高层住宅建筑钢结构体系应用探讨.pdf

建筑与工程 1 种思烹黑焉烹晨， 高层住宅建筑钢结构体系应用探讨 赵永帅 保利华南实业有限公司 [ 摘要] 本文结合作者多年的工作实践经验，对多层及高层住宅建筑钢结构体系的组成、特点、适用范围、材料选用、设计原则及其在国内的典型 工程应用的介绍，分析论述了这类建筑体系的技术经济综合效益，谨供大家参考之用。 [ 关键词】钢结构体系技术工程应用 中图分类号T U 3 9 3文献标识码 文章编号1 0 0 9 - 9 1 4 X 2 0 1 0 3 5 - 0 1 3 0 - 0 2 麓育 近几年来国家提倡绿色环保建设，钢结构体系已成为民用住宅建筑中的一 种绿色环保的新型结构体系。钢结构体系具有轻质高强、抗震性好、基础造 价低、施工周期短、质量易保证、商品化程度高、外形美观、适用性广、建 筑布局灵活合理、增加有效使用面积、提高建筑使用功能、节约能源、符合 环保等明显的技术、经济和社会综合效益。它有利于促进节能环保型建材的 开发和拉动冶金行业内需。所以钢结构住宅建筑必将具有更广阔的发展前景。 1 多矗层钢结构住宅的结构体系 多高层住宅建筑的钢结构体系与传统的砖混结构体系、混凝土结构体系 有很大的不同，它主要由承重钢结构体系、楼面结构体系和围护结构体系等组 成。 1 ．1 承重钢结构体系 1 、体系的分类 1 钢框架结构体系。其特点是受力明确，平面布置灵活，为建筑提供较大 的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀，具有较大的延性，自振周期较长，因 而对地震作用不敏感，抗震性能好，结构简单，构件易于标准化、定型化，施工 速度快．但框架结构属典型的柔性结构体系，其侧向刚度差，易引起非结构构件 的破坏。 2 钢框架一支撑结构体系。为了提高钢框架的侧向刚度，有效地抵抗水 平荷载，减少层问位移，通常在墙体平面内布置由角钢或槽钢构成的垂直支撑 体系，当房屋较高时，较纯框架经济。支撑设置的位置要合适，为了与建筑设计 相协调，一般布置在窗台下至下层窗顶之间，既隐蔽又能满足支撑体系的需求。 考虑到门窗的布置，可采用W 形、x 形、K 形、人字形和门式等形式。支撑 与框架铰接，按拉杆或压杆设计。设计时可根据建筑物高度及水平力作用情况 调整支撑的数量、形式和刚度。为了有效地提高钢框架的侧向刚度，支撑应沿 建筑物同一平面四周环向封闭布置，以形成一个封闭的加强箍。偏心支撑在地 震作用下具有较好的延性和耗能性能，可在强震区采用。 3 交错桁架结构体系。由房屋外侧的柱子和跨度等于房屋宽度的桁架 组成桁架高度等于层高，在相邻柱上为上下层交错布置，楼板一端搁置在桁架 的上弦，另一端搁置在相邻桁架的下弦。由于两开间布置一榀桁架，且中间无 柱子，所以非常适合要求各单元灵活布置的住宅、旅馆建筑。同时，因为桁架 隔层布置，减小了桁架弦杆引起的局部弯矩。使柱在框架平面内的夸矩很小，主 要受轴力，有利于减小柱的断面尺寸，框架的横向刚度大，侧向位移小． 1 ．2 适用范围 1 3 层及以下的低层住宅①轻型钢框架结构体系②冷弯薄壁型钢密 捧柱 轻钢龙骨，C 形或z 形檩条 结构体系。 2 4 ～6 层多层住宅①钢框架结构体系②钢框架一支撑结构体系③ 钢框架一混凝土剪力墙结构体系。 3 7 ～1 2 层中高层住宅①钢框架一支撑结构体系⑦钢框架一混凝土核 芯筒结构体系． 