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    鋼結構體系及其工程應用

    2018-12-21   來源:   點擊數:15次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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       中國鋼管信息港資訊部獲悉:程序的主要步驟如下:I選取構件截面幾何圖形的輪廓咸1輸出數據I 1.用(ssget)函數選取屏幕上構件截面的輪廓線。構件截面分實心(實腹)類及空心類(內部有空腔),構成構件截面的輪廓線分外輪廓線和內輪廓線。實心類截面只有一條外輪廓線,沒有內輪廓線。空心類截面有一條外輪廓線及一條或多條內輪廓線。用(ssget)函數選取構件截面的輪廓線時須分別選取外輪廓線和內輪廓線,構成不同的選擇集,以便程序識別。輪廓線必須是封閉的多義線(polyline),否則不能將封閉多義線轉換為面域,以下的過程不能完成。
      
      計算機應用中睫J1虬妨2.用region命令將選取的截面圖形多義線轉換為面域,然后利用CAD布爾運算命令substract(減)將外輪廓線面域減去內輪廓線面域,這樣得到的面域是構件截面實際的面域。
      
      鋼結構與傳統住宅建筑的結構形式相比,是一種最符合“綠色建筑”特征即環保、節能、工廠化的新型結構形式,也更有利于住宅建筑產業化的發展。鋼結構還具有強度篼、自重輕、施工迅速、有利抗震、建筑空間布局靈活和增加有效使用面積等一系列優點。目前許多國家如美國、日本、英國和澳洲等,正積極地推動預制裝配化鋼結構住宅(在日本稱為工業化鋼結構住宅)的應用與發展。美國在1992年推動初期,僅有500棟,而2000年就達到20萬棟的規模,約占住宅建筑總數的20%.據日本在1999年的統計資料,其鋼結構住宅己占工業化住宅的71%,其余為木結構和混凝土結構住宅。澳洲鋼結構住宅的市場占有率為15%,且每年均有明顯增長。在歐洲(如英國、德國、荷蘭等)建造的別墅住宅中,己越來越多地用鋼結構體系替代傳統的磚結構。在許多發展中國家,鋼結構住宅的工業化生產更可以快速經濟地為人們提供舒適的居所。
      
      改革開放以來,我國住宅建設發展很快,1999年同1978年相比,全國城市人均居住面積已從3.6m2增加到9.78m2.為了滿足人民群眾日益增長的住房需求,推進住宅產業現代化,從20世紀90年代以來,在國家政策的大力支持下,建設部就在全國積極推廣鋼結構住宅的應用與發展。近年來,己在北京、上海、新疆、湖南、安徽馬鞍山和山東萊蕪鋼城等地開始并建成一批鋼結構住宅示范試點工程。可以預期,鋼結構住宅建筑必將在21世紀繼續得到迅速的發展。
      
      2多高層住宅鋼結構體系的組成及其特點2.1鋼結構住宅的結構體系組成住宅建筑的鋼結構體系與傳統的磚混結構體系或者混凝土結構體系有很大的不同,它主要由承重鋼結構體系、樓面結構體系、支撐結構體系和圍護結構體系等組成。
      
      2.1.1承重鋼結構體系多層鋼結構住宅的承重體系適宜采用鋼框架(梁柱)體系。因為承重框架體系的鋼結構住宅自重輕、自振周期較長,對地震作用反應不敏感。但框架體系屬典型的柔性結構體系,其側向剛度較小,因此,對于高層鋼結構住宅或者層高較大的多層鋼結構住宅,需設置各種側向支撐,或者結合電梯井、管道井和樓梯間墻體的布置,采用鋼框架一抗剪鋼板剪力墻結構、鋼框架一抗剪桁架結構、鋼框架一混凝土核芯筒(剪力墻)結構等新的抗側力體系,使鋼框架部分主要承擔豎向荷載,而使鋼框架與剪力墻、抗剪桁架或者支撐體系協同工作承擔水平荷載,以確保結構水平位移控制在規范允許值內。設計時可根據建筑物高度及水平力作用情況來調整支撐的數量、剛度、形式或者采用不同的抗側力體系。
      
