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摘要:本文首先研究國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展現(xiàn)狀,介紹了鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)形式,對鋼結(jié)構(gòu)住宅存在的技術(shù)問題進(jìn)行了分析,并展望我國鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)住宅;優(yōu)點(diǎn);結(jié)構(gòu)體系;應(yīng)用前景

改革開放以來,我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,建筑業(yè)也得到空前發(fā)展,逐步成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。鋼結(jié)構(gòu)住宅作為綠色環(huán)保的新型建筑體系,隨著鋼產(chǎn)量的大幅度提高,以及新材料、新技術(shù)的不斷推出,鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)正健康快速發(fā)展。

1、鋼結(jié)構(gòu)住宅國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r

在許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家如美國、日本、英國、澳大利亞,鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展和應(yīng)用已有幾十年的歷史。美國鋼結(jié)構(gòu)住宅所占建筑總面積的比例從20世紀(jì)90年代的5%已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的25%以上,日本及澳大利亞鋼結(jié)構(gòu)建筑占全部建筑的50%以上。

長期以來,我國因缺少鋼材而對建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用加以限制。1996年我國鋼產(chǎn)量突破1億噸,2002年達(dá)到1.9億噸,2005年達(dá)到3.7億噸,已經(jīng)超過了美國、日本、俄羅斯、韓國四個(gè)國家鋼產(chǎn)量的總和。國家用鋼政策從20世紀(jì)50～60年代的限制用鋼,到70～80年代的節(jié)約用鋼,到二十一世紀(jì)已調(diào)整為鼓勵(lì)用鋼,為我國建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了極好的條件。目前北京、天津、上海、山東萊蕪、安徽馬鞍山、廣州、深圳等地開展中低層和高層鋼結(jié)構(gòu)試點(diǎn)工程,已經(jīng)建成300～500萬平方米住宅。

2、鋼結(jié)構(gòu)住宅的優(yōu)點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)住宅是目前最具有發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)保節(jié)能型住宅,突破了中國“秦磚漢瓦”式的傳統(tǒng)建造模式,替代了傳統(tǒng)的紅磚及混凝土,完全使用工業(yè)化生產(chǎn)的建筑材料,集眾多優(yōu)點(diǎn)于一身,是二十一世紀(jì)人類居住環(huán)境的理想建筑。

2.1鋼結(jié)構(gòu)的重量輕、強(qiáng)度高,抗震性能好。鋼結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度高,塑性和韌性好,結(jié)構(gòu)延性好。用鋼結(jié)構(gòu)建造的住宅重量約為鋼筋混凝土住宅的1/3～1/2。自重的減輕使得地震作用效果降低,一般自重減輕一半,相當(dāng)于降低抗震設(shè)防烈度一度,地震作用可降低30%～40%。

2.2工業(yè)化程度高,易于實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化。鋼結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計(jì)借助專業(yè)設(shè)計(jì)軟件,大大縮短設(shè)計(jì)周期,并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化。所有構(gòu)件工廠化加工制造,精度高,易保證質(zhì)量。容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化裝配,施工速度快,施工周期短,與傳統(tǒng)住宅相比工期縮短40%以上。

2.3空間利用率高,能合理布置功能區(qū)間。由于鋼材輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn),便于形成大柱距、大開間的開放式住宅,而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如磚混結(jié)構(gòu)、砼結(jié)構(gòu))由于材料性質(zhì)限制了空間自由布置,如果跨度、開間過大,就會(huì)造成板厚、梁高、柱大,出現(xiàn)“肥梁胖柱”現(xiàn)象,不但影響美觀,而且自重增大,增加造價(jià)。在空間使用率上,鋼結(jié)構(gòu)住宅使用的鋼梁、鋼柱的截面積比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小,所占凈空面積也隨之減小,使得房間使用面積增大,與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可增加有效面積10%左右。

2.4綠色環(huán)保,節(jié)能省地。目前我國住宅體系多為磚混結(jié)構(gòu),大量使用硅酸鹽水泥,在建筑物解體后產(chǎn)生大量的建筑垃圾,對環(huán)境造成極大破壞;砌體結(jié)構(gòu)使用的實(shí)心粘土磚,浪費(fèi)大量的土地資源。而鋼結(jié)構(gòu)住宅所用材料主要是環(huán)保型可回收材料,在建筑物拆除時(shí),鋼材可以100%回收利用。

2.5鋼結(jié)構(gòu)住宅保溫隔熱隔音效果突出,造型美觀結(jié)構(gòu)豐富。大多采用新型輕質(zhì)墻體圍護(hù)材料,不易霉變,不易蟲蛀,在保溫隔熱隔音性能方面比傳統(tǒng)住宅有明顯優(yōu)勢。鋼結(jié)構(gòu)材料輕質(zhì)高強(qiáng),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以創(chuàng)造出藝術(shù)性較強(qiáng)的建筑外形,以滿足住戶對不同建筑風(fēng)格的要求。

3、鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系

鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要由承重結(jié)構(gòu)體系、支撐體系、圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系和樓板結(jié)構(gòu)體系組成。

3.1鋼結(jié)構(gòu)承重及支撐體系的組合型式有多種,應(yīng)用于住宅的主要有鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼支撐框架體系、鋼框架-抗剪桁架結(jié)構(gòu)體系、交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系。鋼框架體系結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、平面布置靈活、結(jié)構(gòu)剛度均勻、抗震性能好,屬典型的柔性結(jié)構(gòu)體系,其側(cè)向剛度差;鋼支撐框架結(jié)構(gòu)體系通常用槽鋼或角鋼在墻體平面內(nèi)布置垂直支撐體系,能夠有效抵抗水平荷載,提高側(cè)向剛度,減小層間位移。鋼結(jié)構(gòu)住宅承重體系構(gòu)件一般采用熱軋或高頻焊接H型鋼,熱軋或焊接工字鋼、方鋼管、圓鋼管或冷彎薄壁型鋼。

3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系約占鋼結(jié)構(gòu)住宅總造價(jià)的30%,為減輕結(jié)構(gòu)自重,滿足建筑節(jié)能要求,圍護(hù)墻體大多采用輕質(zhì)材料。外墻可采用蒸壓輕質(zhì)加氣混凝土板材(ALC板)、SRC復(fù)合保溫墻板、鋼絲網(wǎng)復(fù)合保溫板、水泥刨花板等,內(nèi)墻可采用輕鋼龍骨石膏板,ALC輕質(zhì)板、夾層復(fù)合板、稻草板等。

3.3樓板結(jié)構(gòu)由鋼梁和樓面板組合而成。樓蓋體系要保證有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性,同時(shí)要盡量減輕樓板自重。樓板主要型式有壓型鋼板與現(xiàn)澆混凝土組合樓板,預(yù)制輕混凝土板。