4 1 3 ～3 0 层高层住宅①钢框架一支撑结构体系②钢框架一抗剪桁架 结构体系③钢框架一混凝土核芯筒结构体系④钢框架一带竖缝预制混凝土 剪力墙结构体系⑤钢框架一抗剪钢板剪力墙结构体系。 1 ．3 设计原则 承重钢结构体系的结构设计宜遵循强柱弱粱、强节点弱构件的一般设计 原则．在具体设计时，若较难满足强柱弱梁的设计公式，则满足轴压比要求也 可。框架主粱的材料～般可选用热轧或高频焊接H 型钢，次梁可以有多种作 法。框架柱子的材料一般可选用热轧或焊接工字钢、H 型钢、方 箱形 钢管、圆钢管或冷弯薄壁型钢、轻型热轧型钢。为了节约钢材，降低造价， 框架柱也可采用在空钢管内浇筑高强素混凝土而形成的钢管混凝土框架柱． 由于钢管混凝土柱结合了钢柱与混凝土柱的优点，具有良好的受力性能、抗 震性能和耐火性能。其单柱的轴向承载力大幅提高，使钢柱截面尺寸大幅减 小．与H 型钢柱相比，用钢量呵节省约5 0 ％。造价约降低4 5 ％。 1 ．4 莲接形式 框架横粱与柱在强轴方向适于采用刚性连接而在弱轴方向宜结合支撑布 1 3 0l 科冀博茏 置采用钢管柱．1 殳 计方案。钢框架粱柱节点连接的构造形式为①螺栓连接② 焊接连接③栓、焊混合连接。焊接节点的连接刚度大，混合节点次之。螺栓 节点的连接刚度较小，但螺栓连接的安装施工速度最快，且在现场拼接和安装 时，施工质量容易保证。主粱与次梁之间一般也采用铰接．在连接构造上以焊 接和高强度螺栓连接为主，也可采用栓、焊混合的连接方式粱腹板用高强度 螺栓连接，翼缘用焊接，可先用螺栓安装定位，再对翼缘施焊． 2 楼面结构体系 楼面结构由钢梁和楼面板组合而成。楼盖除了将竖向荷载直接分配给 墙、柱外，更主要的作用是参与并保证和抗侧结构的空间协同作用。因此，必 须保证楼盏有足够的强度、刚度和整体稳定性，同时应尽量采用技术和构造措 施减轻楼板自重，并提高施工速度。作为民用住宅的楼面结构，楼板还应具有 较好的隔热、隔声、保温、防水和防火性能。为了保证钢粱的整体稳定性，楼 面主、次梁应采取紧凑犁构造措施。目前主要采用的楼板形式如下 1 压型钢板一现浇混凝十组合楼板。整体分析时要考虑组合楼板的各 向异性对框架梁的影响①根据楼板设置情况确定是连续板或简支板、传力 路径是单向还是双向②组合钢梁足按强边还是弱边组合造成的刚度差异 2 预制预应力混凝土叠合楼板。即钢粱与预制预应力混凝土薄板连接， 上浇混凝土薄板以组成叠合楼板。由于这种楼板不仅具有现浇组合楼盖的整 体性。还可以省去压型钢板，也无需支模。施工方便，可降低楼板造价，应为首 选。 3 ■护结构体系 内外墙的造价约占钢结构住宅总造价的3 0 ％，对钢结构住宅的造价影响很 大，同时，为减轻结构自重，满足建筑节能要求，充分发挥钢结构住宅的优势，其 围护墙体要满足自重轻、强度高、保温隔热性好、安装可靠、经久耐用、经 济合理的要求，故应采用轻质材料。如外墙可采用蒸压轻质加气混凝土墙板 A L c 板 、S R C 复合保温墙板、钢丝网复合保温板、植物纤维强化空心墙板、 玻璃纤维加强水泥墙板等工厂预制的标准化轻质墙板和玻璃幕墙等。内墙可 采用轻钢龙骨石膏板、加气混凝土轻质墙板、A L C 轻质砌块、轻质改性石膏 砌块、夹层复合板、稻草板等。A L C 板自重轻，抗震性好，安装方便，施工速 度快，具有良好的保温隔热性、防水性和防火性。非常适合与钢结构配套使用， 使用2 5 0 m m 以上厚度的A L C 板作为外墙，可达到节能5 0 ％的要求，是理想的 节能型墙体材料。