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    钢结构体系及其工程应用

    2018-12-21   来源:   点击数:15次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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       中国钢管信息港资讯部获悉:程序的主要步骤如下:I选取构件截面几何图形的轮廓咸1输出数据I 1.用(ssget)函数选取屏幕上构件截面的轮廓线。构件截面分实心(实腹)类及空心类(内部有空腔),构成构件截面的轮廓线分外轮廓线和内轮廓线。实心类截面只有一条外轮廓线,没有内轮廓线。空心类截面有一条外轮廓线及一条或多条内轮廓线。用(ssget)函数选取构件截面的轮廓线时须分别选取外轮廓线和内轮廓线,构成不同的选择集,以便程序识别。轮廓线必须是封闭的多义线(polyline),否则不能将封闭多义线转换为面域,以下的过程不能完成。
      
      计算机应用中睫J1虬妨2.用region命令将选取的截面图形多义线转换为面域,然后利用CAD布尔运算命令substract(减)将外轮廓线面域减去内轮廓线面域,这样得到的面域是构件截面实际的面域。
      
      钢结构与传统住宅建筑的结构形式相比,是一种最符合“绿色建筑”特征即环保、节能、工厂化的新型结构形式,也更有利于住宅建筑产业化的发展。钢结构还具有强度篼、自重轻、施工迅速、有利抗震、建筑空间布局灵活和增加有效使用面积等一系列优点。目前许多国家如美国、日本、英国和澳洲等,正积极地推动预制装配化钢结构住宅(在日本称为工业化钢结构住宅)的应用与发展。美国在1992年推动初期,仅有500栋,而2000年就达到20万栋的规模,约占住宅建筑总数的20%.据日本在1999年的统计资料,其钢结构住宅己占工业化住宅的71%,其余为木结构和混凝土结构住宅。澳洲钢结构住宅的市场占有率为15%,且每年均有明显增长。在欧洲(如英国、德国、荷兰等)建造的别墅住宅中,己越来越多地用钢结构体系替代传统的砖结构。在许多发展中国家,钢结构住宅的工业化生产更可以快速经济地为人们提供舒适的居所。
      
      改革开放以来,我国住宅建设发展很快,1999年同1978年相比,全国城市人均居住面积已从3.6m2增加到9.78m2.为了满足人民群众日益增长的住房需求,推进住宅产业现代化,从20世纪90年代以来,在国家政策的大力支持下,建设部就在全国积极推广钢结构住宅的应用与发展。近年来,己在北京、上海、新疆、湖南、安徽马鞍山和山东莱芜钢城等地开始并建成一批钢结构住宅示范试点工程。可以预期,钢结构住宅建筑必将在21世纪继续得到迅速的发展。
      
      2多高层住宅钢结构体系的组成及其特点2.1钢结构住宅的结构体系组成住宅建筑的钢结构体系与传统的砖混结构体系或者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、支撑结构体系和围护结构体系等组成。
      
      2.1.1承重钢结构体系多层钢结构住宅的承重体系适宜采用钢框架(梁柱)体系。因为承重框架体系的钢结构住宅自重轻、自振周期较长,对地震作用反应不敏感。但框架体系属典型的柔性结构体系,其侧向刚度较小,因此,对于高层钢结构住宅或者层高较大的多层钢结构住宅,需设置各种侧向支撑,或者结合电梯井、管道井和楼梯间墙体的布置,采用钢框架一抗剪钢板剪力墙结构、钢框架一抗剪桁架结构、钢框架一混凝土核芯筒(剪力墙)结构等新的抗侧力体系,使钢框架部分主要承担竖向荷载,而使钢框架与剪力墙、抗剪桁架或者支撑体系协同工作承担水平荷载,以确保结构水平位移控制在规范允许值内。设计时可根据建筑物高度及水平力作用情况来调整支撑的数量、刚度、形式或者采用不同的抗侧力体系。
      
      承重钢结构体系的结构设计宜依据强柱弱梁、强节点弱构件的一般设计原则,但在具体的工程设计中,如满足强柱弱梁的设计公式较为困难,则只要控制住轴压比也可。框架梁、柱的材料一般可选用高频焊接或热轧H型钢;当柱子受力较小时,也可采用轻型热轧型钢或冷弯薄壁型钢。为节约钢材、降低造价,框架柱也可采用钢管混凝土柱,即在空钢管内灌注高强度素混凝土而形成的复合受压构件。由于钢管混凝土柱结合了钢柱与混凝土柱的优点,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,用钢量可节省约50%,造价约降低45%tsk框架柱与横梁在强轴方向的连接适于采用刚性连接;而与梁在弱轴方向的连接宜结合支撑布置采用铰+接处理。钢框架梁柱节点连接的构造形式为:(1)全螺栓连接:(2)全焊接连接;(3)栓、焊混合连接。
      
