇,以達到不同結構構件耐火極限的要求。

鋼梁:H型鋼梁翼緣內填充加氣混凝土砌塊,再用金屬網抹25厚蛭石砼包覆,或防火涂料或防火板。

(4)結構形式:可比較采用H型鋼框架結構、H型鋼框架支撐結構,鋼框架砼剪力墻結構等多種形式。

梁采用H型鋼,柱可采用H型鋼、鋼管砼,方管及鋼骨砼柱等。

鋼材可采用Q235、Q345材質。

(5)構件連接可采用高強螺栓連接、焊接連接或栓焊混合的連接形式。

(6)樓板。可采用普通現澆砼樓板,預制鋼筋砼迭合樓板,壓型鋼板現澆砼組合樓板。

(7)采暖通風設計采用先進的分戶計量方式,可比常規供暖方式節能10%,結合H型鋼構件的截面特點進行管線的隱蔽設計,將管線設計在H型鋼的凹面內,避免由于采用分量計量帶來的戶內管線多,既不美觀又占用正常使用空間的矛盾。

(8)給排水設計考慮,生活污水的無公害凈化處理,減少對環境的污染,設計采用節水設備,可考慮中水的處理利用,節省使用水資源。

(9)采用智能化設計,設計考慮綜合布線系統。樓宇智能化管理系統實現電話、傳真、有線電視和微機上網等家庭辦公的自動化。

2、試點工程:

試點工程包括一座小高層住宅,兩座多層住宅。

(1)、高層住宅(1#樓)建筑面積平方米,共12層,地下一層,層高3.9米,地上12層住宅,層高均為2.9米。建筑總高度34.8米,采用鋼框架——現澆砼剪力墻結構。柱采用直徑300鋼管內灌C50砼,梁采用H型鋼,鋼材全部采用Q345。

一幢多層住宅(4#樓)六層,一層商店,層高3.9米.二至六層為住宅,層高2.8米,建筑面積1200平方米,采用鋼框架支撐結構。梁柱均采用和H型鋼,鋼材全部采用Q345。

另一幢多層住宅(南區4#樓)為七層住宅,一層為藏間,層高2.2米,二至七層為住宅,層高均為2.8米,總建筑面積約4720平方米,采用鋼框架--預制砼剪力墻結構。梁柱均采用H型鋼,鋼材全部采用Q345。

(2)1#樓外墻采用鋼絲網水泥夾芯板,板芯為EPS苯乙烯發泡板,外面抹35厚1:3水泥砂漿,具有結構性能好、質輕、保溫、隔熱、防火性能好、施工簡便等優點。分戶墻、廚房、衛生間采用玻璃纖維增強水泥板、內隔墻采用改性石膏砌塊,隔音效果好。

4#樓外墻采用200厚蒸壓輕質加氣砼板,這種板材容量小、導熱系數低,耐火性好,施工簡便易于操作。內墻采用蒸壓加氣輕質制砼內墻板。

南區4#樓采用蒸壓加氣砼砌塊為外墻,內分戶墻體材料,戶內分隔墻體采用厚度75MM的輕砼墻板。

(3)1#樓采用普通現澆砼樓板;4#樓采用預制鋼筋砼迭合樓板;南區4#樓采用預制預應力砼空心板加砼現澆層。

(4)保溫:為達到建筑物節能50%的標準,采用了如下措施:

屋面:屋面保溫采用現噴硬質聚氨脂發泡保溫技術

周邊地面:采用聚苯保溫。

外墻: 采用保溫復合外墻板或導熱系數低的外墻材料。

外墻:采用單框雙玻窗保溫窗。

(5)防火:

鋼柱:采用防火板包覆,已達到耐火極限2.5小時;鋼梁:H型鋼鋼梁翼緣內填充加氣混凝土砌塊,再用金屬網抹25厚蛭石包覆,達到耐火極限1.5小時。

(6)試點工程在采暖通風設計采用了分戶計量方式。

(7)經濟技術指標

H型鋼住宅建筑試點工程主體鋼結構小高層約為33.2Kg/m2:多層約為35KG/m2。

按河南省定額計算,工程預算造價多層760元/m2,鋼筋混泥土結構多層住宅約為650元/m2,節能建筑造價增加8%,約為52元/m2,扣除節能建筑增加的部分,鋼結構多層住宅造價為708元/M2,比鋼筋混凝土多層住宅增加約為9%;小高層為1100元/M2,鋼筋混凝土結構小高層住宅,約為1000元/M2,節能建筑造價增加8%,約為80元/M2,扣除節能建筑增加部分,鋼結構小高層住宅招架為1020元/M2,與鋼筋混凝土小高層住宅基本持平。

農村適合輕鋼結構住宅推廣嗎?

