农村适合轻钢结构住宅推广吗

1钢结构住宅投资前景分析

1、钢结构具有许多优点:首先,重量轻、强度高。用钢结构建造的住宅重量是钢筋混凝土住宅的1/2左右;可满足住宅大开间的需要,使用面积比钢筋混凝土住宅提高4%左右。

2、抗震性能好,其延性比钢筋混凝土好。从国内外震后调查结果看,钢结构住宅建筑倒塌数量最少的。

3、钢结构构件在工厂制作,减少现场工作量,缩短施工工期,符合产业化要求。

4、钢结构工厂制作质量可靠,尺寸精确,安装方便,易与相关部品配合。

5、钢材可以回收,建造和拆除时对环境污染较少。

2钢结构住宅结构设计概述

1、结构体系选型

对低、多层住宅,目前国内外常用的结构体系主要有:

(1)冷弯薄壁型钢体系

构件用薄钢板冷弯成C形、Z形构件,可单独使用,也可组合使用,杆件间连接采用自攻螺钉。这种体系节点刚性不易保证,抗侧能力较差,一般只用于1~2层住宅或别墅。笔者处理的几个旧房加层,如蓟县 国税局、天津港派出所等改造工程,使用了该体系,效果较好。

(2)框架

目前,这种体系在多层钢结构住宅中应用最广。纵横向都设成钢框架,门窗设置灵活,可提供较大的开间,便于用户二次设计,满足各种生活需求。钢框架考虑楼盖的组合作用,运用在低多层住宅中,一般都能满足抗侧要求。但是由于目前框架柱以H型钢为主,弱轴方向梁柱连接的刚性难以保证,因此设计 施工时须慎重处理。

(3)框架支撑体系

在风载或地震作用较大区域,为提高体系的抗侧刚度,增加轴交支撑或偏交支撑效果很好。这种体系为 多重抗侧体系,而且梁柱节点,柱脚节点可设计成铰接、半刚接,施工构造简单,基础主要承受轴力,体形较小,因此成为人们青睐的对象。

(4)框架剪力墙体系

在低多层住宅中,可以应用传统的剪力墙体系,如钢筋混凝土剪力墙或钢板剪力墙。目前正在研究的空 腔结构板是一种理想的抗侧结构。空腔结构板是一种新型的轻质板材,采用黄纸制成具有众多等边空腔结构的板状基架,然后经浸渍而成。该板材与钢框架可靠连接,便可形成新型剪力墙。 另外美国,澳大利亚等国还开发了交错桁架体系,比较新颖。

2、 主要构件设计

(1)柱

前已述及,钢结构住宅一般为大开间,框架柱在两个方向都承受较大的弯矩,同时应该考虑强柱弱梁的 要求。而目前广泛使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面,强弱轴惯性矩之比3~10,势必造成材料浪费。因 此对于轴压比较大,双向弯矩接近,梁截面较高的框架柱采用双轴等强的钢管柱或方钢管混凝土柱是适宜的。对于方钢管混凝土柱,不仅截面受力合理,同时可以提高框架的侧向刚度,防火性能好,而且结 构破坏时柱体不会迅速屈曲破坏。因此,尽管平面受力结构中,选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的但总体上,箱形钢管柱尤其是方钢管混凝土柱应得到广泛应用。方钢管混凝土柱将是钢结构住宅发展的 主要方向,但由于缺乏相应的规范、规程,目前在住宅中应用还很少。尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂,不利于工厂制作和现场施工,应加大力度开发研究。