      承重鋼結構體系的結構設計宜依據強柱弱梁、強節點弱構件的一般設計原則,但在具體的工程設計中,如滿足強柱弱梁的設計公式較為困難,則只要控制住軸壓比也可。框架梁、柱的材料一般可選用高頻焊接或熱軋H型鋼;當柱子受力較小時,也可采用輕型熱軋型鋼或冷彎薄壁型鋼。為節約鋼材、降低造價,框架柱也可采用鋼管混凝土柱,即在空鋼管內灌注高強度素混凝土而形成的復合受壓構件。由于鋼管混凝土柱結合了鋼柱與混凝土柱的優點,其單柱的軸向承載力大幅提高,使鋼柱截面尺寸大幅減小。與H型鋼柱相比,用鋼量可節省約50%,造價約降低45%tsk框架柱與橫梁在強軸方向的連接適于采用剛性連接;而與梁在弱軸方向的連接宜結合支撐布置采用鉸+接處理。鋼框架梁柱節點連接的構造形式為:(1)全螺栓連接:(2)全焊接連接;(3)栓、焊混合連接。
      
      中國鋼管信息港資訊部獲悉:全焊接節點的連接剛度大,混合節點次之,螺栓節點的連接剛度較小,但螺栓節點連接的安裝施工速度最快,且在現場拼接和安裝時,容易保證施工質量。主梁與次梁之間一般也采用鉸接,在構造上以焊接和高強度嫘栓連接為主,也可采用栓、焊混合的連接方式:梁翼緣用焊接,腹板采用高強度螺栓連接,可先用螺栓安裝定位,再對翼緣施焊,施工較方便。
      
      2.1.2樓面結構體系樓面結構由鋼梁和樓面板組合而成。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同作用。因此,必須保證樓蓋有足夠的強度、剛度和整體穩定性,作為民用住宅結構,樓板還要具有較好的隔音、防水和防火性能。樓面主次梁應采取緊湊型構造措施,并和樓面板緊密聯系,以保證鋼梁的整體穩定性。為了減輕樓板自重,提高施工速度,目前主要采用的樓板形式為:(1)壓型鋼板一現澆混凝土組合樓板。壓型鋼板通過栓釘固定在鋼梁上,可作為永久性模板并參與共同工作(起受拉鋼筋的作用),省去了支模板的不便。現澆混凝土板若采用輕骨料混凝土,可大大降低組合樓板的自重。(2)預制預應力混凝土疊合樓板。即預制預應力混凝土薄板與鋼梁連接,上澆混凝土薄板以組成疊合樓板。這種樓板不僅具有現澆組合樓蓋的整體性,還可以省去壓型鋼板,且同樣無需支模,施工方便,可降低樓板造價。
      
      2.1.3支撐結構體系為了使多層鋼框架能有效地抵抗水平地震作用,提高側向剛度,減少層間位移,可以在輕質墻體內布置由角鋼或槽鋼構成的垂直支撐體系,并按拉桿進行設計,支撐可主要布置在窗臺下至下層窗頂之間,既隱蔽又能滿足支體系的需求。支搏沿建筑物同一平面四周環向封閉布置,以形成―個封閉的加強箍,可有效地提篼鋼框架的側向剛度。支撐體系的形式可以采用人字形、W形、X形和K形等。偏心支撐在地震作用下具有較好的延性和耗能性能,可在強地震區采用。
      
      2.1.4圍護結構體系為減輕結構自重,滿足建筑節能要求,充分發揮鋼結構住宅的優勢,其圍護墻體應采用輕質材料,如外墻可采用SRC復合保溫墻板、蒸壓加氣混凝土墻板(ALC板)等工廠預制的標準化輕質墻板,玻璃纖維加強水泥墻板和玻璃幕墻等;內墻可采用輕鋼龍骨石膏板、加氣混凝土輕質墻板、輕質改性石膏碩塊和ALC輕質砌塊等。
      