3.正在研究的相關技術:

在試點工程的基礎上,我們繼續開展了幾個方面的研究,并有2項技術已申報專利.

(1) 整體外墻板

研究開發輕質保溫整體外墻板,可采用一個房間的外墻作為一塊墻板,這樣可以減少小塊墻板拼裝產生的接縫所帶來的裂縫、滲漏等問題。

(2)小波紋壓型鋼板組合樓板

我們研究開發了一種新型的、與鋼結構建筑相適應、能夠采用工業化生產,同時又能適應住宅建筑使用要求的組合樓板形式——小波紋壓型鋼板組合樓板。具體采用0.4-0.6mm厚的鍍鋅鋼板壓成型,波紋肋高一般在10-15mm之間,這種壓型鋼板造價低,可作為施工模板使用,不考慮結構受力,但與主體鋼結構連接的整體性好。現澆板鋼筋,根據使用階段的強度要求,計算出配筋量,采用工廠化生產方式,將鋼筋與壓型鋼板焊接成型,工地安裝后,連續板支座處現場綁扎支座負筋,這樣一是減少了現場綁扎鋼筋的工作量,提高了工廠化制作程度,滿足了鋼結構建筑施工速度快,樓板多層同時澆注的要求,同時又降低結構高度,增加建筑的可利用空間,鋼筋與壓型鋼板的工廠化成型又能滿足了小波紋壓型鋼板在施工階段的強度要求。

(3)萬能托架

普通現澆砼樓板常規施工方法與鋼結構建筑的快速施工,多層同時澆注不相適應,為解決這一矛盾,我們實驗開發了一種支撐模板采用的萬能托架。這種托架長度可調整,兩端與H型鋼梁緊固連接,拆裝方便。(此項技術已申請專利)

(4)模塊化的設計、施工

鋼結構住宅建筑的最大優勢在于可以工廠化生產,形成產業化的發展模式,因此設計上的標準化、模塊化更能促進鋼結構住宅體系的產業化。結構構件,連接節點的標準化設計有利于工廠化和機械化生產,模塊化的設計又能加快安裝速度的提高。構件不再是單柱單梁工廠生產,現場拼裝,而是按模塊化的設計形式,把住宅中一戶或一個單元作為一個部件進行設計、生產,部件可以采用工廠化生產,(也可以采用零件工廠化生產、部件現場拼裝,再進行吊裝)這種方式的優點在于提高了工廠化生產的程度,減少人工操作,尤其降低高空作業量,模塊化設計中應考慮整體空間剛度,合理選擇吊點,并驗算模塊強度避免吊裝過程中產生變形。

部件的構件連接可全部采用焊接,由于全是工廠化操作,焊接質量容易保證,現場拼裝全部采用高強螺栓連接,避免高空焊接造成的質量隱患。

(5)繼續研究開發高強度、焊接性能好的H型鋼及輕型H型鋼、并研究開發耐火鋼和耐候鋼。

上面說的是針對目前中國農村現有住宅的極大漏洞,而鋼結構住宅正好可以很好的彌補的方面。其實在環保方面鋼結構住宅的優勢就更突出了。自重輕、抗震性、有隔溫、防水、隔熱、隔音、綜合造價低(因為其自重輕,基礎費用降低,總體用料減少,直接成本降低,建設工期短,間接費又可減少,所以綜合造價低)這些周所周知的條目自不必細說,鋼材報廢后可實現100%廢品再回收利用這點也是常識。但是如何把這些方面真正的實現:通過政策、技術、優秀節能器具等方面使這些優勢一一實現,而不是紙上談兵?

        總之,只要把以上諸多因素很好地結合在一起:鋼結構居住建筑+節能設備,我國農村建筑的市場前景會非常豐富!


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