钢丝网复合保温板或夹层复合板具有质轻、墙薄、高效施 工等特点和较好的抗震、隔音等性能，可分别用于各种结构的外墙或框架结构 的非承重墙。稻草板除J ，具有质轻、墙薄、高效施工等特点外，还具有抗震、 透气性和人居亲和性好等特点，适用于多层建筑非承重的内隔墙。屋盖系统尽 量采用有檩体系，屋面材料可与楼面相同，也可采用彩色压型钢板防水屋盖，该 屋盖系统既具备了良好的防水防腐效果，又起到r 屋面的隔热保温作用，丰富 了建筑物的外部造型。如洁面彩色涂层压型钢板屋面系统，具有如下特点① 屋面无明钉，防水性能极佳。可做成大小头，适应屋面的复杂变化，且可自由伸 缩②板肋较低，采用卷边方式固定③惯性矩小，易做成三维曲面板，屈服强度 为3 0 0 M P a ；④造价适中⑤适用板材钢板、铝板、铜板、钛锌板等，其中尤以 钢板的造价最经济。彩涂板本身具有良好的防水性。不会漏水，产生漏水的主 因是压型钢板、夹芯板板缝处理不好。 4 钢结构住宅的特点和综合效益 I 、结构轻质高强，抗震性好，工程造价低。钢材的抗拉、抗剪强度相 对较高。钢结构住宅可以充分发挥钢材自重轻、强度高、延性好、塑性变形 能力强、抗震性能好的特点，不仅所受的鼋力和地震作用小，从而减小粱、柱 截面尺寸，节约钢材，而且还可以降低造价和运输安装费用。 2 、外部造型美观，空间布局灵活，建筑功能增强。由于钢材轻质高强的 特点，便于形成大柱距、大开间的建筑空间，灵活地分隔和布置室内的分区， 更好地满足现代住宅建筑的使用功能要求，与砖混结构或混凝土结构相比，其 有效使用面积可提高1 0 ～i 5 ％。建筑造型可丰富多彩。也可简洁明快。 3 、易于改造。管线布置方便。钢结构的内部分割．接高、加固等较 为灵活。钢梁的腹板允许穿越小于一定直径的管线，加之结构空间的孔洞与 空腔，使管线布置、更换、修理方便． 万方数据 建筑与工程 蒜C h i e R C e a r ] d T e c h r l o lr．g_yReve w 啊Il n a ～c 1 口q ■■ 论粘钢加固在温州某工程中的应用 赵菁 S t 州固特建筑加固技术工程有限公司 【摘要】建筑业的发展，推动了混凝土结构加固行业的兴起，粘钢加固在越来越多的工程里得到了应用。发挥了其作用，体现了其价值。 [ 关键词] 混凝土结构加固粘钢加固 中图分类号T U 3 7 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 9 - 9 1 4 X 2 0 1 0 3 5 - 0 1 3 1 - 0 2 随着国家标准混凝土结构加固设计规范的制定．加固工程在法律上真正的 得到了认可，在越来越多的工程中得到了应用。主要的加固方法有增大截面 加固法、置换混凝土加固法、外粘型钢加固法、碳纤维加固法、粘钢加 固法等几种加固方法，此外还有植筋技术、锚栓技术、混凝土裂缝修补技术 和钢筋阻锈技术等。在此，就牯钢加固法在温州某工程中的应用发表一点浅 薄的见解。 1 工程概况及特点 1 ．1 工程概况 温州市某工程，施工中钢筋箍筋由外包加工，在钢筋冷拉调直过程中因拉 力大小未控制好，导致钢筋冷拉过长．截面过小。当工程施工到三层结构时， 在工程复查过程中，发现钢筋截面偏小，经现场巡查取样捡测后，发现8 m m 钢筋 直径只有7 ．4 m m ，屈服强度不明显，延伸性降低。发现该问题之后，总包施工 单位开展自检，发现在这批钢筋在结构二层和三层中梁箍筋使用。