      屋面系統盡量采用有檫體系,屋面材料可與樓面相同,也可采用彩色壓型鋼板防水屋面,該屋面系統既具備了良好的防水效果,又起到了屋面的隔熱保溫作用,豐富了建筑物的外部造型。
      
      2.2鋼結構體系的特點和綜合效益與傳統住宅建筑的結構體系相比,鋼結構具有十分明顯的技術經濟綜合優勢,現結合其特點分析綜述如下:(1)結構自重輕,抗震性能好,工程造價低。鋼結構住宅可以充分發揮鋼材強度高,自重輕(約為普通鋼筋混凝土結構自重的1/3~1/2),延性好,塑性變形能力強,具有良好抗震性能的特點,不僅所受的地震作用小,從而減小梁、柱截面尺寸,節省鋼材用量,而且還可以降低運輸安裝費用和地基基礎造價,經濟效益十分可觀。
      
      (2)外部造型美觀,空間布局靈活,建筑功能增強。由于鋼材輕質篼強的特點,便于形成大柱距、大開間的建筑空間,靈活地分隔和布置室內的分區,占用較小的結構面積和空間,提高面積使用率(與磚混結構或混凝土結構相比,其有效使用面積可提高1°/15%),更好地滿足現代住宅建筑的使用功能要求;工程力學》增刊2002年建筑造型可豐富多彩,也可簡潔明快,深受業主歡迎。
      
      (3)適合標準化、系列化和工業化生產,商品化程度高。鋼結構住宅所用構配件可在工廠制作,現場安裝,適合工廠的標準化、系列化和工業化生產,商品化程度高,有利于降低成本,提篼產品質量,實現我國住宅建筑技術的集成化、產業化。
      
      (4)構件安裝便捷,施工周期縮短。鋼結構住宅裝配化程度高,其所用構配件輕巧,運輸安裝方便快捷;采用鋼結構也可為施工現場提供較大空間和較多作業面,且現場濕作業少,無須支模,受氣候影響小。因此,其施工周期可比傳統住宅建筑至少縮短1/3,可以加快資金周轉,大大提篼投資效益。
      
      (5)符合環保和可再次利用的要求。鋼結構住宅建筑所用材料主要是環保型綠色可回收或易降解的材料,在建筑物需拆除時,它的大部分材料可以回收利用或降解,大大減少了灰色建筑垃圾,對周圍環境污染小,利國利民。
      
      綜上所述,住宅建筑的鋼結構體系不僅具有強度高、自重輕、有利抗震而節約鋼材用量、運輸安裝費用,降低地基基礎造價和抗震費用的優點,而且還具有構件安裝便捷,施工周期短,加快資金周轉,提高投資效益,建筑布局靈活合理,增加有效使用面積,提篼建筑使用功能和保證建筑產品質量等綜合技術經濟優勢。此外,鋼結構住宅外部造型美觀,適用性廣,美化居住環境和鋼材污染小、可回收再生,節約能源,符合環保以及適應產業化生產等特點也是極其競爭力的經濟和社會效益。在國內業己建成的鋼結構住宅試點工程的設計與施工實踐己經表明'鋼結構住宅的造價可以低于傳統的鋼筋混凝土結構住宅的造價。
      