      中国钢管信息港资讯部获悉:全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,但螺栓节点连接的安装施工速度最快,且在现场拼接和安装时,容易保证施工质量。主梁与次梁之间一般也采用铰接,在构造上以焊接和高强度嫘栓连接为主,也可采用栓、焊混合的连接方式:梁翼缘用焊接,腹板采用高强度螺栓连接,可先用螺栓安装定位,再对翼缘施焊,施工较方便。
      
      2.1.2楼面结构体系楼面结构由钢梁和楼面板组合而成。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同作用。因此,必须保证楼盖有足够的强度、刚度和整体稳定性,作为民用住宅结构,楼板还要具有较好的隔音、防水和防火性能。楼面主次梁应采取紧凑型构造措施,并和楼面板紧密联系,以保证钢梁的整体稳定性。为了减轻楼板自重,提高施工速度,目前主要采用的楼板形式为:(1)压型钢板一现浇混凝土组合楼板。压型钢板通过栓钉固定在钢梁上,可作为永久性模板并参与共同工作(起受拉钢筋的作用),省去了支模板的不便。现浇混凝土板若采用轻骨料混凝土,可大大降低组合楼板的自重。(2)预制预应力混凝土叠合楼板。即预制预应力混凝土薄板与钢梁连接,上浇混凝土薄板以组成叠合楼板。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,且同样无需支模,施工方便,可降低楼板造价。
      
      2.1.3支撑结构体系为了使多层钢框架能有效地抵抗水平地震作用,提高侧向刚度,减少层间位移,可以在轻质墙体内布置由角钢或槽钢构成的垂直支撑体系,并按拉杆进行设计,支撑可主要布置在窗台下至下层窗顶之间,既隐蔽又能满足支体系的需求。支搏沿建筑物同一平面四周环向封闭布置,以形成―个封闭的加强箍,可有效地提篼钢框架的侧向刚度。支撑体系的形式可以采用人字形、W形、X形和K形等。偏心支撑在地震作用下具有较好的延性和耗能性能,可在强地震区采用。
      
      2.1.4围护结构体系为减轻结构自重,满足建筑节能要求,充分发挥钢结构住宅的优势,其围护墙体应采用轻质材料,如外墙可采用SRC复合保温墙板、蒸压加气混凝土墙板(ALC板)等工厂预制的标准化轻质墙板,玻璃纤维加强水泥墙板和玻璃幕墙等;内墙可采用轻钢龙骨石膏板、加气混凝土轻质墙板、轻质改性石膏硕块和ALC轻质砌块等。
      
      屋面系统尽量采用有檫体系,屋面材料可与楼面相同,也可采用彩色压型钢板防水屋面,该屋面系统既具备了良好的防水效果,又起到了屋面的隔热保温作用,丰富了建筑物的外部造型。
      
      2.2钢结构体系的特点和综合效益与传统住宅建筑的结构体系相比,钢结构具有十分明显的技术经济综合优势,现结合其特点分析综述如下:(1)结构自重轻,抗震性能好,工程造价低。钢结构住宅可以充分发挥钢材强度高,自重轻(约为普通钢筋混凝土结构自重的1/3~1/2),延性好,塑性变形能力强,具有良好抗震性能的特点,不仅所受的地震作用小,从而减小梁、柱截面尺寸,节省钢材用量,而且还可以降低运输安装费用和地基基础造价,经济效益十分可观。
      
      (2)外部造型美观,空间布局灵活,建筑功能增强。由于钢材轻质篼强的特点,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,占用较小的结构面积和空间,提高面积使用率(与砖混结构或混凝土结构相比,其有效使用面积可提高1°/15%),更好地满足现代住宅建筑的使用功能要求;工程力学》增刊2002年建筑造型可丰富多彩,也可简洁明快,深受业主欢迎。
      
      (3)适合标准化、系列化和工业化生产,商品化程度高。钢结构住宅所用构配件可在工厂制作,现场安装,适合工厂的标准化、系列化和工业化生产,商品化程度高,有利于降低成本,提篼产品质量,实现我国住宅建筑技术的集成化、产业化。
      
      (4)构件安装便捷,施工周期缩短。钢结构住宅装配化程度高,其所用构配件轻巧,运输安装方便快捷;采用钢结构也可为施工现场提供较大空间和较多作业面,且现场湿作业少,无须支模,受气候影响小。因此,其施工周期可比传统住宅建筑至少缩短1/3,可以加快资金周转,大大提篼投资效益。
      
      (5)符合环保和可再次利用的要求。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,它的大部分材料可以回收利用或降解,大大减少了灰色建筑垃圾,对周围环境污染小,利国利民。
      