在四层以 上结构施工中，这批钢筋已经退场，不再在工程中使用。出于对结构安全的考 虑，总包施工单位某集团股份有限公司委托我方杭州固特建筑加固技术工程有 限公司出据加同方案对温州市某工程二层和三层结构粱进行加固。 2 牯钢加固计算书 2 ．1 加固计算依据 一温州市某建筑设计院提供的设计图纸 一‘混凝土结构加固设计规范G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 一‘混凝土结构设计规范G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ，pp工p ． } k ’’。 -C z o ．3 ．3 - O ， ；．． 1 ，y I ．- ，．．，I 厶 ．，1 ． 1 0 ．3 ．城 ， ；， I l ， tp 憎t ■，。A 乒- t ● l k和 一我方在高层建筑结构、工业厂房、桥梁等改造加固工程中积累的 旌工经验及技术、施工力量。 2 ．2 加固计算理论 温州市某工程。在工程复查过程中，发现箍筋钢筋截面偏小。经现场巡查取 样检测后。发现8 m m 钢筋直径只有7 ．4 m ，屈服强度不明显，延伸性降低。依据 检测报告中样品0 5 4 0 9 0 0 1 9 9 试样伸长率数据，标准要求≥2 3 ．O R , 实测结果1 4 ． o ％， 1 4 ．0 ／2 3 ．0 6 1 ％ 。抗拉强度虽然从数据I 二略有提高，但加固计算仍只能 按钢筋抗拉强度设计值计算，现通过粘贴钢板加固，让钢板部分承担框架粱的 抗剪承载力。考虑伸长率的损失和粘钢加固后对原结构承载力的提高幅度， 以提高4 0 ．1 6 左右为宜。 3 加固计算 I 、8 M 跨框架粱加固计算 1 、粱基本数据 粱形式框架梁粱结构类型重要构件 6 搬 粱截面尺寸3 0 0 6 5 0 珊Ⅱ 楼板厚度1 2 0 m 粱箍筋级别H P B 2 3 5 箍筋抗拉强度设计值2 1 0 n ／r a m 2 箍筋肢数2 肢箍箍筋间距s 1 0 0 面 箍筋直径8 蛐 2 、鬃柚曩设计赣_ 扣 计算过程 查G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 表1 0 ．3 ．3 计算抗剪强度折减系数 1 l rv b 0 ．9 2 加固粱为框架梁。依据粘钢加固u 型箍构造要求和提高能力 先选用l 层4 衄 厚2 0 0 m m 宽钢板间距3 0 0 试算 混凝土抗剪部分按原设计考虑，现只考虑钢筋抗剪承载能力部分。 1 ．2 5 f y v A S V h 0 ／s 1 ．2 5 x 2 1 0 x3 0 2 x 61 5 ／1 0 0 3 0 0 范围内有9 8 的箍筋 4 8 7 5 4 1 ．2 5 4 、符合节能环保要求。钢结构住宅建筑所用材料主要是环保型绿色可 回收或易降解的材料。在建筑物需拆除时。钢材可全部回收利用，大大减少了建 筑垃圾。对周围环境污染小，利国利民。 5 钢结构技术在置内典型工程的应用 1 中国建研院与天津建j 集团合作，从研究开发、技术设计．产品生 产和工程施工等方面形成了“钢一混凝土组合建筑体系”的钢结构住宅成 套技术，并在天津建成了3 0 万平方米的钢结构住宅。该钢结构住宅体系由承 重的框架一支撑体系、节能型复合外墙板和挤出型内墙板等部品进行优化组 成，具有多项专利。该体系的工程造价可与钢筋混凝土结构持平。