(2)楼盖

在多层轻钢房屋中,楼盖结构的选择至关重要,它除了将竖向荷载直接分配给墙柱外,更主要的作用是 保证与抗侧力结构的空间协调作用;另外从抗震角度来看,还应采用相应的技术和构造措施减轻楼板自重。常用的楼盖结构有:压型钢板-现浇混凝土组合楼板,现浇钢筋混凝土板以及钢-混凝土叠合板, 而以第一种最为常用。目前,在多层轻钢房屋整体分析时,还普遍不考虑楼盖与钢梁的组合作用,即使设置抗剪键,也偏保守地假设钢结构承受全部荷载,这样不仅增加材料用量和结构自重,反而会造成强 梁弱柱的不利情况。有一6层算例,考虑楼盖组合作用对梁刚度以及结构整体刚度的影响。 算例表明,考虑组合作用后主梁的刚度大大增加,使得梁的挠度和地震作用下柱顶的侧移大为减少,此 考虑组合作用应予关注。为使楼层高度减到最小,提供更大的空间,组合扁梁楼盖也成为一种趋势。

(3)支撑体系

支撑分轴交支撑和近年发展起来的偏交支撑两种,前者耐震能力较差,后者在强震作用下具有良好的吸能 耗能性能,而且为门窗洞的布置提供了有利条件,目前国内用的还很少,建议在高烈度区首选偏交支撑。常用的EBF偏交支撑形式此所示。剪切型耗能梁段,加劲肋按以下公式设计: 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―――加劲肋间距,d―――梁高, ―――腹板厚度,γp―――塑性转角;弯曲型耗能梁段还需在 梁段端点外1.5bf处加设加劲肋。

(4)节点抗震计

框架梁柱节点一般采用两种连接方法,根据”常用设计法”,即翼缘连接承受全部弯矩,梁腹板只承受全部剪力的假定进行设计。震害表明,这种设计不能有效满足”强节点弱杆件”的抗震要求,在高烈度区隐患 很大。改进框架节点设计,在梁端上下翼缘加焊楔形盖板或者将梁端上下翼缘局部加宽盖板面积或加大的翼缘截面面积主要由大震下的验算公式确定:式中:为基于极限强度最小值的节点连接最大受弯承载力,全部由局部加大后的翼缘连接承担; 为梁件的 全塑性受弯承载力; 为基于极限强度最小值的节点连接最大受剪承载力,仅由腹板的连接承担;为梁的净跨;为梁在重力荷载代表值作用下按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。

3钢结构住宅存在的几个问题

1,一些钢结构住宅的设计不是以建筑本身为主,因此,开发的住宅不太好用。目前,有些钢结构住宅的开发中,把钢结构的问题视为最重要的,因此,以结构专业为主,这是一种误区。无论是何种结构建筑,买主关心的不是用什么结构,而是房子是否好用,布置是否合理,住在里面是否舒适,是否实用,功能是否齐全。所以一栋钢结构住宅能否有市场竞争力,能否被用户(消费者)所认可,最终取决于钢结构住宅是否技术先进、适用美观、经济合理,即“质优价廉”。住宅应该关注的是人,设计要以人为本。钢结构住宅是住宅,而不是住宅钢结构,因此,钢结构住宅的开发设计还是要以建筑师为主,要遵循建筑设计的规律,更多地关注其使用功能、建筑效果以及节能环保等。你看加气混凝土砌体。

2,钢结构住宅的配套设施和围护结构的材料不完善。钢结构住宅体系是一个综合的、复杂的技术体系,它涉及墙体材料、屋面材料、厨卫系统、管线系统等一系列配套体系。这方面最突出的问题是外墙结构体系。现有墙体材料性能和安装方法很难满足钢结构住宅在防热、保温、通气、防渗以及耐久性等方面的要求。连接的配件及方法,也不很完善,使用不方便。

3,钢结构住宅要求应用大量的新技术,我国现在还缺乏这方面的人才。我国专门研究钢结构住宅的人员较少,大多数设计和施工单位在传统结构体系方面有专长,而在钢结构住宅方面缺乏相关的人才。由于我国钢结构住宅尚处于开发阶段,施工技术工人更是奇缺。培训技术人员是发展钢结构住宅的重要环节。

4,全国没有统一、系统的推广钢结构住宅的方式方法,各单位的研究工作均是从头开始,经验不能很好地借鉴、传承,经验推广工作做得不够理想。对于钢结构住宅的总的发展规范还不够,因此,发展比较乱。有关部门,在总结以前的经验,指出未来的发展方向上做得还不够。

