曲径达
摘 要:对钢结构体系进行初步的阐释,之后引入钢结构住宅的建造特点以及进一步对其效益进行分析,最后对钢结构技术的实际具体操作作深入分析。
关键词:钢结构 综合效益 良好性能
中图分类号:TU758.11 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(a)-00-01
工程建设中广泛使用的钢结构体系具有很多突出优点,如高抗震性能,较短的施工周期,成本低,适用范围广,使用灵活,节能减排等,因此具有良好的经济与环境综合效益。它的发展对建材行业和冶金行业的发展具有很大的促进作用,也由于其在环境上的良好效益使得其未来发展前景十分广阔。
1 简介
与传统的建筑体系,如混凝土,砖混结构体系等有根本性的不同的是,钢结构体系组成部分包含了围护,楼面,承重钢三大结构体系构成。
1.1 钢结构体系的适用范围
(1)低层(3层及以下):①冷弯薄壁型钢密排柱(Z形或C形檩条,轻钢龙骨)结构体系;②轻型钢框架结构体系;(2)中低层(4~6层):①钢框架—混凝土剪力墙结构体系;②钢框架结构体系;③钢框架—支撑结构体系;(3)中高层(7~12层):①;混凝土—钢框架核芯筒结构体系;②钢框架—支撑结构体系;(4)高层(13~30层):①钢框架—混凝土核芯筒结构体系;②钢框架—抗剪桁架体系;③钢框架—支撑体系;④钢框架—抗剪钢板剪力墙体系;⑤钢框架—预制混凝土剪力墙体系;
1.2 钢结构的基本设计原则
(1)承重钢:“强柱弱梁、强节点弱”。具体的设计,如果强柱弱梁的设计公式得不到满足,符合轴压比也可行。(2)框架主梁:热轧或高频焊接H型钢。(3)次梁:对框架柱子,一般可选用热轧或焊接工字钢、圆钢管,方(箱形)钢管,H型钢、或轻型热轧型钢,冷弯薄壁型钢等相关材料。在实际建设中,笔者总结发现,很多商家为了节约钢材,降低造价,框架柱采用了在空钢管内浇筑高强素混凝土的方法。这种方法下的框架柱一般称之为钢管混凝土框架柱。由于这种材料具备了混凝土柱与钢筋柱的优势,因而抗震、耐火和受力性能十分优良。而且其钢柱截面尺寸因单柱的轴向承载力得到提高而减小。与实际生产常见的H型钢柱相比,这种钢柱可节省约50%用钢量,成本最多可以有45%的下降。
1.3 钢结构的几种连接形式
刚性连接多见于柱与横梁在强轴方向,同时弱轴方向一般采用结合支撑布置为宜。工程中常见三种构造形式应用于钢框架梁柱节点,即栓、焊混合连接,焊接连接,以及螺栓连接。从连接刚度角度评估,螺栓节点刚度不强,但安装最为便捷,而且在实际应用中的合格率最高。铰接一般用于主次梁之间的连接,而且一般应用栓、焊混合的方式,也有使用高强度螺栓连接和焊接的,至于采取的方法一般视具体操作者而定。此外,连接刚度比螺栓连接稍强的是混合节点,刚度最大的是焊接节点。至于梁腹板,工程中多见先用螺栓安装以固定位置,在对两侧采取焊接方式。也有工程技术人员将两个步骤相反实施,并不影响工程结果。
1.4 楼面的基本结构体系