产业化程度 高、施工速度快、综合技术经济水平先进。 2 上海陆海城由6 幢2 5 层的高层钢结构住宅组成，建筑面积7 万平方米， 采用钢框架一混凝土核芯筒 剪力墙 结构体系，压型钢板组合楼面。框架柱 采用圆形钢管混凝土柱，框架粱全部采用高频焊轻型H 型钢。外墙及分户墙 为2 0 0 厚砌块，内隔墙采用1 5 0 厚砌块。构件耐火等级为一级，设计采 用厚型防火涂料． 3 马钢公司于2 0 0 2 年1 2 月在马钢光明新村建成了1 幢1 8 层的钢框 架一钢筋混凝土剪力墙结构体系住宅楼，建筑面积9 8 0 0 平方米。框架粱、柱 均采用马钢生产的热轧H 型钢，每层有3 7 根框架柱，7 4 根框架粱，柱与鬃为 栓、焊混合连接节点。用钢量为4 0 0t ． 结语 综上所述，钢结构住宅建筑体系不仅具有轻质高强、抗震性好而降低基 础造价、抗震费用和运输安装费用的优点，而且还具有构件安装便捷、施工周 期缩短、加快资金周转、提高投资效益，建筑布局灵活合理，增加有效使用面 积，提高建筑使用功能，质量易保证滴品化程度高等技术和经济综合优势，钢 结构住宅建筑必将具有更广阔的发展前景。 参考文献 [ 1 】王明贵．钢结构住宅的发展研究[ J 】．钢结构。2 0 0 z z 3 7 4 0 ． [ 2 ] 王军．钢结构住宅的研究与开发[ J ] ．建筑技术开发，2 0 0 4 3 2 - - 3 ． [ 3 ] 陈志华，王小盾，李树海．钢结构住宅的构造及技术经济分析[ J ] ．钢 结构，2 0 0 4 3 3 9 4 3 ． ． 鼓博茏I 1 3 1万方数据 高层住宅建筑钢结构体系应用探讨高层住宅建筑钢结构体系应用探讨 作者赵永帅 作者单位保利华南实业有限公司 刊名 中国科技博览 英文刊名ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷期201035 参考文献3条参考文献3条 1.陈志华;王小盾;李树海 钢结构住宅的构造及技术经济分析[期刊论文]-钢结构 200403 2.王军 钢结构住宅的研究与开发[期刊论文]-建筑技术开发 200403 3.王明贵 钢结构住宅的发展研究[期刊论文]-钢结构 200701 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 莫崇晟 高层钢-混凝土混合结构体系分析[期刊论文]-科技创新导报20117 2. 麦庆元 高层悬挂结构体系的减震研究[期刊论文]-桂林工学院学报2004,242 3. 朱琳媛 有关高层钢结构在发展中所面临的经济效益问题的探讨[期刊论文]-中国西部科技2011,102 4. 郭会胜 高层建筑中钢结构施工详图设计例说[期刊论文]-建筑201017 5. 苗纪奎.姜忻良 钢结构住宅体系的优点及其在我国的发展前景[会议论文]-2005 6. 赵美萍 谈高层结构设计中结构体系的确定[期刊论文]-中国科技博览201010 7. 顾高源.GU Gao-yuan 高层钢结构建筑城市竞赛的名片[期刊论文]-山西建筑2010,3615 8. 洪岩峰.王付春 建筑钢结构的经济性能分析[期刊论文]-黑龙江科技信息200922 9. 邵大卫 建筑钢结构设计思路及其规范[期刊论文]-建设科技201019 10. 郭昭胜.GUO Zhao-sheng 某高层建筑屋顶玻璃阳光房结构分析及加固[期刊论文]-山西建筑2011,371 本文链接