      新疆庫爾勒金豐城市信用社住宅樓的綜合比較(表1)即為一例。
      
      表1鋼、混凝土三種結構體系綜合方案比較表結構型式輕型H型鋼框架一銷支撐體系軋制H型鋼梁柱鋼框架體系現澆鋼筋混凝土框架體系框架柱斷面4)300X6鋼管(內灌C40混凝土)框架梁樓板110mm厚現擇板110mm厚現繞板110mm厚現禪板填充墻外墻:250nunff加氣砼砌塊內墻:150mm厚加氣砼砌塊外墻:250mm厚加氣砼砌塊內墻:150mm厚加氣輪砌塊外墻:250mm厚砌塊內墻:150nun厚砌塊士0.00以上結構自重(恒載標準值)單位面積重:。62t*m'2單位面積重:。65t*m2單位面積重:0.95t*m2土0.00以上混凝土折厚(kg*ra'2)型鋼用量(lcg*m2)鋼筋用量(包括基礎鋼筋)(kg*m'2)綜合用鋼(kg*m2)綜合造價(元*m2)3國內若干試點工程簡介(1)上海陸海城由六幢25層的高層鋼結構住宅組成,建筑面積7萬m2,采用鋼框架一混凝土核芯筒(剪力墻)結構體系,壓型鋼板組合樓面。框架柱采用圓形鋼管混凝土柱,框架梁全部采用高頻焊輕型H型鋼。外墻及分戶墻為200mm厚伊通碩塊,內隔墻采用150mm厚伊通寵塊。構件耐火等級為一級,設計采用厚型防火涂料。
      
      (2)上海現代房產實業有限公司建造了幾萬m2的多層和篼層輕鋼結構住宅試點工程,多層住宅采用冷彎矩形鋼管柱和帽型冷彎型鋼組成的框架體系:高層住宅采用矩形鋼管混凝土柱和帽型冷彎型鋼組合梁組成的框架體系,鋼材采用耐火、耐腐蝕、強度高的磷銅稀土鋼。樓板為密布燕尾鋼筋混凝土組合板。
      
      6層H型鋼框架一剪力墻結構體系,壓型鋼板組合樓面,自承重砌體外墻,鋼筋混凝土獨立基礎加連系梁,構件的防火采用防火涂料加砂漿覆面。有效施工期120天,其中鋼框架部分為10天,工程造價為1000元/m2馬鞍山鋼鐵公司建成了2層的輕鋼結構試點工程,全部采用馬鋼生產的熱軋H型鋼。此外,2幢16層的鋼框架一支撐結構體系的住宅樓也將在馬鋼光明新村興建。
      
      (5)建造H型鋼鋼結構體系住宅示范小區。
      
      其中1幢小篼層(地上12層)住宅樓采用鋼框架一現澆混凝土剪力墻結構,圍護材料采用水泥輕質保溫防水墻板,建筑面積1.2萬m2;―幢多層住宅樓的建筑面積約1,200m2,采用6層鋼框架一支撐結構,圍護材料為加氣混凝土砌塊和ALC板。
      
      (6)湖南長沙遠大集團建造了一幢7層輕鋼框架住宅樣板樓,柱網尺寸為3.6mX6.0m,120mm厚壓型鋼板一混凝土組合樓面,耗鋼量為46kg/m2,工程造價約650元/m2(不含裝潢費用和地價)。
      
      (7)2000年在新疆庫爾勒市建造了一幢8層鋼框架一支撐體系住宅樓(金豐城市信用社住宅樓),建筑面積為5,850m2,框架柱采用4>300X6的鋼管混凝土柱,銅梁為高頻焊輕型H型鋼,樓板為110mm厚現澆鋼筋混凝土板,框架填充墻全部采用了當地生產的粉煤灰加氣混凝土砌塊,鋼構件的防火設計采用50mm厚加氣混凝土砌塊包覆,即經濟又安全,整個工程的建設周期為5個月。
      
      4結語鋼結構住宅是一種環保型綠色建筑體系,它在國內外的快速發展是現代建筑發展的新潮流,也符合住宅產業化的發展趨勢。住宅建筑的鋼結構體系具有強度高、自重輕、用材省、外形美觀、布局靈活、適用性廣、施工迅速、有利抗震、節約能源、符合環保以及適應產業化生產等明顯的技術經濟綜合優勢。可以預期,隨著高效建筑鋼材的開發和建筑鋼結構應用技術的發展,21世紀將會是鋼結構住宅建筑繼續迅速發展的世紀。中國鋼管信息港資訊部獲悉
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