      综上所述,住宅建筑的钢结构体系不仅具有强度高、自重轻、有利抗震而节约钢材用量、运输安装费用,降低地基基础造价和抗震费用的优点,而且还具有构件安装便捷,施工周期短,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,提篼建筑使用功能和保证建筑产品质量等综合技术经济优势。此外,钢结构住宅外部造型美观,适用性广,美化居住环境和钢材污染小、可回收再生,节约能源,符合环保以及适应产业化生产等特点也是极其竞争力的经济和社会效益。在国内业己建成的钢结构住宅试点工程的设计与施工实践己经表明'钢结构住宅的造价可以低于传统的钢筋混凝土结构住宅的造价。
      
      新疆库尔勒金丰城市信用社住宅楼的综合比较(表1)即为一例。
      
      表1钢、混凝土三种结构体系综合方案比较表结构型式轻型H型钢框架一销支撑体系轧制H型钢梁柱钢框架体系现浇钢筋混凝土框架体系框架柱断面4)300X6钢管(内灌C40混凝土)框架梁楼板110mm厚现择板110mm厚现绕板110mm厚现禅板填充墙外墙:250nunff加气砼砌块内墙:150mm厚加气砼砌块外墙:250mm厚加气砼砌块内墙:150mm厚加气轮砌块外墙:250mm厚砌块内墙:150nun厚砌块士0.00以上结构自重(恒载标准值)单位面积重:。62t*m'2单位面积重:。65t*m2单位面积重:0.95t*m2土0.00以上混凝土折厚(kg*ra'2)型钢用量(lcg*m2)钢筋用量(包括基础钢筋)(kg*m'2)综合用钢(kg*m2)综合造价(元*m2)3国内若干试点工程简介(1)上海陆海城由六幢25层的高层钢结构住宅组成,建筑面积7万m2,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,框架梁全部采用高频焊轻型H型钢。外墙及分户墙为200mm厚伊通硕块,内隔墙采用150mm厚伊通宠块。构件耐火等级为一级,设计采用厚型防火涂料。
      
      (2)上海现代房产实业有限公司建造了几万m2的多层和篼层轻钢结构住宅试点工程,多层住宅采用冷弯矩形钢管柱和帽型冷弯型钢组成的框架体系:高层住宅采用矩形钢管混凝土柱和帽型冷弯型钢组合梁组成的框架体系,钢材采用耐火、耐腐蚀、强度高的磷铜稀土钢。楼板为密布燕尾钢筋混凝土组合板。
      
      6层H型钢框架一剪力墙结构体系,压型钢板组合楼面,自承重砌体外墙,钢筋混凝土独立基础加连系梁,构件的防火采用防火涂料加砂浆覆面。有效施工期120天,其中钢框架部分为10天,工程造价为1000元/m2马鞍山钢铁公司建成了2层的轻钢结构试点工程,全部采用马钢生产的热轧H型钢。此外,2幢16层的钢框架一支撑结构体系的住宅楼也将在马钢光明新村兴建。
      
      (5)建造H型钢钢结构体系住宅示范小区。
      
      其中1幢小篼层(地上12层)住宅楼采用钢框架一现浇混凝土剪力墙结构,围护材料采用水泥轻质保温防水墙板,建筑面积1.2万m2;―幢多层住宅楼的建筑面积约1,200m2,采用6层钢框架一支撑结构,围护材料为加气混凝土砌块和ALC板。
      
      (6)湖南长沙远大集团建造了一幢7层轻钢框架住宅样板楼,柱网尺寸为3.6mX6.0m,120mm厚压型钢板一混凝土组合楼面,耗钢量为46kg/m2,工程造价约650元/m2(不含装潢费用和地价)。
      
      (7)2000年在新疆库尔勒市建造了一幢8层钢框架一支撑体系住宅楼(金丰城市信用社住宅楼),建筑面积为5,850m2,框架柱采用4>300X6的钢管混凝土柱,铜梁为高频焊轻型H型钢,楼板为110mm厚现浇钢筋混凝土板,框架填充墙全部采用了当地生产的粉煤灰加气混凝土砌块,钢构件的防火设计采用50mm厚加气混凝土砌块包覆,即经济又安全,整个工程的建设周期为5个月。
      
      4结语钢结构住宅是一种环保型绿色建筑体系,它在国内外的快速发展是现代建筑发展的新潮流,也符合住宅产业化的发展趋势。住宅建筑的钢结构体系具有强度高、自重轻、用材省、外形美观、布局灵活、适用性广、施工迅速、有利抗震、节约能源、符合环保以及适应产业化生产等明显的技术经济综合优势。可以预期,随着高效建筑钢材的开发和建筑钢结构应用技术的发展,21世纪将会是钢结构住宅建筑继续迅速发展的世纪。中国钢管信息港资讯部获悉
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