5,宣传力度还不够,与地产商的联系还不够,许多地产商认为钢结构住宅要贵得多,因此不敢做。其实,这是一个误解。钢结构住宅和其他住宅比较起来,一般情况下造价并不高,与混凝土结构基本持平,但是它的使用面积会增加不少,一般达到5%,综合造价还是比较低的。

4钢结构住宅建筑需认真研究的几个问题

1、钢结构住宅建筑要以建筑设计为主导,其他专业紧密互动配合。钢结构住宅建筑除要遵循住宅建筑设计一般原则外、要注重解决:

(1)如何发挥钢结构的优势?梁跨度可增大、开间更灵活、为住户创造更大的空间。但又如何避免钢结构带来的建筑平、立面单调呆板。

(2)要解决钢结构住宅建筑防火、防腐蚀问题。做到成本增加不多而效果较好,足使建筑师、结构工程师大动一番脑筋。

2、选择和开发外墙板,是钢结构住宅建筑推广中的关键问题之一。除满足外墙板的各项技术要求外,还要做到墙板原材料应地之宜、工厂化生产、运输、安装连接方便。

3、钢结构要做到安全合理、节点构造方便可靠、并为构件制作、运输、吊装创造条件。

4、建筑设备与钢结构住宅配合,是住户首先遇到的问题。要选用和开发适合钢结构住宅的各项设备,采用先进的技术和设备用于钢结构住宅。

5、钢结构住宅的造价是房地产开发商最关心的问题。钢结构住宅应定位于中、高挡住宅,钢结构住宅建筑是一项系统工程,应从设计、制造、运输、安装、维修和管理等环节着手加强管理和协调,以降低成本,提高综合经济效益而不仅仅着眼于多用或少用几公斤钢材。

5钢结构住宅研究新进展

1、本体系的主要构成及关键技术

(1)外墙:

方案一:采用轻质复合墙板,可为蒸压轻质加气混凝土板、钢丝网水泥夹心板,GRC夹心复合板、钢筋混凝土夹心复合板等。

方案二:砌块填充,采用加气混凝土砌块,轻骨料混凝土小型空心砌 块,或混凝土小型空心砌块等。

(2)内墙:

方案一:采用轻质板材,如纸面石膏板,纤维石膏板,加气混凝土板,玻璃纤维增强水泥板等。

方案二:复合板材,如钢丝网架水泥夹心板,发泡夹心聚苯乙烯复合墙板。

方案三:砌块填充。

(3)防火处理:

钢柱:采用防火板包裹,或厚涂型防火涂料,可以根据实际情况及价格比较进行选择,以达到不同结构构件耐火极限的要求。

钢梁:H型钢梁翼缘内填充加气混凝土砌块,再用金属网抹25厚蛭石砼包覆,或防火涂料或防火板。

(4)结构形式:可比较采用H型钢框架结构、H型钢框架支撑结构,钢框架砼剪力墙结构等多种形式。

梁采用H型钢,柱可采用H型钢、钢管砼,方管及钢骨砼柱等。

钢材可采用Q235、Q345材质。

(5)构件连接可采用高强螺栓连接、焊接连接或栓焊混合的连接形式。

(6)楼板。可采用普通现浇砼楼板,预制钢筋砼迭合楼板,压型钢板现浇砼组合楼板。

(7)采暖通风设计采用先进的分户计量方式,可比常规供暖方式节能10%,结合H型钢构件的截面特点进行管线的隐蔽设计,将管线设计在H型钢的凹面内,避免由于采用分量计量带来的户内管线多,既不美观又占用正常使用空间的矛盾。

(8)给排水设计考虑,生活污水的无公害净化处理,减少对环境的污染,设计采用节水设备,可考虑中水的处理利用,节省使用水资源。

(9)采用智能化设计,设计考虑综合布线系统。楼宇智能化管理系统实现电话、传真、有线电视和微机上网等家庭办公的自动化。

2、试点工程:

试点工程包括一座小高层住宅,两座多层住宅。

(1)、高层住宅(1#楼)建筑面积平方米,共12层,地下一层,层高3.9米,地上12层住宅,层高均为2.9米。建筑总高度34.8米,采用钢框架——现浇砼剪力墙结构。柱采用直径300钢管内灌C50砼,梁采用H型钢,钢材全部采用Q345。

一幢多层住宅(4#楼)六层,一层商店,层高3.9米.二至六层为住宅,层高2.8米,建筑面积1200平方米,采用钢框架支撑结构。梁柱均采用和H型钢,钢材全部采用Q345。

另一幢多层住宅(南区4#楼)为七层住宅,一层为藏间,层高2.2米,二至七层为住宅,层高均为2.8米,总建筑面积约4720平方米,采用钢框架–预制砼剪力墙结构。梁柱均采用H型钢,钢材全部采用Q345。

(2)1#楼外墙采用钢丝网水泥夹芯板,板芯为EPS苯乙烯发泡板,外面抹35厚1:3水泥砂浆,具有结构性能好、质轻、保温、隔热、防火性能好、施工简便等优点。分户墙、厨房、卫生间采用玻璃纤维增强水泥板、内隔墙采用改性石膏砌块,隔音效果好。

4#楼外墙采用200厚蒸压轻质加气砼板,这种板材容量小、导热系数低,耐火性好,施工简便易于操作。内墙采用蒸压加气轻质制砼内墙板。

南区4#楼采用蒸压加气砼砌块为外墙,内分户墙体材料,户内分隔墙体采用厚度75MM的轻砼墙板。

(3)1#楼采用普通现浇砼楼板;4#楼采用预制钢筋砼迭合楼板;南区4#楼采用预制预应力砼空心板加砼现浇层。

(4)保温:为达到建筑物节能50%的标准,采用了如下措施:

屋面:屋面保温采用现喷硬质聚氨脂发泡保温技术

周边地面:采用聚苯保温。

外墙: 采用保温复合外墙板或导热系数低的外墙材料。

外墙:采用单框双玻窗保温窗。

(5)防火:

钢柱:采用防火板包覆,已达到耐火极限2.5小时;钢梁:H型钢钢梁翼缘内填充加气混凝土砌块,再用金属网抹25厚蛭石包覆,达到耐火极限1.5小时。

(6)试点工程在采暖通风设计采用了分户计量方式。

(7)经济技术指标

H型钢住宅建筑试点工程主体钢结构小高层约为33.2Kg/m2:多层约为35KG/m2。

按河南省定额计算,工程预算造价多层760元/m2,钢筋混泥土结构多层住宅约为650元/m2,节能建筑造价增加8%,约为52元/m2,扣除节能建筑增加的部分,钢结构多层住宅造价为708元/M2,比钢筋混凝土多层住宅增加约为9%;小高层为1100元/M2,钢筋混凝土结构小高层住宅,约为1000元/M2,节能建筑造价增加8%,约为80元/M2,扣除节能建筑增加部分,钢结构小高层住宅招架为1020元/M2,与钢筋混凝土小高层住宅基本持平。

3.正在研究的相关技术:

在试点工程的基础上,我们继续开展了几个方面的研究,并有2项技术已申报专利.

(1) 整体外墙板

研究开发轻质保温整体外墙板,可采用一个房间的外墙作为一块墙板,这样可以减少小块墙板拼装产生的接缝所带来的裂缝、渗漏等问题。

(2)小波纹压型钢板组合楼板

我们研究开发了一种新型的、与钢结构建筑相适应、能够采用工业化生产,同时又能适应住宅建筑使用要求的组合楼板形式——小波纹压型钢板组合楼板。具体采用0.4-0.6mm厚的镀锌钢板压成型,波纹肋高一般在10-15mm之间,这种压型钢板造价低,可作为施工模板使用,不考虑结构受力,但与主体钢结构连接的整体性好。现浇板钢筋,根据使用阶段的强度要求,计算出配筋量,采用工厂化生产方式,将钢筋与压型钢板焊接成型,工地安装后,连续板支座处现场绑扎支座负筋,这样一是减少了现场绑扎钢筋的工作量,提高了工厂化制作程度,满足了钢结构建筑施工速度快,楼板多层同时浇注的要求,同时又降低结构高度,增加建筑的可利用空间,钢筋与压型钢板的工厂化成型又能满足了小波纹压型钢板在施工阶段的强度要求。