楼面板和钢梁构成了楼面结构。楼盖的作用有二,一是强化了抗侧结构的稳定性,二是分配负荷给墙,柱,使竖向重量得以分配,有力地保证了建筑的安全性。因此,楼盖的刚度,强度以及稳定性必须能够在工程设计以及实施中得以保障。而且,建筑中一般减轻了楼板的自重来加快施工速度。此外,良好的隔声,隔热,以及防火,防水的性能也是必须的。同时,楼面的主次梁应该使用紧凑型结构,来尽最大可能地保证钢材的整体稳固度。一般在工程中常见的楼板构造形式主要有如下几种:(1)钢结构住宅成本受维护体系内外墙的成本影响非常大,比重可达30%。而且,围护墙体应当具有强度高,隔热性好,安全耐用,经济实惠等优良性能。围护墙体一般选择轻质材料,以满足建筑节能要求,并减轻结构自重,同时能够发挥钢结构住宅的优势。(2)另一种是将预制预应力混凝土薄板与钢梁进行连接,在其上浇混凝土薄板来组成叠合楼板,这种楼板称为预制预应力混凝土叠合楼板。它节省了压型钢板的使用,也具有现浇组合的整体性,同时支膜过程能够省去,使得施工过程大大简化,因此在工程中能够很好地节约成本,是工程建设中的重要方式。(3)压型钢板—现浇混凝土组合楼板。分析时考虑组合楼板的框架梁受各向异性的影响:①根据楼板设置情况确定是简支板或连续板,传力路径是双向还是单向;②组合钢梁是按弱边还是强边组合造成的刚度差异等等。
2 钢结构住宅的基本特点及其综合效益
(1)结构简易,抗震程度强,工程成本低。钢材具有抗剪、抗拉强度高的优良性能。钢结构住宅可以充分发挥钢材强度高、自重轻、、塑性变形能力强、延性好以及抗震性能好的特点,不仅减小了所受重力和受地震威胁程度,而且使小梁、柱截面尺寸也得到减小,节约了钢材,运费和安装费用。(2)外部造型美观,内部空间布局灵活,建筑功能得到增强。钢材轻质高强,所以便于形成大柱距、大开间的建筑空间,能够灵活地布置和分隔室内的分区,满足现代住宅建筑的使用要求与功能。与砖混结构或混凝土结构相比,其有效使用面积得到了进一步的提高,可达10%~15%左右。建筑造型有丰富多彩式,也有简洁明快式的。(3)结构改造容易,管线布置较为方便。钢结构的内部接高、分割、加固等比较灵活。钢梁的腹板允许穿越小于一定直径的管线,加之结构空间的空腔与孔洞的存在,使管线更换、布置、修理等更为方便。(4)符合节能环保要求。工程中使用环保易降解或可回收的原材料制作钢结构建筑材料,因此在拆除建筑物市可以回收绝大部分钢材,因此减少了建筑垃圾,对自然环境的影响达到最小化。综上所述,钢结构体系应用于住宅建筑中,具有轻质高强、抗震性好而降低基础造价、抗震费用和运输费用,安装费用从而降低成本的优点,而且还具有施工周期缩短、构件安装迅速、资金周转速度快、投资经济效益高,建筑布局合理灵活,提高有效使用面积水平,提高建筑使用功能,高质量、商品化程度高等技术和经济综合效益优势。
3 结语
建筑钢结构工程施工实行项目经理负责制,项目部人员素质、管理水平差别较大,普遍存在重视进度、强调质量而忽视安全的管理现状。钢结构住宅是一种环保型绿色住宅建筑体系,它在国内外的快速发展符合住宅产业化的发展趋势。建筑业蓬勃发展尤其是城市建筑,由于城市的地理条件所限,高层钢结构工程便开始成为了城市建筑业的主流。钢结构住宅被评为“绿色环保型建筑住宅”,它符合住宅产业化的发展趋势因而在国内外发展迅速。建筑业尤其是城市建筑的迅猛发展,使得高层钢结构工程成为了城市建筑业的主要形式。
参考文献
[1] 建筑结构荷载规范(GB50009-2001)[S].中国建筑工业出版社,2006.
[2] 尚忠信.建筑业发展趋势探究[M].中国建筑出版社,2010.
[3] 王铭宇.钢结构原理及应用[M].中国冶金出版社,2008.