(3)万能托架

普通现浇砼楼板常规施工方法与钢结构建筑的快速施工,多层同时浇注不相适应,为解决这一矛盾,我们实验开发了一种支撑模板采用的万能托架。这种托架长度可调整,两端与H型钢梁紧固连接,拆装方便。(此项技术已申请专利)

(4)模块化的设计、施工

钢结构住宅建筑的最大优势在于可以工厂化生产,形成产业化的发展模式,因此设计上的标准化、模块化更能促进钢结构住宅体系的产业化。结构构件,连接节点的标准化设计有利于工厂化和机械化生产,模块化的设计又能加快安装速度的提高。构件不再是单柱单梁工厂生产,现场拼装,而是按模块化的设计形式,把住宅中一户或一个单元作为一个部件进行设计、生产,部件可以采用工厂化生产,(也可以采用零件工厂化生产、部件现场拼装,再进行吊装)这种方式的优点在于提高了工厂化生产的程度,减少人工操作,尤其降低高空作业量,模块化设计中应考虑整体空间刚度,合理选择吊点,并验算模块强度避免吊装过程中产生变形。

部件的构件连接可全部采用焊接,由于全是工厂化操作,焊接质量容易保证,现场拼装全部采用高强螺栓连接,避免高空焊接造成的质量隐患。

(5)继续研究开发高强度、焊接性能好的H型钢及轻型H型钢、并研究开发耐火钢和耐候钢。

6一些试点项目经济技术指标

a)    北京亦庄经济技术开发区青年公寓

建筑面积:12万平方米。由6栋单身公寓(10万平方米)和公共建筑(锅炉房食堂等)(2万平方米)组成。

地点:北京亦庄经济技术开发区。

用途:开发区单身职工居住。

结构型式:混凝土核心筒+钢框架。

梁柱:热轧H型钢,

楼板:组合混凝土压型钢板,

外墙:粉煤灰砌块+加气混凝土板,

内墙:防火石膏板+轻钢龙骨。

防火措施:加气混凝土板+石膏板+薄型防火涂料。

现场用工:2.52工日/平方米、而砖混结构为7~8工日/平方米。是砖混结构的1/3。

工程造价(达到粗装饰):1150元/平方米。和砖混结构造价持平。

用钢量: 37公斤/平方米(仅为200元/平方米,是总造价的17.4%)。仅有三种规格钢材。

钢结构吊装:一栋住宅楼仅用20天(670吨)。

施工工期:比砖混结仅短一为半。

b)天津市丽苑小区试点工程

工程面积约8180平方米+平方米,开间7.5米,

层高2.8米,总高33米,主体为11层。柱距7.5米,

开间分别3.9米和3.6米,进深方向5.7米和5.1米。

钢管(方)混凝土框架—钢骨砼核心筒体糸。

柱—350×350毫米、方钢管混凝土柱、内灌C40砼。

梁—350毫米H型钢。

梁柱连接—两向均采用柱焊刚性连接。

楼板—采用预应力砼叠合板、厚度80+60毫米.宽5.1米。

外墙—预制CS墙板,尺寸为2800×3900×150毫米

管道采用集中管井布置。

采暖及供水多统系采用分户计量和控制。

电气采用智能化设计。

每节柱为三层高一次吊装构成三层框架

工程价格基本与同类中高层钢筋混凝土结构持平。

造价为1200元/平方米-1260元/平方米左右。高出同类中高层钢筋混凝土结构5%左右。

最近钢结构住宅设计规程的出台,相信会对钢结构住宅的发展有一个巨大的推动作用。


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